DE4126251A1 - Druckgasflasche aus verbundwerkstoff - Google Patents

Druckgasflasche aus verbundwerkstoff

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Druckgasflasche aus Verbundwerk­ stoff nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Aus der DE 38 21 852 A1 ist eine Druckgasflasche aus Verbundwerkstoff für hohen Gasdruck, bestehend aus einem Liner aus Aluminium mit um­ fangseitigen Schichten aus glasfaserverstärktem Kunststoff bekannt. Auf den Liner aus Aluminium ist eine mehrschichtige Kreuzwicklung auf­ gebracht, an die sich eine mehrschichtige, sogenannte Umfangswicklung von Glasfasern anschließt. Diese Umfangswicklung erstreckt sich über den gesamten zylindrischen Bereich der Druckgasflasche. Dadurch be­ stehen an den beiden Enden der Umfangswicklung in bezug auf die mehr­ schichtige Kreuzwicklung Stufen, die etwa an dem Übergang von dem zylindrischen Bereich des Aluminium-Liners zu den Polkappen liegen. In diesen Stufenbereichen entstehen bei dem unter Innendruck belasteten Behälter Spannungsüberhöhungen in der Verbundwand, die zu einer Min­ derung des Berstdruckes führen. Weiterhin entstehen im zylindrischen Bereich der Druckgasflasche Risse in der Umfangswicklung bei Belastun­ gen in höheren Druckbereichen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Druckgasflasche zu schaffen, bei der die Spannungen in der Verbundwand weitestgehend ho­ mogen verteilt sind.
Die Erfindung löst diese Aufgabe entsprechend dem kennzeichnenden Merkmal des Anspruches 1.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Aufgrund der alternierenden Wicklungen der Glasfasern sind die sonst vorhandenen beiden Stufen am Übergang des zylindrischen Bereiches in die Polkappen vermieden, indem die Umfangswicklungsschichten bzw. Ra­ dialwicklungen sich von dem Aluminium-Liner aus gesehen nach außen zu stufenweise verkürzen, wobei die erste Kreuzwicklung einen Teil der gewölbten Polkappen bedeckt.
Durch die erfindungsgemäße Maßnahme werden Risse in der Verbundwand weitgehend vermieden und der rechnerische Berstdruck auch praktisch erreicht.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge­ stellt. Es zeigt:
Fig. 1 eine Druckgasflasche und
Fig. 2 einen verkürzt gezeichneten Ausschnitt II nach Fig. 1.
Eine Druckgasflasche 1 besteht aus einem Metallkörper 2 aus Aluminium und aus umfangsseitigen Wicklungen 11 bis 15 aus glasfaserverstärktem Kunststoff. Der Metallkörper 2 und die Wicklungen 11 bis 15 bilden eine Verbundwand 3. Der rißgefährdete Bereich ist mit 20 bezeichnet; der Übergangsbereich, in dem die Spannungsüberhöhungen auftreten mit 4.
Bei den Wicklungen 11 bis 15 handelt es sich um Kreuzwicklungen 11, 13, 15 und um Radialwicklungen 12, 14. Die erste Wicklung, nämlich die Kreuzwicklung 11 bedeckt den gesamten Metallkörper 2 bis auf einen Teil der Anschlußstutzen 23, 24. Auf dieser Kreuzwicklung 11 liegt die Radialwicklung 12 auf. Sie bedeckt entsprechend einem Abstand 30 beid­ seitig einen Teil der Polkappen 21, 22.
Die Kreuzwicklung 13 bedeckt ihrerseits die Radialwicklung 12 und ist an den Polkappen 21, 22 sowohl auf die Radialwicklung 12 als auch auf die Kreuzwicklung 11 gewickelt.
Darauf folgt die Radialwicklung 14 mit einem beidseitigen Überstand 31 gegenüber dem zylindrischen Abschnitt 20 bzw. dem Bereich 4.
Der Abstand 30 ist gegenüber dem Überstand 31 um den Abstand 32 ver­ längert, wobei der Abstand 32 der Dicke 33 der Radialwicklungen 12, 14 entspricht, wobei diese Dicke 33 auch für die Kreuzwicklungen 11. 13, 15 zutrifft.
Die Radialwicklung 14 ist dann durch die Kreuzwicklung 15 abgedeckt. Die Kreuzwicklung 15 erstreckt sich ebenfalls bis zu den Anschluß­ stutzen 23, 24, wobei die Kreuzwicklung 15 die äußerste Schicht der Druckgasflasche 1 darstellt. Diese hüllt die übrigen Wicklungen 11 bis 14 vollständig ein.
Wesentlich sind die alternierenden Wicklungen 11 bis 15, weil dadurch die Spannungen in der Verbundwand 3, insbesondere im Übergangsbereich 4 weitgehend homogen verteilt sind.
Durch die alternierenden Wicklungen 11 bis 15 und der versetzten, stufenweisen Anordnung der Radialwicklungen 12, 14 mit breiter Basis der metallnahen Radialwicklung 12 und der demgegenüber um den Abstand 32 verkürzten Radialwicklung 14 werden Risse in der Verbundwand 3 im Nenndruckbereich vermieden.
Wesentlich ist auch der sogenannte Auslauf der Kreuzwicklungen 11, 13, 15 an den Anschlußstutzen 23, 24, in dem jede, der ersten Kreuzwick­ lung 11 folgende Kreuzwicklung 13 bzw. 15 die vorgehende Kreuzwicklung 11 bzw. 13 vollständig überdeckt.
Die Spannungen in der Verbundwand 3 werden daher gleichmäßiger ver­ teilt und die Druckgasflasche 1 ist allseitig gegen Stoßbelastungen geschützt.
Das Prinzip gemäß dem vorgenannten Ausführungsbeispiel gewährleistet einen geringen Aufwand bezüglich der Dicke des Metallkörpers 2, der Anzahl und der Dicke der Wicklungen 11 bis 15.
Die Anzahl der Wicklungen 11 bis 15 ist entsprechend des Maximal­ druckes der Druckgasflasche 1 ohne weiteres zu erhöhen oder zu vermin­ dern.

Claims (8)

1. Druckgasflasche aus Verbundwerkstoff für hohen Gasdruck, bestehend aus einem Metallkörper aus Aluminium mit umfangsseitigen Wicklungen aus faserverstärktem Kunststoff, einer ersten Kreuzwicklung von Fasern und aus einer weiteren Radialwicklung von Fasern, wobei der Metallkörper einen zylindrischen Bereich und sphärisch gewölbte Polkappen mit Anschlußstutzen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Radial- und Kreuzwicklungen (11 bis 15) alternierend ange­ ordnet sind.
2. Druckgasflasche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar auf dem Metallkörper (2) eine Kreuzwicklung (11) angeordnet ist.
3. Druckgasflasche nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Radialwicklung (12) auf der Kreuzwicklung (11) auf­ liegt und die Radialwicklung (12) sich über den zylindrischen Bereich (20) des Metallkörpers (2) hinaus, entsprechend den Abstän­ den (30) in den Anfangsbereich der sphärischen Polkappen (21, 22) hineinerstreckt.
4. Druckgasflasche nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite und die folgende Schicht einer Kreuzwicklung (13 bzw. 15) jeweils die vorhergehende Kreuzwicklung (11 bzw. 13) über­ decken und sich bis in den Bereich der zylindrischen Anschluß­ stutzen (23, 24) über die vorhergehende Schicht der Kreuzwicklung (11 bzw. 13) hinauserstrecken.
5. Druckgasflasche nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite und die folgenden Radialwicklungen (12, 14) um einen Abstand (32) etwa entsprechend der Dicke (33) einer Schicht der Wicklungen (11 bis 15) jeweils kürzer sind als die vorhergehende Radialwicklung (12).
6. Druckgasflasche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die erste Kreuzwicklung (11) folgenden Kreuzwicklungen (13, 15) in Längsrichtung der Druckgasflasche (1) jeweils länger sind als die vorhergehende.
7. Druckgasflasche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die letzte, äußerste Wicklung eine Kreuzwicklung (15) ist.
8. Druckgasflasche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Schichten Radialwicklung (12, 14) und drei Schichten Kreuzwicklung (11, 13, 15) vorgesehen sind.
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