DE60316429T2

DE60316429T2 - Druckgefäss aus kunststoff für ein fluid und verfahren zur herstellung solch eines gefässes

Info

Publication number: DE60316429T2
Application number: DE60316429T
Authority: DE
Inventors: Ludo Van Schepdael; Tony Vanswijgenhoven
Original assignee: Covess NV
Current assignee: Covess NV
Priority date: 2002-05-03
Filing date: 2003-04-16
Publication date: 2008-06-26
Anticipated expiration: 2023-04-17
Also published as: EP1502044B1; WO2003093703A1; BR0304722A; ATE373792T1; AU2003240769A1; US20050173430A1; DE60316429D1; EP1502044A1; EP1359352A1; US7350660B2

Description

BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
Die Erfindung betrifft ein Druckgefäß aus Kunststoff für ein Fluid, das ein erstes Teil und ein zweites Teil umfasst, die miteinander verbunden sind, wobei eines des ersten und des zweiten Teils ein Hauptkörper oder ein Endteil ist. Im Rahmen der Erfindung umfasst der Begriff „Fluid" Gase ebenso wie Flüssigkeiten.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines Druckgefäßes aus Kunststoff, das ein erstes Teil und ein zweites Teil umfasst, wobei eines des ersten und des zweiten Teils ein Hauptkörper oder ein Endteil ist, und das Verfahren einen Verfahrensschritt umfasst, in welchem der Hauptkörper und das Endteil miteinander verbunden werden.
Druckgefäße aus Kunststoff sind bekannt. Einer der Hauptvorteile des Verwendens von Kunststoffmaterialien gegenüber Metallen liegt in einer Verringerung des Gewichts.
Herkömmlicherweise werden die Druckgefäße aus Kunststoff mittels Blasformen oder Spritzgießen hergestellt. Obwohl solche Gefäße verhältnismäßig leicht herzustellen sind, ist der Druckbereich, in dem sie sicher funktionieren, begrenzt.
In EP 0 461 979 wird ein Druckgefäß dargestellt, dessen Hauptkörper eine Innenschicht aus einem thermoplastischen Material und eine Außenschicht aus einem Kunststoffmaterial, das ferner Fasern aufweist, umfasst. Der Hauptkörper wird hergestellt, in dem die Schichten eine über der anderen auf einen Dorn gewickelt werden. Das Endteil wird mittels Spritzgießen eines thermoplastischen Materials hergestellt.
In EP 0 461 979 werden das Endteil und der Hauptkörper durch Verwenden eines elektrischen Widerstands, durch welchen ein Strom zugeführt wird, miteinander verbunden. Die erzeugte Wärme verschweißt die Teile miteinander.
Das bekannte Verfahren hat als einen Nachteil, dass der elektrische Widerstand im Druckgefäß verbleibt, was das Gewicht erhöht und mit der Zeit die Druckgefäße schwächen könnte.
Aus WO 92/20954 ist ein Druckgefäß bekannt, der aus zwei Behälterhälften besteht, die faserverstärkte Kunststoffmaterialien umfassen. Die Kanten der Behälterhälften sind in einem Winkel geschnitten und zusammengeklebt. Um die Klebenaht herum wird ein Verstärkungsgürtel aus faserverstärktem Kunststoffmaterial angelegt.
Obwohl diese bekannten Gefäße verhältnismäßig gut funktionieren, können sie verhältnismäßig hohen Drücken nicht sicher standhalten oder, wenn sie es dennoch tun, sind die Kosten für die Bereitstellung solch einer Sicherheit sehr hoch.
Es besteht daher eine Notwendigkeit der Bereitstellung eines Druckgefäßes, das imstande ist, hohen Drücken standzuhalten, während es dies gleichzeitig auf eine wirtschaftliche und flexible Weise tut.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Druckgefäß bereitzustellen, das durchschnittlich hohen Drücken standhalten kann, während der Fertigungsprozess und die Konstruktion flexibel und „kostengünstig" bleiben.
Zu diesem Zweck umfasst das erste Teil wenigstens eine Schicht aus thermoplastischem Material mit im Wesentlichen endlosen Fasern, und das zweite Teil umfasst eine Schichtstruktur mit einer ersten und einer zweiten Schicht aus thermoplastischem Material, wobei wenigstens eine der ersten und zweiten Schichten im Wesentlichen endlose Fasern aufweist, die ersten und zweiten Schichten durch eine innere Kunststoffschicht getrennt sind und sich die Schicht mit im Wesentlichen endlosen Fasern des ersten Teils über eine Länge zwischen der ersten und zweiten Schicht aus thermoplastischem Material des zweiten Teils eingeschlossen und damit verbunden erstreckt.
Die im Wesentlichen endlosen Fasern (d. h. mit einer Länge, die größer als 25 mm, vorzugsweise aber größer als 50 mm ist) der wenigstens einen Schicht des ersten Teils und der ersten und/oder zweiten Schicht des zweiten Teils bilden über eine Länge eine Verbindung. Die Schichtverbindung zwischen den drei Schichten, von welchen wenigstens zwei endlose Fasern umfassen, sorgt für eine starke Brücke zwischen den Teilen und ermöglicht eine beträchtliche Erhöhung der Festigkeit des Gefäßes insbesondere gegen hohe Drücke. Während bei herkömmlichen blasgeformten oder spritzgegossenen Druckgefäßen aus Kunststoff Drücke von bis zu 20 bis 30 Bar vor dem Bersten zu zumutbaren Kosten und mit einem zumutbaren Gewicht erreicht werden können, erreichten Druckgefäße gemäß der Erfindung Drücke von weit über 75 Bar, ohne die Kosten (wesentlich) zu erhöhen.
Die der Verbindung zwischen den Schichten im Druckgefäß gemäß der Erfindung innewohnende Festigkeit beseitigt oder reduziert zumindest die Notwendigkeit der Bereitstellung eines Verstärkungsgürtels um die Klebenaht, wie aus WO 92/20954 bekannt, verringert die Komplexität und die Kosten des Prozesses und des Druckgefäßes und bietet die Möglichkeit einer Gewichtsreduktion. Vorzugsweise umfassen beide der ersten und zweiten Schichten des zweiten Teils im Wesentlichen endlose Fasern. Ein Bereitstellen von im Wesentlichen endlosen Fasern in beiden der ersten und zweiten Schichten verleiht der Verbindung und demnach dem Druckgefäß beispielsweise im Vergleich zu Ausführungsformen der Erfindung, in welchen nur eine der ersten und zweiten Schichten mit im Wesentlichen endlosen Fasern versehen ist, zusätzliche Festigkeit. Die letzteren Ausführungsformen sind jedoch weniger kostspielig und demnach für Ausführungsformen geeignet, in welchen zwar verhältnismäßig niedrigere Höchstdrücke anwendbar sind, aber die Kosten von größerer Bedeutung sind. Vorzugsweise umfasst die Innenschicht des zweiten Teils thermoplastisches Material. Die Bereitstellung von thermoplastischem Material in der Innenschicht bietet die Möglichkeit, dass auch die Schicht des ersten Teils mit der Innenschicht verbunden wird, was der Verbindung weitere Festigkeit verleiht.
Vorzugsweise ist eines des ersten und des zweiten Teils ein zylindrisch geformter Hauptkörper des Druckgefäßes, der an beiden Seiten mit Endteilen versehen ist.
In diesen Ausführungsformen kann die Länge des zylindrischen Körpers gewählt werden, was eine Flexibilität in der Konstruktion bietet, d. h. das Volumen des Druckgefäßes ist nicht beschränkt. In dieser Hinsicht ist zu erwähnen, dass die Konstruktion, die in WO 92/20954 dargestellt ist, aus zwei Hälften hergestellt werden muss, die vorliegende Erfindung beseitigt diese Beschränkung und ermöglicht eine flexiblere Konstruktion.
In solchen bevorzugten Ausführungsformen sind die Endteile des Gefäßes vorzugsweise mit Befestigungsmitteln versehen und weisen einen höheren maximalen Berstdruck als der des Hauptkörpers auf. Diese Bedingung gewährleistet, dass es im Durchschnitt am wahrscheinlichsten ist, dass der Hauptkörper nicht standhält. Wenn das Druckgefäß nicht standhält, wird die Sicherheit am besten gewährleistet, wenn die Wahrscheinlichkeit von losen Teilen gering ist.
Vorzugsweise umfasst das zweite Teil einen Schlitz, in welchen sich ein Vorsprung der Schicht mit im Wesentlichen endlosen Fasern des ersten Teils erstreckt. Ein Bereitstellen eines Schlitzes, statt das erste Teil in das zweite Teil zu pressen, ermöglicht es, eine bessere und stärkere Verbindung zu erhalten.
Vorzugsweise ist der Vorsprung konisch. Die Bereitstellung solch eines Vorsprungs (der auch in Gestalt einer V-Form sein könnte) erhöht die Festigkeit der Naht beträchtlich.
Vorzugsweise ist die Verbindung des Endteils und des Hauptkörpers so ausgebildet ist, dass sich die endlosfaserhaltige Schicht des ersten Teils in einer Richtung parallel zu den Schichten betrachtet über eine Länge zwischen 10 und 100 und vorzugsweise zwischen 20 und 50 mm zwischen den ersten und zweiten Schichten des zweiten Teils erstreckt (wobei wenigstens eine der Schichten im Wesentlichen endlose Fasern umfasst). Eine zu kurze Ausdehnung erhöht die Gefahr, dass die Naht Schwachstellen umfasst. Eine zu breite Überlappung erhöht jedoch die Gefahr, dass die innersten und äußersten Teile der Naht nicht gut verbunden werden, was die Festigkeit der Naht verringert. Das angegebene Maß an Überlappung der faserhaltigen Schichten im Endteil und dem Hauptkörper erhöht die Festigkeit der Naht des Gefäßes ohne die zuvor erwähnten möglichen negativen Nebenerscheinungen. Vorzugsweise ist die Länge der im Wesentlichen endlosen Fasern in allen betreffenden Schichten wenigstens gleich der Überlappung zwischen den Schichten und vorzugsweise zweimal diese Überlappung. Vorzugsweise sind die im Wesentlichen endlosen Fasern in beiden Teilen und allen betreffenden Schichten in einem Gittermuster gelegt und erstrecken sich über die Naht. Solch ein Muster erhöht die Festigkeit der Naht.
Vorzugsweise umfasst das erste Teil eine Innenschicht aus thermoplastischem Material. Solch eine Innenschicht, auf welcher die Schicht mit im Wesentlichen endlosen Fasern vorgesehen ist, erhöht die Luftdichtheit des Gefäßes, sowie die chemische Beständigkeit gegen das Fluid, das im Gefäß enthalten ist. Vorzugsweise erstreckt sich diese Innenschicht jedoch nicht in der Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Teil.
Vorzugsweise umfasst das erste Teil eine Außenschicht über der Schicht mit im Wesentlichen endlosen Fasern. Diese Außenschicht sorgt für eine Veredelung des ersten Teils, sowie eine UV-Beständigkeit und/oder chemische Beständigkeit gegen Fluids der Umgebung. Vorzugsweise erstreckt sich diese Außenschicht jedoch nicht in der Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Teil.
Eine weitere Aufgabe ist es, ein schnelles, sicheres und wirtschaftliches Verfahren zum Verbinden des Hauptkörpers und des Endteils bereitzustellen, das aber dennoch zu einer starken Bindung zwischen ihnen führt.
Zu diesem Zweck werden das Endteil und das Hauptteil durch Reibungsschweißen miteinander verbunden, d. h. durch Anordnen der zu verbindenden Flächen der zu verbindenden Schichten des ersten und zweiten Teils gegenüber einander und Bewegen der Oberflächen entlang einander, so dass Wärme erzeugt wird. Dies kann durch Drehen (falls die Kontaktfläche kreisförmig ist) des Hauptkörpers und/oder des Endteils um die Symmetrieachse der Kontaktfläche erfolgen.
Im Rahmen der Erfindung ist „Reibungsschweißen" als Verfahren zu verstehen, in welchen kinetische Energie eines Teils durch Reibung zwischen den Teilen in Wärme übertragen wird, wodurch ein Verschweißen der Schichten ermöglicht wird. Dies kann auf mehrere Arten und Weisen geschehen:

– Eines der Teile (zum Beispiel Hauptkörper oder Endteil) wird gedreht, woraufhin das gedrehte Teil so belassen wird, dass es sich frei dreht, die Teile werden nahe zueinander gebracht, und die Verbindung wird hergestellt. Die Reibung zwischen dem frei drehenden Teil und dem feststehenden Teil entlang der Überlappung liefert Wärme, welche das thermoplastische Material zum Schmelzen bringt und für eine Verbindung sorgt. Dies kann „Trägheitsdrehreibungsschweißen" genannt werden, d. h. die Trägheit des drehenden Teils liefert durch Reibung die Wärme.
– Statt das drehende Teil frei drehen zu lassen, wird das Teil während des Schweißvorgangs gedreht. Dies hat den Vorteil einer besseren Kontrolle über die Wärmezufuhr. Dies könnte „Zwangsdrehreibungsschweißen" genannt werden.
– Eines der Teile wird nicht gedreht, sondern in Schwingung versetzt. Solche eine Schwingbewegung kann ein Vor und Zurück entlang der Überlappung oder eine Drehschwingbewegung, d. h. eine Torsionsbewegung, oder irgendeine Kombination solcher Bewegungen sein.

Die Tatsache, dass die Fasern im Wesentlichen endlos sind, erhöht die Festigkeit der Verbindung zwischen dem Endteil und dem Hauptkörper.
Vorzugsweise umfasst das Gefäß ein mittleres Körperteil und zwei Endteile, wobei das Mittelteil und die Endteile als zweite Teile durch Reibung miteinander verschweißt werden, während die Endteile und/oder der Hauptkörper gedreht werden. Ein gleichzeitiges Zusammenschweißen der Mittel- und Endteile erhöht die Geschwindigkeit des Prozesses. Vorzugsweise werden die Endteile synchron gedreht. Vorzugsweise sind die Endteile mit Griffen versehen, die vor dem Reibungsschweißen integriert werden. Solche Griffe können verwendet werden, um das Druckgefäß mit anderen Gefäßen oder mit einer Stützkonstruktion (zum Beispiel dem Rahmen eines Lastwagens) zu verbinden. Das Bereitstellen der Griffe nach dem Reibungsschweißen ist komplizierter und kostspieliger. Die synchrone Drehung der Endteile gewährleistet, dass die relative Position der Griffe gleich bleibt. Unter „Griffen" ist im Kontext der Erfindung jedes Element zu verstehen, an dem irgendetwas befestigt oder mit dem irgendetwas verbunden werden kann.
Diese und andere Aspekte der Erfindung sind aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen ersichtlich und werden unter Bezugnahme auf dieselben erläutert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den Zeichnungen stellt
1 einen Hauptkörper und ein Endteil eines Druckgefäßes gemäß der Erfindung schematisch dar.
2 stellt eine Verbindung zwischen einem Hauptteil und einem Endteil eines Druckgefäßes gemäß der Erfindung schematisch dar.
3 stellt eine Verbindung zwischen einem Hauptteil und einem Endteil eines Druckgefäßes gemäß einer bevorzugten Erfindung schematisch dar.
4 stellt schematisch dar, wie die Schichten miteinander verbunden werden.
5 veranschaulicht eine bevorzugte Ausführungsform zur Herstellung einer Endkappe.
6 veranschaulicht das Verfahren gemäß der Erfindung.
Die Figuren sind nicht maßstabgetreu gezeichnet. Im Allgemeinen sind identische Bauteile in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Alle Figuren dienen der Veranschaulichung von beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 stellt einen Hauptkörper 1 des Druckgefäßes dar. Der Hauptkörper umfasst in dieser beispielhaften Ausführungsform eine Schichtstruktur, welche eine Außenschicht 10 aus einem thermoplastischen Materials, eine Mittelschicht 11 aus einem thermoplastischen Material mit im Wesentlichen endlosen Fasern und eine Innenschicht 12 aus thermoplastischem Material. Die Innenschicht 10 und die Außenschicht 10 sind im Rahmen der Erfindung optionale, aber bevorzugte Schichten, wobei die Innenschicht 12 nützlich sein kann, um die Luftdichtheit des Druckgefäßes und die chemische Beständigkeit zu erhöhen, während die Außenschicht 10 nützlich sein kann, um das optische Erscheinungsbild des Gefäßes und die UV- und/oder die chemische Beständigkeit zu verbessern. Das Endteil 2 umfasst eine Außenschicht 20 aus thermoplastischem Material mit im Wesentlichen endlosen Fasern, eine Innenschicht 22 mit im Wesentlichen endlosen Fasern und eine Mittelschicht 21, die in diesem Beispiel ein thermoplastisches Material umfasst. Das thermoplastische Material der Mittelschicht 21 kann ebenfalls Fasern umfassen. Die Schichten 11, 20 und 22 können als Beispiel aus Glasfasern hergestellt sein, die mit thermoplastischen Polypropylenbindefasern vermengt sind. Das Vorhandensein der Endlosfasern in der Schicht 11 des ersten Teils (in diesem Beispiel ein Hauptkörper) und in wenigstens einer, aber vorzugsweise beiden der Schichten 20 und 22 des zweiten Teils (in diesem Beispiel ein Endteil) erhöht die Festigkeit der Verbindung und dadurch des Gefäßes wesentlich, umso mehr, wenn beide der Schichten 20 und 22 im Wesentlichen endlose Fasern umfassen, und ermöglicht es außerdem, verhältnismäßig billige Materialien, wie beispielsweise Polypropylen, insbesondere für die thermoplastischen Schichten 10, 12 und/oder 21 zu verwenden. Vorzugsweise ist das thermoplastische Material im Wesentlichen Polypropylen, PA, PET oder PBT. Wenn im Rahmen der Erfindung von „Schichten aus thermoplastischem Material mit im Wesentlichen endlosen Fasern" oder „Schichten aus thermoplastischem Material" die Rede ist, schließt dies nicht aus, dass solch eine Schicht zusätzliche Komponenten, wie beispielsweise Pigmente, Füllstoffe, zusätzliche kleine (geschnittene) Fasern, Antikorrosionsmittel, Innen- und Außenschutzbeschichtungen, flammhemmende Mittel usw., umfasst. In diesem Beispiel umfasst der Hauptkörper 1 die Schichten 10 bis 12 und das Endteil die Schichten 20 bis 22, wobei in den Rahmen der Erfindung aber auch Ausführungsformen fallen, in welchen das Endteil die Schichten 10 bis 12 und der Hauptkörper die Schichten 20 bis 22 umfasst und die Mittelschicht 11 an der Naht zwischen den Außenschichten 20 und 22 eingeschlossen ist. Das erste Teil kann auch ein Endteil sein, während das zweite Teil ein anderes Endteil ist. Dennoch ist es wünschenswert, dass das Druckgefäß einen zylindrischen Hauptkörper umfasst, der an einer und vorzugsweise beiden Kanten mit Endteilen verbunden ist. Dies ermöglicht eine Flexibilität in der Konstruktion, d. h. durch Wählen der Länge des Hauptkörpers kann das Volumen des Druckgefäßes frei geändert werden, ohne einen Einfluss auf die Verbindung zu haben. In solchen Ausführungsformen weisen vorzugsweise beide Endteile dieselbe Konstruktion auf, was die Komplexität der Konstruktion und des Herstellungsverfahrens verringert.
1 veranschaulicht auch das Verfahren gemäß der Erfindung schematisch: die gegenüberliegenden Flächen des Hauptkörpers 1 und des Endteils 2 werden gegeneinander gedrückt, während der Hauptkörper (oder das Endteil) in der Richtung, die in 1 durch einen Pfeil schematisch angedeutet ist, gedreht oder, allgemeiner ausgedrückt, bewegt wird. Die Reibung zwischen den Berührungsflächen bringt die thermoplastischen Materialien zum Schmelzen und erzeugt eine Verbindung zwischen dem Hauptkörper 1 und dem Endteil 2. Aufgrund der endlosen Beschaffenheit der Fasern wird eine sehr starke Bindung erreicht. Dies kann zum Beispiel dadurch erfolgen, dass ein Teil gedreht wird und dann so belassen wird, dass es sich frei dreht, und das Teil gegen das andere Teil gedrückt wird. Die Reibung zwischen den beiden Teilen bewirkt einerseits, dass die Schweißverbindung hergestellt wird, während andererseits das drehende Teil zum Stillstand gebracht wird. Vorzugsweise wird jedoch eines der Teile aktiv angetrieben, während es gedreht wird. Solch ein Verfahren verleiht eine bessere Kontrolle über den Reibungsschweißprozess. Während des Reibungsschweißens kann die Kraft, die zum Drehen eines der Teile oder zum Instellunghalten des anderen Teils benötigt wird, gemessen und als ein Parameter zum Regeln der Drehgeschwindigkeit und/oder der relativen Bewegung der Teile verwendet werden, was eine bessere Kontrolle über den Schweißprozess ermöglicht.
2 veranschaulicht eine bevorzugte Ausführungsform des Druckgefäßes und des Verfahrens der Erfindung. Die Kontaktfläche weist einen Vorsprung 23 der Schichtstruktur des Hauptkörpers in den Mittelteil 21 der Schichtstruktur des Endteils auf. Der Vorsprung vergrößert die Kontaktfläche und erhöht infolge der vorspringenden Wirkung die Festigkeit der Verbindung. Wie in 2 dargestellt, ist der Vorsprung vorzugsweise auf dem Hauptkörper ausgebildet. Die Rollen könnten jedoch auch vertauscht werden, d. h. das erste Teil könnte das Endteil sein, und das zweite Teil könnte der Hauptkörper sein. In dieser Ausführungsform weist die Schicht 11 mit den Endlosfasern eine Überlappung entlang einer Länge d mit den Schichten 20 und 22 mit Endlosfasern auf. Diese Überlappung verleiht dem Gefäß mehr Festigkeit.
Die Schichten 20 und 22 sind hier so dargestellt, dass sie die Schicht 11 nicht berühren, da die Schicht 11 kleiner als die Schicht 21 ist. In Ausführungsformen könnte die Schicht 11 jedoch eine größere Dicke als die Schicht 21 aufweisen, und die Schichten 11, 20 und 22 könnten einander berühren.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in 3 dargestellt. Hierbei ist das zweite Teil mit einem Schlitz 24 versehen, und die Schicht 11 des ersten Teils ist mit einem Vorsprung von einer mit dem Schlitz vergleichbaren Länge versehen. Vorzugsweise ist dieser Vorsprung konisch. Die optionalen Schichten 10 und 12 sind durch gestrichelte Linien angedeutet. Das Verwenden solch eines Konus und Schlitzes ermöglicht eine bessere Kontrolle über den Schweißprozess und eine größere Länge d der Schweißverbindung. In diesem Beispiel ist die Innenschicht 21 ausgespart dargestellt, es kann jedoch eine kleine Schicht des thermoplastischen Materials der Schicht 21 an den Innenseiten der Schichten 20 und 22 vorhanden sein. Die Länge d beträgt vorzugsweise zwischen 10 und 100 und insbesondere zwischen 20 und 50 mm. Eine zu kurze Länge erhöht die Gefahr, dass die Schweißverbindung oder Naht Schwachstellen aufweist, wohingegen eine zu lange Überlappung die Gefahr erhöht, dass die innersten und äußersten Teile der Naht nicht gut verbunden werden, was ebenfalls zu Problemen führt. Ein erster Schritt im Schweißverfahren wird vorzugsweise durch Einführen des Vorsprungs in den Schlitz gebildet, um das Ende (den Boden) des Schlitzes zu finden (und dann aufzuzeichnen). Während des Schweißens kann dann das Drehen ungefähr dann gestoppt werden, wenn der Boden des Schlitzes durch das Ende des Vorsprungs erreicht wird; das Drehen kann auch nur dann gestoppt werden, wenn das Ende des Vorsprungs den Boden des Schlitzes um eine vorbestimmte Distanz durchdrungen hat. Die Länge der im Wesentlichen endlosen Fasern ist vorzugsweise wenigstens so lange wie die Länge d und insbesondere wenigstens zweimal die Länge d.
4 zeigt genauer, wie die Verbindung hergestellt wird. Das erste Teil umfasst die Schicht 11, welche mit im Wesentlichen endlosen Fasern versehen ist, die durch das Gittermuster schematisch angedeutet sind. Die Endlosfasern sind vorzugsweise derartig, d. h. gitterförmig, ausgerichtet, was durch Aufwickeln der Fasern und des thermoplastischen Materials auf einen Dorn in einem Gittermuster und anschließendes Erwärmen, um das thermoplastische Material zum Schmelzen zu bringen und/oder zu verfestigen, erreicht werden kann. Auf diese Weise kann ein Rohr gebildet werden, wobei dieses Rohr optional mit einer Innenschicht (Deckschicht) 12 und einer Außenschicht (Oberflächenschicht) 10 versehen werden kann, das Rohr dann in Segmente geschnitten wird, woraufhin die Kanten der Segmente auf einer Drehmaschine abgeschrägt werden.
Die beiden Teile werden nahe beieinander in Stellung gebracht, woraufhin eines oder beide der Teile gedreht werden (wie durch den Pfeil angedeutet) und die beiden Teile einander angenähert werden, während welcher Bewegung das konische Ende 23 in den Schlitz 24 eintritt. Das Abschrägen der Kante erhöht die Festigkeit der Schweißverbindung, und es verringert außerdem die Gefahr, dass unmittelbar zu Beginn des Schweißens die Kante des ersten Teils die andere Kante des zweiten Teils verformt. Die konische Form des Vorsprungs führt dieses Teil in den Schlitz, selbst wenn eine geringe Fehlausrichtung vorliegt. Der Vorsprung 23 und/oder der Schlitz 24 können vor dem Schweißen vorbehandelt werden. Eine Vorbehandlung kann in der Bereitstellung einer dünnen Schicht aus Thermoplast über dem Teil 23 und/oder auf der Innenseite des Schlitzes 24 bestehen.
5 zeigt ein Verfahren zur Herstellung eines zweiten Teils, in diesem Beispiel eines Endteils 2, das eine Kappe geformt ist.
Es wird eine Schichtstruktur hergestellt, die drei Schichten umfasst, und zwar eine Schicht aus thermoplastischen Material (die weiße Schicht in 5), die zwischen zwei Schichten aus thermoplastischen Material mit im Wesentlichen endlosen Fasern (die Schichten, die in der Figur durch ein Gittermuster dargestellt sind) eingeschlossen ist. In diesem Beispiel umfasst die Mittelschicht Polypropylen, in welches geschnittene Glasfasern (mit Längen in der Größenordnung von 10 bis 100 Millimetern) gemischt sind, wohingegen die beiden äußeren Schichten Fasermatten oder Fasergewebe, zum Beispiel Webstoffe aus Glasfasern von im Wesentlichen endloser Länge, in einer Polypropylenmatrix umfassen. Eine Art und Weise des Herstellens solch einer Schichtstruktur ist, einen Stapel aus Polypropylenfilm/Endlosglasfasergewebe/Polypropylenfilm mit geschnittenen Fasern/Endlosglasfasergewebe/Polypropylenfilm herzustellen und diesen Stapel anschließend zu erwärmen, um die Schichten zum Schmelzen zu bringen. Danach wird ein (rundes) Stück 2' aus dem so hergestellten Stapel ausgeschnitten. Dieses runde Stück wird über ein Formwerkzeug gezogen oder in einer geschlossenen Form formgepresst, um ein kappenförmiges Teil 2 bereitzustellen. Während der Umformung von 2' in 2 wird etwas Wärme zugeführt. Danach kann das kappenförmige Teil 2 einem kreisförmigen Werkzeug 51 mit einem konischen Ende 52 nahe gebracht werden, und die Kappe 2 wird in das Werkzeug getrieben, wodurch ein Schlitz an der Kante gebildet wird. Alternativ kann das Werkzeug 51 in der Pressform eingebaut sein, die zum Formen des Teils 2 verwendet wird, wodurch das Formen des Teils und des Schlitzes in einem Schritt kombiniert wird. Alternativ kann der Schlitz in die Endkappe geschnitten werden. Auch die Kombination dieser Verfahren ist möglich, indem zum Beispiel zuerst ein kleiner Schlitz mit dem Werkzeug 51 gebildet und dann ein größerer oder tieferer Schlitz durch Schneiden erzeugt wird.
6 veranschaulicht eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Ein Körperteil 1 und zwei Endteile 2 sind in einer Drehmaschine positioniert. Die Endteile 2 werden in einer Drehmaschine synchron gedreht und zum Teil 1 gebracht. Da die Endteile 2 synchron gedreht werden, behalten sie vor, während und nach dem Schweißprozess ihre gegenseitige relative Position bei. Alternativ kann das Teil 1 gedreht werden, während sich die Endteile 2 nicht drehen. Beide Endteile sind mit Griffen 62 mit Öffnungen 63 versehen. Da die Endkappen ihre gegenseitige Ausrichtung beibehalten, können auch die Griffe ihre gegenseitige Ausrichtung beibehalten. Das Reibungsschweißen ist ausgeführt.
Zusammengefasst kann die Erfindung beschrieben werden, wie folgt:
Ein Druckgefäß aus Kunststoff umfasst ein erstes (1, 2) und ein zweites Teil (2, 1), die miteinander verschweißt sind. Das erste Teil (1) umfasst eine Schicht (11) aus thermoplastischem Material mit im Wesentlichen endlosen Fasern. Das zweite Teil umfasst eine Schichtstruktur mit einer ersten (20) und einer zweiten (22) Schicht aus thermoplastischem Material mit im Wesentlichen endlosen Fasern, die durch eine mittlere (21) Schicht getrennt sind, die thermoplastisches Material umfasst. Die Schicht mit im Wesentlichen endlosen Fasern (11) des ersten Teils erstreckt sich eingeschlossen zwischen und verbunden mit der ersten (20) und zweiten (22) Schicht aus thermoplastischem Material mit im Wesentlichen endlosen Fasern des zweiten Teils über eine Länge (d). Das zweite Teil ist vorzugsweise mit einem Schlitz (24) und das erste Teil mit einem passenden Vorsprung vorzugsweise mit einem konischen Ende (23) versehen. Im Verfahren werden die beiden Teile durch Reibung verschweißt.
Es ist zu erkennen, dass die Erfindung nicht auf die zuvor beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen beschränkt ist, sondern dass im Rahmen der Erfindung, wie in den angehängten Ansprüchen definiert, Änderungen möglich sind.

Claims

Druckgefäß aus Kunststoff für ein Fluid, umfassend ein erstes (1, 2) und ein zweites (2, 1) Teil, die miteinander verbunden sind, wobei eines des ersten und zweiten Teils ein Hauptkörper (1) oder ein Endteil (2) ist, wobei das erste Teil (1) wenigstens eine Schicht (11) aus thermoplastischem Material mit im Wesentlichen endlosen Fasern umfasst, und das zweite Teil (2) eine Schichtstruktur mit einer ersten (20) und einer zweiten (22) Schicht aus thermoplastischem Material umfasst und wenigstens eine der ersten und zweiten Schichten (20, 22) im Wesentlichen endlose Fasern aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Schichten (20, 22) durch eine innere Kunststoffschicht (21) getrennt sind und sich die Schicht (11) mit im Wesentlichen endlosen Fasern des ersten Teils (1) über eine Länge (d) zwischen der ersten und zweiten Schicht (20, 22) aus thermoplastischem Material des zweiten Teils (2) eingeschlossen und damit verbunden erstreckt.
Druckgefäß aus Kunststoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Schicht (20, 22) des zweiten Teils (2) im Wesentlichen endlose Fasern umfassen.
Druckgefäß aus Kunststoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines des ersten und zweiten Teils ein zylindrisch geformter Hauptkörper (1) des Druckgefäßes ist, der an beiden Seiten mit Endteilen (2) versehen ist.
Druckgefäß aus Kunststoff nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Teil einen Schlitz aufweist, in welchen sich ein Vorsprung der Schicht mit im Wesentlichen endlosen Fasern des ersten Teils erstreckt.
Druckgefäß aus Kunststoff nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsprung konisch ist.
Druckgefäß aus Kunststoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung des Endteils und des Hauptkörpers so ausgebildet ist, dass sich die endlosfaserhaltige Schicht des ersten Teils in einer Richtung parallel zu den Schichten betrachtet über eine Länge (d) zwischen 10 und 100 und vorzugsweise zwischen 20 und 50 mm zwischen den ersten und zweiten Schichten des zweiten Teils erstreckt.
Druckgefäß aus Kunststoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der im Wesentlichen endlosen Fasern in allen betreffenden Schichten wenigstens gleich der Länge (d) der Überlappung zwischen den Schichten und vorzugsweise wenigstens zweimal diese Länge ist.
Druckgefäß aus Kunststoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die im Wesentlichen endlosen Fasern in beiden Teilen und allen Schichten in einem Gittermuster gelegt sind.
Verfahren zur Herstellung eines Druckgefäßes aus Kunststoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste und zweite Teil durch Reibungsschweißen miteinander verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittelteil und zwei Endteile, wobei das Mittelteil als ein erstes Teil und die Endteile als zweite Teile ausgebildet sind, durch Reibung zusammengeschweißt werden, wobei die Endteile und/oder der Hauptkörper gedreht werden.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Endteile synchron gedreht werden.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Enteile vor dem Reibungsschweißen mit Griffen (62) versehen werden.