mini|Verschiedenartige Gasflaschen in einem Lager
Eine Gasflasche ist ein Druckbehälter für den Transport und die Lagerung von unter hohem Druck stehenden Gasen und Dämpfen. Druckbehälter mit kleinerem Volumen (oft für Einweg-Verwendung) werden Gaskartuschen genannt, noch kleinere auch Gaskapseln.
Gasflaschen können ein Volumen von 0,01Anm. Die kleinen Kapseln zur Bereitung von Sahneschaum bzw. Sodawasser haben 10 ml Volumen und rund 7,5 g Inhalt - überwiegend verflüssigt. Siehe https://www.globus-baumarkt.de/fackelmann-sahnekapseln bis zu 150 Litern besitzen, bei einem Nenndruck von bis zu 300 bar. 200- und 300-bar-GasflaschenAnm. Historisch gab es Gasflaschen für 150 bar Betriebsdruck, die bis um etwa 1990 ausgeschieden wurden. werden überwiegend mit Gasen befüllt, deren kritischer Punkt deutlich unterhalb der Umgebungstemperatur von 20 °C liegt und die daher alleine durch Kompression nicht verflüssigt werden können. Wichtige Ausnahmen hiervon sind Flaschen mit beispielsweise Kohlenstoffdioxid, Flüssiggas oder Acetylen, in denen diese Gase verflüssigt oder aber in Flüssigkeit gelöst vorliegen.
Material für den Behälterbau
alternativtext=Explodierte Gasflaschen in einer Feuerwehrschule in München.|mini|Explodierte Gasflaschen in einer Feuerwehrschule in München Je nach Verwendungszweck und Gasinhalt werden Gasflaschen verschiedener Materialien verwendet. Hochreine Gase werden bevorzugt in Gasflaschen aus Aluminium oder Edelstahl transportiert, Gase für den industriellen Einsatz überwiegend in Gasflaschen aus vergütetem Stahl.
Für den Einsatz als Atemgerät im Rettungsdienst, als Treibgastank etwa in Automobilen und beim Einsatz in Flug- und Raketentechnik setzen sich immer mehr Gasflaschen aus vergleichsweise leichten Faserverbundwerkstoffen durch. Auch bei Propangasflaschen für den Privatgebrauch trifft man diese Materialien vermehrt an. Die innere Schicht solcher Verbund- oder auch Composite-Gasflaschen bildet eine dünnwandige Sperrschicht (engl. Liner: Innen-Liner). Für die Sperrschicht werden Materialien, wie Stahl, Edelstahl, Aluminium oder Kunststoff, verwendet, sie gewährt die Dichtheit der Flasche und nimmt das Flaschenventil auf. Die statische Festigkeit der Flasche gegen den Innendruck (meist 300 bar Betriebsdruck) wird durch Umwickeln der Dichtlage mit Kohlenstoff-, Aramid- oder Glasfasern unter Vorspannung und die Fixierung der so entstandenen äußeren Schicht zum Beispiel mit Epoxidharz erreicht. Höhere Wandstärken der Sperrschicht haben bessere statische Eigenschaften und werden daher nur zylindrisch bewickelt, leichtere Flaschen erreicht man durch dünnere Sperrschichtwandstärken und eine gekreuzte Wicklung auch über Schulter und Fuß, die leichtesten – etwa für die Raumfahrt – sind – statisch optimal – kugelförmig.
An 50-Liter- und 200-bar-Flaschen ist erkennbar, dass mit steigender Zugfestigkeit des Stahls (von etwa 750 bis 990 N/mm² und mehr) die Masse von typisch 67 kg bis auf knapp 50 kg abnimmt. Atemschutz- und Tauchflaschen aus besonders hochfestem Stahl werden als Leichtstahlflaschen bezeichnet. Zur Masse der Flasche kommt noch die des Ventils – zumeist aus Messing geschmiedet, seltener Edelstahl – dazu, je nach Flaschengewindegröße, Druck und Abgang typisch 300 bis 600 Gramm. Die Flaschen haben immer ein Anschlussgewinde im Metallhals, im Allgemeinen überwiegend konische in zwei verschiedenen Größen. Diese dichten im Gewinde selbst, ursprünglich mit Hanf, später etwa 0,3 mm dünne Bleikapseln, aktuell gewickelter Kunststoff. Bei Tauch- und Atemschutzgeräten haben sich insbesondere mit der Erhöhung des Standarddrucks auf 300 bar (ab 1995) zylindrischer Gewindeanschluss, beispielsweise M18 × 1,5 mit elastischer O-Ring-Dichtung durchgesetzt, die mit viel geringerem Anzugsdrehmoment zu verschrauben sind.
Für die Ausbildung des zylindrischen Gewindes von Faserverbundflaschen mit Metallsperrschicht ist der Flaschenhals wandstärkemäßig verlaufend verdickt. Auch Flaschen, deren Bauch selbst völlig ohne Metall hergestellt ist, typische Sperrschichtmaterialien sind dann PET oder HDPE, weisen einen mit dem Abbinden der Matrix eingeklebten Halsansatz aus einem leichten Aluminiumwerkstoff auf, der als Korrosionsschutz zweckmäßig eloxiert/anodisiert ist. Um die Fasern nicht den Kräften des Ein- und Ausschraubens des Ventils auszusetzen, weisen die Metallhälse typisch Planflächen zum Ansetzen eines Gabelschlüssels auf.
Zylindrische Hochdruckflaschen hingegen werden zum Ventileinbau am zylindrischen Bauch auf einer Länge von etwa 20 cm zwischen Rund- oder prismatischen Backen mit Gummiauflage geklemmt. Sie weisen dank ausreichender Materialstärke und -steife ausreichend Festigkeit dafür auf.
Um Beschädigungen durch Kratzer, Schläge oder Hitze anzuzeigen, können Kunststoffflaschen mit Hüllen und Gummikappen ausgestattet und/oder lackiert sein. Darübergezogene Schutzhüllen aus feuerbeständigem Gewebe dämmen vor Wärme bei der Nutzung in der Brandbekämpfung und bieten Schutz vor Abrasion.
Reine Metallflaschen sind lackiert, um den Inhalt über die Farbe zu klassifizieren und um Korrosion zu reduzieren. Bis um ca. 1950 wurden Stahlflaschen auch ohne Lackierung verwendet. Immer weisen Metallflaschen an der Schulter eingestanzte Daten zur Herstellung, Prüfung, zum Nenndruck und Gasinhalt auf. Die kugelförmige Schulter weist dank kugeliger Krümmung bei gleicher Wandstärke doppelte Druckbeständigkeit auf, ist jedoch in der Regel zusätzlich verdickt, weshalb das Einschlagen mit Prägelettern schadlos möglich ist. Die Lackierung erfolgte lange Zeit durch Nitrolack, bis um 1995 Wasserlacke üblich wurden.
Stählerne Tauchflaschen und Flaschen der Einsatzkräfte sind unter der Lackierung vorschriftsmäßig verzinkt. Diese Korrosionsschutzschicht aus dem unedlen Zink kann rein galvanisch aufgebracht sein oder auch bis zu etwa 0,25 mm Stärke durch Aufspritzen. Darüber schützt ein Lack. Um das Rosten am Rand zum Ventil zu vermeiden, reicht die Verzinkung ein Stück ins Gewinde hinein. Salziges Meerwasser soll abgespült werden.
Alle Flaschen sind zumindest alle 10 Jahre zu überprüfen. Geprüft wird üblicherweise per Sicht außen und innen auf Beschädigung und mit einer Druckprüfung bei 1,5-fachem Betriebsdruck, gefüllt mit Wasser. Nach der Trocknung wird das Ventil auf Dichtheit mit Luft geprüft. Flaschen, die zum Tauchen bestimmt sind, müssen in kürzeren Intervallen geprüft werden, Kunststoffflaschen typischerweise aller fünf Jahre. Während früher Kunststoff-Komposit-Flaschen nur für eine begrenzte Nutzungsdauer von 5, 10 oder 20 Jahren zugelassen waren, gibt es heute bereits solche mit dem Prädikat „NLL“ – . Derzeit werden Stahlflaschen, die ein Alter von 70 Jahren erreicht haben, prinzipiell ausgesondert. Es gibt jedoch auch einzelne Stahltypen, die sicherheitshalber schon deutlich früher ausgesondert werden, um Versagen durch Materialermüdung zu vermeiden.
Herstellung Die Herstellung nahtloser Hochdruck-Gasflaschen aus Stahl ist ein technisch anspruchsvoller Vorgang. Automatisierte Anlagen zum Herstellen von nahtlosen Hohlkörpern bis zu einer Länge von etwa zwei Metern bestehen im Allgemeinen aus einer Erwärmungsanlage mit Hilfs- und Transporteinrichtungen, einer kombinierten Stauch- und Lochpresse, einer Abstreckziehpresse, dem zentralen Manipulator sowie Hilfseinrichtungen zum Ausgeben und Abtransportieren der Ziehstücke.
Ein auf Schmiedetemperatur erwärmter Stahl-Vierkantblock wird in der Stauchpresse vorgeformt und erhält danach in der Lochpresse durch Rückwärtsfließpressung die Form eines einseitig offenen Hohlzylinders. In einem Kalibriervorgang werden Außendurchmesser und Wandstärke sehr genau und glatt, also rillenfrei, eingestellt.
Der Boden kann unterschiedlich geformt sein: Flaschen die nicht stehen müssen, sind zumeist am Fußende halbkugelig konvex gewölbt. Auf solche kugelig endende Flaschen kann ein 10–15 cm hoher Stehring aufgepresst sein. Dafür wird vor dem Zusammenfügen entweder die Flasche in einem unteren Abschnitt etwas verjüngt, oder der Stehring oben etwas erweitert. Um 1990 waren an Flaschen mit 10–50 Litern Volumen in Österreich noch relativ dünne Stehringe verbreitet, die unten an vier Ecken etwas aufgeweitet waren, um ein Wegrollen auf einer waagrechten Fläche liegend zu verhindern. Zugleich waren die gerundeten Ecken etwas hochgezogen, um das „Rollen über die Kante“ in fast stehender Position zu ermöglichen. Später setzten sich eingezogene Flaschenböden durch. In einer Variante ist ein biegesteif verdickter planer Boden etwa ein Zentimeter hochgezogen, um nur am äußersten Zentimeter des Radius die Form eines Stehrings auszubilden. Die andere Variante hat einen im Querschnitt sinuswellenförmig gewölbten Boden. In der mittleren Hälfte des Flaschendurchmessers ist der Boden nach oben (von außen gesehen: konkav, ähnlich einer Glasflasche) eingewölbt, auf beiden äußeren Vierteln des Durchmessers deutlich weniger nach unten. Die Flasche steht dann auf der ringförmigen Wölbung bei etwa 80–85 % des Durchmessers entsprechend stabil und kann leicht gekippt bodenschonender über die Kante gerollt werden als über die „scharfe“ Kante eines Stehrings.
Am abgelängten Rohling wird dann der Flaschenhals eingezogen. Das geschieht bei nur einseitiger Einspannung der Flasche mit horizontaler Achse bei Rotglut. Unter fortwährendem Nachheizen mit Gasflammen drücken Rollen von außen und anfangs auch von innen den Flaschenzylinder zur Verjüngung, dem Flaschenhals. Bei niedriger Temperatur wird dieser für das Gewinde, das das Flaschenventil aufnehmen soll, aufgebohrt und das typisch konische Gewinde eingefräst.
Die Flasche wird zum Härten gleichmäßig erhitzt und in Wasser abgeschreckt.
Eine Aluminiumlegierung wird bei entsprechend tieferer Temperatur verarbeitet. Insbesondere Tauchflaschen aus Aluminium haben mitunter einen biegesteif verdickten weitgehend ebenen Boden. Tauchflaschen aus Stahl mit rundem (konvexem) Boden benötigen hingegen einen voluminösen Stehring aus Gummi.
Flüssiggasflaschen Flüssiggasflaschen beinhalten unter Druck verflüssigte Gase. Ihr maximal zulässiger Druck richtet sich nach dem Dampfdruck ihres Inhaltes.
Gasflaschen und Flüssiggasflaschen werden mit einer speziellen Armatur verschlossen, an der sich, meist in Verbindung mit einem Druckminderer, eine passende Schlauchleitung oder Rohrleitung zur kontrollierten Entnahme ihres Inhaltes anschrauben lässt. Des Weiteren befindet sich bei Flüssiggasflaschen in der Entnahmearmatur ein Sicherheitsventil, das den zulässigen Überdruck in der Flasche auf etwa 30 bar begrenzt, um ein Bersten zu verhindern.
Kohlenstoffdioxid-Flaschen Eine Sonderstellung nehmen Flaschen mit Kohlenstoffdioxid ein. Zur Entnahme der Flüssigkeit gibt es spezielle Steigrohrflaschen, die ausschließlich ohne Druckminderer betrieben werden. Das im Inneren befindliche Steigrohr ermöglicht eine fast vollständige Flüssigentnahme bei senkrecht stehender Flasche, zur Erzeugung des Kältemittels Trockeneis oder Kohlensäureschnee zur Brandbekämpfung.
Sicherer Umgang mit Gasflaschen Die Gasflaschen stehen auf ebenem Boden und sind gegen Umstürzen gesichert; alle Ventile sind durch Schutzkappen vor einem Abreißen gesichert.
Gasflaschen können bei unsachgemäßem Umgang eine erhebliche Gefahr darstellen. Häufige Unfallgründe sind unter anderem:
Abreißen des Ventils Da das Ventil die schwächste Stelle einer Gasflasche ist, ist sein Schutz mit einer Ventilschutzkappe obligat. Wenn eine Gasflasche durch das Abreißen des Ventils so beschädigt wird, dass ihr unter hohem Druck stehender Inhalt schlagartig austritt, wird die Gasflasche stark beschleunigt und kann so auch Mauern durchschlagen.
Verhaltensregeln zur Vermeidung sind: Gasflaschen sollten auch gegen Umstürzen bei Lagerung und Transport gesichert werden, beispielsweise mit Ketten an der Wand oder durch Verwendung spezieller Paletten. Verwendung von Ventilschutzkappen immer, auch wenn die Flasche nur gelagert oder transportiert wird Flaschen nicht werfen