DE1600394C - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich in erster Linie auf ein Verfahren zum Herstellen von mehrschaligen Druckbehältern, wie Hohlzylinder oder Hohlkugeln für Beanspruchung mit Außendruck, bei dem zumindest eine innere und eine äußere Metallschale lose ineinandergefügt werden und dann die äußere Schale durch plastisches Verformen an die innere Schale angelegt wird. Sie bezieht sich ferner auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Herstellungsverfahrens. Produkte des neuen Verfahrens sind insbesondere zylindrische oder kugelförmige Hohlkörper aus Stahl, die dauernd oder zuweilen einem hohen Außendruck ausgesetzt werden, wie dies beispielsweise bei Unterseebooten oder in Flüssigkeiten versenkten Spezialmaschinen, Kugeln oder Leitungen der Fall ist.

Im allgemeinen hat man bisher Druckbehälter für größere Außendrücke mit einschaligen Wänden aus Schmiedestahl oder aus gewalzten, gerollten oder getriebenen und miteinander verschweißten dickwandigen Blechschüssen hergestellt; infolge der hohen Drücke, denen diese Körper widerstehen müssen, ist es erforderlich, einer einzigen, diese Körper bildenden Wand eine erhebliche Dicke zu geben. Dabei ist die Herstellung teuer, und der Materialaufwand sowie das Gewicht sind unerwünscht groß.

Es ist auch nicht mehr neu, Druckbehälter in Mehrschalenbauweise herzustellen. Die übereinanderliegenden Schichten oder Schalen können unterschiedliche Ausbildung haben; es kann sich dabei entweder um zusammenhängende Schalen oder um eine oder mehrere vollwandige Schalen in Verbindung mit weiteren, die Schalen abstützenden Bauelementen, wie Bandagen aus Teilschalen, gewalzten Reifen, Rippen-Gitterwerkeinlagen oder Drahtseilbandagen handeln.

Alle auf diese Weise gebildeten Mehrschalen-Druckbehälter sind hauptsächlich für hohe Ιηηεητ drücke bestimmt; ihre übereinanderliegenden Schalen oder Verstärkungselemente werden daher auf Zug beansprucht. Innen- oder Außenschalen können auch aus chemisch beständigen bzw. korrosionsfesten oder verschleißfesten Baustoffen bestehen.
■ Damit die Schalen sämtlich an der Aufnahme der durch die Drücke bedingten Drücke bedingten Kräfte beteiligt sind, werden sie bei einem bekannten Verfahren durch Aufweiten von innen, gegebenenfalls auch durch Verformung von außen, aneinandergelegt.

Die Verwendung solcher Mehrschalen-Druckbehälter unter relativ hohen Außendrücken ist problematisch, vor allem bei großen Abmessungen der Behälter. Unvermeidliche Inhomogenitäten des Materials, geringe Wandstärkenunterschiede und vor allem Formabweichungen begünstigen das Einknicken oder Einbeulen der Mehrschicht-Wände, die nicht durchweg gleichmäßig aneinander anliegen. Das Verformen der Außenschale oder der äußeren Schalen durch mechanische Mittel, wie z. B. Druckwalzen, bedingt die Beschaffung sehr aufwendiger Vorrichtungen und ist bei Kugel-Druckbehältern kaum möglich. Verformen durch einen äußeren Flüssigkeitsdruck führt wegen der oben bereits erwähnten Inhomogenitäten und ungleichmäßiger Anlage der lose ineinandergefügten Schalen auf jeden Fall zu begrenzten Einbeulungen, die eine spätere Außendruckbelastung des Druckbehälters stark begrenzen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben geschilderten Nachteile der bekannten Verfahren zur Herstellung von Mehrschalen-Druckbehältern zu beseitigen und bei dem plastischen Verformen einer äußeren Schale diese gegen Formabweichungen gegenüber der Sollform zu schützen und insbesondere Einbeulungen zu vermeiden.

Das diese Aufgabe lösende Verfahren zum Herstellen rnehrschaliger Druckbehälter, wie Hohlzylinder oder Hohlkugeln für Beanspruchung durch Außendruck, bei dem zumindest eine Innen- und eine Außenschale aus Metall lose ineinandergefügt und

ίο dann die äußere Schale oder äußeren Schalen durch plastisches Verformen an die innere Schale angelegt werden, ist dadurch gekennzeichnet, daß man die ineinandergefügten Schalen mit einem auf die Außenschale wirkenden Flüssigkeitsdruck belastet· und gleichzeitig in der Innenschale einen Flüssigkeitsdruck erzeugt, der von dem äußeren Druck verschieden oder ihm gleich ist. '~_:\-

Durch den Innendruck wird die innere Schale zumindest elastisch gedehnt, und gegebenenfalls vor-

ao handene Konturabweichungen von der geometrisch genauen Kreis- oder Kugelform werden dabei weitgehend ausgeglichen. Die durch den Innendruck abgestützte innere Schale bildet eine steife Innenform, an die sich die plastisch verformten äußeren Schalen beim Anlegen satt anpassen; während des Verformens etwa entstehende kleinere Einbeulungen werden durch das Anpressen an die steife, weitgehend konturgenaue innere Schale ausgeglichen. Man erhält also mit relativ einfachen Mitteln und einer vielfach verwendbaren Druckkessel-Anlage einen Mehrschalen-Druckbehälter mit der angestrebten, relativ genauen äußeren Kreis- oder Kugelkontur, der bei gleichem Materialaufwand höheren Außendrücken unterworfen werden kann als ein in bisher üblicher Weise hergestellter mehrschaliger Druckbehälter.

Nach dem Wegnehmen der Drücke, welche die Schalen von außen und innen zusammengepreßt haben, bildet sich zwischen der inneren Schale und der äußeren Schale oder Schalengruppe einZwischenraum, der durch das elastische Zurückfedern der plastisch verformten Schalen entsteht. Dieser Zwischen-' raum kann nachträglich mit druckfestem Material ausgefüllt werden, wie dies bei der Herstellung von Mehrschichtrohren zur Erzielung eines Verbunds zwischen ineinandergeschobenen Rohrschüssen bekannt ist. Man kann auch Leitmaterial einfüllen, um die Schwimmfähigkeit der erfindungsgemäßen Druckbehälter zu verbessern.

Die Steigerung des Innendruckes auf einen Wert, bei dem auch eine plastische Verformung der inneren Schale einsetzt, begünstigt den Ausgleich von Formabweichungen dieser inneren Schale, ehe sich die äußere Schale an sie anlegt. Die gesamte Kontur des Mehrschalen-Druckbehälters kann dadurch noch verbessert werden.

Bei besonders hohen Ansprüchen an Konturgenauigkeit und damit Einbeülfestigkeit ist es zweckmäßig, den Mehrschalen-Druckbehälter noch zusätzlich auf eine in ihn eingebrachte steife Innenform unter Überschreiten der Elastizitätsgrenzen aller seiner Schalen aufzupressen.

Eine zur Durchführung des neuen Verfahrens geeignete Vorrichtung ist gekennzeichnet durch die Kombination von einem zur Aufnahme der ineinandergefügten Schalen geeigneten Druckgefäß mit einer Einrichtung zum Einführen einer Druckflüssigkeit in das Druckgefäß;

Vorrichtungen zum Abschließen der Räume zwi-

sehen den Schalen und einer Anschlußleitung an diese Räume; /

Vorrichtungen zum Abschließen des Innenraumes der inneren Schale und zum Einführen von Druckflüssigkeit in diesen Innenraum.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung werden im folgenden einige besondere Herstellungsbeispiele beschrieben, die in der Zeichnung veranschaulicht sind.

F i g. 1 stellt die Anwendung der Erfindung auf einen zylindrischen Hohlkörper dar;

F i g. 2 befaßt sich mit einer Abwandlung, die sich für mit kugelförmigen Böden abgeschlossene zylindrische Hohlkörper eignet;

F i g. 3 stellt eine weitere Abwandlung der Erfindung dar, die für kugelförmige Körper geeignet ist;

Fig. 4 bis 6 veranschaulichen Schnitte durch die Wand von Druckbehältern mit zwei oder mehr Schalen, und · ,

F i g. 7 und 8 stellen Schnitte durch die Wände: von Druckbehältern dar, bei denen zwischen die Schalen ein Material eingefügt ist, dessen Dichte geringer ist als die von Stahl.

Die Fig. 1 zeigt, wie zwei rohrförmige Stahlschalen, die innere 1 und die äußere 2, des herzustellenden zylindrischen Druckbehälters in einen als Druckgefäß dienenden Mantel 3 eingesetzt sind, der durch eine Wand 4 begrenzt wird, wobei sich die Schalen 1 und 2 und die Wand 4 zwischen den Platten 5 und 6 einer Presse befinden, welche die Platten 5 und 6 einander zu nähern sucht.

In dem Mantel 3 wird ein hoher Druck durch Wasser ausgeübt, das durch eine Leitung 7 zugeführt wird.

Die Stirnenden der rohrförmigen Schalen 1 und 2 des zylindrischen Druckbehälters stützen sich auf leicht konisch geneigte Abschnitte 8 der Platten 5 und 6 der Presse ab, wobei die Abdichtung durch Dichtungen 9 gewährleistet wird.

In dem Innenraum 10 der Schale 1 kann ein dem in dem Behälter 3 herrschenden Druck gleicher oder davon verschiedener Wasserdruck erzeugt werden, wobei das Wasser durch eine Leitung 11 zugeführt wird.

Der Raum 12 zwischen den Schalen 1 und 2 läßt sich über eine Leitung 13 mit der Atmosphäre in Verbindung bringen.

Unter der Einwirkung des Druckes in dem Mantel 3 wird die äußere Schale 2 zusammengedrückt und legt sich nach Überschreiten der Elastizitätsgrenze ihres Metalls an die Schale 1 an, bis die gewünschte Vorspannung oder Verbindung erreicht ist. Während der Deformation der Schale 2 verlängert sie sich in Längsrichtung, und ihre Enden verschieben sich längs der geneigten Abschnitte 8 der Platten 5 und 6. Gleichzeitig mit dem Druck im Mantel 3 wird auch über die Leitung 11 Druckwasser zum Stützen und Dehnen der inneren Schale 1 zugeführt.

Bei dem in der F i g. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Platten 5 und 6 der Presse durch kugelförmige Böden 14 und 15 ersetzt, und die gesamte Schalen-Anordnung befindet sich in einem Druckgefäß von gleicher Form.

Die F i g. 3 veranschaulicht den Fall der Herstellung eines kugelförmigen Körpers, der eine innere Kugelschale 16 und eine äußere Kugelschale 17 aufweist, wobei sich die letztere in einem kugelförmigen Behälter 18 befindet, dem durch eine Leitung 19 Druckwasser zugeführt wird. Durch eine öffnung 20 vermag die Luft zwischen den Schalen 16 und 17 in die innere Kugelschale 16 zu entweichen, in der Stützdruck erzeugt wird.

Die erzeugten zylindrischen oder kugelförmigen Druckbehälter zeigen gegenüber äußeren Drücken ein sehr günstiges Widerstandsverhalten, was teils auf den Aufbau der Hohlkörper aus zwei oder mehr weitgehend konturgenauen Schalen, teils auf die in dem Körper herrschende Vorspannung zurückgeht.

Die Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch die Wand

ίο eines Druckbehälters, dessen Innenschale 1 aus mehreren miteinander verschweißten Teilen und dessen Außenschale 2 aus mehreren voneinander getrennten Teilen besteht. Die Außenwandteile 2 versteifen die Innenschale gegen Einknicken bei Außendruck.

Die F i g. 5 zeigt einen Schnitt durch die Wand eines Druckbehälters, der aus zwei Schalen 1 und 2 besteht, die jeweils aus mehreren miteinander verschweißten Teilen zusammengesetzt sind.

Die F i g. 6 schließlich zeigt einen Schnitt durch die

so Wand eines Druckbehälters, der aus zwei Schalen 21 und 22 aus miteinander verschweißten Bauelementen und aus zwei weiteren Schalen 23 und 24 besteht.

Die F i g. 7 und 8 veranschaulichen zwei Schalen 1 und 2, die zur Erzielung einer besseren Widerstandsfähigkeit des Gesamtaufbäues gegen ein Ausknicken oder ein Verbiegen und zur Erzielung einer besseren Schwimmfähigkeit durch Vergrößerung des Volumens und Verringerung des Gewichtes einen Abstand voneinander aufweisen.

Der Zwischenraum zwischen den Schalen 1 und 2 kann mit einem Material von geringerer Dichte als der von Stahl, beispielsweise mit druckfestem Material, wie Beton oder Mörtel, aber auch mit Kunststoffen oder Schaumstoffen gefüllt sein.

Der Zwischenraum zwischen den Schalen 1 und 2 läßt sich entweder durch vorheriges Einbringen des druckfesten Materials 25 mit geringer Dichte und anschließendes Zusammendrücken der Außenschale 2 oder durch Einschieben von Keilen 26 in diesen Zwischenraum und späteres Einfüllen des Materials 25 erhalten.

Im letzteren Fall kann das Material 25 unter Druck in den Zwischenraum eingespritzt werden und gegebenenfalls zur Erzielung einer Vorspannung zwisehen den Schalen Verwendung finden.

Die durch das Überschreiten der Elastizitätsgrenze bei der Druckeinwirkung erzielte Kaltverformung des Stahls verbessert die mechanische Widerstandsfähigkeit der Schale.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von mehrschaligen Druckbehältern, wie Hohlzylinder oder Hohlkugeln für Beanspruchung mit Außendruck, bei dem zumindest eine innere und eine äußere Metallschale lose ineinandergefügt werden und dann die äußere Schale durch plastisches Verformen an die innere Schale angelegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß man die ineinandergefügten Schalen einem auf die äußere Schale wirkenden Flüssigkeits-Außendruck aussetzt und gleichzeitig in der Innenschale einen Flüssigkeitsinnendruck erzeugt, der von dem Außendruck verschieden oder ihm gleich ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge-

kennzeichnet, daß man gleichzeitig mit der Druckausübung auf die Außenschale die Innenschale einem zpm Überschreiten der Elastizitätsgrenze ihres. Materials führenden Innendruck aussetzt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Innenschale auf eine Innenform aufbringt und den Außendruck auf einen Wert erhöht, bei dem die Elastizitätsgrenze für das Material aller Schalen überschritten wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man vor der Druckbelastung der Außenschale in den Zwischenraum zwischen den Schalen ein Material von geringerer Dichte als Stahl einbringt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man in den Zwischenraum zwischen den Schalen Keile einschiebt und später ein Material von geringerer Dichte als Stahl einfüllt.

6. Verfahren nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Material unter Druck in den Zwischenraum eingespritzt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Druckeinspritzen des Materials eine Vorspannung zwischen den Schalen erzeugt wird.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 7, gekennzeichnet durch

ίο die Kombination von einem zur Aufnahme der ineinandergefügten Schalen (1, 2) geeigneten Druckgefäß (3, 4,5,6) mit einer Einrichtung (Leitung 7) zum Einführen einer Druckflüssigkeit in das Druckgefäß; Vorrichtungen (8,9) zum Abschließen der Räume zwischen den Schalen und einer Anschlußleitung (13) an diese Räume; Vorrichtungen zum Abschließen des Innenraumes der inneren Schale (1) und zum Einführen (Leitung 11) von Druckflüssigkeit in diesen Innenraum.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen