EP0318657A1 - Behälter mit integrierter Überdrucksicherung - Google Patents

Abstract

Behälter mit integrierter Überdrucksicherung Getränkebehälter aus Metall können bei einer Fehlbedienung der Druckanlage einem so hohen Druck ausgesetzt werden, daß sie bersten. Um hier eine Sicherung zu schaffen, wird vorzugsweise in die obenliegende ausgewölbte Stirnwand (5) eine einen Flächenbereich wenigstens teilweise umschließende Reißnut (14) eingearbeitet. Bei unzulässigem Überdruck treten im Material Querdehnungen auf die zu einem Anriß in der Reißnut (14) führen, so daß der umgrenzte Flächenbereich nach außen aufklappt und das Druckmedium entweichen kann.

Description

• Die Erfindung betrifft einen druckbeaufschlagbaren Behälter aus Metall, insbesondere Bierfaß mit im wesentlichen zylin­drischer Seitenwandung und nach außen gewölbten Stirnseiten, wobei wenigstens eine Stirnwand mit einem Anschlußstutzen versehen ist.
• Insbesondere in der Getränkeindustrie werden metallische Behälter, sogenannte Kegs eingesetzt, die durch Beaufschla­gung mit einem Druckgas entleert werden. Hierbei muß sicher­gestellt sein, daß bei unbeabsichtigten Überschreitungen der Maximaldruckgrenze der Überdruck abgebaut wird.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Behälter der eingangs bezeichneten Art zu schaffen, der eine in den Behälter selbst integrierte Überdrucksicherung aufweist.
• Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Behälterwandung vorzugsweise im Bereich einer Stirnwand mit einer einen Flächenbereich wenigstens teilweise umschließenden Reißnut versehen ist, durch die die Wandstärke bis auf eine vorge­gebene Restdicke reduziert ist. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß bei einer Überschreitung des zulässigen Maximaldruckes die Behälterwandung an einer genau vorgegebenen Stelle aufreißt und der Überdruck entweichen kann. Derartige Drucküberschrei-tungen sind im Getränkebereich sehr selten, da sie bei den gebräuchlichen Zapfsystemen nur bei einer Fehlbedienung auftreten können, so daß man in Kauf nehmen kann, daß bei einer derartigen Überschreitung des höchstzu­lässigen Drucks und dem Wirksamwerden der Überdrucksicherung der betreffende Behälter unbrauchbar wird. Der von der Reiß­nut umschlossene Flächenbereich wird klappenartig nach außen gedrückt, da der herausklappende Flächenbereich in dem nicht von der Reißnut umgrenzten Restbereich seine unveränderte Wandstärke aufweist und somit dieser Teil als "Gelenk" wirkt. Zweckmäßigerweise ist der Flächenbereich in etwa kreisförmig gestaltet, wobei die Reißnut zweckmäßigerweise über die ganze Länge eine im wesentlichen konstante Nuttiefe aufweist. Die Reißnut kann beispielsweise durch ein entsprechendes Prägewerkzeug eingebracht werden, dessen Schneide kreisförmig verläuft und eine nicht vollständig geschlossene Kreiskontur aufweist oder durch ein rotierendes Werkzeug spanabhebend nach Fertigstellung des Behälters angebracht werden. Die Nut weist zweckmäßigerweise einen in etwa keilförmigen Querschnitt auf, so daß bei Überdruckbeaufschlagung der notwendige Anriß durch die Kerbwirkung und die Überlagerung von Zug- und Biegebeanspruchungen im Bereich der Reißnut einsetzt.
• In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorge­sehen, daß die Reißnut in dem an die Seitenwandung anschlies­senden Übergangsbereich der Wölbung der Stirnwand angeord­net ist. Die Anordnung in diesem Bereich des Behälters hat den Vorteil, daß selbst bei einer durch die Reißnut definier­ten großen Restwandstärke ein zuverlässiger und einwandfreier Anriß bei Überschreitung eines vorgegebenen Maximaldruckes erfolgt. Dies ist darauf zurückzuführen, daß unter dem Einfluß des Innendruckes die ausgewölbte Stirnwand in diesem Randbereich einer erheblichen Querdehnung unterworfen ist, die bei Überschreiten einer durch die Tiefe der Reißnut vorgebbaren Grenzbeanspruchung zu einem Anriß führt.
• Da üblicherweise die ausgewölbten Stirnwände im wesentlichen einer Kugelkalotte bilden, kann ein rotierendes Schneidwerk­zeug in die Oberfläche dieser Kalotte eine kreisförmige Reißnut mit gleichbleibender Nuttiefe einarbeiten. Bei den üblicherweise aus zwei tiefgezogenen Hälften zusammengesetz­ten Kegs weist der zwischen der im wesentlichen als Kugel­kalotte gekrümmten Stirnfläche und der zylindrischen Seiten­wandung liegende.Übergangsbereich einen erheblich kleineren Krümmungsradius auf. Der unmittelbar an diesen Randbereich angrenzende Teil der Stirnwand unterliegt bei einer Druckbe­aufschlagung der größten Querdehnung, so daß zweckmäßiger­weise die Reißnut in diesem Bereich angebracht ist. Um nun in einfacher Weise eine Unterbrechung der im übrigen nicht unterbrochenen Reißnut zu bewerkstelligen, um so das vor­stehend angegebene "Gelenk" mit unveränderter Wandstärke zu erhalten, ist in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfin­dung vorgesehen, daß die Reißnut mit ihren Enden in dem einen kleineren Krümmungsradius aufweisenden Randbereich der gewölbten Stirnwand ausläuft. Hierdurch ist es möglich, ein rotierendes Schneidwerkzeug zur Erzeugung einer Reißnut mit gleichbleibender Nuttiefe einzusetzen, wobei die an sich kreisförmige Reißnut dadurch unterbrochen ist, daß das Werkzeug im Randbereich freilaufen kann. Auch der Ein­satz eines Stanzwerkzeuges mit geschlossener Schneidenkontur ist möglich.
• In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist jedoch vorgesehen, daß die Reißnut mit jeweils ihren Enden in eine in die Behälterwandung eingeformte Vertiefung ausläuft, in der die Wandstärke praktisch unverändert ist. Diese An­ordnung hat ebenfalls den Vorteil einer einfachen Herstellung. Beim Tiefziehen des die betreffende Stirnwand aufweisenden Behälterteils wird vorzugsweise am Rande der Wölbung eine in etwa punktförmige Vertiefung mit eingeformt. Nach der Fertigstellung des Behälters kann nunmehr die Reißnut span­abhebend mit einem umlaufenden Werkzeug eingearbeitet werden, das im Bereich der eingeformten Vertiefung freiläuft, so daß die Reißnut über ihre gesamte Länge die gleiche Tiefe aufweist und damit eine einwandfreie Funktionssicherheit gegeben ist. Bis auf den Bereich der Vertiefung kann bei Einwirken des Überdrucks die Rißbildung an jeder Stelle der Reißnut einsetzen, so daß lokale Abweichungen der Material­eigenschaft keinen Einfluß haben können. Besonders zweckmäs­sig ist es, wenn die Vertiefung auf der dem Randbereich der gewölbten Stirnfläche abgekehrten Seite des von der Reißnut umschlossenen Flächenbereichs angeordnet ist. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß der größte Teil der Reißnut in dem Bereich verläuft, der bei einer Druckbeaufschlagung der größten Querdehnung unterworfen ist. Der weitere Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß eine derartige Reißnut auch an bereits im Betrieb befindlichen FÄssern angebracht werden kann, da hier nur eine sehr geringe Vertiefung einzu­arbeiten ist, die beispielsweise mit einem Kugeleinschlag auch an einem fertigen Faß angebracht werden kann. Der übli­cherweise bei Kegs angeordnete, die gewölbten Stirnflächen in Verlängerungen der Seitenwandung jeweils überragende Stand- bzw. Tragring behindert die nachträgliche Anbringung nicht. In besonders zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist insbesondere für derartige Kegs vorgesehen, daß die Reißnut auf der den Anschlußstutzen tragenden Stirnwand angeordnet ist. Derartige Kegs werden üblicherweise mit nach oben weisendem Anschlußstutzen an die Druckanlage ange­schlossen. Tritt nun bei einer Überschreitung des vorgege­benen Maximaldruckes die integrierte Überdrucksicherung in Funktion, was je nach Größe der durch die Reißnut vorge­gebenen Restwandstärke zwischen Drücken von 20 bis 30 bar liegen kann, so bläst das üblicherweise gasförmige Druck­medium nach oben ab. Die auf den Behälter wirksam werdenden Rückstoßkräfte sind also nach unten gerichtet, so daß der Behälter aufgrund der seitlichen Anordnung allenfalls kippen kann. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß der Druckabbau durch das Entweichen des gasförmigen Mediums sehr viel schnel­ler erfolgt, wobei das abzublasende Gasvolumen in der Regel erheblich geringer ist als das noch im Faß befindliche restli­che Flüssigkeitsvolumen. Bei Kegs mit Tragring, bei denen die Reißnut durch eine Vertiefung unterbrochen ist, wie vorstehend angegeben, ist die beim Aufreißen entstehende Öffnung im wesentlichen gegen die Innenwandung des Tragringes gerichtet, so daß hier eine Umlenkung des austretenden Gas­strahles erfolgt, die praktisch ohne eine eine Bewegung des Kegs auslösende Kraftwirkung bleibt.
• Die Anordnung an der den Behälterboden bildenden Stirnwand, beispielsweise im Bereich des Faßsumpfes, insbesondere aber auch im Randbereich der gewölbten Bodenfläche, ist zwar möglich und hinsichtlich eines verhältnismäßig niedrigen "Ansprechdruckes" in gleicher Weise wirksam. Der Nachteil besteht jedoch darin, daß bei einem Reißdruck von beispiels­weise 20 bar und einem für einen möglichst raschen Druckabbau ausreichendem Öffnungsquerschnitt dann die Reaktionskräfte, die durch die dann strahlförmig austretende Flüssigkeit auf den Behälter wirken, so groß sind, daß der Behälter nahezu geschoßartig angehoben wird. Eine Anordnung in der obenliegenden Stirnfläche ist daher der Vorzug zu geben, da dann derartige Kegs gefahrlos auch unmittelbar unter der Zapfanlage aufgestellt werden können.
• In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Reißnut einen in etwa trapezförmigen Querschnitt aufweist. Dies hat den Vorteil, daß die notwendige Restdicke der Behälterwandung im Bereich der Reißnut etwas größer gehalten werden kann.
• In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß in die Behälterwandung eine einen vorzugsweise kreisför­migen Flächenbereich umschließende Sicke eingeformt ist und daß der Scheitelbereich der Sicke mit einer im Querschnitt vorzugsweise keilförmigen Reißnut versehen ist, die sich nur über einen Teil der Sickenlänge erstreckt. Während üblicherweise die kalottenförmig ausgebildeten Stirnflächen derartiger Kegs bis auf die Ausprägung des Faßsumpfes glatt­flächig ausgebildet sind, bietet die Anordnung einer derartigen Sicke die Möglichkeit, daß der von der Sicke umschlosse­ne Flächenbereich bei einer den zulässigen Höchstdruck überschreitenden Druckbeaufschlagung nach außen ausgestülpt wird und somit eine die Kerbwirkung der Reißnut überlagernde Biegebewegung im Wandmaterial erfolgt und damit ein sicherer Anriß gewährleistet ist.
• Die Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
• Fig. 1 ein Getränkebehälter im Vertikalschnitt,
• Fig. 2 den Bodenbereich A in Fig. 1 in größerem Maßstab,
• Fig. 3 eine Aufsicht des Bereichs A im Maßstab von Fig. 2,
• Fig. 4 eine Ausführungsform mit Sicke im Schnitt,
• Fig. 5 die Ausführungsform gem. Fig. 4 in einer Aufsicht.
• Fig. 6 + 7 weitere Ausführungsformen der Überdruck­sicherung an Getränkebehältern im Schnitt und in Aufsicht im Deckelbereich B,
• Fig. 8 + 9 eine Abwandlung der Ausführungsform gem. Fig. 7 im Schnitt und in Aufsicht.
• Das in Fig. 1 in einem Vertikalschnitt dargestellte Bierfaß, ein sogenannter Keg, besteht aus zwei Teilstücken 1 und 2, die aus Metall tiefgezogen sind und nach dem Einarbeiten der Rollringe 3 in der Mittelebene über die Schweißnaht 4 fest miteinander verbunden sind. Die ausgewölbte Stirnwand 5 des Teiles 1 ist mit einer Anschlußarmatur 6 versehen.
• In die ausgwölbte, den Bodenteil bildende Stirnwand 7 des Teiles 2 ist ein Faßsumpf 8 eingeformt.
• Sowohl am Bodenteil 7 als auch an der den Deckelteil bilden­den Stirnwand 5 ist jeweils ein Standring 9 bzw. 10 angeschweißt.
• Die im Faßsumpf 8, d.h. im Bereich A angeordnete Überdruck­sicherung wird anhand der vergrößerten Darstellung in Fig. 2 und 3 näher erläutert. In die von der kreisförmigen Rand­linie 11 umgrenzten Fläche des Faßsumpfes 8 ist bei der Herstellung des Bodenteils 7 eine kalottenförmige Vertiefung 12 eingeprägt worden. Nach Fertigstellung des Fasses ist mit einem koaxial zur Faßachse 13 umlaufenden Schneidwerk­zeug in die von der Randlinie 11 umgrenzten Flächen eine Reißnut 14 spanabhebend eingearbeitet worden, die einen Kreisflächenbereich umschließt und die lediglich im Bereich der kalottenförmigen Vertiefung 12 unterbrochen ist. Die Reißnut 14 ist in etwa keilförmig ausgebildet, wie sie durch die zeichnerisch nach außen verlängerte Linie 15 der Nutwandung zu ersehen ist. Die im Nutgrund verbleibende Restdicke der Faßwandung ist nun so ausgelegt, daß das Faß einem vorgegebenen Prüfdruck von beispielsweise 3 bar standhält, daß jedoch bei einer Erhöhung des Faßinnendruckes auf beispielsweise 35 bar die Faßwandung an der Reißnut 14 aufreißt. Da die Reißnut 14 über ihre volle Länge die gleiche Tiefe aufweist, haben lokale Inhomogenitäten im Material der Faßwandung keinerlei Einfluß auf den Rißbeginn, so daß es nur darauf ankommt, die Tiefe der Reißnut 14 genau genug einzuarbeiten. Da die Reißnut über die volle Länge die gleiche Tiefe aufweist, läuft ein Riß auch über die volle Nutlänge durch, so daß der von der Reißnut 14 umschlos­sene Flächenbereich 16 unter der Kraftwirkung des dann ausströmenden Behälterinhaltes nach außen aufklappt, hierbei aber im Bereich der Vertiefung 12, die in ihrer Wandstärke unvermindert ist, mit dem Behälter verbunden bleibt.
• Die Reißnut 14 kann anstelle einer spanabhebenden Formgebung auch mit Hilfe eines schneidenartigen Prägewerkzeuges bereits bei der Herstellung des Faßbodens eingeprägt werden. Auch hier ist es zweckmäßig, wenn eine Vertiefung 12 eingearbeitet wird, da dann mit einem in sich geschlossenen Schneidenwerk­zeug gearbeitet werden kann, das auch den Bereich der Ver­tiefung 12 überdeckt, gleichwohl aber Kantenpressungen, wie sie im Bereich der Enden bei einem nichtgeschlossenen Prägewerkzeug auftreten würden, vermieden werden.
• In Fig. 4 und 5 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der in den Bereich des Faßsumpfes 8 eine kreisförmig umlau­fende Sicke 17 eingearbeitet ist, in die in ihrem Grund wiederum eine Reißnut 14 eingearbeitet ist. Bei dieser Ausführungsform wird mit Vorteil ausgenutzt, daß unter dem Einfluß des senkrecht auf die Innenwandung des Fasses wirkenden Innendruckes (Pfeil 18) die von der Sicke 17 umschlossene Fläche 19 beim Überschreiten eines Mindest­druckes nach außen gewölbt wird, wobei gleichzeitig aufgrund der Wölbung des den Teil 19 umgebenden Bodenteils 7 auch vom Randbereich her in Richtung der Fläche Zugkräfte wirksam werden (Pfeil 20), so daß durch die Überlagerung von Zug-­und Biegekräften unter dem Einfluß der Kerbwirkung die im Bereich der Reißnut 14 geschwächte Behälterwandung auf­reißt. Die Reißnut 14 kann hierbei in sich geschlossen sein oder aber auch, wie dargestellt, unterbrochen sein.
• Die Reißnut 14 kann entweder, wie dargestellt, im Querschnitt keilförmig ausgebildet sein oder aber auch im Querschnitt trapezförmig ausgebildet sein. Dies hat insbesondere im Hinblick auf die Überlagerung von Zug- und Biegespannungen im Überdruckfall ein günstigeres Reißverhalten zur Folge.
• Fig. 6 zeigt im Schnitt den kalottenförmig ausgewölbten Deckelteil 5 des in Fig. 1 dargestellten Kegs. Der Deckel­teil geht in seinem Randbereich 21 mit einem Krümmungs­radius R1 in die im wesentlichen zylindrische Seitenwandung 22 über, der erheblich geringer ist als der Krümmungsradius R2 des kalottenförmigen Deckelteils. Dieser Randbereich 21 ist auf der Außenseite von dem angeschweißten Standring 10 umfaßt.
• Vor dem Anschweißen des Standringes 10 wird mit einem rotie­renden Schneidwerkzeug die kreisförmige Reißnut 14 eingear­beitet, wobei die Bewegungsbahn des Werkzeugs so gelegt ist, daß es in dem den kleineren Krümmungsradius R1 aufwei­senden Randbereich 21 der Wölbung der Stirnwand 5 ausläuft, so daß die in der Aufsicht in Fig. 7 dargestellte offene Kreiskontur entsteht.
• Bei einer Druckbeaufschlagung, die den durch die Tiefe der Reißnut 14 vorgegebenen höchstzulässigen Druck überschreitet, erfolgt im Scheitelbereich 23 der Reißnut 14 aufgrund der Querdehnung in der Stirnfläche 5 ein Anriß. Durch die senk­recht zur Innenfläche wirkenden Kräfte wird hierbei der von der Reißnut 14 umschlossene Flächenbereich 16 nach außen aufgeklappt, wie dies in Fig. 6 gestrichelt dargestellt ist. Aufgrund der Materialverformung erfolgt der Anriß bei etwa 20 bis 24 bar.
  Die in Fig. 8 und 9 dargestellte abgewandelte Ausführungsform ist ebenfalls an der deckelseitigen Stirnfläche 5 angeordnet. Sie eignet sich insbesondere für die nachträgliche "Umrüstung" bereits im Betrieb befindlicher Kegs. Bei dieser Ausführungs­form wird, wie der Schnitt gem. Fig. 8 und die Aufsicht gem. Fig. 9 zeigt, eine kalotten- bzw. punktförmige Vertie­fung 12 in die Fläche eingearbeitet, in die dann beim Einarbeiten der Reißnut 14 mit Hilfe eines Schneid-, aber auch eines Prägewerkzeuges, das Werkzeug auslaufen kann und so die den Flächenbereich 16 umschließende Reißnut 14 wiederum unterbrochen ist, und hier ein entsprechendes "Gelenk" gebildet wird, das in seiner Wandstärke nicht ge­schwächt ist. Bei einer Überschreitung des zulässigen Höchst­druckes klappt dann der Flächenbereich 16, wie gestrichelt dargestellt, nach außen auf. Das hierbei austretende gasför­mige Druckmedium wird hierbei von der Innenseite des Stand­ringes 10 nach oben umgelenkt, so daß die auf den Behälter wirkenden Reaktionskräfte im wesentlichen gegen den Boden gerichtet sind. Auch bei dieser Ausführungsform weist die Reißnut 14 über ihre volle Länge praktisch eine konstante Tiefe auf.

Claims (9)

1. Druckbeaufschlagbarer Behälter aus Metall mit Überdruck­sicherung, insbesondere Bierfaß mit im wesentlichen zylin­drischer Seitenwandung und nach außen ausgewölbten Stirn­wänden, wobei wenigstens eine Stirnwand mit einem An­schlußstutzen versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Behälterwandung vorzugsweise im Bereich einer Stirn­wand (5, 7) mit einer einen Flächenbereich (16, 19) wenig­stens teilweise umschließenden Reißnut (14) versehen ist, durch die die Wandstärke bis auf eine vorgegebene Rest­dicke reduziert ist.

2. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reißnut (14) in dem an die Seitenwandung (22) anschließen­den Übergangsbereich (21) der Wölbung der Stirnwand (5) angeordnet ist.

3. Behälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reißnut (14) mit ihren Enden in den einen kleineren Krümmungsradius (R1) aufweisenden Randbereich der Wölbung der Stirnwand (5) ausläuft.

4. Behälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reißnut (14) mit ihren Enden in eine in die Behäl­terwandung eingeformte Vertiefung (12) ausläuft, in der die Wandstärke praktisch unverändert ist.

5. Behälter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung (12) auf der dem Wandbereich (21) der gewölb­ten Stirnfläche (5) abgekehrten Seite des von der Reißnut (14) umschlossenen Flächenbereichs (16) angeordnet ist.

6. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­kennzeichnet, daß die Reißnut (14) einen in etwa trapez­förmigen Querschnitt aufweist.

7. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Behälterwandung eine einen vorzugsweise kreisförmigen Flächenbereich (19) umschließende Sicke (17) eingeformt ist und daß der Scheitelbereich der Sicke (17) mit einer im Querschnitt vorzugsweise keilförmigen Reißnut (14) verse­hen ist, die sich vorzugsweise nur über einen Teil der Sik­kenlänge erstreckt.

8. Behälter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke im Scheitelbereich der Sicke (17) verringert ist, aber über der vorgegebenen Restdicke im Bereich der Reißnut (14) liegt.

9. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Reißnut (14) auf der den Anschlußstutzen (6) tragenden Stirnwand (5) angeordnet ist.

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