DE6810730U - Hochdruckgefaess. - Google Patents

Description

IhrSdwlbm UnMr Zaidwn ±J 8l8 **-> 2?. NOV. 1970

0 68 10 730.2 Anwaltsakte 17 818

NATIONAL FORGE COMPANY Irvine, Warren County, Pennsylvania / USA

HochdruckgefäS*"/

Die Erfindung betrifft Hochdruckgefäße mit komplementären eewlndeanordnungen als Verschlufigef&g;e für das Hocfc<#ruckgefäß. Die Erfindung bezieht sieh Insbesondere auf Hochdruekgefäße, deren komplementäre Qewlndeanordnungen ein Elastizitäteeigenverhalten zu eigen 1st.

Für bestimmte Anwendungen mit Hochdruck, wie beispielsweise solche unter Verwendung von Isostatischen Gefäßen, welche mit einer Gewindeöffnung versehen sind, mit welcher ein mit eise» Sewlade versehener Verschlügstopfen verschraubt wird, 1st es wünschenswert, daß komplementäre Paßgewinde glelohförBlg beansprucht werden, oder

- 2 *f?tMKtM*am τακ «αβάκιο.«

MOnd-n «143

daß sie sich der durch den Druck hervorgerufenen Materialbeanspruchung des Hoohdruckgefäßes anpassen.

In Hochdruokgefäßen der beschriebenen Art werden die höchsten Axialbeanspruchongen den Gewindegängen der Gefäßöffnung auferlegt, welche dem Innendruck in dem Gefäß am nächsten liegen, diese Beanspruchungen verringern sich allmählich, jedoch nicht unbedingt gleichförmig, in den Gewindegängen in einer Richtung weg von dem inneren Abschnitt der Gewindeöffnung. In der Gewindeöffnung des Druckgefäßes herrschen auch noch radiale Beanspruchungen vor, welche die Beanspruchungen in den Gewindegängen weiterhin verzerren und/oder erhöhen. Die mit komplementären Gewinden versehenen Teile, welche für Hochdruckgefäße verwendet worden sind, wurden deshalb mit überdimensionierten Querschnitten versehen, um dadurch geeignete Sicherheitsfaktoren zu schaffen, weil nicht alle Gewindegänge des Verschlusses im Hinblick auf ihre Belastungsfähigkeit gleichmäßig und wirksam beanspruoht sind.

Die Erfindung kann füi Gefäße mit isostatisohem Druok odex

J I I

' IfI

" J I >

für Druckgefäße anderer Arten Anwendung finden, sie kann auch für Druckgefäße verwendet werden, welche für ihre Verschlußgefüge Parallelgewinde oder Gewinde mit Schraubenverzahnung benötigen. Die mit einem Gewinde versehenen Verschlußteile können entweder von der Art mit kontinuierlicher Gewindeschraube und Schraubenmutter sein, oder sie können unterbrochene, parallele oder schraubenförmige Gewinde haben, wie diese für den Verschluß von Artilleriegeschützen im allgemeinen Verwendung finden. In allen diesen Fällen kann ein wahres Gewindeprofil verwendet werden, welches sich für die besondere Anwendung eignet.

Unter Berücksichtigung des Verstehenden werden erfindungegemäß mit komplementären Gewinden versehene Teile geschaffen, welche sich als Verschlußgefüge für Hochdruckgefäße eignen und einen Außengewindeteil und einen Innengewindeteil umfassen, die zur Bildung einer komplementären Gewindeverbindung miteinander verschraubt sind und welche dadurch gekennzeichnet sind, daß unterhalb des normalen Pußabschnittea von wenigstens einem der beiden zusammenpassenden Gewinde eine derart geformt·- Zahnlücke vorgesehen ist,daß sich die zusammenpassenden Gewinde unter Beaufschlagung mit hohen Drücken gleichförmig beanspruchen lassen.

Vorzugsweise ist die Zahnlücke oder Nut kegelförmig, um

-4-

j j j « ι «

I I · » t · I "

- 4»

eineElastizitätskennlinie zu bi/den, aufgrund welcher der Gewindequerschnitt eich als ein Hebel biegen öder durchfedern läßt, so daß sich dadurch die zusammenpassenden Gewinde gleichförmig beanspruchen oder deren Materialbeanepruchung unter Druck des Hochdruckgefäßes anpassen lassen. Wenn hier von "kegelförmig¹¹ gesprochen wird, so wird damit eine axiale Profilierung gemeint. Das Profil muß nicht geradlinig sein.

Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung erkennbar. Es zeigt:

Pig. 1 eine Ansicht mit zentralen, vertikalem Schnitt durch die Verschlußfläche eines Hochdruckgefäßes,

Fig. 2 einen Abschnitt der mit komplementären Gewinden

versehenen Teile der Fig. 1, in vergrößertem Maßstab zum Zwecke einer Verdeutlichung,

Fig. 2a eine der Fig. 2 ähnliche Ansicht, bei welcher jedoch in gestrichelten Linien und in einem übertriebenem Ausmaße die Biegungen oder Durchfederungen des Gewindes dargestellt sind,

-5-

οι ι. I · · · t

oil· · · t ·

lit I· It t · »

- 5 - 3

rig. 3 eine der ?ig. 2 ähnliche Ansicht» bei welcher jedoch die den Gewinden zugeordneten Zahnlücken eine abgeänderte Aueführungeform aufweisen, und

fig.3a eine der "ig. 3 ähnliche Ansicht, bei welcher jedoch eine weiterhin geänderte Aueführungeform dargestellt ist und bei welcher auch in gestrichelten Linien und in einem übertriebenen Ausmaße die Biegungen oder Surchfederungen dee Gewindes dargestellt sind.

Unter Bezugnahme auf die *'ig. 1 und 2 in Besonderem ist mit 10 das Hochdruckgefäß bezeichnet, welches jede beliebige Ausführungsform haben kann. Hur der Teil des Gefaßtes ist dargestellt, welcher die mit komplementären Gewinden versehenen feile umfaßt, diese bestehen aus einer Gewindeöffnung 11 und einem mit einem Gewinde versehenen Verschlußetopfen 12, der in die Öffnung eingeschraubt ist, um dae Innere des Gefäßes nach außen abzuschließen. Die ^uffnung 11 ist mit einem Innengewinde versehen, das mit 13 bezeichnet ist, das Außengewinde des Verschlußes 12 ist mit 14 bezeichnet.

Für den Schraubenverschluß sind in der Zeichnung Sägezahngewinde dargestellt, die verbesserte Ausführungeform der Gewinde ist jedoch nicht auf dieses spezielle Gewinde be-

-μ mi *

ν tin

. I t

ύ « · t

t ι ·

schränkt, wi· dl·· vorstehend bereit· angedeutet wurde.

Der Rollkreie- oder Tellkreiedurohaeeser de· Gewindesy-Bteme iet alt der HaBllnie S 1 angedeutet. Der normale Pußkreisdurchaeeeer de· Innengewinde· 13 let ait der Maßlinie S 1 angedeutet. Der normale PuBkreiedurchmeeaer des Innengewinde· 13 ist alt der MaBlInIe D 2 und der Puß- kreiedurchjneeeer des Außengewindes 14 ist mit der MaB-linie D 3 angedeutet. Dea normalen Pußabechnitt dee Innen gewindes 13 ist eina kegelförmige Hut oder Zahnlücke 15 zugeordnet, und gleichartig ist dem Pußabechnitt dee Außengewindes 14 eine kegelförmige Hut oder Zahnlücke zugeordnet.

Die Tiefe der kegelföraigen Zahnlücke 15 ist über die gesamte axiale Länge des Innengewindes 13 nicht gleichför mig, sie nimmt vielmehr in Richtung auf das am nächsten zum Innern des Gefäßes 10 liegende Gewindeende hin all mählich zu. Dies ist aus dem Querschnitt gemäß ^rig. 1 erkennbar, der Fuß der Zahnlücke 15 weist eine Kegeilig keit auf, die mit der Linie L 1 - L 1 angedeutet ist.

In gleichem Maße ist die Tiefe der kegelförmigen Zahnlücke 16 nicht über die gesamte axiale Länge des Gewindes 14 gleichförmig, sie nimmt vielmehr gleichfalls in Richtung

ι 1 I I III·
>l · »
I I ·
I III ItI I

i. Γ4

auf das am nächsten zum Inneren des Gefäßes 10 liegende Gewindeende hin allmählich zu. Wie aus I"ig. 1 erkennbar, weist demzufolge der Fuß der Zahnlücke 16 gleichfalls eine Kegeligkeit auf, die mit der Linie L 2- L2 verdeutlicht ist.

Die Wirkung der Zahnlücken besteht darin, die Steifheit der umgebenden, metallischen Körper zu reduzieren und folglich ein Biegen des Metalles unter Beanspruchung zu erleichtern. Das Vorsehen der Zahnlücke an der Basis des Innengewindes gestactet demzufolge ein Biegen der Wand dieses Innengewindes, wie dies erforderlich ist, um ein Anpassen an die ^-raft zu ermöglichen, die auf es durch das zugeordnete Außengewinde und umgekehrt ausgeübt wird. Die Tiefe der Zahnlücken und das Ausmaß und die dichtung der Kegeligkeit, welche diese Tiefe von Punkt zu Punkt ändert, sollte so gewählt werden, daß alle Abschnitte der Gewinde um Beträge gebogen oder durchgefedert werden, welche in im wesentlichen gleichförmigen Einheitebeanspruchungen in dem Metall resultieren.

Es muß vermerkt werden, daß entgegen der Darstellung mit einem sowohl dem Gewinde des Verschlußstopfens wie auch dem Gewinde der öffnung in dem Gefäß zugeordneten kegelförmigen, schraubenförmigen Zahnlücke der erfindungsgewollte Zweck auch erreicht werden kann, wenn die kegelförmige Zahnlücke

I
I I ·

nur dem Gewinde dos Verschlusstopfens oder nur dem Gewinde der Gefäßöffnung zugeordnet wird. Darüber hinaus können die WinkelΛund β der Zahnlückenkegel divergierend oder konvergierend sein, oder es können die Zahnlücken veränderliche Kegeligkeiten haben, oder sie können mit geradlinigen Bereichen in Wechselbeziehung mit den durch dem Druck induzierten Beanspruchungen kombiniert werden, welchen das Gefäßsystem ausgesetzt ist. Während eine kegel- | förmige Ausführungsform der Zahnlücken bevorzugt ist,, kam* auch eine Ausführungsform verwendet werden, welche keine Kegeligkeit aufweist.

Eine gleichförmige Beanspruchung der Gewinde des Verschluss see wird dadurch erreicht, daß der Gewindequerschnitt als ein Hebel in der axialen Richtung durchbiegt oder durchfedert, und daß die Zahnlücken 15 und/oder 16 die notwendigen Biegungs- oder Durchfederungseigenschaften erleichtern.

unter Bezugnahme nunmehr auf die vergrößerte Darstellung gemäß Fig. 2 ist erkennbar, daß die Flanken 17 und 17* der Zahnlücke 15 parallel zueinander verlaufen, dies ist jedoch kein notwendiges Merkmal, da sie auch schräg verlaufen können. In gleicher Art und Weise können auch die Flanken 18 und 18' der Zahnlücke 16, welche parallel zueinander

-9-

verlaufend dargestellt sind, schräg ausgerichtet sein. Die Radii oder Krümmungen der Oberflächen 19, 2o an den Füßen der Zahnlücken 15, 16 und der Oberflächen 21, 22 an den Füßen der Gewinde 13, 14 sind vorzugsweise so gestaltet, daß sie eine Verteilung der Beanspruchung in dem Gefäßsystem ausgleichen, so daß die Gewinde als gleichförmig beanspruchte, kontinuierlich biegsame Hebel wirken. Die Flankenabschnitte der Gewinde sind geradlinig gezeigt.

Fig. 2a zeigt eine herkömmliche Sägezahngewinde-Verbindung, bei welcher die gestrichelten Linien die Biegungen oder Durchfederungen darstellen. Das Ausmaß der Biegungen oder Durchfederungen ist zum Zwecke der Darstellung übertrieben. D 1 ist die Maßlinie für den Rollkreisdurchmesser und 26 zeigt die parallelen, zusammenpassenden Oberflächen in nicht beanspruchtem Zustand. Diese Parallelität ist da- erwartete Ideal, es ist jedoch zu bezweifeln, ob sie unter Belastung in der Praxis tatsächlich erreicht wird. Im belasteten oder beanspruchten Zustand geht diese Parallelität bestimmt zu einem gewissen Ausmaße verloren, und die Gewinde- I spitzen 24 und 25 könnten die Belastungspunkte werden, wodurch komplexe Biegungs- und Scherbeanspruchengen

- Io -

- Io - auftreten, welche nicht richtig verstanden werden.

Um die Beanspruchungen entlang des Rollkreises zu zentralisieren und um die Hebelarme auszugleichen, kann eine ballige Ausführungsform der Gewinde Verwendung finden, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist.

In der in Fig. 3 dargestellten, abgeänderten Ausführungsform sind die Flanken 21A des Gewindes 13 nicht geradlinig wie in der Fig. 2, die Flanke 21A des Gewindes ist vielmehr sowohl an der Spitze wie auch am Fuß, wie bei 23 angedeutet, ballig ausgeführt, um dadurch ein Anpassen an die Biegungsbeanspruchungen zu ermöglichen. Falls erwünscht kann eine gleichartige Balligkeit auch für die Flanken des Gewindes 14 vorgesehen werden, wie dies in Fig. 3a gezeigt ist, die Balligkeit kann auch nur für das Gewinde 14 und nicht für das Gewinde 13 vorgesehen sein.

Fig. 3a zeigt eine Sägezahn-Balliggewinde-Verbindung, welche auf die sich hin und her bewegenden oder oszit· lierenden Flächen 27 die Belastung ausübt. Es sollte vermerkt werden, daß die Gewindespitzen 28 und 29 nicht unter Belastung stehen, wodurch konsequenterweise ein

- 11 -

8810730-3,6.71

kürzerer Hebelarm zur Verfügung gestellt ist. Eine ballige Ausführung erlaubt für das Herstellungsverfahren eine größere Breite,indem parallele Gewindeoberflächen nicht notwendig sind. In Fig.3a veranschauli cht die gestrichelte Linie in einem übertriebenen Ausmaße die Lagen der Gewinde welche in belastetem Zustand infolge von Biegungen oder Durchfederungen erwartet werden. Die Wirkverbindung der Gewinde unter Belastung ist durch die mit 27' bezeichneten durchgebogenen oder durchgefederten Oberflächen gezeigt.

Während die Erfindung in Verbindung mit einer spezifischen Ausführungsform und für eine spezielle Anwendung beschrieben worden ist, können verschiedene Änderungen von dem einschlägigen Fachmann vorgenommen werden, ohne daß dabei von dem Erfindungsgedanken, wie er in den beigefügten Ansprüchen erfaßt ist, Abstand genommen wird.

Claims (5)

lhrZ..*.n Ibr8d.r..b.n Un..r Z.I«h.n ^g1Q ^" 27. NOV. 1970 G 68 10730.2National Forge Comp, Anwaltsakte 17 8l8 Neue Schutzansprüche :

1. Hochdruckgefäß mit einem Innengewinde In seinem Verschlußbereich, In welches ein Außengewindeteil eingeschraubt 1st, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb des normalen Fußabschnittes wenigstens eines der beiden zusammenpassenden Gewinde eine Zahnlücke (15 oder 16) vorgesehen ist, welche derart geformt ist, daß die zusammenpassenden Gewinde bei Beaufschlagung mit hohen Drucken gleichförmig beansprucht sind.

2. Hochdruckgefäß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für beide Gewinde eine Zahnlücke vorgesehen ist.

IX/fr

) ) Il Il

< ) Il

3. Hochdruekgeffiß nacu einem der vorhergebenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnlücke derart geformt ist, daß die Gewinde der zusammenpassenden Teile unter Beanspruchung eine Biegung zulassen.

4. Hochdruckgefäß nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der Zahnlücke derart ist, daß die gleichförmige Beanspruchung dei- Teile über deren axiale Erstreckung in der Nähe der Gewinde stattfindet.

5. Hochdruckgefäß nach einem der vorhergehenden Ansprüche» dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnlücke in einer solchen Richtung kegelförmig ist, daß die Tiefe von einem äußeren Ende zu einem inneren Ende des zusammenpassenden Teiles in der Nähe des Druckgefäßinneren allmählich zunimmt,