DE2165880A1 - LIGHTWEIGHT CONTAINER FOR GASES - Google Patents

Description

B e s c h r e i b u n g Leichtbau-Behälter für Gase Die Patentanmeldung beschreibt ein Leichtbausystem von Behältern für Fliissiggase wie z.B. Propan oder Butan oder von verdichteten Gasen wie sie heute in grossem Maßstab dringend benötig werden.B e c h r e i n g Lightweight containers for gases The patent application describes a lightweight construction system of containers for liquid gases such as propane or Butane or compressed gases as they are urgently needed on a large scale today will.

Besagte Gase sollen zur beispielhaften Erläuterung dienen.Said gases are intended to serve as an example.

Selbstverständlich können in solchen Behältern auch ande re verflüssigte oder verdichtete Gase transportiert und gelagert werden. Für höhere Drücke müssen eben dann die Wandstärken der Behälter geändert bzw. ggf. andere Werkstoffe eingesetzt werden.Of course, other liquefied can also be used in such containers or compressed gases are transported and stored. For higher pressures you need just then changed the wall thickness of the container or possibly other materials used will.

Der Fertigung solcher Leichbaubehälter kommen neue Werkstoffe entgegen. Die modernen Feinkornstähle weisen nach einer entsprechenden Wärmebenhandlung Streckgrenzen von ca. 55 ... 70 kp/mm² auf, sind sehr preiswert und lassen sich mit dem Elektronenstrahl gut verschweissen.New materials are used to manufacture such lightweight containers. The modern fine-grain steels show their yield strengths after a corresponding heat treatment from approx. 55 ... 70 kp / mm², are very inexpensive and can be used with the electron beam weld well.

Propan und Butan (C3H8, C4H10) oder ein Gemisch beider Gase eignen sich hervorratend als Treibstoff für Verbrennungsmateren in Kraftfahrzeugen. Die ist besonders bedingt durch praktisch schadstoffreie Abgase, diese Treibstoffe sind also umweltfroundlich.Propane and butane (C3H8, C4H10) or a mixture of both gases are suitable excellent as a fuel for combustion materials in motor vehicles. the is particularly due to the practically pollutant-free exhaust gases that are fuels so environmentally friendly.

Beim Einsatz in P@@@onenkraftwagen oder leichten Nutzfahrzeugen ist der Einbau der derzeit verwendeten Leichtstahlflaschen hinderlich. Wertvollör Transportraum wird unnütz vergeudet.When used in P @@@ onenkraftwagen or light commercial vehicles the installation of the currently used light steel cylinders is a hindrance. Valuable transport space is wasted uselessly.

Um grössere Fahrstrecken zurücklegen zu können ist das Volumen der hierfür benötigten Leichtstahlflaschen zu gross.In order to be able to cover longer distances, the volume is the Light steel bottles required for this are too big.

Das beschriebene Herstellungsverfahren gestattet die Fer -tigung extrem leichter flaschenförmiger Gefässe wie auch von Druckbehältern in Quaderform, wie sich sich speziell als Tankbehälter für Personenkraftwagen weit besser eignen wie die derzeitigen Leichtstahlflaschen.The manufacturing process described allows extreme manufacturing lighter bottle-shaped vessels as well as pressure vessels in rectangular shape, such as are especially well suited as tank containers for passenger cars such as the current light steel cylinders.

Fig. 1 zeigt eine Leichtbauflasche 2 zeigt einen quaderförmigen Gasbehälter in der Draufsicht 3 zeigt den Gasbehälter nach Fig.2 im Schnitt A - B 4 zeigt ein Differenzdruckventil welches in die Behalterzchenwände ein baut werden kann: 5 zeigt das Verschwelssen eines Schorts mit einer Aussenwand. Fig. 1 shows a lightweight bottle 2 shows a cuboid gas container in plan view 3 shows the gas container according to FIG. 2 in section A - B 4 shows a Differential pressure valve which can be built into the container walls: 5 shows the fusion of a crotch with an outer wall.

Die Leichtbau-Flasche besteht aus der halbkugelig verformten Kappe 1 mit dem Füllstutzen 2, der Bodenkappe 3.The lightweight bottle consists of the hemispherical shaped cap 1 with the filler neck 2, the bottom cap 3.

Diese beiden Kappen 1,3 können z.B. durch Schmieden vorgeformt werden,die endgültige Formgebung und Dimensionierung erfolgt durch Streck-Projizieren(Fliessdrücken,) wodurch eine Erhöhung Zugfestigkeit sowie der Streckgrenze erreicht wird .(Streckgrenze = 0,2 -Dehngrenze) Der Mantel wird mit Hilfe desselben Verfahrens aus einem vorgeschmiedeten Ring durch Vorwärts- oder Rückwärts-Fliessdrücken hergestellt. Bei kurzen Behältern ist es auch möglich, die Bodenkappe zusammen mit dem zylindrischen Teil aus einem Werkstück heraus herzustellen.Dies ist be -sonders bei Verarbeitung von eichtmetallen möglitch.These two caps 1,3 can be preformed e.g. by forging, which Final shaping and dimensioning is done by stretch-projecting (flow spinning,) whereby an increase in tensile strength and the yield point is achieved = 0.2 yield strength) The jacket is made from a pre-forged with the help of the same process Ring made by forwards or backwards flow spinning. With short containers it is also possible to combine the bottom cap with the cylindrical part from one This is particularly important when processing light metals possible.

Um den dünnwandigen Hohlzylinder zu verstärken sind in denselben die Schotten 5,6,7 mit den Ausgleichsbohrungen 8 eingepresst. Diese Schotts werden mit Hilfe des Elektronenstrahl-Schweissverfahrens durch die diinne Behälterwand 4 hindurch von aussen her festgeschweisst. Der Elektronenstrahl 21 (Fig.5) schmilzt hierbei die Behälterwand 4 auf, es kommt gleichzeitig zum Aufschmelzen des Schottwerkstoffs 5, wudurch eine dauerhafte Verbidung zwischen der BehälterWand 4 und den Schotts geschaffen wird.To reinforce the thin-walled hollow cylinder are in the same Bulkheads 5,6,7 pressed in with the compensating bores 8. These bulkheads are made with With the aid of the electron beam welding process through the thin container wall 4 Welded on from the outside. The electron beam 21 (FIG. 5) melts here the container wall 4, the bulkhead material melts at the same time 5, creating a permanent connection between the container wall 4 and the bulkheads is created.

Diese Verbindung ist gasdicht und hat dieselbe Festigkeit wie die verschweissten Werkstoffe. Gegenüber allen anderen Verfahren tritt hierbei an der Schweissnaht keine Verminderung der Festigkeit ein. Der Elektronenstrahl wird beim Schweissen z.B. kreisförmig oder sinusförmig abgelent (22,23) um eine Verbreiterung der Schweissnaht zu erzielen.This connection is gas-tight and has the same strength as the welded materials. Compared to all other procedures, this occurs at the Weld seam does not reduce the strength. The electron beam is at Welding e.g. circular or sinusoidal (22,23) around a widening to achieve the weld seam.

Die eingeschweissten Schotts 6,7,8 haben sowohl die Aufgabe die radialen Druckspannungen, welche auf die Wand des Hohl zylinders wirken abzufangen wie auch gleichzeitig noch den Innenraum in verschiedene Sektionen aufzuteilen. Sie verhindern so noch beim Transport von Flüssiggas ein zu starkes Schwappen des Flüssiggases im Behälter.The welded-in bulkheads 6,7,8 both have the task of the radial ones Compressive stresses that act on the wall of the hollow cylinder to intercept as well at the same time to divide the interior into different sections. You prevent For example, there is too much sloshing of the liquid gas when transporting liquid gas in the container.

Anstelle der Ausgleichsbohrungen 8 In den Schotts können jeweils Druckdifferenz-Ventile9, welche durch schnelle Ausgleichströmungen zwischen den einzelnen,durch die Schotts gebildeten Behältersektionen automatisch betätigt werde n, eingeschweisst werden.Instead of the compensating holes 8 in the bulkheads, differential pressure valves 9, which by fast equalizing currents between the individual, through the bulkheads formed container sections are automatically actuated n, are welded.

Die Fig.4 zeigt den Aufbau eines solchen Druckdifferenz-Ventils.Die Hülse 20 hat eine mit Bohrungen versehene Mittelwand 17.Tn dieser Wand 17 ist die Ventilführungsstange fest angebracht.Auf die Ventilführungsstange 12 sind die Ventilkörper 13,14 beweglich aufgesteckt,die Federn 18,19 welche sich gegen die Wand 17 abstützen driicken die Ventile gegen die Sicherungsstifte 15,16.4 shows the structure of such a pressure differential valve Sleeve 20 has a bored central wall 17.Tn this wall 17 is the The valve guide rod is firmly attached. The valve bodies are on the valve guide rod 12 13, 14 attached movably, the springs 18, 19 which are supported against the wall 17 the valves press against the locking pins 15, 16.

Tritt nun im Raum 10 (Fig, l) ein plötzlicher Druckabfall ein, z.B. durch eine Heschädigung von aussen, so entsteht eine starke Strönung durch das Ventil 9 hindurch in den Raum 10, Dies ist bedingt durch die Druckdifferenz zwischen Raum 11 und Raum 10. Diese Strömung bewirkt, dess dan Ventil 9 schliesst und durch den Durck im Raum 11 geschlossen gehalten wird. Es kann also nur noch die Gasmenge ausströmen, welche sich als Restgasmenge im Paum 10 befindet. Dies ist ein ganz wesentlicher sicherheitsfakter, Fig. 2 zeigt einen quaderförmigen Behälter in derDraufsicht, Fig. 3 denselben im Schnitt A - B.If there is a sudden drop in pressure in room 10 (Fig, 1), e.g. if there is damage from the outside, there is strong radiation through the valve 9 through into space 10, this is due to the pressure difference between space 11 and space 10. This flow causes the valve 9 to close and through the Pressure in room 11 is kept closed. So only the amount of gas can flow out which is located in the Paum 10 as a residual amount of gas. This is a very important one safety factor, Fig. 2 shows a cuboid container in the top view, Fig. 3 the same in section A - B.

Der Behälter wird gebildet durch den Deckel 24 und den Boden 25, den aussenwänden 26, 27, 28 und 29, sowie den Schotts 30, 31 , 32 und 33 mit den Ausgleichbohrungen 34, 35, 36 und 37. Deckel 24 und Boden 25 können wie skizziert verformt sein, um hiermit eine zusätzlifung zu erreichen. Diese Verformung kann auch an den Wänden 26, 27, 28 und 29 vorgenommen sein, sie ist der Einfachheit halber nicht gezeichnet.The container is formed by the lid 24 and the bottom 25, the outer walls 26, 27, 28 and 29, as well as the bulkheads 30, 31, 32 and 33 with the compensating holes 34, 35, 36 and 37. Lid 24 and base 25 can be deformed as outlined in order to herewith to achieve an additional lift. This deformation can also occur on the walls 26, 27, 28 and 29, it is not shown for the sake of simplicity.

pas Zusammenssen erfolgt nun wieder mit Hilfe des Elektronenstrahls, wotei die Schotts 30, 31, 32 und 33 mit dem Deckel 24, dem Boden 25 und den Wänden 26, 27, 28 und 29 nach Fig. 5 verschwisst werden. Die Schotts 30, 31, 32 und 33 nehmen hierbei die nach allen Richtungen nach aussen wirkenden Druckkräfte auf Anstelle der Ausgleichsbohrungen 34, 35, 36, 37 könren Differenzdruck-Ventile eingesetzt sein, wie dies an der Bohrung 35 dargestellt ist. Beim plötzlichen Oruckabfall in einer der durch die Schotts 30, 31, 32 und 33 gebildeten Sektionen ein Druckabfall durch Beschädigung des Behälters auftritt werden die um die undichte Sektion liegenden, durch die Schotts gebildeten Sektionen mit Hilfe der in den Ausgleichsbohrungen eingesetzten Druckdifferenzventile abgesperrt. Somit verliert nur die undichte Sektion das in ihr gespeicherte Gas.pas collapse now takes place again with the help of the electron beam, wotei the bulkheads 30, 31, 32 and 33 with the cover 24, the bottom 25 and the walls 26, 27, 28 and 29 according to FIG. 5 are welded. The bulkheads 30, 31, 32 and 33 take the pressure forces acting outwards in all directions instead the compensating bores 34, 35, 36, 37 can be used differential pressure valves as shown at bore 35. When there is a sudden drop in pressure in one of the sections formed by the bulkheads 30, 31, 32 and 33 a pressure drop occurs due to damage to the container, the areas around the leaky section, Sections formed by the bulkheads with the help of the compensating holes used differential pressure valves shut off. Thus only the leaky section loses the gas stored in it.

Solche Schäden sind speziell bei mobilen Behältern, wie z.B. Flüssiggas-Freibstofftanks nicht auszuschliessen. Der geschilderte Behälteraufbau Yerringert so die Gefahren von Explosion und Brand beträchtlich.Such damage is particularly common in mobile containers, such as liquid gas free fuel tanks not be ruled out. The container structure described thus reduces the dangers of explosion and fire.

Die Gesamt festigkeit eines so gefertigten und verschweissten Behälters ist beachtlich, sodass äussere mechanische Einwirkungen nicht ohne weiteres zur teilweisen Zerstörung eines solchen Behälters führen.The overall strength of a container manufactured and welded in this way is considerable, so that external mechanical influences are not easily caused lead to partial destruction of such a container.

Claims (7)

P a t e n t a n s p r ü c h eP a t e n t a n s p r ü c h e 1. einchtbau-Behälter für Fliissiggase oder verdichtete Gase dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum durch Schotts, Fig.1 5>6,7 u.Fig. 2 7,8,9,10 unterteilt ist, welche gasdicht mit den Aussenwänden verschweisst sind und somit der Behälter in einzelne Sektionen eingeteilt ist.1. Built-in containers for liquid gases or compressed gases through it marked that the interior by bulkheads, Fig. 1 5> 6.7 u.Fig. 2 7,8,9,10 is divided, which are gas-tight welded to the outer walls and thus the container is divided into individual sections. 2. nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Schotts mit Ausgleichsbohrungen, Fig.1 : 8 u. Fig.2 11, 12,13,14 versehen sind. 2. according to claim 1, characterized in that the bulkheads with compensating holes, Fig. 1: 8 and Fig. 2 11, 12, 13, 14 are provided. 3. nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass anstelle von Ausgleichsbohrungen in die Schotts Differenzdruckventile ,Fig.1 9, Fig.2 13, eingschweisst sind. 3. according to claim 1, characterized in that instead of compensating bores are welded into the Schotts differential pressure valves, Fig.1 9, Fig.2 13. 4.nach Anspruch 1 dadaurch gekannzeichnet. dass diese Differenzdruckventile beim Leckwerden einer Behälter-Sektion diese Sektion gegen die dichten Sektionen absperren und so der Austritt des gesamten Behälterinhals durch die Leckstelle vermieden wird. 4. according to claim 1 dadaurch marked. that these differential pressure valves when a container section leaks this section against the sealed sections shut off, thus preventing the entire neck of the container from escaping through the leak will. 5. nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Schotts von aussen her durch die Aussenwände ,Fig.1,4 und Fig.2, 1,2,3,4,5,6mit Hilfe des Elektronenstrahl-Schweissverfahrens mit den Aussenwänden verschweisst werden. 5. according to claim 1, characterized in that the bulkheads from the outside through the outer walls, Fig.1,4 and Fig.2, 1,2,3,4,5,6 with the help of the electron beam welding process be welded to the outer walls. 6. dach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass durch die Verschweissung der Schotts mit den Aussenwänden die Schotts die nach aussen auf die Aussenwände wirkenden Druckspannungen aufnehmen und somit die Aussenwände sehr dünnwandig gehalten werden können. 6. roof of claim 1, characterized in that by welding the bulkhead with the outer walls the bulkheads that face the outside on the outer walls absorb acting compressive stresses and thus keep the outer walls very thin can be. 7. nach Anspruch 1 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass durch das Verschweissen der Aussenwände es Behälters mit den Schotts eine hohe Formsieifigkeits des ganzen Behälters erreicht wird und dadurch punktförmige und auch grossilaenlge Belastungen von aussen her besser abgefangen werden können,sodass eine Beschädigung des Behälters, welche zu Leckagen führt, weitgehend vermieden wird.7. according to claim 1 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that by welding the outer walls of the container with the bulkheads, a high degree of dimensional stability of the whole container is reached and thereby punctiform and also large External loads can be better absorbed, so that damage of the container, which leads to leakage, is largely avoided. L e e r s e i t eL e r s e i t e