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Vorliegende Erfindung betrifft einen
Flüssigkeitsdruckbehälter, der
eine Verbundstruktur aufweist und in der Lage ist, hohen Innendrücken von
beispielsweise einigen zehn oder einigen hundert Bar zu widerstehen.
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Nach dem britischen Patent GB-A-1
023 011 und dem deutschen Patent DE-A-25 38 433 ist ein solcher
Behälter
bereits bekannt, der folgendes umfasst:
- – einen
Innenmantel, der gasdicht ist und eine allgemeine zylindrische Form
mit zwei gewölbten Enden
besitzt, wobei mindestens eines der genannten gewölbten Enden
mit einer mutigen Öffnung
versehen ist, die nach außen
hin durch einen vorstehenden axialen Hals, verlängert ist;
- – zwei
starre Polteile, die an die gewölbten
Enden des genannten Innenmantels angesetzt sind, wobei mindestens
eines der genannten Polteile einen Flaschenhals umfasst, der fest
mit einer Fußplatte
in Schalenform verbunden ist und in einer Weise an das genannte
gewölbte
Ende mit dem genannten Hals angesetzt ist, dass die genannte Fußplatte
an dem Teil dieses zuletzt genannten gewölbten Endes anliegt, der den
genannten Hals umgibt, und mit diesem fest verbunden ist, und dass
der genannte Hals mit dem genannten Flaschenhals fest verbunden
wird; und
- – einen
Verstärkungsaußenmantel,
der aus aus Fasern und Harz bestehendem Verbundmaterial hergestellt
ist und die genannten Polteile zumindest teilweise und die genannte
mit dem Flaschenhals fest verbundene Fußplatte insbesondere bedeckt.
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Zum Bau eines solchen Behälters
- – beginnt
man mit der Herstellung des genannten gasdichten Innenmantels; danach
- – positioniert
man die genannten Polteile an den genannten gewölbten Enden des genannten Innenmantels;
und danach
- – fertigt
man den genannten Verstärkungsaußenmantel
durch die Aufwicklung widerstandsfähiger, mit härtbarem
Harz (beispielsweise Polyester) umhüllter Fasern (Glas, Kohlenstoff
usw.) direkt auf dem genannten Innenmantel, der mit den genannten
Polteilen versehen ist und somit als Wickeldom dient.
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Während
eines solchen Wickelvorgangs wird der genannte Innenmantel durch
die genannten Polteile gehalten, so dass es zur Herstellung eines qualitativ
hochwertigen gewickelten Außenmantels unentbehrlich
ist, vor der Wicklung die Positionierung der genannten Polteile
auf dem Innenmantel mit hoher Präzision
vorzunehmen.
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Des Weiteren hat man festgestellt,
dass bei den Flüssigkeitsdruckbehältern des
oben genannten Typs die feste Verbindung zwischen dem Hals des Innenmantels
und dem Flaschenhals des entsprechenden Polteils im Hinblick auf
die Dichtheit des Behälters
bei hohen Drücken
häufig
eine kritische Stelle war. Die Erfahrung hat gezeigt, dass vom Gesichtspunkt
der Dichtheit aus eine zufriedenstellende Verbindung zwischen dem
Hals des Innenmantels und dem Flaschenhals des entsprechenden Polteils
im oben genannten Dokument DE-A-25 38 433 veranschaulicht ist, bei
der das zuletzt genannte Polteil eine Ringnut umfasst, die koaxial
zum genannten Flaschenhals liegt und bei der mindestens der größte Teil
der Länge
des Halses in einer Weise gelagert ist, dass die Innen- und Außenwand
des genannten Halses jeweils mit der betreffenden gegenüberliegenden Wand
der genannten Nut verankert ist.
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In diesem deutschen Dokument weisen
der Hals des Innenmantels und die genannte Ringnut eine kegelstumpfartige
Form auf, während
das Polteil aus zwei Teilen besteht, die zwischen sich die genannte
Ringnut abgrenzen und sich zueinander so bewegen können, dass
der genannte Hals durch den Keileffekt zwischen den beiden genannten
Teilen des Polteils geklemmt wird. Damit erhält man eine Verankerung des
genannten Halses auf dem genannten Polteil sowohl von der Innenseite
als auch von der Außenseite
des genannten Halses. Ein solches System der Verankerung des Halses
des Innenmantels am entsprechenden Polteil kann jedoch nur bei Innenmänteln aus
starrem bruchfesten Material wie beispielsweise Aluminium und nicht
bei Innenmänteln
aus synthetischem Material wie beispielsweise aus einem Polyvinylchlorid
eingesetzt werden, wie sie im Dokument GB-A-1 023 011 beschrieben
sind.
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Des Weiteren ist aus dem deutschen
Patent DE-A-21 49 962 ein Flüssigkeitsdruckbehälter bekannt,
der folgendes umfasst:
- – einen Innenmantel, der gasdicht
ist und eine allgemeine zylindrische Form mit zwei gewölbten Enden
besitzt, wobei mindestens eines der genannten gewölbten Enden
mit einer mittigen Öffnung
versehen ist, die nach außen
hin durch einen vorstehenden axialen, zylindrischen und mit Gewinde
versehenen Hals verlängert
ist;
- – zwei
starre Polteile, die an die gewölbten
Enden des genannten Innenmantels angesetzt sind, wobei mindestens
eines der genannten Polteile einen Flaschenhals und eine zylindrische,
mit Gewinde versehene Ringnut umfasst, die koaxial zum genannten
Flaschenhals liegt und in die der genannte Hals eingeschraubt ist;
und
- – einen
Verstärkungsaußenmantel,
der aus aus Fasern und Harz bestehendem Verbundmaterial hergestellt
ist und den genannten Innenmantel bedeckt.
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Die vorliegende Erfindung betrifft
die Vervollkommnung des zuletzt genannten Behälters im Hinblick auf die Verbesserung
der Dichtheit und der mechanischen Festigkeit, und im weiteren Sinne
betrifft die Erfindung ein System der Verankerung des Halses des
Innenmantels an dem zugehörigen
Polteil, das
- – sowohl bei starren Innenmänteln als
auch bei Mänteln
aus synthetischem Material eingesetzt werden kann;
- – vor
der Aufwicklung des Verstärkungsaußenmantels
eine präzise
Positionierung des genannten zugehörigen Polteils am Hals des
Innenmantels zulässt;
und
- – selbst
bei hohen Gasdrücken
im Innem des genannten Behälters
eine ausgezeichnete Dichtheit zwischen dem genannten Hals und dem
genannten zugehörigen
Polteil gewährleistet.
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Deshalb zeichnet sich der Flüssigkeitsdruckbehälter des
oben genannten Typs durch folgendes aus:
- – das genannte
Polteil, welches den Hals umfasst, weist eine Fußplatte in Schalenform auf,
die fest mit dem genannten Hals verbunden ist und an dem Teil des
genannten gewölbten
Endes fest anliegt, der mit dem genannten Hals versehen ist;
- – die
Teile der genannten Nut, an denen sich der genannte Hals nicht befindet,
sind mit einem Kleber ausgefüllt,
durch welchen der genannte Hals fest mit der genannten Nut verbunden
wird;
- – zwischen
der genannten Fußplatte
und dem genannten Teil des gewölbten
Endes, das mit dem genannten Hals versehen ist, befindet sich eine Schicht
des genannten Klebers; und
- – der
genannte Verstärkungsaußenmantel
bedeckt die genannte Fußplatte
mindestens teilweise.
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Damit erfolgt die Positionierung
des genannten Polteils mit Flaschenhals und Fußplatte am genannten Hals unabhängig vom
Werkstoff des genannten Innenmantels durch eine Schraubverbindung
in Form von Mutter und Schraube, wobei die beidseitige Verankerung
des genannten Polteils durch Klebung erzielt wird.
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Die beiden zylindrischen Wände des
genannten Halses des Innenmantels können jeweils ein Gewinde besitzen,
und im vorliegenden Fall besitzen die beiden zylindrischen Wände der
genannten Nut auch ein zusätzliches
Gewinde, wobei ein Gewinde der genannten Nut mit einem Gewinde des
genannten Halses zusammenwirkt.
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Bei einer Ausführungsform besteht das genannte
Polteil mit Flaschenhals und Fußplatte
aus einem Teil und die genannte Nut, die koaxial zum genannten Flaschenhals
liegt, ist auf der Seite der genannten Fußplatte offen und auf der Gegenseite blind.
Als Variante umfasst das genannte Polteil mit Flaschenhals und Fußplatte
zwei koaxiale Elemente, die jeweils durch eine Schraubverbindung
an den genannten Hals angesetzt sind, und die genannte Nut wird
von dem Ringraum gebildet, der die beiden an den genannten Hals
angesetzten Elemente trennt.
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Zur Herstellung des Flüssigkeitsdruckbehälters gemäß der vorliegenden
Erfindung kann das bekannte Verfahren eingesetzt werden, nach dem
- – man
mit der Herstellung eines Innenmantels beginnt, der gasdicht ist
und eine allgemeine zylindrische Form mit zwei gewölbten Enden
besitzt, wobei mindestens eines der gewölbten Enden mit einer mittigen Öffnung versehen
ist, die nach außen
hin durch einen vorstehenden axialen, zylindrischen und mit Gewinde
versehenen Hals verlängert
ist;
- – man
an jedes der beiden gewölbten
Enden des genannten Innenmantels ein starres Polteil ansetzt, wobei
mindestens eines der genannten Polteile einen Flaschenhals und eine
Ringnut umfasst, die zylindrisch und mit Gewinde versehen ist sowie
koaxial zur genannten Nut liegt, in die der genannte Hals eingeschraubt
ist; und
- – man
auf den mit den genannten Polteilen versehenen Innenmantel einen
Verstärkungsaußenmantel
aufwickelt, der aus aus Fasern und Harz bestehendem Verbundmaterial
hergestellt ist.
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Ein solches Verfahren zeichnet sich
erfindungsgemäß durch
folgendes aus:
- – man formt das genannte Polteil,
das den Flaschenhals mit einer Fußplatte in Schalenform umfasst,
die fest mit dem genannten Flaschenhals verbunden ist;
- – man
schraubt das genannte Polteil mit Flaschenhals und Fußplatte
auf den genannten Hals auf, bis die genannte Fußplatte an dem Teil des mit
dem genannten Hals versehenen gewölbten Endes anliegt, wobei
zum einen zwischen den genannten Hals und die genannte Ringnut und
zum anderen zwischen die genannte Fußplate und den genannten Teil
des mit dem genannten Hals versehenen gewölbten Endes Kleber gegeben
wird; und
- – man
die Wicklung des Verstärkungsaußenmantels
die genannte Fußplatte
zumindest teilweise bedecken lässt.
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Vorteilhafterweise besteht der genannte
Innenmantel aus synthetischem Material und wird durch Rotationsformen
hergestellt, wobei das Gewinde oder die Gewinde des genannten Halses
während des
Rotationsformverfahrens geformt werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
besteht der genannte Innenmantel aus Polyethylen, die genannten
Polteile sind aus einer Leichtmetalllegierung gearbeitet, bei dem
Kleber handelt es sich um einen Epoxidkleber, und die genannten
Polteile werden vor ihrer Befestigung am genannten Innenmantel mittels
anodischer Oxidation und Streichen mit einer Epoxidharzgrundierung
vorbehandelt, wohingegen der genannte Innenmantel zumindest teilweise
mit einem Polyethylen- und Polyvinylacetat-Copolymer vorbehandelt
wird.
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Die Figuren der beigefügten Zeichnung
veranschaulichen eindeutig die Ausführungsform der Erfindung. In
diesen Figuren werden ähnliche
Elemente durch identische Bezugsnummern bezeichnet.
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Die 1A, 1B und 1C veranschaulichen Herstellungsstufen
eines erfindungsgemäßen Flüssigkeitsdruckbehälters, wobei
in diesen Figuren in einem schematischen Axialschnitt der Innenmantel (1A), der Innenmantel mit
seinen Polendteilen (1B)
und der genannte fertiggestellte Flüssigkeitsdruckbehälter (1C) dargestellt werden.
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Die 2 und 3 zeigen in einem größeren Maßstab jeweils
in Seitenansicht und in Vorderansicht eine erste Ausführungsart
des Polteils mit Flaschenhals und Fußplatte des erfindungsgemäßen Flüssigkeitsdruckbehälters.
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Die 4 veranschaulicht
in nochmals größerem Maßstab und
im Axialschnitt die Darstellung dieser ersten Ausführungsart
des Polteils mit Flaschenhals und Fußplatte vor dem mit Gewinde
versehenen Hals des Innenmantels, wobei dieses Polteil im Schnitt
entlang der Linie IV-IV der 3 dargestellt
wird.
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Die 5 veranschaulicht
in einer der 4 vergleichbaren
Ansicht die Befestigung des genannten Polteils mit Flaschenhals
und Fußplatte
durch eine Verschraubung und Klebung am Hals des Innenmantels.
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Die 6 veranschaulicht
in einem der 5 vergleichbaren
Axialschnitt eine zweite Ausführungsart
des erfindungsgemäßen Polteils
mit Flaschenhals und Fußplatte.
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Das Ausführungsbeispiel I des erfindungsgemäßen und
in 1C dargestellten
Flüssigkeitsdruckbehälters umfasst
einen Innenmantel 1, zwei Polteile 2 und 3 und
einen Außenmantel 4.
Es weist eine Form der Drehung um seine Längsachse L, L auf.
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Der Innenmantel 1 (siehe 1A) ist gasdicht und hat
einen mutigen zylindrischen Teil 5 der Achse L, L auf,
der mit zwei gewölbten
Enden 6 und 7 versehen ist, die ebenfalls mittig
auf der genannten Achse L, L angeordnet sind.
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Das gewölbte Ende 6 ist mit
einer mittigen Öffnung 8 versehen,
die nach außen
in Richtung des genannten Innenmantels 1 durch einen vorstehenden
axialen, umlaufenden Hals 9 verlängert ist.
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Das gewölbte Ende 7 ist mit
einem vorstehenden mittigen Ansatz versehen.
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Obwohl der Innenmantel 1 aus
jedem beliebigen starren oder verformbaren Material bestehen kann,
das gewöhnlich
wegen seiner gasdichten Eigenschaften eingesetzt wird (wie Aluminium
oder ein Polyvinylchlorid), und mit jedem geeigneten Verfahren (Blasformverfahren,
Extrusionsblasen usw.) hergestellt werden kann, wird der genannte
Innenmantel 1 in einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung durch Rotationsformen aus Polyethylen
hergestellt.
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Wie in den 4 und 5 in
größerem Maßstab dargestellt,
ist der Hals 9 des Innenmantels zylindrisch und wird durch
eine zylindrische Außenwand 11 und
eine zylindrische Innenwand 12 abgegrenzt. Bei der Ausführungsart
der 4 und 5 ist die zylindrische Außenwand 11 des
Halses 9 mit einem Außengewinde 13 versehen
(das in den 1A, 1B und 1C auf Grund des geringen Maßstabs dieser
Figuren nicht dargestellt ist), das vorzugsweise bei der Herstellung
des Innenmantels 1 mit hergestellt wird.
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Das Polteil 2 besteht aus
einem Teil und weist eine Form der Drehung um die Achse L, L auf. Es
umfasst einen mittigen dicken Teil 14, der den Flaschenhals
bildet und sich an einem seiner Enden zu einer Fußplatte 15 ausweitet,
die zumindest annähernd
eine Schalenform aufweist und deren konkave Seite in die
Richtung der Gegenseite des genannten mittigen Teils 14 zeigt.
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Das Polteil 2 umfasst eine
axiale Durchführung 17,
die als Flaschenhals dient und vorteilhafterweise mit einem Gewinde 18 versehen
ist.
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In das Polteil 2 ist koaxial
zur axialen Durchführung 17 eine
zylindrische Ringnut 19 eingearbeuet, die offen auf der
Seite der Fußplatte 15 einmündet, jedoch
auf der Gegenseite der genannten Fußplatte 15 blind ist.
Die Nut 19 wird zwischen einer zylindrischen Außenwand 20 und
einer zylindrischen Innenwand 21 abgegrenzt. Die zylindrische
Außenwand 20 ist
zusätzlich
zum Außengewinde 13 des Halses 9 mit
einem Innengewinde 22 versehen.
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Des Weiteren werden die Durchmesser
der zylindrischen Außenwand 20 und
der zylindrischen Innenwand 21 so gewählt, dass der mittige zylindrische
Kern 23, der zwischen der Durchführung 17 und der genannten
zylindrischen Ringnut 19 abgegrenzt wird, nach Art und
Weise eines Verschlusses in den Hals 9 eindringen kann,
und dass der genannte Hals 9 so in die genannte zylindrische
Ringnut 19 eingeführt
werden kann, dass das Außengewinde 13 und das
Innengewinde 22 zusammenwirken können und dass das Polteil 2 nach
Art und Weise von Mutter und Schraube am Hals 9 angeschraubt
werden kann. Weiterhin ist die axiale Tiefe der zylindrischen Ringnut 19 so
ausgebildet, dass am Ende des Gewindes des Polteils 2 am
Hals 9 die konkave Seite 16 der Fußplatte 15 gegen
den Teil 24 des gewölbten
Endes 6 drückt,
das den genannten Hals 9 umgibt.
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Die beispielsweise zylindrische äußere Seitenfläche des
mittigen Teils 14 sowie eventuell die der Fußplatte 15 ist
mit Unebenheiten 25 versehen, die zum Beispiel durch Rändeln aufgebracht
werden können.
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Das Polteil 2 kann durch
mechanische Bearbeitung eines Blockes aus Leichtmetalllegierung
hergestellt werden.
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Wie in 5 veranschaulicht,
kann das an den Hals 9 angeschraubte Polteil 2 an
der Außenseite 11 und
an der Innenseite 12 wie auch die konkave Seite 16 am
Teil 24 des Endes 6 durch Klebung verankert werden.
Dazu reicht es vor dem Anschrauben des Polteils 2 am Hals 9 aus,
in die Nut 19 Kleber zu geben und die konkave 16 mit
einem solchen Kleber zu bestreichen. Nach dem Anschrauben füllt der
Kleber (mit der Bezugsnummer 26 in 5) die Zwischenräume zwischen der Nut 19 und
dem Hals 9 sowie die Zwischenräume zwischen der konkaven Seite 16 und
dem Teil 24 des Endes 6 aus.
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Aus der obigen Beschreibung wird
leicht verständlich,
dass das Außengewinde 13 und
das Innengewinde 22 jeweils durch ein (nicht dargestelltes) Innengewinde
ersetzt werden kann, das in die zylindrische Innenwand 12 des
Halses 9 eingearbeitet ist, sowie durch ein (nicht dargestelltes)
Außengewinde, das
in die zylindrische Innenwand 21 der Ringnut 19 eingearbeitet
ist.
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Natürlich wird der Kleber 26 in
Abhängigkeit von
den Materialien des Innenmantels 1 und des Polteils 2 so
ausgewählt,
dass nach eventuellen Vorbehandlungen des genannten Innenmantels
(zumindest am Hals 9 und am Teil 24) und des genannten Polteils 2 (zumindest
in der Nut 19 und an der konkaven Seite 16) die
gewünschte
Klebequalität
gewährleistet
wird.
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Wenn der Innenmantel beispielsweise
aus Polyethylen besteht und wenn das Polteil 2 aus einer Leichtmetalllegierung
besteht, kann man
- – den Innenmantel 1 mit
einem Polyethylen- und Polyvinylacetat-Copolymer vorbehandeln;
- – das
Polteil 2 durch anodische Oxidation und Streichen mit einer
Epoxidharzgrundierung vorbehandeln; und
- – als
Kleber 26 einen Epoxidkleber einsetzen.
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Damit erreicht man die zweiseitige
Einfügung
des zylindrischen Halses 9 in die zylindrische Nut 19.
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Dabei kann man feststellen, dass
es möglich ist,
das Außengewinde 13[oder
aber das eventuell vorgesehene gleichwertige Innengewinde an der
zylindrischen Innenwand (siehe oben)] während des Rotationsformens
des Innenmantels 1 herzustellen.
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Wie in den 1B und 1C veranschaulicht, wird
das Polteil 3 bei der dargestellten Ausführungsart
durch einen mittigen Teil 3A und einen umlaufenden Kragen 3B gebildet.
Dessen mittige Anordnung erfolgt mit Hilfe des Ansatzes 10.
Es kann aus einer Leichtmetalllegierung hergestellt und am gewölbten Ende 7 durch
Klebung befestigt werden. Eine solche Klebung kann der Klebung ähneln, die
oben im Hinblick auf das Polteil 2 beschneben wurde.
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Nach der Realisierung der festen
Verbindung der Polteile 2 und 3 mit dem Innenmantel 1 wird
dieser in eine Wickelmaschine eingebaut und als Dom genutzt, auf
dem in bekannter Weise widerstandsfähige Fasern (Glas, Kohlenstoff
usw.) aufgewickelt werden, die mit einem härtbaren Harz umhüllt sind. Die
Polteile 2 und 3 können auf der Wickelmaschine eingesetzt
werden, um den genannten Dorn zu halten und/oder zu drehen.
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Die derart hergestellte Wicklung
bildet nach dem Aushärten
den Verstärkungsaußenmantel 4,
der die Fußplatte 15 und
den umlaufenden Kragen 3B bedeckt und an den Unebenheiten 25 anhaftet.
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Bei dem Ausführungsbeispiel II des erfindungsgemäßen und
teilweise in 6 dargestellten Flüssigkeitsdruckbehälters besteht
das Polteil 30 mit Flaschenhals und Fußplatte nicht aus einem Teil
wie das Polteil 2 sondern setzt sich aus zwei unabhängigen Elementen
zusammen, bei denen es sich um ein Außenelement 31 und
ein Innenelement 32 handelt, während der Hals 9 an
seiner zylindrischen Außenwand
(vergleichbar mit der, zylindrischen Wand 11) ein Außengewinde 33 (vergleichbar
mit dem Gewinde 13) sowie an seiner zylindrischen Innenwand
(vergleichbar mit der zylindrischen Wand 12) ein Innengewinde 34 besitzt.
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Das Außenelement 31 des
Polteils 30 ist rohrförmig
und wird von einer Durchführung 35 durchquert,
die mit einem Innengewinde 38 (vergleichbar mit dem Gewinde 18)
versehen ist und in der Lage ist, mit dem Außengewinde 33 des
Halses 9 zusammenzuwirken. Das Element 31 ist
an einem seiner Enden mit einer Fußplatte 37 (vergleichbar
mit der Fußplatte 15)
versehen.
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Das Innenelement 32 des
Polteils 30 ist ebenfalls rohrförmig und wird von einer Durchführung 38 durchquert.
Auf seiner zylindrischen Außenseite besitzt
es ein Außengewinde 39,
das in der Lage ist, mit dem Innengewinde 34 des Halses 9 zusammenzuwirken.
Des Werteren umfasst das Element 32 an einem seiner Enden
einen Bund 40.
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Dazu kommt, dass die axiale Länge des
Außenelements 31 größer ist
als die des Innenelements 32.
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Die Positionierung und feste Verbindung
des Polteils 30 mit dem Hals 9 erfolgen in zwei
Arbeitsgängen.
Man beginnt mit der Verschraubung des Innenelements 32 mit
dem Hals 9 unter Zugabe von Kleber 26, wobei die
Verschraubung fortgesetzt wird, bis der Bund 40 an der
freien Kante 41 des Halses 9 anliegt. Anschließend schraubt
man das Außenelement 31 auf
den Hals 9, nachdem auf das Gewinde 33 und den
Endteil 24 Kleber 26 gegeben worden ist. Die Verschraubung
des Außenelements 31 wird
fortgesetzt, bis die Fußplatte 37 mit
ihrer konkaven Seite gegen den genannten Teil 24 des Endes 6 gepresst wird.