DE20023422U1

DE20023422U1 - Druckbehälter

Info

Publication number: DE20023422U1
Application number: DE20023422U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Comat Composite Materials De GmbH
Priority date: 1997-11-04
Filing date: 2000-07-13
Publication date: 2004-05-13
Anticipated expiration: 2010-07-14

Abstract

Druckbehälter (1, 10, 20, 30, 40) zur Speicherung fester, flüssiger und/oder gasförmiger Medien unter einem Betriebsdruck oberhalb des Atmosphärendrucks, wobei der Behälter im Wesentlichen aus einem einlagigen Rohr (3) besteht, welches aus faserverstärktem, thermoplastischem Kunststoff hergestellt ist und welches mit Deckeln versehen ist, die die offenen Stirnseiten des Rohres verschließen, so dass das einlagige Rohr mit den Deckeln einen zur Speicherung des Mediums vorgesehenen Hohlraum umschließt, wobei mindestens ein Anschluss (6, 6') zum Be- und/oder Entladen vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoplastische Material, aus welchem das einlagige Rohr hergestellt ist, zu mehr als 10 Volumenprozent aus Fasern mit einer durchschnittlichen Faserlänge von mehr als 50 mm besteht.

Description

Derartige Druckbehälter sind im Stand der Technik in vielfältigen Ausführungsformen bekannt und sie müssen den mechanischen Beanspruchungen durch Innen- bzw. Außendruck, sowie den weiteren mechanischen, physikalischen (Temperatur) und chemischen Belastungen standhalten. Ein gängiges Material zur Herstellung entsprechender Druckbehälter ist Stahl. Stahlbehälter bestehen zumeist aus einem zylindrischen Tank mit einer Bodenplatte oder -kappe und einem Deckel, der im allgemeinen ähnlich ausgebildet ist wie eine entsprechende Bodenkappe, insbesondere wenn der Druckbehälter in horizontaler Lage (mit horizontaler Achse) aufbewahrt bzw. gehaltert wird.
Solche Stahlbehälter haben grundsätzlich den Vorteil einer hohen mechanischen Festigkeit und damit einer hohen Druckfestigkeit und auch einer guten Temperarturbeständigkeit. Dagegen ist die chemische Beständigkeit von Stahl gegenüber korrosiven Substanzen eher schlecht und aus diesem Grunde sind Stahlbehälter im allgemeinen nicht für die Aufnahme chemisch aggressiver Medien geeignet, oder aber sie müssen eine aufwendige innere Beschichtung erhalten. Auch gegenüber äußeren Witterungseinflüssen sind Stahlbehälter relativ anfällig, so daß eine zusätzliche äußere Beschichtung bzw. Lackierung vorgesehen werden muß. Schließlich haben Stahlbehälter ein relativ hohes Gewicht und die Herstellung durch Zusammenschweißen von Deckeln und zylindrischem Hauptteil ist relativ aufwendig.
Falls statt Stahl ein anderes Metall verwendet wird, welches eine bessere chemische Beständigkeit und Korrosionsfestigkeit aufweist, so sind diese anderen Metalle häufig teuerer, schwerer zu verarbeiten oder beides.
Auch Druckbehälter aus Faserkunststoffverbunden mit duromeren Matrixsystemen sind bereits bekannt.
Als Beispiel, befaßt sich das europäische Patent EP-0.810.081 A1 mit einem „Pressure Vessel and Method of Manufacturing Same". Hierbei wird beschrieben, wie eine geschlossene Hüllschicht, die aus Kunststoff besteht, im Faserwickelverfahren mit einem Faserkunststoffverbund umhüllt wird. Ein ähnliches Behälterprinzip wird im europäischen Patent EP-0.333.013 A1 „Pressure Vessels" beschrieben. Auch in diesem Falle wird eine Hüllschicht mit Fasern derart umgeben, daß die Verstärkungshülse den mechanischen Beanspruchungen standhält.
Die internationale Veröffentlichung WO 92/20954 „glass-fibre-reinforced plastic container, method and apparatus for manufacturing such container" beschreibt einen glasfaserverstärkten Behälter und ein Verfahren zu dessen Herstellung, wobei sich der Behälter aus zwei Halbschalen zusammensetzt, die im zylindrischen Bereich durch Verkleben miteinander verbunden werden. Die Halbschalen werden im Harzinjektionsverfahren anhand von Formwerkzeugen hergestellt, wobei duromere Kunststoffe eingesetzt werden. Aufgrund der Halbschalentechnik ist eine Variation der Behälterlängen nur mit hohem Aufwand (neues Werkzeug) möglich.
Andere bekannte Bauarten sehen den Einsatz von Hülsen aus Faserkunststoftverbund vor, die in Teilbereichen an einer Hüllschicht angeordnet sind, wobei die Faserausrichtung der Hülse vornehmlich in Umfangsrichtung erfolgt. Die Hüllschicht nimmt dabei die entstehenden Kräfte in Längsachse des Behälters auf, während die Hülse die Kräfte in Umfangsrichtung des Behälters aufnimmt.
Die DE 39 22 577 A1 offenbart einen Druckluftbehälter aus faserverstärktem Kunststoff, der einen zylindrischen Mittelabschnitt und zwei durch Klebung längs eines Überlappungsbereichs damit verbundene Deckel aufweist. Der Mittelabschnitt ist dabei ein Wickelteil und die Deckel sind Preßteile.
Alle bisher bekannten Bauarten und Herstellungsmethoden von Kunststoffdruckbehältern sind entweder zu aufwendig und damit zu kostenintensiv in der Herstellung, halten den Anforderungen bezüglich Dichtigkeit oder mechanischer Beanspruchung nicht stand, sind zu schwer oder weisen optisch ungenügende Außenoberflächen auf. Fertigungsbedingt sind zudem bei den meisten Druckbehältern die Anschlüsse zum Be- und/oder Entladen zentrisch am Behälterboden angebracht.
Gegenüber diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Druckbehälter zu schaffen, der relativ einfach herzustellen ist, ein geringes Gewicht und eine sehr gute Korrosionsfestigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen chemisch aggressive Medien hat, dabei aber dennoch den mechanischen Belastungen durch die üblichen hohen Betriebsdrücke bis zu 25 Mpa standhält.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Druckbehälter im Wesentlichen aus einem einlagigen Rohr besteht, welches wiederum aus faserverstärkten, thermoplastischen Kunststoff hergestellt ist und welches mit Deckeln versehen ist, die die offenen Stirnseiten des Rohres verschließen, so daß das einlagige Rohr mit den Deckeln einen zur Speicherung des Mediums vorgesehenen Hohlraum umschließt, wobei mindestens ein Anschluß zum Be- und/oder Entladen vorgesehen ist, wobei das thermoplastische Material, aus welchem das einlagige Rohr hergestellt ist, zu mehr als 10 Volumenprozent aus Fasern mit einer durchschnittlichen Faserlänge von mehr als 50 mm besteht.
Faserverstärkte thermoplastische Kunststoffe und deren Anwendung auf verschiedenen technischen Gebieten sind seit langem bekannt. Für Druckbehälter sind derartige faserverstärkte, thermoplastische Kunststoffe bisher nicht oder jedenfalls nicht in nennenswertem Umfang verwendet worden. Zwar haben die bekannten faserverstärkten, thermoplastischen Kunststoffe je nach Auswahl des thermoplastischen Materials den Vorteil einer gewissen chemischen Beständigkeit und Korrosionsfestigkeit, allerdings waren bisher die mechanischen Eigenschaften der üblicherweise verwendeten thermoplastischen Kunststoffe mit Faserverstärkung noch so unzureichend, daß bei der Herstellung von genügend druckfesten Behältern aus derartigen Materialien praktisch keinerlei Vorteile zu erzielen gewesen wären. Insbesondere hätte man für eine ausreichende Druckfestigkeit nur relativ teure und schwere Kunststoffe und überdies nur mit einer relativ großen Wandstärke verwenden können, so daß vor allem aufgrund der größeren Wandstärke keinerlei Gewichtsvorteile mehr gegenüber entsprechenden Druckbehältern aus Stahl oder anderen Metallen bestanden. Auch die Kosten für entsprechende Massen an thermoplastischem, faserverstärktem Material sind entsprechend hoch, so daß sich derartige Materialien jedenfalls für Druckbehälter bisher nicht durchgesetzt haben.
Die Erfinder des vorliegenden Anmeldungsgegenstandes haben jedoch herausgefunden, daß sich die Wandstärken des thermoplastischen Materials für Druckbehälter beträchtlich reduzieren lassen, wenn man das thermoplastische Material mit. mindestens 10Vol.-% an Fasern füllt, die im Durchschnitt eine Länge von mindestens 50 mm haben. Die für Druckbehälter vor allem wichtige Zugfestigkeit des thermoplastischen Materials wird offenbar durch die im Durchschnitt relativ langen Fasern beträchtlich gesteigert. Gleichzeitig ist die Herstellung eines wesentlichen Teiles des Druckbehälters in Form eines Rohres besonders einfach, da Rohre in relativ großen Längen extrudiert werden können und dann lediglich auf eine gewünschte Länge abgeschnitten zu werden brauchen, um als zylindrischer Hauptteil eines Druckbehälters Verwendung zu finden.
Die auf die beiden Enden eines solchen Rohrabschnittes aufzusetzenden Deckel bestehen vorzugsweise ebenfalls aus einem faserverstärkten, thermoplastischen Material, vorzugsweise weisen sie dasselbe thermoplastische Matrixmaterial auf wie das Rohr. Dies ermöglicht ein sehr einfaches und sicheres Verschweißen von Deckel und Rohr. Im übrigen sind die Merkmale bevorzugter Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Druckbehälters in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 13 wiedergegeben. Die erfindungsgemäßen Druckbehälter aus Faserkunststoffverbunden stehen herkömmlichen Stahl – oder Aluminiumbehältern hinsichtlich drucktechnischer Eignung in nichts nach, bieten darüberhinaus jedoch entscheidende Vorteile, wie geringes Gewicht und erhöhte Korrosionsbeständigkeit. Durch geeignete Kombination eines Kunststoffes als Matrix mit hochfesten Fasern als Verstärkung gelangt man zu einem vielseitigen Werkstoff, wobei sich durch die Wahl eines geeigneten Verstärkungsaufbaues maßgeschneiderte Werkstoffeigenschaften einstellen lassen.
So hat es sich zum Beispiel als für Druckbehälter besonders günstig erwiesen, wenn die Ausrichtung der Fasern innerhalb der thermoplastischen Matrix nicht vollständig zufällig ist, sondern wenn eine bestimmte Vorzugsrichtung ausgebildet wird, die im Mittel eine stärkere Ausrichtung in Umfangsrichtung zeigt. Besonders bevorzugt ist eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Druckbehälters, bei welchem das den Hauptteil des Druckbehälters bildende Rohr aus einem faserverstärkten Kunststoff besteht, bei welchem die Fasern, Bemittelt über einen Quadranten zwischen 0° und 90° relativ zu der Rohrachse oder einer Parallelen hierzu einen Ausrichtungswinkel im Bereich von 45° bis 65°, vorzugsweise von 50° bis 60° und insbesondere etwa 54° bis 55° ergibt.
Als Matrixwerkstoffe eignen sich zum Beispiel Polyethylen, Polypropylen, Polyamid, Polyketon, Polyvinylchlorid, Poly-4-methylpenten-1, Polyacetal, Polymethylmethacrylat, Polystyrol, Styrol/Acrylnitril-Copolymer, Polycarbonat und/oder Acrynitrilbutadienstyrol, wobei diese Aufzählung nicht vollständig ist.
Geeignete Fasern sind Glasfasern, Aramidfasern, Kohlenstoffasern, Metallfasern, Keramikfasern und/oder Polymerfasern oder auch Naturfasern.
Zweckmäßigerweise hat das Rohr einen kreisförmigen Querschnitt. Würde man nämlich einen nicht kreisförmigen Querschnitt für das Rohr vorsehen, so würde sich die Wand eines aus einem solchen Rohr hergestellten Druckbehälters bei Druckbeaufschlagung mehr oder weniger stark verformen in Richtung des zylindrischen Querschnittes, da die Zylindertorm bei gegebenem Rohrumfang das größte Volumen bietet.
Entsprechend sind auch die das Rohr an beiden Enden verschließenden Deckel kreisförmig ausgebildet, können dabei jedoch sowohl nach innen als auch nach außen gewölbt sein. Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei welcher der Deckel einen Rohransatz aufweist, dessen Durchmesser auf den Querschnitt des den Hauptteil des Druckbehälters bildenden Rohres angepaßt ist, vorzugsweise in der Weise, daß der Rohransatz teleskopartig , gegebenenfalls auch unter Presspassung in das den Hauptteil des Druckbehälters bildende Rohr einsteckbar ist. Die Überlappungslänge des Rohransatzes mit dem Rohr beträgt dabei vorzugsweise zwischen 5 und 100 mm und der Rohransatz wird mit dem Rohrende, in welches er eingesteckt ist, möglichst großflächig verschweißt. Dies kann zum Beispiel durch, Reibschweißen, Spiegelschweißen, Ultraschallschweißen oder dergleichen geschehen.
Alternativ können Deckel und Rohr selbstverständlich auch miteinander verklebt werden. Ebenso könnte ein Deckel mit Rohransatz auch ein Gewinde an dem Rohransatz oder eine Art Bajonettverschluß aufweisen mit entsprechenden Gegenstücken an dem den Hauptteil des Druckbehälters bildenden Rohr. In diesem Fall ist allerdings das zusätzliche Anordnen einer Dichtung zwischen zwei einander berührenden und vollständig umlaufenden Flächen des Deckels und des Rohres zweckmäßig oder erforderlich.
Die Deckel können Spritzguß- oder Preßteile sein und bestehen vorzugsweise, wenn auch nicht zwingend erforderlich, ebenfalls aus einem faserverstärkten Kunststoff, wobei allerdings die Fasern in den Deckeln auch eine geringere Länge haben können, zum Beispiel im Mittel zwischen 0 und 30 mm, und wobei die Deckel vorzugsweise eine größere Wandstärke haben und/oder an ihrer Innen- oder Außenfläche quer über die Deckelflächen verlaufende Verstärkungsrippen aufweisen.
Auch Öffnungen oder Ansatzstücke für das Be- und Entladen des Behälters sind vorzugsweise an einem der beiden Deckel des Druckbehälters vorgesehen. Wenn ein Druckbehälter aufrecht stehend verwendet werden soll, so ist es zweckmäßig, entsprechende Standfüße als Fortsätze an einem Deckel vorzusehen oder aber an der Bodenseite des Behälters einen einwärts gewölbten Deckel zu verwenden, so daß dessen Rand einen sicheren Stand für den Behälter insgesamt bietet.
Hinsichtlich des entsprechenden Verfahrens zur Herstellung eines Druckbehälters für die Speicherung fester, flüssiger und/oder gasförmiger Medien unter einem Betriebsdruck oberhalb des Atmosphärendruckes wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe gelöst durch die folgenden Schritten:

a) Herstellen eines Rohres aus einem Faserkunststoffverbund mit thermoplastischer Matrix, bei welchem die verwendeten Fasern mindestens 10 Vol.-% des Verbundmaterials ausmachen und eine durchschnittliche Länge von mehr als 50 mm, haben
b) Ablängen bzw. Abschneiden eines Rohrstückes gewünschter Länge,
c) Herstellen von Kunststoffdeckeln, welche die Enden des Rohres verschließen können und
d) Verbinden des Rohres mit den Kunststoffdeckeln derart, daß sie die Enden des Rohres dicht verschließen.

Das Rohr kann zum Beispiel durch ein Wickel- und/oder Pullwinding-Verfahren hergestellt werden. Weiterhin ist es möglich, das Rohr zunächst mit Fasern in Zufallsorientierung herzustellen und anschließend in einem weiteren Extrudierprozß das Rohr nochmals aufzuweiten, gegebenenfalls unter Erhitzung, wobei durch die Aufweitung die in der Wand des Rohres zufallsorientiert angeordneten Fasem bevorzugt in Umfangsrichtung ausgerichtet werden bzw. eine stärkere Komponente in Umfangsrichtung erhalten, um auf diese Weise die Materialeigenschaften des Rohres für die Verwendung als Wand eines Druckbehälters zu optimieren. Die relative Aufweitung des Rohres sollte dabei zwischen 10% und 50%, vorzugsweise 20% bis 30% betragen.
Weitere Aspekte der Herstellung ergeben sich aus dem abhängigen Anspruch 14, sowie auch aus den Merkmalen der fertigen Druckbehälter, wie sie durch die Ansprüche 1 bis 13 definiert werden.
Durch den Einsatz eines Rohres aus Faserkunststoffverbund mit thermoplastischer Matrix mit langen, vorzugsweise ausgerichteten Fasern wird erreicht, daß das Rohr nur ein geringes Eigengewicht aufweist. Durch den Einsatz des beschriebenen Faserkunststoffverbundes hält der Behälter den mechanischen Beanspruchungen stand und dient, z. B. mit einer inneren, faserfreien oder faserarmen Schicht, zudem als Diffusionssperre. Der Einsatz einer diffusionsdichten Hüllschicht entfällt damit. Weiterhin sind die Materialien wenig korrosionsanfällig.
Durch Herstellung des Rohres aus Faserkunststoffverbund in unterschiedlichen Längen und entsprechenden Verschluß durch die beiden Deckel können auf einfachste Weise Druckbehälter mit unterschiedlichem Fassungsvermögen gefertigt werden.
Rohr und Deckel können mit guten Außenoberflächen und optisch sehr ansprechend gefertigt werden, so daß eine nachträgliche Ummantelung oder Bearbeitung entfallen kann.
Da thermoplastisch basierte Matrixsysteme zum Einsatz kommen, können die erfindungsgemäßen Behälter, beispielsweise durch Zerkleinerung und Wiedereinschmelzen sehr gut recycliert werden.
In weiterer Ausgestaltung kann das Rohr mit einer Öffnung im zylindrischen Teil zum Be- und Entladen des Behälters versehen sein. Diese Gestaltung hat den Vorteil, daß ein Öffnungseinsatz bzw. -Stutzen in Form eines Einlegeteils vor der Montage der Deckel einfach von innen eingesetzt werden kann. Die Gestaltung hat beispielsweise den Vorteil, daß bei liegend montierten Behältern durch diese Öffnung flüssige Medien vollständig abgelassen werden können.
In weiterer Ausgestaltung kann das Rohr mehrteilig ausgebildet sein. Bei der mehrteiligen Ausgestaltung der Hüllschicht muß jedoch sichergestellt werden, daß die einzelnen Teile auf geeignete Weise gasdicht miteinander verbunden werden.
Die mehrteilige Gestaltung hat beispielsweise den Vorteil, daß ein Zwischenteil im Rohrbereich eingefügt werden kann, in dem Ablaßöffnungen integriert sind.
In weiterer Ausgestaltung kann das Rohr mit einem nach innen gewölbten Deckel ausgebildet sein. Bei der derartigen Ausgestaltung des Deckels hat beispielsweise den Vorteil, daß der Behälter einen sicheren Stand hat, ohne daß zusätzliche Standflächen angebracht werden müssen.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren können Behälter geschaffen werden, die die vorstehend beschriebenen vorteilhaften Wirkungen, Funktionen und Effekte aufweisen, auf die vollinhaltlich Bezug genommen und hiermit verwiesen wird.
Das Rohr kann beispielsweise zunächst in Form einer langen Röhre hergestellt werden. Von der entstandenen Röhre können die einzelnen Rohe in der gewünschten Länge abgetrennt werden. Bevorzugte Verfahren zur Herstellung des Rohres sind unter anderem – jedoch nicht ausschließlich – das Wickel- oder Pullwinding-Verfahren.
Bevorzugte Verfahren zur Herstellung der Deckel sind unter anderem – jedoch nicht ausschließlich – das Spritzguß- oder Preßverfahren.
Das entsprechend abgelängte Rohr wird danach mit den beiden Deckeln verbunden. Bevorzugte Verfahren zur Verbindung der Deckel mit dem Rohr sind unter anderem – jedoch nicht ausschließlich – Schweißen und/oder Kleben und/oder Formschluss, gegebenenfalls unter Anordnen bzw. Ein klemmen einer vorzugsweise eleastischen Dichtung zwischen den Dichtungsflächen des Deckels und des Rohres.
Erfindungsgemäß kann der Betriebsdruck der im Behälter gespeicherten Medien weniger als 25 Mpa (250 bar), vorzugsweise 0,1 bis 6 Mpa (1 bis 60 bar) betragen. Der entsprechende Berstdruck entspricht dabei dem mit 1,1 bis 4 multiplizierten Wert des jeweiligen Betriebsdruckes.
Die zu speichernden Medien können Luft, Sauerstoff, Stickstoff, Kohlendioxid, Propan, Erdgas, Wasserstoff oder aber andere technische Gase oder Flüssigkeiten oder dergleichen sein. Die Erfindung ist auf keine besondere Art von Speichergasen und/oder Flüssigkeiten beschränkt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann ein wie vorstehend beschriebener Behälter, der insbesondere nach einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde, zu unterschiedlichen Zwecken verwendet werden. Beispiel für mögliche Verwendungsformen sind in beispielhafter und nicht abschließender Aufzählung die Verwendung als Druckgefäß für Rettungssysteme (zum Beispiel Airbag), als Druckgefäß für Brenngase oder als Drucklufttank Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
1 einen schematischen Querschnitt des erfindungsgemäßen Behälters gemäß einer ersten Ausführungsform mit Be- und Entladeöffnungen in beiden Deckeln sowie im zylindrischen Behälterteil,
2 eine schematische Querschnittsansicht des erfindungsgemäßen Behälters gemäß einer zweiten Ausführungsform mit zentrisch angeordneten Be- und Entladeöffnungen in einem Deckel,
3 eine schematische Querschnittsansicht des erfindungsgemäßen Behälters gemäß einer dritten Ausführungsform mit zusätzlichen Be- und Entladeöffnungen im Zylinderteil,
4 eine schematische Querschnittsansicht des erfindungsgemäßen Behälters gemäß einer vierten Ausführungsform mit nach innen gewölbtem Behälterboden.
5 einen erfindungsgemäßen Druckbehälter mit einwärts gewendeten Rohrenden,
6 einen in eine Behälteröffnung eingesetzten Gewindestutzen 11,
7 eine ähnliche Detailansicht wie 6 mit einem Öffnungsstutzen bzw. Anschluß, der ein integriertes Gewinde 13 hat, und
8 eine Schnittansicht sowie eine Draufsicht auf einen Behälterdeckel 3 mit einer Sollbruchstelle 14.
In 1 ist ein Behälter 1 zur Speicherung eines Druckgases schematisch im Querschnitt dargestellt. Der Behälter 1 ist aus einem Rohr 2 aus Faserkunststoffverbund und zwei Deckeln 3 aus Faserkunststoffverbund derart miteinander verbunden, daß sie einen zur Speicherung des Gases vorgesehenen Hohlraum 5 umschließen. Das Rohr 2, das an den Enden jeweils mit einem Deckel 3 verschlossen ist, kann über die Anschlüsse 6 Be und/oder Entladen werden. Im Rohr 2 befindet sich ein weiterer Anschluß 6' zum Be- und/oder Entladen des Behälters.
In 2 ist ein schematischer Querschnitt des erfindungsgemäßen Behälters gemäß einer zweiten Ausführungsform dargestellt, wobei der Behälter 10 aus einem Rohr 2 aus Faserkunststoftverbund und zwei Deckeln 3 und 4 aus Faserkunststoftverbund besteht, die derart miteinander verbunden sind, daß sie einen zur Speicherung des Gases vorgesehenen Hohlraum 5 umschließen. Das Rohr 2, das an den Enden jeweils mit einem Deckel 3 und 4 verschlossen ist, kann über den zentrisch angeordneten Anschluß 6 Be- und/oder Entladen werden.
In 3 ist ein schematischer Querschnitt des erfindungsgemäßen Behälters gemäß einer dritten Ausführungsform dargestellt, wobei der Behälter 20 aus einem zweiteilig ausgebildeten Rohr 2 ausgestaltet ist. Ein Zwischenteil 7 mit einem Anschluß 6 zum Be- und/oder Entladen ist mit dem Rohr 2 verbunden. Zwei Deckel 3 und 4 sind derart mit dem Rohr 2 und dem Zwischenteil 7 verbunden, daß sie einen zur Speicherung des Gases vorgesehenen Hohlraum 5 umschließen. Weitere Anschlüsse 6 zum Be- und/oder Entladen des Behälters befinden sich in dem Deckel 3.
In 4 ist eine schematische Querschnittsansicht des erfindungsgemäßen Behälters gemäß einer vierten Ausführungsform dargestellt, wobei der Behälter 30 aus einem Rohr 2 aus Faserkunststoffverbund und zwei Deckeln 3 und 8 aus Faserkunststoftverbund besteht, die derart – miteinander verbunden sind, daß sie einen zur Speicherung des Gases vorgesehenen Hohlraum 5 umschließen. Das Rohr 2, das an den Enden jeweils mit einem Deckel 3 und 8 verschlossen ist, kann über den zentrisch angeordneten Anschluß 6 Be- und/oder Entladen werden. Der Deckel 8 ist mit nach innen gewölbtem Behälterboden ausgestaltet.
Wie man in den 1 bis 3 außerdem erkennt, weisen die Deckel 3, 4 jeweils einen Rohransatz 11 auf, dessen Außendurchmesser ziemlich exakt auf den Innendurchmesser des Rohres 2 abgestimmt ist und so teleskopartig in ein Ende des Rohres 2 eingeschoben werden kann. Dieser-Rohransatz 11 erweitert sich jenseits des einschiebbaren Teiles sprungartig auf einen größeren Durchmesser, vorzugsweise auf den Außendurchmesser des Rohres 2, so daß sich eine Schulter bildet, die auf der Stirnseite des Rohres aufliegt, wobei die Außenwand des Deckels in diesem Bereich bündig mit der Außenfläche des Rohres abschließt. Der in das Rohr 2 hineinragende Rohransatz 11 des Deckels hat eine axiale Länge von typischerweise 5 – 100 mm, vorzugsweise mindestens 50 mm, um eine möglichst großflächige Klebe- oder Schweißverbindung zwischen dem Rohransatz 11 bzw. Deckel 3, 4, und dem Rohr 2 herstellen zu können.
4 zeigt die Variante mit einem auf einer Seite einwärts gewölbten Deckel, so daß der äußere Rand dieses Deckels 8 als Standfläche dienen kann, der Druckbehälter 1 insgesamt also in einer gegenüber 4 um 180° verdrehten Position auf eine Unterlage bzw. dem Boden gestellt wird.
5 zeigt eine weitere Variante der Verbindung zwischen einem Rohr 2 und Deckeln 3, 4, wobei in diesem Fall das Rohr 2 mit einwärts umgebogenen freien Stirnseiten versehen ist, die man zum Beispiel durch thermische Verformung herstellen kann und wobei die Deckel von innen gegen die einwärts ragenden Abschnitte des Rohres 2 gedrückt werden und wobei dann in ähnlicher Weise eine Verschweißung oder Verklebung zwischen der Außenwand des Deckels 3, 4 und der Innenwand des Rohres 2 erfolgt. Dabei können die Deckel vor dem Ausbilden der einwärts gewendeten Rohrenden in das Rohr eingebracht werden, sie können jedoch auch nachträglich eingeschoben werden, wenn durch einseitiges Zusammenpressen bzw. Ovalisieren des Rohres 2 der Querschnitt elliptisch verformt wird, so daß die Deckel 3, 4 mit einer Kante voran in das Rohr eingeschoben und dann in die gewünschte Position gedreht werden können. Eine gewisse elastische Verformbarkeit des Rohrs und/oder der Deckel ist dabei von Vorteil.
Die 6 und 7 zeigen in Detailansichten die Ausbildung eines Anschlußstutzens entweder mit einem eingesetzten Gewindeteil 15 oder mit einem in den Stutzen eingeformten Gewinde 13. Zusätzlich sind in Längs- und Querrrichtung (d.h. parallel zur Papierebene und senkrecht hierzu) verlaufende Rippen 12 zur Verstärkung des Deckels 3 bzw. 4 vorgesehen.
In 8 ist schematisch noch eine Sollbruchstelle 14 in Form einer U-förmigen, nutartigen Vertiefung in dem Deckel dargestellt, die sicherstellen soll, daß im Falle eines womöglich auftretenden Überdrucks in dem Behälter das Medium kontrolliert durch die Sollbruchstelle entweicht, ohne das der Behälter insgesamt explodiert.

Claims

Druckbehälter (1, 10, 20, 30, 40) zur Speicherung fester, flüssiger und/oder gasförmiger Medien unter einem Betriebsdruck oberhalb des Atmosphärendrucks, wobei der Behälter im Wesentlichen aus einem einlagigen Rohr (3) besteht, welches aus faserverstärktem, thermoplastischem Kunststoff hergestellt ist und welches mit Deckeln versehen ist, die die offenen Stirnseiten des Rohres verschließen, so dass das einlagige Rohr mit den Deckeln einen zur Speicherung des Mediums vorgesehenen Hohlraum umschließt, wobei mindestens ein Anschluss (6, 6') zum Be- und/oder Entladen vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoplastische Material, aus welchem das einlagige Rohr hergestellt ist, zu mehr als 10 Volumenprozent aus Fasern mit einer durchschnittlichen Faserlänge von mehr als 50 mm besteht.
Druckbehälter nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Deckel ihrerseits aus einem faserverstärkten Kunststoff bestehen, wobei das Deckelmaterial Fasern enthält, deren durchschnittliche Länge im Bereich zwischen 1 und 30 mm liegt.
Druckbehälter nach Anspnuch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er mehrere, getrennte Rohrabschnitte aufweist, die jeweils durch Zwischenteile miteinander verbunden sind.
Druckbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Matrixwerkstoff des Behälters aus einem thermoplastischen Kunststoff besteht, zum Beispiel aus Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyamid (PA), Polyketon (PK), Polyvinylchlorid (PVC), Poly-4-methylpenten-1 (PMP), Polyacetal (Polyoxymethylen) (POM), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polystyrol (PS), Styrol/Acrylnitril-Copolymer (SAN), Polycarbonat (PC) und/oder Acrynitrilbutadienstyrol (ABS).
Druckbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Verstärkung organische oder anorganische Fasern, vorzugsweise Glasfasern, Aramidfasern, Kohlenstoffasern, Metallfasern, Keramikfasern und/oder Polymertasern eingesetzt werden.
Druckbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr einen kreisförmigen Querschnitt hat.
Druckbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Deckel einen rohrförmigen Ansatz aufweist, der teleskopartig mit einem der Enden des Rohres zusammensteckbar ist.
Druckbehälter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser des Rohransatzes dem Innendurchmesser des Rohres (2) entspricht.
Druckbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern des Rohres im Durchschnitt mehr in Umfangsrichtung ausgerichtet sind als in axialer Richtung.
Druckbehälter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der bezüglich einer Parallelen zur Rohrachse in einem Quadranten zwischen 0 und 90° gemittelte Ausrichtungswinkel der Fasern zwischen 45° und 65°, vorzugsweise zwischen 50° und 60° liegt.
Druckbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke des Rohres im Bereich zwischen 1 mm und 10 mm liegt.
Druckbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß er für Betriebsdrücke unterhalb von 25 Mpa (250 bar), vorzugsweise für Betriebsdrücke unterhalb von 6 Mpa (60 bar) ausgelegt ist.