DE1937815B2 - Kunststoffbehaelter, insbesondere heizoel-behaelter - Google Patents

Kunststoffbehaelter, insbesondere heizoel-behaelter

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Description

Die Erfindung betrifft einen Kunststoffbehälter, insbesondere Heizöl-Behälter, welcher etwa die Gestalt eines abgeflachten Quaders mit einander gegenüberliegenden großen Seitenwänden und im Vergleich dazu kleinen Boden-, Decken- und Endteilen besitzt.
Kunststoffbehälter, die einem Innendruck unterworfen sind oder einem solchen standhalten müssen, wie dieses z. B. auch bei Heizölbehältern vorgeschrieben ist, sind bisher überwiegend ils kreiszylindrische Behälter ausgeführt worden. Solche Behälter sind jedoch in vielen Fällen aus räumlichen Gründen ungeeignet. Während es bei Stahlbehältern kein Problem bildet, von der Kreiszylinderform abweichende Behälter auch dann zu verwei.J'-n, wenn diese unter höherem Innendruck stehen, bereitet dieses Problem bei Kunststoffbehältern erhebliche Schwierigkeiten, dieses insbesondere deswegen, weil der Elastizitätsmodul ungleich kleiner als derjenige von Stahl ist und etwa nur V20 des letzteren beträgt. Kunststoffbehälter werden im allgei.ieinen aus Glasfaser-Kunststoffband gewickelt und lassen bei einer solchen Ausbildung eine von einem kreisrunden Querschnitt abweichende Form praktisch nur schwer oder nicht zu. Auch lassen sich Versteifungen des Behälters kaum vorsehen. Außerdem müssen ai: den Endtn des Behälters Böden eingesetzt werden, die schwache Stellen im Nahlbereich der Bodenkremptn ergeben. Solche von der Kreiszylinderform abweichende, gewickelte Behälter weisen keine oder nur sehr geringe Beulfestigkeit gegenüber Innendrücken auf. Schon bei geringen Innendrücken von weniger als 0,5 atü entstehen bei Behältern in der bei Heizöibehältern üblichen Größe und bei einer Wandstärke in der Größenordnung von 4 bis 5 mm Ausbeulungen, die in der Größenordnung von 10 bis 20 cm liegen. Während bei großem Innendruck die gegenüberliegenden Wandimgen eines Stahlbehälters durch Zuganker gegeneinander versteif! werden können, ist dieses bei Kunststoffbehältern praktisch nicht möglich. Auch andere Wandstärken geben bei Kunststoffbehältern nicht die genügende Festigkeit oder sind wirtschaftlich nicht vertretbar. In allen Fällen entstehen infolge der verschicdenei'i Druckkomponentcn in den zueinander senkrechten Richtungen Biegebeanspruchungen, die ein Ausbeulen an den größeren Flächen und ein Einziehen an den kleineren Flächen sowie gegebenenfalls die Gefahr eines Reißens des Materials hervorrufen.
937 815
Aus der schweizerischen Patentschrift 411 703 ist ein Tank aus glasfaserverstärktem Polyester-Kunststoff bekannt, der etwa die Form eines abgeflachten Quaders besitzt und aus einem oberen und unteren deckelartigen Teil sowie aus einer Reihe plattenartiger oder winkelförmiger Teile zusammengesetzt ist. Bei diesem im Bereich seine; Kanten abgerundeten Behälter sind die einzelnen, rechtwinklig abgebogenen Teile miteinander verklebt, wobei die miteinander verklebten, senkrecht zur Tankfläche stehenden Kanten Versteifungsstege bilden. In den ebenen Wandungen dieses Behälters treten naturgemäß starke Biegebeanspruchungen auf, denen nur dadurch entgegengewirkt werden kann, daß die Behällerwandun- •i:n allseitig stark versteift werden. Dies hat aber wiederum eine gcwichtsmäßie schwere, schwierig herzi.Mellende und unwirtschaftliche Konstruktion zur I . -ige.
AuN der Zeitschrift > < Kunst' toffberater« August 1ud4. Seite 570. ist des weiteren ein kubischer Behalte aus glasfaserverstärkten Kunststoffen bekannt, bei tLü! die die beiden Seitenwände verbindenden oberer b' ά unteren Wandungsteile ebenso wie die Stirnfläche:! des Behälters eben ausgeführt sind. Um bei Iiκ-hi" oder weniger hohem Innendruck ein Ausbeulen eier Wandungen zu verhindern, ist dieser bekannte IJ..halter allseitig doppelwandig ausgeführt, was jedoch infolge der dreidimensionalen Versteifung wiederum zu gewichlsmäßig schweren und schwierig herzustellenden Konstruktionen führt.
Aufgabe der F.rfindung ist es. die erwähnten Schwierigkeiten zu beheben und auf wirtschaftliche Weise herstellbare KunststoiTbehälter mit genügender Festigkeit, insbesondere Beulfestigkeit, zu ermöglichen, die auch ein Abweichen von der kreiszylindi Sehen Form zulassen und trotz dieses Abweichens auch Innendrücken von z. B. 1 atü und darüber durch höhere Biegesteifigkeit und Au^bculfestigkeit gewachsen sind.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die einander gegenüberliegenden, je zu im wesentlichen in sich starren Wänden versteiften großen Seitenwände durch zylindrisch gewölbte Boden- und Deckenteile miteinander verbunden sind, deren Wölbungshalbmesser so gewählt ist, daß in den gewölbten Boden- und Deckentcilen mindestens nahezu nur Zugkräfte auftreten, d. h. eine an der Übergangsstelle von den Seitenwänden in die gewölbten Boden- und Deckenteile angreifende Resultierende der an dieser (jbergangsstelle angreifenden, durch den Innendruck erzeugten Kräfte etwa in der Ebene der Seitenwände liegt.
Durch diese Maßnahmen wird insbesondere erreicht, daß infolge der Versteifung der einander gegenüberliegenden großen Seitenwände ausschließlich durch die gewölbten Boden- und Deckenteile die auf die Scitcnwände wirkenden Innendrücke ganz oder im wesentlichen ganz von diesen Boden- und Dcckenteilen aufgenommen werden, während die Endteile im wesentlichen vcn der Aufnahme dieser Kräfte entlastet sind. Die Größe der Wölbung kann hierbei durch Versuche oder auf Grund der Formeln für die statischen Beanspruchungen von zylindrischen Behältern festgestellt werden. Es 'üßt sich hierdurch erreichen, daß die Ausbeulungen, die bei den etwa auf bisherige Weise hergestellten Kunststoffbehälter!! im Bereich der Seitenwände auftreten, bzw. die Einbeulungen im Bereich der Boden-, Decken- und Endteile ganz oder im wesentlichen ganz ausgeglichen werden. Die die Seitenwände auseinanderdrückenden Kräfte stehen hierbei mit den nach Art einer Membranwirkung erzeugten Zugkräften in den gewölbten verbindenden j Wandungsteilen im Gleichgewicht, und Verformungen des Behälters werden praktisch vollständig vermieden.
Bei einem in praktischen Abmessungen liegenden Behälter mit einem Verhältnis von Höhe zu Breite
ίο von ungefähr 2 : 1 beträgt der Wölbung'.halbmesser ungefähr ' 3 der Behälterhöhe.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die Seitenwändc des Behälters durch zu ihnen innen und im Abstand parallel verlaufende zusätzliche Ver-
steifungswände versteift, welche mit den Seitenwänden ganz oder teilweise Hohlwände bilden, so daß sie einer praktisch vollständig biegesie'fen Wand gleichkommen.
Der Behälter kann au-> mehreren i eilen verklebt sein. Eine bevorzugte Ausführungsform besieht darin, daß der Behälter aus zwei sehai.nförmigen. je eine Seitenwand umfassenden Teil zusammengesetzt ist. Vorzugsweise sind hierbei beide Teile gleich groß und gleich geartet, so daß sie in der gleichen Preßform
hergestellt werden können. Sie können sich hierbei gegenseitig überlappen und an den überlappenden Kanten miteinander verklebt oder in sonstiger Weise miteinander verbunden sein. Um sie hierbei als gleiche Teile herstellen zu können, von denen das eine Teil das andere deckclartig übergreift, sind vorzugsweise beide Teile zunächst mit dem übergreifenden Rand versehen, wobei jedoch vor dem Zusjn · mensetzen beider Teile zu dem Bl halter an einem der beiden Teile der Rand entfernt wird.
Die Herstellung des Behälteis aus zwei schalenfönnigen Teilen, die sich im Bereich der gewölbten Boden- und Deckenwände übergreifen, insbesondere dann, wenn sie in der Mittelebene des Behälters erfolgt, hat vor allem den wesentlichen Vorteil, dal!
die hierbei gebildete Naht in einem Bereiche des Behälters sich befindet, in der nur Zugkräfte wirken. Dieses wirkt sich einerseits auf das Behältermaterial selbst, aber ebenso nuch auf das zum Verkleben der beiden Teile dienende Material besonders uinstig aus, da die Zugkräfte von dem Kunststoffmaterial b/w. dem Klebeharz aufgenommen werden, eine Abschälvvirkung desselben infolge einer Biegebeanspruchung dagegen vermieden wird. Außerdem wirkt die sich überlappende Naht versteifend gegen ein Einziehen
ς0 der gewölbten Boden- und Deckenteile.
In einer bevorzugten Aiuführungsform der F.rfindung sind die Seitenwände nach innen eingebuchtet, wobei die Einbuchtungen durch die außen aufgebrachten zusätzlichen Versteifungswände zu Hohlräumen geschlossen sind. Doch können gegebenenfalls auch nach innen eingebuchtete wannenförmige zusätzliche Wandungsteil vorgesehen sein, welche die etwa ebenen oder gegebenenfalls mehr oder weniger gewölbten Seitenwändc auf deren Innenseite
zu Hoiilwänden versteifen. Die durch die Hohlwände gebildeten Hohlräume können hierbei gegen den unter Innendruck stehenden bzw. zu bringenden Innenraum des Behälters dicht abgeschlossen sein oder auch mit diesem in Verbindung stehen, so daß sie einen Teil des Innenraumes bilden. Auch können sie mit Schaumstoff oder anderem Füllstoff, etwa zur Wärmeisolierung oder zur weiteren Versteifung, gefüllt sein.
Die zur Versteifung dienenden Aus- oder Einbuchtungen gehen vorzugsweise mit flachgcneigten Schrägflachen mit möglichst großen Übergangsradien in die Behälterwandungen über. Es hat sich gezeigt, daß hierdurch für Kunststoff besonders günstige, eine Reißgefahr besonders wirksam unterbindende Übergänge geschaffen werden.
AIr, Material für den Kunststoffbehälter wird zweckmäßig ein glasfaserverstärkter Kunststoff verwendet. Es ist auch nicht unbedingt notwendig, daß die zusätzlichen Versteifungswandteile mit den Behälterwandungen Hohlwände bilden, u. U., insbesondere bei kleineren Innendrücken, genügt es auch, wenn zur Versteifung der Seilenwandungen stegartige Wandteile oder auch Sic1' ^n in den z. B. ausgebuchteten Scitenwandungen vorgesehen sind.
Zur Erhöhung der Festigkeit der Verbindungsnaht kann diese, insbesondere auf der Innenseite des Behälters, durch zusätzliche Kunststoffstreifen überdeckt sein, die ihrerseits mit den zu verbindenden Wandteilcn verklebt sind.
Weitere Einzelheiten der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispiclcn zu entnehmen. Hierbei zeigt
F i g. I die Seitenansicht eines Behälters,
F i g. 2 die Längsansicht des Behälters nach F i g. 1, Fig. 3 die Draufsicht auf den Behälter nach F i g. 1,
F i g. 4 einen Schnitt durch die Behälternaht entsprechend dem Kreis 4 in F i g. 2 in größerem Maßstäbe,
Fig. 5 einen Schnitt durch eine Seitenwandung des Behälters entsprechend dem Kreis 5 in F i g. 2 in einem der F i g. 4 entsprechenden Maßstabe,
Fig. 6 und 7 Querschnitte von zwei Alternativen für die Ausbildung des Behälters und
F i g. <S einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform des Behälters.
Bei eier Ausführungsform des etwa flache Quaderform besitzenden Behälters nach Fig. 1 bis 5 ist der Behälter aus den beiden schalenförmigen, vorzugsweise aus glasfaserversteif tem Kunststoff bestehenden Hälften A und B mit einer etwa in der Mittclebcnc m-m liegenden Naht zusammengesetzt. Der Behälter als Ganzes weist eine Hohe .v und eine Breite γ auf. Die einander gegenüberliegenden großen Scitenwändc Ax bzw. Bx des Behälters sind miteinander durch die verbindende Umfangswand C mit den Decken- und Bodenteilen ax. ft, bzw. «... ft3 und den Endteilen «.,, b„ bzw. av b. verbunden. Die Boden- und Deckenteile sind im Querschnitt etwa zylindrisch gewölbt.
Der Behälter ist /.. B. mit vier Füßen 10. die paarweise durch einen Versteifungssteg 11 miteinander verbunden sind, auf dem Boden abgestützt. Einfüllstutzen 12 und Abfüllstutzen 13 sind zweckmäßig in der Mittelebene m-m des Behälters etwa im versteifenden Nahtbereich desselben angeordnet. Füße und Stutzen sind vorzugsweise ebenfalls aus Kunststoff gefertigt.
In der Ausführungsform nach Fig. 1 bis 5 werden die Scitenwandungen A, bzw. Bx des Behälters durch Wandteile mit nach innen gerichteten Einbuchtungen 14 gebildet, von denen z. B. jeweils fünf auf jeder Behälterseite vorgesehen sind, die sich parallel nebeneinander vertikal erstrecken. Jede der Einbuchtungen geht vorzugsweise allseitig mit schrägen Wandungen 14a und großen Abrundungen innen und außen in die Außenwandung 15 des Behälters über, an die sich mit Abrundung die Deekcnteile «,. />, usw. anschließen. Der Winkel \, unter dem die Schrägwandungen 14« zu den Wandungen 14 bzw. 15 geneigt sind, liegt zweckmäßig im Bereiche von etwa 30 und soll 45 nicht überschreiten. Die Ausbuchtungen 14 sind auf jeder Seite des Behälters durch eine Kunststoffplatte 16 überdeckt, die mit der Bchältcrwandung 15 durch Klebcmaterial, insbesondere Klcbeharze verbunden sind, wie dieses bei 17 in Fig. 5 angedeutet ist. Es ίο werden dadurch Hohlräume 18 zwischen den Wandungen 14 und 16 bzw. Hohlwände erzeugt, die den in horizontaler Richtung wirkenden Innendrücken Pn ein hohes Widerstandsmoment entgegensetzen, derart, daß sie mindestens im Querschnitt je wie eine starre Einheit wirken, die durch die Drücke P,, als Ganzes nach außen gedrückt, nicht aber — wie bei unvcrstciften Seitenwänden — nach außen ausgeheult werden.
Wie des weiteren Fig. 4 für die Deckenteile α, und /?, zeigt, ist das eine dieser beiden Wandteile, in der Zeichnung />,. über die gleichzeitig die Naht der Behälterhälften enthaltende vertikale Mittelcbene m-m f'vrch einen Randteil 19 verlängert und auswärts gekröpft, derart, daß dieser Randteil 19 über den der «5 Naht benachbarten Abschnitt 20 des anderen Dcckcnteiles, in der Zeichnung av dessen dem Randteil 19 entsprechender Randteil z. B. fortgeschnitten ist. hinweggreift.
Die Fuge zwischen den beiden Behälterhälften bzw. den Deckenteilcn o, und />, wird wieder durch ein Klebcmaterial. z. B. Klebcharz21. ausgefüllt, welches die beiden Deekcnteile fest und dicht miteinander verbindet. Bei einem Behälter, der größere Kräfte aufnehmen muß. überdeckt zweckmäßig ein zusätzlicher Kunststoffstreifen 22 die Nahtfuge zwischen den beiden Deckcnteilen des Behälters auf dessen Innenseite und ist mit den Deckenteilcn verklebt.
Der Krümmungsradius r der gewölbten Decken- und Bodenteile ar />, bzw. «.„ /?., ist derart gewählt. daß diese Teile nur oder praktisch nur auf Zug beansprucht werden, d. h.. es steht die Neigung zum Einziehen oder Einbeulen der Decken- und Bodenteile durch die auf die Scitenwändc wirkenden größeren horizontalen Kräfte P1 mit der Neigung zum Ausbeulen durch die unmittelbar auf dio Decken- und Bodenteile wirkenden vertikalen Kräfte /\ des Inne-v druckes im Gleichgewicht. Die erforderliche Wölbum der Decken- und Bodenteile bzw. deren Krümmungsradius ergibt sich hierbei aus den Abmessungsvcr hältnissen des Behälterquerschnittes nach den be kannten statischen Formeln für kreiszylindrische Be halter. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispie1 mi einem Verhältnis der Behälterhöhe χ zur Behälter breite y von 2 zu 1 ist der Krümmungsradius r unge fähr V3, wobei eine Wandstärke von etwa 4 bis 5 mn vorausgesetzt wird.
Statt daß die Wandung der Behälterhälften cntspre
chend F i«. 1 bis 5 nach innen gekröpft ist und di Einwärtskröpfungen durch eine zusätzliche Verstei fungsplatte überdeckt werden, kann auch gemäl
Fig. 6 die Seitenwandung Ax bzw. Bx als Teil de
Behälterhälfte A bzw. B im wesent'ichen eben aus gebildet sein, während die Versteifung auf der Innen seite des Behälters durch eine zusätzliche Wand 11< erfolgt, die durch Schrägwandungen 114 a an di Wand 116 anschließen.
Gegebenentall·", können auch die einzelnen Au; buchtungen 14 je durch gesonderte Plattentcile abgc
ff
deckt werden, doch ist eine gemeinsame Abdeckung aller Ausbuchtungen einer Behälterseite durch eine durchgehende Platte 16 für die Steifigkeit des Behälters wirksamer und vorteilhafter. Sinngemäß gleiches gilt auch für die Ausbuchtungen 114 beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 6, die ein gemeinsames Ver- »teifungsteil oder voneinander getrennte Versteifungsteile bilden können.
Beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 7 ist der Behälter aus zwei gleichen Teilen A, B mit schräger Naht «ι,-/», zusammengesetzt. Zur weiteren Versteifung der Seitenwände A1, B1 sind die inneren Wandungsteile 114 mit den äußeren Wandungsteilen 116 durch zusätzliche Versteifungselemente 123 verbunden.
Auch sonst können die Versteifungen in anderer Weise ausgebildet sein; beispielsweise kann eine durchgehende Ein- oder Ausbuchtung vorgesehen sein, die nach außen oder innen durch ein oder mehrere zusätzliche Wandteile zu Hohlwänden ausgebildet und durch einzelne innere Stege gegeneinander versteift ist. Ferner brauchen die Seitenwandungen A, und B1 keine ebenen Wände zu bilden; sie können beispielsweise auch leicht nach außen gewölbt sein.
Sofern erforderlich, kann der Behälter aus ungleichen oder aus mehreren Teilen, insbesondere jedoch schalenförmig, zusammengesetzt sein. Eine solche Unterteilung kommt insbesondere für Großbehälter in Frage, bei denen eine Herstellung aus nur zwei Teilen auf Fertigungsschwierigkeiten stößt. Soweit
ίο möglich, ist jedoch eine Bauart aus zwei schalenförmigen Hälften, wie sie in den Figuren dargestellt ist, für die Aufnahme der Kräfte in der Regel am günstigsten.
Fig. 8 zeigt des weiteren einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform, bei der die Seitenwände, z. B. Av durch Innenwandteile 214 versteift sind, die ihrerseits durch eine durchgehende Platte 224 miteinander versteift sind, so daß Hohlräume 18 und 18 a gebildet werden. Diese sind, wie dieses auch bei anderen
ao Ausführungsformen mit Hohlwandungen vorgesehen sein kann, mit einem Füllstoff, z. B. Syropor od. dgl., gefüllt.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
309511/250

Claims (10)

Patentansprüche:
1. Kunststoffbehälter, insbesondere Heizöl-Behälter, welcher etwa die Gestalt eines abgeflachten Quaders mit einander gegenüberliegenden großen Seitenwänden und im Vergleich dazu kleinen Boden-, Decken- und Endteilen besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß die einander gegenüberliegenden, je zu im wesentlichen in sich "> starren Wänden versteiften großen Seitenwändc (A1, Bx) durch zylindrisch gewölbte Boden- und Deckenteile (ax, O1; a.,, 6.,) miteinander verbunden sind, deren Wölbungshalbmesser (r) so gewählt ist. daß in den gewölbten Boden- und Deckenteilen (u, />,, a:l, h:i) mindestens nahezu nur Zugkräfte auftreten, d. h eine an der Übergangsstelle \on den Seitenwänden (Av Bx) in die gewölbten Boden- und Deckenteile angreifende Resultierende der an dieser Übergangsstelle angreifenden, durch den Innendruck erzeugten Kräfte etwa in der Ebene der Seitenwände [A , Isx) liegt.
2. Kunststoffbehälter nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der Wölbungshalbmesser (;) bei einem Verhältnis von Höhe (.v) zu Breite (v) des Behälters von ungefähr 2 zu 1 ungefähr ' .1 d. r Behälterhöhe (λ) ist.
3. Kunststoffbehälter, ir besondere Heizöl-Behälter, welcher etwa d;e Gestalt eines ahgefiaehten Quaders mit einander gegenüberliegenden großen Seitenwänden und im Vergleich dazu kleinen Boden-, Decken- und lindteilen besitzt, und insbesondere nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, d'iß die großen Seitenwände (A1, Bx) dureh zu ihnen innen und im Abstand parallel verlaufende zusätzliche Versteifungswände (14. 114) zu starren Wänden versteht sind.
4. Kunststoffbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter aus zwei — vorzugsweise gleichen — schalenförmigen. je eine Seitenwand (.I1, Zf1) sowie je einen Teil der gewölbten Boden- und Dekkenteile (ox, bx, «.,, b.t) und Enciteile (a.„ b.„ av b4) umfassenden Teilen (A. B) zusammengesetzt und verklebt ist, wobei die Teilungsebene parallel oder schräg zu den Seitenwänden durch die genannten gewölbten Wandungsteile hindurchgeht.
5. Kunststoffbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Verstufungswände (14, 114) mit den Seitenwänden (A,, Bx) des Behälters ganz oder teilweise Hohlwände bilden.
6. Kunststoffbehälter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwände (A1, Bt) ein- oder ausgebuchtet und die Ein- oder Ausbuchtungen (14) durch die außen aufgebrachten zusätzlichen Versteifungswände (16) zu Hohlräumen (18) geschlossen sind.
7. Kunststoffbehälter nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitcnwandungen (Ax, Bx) mehrere nebeneinanderliegende Einocier Ausbuchtungen (14) aufweisen und diese durch eine außen aufgebrachte, durchgehende zusätzliche Versteifungswand (16) geschlossen sind.
8. Kunststoffbehälter nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume (18) in an sich bekannter Weise mit Füllstoff, z. B. Styropor od. dgl., gefüllt sind.
9. Kunststoffbehälter nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß dis Wandungen (z. B. a,, bx) der Teile (A, B) an ihren Rändern (19,20) einander überlappen und die Fuge zwischen den beiden Wandungsteilen (J1, bx) durch einen Kunststoff-Streifen (22) überdeckt ist, wobei vorzugsweise die Fuge zwischen den Vi'andungsteilen (av bx) bzw. dem überdeckenden itreifen (22) durch Klebeharz (21) ausgefüllt ist.
10. Kunstsoffbehälter nach einem der Ansprüche J bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter in an sich bekannter Weise aus glasfaserverstärktem Kunststoff besteht.
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