DE29700151U1

DE29700151U1 - Sicherheitstank

Info

Publication number: DE29700151U1
Application number: DE29700151U
Authority: DE
Original assignee: DRIESCH CLEMENS
Current assignee: DRIESCH CLEMENS
Priority date: 1997-01-08
Filing date: 1997-01-08
Publication date: 1997-02-27
Anticipated expiration: 2007-01-09

Description

4104 Gb

S i cherhei ts tank

Die Erfindung betrifft einen Sicherheitstank, wie er beispielsweise bei Kraftfahrzeugen und insbesondere bei Rennfahrzeugen verwendet wird.

Derartige Sicherheitstanks bestehen üblicherweise aus einem Tank aus flexiblem Material, der in einem speziell hierfür vorgesehenen formstabilen Behälter untergebracht ist. Dieser Behälter weist eine relativ kleine Öffnung auf, durch die hindurch der Tank in den Behälter hineingezwängt wird. Dies ist umso schwieriger, je stabiler der Tank ist. Ein relativ dünnwandiger Tank vermindert demgegenüber die Sicherheitsreserven bei Unfällen. Zudem können nur relativ einfache geometrische Formen für den Behälter verwendet werden. Die Befestigung des Innentanks in dem formstabilen Behälter erfolgt lediglich punktuell, beispielsweise über Versehraubungen. Hierdurch treten in den nicht befestigten Bereichen Relativbewegungen auf, die zu Beschädigungen führen können.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen stabilen und kostengünstig zu produzierenden Sicherheitstank bereitzustellen.

Die Lösung dieses Problems ist in den Schutzansprüchen angegeben.

Der erfindungsgemäße Sicherheitstank weist einen flexiblen Innentank auf, der mit einer formstabilen Außenschale fest verbunden ist, wobei ein bei der Herstellung der formstabilen Außenschale bzw. des flexiblen Innentanks erforderlicher Bestandteil der formstabilen Außenschale oder des flexiblen Innentanks Verbindungsmittel zur festen Verbindung zwischen dem flexiblen Innentank und der formstabilen Außenschale ist. Die Verbindung zwischen dem Innentank und der Außenschale erfolgt somit im Zuge der Herstellung entweder des Innentanks oder der Außenschale, so daß kein zusätzlicher Produktionsschritt für die Verbindung erforderlich ist. Zudem ist die Verbindung flächig, so daß keine Relativbewegungen zwischen dem Innentank und der Außenschale auftreten.

Der erfindungsgemäße Sicherheitstank weist den Vorteil auf, daß auch relativ komplizierte Außenformen hergestellt werden können, ohne daß Teilvolumina der Außenform nicht für die Tankkapazität genutzt werden können. Zudem weist der Tank trotz niedrigem Gewichts eine überragende Sicherheit gegenüber Bruch oder Eindringen von Fremdkörpern auf. Die Wandstärke des Innentanks kann gegenüber herkömmlichen Tanks deutlich geringer gewählt werden, da die Außenschale aufgrund ihrer festen Verbindung mit dem Innentank diesem seine Festigkeit verleiht. Bei einem Bruch der Außenform sorgt der Innentank, der dabei unbeschädigt bleibt und insofern auch bei dem fertigen Endprodukt seine Flexibilität bewahrt, dafür, daß kein Kraftstoff austreten kann.

Eine Ausführungsform der Erfindung weist einen flexiblen Innentank auf, der mit einer formstabilen Außenschale aus Verbundwerkstoff, insbesondere Faserverbundwerkstoff, fest verbunden ist. Die Matrix des Verbundwerkstoffs ist gleichzeitig Verbindungsmittel zur festen Verbindung zwischen dem flexiblen Innentank und der nach Aushärtung der Matrix formstabilen Außenschale.

Eine andere Ausführungsform der Erfindung weist eine formstabile Außenschale auf, in die ein aus Gummi gefertigter Innentank einvulkanisiert ist. Bei dieser Ausführungsform kann die Außenschale ebenfalls aus Verbundwerkstoff sein und ist vorzugsweise mehrteilig.

Die Außenschale kann ein Fasergewebe und/oder einen oder mehrere Bestandteile mit Wabenstruktur oder aus Hartschaum aufweisen, die vorzugsweise in Sandwichbauweise angeordnet sind. Vorteilhafte Fasergewebe oder -geflechte bestehen aus Kohlefasern, Aramid, Kevlar (eingetragene Marke), Dynema (eingetragene Marke) oder Glasfasern. Es können auch Kombinationen der Materialien verwendet werden. Für die Matrix kann Epoxidharz, Polyestherharz oder Venylesterharz verwendet werden. Der Innentank besteht vorzugsweise im wesentlichen aus Gummi, wobei an einer entsprechenden Gummiblase ein Flansch angebracht sein kann.

Bei der Herstellung eines erfindungsgemäßen Sicherheitstanks mit einer formstabilen Außenschale und einem mit der Außenschale fest verbundenen flexiblen Innentank wird die feste Verbindung zwischen der formstabilen Außenschale und dem flexiblen Innentank durch einen Bestandteil der formstabilen Außenschale oder des flexiblen Innentanks bei der Herstellung der formstabilen Außenschale bzw. des flexiblen Innentanks bewirkt.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird eine formstabile Außenschale dadurch hergestellt, daß ein Fasergewebe mit einer flüssigen Matrix getränkt und das so präparierte Laminat anschließenden einem Aushärteprozeß unterzogen wird. Der flexible Innentank wird vor dem Aushärteprozeß mit der noch nicht ausgehärteten Matrix der Außenschale in Verbindung gebracht und durch den Aushärteprozeß fest mit der Außenschale verbunden. Der Begriff Fasergewebe schließt auch eine Fasergeflecht ein.

Vorzugsweise wird ein Negativwerkzeug mit Fasergewebe ausgekleidet, das zuvor mit der Matrix getränkte wurde, und der flexible Innentank wird anschließend in das mit dem Laminat ausgekleidete Negativwerkzeug eingelegt, woraufhin der Aushärteprozeß erfolgt.

Es kann allerdings auch ein Innentank mit Laminat umkleidet werden, so daß dieser die Kontur der Außenschale vorgibt. Ebenfalls ist es möglich, den mit Laminat umkleideten Innentank zum Aushärten in ein Negativwerkzeug einzulegen.

Sowohl bei der Auskleidung des Negativwerkzeugs als auch bei der Umkleidung des Innentanks können zunächst Matten aus Fasergewebe eingelegt bzw. angebracht und anschließend die flüssige Matrix aufgebracht werden. Bei der Verwendung eines Negativwerkzeugs ist es zudem möglich, die Matrix erst nach dem Schließen des Werkzeugs zuzugeben, indem beispielsweise an einer Stelle innerhalb des Werkzeugs ein Unterdruck erzeugt und an einer anderen Stelle die Matrix eingespritzt wird.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des Herstellungsverfahrens eines erfindungsgemäßen Sicherheitstanks wird eine vorzugsweise mehrteilige Außenschale hergestellt, beispielsweise aus einem Verbundwerkstoff, und ein vorgefertigter Innentank aus Gummi, der noch nicht vulkanisiert ist, wird in diese Außenschale eingelegt und nach dem Schließen der Außenschale einvulkanisiert.

Der Innentank kann bei den obigen Ausführungsbeispielen durch eine Druckdifferenz fest an das Laminat bzw. die Außenschale angedrückt werden. Bei Verwendung eines Negativwerkzeugs kann ein Foliensack an einem aus dem Negativwerkzeug hervorstehenden Teil des Innentanks befestigt und anschließend evakuiert werden. Zudem kann

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das Negativwerkzeug in einen derartigen Foliensack eingelegt und dieser nach dem Verschließen und vor dem Evakuieren in den Innentank eingestülpt werden. Ein solches Verfahren erlaubt es, den Druckunterschied bei einer Aushärtung des Sicherheitstanks im Autoklaven aufrechtzuerhalten, so daß eine besonders innige Verbindung zwischen dem Innentank und der Außenschale ermöglicht wird.

Die vorstehend beschriebenen Verfahren ermöglichen es, einen relativ leichten Sicherheitstank mit extrem hoher Festigkeit schnell und kostengünstig auch mit relativ komplizierten Außenformen herzustellen.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezug auf die beigefügten schematischen und nicht maßstabsgetreuen Figuren erläutert, von denen

Fig. 1 ein geöffnetes zweiteiliges Negativwerkzeug und einen flexiblen Innentank in schematischer perspektivischer Darstellung zeigt,

Fig. 2 das Negativwerkzeug nach Fig. 1 in geschlossenem Zustand mit darin befindlichem Innentank in schematischer perspektivischer Darstellung zeigt,

Fig. 3 das Negativwerkzeug nach Fig. 1 in geschlossenem Zustand mit darin befindlichem Innentank innerhalb des noch nicht evakuierten Foliensacks zeigt,

Fig. 4 einen Querschnitt eines Segments aus einer Wandung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sicherheitstanks in vergrößerter Darstellung zeigt,

Fig. 5 einen Schnitt durch eine in einem Negativwerkzeug hergestellte zweiteilige Außenschale zeigt und

Fig. 6 einen Schnitt durch eine Anordnung zeigt, die die Außenschale nach Fig. 5 in zusammengefügtem Zustand und einen eingelegten vorgefertigten Innentank als Gummirohteil enthält, wobei sich die Anordnung in einem Foliensack befindet.

Fig. 1 zeigt ein zweiteiliges Negativwerkzeug 10 und einen flexiblen Innentank 11 mit einem Flansch 12, der direkt als Anschlußstutzen für eine Tankverschluß (nicht gezeigt) oder zur Befestigung anderer Anschlußelemente (nicht gezeigt) dienen kann. Der Innentank 11 kann beispielsweise aus Gummi oder einem anderen geeigneten flexiblen Material gefertigt sein. Je nach Art der geometrischen Außenkontur des zu fertigenden Sicherheitstanks kann das Negativwerkzeug auch mehr als zwei Teile aufweisen. Es kann unter Berücksichtigung der Wandstärke der späteren Außenschale von einem vorhandenen Tank oder einem entsprechenden Formelement abgenommen werden.

Zur Herstellung des Sicherheitstanks werden in das Negativwerkzeug 10 Matten aus Fasergewebe bzw. Fasergeflecht, je nach Aus führungs form auch Matten mit einer Wabenstruktur oder aus Hartschaum eingelegt. Für das Fasergewebe bzw. -geflecht kommen eine Vielzahl von Materialien in Betracht, beispielsweise Kohlefasern bzw. Carbon, Aramide wie Kevlar (eingetragene Marke) oder Dynema (eingetragene Marke) oder Glasfasern, entweder für sich genommen oder in Kombination.

Diese Matten werden vorzugsweise vor 'dem Einlegen in das Negativwerkzeug mit der Matrix getränkt. Die Matrix kann jedoch auch nach dem Einlegen der Matten in die Negativform eingebracht werden. Als Matrix kommen vorzugsweise Harze, beispielsweise Epoxidharz, Polyesterharz oder Venylesterharz in Betracht.

Durch das Tränken der Matten mit der Matrix entsteht ein Laminat, bei dem die Matrix zunächst flüssig ist und nach dem Aushärten der Matrix ein hochfester Verbundwerkstoff entsteht, der auch allgemein als faserverstärkter Kunststoff bezeichnet wird.

Nach dem Auskleiden des Negativwerkzeugs wird der flexible Innentank 11 in das Negativwerkzeug eingelegt und dieses verschlossen, wobei der Flansch 12 aus der Ausnehmung 13 herausragt, wie aus Fig. 2 ersichtlich. Die beiden Hälften des Negativwerkzeugs 10 sind an entsprechenden Rändern 14 miteinander verbunden.

Das Negativwerkzeug wird anschließend in einen luftdichten Foliensack 2 0 eingebracht, der mittels eines an dem Flansch 12 angebrachten Dichtbandes 22 luftdicht verschlossen wird (Fig. 3) . Der Foliensack 20 wird über ein Ventil 21 an eine Unterdruckpumpe (nicht gezeigt) angeschlossen und anschließend evakuiert. Der hierdurch erzeugte Unterdruck wirkt durch einen Spalt zwischen dem Flansch 12 des Innentanks 11 und der Ausnehmung 13 des Negativwerkzeugs 10 und die nicht luftdichte Verbindung an den Rändern 14 des Negativwerkzeugs 10 auch im Inneren des Negativwerkzeugs 10, so daß der Innentank 11 infolge des Druckunterschieds zwischen dem Umgebungsdruck und dem abgesenkten Druck innerhalb des Foliensacks 20 an die mit dem Laminat ausgekleideten Innenwände des Negativwerkzeugs 10 angedrückt wird.

Das Negativwerkzeug wird nunmehr zum Aushärten des Laminats in einen Autoklaven eingebracht. Druck und Temperatur in dem Autoklaven sowie die Verweildauer des Negativwerkzeugs 10 in dem Autoklaven hängen von den verwendeten Werkstoffen, insbesondere von den Materialien für die Fasern und die Matrix ab. Bei Verwendung von Kohlefasern und Epoxidharz beträgt die Temperatur etwa 120° C und der Druck etwa 5-8 bar. Bei Verwendung von

Glasfasern und Polyestherharz kann die Temperatur niedriger sein.

Durch das Aushärten geht der Faserverbundwerkstoff eine feste Verbindung mit dem Innentank 11 ein. Nach dem Aushärten wird das Negativwerkzeug 10 aus dem Autoklaven und dem Foliensack 20 entnommen und geöffnet, so daß der erfindungsgemäße Sicherheitstank entnommen werden kann.

Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Wandsegments 3 0 des Sicherheitstanks im Querschnitt. Hierbei befindet sich auf beiden Seiten einer Wabenstruktur 2 ein Fasergewebe 1. Auf der Innenseite des Sicherheitstanks liegt an dem Fasergeflecht 1 das Gummimaterial des Innentanks 11 an. Die Matrix ist nicht dargestellt. Das Fasergewebe 1 und die Wabenstruktur 2 bilden zusammen mit der nicht dargestellten Matrix eine formstabile Außenschale 4, die über die Matrix fest mit dem flexiblen Innentank 11 verbundenen ist.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Sicherheitstanks wird nachfolgend anhand der Fig. 5 und 6 erläutert. Hierbei sind den vorherigen Ausführungsbeispielen entsprechende Merkmale mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Fig. 5 zeigt eine Außenschale 4 aus ausgehärtetem Faserverbundwerkstoff mit zwei Hälften 4a und 4b, die in bekannter Art und Weise in einem Negativwerkzeug hergestellt wurden. Beide Hälften 4a und 4b weisen Klebeabsätze 44 auf, die ein späteres festes und formstabiles Zusammensetzen ermöglichen. Die Innenwände 45 der beiden Hälften 4a und 4b weisen eine rauhe Oberfläche auf, um beim späteren Einvulkanisieren des Innentanks 11 eine besonders feste Verbindung zu gewährleisten.

Fig. 6 zeigt die beiden Hälften 4a und 4b in zusammengefügtem und verklebtem Zustand, wobei die

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Darstellung gegenüber der Fig. 5 um 90° gedreht ist. Vor dem Zusammenfügen wurde der Innentank 11 eingelegt. Dieser Innentank 11 ist ein noch nicht vulkanisiertes Gummirohteil. Die Anordnung aus der Außenschale 4 und dem Innentank 11 wird mit einem Foliensack 2 0 aus Polyamid umhüllt, der nach dem Verschließen teilweise in den Innentank 11 eingestülpt und danach über ein Ventil 21 evakuiert wird. Durch den derart erzeugten Unterdruck wird der Innentank 11 mit dem Differenzdruck zu dem Umgebungsdruck an die rauhen Innenwände der Außenschale 4 angedrückt. Die gesamte Anordnung aus evakuiertem Foliensack 20, Außenschale 4 und Innentank 11 wird sodann in einen Autoklaven eingebracht und bei geeignetem Druck und geeigneter Temperatur vulkanisiert.

Nach dem Vulkanisiervorgang kann der Sicherheitstank aus dem Autoklaven und dem Foliensack 20 entnommen werden, wobei durch das Vulkanisieren eine feste flächige Verbindung zwischen dem Innentank Il und der Außenschale 4 hergestellt wurde.

Claims

4104 Gb Schutzansprüche

1. Sicherheitstank, bei dem ein flexibler Innentank (11) mit einer formstabilen Außenschale (4) fest verbunden ist, wobei ein bei der Herstellung der formstabilen Außenschale (4) bzw. des flexiblen Innentanks (11) erforderlicher Bestandteil der formstabilen Außenschale

(4) oder des flexiblen Innentanks (11) Verbindungsmittel zur festen Verbindung zwischen dem flexiblen Innentank (11) und der formstabilen Außenschale (4) ist.

2. Sicherheitstank nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Außenschale (4) aus einem Verbundwerkstoff gefertigt ist.

3. Sicherheitstank nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Innentank (11) aus Gummi gefertigt und in die Außenschale (4) einvulkanisiert ist.

4. Sicherheitstank nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix des Verbundwerkstoffs der Außenschale (4) Verbindungsmittel zur festen Verbindung zwischen dem Innentank (11) und der Außenschale (4) ist.

5. Sicherheitstank nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbundwerkstoff ein Faserverbundwerkstoff ist.

6. Sicherheitstank nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenschale (4) neben einem Fasergewebe (1) einen oder mehrere Bestandteile (2) mit Wabenstruktur oder aus Hartschaum aufweist.

7. Sicherheitstank nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenschale (4) eine Sandwichbauweise aufweist.

8. Sicherheitstank nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Fasergewebe (1) der Außenschale (4) Kohlefasern, synthetische Fasern, insbesondere Fasern aus Aramid, Kevlar (eingetragenes Marke), Dynema (eingetragenes Marke) und/oder Glasfasern aufweist.

9. Sicherheitstank nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix Epoxidharz, Polyestherharz oder Venylestherharz aufweist.