DE10321765B4

DE10321765B4 - Verfahren zum Herstellen und Befüllen eines Druckbehälters und Druckbehälter

Info

Publication number: DE10321765B4
Application number: DE10321765A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Schiestl
Original assignee: Hilti AG
Current assignee: Hilti AG
Priority date: 2003-05-15
Filing date: 2003-05-15
Publication date: 2007-10-11
Anticipated expiration: 2023-05-16
Also published as: FR2854872B1; US20040226963A1; US7334703B2; FR2854872A1; DE10321765A1

Abstract

Verfahren zum Herstellen und Befüllen eines Druckbehälters mit einem Aussenbehälter (10) und einem in dem Aussenbehälter (10) befindlichen Innenbeutel (20),
wobei im Aussenbehälter (10) eine Füllgutkammer (11) für Füllgut (12) und im Innenbeutel (20) eine Treibmittelkammer (21) für Treibmittel (22) angeordnet ist,
und mit einem Deckelteil (15) zum Verschliessen des Aussenbehälters (10), an dem ein Ventilteil (16) zur Abgabe von Füllgut (12) aus der Füllgutkammer (11) nach aussen angeordnet ist, mit folgenden Verfahrensschritten:
– zumindest teilweises Befüllen des aus einem für die gasförmige Phase (18) des Füllgutes (12) permeablen Kunststoffmaterial bestehenden Innenbeutels (20) mit Luft oder Inertgas (23) und Verschliessen des Innenbeutels (20),
– Einbringen des Innenbeutels (20) in einen formstabilen Aussenbehälter (10),
– Verschliessen des Aussenbehälters (10) mit dem Deckelteil (15),
– Befüllen des Aussenbehälters (10) über das Ventilteil (16) mit Füllgut (12) und
– Lagerung des Druckbehälters für eine Mindest-Lagerzeit zur...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen und Befüllen eines Druckbehälters der in Patentanspruch 1 genannten Art sowie einen Druckbehälter der im Oberbegriff des nebengeordneten Patentanspruchs genannten Art. Derartige Behälter kommen z. B. bei gasbetriebenen Setzgeräten zum Einsatz, wo sie einen ausgebbaren Brennstoff enthalten.
In derartigen Druckbehältern gespeicherte flüssige Brenngase werden z. B. für den Antrieb von brennkraftbetriebenen Bolzensetzgeräten verwendet. In diesen Bolzensetzgeräten sind die Druckbehälter oder Gasdosen auswechselbar angeordnet und sind z. B. mit einem Dosierkopf bestückt, der mittels einer Schnappverbindung an der Gasdose befestigt ist. Im betriebsbereiten Zustand des Bolzensetzgerätes befindet sich das System Druckbehälter/Gasdose und Dosierkopf in einer Aufnahme des Bolzensetzgerätes. Für viele Anwendungen besteht die Forderung, das Flüssiggas in jeder Orientierung des Druckbehälters in seiner flüssigen Phase auszugeben, um in jeder Orientierung des Bolzensetzgerätes eine richtige Dosierung des Flüssiggases/Brennstoffes zu erreichen.
Bei Druckbehältern ist es bekannt diese als Ein- oder Zweikammerbehälter auszubilden. Bei Zweikammer-Druckbehältern ist eine Ausgabe des flüssigen Füllgutes in jeder Orientierung des Behälters möglich.
Ein derartiger Druckbehälter ist aus der US 5 069 590 A bekannt, bei dem ein innerer, dünnwandiger metallischer Behälter, insbesondere aus Aluminium, in einem äusseren, dickwandigeren Behälter (z. B. ebenfalls aus Aluminium) angeordnet ist. An der Öffnung des Druckbehälters sind die beiden Behälter aufeinander gerollt, wobei die Öffnung mit einem Deckelteil verschlossen ist, in dem ein Ventil angeordnet ist. Das Füllgut ist dabei im Innenbehälter angeordnet, während das Treibmittel im Aussenbehälter angeordnet ist. Von Nachteil ist hierbei, dass wenn Beschleunigungskräfte auf den Druckbehälter ausgeübt werden, der Innenbehälter aufgrund der relativ grossen Füllmenge mit Füllgut, stark mechanisch bean sprucht wird. Ferner kann es an dem Rollbund zu einem Verlust von Treibmittel aus dem Aussenbehälter kommen. Das Verhältnis von Treibmittel zu Füllgut bei Brennstoff-Druckbehältern für Setzgeräte liegt bei ca. 5/40 (z. B. 5 g/40 g). Insbesondere bei längerer Lagerung kann daher bei einem Verlust von 3–4 g Treibmittel/Jahr der Druckbehälter durch den Verlust des Treibmittels unbrauchbar werden. Ferner sind derartige Zweikammer-Druckbehälter in der Herstellung deutlich teurer als Einkammer-Druckbehälter.
Günstig ist es daher, wenn das Treibmittel im Innenbehälter angeordnet ist, da ein Verlust von Füllgut bzw. Brennstoff die Betriebsfähigkeit des Druckbehälters weniger stark beeinflusst, wie ein Verlust von Treibmittel.
Aus der US 2 815 152 , von der die vorliegende Erfindung ausgeht, ist ein Verfahren zum Herstellen eines Druckbehälter und ein Druckbehälter bekannt, bei dem das Treibmittel in einem, als frei beweglicher Beutel ausgebildeten Innenbehälter und das Füllgut in einem Aussenbehälter angeordnet ist. Der Innenbehälter ist in sich geschlossen und beinhaltet ein Treibmittel, das in einer flüssigen und in einer gasförmigen Phase vorliegt.
Das aus der US 2 815 152 bekannte Verfahren dient der Herstellung eines Druckbehälters mit frei beweglichem, in sich geschlossenem Innenbeutel. Demnach wird zunächst ein Innenbeutel geformt und das Treibmittel unter einem Druck dort eingefüllt, der ausreicht, das Treibmittel in seiner flüssigen Phase zu halten. Der Innenbeutel wird danach verschlossen. Der geschlossene Innenbeutel mit dem Treibmittel und eine abgemessene Menge Füllgut werden dann zusammen in den Aussenbehälter eingebracht, welcher daraufhin unter Druckund Temperaturbedingungen geschlossen wird, die ausreichend sind, um das Füllgut in seiner flüssigen Phase zu halten.
Dieses Verfahren ist prinzipiell recht aufwendig und teuer, da während fast des gesamten Herstellungsvorganges ein hoher Druck auf die Komponenten ausgeübt werden muss, um ein Verdampfen des Treibmittels zu verhindern.
Aus der EP 0 307 253 A2 ist ein Verfahren zum Befüllen und unter einen Vordruck Setzen eines Ausgabebehälters bekannt. Dort wird in einen Aussenbehälter ein Druckbeutel mit einem druckerzeugenden System eingebracht und der Aussenbehälter anschliessend über ein Ventilteil verschlossen. Über das Ventilteil wird dann ein Unterdruck in der Kammer des Aussenbehälters erzeugt, der eine Expansion des Druckbeutels über das druckerzeugende System auslöst. Nach abgeschlossener Expansion des Druckbeutels wird die Kammer des Aussenbehälters über das Ventilteil mit dem auszugebenden Gut befüllt.
Aus der WO 93/10022 ist ferner ein Druckbehälter mit zwei Kammern bekannt, bei dem die Kammern durch eine für Gas permeable Membran voneinander getrennt sind. In der ersten Kammer befindet sich dabei ein auszugebendes Fluid und in der zweiten Kammer das Treibmittel. Bei der Ausgabe von Fluid aus der ersten Kammer diffundiert gasförmiges Treibmittel aus der zweiten Kammer durch die Membran in die erste Kammer mit dem Fluid, um den Druck zwischen beiden Kammern auszugleichen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein Verfahren zum Herstellen und Befüllen eines Druckbehälters und einen Druckbehälter der vorgenannten Art zu entwickeln, so dass ein Druckbehälter deutlich preiswerter herstellbar ist. Dieses wird erfindungsgemäss durch die in Anspruch 1 und in dem nebengeordneten Anspruch genannten Massnahmen erreicht, denen folgende besondere Bedeutung zukommt.
Die Besonderheit der vorliegenden Erfindung liegt darin, bei einem Verfahren zum Herstellen und Befüllen eines Druckbehälters mit einem Aussenbehälter und einem in dem Aussenbehälter befindlichen Innenbeutel, wobei in dem Aussenbehälter eine Füllgutkammer für Füllgut und im Innenbeutel eine Treibmittelkammer für Treibmittel angeordnet ist und bei dem der Aussenbehälters mit einem Deckelteil an dem ein Ventilteil zur Abgabe von Füllgut aus der Füllgutkammer nach aussen angeordnet ist, die folgenden Verfahrensschritte vorzusehen:

– das zumindest teilweise Befüllen des aus einem für die gasförmige Phase des Füllgutes permeablem Kunststoffmaterial bestehenden Innenbeutels mit Luft oder einem Inertgas und Verschliessen des Innenbeutels,
– das Einbringen des Innenbeutels in einen formstabilen Aussenbehälter,
– das Verschliessen des Aussenbehälters mit dem Deckelteil,
– das Befüllen des Aussenbehälters über das Ventilteil mit Füllgut und
– die Lagerung des Druckbehälters für eine Mindest-Lagerzeit zur Ermöglichung der vollständigen Migration der gasförmigen Phase des Füllgutes in die Treibmittelkammer des Innenbeutels zur Bildung von Treibmittel.

Durch das erfindungsgemässe Verfahren kann die Herstellung eines erfindungsgemässen Druckbehälters deutlich preiswerter erfolgen, da die Bestückung des Aussenbehälters mit dem Innenbehälter unter normalen Umgebungsbedingungen (Druck, Temperatur) erfolgen kann. Beim Befüllen mit dem Füllgut unter hohem Druck durch den Befüllstutzen können ebenfalls normale Umgebungsbedingungen vorherrschen, da der Druckbehälter dann bereits geschlossen ist. Das Verfahren ist insbesondere auch für die Herstellung von Brennstoff-Druckbehältern für brennkraftbetriebene Bolzensetzgeräte geeignet. Durch die Lagerung des Druckbehälters für eine Mindest-Lagerzeit nach dem Befüllen des Aussenbehälters mit Füllgut wird eine vollständige Migration/Diffusion der gasförmigen Phase des Füllgutes in die Treibmittelkammer gewährleistet. Die Dauer der Mindest-Lagerzeit hängt dabei von dem Material und der Dicke der Beutelwand des Innenbeutels ab und von der Art des Füllgutes in der Füllgutkammer. Durch die Mindestlagerzeit ist sichergestellt, dass bei der ersten Inbetriebnahme des Druckbehälters die gasförmige Phase des Füllgutes vollständig in dem Innenbeutel Platz genommen hat und der Druckbehälter einsatzbereit ist.
Weiterhin von Vorteil ist, dass der Druckbehälter auch nach einer längeren Lagerzeit (> 1 Jahr) noch voll einsatzfähig ist, da das Treibmittel in der Treibmittelkammer als wesentlichen Bestandteil die gasförmige Phase des Füllgutes beinhaltet.
Für den Einsatz in brennkraftbetriebenen Bolzensetzgeräten kann das Füllgut ein brennbares Flüssiggas sein. Die Setzgeräte können mit dem erfindungsgemässen Druckbehälter lageunabhängig genutzt werden, ohne dass es zu Fehlanwendung aufgrund falscher Dosierungen kommen kann.
Bei einem erfindungsgemässen Druckbehälter besteht der Innenbeutel aus einem für die gasförmige Phase des Füllgutes permeablen Kunststoffmaterial und beinhaltet das Treibmittel Luft oder Inertgas und die gasförmige Phase des Füllgutes, wie z. B. eine Brenngasmischung. Das Treibmittel kann, da der Innenbeutel aus einem für die gasförmige Phase des Füllgutes permeablem Kunststoffmaterial besteht, aus dem Füllgutvorrat in der Füllgutkammer ersetzt werden, sollte es zu einem Verlust kommen. Der erfindungsgemässe Druckbehälter bleibt so stets einsatzbereit, bis das Füllgut vollständig ausgegeben worden ist. Die Herstellung und Befüllung erfolgt vorteilhaft nach dem vorhergehend beschriebenen Verfahren. Das Füllgut ist vorteilhaft ein brennbares Flüssiggas.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besteht der Innenbeutel aus einer Folie, weiter vorteilhaft einer Kunststofffolie aus PE (Polyethylen). Durch diese Massnahme kann der Innenbeutel z. B. sehr preisgünstig als Folienschlauch hergestellt werden, der nach Befüllung mit dem Inertgas verschweisst wird.
Weitere Vorteile und Massnahmen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen. In den Zeichnungen ist die Erfindung in zwei Ausführungsbeispielen dargestellt.
Es zeigen:
1 schematisch, einen erfindungsgemässen Druckbehälter im Längsschnitt in Explosionsdarstellung, in nicht befülltem Zustand,
2 schematisch, den erfindungsgemässen Druckbehälter aus 1 während eines Befüllvorganges,
3 schematisch, den erfindungsgemässen Druckbehälter aus 1 in vollständig befülltem Zustand,
4 schematisch, einen weiteren erfindungsgemässen Druckbehälter im Längsschnitt in einsatzbereitem Zustand.
Die 1 bis 4 zeigen einen erfindungsgemässen Druckbehälter, der einen Aussenbehälter 10 und einen Innenbeutel 20 umfasst. Der Aussenbehälter 10 ist in diesem Ausführungsbeispiel aus einem relativ dickwandigen metallischen Material, wie z. B. Aluminium, hergestellt, während der Innenbeutel 20 eine Beutelwand 24 aus einer relativ dünnwandigen permeablen Kunststofffolie aufweist. Diese Folie besteht z. B. aus Polyethylen.
Die 1 bis 3 erläutern die Schritte zur Herstellung und Befüllung eines erfindungsgemässen Druckbehälters. Ein Innenbeutel 20 wird mit einem Inertgas 23 Luft oder zumindest teilweise befüllt und anschliessend verschlossen. Der Innenbeutel 20 wird anschliessend in Pfeilrichtung 31 in den Aussenbehälter 10 eingeführt. Die Öffnung 14 des Aussenbehälters 10 wird nachfolgend mittels eines Deckelteils 15 verschlossen, an dem ein Ventilteil 16 angeordnet ist und das in Pfeilrichtung 32 auf den Aussenbehälter 10 aufgesetzt wird. Das Deckelteil 15 und der Aussenbehälter 10 werden anschliessend am Rollbund 13 miteinander vercrimpt.
In einem nachfolgenden, aus 2 ersichtlichen Schritt wird der Druckbehälter über einen Befüllstutzen 30 mit Füllgut 12 befüllt, was durch die Pfeile 33 angedeutet wird. Die Befüllung erfolgt dabei über das Ventilteil 16, das ferner auch noch der Ausgabe von Füllgut 12 dient, wenn der Druckbehälter einsatzbereit ist. Während und nach dem Befüllvorgang liegt das Füllgut 12, wie z. B. ein brennbares Flüssiggas, zunächst in einer gasförmigen 18 und einer flüssigen Phase 19 in einer Füllgutkammer 11 des Aussenbehälters 10 vor. Der Innenbeutel 20 und das Inertgas 23 in der Treibmittelkammer 21 des Innenbeutels 20 wird durch den anliegenden Druck des Füllgutes 12 komprimiert.
Nach dem Befüllvorgang erfolgt eine Migration 34 von Füllgut 12 in der gasförmigen Phase 18 aus der Füllgutkammer 11 durch die permeable Beutelwand 24 des Innenbeutels 20 hindurch in die Treibmittelkammer 21 hinein. Dieser Vorgang ist abgeschlossen und der Druckbehälter betriebsbereit, wenn in der Füllgutkammer 11 keine gasförmige Phase 18 mehr vorhanden ist, wie in 4 dargestellt. In der Treibmittelkammer 21 befindet sich dann ein gasförmiges Treibmittel 22, das aus der gasförmigen Phase des Füllgutes und dem Inertgas gebildet ist.
Über das Ventilteil 16 im Deckelteil 15 kann nun in jeder Lage des Druckbehälters Füllgut entnommen werden, welches unter dem Druck des Treibmittels 22 steht.

10: Aussenbehälter
11: Füllgutkammer
12: Füllgut
13: Rollbund
14: Öffnung
15: Deckelteil
16: Ventilteil
18: gasförmige Phase von 12
19: flüssige Phase von 12
20: Innenbeutel
21: Treibmittelkammer
22: Treibmittel
23: Inertgas
24: Behälterwand von 20
30: Befüllstutzen
31: Pfeilrichtung
32: Pfeilrichtung
33: Pfeil
34: Migration (von gasförmiger Phase 18)

Claims

Verfahren zum Herstellen und Befüllen eines Druckbehälters mit einem Aussenbehälter (10) und einem in dem Aussenbehälter (10) befindlichen Innenbeutel (20), wobei im Aussenbehälter (10) eine Füllgutkammer (11) für Füllgut (12) und im Innenbeutel (20) eine Treibmittelkammer (21) für Treibmittel (22) angeordnet ist, und mit einem Deckelteil (15) zum Verschliessen des Aussenbehälters (10), an dem ein Ventilteil (16) zur Abgabe von Füllgut (12) aus der Füllgutkammer (11) nach aussen angeordnet ist, mit folgenden Verfahrensschritten: – zumindest teilweises Befüllen des aus einem für die gasförmige Phase (18) des Füllgutes (12) permeablen Kunststoffmaterial bestehenden Innenbeutels (20) mit Luft oder Inertgas (23) und Verschliessen des Innenbeutels (20), – Einbringen des Innenbeutels (20) in einen formstabilen Aussenbehälter (10), – Verschliessen des Aussenbehälters (10) mit dem Deckelteil (15), – Befüllen des Aussenbehälters (10) über das Ventilteil (16) mit Füllgut (12) und – Lagerung des Druckbehälters für eine Mindest-Lagerzeit zur Ermöglichung der vollständigen Migration (34) der gasförmigen Phase (18) des Füllgutes (12) in die Treibmittelkammer (21) des Innenbeutels (20).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllgut (12) ein brennbares Flüssiggas ist.
Druckbehälter mit einem Aussenbehälter (10) und einem in dem Aussenbehälter (10) befindlichen Innenbeutel (20), wobei im Aussenbehälter (10) eine Füllgutkammer (11) für Füllgut (12) und im Innenbeutel (20), eine Treibmittelkammer (21) für Treibmittel (22) angeordnet ist, und mit einem Deckelteil (15) zum Verschliessen des Aussenbehälters (10), wobei an dem Deckelteil (15) ein Ventilteil (16) zur Abgabe von Füllgut (12) aus der Füllgutkammer (11) nach aussen angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenbeutel (20) aus einem für die gasförmige Phase (18) des Füllgutes (12) permeablen Kunststoffmaterial besteht und das Treibmittel (22) in dem Innenbeutel (20) aus Luft oder Inertgas (23) sowie einer gasförmigen Phase (18) des Füllgutes (12) besteht.
Druckbehälter nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Herstellung und Befüllung nach einem Verfahren gemäss Anspruch 1.
Druckbehälter nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllgut (12) ein brennbares Flüssiggas ist.
Druckbehälter nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenbeutel (20) aus einer Folie besteht.
Druckbehälter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie aus Polyethylen besteht.