DE1272653B

DE1272653B - Geodetically wound high pressure vessel

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.Geodetically Coiled High Pressure Container The invention relates to on a geodetically wound, preferably made of glass fiber reinforced plastic manufactured high-pressure container for liquids and gases, which runs along its polar axis a support rod firmly connected to a pole cap located at one end having.

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.There are already containers for holding liquids known in the interior of which is arranged a flexible displacement bag under gas pressure is. When the pipe is opened, the liquid is under the action of the expanding Sack conveyed out of the container. To avoid uncontrolled movements of the bag, e.g. B. to avoid lateral rolling, it is on one side on one of the Sack penetrating rod guided while the opposite side of the sack is attached to the container. However, such containers are only relatively small Exposed to internal pressures and their structure not suitable for high pressure loads.

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.There are also high-pressure containers wound from fiberglass, e.g. B. Rocket combustion chambers or liquid containers with metal head pieces known, which, together with the body to be wrapped, are centered on a winding mandrel and optionally are secured against axial displacement. Since the mandrel or the centering shaft after If the winding is removed again, all external forces acting on the container would be removed Forces, e.g. B. Lateral accelerations, exclusively from the metal end pieces must be included. For this reason, such a constructed container for Unsuitable for transport purposes in which high accelerations occur.

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.Container of the type mentioned at the beginning, which is only to be considered here, are capable to withstand high internal pressures in that the resulting from these loads Tensile stresses present in the container wall due to a network of geodetic ones Threads are included. This assumes, however, that the threads have a certain take the position given by the type of stress. This situation lets itself through achieve a suitable winding technique. The use of the long tearing lengths of threads, especially of glass fibers, thus enables the construction of very light containers.

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.But since it is necessary for every type of stress, let it now from internal pressure, Bending or torsion result, there is an optimal thread position, and can be Do not design the same container optimally for several types of stress, be it because one would provide a separate thread winding for each type of stress. The latter Action would be taken because of the mutual influence of the individual thread windings due to different thread elongations result in considerable difficulties, quite apart from the additional weight caused by the use of several thread windings such a container. For this reason, the weight advantage of the winding technology remained for high-pressure vessels limited to those applications in which a type of load, z. B. from internal pressure, clearly predominates and, in contrast, other loads are negligible are small. However, the other loads always occur in practice, be it as a result of the container fastening, the container weight or the tightening torques torsional forces resulting from the connections. Just the big stretches, which by the effect of the high material strength of the threads and their small size Resulting modulus of elasticity, lead as a result of the expansion of the container as a rule to secondary forces due to the suspension and connection lines.

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.For transportation, especially for aerospace, where Accelerations corresponding to ten times the acceleration due to gravity are not uncommon, lightweight containers are particularly urgent. But right here they are secondary loads, e.g. B. those resulting from the acceleration, no longer negligibly small. For these reasons, wrapped containers have become conditional due to the inability to optimize containers for different loads at the same time to design, compared to conventional containers made of sheet metal as a rule not always proven beneficial.

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.The invention is based on the object of storing containers of the type mentioned at the beginning with little technical effort in such a way that that the winding body is free from the action of secondary forces and exclusively can be designed for the load from the internal pressure. These The object is achieved according to the invention in that the support rod is a cylindrical one Tube is on which the pole cap located at the other end of the container is axially displaceable is arranged, with a seal between the pole cap and the relevant pipe end is provided and the pipe wall between the pole caps one or more openings having.

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.In the case of a container designed in this way, they are already Achieved the described advantages over the known containers. The one between the axially displaceable pole cap and the respective tube end arranged seal prevents the medium in the container from flowing out at the sliding point. The seal can act as a membrane for small axial displacements and larger Shifts can be designed as a lip seal or as a concertina bellows.

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.According to a further feature of the invention, the tube protrudes to both Sides of the container out of this and can also have another feature at its ends connections for supply and extraction lines and for the container suspension exhibit.

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.Due to this training, the pipe takes the from the container fastening, the weight of the container and the tightening torque of the connections without affecting the container. In addition, the cross-section of the pole openings equivalent forces of the internal pressure absorbed by the pipe in the form of tensile stresses, so kept away from the container. Consequently, in the edges of the pole openings, In contrast to the known containers, no additional forces are introduced. Taking into account the supporting force, this now results from the friction the axial displaceability of a pole cap with respect to the tube on the pole caps acts to container shapes, which in an advantageous manner a reversal of the threads without allow any falsification of the thread direction.

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.The introduction of the tube has the consequence that the load-bearing Component of the container wall forming thread winding excluding that in the container is exposed to internal pressure. The introduction of the pipe also creates due to the now possible forgery-free thread course the prerequisite for a Consistent design of the thread winding to absorb the internal pressure.

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.On the basis of schematically shown drawings are in the following Embodiments of the arrangement according to the invention described. It shows F i g. 1 shows a container designed according to the invention in longitudinal section, FIG. 2 one Container according to the invention with a cylindrical central part, also in longitudinal section. In F i g.1 is a rotationally symmetrical, preferably made of glass fiber reinforced Plastic-made high-pressure container 1 is shown. The threads, here in particular Glass fibers are laid in the form of geodetic lines. They surrender along with a binding agent the container wall 2. On the representation of this well-known The thread course was omitted.

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.A tube 4 runs through the container 1 along the polar axis 3 passed through. With this tube 4, the right pole cap 5 is firmly connected while the left pole cap 6 is designed to be axially displaceable with respect to the tube 4. At a seal 7 is provided for this sliding point, which prevents the im Container 1 is to prevent the medium. An inner lining serves the same purpose 8 of the container 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.The wall of the tube 4 has in the area between the pole caps 5 and 6 openings 9 on. They connect the interior of the tube 4 and the container 1 to one another. Furthermore, the tube 4 has connections at its ends protruding from the container 1 10 and 11 for feed and extraction lines as well as for the suspension of the pipe 4 and thus the container 1 in a frame not shown.

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.The F i g. 2 differs from the figure described above only through a different container shape. In this figure is a rotationally symmetrical one Container 20 shown by the insertion of a circular cylindrical central part 21 between the container halves 1 a and 1 b, which are symmetrical to the transverse axis of the container according to F i g.1. This shape of the container is also free of counterfeiting of the thread course can be wound. It also allows when applying the concept of the invention a consistent design of the thread winding to absorb the internal pressure.

Claims

Claims: 1. Geodetically wound, preferably made of glass fiber reinforced Plastic-made high-pressure container for liquids and gases running along its polar axis is firmly connected to a polar cap located at one end Support rod has, d a d u r c h g e -k e n n n z e i c h n e t that the support rod is a cylindrical tube (4) on which the at the other end of the container (1, 20) located pole cap (6) is arranged axially displaceable, with between the pole cap (6) and the pipe end in question a seal (7) is provided and the pipe wall has one or more openings between the pole caps (5, 6). z. container according to claim 1, characterized in that the tube (4) on both sides from the Container (1, 20) protrudes. 3. Container according to claims 1 and 2, characterized in that that the pipe ends connections (10 and 11) for feed and extraction lines as well for the container suspension. Publications considered: French U.S. Patent No. 1,356,673; U.S. Patent Nos. 3,130,928, 2,317,395.