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Verfahren zur Herstellung von mehrschichtigen Faserstoffbehältern
Zur Aufnahme und zum Transport von Flüssigkeiten, Gasen und luftempfindlichen festen
Stoffen dienende geschlossene Behälter, z. B. zylindrische oder bauchige Fässer,
werden in der Regel aus Holz oder Metall und auch aus imprägnierten Fasermassen
hergestellt.
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Imprägnierte Papier- oder Pappbehälter werden bisher in der Weise
hergestellt, daß Papier- oder Pappbogen um einen der Form des Behälters entsprechenden
Kern gewickelt und durch Imprägnierung und Druck zu einem Mantel verfestigt werden,
woraufhin diese Mäntel mit Boden und Deckel versehen worden.
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Die feste Verbindung der Böden und Deckel mit dem Behältermantel ist
schwierig und kostspielig, zumal Behälter dieser Art an den Verbindungsstellen des
Mantels mit den Boden- und Deckelteilen eine geringere Festigkeit aufweisen als
im Mantel selbst.
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Nach dem in der USA.-Patentschrift 2 4.6o 820 beschriebenen Verfahren
wurde versucht, diese Mängel, insbesondere bei der Herstellung von bauchigen Fässern,
zu beheben. Gemäß dem Verfahren werden mehrschichtige Behälterhälften hergestellt,
deren Schichten aus einzelnen gepreßten, ineinandergesetzten Formen bestehen, und
diese Hälften werden so aneinandergesetzt, daß die mit einem Klebstoff versehenen
Ränder der Schichten der einen Hälfte über und zwischen die entsprechenden Ränder
der Schichten der anderen
Hälfte eingreifen. Innerhalb des so lose
zusammengesetzten Behälters wird eine aufblasbare Blase angeordnet, die beim Aufblasen
die einzelnen Schichten unter gleichzeitigem Erwärmen gegen eine äußere Form preßt
und damit die einzelnen Schichten zu einem einheitlichen Behälter verfestigt.
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Derartige Fässer haben sowohl am Boden und Deckel als auch in der
Mitte ausgezeichnete Festigkeit. Es hat sich aber gezeigt, daß diese Fässer zwei
Zonen von stark verminderter Festigkeit zu beiden Seiten der durch das Ineinanderschieben
der Schichten verstärkten Bauchzone aufweisen. Diese Schwächung ist wahrscheinlich
durch Spannungen hervorgerufen, die infolge der Querschnittsverdickung und infolge
der Biegung der Ränder nach außen auftreten. Es ist daher bei dem bekannten Verfahren
nur möglich, eine geringe Anzahl von Schichten zu verwenden, weil mit zunehmender
Zahl der Schichten die Ränder der äußeren Lagen zunehmend beim Überlappen geknickt
werden. Es wird daher sehr schnell ein Punkt erreicht, wo eine weitere Erhöhung
der Festigkeit durch Erhöhung der Schichtzahl nicht möglich ist, weil die weiteren
Schichten zwar die, Dicke des Behälters erhöhen, aber wegen der zunehmend stärkeren
Knickung des Randes nicht mehr zur Erhöhung der Gesamtfestigkeit des Behälters beitragen.
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Erfindungsgemäß werden mehrschichtige Behälter beliebiger Form und
beliebigen Querschnitts hergestellt, bei denen Boden und Deckel mit den anschließenden
Wänden ein einheitliches Ganzes bilden und die nicht die geschilderten Mängel aufweisen,
sondern über den ganzen Umfang von gleichmäßiger Festigkeit sind.
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Die Behälter werden aus Bauteilen zusammengesetzt, die aus Fasermaterial,
wie Papier, Pappe od. dgl., bestehen, das nur so weit vorgepreßt ist, daß die Teile,
formbeständig sind und sich ohne Verformung handhaben lassen. Die Verpressung muß
soweit erfolgen, daß die Teile keine größeren Mengen von Wasser ausschwitzen oder
größere Mengen von Dampf beim Erhitzen abgeben.
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Die Formteile sind so geformt, daß ein Satz von mindestens zwei Formteilen
aneinandergesetzt eine volle Schicht des fertigen Behälters bildet. Der ganze Behälter
besteht aus einer Mehrzahl solcher übereinandergelegten Schichten, wobei die Stoßkanten
der einzelnen Schichten gegeneinander versetzt sind.
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Die Formteile des Behälters werden in bekannter Weise aus einer Bahn
oder Aufschwemmung eines Faserstoffes geformt, der bereits ein Klebe- oder Bindemittel,
z. B. ein härtbares Kunstharz, enthalten kann, und vorgepreßt. Geeignete Verfahren
zur Formung dieser Teile und geeignete Fasermassen und Imprägniermittel sind bekannt.
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Das kennzeichnende Merkmal des erfindungsgemäßen mehrschichtigen Behälters
besteht darin, daß jede Einzelschicht gleichsam einen vollständigen, formbeständigen,
aus mindestens zwei Formteilen zusammengesetzten Behälter darstellt, daß die Dicke
der Einzelschichten an den Stoßkanten der Formteile nicht oder zum mindesten nicht
mehr als 6 bis 7% verstärkt ist und daß die übereinandergelegten Formteile der aufeinanderfolgenden
Schichten gegenseitig versetzt sind. Auf diese Weise wird erreicht, daß die Stoßkanten
einer Schicht immer in einer anderen Ebene liegen als die Stoßkanten der benachbarten
Schichten und daß die Wände des fertigen Behälters nirgends durch aufeinanderfallende
Stoßkanten oder durch Knicke der Einzelschichten, geschwächt sind.
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Nachdem die einzelnen Schichten in der beschriebenen Weise lose übereinander
zu einem Gebilde aufgebaut sind, das bereits selbsttragend und formbeständig ist,
wird dieses Gebilde einer Behandlung unterworfen, die die Formteile der einzelnen
Schichten und die Schichten untereinander zu einem einheitlichen Ganzen verbindet.
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Eine Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß man aus zwei
aneinandergepaßten Formteilen die innerste Schicht des Behälters bildet und in den
Hohlraum dieses einschichtigen Behälters ein später als innere Form dienendes aufblasbares
Gebilde aus elastischem Material einführt; dann werden die Formteile der nächsten
Schicht über dieser ersten Schicht so angeordnet, daß die Stoßkanten der beiden
Schichten in verschiedenen Ebenen liegen, und der Aufbau des Behälters wird in dieser
Weise fortgesetzt, bis er aus der gewünschten Anzahl von Schichten besteht. Ein
Formteil jeder Schicht muß an geeigneter Stelle eine Öffnung haben, und die Öffnungen
der übereinanderliegenden Formteile müssen so angeordnet sein, daß sie eine durchgehende
Öffnung für die Zuführung des Druckmittels zu dem aufblasbaren Gebilde bilden. Im
fertigen Behälter dient diese verschließbare Öffnung zum Füllen und Entleeren. Der
lose zusammengebaute Behälter wird in eine äußere Form gebracht, und das innen befindliche
Gebilde wird aufgeblasen.
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In den meisten Fällen wird die Formverfestigung bei erhöhter Temperatur
vorgenommen, wobei Druck und Temperatur von der Natur des Klebemittels oder Kunstharzes
und der gewünschten Festigkeit des Behälters abhängen. Nach Beendigung der Pressung
kann das innere Gebilde durch das Spundloch herausgenommen werden; wenn es aus einem
geeigneten Material hergestellt ist, kann es aber auch bei der Formung mit der Innenwand
des Behälters ganz oder teilweise vereinigt werden und so eine innere Schutzauskleidung
für den Behälter bilden.
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Der Behälter kann auch in der Weise zusammengebaut werden, daß zunächst
z. B. zwei Formteile derselben Behälterhälfte, ineinandergesetzt werden, um eine
Schale oder Hülse für die Innenblase zu bilden, und daß dann die entsprechenden
Formteile der anderen Behälterhälfte aufgesetzt werden und die Innenblase einschließen-,
worauf der weitere Aufbau der Behälterschichten in der oben beschriebenen Weise
erfolgen kann.
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Wenn es auch von Vorteil ist, eine Innenblase als inneres Gebilde
zu verwenden, um beim Verpressen des Behälters -den notwendigen Preßdruck
auf
die Schichten gegen die äußere Form anzuwenden, ist dies kein notwendiges Merkmal
der Erfindung. Die Innenschicht selbst kann durch geeignete Imprägnierung luftdicht
ausgebildet werden, oder die Außenform kann luftdicht hergestellt sein, so daß der
notwendige Druck durch direktes Einblasen von Gas, Dampf oder Flüssigkeit in den
Innenraum des rohen Behälters ausgeübt werden kann.
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Der Begriff Stoßkante wird benutzt, um zum Ausdruck zu bringen, daß
die Ränder der Formteile nicht übereinandergeschoben werden, so daß die Dicke der
einzelnen Schichten und des ganzen Behälters nirgends erhöht wird. Es ist aber keineswegs
notwendig, daß die Ränder tatsächlich aneinanderstoßen; es ist genügend, daß diese
Ränder in derselben Ebene liegen und durch das Bindemittel verbunden sind. Die Gesamtfestigkeit
des fertigen Behälters wird durch die feste Verbindung der übereinanderliegenden
Schichten und das Fehlen aller Knicke an den Stoßstellen bedingt. In Sonderfällen
können daher auch Verbindungen verwendet werden, bei denen die Ränder der aneinanderstoßenden
Formteile abgeschrägt und übereinandergelegt werden, vorausgesetzt, daß die Dicke
der Schichten durch die Verbindungen nicht mehr als 6 bis 7% erhöht wird.
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Im vorstehenden ist ausgeführt worden, daß alle Einzelschichten dieselbe
Form haben und daß die sie zusammensetzenden Teile so miteinander verbunden werden,
daß Unregelmäßigkeiten in der Behälterwandung vermieden werden, die Zonen verminderter
Festigkeit hervorrufen könnten. Diese Bedingungen gelten für die inneren Schichten.
Die äußerste Schicht oder Schichten können eine andere Form haben und mit beliebigen
Verbindungen und bzw. oder Vorsprüngen versehen sein, die Dauben oder Reifen oder
beliebige Verzierungen bilden. Die Außengestaltung ist unabhängig von der Ausbildung
der Fugen und Kanten in den Innenschichten, die so ausgeführt sind, daß sie die
glatte und gleichmäßige Oberfläche der Wandungen nicht unterbrechen.
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Obwohl die einzelnen Schichten im allgemeinen gleiche Dicke haben
werden, ist dies nicht notwendig, und z. B. die innersten oder äußersten Schichten
können aus stärkeren Formstücken aufgebaut werden als die Zwischenlagen.
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Das Verfahren kann zur Herstellung von Behältern jeder Art mit flachen
oder nach innen oder außen gewölbten Boden- und Deckelteilen verwendet werden. Die
Wände des Behälterrumpfes können gerade oder faserartig gewölbt sein, und die Behälter
können runden, elliptischen, rechteckigen oder vieleckigen Querschnitt haben. Auch
Gasflaschen können nach dem Verfahren hergestellt werden.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise dargestellt. Es
zeigt Fig. I ein Faß entsprechend der Erfindung im Längsschnitt, Fig. 2 im vergrößerten
Maßstab den Teil A-A der Fig. I und Fig. 3 eine Teilansicht eines viereckigen Behälters,
der entsprechend der Erfindung aufgebaut ist.
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Das Faß I besteht aus vier Schichten öder Lagen, die aus gepreßten,
becherförmigen, aneinandergelegten und übereinandergeschobenen Formteilen zusammengesetzt
sind, die von innen nach außen an einem Ende mit 2a bis 5a und am anderen Ende mit
2b bis 5b bezeichnet sind. Die Stoßkanten 6, 7, 8 und 9 der vier Schichten sind
in verschiedenen Ebenen angeordnet. ' Die Ränder der Formteile können bearbeitet
sein, um ein genaues Anpassen zu ermöglichen; es hat sich jedoch herausgestellt,
daß die Ränder der sich ergänzenden Teile nicht aneinanderzustoßen brauchen, da
eine vollständig ausreichende Festigkeit erreicht wird, wenn die übereinandergeschobenen
Formteile miteinander durch ein Bindemittel fest vereinigt werden. Selbst wenn die
Ränder überhaupt nicht verbunden sind, werden in einem n-schichtigen Behälter die
Zugbeanspruchungen in jedem Querschnitt von n-I-Schichten aufgenommen; was völlig
ausreichend ist.
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Die Bauteile des Behälters werden nach bekannten Verfahren hergestellt.
Als Ausgangsmaterial dienen filzbare Fasersubstanzen, z. B. Papierfaserbrei oder
Fasern, wie Hanf, Jute, Baumwolle, Flachs, Wolle und andere Haare, Kunstseide, Polyamide,
Glas od. dgl., oder Mischungen solcher Fasern miteinander. Diese Fasern werden in
Aufschwemmung oder in Luft suspendiert, durch Saugen und Pressen auf den, aus der
Papier- und Hutindustrie bekannten Maschinen zu Faserfilz verformt.
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Zum Beispiel wird Kraftholzzellstoff im Holländer mit 5 bis 20% Bindemittel
versetzt. Vorzugsweise werden etwa Io% eines Butadien- oder Vinylchloridmischpolymerisates
zugesetzt oder ähnlich wirkende Bindemittel, wie Cellulose-Azetat-Butyrat oder Phenol-
oder Harnstoff-Formaldehyd-Harze. Der Zusatz solcher Harze zum Faserstoffbrei im
Holländer vermeidet spätere Entblätterung der Formteile und erhöht ihre Härte und
Zähigkeit im zusammengebauten Behälter.
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Die erhaltenen Faserstoffblätter werden in bekannter Weise zu Serien
von Formteilen der für den Zusammenbau der Behälter geeigneten Form und Größe gepreßt.
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Vor dem Zusammenbau wird ein Satz der übereinandergeschobenen Bauteile,
z. B. die unteren Teile, mit aufeinanderpassenden Öffnungen I9 versehen, die zur
Aufnahme eines Rohransatzes oder Nippels 20 dienen, an dessen innerem Ende 2I das
aufblasbare Gebilde 22 aus z. B. natürlichem oder Kunstgummi mit seiner Öffnung
befestigt wird. Nachdem der aus den vier Teilen 2a bis 5a -bestehende Satz unter
Zwischenfügung von Bindemittel ineinandergesahaben und der Ansatz 20 mit dem Gebilde
22 eingesetzt ist, wird der zweite, aus den Teilen 2b bis 5b bestehende Satz aufgesetzt,
nachdem diese Teile auf einer oder beiden. Seiten mit dem Bindemittel bestrichen
sind. Das Binde mittel kann auch auf die Ränder gestrichen werden,
was
aber nicht nötig ist, da in der folgenden Preßstufe das Harz sich gleichmäßig verteilt.
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Der lose zusammengebaute Behälter wird in eine passende Form gebracht,
in der das Bindemittel unter Druck gehärtet und der Behälter zu einem einheitlichen
Ganzen verpreßt wird.
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Da die Formteile passend geformt und gepreßt sind, braucht der Druck
beim Verfestigen des Behälters nur so groß zu sein, daß die Formteile während der
Härtung des Bindemittels gegeneinandergepreßt werden; der Druck hängt von der Größe
der Formteile, ihrer Dicke und anderen Faktoren ab. Im allgemeinen genügt ein Druck
von 2o kg/Quadratzoll. Vorzugsweise sollten die angewandten Drücke und Temperaturen
genügen, um ein Fließen des Bindemittels in und um die Formteile hervorzurufen,
was zur Erzielung einer gleichmäßigen Wandstruktur des Behälters beiträgt.
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Wenn die Blase 22 als dauernde innere Schutzverkleidung des fertigen
Behälters dienen soll, können die Innenwände der inneren Formteile 2a und 2b und
bzw. oder die Oberfläche der Blase mit einem Klebemittel versehen werden, das beim
Erhitzen das aufgeblasene und gegen die Innenwand des Behälters gepreßte Gebilde
22 fest verbindet. Das Gebilde 22 kann auch aus einem thermoplastischen Kunstharz
bestehen, das bei der angewandten Temperatur erweicht und sich mit der Innenwand
des Behälters verbindet. Falls die Blase 22 nicht als Verkleidung benutzt wird,
wird sie durch die Öffnung I9 aus dem fertigen Behälter herausgenommen, und die
Innenwand des Behälters kann mit einem Schutzüberzug versehen werden.
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Eine andere Art des Zusammenbaus besteht im schichtenweisen Aufbau.
Hier wird zunächst die innerste Schicht aus mindestens zwei Formteilen zusammengesetzt,
die die als innere Form benutzte Blase einschließen, falls eine solche benutzt wird.
Auf diese erste Schicht, die einen einfachwandigen, vollständigen Behälter darstellt,
wird ein Formteil der nächsten Schicht aufgelegt, nachdem Bindemittel auf die Innenseite
dieses Formteils und bzw. oder auf die Außenseite der ersten Schicht aufgebracht
ist. Dann werden in derselben. Weise die weiteren Formteile der zweiten Schicht
aufgelegt, bis auch diese Schicht zu einem vollständigen Behälter ausgebaut ist.
Die Formteile der zweiten Schicht können die gleiche oder eine andere Form haben
als die Formteile der ersten Schicht. Die einzigen Bedingungen sind, daß beide Schichten
vollständige Behälter mit Teile der Wandung bildenden Boden und Deckel sind, daß
die Fügen der einen Lage in derselben Ebene liegen wie die Fugen der anderen Lage
und daß an den Stoßstellen weder Ausbauchungen noch Knicke der Schichten auftreten.
In dieser Weise werden so viele Lagen oder Schichten übereinander zusammengesetzt,
wie der fertige Behälter enthalten soll.
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Wie beschrieben, muß eine durchgehende Öffnung in den übereinandergelegten
Formteilen vorgesehen werden, die die Einsetzung eines Rohres zur Zuführung von
Druckmittel in den Behälter erlaubt. Die Verfertigung findet durch Einsetzer. in
eine Druckform in der oben beschriebenen Weise statt.
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Bei dem in Fig. 3 dargestellten rechteckigen, geschlossenen Behälter
laufen die Fugen zwischen den Formteilen teilweise parallel und teilweise diagonal
zu den Wänden und liegen in den verschiedenen Schichten immer in verschiedenen Ebenen.
Es ist eine unbegrenzte Zahl von Kombinationen möglich, um die gewünschte Anordnung
der Fugen in verschiedenen Ebenen zu erreichen. Zwecks klarerer Darstellung zeigt
Fig. 3 nicht die vollständigen Lagen und Anordnungen der Fugen, sondern in jeder
Schicht immer nur einen Bauteil.
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Zum Beispiel stellt der Bauteil IIa der äußersten Schicht nur ein
Drittel der Gesamtschicht dar, während der ergänzende, sich über zwei Drittel erstreckende
Teil nicht gezeigt ist. Die nächste Schicht ist so angeordnet, daß die Stoßkante
zwischen den Formteilen einen rechten Winkel mit der entsprechenden Stoßkante der
Außenschicht bildet; von dieser Schicht ist nur der Teil I2a gezeigt. Die nächsten
beiden, Schichten sind so, zusammengesetzt, daß die Kanten der Teile I3a und I4a
in entgegengesetzt diagonaler Richtung verlaufen. Die innerste Lage I5 ist wieder
wie die zweite Lage I2 ausgebildet, wobei die Stoßkanten in diesen beiden Schichten
parallel, aber in verschiedenen Ebenen verlaufen.
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Wenn ein Bindemittel zwischen den Lagen aufgebracht und der lose zusammengebaute
Behälter in der oben beschriebenen Weise verfertigt wird; erhält man einen einheitlichen,
kistenartigen Behälter von völlig gleichmäßiger Festigkeit.
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Für Transport u. dgl. können die Behälter eine äußere Schutzverkleidung
erhalten, die auch eine andere Form als der eigentliche Behälter erhalten kann.
Fig. I zeigt z. B. eine Verkleidung für ein Faß; diese Verkleidung besteht z. B.
aus zwei Schalen 23a und 23b aus Fiberglas, die mit einem Bindemittel und einem
Katalysator, z. B. einem Peroxyd, imprägniert sind, so daß sie beim Preßvorgang
mit den Schichten 5a und 5b und miteinander bei 24 fest verbunden werden. Die Schale
23b hat eine der Öffnung I9 entsprechende Öffnung zur Aufnahme des Rohrstücks 2o.
Innerhalb der Glasstoffverkleidung sind z. B. Kimmen 25 aus Furnierholz eingesetzt,
die beim Preßvorgang fest mit der Wandung und dem Überzug des Fasses vereinigt werden.