DE102018120291B3 - Process for producing a lightweight pressure vessel forming a lightweight pressure tank and lightweight pressure vessel - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Herstellung eines einen Leichtbau-Drucktank bildenden Leichtbau-Druckbehälters (1; 1') aus einem Metallmaterial mit zwei gewölbten Behälterböden (12, 14; 12', 14'), wobei die gewölbten Behälterböden (12, 14; 12', 14') miteinander oder mit zumindest einem zylindrischen Behälterabschnitt (10) verbunden oder integral ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet,dass zumindest der jeweilige Behälterboden (12, 14; 12', 14') durch additive Fertigung mittels eines thermischen Spritzverfahrens aus einem Metallmaterial nahtlos hergestellt wird, wobei die Herstellung des jeweiligen gewölbten Behälterbodens (12, 14) mit den folgenden Schritten erfolgt:a) Bereitstellen einer ersten, zylindrischen Schalungsform (2),b) schichtweises Auftragen des Metallmaterials durch einen Spritzstrahl (32) mittels zumindest einer Spritzdüse (30) gemäß dem thermischen Spritzverfahren auf die Innenumfangsfläche (21) der ersten, zylindrischen Schalungsform (2) mit einem sich in einer Richtung parallel zur Zylinderachse (Z) verringernden Innendurchmesser (d) zur Bildung eines ringförmigen Rohlings (4),c) Bearbeiten des ringförmigen Rohlings (4) derart, dass ein im Querschnitt y-förmiger Ringkörper (44) mit einer zylindrischen Außenwand (45) und einer von dieser unter einem spitzen Winkel (a) radial schräg nach innen verlaufenden Krempe (46) entsteht,d) Bearbeiten des radial inneren Umfangsrands (46') der Krempe (46) derart, dass sich die Wandstärke der Krempe (46) zum radial inneren Umfangsrand (46') hin verjüngt, wodurch auf der vom spitzen Winkel (α) abgewandten Oberfläche der Krempe (46) ein im Querschnitt schräg verlaufener Wandabschnitt (47) als Fase ausgebildet wird,e) Entnehmen des y-förmigen Ringkörpers (44) aus der ersten Schalungsform (2),f) Bereitstellen einer zweiten Schalungsform (6), die eine konkav oder konvex gewölbte Formoberfläche (60) aufweist,g) Aufsetzen des im Querschnitt y-förmigen Ringkörpers (44) auf den Rand (64) der zweiten Schalungsform (6) derart, dass die Krempe (46) des Ringkörpers (44) auf der gewölbten Formoberfläche (66) aufliegt und deren Rand bedeckt, wobei der schräg verlaufende Wandabschnitt (47) der Krempe (46) von der Formoberfläche (66) weg weist,h) schichtweises Auftragen des Metallmaterials durch einen Spritzstrahl (32') mittels zumindest einer Spritzdüse (30') gemäß dem thermischen Spritzverfahren auf den schräg verlaufenden Wandabschnitt (47) des Ringkörpers (44) und auf die Formoberfläche (66) der zweiten Schalungsform (6) zur Bildung eines sich nahtlos an die Krempe (46) anschließenden und mit dieser integral ausgebildeten zentralen, gewölbten Domabschnitts (49) undi) Entnehmen der den Behälterboden (12, 14) bildenden Einheit aus Domabschnitt (49) und Ringkörper (44) aus der zweiten Schalungsform (6).Method for producing a lightweight pressure vessel (1; 1 ') forming a lightweight pressure tank from a metal material with two curved container bottoms (12, 14; 12', 14 '), the curved vessel bottoms (12, 14; 12', 14 ') are connected to one another or with at least one cylindrical container section (10) or are integrally formed, characterized in that at least the respective container base (12, 14; 12', 14 ') is seamlessly produced from a metal material by additive manufacturing by means of a thermal spraying process The production of the respective curved container bottom (12, 14) takes place with the following steps: a) provision of a first, cylindrical formwork form (2), b) layer-by-layer application of the metal material by a spray jet (32) by means of at least one spray nozzle (30) according to the thermal spraying process onto the inner peripheral surface (21) of the first, cylindrical formwork form (2) with a unidirectional shape parallel to the cylinder axis (Z) reducing the inner diameter (d) to form an annular blank (4), c) machining the annular blank (4) in such a way that a cross-sectionally Y-shaped ring body (44) with a cylindrical outer wall (45) and one of the brim (46) extending radially inward at an acute angle (a) is formed, d) machining the radially inner peripheral edge (46 ') of the brim (46) such that the wall thickness of the brim (46) is radial inner circumferential edge (46 ') tapers, as a result of which a wall section (47) with an oblique cross section is formed as a chamfer on the surface of the brim (46) facing away from the acute angle (α), e) removing the y-shaped ring body (44) from the first formwork form (2), f) providing a second formwork form (6) which has a concave or convex curved surface (60), g) placing the cross-sectionally y-shaped ring body (44) on the edge (64) of the second shalu ngsform (6) such that the brim (46) of the ring body (44) lies on the curved mold surface (66) and covers the edge thereof, the sloping wall section (47) of the brim (46) away from the mold surface (66) , h) layer-by-layer application of the metal material by a spray jet (32 ') by means of at least one spray nozzle (30') according to the thermal spraying method onto the inclined wall section (47) of the ring body (44) and onto the mold surface (66) of the second formwork form (6) to form a central, arched dome section (49) which adjoins the brim (46) and is integrally formed therewith, and i) removing the unit comprising the dome section (49) and ring body (44) forming the container bottom (12, 14) from the second form of formwork (6).

Description

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines einen Leichtbau-Drucktank bildenden Leichtbau-Druckbehälters gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Sie betrifft weiterhin einen mit diesem Verfahren hergestellten Behälterboden sowie insgesamt auch einen Leichtbau-Druckbehälter. Ein solches erfindungsgemäßes Verfahren wird beispielsweise eingesetzt zur Herstellung eines Satelliten-, Raumfahrzeug- oder Raketentanks, so dass ein mit diesem Verfahren hergestellter Leichtbau-Drucktank beispielsweise einen Satelliten-, Raumfahrzeug- oder Raketentank bildet.The present invention relates to a method for producing a lightweight pressure tank forming a lightweight pressure tank according to the preamble of claim 1. It also relates to a tank bottom produced using this method and, overall, also to a lightweight pressure tank. Such a method according to the invention is used, for example, to produce a satellite, spacecraft or rocket tank, so that a lightweight pressure tank produced using this method forms, for example, a satellite, spacecraft or rocket tank.

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

Druckbehälter, die einem hohen Innendruck gegenüber einem niedrigeren Außendruck standhalten müssen, sind allgemein bekannt. Üblicherweise werden derartige Druckbehälter aus Stahlblechen gefertigt, die zu einem zylindrischen Behälterabschnitt verschweißt werden, wobei an den offenen Seiten dieses Zylinder domartige Behälterböden angebracht werden. Diese domartigen Behälterböden werden zumeist aus dreieckigen oder trapezförmigen Blechen hergestellt, die gebogen und zu einer Raumform miteinander verschweißt werden. Die Verbindung der Behälterböden mit dem Zylinderabschnitt des Druckbehälters erfolgt entweder ebenfalls durch Schweißen oder mittels Flanschen. Kritisch ist bei solchen Schweißnähte aufweisenden Druckbehältern die Qualität der Schweißnaht, da auf jeden Fall zu vermeiden ist, dass der unter Druck gesetzte Druckbehälter an den möglicherweise Schwachstellen bildenden Schweißnähten reißt und platzt. Daher sind diese Schweißnähte mit größter Sorgfalt zu fertigen und der Druckbehälter ist regelmäßigen Drucktests zu unterziehen.Pressure vessels that have to withstand a high internal pressure against a lower external pressure are generally known. Pressure vessels of this type are usually produced from sheet steel, which are welded to form a cylindrical container section, dome-like container bottoms being attached to the open sides of this cylinder. These dome-like container bottoms are mostly made from triangular or trapezoidal sheets that are bent and welded together to form a spatial shape. The connection of the container bottoms to the cylinder section of the pressure container is either done either by welding or by means of flanges. The quality of the weld seam is critical in the case of pressure vessels having such weld seams, since it must be avoided in any case that the pressurized pressure vessel tears and bursts at the weld seams which may form weak points. For this reason, these weld seams must be manufactured with the greatest care and the pressure vessel must be subjected to regular pressure tests.

Eine besondere Herausforderung stellen Leichtbau-Druckbehälter dar, wie sie beispielsweise als Treibstofftanks in der Raumfahrttechnik verwendet werden. Bei diesen Tanks ist das Gewicht auf ein Minimum zu reduzieren, so dass es hier üblich geworden ist, den Behälter mit einer sehr dünnen Behälterwand und gegebenenfalls einer mit dieser dünnen Behälterwand verbundenen Stützstruktur auf der Behälterinnenseite oder der Behälteraußenseite auszugestalten. Dazu wird aus einem dicken Wandmaterial in spanabhebender Fertigung, beispielsweise durch Fräsen, auf der Innenseite des Behälters so viel Material abgetragen, dass eine dünne Wandhaut mit sich daran auf der Innenseite (oder der Außenseite) anschließenden Versteifungselementen, wie zum Beispiel Längsrippen und Spanten, ausbildet. Es liegt auf der Hand, dass ein derartiges Herstellungsverfahren zeit- und kostenaufwendig ist. Auch die dreieckigen oder trapezförmigen Segmente für die Herstellung des jeweiligen Behälterbodens werden auf diese Weise aus dem Vollen gefräst. Die so erhaltenen ebenen Komponenten werden dann, beispielsweise mittels Kugelstrahlen, umgeformt in räumlich gewölbte Dreiecke beziehungsweise Trapeze, die dann zur Bildung des domartigen Behälterbodens miteinander verschweißt werden. Dort wo Schweißnähte vorgesehen sind, muss bei der spanabhebenden Bearbeitung eine dickere Wandstärke erhalten bleiben, um das Schweißen zu ermöglichen, und die geringe Materialfestigkeit in der Schweißnaht zu kompensieren. Diese lokal dickere Wandstärke erhöht wiederum die Masse und damit das Gewicht des Druckbehälters.Lightweight pressure vessels, such as those used as fuel tanks in space technology, represent a particular challenge. With these tanks, the weight has to be reduced to a minimum, so that it has become customary here to design the container with a very thin container wall and, if appropriate, a support structure connected to this thin container wall on the inside or outside of the container. For this purpose, so much material is removed from a thick wall material in the machining process, for example by milling, on the inside of the container that a thin wall skin with reinforcing elements, such as longitudinal ribs and frames, adjoining it on the inside (or the outside) is formed , It is obvious that such a manufacturing process is time-consuming and costly. The triangular or trapezoidal segments for the production of the respective container base are also milled from the solid in this way. The flat components obtained in this way are then shaped, for example by means of shot peening, into spatially curved triangles or trapezoids, which are then welded together to form the dome-like container bottom. Where welding seams are provided, a thicker wall thickness must be maintained during machining to enable welding and to compensate for the low material strength in the weld seam. This locally thicker wall in turn increases the mass and thus the weight of the pressure vessel.

Das Verschweißen der einzelnen Komponenten erfolgt üblicherweise durch Wolfram-Inertgasschweißen oder durch Rührreibschweißen, wozu spezielle Schweißanlagen erforderlich sind, die an die Geometrie und den Durchmesser der zu schweißenden Behälterböden angepasst sein müssen und die zu hohen Kosten als Sondermaschinenbau hergestellt werden müssen.The welding of the individual components is usually done by tungsten inert gas welding or by friction stir welding, for which special welding systems are required, which have to be adapted to the geometry and the diameter of the tank bottoms to be welded and which have to be manufactured as special machine construction at high costs.

Bei der herkömmlichen Vorgehensweise zur Herstellung von Leichtbau-Druckbehältern, insbesondere von Raketentanks, ist somit nachteilig, dass die Herstellung der einzelnen Komponenten (einschließlich des zylindrischen Tankkörpers) durch Fräsen aus dem Vollen sowie das Verschweißen der Teile miteinander sehr zeit- und kostenaufwändig ist. Zudem müssen die einzelnen Körper im Bereich der Schweißnaht eine dickere Wandstärke aufweisen, als dies ohne Schweißnaht erforderlich wäre. Für diesen Fertigungsprozess bedarf es sehr großer Maschinen, die individuell für einen einzelnen Druckbehältertyp angefertigt werden müssen. Daher sind die Kosten zur Herstellung derartiger Druckbehälter (z.B. Raketentanks) extrem hoch und aufgrund des langen Vorlaufs für die zunächst zu erfolgende Konstruktion und Fertigung der speziellen Schweißanlagen ist ein sehr langer Zeitvorlauf erforderlich, bevor eine auf dem Reißbrett entwickelte Tankkonstruktion in einen ersten Prototyp umgesetzt werden kann.In the conventional procedure for the production of lightweight pressure vessels, in particular rocket tanks, it is disadvantageous that the production of the individual components (including the cylindrical tank body) by milling from the solid as well as welding the parts to one another is very time-consuming and costly. In addition, the individual bodies in the area of the weld seam must have a thicker wall thickness than would be required without a weld seam. This manufacturing process requires very large machines that have to be manufactured individually for a single pressure vessel type. Therefore, the costs of manufacturing such pressure vessels (e.g. rocket tanks) are extremely high and due to the long lead time for the design and manufacture of the special welding systems to be carried out, a very long lead time is required before a tank construction developed on the drawing board is implemented in a first prototype can.

Ein auf derartige herkömmliche Weise hergestellter Raketentank ist in 1 dargestellt. Erkennbar ist, dass der zylindrische Behälterabschnitt 110 aus einer Vielzahl von gekrümmten Tafeln 110', 110", 110"', 110"" durch Schweißen zusammengesetzt ist. Der zylindrische Behälterabschnitt 110 ist mit dem Umfangsrand eines gewölbten Behälterbodens 112 verschweißt, wie an der Schweißnaht 113 zu erkennen ist. Der Aufbau des mit einem Mannloch 114 versehenen Behälterbodens 112 ist in 2 in der Seitenansicht dargestellt. An einem Flanschring 115 (Y-Ring) sind einzelne räumlich gewölbte trapezförmige Bodensegmente 116, 116', 116", 116"' mit ihrer breiten Basis verschweißt, wie durch die ringförmige Schweißnaht 117 symbolisch dargestellt ist. Auch die einzelnen gewölbten Bodensegmente 116, 116', 116", 116'" sind an ihren seitlichen Berührungskanten miteinander verschweißt, wie durch die Schweißnähte 118, 118', 118" symbolisch dargestellt ist. An ihrem jeweiligen inneren freien Ende sind die Bodensegmente 116, 116', 116", 116'" mit einem ringförmigen Mannlochflansch 119 verschweißt, wie es durch die ringförmige Schweißnaht 119' symbolisch dargestellt ist. Ein Deckel 120 ist vorgesehen, um das Mannloch 114 zu verschließen.A rocket tank made in such a conventional manner is shown in 1 shown. It can be seen that the cylindrical container section 110 from a variety of curved panels 110 ' . 110 ' . 110 '' . 110 "" is assembled by welding. The cylindrical container section 110 is with the peripheral edge of a curved container bottom 112 welded, as on the weld 113 can be seen. Building the one with a manhole 114 provided container bottom 112 is in 2 shown in side view. On a flange ring 115 (Y-ring) are individual spatially curved trapezoidal floor segments 116 . 116 ' . 116 ' . 116 '' welded with its wide base, as through the annular weld 117 is represented symbolically. Also the individual arched floor segments 116 . 116 ' . 116 ' . 116 '" are welded together at their lateral contact edges, as through the weld seams 118 . 118 ' . 118 ' is represented symbolically. The bottom segments are at their respective inner free ends 116 . 116 ' . 116 ' . 116 '" with an annular manhole flange 119 welded as it is by the annular weld 119 ' is represented symbolically. A lid 120 is provided to the manhole 114 to close.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Thermische Spritzverfahren, wie beispielsweise das Kaltgasspritzen, werden üblicherweise zur Beschichtung von Oberflächen verwendet. Ein Kaltgasspritzverfahren zur Beschichtung von Oberflächen, bei welchem das Gas zunächst komprimiert und erwärmt und anschließend durch Entspannen in einer Düse beschleunigt wird, wobei in den Gasstrahl eingeleitete Partikel auf ein vorher aufgeheiztes Substrat geschossen werden, ist aus der DE 10 2006 044 612 A1 bekannt.Thermal spray processes, such as cold gas spraying, are usually used to coat surfaces. A cold gas spraying method for coating surfaces, in which the gas is first compressed and heated and then accelerated by relaxing in a nozzle, in which particles introduced into the gas jet are shot onto a previously heated substrate, is known from DE 10 2006 044 612 A1 known.

Aus der WO 2009/109016 A1 ist es weiterhin bekannt, das Verfahren des Kaltgasspritzens zur Herstellung von Rohren zu verwenden, wobei die später das Rohr bildenden Materialpartikel auf ein Trägerelement aufgespritzt werden, um das Rohr zu erzeugen. Anschließend wir das Trägerelement aus dem Rohr entfernt.From the WO 2009/109016 A1 it is also known to use the method of cold gas spraying for the production of pipes, the material particles which later form the pipe being sprayed onto a carrier element in order to produce the pipe. The support element is then removed from the tube.

Aus der DE 10 2010 060 362 A1 ist es bekannt, beim Herstellen eines Rohres mittels eines thermischen Spritzverfahrens die Neigung der Spritzdüse, also den Spritzwinkel, relativ zu der zu beschichtenden Oberfläche zu verstellen und dadurch die Haftzugfestigkeit der erzeugten Materialschicht auf deren Untergrund zu verändern. Der Spritzwinkel wird dabei so gewählt, dass eine Haftung entsteht, die ausreicht, damit der Beschichtungswerkstoff an dem Trägerelement haftet, und die gleichzeitig so gering ist, dass das Rohr nach Fertigstellung ohne die Anwendung kostenintensiver Verfahrensschritte leichter vom Trägerelement gelöst werden kann.From the DE 10 2010 060 362 A1 it is known to adjust the inclination of the spray nozzle, that is to say the spray angle, relative to the surface to be coated when producing a tube by means of a thermal spraying process, and thereby to change the adhesive tensile strength of the material layer produced on its surface. The spray angle is chosen so that there is adhesion that is sufficient for the coating material to adhere to the carrier element, and at the same time is so small that the tube can be more easily detached from the carrier element after completion without the use of costly process steps.

Die DE 10 2015 017 026 A1 beschreibt Verfahren zum formwerkzeugfreien Herstellen von Druckbehältern, bei dem der Druckbehälter ganz oder teilweise mittels eines Sinter- oder Pulverdruckverfahrens aus Metall hergestellt wird. Dabei erfolgt ein schichtweises Aufschmelzen von in einem Metallpulvervorrat enthaltenem Metallpulver durch Elektronenstrahlschmelzen oder durch selektives Laserschmelzen. Alternativ wird angegeben, den Druckbehälter mittels Multi-Jet-Modeling aus flüssigem Kunststoffmaterial herzustellen, wobei das formend aus der Düse austretende Kunststoffmaterial unmittelbar nach dem Austritt mittels einer Energiequelle gehärtet wird. Es wird explizit darauf hingewiesen, dass bei diesen Verfahren auf eine Formeinrichtung vollständig verzichtet werden kann.The DE 10 2015 017 026 A1 describes methods for the production of pressure vessels without the use of molds, in which the pressure vessel is produced entirely or partially from metal by means of a sintering or powder printing method. A layer-by-layer melting of metal powder contained in a metal powder supply takes place by electron beam melting or by selective laser melting. Alternatively, it is stated that the pressure vessel is produced from liquid plastic material by means of multi-jet modeling, the plastic material emerging from the nozzle being hardened immediately after the outlet by means of an energy source. It is explicitly pointed out that a molding device can be completely dispensed with in these methods.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNGPRESENTATION OF THE INVENTION

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren anzugeben, mit dem ein einen Leichtbau-Drucktank bildender Leichtbau-Druckbehälter schneller und kostengünstiger herstellbar ist.The object of the present invention is therefore to specify a method with which a lightweight pressure vessel forming a lightweight pressure tank can be produced more quickly and more cost-effectively.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Des Weiteren wird die Aufgabe auch gelöst durch einen Leichtbau-Druckbehälter mit den Merkmalen des Anspruchs 14.This object is achieved by a method with the features of claim 1. Furthermore, the object is also achieved by a lightweight pressure vessel with the features of claim 14.

Bei einem Verfahren zur Herstellung eines einen Leichtbau-Drucktank bildenden Leichtbau-Druckbehälters aus einem Metallmaterial, insbesondere eines Satelliten-, Raumfahrzeug- oder Raketentanks, mit zwei gewölbten Behälterböden und vorzugsweise zumindest einem zylindrischen Behälterabschnitt, wobei die gewölbten Behälterböden miteinander oder mit dem zumindest einen zylindrischen Behälterabschnitt verbunden oder integral ausgebildet sind, werden erfindungsgemäß zumindest der jeweilige Behälterboden und vorzugsweise auch der zumindest eine zylindrische Behälterabschnitt durch additive Fertigung mittels eines thermischen Spritzverfahrens aus einem Metallmaterial nahtlos hergestellt, wobei die Herstellung des jeweiligen gewölbten Behälterbodens mit den folgenden Schritten erfolgt:

  1. a) Bereitstellen einer ersten, zylindrischen Schalungsform,
  2. b) schichtweises Auftragen des Metallmaterials durch einen Spritzstrahl mittels zumindest einer Spritzdüse gemäß dem thermischen Spritzverfahren auf die Innenumfangsfläche der ersten, zylindrischen Schalungsform mit einem sich in einer Richtung parallel zur Zylinderachse verringernden Innendurchmesser zur Bildung eines ringförmigen Rohlings,
  3. c) Bearbeiten des ringförmigen Rohlings derart, dass ein im Querschnitt y-förmiger Ringkörper mit einer zylindrischen Außenwand und einer von dieser unter einem spitzen Winkel radial schräg nach innen verlaufenden Krempe entsteht,
  4. d) Bearbeiten des radial inneren Umfangsrands der Krempe derart, dass sich die Wandstärke der Krempe zum radial inneren Umfangsrand hin verjüngt, wodurch auf der vom spitzen Winkel abgewandten Oberfläche der Krempe ein im Querschnitt schräg verlaufener Wandabschnitt als Fase ausgebildet wird,
  5. e) Entnehmen des y-förmigen Ringkörpers aus der ersten Schalungsform,
  6. f) Bereitstellen einer zweiten Schalungsform, die eine konkav oder konvex gewölbte Formoberfläche aufweist,
  7. g) Aufsetzen des im Querschnitt y-förmigen Ringkörpers auf den Rand der zweiten Schalungsform derart, dass die Krempe des Ringkörpers auf der gewölbten Formoberfläche aufliegt und deren Rand bedeckt, wobei der schräg verlaufende Wandabschnitt der Krempe von der Formoberfläche weg weist,
  8. h) schichtweises Auftragen des Metallmaterials durch einen Spritzstrahl mittels zumindest einer Spritzdüse gemäß dem thermischen Spritzverfahren auf den schräg verlaufenden Wandabschnitt des Ringkörpers und auf die Formoberfläche der zweiten Schalungsform zur Bildung eines sich nahtlos an die Krempe anschließenden und mit dieser integral ausgebildeten zentralen, gewölbten Domabschnitts und
  9. i) Entnehmen der den Behälterboden bildenden Einheit aus Domabschnitt und Ringkörper aus der zweiten Schalungsform.
In a method for producing a lightweight pressure tank forming a lightweight pressure tank from a metal material, in particular a satellite, spacecraft or missile tank, with two curved tank bottoms and preferably at least one cylindrical tank section, the curved tank bottoms with one another or with the at least one cylindrical one Container section are connected or integrally formed, according to the invention, at least the respective container bottom and preferably also the at least one cylindrical container section are seamlessly produced from metal material by additive manufacturing by means of a thermal spraying process, the respective curved container bottom being produced with the following steps:
  1. a) providing a first, cylindrical formwork form,
  2. b) layer-by-layer application of the metal material by means of a spray jet by means of at least one spray nozzle in accordance with the thermal spraying method to the inner circumferential surface of the first, cylindrical formwork with an inner diameter which decreases in one direction parallel to the cylinder axis to form an annular blank,
  3. c) machining the annular blank in such a way that an annular body with a Y-shaped cross section is formed with a cylindrical outer wall and a brim which extends radially inward at an acute angle therefrom,
  4. d) machining the radially inner peripheral edge of the brim in such a way that the wall thickness of the brim tapers towards the radially inner peripheral edge, as a result of which a wall section with an oblique cross section is formed as a chamfer on the surface of the brim facing away from the acute angle,
  5. e) removing the y-shaped ring body from the first form of formwork,
  6. f) providing a second formwork form which has a concave or convex arched form surface,
  7. g) placing the cross-sectionally y-shaped ring body on the edge of the second formwork form such that the brim of the ring body rests on the curved mold surface and covers its edge, the obliquely extending wall section of the brim pointing away from the mold surface,
  8. h) layer-by-layer application of the metal material by means of a spray jet by means of at least one spray nozzle according to the thermal spraying method onto the oblique wall section of the ring body and onto the mold surface of the second form of form in order to form a central, arched dome section which adjoins seamlessly and is formed integrally therewith
  9. i) Removing the unit forming the container bottom from the dome section and ring body from the second form of formwork.

Insbesondere erfolgt die Herstellung mittels eines Kaltgasspritzverfahrens als thermisches Spritzverfahren.In particular, the production takes place by means of a cold gas spraying process as a thermal spraying process.

VORTEILEBENEFITS

Durch die erfindungsgemäße additive Fertigung zumindest der Behälterböden können diese bislang in komplizierten Fertigungsschritten aus einer Vielzahl von Elementen hergestellten Druckbehälterkomponenten jeweils in einem Stück als integrales Bauteil hergestellt werden. Es werden keine bauteilspezifischen, im Sondermaschinenbau herzustellenden Fertigungsmaschinen, wie beispielsweise spezielle Schweißanlagen, mehr benötigt, so dass die für das Verfahren der Erfindung benötigten Fertigungsmaschinen von der Geometrie und dem Durchmesser des zu fertigenden Druckbehälters unabhängig sind. Die herkömmlicherweise für den Sondermaschinenbau erforderlichen Kosten und der Zeitvorlauf für die Herstellung dieser Sondermaschinen fallen beim erfindungsgemäßen Verfahren nicht mehr an. Sowohl die Herstellungskosten als auch die für die Herstellung benötigte Zeit sind somit beim Verfahren der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik deutlich verringert.By means of the additive manufacturing of at least the container bottoms according to the invention, these pressure vessel components, which have hitherto been produced in complicated manufacturing steps from a large number of elements, can each be produced in one piece as an integral component. There are no longer any component-specific manufacturing machines to be manufactured in special machine construction, such as, for example, special welding systems, so that the manufacturing machines required for the method of the invention are independent of the geometry and the diameter of the pressure vessel to be manufactured. The costs conventionally required for special machine construction and the lead time for the production of these special machines no longer apply to the method according to the invention. Both the manufacturing costs and the time required for manufacturing are thus significantly reduced in the method of the invention compared to the prior art.

Mit diesen Schritten lassen sich die gewölbten Behälterböden, beispielsweise als Tankböden eines Raumfahrzeugtanks, schnell und präzise sequentiell fertigen, wodurch eine hohe Auslastung der zur Fertigung erforderlichen Maschinen ermöglicht wird. Das schichtweise Auftragen des Metallmaterials mittels der Spritzdüse(n) auch auf den schräg verlaufenden Wandabschnitt der Krempe des Ringkörpers schafft eine integrale Verbindung des Ringkörpers mit dem gewölbten Domabschnitt, so dass ein einheitliches Werkstück ohne Trennfuge und damit ohne Schwachstelle gebildet wird.With these steps, the curved container bottoms, for example as tank bottoms of a spacecraft tank, can be manufactured sequentially quickly and precisely, which enables a high utilization of the machines required for the manufacture. The layered application of the metal material by means of the spray nozzle (s) to the sloping wall section of the brim of the ring body creates an integral connection of the ring body with the arched dome section, so that a uniform workpiece is formed without a joint and thus without a weak point.

Grundsätzlich ist es auch möglich (und von der Erfindung mit umfasst), zunächst die gewölbten Domabschnitte zu fertigen und den ringförmigen Rohling zur Herstellung des y-förmigen Ringkörpers - analog der vorstehend gemäß den Schritten a) bis i) beschriebenen Fertigungsweise - an einem schräg verlaufenden Umfangswandabschnitt des Domabschnitts anzuformen und anschließend mechanisch zu bearbeiten. Dabei werden zunächst zu den Schritten f) bis i) analoge Schritte durchgeführt, wobei vor dem Entnehmen des Domabschnitts aus der Schalungsform dessen Umfangsrand analog dem Schritt d) bearbeitet wird. Danach werden den Schritten a) bis c) entsprechende Schritte durchgeführt. Die Domabschnitte können alternativ auch durch schichtweises Auftragen des Metallmaterials auf eine konvex gekrümmte Schalungsform gebildet werden.In principle, it is also possible (and encompassed by the invention) to first produce the curved dome sections and to produce the annular blank for producing the y-shaped annular body - in an oblique manner, analogously to the manufacturing method described above according to steps a) to i) To form the peripheral wall section of the dome section and then to process it mechanically. In this case, steps analogous to steps f) to i) are carried out first, with the circumferential edge of the form analogous to the step before the dome section is removed from the formwork d ) is processed. Steps a) to c) are then carried out. Alternatively, the dome sections can also be formed by applying the metal material in layers on a convexly curved formwork form.

Weitere bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 13. Further preferred and advantageous design features of the method according to the invention are the subject of subclaims 2 to 13.

Vorzugsweise wird als thermisches Spritzverfahren ein Kaltgasspritzverfahren eingesetzt.A cold gas spraying method is preferably used as the thermal spraying method.

Besonders von Vorteil ist es, wenn die zweite Schalungsform eine zentrale Ausnehmung zur Aufnahme eines Mannlochflansches aufweist, wenn der Mannlochflansch im Bereich seines Außenumfangs einen ringförmigen, im Querschnitt schräg verlaufenden Wandabschnitt aufweist, wodurch sich die Wand des Mannlochflansches zum Außenumfangsrand des Mannlochflansches hin verjüngt, wobei der schräg verlaufende Wandabschnitt als Fase ausgebildet ist, wenn der Mannlochflansch vor dem Schritt h) derart in die Ausnehmung der zweiten Schalungsform eingelegt wird, dass der schräg verlaufende Wandabschnitt von der Formoberfläche weg weist und wenn im Schritt h) das Metallmaterial auch auf den schräg verlaufenden Wandungsabschnitt des Mannlochflansches aufgetragen wird, um diesen integral in den Domabschnitt einzuformen. Auch hier entsteht durch das schichtweise Auftragen des Metallmaterials mittels der Spritzdüse(n) auch auf den schräg verlaufenden Wandabschnitt des Mannlochflansches eine integrale Einbindung des Mannlochflansches in das Materialgefüge des Domabschnitts, so dass auch hier ein einheitliches Werkstück ohne Trennfuge und damit ohne Schwachstelle gebildet wird.It is particularly advantageous if the second form of form has a central recess for receiving a manhole flange, if the manhole flange has an annular wall section in the region of its outer circumference, which is obliquely cross-sectionally, whereby the wall of the manhole flange tapers towards the outer circumferential edge of the manhole flange, whereby the sloping wall section is designed as a chamfer if the manhole flange is inserted into the recess of the second formwork form before step h) in such a way that the sloping wall section points away from the mold surface and if in step h) the metal material is also on the sloping one Wall section of the manhole flange is applied to integrally mold this in the dome section. Here, too, the layered application of the metal material by means of the spray nozzle (s) to the inclined wall section of the manhole flange also integrally integrates the manhole flange into the material structure of the dome section, so that a uniform workpiece is also formed here without a joint and thus without a weak point.

Besonders bevorzugt ist eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens, gemäß der charakteristische Eigenschaften des Spritzstrahls der zumindest einen Spritzdüse geändert werden, wenn dieser vom schräg verlaufenden Wandabschnitt der Krempe und/oder des Mannlochflansches weiter wandert und auf die Formoberfläche auftrifft, auf der noch kein Material mittels des thermischen Spritzverfahrens aufgetragen worden ist, und gemäß der die charakteristischen Eigenschaften des Spritzstrahls wieder zurückgeändert werden, wenn dieser von der Formoberfläche, auf der noch kein Material mittels des thermischen Spritzverfahrens aufgetragen worden war, weiter wandert und auf den schräg verlaufenden Wandabschnitt des Mannlochflansches und/oder der Krempe auftrifft. Durch diese Änderung von charakteristischen Eigenschaften des Spritzstrahls, beispielsweise der Auftreffgeschwindigkeit der Metallmaterial-Partikel und/oder des Auftreffwinkels auf den Untergrund, wird erreicht, dass im Bereich des jeweiligen schräg verlaufenden Wandabschnitts eine feste und innige Materialanbindung an den hier vom Material des schräg verlaufenden Wandabschnitts gebildeten Untergrund erfolgt, während dort, wo der Spritzstrahl auf die Formoberfläche auftrifft, von der das Werkstück, also der Behälterboden, später wieder gelöst werden muss, keine feste und innige Materialanbindung an den hier vom Material der Formoberfläche oder eines darauf befindlichen Trennmittels gebildeten Untergrund erfolgt, um den fertigen Behälterboden leichter aus der Schalungsform entnehmen zu können.A further development of the method according to the invention is particularly preferred, according to which the characteristic properties of the spray jet of the at least one spray nozzle are changed when it moves from the inclined wall section of the The brim and / or the manhole flange moves further and strikes the mold surface on which no material has yet been applied by means of the thermal spray process, and according to which the characteristic properties of the spray jet are changed back when it is removed from the mold surface on which no material has yet been applied had been applied by means of the thermal spraying process, migrates further and strikes the sloping wall section of the manhole flange and / or the brim. This change in the characteristic properties of the spray jet, for example the speed of impact of the metal material particles and / or the angle of impact on the substrate, ensures that in the area of the respective inclined wall section there is a firm and intimate material connection to the wall section here, which is made of the material of the inclined wall section The substrate formed takes place while there is no firm and intimate material connection to the substrate formed here by the material of the mold surface or a release agent located there, where the spray jet strikes the mold surface from which the workpiece, i.e. the container bottom, has to be detached again later to make it easier to remove the finished container bottom from the formwork form.

Vorzugsweise wird nach dem Schritt i) eine Oberflächenbearbeitung des Behälterbodens, insbesondere des zentralen gewölbten Domabschnitts, durchgeführt. Eine solche Oberflächenbehandlung kann beispielsweise der Oberflächenverdichtung oder der Oberflächenhärtung (z.B. durch Kugelstrahlen) dienen.Surface treatment of the container base, in particular of the central curved dome section, is preferably carried out after step i). Such a surface treatment can be used, for example, for surface compaction or surface hardening (e.g. by shot peening).

Vorteilhaft ist es auch, wenn nach dem Schritt i) eine thermische Behandlung des Behälterbodens durchgeführt wird. Durch eine solche thermische Behandlung können in dem mittels der erfindungsgemäßen additiven Fertigung erzeugten Werkstück Gefügeänderungen des Metallmaterials vorgenommen werden, die beispielsweise die Zähigkeit des Materials verändern und das Werkstück elastischer machen.It is also advantageous if a thermal treatment of the container bottom is carried out after step i). Such a thermal treatment can be used to make structural changes in the metal material in the workpiece produced by means of the additive manufacturing according to the invention which, for example, change the toughness of the material and make the workpiece more elastic.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens, die mit anderen Ausführungsformen kombinierbar ist, erfolgt die Herstellung des zumindest einen zylindrischen Behälterabschnitts mit den folgenden Schritten:

  • a') Bereitstellen einer dritten, zylindrischen Schalungsform,
  • b') schichtweises Auftragen des Metallmaterials auf die Innenfläche oder die Außenfläche der dritten, zylindrischen Schalungsform zur Bildung einer zylindrischen Behälterhaut,
  • c') schichtweises lokales Auftragen des Metallmaterials durch einen Spritzstrahl mittels der zumindest einen Spritzdüse auf die Innenfläche beziehungsweise die Außenfläche der zylindrischen Behälterhaut zur Erzeugung einer mit der Zylinderhaut integral ausgebildeten Versteifungsstruktur zur Bildung eines zylindrischen Rohrkörpers,
  • d') Entnehmen des den zylindrischen Behälterabschnitt bildenden bearbeiteten zylindrischen Rohrkörpers aus der dritten Schalungsform.
In a further preferred embodiment of the method, which can be combined with other embodiments, the at least one cylindrical container section is produced with the following steps:
  • a ') providing a third, cylindrical formwork form,
  • b ') layer-by-layer application of the metal material to the inner surface or the outer surface of the third, cylindrical formwork form to form a cylindrical container skin,
  • c ') layer-by-layer local application of the metal material by means of a spray jet by means of the at least one spray nozzle onto the inner surface or the outer surface of the cylindrical container skin in order to produce a stiffening structure integrally formed with the cylinder skin to form a cylindrical tubular body,
  • d ') removing the machined cylindrical tubular body forming the cylindrical container section from the third form of formwork.

Auch für die additive Herstellung des zylindrischen Behälterabschnitts treffen die gleichen Vorteile zu wie für die Herstellung der Behälterböden mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens. Gegenüber der an sich bereits bekannten additiven Herstellung von Rohren wird erfindungsgemäß in einem ersten additiven Herstellungsschritt nur eine als Zylinderhaut bezeichnete sehr dünne Wandung erzeugt, auf die dann in einem zweiten Fertigungsschritt eine Rippen aufweisende Versteifungsstruktur lokal additiv aufgetragen wird, so dass sich ein integrales Zylindergebilde aus Zylinderhaut und Versteifungsstruktur ergibt, wobei zwischen der Zylinderhaut und der Versteifungsstruktur eine feste und innige gegenseitige Materialanbindung besteht und so ein einheitliches, integrales Werkstück ohne Trennfuge und damit ohne Schwachstelle gebildet wird. Der zylindrische Behälterabschnitt kann grundsätzlich durch schichtweises Auftragen des Metallmaterials auf die Innenumfangsfläche oder die Außenumfangsfläche einer zylindrischen Schalungsform hergestellt werden, wobei die Versteifungsstruktur auf der Innenseite beziehungsweise der Außenseite der zunächst entstehenden Zylinderhaut aufgebaut wird. Eine solche Versteifungsstruktur wird durch integral mit der Zylinderhaut ausgebildete Rippen geschaffen.The same advantages apply to the additive manufacture of the cylindrical container section as to the manufacture of the container bottoms by means of the method according to the invention. Compared to the already known additive manufacturing of pipes, according to the invention in a first additive manufacturing step only a very thin wall, referred to as a cylinder skin, is produced, onto which a ribbing stiffening structure is then locally applied additively, so that an integral cylinder structure is formed Cylinder skin and stiffening structure results, whereby there is a firm and intimate mutual material connection between the cylinder skin and the stiffening structure and thus a uniform, integral workpiece is formed without a joint and thus without a weak point. The cylindrical container section can in principle be produced by layer-wise application of the metal material to the inner circumferential surface or the outer circumferential surface of a cylindrical formwork form, the stiffening structure being built up on the inside or the outside of the cylinder skin which is initially formed. Such a stiffening structure is created by ribs formed integrally with the cylinder skin.

Dabei ist es von Vorteil, wenn nach dem Schritt c) noch zumindest einer der folgenden Schritte durchgeführt wird:

  • c'1) Planen der radial inneren Flächen der Versteifungsstruktur mittels mechanischer Bearbeitung, und/oder
  • c'2) Planen der seitlichen Flächen der Versteifungsstruktur mittels mechanischer Bearbeitung.
It is advantageous if at least one of the following steps is carried out after step c):
  • c'1) planning the radially inner surfaces of the stiffening structure by means of mechanical processing, and / or
  • c'2) Planning the lateral surfaces of the stiffening structure by means of mechanical processing.

Durch zumindest einen dieser mechanischen Bearbeitungsschritte wird unnötiges Material von den Rippen abgetragen und die Masse des zylindrischen Rohrkörpers wird verringert und dadurch optimiert. Die Durchführung dieser mechanischen Bearbeitungsschritte des zylindrischen Rohrkörpers noch in oder an der dritten Schalungsform ist deswegen vorteilhaft, weil die bei der mechanischen Bearbeitung auf den zylindrischen Rohrkörper Kräfte einwirken, die großflächig über die dritte Schalungsform abgestützt werden, so dass der zylindrische Rohrkörper keiner Verformung durch die mechanische Bearbeitung unterliegt.Through at least one of these mechanical processing steps, unnecessary material is removed from the ribs and the mass of the cylindrical tubular body is reduced and thereby optimized. It is advantageous to carry out these mechanical processing steps of the cylindrical tubular body in or on the third form of form because the forces acting on the cylindrical tubular body during mechanical processing are supported over a large area by the third form of form, so that the cylindrical tubular body is not subject to deformation due to mechanical processing.

Vorzugsweise wird die Versteifungsstruktur in Form eines Orthogrids, also in Form eines Gitters mit im rechten Winkel zueinander verlaufenden Längsrippen und Spanten, ausgebildet, aber auch Gitterstrukturen mit anderen Winkeln, zum Beispiel rautenförmige Versteifungsstrukturen, sind von der Erfindung umfasst.The stiffening structure is preferably designed in the form of an orthogrid, that is to say in the form of a grid with longitudinal ribs and ribs running at right angles to one another, but grid structures with other angles, for example diamond-shaped stiffening structures, are also encompassed by the invention.

Vorzugsweise weist die als Orthogrid gestaltete Versteifungsstruktur parallel zur Zylinderachse verlaufende und in Umfangsrichtung voneinander beabstandete Längsrippen sowie in Umfangsrichtung verlaufende und in Axialrichtung voneinander beabstandete Spanten auf.The stiffening structure designed as an orthogrid preferably has longitudinal ribs running parallel to the cylinder axis and spaced apart from one another in the circumferential direction, and frames extending in the circumferential direction and spaced apart in the axial direction.

Von Vorteil ist auch eine alternative Ausführungsform, bei der die Versteifungsstruktur in Form eines Isogrids ausgebildet wird.An alternative embodiment in which the stiffening structure is designed in the form of an isogrid is also advantageous.

Vorteilhafterweise wird nach dem Schritt d') eine Oberflächenbearbeitung des zylindrischen Behälterabschnitts durchgeführt. Hier treffen dieselben Vorteile zu wie für den entsprechenden Bearbeitungsschritt des Behälterbodens.Advantageously, after the step d ' ) surface processing of the cylindrical container section is carried out. The same advantages apply here as for the corresponding processing step of the container bottom.

Ebenfalls von Vorteil ist es, wenn nach dem Schritt d') eine thermische Behandlung des zylindrischen Behälterabschnitts durchgeführt wird. Auch hier treffen dieselben Vorteile zu wie für den entsprechenden Bearbeitungsschritt des Behälterbodens.It is also an advantage if after the step d ' ) a thermal treatment of the cylindrical container section is carried out. The same advantages apply here as for the corresponding processing step of the container bottom.

Bei einer vorzugsweisen Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung werden der zumindest eine zylindrische Behälterabschnitt und die beiden Behälterböden separat voneinander mittels des thermischen Spritzverfahrens nahtlos hergestellt und anschließend zusammengefügt. Beispielsweise wird der zylindrische Behälterabschnitt mit dem jeweiligen Behälterboden verschweißt. Es können auch mehrere zylindrische Behälterabschnitte miteinander zu einer Zylinderröhre verschweißt werden, die dann mit den Behälterböden verschweißt wird. Alternativ ist eine Flanschverbindung möglich.In a preferred embodiment of the method according to the invention, the at least one cylindrical container section and the two container bases are seamlessly produced separately from one another by means of the thermal spraying method and then joined together. For example, the cylindrical container section is welded to the respective container base. Several cylindrical container sections can also be welded together to form a cylinder tube, which is then welded to the container bottoms. Alternatively, a flange connection is possible.

Bei einer alternativen vorteilhaften Ausführungsform werden der zumindest eine zylindrische Behälterabschnitt und zumindest einer der beiden Behälterböden integral mittels des thermischen Spritzverfahrens nahtlos hergestellt. Bei einer solchen additiven Fertigung wird zuerst ein Behälterboden, wie beschrieben, hergestellt, wobei der ringförmige Anbindungsrand des Behälterbodens in derselben Weise als schräg verlaufender Wandabschnitt ausgebildet ist, wie dies bereits oben in Verbindung mit der Krempe des y-förmigen Ringkörpers beschrieben worden ist, und wobei der zylindrische Behälterabschnitt ausgehend von diesem schräg verlaufenden Randabschnitt durch additive Fertigung gebildet wird, wie dies bereits vorstehend für den separat hergestellten zylindrischen Behälterabschnitt beschrieben worden ist. Ist einer der Behälterböden mit einem Mannloch versehen, so lässt sich der zylindrische Behälterabschnitt auch zwischen zwei bereits vorhandenen Behälterböden durch die erfindungsgemäße additive Fertigung nahtlos einformen, wenn die Spritzdüse und andere Bearbeitungswerkzeuge durch das Mannloch in den Innenraum der zylindrischen Schalungsform eingebracht werden.In an alternative advantageous embodiment, the at least one cylindrical container section and at least one of the two container bases are integrally produced seamlessly by means of the thermal spraying process. In such an additive manufacturing, a container base is first produced as described, the annular connecting edge of the container base being designed in the same way as an inclined wall section, as has already been described above in connection with the brim of the y-shaped ring body, and wherein the cylindrical container section is formed from this inclined edge section by additive manufacturing, as has already been described above for the separately manufactured cylindrical container section. If one of the container bases is provided with a manhole, the cylindrical container section can also be seamlessly molded between two existing container bases by the additive manufacturing according to the invention if the spray nozzle and other processing tools are introduced through the manhole into the interior of the cylindrical formwork.

Bei einem alternativen Verfahren werden die beiden gewölbten Behälterböden durch additive Fertigung mittels des thermischen Spritzverfahrens als integraler, vorzugsweise kugelförmiger oder kugelähnlicher, Raumkörper durch schichtweises Auftragen des Metallmaterials durch einen Spritzstrahl mittels zumindest einer Spritzdüse auf die Außenoberfläche einer zunächst bereitgestellten vierten Schalungsform nahtlos hergestellt. Die Schalungsform, die in diesem Fall als so genannte „verlorene Schalung“ ausgebildet ist, wird anschließend durch zumindest eine im entstandenen Raumkörper vorgesehene Öffnung aus dem Inneren des Raumkörpers entfernt, beispielsweise herausgeschmolzen oder herausgebrochen. In an alternative method, the two curved container bottoms are seamlessly produced by additive manufacturing using the thermal spraying process as an integral, preferably spherical or spherical, spatial body by layer-by-layer application of the metal material by means of a spray jet by means of at least one spray nozzle onto the outer surface of a fourth formwork form which is initially provided. The formwork form, which in this case is designed as a so-called “lost formwork”, is then removed from the interior of the space body through at least one opening provided in the resulting spatial body, for example melted or broken out.

Auf diese Weise lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Beispiel kugelförmige oder kugelartige Leichtbau-Druckbehälter fertigen, wie sie zum Beispiel als Satellitentanks Verwendung finden.In this way, the method according to the invention can be used, for example, to manufacture spherical or spherical lightweight pressure vessels such as are used, for example, as satellite tanks.

Die Erfindung ist außerdem gerichtet auf einen Leichtbau-Druckbehälter, insbesondere einen Satelliten-, Raumfahrzeug- oder Raketentank, der mittels eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt worden ist. Insbesondere betrifft die Erfindung auch einen Leichtbau-Druckbehälter, insbesondere einen Satelliten-, Raumfahrzeug- oder Raketentank, mit zumindest einem mittels des thermischen Spritzverfahrens nahtlos hergestellten Behälterboden.The invention is also directed to a lightweight pressure vessel, in particular a satellite, spacecraft or rocket tank, which has been produced by means of a method according to one of the preceding claims. In particular, the invention also relates to a lightweight pressure vessel, in particular a satellite, spacecraft or rocket tank, with at least one tank bottom seamlessly produced by means of the thermal spraying process.

Auch wenn vorstehend als Beispiel ein Satelliten-, Raumfahrzeug- oder Raketentank als Anwendung für einen erfindungsgemäßen Leichtbau-Druckbehälter genannt wird, so ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Ein erfindungsgemäßer Leichtbau-Druckbehälter kann für viele andere Zwecke eingesetzt werden, bei denen das Gewicht des Drucktanks niedrig gehalten werden muss, beispielsweise als Gas- oder Wasserstofftank in einem Kraftfahrzeug oder einem Schienenfahrzeug, einem Luftfahrzeug oder einem Wasserfahrzeug. Auch ein stationärer Einsatz des erfindungsgemäßen Leichtbau-Druckbehälters ist von der Erfindung mit umfasst.Even if a satellite, spacecraft or rocket tank is mentioned above as an application for a lightweight pressure vessel according to the invention, the invention is not restricted to this. A lightweight pressure vessel according to the invention can be used for many other purposes in which the weight of the pressure tank must be kept low, for example as a gas or hydrogen tank in a motor vehicle or a rail vehicle, an aircraft or a water vehicle. The invention also includes a stationary use of the lightweight pressure vessel according to the invention.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung mit zusätzlichen Ausgestaltungsdetails und weiteren Vorteilen sind nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. Preferred exemplary embodiments of the invention with additional design details and further advantages are described and explained in more detail below with reference to the accompanying drawings.

Figurenlistelist of figures

Es zeigt:

  • 1 einen herkömmlichen Raketentank,
  • 2 einen sphärischen Behälterboden eines herkömmlichen Raketentanks,
  • 3 eine bereitgestellte erste, zylindrische Schalungsform zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens (Schritt a),
  • 4 den Schritt des Auftragens von Metallmaterial auf die erste, zylindrische Schalungsform zur Erzeugung eines ringförmigen Rohlings (Schritt b),
  • 4A die Einzelheit IV aus 4,
  • 5 den Schritt der mechanischen Bearbeitung des ringförmigen Rohlings (Schritt c und d),
  • 5A die Einzelheit V aus 5,
  • 6 das Entnehmen des Ringkörpers aus der ersten, zylindrischen Schalungsform (Schritt e),
  • 7 das Einsetzen des Ringkörpers in eine zweite, konkav gewölbte Schalungsform (Schritt g),
  • 8 das Auftragen des Metallmaterials auf die zweite Schalungsform (Schritt h),
  • 9 einen Ausschnitt aus dem so gebildeten Behälterboden gemäß Einzelheit IX aus 8,
  • 10 das Entnehmen des Behälterbodens aus der zweiten Schalungsform (Schritt i),
  • 11 das Auftragen des Metallmaterials auf die Innenseite einer dritten, zylindrischen Schalungsform zur Bildung einer zylindrischen Behälterhaut (Schritt b'),
  • 12 das Auftragen des Metallmaterials auf die Innenseite der Zylinderhaut zur Ausbildung eines zylindrischen Rohrkörpers mit einer Versteifungsstruktur aus Spanten und Längsrippen auf der Innenseite der zylindrischen Behälterhaut (Schritt c'),
  • 12A eine vergrößerte Ausschnitt-Darstellung des oberen Randes des zylindrischen Rohrkörpers aus 12,
  • 12B den Schritt gemäß 12 in vergrößerter Darstellung,
  • 13 den Schritt des mechanischen Bearbeitens der Spanten und Längsrippen (Schritt c'1),
  • 13A den Verfahrensschritt aus 13 in vergrößerter Darstellung,
  • 14 den Verfahrensschritt der mechanischen Bearbeitung der zwischen den Längsrippen und Spanten gebildeten Taschen (Schritt c'2),
  • 14A den Verfahrensschritt der 14 in vergrößerter Darstellung,
  • 15 das Entnehmen des fertigen zylindrischen Behälterabschnitts aus der dritten Schalungsform (Schritt d'),
  • 16 einen teilweise geschnittenen zylinderartigen Leichtbau-Druckbehälter gemäß der Erfindung,
  • 17 einen teilweise geschnittenen kugelartigen Leichtbau-Druckbehälter gemäß einem alternativen Verfahren und
  • 18 eine alternative Versteifungsstruktur in Form eines Isogrids.
It shows:
  • 1 a conventional rocket tank,
  • 2 a spherical container bottom of a conventional rocket tank,
  • 3 a provided first, cylindrical formwork form for performing the method according to the invention (step a )
  • 4 the step of applying metal material to the first, cylindrical formwork to produce an annular blank (step b )
  • 4A the detail IV out 4 .
  • 5 the step of mechanical processing of the annular blank (step c and d )
  • 5A the detail V out 5 .
  • 6 the removal of the ring body from the first, cylindrical formwork form (step e )
  • 7 inserting the ring body into a second, concave formwork form (step G )
  • 8th applying the metal material to the second formwork form (step H )
  • 9 a section of the container bottom thus formed according to the detail IX out 8th .
  • 10 the removal of the container bottom from the second formwork form (step i )
  • 11 applying the metal material to the inside of a third, cylindrical form of form to form a cylindrical container skin (step b ' )
  • 12 the application of the metal material on the inside of the cylindrical skin to form a cylindrical tubular body with a stiffening structure made of frames and longitudinal ribs on the inside of the cylindrical container skin (step c ' )
  • 12A an enlarged detail of the upper edge of the cylindrical tube body 12 .
  • 12B the step according 12 in an enlarged view,
  • 13 the step of mechanically machining the frames and longitudinal ribs (step c'1 )
  • 13A the procedural step 13 in an enlarged view,
  • 14 the process step of mechanical processing of the pockets formed between the longitudinal ribs and frames (step c'2 )
  • 14A the procedural step of 14 in an enlarged view,
  • 15 the removal of the finished cylindrical container section from the third formwork form (step d ' )
  • 16 a partially cut cylinder-like lightweight pressure vessel according to the invention,
  • 17 a partially cut spherical lightweight pressure vessel according to an alternative method and
  • 18 an alternative stiffening structure in the form of an isogrid.

DARSTELLUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELENPRESENTATION OF PREFERRED EMBODIMENTS

Die 1 und 2 zeigen, wie bereits eingangs ausgeführt worden ist, einen auf herkömmliche Weise hergestellten Raketentank.The 1 and 2 show, as has already been mentioned, a rocket tank manufactured in a conventional manner.

Die Herstellung des in 16 gezeigten erfindungsgemäßen Leichtbau-Druckbehälters 1, beispielsweise eines Raketentanks, mit einem zylindrischen Behälterabschnitt 10, einem oberen gewölbten Behälterboden 12 und einem unteren gewölbten Behälterboden 14 aus einem Metallmaterial durch additive Fertigung mittels eines thermischen Spritzverfahrens, insbesondere mittels eines Kaltgasspritzverfahrens, wird nachstehend anhand der 3 bis 15 beschrieben.The manufacture of the in 16 shown lightweight pressure vessel according to the invention 1 , for example a rocket tank, with a cylindrical container section 10 , an upper arched container bottom 12 and a lower arched container bottom 14 from a metal material by additive manufacturing by means of a thermal spraying process, in particular by means of a cold gas spraying process 3 to 15 described.

In 3 ist eine erste, zylindrische Schalungsform 2 gezeigt, die auf einer Arbeitsplattform P liegt. Auf die Innenumfangsfläche 21 der ersten, zylindrischen Schalungsform 2 ist bereits eine Trennschicht 22 aufgebracht worden, die beispielsweise aus einem Trennmittel besteht, das ein späteres leichtes Ablösen der Schalungsform 2 von einem erzeugten Werkstück ermöglicht. Wie in 3 zu erkennen ist, besteht die erste, zylindrische Schalungsform 2 aus mehreren Zylindersegmenten, von denen in 3 die Segmente 20, 20' und 20" gezeigt sind. Diese Segmente erleichtern später das Ablösen der Schalungsform 2 von einem erzeugten Werkstück.In 3 is a first, cylindrical formwork form 2 shown that on a work platform P lies. On the inner circumferential surface 21 the first, cylindrical formwork form 2 is already a separation layer 22 has been applied, which consists for example of a release agent, which is a later easy removal of the formwork form 2 from a created workpiece. As in 3 the first, cylindrical formwork form can be seen 2 from several cylinder segments, of which in 3 the segments 20 . 20 ' and 20 " are shown. These segments later make it easier to remove the formwork form 2 from a created workpiece.

In 4 ist gezeigt, wie eine thermische Spritzvorrichtung 3 im Inneren vor der Innenumfangsfläche der ersten zylindrischen Schalungsform 2 positioniert ist und gemäß Schritt b) arbeitet. Diese Spritzvorrichtung 3 kann beispielsweise an einem Roboterarm angebracht sein.In 4 is shown as a thermal sprayer 3 inside in front of the inner peripheral surface of the first cylindrical form 2 is positioned and works according to step b). This sprayer 3 can be attached to a robot arm, for example.

Aus einer Spritzdüse 30 der thermischen Spritzvorrichtung 3 tritt ein Spritzstrahl 32 aus, der auf die Innenumfangsfläche 21 der ersten, zylindrischen Schalungsform 2 gerichtet ist. Der Spritzstrahl 32 besteht aus einem Hochgeschwindigkeits-Gasstrahl, dem in der Spritzvorrichtung 3 Partikel eines Metallmaterials zugeführt werden. Der Gasstrahl mit den darin enthaltenen Metallpartikeln wird in bekannter Weise mittels einer Laval-Düse auf vorzugsweise Überschallgeschwindigkeit beschleunigt, so dass die Metallpartikel mit einer sehr hohen kinetischen Energie auf die Innenumfangsfläche 21 beziehungsweise auf die dort vorgesehene Trennmittelschicht 22 auftreffen. Durch Bewegung der die Spritzdüse 30 aufweisenden Spritzvorrichtung 3 in Richtung parallel zur Zylinderachse Z der zylindrischen Schalungsform und gegebenenfalls auch in Umfangsrichtung und durch gleichzeitige Rotation der Bearbeitungsplattform P um eine mit der Zylinderachse Z koaxiale Drehachse D wird schichtweise ein im Wesentlichen homogener Materialauftrag des Metallmaterials auf der Innenumfangsfläche 21 der ersten, zylindrischen Schalungsform 2 erhalten, wie es in 4 dargestellt ist, wodurch ein ringförmiger Rohling 4 erhalten wird. From a spray nozzle 30 the thermal sprayer 3 a spray jet occurs 32 from that on the inner peripheral surface 21 the first, cylindrical formwork form 2 is directed. The spray jet 32 consists of a high-speed gas jet, which in the sprayer 3 Particles of a metal material are supplied. The gas jet with the metal particles contained therein is accelerated in a known manner to a preferably supersonic speed by means of a Laval nozzle, so that the metal particles with a very high kinetic energy on the inner peripheral surface 21 or on the release agent layer provided there 22 incident. By moving the spray nozzle 30 having spraying device 3 in the direction parallel to the cylinder axis Z the cylindrical formwork and possibly also in the circumferential direction and by simultaneous rotation of the processing platform P around one with the cylinder axis Z coaxial axis of rotation D layer by layer, an essentially homogeneous material application of the metal material on the inner peripheral surface 21 the first, cylindrical formwork form 2 get like it in 4 is shown, whereby an annular blank 4 is obtained.

Dieser ringförmige Rohling 4 weist, vertikal geschnitten betrachtet, eine pentagonförmige Form auf, wie es in 4A vergrößert dargestellt ist. Ein der Innenumfangsfläche 21 der ersten, zylindrischen Schalungsform 2 benachbarter Abschnitt des Rohlings 4 ist über die Axialerstreckung des Rohlings 4 an beiden axialen Stirnflächen 41, 42 des Rohlings 4 gleich dick. Von diesen beiden Stirnflächen 41, 42 gleicher Wandstärke verringert sich der Innendurchmesser d des ringförmigen Rohlings 4 hin zu einem engsten Innendurchmesser d1 , der bezüglich der Axialerstreckung des Rohlings 4 asymmetrisch (etwa 20:80 % der Axialerstreckung des Rohlings 4) gelegen ist.This ring-shaped blank 4 has a pentagon shape when viewed vertically, as shown in 4A is shown enlarged. One of the inner peripheral surface 21 the first, cylindrical formwork form 2 adjacent section of the blank 4 is about the axial extent of the blank 4 on both axial faces 41 . 42 of the blank 4 same thickness. From these two faces 41 . 42 the same wall thickness reduces the inner diameter d of the annular blank 4 towards a narrowest inner diameter d 1 , which relates to the axial extent of the blank 4 asymmetrical (about 20:80% of the axial extent of the blank 4 ) is located.

In 5 ist dargestellt, wie in den Verfahrensschritten c) und d) der ringförmige Rohling 4 mechanisch bearbeitet wird, beispielsweise mit einer ein rotierendes Fräswerkzeug 50 aufweisenden Fräse 5. Zur Durchführung der mechanischen Bearbeitung des ringförmigen Rohlings 4 und des y-förmigen Ringkörpers 44 wird der Rohling 4 vor Beginn der mechanischen Bearbeitung in der ersten, zylindrischen Schalungsform 2 auf dem Fachmann bekannte Weise fixiert.In 5 is shown as in the process steps c) and d) the annular blank 4 is mechanically processed, for example with a rotating milling tool 50 having milling machine 5 , To carry out the mechanical processing of the ring-shaped blank 4 and the y-shaped ring body 44 becomes the blank 4 before starting mechanical processing in the first, cylindrical formwork form 2 fixed in a manner known to the person skilled in the art.

Durch diese mechanische spanabhebende und bei Bedarf auch schleifende Bearbeitung des Rohlings 4 und der dabei entstehenden Flächen wird zunächst im Schritt c) ein Ringkörper 44 erzeugt, dessen Wandung im Querschnitt y-förmig ist, wie es in 5A vergrößert dargestellt ist. Dieser im Querschnitt y-förmige Ringkörper 44 weist eine zylindrische Außenwand 45 sowie eine von dieser zylindrischen Außenwand 45 unter einem spitzen Winkel α radial schräg nach innen verlaufende Krempe 46 auf. Diese Krempe 46 ist ein unter dem spitzen Winkel α radial schräg nach innen verlaufender Wandungsabschnitt, der in einem Bogen in die zylindrische Außenwand 45 des Ringkörpers 44 übergeht.This mechanical machining and, if necessary, also grinding the blank 4 and the resulting surfaces first become a ring body in step c) 44 generated, the wall of which is Y-shaped in cross section, as in 5A is shown enlarged. This in cross section y-shaped ring body 44 has a cylindrical outer wall 45 as well as one of this cylindrical outer wall 45 Brim running radially inward at an acute angle α 46 on. That brim 46 is a wall section running radially inward at an acute angle α, which is curved into the cylindrical outer wall 45 of the ring body 44 transforms.

Der radial innere Umfangsrand 46' der Krempe 46 wird dann im Schritt d) mittels beispielsweise des Fräswerkzeugs 50 des Fräsers 5 derart bearbeitet, dass sich die Wandstärke der Krempe 46 zum radial inneren Umfangsrand 46' hin verjüngt. Dadurch wird auf der vom spitzen Winkel α abgewandten Oberfläche der Krempe 46 ein im Querschnitt schräg verlaufender Wandabschnitt 47 in Form einer Fase ausgebildet.The radially inner peripheral edge 46 ' the brim 46 then in the crotch d ) using, for example, the milling tool 50 of the router 5 processed in such a way that the wall thickness of the brim 46 to the radially inner peripheral edge 46 ' tapered towards. As a result, the brim is on the surface facing away from the acute angle α 46 a cross-sectionally sloping wall section 47 formed in the form of a chamfer.

Der auf diese Weise aus dem ringförmigen Rohling 4 herausgearbeitete y-förmige Ringkörper 44 wird dann aus der ersten, zylindrischen Schalungsform 2 entnommen, wie es in 6 dargestellt ist (Verfahrensschritt e).That way from the annular blank 4 worked out y-shaped ring body 44 is then from the first, cylindrical formwork form 2 taken as it is in 6 is shown (process step e).

Als nächstes wird im Schritt f) eine zweite Schalungsform 6 auf der Bearbeitungsplattform P (oder auf einer anderen entsprechenden Bearbeitungsplattform P') bereitgestellt. Diese zweite Schalungsform 6 weist an ihrer von der Bearbeitungsplattform P' weg weisenden Oberseite eine konkav gewölbte Formoberfläche 60 mit einem oberen ringförmigen Rand 64 auf.Next in step f) is a second form of formwork 6 on the processing platform P (or on another corresponding processing platform P ' ) provided. This second form of formwork 6 points to their from the editing platform P ' a concave curved surface 60 with an upper annular rim 64 on.

Im Beispiel der 7 ist die zweite Schalungsform 6 zudem mit einer zentralen Ausnehmung 62 zur Aufnahme eines Mannlochflansches 48 versehen.In the example of the 7 is the second form of formwork 6 also with a central recess 62 to accommodate a manhole flange 48 Mistake.

Der y-förmige Ringkörper 44 wird nach dem Herausnehmen aus der ersten Schalungsform 2 um 180° um eine Querachse gedreht und mit dem vom spitzen Winkel α zwischen der zylindrischen Außenwand 45 und der Krempe 46 gebildeten Spaltraum 43 auf den oberen Rand 64 der zweiten Schalungsform 6 derart aufgesetzt, dass die Krempe 46 des y-förmigen Ringkörpers 44 auf der konkav gewölbten Formoberfläche 60 der zweiten Schalungsform 6 aufliegt, wie es in 8 gezeigt ist. Die Krempe 46 bedeckt dabei den oberen Rand 64 der gewölbten Formoberfläche 60 und der schräg verlaufende Wandabschnitt 47 der Krempe 46 weist von der Formoberfläche 60 weg.The y-shaped ring body 44 is removed from the first formwork form 2 rotated by 180 ° around a transverse axis and with the acute angle α between the cylindrical outer wall 45 and the brim 46 formed gap space 43 to the top 64 the second form of formwork 6 so that the brim 46 of the y-shaped ring body 44 on the concave arched surface 60 the second form of formwork 6 as it is in 8th is shown. The brim 46 covers the upper edge 64 the curved surface of the mold 60 and the sloping wall section 47 the brim 46 points from the mold surface 60 path.

In 8 ist der Verfahrensschritt h) dargestellt, bei welchem durch einen Spritzstrahl 32' einer Spritzdüse 30' einer Spritzvorrichtung 3' das Metallmaterial schichtweise auf die Formoberfläche 60 aufgetragen wird. Die Spritzvorrichtung 3' kann dieselbe Spritzvorrichtung sein, wie die im Schritt b) verwendete Spritzvorrichtung, sie kann aber auch, wenn die Fertigungsschritte an unterschiedlichen Arbeitsplätzen, zum Beispiel auf einer anderen Bearbeitungsplattform 6', durchgeführt werden, eine andere Spritzvorrichtung sein.In 8th The method step h) is shown, in which by a spray jet 32 ' a spray nozzle 30 ' a sprayer 3 ' the metal material in layers on the mold surface 60 is applied. The sprayer 3 ' can be the same spraying device as the spraying device used in step b), but it can also, if the production steps at different workplaces, for example at a different one processing platform 6 ' , be carried out, another sprayer.

Das Metallmaterial wird von der Spritzdüse 30' gemäß demselben Spritzverfahren wie im Schritt b) schichtweise auf die Formoberfläche 60 und den schräg verlaufenden Wandabschnitt 47 des Ringkörpers 44 aufgetragen, so dass sich ausgehend von der Krempe 46 des ringförmigen Körpers 44 ein gewölbter Domabschnitt 49 auf der Formoberfläche 60 bildet, der integral mit dem y-förmigen Ringkörper 44 ausgebildet ist. Auch bei diesem Verfahrensschritt wird die Bearbeitungsplattform P' mit der zweiten Schalungsform 6 um eine Drehachse D', die koaxial mit der Symmetrieachse Z' der zweiten Schalungsform 6 und von deren Formoberfläche 60 ist, während des Spritzvorgangs rotiert.The metal material is from the spray nozzle 30 ' according to the same spraying method as in step b) in layers on the mold surface 60 and the sloping wall section 47 of the ring body 44 applied so that starting from the brim 46 of the annular body 44 a domed section of the cathedral 49 on the mold surface 60 forms, which is integral with the y-shaped ring body 44 is trained. The processing platform is also used in this process step P ' with the second form of formwork 6 about an axis of rotation D ' that are coaxial with the axis of symmetry Z ' the second form of formwork 6 and from their mold surface 60 is rotating during the spraying process.

In 8 ist außerdem dargestellt, wie auch der Mannlochflansch 48, der im Bereich seines Außenumfangs ebenfalls einen ringförmigen im Querschnitt schräg verlaufenden Wandabschnitt 48' aufweist, wodurch sich die Wand 48" des Mannlochflansches 48 zum Außenumfangsrand 48'" des Mannlochflansches 48 hin verjüngt, ebenfalls von der Spritzdüse 30' mit dem Metallmaterial beaufschlagt wird, so dass auch der Mannlochflansch 48 integral in den Domabschnitt 49 eingebunden wird. Die so geschaffene Einheit aus dem Domabschnitt 49, dem Ringkörper 44 und dem Mannlochflansch 48 bildet den oberen Behälterboden 12 des Leichtbau-Druckbehälters 1.In 8th is also shown, as is the manhole flange 48 , also in the area of its outer circumference an annular wall section which runs obliquely in cross section 48 ' has, whereby the wall 48 " of the manhole flange 48 to the outer peripheral edge 48 '' of the manhole flange 48 tapered, also from the spray nozzle 30 ' with the metal material, so that the manhole flange 48 integral to the cathedral section 49 is involved. The unit created in this way from the cathedral section 49 , the ring body 44 and the manhole flange 48 forms the upper container bottom 12 of the lightweight pressure vessel 1 ,

Für den Fall, dass keine Mannlochöffnung erforderlich ist, ist die zweite Schalungsform 6 ohne die zentrale Ausnehmung 62 ausgebildet und der Domabschnitt 49' erstreckt sich in diesem Bereich durchgehend und bildet eine einheitliche sphärische oder abgeflacht-sphärische Fläche aus, wie in 16 anhand des unteren Behälterbodens 14 zu sehen ist. Diese Einheit aus Ringkörper und Domabschnitt bildet dann den unteren Behälterboden 14 des in 16 dargestellten Leichtbau-Druckbehälters 1.In the event that no manhole opening is required, the second form of formwork 6 without the central recess 62 trained and the cathedral section 49 ' extends continuously in this area and forms a uniform spherical or flattened-spherical surface, as in 16 based on the bottom of the container 14 you can see. This unit of ring body and dome section then forms the lower container bottom 14 of in 16 shown lightweight pressure vessel 1 ,

9 zeigt die Einzelheit IX aus 8, in der zu erkennen ist, dass die Krempe 46 an ihrem hier beispielhaft noch dargestellten schräg verlaufenden Wandabschnitt 47 kontinuierlich in die Wandung des gewölbten Domabschnitts 49 übergeht. Die hier gezeigte ehemalige Oberfläche des schräg verlaufenden Wandabschnitts 47 ist in der fertigen Einheit aus dem y-förmigen Ringkörper 44 und dem Domabschnitt 49 nicht mehr feststellbar und daher in 9 nur gestrichelt gezeichnet. 9 shows the detail IX out 8th , which shows that the brim 46 on its inclined wall section, which is shown here as an example 47 continuously into the wall of the domed section 49 transforms. The former surface of the sloping wall section shown here 47 is in the finished unit from the y-shaped ring body 44 and the cathedral section 49 no longer ascertainable and therefore in 9 only drawn in dashed lines.

In 10 ist dargestellt, wie der fertige Behälterboden 12 aus der Schalungsform 6 entnommen wird (Schritt i).In 10 is shown as the finished container bottom 12 from the formwork form 6 is removed (step i).

11 zeigt eine Plattform P", bei der es sich um eine weitere Plattform oder um eine der Plattformen P oder P' handeln kann. Auf dieser Plattform P" ist eine dritte, zylindrische Schalungsform 7 bereitgestellt, die wie die erste zylindrische Schalungsform 2 ebenfalls aus einer Mehrzahl von Segmenten besteht. Auch diese dritte, zylindrische Schalungsform 7 ist auf ihrer Innenseite mit einer Trennschicht oder einem Trennmittel versehen, um die spätere Herausnahme des in der Form gebildeten Werkstücks zu erleichtern. 11 shows a platform P ", which is another platform or one of the platforms P or P ' can act. On this platform P "is a third, cylindrical formwork form 7 provided that like the first cylindrical formwork form 2 also consists of a plurality of segments. This third, cylindrical formwork form 7 is provided on the inside with a release layer or a release agent to facilitate later removal of the workpiece formed in the mold.

Weiterhin ist in 11 zu sehen, wie eine Spritzvorrichtung 3", die eine Spritzdüse 30" aufweist, mittels eines Spritzstrahls 32" Metallmaterial auf die zylindrische Innenfläche 70 der dritten, zylindrischen Schalungsform 7 schichtweise aufträgt. Auch die Spritzvorrichtung 3" kann eine weitere Spritzvorrichtung oder eine der Spritzvorrichtungen 3 oder 3' sein.Furthermore, in 11 to see how a sprayer 3 ' that have a spray nozzle 30 " has, by means of a spray jet 32 " Metal material on the cylindrical inner surface 70 the third, cylindrical formwork form 7 applies in layers. Even the sprayer 3 ' can be another spray device or one of the spray devices 3 or 3 ' his.

Während des schichtweisen Auftragens des Metallmaterials auf die Innenfläche 70 unter Bewegung der Spritzvorrichtung 3" in Axialrichtung und gegebenenfalls auch in Umfangsrichtung wird die Bearbeitungsplattform P" mit der darauf festgespannten dritten, zylindrischen Schalungsform 7 um eine Drehachse D", die mit der Zylinderachse Z" der dritten Schalungsform 7 koaxial ist, rotiert. Durch dieses schichtweise Auftragen des Metallmaterials auf die Innenfläche 70 der dritten Schalungsform wird auf der Innenfläche 70 eine zylindrische Behälterhaut 80 zur Bildung eines in der dritten Schalungsform entstehenden dünnwandigen zylindrischen Rohrkörpers 8 erzeugt (Schritt b'). Diese Behälterhaut 80 ist im Verhältnis zum Innenradius R der dritten, zylindrischen Schalungsform 7 äußerst dünn. Die Wandstärke der zylindrischen Behälterhaut 80 beträgt bei einem Radius R von beispielsweise 2,5 m nur etwa 1,5 mm bis 2,5 mm, vorzugsweise 2 mm.During the layered application of the metal material on the inner surface 70 while moving the sprayer 3 ' in the axial direction and possibly also in the circumferential direction, the processing platform P " with the third, cylindrical formwork clamped on it 7 about an axis of rotation D " that with the cylinder axis Z " the third form of formwork 7 is coaxial, rotates. By applying the metal material in layers on the inner surface 70 the third form of formwork is on the inner surface 70 a cylindrical container skin 80 to form a thin-walled cylindrical tubular body which is formed in the third form of formwork 8th generated (step b ' ). This container skin 80 is in relation to the inner radius R the third, cylindrical formwork form 7 extremely thin. The wall thickness of the cylindrical container skin 80 is at a radius R of, for example, 2.5 m, only about 1.5 mm to 2.5 mm, preferably 2 mm.

In 12 ist dargestellt, wie mittels der Spritzvorrichtung 3" auf die Innenseite der im Schritt b') gebildeten zylindrischen Behälterhaut 80 in einem nächsten Schritt c') durch schichtweises lokales Auftragen des Metallmaterials mittels des Spritzstrahls 32" parallel zur Zylinderachse Z" verlaufende und in Umfangsrichtung voneinander beabstandete Längsrippen 82 sowie in Umfangsrichtung verlaufende und in Axialrichtung voneinander beabstandete Spanten 84 schichtweise aufgetragen werden. Auch dabei bewegt sich die Spritzvorrichtung 3" in Axialrichtung und gegebenenfalls auch in Umfangsrichtung und zumindest beim Auftragen der Spanten 84 rotiert die Bearbeitungsplattform P" mit der darauf gespannten, dritten zylindrischen Schalungsform 7. Die Längsrippen 82 und die Spanten 84 bilden gemeinsam eine mit der Behälterhaut 80 integral ausgebildete Versteifungsstruktur 87 der Behälterhaut 80 aus.In 12 is shown as by means of the sprayer 3 ' on the inside of the crotch b ' ) formed cylindrical container skin 80 in a next step c ' ) by local application of the metal material in layers using the spray jet 32 " parallel to the cylinder axis Z " extending and circumferentially spaced longitudinal ribs 82 as well as in the circumferential direction and in the axial direction spaced frames 84 can be applied in layers. The spraying device also moves here 3 ' in the axial direction and possibly also in the circumferential direction and at least when applying the frames 84 rotates the processing platform P " with the third cylindrical formwork clamped on it 7 , The longitudinal ribs 82 and the frames 84 together form one with the skin of the container 80 integrally formed stiffening structure 87 the container skin 80 out.

Außerdem werden im Schritt b') oder c') der obere Randbereich 81 und der untere Randbereich 86 der Behälterhaut 80 mit einer dickeren Wandstärke ausgebildet, wie es in 12 A zu sehen ist, um den aus dem zylindrischen Rohrkörper 8 gefertigten zylindrischen Behälterabschnitt 10 in diesem Bereich mit einem jeweiligen Behälterboden 12, 14 oder einem weiteren zylindrischen Behälterabschnitt verschweißen zu können. Die sehr dünne Wandstärke der Zylinderhaut 80 geht dazu in einem Übergangsbereich 81', 86' allmählich in die dickere Wandstärke des zugeordneten Randbereichs 81, 86 über. Die Randbereiche 81, 86 sind vorzugsweise nicht mit Längsrippen 82 oder Spanten 84 verstärkt. Die achsparallel verlaufenden Längsrippen 82 gehen, vorzugsweise unter Reduzierung ihrer Radialerstreckung, in den jeweiligen Übergangsbereich 81', 86' über. Also, in step b ' ) or c ' ) the upper edge area 81 and the lower margin 86 the container skin 80 formed with a thicker wall thickness, as in 12 A is seen to be from the cylindrical tubular body 8th manufactured cylindrical container section 10 in this area with a respective container bottom 12 . 14 or to be able to weld another cylindrical container section. The very thin wall thickness of the cylinder skin 80 go to a transition area 81 ' . 86 ' gradually into the thicker wall thickness of the assigned edge area 81 . 86 about. The marginal areas 81 . 86 are preferably not with longitudinal ribs 82 or frames 84 strengthened. The longitudinal ribs running parallel to the axis 82 go, preferably while reducing their radial extent, in the respective transition area 81 ' . 86 ' about.

12B zeigt vergrößert, wie im Schritt c') das Metallmaterial durch den Spritzstrahl 32" der Spritzvorrichtung 3" lokal voneinander beabstandet auf die vorher gefertigte Behälterhaut 80 aufgebracht wird, um die Längsrippen 82 beziehungsweise die Spanten 84 zu erzeugen. Diese symbolische Darstellung trifft sowohl für das Erzeugen der Längsrippen 82 als auch für das Erzeugen der Spanten 84 zu, so dass im Beispiel der 12A die rechtwinklig zueinander ausgerichtete Anordnung der Längsrippen 82 und der Spanten 84 nicht dargestellt ist. 12B shows enlarged, like in step c ' ) the metal material by the spray jet 32 " the sprayer 3 ' locally spaced from each other on the previously made container skin 80 is applied to the longitudinal ribs 82 or the frames 84 to create. This symbolic representation applies both to the creation of the longitudinal ribs 82 as well as for the production of the frames 84 to, so in the example of the 12A the arrangement of the longitudinal ribs at right angles to one another 82 and the frames 84 is not shown.

13 zeigt einen ersten mechanischen Bearbeitungsschritt c'1) des in den Schritten b') und c') erzeugten zylindrischen Rohrkörpers 8 mit einem Fräswerkzeug 50' eines Fräsers 5', bei dem es sich auch um das Fräswerkzeug 50 des Fräsers 5 handeln kann, das in den Bearbeitungsschritten c) und d) eingesetzt worden ist. Das Fräswerkzeug 50' bearbeitet auf der Innenseite des zylindrischen Rohrkörpers 8 die radial inneren Flächen 83 der Längsrippen 82 und die radial inneren Flächen 85 der Spante 84 derart, dass sie plan werden und eine vorgegebene Abmessung in Radialrichtung erhalten. Dieser Schritt d' des Planens der radial inneren Flächen 83, 85 ist in 13A vergrößert schematisch dargestellt. Auch hier ist die rechtwinklige Anordnung der Längsrippen 82 und der Spanten 84 zueinander der Einfachheit halber nicht dargestellt. 13 shows a first mechanical processing step c'1 ) of the steps b ' ) and c ' ) generated cylindrical tube body 8th with a milling tool 50 ' of a router 5 ' , which is also the milling tool 50 of the router 5 can act, which was used in processing steps c) and d). The milling tool 50 ' machined on the inside of the cylindrical tube body 8th the radially inner surfaces 83 the longitudinal ribs 82 and the radially inner surfaces 85 the frame 84 such that they become flat and have a predetermined dimension in the radial direction. This step d ' planning the radially inner surfaces 83 . 85 is in 13A schematically shown enlarged. Here, too, is the right-angled arrangement of the longitudinal ribs 82 and the frames 84 not shown to each other for the sake of simplicity.

14 zeigt den Verfahrensschritt c'2), in welchem die seitlichen Flächen 83', 83" beziehungsweise 85', 85" der Längsrippen 82 beziehungsweise der Spanten 84 mittels des Fräswerkzeugs 50' abgefräst werden, um jeweils eine plane (also ebene) seitliche Oberfläche zu erhalten und um die Abstände zwischen benachbarten Längsrippen 82 und benachbarten Spanten 84 jeweils auf ein vorgegebenes Maß zu bringen, wie es in 14A gezeigt ist, die eine in gleicher Weise schematische Darstellung ist, wie die 13A. Das hierfür verwendete Fräswerkzeug 50' ist vorzugsweise ein am Umfang seiner Schneide abgerundeter Torusfräser. 14 shows the process step c'2 ), in which the side surfaces 83 ' . 83 " respectively 85 ' . 85 " the longitudinal ribs 82 or the frames 84 by means of the milling tool 50 ' be milled to obtain a flat (i.e. flat) side surface and the distances between adjacent longitudinal ribs 82 and neighboring frames 84 to bring each to a predetermined level, as in 14A which is a schematic representation in the same way as that 13A , The milling tool used for this 50 ' is preferably a torus cutter rounded on the circumference of its cutting edge.

Die mechanische Bearbeitung des zylindrischen Rohrkörpers 8 in der dritten Schalungsform 7 in den Schritten c'1) und c'2) besitzt den Vorteil, dass die Schalungsform den Rohrkörper 8 gegen die einwirkenden Kräfte des Fräswerkzeugs abstützt. Der gleiche Vorteil ergibt sich bei der mechanischen Bearbeitung des ringförmigen Rohlings 4 in der ersten Schalungsform 2 in den Schritten c) und d).Mechanical processing of the cylindrical tube body 8th in the third form 7 in steps c'1 ) and c'2 ) has the advantage that the formwork form the tubular body 8th supports against the forces of the milling tool. The same advantage arises in the mechanical processing of the annular blank 4 in the first form 2 in steps c) and d).

Schließlich ist in 15 der Verfahrensschritt d') gezeigt, in welchem der aus dem zylindrischen Rohrkörper 8 herausgearbeitete zylindrische Behälterabschnitt 10 entnommen wird.Finally in 15 the procedural step d ' ) shown in which of the cylindrical tube body 8th worked out cylindrical container section 10 is removed.

Dieser fertige zylindrische Behälterabschnitt 10 kann nun - wie die Behälterböden 12, 14 - einer Oberflächenbearbeitung und/oder einer thermischen Behandlung unterzogen werden.This finished cylindrical container section 10 can now - like the container bottoms 12 . 14 - be subjected to surface treatment and / or thermal treatment.

16 zeigt einen aus dem oberen Behälterboden 12, dem unteren Behälterboden 14 und dem zylindrischen Behälterabschnitt 10 gebildeten fertigen Leichtbau-Druckbehälter 1. Die beiden Behälterböden 12, 14 sind mit dem zylindrischen Behälterabschnitt 10 verschweißt, wie durch die beiden angedeuteten Schweißnähte 11, 13 symbolisch dargestellt ist. Der Leichtbau-Druckbehälter 1 kann aber auch - wie oben beschrieben - vollintegral oder teilintegral mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt worden sein und keine oder nur eine Umfangs-Schweißnaht aufweisen. 16 shows one from the upper tank bottom 12 , the bottom of the tank 14 and the cylindrical container section 10 formed finished lightweight pressure vessel 1 , The two container bottoms 12 . 14 are with the cylindrical container section 10 welded, as by the two welds indicated 11 . 13 is represented symbolically. The lightweight pressure vessel 1 However, as described above, it can also have been produced fully integrally or partially integrally by means of the method according to the invention and have no or only one circumferential weld seam.

17 zeigt einen teilweise aufgeschnittenen kugelartigen Leichtbau-Druckbehälter 1' in Form eines mit zumindest einem Stutzen 13' versehenen kugelförmigen Raumkörpers 1", der wie zwei im Wesentlichen halbkugelförmig gewölbte Behälterböden 12', 14' durch die additive Fertigung mittels des erfindungsgemäßen thermischen Spritzverfahrens integral mit einer einheitlichen kugelförmigen Wandung 10' des Raumkörpers 1" ausgebildet wird. Dabei wird das Metallmaterial durch einen Spritzstrahl 32'" mittels zumindest einer Spritzdüse 30'" einer Spritzvorrichtung 3'" gemäß dem thermischen Spritzverfahren auf die Außenoberfläche 90 einer vierten, kugelförmigen oder kugelähnlichen Schalungsform 9 schichtweise aufgetragen. Die vierte Schalungsform 9 bestimmt das Innenvolumen dieses alternativen Leichtbau-Druckbehälters 1'. 17 zeigt beispielhaft eine Öffnung 11' des Leichtbau-Druckbehälters 1', die von einem Zylinderstutzen 13' umgeben ist, der ebenfalls durch additive Fertigung integral mit der Wandung 10' ausgebildet ist. Es können auch mehrere derartige Öffnungen und/oder Stutzen vorgesehen sein, die dann auch der Befestigung des Leichtbau-Druckbehälters 1' dienen können. Die kugelförmige oder kugelähnliche Schalungsform 9 wird nach der Herstellung des kugelförmigen Raumkörpers 1" zertrümmert und/oder geschmolzen und durch die Öffnung(en) 11' abgeführt. Dieser kugelähnliche Leichtbau-Druckbehälter 1' mit dem kugelförmigen Raumkörper 1" kann beispielsweise ein Satellitentank sein. 17 shows a partially cut open spherical lightweight pressure vessel 1' in the form of one with at least one nozzle 13 ' provided spherical body 1" , which like two essentially hemispherical curved container bottoms 12 ' . 14 ' by the additive manufacturing by means of the thermal spraying process according to the invention integral with a uniform spherical wall 10 ' of the spatial body 1" is trained. The metal material is sprayed 32 '' by means of at least one spray nozzle 30 '' a sprayer 3 '' according to the thermal spraying process on the outer surface 90 a fourth, spherical or spherical form of formwork 9 applied in layers. The fourth form of formwork 9 determines the internal volume of this alternative lightweight pressure vessel 1' , 17 shows an example of an opening 11 ' of the lightweight pressure vessel 1' by a cylinder neck 13 ' is surrounded, which is also integral with the wall by additive manufacturing 10 ' is trained. A plurality of such openings and / or sockets can also be provided, which then also attach the lightweight pressure vessel 1' can serve. The spherical or spherical formwork form 9 will after the Production of the spherical body 1" smashed and / or melted and through the opening (s) 11 ' dissipated. This ball-like lightweight pressure vessel 1' with the spherical body 1" can be, for example, a satellite tank.

Auch wenn in den 12 bis 16 eine auf der radial inneren Seite der Behälterhaut 80 ausgebildete Versteifungsstruktur 87 als Orthogrid mit rechtwinklig zueinander verlaufenden Längsrippen 82 und Spanten 84 gezeigt ist, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Die Versteifungsstruktur kann alternativ auch auf der radial äußeren Seite der Behälterhaut ausgebildet sein, wenn die Behälterhaut auf der Außenseite der dritten, zylindrischen Schalungsform gebildet worden ist. Auch ist es möglich, Versteifungsstrukturen auf der radial inneren und auf der radial äußeren Seite der Behälterhaut aufzubringen, wenn entsprechende Schalungsformen zur Verfügung gestellt werden.Even if in the 12 to 16 one on the radially inner side of the container skin 80 trained stiffening structure 87 as an orthogrid with longitudinal ribs running at right angles to each other 82 and frames 84 the invention is not limited to this. Alternatively, the stiffening structure can also be formed on the radially outer side of the container skin if the container skin has been formed on the outside of the third, cylindrical formwork form. It is also possible to apply stiffening structures on the radially inner and on the radially outer side of the container skin if appropriate formwork forms are made available.

Außerdem ist die Erfindung nicht auf ein Orthogrid als Versteifungsstruktur beschränkt, sondern die Versteifungsrippen können auch in einem anderen Winkel zueinander stehen und beispielsweise in Form eines Rautenmusters gestaltet sein. In addition, the invention is not limited to an orthogrid as a stiffening structure, but the stiffening ribs can also be at a different angle to one another and, for example, be designed in the form of a diamond pattern.

Eine abgewandelte Versteifungsstruktur 87' ist in 18 gezeigt, in welcher die Versteifungsrippen in Form eines Isogrids angeordnet sind und dabei Isogridrippen 88 bilden, die in Isogridknoten 89 miteinander verbunden sind.A modified stiffening structure 87 ' is in 18 shown, in which the stiffening ribs are arranged in the form of an isogrid and thereby isogrid ribs 88 form that in isogrid nodes 89 are interconnected.

Bezugszeichen in den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen dienen lediglich dem besseren Verständnis der Erfindung und sollen den Schutzumfang nicht einschränken.Reference symbols in the claims, the description and the drawings serve only for a better understanding of the invention and are not intended to limit the scope of protection.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

Es bezeichnen:

1
zylinderartiger Leichtbau-Druckbehälter
1'
kugelartiger Leichtbau-Druckbehälter
1"
kugelförmiger Raumkörper
2
erste, zylindrische Schalungsform
3
Spritzvorrichtung
3'
Spritzvorrichtung
3"
Spritzvorrichtung
3"'
Spritzvorrichtung
4
ringförmiger Rohling
5
Fräser
5'
Fräser
6
zweite Schalungsform
7
dritte, zylindrische Schalungsform
8
zylindrischer Rohrkörper
9
vierte Schalungsform
10
zylindrischer Behälterabschnitt
10'
Wandung
11'
Öffnung
12
oberer Behälterboden
12'
oberer Behälterboden (Abschnitt des kugelförmigen Raumkörpers)
13'
Stutzen
14
unterer Behälterboden
14'
unterer Behälterboden (Abschnitt des kugelförmigen Raumkörpers)
20
Segment
20'
Segment
20"
Segment
21
Innenumfangsfläche
22
Trennmittelschicht
30
Spritzdüse
30'
Spritzdüse
30"
Spritzdüse
30'"
Spritzdüse
32
Spritzstrahl
32'
Spritzstrahl
32"
Spritzstrahl
32'"
Spritzstrahl
41
axiale Stirnfläche
42
axiale Stirnfläche
43
Spaltraum
44
y-förmiger Ringkörper
45
zylindrische Außenwand
46
Krempe
46'
Umfangsrad der Krempe
47
Wandabschnitt
48
Mannlochflansch
48'
Wandabschnitt
48"
Außenumfangsrand
48'"
Außenumfangsrand
49
Domabschnitt
49'
Domabschnitt
50
Fräswerkzeug
50'
Fräswerkzeug
60
konkav gewölbte Formoberfläche
62
zentrale Ausnehmung
64
oberer Rand
70
Innenfläche von 7
80
zylindrische Behälterhaut
81
oberer Randbereich von 8
81'
Übergangsbereich
82
Längsrippe
83
radial innere Fläche
83'
seitliche Fläche
83"
seitliche Fläche
84
Spante
85
radial innere Fläche
85'
seitliche Fläche
85"
seitliche Fläche
86
unterer Randbereich von 8
86'
Übergangsbereich
87
Versteifungsstruktur
87'
Versteifungsstruktur
88
Isogridrippe
89
Isogridknoten
90
Oberfläche der vierten Schalungsform
d
Durchmesser des ringförmigen Rohlings
d1
Innendurchmesser des ringförmigen Rohlings
D
Drehachse
D'
Drehachse
D"
Drehachse
P
Bearbeitungsplattform
P'
Bearbeitungsplattform
P"
Bearbeitungsplattform
Z
Zylinderachse
Z'
Zylinderachse
Z"
Zylinderachse
Designate it:
1
cylindrical lightweight pressure vessel
1'
spherical lightweight pressure vessel
1"
spherical body
2
first, cylindrical formwork form
3
sprayer
3 '
sprayer
3 '
sprayer
3 ''
sprayer
4
ring-shaped blank
5
milling cutter
5 '
milling cutter
6
second formwork form
7
third, cylindrical formwork form
8th
cylindrical tubular body
9
fourth form of formwork
10
cylindrical container section
10 '
wall
11 '
opening
12
upper tank bottom
12 '
upper tank bottom (section of the spherical body)
13 '
Support
14
lower tank bottom
14 '
lower container bottom (section of the spherical body)
20
segment
20 '
segment
20 "
segment
21
Inner circumferential surface
22
Release layer
30
nozzle
30 '
nozzle
30 "
nozzle
30 ''
nozzle
32
spray jet
32 '
spray jet
32 "
spray jet
32 ''
spray jet
41
axial face
42
axial face
43
gap
44
y-shaped ring body
45
cylindrical outer wall
46
brim
46 '
Circumferential wheel of the brim
47
wall section
48
manway flange
48 '
wall section
48 "
Outer peripheral edge
48 ''
Outer peripheral edge
49
dome section
49 '
dome section
50
milling tool
50 '
milling tool
60
concave curved surface
62
central recess
64
upper edge
70
Inner surface of 7
80
cylindrical container skin
81
upper edge area of 8th
81 '
Transition area
82
longitudinal rib
83
radially inner surface
83 '
side surface
83 "
side surface
84
joists
85
radially inner surface
85 '
side surface
85 "
side surface
86
lower edge area of 8th
86 '
Transition area
87
stiffening structure
87 '
stiffening structure
88
Isogridrippe
89
Isogridknoten
90
Surface of the fourth form of formwork
d
Diameter of the ring-shaped blank
d 1
Inner diameter of the annular blank
D
axis of rotation
D '
axis of rotation
D "
axis of rotation
P
processing platform
P '
processing platform
P "
processing platform
Z
cylinder axis
Z '
cylinder axis
Z "
cylinder axis

Claims (15)

Verfahren zur Herstellung eines einen Leichtbau-Drucktank bildenden Leichtbau-Druckbehälters (1; 1') aus einem Metallmaterial mit zwei gewölbten Behälterböden (12, 14; 12', 14'), wobei die gewölbten Behälterböden (12, 14; 12', 14') miteinander oder mit zumindest einem zylindrischen Behälterabschnitt (10) verbunden oder integral ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der jeweilige Behälterboden (12, 14; 12', 14') durch additive Fertigung mittels eines thermischen Spritzverfahrens aus einem Metallmaterial nahtlos hergestellt wird, wobei die Herstellung des jeweiligen gewölbten Behälterbodens (12, 14) mit den folgenden Schritten erfolgt: a) Bereitstellen einer ersten, zylindrischen Schalungsform (2), b) schichtweises Auftragen des Metallmaterials durch einen Spritzstrahl (32) mittels zumindest einer Spritzdüse (30) gemäß dem thermischen Spritzverfahren auf die Innenumfangsfläche (21) der ersten, zylindrischen Schalungsform (2) mit einem sich in einer Richtung parallel zur Zylinderachse (Z) verringernden Innendurchmesser (d) zur Bildung eines ringförmigen Rohlings (4), c) Bearbeiten des ringförmigen Rohlings (4) derart, dass ein im Querschnitt y-förmiger Ringkörper (44) mit einer zylindrischen Außenwand (45) und einer von dieser unter einem spitzen Winkel (a) radial schräg nach innen verlaufenden Krempe (46) entsteht, d) Bearbeiten des radial inneren Umfangsrands (46') der Krempe (46) derart, dass sich die Wandstärke der Krempe (46) zum radial inneren Umfangsrand (46') hin verjüngt, wodurch auf der vom spitzen Winkel (a) abgewandten Oberfläche der Krempe (46) ein im Querschnitt schräg verlaufener Wandabschnitt (47) als Fase ausgebildet wird, e) Entnehmen des y-förmigen Ringkörpers (44) aus der ersten Schalungsform (2), f) Bereitstellen einer zweiten Schalungsform (6), die eine konkav oder konvex gewölbte Formoberfläche (60) aufweist, g) Aufsetzen des im Querschnitt y-förmigen Ringkörpers (44) auf den Rand (64) der zweiten Schalungsform (6) derart, dass die Krempe (46) des Ringkörpers (44) auf der gewölbten Formoberfläche (66) aufliegt und deren Rand bedeckt, wobei der schräg verlaufende Wandabschnitt (47) der Krempe (46) von der Formoberfläche (66) weg weist, h) schichtweises Auftragen des Metallmaterials durch einen Spritzstrahl (32') mittels zumindest einer Spritzdüse (30') gemäß dem thermischen Spritzverfahren auf den schräg verlaufenden Wandabschnitt (47) des Ringkörpers (44) und auf die Formoberfläche (66) der zweiten Schalungsform (6) zur Bildung eines sich nahtlos an die Krempe (46) anschließenden und mit dieser integral ausgebildeten zentralen, gewölbten Domabschnitts (49) und i) Entnehmen der den Behälterboden (12, 14) bildenden Einheit aus Domabschnitt (49) und Ringkörper (44) aus der zweiten Schalungsform (6).Method for producing a lightweight pressure vessel (1; 1 ') forming a lightweight pressure tank from a metal material with two curved container bottoms (12, 14; 12', 14 '), the curved vessel bottoms (12, 14; 12', 14 ') are connected to one another or with at least one cylindrical container section (10) or are integrally formed, characterized in that at least the respective container base (12, 14; 12', 14 ') is seamlessly produced from a metal material by additive manufacturing by means of a thermal spraying process The production of the respective curved container bottom (12, 14) takes place with the following steps: a) provision of a first, cylindrical formwork form (2), b) layer-by-layer application of the metal material by a spray jet (32) by means of at least one spray nozzle (30) according to the thermal spraying process on the inner circumferential surface (21) of the first, cylindrical formwork form (2) with one in one direction direction parallel to the cylinder axis (Z) reducing the inner diameter (d) to form an annular blank (4), c) machining the annular blank (4) in such a way that a cross-sectionally Y-shaped ring body (44) with a cylindrical outer wall (45) and one of the brim (46), which extends radially inward at an acute angle (a), d) machining the radially inner peripheral edge (46 ') of the brim (46) such that the wall thickness of the brim (46) increases radially inner circumferential edge (46 ') tapers, as a result of which a wall section (47) with an oblique cross section is formed as a chamfer on the surface of the brim (46) facing away from the acute angle (a), e) removing the y-shaped ring body (44 ) from the first formwork form (2), f) providing a second formwork form (6) which has a concave or convex arched form surface (60), g) placing the ring body (44) which is Y-shaped in cross section onto the edge (64) the second n Formwork form (6) such that the brim (46) of the ring body (44) rests on the curved mold surface (66) and covers the edge thereof, the oblique wall section (47) of the brim (46) from the mold surface (66) h) layer-by-layer application of the metal material by a spray jet (32 ') by means of at least one spray nozzle (30') according to the thermal spraying method onto the inclined wall section (47) of the ring body (44) and onto the mold surface (66) of the second Formwork form (6) for forming a central, arched dome section (49) which seamlessly adjoins the brim (46) and is formed integrally therewith, and i) removing the unit comprising the dome section (49) and ring body ( 44) from the second form of formwork (6). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als thermisches Spritzverfahren ein Kaltgasspritzverfahren eingesetzt wird.Procedure according to Claim 1 , characterized in that a cold gas spraying process is used as the thermal spraying process. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schalungsform (6) eine zentrale Ausnehmung (62) zur Aufnahme eines Mannlochflansches (48) aufweist, dass der Mannlochflansch (48) im Bereich seines Außenumfangs einen ringförmigen, im Querschnitt schräg verlaufenden Wandabschnitt (48') aufweist, wodurch sich die Wand (48") des Mannlochflansches (48) zum Außenumfangsrand (48'") des Mannlochflansches (48) hin verjüngt, wobei der schräg verlaufende Wandabschnitt (48') als Fase ausgebildet wird, dass der Mannlochflansch (48) vor dem Schritt h) derart in die Ausnehmung (62) der zweiten Schalungsform (6) eingelegt wird, dass der schräg verlaufende Wandabschnitt (48') von der Formoberfläche (66) weg weist und dass im Schritt h) das Metallmaterial auch auf den schräg verlaufenden Wandungsabschnitt (48') des Mannlochflansches (48) aufgetragen wird, um diesen integral in den Domabschnitt (49) einzuformen. Procedure according to Claim 1 or 2 , characterized in that the second form of formwork (6) has a central recess (62) for receiving a manhole flange (48), that the manhole flange (48) has an annular wall section (48 ') with an oblique cross section in the region of its outer circumference, whereby the wall (48 ") of the manhole flange (48) tapers towards the outer peripheral edge (48 '") of the manhole flange (48), the inclined wall section (48') being designed as a chamfer that the manhole flange (48) in front of the Step h) is inserted into the recess (62) of the second formwork mold (6) such that the inclined wall section (48 ') points away from the mold surface (66) and that in step h) the metal material also points onto the inclined wall section (48 ') of the manhole flange (48) is applied in order to form it integrally into the dome section (49). Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass charakteristische Eigenschaften des Spritzstrahls der zumindest einen Spritzdüse geändert werden, wenn dieser vom schräg verlaufenden Wandabschnitt (47; 48') der Krempe (46) und/oder des Mannlochflansches (48) weiter wandert und auf die Formoberfläche (66) auftrifft, auf der noch kein Material mittels des thermischen Spritzverfahrens aufgetragen worden ist, und dass die charakteristischen Eigenschaften des Spritzstrahls wieder zurückgeändert werden, wenn dieser von der Formoberfläche (66), auf der noch kein Material mittels des thermischen Spritzverfahrens aufgetragen worden war, weiter wandert und auf den schräg verlaufenden Wandabschnitt (48'; 47) des Mannlochflansches (48) und/oder der Krempe (46) auftrifft.Procedure according to Claim 1 . 2 or 3 , characterized in that characteristic properties of the spray jet of the at least one spray nozzle are changed if it continues to migrate from the inclined wall section (47; 48 ') of the brim (46) and / or the manhole flange (48) and onto the mold surface (66) occurs, on which no material has yet been applied by means of the thermal spraying process, and that the characteristic properties of the spray jet are changed back when it continues to migrate from the mold surface (66) on which no material has yet been applied by means of the thermal spraying process and strikes the sloping wall section (48 '; 47) of the manhole flange (48) and / or the brim (46). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Schritt i) eine Oberflächenbearbeitung des Behälterbodens durchgeführt wird.Procedure according to one of the Claims 1 to 4 , characterized in that after step i) a surface treatment of the container bottom is carried out. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Schritt i) eine thermische Behandlung des Behälterbodens (12, 14) durchgeführt wird.Procedure according to one of the Claims 1 to 5 , characterized in that after step i) a thermal treatment of the container bottom (12, 14) is carried out. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Herstellung des zumindest einen zylindrischen Behälterabschnitts (10) mit den folgenden Schritten erfolgt: a') Bereitstellen einer dritten, zylindrischen Schalungsform (7), b') schichtweises Auftragen des Metallmaterials durch einen Spritzstrahl (32") mittels zumindest einer Spritzdüse (30") auf die Innenfläche (70) oder die Außenfläche der dritten, zylindrischen Schalungsform (7) zur Bildung einer zylindrischen Behälterhaut (80), c') schichtweises lokales Auftragen des Metallmaterials durch den Spritzstrahl (32") mittels der zumindest einen Spritzdüse (30") auf die Innenfläche beziehungsweise die Außenfläche der zylindrischen Behälterhaut (80) zur Erzeugung einer mit der Behälterhaut (80) integral ausgebildeten, Rippen (82, 84) aufweisenden Versteifungsstruktur (87; 87') zur Bildung eines zylindrischen Rohrkörpers (8), d') Entnehmen des den zylindrischen Behälterabschnitt (10) bildenden bearbeiteten zylindrischen Rohrkörpers (8) aus der dritten Schalungsform (7).Method according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one cylindrical container section (10) is produced with the following steps: a ') providing a third, cylindrical formwork form (7), b') layer-by-layer application of the metal material by means of a spray jet (32 ") by means of at least one spray nozzle (30") on the inner surface (70) or the outer surface of the third, cylindrical formwork form (7) to form a cylindrical container skin (80), c ') layer-by-layer local application of the metal material by the spray jet ( 32 ") by means of the at least one spray nozzle (30") onto the inner surface or the outer surface of the cylindrical container skin (80) to produce a stiffening structure (87; 87 ') with ribs (82, 84) which is integrally formed with the container skin (80) to form a cylindrical tubular body (8), d ') removing the cylindrical container section (10) machined cylindrical tubular body (8) from the third form (7). Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet dass nach dem Schritt c') noch zumindest einer der folgenden Schritte durchgeführt wird: c'1) Planen der radial inneren Flächen (83; 85) der Versteifungsstruktur (87; 87') mittels mechanischer Bearbeitung, und/oder c'2) Planen der seitlichen Flächen (83', 83"; 85', 85") der Versteifungsstruktur (87; 87') mittels mechanischer Bearbeitung.Procedure according to Claim 7 , characterized in that at least one of the following steps is carried out after step c '): c'1) planning of the radially inner surfaces (83; 85) of the stiffening structure (87; 87') by means of mechanical processing, and / or c ' 2) Planning the lateral surfaces (83 ', 83 ";85',85") of the stiffening structure (87; 87 ') by means of mechanical processing. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass, die Versteifungsstruktur (87) in Form eines Orthogrids ausgebildet wird.Procedure according to Claim 7 or 8th , characterized in that, the stiffening structure (87) is designed in the form of an orthogrid. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass, die Versteifungsstruktur (87') in Form eines Isogrids ausgebildet wird.Procedure according to Claim 7 or 8th , characterized in that, the stiffening structure (87 ') is designed in the form of an isogrid. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Schritt d') eine Oberflächenbearbeitung und/oder eine thermische Behandlung des zylindrischen Behälterabschnitts (10) durchgeführt wird.Procedure according to one of the Claims 7 to 10 , characterized in that after step d ') a surface treatment and / or a thermal treatment of the cylindrical container section (10) is carried out. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine zylindrische Behälterabschnitt (10) und die beiden Behälterböden (12, 14) separat voneinander mittels des thermischen Spritzverfahrens nahtlos hergestellt und anschließend zusammengefügt werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one cylindrical container section (10) and the two container bases (12, 14) are seamlessly produced separately from one another by means of the thermal spraying process and then joined together. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine zylindrische Behälterabschnitt (10) und zumindest einer der beiden Behälterböden (12, 14) integral miteinander mittels des thermischen Spritzverfahrens nahtlos hergestellt werden.Procedure according to one of the Claims 1 to 11 , characterized in that the at least one cylindrical container section (10) and at least one of the two container bases (12, 14) are produced seamlessly integrally with one another by means of the thermal spraying process. Leichtbau-Druckbehälter (1; 1') hergestellt mittels eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Lightweight pressure vessel (1; 1 ') manufactured by means of a method according to one of the preceding claims. Leichtbau-Druckbehälter (1; 1') nach Anspruch 14 mit zumindest einem mittels des thermischen Spritzverfahrens nahtlos hergestellten Behälterboden (12, 14; 12', 14').Lightweight pressure vessel (1; 1 ') after Claim 14 with at least one by means of the thermal Spraying process seamlessly produced container bottom (12, 14; 12 ', 14').
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