-
Verbindungselement für sich kreuzende Wellungen an Dehnbehältern oder
-umhüllungen Die Erfindung betrifft eine Knotenpunktausbildung von sich kreuzenden
Wellungen an Dehnbehältern oder -umhüllungen aus Metallblech, die eine mindestens
zweidimensionale Ausdehnung aufweisen. Zahlreiche Geräte von großen Abmessungen
mit einer metallischen Umhüllung haben eine von der Umgebungstemperatur abweichende
Arbeitstemperatur, sei es, daß sie niedriger oder höher liegt. Dies gilt beispielsweise
für Vorratsbehälter für verflüssigte Gase, Wärmeaustauscher, chemische Reaktionsgefäße
u. dgl. Solche Geräte sind mit Dehnungsstößen ausgerüstet, um aufeinanderfolgende
Dehnungen und Zusammenziehungen der Verkleidung im Verlauf aufeinanderfolgender
Betriebsperioden und Ruhepausen zu gestatten. Im allgemeinen sind diese Stöße längs
zwei senkrechten Richtungen der Metallumhüllungen angeordnet. Wenn diese Metallhülle
aus einem gentigend dünnen Blech besteht, um eine gewisse Biegsamkeit zu bieten,
kann man Stöße verwenden, die aus einer oder mehreren parallelen Wellungen des Bleches
gebildet sind.
-
Die Benutzung solcher einfachen und wirksamen Stöße bringt jedoch
gewisse Schwierigkeiten infolge der Tatsache mit sich, daß es unmöglich ist, eine
völlig befriedigende Verbindung der zwei senkrechten Wellungen in ihrer Kreuzungszone
herzustellen. Tatsächlich können die Anschlußlinien der beiden Wellungen nicht gleichzeitig
den Verlagerungen in den beiden senkrechten Richtungen.folgen, und man muß in der
Kreuzungszone Deformationen des Metalls hinnehmen. Diese Zone stellt daher einen
Spannungskonzentrationspunkt dar, der mitunter ein Ausgangspunkt für Risse ist.
-
Zwar ist es bekannt, elastisch bewegliche Behälter mit beliebig veränderlicher
Höhe aus zwei gleich großen abgestumpften Pyramiden herzustellen, die gemeinsam
in zwei ebene, senkrecht zur Bewegungsrichtung stehende Scheiben übergeführt werden
können, doch ist es nicht möglich, diese Vorrichtung als Verbindung zwischen zwei
gekreuzten Wellungen auszubilden, da voneinander unabhängige Bewegungen nicht möglich
sind, ohne daß zusätzliche Spannungen auftreten. Auch sind Elemente zur Verbindung
zweier Teile einer in eine Luft- oder Gasleitung mit rechteckigem Querschnitt eingesetzte
Dehnungsverbindung bekannt, jedoch können auch solche Verbindungselemente nicht
für die Kreuzungszone zweier Dehnungswellen, die senkrecht zueinander verlaufen,
verwandt werden. Schließlich ist es auch bekannt, bei zwei gekreuzten Wellungen,
die Ausdehnungen ermöglichen sollen, Einbuchtungen im Stahlblech an den Ecken der
Kreuzung anzubringen. Solche Einbuchtungen aber bilden nicht verformbare Oberflächen,
wie z. B. Dreiflächner, so daß bei einer Deformation des Behälters die Oberfläche
örtlich gedehnt und somit geschwächt wird.
-
Die Erfindung gestattet, die vorstehend angegebenen Mängel zu vermeiden
und liefert Knotenpunktausbildungen von sich kreuzenden Wellungen, die in der Lage
sind, gleichzeitig deren Dehnungen oder Zusammenziehungen ohne oberflächliche Ausdehnung
oder Verkürzung des Metalls zu folgen. Sie gestattet insbesondere den Bau von Behältern
sehr großen Fassungsvermögens für verflüssigte Gase von sehr niedrigem Siedepunkt,
wie für flüssiges Methan, Äthylen, Sauerstoff oder Stickstoff.
-
Die erfindungsgemäße Knotenpunktausbildung von sich kreuzenden Wellungen
an Dehnhehältern oder -umhüllungen, die eine mindestens zweidimensionale Ausdehnung
aufweisen, besteht aus einer im wesentlichen ebenen Firstfläche mit daran anschließenden
abwickelbaren Flächen, wie sie bei räumlichen Gelenken von elastisch beweglichen
Behältern bekannt ist, wobei die Firstfläche und die abwickelbaren Flächen eine
zusammenhängende abwickelbare Fläche bilden, die unmittelbar oder durch ebenfalls
abwickelbare Hilfsflächen an die Wellungen angeschlossen ist und nüt diesen abwickelbaren
Hilfsflächen ebenfalls
eine zusammenhängende abwickelbare Fläche
bildet.
-
Falls die beiden senkrechten Wellungen identisch sind, wählt man als
Firstfläche ein Quadrat, dessen Diagonalen in den Symmetrieebenen der Wellungen
liegen und das sich an das Blech in den durch die Wellungen getrennten Quadranten
mittels zylindrischer Flächen in doppelter Krümmung anschließt, wobei die Erzeugenden
dieser zylindrischen Flächen senkrecht auf den Winkelhalbierenden der Wellungen
stehen und die zylindrischen Flächen selbst an die Wellungen durch konische Flächen
angeschlossen sind, deren Erzeugende mit denjenigen der Wellungen rückläufig spitze
Winkel bilden.
-
Sind die beiden einander kreuzenden Wellungen nicht identisch und
besitzt die eine einen im wesentlichen trapezförmigen Querschnitt, so gestaltet
man die Firstfläche als Rechteck, dessen Symmetrieachsen in den Symmetrieebenen
der Wellungen liegen. Dieses Rechteck schließt sich an die Wellung mit trapezförmigem
Querschnitt durch doppelt gekrümmte zylindrische Flächen an, deren Erzeugende senkrecht
zur Symnietrieebene dieser Wellung liegen, mit der anderen Wellung ist es ebenfalls
durch zylindrische Flächen verbunden, die in der Ihrer Symmetrieebene benachbarten
Zone gegen die Symmetrieebene der Wellung mit trapezförmigem Querschnitt hineingewölbt
sind und tangential in deren Flanken übergehen.
-
Um eine Verformung des Metalls längs der scharfen Kanten dieser Knotenpunktausbildungen
zu vermeiden, ist es häufig vorteilhaft, für eine industrielle Fertigung diese durch
Hohlkehlen von schwachem Krümmungsradius zu ersetzen, die nur das Auftreten von
schwachen Oberflächenverformungen mit sich bringen.
-
Die Verbindungselemente der beiden Wellungen von Dehnungsstößen entsprechend
der vorstehenden allgemeinen Definition bieten den wesentlichen Vorteil, daß keinerlei
Verlängerung oder Zusammenziehung der Metalloberfläche und infolgedessen auch keine
Spannung in dem Metall auftritt, gleichgültig welches die Dehnungen oder Schrumpfungen
der beiden Wellungen sind. Dadurch erhalten die Dehnungsstöße die größtmögliche
Nachgiebigkeit. Diese Eigenschaft beruht auf der Tatsache, daß das Verbindungselement
aus einer ebenen Fläche mittels mehrfacher Krümmungen oder Faltungen gebildet wird,
wobei die verschiedenen von den Krümmungs-oder Faltungslinien begrenzten geometrischen
Figuren sich ganz scharf im Verlauf der Biegung zur Gewinnung der endgültigen Form
bewahren.
-
Die Erfindung wird an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
-
F i g. 1 stellt ein Verbindungselement für zwei identische
Wellungen von einem Querschnitt in Form eines Omega mit einer quadratischen Firstfläche
dar, deren Diagonalen 30-30 und 32-33 in den Symmetrieebenen der Wellungen
liegen; F i g. 2 zeigt ein Verbindungselement für zwei identische Wellungen
von trapezoidem Querschnitt, das die Form einse Polyeders besitzt. Von diesem Verbindungselement
ist dasjenige nach F i g. 1 durch Multiplizierung der Zahl der Verbindungsdreiecke
zwischen den Wellungen und der Firstfläche bis ins Unendliche abgeleitet; F i
g. 3 stellt die flachen Elemente dar, von denen ausgehend man durch Faltung
entweder das Verbindungselement der F i g. 1 oder dasjenige der F i
g. 2 erhalten kann; Fig. 4 stellt ein Verbindungselement für zwei Wellungen
dar, von denen die eine einen anderen, und zwar trapezförrnigen Querschnitt als
die andere hat; F i g. 5 zeigt ein Verbindungselement für zwei verschiedene
Wellungen von trapezförmigem Querschnitt, das polyedrische Form hat; F i
g. 6 stellt die flachen Elemente dar, von denen ausgehend man durch Faltung
die Verbindungselemente der F i g. 4 und 5 erhalten kann.
-
Das Verbindungselement der F i g. 1 ist dazu bestimmt, gleichzeitige
Dehnungen und Schrumpfungen der zwei Wellungen 1 und 2 zuzulassen. Es weist
einen Firstteil 3 von quadratischer Form auf, dessen Diagonalen
(30-31 und 32-33) in den Symmetrieebenen der Wellungen liegen und
das an das Metallblech durch Flächen 4 von doppelter Krümmung angeschlossen ist.
Die Wölbung dieser Flächen ist in der oberen Zone 5 nach außen und in der
unteren Zone 6 nach innen gerichtet. Diese zylindrischen Flächen passen sich
den Wellungen durch die Flächen 7 an, die von den kurvenförmigen Kanten
8
und 9 begrenzt sind.
-
Das Verbindungselement der F i g. 2 ist an der Kreuzungsstelle
der Wellungen 1 und 2 von Trapezform angeordnet. Es weist gleichfalls einen
quadratischen Teil 3 auf. Dieser ist mit dem Metallblech in den Quadranten
zwischen den Wellungen durch zwei Trapeze 5 und 6 verbunden, die als
gemeinsame Kante eine kleine Basis haben. Die Verbindung mit den Wellungen erfolgt
durch Dreieckselemente 7A,
7B, 7C
Die Oberflächenelemente der beiden
vorstehenden Figuren finden sich in Fig. 3 wieder, welche die flachen Elemente
darstellt, von denen ausgehend die Verbindungselemente durch Faltung erhalten werden.
Die kurvenförmigen Kanten 8 und 9 sind in vollen Linien dargestellt.
Die anderen Kanten sind punktiert. Diese flachen Elemente haben die zwei rechtwinkligen
SymmetrieachsenXY und X'Y'.
-
Das Verbindungselement der Fig. 4 vereinigt die Wellung
1 von einem Querschnitt in Omega-Form mit der Wellung2 von trapezförmigem
Querschnitt. Es weist eine rechteckige Fläche 11 auf, die durch Flächen 12
und 13 an den oberen Teil der Wellung 2 angeschlossen ist. Zwei Flächen 14,
die durch die Kanten 15 und 16 begrenzt sind, schließen sie an die
Wellung 1 und an die Flanken der Wellung 2 an.
-
F i g. 5 zeigt zwei Trapezwellungen 1 und 2 verschiedener
Art. Die Firstfläche 11 ist ein Rechteck. Sie ist an den oberen Teil der
breiteren Wellung 2 durch zwei Trapeze 12 und 13, an denjenigen der weniger
breiten Wellung 1 durch zwei Trapeze 14A, die hier Rechtecke sind, und an
die Flanken der zwei Wellungen durch Parallelogramme, z. B. 14B und 14C, angeschlossen.
-
F i g. 6 stellt die flachen Elemente dar, von denen ausgehend
durch Faltung die Elemente der F i g. 4 und 5 erhalten werden. Sie
haben ebenfalls zwei senkrechte Svmmetrieachsen XY und X'Y'.