DE102005006998B4 - Druckbehälter aus Faserverbundmaterial - Google Patents

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Abstract

Druckbehälter aus Faserverbundmaterial
gekennzeichnet dadurch, dass
ein Rohr (1) aus Faserverbundmaterial an den Enden durch zwei Endstücken (2) aus Metall verschlossen wird und
ein oder mehrere Spannbügel (3) aus Faserverbundmaterial die Endstücke (2) auf das Rohr (1) drücken und in Form eines geschlossenen Faserstrangs vorliegen, wobei die geschlossene Form aus einem ersten und einem zweiten Halbkreis resultiert, die über zwei Geraden miteinander verbunden sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft Hochdruckbehälter aus Faserverbundmaterial.
  • Die Herstellung von Druckbehältern aus Stahl erfordert die Verwendung fester Stahllegierungen und einen hohen Aufwand beim Gießen des Stahl selbst. Druckbehälter aus Stahl finden in der Technik breite Verwendung als Speicher für Druckgase und als Druckspeicher in hydraulischen und pneumatischen Anlagen.
  • Die bisher üblichen Druckbehälter aus Faserverbundmaterial können nur mit einem höheren Aufwand im Vergleich zu den Druckbehältern aus Stahl gefertigt werden, da eine Stahl- oder Aluminium-Hohlform verwendet werden muss, auf die die Fasern mit Hilfe einer komplizierten Wickelmaschine aufgebracht werden. Die Fasern werden dabei zunächst in Umfangsrichtung des Behälters abgelegt. Als zweites erfolgt eine Wicklung in Längsrichtung, die den beiden Enden den nötigen Halt gegen den Innendruck gibt. Abgeschlossen wird der Wickelvorgang wieder durch eine Wicklung in Umfangsrichtung.
  • Druckbehälter aus Faserverbundmaterial finden daher nur in den Fällen Verwendung, in denen ihr geringeres Gewichtes sich vorteilhaft auswirkt. Solche Behälter fertigt die Firma Dynetek Europa GmbH (Pressemitteilung des Unternehmens zur Hannovermesse 2004). Die Technik zur Herstellung solcher Behälter wurde bereits vor 1980 entwickelt.
  • Ein wichtiger Gegenstand von neuen Patenten ist die Lösung der beiden Endbereiche mit den Anschlüssen für den Gaseintritt. Eine neue Lösung für einen Behälter aus Faserverbundmaterial mit Metalleinlage findet sich in der Patentschrift DE 25 38 433 C2 . Veröffentlicht ist weiterhin eine Anordnung, in der ein Kohlefaserrohr nur mit der Umfangswicklung zwischen zwei Stahlendscheiben angeordnet wird. Dabei wurden Kohlefaserstäbe zwischen den Stahlendscheiben angeordnet, die den Druck auf die Scheiben aufnehmen sollen ( DE 10305397 A1 ). Die stark belasteten Verbindungen zwischen Kohlefaserstäben und den Endscheiben sind nur mit hohen Aufwand herzustellen. Das mag der Grund dafür sein, dass diese Anordnung sich in der Praxis noch nicht durchsetzt hat.
  • Ein Druckbehälter mit einem Rohr aus faserverstärkten thermoplastischen Kunststoff und einer speziellen Ausformung der Deckel zum Verschluss der Enden ist aus der DE 102 46 868 A bekannt. Druckbehälter mit speziell ausgeformten äußeren Bewehrungen oder Verstärkungen zur Fixierung der Deckel sind weiterhin aus der DE 716 882 C und DE 71 08 353 U bekannt.
  • Die Nachteile der bisher bekannten Anordnungen für Druckbehälter aus Faserverbundmaterial liegen im hohen Aufwand für ihre Herstellung.
    •
  • Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Herstellungsprozess der Druckbehälter aus Faserverbundmaterial zu vereinfachen und eine bessere Ausnutzung der Fasern zu erreichen.
  • Die Aufgabe wird durch einen Druckbehälter mit den Merkmalen aus Anspruch 1 gelöst. Der Druckbehälter besteht aus einem Rohr aus Faserverbundmaterial, zwei Endstücken, die das Rohr an beiden Seiten verschließen und einem oder mehreren Spannbügeln aus Faserverbundmaterial, die die Endstücken von beiden Seiten gegen das Rohr drücken.
  • Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
    dass auf die Metallhohlform verzichtet werden kann,
    dass die Ausnutzung der Kohlefasern verbessert wird, da im Rohr und im Spannbügel die wesentlichen Belastungen in der Faserrichtung erfolgen,
    dass die Fertigung der Rohre und der Spannbügel auf einer einfachen Wickelmaschine erfolgen kann und dass für die Endstücke preiswerter Grauguss eingesetzt werden kann, da die Belastungen sich über ein großes Volumen verteilen können.
  • Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass im Inneren des Druckbehälters ein Kolben angeordnet werden kann. Damit kann die Erfindung zum Aufbau von Druckspeichern genutzt werden, in denen das Gas durch die Druckerhöhung die mechanische Energie von Hydraulikflüssigkeiten speichert.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in den Patentansprüchen 2 bis 4 gegeben. Um hohen Innendrücke standzuhalten, empfiehlt sich die Verwendung von Kohlefaser-Epoxidharzmaterial für das Rohr und den Spannbügel. Für die Herstellung der Kohlefaserteile kann vorteilhaft eine Wickelmaschine verwendet werden. Dabei werden das Rohr und der Spannbügel so gewickelt, dass die Fasern in Umfangsrichtung liegen.
  • Zur Abdichtung des Druckbehälters kann ein Dichtring zwischen der Stirnfläche des Rohrs und dem Endstück angeordnet werden.
  • Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung kann durch den Patentanspruch 5 erfolgen. Durch die Anordnung eines Kolbens im Rohr kann der Druckbehälter als Druckspeicher benutzt werden.
    •
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen 1 bis 3 dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
  • Es zeigen
  • Zeichnung 1 – Schnitt in Vorderansicht,
  • Zeichnung 2 – Schnitt in Seitenansicht,
  • Zeichnung 3 – perspektivische Ansicht.
    • 1
    Rohr,
    2
    Endstück aus Grauguss,
    3
    Spannbügel,
    4
    Dichtung,
    5
    Anschluss zum Füllen oder Leeren des Druckbehälters.
  • Das Rohr (1) wird zweckmäßiger Weise an beiden Enden verstärkt ausgeführt, so dass der Druck der Endstücke (2) sich auf eine größere Fläche verteilt. Um eine zuverlässige Dichtung zu erreichen, wird in einer Nut in jedem Endstück (2) ein geeigneter Dichtring (4) angeordnet. Beide Endstücke (2) haben eine Außenfläche, die als halber Zylinder geformt ist, so dass eine sehr gute Kraftübertragung an den Spannbügel (3) möglich wird. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird mit zwei Spannbügeln (3) gearbeitet. Dadurch wird eine bessere Verteilung der Belastungen im Endstück (2) selbst erreicht.
  • Die Anschlüsse (5) zum Füllen oder Leeren des Behälters sind seitlich angebracht und in der technisch üblichen Art und Weise ausgeführt.

Claims (5)

  1. Druckbehälter aus Faserverbundmaterial gekennzeichnet dadurch, dass ein Rohr (1) aus Faserverbundmaterial an den Enden durch zwei Endstücken (2) aus Metall verschlossen wird und ein oder mehrere Spannbügel (3) aus Faserverbundmaterial die Endstücke (2) auf das Rohr (1) drücken und in Form eines geschlossenen Faserstrangs vorliegen, wobei die geschlossene Form aus einem ersten und einem zweiten Halbkreis resultiert, die über zwei Geraden miteinander verbunden sind.
  2. Druckbehälter nach Anspruch 1 gekennzeichnet dadurch, dass das Rohr (1) aus einem Kohlefaser-Epoxidharzverbund besteht, wobei die Fasern in Umfangsrichtung ausgerichtet sind.
  3. Druckbehälter nach Anspruch 1 gekennzeichnet dadurch, dass der Spannbügel (3) aus einem Kohlefaser-Epoxidharzverbund besteht, wobei die Fasern in der Längsrichtung des Bügels (3) ausgerichtet sind.
  4. Druckbehälter nach Anspruch 1 gekennzeichnet dadurch, dass Dichtungen (4) zwischen den Stirnseiten des Rohres (1) und den Endstücken (2) angeordnet sind.
  5. Druckbehälter nach Anspruch 1 gekennzeichnet dadurch, dass im Rohr (1) ein Kolben angeordnet ist.
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