DE1217150B

DE1217150B - Verfahren zur Herstellung eines Hochdruck-Wickelhohlkoerpers durch ueberlapptes Wickeln eines duennen Metallbandes

Info

Publication number: DE1217150B
Application number: DED33385A
Authority: DE
Inventors: Curzon Dobell; Elliott John Roberts
Original assignee: Dorr Oliver Inc
Current assignee: Dorr Oliver Inc
Priority date: 1959-05-20
Filing date: 1960-05-19
Publication date: 1966-05-18
Also published as: NL251778A; GB947171A; US3074584A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

F061

Deutsche KL: 47 f-3/05

Nummer: 1217150

Aktenzeichen: D 33385 ΧΠ/47 f

Anmeldetag: 19. Mai 1960

Auslegetag: 18. Mai 1966

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Hochdruck-Wickelhohlkörpers durch schraubenförmiges Wickeln eines dünnen, hochzugfesten Metallbandes.

Es sind eine Vielzahl von auf diese Art und Weise hergestellten Wickelhohlkörpern sowie entsprechende Herstellungsverfahren zu ihrer Erzeugung bekannt. Die meisten Wickelhohlkörper werden aus verhältnismäßig dicken, profilierten Bändern erzeugt, die gar keine oder nur eine geringe Überlappung, in manchen Fällen zur Ermöglichung einer V-Schweißnaht aufweisen. Bei anderen Wickelverfahren wird das Band nicht unter Spannung, sondern beispielsweise in außenliegenden Formgesenken gewickelt. Die Festigkeit solcher Wickelhohlkörper ist nicht allzu hoch, da durch besonders hohe Beanspruchung der Verbindungsstellen zwischen den einzelnen Windungen bzw. Lagen die Festigkeit des Metallbandes selbst nicht voll ausgenutzt werden kann.

Auch ist es bekannt, gegossene oder geschmiedete Hohlkörper dadurch zu verstärken, daß von außen, mit oder ohne Vorspannung, Metallband auf die Hohlkörper aufgewickelt wird. Da aber diese den Kern darstellenden Hohlkörper, verglichen mit Wickelhohlkörpern, eine geringere Festigkeit aufweisen, ist das Gewicht solcher kombinierter Hohlkörper, verglichen mit einem reinen Wickelhohlkörper, verhältnismäßig hoch.

Es ist weiter bekannt, Wickelhohlkörper mit mehreren Bandlagen herzustellen, wobei die Überlappung des Bandes in jeder einzelnen Lage immer wesentlich weniger als 50% beträgt. Auch hier kann die Festigkeit des Bandmaterials nicht voll ausgenutzt werden, weil die Notwendigkeit der Kraftübertragung zwischen den einzelnen Lagen dies nicht gestattet, und zwar auch dann nicht, wenn die einander überlappenden Windungen einer Lage untereinander sowie die einzelnen Lagen miteinander durch ein Bindemittel, wie beispielsweise ein Lot, verbunden sind, wie dies ebenfalls bekannt ist. Auch dann kann nämlich die Festigkeit des Metallbandes nicht voll ausgenutzt werden, weil diese durch Lot oder Klebstoff erzielten Verbindungen eine geringere Festigkeit aufweisen als der Werkstoff des Metallbandes selbst.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung von Hochdruck-Wickelhohlkörpern durch schraubenförmiges Wickeln eines dünnen, hochzugfesten Metallbandes von weniger als 0,3 mm Stärke, bei dem die einander überlappenden Windungen des Bandes durch ein Bindemittel, vorzugsweise durch ein Lot, verbunden werden; durch dieses Verfahren soll eine möglichst voll-

Verfahren zur Herstellung eines Hochdruck-Wickelhohlkörpers durch überlapptes Wickeln
eines dünnen Metallbandes

Anmelder:

Dorr-Oliver Incorporated, Stamford, Conn.

(V. St. A.)

Vertreter:

Dr. H. H. Willrath, Patentanwalt,

Wiesbaden, Hildastr. 18

Als Erfinder benannt:

Curzon Dobell, Nassau (Bahama Inseln);

Elliott John Roberts, Westport, Conn. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 20. Mai 1959 (814 543),

vom 28. September 1959

(842 816),

vom 10. November 1959

(852 086)

ständige Ausnutzung der hohen Zugfestigkeit des verwendeten Metallbandes gewährleistet werden, und es soll erreicht werden, daß mit einer einzigen Wickellage ähnliche Festigkeitseigenschaften wie bei den bekannten mehrlagigen Wickelhohlkörpern erzielt werden, bei denen die Verbindung zwischen den einzelnen Lagen eine Festigkeitsverringerung mit sich bringen kann.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Windungen des Metallbandes mit einer Überlappung von mehr als 50%, vorzugsweise mindestens 90%, der Bandbreite unter Zugspannung auf einen an sich bekannten zusammenziehbaren oder in anderer Weise nachträglich entfernbaren Dorn gewickelt werden. Auf diese Weise kann man Metallband von sehr hoher Zugfestigkeit, z. B. hochfesten Stahl oder Titan, mit einer Zerreißfestigkeit in der Größenordnung von 25 000 kg/cm² bezüglich

seiner Festigkeit vollständig ausnutzen und gelangt zu einem Wickelhohlkörper geringsten Gewichts, bezogen auf die Widerstandsfähigkeit gegenüber

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einem bestimmten Innendruck. Derartige hochfeste Hohlkörper können als Rohre oder Druckgefäße verwendet werden.

Eine weitere Steigerung der Festigkeit der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Hochdruck-Wickelhohlkörper ' wird erreicht, wenn bei einem Wickelhohlkörper mit mehreren übereinander angeordneten Wickellagen die äußeren Lagen in an sich bekannter Weise mit zunehmend höherer Zugspannung des Wickelbandes aufgewickelt werden. Das Aufbringen der einzelnen Lagen eines Wickelhohlkörpers unter von innen nach außen zunehmender Zugvorspannung ist an sich bereits bekannt. Bei dem ernndungsgemäßen Verfahren ermöglicht jedoch das Aufwickeln der einzelnen Lagen in Richtung von innen nach außen mit zunehmend höherer Zugspannung, daß auch bei mehrmaligen Wickelhohlkörpern die Festigkeit des verwendeten Metallbandes praktisch bis zur äußersten Grenze ausgenutzt werden kann.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele erfindungsgemäß hergestellter Wickelhohlkörper dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 schematisch einen beiderseits abgebrochenen Axialschnitt eines gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Wickelhohlkörpers,

Fig. 2 einen der Fig. 1 entsprechenden abgebrochenen Teilschnitt,

Fig. 3 ein gemäß der Erfindung hergestelltes Druckgefäß, teils in Ansicht und teils geschnitten.

F i g. 1 zeigt einen kurzen Abschnitt eines Wickelhohlkörpers 10, der gemäß dem ernndungsgemäßen Verfahren hergestellt ist. Die durch fortlaufende Schraubenwicklung gebildeten, aneinanderliegenden Lamellen 11 sind z. B. durch ein 'Silberlot verbunden. Wie später noch erläutert wird, erfolgt die Wicklung unter beträchtlicher Zugspannung, wobei das Metallband auf einen rotierenden Dorn unter der gewünschten Neigung gelegt wird. Ein an beliebiger Stelle durch das in F i g. 1 dargestellte Rohr senkrecht zur Rohrachse geführter Schnitt geht stets durch mindestens drei Schichten, so daß sich eine hohe Festigkeit der Wand ergibt. Dabei ist zu beachten, daß bei praktisch ausgeführten Wickelhohlkörpern die Lamellen im allgemeinen viel dünner im Verhältnis zur Streifenbreite sein und unter einem viel flacheren Winkel, als in F i g. 1 gezeigt, liegen werden. Die Wandstruktur kann deshalb zwanzig oder mehr Lamellenschichten aufweisen, aus denen sich die gewünschte Wanddicke aufbaut.

F i g. 2 zeigt in einem Teilschnitt die geschichtete Wandstruktur einschließlich eines Endpaßstückes in Form eines zylindrischen Teiles 12, der in das Ende des geschichteten Rohrabschnittes eingepaßt ist und außen, z. B. zum Anschrauben an eine angrenzende Einheit, einen Flansch 13 trägt.

Fig. 3 zeigt ein nach dem ernndungsgemäßen Verfahren hergestelltes Hochdruckgefäß mit einer aus einem dünnen Metallband gewickelten zylindrischen Wand 10. An einem Ende weist das Gefäß ein Endstück 14 mit einer von einem Flansch 15 umgebenen zentrischen Öffnung auf. Am anderen Ende ist das Gefäß durch einen Boden 16 abgeschlossen. Damit der Außenumfang der Wand 10 mit der angrenzenden Außenfläche der Endstücke 14 und 16 bündig abschneidet, sind die Endteile mit reduzierten Hülsenabschnitten 17 bzw. 18 versehen, die in die Enden der gewickelten Wand eingreifen. Glatte Außen- und Innenflächen der gewickelten Wand können entweder durch Verwendung von Metallbändern mit parallelogrammförmigem Querschnitt unmittelbar beim Wickeln erzielt werden; oder man kann die aus rechteckigen Metallbändern gewickelte Wand durch Schleifen glätten. Da jedoch meist die Metallbänder nur einige Millimeter dick sind, ergeben sich nur sehr geringe Unebenheiten, die auch ohne Nacharbeit nicht stören.

ίο Zur Herstellung eines Hochdruckbehälters nach Fig. 3 werden auf einer Drehvorrichtung, z.B. auf einer Drehbank, die Endstücke 14 und 15 koaxial mit einem Dorn ausgerichtet, dessen Außendurchmesser gleich dem der Hülsenabschnitte 12 und 18 ist. Vor Beginn des Wickeins wird das führende Ende des Metallbandes auf den Hülsenabschnitt 17 aufgelötet. Dabei ist dieses Ende des Metallbandes an seiner der Schulter 13 zugekehrten Seite so abgeschrägt, daß die abgeschrägte Kante beim Wickeln bis zum Aufbau der gewünschten Wanddicke an der Schulter 13 anliegt. Bei der in F i g. 2 gezeigten Anordnung, bei der der Wandabschnitt an jeder Stelle aus drei Schichten besteht, wird also die Abschrägung lang genug sein müssen, daß sich die drei ersten Windungen alle an die Schulter 13 anlegen. Der Winkel der Abschrägung entspricht dem Vorschubwinkel beim Wickeln. Im Verlauf der Wicklung liegt das Metallband unter Spannung mit seiner Innenkante auf dem Dorn und mit seiner Unterseite dicht auf der Oberseite der vorhergehenden Bandwindung. Die Wicklung schreitet von dem Hülsenabschnitt 17 über die ganze axiale Länge des Dornes fort und läuft dann auf den Hülsenabschnitt 18 auf. Da die Neigung der Lamellen nunmehr sicher festgelegt ist, genügt es, an dem fertigen Ende die erforderliche Zahl von Schichten mit an die Schulter 19' anstoßenden Kanten zu wickeln. Die Teile dieser Schichten, die schuppenartig über den gewünschten äußeren Wanddurchmesser vorspringen, können abgeschliffen werden.

Beim Wickelvorgang wird ein Bindemittel, vorzugsweise ein Lot, zwischen die aufeinanderfolgenden Windungen eingebracht und anschließend die Lötung oder Bindung durch Wärme bewirkt.

Da der Dorn von den fertigen Windungen mit Vorspannung umschlossen ist, muß er zusammenziehbar oder in sonstiger Weise aus dem gewickelten Hohlkörper entfernbar sein. Man kann als Dorn auch einen Sandkern oder einen Kern aus einem schmelzbaren Material benutzen, der nach Aufbau des Druckgefäßes herausgebrochen bzw. ausgeschmolzen wird.

Beim Wickeln erhält die Außenkante des Metallbandes einen größeren Durchmesser als die Innenkante und wird infolgedessen auch mehr gedehnt. Beim Entfernen des Domes zieht sich die gewickelte Wand zusammen, bis die durch den Wickelvorgang hervorgerufenen Spannungen ein Gleichgewicht erreichen. Es ist deshalb zweckmäßig, einen Dorn mit so viel Übergröße zu benutzen, daß die gewickelte Wand nach dem Spannungsausgleich die gewünschte Abmessung erreicht.

Die Festigkeit des erfindungsgemäßen Wickelhohlkörpers kann in bekannter Weise dadurch noch vergrößert werden, daß er in an sich bekannter Weise aus zwei oder mehreren Wickellagen aufgebaut wird, von denen jede vorzugsweise in entgegengesetzter Richtung zur vorhergehenden Lage und mit von

innen nach außen zunehmender Zugvorspannung gewickelt ist.

Da die Figuren das Aussehen der Wand des erfindungsgemäßen Wickelhohlkörpers nur schematisch wiedergeben, sei noch darauf hingewiesen, daß die verwendeten Metallbänder eine Dicke von etwa 0,05 bis 0,3 mm und eine Breite bis zu etwa 600 mm aufweisen und mit einer solchen Überlappung gewickelt werden, daß ein Hohlkörper mit beispielsweise zehn und mehr an einer Stelle der Wand übereinanderliegenden Bandwindungen gebildet wird.

Für die Merkmale des Anspruchs 2 wird Schutz nur in Verbindung mit dem Hauptanspruch begehrt.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines Hochdruck-Wickelhohlkörpers durch schraubenförmiges Wikkeln eines dünnen, hochzugfesten Metallbandes von weniger als 0,3 mm Stärke, bei dem die einander überlappenden Windungen des Bandes durch ein Bindemittel, vorzugsweise durch ein Lot, verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen des Metallbandes mit einer Überlappung von mehr als 50%, vorzugsweise mindestens 90%, der Bandbreite unter Zugspannung auf einen an sich bekannten zusammenziehbaren oder in anderer Weise nachträglich entfernbaren Dorn gewickelt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, zur Herstellung

ίο eines Hochdruck-Wickelhohlkörpers mit mehreren übereinander angeordneten Wickellagen, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Lagen mit in an sich bekannter Weise zunehmend höherer Zugspannung des Wickelbandes aufgewickelt werden.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 698 851, 719 819,
746300, 854130, 854 608;

ao USA.-Patentschriften Nr. 1969 540, 2 216 606,
309, 2288 094, 2480 369, 2714414.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen