DE19852855A1 - Verfahren zur Erfassung der plastischen Dehnung bei der Innendruckprüfung von Behältern - Google Patents
Verfahren zur Erfassung der plastischen Dehnung bei der Innendruckprüfung von BehälternInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung der plastischen Dehnung bei der Innendruckprüfung von Behältern mit den Arbeitsschritten: DOLLAR A Einsetzen des zu prüfenden Behälters in einen mit Flüssigkeit füllbaren und verschließbaren Tank, Verbindung der Einfüllöffnung des Behälters mit einer durch den Tank abgedichtet geführten Leitung, die am anderen Ende mit einer Druckerzeugungseinheit verbunden ist, Verschließen des Tanks, Entlüftung von Tank und Behälter, Füllung des Tanks mit einer Flüssigkeit, wobei die vollständige Füllung als ein sich einstellender Flüssigkeitsspiegel als Nullpunkt in einem über eine Leitung mit dem Tank verbundenen und oberhalb des Tanks angeordneten Meßgerät festgelegt wird, Füllung des Behälters mit einer Flüssigkeit und Druckaufgabe bis zu einem vorgeschriebenen Prüfdruck, Halten des Prüfdruckes über eine vorgeschriebene Zeitspanne, Verdrängung eines Teiles der Flüssigkeit im Tank infolge der elastisch-plastischen Dehnung des Behälters, wobei die verdrängte Flüssigkeitsmenge zu einer Erhöhung des Flüssigkeitsspiegels im Meßgerät führt, Ablesen des maximal sich einstellenden Flüssigkeitsspiegels am Ende der Haltezeit (Gesamtmenge des verdrängten Volumens), Druckabbau im Behälter bis auf Normaldruck, wobei durch den Rückgang der elastischen Dehnung des Behälters der größte Teil der zuvor verdrängten Flüssigkeit in den Tank zurückfließt, die im Meßgerät über den Nullpunkt hinausgehende verbleibende Flüssigkeitssäule infolge der plastischen ...
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung der plastischen Dehnung bei der
Innendruckprüfung von Behältern gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Neben der indirekten Prüfung hat sich im verstärkten Maße die direkte Prüfung mittels
einer Volumenverdrängung einer definierten Flüssigkeitsmenge infolge der elastisch
plastischen Dehnung des unter Innendruck stehenden Behälters durchgesetzt. Im
englischsprachigen Raum wird diese Methode als "water jacket volumetric expansion
test" bezeichnet (siehe hierzu Pamphlet C-1 der Compressed Gas Association, Inc.,
New York, 6. Ausgabe 1975, Seiten 2-9). Bei diesem Verfahren wird der zu prüfende
Behälter in einen mit Flüssigkeit füllbaren und mit einem Deckel verschließbaren Tank
eingesetzt. Die Einfüllöffnung des Behälters wird mit einer durch den Tankdeckel
abgedichtet geführten Leitung verbunden. Die Leitung ist am anderen Ende mit einer
Druckerzeugungseinheit verbunden. Nach dem Einsetzen und Anschließen des
Behälters wird der Tank mittels des Deckels verschlossen. Der Tank sowie der
Behälter müssen vor der Messung sorgfältig entlüftet werden, da verbleibende
Gasreste das Meßergebnis verfälschen würden. Nach der Entlüftung wird der Tank mit
einer Flüssigkeit gefüllt und die vollständige Füllung als der in einer Bürette sich
einstellende Flüssigkeitsspiegel als Nullpunkt festgelegt, wobei die Bürette über eine
Leitung mit dem Tank verbunden und oberhalb des Tankes angeordnet ist.
Anschließend wird der Behälter mit einer Flüssigkeit gefüllt und bis zu einem
vorgegebenen Prüfdruck unter Innendruck gesetzt. Der Prüfdruck wird über eine
vorgeschriebene Zeitspanne, in der Regel 30 Sekunden, gehalten. Infolge der
elastischplastischen Dehnung des Behälters wird ein Teil der Flüssigkeit im Tank
verdrängt, wobei die verdrängte Flüssigkeitsmenge zu einer Erhöhung des
Flüssigkeitsspiegels in der Bürette führt. Der am Ende der Haltezeit sich einstellende
maximale Flüssigkeitsspiegel wird an der Bürette abgelesen und daraus das
verdrängte Volumen ermittelt. Nach dem Druckabbau im Behälter bis auf Normaldruck
fließt infolge des Rückganges der elastischen Dehnung des Behälters der größte Teil
der zuvor verdrängten Flüssigkeitsmenge wieder in den Tank zurück. Der in der
Bürette über den Nullpunkt hinausgehende Flüssigkeitsspiegel infolge der bleibenden
plastischen Dehnung des Behälters wird abgelesen. Der abgelesene Wert bzw.
dessen Volumen wird zum zuvor verdrängten Gesamtvolumen ins Verhältnis gesetzt
und daraus die prozentual verbleibende plastische Dehnung des Behälters errechnet.
Dieses seit Jahren bewährte Meßverfahren versagt bei der Druckprüfung kleiner
Behälter im Bereich von 0,5 bis 20 Liter Füllvolumen. Die verbleibende
Flüssigkeitshöhe infolge der plastischen Dehnung ist so gering, daß die Bürette auf
einen Innendurchmesser von 1 mm verkleinert werden müßte mit einer Länge von
mehr als 2 m, um den Differenzwert noch mit entsprechender Genauigkeit ablesen zu
können. Die Installation einer solchen Bürette ist problematisch und die Verfälschung
des Meßwertes infolge der hohen Kapillarwirkung einer so engen Röhre wäre sehr
groß.
Aufgabe der Erfindung ist es, das bewährte Verfahren nach dem
Volumenverdrängungsprinzip so weiterzubilden, daß mit diesem Verfahren auch kleine
Behälter im Bereich von 0,5 bis 20 Liter Füllvolumen mit hoher Genauigkeit bei
drastisch reduzierter Taktzeit für einen Prüfzyklus geprüft werden können.
Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff in Verbindung mit dem
kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen
sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sind Bestandteil von
Unteransprüchen.
Nach der Lehre der Erfindung wird statt der Höhendifferenz einer Flüssigkeitssäule
eine Gewichtsdifferenz gemessen und unter Berücksichtigung des spezifischen
Gewichtes der verwendeten Flüssigkeit daraus eine Volumendifferenz ermittelt. Dazu
ist oberhalb des Tankes eine Präzisionswaage angeordnet, auf der ein nach oben hin
offener Meßzylinder steht, in den die den Tank mit dem Meßgerät verbindende Leitung
mündet. Dieses sogenannte Überlaufrohr bildet physikalisch gesehen aber eine
kommunizierende Röhre. Nach Befüllen des Tanks wird die Präzisionswaage
austariert und die Meßskala auf Null gestellt. Die Innendruckprüfung wird, wie zuvor
ausführlich erläutert, durchgeführt und die verbleibende Flüssigkeitsmenge im
Meßzylinder infolge der bleibenden plastischen Dehnung des Behälters ausgewogen.
Die von der Gewichtsdifferenz ermittelte Volumendifferenz wird zum gesamten
verdrängten Volumen des Behälters ins Verhältnis gesetzt. Dieses Verhältnis ergibt die
prozentuale bleibende plastische Dehnung, die mit einem vorgegebenen Grenzwert
verglichen wird.
Der Vorteil des vorgeschlagenen Verfahrens ist darin zu sehen, daß die kleinen
Gewichtsdifferenzen auf 1 mg genau gemessen werden können. Das ist für die
vorgeschriebene Innendruckprüfung kleiner Behälter im Bereich von 0,5 bis 20 Liter
Füllvolumen ausreichend. Eine Verfälschung der Meßwerte infolge der Kapillarwirkung
der verwendeten Rohre tritt bei dem vorgeschlagenen Verfahren nicht auf, da sowohl
der Querschnitt des Überlaufrohres als auch der des Meßzylinders groß genug
gewählt werden kann.
Ein Großteil der Abnahmegesellschaften schreibt wie bei vielen anderen
vergleichbaren Prüfverfahren eine Kalibrierung der Prüfanlage vor. Dazu wird
erfindungsgemäß vor Prüfung einer Behälterserie ein sogenannter Kalibrierbehälter
benutzt. Dieser Kalibrierbehälter zeichnet sich dadurch aus, daß er zuvor bei einem so
hohen Prüfdruck abgedrückt wurde, so daß er bei dem für die zu prüfende
Behälterserie vorgesehenen Prüfdruck ein rein elastisches Verhalten zeigt. Dies
bedeutet, daß bei Abdrücken des Kalibrierbehälters keine verbleibende
Gewichtsdifferenz ermittelt werden darf, da der Behälter sich beim Abdrücken rein
elastisch verhält. Sollte dennoch eine Differenz festgestellt werden, die
überraschenderweise größer ist als die zu erwartenden zulässigen
Meßwertabweichungen der Präzisionswaage und des Gesamtsystems, muß die
Anlage überprüft werden.
Zur Verringerung der erforderlichen Prüftaktzeit wird weiterhin vorgeschlagen, das
Meßverfahren weitgehend zu automatisieren. Dazu ist eine Ausgangsbuchse der
Präzisionswaage und der Druckmeßdose mit einer Eingangsbuchse einer
Meßwerterfassungsanlage über Meßkabel verbunden. Weiterhin ist die
Meßwerterfassungsanlage mit einer Protokollausgabe verknüpft, so daß die
Abhängigkeit Prüfdruck über verdrängtes Volumen unmittelbar aufgezeichnet und als
Prüfprotokoll ausgedruckt werden kann. Die Prozedur des Entlüftens und der
Befüllung des Druckbehälters sowie des Tankes ist weitgehend automatisiert und wird
durch einen Prozeßrechner gesteuert. Um die Leerlaufzeit zwischen Prüfende,
Demontage des geprüften Behälters und Montage eines neuen zu prüfenden
Behälters besser nutzen zu können, wird außerdem vorgeschlagen, die Prüfanlage
mit zwei im Wechsel zu bedienenden Tanks auszurüsten, wobei beide Tanks mit der
gleichen Druckerzeugungseinheit verbunden sind. Die Präzisionswaage sowie die
Überlaufrohre und Meßzylinder sind ebenfalls doppelt ausgelegt.
Nach einem weiteren kennzeichnenden Merkmal ist an der Innenseite des
Tankdeckels ein Kupplungselement angeordnet, auf das ein in den Behälter
einschraubbares Gegenstück einsteckbar ist. Dies erleichtert ganz wesentlich die
Verbindung des Behälters mit dem Tankdeckel einerseits und mit der durch den
Tankdeckel sich erstreckenden Leitung. Auch dieses Merkmal trägt zur Verkürzung
der Prüftaktzeit bei.
Bei der Erörterung des Prüfverfahrens ist schon darauf hingewiesen worden, daß die
gemessene Gewichtsdifferenz auf eine Volumendifferenz unter Berücksichtigung des
spezifischen Gewichtes der verwendeten Flüssigkeit umgerechnet wird. Da das
spezifische Gewicht eine temperaturabhängige physikalische Größe der Flüssigkeit
ist, muß streng darauf geachtet werden, daß die Temperatur der geförderten
Flüssigkeit bei Vielfachprüfungen nicht ansteigt. Dazu wird vorgeschlagen; die
Druckerzeugungseinheit mit einem Kühlaggregat zu verbinden, so daß über die
Messung der Temperatur der geförderten Flüssigkeit diese auf einer konstanten
Temperatur gehalten werden kann.
Weitere Einzelheiten des Verfahrens und der Prüfvorrichtung sind der Zeichnung zu
entnehmen. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Prüfvorrichtung
Fig. 2 ein Beispiel eines Prüfprotokolls
Fig. 3 ein Teillängsschnitt des Kopfbereiches der Prüfvorrichtung.
In Fig. 1 ist in schematischer Form die erfindungsgemäß ausgebildete
Prüfvorrichtung dargestellt. Sie besteht aus einem mit Flüssigkeit 2 füllbaren und mit
einem Deckel 3 verschließbaren Tank 1. In diesem Tank 1 ist der zu prüfende
Behälter 4 einsetzbar. Durch die Einfüllöffnung 5 des Behälters 4 erstreckt sich eine
Zuführleitung 6, die abgedichtet durch den Deckel 3 geführt ist. Diese Zuführleitung 6
ist am anderen Ende mit einer Druckerzeugungseinheit verbunden. Diese weist einen
Motor M und eine damit verbundene Pumpe 7 auf. Im unteren Bereich des Tanks 1
mündet eine Leitung 8, die über einen Hahn 9 geöffnet und geschlossen werden
kann. Oberhalb des Tankes 1 ist eine Präzisionswaage 10 angeordnet, auf der ein
nach oben hin offener Meßzylinder 11 steht. In diesem Meßzylinder 11 mündet ein
Überlaufrohr 12, das mit seinem anderen Ende durch den Deckel 3 hindurch sich in
den Füllraum des Tankes 1 erstreckt. Dieses Überlaufrohr bildet physikalisch gesehen
eine sogenannte kommunizierende Röhre. In der Zuführleitung 6 ist eine
Druckmeßdose 13 angeordnet, die den von der Pumpe 7 erzeugten Druck mißt. Die
Präzisionswaage 10 und die Druckmeßdose 13 sind über Meßkabel 14, 15 mit einer
Meßwerterfassungsanlage 16 verbunden, die wiederum mit einer Protokollausgabe 17
verknüpft ist. Da das Prüfverfahren selbst schon ausführlich zuvor erläutert worden
ist, erübrigt sich an dieser Stelle eine Wiederholung.
Fig. 2 zeigt ein typisches Beispiel eines Prüfprotokolls. Auf der Ordinate wird der
aufgebrachte Prüfdruck in bar und auf der Abszisse das verdrängte Volumen in ml
aufgetragen. Die weiter oben liegende Gerade 20 zeigt den Anstieg des im Tank 1
verdrängten Volumens mit steigendem Prüfdruck. Der vorgegebene Prüfdruck betrug
300 bar, wobei der tatsächliche Prüfdruck bei 304,8 bar lag. Die Haltezeit war 30
Sekunden. Das durch die elastisch-plastische Dehnung des Behälters 4 verdrängte
Volumen lag in diesem Beispiel bei 26,51 ml. Nach Ablauf der Haltezeit wurde der
Druck abgelassen und die zweite darunter liegende Gerade 21 zeigt den Verlauf des
zurückfließenden Volumens in den Tank 1 infolge des Rückganges der elastischen
Dehnung des Behälters 4. Nach Erreichen des Normaldruckes ist eine
Volumendifferenz 22 von 0,23 ml verblieben. Dabei ist erfindungswesentlich, daß
diese Volumendifferenz durch Messung einer Gewichtsdifferenz unter
Berücksichtigung des spezifischen Gewichtes der verwendeten Flüssigkeit ermittelt
wurde. Setzt man diese Differenz zum verdrängten Volumen ins Verhältnis, so ergibt
sich der in diesem Protokoll ausgedruckte Wert von 0,87%. Dieser liegt weit
unterhalb des zulässigen Grenzwertes von 5%.
In Fig. 3 ist in einem Teillängsschnitt der Kopfbereich der Prüfvorrichtung dargestellt.
An den Mantel des Tankes 1 ist im oberen Endbereich ein Überlaufgefäß 23
angeschlossen, das sicherstellt, daß beim Einsetzen des zu prüfenden Behälters 4 in
den mit Flüssigkeit voll gefüllten Tank 1 die verdrängte Flüssigkeit abfließen kann und
vor dem Aufsetzen des Deckels 3 sich keine Gasblasen ansammeln können. Zum
Aufsetzen des Deckels 3 ist am Ende des Mantels des Tanks 1 ein flanschartiger
Ring 24 angeordnet mit einer in einer Nut angeordneten Dichtung 25. Die Auf- und
Abbewegung des Deckels 3 ist durch einen Doppelpfeil 26 gekennzeichnet. Auf der
Unterseite des Deckeis ist ein Anschlußstück 27 befestigt, das mit einer Dreh-
Steckkupplung 28 verbunden ist. In die Öffnung des zu prüfenden Behälters 4 ist ein
hier nicht näher dargestelltes Gegenstück einschraubbar, das beim Aufstecken mit
der Dreh-Steckkupplung 28 zusammenwirkt. Auf der Oberseite des Deckels 3 ist ein
weiteres Anschlußstück 29 befestigt mit einem Einsatz 30 zur Befestigung der
Zuführleitung 6, die sich bis in den Füllraum des zu prüfenden Behälters 4 erstreckt.
Das obere Anschlußstück 29 weist einen seitlichen Kanal 31 auf, über den der zu
prüfende Behälter 4 entlüftet und am Ende der Haltezeit entlastet werden kann.
Claims (11)
1. Verfahren zur Erfassung der plastischen Dehnung bei der Innendruck-Prüfung
von Behältern mit den Arbeitsschritten
- - Einsetzendes zu prüfenden Behälters in einen mit Flüssigkeit füllbaren und verschließbaren Tank,
- - Verbindung der Einfüllöffnung des Behälters mit einer durch den Tank abgedichtet geführten Leitung, die am anderen Ende mit einer Druckerzeugungseinheit verbunden ist,
- - Verschließen des Tanks,
- - Entlüftung von Tank und Behälter,
- - Füllung des Tanks mit einer Flüssigkeit, wobei die vollständige Füllung als ein sich einstellender Flüssigkeitsspiegel als Nullpunkt in einem über eine Leitung mit dem Tank verbundenes und oberhalb des Tanks angeordnetes Meßgerät festgelegt wird,
- - Füllung des Behälters mit einer Flüssigkeit und Druckaufgabe bis zu einem vorgeschriebenen Prüfdruck
- - Halten des Prüfdruckes über eine vorgeschriebene Zeitspanne Verdrängung eines Teiles der Flüssigkeit im Tank infolge der elastisch- plastischen Dehnung des Behälters, wobei die verdrängte Flüssigkeitsmenge zu einer Erhöhung des Flüssigkeitsspiegels im Meßgerät führt,
- - Ablesen des maximal sich einstellenden Flüssigkeitsspiegels am Ende der Haltezeit (Gesamtmenge des verdrängten Volumens)
- - Druckabbau im Behälter bis auf Normaldruck, wobei durch den Rückgang der elastischen Dehnung des Behälters der größte Teil der zuvor verdrängten Flüssigkeit in den Tank zurückfließt,
- - die im Meßgerät über den Nullpunkt hinausgehende verbleibende Flüssigkeitssäule infolge der plastischen Dehnung des Behälters wird abgelesen,
- - der abgelesene Wert wird zum zuvor verdrängten Volumen ins Verhältnis gesetzt und daraus die prozentuale bleibende plastische Dehnung des Behälters errechnet,
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß vor Beginn der Prüfung einer Behälterserie ein Kalibrierbehälter geprüft
wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Kalibrierbehälter zuvor bei einem so hohen Prüfdruck abgedrückt
wurde, daß er bei dem für die zu prüfende Behälterserie vorgeschriebenen
Prüfdruck ein rein elastisches Verhalten zeigt.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem mit
einer Flüssigkeit füllbaren und mit einem Deckel verschließbaren Tank, einer
Druckerzeugungseinheit, die über eine durch den Tankdeckel abgedichtet sich
erstreckende Zuführleitung mit dem im Tank eingesetzten zu prüfenden
Behälter verbindbar ist, einer in der Zuführleitung angeordneten
Druckmeßdose und einer in den Tankraum hineinragenden Leitung, die mit
einem oberhalb des Tanks angeordneten Meßgerät verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Meßgerät als Präzisionswaage (10) ausgebildet ist und die vom Tank
(1) zum Meßgerät führende Leitung (12) in einem auf der Präzisionswaage (10)
stehenden, oben offenen Meßzylinder (11) mündet.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ablesegenauigkeit der Präzisionswaage (10) 1 mg beträgt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 und 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die vom Tank (1) zur Präzisionswaage (10) führende Leitung (12) als
metallisches Überlaufrohr ausgebildet ist und physikalisch gesehen eine
kommunizierende Röhre bildet.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4-6,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Ausgangsbuchse der Präzisionswaage (10) und der Druckmeßdose
(13) mit einer Eingangsbuchse einer Meßwerterfassungsanlage (16) über
Meßkabel (14, 15) verbunden ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Meßwerterfassungsanlage (16) mit einer Protokollausgabe (17)
verbunden ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4-8,
dadurch gekennzeichnet,
daß an der Innenseite des Tankdeckels (3) ein Kupplungselement (28)
angeordnet ist, auf das ein in den Behälter (4) einschraubbares Gegenstück
einsteckbar ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4-9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Prüfanlage zwei im Wechsel zu betreibende Tanks (1) aufweist, die an
eine Druckerzeugungseinheit angeschlossen sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Druckerzeugungseinheit mit einem die zu fördernde Flüssigkeit auf
konstante Temperatur haltenden Kühlaggregat verbunden ist.
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DE1998152855 DE19852855C2 (de) | 1998-11-11 | 1998-11-11 | Verfahren zur Erfassung der plastischen Dehnung bei der Innendruckprüfung von Behältern |
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