DE19500319A1 - Verfahren zum Herstellen von Tanks - Google Patents

Verfahren zum Herstellen von Tanks

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Ralph Kettl
Michael Weck
Bernd Heinrich
Florian Hofbauer
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Tanks aus einem Außenbehälter aus Faserverbundwerkstoff und einem dünnwandigen Innenbehälter aus thermoplastischem Kunststoff, wobei der Faserverbundwerkstoff auf einen Liner aus thermoplastischem Kunststoff gewickelt wird.
Derartige zweilagige Tanks sind erforderlich für Anwendungen, bei denen der Tankinhalt nicht mit dem Faserverbundwerkstoff in Verbindung kommen darf. Eine solche Anwendung ist die Speicherung von Trinkwasser, welches im Sinne der bestehenden Vorschriften aus gesundheitlichen Gründen vor einem Kontakt mit Faserverbundwerkstoffen (FVW) geschützt werden muß. Dem Schutz des Trinkwassers dient der Innenbehälter aus thermoplastischem Kunststoff, der entsprechend dünn ausgebildet sein kann, da der ihn umgebende Außenbehälter die auftretenden Druck- und Gewichtsbelastungen aufnimmt.
Bei der Herstellung derartiger Tanks verwendet man bisher vorgefertigte Liner, d. h. der Innenbehälter wird zuerst durch Tiefziehen, nach einem Überdruck- Blasverfahren oder dgl. hergestellt, ggfs. zum Erzielen einer besseren Verbindung mit dem Außenbehälter oberflächenbehandelt und danach mit FVW beschichtet. Der Liner muß dabei gegen die Zugspannungen der Verstärkungsfasern im FVW stabilisiert werden, entweder mechanisch, oder indem er einem Innendruck unterworfen wird. Dabei hat sich gezeigt, daß es schwierig ist, die Dichtheit des fertigen Tanks mit Linern zu gewährleisten, die eine aus Gewichtsgründen oder zum Zwecke der Materialersparnis besonders dünne Wandstärke aufweisen.
Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, welches die Herstellung eines Tanks der eingangs genannten Art mit einem besonders dünnwandigen Liner bei gleichzeitiger Gewährleistung einer hohen Dichtheit desselben ermöglicht; das Verfahren soll außerdem einfach und kostensparend sein.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Liner durch Wickeln eines Bands aus thermoplastischem Kunststoff mit sich überlappenden Lagen hergestellt wird und daß das Zusammenschmelzen der Wickellagen zu einem dichten Innenbehälter während des Aushärtens des Faserverbundwerkstoffs erfolgt.
Bezüglich weiterer Merkmale wird auf die Unteransprüche verwiesen.
Dieses Verfahren ist weitgehend unabhängig vom Querschnitt des Linerbands. Es wird bevorzugt in einem automatischen Wickelverfahren je nach Vorschub bzw. Überlappungsgrad für jede gewünschte Wandstärke des Innenbehälters geeignet gewickelt, wobei bevorzugt dünnwandige Liner mit einer Wandstärke von etwa 0,5 mm in Frage kommen.
Der besondere Herstellungsvorteil liegt darin, daß das Linerband sowohl im selben Fertigungsverfahren als auch innerhalb eines Fertigungsgangs mit der Herstellung des FVW-Außenbehälters verarbeitet werden kann. Durch das dabei erfolgende Aufschmelzen der Linerwicklung ergibt sich eine sehr glatte Innenseite des Innenbehälters, so daß dieser beim nachträglichen Einbringen von Öffnungen auf einfache Weise und mit einfachen Dichtungsmitteln abgedichtet werden kann. Für das Aufschmelzen genügt die beim Aushärten des FVW-Außenbehälters angewandte Wärme.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt
Fig. 1 einen fertigen Tank in perspektivischer Darstellung,
Fig. 2 einen Ausschnitt aus der Tankwand vor dem Aushärten des FVW und
Fig. 3 einen Wickeldorn mit Liner.
Zur Herstellung des in Fig. 1 dargestellten Trinkwassertanks 1 im Wickelverfahren wird ein in seiner Gesamtheit in Fig. 3 schematisch dargestellter Wickeldorn 2 als formgebende Vorrichtung verwendet. Der Wickeldorn 2 ist auf einer drehbar gelagerten Antriebswelle 6 aufgenommen.
In Fig. 2 ist der Wickeldorn 2 als innerste Schicht des dort dargestellten Wickelquerschnitts gezeichnet. Über den Wickeldorn 2 wird zunächst das Linerband 3 derart gewickelt, daß sich aufeinanderfolgende Lagen überlappen. Das Wickeln des bspw. aus Polypropylen bestehenden Linerbands erfolgt zweckmäßig automatisch nach einem vorgegebenen Wickelprogramm, welches das Wickelmuster und die Zahl der Umläufe bestimmt. Entsprechend der gewählten Überlappung kann die Dicke des Liners variiert werden; ausreichend ist eine Dicke von ca. 0,5 mm, da durch das Wickelverfahren die Dichtheit des den Innenbehälter bildenden Liners 3 gewährleistet ist. Zur Verbesserung der Verbindung zwischen dem Liner und dem darüber zu wickelnden Faserverbundwerkstoff (FVW) kann ein Haftvermittler auf die Lineroberfläche aufgebracht werden, entweder in Form eines sog. Primers 4 oder durch Anwendung des bekannten Corona-Verfahrens, wodurch die Vernetzung der thermoplastischen Linerfolie mit dem Matrixmaterial im FVW verbessert wird. Als Matrixmaterial kommt beispielsweise Epoxidharz in Frage, welches mit Kohlenstoffasern verstärkt ist. Das Wickeln der FVW-Schicht 5 aus den beiden genannten Materialien erfolgt mit Hilfe derselben Wickelmaschine, ohne daß dabei eine Unterbrechung des Arbeitsablaufs erforderlich ist.
Nach dem Wickeln der FVW-Schicht, welche den Außenbehälter bildet, muß diese ausgehärtet werden. Hierzu wird der komplett gewickelte Wickeldorn in einen Härteofen verbracht, wo das Epoxidharz unter Temperatureinwirkung polymerisiert. Gleichzeitig wird bei diesem Vorgang die Erweichungstemperatur des Linerbands überschritten, so daß die Wickellagen unter Ausbildung eines einheitlichen, dichten Innenbehälters miteinander verschmelzen; gleichzeitig kommt es zu einem festen Verbund mit der darüber gewickelten FVW-Schicht.
Das Ergebnis ist ein steifer, aus einem Außenbehälter aus kohlenstoffaserverstärktem Kunststoff (KFK) und einem damit fest und unlösbar verbundenen Innenbehälter aus einem Thermoplast (hier: Polypropylen) bestehender Tank, der hohen Belastungen aus Überdruck oder Unterdruck gewachsen ist und der nach innen hin mit einer dichten Linerschicht ausgekleidet ist, durch welche gewährleistet ist, daß der Tankinhalt gegenüber jeder Einwirkung durch gesundheitsschädliche Bestandteile aus dem FVW des Außenbehälters geschützt ist.

Claims (7)

1. Verfahren zum Herstellen von Tanks (1) aus einem Außenbehälter aus Faserverbundwerkstoff und einem dünnwandigen Innenbehälter aus thermoplastischem Kunststoff, wobei der Faserverbundwerkstoff (5) auf einen Liner (3) aus thermoplastischem Kunststoff gewickelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Liner durch Wickeln eines Bands aus thermoplastischem Kunststoff mit sich überlappenden Lagen hergestellt wird und daß das Zusammenschmelzen der Wickel lagen zu einem dichten Innenbehälter während des Aushärtens des Faserverbundwerkstoffs erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das den Liner (3) bildende Band aus thermo­ plastischem Kunststoff auf einen formgebenden Wickeldorn (2) aufgebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbindung des Außenbehälters mit dem Innenbehälter ein Haftvermittler auf das Liner­ band oder den gewickelten Liner aufgebracht wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbindung des Außenbehälters mit dem Innenbehälter das Linerband oder der gewickelten Liner nach dem Verfahren der Hochspannungs­ entladung (Corona-Verfahren) behandelt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Linerband aus Polypropylen besteht.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Faserverbundwerkstoff (5) Kohlefasern mit einer Matrix aus Epoxidharz verarbeitet werden.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wickeldorn (2) nach dem Beschichten zum Aushärten des Faserverbundwerkstoffs (5) in einen Härteofen verbracht wird, wo der Faserverbund­ werkstoff polymerisiert und dabei die Erweichungstemperatur der Linerwicklung über­ schritten wird, so daß deren Wickellagen mit­ einander verschmelzen und gleichzeitig mit dem Epoxidharz des Faserverbundwerkstoffs eine Klebe­ verbindung eingehen.
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