Flasche mit Konkavboden und Verfahren zur Herstellung derselben

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Flasche aus einem metallischem Werkstoff zur Speicherung von verdichteten Gasen, mit einem rotationssymetrisch nach innen gewölbten Boden, der absatzlos in den zylindrischen Teil der Flasche über­geht. Um diesen Boden für den manuellen Transport hand­formgerecht und griffsicher zu machen, sowie eine aus­reichende Standsicherheit zu gewährleisten, weist der Boden eine ebene radial sich erstreckende und rechtwinklig zur Flaschenachse liegende Standfläche (2) auf und zwischen der Wölbungsfläche (10) und der Standfläche (2) ist eine ebene rotationssymetrische Greiffläche (11) vorgesehen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Flasche mit einem nach innen gewölbten Boden (Konkavboden) gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Bodens.

[0002] Der nach innen gewölbte Boden (Konkavboden) gemäß IRG 310 (Ausgabe November 1978) und ISO 4705 (1983) ist bekannt und wird in dieser Form seit Jahrzehnten hergestellt. Der große Nachteil dieser bekannten Bodenform besteht darin, daß er für den manuellen Transport weniger gut geeignet ist, da der sehr flach verlaufende und stark abgerundete übergang von dem für einen vertikalen Stand der Flasche ausgebildeten Abschnitt des Bodens zur Wölbungsfläche nicht griffsicher ist und deswegen leicht Unfälle entstehen können. Aufgrund der ständig steigenden Anforderungen hinsichtlich der Arbeitssicherheit wird die Griffsicherheit beim manuellen Transport von immer größerer Bedeutung. Außerdem wird bei der bekannten Bodenform der vom Markt geforderte Mindestwert des äußeren Standkreisdurchmessers (0,8 mal äußerer Durchmesser der Flasche) nicht sicher erreicht.

[0003] Es ist auch aus der DE-OS 33 27 171 eine Flasche mit einem konvex gewölbten Boden bekannt, der einen sogenannten Integralfuß aufweist. Dieser Fuß ist zwar im Hinblick auf eine gute Standsicherheit konzipiert, aber für einen optimalen manuellen Transport überhaupt nicht geeignet. Hinderlich ist zum einen der scharfkantige äußere übergang von der ebenen Standfläche des Fußes in den Bodenbereich bzw. in den zylindrischen Teil und zum anderen die geringe radiale Erstreckung der Standfläche im Vergleich zum großen Flaschendurchmesser.

[0004] Bekannt ist außerdem eine Flasche mit einem konvex gewölbten Boden mit Integralfuß (US-PS 3,885,835), bei dem der äußere übergang zum Bodenbereich bzw. den zylindrischen Teil abgerundet ist. Aber auch diese Flasche ist wenig für einen manuellen Transport geeignet, da durch die starke Abrundung des Fußes die Flächenpressung besonders groß ist.

[0005] Die vorliegende Erfindung hat sich deshalb die Aufgabe gestellt, eine Flasche mit einem nach innen gewölbten Boden (Konkavboden) zu schaffen und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Bodens anzugeben, dessen Gestalt für den manuellen Transport handformgerecht und griffsicher mit einer geringen Flächenpressung ist und eine ausreichende Standsicherheit für die Flasche gewährleistet.

[0006] Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Flasche mit den im Hauptanspruch angegebenen Merkmalen gelöst.

[0007] Die zwei wesentlichen Merkmale der erfindungsgemäßen Gestalt eines nach innen gewölbten Bodens (Konkavboden) sind eine ebene, rechtwinklig zur Flaschenachse liegende, ringförmige Standfläche und eine zwischen der Wölbungsfläche und der Standfläche angeordnete, ebene rotationssymmetrische Greiffläche, die am übergang zur Standfläche eine Abrundung aufweist. Durch die ebene, ringförmige Standfläche wird zum einen eine hohe Standsicherheit für die Flasche erzielt und zum anderen kann bei einer entsprechenden großen radialen Erstreckung dieser Standfläche das Gewicht der Flasche beim manuellen Transport gleichmässiger über die Handfläche verteilt und dadurch die Flächenpressung minimiert werden. Die untere Grenze der radialen Erstreckung sollte deshalb bei 20 mm liegen und vorzugsweise größer 30 mm sein. Damit der Wert von 0,8 mal äußerer Flaschendurchmesser für den äußeren Standkreisdurchmesser sicher erreicht wird, wobei die technisch machbare Obergrenze bei etwa 0,9 liegt, ist der übergang vom zylindrischen Teil zur Standfläche klein zu halten, wobei der herstellungsbedingte Grenzwert für den Radius der Abrundung bei etwa 10 mm liegt. Für die üblichen Herstellverfahren ergibt sich ein Radius von etwa 25 mm.

[0008] Die Griffsicherheit der erfindungsgemäßen Bodenform wird durch die an die Standfläche anschließende ebene, rotationssymmetrische Greiffläche erreicht, die am übergang zur Standfläche eine Abrundung aufweist. Damit ein Abrutschen sicher verhindert wird, muß diese Greiffläche einen bestimmten Steigungswinkel und eine bestimmte Mindesthöhe aufweisen. Der Steigungswinkel ist hier definiert als der Winkel zwischen der Greiffläche und der Standflächenebene in Richtung der Wölbung. Die erforderliche Mindeststeigung beträgt 60 Grad, wobei bedingt durch die Anatomie der menschlichen Hand die Griffsicherheit mit steigendem Winkel zunimmt. Vorteilhaft sind Werte größer 90 Grad, die aber nur mit erhöhtem Aufwand bei der Herstellung zu realisieren sind. Die erforderliche Mindesthöhe, die hier als parallel zur Flaschenachse liegend verstanden wird, beträgt 10 mm, vorteilhafter sind Werte von 12 mm und mehr. Die Wölbungshöhe ist kein Merkmal der erfindungsgemäßen Bodenform, da sie durch die TRG 310 festgelegt ist. Der übergang von der Standfläche zur Greiffläche darf im Hinblick auf die Verletzungsgefahr nicht scharfkantig sein und weist deshalb eine Abrundung auf.

[0009] Das erfindungsgemäße Verfahren zur spanlosen Herstellung eines nach innen gewölbten Bodens mit den vorher beschriebenen Merkmalen aus einem langgestreckten, zylindrischen Hohlkörper, dessen Bodenbereich durch entsprechend geformte Werkzeuge warm umgeformt wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß das Material zunächst axial parallel zur Körperachse und anschließend im wesentlichen radial vom Kernbereich in den Mantelbereich verdrängt wird.

[0010] Im einfachsten Falle ist der Hohlkörper ein Rohrabschnitt, dessen Wanddicke im Bereich eines offenen Endes durch Anstauchen verdickt und anschließend dieser Bereich auf einer Schmiede- oder Spinningmaschine zu einem konvex gewölbten Vorboden umgeformt und verschweißt wird und der Vorboden mittels Preßwerkzeuge zu einem nach innen gewölbten Boden weiter umgeformt wird. Dabei ist es wesentlich, daß bei dem Vorboden ausreichend Material im Bodenmittenbereich angehäuft wird, das bei der anschließenden weiteren Umformung in einem gleichen oder größer werdenden Fließwinkel in Richtung Zylinderwand verdrängt wird. Diese große Materialverdrängung ist erforderlich, da ansonsten die ebene Standfläche in der Nähe des zylindrischen Teiles nicht angeformt werden kann. Dabei ergibt sich bei gleichem Fließwinkel eine gleiche Wanddicke für den Boden über den gesamten Wölbungsbereich. Bei größer werdendem Fließwinkel nimmt die Wanddicke des Bodens von der Bodenmitte aus in Richtung zylindrischer Teil zu, wobei diese Zunahme im Bereich zwischen 10 bis 40 % liegt. Um den Bereich im Bodenzentrum hinsichtlich der Materialverdrängung nicht überkritisch zu beanspruchen, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Außenoberfläche des Bodens im Bodenzentrum mit einer konvexen Krümmung linsenartig anzuformen, die dann absatzlos in die konkav gekrümmte Wölbungsfläche übergeht. Dabei liegt der Durchmesser dieses linsenartigen Vorsprunges im Bereich zwischen 8 bis 25 % des äußeren Durchmessers der Flasche.

[0011] Die für die Anstauchung des Rohrabschnittes und die Anformung des konvex gewölbten Vorbodens erforderliche in das Material eingebrachte Wärme kann vorteilhafterweise anschließend für die endgültige Anformung des Bodens verwendet werden. Damit wird im Regelfall eine Nachwärmung des Bodenbereiches überflüssig. Je nach Werkstoff und Größe der Flasche kann aber eine Nachwärmung des Bodenbereiches trotzdem erforderlich sein.

[0012] In der Zeichnung wird der erfindungsgemäße Boden anhand zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert.

[0013] Es zeigen:

Figur 1 einen Längsschnitt durch die erfinderische Form eines nach innen gewölbten Bodens (Konkavboden).

Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel

[0014] In Figur 1 ist in einem Teillängsschnitt einer Flasche ein Ausführungsbeispiel der erfinderischen Bodenform eines nach innen gewölbten Bodens 1 dargestellt. Dieser Boden 1 zeichnet sich durch eine ebene und ringförmige Standfläche 2 aus, die rechtwinklig zur Flaschenachse 3 liegt. Die radiale Erstreckung dieser ebenen Standfläche 2 ist durch einen Pfeil 4 angedeutet. Sie soll mindestens 20 mm betragen und vorzugsweise größer 30 mm sein. Die Größe des Standkreisdurchmessers dieses Bodens 1 ist mit Pfeil 5 gekennzeichnet. Er beträgt mindestens 0,8 mal äußerer Flaschendurchmesser (hier gekennzeichnet mit Pfeil 6). Die Standfläche 2 geht mit einer radialen Abrundung 7 in den zylindrischen Teil 8 der Flasche über. Diese Abrundung 7 liegt je nach Herstellverfahren in einem Bereich zwischen 10 und 30 mm. Die Wanddicke des zylindrischen Teils 8 ist mit Pfeil 9 gekennzeichnet. An die Standfläche 2 in Richtung Wölbungsfläche 10 schließt sich eine ebene, rotationssymmetrische Greiffläche 11 an, wobei der übergang zur Standfläche 2 abgerundet ist. Diese Abrundung 12 beträgt bei diesem Ausführungsbeispiel etwa 5 mm. Der Steigungswinkel beta 13 der Greiffläche 11, hier definiert als der Winkel zwischen der Greiffläche 11 und der Ebene der Standfläche 2, liegt im Bereich zwischen 60 und 120°. Die Höhe 14 der Greiffläche 11, die parallel zur Flaschenachse 3 liegt, soll mindestens 10 mm betragen. An die Greiffläche 11 schließt sich die Wölbungsfläche 10 an, die absatzlos sich bis zum Bodenzentrum 15 erstreckt. Die Wanddicke im Bodenzentrum 15, hier gekennzeichnet mit Pfeil 16, sowie die Wölbungshöhe, hier gekennzeichnet mit Pfeil 17, entspricht den Vorschriften der TRG 310. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Wölbungsfläche 10 im Schnitt ellipsenförmig und verläuft nahezu parallel zur Innenoberfläche 19 des nach innen gewölbten Bodens 1. Dabei liegt die große Achse der Ellipsenform senkrecht auf der Flaschenachse 3. Der parallele Verlauf der Außen10- und Innenoberfläche 19 des Bodens 1 bedeutet eine annähernd konstante Wanddicke im gesamten Wölbungsbereich, d. h., daß die Wanddicke am Ende der Wölbungsfläche 10, hier gekennzeichnet mit Pfeil 18, gleich der Wanddicke 16 im Bodenzentrum 15 ist.

[0015] In Figur 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel dargestellt, wobei für gleiche Flächen gleiche Kennzeichen verwendet worden sind. Diese Bodenform unterscheidet sich von der in Figur 1 dadurch, daß zur Vermeidung von überkritischen Beanspruchungen im Bodenzentrum 15 bei der Herstellung dieses Bodens, im Bereich des Bodenzentrums 15 eine linsenartig konvex gewölbte Außenfläche 20 angeformt ist. Der Durchmesser 21 dieses linsenartigen Vorsprunges liegt im Bereich zwischen 8 bis 25 Prozent des äußeren Durchmessers 6 der Flasche.

[0016] In einem weiteren Merkmal unterscheidet sich dieses Ausführungsbeispiel von der in Figur 1. Die Außen 10- und Innenoberfläche 19 ist im Schnitt nahezu kreisförmig, wobei die Außenoberfläche 10 stärker gekrümmt ist als die Innenoberfläche 19. Dies hat zur Folge, daß die Wanddicke im Wölbungsbereich vom Bodenzentrum in Richtung Zylinderwand zunimmt. In diesem konkreten Beispiel bedeutet dies, daß die Wanddicke, hier gekennzeichnet mit Pfeil 22, gemessen am übergang von der konvex gewölbten Fläche 20 im Bodenzentrum 15 zur Wölbungsfläche 10 kleiner ist als die Wanddicke 18 am Ende der Wölbungsfläche 10. Diese Zunahme der Wanddicke liegt im Bereich zwischen 10 bis 40 Prozent.

Ansprüche

1. Flasche aus einem metallischen Werkstoff zur Speicherung von verdichteten Gasen, Sondergasen oder Gasgemischen mit einem rotationssymmetrisch nach innen gewölbten Boden (Konkavboden), der auf der Innen- und Außenseite mit einer radialen Abrundung absatzlos in den zylindrischen Teil der Flasche übergeht und einen im Bereich des überganges liegenden, für die senkrechte Aufstellung der Flasche geeigneten ringförmigen Abschnitt aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Boden (1) eine ebene, radial sich erstreckende und rechtwinklig zur Flaschenachse liegende Standfläche (2) aufweist mit einem äußeren Standkreisdurchmesser von mindestens 0,8 mal dem äußeren Flaschendurchmesser, wobei der innere Standkreisdurchmesser durch den übergang zur Wölbungsfläche (10) begrenzt ist und daß zwischen der Wölbungsfläche (10) und der Standfläche (2) eine ebene, rotationssymmetrische Greiffläche (11), die am übergang zur Standfläche (2) eine Abrundung (12) aufweist, vorgesehen ist.

2. Flasche nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die radiale Erstreckung (4) der Standfläche (2) mindestens 20 mm beträgt und der Radius der Abrundung (7) im übergang zum zylindrischen Teil (8) gleich größer 10 mm ist.

3. Flasche nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Steigungswinkel (13) zwischen der Greiffläche (11) und der Standflächenebene (2) im Bereich zwischen 60 bis 120 Grad liegt und die axiale Höhe (14) der Greiffläche (11) mindestens 10 mm beträgt.

4. Verfahren zur spanlosen Herstellung eines nach innen gewölbten Bodens einer Flasche nach den Ansprüchen 1 bis 3, aus einem langgestreckten, zylindrischen Hohlkörper, dessen Bodenbereich durch auf den Hohlkörper einwirkende, entsprechend geformte Werkzeuge warm umgeformt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Hohlkörper zunächst an einem Ende in seiner Wanddicke durch Anstauchen verdickt und anschließend dieser Bereich auf einer Schmiede- oder Spinningmaschine zu einem konvex gewölbten Vorboden umgeformt und verschweißt wird und dieser Vorboden dann mittels Preßwerkzeugen zu einem nach innen gewölbten Boden weiter umgeformt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei der Anformung des konvex gewölbten Vorbodens Material im Bodenmittenbereich angehäuft, das bei der anschließenden weiteren Umformung mit einem gleichen oder größer werdenden Fließwinkel in Richtung Zylinderwand verdrängt wird, wobei ein größer werdender Fließwinkel einer Zunahme der Wanddick des Bodens von der Mitte zur Zylinderwand entspricht.

Zeichnung