DE69203863T2 - Glasfaserverstärkte kunststoffbehälter, verfahren und einrichtung zur herstellung solcher behälter. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft einen glasfaserverstärkten Kunststoffbehälter bzw. -tank für z.B. verflüssigtes Erdölgas, komprimierte Luft oder Acetylengas vom Typ, der in dem Oberbegriff des Anspruchs 1 offenbart ist, ein Verfahren zum Herstellen solcher Tanks gemäß Anspruch 8 und eine Vorrichtung gemäß Anspruch 10. Andere Verstärkungsstränge als Glasfaserstränge können auch verwendet werden.
• Die schwedische Patentanmeldung 9001841-7 beschreibt einen glasfaserverstärkten Tank des fraglichen Typs, der in der konischen Verbindung zwischen zwei Behälterhälften eine spezielle Anordnung der Verbindungsflächen hat, um es dem Tank zu ermöglichen, relativ hohen Drücken bis z.B. etwa 100 bar standzuhalten.
• Die zwei Tankhälften im bekannten Tank haben eine äußere Schicht, eine innere Schicht und eine Zwischenschicht, die dicht gelegte Glasfaserstränge aufweisen, die vor dem Gießen des Tanks einen eigenen Verstärkungskörper bilden, der in die Form eingelegt wird. Diese Glasfaserstränge sind vor dem Herstellen des Verstärkungskörpers in streifenförmige Ansammlungen von Glasfasern oder Kovings enthalten gewesen.
• Während des Gießens stellen die dichtgelegten Verstärkungs- Stränge einen relativ großen Fließwiderstand für den Kunststoff dar und erfordern somit einen relativ hohen Druck für das Einspritzen in die Form. Es ist natürlich erwünscht, daß man dazu in der Lage ist, die Form mit so vielen Glasfasersträngen wie möglich zu füllen, um die entsprechende hohe Festigkeit des Tanks zu erhalten, aber bis jetzt war es nicht möglich, einen größeren Füllgrad als ungefähr 30 Gew.-% von Glasfasersträngen zu erreichen. Der Einspritzdruck wird durch die Tatsache begrenzt, daß, wenn der Druck zu hoch ist, der Verstärkungskörper axial zusammengedrückt wird.
• Ein Zweck der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, einen glasfaserverstärkten Tank mit einem wesentlich erhöhten Anteil an Glasfasersträngen als 30 Gew.-% im Verstärkungskörper bereitzustellen.
• Dies wird mit einem Tank erreicht, der gemäß der Erfindung die kennzeichnenden Merkmale hat, die im Anspruch 1 offenbart sind. Der Tank wird mit kanalbildenden Zwischenräumen zwischen den Gruppen von Glasfasersträngen in der äußeren Schicht des Einfügeteils und in der inneren Schicht des Aufnahmeteils hergestellt. Diese Kanäle formen während des Gießens Fließkanäle für das Kunststoffmaterial, so daß es leicht aus den Kanälen austreten kann und somit die Verteilung des Kunststoffmaterials in den verschiedenen Abschnitten des Verstärkungskörpers erleichtert wird. Keine bemerkenswerte Erhöhung des Drucks ist dafür notwendig, den Kunststoff in die Form einzuspritzen, während die Menge von Glasfaser ohne jede Probleme auf 60 Gew.-% erhöht werden kann, was eine entsprechende Erhöhung der Festigkeit des Tanks erzeugt. Mit dem fraglichen kleinen Konuswinkel für die konisch abgeschrägten Abschnitte der Enden der Tankhälften, d.h. 2 bis 100, gibt es eine entsprechend große Überlappung der dicht und dickgelegten Glasfasern in der äußeren Schicht des Aufnahmeteils und in der inneren Schicht des Einfügeteils, während die Festigkeit der Verbindungsstelle erhalten bleibt. Insgesamt wird der Tank durch die Kanalzwischenräume in der äußeren Schicht des Einfügeabschnitts und in der inneren Schicht des Aufnahmeabschnitts etwas geschwächt, aber die Schwächung ist relativ zu der bemerkenswert erhöhten Festigkeit aufgrund der Möglichkeit einer erhöhten Füllung mit Glasfasern vernachlässigbar.
• Die Erfindung ist jedoch auch dafür beabsichtigt, es zu ermöglichen, den Tank für Acetylengas zu verwenden. Früher bekannte Tanks bestanden aus zwei Metallhälften, die miteinander verschweißt waren. Eine poröse Paste wurde durch die Verbindungsöf fnung des Tanks gepreßt und danach durch Erwärmen des Tanks gesintert. Dieses Verfahren kann natürlich bei einem Kunststofftank nicht angewendet werden, da die Füllpaste, die in den Tank gepreßt wird, nicht durch Erwärmen gesintert werden kann. Herkömmlicherweise wird ein bekannter Acetylentank oder -sammler mit einem porösen Füllstoff, der auch "AGA-Paste" genannt wird, gefüllt, der gemäß einer bekannten Rezeptur aus Aktivkohle, Diatomeenerde, Asbest und Zement besteht. Die Paste wird in den Tank in einem nassen Zustand eingeführt, und der Tank wird dann in einem Ofen getrocknet. Wenn der Wasserdampf auf diese Weise die Paste verläßt, wird sie besonders porös, wobei die Poren ungefähr 80% des Gesamtvolumens des Tanks annehmen. Der Tank wird mit Aceton gefüllt, das durch das poröse Material absorbiert wird. Aceton ist eine Flüssigkeit, die zum Lösen großer Mengen von Acetylen in der Lage ist, und dieses Lösungsvermögen erhöht sich mit erhöhtem Druck, und somit ist es in einem Lösungsgastank möglich, Acetylen im flüssigen Zustand bei vernünftigem Druck zu speichern. Wenn das Gas aus einem gefüllten Lösungsgastank herausgenommen wird, sinkt der Flüssigkeitspegel ab, und es entsteht ein freies Gasvolumen im oberen Abschnitt des vertikal stehenden Tanks. Wenn es eine Ursache für eine Explosion in dieser Gasmenge geben würde, wurde sie jedoch durch das poröse Material verhindert, da sich eine Explosion in den sehr kleinen Kanälen, die in diesem Material enthalten sind, nicht fortpflanzen kann. Das Material füllt im wesentlichen das gesamte Volumen des Tanks, schrumpft aber etwas während des Trocknens und Sinterns und kann deshalb nicht vollständig den Tank ausfüllen, was ein Nachteil mit Hinsicht auf ein Explosionsrisiko ist. Da der Wasserdampf während des Trocknens nur durch die Tanköffnungen entweichen kann, dauert dieser Trockenvorgang eine ziemlich lange Zeit an. Eine Trockendauer von einer Woche oder mehr ist nicht ungewöhnlich. Das Herstellen von Acetylentanks gemäß der bekannten Technologie ist somit ziemlich kompliziert, zeitaufwendig und somit kostspielig.
• Ein zusätzlicher Zweck der Erfindung besteht deshalb darin, einen Kunststofftank, der einen gesinterten porösen Füllkörper enthält, bereitzustellen, der dann das Aceton und das Acetylengas absorbieren kann.
• Dies wird durch einen Tank, wie er in den Ansprüchen 3 bis 7 offenbart ist, erreicht. Die Lösung des fraglichen Problems ist somit erfindungsgemäß extrem einfach, da sie keine besondere Schwierigkeit bietet, einen gesinterten Füllkörper vorzufertigen, der in die Hälften des Kunststofftanks, wenn sie zusammengesetzt sind, genau hineinpaßt.
• Durch eine geeignete Anpassung der Formen für die Kunststoffhälften kann ein Füllkörper mit exakt berechneten Außenabmessungen vorgefertigt werden. Der Körper kann dann mit perfektem Sitz in die zwei Tankhälften eingefügt werden, die dann miteinander verklebt werden, um einen fertigen Tank auszubilden. Die Form für den Füllkörper kann separat hergestellt oder mit Evakuierungskanälen versehen sein, so daß der Füllkörper zum Trocknen in einer Wärmekammer in seiner Gesamtheit aus der Form entfernt werden kann.
• Alternativerweise kann Wasserdampf von der Füllkörper-Paste durch speziell ausgelegte Evakuierungskammern abgeleitet werden. Somit kann die verbleibende Feuchtigkeitin der Form von Dampf in einem Bruchteil der Zeit, die für das herkömmliche Verfahren erforderlich ist, abgeleitet werden. Die gesamte Außenoberfläche des Füllkörpers kann z.B. einem Strom heißer Luft ausgesetzt oder weiterhin in einer Wärmekammer behandelt werden, nachdem der Füllkörper aus der Form entfernt worden ist
• Eine Vorbedingung&sub1; den Füllkörper getrennt herstellen zu können, und ihn in seinem Endzustand in den Kunststofftank einzusetzen, besteht darin, daß der Tank erf indungsgemäß aus zwei Hälften hergestellt ist, die exakt über den Füllkörper passen und somit unter Einschließung des Füllkörpers zusammengefügt werden können und dann miteinander verklebt werden. Wenn der Tank in herkömmlicher Art und Weise aus Metall gefertigt werden sollte, würde es notwendig sein, die zwei Hälften miteinander zu verschweißen. Das Schweißen umf aßt jedoch sehr hohe Temperaturen an der Schweißnaht, wodurch der Abschnitt des Füllkörpers, der benachbart zur Schweißnaht ist, beschädigt wird, wodurch Ausnehmungen erzeugt würden, die das Explosionsrisiko erhöhen könnten. Durch Einschließen des Füll- oder Absorberkörpers in einem Kunststofftank, der aus zwei faserverstärkten Hälften besteht, kann das Verbinden der Hälften bei Raumtemperatur oder leicht darüber (ungefähr 50ºC) durch Verkleben ausgeführt werden, ohne daß der Füllgrad des Füllkörpers in dem Tank beeinträchtigt wird.
• Da der Füllkörper während des Trocknens und Sinterns etwa zusammenschrumpft, ist es ratsam, mit der Ausbildung des fertigen Füllkörpers anzufangen und die Form für die Hälften des Kunststofftanks von der Form des Füllkörpers aus herzustellen, um somit einen exakten Sitz des Füllkörpers im Inneren des Kunststofftanks sicherzustellen.
• Ein zusätzlicher Zweck der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Herstellen von Verstärkungskörpern, die in den Tankhälften enthalten sind, und eine einfache Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens zu schaffen. Dies wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß der Erfindung erreicht, die die kennzeichnenden Merkmale haben, welche in den Ansprüchen 8 bis 10 offenbart sind.
• Geeignete Ausführungsformen des Tanks gemäß der Erfindung werden als Beispiele in den beiliegenden, schematischen Zeichnungen gezeigt und untenstehend in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen des Tanks und eine Ausführungsform einer Vorrichtung zum Herstellen der verstärkten Glasfaserkörper, die in dem Tank enthalten sind, werden ebenfalls nachfolgend beschrieben.
• Figur 1 ist eine Seitansicht des Behälters, der aus zylindrischen Hälften besteht. Jede Hälfte ist in einem Stück gemacht und hat einen Boden.
• Figur 2 zeigt im größeren Maßstab einen Abschnitt entlang der Linie 2-2 in der Figur 1, unter Auslassung der Faserglas-Verstärkung.
• Figur 3 ist eine vergrößerte Ansicht im Längs schnitt des Endabschnitts, der in der Verbindung des Aufnahmeteils in Figur 2 enthalten ist.
• Figur 4 ist ein Querschnitt entlang der Linie 4-4 in Figur 3, die den Verstärkungskörper zeigt, der zwischen dem inneren Abschnitt und dem äußeren Abschnitt der Form liegt.
• Figur 5 ist eine detaillierte Ansicht in großem Maßstab im Längsschnitt des Endabschnitts des Einfügeteils.
• Figur 6 ist ein Querschnitt entlang der Linie 6-6 in Figur 5 und zeigt den Verstärkungskörper, der zwischen den äußeren Abschnitt und den inneren Abschnitt der Form zum Gießen der Tankhälfte gelegt ist, die in der Figur 5 gezeigt ist.
• Figur 7 zeigt einen fertigen Füll- oder Absorberkörper aus porösem Material, der dafür ausgelegt ist, in den fertiggestellten Kunststofftank hineinzupassen. Der Absorberkörper ist vollständig in einer Tankhälfte und nur teilweise in der anderen Tankhälfte eingesetzt.
• Figur 8 zeigt eine alternative Ausführungsform der Tankhälften und des Füllkörpers.
• Figur 9 zeigt schematisch im Schnitt ein Formgebungswerkzeug zum Erzeugen der Verstärkungskörper aus Glasfasersträngen für den Tank.
• Der Tank in Figur 1 ist aus zwei zylindrischen Hälften 10, 12 zusammengesetzt, von denen jede einen Boden 14 bzw. 16 hat. In der Verbindung zwischen den beiden Hälften ist der Endabschnitt 20, der ein Einfügeabschnitt ist, in den Endabschnitt 22 derart eingesetzt, daß die innere Verklebungsoberfläche 26 des Endabschnitts 22 genau gegen die äußere Verklebungsoberfläche des Endabschnitts 20 anliegt, um dadurch eine effektive Klebung zwischen ihnen zu erreichen, um eine Verklebungsverbindung auszubilden, die eine luftdichte Abdichtung gegen das Gas unter Druck in dem Tank bereitstellt, wobei der Druck im Bereich von 2 bis 60 Bar ist. Die Klebeverbindung kann auch wesentliche Zug- und Scherbeanspruchungen absorbieren.
• Um die Beständigkiet der Verbindung gegen äußere Beanspruchungen, z.B. in der Form von Schlägen, Stößen oder Erwärmung, zu erhöhen, ist die Verbindung mit einer Schutzbuchse 40 versehen, die aus Glasfasern besteht, die in der Form von Glasfaserrovings um die Verbindung gewickelt worden sind und die zusammen mit einem geeigneten, UV- härtenden Kunststoff eine isolierende Schutzbuchse bilden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Schutzbuchse eine Innenschicht 42 aus Polyurethan-Schaum mit einer geeigneten Dicke von 2 mm und eine dünne, äußere abdeckschicht 44 aus glasfaserverstärktem Kunststoff und mit einer Dicke von ungefähr 1 mm.
• Die Figuren 3 und 4 zeigen die Orientierung und die Anordnung der Verstärkungsstränge in dem Endabschnitt 22 des Aufnahmeteils gemäß der Erfindung. Die Figur 3 zeigt den Endabschnitt im Längsschnitt, während die Figur 4 das gleiche Teil im Querschnitt zeigt. Die konische Verbindungsfläche 26 schneidet durch drei unterschiedliche Verstärkungsschichten aus Kunststoff und Verstärkungssträngen. Gemäß der Erfindung sind eine äußere Schicht 32 und eine innere Schicht 36 jeweils aus längsverlaufenden Verstärkungssträngen zusammengesetzt, während die Zwischenschicht 34 aus einer Anzahl von Lagen von querverlaufenden Verstärkungssträngen zusammengesetzt ist. Die äußere Schicht 32 erstreckt sich aus dem dünnsten Abschnitt des Endabschnitts 22 heraus. Die innere Schicht 36 endet jedoch in der Verbindungsfläche an dem dicken Abschnitt des Endabschnitts 22. Die längsverlaufenden Verstärkungsstränge in der äußeren Schicht sind in einer Anzahl von Lagen dicht gepackt, während die längsverlaufenden Stränge in der inneren Schicht 36 in flachen Gruppen aus dicht angeordneten Verstärkungsstränge gelegt sind, und zwar mit einem vorgegebenen Zwischenraum zwischen den Gruppen. Dies erzeugt Kanalzwischenräume 38 zwischen den Gruppen 37 der dicht angeordneten Verstärkungsstränge oder -rovings.
• Die Gruppen 37 bilden flache Ansammlungen von Glasfasern. Die Breite des Kanals F zwischen den Gruppen beträgt geeigneterweise zumindest die Hälfte der Breite E jeder Gruppe.
• Die Figuren 5 und 6 zeigen die Orientierung und Anordnung der Verstärkungsstränge in dem Endabschnitt 20 des Einfügeteils gemäß der Erfindung. Figur 5 zeigt den Endabschnitt im Längsschnitt, während Figur 6 den gleichen Abschnitt im Querschnitt zeigt. Die konische Verbindungsfläche schneidet durch drei unterschiedliche Schichten aus Glasfasersträngen, die in dem Kunststoffmaterial eingeschlossen sind. Eine äußere Schicht 29 und eine innere Schicht 35 sind jeweils aus längsverlaufenden Verstärkungssträngen zusammengesetzt, während eine Zwischenschicht 33 aus einer Anzahl von Lagen von guerverlaufenden Verstärkungssträngen zusammengesetzt ist. Die äußere Schicht 29 endet an der Verbindungsfläche in einem dickeren Abschnitt des Endabschnitts 20. Die innere Schicht 35 erstreckt sich jedoch aus dem dünnsten Abschnitt des Endabschnitts 20 heraus. Die längsverlaufenden Verstärkungssträngen in der inneren Schicht 35 liegen dicht gepackt in einer Anzahl von Lagen, wohingegen die längsverlaufenden Windungen in der äußeren Schicht 29 Gruppen 30 aus dicht angeordneten Verstärkungssträngen mit einem vorgegebenen Zwischenraum zwischen den Gruppen bilden. Dies erzeugt Kanal- Zwischenräume 31 zwischen den beabstandeten Gruppen 30 von dicht gepackten Verstärkungssträngen. Auch in diesem Fall ist der Zwischenraum zwischen den Gruppen zumindest gleich der Hälfte der Breite jeder Gruppe.
• Die Figuren 4 und 6 geben an, wie die innere Formwand A bzw. die äußere Formwand B in der Form angeordnet werden, in die der Glasfaserstrang-Verstärkungskörper C bzw. D angeordnet wurde, bevor Kunststoff in die Form eingespritzt wurde. Kunststoff, der in das untere Ende der Form eingespritzt wurde, fließt durch die Kanäle 31 bzw. 30 bei relativ hohem Druck, um anfangs die Zwischenräume zwischen den Strängen in der inneren Schicht 36 in Figur 4 und der äußeren Schicht 29 in Figur 6 auszufüllen. Von da fließt der Kunststoff von den Kanälen im wesentlichen radial zwischen den querverlaufenden Glasfasersträngen in den Zwischenschichten 34, 33 und läuft weiter radial zwischen den längsverlaufenden Fasersträngen in den Schichten 32, 35.
• Dank der Kanäle 30, 31 hat der Kunststoff aufgrund seines Radialflusses von den Kanälen aus einen kürzeren Weg, um sich in den Verstärkungskörper hinein auszubreiten, was wiederum bedeutet, daß es einen geringeren Widerstand im Vergleich zu bisher bekannten Ver.stärkungskörpern gibt, die einen Faserprozentsatz von ungefähr 30 Gew.-% haben. Der Druck konnte somit reduziert werden, während dennoch die gleiche Kunststoffverteilung aufrechterhalten blieb. Wenn man jedoch wünscht, den Druck auf einem relativ hohen Wert beizubehalten, kann dies dazu benutzt werden, den Widerstand des höheren Prozentsatzes von Fasern in dem Verstärkungskörper gemäß der Erfindung zu überwinden. Durchgeführte Tests haben gezeigt, daß es ohne Schwierigkeit möglich ist, den Prozentsatz der Fasern auf ungefähr 60 Gew.-% zu erhöhen.
• Figur 7 zeigt den Füllkörper 45, wobei die Tankhälfte 10 vollständig am vorgesehenen Ort angeordnet ist und die Tankhälfte 12 teilweise in die vorgesehene Position geschoben ist. Die äußeren Abmessungen des Körpers 45 stimmen genau mit den inneren Abmessungen der jeweiligen Tankhälften überein, und das bedeutet, daß jede Tankhälfte dicht unter die zylindrische, seitliche Oberfläche des Körpers 45, wie durch den Pfeil gezeigt wird, gleiten kann, bis die konischen Verbindungsflächen der Endabschnitte 20 und 22 den Kontakt für das Verkleben herstellen. Der Tank ist mit einer Öffnung 15 zum Auffüllen und Verteilen eines Fluids versehen. Der Füllkörper 45 füllt somit das gesamte Volumen des Tanks - mit der Ausnahme des Gebiets um die Öffnung herum - vollständig aus, wo ein kleiner Spalt oder Schlitz um die Öffnung herum freigelassen wurde, um die Verdunstungs- bzw. Verdampfungsoberfläche für Acetylen zu erhöhen, wenn der Tank in einer Vertikalposition für den Einsatz ist, wie in der Figur 8 gezeigt ist. Der Spalt beträgt ungefähr 2 mm um die Öffnung herum und nimmt radial nach außen hin ab. Der Spalt kann teilweise mit radialen Rippen an der Innenseite des Tanks oder an dem Ende des Füllkörpers gefüllt sein, um irgendwelche Axialkräfte aufzunehmen, wenn der Tank einem Schlag unterzogen wird, d.h., wenn der vertikale Tank von einer gewissen Höhe aus fallengelassen wird.
• Figur 8 zeigt einen Tank gemäß der Erfindung, der mit einem Füllkörper oder Absorberkörper 45 ausgerüstet ist, der aus einem porösen Material besteht, das per se bekannt und dafür vorgesehen ist, Acetylen zu enthalten, das in Aceton gelöst ist.
• In der bevorzugten Ausführungsform des Füllkörpers gemäß der Figur 0 hat der Füllkörper 45 die Form von zwei stumpfen Koni, die mit einer gemeinsamen Basisoberfläche und einem Konuswinkel im Bereich von 1 bis 7 voneinander wegweisen. Jede Tankhälfte 10 bzw. 12 hat eine innere Form, die mit dem jeweiligen Konus derart übereinstimmt, daß der Füllkörper 45 auch in diesem Fall das gesamte Volumen des Tanks ausfüllt, ohne daß irgendwelche Lücken oder Zwischenräume an der Grenze zwischen der Wand des Tanks und dem Füllkörper ausgebildet werden, mit der Ausnahme des Gebiets um die Öffnung 15 herum. Die konische Form macht es einfacher, einen exakten Sitz zu erreichen, wenn der Tank und der eingeschlossene Füllkörper zusammengebaut werden. Ein gewisser Grad von Elastizität verhindert, daß der Füllkörper nach einer Benutzungsdauer einschrumpft und unerwünschte Zwischenräume auftreten.
• Das Einfügeteil 10 und das Aufnahmeteil 12 werden durch ein Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt. Gemäß diesem Verfahren werden zuerst mehrere Schichten aus längsverlaufenden und guerverlaufenden Glasfasersträngen auf einem Kern mit der Hilfe eines Roboters ausgebildet, wodurch ein Verstärkungskörper aus Glasfasersträngen gebildet wird. Die glasfaserstränge, die den Verstärkungskörper bilden, werden in einer bekannten Art und Weise relativ zueinander durch Aufsprühen eines in Wasser aufgeschläininten Harzpulvers fixiert, wonach ein Erwärmen in bekannter Weise stattfindet, um die Glasfaserstränge miteinander zu verbinden, um einen fertigen Verstärkungskörper zu erhalten. Dieser Körper wird in einer Form untergebracht, die abgedichtet wird, und geschmolzener Kunststoff wird dann durch den Formzugang gepreßt. Die Form wird dann auf 50ºC erwärmt, wonach der Kunststoff härtet und die Tankhälfte aus der Form entfernt wird.
• Der Verstärkungskörper für den Einfügeteil 10 hat ein Einfügeende 20 und wird hergestellt, indem auf einen Kern 50, das vorformende Werkzeug, zumindest eine Schicht aus längsverlaufenden Verstärkungssträngen, die dicht angeordnet sind, aufgewickelt wird. Ein Roboter fixiert zuerst ein Roving aus Verstärkungssträngen an einer Hakeneinrichtung 56, die sich in der Nähe des unteren Abschnitts der Form befindet. Dieser Roving wird entlang eines Weges 52 an der Form nach oben gezogen, bis er auf Niveau mit dem oberen, geschlossenen Ende davon ist, wonach der Faserroving diametral über dieses Ende gezogen wird und dann nach unten entlang eines diametral gegenüberliegenden Weges an der Form, um an einer zweiten Hakeneinrichtung 57 eingehängt zu werden, die der ersten Hakeneinrichtung gegenüberliegt und auch in der Nähe des unteren Abschnitts der Form angeordnet ist.
• Man fährt dann damit fort, die Faserrovings dicht benachbart zu der vorhergehenden Lage zu legen und die Faserrovings an einer zusätzlichen Hakeneinrichtung (nicht gezeigt) einzuhängen, wobei die Sequenz eine vorgegebene Anzahl von Malen wiederholt wird, bis eine vorgegebene Dichte zwischen den Rovings erreicht und die Schicht aus einer vorgegebenen Anzahl von Rovingiagen erzielt ist. eine Schicht aus querverlaufenden, dicht angeordneten Faserbündeln wird dann auf die Schicht der längsverlaufenden Fasern aufgewickelt, wobei die Schicht mit einer Anzahl von Lagen übereinander aufgewickelt wird, die von der erforderlichen Beanspruchungstoleranz des fertigen Tanks abhängt. Oben auf diese Schicht von querverlaufenden Fasern wird letztlich mit der gleichen Prozedur wie bei der zuvor aufgewickelten inneren Schicht eine äußere Schicht aus längsverlaufenden Faserrovings aufgewickelt, die in Gruppen von dicht angeordneten Faserrovings mit einem vorgegebenen Zwischenraum zwischen den Gruppen derart gesammelt werden, daß kanalförmige Zwischenräume zwischen ihnen ausgebildet werden. Das Aufnahmeteil 12 mit dem Ende 22 wird in entsprechender Art und Weise, aber in der umgekehrten Reihenfolge ausgebildet, d.h., die Schicht mit kanalbildenden, längsverlaufenden Gruppen aus Faserrovings wird zuerst aufgewickelt, und danach wird die querverlaufende Schicht aufgewickelt und schließlich die Schicht mit längsverlaufenden Verstärkungssträngen, die dicht zueinander in einer Anzahl von Lagen aufgewickelt wird.
• Durch Herstellen des Verstärkungskörpers des Einfügeteils und des Aufnahmeteils wie oben beschrieben, werden nach dem Gießen und Aushärten ein Einfügeteil, dessen Verstärkung zum Absorbieren axialer Kräfte sich im wesentlichen in der Schicht befindet, die dem Inneren am nächsten ist, und ein Aufnahmeteil erhalten, dessen Verstärkung zum Absorbieren axialer Kräfte sich im wesentlichen in der Schicht befindet, die dem Äußeren am nächsten ist. Die gegossenen Einfüge- und Aufnahmeteile werden dann durch ein Wegschneiden der aus den offenen Enden vorstehenden Glasfaser-Verstärkungsstränge fertiggestellt, worauf der Endabschnitt 20 des Einfügeteils konisch mit einem Konuswinkel α angeschrägt und der Endabschnitt 22 des Aufnahmeteils auf einen entsprechenden inneren Konuswinkel α angeschrägt wird. Die beiden Hälften können nun zur Ausbildung eins Tanks miteinander verbunden werden, indem ein Kleber auf die Verbindungsflächen 24, 26 aufgetragen wird, die aufgrund der einfachen Anschrägung leicht in Berührung miteinander bewegt werden können.
• Die Verbindung wird dann mit der wärmeisolierenden und schlagschützenden Buchse 40 versehen, die einen Polyurethanschaum aufweist, der z.B. in der Form eines 2 mm dicken Streifens 42 um die Verbindung gewickelt worden ist. Der Streifen 42 wird dann durch eine Abdeckungsschicht 44 aus faserverstärktem Kunststoff abgedeckt, die aus Verstärkungssträngen, wie z.B. Glasfasersträngen, bestehen kann, die um die Verbindung zusammen mit einem geeigneten, UV- härtenden Kunststoff gewickelt werden, um die steife Abdeckungsschicht 44 zu erzeugen.
• Die Vorrichtung zum Herstellen der in dem Tank enthaltenen Verstärkungskörper, umfaßt einen Wickelroboter (nicht gezeigt) mit Zuführdüsen zum Zuführen von Glasfaserrovings, eine vorformende Form 50, einen Sprühkopf zum Sprühen von in Wasser aufgeschlämmten Harzpulver und eine Wärmekammer (nicht gezeigt) zum Wärmebehandeln eines fertiggestellten Verstärkungskörpers. Die vorformende Form 50 hat einen Vertikalzylinder 52, an dessen oberem kantigen Ende eine schüsselförmige Kappe 54 aufsitzt. Die Kappe ist mit einem Pneumatikzylinder 60 verbunden, um es so zu ermöglichen, die Kappe 54 in Richtung des Doppelpfeils anzuheben und abzusenken, um eine Entfernung des fertiggestellten Verstärkungskörpers zu erleichtern. Am Boden der Form gibt es einen zusätzlichen Pneumatikzylinder 58 zum Zurückziehen oder Ausziehen bzw. Ausfahren von gelenkig fixierten Hakeneinrichtungen 56, 57, z.B. Stahldrähte, wie z.B. Fahrradspeichen, durch die Öffnungen in der Wand der Form. Die Fixierpunkte der Hakeneinrichtungen können so in den Richtungen des kleineren Doppelpfeils angehoben oder abgesenkt werden. Jeder Zylinder wird über Druckleitungen, die mit entsprechenden Pneumatikverbindungen 62 verbunden sind, betrieben.
• Wenn ein Verstärkungskörper gewickelt werden soll, werden die Kolbenstangen der zwei Pneumatikzylinder 58, 60 zurückgezogen. So sitzt die Kappe 54 auf dem oberen kantigen Ende des Zylinders 52 auf und bildet zusammen mit dem Zylinder einen Kern zum Aufwickeln eines Verstärkungskörpers für ein Einfügeteil oder ein Aufnahmeteil. Die Enden der Hakeneinrichtungen 56, 57, die gelenkig mit der Kolbenstange des Zylinders 58 verhakt sind, sind so in ihrer untersten Position. In dieser Position erstrecken sich die Enden der Einrichtungen für eine vorgegebenen Länge nach außen aus dem unteren Zylinderwand-Abschnitt der Form 50 heraus. Die Faserrovings, die zu einem Verstärkungskörper gewickelt werden sollen, werden in die Hakeneinrichtung eingehängt und nach oben und über den Kern gezogen, wie zuvor beschrieben wurde. Nachdem der Verstärkungskörper gewickelt worden ist und durch Auf sprühen von in Wasser aufgeschlämmten Harzpulver fixiert worden ist, gefolgt von einer Wärmeaushärtung, wird der fertiggestellte Verstärkungskörper aus der Form entfernt. Komprimierte Luft wird deshalb der Druckseite des Zylinders 58 zugeführt, um die Kolbenstange herauszudrücken, und die Enden der Hakeneinrichtungen 56, 57, die an der Kolbenstange angelenkt sind, nehmen ihre äußerste Position ein, und die hervorstehenden Enden der Einrichtungen werden durch die Öffnungen in der Zylinderwand der Form 50 hineingezogen. Indem komprimierte Luft zu der mit dem Zylinder 60 verbundenen Verbindung 62 gerichtet wird, wird die Kolbenstange herausgepreßt, wobei die Kappe 54 von der Unterkante des Zylinders angehoben wird. Der fertiggestellte Verstärkungskörper wird so von der Kappe 54 angehoben, so daß er um eine entsprechende Länge versetzt wird und kann mit der Hilfe einer herkömmlichen greifeinrichtung aus der Form 50 herausgehoben und in einem Speicher angeordnet oder direkt weiterbehandelt werden, indem das Ende beschnitten und die jeweilige konische Verbindungsfläche für eine nachfolgende Plazierung in der Gießform zum Gießen einer Tankhälfte geschliffen wird.

Claims (10)

1. Kunststofftank bzw. -behälter, der mit Glasfasern oder entsprechenden Verstärkungsfilamenten verstärkt ist und aus zwei bevorzugterweise zylindrischen Tankhälften zusammengesetzt ist, wobei jede einen Boden hat, wobei einer der Böden eine Verbindungsöffnung hat, wobei die offenen Enden der Tankhälften konisch angeschrägt sind und ineinander als ein Einfügeteil in ein Aufnahmeteil eingesetzt sind und durch einen Kleber zusammengehalten sind, wobei die Tankhälften äußere und innere Schichten, die im wesentlichen längsverlaufende Verstärkungsstränge enthalten, und eine Zwischenschicht haben, die im wesentlichen querverlaufende Verstärkungsstränge enthält, wobei die innere Schicht des Einfügeteils eine Schicht aus dicht angeordneten Verstärkungssträngen in einer Anzahl von Lagen aus flachliegenden Rovings enthält, wobei die äußere Schicht des Aufnahmeteils eine Schicht aus dicht angeordneten Verstärkungssträngen in einer Anzahl von Lagen aus flachliegenden Rovings enthält und wobei der Konuswinkel im konischen Übergang im Intervall von 2 - 10º, bevorzugterweise ungefähr 30, ist, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Schicht (29) des Einfügeteils (20) und die innere Schicht (36) des Aufnahmeteils (22) Verstärkungsstränge in flachliegenden Rovings aufweisen, die Gruppen (30, 37) mit einem vorgegebenen seitlichen Zwischenraum (F) zwischen den Gruppen bilden, um Kanäle (31, 38) auszubilden, in denen Kunststoff während des Gießens der jeweiligen Tankhälfte (10, 12) eingeführt worden ist, um eine Verteilung des Kunststoffs zwischen den Verstärkungssträngen in der jeweiligen Tankhälfte zu erleichtern.

2. Kunststoff tank gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppen (30, 37) im wesentlichen die gleiche seitliche Breite (E) haben und daß der Zwischenraum (F) zwischen den Gruppen zumindest gleich der Hälfte der Breite ist.

3. Kunststofftank gemäß Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Tank einen porösen Füll- oder Absorberkörper (45) für Acetylen, das in Aceton gelöst ist, zum Anzapfen von Acetylen durch die Verbindungsöffnung (15) an einem Ende des Tanks hat, daß der Absorberkörper (45) mit der gleichen Form wie die Innenform des Tanks vorgefertigt ist, daß die jeweilige Tankhälfte (10, 12) über den fertigen Absorberkörper (45) übergestreift ist und daß die Tankhälften (10, 12) an den Endabschnitten (20, 22) zueinander bewegt und miteinander verbunden sind.

4. Kunststofftank gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Tankhälften (10, 12) mit der Hilfe einer Form (50) gegossen sind, die mit einem fertigen Absorberkörper (45) als Kern hergestellt ist, damit der Absorberkörper (45) exakt den Raum in dem fertigen Tank ausfüllt.

5. Kunststofftank gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Absorberkörper (45) von der Mitte aus in Richtung der Enden leicht konisch ist und daß die Tankhälften (10, 12) eine entsprechende konische Form haben, um einen abdichtenden Kontakt zwischen dem Absorberkörper (45) und dem Inneren des Tanks (10, 12) zu ergeben.

6. Kunststofftank gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Absorberkörper (45) und der Tank (10, 12) derart hergestellt sind, daß ein Restraum oder eine Restlücke (a) in dem Gebiet um die Verbindungsöffnung (15) des Tanks herum vorhanden ist, um die Oberfläche des Absorberkörpers (45) zu vergrößern, aus dem das Acetylengas entweicht.

7. Kunststofftank gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Tank (10, 12) oder der Absorberkörper (5) an dem Ende (14), das sich in der Nähe der Verbindungsöffnung (15) befindet,mit sich radial erstreckenden Rippen oder ähnlichem versehen ist, die in der Lücke zwischen dem Tank und dem Absorberkörper angeordnet sind und Ausflußkanäle bilden, die sich an der Verbindungsöffnung des Tanks öffnen.

8. Verfahren zum Herstellen eines Verstärkungskörpers aus Fasersträngen zum Einsetzen in eine Gießform zum Gießen eines faserverstärkten Zylinders mit einem geschlossenen Ende, um in dem Kunststofftank bzw. -behälter gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche eingeschlossen zu sein, wobei der Verstärkungskörper mit seinem offenen Ende, das nach unten gekehrt ist, auf der vorformenden Form durch mehrere Schichten von sowohl längsverlaufenden als auch querverlaufenden Verstärkungsfasersträngen aufgebaut wird, die auf die Form gewickelt werden, worauf die Verstärkungsstränge des Verstärkungskörpers mit einem schmelzbaren Harzpulver besprüht werden, das nach der Wärmebehandlung die Verstärkungsstränge derart miteinander verbindet, daß ein vorgefertigter Verstärkungskörper ausgebildet wird, gekennzeichnet durch die nachfolgenden Schritte:

der Verstärkungskörper (D) zum Gießen eines Zylinders (10), dessen offenes Ende als ein Einfügeende (20) ausgebildet wird, wird durch ein erstes Aufwickeln zumindest einer Schicht (35) aus längsverlaufenden Verstärkungssträngen dicht benachbart zueinander auf der vorformenden Form (50) aufgebaut, daß zumindest eine Schicht (33) aus querverlaufenden Verstärkungssträngen dann dicht benachbart zueinander auf der längsverlaufenden Verstärkung, die aus einer oder mehreren Schichten (35) besteht, aufgewickelt wird, daß eine zusätzliche Schicht (29) aus längsverlauf enden Verstärkungssträngen dann auf die querverlaufende Verstärkung aufgewickelt wird, die aus einer oder mehreren Schichten (33) besteht, wobei die längsverlaufenden Verstärkungsstränge in Gruppen (30) aus dichtliegenden Verstärkungssträngen mit einem vorgegebenen Zwischenraum (F) zwischen den Gruppen derart gesammelt werden, daß kanalförmige Zwischenräume (31) ausgebildet werden,

der Verstärkungskörper (C) zum Gießen eines Zylinders (12), dessen offenes Ende als ein Aufnahmeende (22) ausgebildet werden soll, wird aufgebaut, indem zuerst eine Schicht (36) aus längsverlaufenden Verstärkungssträngen auf die vorformende Form (50) aufgewickelt wird, wobei die längsverlaufenden Verstärkungsstränge in Gruppen (37) aus dichtliegenden Verstärkungssträngen mit einem vorgegebenen Zwischenraum (F) zwischen den Gruppen gesammelt werden, so daß kanalförmige Zwischenräume (38) ausgebildet werden, und zumindest eine Schicht (34) aus querverlaufenden Verstärkungssträngen dicht benachbart zueinander auf den Gruppen (37) der dichtliegenden, längsverlaufenden Verstärkungsstränge aufgewickelt wird, wobei zumindest eine zusätzliche Schicht (32) von längsverlaufenden Verstärkungssträngen dicht benachbart zueinander auf die querverlaufende Verstärkung, die durch eine oder mehrere Schichten (34) gebildet ist, gewickelt wird.

9. Verfahren zum Erhalt eines Verstärkungskörpers gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Roving aus längsverlaufenden Verstärkungssträngen, der in der ersten Schicht (35, 36) enthalten sein soll, in einer Hakeneinrichtung (56, 57) in der Nähe des unteren Abschnitts der Form (50) fixiert und dann nach oben parallel zu einer Längsseite (52) der Form in ihr oberes Ende (54) gezogen wird, wonach die Verstärkungsstränge diametral über dieses obere Ende und dann abwärts parallel zu einer gegenüberliegenden Längsseite der Form (50) gezogen werden und auf dieser Seite in der Nähe des unteren Abschnitts der Form in einer gegenüberliegenden Einrichtung (56, 57) fixiert werden, wonach ein neuer Roving von Verstärkungssträngen in entgegengesetzter Richtung dicht benachbart zu dem bereits aufgewickelten Roving aufgewickelt wird, wobei der Vorgang wiederholt wird, bis die vorgegebene Dichte von Wicklungen erreicht ist und/oder eine vorgegebene Anzahl von Lagen von Wicklungen erreicht ist.

10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 8 und/oder 9 zum Erzeugen eines Verstärkungskörpers aus Fasersträngen zum Einsetzen in eine Form zum Gießen eines faserverstärkten Zylinders mit einem geschlossenen Ende, die umfaßt einen Aufwickelroboter mit Zuführdüsen zum Zuführen von Faserrovings, eine vorformende Form, auf der ein Einfügeteil oder ein Aufnahmeteil vorgeformt ist, einen Kunststoffsprüher zum Sprühen eines wärmehärtenden Harzpulvers und eine Wärmekammer zum Härten eines fertigen, vorgeformten Teils, dadurch gekennzeichnet, daß die vorformende Form (50) einen Kern hat, der einen vertikalen Zylinder (52) umfaßt, auf dessen oberem ringförmigen Ende eine schüsselförmige Kappe (54) ruht, die vertikal angehoben und abgesenkt werden kann, daß der Zylinder (52) in der Nähe seines unteren Endes eine zurückziehbare und ausziehbare Hakeneinrichtung (56, 57) hat, die an einem Pneumatikzylinder (59) angelenkt ist und entlang des Umfangs des Zylinders angeordnet ist, daß die Kappe (54) mit einem Pneumatikzylinder (60) verbunden ist und daß sowohl die Einrichtung (56, 57) als auch die Kappe (54) jeweils durch den jeweiligen Zylinder (58) bzw. (60) bewegt werden kann.