AT11875U1 - Behälter für unter druck stehende fahrzeugbetriebsmittel - Google Patents

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Abstract

Behälter (1) für unter Druck stehende fluide Betriebsmittel von Fahrzeugen, insbesondere Druckgasbehälter, mit einem rohrförmigen Mantel (2) aus Aluminium, wobei der Mantel (2) aus einer Aluminiumlegierung der Gruppe 2xxx oder 7xxx gefertigt und an seinen beiden Stirnenden durch je einen eingeschraubten Stirndeckel (3, 4) verschlossen ist.

Description

österreichisches Patentamt AT 11 875 U1 2011-06-15
Beschreibung [0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen Behälter für unter Druck stehende fluide Betriebsmittel von Fahrzeugen, insbesondere einem Druckgasbehälter, mit einem rohrförmigen Mantel aus Aluminium.
[0002] Um immer anspruchsvollere wirtschaftliche und umweltbezogene Anforderungen zu erfüllen, werden bei Fahrzeugen in zunehmende Maße alternative Treibstoffen eingesetzt. Unter den zur Verfügung stehenden alternativen Treibstoffen hat CNG (compressed natural gas) in den letzten Jahren sehr an Bedeutung gewonnen.
[0003] Für die Speicherung von CNG in Fahrzeugen werden Speicherbehälter benötigt, welche gleichzeitig hohe Druckfestigkeit und geringes Gewicht haben sollten. Um diese Anforderungen zu erfüllen, werden CNG-Speicherbehälter derzeit aus Stahl oder Aluminiumlegierungen gefertigt. Aus Stahl hergestellte CNG-Speicherbehälter haben zwar eine hohe Druckfestigkeit, besitzen aber auch sehr hohes Gewicht, was der Leichtbauweise moderner Fahrzeuge zuwiderläuft. CNG-Speicherbehälter aus Aluminium werden bislang durch Umformen, z.B. Spinning, hergestellt, um Schweißnähte zu vermeiden und dadurch höhere Druckfestigkeit zu erzielen. Diese Fertigungsweise ist jedoch nur mit gut verformbaren Aluminiumlegierungen möglich, z.B. Legierungen der Gruppen 5xxx und 6xxx nach Standard EN 573. Im Vergleich zu Stahlbehältern weisen solche Aluminium-CNG-Behälter dennoch wesentlich geringere Festigkeit auf, so daß zusätzliche Verstärkungsmaßnahmen getroffen werden müssen. Entweder muß die Wandstärke des Mantels erhöht werden, was das Gewicht des Behälters empfindlich anhebt, oder es muß eine zusätzliche Ummantelung mit einem Fasermaterial vorgesehen werden, welch letzteres die Herstellungskosten erhöht.
[0004] Die Erfindung setzt sich zum Ziel, einen Behälter für unter Druck stehende fluide Betriebsmittel von Fahrzeugen zu schaffen, der sowohl hohe Druckfestigkeit als auch geringes Gewicht hat und dabei einfach und kostengünstig herstellbar ist.
[0005] Dieses Ziel wird mit einem Behälter der einleitend genannten Art erreicht, der sich gemäß der Erfindung dadurch auszeichnet, daß der Mantel aus einer Aluminiumlegierung der Gruppe 2xxx oder 7xxx gefertigt und an seinen beiden Stirnenden durch je einen eingeschraubten Stirndeckel verschlossen ist.
[0006] In Abkehr von den bestehenden Lösungen werden durch die Erfindung erstmals hochfeste Aluminiumlegierungen der Gruppen 2xxx und 7xxx für den Einsatz in CNG-Speicherbehälter nutzbar gemacht, indem auf die bislang üblichen Umformschritte verzichtet wird. Legierungen dieser Gruppen zeichnen sich auch durch hohe Korrosionsfestigkeit und ein geringes Gewicht aus. Im Ergebnis wird ein Druckfluidbehälter mit hoher Druckfestigkeit, vergleichbar jener von Stahlbehältern, und geringem Gewicht, resultierend aus dem Einsatz von Aluminiumlegierungen, erzielt, ohne daß eine zusätzliche Ummantelung erforderlich wäre.
[0007] Die Stirndeckel könnten grundsätzlich aus einem anderen Material gefertigt werden als der Mantel. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn auch die Stirndeckel aus einer Aluminiumlegierung der Gruppe 2xxx oder 7xxx gefertigt sind.
[0008] In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden Aluminiumlegierungen aus der Gruppe 7xxx ausgewählt. Diese Legierungen weisen eine besonders hohe Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit auf.
[0009] Gemäß einem weiteren bevorzugten Merkmal der Erfindung wird der Mantel an seinen Endabschnitten nach innen eingeformt. Dadurch kann bei einer Druckbeaufschlagung des Behälterinneren eine gleichmäßige Spannungsverteilung in der Wandung des Mantels erreicht werden.
[0010] Das Einformen der Endabschnitte kann auf besonders vorteilhafte Weise durch Aufstauchen vorgenommen werden, was eine kostengünstige Fertigung ermöglicht.
[0011] Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Stirndeckel in 1/6 österreichisches Patentamt AT 11 875 U1 2011-06-15
Richtung zum Behälterinneren bombiert. Auf diese Weise dehnen sich die Stirndeckel bei Befüllung des Behälters mit Druckfluid in radialer Richtung nach außen hin aus, was die Dichtung zwischen ihrem Außenumfang und dem Mantel verstärkt.
[0012] Vorteilhaftweise werden die Stirndeckel durch Schmieden oder Thixocasting gefertigt. Durch diese Prozesse gefertigte Stirndeckel haben eine geringere Wandstärke im Vergleich zu mit anderen Verfahren, z.B. Druckgußverfahren, hergestellten Stirndeckeln.
[0013] Bevorzugt ist der Mantel von einer Hülle aus Fasermaterial umgeben, insbesondere bevorzugt aus einem Kohle- und/oder Glasfasergewebe oder -vlies, was eine Reduktion der Wandstärke des Mantels erlaubt. Daraus resultiert ein geringes Gewicht bei gleicher Druckfestigkeit; außerdem bieten Fasermaterialen einen hervorragenden Korrosionsschutz.
[0014] Äußerst vorteilhaft ist es, wenn zwischen dem Außenumfang des Stirndeckels und dem Innenumfang des Endabschnittes zumindest ein Dichtungsring vorgesehen ist, was eine noch bessere Dichtwirkung zwischen dem Außenumfang des Stirndeckels und dem Innenumfang seines Endabschnittes erlaubt.
[0015] In jedem Fall ist es besonders günstig, wenn der Stirndeckel mit einem Flansch die Stirnseite des Endabschnittes unter Zwischenlegung einer Dichtung übergreift. Dadurch kann eine zusätzliche Abdichtung an der Stirnseite des Endabschnittes realisiert werden.
[0016] Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen: [0017] Fig. 1 den Behälter der Erfindung in einem Axialschnitt; und [0018] die Fig. 2 und 3 zwei alternative Ausführungsformen des Behälters der Erfindung jeweils in ausschnittsweisem Axialschnitt.
[0019] In Fig. 1 ist ein Behälter 1 für unter Druck stehende fluide Betriebsmittel von Fahrzeugen gezeigt, wie CNG, Gasgemische aus Butan und Propan, Biogas oder Holzgas. Allgemein werden in der vorliegenden Beschreibung unter dem Begriff „fluide Betriebsmittel&quot; Stoffe in jedem beliebigen fließfähigen Zustand verstanden, seien sie granulär, flüssig oder gasförmig, oder Stoffe, die durch Wärmezu- oder- abfuhr in einen solchen Zustand versetzbar sind. Die Betriebsdrücke, für welche der Behälter 1 geeignet sein soll, können z.B. im Falle von CNG bis zu 200 barerreichen.
[0020] Der Behälter 1 setzt sich aus einem Mantel 2 und diesen beidseitig verschließenden Stirndeckeln 3, 4 zusammen.
[0021] Der Mantel 2 hat in dem gezeigten Beispiel eine etwa zylindrische Form, d.h. etwa kreisförmigen Querschnitt. Es versteht sich jedoch, daß der Mantel 2 jede beliebige Querschnittsform haben kann, z.B. oval, polygonal, abgerundet-polygonal, z.B. abgerundet-rechteckig usw.
[0022] Die Stirndeckel 3, 4 sind mit Hilfe eines an ihrem Außenumfang vorgesehenen Gewindes 5 in Endabschnitte 6 des Mantels 2 eingeschraubt. Die Endabschnitte 6 können optional eine gegenüber dem restlichen Mantel 2 erhöhte Wandstärke haben. Am Innenumfang der Endabschnitte 6 und/oder dem Außenumfang der Stirndeckel 3, 4 können Absätze bzw. Nuten 7 angeordnet sein, um Dichtungsringe 8 aufzunehmen.
[0023] Der Stirndeckel 3 besitzt in seiner Mitte einen Anschlußstutzen 9 für eine Füll- bzw. Entnahmeleitung für das im Behälter 1 befindliche Betriebsmittel.
[0024] Die Stirndeckel 3, 4 können zusätzlich mit einem Flansch 10 ausgestattet sein, der zur Verstärkung die Stirnseite des Endabschnittes 6 übergreift. Auf der Anlageseite des Flansches 10 und/oder der Stirnseite des Endabschnittes 6 kann eine Ringnut 11 zur Aufnahme eines weiteren Dichtungsringes 12 ausgebildet sein.
[0025] Wie in Fig. 1 gezeigt, sind die Stirndeckel 3, 4 in Richtung zum Behälterinneren 13 hin bombiert, d.h. gewölbt. Dadurch dehnen sie sich bei erhöhtem Innendruck im Behälter 1 in radialer Richtung nach außen hin aus, was die Dichtung zwischen ihrem Außenumfang und 2/6 österreichisches Patentamt AT 11 875 U1 2011-06-15 dem Innenumfang der Endabschnitte 6 verstärkt.
[0026] Der Mantel 2 und die Stirndeckel 3, 4 sind aus einer Aluminiumlegierung der Gruppe 2xxx (AICu-Legierungen) oder 7xxx (AIZnMg-Legierungen) nach Standard EN 573 gefertigt. Besonders günstig sind Legierungen der Type 7xxx. Diese Legierungen weisen eine besonders hohe Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit auf.
[0027] Die Stirndeckel 3, 4 können beispielsweise durch Thixocasting oder Schmieden gefertigt werden, was ihnen hohe mechanische Steifigkeit verleiht.
[0028] Falls gewünscht, kann der Mantel 2 wie in Fig. 1 gezeigt zusätzlich von einer optionalen Hülle 14 aus einem hochfesten Fasermaterial, z.B. einem Kohle- und/oder Glasfasergewebe oder -vlies, umgeben werden. Die Hülle 14 kann einstückig aufgebracht oder in Streifenform um den Mantel 2 gewickelt sein.
[0029] Fig. 2 zeigt eine alternative Ausführung des Behälters 1, bei welcher die Endabschnitte 6 des Mantels 2 nach innen eingeformt sind, bevorzugt durch Aufstauchen der Behälterenden in axialer Richtung. Dadurch kann bei einer Druckbeaufschlagung des Behälterinneren 13 eine gleichmäßige Spannungsverteilung in der Wandung des Mantels 2 erreicht werden.
[0030] Fig. 3 zeigt eine vereinfachte Variante des Behälters 1, bei welcher die Stirndeckel 3, 4 nicht bombiert, sondern eben ausgebildet sind.
[0031] Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt, sondern umfaßt alle Varianten und Modifikationen, die in den Rahmen der angeschlossenen Ansprüche fallen. 3/6

Claims (10)

  1. österreichisches Patentamt AT 11 875 U1 2011-06-15 Ansprüche 1. Behälter für unter Druck stehende fluide Betriebsmittel von Fahrzeugen, insbesondere Druckgasbehälter, mit einem rohrförmigen Mantel aus Aluminium, gekennzeichnet durch die Kombination der Merkmale, daß der Mantel (2) aus einer Aluminiumlegierung der Gruppe 2xxx oder 7xxx gefertigt und an seinen beiden Stirnenden durch je einen eingeschraubten Stirndeckel (3, 4) verschlossen ist.
  2. 2. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirndeckel (3, 4) aus einer Aluminiumlegierung der Gruppe 2xxx oder 7xxx gefertigt sind.
  3. 3. Behälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Aluminiumlegierung aus der Gruppe 7xxx ausgewählt ist.
  4. 4. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (2) an seinen Endabschnitten (6) nach innen eingeformt ist.
  5. 5. Behälter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Endabschnitte (6) durch Aufstauchen nach innen eingeformt sind.
  6. 6. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirndeckel (3, 4) in Richtung zum Behälterinneren (13) bombiert sind.
  7. 7. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirndeckel (3,4) durch Schmieden oder Thixocasting gefertigt sind.
  8. 8. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (2) von einer Hülle (14) aus Fasermaterial umgeben ist, bevorzugt aus einem Kohle- und/oder Glasfasergewebe oder -vlies.
  9. 9. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Außenumfang des Stirndeckels (3, 4) und dem Innenumfang des Endabschnittes (6) zumindest ein Dichtungsring (8) vorgesehen ist.
  10. 10. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Stirndeckel (3, 4) mit einem Flansch (10) die Stirnseite des Endabschnittes (6) unter Zwischenlegung einer Dichtung (12) übergreift. Hierzu 2 Blatt Zeichnungen 4/6
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