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Die vorliegende Erfindung betrifft
einen Druckbehälter
mit Verschluss. Der Durchmesser des Druckbehälters mit Verschluss ist dabei über 100mm, der
Betriebsüberdruck
beträgt über 0,5
bar. Derartige Druckbehälter
finden beispielsweise in der Getränkeindustrie und in der Filterindustrie
Anwendung.
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Feste, flüssige oder gasförmiger Medien werden üblicherweise
in Druckbehältern
gelagert, die eine geeignete Diffusionsdichtigkeit gegen Verflüchtigung
des Mediums aufweisen und den mechanischen Beanspruchungen durch
Innen- bzw. Außendruck
sowie den weiteren mechanischen, physikalischen und chemischen Belastungen
standhalten. Die steigenden Anforderungen an die Funktions- und Leistungsfähigkeit
moderner Druckbehälter
führen oft
an die Grenzen des Potentials konventioneller Werkstoffe. In diesen
Bereichen eröffnen
neue, leistungsfähigere
Werkstoffe Möglichkeiten
der Produktentwicklung und -optimierung. Bei der Suche nach leichten,
hochfesten und biegesteifen Materialien stößt man auf die Faserkunststoffverbunde.
Durch geeignete Kombination eines Kunststoffs als Matrix mit hochfesten
Fasern als Verstärkung
gelangt man zu einem vielseitigen Werkstoff, dem Faserkunststoffverbund.
Durch die Wahl eines geeigneten Verstärkungsaufbaus lassen sich,
den Anforderungen entsprechend, maßgeschneiderte Werkstoffeigenschaften
einstellen. Druckbehälter
aus Faserkunststoffverbunden sind herkömmlichen Stahl- oder Aluminiumbehältern hinsichtlich
drucktechnischer Eignung überlegen,
bieten darüber
hinaus jedoch entscheidende Vorteile wie geringes Gewicht und erhöhte Korrosionsbeständigkeit.
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Druckbehälter mit Verschluss werden
heute überwiegend
aus metallischen Werkstoffen hergestellt. In der Getränkeindustrie
werden derartige Druckbehälter
aus Aluminium oder Edelstahl hergestellt. Diese Werkstoffe sind
weitgehend korrosionsfrei. Allerdings zeichnen sich metallische
Druckbehälter
mit Verschluss durch ihr hohes Gewicht und die aufwendige und damit
kostenintensive Großserienfertigung
aus. Eine Optimierung hinsichtlich Gewicht und Korrosionsfreiheit
stellen Druckbehälter
mit Verschluss aus Faserkunststoffverbunden mit duromeren Matrixsystemen
(GFK) dar. Die Fertigung von Druckbehältern mit Verschluss zeichnet
sich auch in diesem Werkstoff durch hohe Fertigungskosten aus.
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Alle bisher bekannten Bauarten von
Druckbehältern
mit Verschluss sind entweder zu aufwendig und damit zu kostenintensiv
in der Herstellung, halten den Anforderungen bezüglich Dichtigkeit, Korrosion oder
mechanischer Beanspruchungen nicht stand, sind zu schwer oder weisen
ungenügende
Qualität der
Außenoberflächen auf.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe
zugrunde, Druckbehältern
mit Verschluss derart weiterzubilden, daß die im Stand der Technik
genannten Nachteile vermieden werden. Insbesondere soll ein Druckbehältern mit
Verschluss mit geringem Eigengewicht und hoher Korrosionsbeständigkeit
geschaffen werden, der dennoch den mechanischen Beanspruchungen
standhält
und kostengünstig
herzustellen ist, sowie eine optisch ansprechende Außenoberfläche bietet.
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Die Aufgabe wird gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung bei dem eingangs genannten Druckbehältern dadurch
gelöst,
dass der Druckbehältern
mit Verschluss aus einem langfaserverstärktem thermoplastischen Kunststoff
besteht. Als langfaserverstärkter
thermoplastischer Kunststoff ist Material definiert, bei dem über 50%
der Fasern im Halbzeug eine Faserlänge von über 5mm aufweisen. Dieses langfaserverstärkte Halbzeug
findet Eingang in der Herstellung des Druckbehälters. Durch den Herstellungsprozeß brechen
teilweise Fasern wobei dennoch im Bauteil mehr als zehn Gewichtsprozent Fasern
mit einer Faserlänge über 3 Millimetern
vorliegen.
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In einem weiteren Aspekt der Erfindung
ist der Druckbehälter
mit Verschluss zusätzliche
mit Rippen verstärkt.
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In einem weiteren Aspekt der Erfindung
werden als zusätzliche
Verstärkung
kontinuierlich langfaserverstärkte
thermoplastische Kunststoffe in dem Druckbehältern mit Verschluss integriert.
Die durchschnittliche Faserlänge
der integrierten kontinuierlich langfaserverstärkten thermoplastischen Kunststoffe beträgt über 30mm.
Diese kontinuierlich langfaserverstärkten thermoplastische Kunststoffe
dienen zur lokalen Verstärkung.
Sie finden beispielsweise Einsatz im Bereich des Behälterboden
und des Verschlusses.
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In einem weiteren Aspekt der Erfindung
ist der mittlere Behälterteil
nicht zylindrisch sondern konisch ausgeführt.
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In einem weiteren Aspekt der Erfindung
ist der Behälterboden
kugelförmig
ausgeführt.
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In einem weiteren Aspekt der Erfindung
sind die Rippen auf der Behälterinnenseite
angebracht.
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Der Verschluss kann beispielsweise
als Bajonettverschluss, als Gewinde oder Flansch ausgebildet sein.
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Der Kunststoff, der zwischen der
Faserverstärkung
vorliegt, wird als Matrix bezeichnet. Die Matrix des Druckbehälters basiert
auf einem thermoplastischen Kunststoff, beispielsweise – jedoch
nicht ausschließlich – 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) . Die
Matrix kann natürlich
auch aus anderen oder einer Mischung thermoplastisch basierter Kunststoffe
bestehen. Der Matrixwerkstoff kann zudem organische und/oder anorganische
Füllmaterialien
aufweisen.
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Als Verstärkungsfasern können beispielsweise – jedoch
nicht ausschließlich – Glasfasern,
Aramidfasern, Kohlenstoftasern, Polymerfasern, organische Fasern,
metallische Fasern und / oder andere Fasertypen Einsatz finden.
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Die Druckbehälter mit Verschluss kann mit guten
Außenoberflächen und
optisch sehr ansprechend gefertigt werden.
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Da thermoplastisch basierte Matrixsysteme zum
Einsatz kommen, können
die erfindungsgemäßen Druckbehälter mit
Verschluss, beispielsweise durch Zerkleinerung und Wiedereinschmelzen
sehr gut recycliert werden.
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Die beschriebenen Druckbehälter mit
Verschluss hat einen Behälterdurchmesser
von über 100mm
und lässt
sich typischerweise für
Betriebsdrücke
der im Behälter
gespeicherten Medien über 0,5
bar, vorzugsweise für
Betriebsdrücke 1 bis
20 bar einsetzen. Der entsprechende Berstdruck entspricht dabei
typischerweise dem mit 1,1 bis 5 multiplizierten Wert des jeweiligen
Betriebsdruckes.
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Die zu speichernden Medien können Luft, Sauerstoff,
Stickstoff, Kohlensäure,
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.
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Mögliche
Verwendungsformen sind beispielsweise Druckbehälter in der Getränkeindustrie oder
in der Filterindustrie.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand
von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben.
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Es zeigt:
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1 eine
schematische Ansicht mit Schnitt des erfindungsgemäßen Druckbehälters mit
Verschluss (1) gemäß einer
ersten Ausführungsform, wobei
der Verschluss als Bajonettverschluss (4) ausgeführt ist.
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2 eine
schematische Ansicht mit Schnitt des erfindungsgemäßen Druckbehälters mit
Verschluss (1) gemäß einer
zweiten Ausführungsform mit
zusätzlichen
Verstärkungen
aus kontinuierlich langfaserverstärkten thermoplastischen Kunststoffen (3)
in Rippen (2).
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3 eine
schematische Ansicht mit Schnitt des erfindungsgemäßen Druckbehälters mit
Verschluss (1) gemäß einer
dritten Ausführungsform
mit zusätzlichen
Verstärkungen
aus kontinuierlich langfaserverstärkten thermoplastischen Kunststoffen
(3) in Kombination mit Rippen (2).