DE1272653B

DE1272653B - Geodaetisch gewickelter Hochdruckbehaelter

Info

Publication number: DE1272653B
Application number: DEB77139A
Authority: DE
Inventors: Goetz Mandel
Original assignee: Boelkow GmbH
Current assignee: Boelkow GmbH
Priority date: 1964-06-06
Filing date: 1964-06-06
Publication date: 1968-07-11
Also published as: GB1100876A

Description

Geodätisch gewickelter Hochdruckbehälter Die Erfindung bezieht sich auf einen geodätisch gewickelten, vorzugsweise aus glasfaserverstärktem Kunststoff hergestellten Hochdruckbehälter für Flüssigkeiten und Gase, der entlang seiner Polachse eine mit einer an seinem einen Ende befindlichen Polkappe fest verbundene Tragstange aufweist.
Es sind bereits Behälter zur Aufnahme von Flüssigkeiten bekannt, in deren Innenraum ein unter Gasdruck stehender flexibler Verdrängungssack angeordnet ist. Beim öffnen der Leitung wird die Flüssigkeit unter der Wirkung des sich ausdehnenden Sackes aus dem Behälter gefördert. Um unkontrollierte Bewegungen des Sackes, z. B. ein seitliches Schlingern, zu vermeiden, ist er an einer Seite auf einer den Sack durchdringenden Stange geführt, während die gegenüberliegende Seite des Sackes am Behälter befestigt ist. Derartige Behälter sind jedoch nur verhältnismäßig geringen Innendrücken ausgesetzt und ihrem Aufbau nach für hohe Druckbelastungen nicht geeignet.
Es sind ferner aus Glasfasern gewickelte Hochdruckbehälter, z. B. Raketenbrennkammern bzw. Flüssigkeitsbehälter mit metallenen Kopfstücken bekannt, die zusammen mit dem zu umwickelnden Körper auf einem Wickeldorn zentriert und gegebenenfalls gegen axiale Verschiebung gesichert sind. Da der Dorn bzw. die Zentrierwelle nach dem Wikkeln wieder entfernt wird, würden alle auf den Behälter einwirkenden äußeren Kräfte, z. B. Querbeschleunigungen, ausschließlich von den metallenen Endstücken aufgenommen werden müssen. Aus diesem Grund sind derartig aufgebaute Behälter für Transportzwecke, bei denen hohe Beschleunigungen auftreten, ungeeignet.
Behälter der eingangs genannten, hier nur zu betrachtenden Art, vermögen hohen Innendrücken dadurch standzuhalten, daß die aus diesen Belastungen resultierenden in der Behälterwand vorliegenden Zugspannungen durch ein Netz von geodätisch verlaufenden Fäden aufgenommen werden. Das setzt allerdings voraus, daß die Fäden eine bestimmte durch die Art der Beanspruchung gegebene Lage einnehmen. Diese Lage läßt sich durch eine geeignete Wickeltechnik erzielen. Die Ausnutzung der hohen Reißlängen von Fäden, insbesondere von Glasfasern, ermöglicht somit den Bau sehr leichter Behälter.
Da es aber für jede Beanspruchungsart, möge sie nun aus Innendruck, Biegung oder Torsion resultieren, eine optimale Fadenlage gibt, läßt sich ein und derselbe Behälter nicht für mehrere Beanspruchungsarten optimal gestalten, es sei denn, man sähe für jede Beanspruchungsart eine eigene Fadenwicklung vor. Die letztgenannte Maßnahme würde aber wegen der gegenseitigen Beeinflussung der einzelnen Fadenwicklungen infolge unterschiedlicher Fadendehnungen erhebliche Schwierigkeiten ergeben, ganz abgesehen von dem durch die Verwendung mehrerer Fadenwicklungen bedingten Mehrgewicht derartiger Behälter. Aus diesem Grund blieb der Gewichtsvorteil der Wickeltechnik für Hochdruckbehälter auf solche Anwendungsfälle beschränkt, bei denen eine Belastungsart, z. B. aus Innendruck, klar überwiegt und demgegenüber andere Belastungen vernachlässigbar klein sind. Die anderen Belastungen treten jedoch in der Praxis immer auf, sei es infolge der Behälterbefestigung, des Behältergewichtes oder der aus den Anzugsmomenten der Anschlüsse resultierenden Torsionskräfte. Allein die großen Dehnungen, welche sich durch die Auswirkung der hohen Materialfestigkeit der Fäden und ihrem kleinen Elastizitätsmodul ergeben, führen infolge der Dehnungsbehinderung des Behälters durch die Aufhängung und Anschlußleitungen in der Regel zu Sekundärkräften.
Für das Transportwesen, insbesondere für die Luft-und Raumfahrt, wo Beschleunigungen entsprechend der zehnfachen Erdbeschleunigung nicht selten sind, sind leichte Behälter besonders dringend erforderlich. Gerade hier aber sind die sekundären Belastungen, z. B. die aus der Beschleunigung resultierenden, nicht mehr vernachlässigbar klein. Gewickelte Behälter haben sich aus diesen Gründen, bedingt durch die Unfähigkeit, Behälter gleichzeitig für verschiedene Belastungen optimal zu gestalten, gegenüber konventionellen aus Blech gefertigten Behältern in der Regel nicht immer als vorteilhaft erwiesen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Lagerung von Behältern der eingangs genannten Art mit geringem technischen Aufwand derart zu verbessern, daß der Wickelkörper frei von der Einwirkung von Sekundärkräften ist und ausschließlich für die Belastung aus dem Innendruck ausgelegt werden kann. Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Tragstange ein zylindrisches Rohr ist, auf dem die am anderen Ende des Behälters befindliche Polkappe axial verschiebbar angeordnet ist, wobei zwischen der Polkappe und dem betreffenden Rohrende eine Dichtung vorgesehen ist und die Rohrwand zwischen den Polkappen eine oder mehrere Öffnungen aufweist.
Bei einem in dieser Weise ausgebildeten Behälter werden die bereits geschilderten Vorteile gegenüber den bekannten Behältern erzielt. Die zwischen der axial verschiebbaren Polkappe und dem betreffenden Rohrende angeordnete Dichtung verhindert ein Ausströmen des im Behälter befindlichen Mediums an der Gleitstelle. Die Dichtung kann bei geringen axialen Verschiebungen als Membran, bei größeren Verschiebungen als Lippendichtung oder auch als Harmonikabalg ausgebildet sein.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ragt das Rohr zu beiden Seiten des Behälters aus diesem heraus und kann ebenfalls auch einem weiteren Merkmal an seinen Enden Anschlüsse für Speise- bzw. Entnahmeleitungen und für die Behälteraufhängung aufweisen.
Auf Grund dieser Ausbildung nimmt das Rohr die aus der Behälterbefestigung, dem Behältergewicht und den Anzugsmomenten der Anschlüsse resultierenden Beanspruchungen ohne Rückwirkung auf den Behälter auf. Zudem werden die dem Querschnitt der Polöffnungen äyquivalenten Kräfte des Innendruckes vom Rohr in Form von Zugspannungen aufgenommen, also vom Behälter ferngehalten. Folglich werden in die Ränder der Polöffnungen, im Gegensatz zu den bekannten Behältern, keine zusätzlichen Kräfte eingeleitet. Dies führt nun bei Berücksichtigung der Stützkraft, die infolge der Reibung aus der axialen Verschiebbarkeit einer Polkappe bezüglich des Rohres auf die Polkappen wirkt, zu Behälterformen, die in vorteilhafter Weise eine Umkehr der Fäden ohne jegliche Fälschung der Fadenrichtung ermöglichen.
Die Einführung des Rohres hat also zur Folge, daß die die tragende Komponente der Behälterwand bildende Fadenwicklung ausschließlich dem im Behälter vorliegenden Innendruck ausgesetzt ist. Die Einführung des Rohres schafft außerdem ducrh den nun möglichen fälschungsfreien Fadenverlauf die Voraussetzung für eine konsequente Auslegung der Fadenwicklung zur Aufnahme des Innendruckes.
An Hand schematisch dargestellter Zeichnungen werden im folgenden Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Anordnung beschrieben. Es zeigt F i g. 1 einen gemäß der Erfindung gestalteten Behälter im Längsschnitt, F i g. 2 einen erfindungsgemäßen Behälter mit zylindrischem Mittelteil, ebenfalls im Längsschnitt. In F i g.1 ist ein rotationssymmetrischer, vorzugsweise aus glasfaserverstärktem Kunststoff hergestellter Hochdruckbehälter 1 dargestellt. Die Fäden, hier insbesondere Glasfasern, sind in Form von geodätischen Linien verlegt. Sie ergeben zusammen mit einem Bindemittel die Behälterwand 2. Auf die Darstellung dieses allgemein bekannten Fadenverlaufs wurde verzichtet.
Entlang der Polachse 3 des Behälters 1 ist durch diesen ein Rohr 4 hindurchgeführt. Mit diesem Rohr 4 ist die rechte Polkappe 5 fest verbunden, während die linke Polkappe 6 bezüglich des Rohres 4 axialverschiebbar ausgebildet ist. An dieser Gleitstelle ist eine Dichtung 7 vorgesehen, die dort ein Austreten des im Behälter 1 befindlichen Mediums verhindern soll. Dem gleichen Zweck dient eine Innenauskleidung 8 des Behälters 1.
Die Wand des Rohres 4 weist im Bereich zwischen den Polkappen 5 und 6 Öffnungen 9 auf. Sie verbinden das Innere des Rohres 4 und des Behälters 1 miteinander. Weiterhin hat das Rohr 4 an seinen aus dem Behälter 1 herausragenden Enden Anschlüsse 10 und 11 für Speise- bzw. Entnahmeleitungen sowie für die Aufhängung des Rohres 4 und somit des Behälters 1 in einem nicht dargestellten Rahmen.
Die F i g. 2 unterscheidet sich von der vorstehend beschriebenen Figur lediglich durch eine andere Behälterform. In dieser Figur ist ein rotationssymmetrischer Behälter 20 dargestellt, der durch die Einfügung eines kreiszylindrischen Mittelteiles 21 zwischen die zur Behälterquerachse symmetrischen Behälterhälften 1 a und 1 b gemäß F i g.1 entstanden ist. Diese Behälterform ist gleichermaßen ohne Fälschung des Fadenverlaufes wickelbar. Sie erlaubt ebenfalls bei Anwendung des Erfindungsgedankens eine konsequente Auslegung der Fadenwicklung zur Aufnahme des Innendruckes.

Claims

Patentansprüche: 1. Geodätisch gewickelter, vorzugsweise aus glasfaserverstärktem Kunststoff hergestellter Hochdruckbehälter für Flüssigkeiten und Gase, der entlang seiner Polachse eine mit einer an seinem einen Ende befindlichen Polkappe fest verbundene Tragstange aufweist, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die Tragstange ein zylindrisches Rohr (4) ist, auf dem die am anderen Ende des Behälters (1, 20) befindliche Polkappe (6) axial verschiebbar angeordnet ist, wobei zwischen der Polkappe (6) und dem betreffenden Rohrende eine Dichtung (7) vorgesehen ist und die Rohrwand zwischen den Polkappen (5, 6) eine oder mehrere Öffnungen aufweist. z. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (4) zu beiden Seiten aus dem Behälter (1, 20) ragt. 3. Behälter nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrenden Anschlüsse (10 und 11) für Speise- bzw. Entnahmeleitungen sowie für die Behälteraufhängung aufweisen. In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschrift Nr. 1356 673; USA.-Patentschriften Nr. 3 130 928, 2 317 395.