Doppelwandiger isolierter Behälter für die Speicherung tiefsiedender verflüssigter Gase

Abstract

 Doppelwandige isolierte Behälter für tiefsiedende ver­flüssigte Gase werden zunehmend aus Aluminium gefertigt, um Gewicht einzusparen. Zwecks guter thermischer Isolie­rung wird als Verbindung zwischen Innen- und Außenbehäl­ter ein Halsrohr aus glasfaserverstärktem Kunststoff ver­wendet. Schwierig ist hierbei die Verbindung zwischen Halsrohr und Behälter, da diese mechanisch stabil und gasdicht sein muß. U.a. werden Sickenverbindungen und Klebverbindungen angewendet, die aber teuer sind oder hinsichtlich der Dichtigkeit Probleme bieten können.
Eine preiswerte gasdichte Verbindung, die auch mechanisch völlig stabil ist, wird erhalten, indem die Verbindungen zwischen dem Halsrohr (2) und der jeweiligen Behälter­öffnung als Kegelsitze ausgebildet sind. Die Behälter­öffnung wird durch Wärmebehandlung auf das Halsrohr auf­geschrumpft, zusätzlich wird ein Kleber aufgetragen. Der Neigungswinkel des Kegelsitzes beträgt vorzugsweise 6°.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen doppelwandigen isolierten Behälter für die Speicherung tiefsiedender verflüssigter Gase mit aus Aluminium oder Stahl bestehendem Innenbe­hälter und Außenbehälter sowie einem aus glasfaserver­stärkten Kunststoff bestehenden Halsrohr zur Verbindung der beiden Behälter nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

[0002] Doppelwandige isolierte Behälter für tiefsiedende ver­flüssigte Gase werden zunehmend aus Aluminium gefertigt, da solche Behälter beträchtlich leichter sind als aus Stahl gefertigte. Zwischen dem Innenbehälter und dem Außenbehälter befindet sich eine hochwertige Isolation, desgleichen muß die Verbindung zwischen dem Innenbehälter und dem Außenbehälter, das sogenannte Halsrohr, thermisch gut isolierend sein.

[0003] Hierzu haben sich Halsrohre aus Kunststoff, insbesondere aus glasfaserverstärktem Epoxidharz, gut bewährt. An die Verbindung zwischen dem Halsrohr und dem jeweiligen Be­hälter werden hohe Anforderungen gestellt. Diese Ver­bindung muß mechanisch stabil und vollkommen gasdicht sein. Außerdem soll diese Verbindung nicht zu kostenin­tensiv sein. Bekannte Verbindungen sind als Schraubver­bindungen oder Sickenverbindungen gestaltet, bei denen zwecks Erreichen der Gasdichtigkeit zusätzlich ein Kle­ber aufgetragen sein kann. Eine solche Verbindung zeigt beispielsweise die GB-PS 1 125 588. Aus der EP-OS 0 098 766 ist eine Verbindung bekannt, bei welcher das Halsrohr mit den Behältern ausschließlich durch Kleben verbunden wird. Hierzu sind die Behälteröffnungen ko­nisch geformt und bilden mit dem zylindrischen Halsrohr einen Spalt, der durch Kleber ausgefüllt wird. Diese Ver­bindung kann nicht in allen Fällen befriedigen, da an eine anspruchsvolle Klebeverbindung die Forderung gestellt wird, daß sie glatt, dünn und gleichmäßig ausgebildet ist und keinerlei Gas- oder Lufteinschlüsse enthält. Außer­dem soll die Klebeverbindung möglichst nicht auf Zug be­ansprucht werden. Bei der bekannten Klebeverbindung las­sen sich derartige Zugbeanspruchungen jedoch zumindest beim Transport des Behälters nicht vermeiden. Schraub- oder Sickenverbindungen, die an sich hinsichtlich Dich­tigkeit und mechanischer Stabilität vollauf befriedigen, sind in der Herstellung ziemlich teuer.

[0004] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei doppelwandigen isolierten Behältern der genannten Art eine Verbindung zwischen dem aus glasfaserverstärkten Kunst­stoff gefertigten Halsrohr und den Behältern aus Alumi­nium zu schaffen, welche, obwohl in der Fertigung billig, dennoch eine völlige mechanische Stabilität und absolute Dichtigkeit gewährleistet.

[0005] Ausgehend von dem im Oberbegriff des Anspruches 1 be­rücksichtigten Stand der Technik ist diese Aufgabe er­findungsgemäß gelöst mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmalen.

[0006] Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

[0007] Die erfindungsgemäße Verbindung ermöglicht sehr dünne, glatte Klebeschichten, die absolut frei von Gas- und Lufteinschlüssen sind. Sie entsprechen daher dem Ideal einer Klebeverbindung. Diese Verbindung wird darüber hinaus ausschließlich auf Druck und Scherung beansprucht indem die Verbindung als Kegelsitz ausgebildet ist, bei welcher die Behälteröffnung durch Wärmebehandlung auf das Halsrohr aufgeschrumpft wird. Wegen der geringeren thermischen Ausdehnung des glasfaserverstärkten Kunststoffes wird bei einer Erwärmung der Fügepartner vor dem Zusammenfü­gen eine Flächenpressung zwischen dem Aluminium und dem Kunststoffrohr erzielt, die jeglichen Anpreßdruck oder Einspannung der Fügeteile in eine entsprechende Vorrich­tung entbehrlich macht. Die Flächenpressung ist bei vorheriger Erwärmung der Fügeteile auf 100 °C so groß ist, daß die Verbindung, auch ohne Vor­handensein von Klebstoff, bei Raumtemperatur von Hand nicht wieder gelöst werden kann. Durch Anhebung der Temperatur oder bei Erwärmung der Aluminiumbehälter allein kann die Anpreßkraft noch weiter erhöht werden.

[0008] Bei der praktischen Fertigung werden die Fügeteile vor dem Klebstoffauftrag auf 100 °C erwärmt und anschließend unter leichter Drehbewegung zusammengesteckt. Die Aus­härtung kann je nach Art des Klebstoffes in einem Ofen oder bei Raumtemperatur erfolgen. Die auf diese Art her­gestellten Verbindungen gemäß der Erfindung wurden verschiedenen Temperaturwechselbeanspruchungs- und Alte­rungstests unterworfen. Sämtliche Proben überstanden die Tests unbeschadet und zeigten eine hervorragende Dichtig­keit.

[0009] Die Zeichnung veranschaulicht ein vereinfachtes Aus­führungsbeispiel der Erfindung im Längsschnitt.

[0010] Der in der Zeichnung dargestellte doppelwandigie isolier­te Behälter besteht aus dem Innenbehälter 1, dem Hals­rohr 2, dem Außenbehälteroberteil 3, dem Außenbehälter­unterteil 4 und der Isolierung 5. Das Außenbehälter­unterteil 4 ist gestrichelt dargestellt, da es erst nach Herstellung der Verbindung zwischen Halsrohr und dem je­weiligen Behälter gemäß der Erfindung angeschweißt wird. Der Innenbehälter 1 besteht ebenso wie der Außenbehälter aus Aluminium, das Halsrohr 2 ist aus glasfaserverstärk­tem Epoxidharz gefertigt. Die Verbindungen zwischen dem Halsrohr 2 und dem jeweiligen Behälter sind gemäß der Erfindung als Kegelsitze ausgebildet. Hierzu besitzt der Innenbehälter 1 eine sich konisch erweiternde, das Außenbehälteroberteil 3 eine sich konisch verjüngende Öffnung mit einem Neigungswinkel α von 6°. Dieser Nei­gungswinkel α braucht für die beiden Behälter nicht unbe­dingt gleich groß zu sein, sollte jedoch in jedem Fall zwischen 1 und 20° liegen.

[0011] Das Halsrohr 2 ist aus einem glatten, dickwandigen Rohr gefertigt, welches an beiden Enden konisch sich zuspitzend abgedreht wird, mit gleichem Neigungswinkel α wie die Behälteröffnungen. Alle drei Teile können somit passend zusammengefügt werden. Über der freien Länge ist das Halsrohr auf die Mindestwandstärke abgedreht.

[0012] Bei der Herstellung des doppelwandigen isolierten Behälters wird zunächst der Innenbehälter 1 oder nur seine sich konisch erweiternde Öffnung auf etwa 100 ° C erwärmt. Dann werden die Innenseite der Öffnung des Innenbehälters 1 und ein sich konisch zuspitzendes Ende des Halsrohres 2 mit Klebstoff benetzt und unter leichtem Druck und leichter Drehung zusammengefügt. Wegen der thermischen Ausdehnung hat sich die konische Öffnung des Innenbe­hälters 1 geweitet, so daß bei der nun folgenden Ab­kühlung des Innenbehälters 1 eine Flächenpressung zwischen dessen konischer Öffnung und dem sich zuspitzen­den Ende des Halsrohres 2 entsteht. Diese Flächenpressung bewirkt zusammen mit dem aushärtenden Klebstoff eine vakuumdichte Verbindung des Halsrohres 2 mit dem Innen­behälter 1. Die Flächen des Kegelsitzes werden somit mit hohem Druck aufeinander gepreßt und die dünne Schicht Klebstoff 6 wird ausschließlich auf Druck und Scherung beansprucht. Eventuelle Zugkräfte werden von den Druck­kräften des Preßsitzes aufgenommen. Die Verbindung ge­mäß der Erfindung stellt somit eine ideale Beanspruchung für eine Klebeverbindung dar.

[0013] Nachdem die Klebverbindung erkaltet und ausgehärtet ist, wird die Isolierung 5 auf den Innenbehälter 1 aufgebracht. Danach werden das freie Ende des Halsrohres 2 und das Außenbehälteroberteil 3 verbunden. Dazu wird das Außen­behälteroberteil 3 oder nur seine sich konisch verjün­gende Öffnung auf etwa 100°C erwärmt. Dann wird der Klebstoff auf die heiße Innenfläche der sich konisch verjüngenden Öffnung des Außenbehälteroberteils 3 und auf das sich konisch zuspitzende Ende des Halsrohres 2 aufgetragen. Beide Teile werden sodann sofort unter leichtem Druck und leichter Drehung ineinander gesteckt. Durch die Abkühlung des Außenbehälteroberteils 3 auf Raumtemperatur entsteht nun ein Preßsitz zwischen der sich konisch verjüngenden Öffnung des Außenbehälter­ oberteils 3 und dem sich konisch zuspitzenden Ende des Halsrohres 2. Dieser Preßsitz ergibt wiederum zusammen mit dem Klebstoff 6 eine vakuumdichte Verbindung.

[0014] Zum Schluß wird das Außenbehälterunterteil 4 über die Isolierung 5 geschoben und mit dem Außenbehälteroberteil 3 verschweißt oder verklebt.

[0015] Das beschriebene Herstellverfahren erfordert keinerlei Einspann- oder Zentriervorrichtungen. Wegen des geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten des glasfaserver­stärkten Epoxidharzes, aus dem das Halsrohr 2 gefertigt ist, ist außerdem sichergestellt, daß im Temperaturbe­reich von +100°C bis hinab zur Betriebstemperatur stets eine Flächenpressung zwischen dem Halsrohr 2 und der Öffnung des Innen- bzw. Außenbehälters besteht. Die Schicht aus Klebstoff 6 wird daher auf keinen Fall auf Zug beansprucht.

[0016] Der bevorzugte Anwendungsbereich der Erfindung liegt bei doppelwandigen isolierten Behältern, die aus Aluminium gefertigt sind und bei denen das Halsrohr aus glasfaser­verstärktem Kunststoff, insbesondere Epoxidharz, besteht. In Sonderfällen kann die Erfindung jedoch auch bei Be­hältern aus Stahl, insbesondere aus rostfreiem Stahl an­gewendet werden. Auch kann das Halsrohr in Sonderfällen aus Kunststoff ohne verstärkende Einlagen bestehen.

Ansprüche

1. Doppelwandiger isolierter Behälter für die Speicherung tiefsiedender verflüssigter Gase mit aus Aluminium oder Stahl bestehendem Innenbehälter (1) und Außenbe­hälter (3,4), einer Isolierung (5) zwischen beiden Behältern, einem Halsrohr (2) aus Kunststoff zur Ver­bindung der Öffnungen beider Behälter, sowie Kleb­verbindungen zwischen dem Halsrohr und der jeweiligen Behälteröffnung,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Verbindungen zwischen dem Halsrohr und der je­weiligen Behälteröffnung als Kegelsitze ausgebildet sind, bei denen die jeweilige Behälteröffnung durch Wärmebehandlung auf das Halsrohr aufgeschrumpft ist und auf der Kegelfläche ein Kleber aufgebracht ist.

2. Doppelwandiger Behälter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Neigungswinkel des Kegelsitzes zwischen 1 und 20° liegt.

3. Doppelwandiger Behälter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Neigungswinkel des Kegelsitzes 6° beträgt.

Zeichnung