DE2244219C2

DE2244219C2 - Verstärkung für die Umgebung einer Wandöffnung eines mit flexiblen Wänden ausgestatteten Flüssigkeitsbehälters

Info

Publication number: DE2244219C2
Application number: DE2244219A
Authority: DE
Inventors: Robert Eugene South Bend Ind. Dorsch
Original assignee: Uniroyal Inc
Current assignee: Uniroyal Inc
Priority date: 1971-09-10
Filing date: 1972-09-08
Publication date: 1984-03-08
Also published as: AU4630472A; DE2244219A1; GB1411262A; IT974984B; JPS4836900A; FR2152227A5; AU462994B2; CA970299A; US3750730A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Verstärkung für die Umgebung einer Wandöffnung eines mit flexiblen Wänden ausgestatteten Flüssigkeitsbehälters mit um die öffnung verlaufenden Windungen aus dehnungsfestem Material.

Eine solche Verstärkung soll bei Flüssigkeitsbehältern, insbesondere flexiblen Brennstofftanks von Luftfahrzeugen im Falle des Absturzes verhindern, daß an der Stelle einer Wandöffnung ein Leck entsteht und Brennstoff in die Umgebung ausfließt. Für solche Brennstofftanks wird verlangt, daß ein mit Wasser gefüllter Tank bei einem Fall aus einer Höhe von ca. 20 m auf eine nicht nachgiebige Oberfläche ohne Riß bleibt. Ein RIß, einschließlich einer Beschädigung an oder in der Umgebung einer Wandöffnung, der Flüssigkeitsaustritt zur Folge hätte, stellt einen Mangel dar.

Es Ist eine Verstärkung eingangs beschriebener Gattung bekannt, bei der ein Verstärkungsring vorgesehen ■vlrd, den radial verlaufende Stränge umgreifen. Bei einer solchen Anordnung werden örtlich gerichtete Kräfte, wie sie bei einem Absturz auftreten können, nicht um die Wandöffnung verteilt sondern bleiben auf eine Stelle konzentriert, so daß erhebliche Bruchgefahr besteht, der man lediglich durch Überdimensionierung begegnen kann. Bei dieser Gestaltung Ist jedoch mit Rücksicht auf die begrenzte Umfangslänge des Verstärkungsrings die Anzahl der radialen Stränge nicht beliebig vergrößerbar, so daß die Möglichkelten zur Anpassung an die jeweiligen Umstände sehr eingeschränkt sind. 6S

Aufgabe der Erfindung Ist es, eine Verstärkung eingangs beschriebener Gattung so weiterzubilden, daß örtliche Kräftekonzentrationen vermieden werden und eine einfache Anpassungsmöglichkeit an die jeweiligen Anforderungen besteht.

Diese Aufgabe ist durch die gekennzeichneten Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Allein aus der Gestaltung als Scheibe ergibt sich der Vorteil, daß je nach Bedarf ohne weiteres eine Stapelung mehrerer Scheiben möglich ist. Dies erlaubt eine bessere Anpassungsmöglichkeit an unterschiedliche Bedingungen. Γο eignet sich diese Lösung insbesondere als Verstärkung von Löchern, in die starre Einsätze einzupassen sind, die zum Anschluß irgendwelcher Fülleinrichtungen oder Entleerungseinrichtungen oder andere Armaturen dienen. An solchen starren Einsetzen konzentrieren sich bei einem flexiblen Behälter die auf diesen - aus welchen Gründen auch Immer - einwirkenden Kräfte, so daß die Gefahr des Abreißens an einem solchen Einsau oder die Gefahr der Bildung einer Leckstelle besteht. Dies ist insbesondere kritisch für den Fall, daß es sich bei dem Behälter um einen flexiblen Brennstofftank handelt. Wird ein solcher Behälter ganz oder teilweise mit Brennstoff gefüllt, so dehnt er sich infolge des Innendrucks aus, wobei sich dann insbesondere bei Stoßbelastungen die Kräfte am Einsatz konzentrieren. Treten infolge der Stoßbelastung einseitig gerichtete Kräftekonzentrationen auf, sorgen die ringförmig geschlossenen Windungen für eine gleichmäßige Verteilung der Kräfte rund um den Einsatz, so daß örtliche Überdehnungen oder auch Ablösungen vermieden werden. - Solche scheibenförmigen Lagen sind sehr einfach herzustellen und erfordern wenig Montagearbelt.

Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Von besonderem Vorteil sind die Maßnahmen nach Patentanspruch 3, da auf diese Weise die Herstellung der einzelnen Lagen besonders einfach wird. Der theoretische Vorteil einer genau konzentrischen Stranglage Ist nicht groß genug, um die weitaus höheren Kosten und die Schwierigkeit einer Herstellung mit konzentrischen Strangwindungen zu rechtfertigen.

Die Erfindung wird im folgenden an einem Ausführungsbeispiel anhand schematlscher Zeichnungen näher erläutert.

Flg. I zeigt eine Draufsicht auf eine typische, spiralförmig gewickelte, scheibenförmige erfindungsgemäß gefertigte Lage, wobei die obere Gummischicht teilweise entfernt Ist;

FI g. 2 zeigt einen Schnitt nach der Linie 2-2 in FI g. 1, zur stark vergrößerten Darstellung von Einzelheiten; und

Fig. 3 zeigt einen senkrechten Schnitt durch eine Wand eines Biennslofftanks mit einer kreisförmigen Verstärkung einer Wandöffnung.

In Flg. 1 und 2 bezeichnet die Bezugsziffer 1 eine erfindungsgemäß gefertigte scheibenförmige Lage aus konzentrischen Windungen eines dehnungsfesten Materials. Diese Lage wird vorteilhaft folgendermaßen hergestellt. Eine Schicht 2 aus Gummi (unvulkanlslerter, jedoch vulkanisierbarer brennstoffbeständiger Gummi, versetzt mit üblichen Vulkanisierstoffen, aber ohne verstärkenden Füllstoff wie Ruß) mit einer Dicke von etwa 0,0635 cm wird gemäß Fig. 1 In Ringform geschnitten, mit einen Innendurchmesser, der um einen angemessenen Betrag größer ist als die Wandöffnung, und mit einem Außendurchmesser, wie er zur Aufnahme der Wandbelastung und der Lage-Wand-Scherspannung berechnet wurde. Ein Glasfiberstrang 3 oder ein anderer geeigneter Strang Ist spiralförmig vom Inneren Rand 4 der Mltteiöffnung bis zum äußeren Rand 5 der Lage gewickelt. Die Oberfläche der Gummischicht 2 wird kurz vor oder während des Wlckelns mit einem geeigneten verträglichen Gummikleber bestrichen; diese Klebe-

oben beschriebenen Art an den Oberflächen der sich radial nach außen erstreckenden, einen Kanal bildenden Abschnitte des Flansches 20 und des Teils 22 und am radial innersten Abschnitt des Kanals vorgesehen, d. h. rund um die Außenseite des axialen Abschnitts 21. Diese mit den Bezugsziffern 30, 31 und 32 versehenen Schichten aus Gummimaterial dienen dazu, ein dichtes Verkitten der Schichtung mit dem Metallteilen 17 und 22 während der Vulkanisation des Behälters herbeizuführen.

schicht ist in Fig. 2 mit der Bezugsziffer 6 bezeichnet. Das spiralförmige Wickeln des Strangs wird derart ausgeführt, daß ein körperlicher Kontakt zwischen benachbarten Strangwindungen für mindestens 80% der Spiralenlänge einer jeden ausgeführten Windung besteht. Die 5
gleiche Kleberart wird nach Fertigstellung der Wicklung
auf die obere Strangseite aufgebracht und bildet eine
Schicht, die mit der Bezugsziffer 7 bezeichnet ist. Die so
gewonnene verklebte Anordnung wird dann mit einer
Ringscheibe 8 bedeckt, weiche die gleichen Innen- und io Die spiralförmig gewickelte erfindungsgemäße scheiben-Außenabmessungen wie der Ring 2 hat, jedoch beträcht- förmige Lage ermöglicht der Wand des Brennstoffbehäl-Hch dünner Ist - mit einer typischen Stärke von ters, d. h. dem zwischen den metallischen Teilen des 0,0203 cm -, wobei die Schicht 8 aus demselben Gummi- Einsatzes eingeschlossenen Abschnitt, ihre Form zu vermaterial wie die Schicht 2 hergestellt ist. Nach Diffusion größern oder zu ändern, wodurch sie der Wand gestattet, des Lösungsmittels von den Klebeschichten Ist die 15 Ihre Ausdehnungsrichtung während des Passierens der scheibenförmige Lage 1 für eine Verstärkung gebrauchs- ersten Druckwelle beim Aufprall und für eine begrenzte, fertig. wenn auch geringe, Zeitdauer nach dein Aufprall fortzu-

In der Flg. 3 ist eine typische Brennstoffbehälterwand · setzen und ilüssigkeitsdicht zu bleiben. So bleibt trotz 10 dargestellt, welche von drei Schichten 11 eines auf der Gewalt der während eines Absturzes ausgeübten eine Pappform 12 aufgezogenen gummierten Gewebes 20 Kräfte die Unversehrtheit des Brerr.itoffbehälters im gebildet wird (Die Pappform wird nach der Vulkanisation °—=-·- ■' --«=-i— =.--— ^k-. -,

zerlegt und entfernt). Die Wand 10 ist um die Öffnung durch Hinzufügen zusätzlicher Schichten 13 und 14 aus herkömmlichem gummiertem Verstärkungsgewebe verstärkt, welches von dem herkömmlichen, gummierten, 25 quadratisch gewebten Stoff, aus dem die Schichten 11 normalerweise hergestellt sind, zu passender Größe und Form geschnitten werden. Die Einzelheiten des Wandeinsatzes und seiner Installation gemäß Fig. 3 sind kon-

Bereich des metallischen Einsatzes erhaUc'"

Die Flansche der metallischen Teile des Einsatzes können parallel zur Behälterwand verlaufen, um die Dicke des gesamten Armaturbereiches zu verringern.

Das Zt;= Herstellung der erfindungsgemäßen Verstärkungsunterlagen verwendete verstärkende Material ist fast ausnahmslos ein Strang der Art, wie er bei der Fertigung von verstärkten Gummiartikeln, für die Reifen, Riemen usw. typisch sind, verwendet wirü. Dieser Strang

ventlonell, werden jedoch nun der Vollständigkeit halber 30 enthält Im allgemeinen faseriges oder fadenförmiges beschrieben. Ein durch die Pappform 12 verlaufender Material, das zu einer Strangform verdrallt Ist. Mehrere Bolzen 15 wirkt mit einem »Pfropfen« 16 zusammen, um Einzelstränge aus solchem Material können mit bekannden Einsatz in der Anordnung festzuhalten, bis die VuI- ten Strangformtechniken zu einem einzelnen größeren kanlsation des Behälters abgeschlossen Ist. Der Einsatz Strang umgeformt werden. So ein größerer Strang kann selbst besitzt ein Inneres metallisches Teil 17 mit einem 35 ebenso wie ursprüngliche Einzelstränge als Verstärkungselement zur Herstellung der neuartigen erfindungsgemäßen Lagen dienen.

Der bei der Ausführung der Erfindung benutzte Strang sollte Im wesentlichen nicht dehnbar sein. Das zur genden benachbarten Wandschichten flüssigkeitsundur- 40 Herstellung solcher Stränge verwendete faserige oder chlässig abzudichten. Die Dichtwirkung ist das Ergebnis fadenförmige Material kann natürlicher Herkunft,

beispielsweise Baumwolle oder Leinen, oder künstlich, beispielsweise Glas, Kunstseide oder Polyester sein, oder aus Metall, etwa Stahl, bestehen, und dlrses Material schraubbar mit dem Abschnitt 21 des Inneren Teils 17 im 45 kann die Form eines Fasergespinstes oder eines Elnzeifa-Eingriff sind, flüsslgkeitsdicht in seiner Lage gehalten, dens besitzen.

Die bei der Ausführung der Erfindung verwendeten Stränge können imprägniert durch »Aufschlemmung« mit anschließendem Trocknen in bekannter Welse, etwa

runden, sich radial nach außen erstreckenden Flansch 20 und einem axial verlaufenden Abschnitt 21, ein äußeres metallisches Teil 22, das mit dem Flansch 20 zusammenwirkt, um die Schichtung aus den zwlschenlie-

elner Vulkanisation der Wand an die metallischen Teile 17 und 22 mittels eingelegter Gummimaterialschichten 30, 31 und 32. Der Einsatz wird mittels Bolzen 24, welche

wie dies In Flg. 3 gezeigt wird. Herkömmliche Details von Einsätzen oder Armaturen dieses Typs, wie etwa eine Kelleinlage 25, eine Dehungsabdichtung 20 und eine

Polypropylen-Zwischenlage 27 brauchen nicht in jeder 50 mit einer sogenannten »RFL« (Resorzln-Formaldehyd-Elnzelhelt beschrieben zu we'den. Eine herkömmliche harz und Gummilatex)-Lösung oder einer anderen, die Ablösungsschicht wird verwendet, um die Ablösung der
Pappform 12 von der Behälterinnenseite zu erleichtern.

Im typischen Anwendungsfall der Erfindung, wie er In

Adhäsion des Stranges «'um Gummi verbessernden Lösung Lbc-rflächenbeschlchtet weiden. In gleicher Welse kann der In Verbindung mit der neuartigen erfindungsge-FIg. 3 gezeigt ist, werden vier scheibenförmige Lagen 1 55 mäßen Verstärkung verwendete Gummi Im Bedarfsfall abwechselnd In Kombination mit Teilen von Wand- mit gewissen bekannten, festen chemischen Vulkanislerschlchten U verwendet, welche Fortsätze des gummierten Gewebes darstellen, aus dem die Wandschichten

belmlschungen wie Resorzlngebern oder Methylgebern vermischt sein. Des- Strang sollte eine geringe Dehnbarkelt, eine hohe Festigkeit und einen hohen Modul beslt-

U und scheibenförmigen Lagen 1 Ist mit Ihren naeh so zen. Allgemein läßt sich sagen, daß die Verwendung von Innen verlaufenden Abschnitten flüsslgkeitsdicht zwi- Strängen geringerer Festigkeit und höherer Dehnbarkeit

die Verwendung einer größeren Zahl von Lagen für eine vorgegebene Armatur notwendig macht, und das Ist natürlich wegen des größeren Gewichts und Volumens

webe an den Selten diese; Schichtung angeordnet und an 65 unerwünscht.

diese vulkanisiert, wie dies In Flg. 3 dargestellt ist. Als Zur Zelt wird für die Ausführung der Erfindung Glas

fiberstrang bevorzugt. Ein solcher Strang kann beispielsweise aus unbearbeiteter Glasfaser mit einer Zugfestlg-

geformt sind. Die resultierende Schichtung aus Schichten

sehen den metallischen Teilen 17 und 22 gehalten. In typischer Welse sind Schichten 13 und 14 aus gewöhnlichem gummiertem, quadratisch gewobenem Wandge-

Unterstützung zur Erzielung Uer Flüssigkeitsdichtigkeit sind vorzugsweise Schichten aus Gummimaterial der

kelt von 35 200 kg/cm¹ und einem Elastizitätsmodul von 0,738 χ 10' kg/cm¹ gefertigt sein. Ein Beispiel für einen Glasfiberstrang, der erfahrungsgemäß sehr gut für die Anwendung In der erfindungsgemäßen Verstärkung geeignet ist, ist einer, der aus einer derartigen Faser hergestellt Ist und in Fachkreisen als # G - 75 5/5 (keine Handelsmarke) - Glasfiber-Reifenstrang bekannt ist und folgende Eigenschaften aufweist:

Durchmesser Bruchdehnung Bruchdehnungsfestlgkelt Verdrallung pro cm

0,122 cm bis 0.135 cm 3 bis 3,5% 86,2 bis 99,8 kg 0,61

Anstelle von Glasfiberstrang können andere Arten eines verstärkenden Stranges verwendet werden. Ein Beispiel Ist ein Stahlstrang, der durch Verdrallen feiner Stahld ruh te zu einem Strang hergestellt wird; bei einem Stahlstrang wäre die Dicke allgemein etwas geringer als bei einem Giasfiberstrang; wohlbekannte Techniken wie Vermessingung des Drahtes können zur Erzielung einer guten Verkittung mit dem Gummi angewandt werden.

Fallversuche mit Behaltern mit erflndungsgemäßer Verstärkung an Wandöffnungen für metallische Einsätze erfüllten die Forderung nach Katastrophensicherheit. Die Verstärkung vermeiuci eine starre Befestigung der Tankwand an dem äußersten Rand des Einsatzes, weil die ersten Wandspannungen während der Druckphase beim Aufprall in der Wandrichtung entstehen. Während dieser Zelt sind die meridionalen Wandspannungen negativ. Da die Druckwelle senkrecht durch die hindernisfreie Wandung zur Auswirkung gelangt, entsteht eine Mantelspannung harmonisch mit der Wandbelastung. Bei bisher bekannten Konstruktionen begrenzt ein Hindernis in der Wandung (z. B.: Armaturen u. dgl.), das ein verringertes Ausdehnungsvermögen zur Folge hat, die sich frei ausdehnende Wellenfront, was eine Vervielfachung der Wandspannung und eine schlleßllche Beschädigung an der Stelle des größten Belastungsunterschieds entstehen läßt. Das geschieht nicht bei erfindungsgemaßen Armaturen.

IS Falls Armaturen durch Gebrauch oder Mißbrauch während der Herstellung oder Im Einsatz beschädigt werden sollten, können sie leicht ausgewechselt werden. Ein Ausbau kann durch Lösen der metallischen Armaturteile von der Schichtung und Herausziehen erfolgen. Neue Metallteile werden nach Bedarf Installiert, wobei ein selbstvulkanisierender Gummikleber zum Verkitten der Schichten mit den Wänden des durch die neuen Metallteile gebildeten Kanals verwendet wird. Auf diese Welse kann ein teurer Benzintank, der ansonsten weggeworfen

2S werden müßte, mit niedrigen Kosten instand gesetzt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verstärkung für die Umgebung einer Wandöffnung eines mit flexiblen Wänden ausgestatteten FIüs- sigkeitsbehälters, mit um die Öffnung verlaufenden Windungen aus dehnungsfestem Material, gekennzeichnet durch die Ausbildung als scheibenförmigen Lagen aus konzentrischen Windungen des dehnungsfesten Materials.

2. Verstärkung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das dehnungsfeste Material aus Textil-, Metall- oder Glasfiberstrang besteht.

3. Verstärkung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das dehnungsfeste Material spiralförmig um die Öffnung gewickelt ist.

4. Verstärkung nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet durch körperlichen Kontakt zwischen benachbarten Windungen des dehnungsfesten Materials übet mindestens 80% der Spirallänge. M

5. Verstärkung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das dehnungsfeste Material um die Öffnung In Ebenen angeordnet Ist, die allgemein parallel zu der Ebene der angrenzenden Behälterwand verlaufen.

6. Verstärkung nach Anspruch 5 für Brennstoffe-. hälter, dadurch gekennzeichnet, daß die scheibenförmigen Lagen (1) durch e!n gehärtetes, brennstoffbeständiges, polymeres Material, welches mit dem in der Behälterwand verwendeten brennstoffbeständigen polymeren Material verträglich ist, zu einer Schichtung zusammengekettet sltJ.