DE3316539C1 - Torusfoermiger Druckbehaelter aus Verbundmaterial - Google Patents
Torusfoermiger Druckbehaelter aus VerbundmaterialInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen torusförmigen jo
Druckbehälter aus Verbundmaterial gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein derartiger Druckbehälter ist durch die DE-PS 31 47 867 bereits bekannt. Dieser torusförmige Druckbehälter
weist im Bereich des Äquators eine zylindrisehe Außenkontur auf, die durch eine zusätzliche
Stützwicklung normal zum Meridian verstärkt ist. Es hat sich nun herausgestellt, daß die zwar schon günstigen
Eigenschaften dieses Torusbehälters noch nicht vollkommen optimal und deshalb verbesserungswürdig
sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen torusförmigen Druckbehälter der eingangs genannten
Art so zu gestalten, daß dieser noch eine Verbesserung sowohl in der Fertigung als auch im Gewicht gegenüber
demjenigen des vorgenannten älteren deutschen Patentes bietet. Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch
die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Mit der Erfindung werden die an sich günstigen Eigenschaften des bekannten Torusbehälters und
besonders von solchen mit ovaler Meridiankrümmung erheblich übertroffen. Die sonst in der Zone des
kleinsten Durchmessers bei Torusbehältern mit vollkommen ovaler Meridiankrümmung auftretenden zusätzlichen
Spannungen werden durch die spezifische Meridiankrümmung, welche durch die winkelförmige
Ausbildung im Bereich des kleinsten Durchmessers gebildet wird und die einen in sich geschlossenen
Meridian bildet, beherrscht. Dabei ist zur Ausnutzung der günstigen Spannungseigenschaften die zusätzliche
Stützwicklung, die ausschließlich normal zum Meridian verläuft, notwendig.
Auf diese Weise kann durch die Erfindung ein extrem leichter Druckbehälter hergestellt werden mit voller
Ausnutzung der hohen Reißlänge des Fasermaterials mit geringem Anteil von Bindemittel und ohne schwere
Stutzen an den Polkappen. Außerdem werden die Probleme wie bei anderen Behälterformen hinsichtlich
einer Fadenkonzentration an den Polkappen vermieden. Der Lastanteil der äußeren Stützbewicklung im
Verhältnis zum vom Innenbehälter aufzunehmenden Lastanteil kann mit einer Bauweise gemäß der
Erfindung größer als bisher gewählt werden, und zwar unabhängig von den bisherigen, oben erwähnten
Einschränkungen.
Ein Druckbehälter dieser Art könnte zwar auch in reiner Wickeltechnik hergestellt werden, jedoch kann
nach Entfernen des Wickelkernes kein Innenbehälter, ζ. B. in Form einer Gummiblase, eingebracht werden.
Bei einem Behälter aus Innenbehälter und Stützbewicklung übernimmt der mittragende und dehnungsmäßig
voll angepaßte Innenbehälter hierbei die Funktionen von Wickelkern und Abdichtung. Auf den
Innenbehälter wirkt z. B. ein Lastanteil von etwa 20% des gesamten Lastanteils, während die restlichen 80%
von der äußeren Stützbewicklung übernommen werden.
Die Anschlüsse zum Füllen und Entleeren und/oder zur Befestigung und Handhabung des Druckbehälters
können entsprechend der vorbekannten DE-PS 31 47 867 und ähnlich den entsprechenden Anschlüssen
bei bekannten zylindrischen Druckbehältern (siehe z. B. die US-PS 32 93 860) vollständig in den Aufbau der
Bewicklung mit einbezogen werden, ohne daß dadurch der Druckbehälter eine Festigkeitseinbuße erfährt. So
können diese Anschlüsse z. B. auf einem oder mehreren verstärkten Spanten angeordnet sein, die zwischen zwei
benachbarten Meridianen die Wicklung in Richtung des Meridians ersetzen. Ebenso ist es möglich, diese
Anschlüsse an Verstärkungsaugen bzw. Verstärkungsohren zweckmäßigerweise in der Zone kleiner Fadendichte im Bereich des maximalen Durchmessers
anzuordnen, wobei dann die Meridianwicklung an den nach außen ragenden Schultern dieser Verstärkungen in
eine Kreuzwicklung umgeleitet wird, welche die Wicklung längs des Meridians in dieser Zone ersetzt.
Eine weitere Möglichkeit besteht bei der Anordnung der Verstärkungsohren, daß die Meridianwicklung um
diese herumgeführt wird.
Eine vorteilhafte Weiterentwicklung ist im Patentanspruch 2 angegeben.
Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung
näher erläutert. In der Zeichnung stellt dar
F i g. 1 eine perspektivische Ansicht eines torusförmigen Druckbehälters gemäß der Erfindung;
Fig.2 einen Schnitt durch den Druckbehälter in
F i g. 1 in der Meridian-Ebene;
Fig.·3 eine perspektivische Ansicht eines zweiten
Ausführungsbeispiels für einen torusförmigen Druckbehälter gemäß der Erfindung;
Fig.4 eine in der Meridian-Ebene geschnittene perspektivische Teilansicht eines Druckbehälters zur
Darstellung der Lage von Anschlüssen zum Füllen/Entleeren und zur Handhabung.
Ein torusförmiger Druckbehälter 1 hat in seinem Seitenbereich und in der Äquatorialzone die Form eines
geschlossenen etwa ovalen Torus 2, während er im Bereich des kleinsten Durchmessers 3 etwa winkelförmig
ausgebildet ist. Am Ort des kleinsten Durchmessers 3 erfolgt dadurch ein Krümmungssprung, wie dies aus
der Querschnittszeichnung der F i g. 2 hervorgeht.
Der Druckbehälter 1 weist einen leichten ebenfalls torusförmigen Innenbehälter 4 auf. An diesen Innenbehälter
sind Stützwicklungen 5 und 6 z.B. aus Kohlefasern angebracht, die mit einem Harzbindemittel
zusammengehalten werden. Die außen auf dem Innenbehälter 4 angebrachte Stützwicklung 5 verläuft
lediglich in Meridianrichtung M. In dem Innenbehälter 4 ist vor dem Zusammenschweißen desselben an dem
winkelförmigen Ort des kleinsten Durchmessers 3 die Stützwicklung 6 eingebracht, die dadurch in Form einer
Kerbe 3a ausgebildet ist und deren Wicklungen senkrecht zum Meridian verlaufen, wie dieses in F i g. 1
angedeutet ist.
Das Material von Innenbehälter und Stützbewicklung ist so aufeinander abgestellt, daß beide unter den
auftretenden Belastungen gleiche absolute Dehnung aufweisen. Der Innenbehälter ist sehr leichtbauend und
muß im wesentlichen nur eine Festigkeit aufweisen, die ihn als Wickelkern für die Stützbewicklungen 5 und 6
geeignet macht.
Die gewählte Behälterform 1 ist optimal für den ungleichförmig belasteten Innenbehälter 4 und auch
eine optimale Behälterform für die ungleichförmig belasteten äußeren Stützwicklungen 5 und 6. In dem
reinen Torusbereich 2 werden die Vorteile von geschlossenen Torusbehältern hinsichtlich der Wicklung
ausgenützt; insbesondere treten auch keine übermäßigen Konzentrationen von Wicklungen mit
hohem Bindemittelanteil auf. Eine solche Konstruktion ist sehr leicht herzustellen und hat völlig gleichförmige
Dehnung in jeder Richtung und in jedem Punkt. Die Tangential- und Meridianspannungen in der Wand des
belasteten Innenbehälters sind hierbei konstant, gleichzeitig ist die Fadenspannung in den Stützwicklungen
konstant. Die hohen Reißlängen von Fasermaterialien, so z. Bv Kohlefasern, können mit einer solchen
Behälterform optimal ausgenutzt werden.
Der in F i g. 1 gezeigte Druckbehälter weist noch mehrere Anschlüsse 7, z. B. zur Befestigung sowie zum
Füllen bzw. Entleeren des Druckbehälters 1 auf. Diese Anschlüsse sind auf den Innenbehälter 4 umgreifenden
verstärkten Spanten 8 angeordnet, von denen in F i g. 1 einer gezeigt ist. In der Regel wird ein Behälter ein oder
zwei Spante 8 aufweisen. Diese gegenüber der Stützwicklung 5 verstärkten Spante 8 ersetzen die
Stützwicklung 5 zwischen den beiden den Spant begrenzenden Meridianen und sind in der Regel selbst
als Wickelkörper im Rahmen der Stützwicklung 5 ausgebildet. Auch eine Fertigung aus Mattenmaterial
oder dergleichen ist hierbei möglich. In die Spante 8 sind die Anschlüsse 7 entsprechend eingearbeitet.
In Fig.3 ist ein torusförmiger Druckbehälter 1' dargestellt, der bis auf den die Anschlüsse T
aufnehmenden Bereich in gleicher Weise wie der Druckbehälter 1 gemäß F i g. 1 gefertigt ist. Der
torusförmige Druckbehälter Y weist wiederum einen Innenbehälter 4 auf, der mit einer Stützwicklung 5' in
Meridianrichtung Mund in seinem Bereich 3' innen mit
einer senkrecht zum Meridian verlaufenden Stützwicklung 6' bewickelt ist. Die Anschlüsse 7' sind im Bereich
geringer Faserdichte, d. h. im Bereich der Stützwicklung 5' angeordnet und hier jeweils in einem Verstärkungsauge
9 eingesetzt. Die ansonsten in Meridianrichtung M verlaufende Stützwicklung 5' wird zwischen den hier
gezeigten zwei Anschlüssen T an den nach außen ragenden Schultern dieser Verstärkungsaugen 9 in eine
Kreuzwicklung 10 übergeleitet, welche die Wicklung 5' längs des Meridians in der Aufnahmezone 11 für die
Verstärkungsaugen 9 und Anschlüsse T ersetzt.
In Fig.4 ist ein Teil eines weiteren torusförmigen
Druckbehälters 1" dargestellt, der einen Innenbehälter 4" aufweist. Der Innenbehälter 4" ist mit einer
Stützwicklung 5" in Meridianrichtung bewickelt. Zum Anbringen von Anschlüssen, wie hier nur angedeutete
Füllöffnungen 12, werden auf den; Innenbehälter 4" die gewünschten Anschlüsse aufnehmende Verstärkungsohren 13 aufgesetzt, die sich zwischen je zwei
benachbarten Meridianen befinden und mit den Fäden der meridionalen Stützwicklung 5" umwickelt werden.
Diese Anschlußstücke 13 können z. B. Leichtmetallstükke
aus Aluminium oder dergleichen mit entsprechenden Bohrungen sein.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
- Leerseite -
Leerseite -
- Leerseite -
Claims (2)
1. Torusförmiger Druckbehälter aus Verbundmaterial, bestehend aus einem gas- bzw. flüssigkeitsdichten
Innenbehälter, einer auf diesem insgesamt angebrachten Stützbewicklung in Meridianebene
aus Fasern, Fäden oder Drähten zur Entlastung der Innenbehälterwand mit einer solchen Krümmung
des Meridians, welche die Gleichheit der konstanten Tangential- und Meridianspannungen in der Wand
des Innenbehälters und gleichzeitig konstante Fadenspannung in der Stützbewicklung bewirkt, und
einer zusätzlichen Stützwicklung normal zum Meridian, wobei am Druckbehälter Anschlüsse zum
Füllen und Entleeren und/oder zur Befestigung und Handhabung vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet,
daß die Meridianebene (M) im Bereich des kleinsten Durchmessers (3) winkelför-,
mig ausgebildet ist und daß in der dadurch gebildeten Kerbe (3a) die zusätzliche Stützwicklung
(6) normal zum Meridian (M) angeordnet ist.
2. Druckbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Stützbewicklung
(6) im Bereich der Kerbe (3a) innerhalb des Innenbehälters (4) angeordnet ist.
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