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Dehnbarer und selbsttätig rückstellbarer Faltbehälter Die Erfindung
bezieht sich auf Faltbehälter, die durch einen inneren Druck ausdehnbar und bei
Wegnahme des inneren Druckes selbsttätig rückstellbar sind.
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Behälter, die nach allen Richtungen hin genügend ausdehnbar sind,
um ein großes Volumen eines zu verfrachtenden Gutes aufnehmen zu können, und die
im leeren Zustand zusammenfaltbar sind wobei ihre Gesamtabmessungen beträchtlich
verkleinert werden, lassen sich für die verschiedensten Anwendungsfälle gebrauchen.
Häufig verlangen die Platzverhältnisse einen Einwegtransport des Gutes, was dazu
führt daß die zum Einbringen des Gutes verwendeten Behälter leer zurückgesandt werden
müssen. Handelt es sich um ein großes Ladungsvolumen, wie im Falle des Transports
von Flüssigkeiten, beispielsweise Mineralölen, chemischen Erzeugnissen oder Frischwasser,
so können in vielen Fällen die wirtschaftlichen Nachteile, die mit dem leeren Rücklauf
von Behältern, welche die gleichen Dimensionen wie im gefüllten Zustand aufweisen,
den Transport solcher Materialien praktisch nahezu undurchführbar machen.
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Zum Beispiel kann der Transport von Flüssigkeiten in Schleppbehältern
auf dem Wasserwege völlig unwirtschaftlich werden, wenn es notwendig ist, die leeren
Behälter in ihren ursprünglichen Abmessungen an den Ort der Absendung zurückbringen.
Dies trifft namentlich zu, wenn der Rücklauf mit ungünstigen Meeres- oder Flußströmungsverhältnissen
verbunden ist. Ahnlich ist die Lage beim Transport von Flüssigkeiten auf dem Luftwege,
mit Straßenfahrzeugen oder auf dem Schienenweg.
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Die Erfindung bezieht sich auf einen ausdehnbaren Faltbehälter mit
einer Mehrzahl harmonikaartig zusammenhängender Wandungsteile. Bereits bekannte
Faltbehälter dieser Art haben die Form etwa einer Glocke oder eines Rundkörpers
mit senkrecht stehender Achse. Sie haben die Eigenschaft, sich unter Einwirkung
des Druckes des Füllgutes selbstständig auszudehnen, lassen sich aber bei der Entleerung
nur mit Hilfe äußerer Kräfte, allenfalls unter dem Einfluß ihres Eigengewichts,
wieder in die zusammengefaltete Lage zurückführen. Bei besonders großen Behältern,
die sich insbesondere auch als Schleppbehälter zum Transport von Flüssigkeiten auf
dem Wasserwege eignen sollen, ist die Anwendung einer äußeren Kraft zur Zurückfiihrung
des Behälters in den zusammengefalteten Zustand nur schwer durchführbar, wenn nicht
überhaupt unmöglich Durch die Erfindung wird die Aufgabe gelöst, einen Behälter
der zur Rede stehenden Art so auszubilden, daß er nicht nur bei seiner Füllung dehnbar
ist, sondern daß er sich auch bei seiner Entleerung selbsttätig unter der Einwirkung
innerer Kräfte seiner Bauteile, also nicht etwa nur infolge des Eigengewichts der
Umhüllung wieder in seine zusammengefaltete Lage begibt. Erfindungsgemäß wird dies
dadurch erreicht, daß die Wandungsteile die Form langgestreckter Streifen haben,
die an ihren Längskanten durch selbsttätig rückstellfähige streifenförmige Verbindungsglieder
von U-förmigen, zwei Schenkel und einen gekrümmten Jochabschnitt aufweisendem Querschnitt
zu einer länglichen Hülle verbunden sind. Ein solcher Behälter ist auf große Gesamtabmessungen
ausdehnbar und in leerem Zustand selbsttätig zusammenfaltbar, so daß er dann wesentlich
kleinere Gesamtabmessungen einnimmt. Hohe Formfestigkeit und selbsttätige Zusammenfaltbarkeit
bzw. Rückstellbarkeit machen es möglich, einen solchen Behälter zum Transport beispielsweise
überraschend großer Flüssigkeitsmengen auf dem Wasserwege zu verwenden. Die Anwendungsmöglichkeiten
solcher Behälter sind jedoch keineswegs hierauf beschränkt.
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Die erwähnten Verbindungsglieder haben ein so hohes Verhältnis von
Dehnfestigkeit und Elastizitätsmodul, daß sie bei ansteigendem Innendruck durch
Öffnung bzw. Schließung ihrer Schenkel eine Ausdehnung des Behälters auf einen etwa
elliptischen Querschnitt sowie bei Wegnahme des Innendruckes eine Rückstellung der
Verbindungsglieder in den zusammengefalteten Zustand ermöglichen.
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Die Wandungsteile besitzen bei einer bevorzugten Ausführungsform
an den Enden ihrer Längskanten winklig abgeschrägte Ränder, welche miteinander derart
verbunden sind, daß der Behälter sich nach seinen geschlossenen Enden hin verjüngt.
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Mit den Enden der Wandungsteile können flexible Membran anordnungen
als Anschlußorgane verbunden sein.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht der gefaltete
Behälter aus zwei Gruppen von Kunststoffwandungsteilen, von denen jede im zusammengefalteten
Zustand ein gewelltes Streifenmuster bildet. Eine breitere Kunststoffplatte ist
mit ihren Längskanten mit den oberen Rändern der beiden Gruppen verbunden. In ähnlicher
Weise ist eine ebenso breite Kunststoffplatte mit ihren Längskanten an den unteren
Rändern beider Gruppen befestigt. Auf diese Weise werden die Gesamtabmessungen des
Behälters im gefalteten Zustand verkleinert.
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Die Materialien, aus denen die Verbindungen eines Behälters gemäß
der Erfindung hergestellt sind, zeichnen sich durch eine besonders hohe Energiespeicherfähigkeit
ohne Hysteresisverlust aus. Das Erfordernis eines hohen Verhältnisses von Dehnfestigkeit
und Dehnungselastizitätsmodul für die Verbindungen ist, wie gefunden wurde, hinreichend
erfüllt bei durch Fasern, Fäden bzw. faserstoffverstärkten geschichteten warmhärtbaren
Kunststoffmaterialien.
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Die Verstärkung wird bei solchen Materialien besonders gut durch eine
parallele Anordnung natürlicher oder synthetischer Fäden bzw. Fasern in jeder einzelnen
Schicht erhalten. In der Schichtenstruktur sind die Fäden einer einzelnen Schicht
vorzugsweise senkrecht zu den Fäden in der darüber- und/oder darunterliegenden Schicht
gerichtet. Ein vorzugsweise geeigneter Werkstoff, der unter der Handelsbezeichnung
»Stratoglas« erhältlich ist, besteht aus Glasfasern oder Fäden, die miteinander
durch ein Epoxyharz verbunden sind, um einen verstärkten geschichteten Kunststoff
zu bilden. Dieses Material besitzt eine ungewöhnliche Strukturfestigkeit und zugleich
Schlagfestigkeit. Seine Biegefähigkeit und Preßbarkeit erlauben die Herstellung
von Verbindungsstellen, welche Längsfalten an dem Behälter erzeugen, wenn der Behälterinhalt
aus dem Behälter entnommen wird und befähigen den Behälter, eine elliptische oder
kreisförmige Querschnittsform anzunehmen, wenn er gefüllt wird.
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Im folgenden ist die Erfindung an Hand der Zeichnungen beispielsweise
näher erläutert.
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Fig. 1 ist eine Seitenansicht einer Ausführungsform eines Behälters
gemäß der Erfindung im zusammengefalteten Zustand; Fig.2 ist eine Schnittansicht
in vergrößertem Maßstab, welche diesen Behälter im gefalteten Zustand längs der
Linie 2-2 von F i g. 1 zeigt; F i g. 3 ist eine Grundrißansicht eines von dem Behälter
nach Fig. 1 abgenommenen Kunststoffstreifens oder -wandungsteils; Fig. 4 zeigt in
vergrößertem Maßstab ein Fragment einer Ausführungsform einer Verbindungsstelle
zwischen den streifenförmigen Kunststoffwandungsteilen des Behälters von Fig. 1,
Fig. 5 zeigt in vergrößertem Maßstab eine Fragmentschnittansicht längs der Linie
2-2 von Fig. 1 sowie einen Teil des Behälters im teilweise ausgedehnten Zustand;
Fig.
6 ist eine Seitenansicht des Behälters in seinem vollständig ausgedehnten Zustand;
Fig. 7 ist eine Fragmentschnittansicht längs der Linie 7-7 von Fig. 6 bei vollständig
ausgedehntem Zustand des Behälters; Fig. 8 zeigt einen erheblich vergrößerten Ausschnitt
einer Verbindungsstelle und der dazugehörigen beiden Wandungsteile bei vollständig
ausgedehntem Behälter; Fig. 9 ist eine Fragmentschnittansicht einer Verbindungsstelle
bei zusammengefaltetem Zustand der Wandungsteile; Fig. 10 ist eine Seitenansicht
einer anderen Ausführungsform eines Behälters gemäß der Erfindung.
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Gemäß Fig. 1 und 2 besteht ein Behälter 10, wie er hier im zusammengefalteten
Zustand gezeichnet ist, aus einer Vielzahl flacher streifenförmiger Wandungsteile
12, von denen eines im Grundriß für sich in Fig. 3 dargestellt ist. Vorzugsweise
bestehen die Wandungsteile aus dem gleichen verstärkten Kunststoff wie die noch
näher zu beschreibenden Verbindungsglieder. Da die streifenförmigen Wandungsteile
bei der Ausdehnung keiner ungewöhnlichen Biegebeanspruchung unterworfen sind, können
auch andere starre Materialien unter Umständen für Behälter dieser Art verwendet
werden. Jedoch ermöglichen die Struktureigenschaften verstärkter Kunststoffmaterialien
bei ungewöhnlich großen Behältern die Verwendung besonders dünner Wandungen, was
einen grundsätzlichen wirtschaftlichen Vorteil hinsichtlich der Materialkosten bedeutet.
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Wie in Fig. 3 gezeigt, besitzt jeder streifenförmiger Wandungsteil
eine Längskante 14 sowie eine dazu parallele längere Längskante 16. Die Längskanten
sind durch winklige Kanten 18 verbunden, so daß an beiden Enden des Wandungsteils
12 je ein verjüngter Abschnitt 20 entsteht. Die Kanten 18 können jedoch auch gekrümmt
sein und auf diese Weise verjüngte Endabschnitte bilden.
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Wie besonders Fig. 1 und 2 erkennen lassen, ist jeder streifenförmige
Wandungsteil 12 an einer Längskante 14 und der dazu winklig verlaufenden Kante 18
mit der entsprechenden Längskante bzw. den winldigen Kanten eines benachbarten Wandungsteils
durch ein Verbindungsglied 22 verbunden. In entsprechender Weise ist eine Längskante
16 mit der entsprechenden Längskante eines anderen, benachbarten Wandungsteils verbunden.
Die Wandungsteile sind so verbunden, daß eine Reihe von Falten in Längsrichtung
gebildet wird. Im Querschnitt, wie er in Fig. 2 dargestellt ist, erscheint der Gesamtaufbau
in Form zweier Gruppen von streifenförmigen Wandungsteilen, von denen jede ein gewelltes
Muster aufweist. Eine streifenförmige Platte 24, die erheblich breiter ist als die
Wandungsteile 12, ist an ihren Längskanten mit jeweils einer Längskante des obersten
Wandungsteils 12 beider Gruppen verbunden. In entsprechender Weise ist eine ähnliche
Platte 26 an ihren Längsrändern mit jeweils dem untersten Wandungsteil 12 beider
Gruppen verbunden.
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Die Verbindung der gewinkelten Kanten oder Randabschnitte 18 benachbarter
Wandungsteile an deren entgegengesetzten Enden erzeugt eine Hülle, die einen Behälter
28 bildet, der zur Aufnahme eines flüssigen oder gasförmigen Mittels geeignet ist.
Die beschriebene Anordnung läßt sich in verschiedenen Größen herstellen und zur
Erzeugung von Behältern von ungewöhnlich großem Fassungsvermögen verwenden.
Der
Behälter kann aus verstärkten Kunststoffstreifen bestehen, deren Abmessung etwa
1,20 bis 1,80 m beträgt und die so lang sein kann, wie es für den beabsichtigten
Anwendungszweck erforderlich ist.
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Die streifenförmigen Wandungsteile sind an ihren Längskanten durch
Verbindungsglieder 22 verbunden.
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Eine Ausführungsform dieser ist in Fig. 4 in einem größeren Maßstab
dargestellt. Das Verbindungsglied ist aus einem verstärkten geschichteten Kunststoffmaterial,
wie oben beschrieben, geformt. Es können Streifen mit einer durchschnittlichen Dicke
von etwa 1.,6 mm (i/lß'? benutzt werden, die aus gerichteten Schichten paralleler
Glasfasern bestehen, welche durch ein Epoxyharz verbunden sind. Die Streifen haben
dann eine Biegefestigkeit von etwa 12 kglcm" (180 000 psi) in Richtung der Fäden.
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Das Verbindungsglied wird durch Querfaltung eines Längsstreifens auf
sich selbst gebildet, derart, daß im Querschnitt ein Paar paralleler Schenkel 30
entstehen, die durch einen gekrümmten Abschluß 32 verbunden sind. Auf der Innenseite
beider Schenkel ist eine schräge Überlappungsstoßstelle 34 gebildet.
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Eine ähnliche Stoßstelle 36 ist an jeder Längskante sowie an den
winklig verlaufenden Kantenabschnitten des Kunststoffstreifens vorgesehen. Auf diese
Weise wird eine Überlappungsverbindung zwischen jedem der beiden Schenkel des Verbindungsgliedes
22 und den Längskanten der Kunststoffstreifen sowie ihren gewinkelten Kantenabschnitten
durch Verbindung der entsprechenden Überlappungsstoßstellen mit einem Kunstharz
oder einem anderen Klebemittel geschaffen.
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Bei dem Material, aus dem die Verbindungsglieder hergestellt sind,
soll das Verhältnis oM1E der maximalen Biegefestigkeit IM zum Elastizitätsmodul
E so hoch wie möglich sein. Es läßt sich zeigen, daß der Wert dieses Verhältnisses
dem Verhältnis TIR der Materialdicke T zum Biegeradius R des Verbindungsgliedes
angeglichen werden kann. Um zahlreichen Anwendungszwecken eines Behälters gemäß
der Erfindung zu entsprechen, soll die Dicke groß genug sein, um die erforderliche
Festigkeit zu gewährleisten, während der Biegeradius genügend klein sein soll, um
möglichst kleine Gesamtabmessungen des Behälters im gefalteten Zustand zu ermöglichen.
Ein faserstoffverstärktes geschichtetes Kunststoffmaterial der beschriebenen Art
entspricht diesen Erfordernissen. Sein Verhältnis aM/E liegt zwischen 0,03 und 0,04.
Bei einer Materialdicke von 2,5 mm (0,1") kann ein Biegeradius zwischen 64 und 80
mm (2,5 und 3,3") unter Beibehaltung der Eigenschaft der selbsttätigen Rückstellfähigkeit
der Faltung erhalten werden.
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Nachdem das Innere 28 des Behälters, der noch nicht ausgedehnt ist,
mit Flüssigkeit gefüllt ist, beginnt die auf die Innenflächen der streifenförmigen
Kunststoffteile 12 beim Hineindrücken weiterer Flüssigkeit in die Kammer wirkende
Kraft den Behälter auszudehnen. Die streifenförmigen Wandungsteile werden bei Öffnung
der Verbindungsglieder zwischen ihren Längskanten nach außen bewegt.
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F i g. 5 zeigt den Behälter im teilweise ausgedehnten Zustand. Eine
weitere Zufuhr von Flüssigkeit dehnt den Behälter bis in seine voll ausgedehnte
Lage, wie sie in F i g. 7 gezeigt ist, in der er einen etwa kreisförmigen Querschnitt
bekommt. Wie in F i g. 8 veranschaulicht, befähigt der Biegeelastizitätsmodul des
Materials die Verbindungsglieder sich zu öffnen, so
daß deren beide Schenkel um nahezu
900 aus ihrer Ausgangsstellung (bei gefaltetem Behälter) verlagert werden. Selbst
bei diesem Ausmaß der Biegung wird die Nachgiebigkeit des Materials nicht überschritten,
so daß keine Dauerverformung der Verbindungsglieder und der Wandungsteile stattfindet.
Ist der Behälter an seinen Bestimmungsort gebracht und wird sein Inneres bei entsprechender
Herabsetzung des Innendruckes entleert, so nimmt der Behälter infolge seiner Rückstellfähigkeit
wieder die gefaltete Ausgangslage ein, wie sie in F i g. 1 und 2 gezeigt ist.
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Bei Aufblähung des Behälters in seine voll ausgedehnte Stellung bewirken
die winkligen Randabschnitte benachbarter streifenförmiger Wandungsteile die Bildung
konisch verjüngter Abschnitte an den beiden Enden des Behälters, wie dies in F i
g. 6 gezeigt ist.
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F i g. 9 zeigt eine andere Ausführungsform der Verbindungsglieder
zwischen den Längsrändern der streifenförmigen Wandungsteile. Das Verbindungsglied
wird durch Faltung eines Streifens in Längsrichtung auf sich selbst zurückgebildet,
so daß im Querschnitt zwei parallele Schenkel 38 entstehen, die durch einen gekrümmten
Abschluß40 verbunden sind. Eine Abschrägung 42 ist in diesem Falle auf der Außenseite
der beiden Schenkel vorgesehen. Ein Teil der Oberfläche eines Kunststoffstreifens
44 neben seiner Längskante ist mit der Innenfläche eines Schenkels verbunden und
ein anderer Kunststoffstreifen46 ist in gleicher Weise mit dem anderen Schenkel
verbunden. Eine Abschrägung 48 ist auf der Innenseite des Streifens 44 und eine
Abschrägung 50 auf der Innenseite des Streifens 46 vorgesehen. Die Abschrägungen
dienen hier nicht zur Bildung von Stoßverbindungen, sondern dienen lediglich zur
Schaffung eines glatten Überganges auf der Innen-und Außenfläche des Behälters.
Das in Fig. 9 gezeigte Verbindungsglied kann aus dem gleichen Material wie oben
beschrieben bestehen. Auch diese Verbindungsstelle arbeitet druckabhängig und weist
eine selbsttätige Rückstellfähigkeit auf, wie es oben in Verbindung mit der in F
i g. 4 gezeigten Verbindungsstelle beschrieben wurde.
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Die nachstehende Tabelle gibt die Kraft pro lineare Ausdehnung in
kg/cm (pounds per linear inch) an, die erforderlich ist, um einen Behälter auszudehnen,
dessen Verbindungsglieder aus etwa 2,5 mm (0,1") dickem »Stratoglas«-faserstoffverstärktem
geschichteten Kunststoff auf verschiedene prozentuale Ausdehnungsgrade erforderlich
ist, wobei der Biegeradius der Verbindungsglieder etwa 75 mm (3") beträgt.
| Prozentuale Ausdehnung (Ibsilinear |
| des Behälters kg/cm inch) |
| O/o inch) |
| 50 0,48 (2,7) |
| 92 1,2 (6,9) |
| 96 1,9 (10,6) |
| 100 7,9 (44) |
Obwohl es im allgemeinen vorzuziehen ist, daß die streifenförmigen Wandungsteile
eine solche Gestalt erhalten, daß eine Einrichtung zur Vervollständigung einer Umhüllung
in einem Stück geformt werden kann, können auch flache Streifen ohne Endstücke 20
gemäß Fig. 3, wie schon erwähnt, miteinander
verbunden werden. Bei
einer solchen Ausführungsform werden zweckmäßig elastische Bälge 52 mit den Enden
der streifenförmigenWandungsteile verbunden, wie dies in Fig. 10 veranschaulicht
ist. Für diese kann beispielsweise ein Neoprenpolyamid benutzt werden, so daß sie,
wenn der Behälter sich in dem in F i g. 1 dargestellten zusammengefalteten Zustand
befindet, in ähnlicher Weise nach Art eines Falls schirms gefaltet werden. Eine
Ausdehnung der streifenförmigen Wandungsteile in die vorher beschriebene, im Querschntit
kreisförmige Lage bewirkt eine Streckung der Bälge. Im voll ausgedehnten Zustand
nehmen die zylindrischen Behälter dann die in F i g. 10 dargestellte Lage ein.