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DE2841900C2 - Kleindimensioniertes Druckgefäß - Google Patents

Kleindimensioniertes Druckgefäß

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Publication number
DE2841900C2
DE2841900C2 DE2841900A DE2841900A DE2841900C2 DE 2841900 C2 DE2841900 C2 DE 2841900C2 DE 2841900 A DE2841900 A DE 2841900A DE 2841900 A DE2841900 A DE 2841900A DE 2841900 C2 DE2841900 C2 DE 2841900C2
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DE
Germany
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cup
pressure vessel
flanges
adhesive
connecting ring
Prior art date
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Expired
Application number
DE2841900A
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English (en)
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DE2841900A1 (de
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Mitsushi Osaka Futamura
Noriaki Toyonaka Osaka Hanafusa
Shuichiro Toyonaka Osaka Kato
Shiro Yao Osaka Matsumoto
Toshiaki Ibaraki Osaka Nishisaka
Masaaki Amagasaki Hyogo Nomura
Yoshinori Tenri Nara Yabu
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NIPPON ALUMINIUM Manufacturing Co Ltd OSAKA JP
Original Assignee
NIPPON ALUMINIUM Manufacturing Co Ltd OSAKA JP
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Publication date
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Priority claimed from JP11933177A external-priority patent/JPS5452318A/ja
Priority claimed from JP4096578A external-priority patent/JPS54132465A/ja
Application filed by NIPPON ALUMINIUM Manufacturing Co Ltd OSAKA JP filed Critical NIPPON ALUMINIUM Manufacturing Co Ltd OSAKA JP
Publication of DE2841900A1 publication Critical patent/DE2841900A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE2841900C2 publication Critical patent/DE2841900C2/de
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Description

Die Erfindung betrifft ein kleindimensioniertes Druckgefäß, bestehend aus zwei napfförmigen, aus Blech preßgeformten Stücken, die durch einen Klebstoff miteinander vereinigt sind, wobei in einem napfförmigen Stück ein Entlüftungselement aus Metall oder Kunstharz für den flüssigen odc· gasförmigen Inhalt des Druckgefäßes angebracht ist.
Derartige kleindimensionierte Druckgefäße sind zur Lagerung und zum Transport von Druckflüssigkeiten. Druckgasen und dgl. geeignet; sie haben ein geringes Gewicht, eine hohe Zähigkeit und sind billig herstellbar, ohne daß auf das Blech, aus dem diese Druckgefäße hergestellt sind, bei der Herstellung schwere Spannungen ausgeübt werden.
Kleindimensionierte Druckgefäße der eingangs genannten Art sind beispielsweise aus der japanischen Zeitschrift »Al« Nr. 6 vom Juni 1977 und aus der US-PS 3912130 bekannt. Derartige kleindimensionierte Druckgefäße, die im allgemeinen eine Kapazität von weniger als 500 ml und eine Druckbeständigkeit von 2,94—3,92 bar haben und die zur Lagerung und zum Transport von Druckflüssigkeiten, wie z. B. carbonisiertem Trinkwasser, Bier und dgl., und von Druckgasen, wie Niederdrucksauerstoff und dgl, verwendet werden, besitzen einen hauptsächlich rechteckigen Querschnitt. Die beiden napfförmigen Stücke, aus denen sie bestehen, sind ein Kappenteil und ein Hüllenteil. Bei der Herstellung von derartigen Druckgefäßen mit zwei Stücken werden diese beiden Stücke durch eine Doppelnaht miteinander verbunden. Wenn ein Druckgefäß mit einer größeren Kapazität als ungefähr 500 ml, nämlich mit einer Kapazität bis 101 hergestellt wird, dann ist es erforderlich, daß die Dicke des Blechs, aus dem das Druckgefäß hergestellt ist, entsprechend der Zunahme der Kapazität des Druckgefäßes erhöht wird. Das Druckgefäß wird daher so geformt, daß es einen ovalen Längsschnitt hat, der vom Gesichtspunkt der Gestaltung der Dicke des Blechmaterials günstig ist. Solche größer dimensionierten Druckgefäße unterscheiden sich jedoch nicht von den vorgenannten kleindimensionierten Druckgefäßen hinsichtlich der Verbindung des Hüllenstücks mit dem Kappenstück an den Schulterteilen dieser Stücke durch eine Doppelnaht
Eine Doppelnaht ist jedoch insofern nachteilig, als sie es erfordert, daß das Blech des Nahtteils eine hohe Starrheit hat Die Dicke des Blechs, aus dem ein Druckgefäß hergestellt ist. muß daher im Nahtteil erheblich größer sein, als auf der Grundlage des Innendrucks des Druckgefäßes bestimmt wird. So hat beispielsweise ein
ίο handelsübliches Druckgefäß aus einer Aluminiumlegierung, das für Bier bestimmt ist im Bodenblech eine Dikke von ungefähr 0,55 mm, während die Dicke des oberen Hüllenblechs ungefähr 0,7 mm betragen muß. Aus diesem Grund wird bei einer Doppelnahtkonstruktion ünes Druckgefäßes eine zu hohe Materialmenge verwendet, wodurch die Herstellungskosten und das Gewicht des erhaltenen Druckgefäßes erhöht werden, während zur gleichen Zeit die Doppelnahtkonstruktion den Nachteil hat daß die Kühlwirksamkeit beispielsweise eines Getränks in dem Druckgefäß vermindert wird. Als weiterer Nachteil der Doppeinahtkonstruktion kann genannt werden, daß die Druckbeständigkeit auf ungefähr 3,92 bar, wie vorstehend angegeben, beschränkt ist daß die Abdichtungseigenschaften instabil sind, und daß eine große Anzahl von maschinellen Bearbeitungsstufen zur Herstellung des Druckgefäßes erforderlich ist
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein kleindimensioniertes Druckgefäß der eingangs genannten Art so auszubilden, daß e;· eine geringere Wandstärke haben kann und gleichzeitig eine größere Druckbeständigkeit als die Druckgefäße besitzt, deren napfförmige Stücke durch eine Doppelnaht miteinander verbunden sind, und daß es weiterhin an der Verbindungsstelle eine gute Festigkeit und sehr gute Abdichtungseigenschaften hat Insbesondere soll seine Gesamtwanddicke auf 02 bis 0,6 mm als erforderliche Minimaldicke begrenzt sein und seine Druckbeständigkeit 2,94 bis 5,88 bar betragen.
Diese Aufgabe wird erfindur.gsgerr.iT'· dadurch gelöst, daß das jeweils offene Ende der beiden napfförmigen Stücke entlang seines Umfangs eine Aufweitung aufweist die der Breite und Dicke eines einzigen Verbindungsringes angepaßt ist und wobei die Aufweitungen sich als Flansche nach außen fortsetzen, und daß die Flansche abgerundet in die Ausweitungen übergehen, so daß ein Ringraum mit dreieckigem Querschnitt mit dem Verbindungsring gebildet ist und daß in diesem Ringraum und in dem zwischen den Aufweitungen und dem Verbindungsring gebildeten schmalen Spalt zur
so Verklebung ein Heißschmelzklebsloff vorgesehen ist
Auf diese Weise werden die oben dargelegten Nachteile der Doppelnahtkonstruktion vermieden, und es werden kleindimensionierte Druckgefäße mit geringem Gewicht und hoher Druckfestigkeit und Zähigkeit erhalten, die einfacher und schneller herstellbar sind.
Aus der DE-OS 23 51 812 ist zwar beispielsweise ein Druckgefäß bekannt, dessen napfförmige Stücke nach außen verlaufende Flansche haben und die an diesen Flanschen miteinander verbunden sind, jedoch handelt es sich hier, wie sich aus dem inneren Aufbau und dem Verwendungszweck dieses Druckgefäßes ergibt, um eine lösbare Verbindung. Abgesehen hiervon verläuft der Übergang der Innenflächen der beiden napfförmigen Bauteile in die zu ihrer Verbindung vorgesehenen Flansehe rechtwinklig, so daß die für die Erfindung wesentlichen, im Querschnitt dreieckigen Ringräume auch dann nicht entstehen könnten, wenn man die beiden Flansche miteinander verkleben würde.
Das Verkleben von Metallteilen miteinander ist im übrigen aus dem »Lexikon der Technik« von Lueger, Band 1 »Grundlagen des Maschinenbaus«, Seiten 315 und 316 sowie Band 3 »Werkstoffe und Werkstoffprüfung«, Seiten 449 und 450 bekannt Hier sind Rohrverbindungen beschrieben, in denen die Rohre an der Verbindungsstelle stumpf gestoßen und im Bereich der Verbindungsstelle ein im Durchmesser größeres oder kleineres Rohrstück auf die Enden der beiden zu verbindenden Rohre aufgeklebt ist. Das ergibt jedoch einen »Seher-Aufbau«, durch den keine stabilen Abdichtungseigenschaften erhalten werden können.
Die Erfindung wird nachstehend anhand einiger, in den Fig. 1 bis 8 der Zeichnung dargestellter Ausführungsformen näher erläutert; es zeigen
F i g. 1 und 2 Teilquerschnitte durch zwei Ausführungsformen eines kleindimensionierten Druckgefäßes nach der Erfindung:
Fig.3 bis 7 Teilquerschnitte zur Erläuterung der Herstellung der in F i g. 2 gezeigten Ausführungsform; und
F i g. 8 ein vollständiges kleindimensioniert?s Druckgefäß gemäß der Ausführungsform der F i g. 2, und zwar hälftig im Schnitt und hälftig in einer Aufrißansicht.
Zweck der beschriebenen Druckgefäße ist es, die Verklebungskraft des Verbindungsteils erheblich zu verbessern und gleichzeitig ausreichende Verklebungseigenschaften des Verbindungsteils zu erhalten. Zwei napfförmige Stücke 1 und 1', deren Verbindungsteile jeweils zu Flanschen 4 und 4'; 4a, Ab, Aa', Ab 'maschinell bearbeitet worden sind und die jeweils abgerundet in Aufweitungen 6 übergehen, sind miteinander durch die aneinanderpassenden Flansche 4 und 4' bzw. Aa, Ab, Aa', Ab' verbunden, wobei die Flansche so zusammengepaßt sind, daß durch die Innenumfangsoberfläche der zusammengepaßten Flansche 4 und 4' bzw. Aa, Ab, Aa', Ab'und einen Verbindungsring 5 ein im Quercchnitt dreieckiger Ringraum gebildet ist. Wenn in diesen Ringraum ein Heißschmelzklebstoff 10 eingebracht und erstarren gelassen wird, dann kann eine Klebstoffverbindung mit großer Dicke erzeugt werden, die eine große Abdichtbarkeit und hohe Verklebungskraft zwischen den Flanschen gewährleistet und die auch eine hohe Verklebungskraft zwischen den napfförmigen Stücken 1,1' und dem Verbindungsring 5 gewährleistet.
Nachstehend soli die Festigkeit 1er so gebildeten Verklebungsverbindung im Vergleich mit einer bloßen Flanschverbindung näher erläutert werden.
Wenn zwei napfförmige Stücke aus einer mit einem Grundlack behandelten Platte aus einer Aluminiunilegierung an den Oberflächen ihrer Flansche, die im rechten Winkel zu den napfförr.iigen Stücken hervorstehen, mittels eines dünnen Überzugs aus einem Polyamidklebstoff auf der Basis einer dimeren Säure und ohne die Anwendung eines Verbindungsrings verbunden werden, dann beträgt die Verklebungskraft der verbundenen Flanschoberflächen gewöhnlich nicht mehr als 9,81 bis 14,71 bar · cm, während andererseits die Verklebungskraft auf 19,61 bis 24,52 bar · cm erhöht werden kann, wenn man den Überzug des Klebstoffs auf 1 bis 5 mm ω erhöht.
Wenn die Übergangsstellen der Flansche mit den napfförmigen Stücken nur zu einem Radius von ungefähr 3 mm abgerundet sind, dann beträgt die Axialfestigkei! des Verbindungsteils nur ungefähr 14.71 bar · cm. Weiterhin kann in diesen Fallen keine stabile Schicht aus einem Klebstoff im Inneren der abgerundeten Kontaktteile der Flansche mit den napfförmigen Stücken gebildet werden, da kein Verbindungsring verwendet wird.
Wenn weiterhin ein im Querschnitt dreieckiger Ringraum im Bereich der abgerundeten Übergangsstellen der Flansche mit den napfförmigen Stücken unter Verwendung eines Verbindungsrings, um den Klebstoff in diesen Ringraum einzubringen, gebildet wird, dann wird die Festigkeit der so erhaltenen Verbindung auf 27,46 bar · cm verbessert.
Erfindungsgemäß wi:d aber der Klebstoff zwischen die napfförmigen Stücke 1, Γ und den Verbindungsring 5 ausgedehnt; die Festigkeit des Verbindungsteils wird dann 44.13 bis 68,65 bar - cm weiter erhöht.
Die Festigkeit der oben beschriebenen Klebstoffverbindung wurde mit der Druckfestigkeit in Vergleich gesetzt, indem reale Produkte mit einer Kapazität von 7 1 und einem Außendurchmesser von 20 cm Wasserdrucktests unterworfen wurden. Nachstehend sind die erhaltenen Testergebnisse angegeben. Wenn die Übergangsstellen der Flansche mit den napfförmigen Stücken zu einem Radius von 3 mm abgeruncVt worden waren, dann wurde der Verbindungsteil bei tinem Wasserdruck von 156 bis 2.94 bar aufgebrochen. Wenn der Klebstoff in den im Querschnitt dreieckigen Rin&raum, der genau zwischen dem abgerundeten Teil und dem Verbinoungsring gebildet worden war, eingefügt war, dann wurde das Verbindungsteil bei einem Wasserdruck von 4,41 bar aufgebrochen. Das Verbindungsteil, in dem der Klebstoff auch im Spalt zwischen den napfförmigen Stücken und dem Verbindungsring ausgedehnt war, wies einen Bruch bei einem Wasserdruck von 5,88 bar auf. Demgegenüber wurde ein herkömmliches Gefäß, das mittels der Doppelnahtkonstruktion hergestellt worden war, bei einem Wasserdruck von 4,i2 bar aufgebrochen.
Als Material für die kleindimensionierten Druckgefäße kann Stahl, Edelstahl oder eine Aluminiumlegierung verwendet werden. Es ist jedoch zweckmäßig, daß dieses Metall auf der Oberfläche einen Grundüberzug durch bekannte Methoden erhalten hat. Als Heißschmelzklebstoffe werden solche verwendet, die eine ausgezeichnete Schmelzfließfähigkeit und eine geeignete Festigkeit haben. So sind z. B. Polyamidklebstoffe geeignet. Der Verbindungsring kann aus einem Kunststoff, wie Vinylchlorid, sowie aus einem Mciall hergestellt werden. Er kann auch am Umfang mit einer oder mit einer Vielzahl von Aussparungen versehen sein, um die Kontaktfläche des Heißschmelzklebstoffs damit zu vergrößern, damit die Festigkeit des Verbindungsteils verbessert werden kann.
Die F i g. 2 zeigt eine Modifikation der oben beschriebenen Ausführungsform. Bei dieser Modifikation kann der Verklebungseffekt des Heißschmelzklebstoffs erhöht werden.
Bei der Herstellung des kleindimensionierten Druckgefäßes wird beispielsweise bei dem Druckgefäß mit der in Fig.2 dargestellten Verbindung der Heißschmelzklebstoff 10 in der in Fig.4 gezeigten Weise aufgebracht. Bei dem Druckgefäß wird der Heißschmelzklebstoff in den Spalt, der zwischen dem napfförmigen Stück und dem an dieses Stück angepaßten Verbindungsring 5 gebildet wird, eingebracht und durch Küh'ung verfestigen gelassen, wodurch die Festigkeit der so erhaltenen Verbindung verbessert wird. Wenn der Heißschmelzklebstoff aufgebrach, wird, haben das offene Ende des napfförmigen Stücks und der Verbindungsring Raumtemperatur oder sie sind auf 120 bis 250° C erhitzt.
Wenn sowohl die naDfförmisen Stücke als auch der
Verbindungsring auf 120 bis 2500C erhitzt sind und wenn danach der Heißschmelzklebstoff 10 aufgebracht wird, dann wird der Druck auf beide Stücke I und Γ ausgeübt, um ihre beiden Enden 2 und 2' zusammenzufügen oder zusammenzupassen, während der Heiß- schmelzklebstoff 10 aufgeschmolzen wird, wie es in F i g. 1 und 2 gezeigt ist. Dies gestattet es. daß der Heißschmelzklebstoff 10 den Spalt zwischen dem Verbindungsring 5 und den offenen Enden 2 und 2' von beiden napfförmigen Stücken 1 und Γ füllt.
Um beide Stücke 1 und Γ und den Verbindungsring 5 zu erhitzen, kann eine Hochfrequenzinduktionsheizung 8,9 und 8', 9' oder ein Erhitzen unter Verwendung einer Heizplatte oder eines Heizofens angewendet werden, je nachdem, was entsprechend der Gestalt des Verbindungsteils des Druckgefäßes am geeignetsten ist. Da die offenen Enden 2 und 2' von beiden Stücken 1 und Γ nach außen in Form von Flanschen 4,4', 4a, 4b, 4a' und
Ab' Vorspringen, Wie es in (Jen Fig. i bi» S gcZcijgi lsi,
können alle beliebigen Heizverfahren angewendet werden. Wenn ein napfförmiges Stück, bei dem ein Entlüftungselement 7 für Druckflüssigkeit oder -gas im voraus mittels eines Klebstoffs vorgesehen ist und die napfförmigen Stücke 1 und Γ und der Verbindungsring 5 in einer einzigen Einheit erhitzt werden, dann besteht die Möglichkeit, daß bei Erhitzungsmethoden mit einem Ofen der verwendete Heißschmelzklebstoff aufschmilzt und sich verfestigt, wodurch das Entlüftungselement 7 mit dem napfförmigen Stück verbunden wird, da bei dieser Heizmethode die gesamte Oberfläche des napfförmigen Stücks erhitzt wird. Wenn beide napfförmigen Stücke erhitzt werden, um sie miteinander zu verbinden, indem in einer unteren Position ein napfförmiges Stück angeordnet wird, das mit dem Entlüftungselement 7 versehen ist, dann tropft der Heißschmelzklebstoff, der das Entlüftungselement 7 befestigt, nach unten und als Ergebnis kann eine ausreichende Fixierung des Entlüftungselements 7 verhindert werden. Insbesondere ist dies der Fall, wenn der Klebstoff thermoplastisch ist. Wenn daher die napfförmigen Stücke 1 und Γ unter Verwendung eines Ofens erhitzt werden, dann ist es zweckmäßig, daß ein mit dem Entlüftungselement 7 versehenes napfförmiges Stück mit einem Klebstoff mit höherem Schmelzpunkt als der Heißschmelzklebstoff 10 zum Verbinden beider Stücke 1 und 1' verwendet wird, um das Entlüftungselement 7 mit dem napfförmigen Stück zu verbinden.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
50
55

Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    Kleindimensioniertes Druckgefäß, bestehend aus zwei napfförmigen, aus Blech preßgeformten Stükken, die durch einen Klebstoff miteinander vereinigt sind, wobei in einem napfförmigen Stück ein Entlüftungselement aus Metall oder Kunstharz für den flüssigen oder gasförmigen Inhalt des Druckgefäßes angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß das jeweils offene Ende (2, 2") der beiden napfförmigen Stücke (1, Γ) entlang seines Umfangs eine Aufweitung (6) aufweist, die der Breite und Dicke eines einzigen Verbindungsringes (5) angepaßt ist und wobei die Aufweitungen (6) sich als Flansche (4, 4'; 4a, 4b. 4a 'Ab') nach außen fortsetzen und daß die Flansche (4, 4'; 4a. 4b; 4a', 4b') abgerundet in die Aufweitungen (6) übergehen, so daß ein Ringraum mit dreieckigem Querschnitt mit dem Verbindungsring (S) gebadet ist und daß in diesem Ringraum und ir. den zwischen den AiifwekungcR (6) und dem Verbindungsring (5) gebildeten schmalen Spalt zur Verklebung ein Heißschmelzklebstoff (10) vorgesehen ist.
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