DE102015001393A1

DE102015001393A1 - Process for the production of tanks, which includes a suitable for direct winding plastic liner

Info

Publication number: DE102015001393A1
Application number: DE102015001393.9A
Authority: DE
Inventors: Boris Ozolin; Martin Regnet; Thomas Radmann
Original assignee: MT Aerospace AG
Current assignee: MT Aerospace AG
Priority date: 2014-12-12
Filing date: 2015-02-04
Publication date: 2016-06-30

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Tanks, bestehend aus einem Kunststoffliner und einer äußeren Armierung aus faserverstärktem Kunststoff, bei dem aufgrund der Verwendung eines stabilisierten Liners ohne Wickeldorn gearbeitet werden kann.The present invention relates to a method for producing tanks, consisting of a plastic liner and an outer reinforcement made of fiber-reinforced plastic, which can be used in the due to the use of a stabilized liner without winding mandrel.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Tanks zur Bevorratung, Lagerung und/oder zum Transport von fluiden Stoffen, bestehend aus einem Kunststoffliner und einer äußeren Armierung aus faservestärktem Kunststoff, wobei der Kunststoffliner aus Linersegmenten zusammengesetzt wird. Die Erfindung betrifft auch die nach dem Verfahren hergestellten Tanks und deren Verwendung, insbesondere als Tanks für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt, dort insbesondere auch in Trink- und Abwassersystemen. Die Erfindung betrifft auch ein Baukastensystem, bestehend aus einzelnen Linersegmenten.The present invention relates to a method for the production of tanks for the storage, storage and / or transport of fluids, consisting of a plastic liner and an outer reinforcement made of fiber-reinforced plastic, wherein the plastic liner is composed of liner segments. The invention also relates to the tanks produced by the process and their use, in particular as tanks for applications in the aerospace industry, there in particular also in drinking and wastewater systems. The invention also relates to a modular system consisting of individual liner segments.

Derartige Tanks, bestehend aus einem Kunststoffliner und einer äußeren Armierung aus faservestärktem Kunststoff, werden derzeit im Wesentlichen auf zwei Arten hergestellt:
Das Linermaterial wird auf einem endformnahen Wickeldorn möglichst nahtlos angeordnet und dann der Faserverbundkunststoff darauf in geeigneter Weise ausgebildet. Zur Entfernung des Wickeldorns ist es erforderlich, nach dem Härten den Tankkörper zu zerteilen, üblicherweise in zwei Teile, die Schnittkanten mechanisch zu schäften und wieder zusammen zu fügen. Auf diese Weise lassen sich relativ leichte Tanks herstellen, da aufgrund der Verwendung des Wickeldorns die Ausbildung relativ dünnwandiger Liner und auch dünnwandiger Armierungen aus Faserverbundkunststoff möglich ist. Die Herstellung ist jedoch aufwändig und teuer. Das erforderliche Trennen, Schäften und Fügen der Tankhälften kann zudem zu Undichtigkeiten und/oder Fehlstellen in der Tankwand führen.Such tanks, consisting of a plastic liner and an outer reinforcement made of fiber-reinforced plastic, are currently produced in two main ways:
The liner material is placed as seamlessly as possible on a winding mandrel close to the final shape and then the fiber composite plastic is formed thereon in a suitable manner. To remove the winding mandrel, it is necessary to split the tank body after curing, usually in two parts, the shanks mechanically shank and reassemble. In this way, relatively light tanks can be produced, since due to the use of the mandrel, the formation of relatively thin-walled liners and thin-walled reinforcements made of fiber composite plastic is possible. However, the production is complicated and expensive. The required separation, shafts and joining the tank halves can also lead to leaks and / or defects in the tank wall.

Zur Verringerung des Herstellungsaufwands und damit der Kosten, werden alternativ dickwandige Liner verwendet, die ohne Wickeldorn armiert werden können. Durch die relativ hohe Wandstärke des geformten Liners, besitzt dieser für die Armierung eine ausreichende strukturelle Festigkeit. Durch den damit verbundenen Wegfall des Trennungsschrittes kann das Herstellungsverfahren wesentlich kostengünstiger gestaltet werden. Fehlstellen und/oder Undichtigkeiten in der Tankwand sind weniger wahrscheinlich. Allerdings führen dickwandige Liner zu einem signifikant erhöhten Gewicht der Tanks, was diese für viele der im Rahmen der vorliegenden Erfindung angestrebten Anwendungsbereiche ungeeignet macht.To reduce the production cost and thus the cost, alternatively thick-walled liners are used, which can be reinforced without winding mandrel. Due to the relatively high wall thickness of the molded liner, this has sufficient structural strength for the reinforcement. The associated omission of the separation step, the manufacturing process can be made much cheaper. Defects and / or leaks in the tank wall are less likely. However, thick-walled liners result in a significantly increased weight of the tanks, rendering them unsuitable for many of the applications sought within the scope of the present invention.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Herstellung von eingangs definierten Tanks anzugeben, mit dem sich die beschriebenen Nachteile vermeiden lassen. Insbesondere soll eine Methode vorgeschlagen werden, mit welcher sich leichte Tankstrukturen ohne Einsatz eines Wickeldorns aufbauen lassen, indem man einen Lineraufbau mit dauerhafter oder reversibler struktureller Festigkeit konzipiert.Object of the present invention is therefore to provide a method for the production of initially defined tanks, with which can be avoided the disadvantages described. In particular, a method is to be proposed with which it is possible to build up lightweight tank structures without the use of a winding mandrel by designing a liner structure with permanent or reversible structural strength.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Tanks zur Bevorratung, Lagerung und/oder zum Transport von fluiden Stoffen, bestehend aus einem Kunststoffliner und einer äußeren Armierung aus faserverstärktem Kunststoff. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass zunächst Segmente des Kunststoffliners einer herzustellenden Liner- bzw. Tankstruktur gefertigt werden. Die Segmente verkörpern im Rahmen der vorliegenden Erfindung Schnittelemente senkrecht zu der Mittelachse der herzustellenden Liner- bzw. Tankstruktur. Die Schnittelemente bzw. die Segmente werden dann zu der Liner- bzw. Tankstruktur gefügt. Erfindungswesentlich ist dabei auch, dass die Schnittelemente bzw. Segmente während oder nach ihrer Fertigung oder gegebenenfalls nach dem (teilweisen) Fügen derart ausgerüstet oder ausgestattet werden, dass der gefügte Liner in sich formstabil ist. Damit ist das nachfolgende Ausbilden der Armierung aus Faserverbundkunststoff unmittelbar auf dem gefügten Liner möglich, wobei der Liner aufgrund seiner Formstabilität gewissermaßen als Wickelkern dient.The present invention is a process for the production of tanks for the storage, storage and / or transport of fluid substances, consisting of a plastic liner and an outer reinforcement made of fiber-reinforced plastic. The method is characterized in that initially segments of the plastic liner of a liner or tank structure to be produced are manufactured. In the context of the present invention, the segments embody sectional elements perpendicular to the central axis of the liner or tank structure to be produced. The cut elements or segments are then joined to the liner or tank structure. It is also essential to the invention that the cut elements or segments are equipped or equipped during or after their production or optionally after the (partial) joining in such a way that the joined liner is dimensionally stable in itself. Thus, the subsequent formation of the reinforcement made of fiber composite plastic directly on the jointed liner is possible, the liner serves as it were as a winding core due to its dimensional stability.

Der wesentliche Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens kann darin gesehen werden, dass durch die formstabilisierende Ausrüstung der Linersegmente bzw. des Liners ein tragfähiger Liner aus Kunststoff erzeugt werden kann, der für die nachfolgende Armierung mit einem Faserverbundkunststoff eine ausreichende eigene strukturelle Stabilität aufweist, ohne eine ungewollte und unvorteilhafte Gewichtszunahme des Tanks in Kauf nehmen zu müssen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die Armierung mit Faserverbundkunststoff in der Regel eine Bewicklung des Liners mit trockenen oder harzgetränkten Faserrovings oder -tapes erforderlich macht, wodurch erhebliche Zugspannungen auf den Liner wirken, die ansonsten zu dessen Deformierung führen könnten.The main advantage of the method according to the invention can be seen in the fact that the form-stabilizing equipment of the liner segments or the liner, a sustainable plastic liner can be produced, which has a sufficient own structural stability for the subsequent reinforcement with a fiber composite plastic, without an unwanted and to accept unfavorable weight gain of the tank. It should be noted that the reinforcement with fiber composite plastic usually requires a wrapping of the liner with dry or resin impregnated fiber rovings or tapes, whereby significant tensile stresses act on the liner, which could otherwise lead to its deformation.

Für die Herstellung des Liners für einen Tank, sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung im Allgemeinen wenigstens ein hohlzylindrisches Linersegment und zwei domförmige bzw. schalenförmige Segmente erforderlich. Damit lässt sich die Länge bzw. Höhe des Tankliners und so des herzustellenden Tanks frei variieren und an die jeweiligen Erfordernisse anpassen. Auch lässt sich eine Art Baukastensystem realisieren: Es ließen sich eine beliebige Anzahl von hohlzylindrischen Linersegmenten mit unterschiedlichen Abmessungen in Länge und/oder Durchmesser und ebensolche Dome auf Vorrat herstellen, die dann nach Bedarf und Abruf gefügt und armiert werden können. Wenn die einzelnen hohlzylindrischen Linersegmente stufenlos gekürzt werden können, ist auch die Länge des Zylinders des Liners stufenlos einstellbar.For the manufacture of the liner for a tank, at least one hollow cylindrical liner segment and two dome-shaped segments are generally required in the context of the present invention. Thus, the length or height of the tank liner and thus of the tank to be manufactured can be freely varied and adapted to the respective requirements. Also, a kind of modular system can be realized: It could be any number of hollow cylindrical liner segments with different dimensions in length and / or diameter and just such dome on stock produce that can then be joined and reinforced as needed and retrieval. If the individual hollow cylindrical liner segments can be shortened steplessly, the length of the cylinder of the liner is also infinitely adjustable.

Vorzugsweise werden demnach Linersegmente als rotationssymmetrische Hohlkörper, vorzugsweise Zylinder mit kreisförmigem, elliptischem oder ovalem Querschnitt ausgebildet. Die Umfangsform der Liner- bzw. Tankstruktur muss daher nicht auf einem Kreiszylinder basieren, vielmehr sind auch elliptische oder ovale Querschnitte oder falls konstruktiv erforderlich Mischformen daraus denkbar. Auch kugelförmige Liner- bzw. Tankstrukturen sind nach diesem Verfahren herstellbar. Preferably, therefore, liner segments are formed as rotationally symmetrical hollow bodies, preferably cylinders with a circular, elliptical or oval cross-section. Therefore, the peripheral shape of the liner or tank structure does not have to be based on a circular cylinder, but elliptical or oval cross-sections or, if required structurally, hybrid forms are also conceivable. Also spherical liner or tank structures can be produced by this method.

Die rotationssymmetrischen Hohlkörper lassen sich in vorteilhafter Weise durch ein Umformverfahren aus hohlzylindrischen Kunststoffrohlingen ausbilden. Solche Kunststoffrohlinge sind in verschiedenen Materialien im Handel erhältlich. Eine kostengünstige Herstellung ist damit gewährleistet.The rotationally symmetrical hollow body can be formed in an advantageous manner by a forming process of hollow cylindrical plastic blanks. Such plastic blanks are commercially available in various materials. A cost-effective production is guaranteed.

Des Weiteren werden Linersegmente als rotationssymmetrische Schalenkörper, vorzugsweise Dome mit kreisförmigem, elliptischem oder ovalem Querschnitt ausgebildet. Auch hier muss die Umfangsform nicht auf einem Kreiszylinder basieren, vielmehr sind auch elliptische oder ovale Querschnitte oder falls konstruktiv erforderlich Mischformen daraus denkbar.Furthermore, liner segments are formed as rotationally symmetrical shell bodies, preferably domes with a circular, elliptical or oval cross-section. Again, the peripheral shape does not have to be based on a circular cylinder, but also elliptical or oval cross-sections or if constructively required hybrid forms are conceivable.

Die Schalenkörper werden durch ein Umformverfahren aus vorkonturierten Kunststoffrohlingen ausgebildet. Unter Vorkonturiert ist zu verstehen, dass aus einem ebenfalls handelsüblichen, plattenförmigen Kunststoffrohling die gewünschte Umfangsform geschnitten wird.The shell bodies are formed by a forming process from precontoured plastic blanks. Under precontoured is to be understood that from a likewise commercially available, plate-shaped plastic blank, the desired peripheral shape is cut.

Die oben beschriebenen Linersegmente, ob hohlzylindrisch oder schalen- bzw. domförmig, können erfindungsgemäß auch durch ein Extrusionsverfahren hergestellt. Besonders bevorzugt werden sie jedoch durch ein Spritzgieß- oder besser Spritzpressverfahren ausgebildet. Durch ein Spritzgieß- oder besser Spritzpressverfahren können die verschiedenen Linersegmente nach Form, Größe und/oder Wandstärke in einfacher Weise relativ frei gestaltet werden.The liner segments described above, whether hollow-cylindrical or shell-shaped or dome-shaped, can also be produced according to the invention by an extrusion process. However, they are particularly preferably formed by an injection molding or better transfer molding process. By an injection molding or better transfer molding process, the various liner segments can be designed relatively freely in terms of shape, size and / or wall thickness in a simple manner.

Erfindungsgemäß werden zur Herstellung der Linersegmente vorzugsweise thermoplastische Kunststoffe bzw. ein Rohling daraus verwendet werden. Der thermoplastische Kunststoff wird dazu vorzugsweise aus der Gruppe ausgewählt, die aus Polypropylenen (PP), Polystyrol (PS), Polyphenylensulfiden (PPS), Polyethylenterephthalaten (PET), Polyoxymethylenen (POM), vorzugsweise Polyethylenen (PE) besteht. Für Trinkwassertanks werden wiederum diejenigen ausgewählt, die trinkwassergeeignet sind. Solche Kunststoffe dürfen keine auslösbaren Schadstoffe, wie Terephthalate, enthalten. Beim Einsatz dieser thermoplastischen Kunststoffe ist eine hohe Maßhaltigkeit gewährleistet.According to the invention, thermoplastic materials or a blank made of them are preferably used for producing the liner segments. The thermoplastic material is preferably selected from the group consisting of polypropylenes (PP), polystyrene (PS), polyphenylene sulfides (PPS), polyethylene terephthalates (PET), polyoxymethylenes (POM), preferably polyethylenes (PE). For drinking water tanks, in turn, those are selected that are suitable for drinking water. Such plastics must not contain triggerable pollutants, such as terephthalate. When using these thermoplastics a high dimensional stability is guaranteed.

Für besondere Anwendungszwecke können im Rahmen der vorliegenden Erfindung die zur Herstellung der Linersegmente eingesetzten thermoplastischen Kunststoffe mit Kurzfasern ausgerüstet sein/werden, um die Stabilität bzw. Festigkeit der hergestellten Segmente zu verbessern. Dabei können je nach zu erwartendem Belastungsprofil alle oder nur einzelne der später zum Liner zu fügenden Linersegmente aus derart ausgerüsteten thermoplastischen Kunststoffen hergestellt werden.For particular applications, in the context of the present invention, the thermoplastics used to make the liner segments may be equipped with short fibers in order to improve the stability or strength of the segments produced. Depending on the load profile to be expected, all or only some of the liner segments to be joined later to the liner can be produced from thermoplastic materials equipped in this way.

Zur Verbesserung der Eigenstabilität des Liners werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung während der Ausbildung von rotationssymmetrischen Hohlkörpern als den Linersegmenten in einem Umformverfahren, einem Extrusionsverfahren oder bevorzugt einem Spritzgieß- oder Spritzpressverfahren integrale Stützstrukturen in oder an der Innenwand der Hohlkörper ausgeformt werden. Diese Stützstrukturen werden vorzugsweise in axialer und/oder radialer Richtung der Hohlkörper ausgeformt werden, um den gefügten Liner in axialer und radialer Richtung abstützen zu können.To improve the inherent stability of the liner, in the context of the present invention, during the formation of rotationally symmetrical hollow bodies as the liner segments in a forming process, an extrusion process or preferably an injection molding or transfer molding process, integral support structures are formed in or on the inner wall of the hollow bodies. These support structures are preferably formed in the axial and / or radial direction of the hollow body in order to support the joined liner in the axial and radial directions.

Die Stützstrukturen können auch durch lokale Aufdickungen oder innenliegende Rippen, wie Stringer und Spante, verwirklicht werden. Lokale Aufdickungen dieser Art können kostengünstig realisiert werden, beinhalten aber u. U. den Nachteil einer erhöhten Masse.The support structures can also be realized by local thickening or internal ribs, such as stringers and frames. Local thickening of this type can be realized inexpensively, but include u. U. the disadvantage of an increased mass.

Die integrale Ausbildung dieser Stützstrukturen ist aufgrund der relativ zum Gesamtliner geringen Höhe/Breite der Linersegmente wesentlich vereinfacht.The integral design of these support structures is significantly simplified due to the low height / width of the liner segments relative to the overall liner.

Auch während der Ausbildung Linersegmenten in Form von Schalenkörpern in einem Umformverfahren, einem Extrusionsverfahren oder bevorzugt einem Spritzgießverfahren lassen sich erfindungsgemäß integrale Stützstrukturen in oder an der Innenwand des Schalenkörpers ausformen. Die integrale Ausbildung dieser Stützstrukturen ist wieder wesentlich vereinfacht.Also during the training liner segments in the form of shell bodies in a forming process, an extrusion process or preferably an injection molding according to the invention integral support structures can be formed in or on the inner wall of the shell body. The integral design of these support structures is again significantly simplified.

Vorzugsweise können zusätzlich dazu oder ausschließlich bei dem Umformverfahren, dem Extrusionsverfahren oder bevorzugt dem Spritzgieß- oder Spritzpressverfahren polseitig integrale Verdickungen in oder an der Innenwand des Schalenkörpers ausgebildet werden. Diese Stabilisierung der Dome verhindert eine Deformation und insbesondere Stauchung des Liners, auch im Übergang zum hohlzylindrischen Abschnitt, beim Bewickeln.Preferably, in addition to or exclusively in the forming process, the extrusion process or preferably the injection molding or transfer molding process can be formed on the pole side integral thickening in or on the inner wall of the shell body. This stabilization of the dome prevents deformation and in particular compression of the liner, even in the transition to the hollow cylindrical section, during winding.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die so hergestellten Linersegmente in Form der rotationssymmetrischem Hohl- und Schalenkörper mit gegebenenfalls zusätzlichen Stützelementen ausgerüstet. Art und Form der zusätzlichen Stützelemente werden dabei vorzugsweise so ausgewählt und/oder angeordnet, dass sie die Innenwand der Linersegmente und/oder der gefügten Liner radial und axial abstützen können.In a further preferred embodiment of the present invention, the liner segments thus produced are equipped in the form of the rotationally symmetrical hollow and shell body with optionally additional support elements. The type and shape of the additional support elements are preferably selected and / or arranged so that they can radially and axially support the inner wall of the liner segments and / or the joined liner.

Stützstrukturen allgemein, aber insbesondere zusätzlich eingefügte Stützelemente könnten bei der Lagerung fluider, flüssiger Stoffe Probleme hinsichtlich einer restlosen Entleerbarkeit der Tanks mit sich bringen bzw. diese behindern. Eine restlose Entleerbarkeit ist aus Hygienegründen insbesondere für die Trinkwasserzulassung von Tanks Voraussetzung.Support structures in general, but in particular additionally inserted support elements could bring problems in terms of a complete emptying of the tanks with the storage of fluid, fluid substances with them or hinder them. A complete emptying is for reasons of hygiene, in particular for the drinking water approval of tanks condition.

In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die (zusätzlichen) Stützstrukturen deshalb so ausgewählt, dass sie reversibel anordenbar sind und damit nach der Armierung des Liners mit dem Faserverbundkunststoff leicht wieder entfernt werden können. Sie tragen dann nicht zum Einsatzgewicht des Liners bei, bilden kein Problem für eine restlose Entleerbarkeit und somit auch kein Problem für die Trinkwasserzulassung.In a further embodiment of the present invention, the (additional) support structures are therefore selected so that they can be reversibly arranged and thus can be easily removed again after the reinforcement of the liner with the fiber composite plastic. They then do not contribute to the operating weight of the liner, form no problem for a complete emptying and thus no problem for drinking water approval.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können die reversibel anordenbaren Stützstrukturen mechanische Elemente umfassen, welche die Innenwand der Linersegmente und/oder der gefügten Liner während der Armierung mit Faserverbundkunststoff radial und axial abstützen können. Derartige mechanische Elemente können beispielsweise aufspannbare Vorrichtungen sein, welche in die rotationssymmetrischen Hohlkörper eingespreizt und wieder entfernt werden können.In the context of the present invention, the support structures which can be reversibly arranged can comprise mechanical elements which can radially and axially support the inner wall of the liner segments and / or the joined liners during the reinforcement with fiber composite plastic. Such mechanical elements may be, for example, clampable devices which can be spread and removed in the rotationally symmetrical hollow body.

Vorzugsweise werden die reversibel anordenbaren Stützstrukturen, welche die Innenwand der Linersegmente und/oder der gefügten Liner während der Armierung mit Faserverbundkunststoff radial und axial abstützen können, aus schmelzbaren oder löslichen Stoffen bzw. Materialien ausgewählt. Diese schmelzbaren oder löslichen Stoffe oder Materialien bestehen beispielsweise aus Füllstoffen auf Stärkebasis (ein mit Stärke vermischter Feststoff), Gips, Kalk, Salz, Aquacore, niedrigschmelzenden Legierungen (Wood'sches, Fink'sches Metall) oder Wachse und werden vor oder nach dem Fügen der Linersegmente in diesen eingebracht oder polseitig eingefüllt. Nach der Armierung mit Faserverbundkunststoff können sie in einfacher Weise – mit Wasser oder anderen Lösungsmitteln – herausgelöst oder herausgeschmolzen werden.Preferably, the reversibly arrangeable support structures, which can radially and axially support the inner wall of the liner segments and / or the bonded liner during the reinforcement with fiber composite plastic, are selected from fusible or soluble materials or materials. These fusible or soluble materials or materials include, for example, starch-based fillers (a starch-mixed solid), gypsum, lime, salt, aquacore, low-melting alloys (Wood's, Fink's metal) or waxes, and are added before or after joining the liner segments introduced into this or pole side filled. After being reinforced with fiber-reinforced plastic, they can easily be dissolved out or melted out with water or other solvents.

Zum Fügen der Linersegmente zu dem gefügten Liner wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Schweißverfahren, z. B. Reibschweißen, Ultraschallschweißen oder Laserschweißen, angewendet. Vorzugsweise wird man ein Laserschweißen, beispielsweise mit einem Nd:YAG-Laser oder einem Diodenlaser, zum Fügen der Linersegmente durchführen. Die Linersegmente müssen hier für transmissiv oder das jeweilige Gegenstück dazu absorbierend sein. Das Laserschweißen wird bevorzugt, da insbesondere die Qualität der Fügenaht aufgrund geringen Materialverlusts und die Verfahrenssicherheit im Vergleich zu den anderen hier in Betracht gezogenen Schweißverfahren verbessert sind. Dabei wird nur im Grenzbereich aufgeschmolzen, womit ein geringer Verzug des Liners gewährleistet ist.For joining the liner segments to the joined liner, a welding process, for. As friction welding, ultrasonic welding or laser welding applied. Preferably, laser welding, for example with an Nd: YAG laser or a diode laser, will be performed to join the liner segments. The liner segments must be here for transmissive or the respective counterpart to be absorbent. Laser welding is preferred because, in particular, the quality of the joint seam is improved due to low material loss and process safety compared to the other welding methods contemplated herein. It is melted only in the border area, so that a slight distortion of the liner is guaranteed.

Erfindungsgemäß werden die Fügekanten der Linersegmente so ausgestaltet, dass diese beim Überlappen eine uniforme Mantelfläche bilden und wobei von den überlappenden Fügekanten jeweils eine Kante mit die Laserstrahlung absorbierenden Eigenschaften ausgestattet ist/wird und die andere, ihr zugeordnete Kante ein transmissives Verhalten gegenüber Laserstrahlung aufweist.According to the invention, the joining edges of the liner segments are designed such that they overlap to form a uniform lateral surface and wherein one edge of the overlapping joining edges is equipped with the laser radiation absorbing properties and the other edge assigned to it has a transmissive behavior with respect to laser radiation.

Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ermöglicht eine sehr vereinfachte Herstellung von stabilisierten Tanklinern und armierten Tanks, insbesondere von Trinkwassertanks.The method of the present invention enables a very simplified production of stabilized tank liners and armored tanks, in particular drinking water tanks.

Das vorliegende Verfahren wird bevorzugt zur Herstellung von Tanks zur Bevorratung, Lagerung und/oder zum Transport von fluiden Stoffen, bestehend aus einem Kunststoffliner und einer äußeren Armierung aus faserverstärktem Kunststoff verwendet. Die Stabilisierung des Liners ist wesentlich durch dessen Aufbau aus den definierten Linersegmenten bedingt, da darin die stabilisierenden Elemente leichter und sicherer integriert werden können. Durch die Verwendung eines so strukturell stabilisierten Liners, kann dieser selbst die üblicherweise zur Herstellung leichter Tankstrukturen erforderlichen Wickeldorne ersetzen. Die so stabilisierten Liner können durch die Auswahl des geeigneten Linermaterials zur Herstellung von Trinkwassertanks, insbesondere zur Verwendung in Trink- und Abwassersystemen für Luft- und Raumfahrzeuge verwendet werden.The present method is preferably used for the production of tanks for the storage, storage and / or transport of fluids, consisting of a plastic liner and a fiber-reinforced plastic outer reinforcement. The stabilization of the liner is essentially due to its construction from the defined liner segments, as it is easier and safer to integrate the stabilizing elements. By using such a structurally stabilized liner, it can even replace the mandrels usually required for the production of light tank structures. The so-stabilized liners can be used by selecting the appropriate liner material for the production of drinking water tanks, in particular for use in drinking and wastewater systems for aircraft and spacecraft.

In den Liner können auf einfache und kostengünstige Weise funktionelle Elemente direkt bei dessen Herstellung integriert werden. Es kann sich dabei um Ausschlusselemente oder Tragestrukturen handeln. Sensoren oder dergleichen Elemente können mit eingespritzt oder eingeschmolzen werden. Die Innenseite des Linders kann mit zusätzlichen Funktionalitäten, wie einer Barriereschicht, z. B. zur Verminderung der Gaspermeabilität, versehen werden.Functional elements can be integrated into the liners in a simple and cost-effective manner directly during its production. These may be exclusion elements or support structures. Sensors or similar elements can be injected or melted with. The inside of the Linders can with additional functionalities, such as a barrier layer, z. B. to reduce the gas permeability provided.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt:Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. It shows:

1 einen schematisch dargestellten Tank im Längsschnitt entlang dessen Längsachse; 1 a schematically illustrated tank in longitudinal section along the longitudinal axis thereof;

2 eine Ansicht des Liners aus 1, unterteilt in Segmente gemäß einer bevorzugten Ausführungsform; 2 a view of the liner 1 divided into segments according to a preferred embodiment;

3 Linersegmente gemäß 2 mit Stützstrukturen bzw. Stützelementen vor und nach dem Fügen; 3 Liner segments according to 2 with support structures or support elements before and after joining;

Die 1 zeigt in vereinfachter schematischer Darstellung einen erfindungsgemäß herzustellenden Tank zur Bevorratung, Lagerung und/oder zum Transport von fluiden Stoffen, bestehend aus einem Kunststoffliner 1 und einer äußeren Armierung 2 aus faserverstärktem Kunststoff. Die Abbildung zeigt polseitig eine Öffnung 16, beispielsweise zum Befüllen und Entleeren des Tanks. Weitere Öffnungen können zylinderseitig, beispielsweise zur Entnahme von Trinkwasser vorgesehen werden.The 1 shows a simplified schematic representation of an inventively produced tank for storage, storage and / or transport of fluid substances, consisting of a plastic liner 1 and an outer reinforcement 2 made of fiber-reinforced plastic. The illustration shows an opening on the pole side 16 For example, for filling and emptying the tank. Other openings may be provided on the cylinder side, for example for the removal of drinking water.

Für den beabsichtigten Einsatz der Tanks, insbesondere als Trinkwasserbehälter in der Luft- und Raumfahrt ist es erforderlich, dass diese Tanks ein möglichst geringes Eigengewicht aufweisen. Daraus folgt, dass sowohl Liner als auch Armierung möglichst dünnwandig ausgeführt sein sollen. Zur Ausbildung der Armierung ist es aber erforderlich, den Liner mit beispielsweise Faserrovings- oder tapes zu bewickeln. Üblich geformte Liner können dem Wickeldruck ohne Unterstützung nicht standhalten, weshalb man den Liner bisher auf einem Wickeldorn angeordnet hat, welcher nach erfolgter Armierung nur dadurch entfernt werden kann, dass man den Tank, dann bestehend aus Armierung und Liner, teilt und dann wieder zusammensetzt. Damit geht aber eine Verletzung sowohl des Liners als auch der Armierung einher, welche mit dem erfindungsgemäßen Verfahren vermieden wird.For the intended use of the tanks, especially as drinking water tanks in the aerospace industry, it is necessary that these tanks have the lowest possible weight. It follows that both liner and reinforcement should be made as thin as possible. To form the reinforcement, it is necessary to wind the liner with, for example, fiber rovings or tapes. Conventionally shaped liner can not withstand the winding pressure without support, which is why the liner has been placed on a winding mandrel, which can be removed only after the armor by dividing the tank, then consisting of armor and liner, and then reassembled. But this is accompanied by a violation of both the liner and the reinforcement, which is avoided by the method according to the invention.

2 zeigt nun ein wesentliches Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens, nämlich die Unterteilung des hergestellten oder herzustellenden Liners in einzelne Segmente 3, 4 und 5 bzw. 5'. Durch diese Vorgehensweise kann der herzustellende Liner in einfacher Weise mit einer Stabilisierung ausgerüstet werden, welche ihn zur direkten Bewicklung geeignet macht. 2 now shows an essential feature of the method according to the invention, namely the subdivision of the produced or produced liner into individual segments 3 . 4 and 5 respectively. 5 ' , By this procedure, the liner to be produced can be equipped in a simple manner with a stabilization, which makes it suitable for direct winding.

In der dargestellten Ausführungsform sind zwei domförmige Segmente 5, 5' als Schalenkörper 8 und ein Segment 3 oder 4 als rotationssymmetrischer Hohlkörper 7 jeweils im Schnitt entlang einer Längsachse 6 des Liners 1 gezeigt.In the illustrated embodiment, there are two dome-shaped segments 5 . 5 ' as shell body 8th and a segment 3 or 4 as a rotationally symmetrical hollow body 7 each in section along a longitudinal axis 6 of the liner 1 shown.

Zur Herstellung der Linersegmente 3, 4 und 5 können verschieden Methoden Anwendung finden. Eine denkbare Methode der Herstellung wäre es, einen beispielsweise im Blasformverfahren erzeugten Liner in die Segmente 3, 4, 5 zu schneiden. Diese Segmente können dann wie nachfolgend beschrieben mit Stützstrukturen reversibel oder nicht reversibel ausgerüstet und durch ein geeignetes Fügeverfahren über die gezeigten Fügekanten 12, wie ebenfalls nachfolgend beschrieben wieder zusammengesetzt werden.For the production of liner segments 3 . 4 and 5 can find different methods of application. A conceivable method of production would be to use a liner produced in the blow molding process, for example, in the segments 3 . 4 . 5 to cut. These segments can then be equipped as described below with support structures reversible or non-reversible and by a suitable joining method on the joining edges shown 12 , as also described below are reassembled.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird es jedoch bevorzugt, die Segmente 3, 4 und 5 direkt aus eventuell vorgeformten, endformnahen Kunststoffrohlingen durch ein Umformverfahren, wie Walzen oder Ziehen, oder durch Spinformen oder aus dem Kunststoff direkt, vorzugsweise einem trinkwassergeeigneten weiter oben definierten Thermoplast durch ein Extrusionsverfahren oder Spritzgieß- oder Spritzpressverfahren herzustellen. Allen diesen Verfahren ist gemeinsam, dass damit Stützstrukturen, beispielsweise in Form von Längsrippen und/oder auch radial verlaufenden Rippen innenseitig oder in Form von lokalen Verdickungen 10, beispielsweise polseitig an den Domsegmenten, integral ausgeformt werden können. Einzelheiten dazu sind in 3 gezeigt.In the context of the present invention, however, it is preferred that the segments 3 . 4 and 5 directly from possibly preformed, near-net-shape plastic blanks by a forming process, such as rolling or drawing, or by spin molding or from the plastic directly, preferably a drinking water suitable above-defined thermoplastic produced by an extrusion process or injection molding or transfer molding process. All these methods have in common that thus support structures, for example in the form of longitudinal ribs and / or radially extending ribs on the inside or in the form of local thickening 10 , For example, pole side of the Domsegmenten, can be integrally formed. Details are in 3 shown.

Derart integral ausgeformte Stützstrukturen 9, hier nicht gesondert dargestellt, behindern eine insbesondere im Fall von Trinkwassertanks unabdingbare vollständige Entleerbarkeit nicht.Such integrally molded support structures 9 , not shown separately, do not hinder a complete drainability, which is indispensable especially in the case of drinking water tanks.

Zusätzliche mechanische oder lösliche Stützelemente 11 lassen sich vor dem Fügen leicht in die hohlzylindrischen Segmente 3 4 einsetzen bzw. dort ausbilden, da diese Segmente über die großen Öffnungen problemlos zugänglich sind. Die Linersegmente 3, 4, 5 können dann zusammen mit diesen Stützelementen 11 verschweißt bzw. gefügt und der gebildete Liner 1 aufgrund der Stabilisierung dann ebenso der Armierung unterworfen werden wie ein Liner, der aus Segmenten mit integral ausgeformten Stützstrukturen 9 gefügt worden ist.Additional mechanical or soluble support elements 11 can be easily inserted into the hollow cylindrical segments before joining 3 4 use or train there, as these segments are easily accessible through the large openings. The liner segments 3 . 4 . 5 can then work together with these support elements 11 welded or joined and the formed liner 1 due to the stabilization then be subjected to the same reinforcement as a liner, which consists of segments with integrally molded support structures 9 has been added.

Eine Kombination aus integralen Stützstrukturen 9 und mechanischen oder löslichen Stützelementen 11 liegt ebenfalls im Rahmen der vorliegenden Erfindung.A combination of integral support structures 9 and mechanical or soluble support elements 11 is also within the scope of the present invention.

In der 3 sind erfindungsgemäße Linersegmente im Längsschnitt vor und nach dem Fügen gezeigt. In 3 links sieht man ein Linersegment 3 und dazu zwei fuß- und kopfseitig angeordnete Linersegmente 5, 5'. Diese Linersegmente 3 und 5, 5' stoßen über ihre Fügekanten 12 aneinander. Im fußseitigen Linersegment 5' ist polseitig eine Materialaufdickung 10 vorgesehen. Kopfseitig ist eine beispielsweise metallische Struktur 15 polseitig in dem domförmigen Linersegment 5 integriert. Diese metallische Struktur 15 kann zur Aufnahme von Anschlusselementen für die Liner- bzw. Tankstruktur oder auch als Halterung für die vorzunehmende Bewicklung mit Faserrovings bzw. -tapes dienen.In the 3 Inventive liner segments are shown in longitudinal section before and after joining. In 3 on the left you can see a liner segment 3 plus two foot and head side liner segments 5 . 5 ' , These liner segments 3 and 5 . 5 ' bump over their joint edges 12 together. In the foot-side liner segment 5 ' is pole side a material thickening 10 intended. At the top is an example metallic structure 15 pole side in the dome-shaped liner segment 5 integrated. This metallic structure 15 can serve to receive connecting elements for the liner or tank structure or as a support for the winding to be carried out with fiber rovings or tapes.

Die Linersegmente 3, 5 und 5' weisen abgeschrägte Fügekanten 12 auf, die zum Fügen in Überlappung gebracht sind. Diese abgeschrägten Fügekanten 12 sind so ausgestaltet, dass eine unten liegende Kante 14 absorbierende Eigenschaften und eine oben liegende Kante 14' transmissive Eigenschaften aufweist.The liner segments 3 . 5 and 5 ' have beveled joining edges 12 on, which are brought into overlap for joining. These beveled joining edges 12 are designed so that a lower edge 14 absorbing properties and an overlying edge 14 ' has transmissive properties.

Diese absorbierende, respektive transmissive Eigenschaft der Fügekanten 12 bzw. 14, 14' ist zum Laserschweißen erforderlich. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird das Laserschweißen aus den bereits erläuterten Gründen bevorzugt. Ein weiterer Vorteil ist, dass das thermoplastische Linermaterial nur in dem Grenzbereich aufgeschmolzen wird und somit ein Verzug in der Linerhaut gering ist.This absorbing, respectively transmissive property of the joining edges 12 respectively. 14 . 14 ' is required for laser welding. In the context of the present invention, laser welding is preferred for the reasons already explained. Another advantage is that the thermoplastic liner material is melted only in the border region and thus a delay in the liner skin is low.

Jedes der drei Segmente zeigt ferner Stützstrukturen 9 bzw. Stützelemente 11. Diese Stützstruktur 9 bzw. dieses Stützelement 11 greift im Wesentlichen radial an den Linersegmenten an. Wie in der Zeichnung dargestellt können die Stützstrukturen bzw. Stützelementen 9 bzw. 11 auch so ausgebildet sein, dass diese zusätzlich für eine axiale Abstützung Sorge tragen können. Nach dem Fügen der Linersegmente verfügt der Liner 2 über eine uniforme Mantelfläche 13 und ist strukturell derart stabilisiert, dass dieser dem Bewicklungsdruck beim Bewickeln des Liners 2 mit Faserrovings bzw. -tapes unter Zug standhalten kann.Each of the three segments also shows support structures 9 or supporting elements 11 , This support structure 9 or this support element 11 engages substantially radially on the liner segments. As shown in the drawing, the support structures or support elements 9 respectively. 11 be designed so that they can additionally take care of an axial support. After joining the liner segments, the liner has 2 over a uniform outer surface 13 and is structurally stabilized such that it is the winding pressure when winding the liner 2 with fiber rovings or tapes can withstand under train.

Zum Fügen der Linersegmente werden diese in vorteilhafter Weise zueinander fixiert gehalten. Dazu ist es wiederum von Vorteil die Linersegmente mit absorbierenden Fügekanten mit Verbindungselementen oder Anschlägen auszurüsten, die im Spritzgießverfahren eingespritzt bzw. ausgeformt werden können. Absorbierende Eigenschaften erhält eine Fügekante 12 in einfacher Weise durch das Auf- oder Einbringen von Pigmenten, wie Kohlenstoff.For joining the liner segments they are kept fixed to each other in an advantageous manner. For this purpose, it is again advantageous to equip the liner segments with absorbent joining edges with connecting elements or stops, which can be injected or molded by injection molding. Absorbing properties receives a joining edge 12 in a simple manner by the application or introduction of pigments, such as carbon.

Es versteht sich, dass die Kanten auch auf Stoß, also ohne Abschrägung, verschweißt bzw. gefügt werden können.It goes without saying that the edges can also be welded or joined on impact, ie without chamfering.

Es versteht sich auch, dass auf die angegebene Verfahrensweise mehr als ein rotationssymmetrischer Hohlkörper 3 zu einem Zylinder gefügt werden kann. Beispielsweise können wenigsten zwei rotationssymmetrische Hohlkörper 3, 4 zu dem zylindrischen Mantelabschnitt des Liners gefügt werden. Erste rotationssymmetrische Hohlkörper 3 sollten über transmissive Fügekanten 14 und zweite rotationssymmetrische Hohlkörper 14' sollten absorbierende Fügekanten 14' oder umgekehrt verfügen.It is also understood that more than one rotationally symmetrical hollow body can be applied to the stated procedure 3 can be added to a cylinder. For example, at least two rotationally symmetrical hollow body 3 . 4 be added to the cylindrical shell portion of the liner. First rotationally symmetrical hollow body 3 should have transmissive joint edges 14 and second rotationally symmetrical hollow body 14 ' should be absorbent joint edges 14 ' or vice versa.

Daraus ergibt sich, dass sich das erfindungsgemäße Verfahren auch zur Bereitstellung eines Baukastensystems, bestehend aus den vorstehend beschriebenen, verschiedenen Linersegmenten, eignet.It follows that the method according to the invention is also suitable for providing a modular system consisting of the various liner segments described above.

Das Baukastensystem ist ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Es besteht aus rotationssymmetrischen Hohlkörpern unterschiedlicher Länge und unterschiedlicher Durchmesser, deren Fügekanten transmissiv oder absorbierend ausgeführt sind. Es besteht ferner aus Domen unterschiedlicher Durchmesser und unterschiedlicher Domhöhe, deren Fügekanten ebenfalls entweder transmissiv oder absorbierend ausgeführt sind. Es können auch solche Segmente mit verschiedenen Wandstärken vorgesehen werden. Es können auch rotationssymmetrische Hohlkörper vorgesehen werden, die stufenlos eingekürzt werden können, da den Fügekanten durch eine Beschichtung mit Pigmenten die absorbierende Eigenschaft nachträglich verliehen werden kann.The modular system is also an object of the present invention. It consists of rotationally symmetrical hollow bodies of different lengths and different diameters, whose joining edges are designed to be transmissive or absorbent. It also consists of domes of different diameters and different dome height, the joining edges are also carried out either transmissive or absorbent. It is also possible to provide such segments with different wall thicknesses. It is also possible to provide rotationally symmetrical hollow bodies which can be shortened steplessly since the absorbing property can be subsequently given to the joining edges by a coating with pigments.

Mit einem solchen Baukastensystem können auf Abruf Liner unterschiedlicher Dimensionierung und damit auch solche Tanks bereitgestellt werden.With such a modular system liners of different dimensions and thus also such tanks can be provided on demand.

Claims

Process for the production of tanks for the storage, storage and / or transport of fluid substances, consisting of a plastic liner ( 1 ) and an outer reinforcement ( 2 ) made of fiber-reinforced plastic, characterized in that first liner segments ( 3 . 4 . 5 ) of the plastic liner ( 1 ) of a liner or tank structure to be produced, which sectional elements are perpendicular to the (longitudinal) axis ( 6 ) of the liner or tank structure, the liner segments ( 3 . 4 . 5 ) are then joined to the liner or tank structure, the liner segments ( 3 . 4 . 5 ) are equipped or equipped during or after their manufacture or after joining in such a way that the attached liner ( 1 ) is dimensionally stable, forming the reinforcement ( 2 ) made of fiber composite plastic directly on the joined liner ( 1 ), whereby the liner ( 1 ) serves as a winding core due to its dimensional stability.

Method according to claim 1, characterized in that liner segments ( 3 . 4 ) as a rotationally symmetrical hollow body ( 7 ), preferably cylinders are formed with a circular, elliptical or oval cross-section.

Method according to claim 1, characterized in that the liner segments ( 5 ) as a rotationally symmetrical shell body ( 8th ), preferably domes are formed with a circular, elliptical or oval cross-section.

Method according to any one of claims 1 or 3, characterized in that the rotationally symmetrical hollow bodies ( 7 ) are formed by a forming process of hollow cylindrical plastic blanks.

Method according to claim 3, characterized in that the shell bodies ( 8th ) are formed by a forming process of precontoured plastic blanks.

Method according to any one of Claims 1 to 5, characterized in that the liner segments ( 3 . 4 . 5 ) are formed by an extrusion process.

Method according to claims 1 to 3, characterized in that the liner segments ( 3 . 4 . 5 ) are formed by an injection molding process.

Method according to any one of Claims 1 to 7, characterized in that for the production of the liner segments ( 3 . 4 . 5 ) thermoplastic materials or a blank used therefrom.

A method according to claim 8, characterized in that the thermoplastic material is selected from the group consisting of polypropylenes (PP), polyphenylene sulfides (PPS), polyethylene terephthalates (PET), polyoxymethylenes (POM), preferably polyethylenes (PE).

A method according to claim 9, characterized in that the thermoplastic is suitable for drinking water.

A method according to claim 9 and / or 10, characterized in that for forming the liner segments ( 3 . 4 . 5 ) are equipped with short fibers / are thermoplastic materials used.

Method according to any one of Claims 1, 2, 4 and 6 to 11, characterized in that during the formation of rotationally symmetrical hollow bodies ( 7 ) in a forming process, an extrusion process or preferably an injection molding process integral support structures ( 9 ) in or on the inner wall of the hollow body ( 7 ) are formed.

A method according to claim 12, characterized in that the Stüzstrukturen ( 9 ) in the axial and / or radial direction of the hollow body ( 7 ) are molded to the joined liner ( 1 ) can be supported in the axial and radial directions.

Method according to one of claims 1, 3, 5 and 6 to 11, characterized in that during the formation of shell bodies ( 8th ) in a forming process, an extrusion process or preferably an injection molding process integral support structures ( 9 ) in or on the inner wall of the shell body ( 8th ) are formed.

A method according to claim 14, characterized in that during the formation of shell bodies ( 8th ) in a forming process, an extrusion process or preferably an injection molding polseitig integral thickening ( 10 ) in or on the inner wall of the shell body ( 8th ).

Process according to any one of Claims 1 to 15, characterized in that the liner segments ( 3 . 4 . 5 ) in the form of the rotationally symmetrical hollow and shell body ( 7 . 8th ) with optionally additional support elements ( 11 ).

A method according to claim 16, characterized in that the type and shape of the additional support elements ( 11 ) are selected and / or arranged so that they the inner wall of the liner segments ( 3 . 4 . 5 ) and / or the joined liner ( 1 ) can be supported radially and axially.

A method according to claim 17, characterized in that the optionally additional support structures ( 11 ) are reversible can be arranged.

Method according to any one of claims 15 to 18, characterized in that the reversibly mountable support structures ( 11 ) comprise mechanical elements which surround the inner wall of the liner segments ( 3 . 4 . 5 ) and / or the joined liner ( 1 ) can support radially and axially during the reinforcement with fiber composite plastic.

Method according to any one of claims 15 to 18, characterized in that the reversibly mountable support structures which support the inner wall of the liner segments ( 3 . 4 . 5 ) and / or the joined liner ( 1 ) can be supported radially and axially during the reinforcement with fiber composite plastic, be selected from fusible or soluble materials or materials.

Method according to any one of the preceding claims, characterized in that for joining the liner segments ( 3 . 4 . 5 ) to the joined liner ( 1 ) a welding process is used.

A method according to claim 21, characterized in that the welding method of friction welding, ultrasonic welding or laser welding, is selected.

A method according to claim 22, characterized in that the laser welding is applied, with joint edges ( 12 ) of the liner segments ( 3 . 4 . 5 ) are / are designed such that they overlap a uniform outer surface ( 13 ) and where of the overlapping joint edges ( 12 ) one edge each ( 14 ) is equipped with laser radiation absorbing properties and the other, its associated edge ( 14 ' ) has a transmissive behavior with respect to laser radiation.

Use of the method according to any one of the preceding claims for the production of drinking water tanks.

Use of the method according to any one of the preceding claims for the production of drinking water tanks for use in drinking and wastewater systems for aircraft and rum vehicles.

Modular element consisting of liner segments according to any one of the preceding claims 1 to 23.