IT202100003650A1 - Bombola con anima in materiale plastico e rivestimento in materiale composito provvista di bocchelo e relativo metodo di produzione - Google Patents

Bombola con anima in materiale plastico e rivestimento in materiale composito provvista di bocchelo e relativo metodo di produzione Download PDF

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Giovanni Artusi
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Carbon Cylinder S R L
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Description

Titolo: ?BOMBOLA CON ANIMA IN MATERIALE PLASTICO E RIVESTIMENTO IN MATERIALE COMPOSITO PROVVISTA DI BOCCHELO E RELATIVO METODO DI PRODUZIONE"
DESCRIZIONE
La presente invenzione riguarda una bombola, in particolare per il contenimento di fluidi (liquidi o aeriformi) ad alta pressione, avente un?anima (liner) in materiale plastico e un rivestimento costituito da uno o pi? strati di materiale composito, provvista di un bocchello, composto da pi? particolari, conformato per ricevere un accessorio, quale, a titolo esemplificativo e non esaustivo, un rubinetto o una valvola o altro.
L?invenzione riguarda anche un metodo per produrre una tale bombola. Sono noti vari tipi di bombole ad alta pressione ottenute a partire da un?anima interna in materiale metallico o plastico, sulla quale viene formato o applicato un bocchello in materiale metallico, normalmente provvisto di una filettatura adatta al serraggio di un rubinetto o di una valvola di tenuta. L?anima ? poi rivestita con uno o pi? strati di fili di rinforzo che avvolgono anche la base esterna del bocchello.
Un aspetto critico di queste bombole ? rappresentato dall?accoppiamento tra il collo dell?anima e il bocchello, soprattutto nel caso di anima in materiale plastico. Infatti, all?interfaccia tra il materiale plastico dell?anima e la superficie del bocchello il gas in pressione tende a produrre una delaminazione con conseguente possibile fuoriuscita.
Per cercare di limitare tale problema sono state proposte varie soluzioni, nessuna delle quali si ? rivelata completamente soddisfacente.
?, pertanto, scopo della presente invenzione quello di eliminare gli inconvenienti riscontrati nelle soluzioni della tecnica nota.
In particolare, uno scopo dell?invenzione ? quello di fornire una bombola ad alta pressione con anima in materiale plastico e rivestimento in materiale composito, in cui il bocchello garantisca un?ottima tenuta nel tempo in qualsiasi condizione di utilizzo.
Altro scopo dell?invenzione ? quello di fornire una tale bombola in cui il bocchello sia applicabile in modo rapido e sicuro.
Altro scopo ancora dell?invenzione ? quello di fornire una tale bombola in cui un elemento del bocchello atto a ricevere accessori ? conformato in modo da essere rimovibile per eventuali interventi di manutenzione.
Questi ed altri scopi sono raggiunti dalla bombola secondo l?invenzione che presenta le caratteristiche dell?annessa rivendicazione indipendente 1.
Realizzazioni vantaggiose dell?invenzione sono espresse nelle rivendicazioni dipendenti.
Sostanzialmente, la bombola ad alta pressione secondo l?invenzione ha un?anima interna o liner in materiale plastico e un rivestimento costituito da uno o pi? strati di materiale composito, inglobanti parzialmente un bocchello applicato alla parte terminale superiore del collo dell?anima conformato per ricevere almeno un accessorio, quale un rubinetto, una valvola, o altro, detto bocchello comprendendo un elemento metallico interno e un elemento metallico esterno avvitabili tra loro per serrarsi su detto collo dell?anima, in cui detto collo dell?anima presenta un leggero restringimento di diametro a partire dalla sua imboccatura, tale da determinare una superficie conica interna atta ad accoppiarsi con una corrispondente superficie conica esterna dell?elemento interno del bocchello, e una superficie conica esterna atta ad accoppiarsi con una corrispondente superficie conica interna dell?elemento esterno del bocchello, e in cui detto bocchello comprende altres? un elemento protettivo anulare in materiale plastico o elastomerico, fungente da cuscinetto, che si interpone tra una base allargata del bocchello e la parte superiore dell?anima del contenitore.
L?invenzione riguarda anche un metodo di produzione della bombola secondo l?invenzione, presentante le caratteristiche della rivendicazione 8.
Ulteriori caratteristiche dell?invenzione appariranno pi? chiare dalla descrizione dettagliata che segue, riferita ad una sua forma puramente esemplificativa, e quindi non limitativa di realizzazione, illustrata nei disegni annessi, in cui:
la Figura 1a ? una vista in elevazione frontale di una bombola ad alta pressione secondo l?invenzione;
la Figura 1b ? una vista in semisezione verticale della bombola di figura 1a; la Figura 1c ? un ingrandimento del particolare indicato con la lettera C in figura 1b;
la Figura 2a ? una vista in esploso della bombola di figura 1a priva del rivestimento esterno;
la Figura 2b ? una sezione presa secondo la linea A-A di figura 2a;
la Figura 3a ? una vista in elevazione frontale di una preforma utilizzata per la formazione dell?anima o liner della bombola;
la Figura 3b ? una sezione mediana della preforma di figura 3a presa secondo la linea A-A;
la Figura 4 ? una vista in sezione mediana ingrandita mostrante la parete superiore della preforma di figura 3b inserita nell?elemento esterno del bocchello prima dello stiro-soffiaggio;
la Figura 5 ? una vista in sezione come la figura 4 mostrante la preforma dopo lo stiro-soffiaggio, che diventa l?anima o liner della bombola, di cui ? mostrata solo la parte superiore;
la Figura 6 ? una vista in sezione mediana del bocchello mostrante le sue parti componenti assemblate, con l?elemento interno, mostrato in una conformazione leggermente diversa da quella delle figure 1b, 1c e 2b;
le Figure 7a e 7b sono, rispettivamente, una vista assonometrica dall?alto e una vista in sezione mediana dell?elemento interno del bocchello di figura 6;
le Figure 8a e 8b sono, rispettivamente, una vista assonometrica dall?alto e una vista in sezione mediana dell?elemento interno del bocchello di figura 6.
Nelle figure 1a, 1b la bombola ad alta pressione, per il contenimento di gas e fluidi in genere secondo l?invenzione, ? stata indicata con il numero di riferimento 1 e comprende un?anima o liner 10 in materiale plastico, rivestita esternamente con una pluralit? di strati di rinforzo in materiale composito 2, quali, a titolo esemplificativo e non esaustivo, fili in fibre di carbonio o kevlar o miste, annegati in resine sintetiche inglobanti parzialmente un bocchello 20 in materiale metallico e plastico, applicato alla parte terminale/orifizio superiore del collo 11 dell?anima 10.
In particolare, il bocchello 20 ? costituito da tre elementi coassiali anulari, un elemento metallico interno 21 recante superiormente una filettatura esterna 23, un elemento metallico esterno 22 recante superiormente una filettatura interna 24, in modo che tali elementi possano essere avvitati tra di loro serrandosi sulla parte terminale del collo 11 dell?anima, come meglio sar? detto in seguito, e un elemento in materiale plastico o elastomerico 30 disposto sotto l?elemento esterno 22.
L?elemento interno 21 presenta una testa 25 opportunamente conformata, ad esempio di tipo esagonale, come mostrato nell?esempio di figura 6a, o di altra forma, per l?impegno di una chiave di serraggio, e una sporgenza anulare 37 che si attesta contro il bordo superiore dell?elemento esterno 22.
In modo di per s? noto, sulla parte superiore interna dell?elemento interno 21 ? prevista una filettatura 26 per montare/bloccare una valvola o rubinetto, o un qualsiasi altro accessorio, atto all?erogazione del fluido contenuto nella bombola 1. Eventualmente sulla parte inferiore interna dell?elemento interno 21 pu? essere prevista una seconda filettatura 27, come mostrato nella versione di figura 7b, per il montaggio di altri accessori, quale ad esempio un EFV Excess Flow Valve.
Sulla parte inferiore esterna dell?elemento interno 21 ? invece prevista almeno una sede anulare 29 (due nelle realizzazioni mostrate nelle figure) atta ad accogliere una rispettiva guarnizione di tenuta 31, ad esempio in particolare un anello O-Ring, che va a contatto con la superficie interna del collo 11 dell?anima 10 della bombola 1.
Il collo 11 dell?anima 10 presenta un bordo anulare 12 che va in appoggio su uno spallamento interno 32 dell?elemento esterno 22 del bocchello, e sul quale si attesta uno spallamento esterno 33 dell?elemento interno 21.
Il collo 11 dell?anima 10 presenta un leggero restringimento di diametro a partire dalla sua imboccatura, tale da determinare una superficie inclinata o conica interna 13 atta ad accoppiarsi con una corrispondente superficie conica esterna 34 dell?elemento interno 21 del bocchello 20, e una superficie conica esterna 14 atta ad accoppiarsi con una corrispondente superficie interna conica 35 dell?elemento esterno 22 del bocchello 20.
La doppia conicit? del collo 11 dell?anima 10, unita alle conicit? degli elementi interno ed esterno del bocchello, permette di ottenere un ottimo accoppiamento meccanico tra anima e bocchello, poich? le superfici inclinate aumentano l?aderenza e la resistenza a sforzi in direzione assiale.
L?elemento esterno 22 del bocchello 20 presenta una sporgenza radiale 38, preferibilmente di forma esagonale, ottagonale o decagonale, per una migliore presa del rivestimento esterno 2 e per evitare eventuali rotazioni che potrebbero avvenire, in fase di serraggio dell?elemento interno 21 sull?elemento esterno 22, e una base allargata 28 che va in appoggio sulla parte superiore dell?anima 10 del contenitore 1.
Per evitare un effetto mordente tra il materiale metallico dell?elemento esterno 22 bocchello 20 e il materiale plastico dell?anima 10, tra tale elemento esterno 22 e l?anima 10 ? interposto detto elemento protettivo anulare in materiale plastico o elastomerico 30, che funge da cuscinetto.
Dalla parte opposta al bocchello 20, nella parte inferiore dell?anima 10, ? applicato un fondello 40 in materiale metallico o anche plastico, con interposizione di un anello cuscinetto 41 in materiale plastico o elastomerico. Tale fondello 40 ? utilizzato per consentire l?avvolgimento di fili in fibra di carbonio per realizzare il rivestimento esterno 2 della bombola.
La suddetta doppia conicit? del collo 11 dell?anima 10 non consentirebbe di montare l?elemento esterno 22 del bocchello, completo del cuscinetto 30.
Pertanto, con riferimento alle figure 3a, 3b, 4 e 5 viene ora descritto come viene formata la bombola 1 con il bocchello 20.
L?anima 10 viene formata per stiro-soffiaggio a partire da una preforma 100 mostrata nelle figure 3a e 3b, rispettivamente in vista e in sezione.
Il collo conico 11 della preforma 100, con dette conicit? interna 13 ed esterna 14, che andr? a costituire il collo dell?anima 10 della bombola, consente di inserire dall?alto la preforma nell?elemento esterno 22 del bocchello e del sottostante cuscinetto protettivo 30, con il bordo anulare 12 che va in appoggio sullo spallamento interno 32 dell?elemento esterno 22, come mostrato in figura 4.
La preforma 100 viene quindi stiro-soffiata per formare l?anima 10 della bombola 1, alla quale risulta direttamente applicato l?elemento esterno 22 del bocchello con il componente protettivo 30 che aderisce perfettamente alla parte superiore dell?anima 10, come mostrato in figura 5.
Prima dello stiro-soffiaggio, la preforma viene sottoposta ad un trattamento termico durante il quale il collo 11 della preforma subisce un cambiamento di fase che ne determina una cristallizzazione consentendo, previa una ripresa di lavorazione meccanica, un perfetto accoppiamento con l?elemento esterno 22 del bocchello e successivamente con l?elemento interno 21.
Dopo lo stiro-soffiaggio della preforma e l?applicazione del fondello 40 sull?anima 10 vengono avvolti fili in fibra di carbonio per realizzare il rivestimento esterno 2 della bombola che ingloba parzialmente l?elemento esterno 22 del bocchello 20.
Infine, viene avvitato l?elemento interno 21 del bocchello, che pu? essere variamente conformato, come illustrato nei disegni, che mostrano due versioni esemplificative di tale elemento.
Naturalmente, in alternativa, l?elemento interno 21 pu? essere montato prima dell?avvolgimento del rivestimento 2 in materiale composito. In ogni caso, l?elemento interno 21 all?occorrenza pu? essere rimosso per motivi di manutenzione o per eseguire la sostituzione della/e guarnizione/i.
La bombola 1 mostrata nelle figure ha una forma a ?barilotto?, cio? una forma cilindrica affusolata superiormente e inferiormente, ma ? evidente che essa pu? essere di qualsiasi forma desiderata, ad esempio cilindrica a sezione circolare, a sezione quadrata, rettangolare, ellittica, ecc.
Da quanto esposto appaiono evidenti i vantaggi della bombola ad alta pressione secondo l?invenzione e del relativo procedimento di produzione, che consente di ottenere un perfetto accoppiamento a tenuta del bocchello 20, grazie alla doppia conicit? del collo 11 dell?anima 10.
Naturalmente l?invenzione non ? limitata alla particolare forma di realizzazione precedentemente descritta e illustrata nelle figure annesse, ma ad essa possono essere apportate numerose modifiche di dettaglio alla portata del tecnico del ramo, senza per questo uscire dall?ambito dell?invenzione stessa, come definito nelle rivendicazioni che seguono.

Claims (10)

RIVENDICAZIONI
1. Bombola ad alta pressione (1) avente un?anima interna o liner (10) in materiale plastico e un rivestimento (2) costituito da uno o pi? strati di materiale composito, inglobanti parzialmente un bocchello (20) applicato alla parte terminale superiore del collo (11) dell?anima (10) conformato per ricevere almeno un accessorio, quale un rubinetto, una valvola, o altro, detto bocchello (20) comprendendo un elemento metallico interno (21) e un elemento metallico esterno (22) avvitabili tra loro per serrarsi su detto collo (11) dell?anima (10), caratterizzata dal fatto che detto collo (11) dell?anima (10) presenta un leggero restringimento di diametro a partire dalla sua imboccatura, tale da determinare una superficie conica interna (13) atta ad accoppiarsi con una corrispondente superficie conica esterna (34) dell?elemento interno (21) del bocchello (20), e una superficie conica esterna (14) atta ad accoppiarsi con una corrispondente superficie conica interna (35) dell?elemento esterno (22) del bocchello,
e dal fatto che detto bocchello (20) comprende altres? un elemento protettivo anulare in materiale plastico o elastomerico (30), fungente da cuscinetto, che si interpone tra una base allargata (28) del bocchello (20) e la parte superiore dell?anima (10) della bombola (1).
2. Bombola (1) secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che il collo (11) dell?anima (10) presenta un bordo anulare (12) che va in appoggio su uno spallamento interno (32) dell?elemento esterno (22) del bocchello, e sul quale si attesta uno spallamento esterno (33) dell?elemento interno (21).
3. Bombola (1) secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzata dal fatto che detto elemento interno (21) del bocchello (20) presenta almeno una sede anulare (29) atta ad accogliere una rispettiva guarnizione toroidale, o di altra forma, di tenuta (31), che va a contatto con la superficie interna di detto collo (11).
4. Bombola (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto elemento interno (21) del bocchello (20) presenta una sporgenza anulare (37) che si attesta contro il bordo superiore dell?elemento esterno (22).
5. Bombola (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che l?elemento esterno (22) del bocchello (20) presenta altres? una sporgenza radiale (38) per una migliore presa del rivestimento esterno (2).
6. Bombola (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che sulla parte superiore interna di detto elemento interno (21) ? prevista una filettatura (26) per bloccare detta valvola o rubinetto di erogazione del fluido contenuto nella bombola, e un?eventuale seconda filettatura (27) ? prevista sulla sua parte inferiore interna per il montaggio di altri accessori, quale una EFV Excess Flow Valve, o altro accessorio.
7. Metodo di produzione di una bombola ad alta pressione (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente le seguenti fasi consistenti nel:
- realizzare una preforma (100) con collo (11) avente una conicit? interna (13) e una conicit? esterna (14) e un bordo anulare (12),
- inserire dall?alto la preforma (100) nell?elemento esterno (22) del bocchello (20) e nel sottostante elemento protettivo (30), con detto bordo anulare (12) che va in appoggio sullo spallamento interno (32) dell?elemento esterno (22);
- soffiare la preforma (100) per formare l?anima (10) della bombola (1),; - avvolgere fili in fibra di carbonio, kevlar o miste, per realizzare il rivestimento esterno (2) della bombola che ingloba parzialmente l?elemento esterno (22) del bocchello (20).
8. Metodo secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che prima del soffiaggio, la preforma viene sottoposta ad un trattamento termico durante il quale il collo (11) della preforma subisce un cambiamento di fase.
9. Metodo secondo la rivendicazione 7 o 8, caratterizzato dal fatto di prevedere l?ulteriore fase consistente nel
- avvitare l?elemento interno (21) all?elemento esterno (22) del bocchello (20) prima o dopo l?avvolgimento dello strato protettivo di rivestimento (2).
10. Metodo secondo la rivendicazione 7, 8 o 9, in cui prima dell?avvolgimento del rivestimento (2) viene applicato un fondello (40) sull?anima soffiata (10).
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