DE2555727A1

DE2555727A1 - Innendruckbelasteter flacher hohlkoerper und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE2555727A1
Application number: DE19752555727
Authority: DE
Inventors: Otto Kabilka; Thilo Dipl Ing Schulz
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1975-12-11
Filing date: 1975-12-11
Publication date: 1977-06-16
Also published as: CA1058102A; GB1562928A; JPS598701B2; NL7613698A; BE849276A; SE7613740L; IT1123946B; FR2334895A1; US4108329A; DE2555727B2; JPS5272771A; DE2555727C3

Description

Messerschmitt-Bölkow-Blohm Ottobrunn, 4. Dezember 1975

Gesellschaft mit BT 012 Bi/dN/th beschränkter Haftung,

München 7926

Innendruckbelasteter flacher Hohlkörper und Verfahren zu seiner Herstellung

Die Erfindung bezieht sich auf einen innendruckbelasteten flachen Hohlkörper und ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Es sind vornehmlich in der Raketentechnik für die Aufbewahrung und den Transport von Gasen oder Flüssigkeiten

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Druckbehälter bekannt, bei welchen die druckfesten Wände aus Metall oder im Filament-Winding-Verfahren aufgebauten Kunststoff-Rovings bestehen und bei welchen die Permeabilität dieser Wandteile durch einen sogenannten Liner ausgeglichen wird, der als undurchlässige Haut an der inneren Oberfläche der Wände anliegt. Bei der Herstellung solcher Hohlkörper wird in der Regel einer kugeligen oder zylindrischen Form mit halbkugeligen oder balligen Endstücken der Vorzug gegeben, weil diese Formen der Druckfestigkeitsforderung entgegenkommen. Flache innendruckbelastbare Hohlkörper sind nicht bekannt.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen flach gestalteten innendruckbelastbaren Hohlkörper aufzuzeigen, der zur Aufnahme eines z. B. gasgefüllten Einschubkernes dient und der seine geometrische Form auch bei beträchtlicher Erhöhung des Innendruckes im wesentlichen nicht ändert.

Die Lösung der Erfindungsaufgabe ist bei einem H hikörper der eingangs erwähnten Art dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnungsverformung von die Innenwände bildenden Membranen mittels von außen aufliegenden Stützmitteln behindert ist, wobei zwischen den inneren Membranen und den äußeren Stützmitteln eine Stützfüllung eingebracht sein kann.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß optimale Maßhaltigkeit bei starker Innendruckbelastung flacher Hohlkörperformen nur erreichbar ist, wenn die Dehnsteifigkeit des Werkstoffes voll ausgenutzt wird. Bei Verwendung einer Druckmembran, deren Verformung in Dickenrichtung durch geeignete Füllmittel und deren Verformung in Längsrichtung durch Stützmittel, wie Anker oder äußere Membrane,

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behindert bzw. ausgeglichen wird, bleiben die Verformungen allgemein minimal.

Die Erfindung erstreckt sich auch auf ein Verfahren zur Herstellung eines innendruckbelasteten flachen Hohlkörpers unter Verwendung von faserverstärkten im Wickelverfahren verarbeiteten Kunststoffen. Eine Besonderheit der Erfindung ist darin zu erblicken, daß mindestens zwei vorgefertigte, aus in seitlichen Wangen festgelegte Membranen bestehende Membranelemente mit einem dazwischen eingeschlossenen Einschubkern als Wickeldorn oder als Muster für einen Wickeldorn zur Herstellung einer äußeren Umhüllung, z. B. eines Ankers oder einer äußeren Membran, herangezogen werden, wobei die Verstärkungsfasern vorzugsweise aus Kohlenstoff bestehen und bei der Herstellung der inneren Membranen einerseits und der äußeren Stützmittel andererseits etwa rechtwinklig zueinander verlaufend angelegt werden können.

Weitere vorteilhafte Einzelheiten des Erfindungsgegenstandes und des Verfahrens zu seiner Herstellung sind aus der nachfolgenden Beschreibung der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele und aus den Unteransprüchen zu entnehmen.

Auf der Zeichnung sind der Hohlkörper gemäß der Erfindung und das Verfahren zu seiner Herstellung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele dargestellt.

Es zeigen, in verschiedenen Maßstäben

Fig. 1 bis 3 in schematischer Darstellung die Querschnitte von drei verschiedenartig aufgebauten Hohlkörpern;

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Fig. 4 in perspektivischer Darstellung einen

Hohlkörper gemäß der Erfindung mit einem
Einschubkern;

Fig. 5 einen Querschnitt V-V des in Fig. 4

dargestellten Hohlkörpers;

Fig. 6 bis 9 Einzelheiten des Verfahrens zur Herstellung eines Hohlkörpers nach der Erfindung.

Jede druckfeste Wand nach der Erfindung besteht gemäß
Fig. 1 im wesentlichen aus nach der Innenseite konvex
ausgewclbten Membranen 1 bzw. 5, mindestens zwei seitlichen Wangen 2, 3 aus widerstandsfähigem biegesteifen Material, z. B. Metall, an welchen die Membranen 1 und 5
festgelegt sind, und die Wangen 2, 3 im gewünschten
Seitenabstand haltenden Ankern 4 und 6, die zugleich
die von den Membranen 1 und 5 ausgehenden Druckkräfte
aufnehmen. Bei dem dargestellten Beispiel wurden die Abmessungen der Wangen 2, 3 so gewählt, daß zwischen den beiden darin festgelegten Membranen 1 und 5 der genau einzuhaltende Abstand a zur Einbringung eines Kerns, z. B. der Einschubkassette 21 gemäß Fig. 4, gebildet wird. An den
Stirnseiten kann der Hohlkörper offen bleiben oder entweder mit ähnlichen Membranelementen oder mittels druckfester Platten abgeschlossen werden. Zwischen den inneren Membranen 1 bzw. 5 und den äußeren Ankern 4 bzw. € ist
ein Füllwerkstoff (Stützfüllung 7 bzw. 8) eingeschlossen. Dieser kann z. B. aus Kunststoff-Hartschaum bestehen; er unterstützt die Membranen 1 und 5 und erhöht ihre Versagensgrenze, zugleich dient er zur Übertragung der von der Einschubkassette 21 (Fig. 4) in den Zwischenraum (Abstand a) eingeführten Druckkräfte von den inneren Membranen zu den Ankern.

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Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 sind anstelle der

die Außenwandungen des Hohlkörpers darstellenden Anker

ebenfalls als Stützmittel wirkende Membranen 9 und 10 vorgesehen.

Eine Druckbelastung vom Inneren des Behälters her bewirkt sowohl bei dieser Ausführung als auch bei der Ausführung nach Fig. 1 eine Längsverfortnung des Stützmittels. Durch gegenseitige Beeinflussung der inneren Membranen und der äußeren Stützmittel., sowohl in Form von Ankern als auch in Form von Membranen, wird die Aufweitung des Hohlkörpers bzw. eine Längung des Abstandes a bzw. b praktisch ausgeschaltet.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 wurde durch Aushöhlung der Wange 11 ein Druckraum 12 geschaffen. Dieser kann durch entsprechende Druckfüllung zum Ausgleich des durch das Einschieben eines Kerns (Einschubkassette 21) zwischen die Membranen 13 und 14 hervorgerufenen Drucks herangezogen werden. 30 daß eine Verformung des Hohlkörpers nicht auftritt. Die Wange 14 ist zu diesem Zwecke in Längsrichtung in zwei Stege 37 und 38 unterteilt. Der die Membranen 13 und 14 festlegende Steg 38 kann bei Erhöhung des Drucks im Druckraum 12 etwa auftretende Längsverformungen der Membranen 13 und 14 und damit eine Vergrößerung des Zwischenraums c verhindern.

Nach der Darstellung gemäß Fig. 3 kann die langgestreckte rechteckige Form des Schlitzes 43, der durch den Abstand c zwischen den beiden Membranen 13 und 14 entsteht, mit vier keilförmigen Stützfüllungen 44 bis 47 vervollständigt werden.

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Die Darstellung gemäß Fig. 4 zeigt die Verwendung des Hohlkörpers nach der Erfindung als Halterung für eine strahlenempfindliche Folie 23 einer xeroradiographischen Einrichtung wie sie z. B. für die Herstellung medizinisch aufschlußreicher Röntgenaufnahmen vorgeschlagen wird. Bei diesem Verfahren werden durch Bestrahlung hervorgerufene elektrostatische Aufladungen einer Folie durch Einfärbung derselben sichtbar gemacht. Da faserverstärkte Kunststoffe für Röntgenstrahlen durchlässig sind, sind bei diesem Ausführungsbeispiel - abgesehen von den metallischen Wangen, die in Fig. 4 nicht sichtbar sind - der gesamte Hohlkörper 20 und auch die Einschubkassette 21 aus Kunststoff, zum Teil mit Faserverstärkungen, hergestellt. Auf der Darstellung gemäß Fig. 4 ist lediglich eine als Anker 22 dienende äußere Wickelschicht des Hohlkörpers 20 sichtbar. Als Abschluß des druckbelastbaren Hohlkörpers 20 an der Stirnseite dient eine Metallplatte 24; diese enthält einen Ausschnitt 25, der die Ausmaße der E'inschubkassette 21 aufweist.

Fig. 5 zeigt, daß beim Hohlkörper 20 nach Fig. 4 die Wangen 26 und 27 in Richtung nach den Außenseiten zur Erleichterung der Fertigung des Ankers 22 und desjenigen der Gegenseite abgerundet sein können und auf den Innenseiten, die den Hohlraum 32 seitlich begrenzen, mit Metalleisten 28 bis 31 bestückt sind, die einerseits die Nuten 39 bis 42 für die Festlegung der Membranen 33 und 34 aufweisen und andererseits Führungsnischen 35 und 36 für die auf Fig. dargestellte Einschubkassette 21 bilden.

Die Verfahrensschritte bei der Herstellung des Hohlkörpers gemäß der Erfindung erfolgen in der Weise, daß zunächst die äußeren Membranen 22 und 49 - im Felle des

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Ausfahrungsbeispieles nach Fig. 4 und 5 - im Wickelverfahren aus harzgetränkten Fasern, vorzugsweise Kohlestoffasern, auf einem fcreisförmigen Dorn 48 gemäß Fig. 6 gewickelt werden können, so daß bei gering gewählten Fortschrittsgraden ein Wickelwinkel von annähernd 90° entsteht. Der Umfang des Wickeldornes muß hierbei mindestens so groß sein wie die Länge der zu fertigenden Membran. In Fig. 6 ist das bekannte Filament-Winding-Verfahren bei Herstellung von Membranen dargestellt, bei welchem harzgetränkte Endlosfäden auf einen rotierenden Dorn 48 gewickelt werden.

Nach dem Aushärten werden Wickelflächen in Größe der benötigten Membranen mit einer gewissen Zugabe für Verschnitt in Länge und Breite herausgeschnitten. Eine solche Wickelfläche 50 ist in Fig. 7 dargestellt; sie kann allsdann entweder noch auf dem Wickeldorn liegend im Vakuumsack oder nach ihrem Abnehmen vom Dorn in bekannter Weise in einer besonderen Form verpreßt und ausgehärtet werden.

FLg. 7 zeigt eine Wickelschicht 50 in diesem Zustand vor dem nun erfolgenden Feinzuschnitt in definiert bemessener Länge und Breite. Beim endgültigen Zuschneiden können die Krümmungsradien der später sphärisch ausgebogenen Membranflachen berücksichtigt werden.

In Fig. 8 ist das Einsetzen einer Membranhaut in die Nut 39 der Leiste 28 der Wange 27 dargestellt (Fig. 5). Die Befestigung läßt sich durch Einkleben herbeiführen, wobei die aufeinanderstoßenden Stirnseiten sowohl der. Membrane als auch der Nuten sorgfältig abgestumpft werden

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müssen. Das Festlegen einer Membranhaut in einer Nut kann aber auch unter Verwendung verschiebbarer Keile erfolgen.

Die Herstellung des Stützmittels, wozu sowohl Anker 4 und 6 nach Fig. 1 als auch äußere Membranen 9 und 10 nach Fig. 2 dienen können, erfolgt ebenfalls nach dem Pilament-Winding-Wlckelverfahren, wie es zu Fig. 6 beschrieben wurde.

Im Falle der Verwendung zweier Anker, z. B. nach F.g. 1, wird dabei zur Positionierung der Stützmittel ,Membran 4} an einem fertigen Merabranelement - das sind zwei gegenüberliegende in die seitlichen Wangen eingespannte Membranhäute - eine Einschubkassette 21 (Fig. 4) als Kern eingeschoben und dieses gesamte für sich schon relativ biegesteife Membranelement 51 (Fig. 9) als Wickeldorn für die Herstellung der Anker benutzt.

Im Falle der Verwendung zweier äußerer Membranen 9 und 10 (Fig. 2) sind auf die konkave Seite beider Membranen noch Füllwerkstoffe 15 bzw. 16 (Fig. 2) aufzutragen und in noch nicht ausgehärtetem Zustand etwa in der Form der zu wickelnden Membranen 9 und 10 zu wölben. Alsdann kann das so vorbereitete Element als Wickeldorn wie vorbeschrieben verwendet werden.

Wie in Fig. 9 gezeigt ist, können Anker oder äußere Membranen in dieser Weise auf einem Dorn gewickelt werden, dessen geometrische Oberflächenform den oben beschriebenen Membranelementen ohne oder mit aufgetragenem Füllwerkstoff entspricht. So können auf einem Dorn, dessen Länge ein Vielfaches der Länge des zu fertigenden Hohlkörpers beträgt, in einem Wickelgang Anker bzw. äußere Membranen für mehrere Hohlkörper gleichzeitig hergestellt werden.

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Ein auf diese Weise im Wickelverfahren gewonnener Schlauch wird in den erforderlichen Längen abgeschnitten und in jedes Schlauchstück wird ein Membranelement eingepaßt.

- Patentansprüche -

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Claims

Messerschmitt-Bölkow-Blohm Gttobrunn, 4. Dezember 1975 Gesellschaft mit BT 012 BI/dN/th beschränkter Haftung, München 7926 Patentansprüche

1. Innendruckbelasteter flacher Hohlkörper, dadurch g e ken ti zeichnet, daß die Dehnungsverformung von die Innenwände bildenden Membranen (1, 5, 13, 14, 3^, 34; mittels von außen aufliegenden Stützmitteln (4, 6, 9, 10, 22) behindert ist.

2. Hohlkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß in die Zwischenräume (7, 8, 15, 16) zwischen den inneren Membranen (1, 5, 13, 14, 33, 34) und den äußeren Stützmitteln v4, 6, 9, 10, 22) eine Stützfüllung (7, 8, 15, 16), z. B. Kunststoff-Hartschaum oder dergleichen, eingebracht ist.

3. Hohlkörper nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß die die Innenwände bildenden Membranen (1, 5, 13, 14, 33, 34) in biegesteifen Wangen (2, 3, 11, 26, 27) oder dergleichen festgelegt sind.

4. Hohlkörper nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Randzonen der Membranen (1, 5, 13, 14, 33, 34) in Längsnuten der Wangen (2, 3, 11, 26, 27) eingelassen, z. B. eingeklebt sind.

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5. Hohlkörper nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Membranen (1, 5, 13, 14, 33, 34) und die Stützmittel (4, 6, 9, 10, 22) aus rontgenstrahlendurchlassigen Werkstoffen aufgebaut sind.

6. Verfahren zur Herstellung eines Hohlkörpers nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche unter Verwendung faserverstärkter Kunststoffe, dadurch gekennzeichnet , daß mindestens zwei vorgefertigte, aus in seitlichen Wangen (2, 3, 11, 26, 27) festgelegte Membranen (1, 5, 13, 14, 33, 34) bestehende Membranelemente mit dazwischen eingeschlossenem Einschubkern (23) als Wickeldorn oder als Muster für einen Wickel dorn bei der Herstellung einer äußeren als Anker (4, 6, 22) oder als äußere Membran (9, 10) dienende Umhüllung herangezogen werden, wobei Verstärkungsfasern bei der Herstellung der Membranen und der Stützmittel etwa senkrecht zueinander verlaufend angelegt werden.

7. Verfahren zur Herstellung eines Hohlkörpers nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, gekenn zeichnet durch die Verwendung von Kohlenstoff— fasern-VerStärkungen.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß

- zwischen Membranen(1, 5,13γ 14, 33,34)und Stützmittel (4,6,9,10,22,24): eine Kunststoffmasse (7, 8, 15, 16) eingespritzt wird, die nach Aushärtung einen Hartschaumkörper hoher Druckfestigkeit bildet.

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9. Verfahren nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Dehnungsforderung der inneren Membranen (1, 5, 13, 14, 33, 34) durch Seitenverschiebung mindestens einer die Membranen festlegender Wangen (14) erfolgt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß die seitliche Verschiebung der Membraneinspannungen in der Wange (14) durch hydraulisch oder pneumatisch erzeugten Druck erfolgt.

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