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Verfahren zur Herstellung von Behältern aus Verbundmaterial Auf besonderen
Gebieten der Technik, wie beispielsweise auf dem Gebiet der Raumrahrttechnik, besteht
ein Bedarf für extrem leichte, hochfeste und genaue Behälter. Die Wandungen derartiger
Behälter bestehen aus Fasern, die um einen Wickelkern gewickelt werden; die Zwischenräume
der Fasern sind mit einem geeigneten Verbindungsmaterial ausgefüllt. Als Fasern
finden beispielsweise Glas-oder Kohlenstoffasern Anwendung, als Verbindungsmaterial
Kunstharze. Derartige Behälter benötigen in ihrem Fertigungsprozeß einen relativ
steifen Wickelkern, um die erforderliche hohe Konturgenauigkeit einhalten zu können.
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Man hat derartige Behälter bisher dadurch hergestellt, daß man einen
dünnwandigeneBlechbehälter beispielsweise aus Titan oder Aluminium herstellte, der
von Fasermaterial umwickelt wurde und der zusammen mit dem Fasermaterial eine Verbundwandung
bildet.
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Abgesehen davon, daß der Metallblechkern eine Gewichtserhöhung bringt,
die in vielen Fällen unzulässig ist, wird auch durch
die metallische
Oberfläche der Innenseite des Behälters dessen Anwendungsbereich unangenehm eingeschränkt.
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Um die eingangs genannten Nachteile zu vermeiden, hat man versucht,
teilbare, wieder verwendbare Kerne herzustellen. Derartige Kerne bestehen aus einzelnen
Segmenten, die mit geeigneten Spreizvorrichtungen auseinander gehalten werden, die
umwickelt werden, die dann anschließend im Inneren des fertigen Behälters zerlegt
und durch die Polöffnungen bzw. für den Behält er notwendige Einlaßöffnungen wieder
in Einzelteilen entfernt werden. Derartige Kerne sind naturgemäß außerordentlich
teuer und nur begrenzt einsetzbar, da die Größe eines Kernsegments im Verhältnis
zum Durchmesser einer Polöffnung nicht beliebig variiert werden kann. Im übrigen
stellen derartige Kerne sehr genaue Werkzeuge dar, die nach mehrmaligen Gebrauch
ihre Formgenauigkeit verlieren, da etwa an den Kernen anhaftende Harzteile jeweils
vor Wiederverwendung entfernt werden müssen, so daß dieses Verfahren außerordentlich
aufwendig und im allgemeinen nicht zufriedenstellend ist.
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Analog zu ähnlichen Gießereiverfahren hat man verlorene Kerne hergestellt,
die beispielsweise aus Quarzsand hergestellt waren, bzw. aus Hohlglaskugeln. Derartige
Kerne wurden nach Fertigstellung der Behälterwand zerstört und durch die Behälteröffnungen
entfernt. Ein derartiges Verfahren ist außerordentlich aufwendig, da für jeden Behälter
mehrere Kerne hergestellt werden müssen, bis einer dieser Behälter den Anforderungen
an Formgenauigkeit entspricht; ebenso entsteht auf diese Art bei der Behälterfertigung
ein hoher Ausschuß.
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Die vorher genannten Verfahren zur Herstellung von Behältern der eingangs
genannten Gattung haben weiterhin den Nachteil, daß es außerordentlich schwierig
wird, irgendwelche Innenteile, wie beispielsweise Flanschstücke, in die Wandstruktur
des Behälters mit einzubeziehen, da derartige Behälter bei Verwendung außerordentlich
hohen Innendrücken ausgesetzt werden, müssen derartige Teile notwendigerweise von
dem hochfesten Wandmaterial des Behälters überlappt werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu finden, das einen Behälter
der eingangs genannten Art formgenau und billig herzustellen gestattet. Weiterhin
ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zu finden, das das Einbringen von Zusatzteilen
in die Wandstruktur des Behälters auf einfache und billige Weise ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein hohler,
formgenauer Wickelkern hergestellt wird, der nach Aufbringen und Fertigstellen der
Behälterwand chemisch oder elektrochemisch zumindest zum Teil abgetragen wird. Hierdurch
ist es ermöglicht, einen Hohlkörper mit beliebig großer Genauigkeit herzustellen,
wobei man bei der Wahl des Herstellungsverfahrens sowie bei der Auswahl des Materials
dieses Körpers weitgehend frei ist. Nachdem die Behälterwand auf den Hohlkörper
aufgewickelt ist, wird dieser Hohlkörper abgetragen, wobei durch besondere Auswahl
der Abtragezonen, der Wandstärken des Körpers, des Abtrageverfahrens,
und
der Materialauswahl von etwa auS den Hohlkörper aufgebrachten Zusatzteilen auf einfache
Weise bewirkt wird, daß Zusatzteile nach Abtragen der Hchlkörpers in der Behälterwand
verbleiben.
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Der hohle Wickelkern kann aus einer Vielzahl von Materialien hergestellt
werden, wobei allerdings vorausgesetzt werden muß, daß diese Materialien dem hohlen
Wickelkern die notwendige Beulfestigkeit bieten, wenn unter Zug die Faserarmierung
der Behälterwand aufgewickelt wird. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung
ist es aber von besonderen Vorteil, den Hohlkörper aus Metall, insbesondere aus
Aluminium herzustellen. Ein Metall ist grundsätzlich vielfältig und bequem formbar,
wobei eine große Vielfalt von Herstellungsverfahren beherrschbar ist. Von den Metallen
eignet sich Aluminium in ganz besonderer Weiser da Aluminium wegen seines geringen
spezifischen Gewichtes für Wandungsteile verwendet wird, so daß der Hohlkörper zusammen
mit den in der Behälterwand verbleibenden Zusatzteilen einstückig hergestellt werden
kann.
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Als Verfahren zum Abtragen bieten sich galvanische Verfahren an, die
den Vorteil haben, daß sie durch besonderes Placieren der Elektronen eine örtlich
unterschiedliche Abtragung bewirken können. Im Rahmen dervvorliegenden Erfindung
ist es aber besonders vorteilhaft, wenn der hohle Wickelkern durch ätzen abgetragen
wird. Hierbei ist darauf zu achten, daß durch einen großen Durchsatz von Atzflüssigkeit
durch den herzustellenden Behälter dafürgesorgt
wird, daß eine
überall gleichmäßige Abtragung einsetzt; führt ein Versagen der Herstellungsapparatur
einmal dazu, daß Atzflüssigkeit im Behälterinneren verbleibt, so wird diese Atzflüssigkeit
nach kurzer Zeit wirkungslos, so daß keine nennens-Werte lokale Ungenauigkeit in
der Abtragung oder gar ein Angreifen der tieferliegenden Schichten der Behälterwand
zu befürchten ist.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß der gesamte
Behälter auf der Außenseite abgedeckt und in einen Behälter mit Ätzflüssigkeit getaucht
wirdw Hierbei wird im Behälter für Ätzflüssigkeit für eine starke Umlaufströmung
gesorgt, die den ätzvorgang gleichmäßig und rasch durchführen hilft. Die Außenseiten
des Behälters, sowie Partien des Hohlkörpers, die nicht durch Ätzen entfernt werden
sollen, können durch einen an sich bekannten, geeigneten Lack abgedeckt werden.
Dieser Lack kann durch ein chemisches oder mechanisches Verfahren, falls notwendig,
anschließend abgetragen werden.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß der Behälter
mit seinen oeffnungen an einen Kreislauf mit A#tzflüssigkeit angeschlossen wird.
Hierbei kann ein Behälter mit mehreren Öffnungen derart angeschlossen werden, daß
Ätzflüssigkeit bei einer oeffnung hinein - und bei einer anderen Öffnung herausgefördert
wird. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, daß selbst Behälter mit außerordentlich
kleinen Einlaßöffnungen in kurzer Zeit präzise hergestellt werden können.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß nach Durchführen
des Abtrageverfahrens Teile des hohlen Wickelkerns baulich der Behälterwand einbezogen
sind. Derartige Teile können Verstarkungsringe, Verstärkungsgitter, Flansche und
dergleichen sein; hierbei ist es möglich, diese Teile entweder aus ätzmittelresistem
Material vorzusehen oder mit ätzmittelresistem Material abzudecken. Schließlich
ist es noch möglich, derartige Teile so auszulegen, daß ein Abtragen dieser Teile
durch-Atzmittel zulässig ist.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß der hohle
Wickelkern aus zwei runden Platinen besteht, die schüsselartig tiefgezogen und miteinander
mit einer Meridiannaht verschweiß werden, wobei die Mittelpartien der Platinen als
Flansche ausgebildet sind. Ein derartiger Hohlkörper ist ganz besonders billig in
der Herstellung. Beide Teile des Hohlkörpers werden in der selben Form hergestellt,
wobei bei einer einstückigen Ausführung in der Mitte des Rohlings bereits die fertige
Flanschöffnung vorgesehen ist. Wird der Hohlkörper, der von der Behälterwand umgeben
ist, dem erfindungsgemäßen Atzverfahren unterzogen, dann wird über die ganze Innenoberfläche
des Hohlkörpers hinweg eine gleichmäßige Schicht abgetragen; entspricht diese Schichtdicke
der Wandstärke des Hohlkörpers, dann verbleiben im Behälterinneren lediglich die
beiden Flanschöffnungen, deren Materialstärke größer war als die Meridianpartie
des Hohlkörpers. Ist die abgetragene Schicht geringer als die Wandstärke des Hohlkörpers,
dann kann, falls erforderlich, eine beliebig dünne Metallschicht im Inneren des
Hohlkörpers verbleiben. Somit ist es möglich geworden,
auch Verbundkörper
herzustellen, die aus einer dünnen, innenliegenden Metallschicht und aus einer äußeren
Wickelfaserschicht bestehen. Es ist hierbei nicht notwendig, daß die Metallschicht,
wie bisher notwendig, für sich beim Wickeln beulfest ist.
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Es ist durch das erfindungsgemäße Verfahren ein Verbundhohlkörper
geschaffen, der wesentlich leichter ist, als es bisher für möglich gehalten wurde.
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Die Erfindung wird anhand der Zeichnung beispielsweise noch näher
erläutert.
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Fig. 1 zeigt schematisch die Ansicht eines fertigen erfindungsgemäßen
Körpers; Fig. 2 zeigt eine Einzelheit des Axialschnitts dieses Körpers, und zwar
in der Zone einer der beiden oeffnungen.
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Fig. 7 zeigt einen Ausschnitt aus der Wandung eines erfindungsgemäßen
Körpers; Fig, 4 zeigt eine Platine zur Herstellung eines hohlen Wickelkörpers; Fig.
5 zeigt eine der beiden Hälften eines erfindungsgemäßen hohlen Wickelkörpers.
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Fig. 1 zeigt einen rotationssymmetrischen Behälter, dessen Wandung
im wesentlichen aus faserverstärktem Kunstharz besteht.
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Sein Durchmesser 2R beträgt 560 mm, seine Höhe L beträgt 675 mm,
der
Durchmesser seiner Einlaßöffnungen b beträgt llo mm, und die Höhe seines zylindrischen
Abschnitts 1 beträgt Doo mm.
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Es wird an dieser Stelle darauf hingewiesen, daß die angegebenen Maße
lediglich als Beispiel dienen, keineswegs aber als Einschränkung; vielmehr ist es
möglich, einen erfindungsgemäßen Behälter in nahezu Jeder beliebigen Abmessung herzustellen.
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Fig. 2 zeigt im Axialschnitt die Polöffnung eines fertigen, erfindungsgemäßen
Behälters; die Behälterwand 1 aus mit Kunststoff vergossenen, gewickelten Kohlenstoffasern
endet am Halsstück eines Flansches 2, der sich in das Innere des Behälters hin fortsetzt;
am Flansch 2 ist ein Deckel 3 festgeschraubt, der sich auf einer Dichtung 4 abstützt.
An der Innenseite des Behälters ist eine gestrichelte Linie 5 dargestellt, die die
Innenkontur des Flanschstückes 2 angibt, wie sie vor dem erfindungsgemäßen Atzverfahren
verlaufen ist. Nach Abschluß des erfindungsgemäßen Xtzverfahrrns ergibt sich die
neue Oberfläche 6.
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Fig. 3 zeigt einen Partialschnitt durch eine Wand eines erfindungsgemäßen
Behälters; die eigentliche Behälterwand 1 ist auf der Außenseite durch eine Schaumstoff-Isolierschicht
7 eingeschlossen, während die Innenseite der Behälterwand 1 durch eine dünnwandige
Metallgshicht 8 bedeckt wird. Die gestrichelte Linie 5 zeigt die Oberfläche der
Metallschicht 8, wie sie vor dem erfindungsgemäßen Atzverfahren war. Während die
vor dem Atzverfahren vorliegende Wandstärke durchaus ausreichend war, um die Zugspannung
der Wickelfäden aufzunehmen, dient die verbliebene Metallschicht
8
lediglich noch zum Schutz der eigentlichen Behälterwand 1. Der Behälter Bützt sich
mit seiner Wand 1 über einen Kragen 20 auf einer Unterlage ab.
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Fig. 4 zeigt eine gedrehte, runde Platine mit einer zentral angeordneten,
durchbohrten Verstärkung, dem Flanschstück lo.
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Fig. 5 zeigt einen durch Tiefziehen hergestellten Körper, dessen Ausgangswerkstück
die in Fig. 4 dargestellte Platine war. Hierbei ist ersichtlich, daß das Flanschstück
lo, sowie die dem Flanschstück lo benachbarte Partie des tiefgezogenen Werkstücks,
von wesentlich größerer Wandstärke ist als die übrigen Teile des tiefgezogenen Werkstücks.
Zwei Werkstücke der in Fig. 5 dargestellten Art werden längs ihres Meridians 11
miteinander verschweißt; hierdurch entsteht der erfindungsgemäße Hohlkörper.
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Dieser Hohlkörper wird im erfindungsgemäßen Verfahren mit einer Faser-Füllmaterial-Schicht
des Hohlkörpers durch ein chemisches oder elektrochemisches Verfahren abgetragen.