CN108506488A - 具有压力连接元件的压力容器封头 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及由塑料材料制成的、压力密封地封闭压力容器的封头，具有该封头的压力容器，以及制造该封头和该压力容器的方法。其中，所述封头包括用于随后地封闭所述压力容器的内侧、用于在封闭所述压力容器之后缠绕纤维复合材料的外侧、和具有内轮廓的由所述外侧向外伸出的开口的颈状套管，它们均由塑料材料制成，还包括连接在所述套管上的压力连接元件，用于封闭所述套管，其中，所述压力连接元件包括由金属制成的密封锥体，所述密封锥体具有穿过所述套管向外伸出的第一部分和至少在所述套管的区域中锥形地在所述第一部分的方向上逐渐变细的第二区域，所述密封锥体被从外安装在所述第一部分上的固定件以压力密封的压配合的方式固定在所述内轮廓中。

Description

具有压力连接元件的压力容器封头
技术领域
本发明涉及一种由塑料材料制成的用于压力密封地封闭压力容器的封头，一种具有这种封头的压力容器，以及用于制造这种封头以及这种压力容器的方法。
背景技术
由纤维复合材料制成的纤维加强的压力容器的市场在持续扩大。对天然气和水力压裂气(Fracking-Gas)的不断增长的需求，使得必须将其储存在压力容器中，尤其是在没有相关管路系统的国家中。在着力发展燃料电池车的汽车领域也同样如此，其中在燃料电池车上，燃料会以气态氢的形式被以气态或者液体的状态高压地储存在压力容器中。因为运输重体积的压力容器需要消耗许多不必要的能量，并由此产生高运输成本，所以在运输方面期待轻型的压力容器。
目前使用的纤维加强(CFK)的压力容器具有筒状中部，在其两侧设有封头用以封闭中部，并例如通过纤维缠绕技术制造。其中使用了内容器(压力容器的内容器)，它一方面被用做缠绕核芯，另一方面也确保容器的气密性。此内容器将随后在制造压力容器时被纤维复合材料缠绕，以达到加强的目的，由此使得制造的压力容器具备稳定性。压力容器3型使用了铝制或者钢制的金属内容器，压力容器4型使用了由塑料制成的内容器。后一种压力容器随着技术需求而增长，并且它的制造成本低。塑料内容器可以例如借助于焊接技术，借助于被称为滚塑的技术或者借助于气囊吹塑方法(Schlauchblasverfahren)进行制造。在焊接技术中，制造出具有相应的直径、壁厚和长度的挤压成型管，并且在其两侧焊接上相配合的封头。其中，该封头的两侧都可以被接触到，这在其他方法中都不是这样。
这些压力容器的问题在于这种具有塑料内容器的CFK压力容器上的压力容器阀体的必需的金属连接。其中，该金属连接件(也被称为凸台(Boss)或者内容器连接)必须安装简便，并且在压力容器的整个使用寿命期保持与内容器的密封连接。
由此期待提供一种内容器的连接件(内容器连接)，它安装简便，并且在整个使用寿命期保持与内容器的密封连接。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于内容器的连接件，该连接件安装简便，并且在整个使用寿命期保持与内容器的密封连接。
上述目的通过一种用于压力密封地封闭压力容器的封头实现，其中，该封头包括用于随后地封闭压力容器的内侧、用于在封闭该压力容器之后缠绕纤维复合材料的外侧、和具有内轮廓的从该外侧向外伸出的开口的颈状套管，它们均由塑料材料制成，并且该封头包括连接在该套管上的压力连接元件，用于封闭该套管，其中，该压力连接元件包括由金属制成的密封锥体，该密封锥体具有穿过该套管向外伸出的第一部分和至少在该套管的区域上锥形地在该第一部分的方向上逐渐变细的第二部分，并且借助于从外安装在该第一部分的固定件将该密封锥体以压力密封的压配合的方式固定在内轮廓中。
本发明中的压力容器是指所有适合于通过高于压力容器环境的压力来存储液体或者气体的容器，该容器包括由塑料材料制成的内容器，并且通过纤维复合材料进行加强。在通常情况下，这些压力容器是筒状的，并且在筒状中部的两侧具有向外拱起的封闭件。这些封闭件被称为封头，并被用于压力密封地封闭该中部。其中，封头的内侧是指在后续的压力容器中朝向压力容器填充物(液体或者气体)的压力容器内壁的那部分。相应地，外侧是封头的与其相反的那侧。为了加强压力容器，该外侧被缠绕了纤维复合材料，这可以同时形成压力容器的外侧。在将封头焊接在该中部上之后制成了内容器，它的压力密封性只还与具有压力连接元件(尤其是密封锥体)的封头的密封性有关。通过本发明的封头，该封头被设计成压力密封的，并且由此使得整个内容器也被设计成压力密封的。
为了给压力容器装上填充物或者再将填充物从压力容器中排出，压力容器必须包括可以可逆闭合的开口。在压力容器中，这样的开口经由从外侧向外伸出的开口的颈状套管被设置在封头之一上，在该套管中设置了压力连接元件，用于封闭具有内轮廓的套管。该密封体的锥形轮廓使得，从封头的内侧被导入套管的密封锥体能够在颈状套管的内轮廓中形成压配合。在此，例如在颈状套管的内轮廓与密封锥体的第二部分的锥形不相配合时，密封锥体可以在内轮廓的区域中挤压封头的材料，使得内轮廓紧贴第二部分的锥形轮廓。由此，该密封锥体与其他组件一起构成了压力连接元件，通过该压力连接元件可以将填充物装入或者排出压力容器。从外侧被安装在压力连接元件上的固定件(例如夹紧螺母或者卡入密封锥体的弹簧圈)使得，密封锥体被拉入(被挤压入)套管中，或者保持在被拉入(被挤压)的位置，并由此通过它的外侧紧贴在套管的内轮廓中，从而使得处于高压下的压力容器填充物无法通过套管漏出。
其中，出于重量和成本的原因，封头本身(也如同剩余的内容器)是由塑料材料制成。由于压力容器中的压力，塑料材料会在使用期间发生变形，从而会使得在连接件与封头之间产生泄漏。通过具有为此特殊设计的套管和相应的压力连接元件的结构，根据本发明的封头阻止了颈状套管的塑料材料的变形，并且由此提供了具有用于内容器的连接件的封头，该连接件的安装简便，并且在整个使用寿命期保持与封头、以及由此与后续的内容器的密封连接。根据本发明的具有压力连接元件的封头的改进之处在于，即使在由于压力容器的内压而引起的很高的表面压力的情况下，塑料材料也不再会在位于压力连接元件和颈状套管之间的连接面上流走，因为塑料在这里被套管的内轮廓的锥形形状以及密封锥体的锥形形状关在室内。通过密封锥体的锥形结构以及相配合地紧贴在密封锥体的套管内轮廓的锥形结构，在向外的方向上生成了逐渐变窄的间隙，该间隙影响着压力连接件的密封。如果塑料材料会在密封锥体的表面压力下流走，它必须流过这条逐渐变窄的间隙。然而，这只有通过继续增加表面压力才可能实现，这种表面压力的增加不会出现，因为套管的内轮廓紧贴在密封锥体的锥形轮廓上，并且在密封作用非常好的情况下，经过这样达到的大的放置面只在每面积单位上引起相对于现有技术而言较低的表面压力。在现有技术中，密封锥体与套管只是通过螺纹相互连接，在该螺纹中产生高的局部压力，该压力使得密封锥体之下的塑料材料变形，并且当表面压力过高时，塑料材料可以在密封锥体之下流走。因此，现有技术是由紧固力矩、由此形成的高压下的气密性、表面压力的超出和必要时塑料的流走构成的折中方案，这个方案使得现有技术中的压力容器不适用于压力非常高的情况。与之相反，具有根据本发明的封头的压力容器适合于直至使压力容器的纤维加强失效的压力。通过根据本发明的结构，压力容器中的密封锥体的密封作用会在高压下继续得到提升。其中，密封锥体被从压力容器内部的方向挤压入套管的颈部开口，这样提升了密封作用。固定件在套管的颈部开口的另外一侧拉拔密封锥体，直到该密封锥体转矩控制地到达最终位置，或者直到该密封锥体卡入固定件中并且由此被固定在预设的密封的位置。密封锥体被设计成，它的朝向压力容器内侧(压力大)的表面大于它的朝向压力容器外侧(压力小，例如正常压力)的表面。表面的差值乘以气体压力生成了在密封作用的方向上的与压力成正比的力，由此，气体压力在较高的压力下产生了较高的密封作用。因而，根据本发明的具有压力连接元件的封头无需防止泄漏。
在一个实施例中，内轮廓至少在套管区域上锥形地向外沿着套管逐渐地变细，其中，锥形的内轮廓与锥形的第二部分相配合。由此改善了密封锥体和内轮廓之间的牵引，这增加了密封作用并且加强了密封锥体在颈状套管中的配合。在一个优选实施例中，锥形的内轮廓准确地与密封锥体的第二部分的锥形相配合。这种相配合的锥形的内轮廓使得，与该内轮廓的形状相配合的密封锥体能够从封头的内侧被导入套管中，这实现了另外的改进。
在一个实施例中，套管的锥形内轮廓由内侧延伸至外侧上的颈端。因此，与内轮廓的尺寸相配合地成型而成的密封锥体与该内轮廓具有较大的接触面，这将密封锥体对内轮廓的压力分布在了较大的表面，因此降低了每面积单位上的表面压力，并且由此进一步地减小了颈状套管的塑料材料流走的危险。
在另外一个实施例中，密封锥体的第二部分从套管中伸出于内侧之上。由此例如加紧螺母被从外旋拧在密封锥体上，这简化了密封锥体在颈状套管中的安装。
在另外一个实施例中，封头还包括用于安装在颈状套管上的顶部元件，其中，该顶部元件包括第一接触区域和第二接触区域，该第一接触区域呈面形地在颈状套管的径向方向上沿着外侧延伸，并且与外侧的轮廓相配合，用于缠绕纤维复合材料，该第二接触区域的内部形状与颈状套管的外部形状相配合，从而使得第二接触区域阻止了颈状套管的外部形状在径向方向上的变形。在将顶部元件安装在颈状套管上之后，将纤维复合材料缠绕在具有顶部元件的封头上，其方式和方法与缠绕根据本发明的不具有顶部元件的封头相同。这里，径向方向指的是指向从套管中心离开的方向。对于筒状的压力容器，封头在其周长方面被同样设计为圆形。在通常情况下，连接元件被设置在封头的中心，由此使得径向方向与压力容器的对称轴(筒轴)的径向方向重合。其中，该顶部元件的第一接触区域可以被安装在外侧上，该外侧在它与顶部元件的接触区域中被尤其设计成，例如可以具有容置该接触区域的凹槽，从而使得具有顶部元件的封头与没有附加地被设置顶部元件的封头都具有相同的外部形状。这样使得较软的塑料(如聚乙烯)也可以作为封头或者压力容器的内容器的材料，因为在根据本发明的封头中，通过它的设计保持了密封作用，并且不会出现压力容器在高压下或者在多次变换负载后提前泄漏的危险。
在一个优选的实施例中，套管的外部形状在颈端上包括环形边缘，优选地，该边缘是垂直于例如后续的压力容器的套管的纵向方向的平面。在此，第二接触区域至少部分地覆盖该环形边缘，从而还附加地在垂直于径向方向的方向上阻止了套管的外部形状的变形。
在另外一个实施例中，第二接触区域还沿着密封锥体的第一部分延伸，其中，该第一部分包括被合适地设置的、围绕着第一部分的密封件，用于对顶部元件的第二接触区域进行压力密封的封闭。
在另外一个实施例中，从外被安装在第一部分的固定件是被旋拧在第一部分的夹紧螺母，第二部分被该夹紧螺母拉拔，用于在内轮廓中实现压力密封的封闭。其中，该夹紧螺母可以一方面通过螺纹被直接地或者间接地固定在密封锥体上，并且它另一方面直接地或者间接地在颈状套管上进行拉拔，使得密封锥体被挤压在套管的内轮廓上。
在另外一个实施例中，顶部元件还包括在纵向方向上位于第二接触区域之上的第三区域，该第三区域包括朝向第一部分的内侧，其中，该第三区域的内侧被设置成，在该内侧和密封锥体的第一部分之间的径向方向上形成环绕的间隙，其中，该间隙被用于和被设计成容置夹紧螺母。这里，纵向方向指的是沿着套管由内向外的方向，或者沿着后续的压力容器的筒轴的方向。夹紧螺母被第三区域保护起来，以防止外来的机械负载。
在另外一个实施例中，第二接触区域被设计成夹紧螺母的放置区域，以使得借助于夹紧螺母，经过在颈状套管上压着的放置区域，附加地将顶部元件固定在封头上。由此使得顶部元件同样被简易地固定在封头上，并且通过其对颈状套管的形状支撑作用被取出。
在另外一个实施例中，顶部元件的第二接触区域的内部形状沿着密封锥体的第一部分延伸，并且在第一部分的对侧区域中具有凹槽，从外被安装在第一部分的固定件以弹性的弹簧圈的形式被设置在该凹槽中，并且密封锥体的第一部分包括与该弹簧圈相配合的环形凹槽，该环形凹槽位于沿着纵向轴(LR)的与其相配合的位置上，在将密封锥体压入套管中之后，弹簧圈卡在该位置中，并且由此将密封锥体以压力密封的压配合的方式固定在内轮廓中。借助于弹簧圈将密封锥体固定在通过弹簧圈和环形凹槽定义的位置，能够简易地和快速地产生压配合，该压配合示出了密封锥体在套管中的压力密封的配合。其中，弹簧圈可以通过通常方法由普通的用于弹簧圈的材料制成，由此，该弹簧圈具有一般的弹性。
在另外一个实施例中，例如借助于自攻螺纹，将顶部元件的第二接触区域旋拧在颈状套管的外部形状上。顶部元件可以由此被固定在颈状封头上，而不再依赖于后续旋拧的夹紧螺母。这种通过螺纹连接和借助于夹紧螺母产生挤压的可能的附加地固定顶部元件的方式，提高了顶部元件在封头的颈状套管上的支撑强度(Sitzfestigkeit)。在此，在另外一个实施例中，顶部元件和颈状套管被设计成，顶部元件被从上旋拧在颈状套管上，直至第一接触区域直接接触到外侧。由此，顶部元件被可靠地安置在外侧上，并且安装工人可以简单地辨识出，该位置是否正确。
在另外一个实施例中，至少封头的颈状套管的塑料材料是软塑料材料，并且顶部元件的第二接触区域设有螺纹，用于被自攻地旋拧在封头上。由此避免了在颈状套管上设置螺纹，这减少了制造成本。
本发明还涉及一种纤维加强的压力容器，包括由塑料材料制成的内容器和缠绕在该内容器上的由纤维复合材料制成的外层，该内容器包括筒状中部和两个分别在两侧封闭该中部的封头，其中，封头之一为根据本发明的封头。为了使填充物在压力下被存储在该压力容器中，中部的筒状面被封头封闭。从封头的半圆形几何学方面而言，在圆周应力(在筒状中部的内壁上的应力)和径向应力(在端面的应力)之间会产生2:1的应力比，这会给位于中部和封头之间的边缘区域造成很大的负载。这样的几何理念同样适用于所有压力容器，也适用于由内容器和缠绕在其上以加强该内容器的外层组成的压力容器，例如具有由塑料制成的内容器的压力容器。这样的容器一方面具有很轻的重量，这点例如在运输工具的应用上很重要，并且在另外一方面，因为塑料具有非常小的氢气渗透性，并且能够通过纤维复合材料制成的外层提供所需的强度，所以诸如氢气的填充物在高压下储存的损失少。因此，根据本发明的压力容器包括具有封头的内容器，优选地，该封头为非半圆形的拱形封头，该形状在与内容器的筒状中部邻接的端面边缘区域中具有比半圆表面更大的弯曲度，而在封头的中心区域具有比半圆表面较小的弯曲度。通过这种拱形封头，刚性和负载偏移以及由此而引起的圆周方向(中部)与径向方向(封头表面)之间的应力比例，可以尤其好地被径向地设置在封头上中心区域中的第一纤维接受。此类尤其合适的拱形封头也被称为等张力体。这里，等张力体是指一种形状，该形状使得在缠绕在其上的由纤维复合材料制成的外层中，作用在纤维中的所有点的张力都相同。
在通常情况下，纤维复合材料由两种主要成分组成，这里由纤维组成，这些纤维嵌入在基体材料中，该基体材料在纤维之间形成固定连接。在此，该纤维复合材料可以由一种或者多种纤维缠绕而成，其中，此(些)纤维被相互接触地紧密相邻地缠绕在一起。由此形成纤维层，另一个纤维层的纤维被缠绕在该纤维层上，直到该纤维复合材料达到所需的厚度，并且形成具有该厚度的纤维层。在一个实施例中，由第一纤维和/或其他纤维(例如第二纤维)组成的纤维层分别包括多个纤维层。通过这种连接，该纤维复合材料获得高价值的特性，例如可以具有比两个组成成分中每个成分所能提供的更高的强度。当纤维的弹性模量在纵向方向上大于基体材料的弹性模量时，当基体材料的断裂伸长率大于纤维的断裂伸长率时，以及当纤维的断裂强度大于基体材料的断裂强度时，在纤维方向上出现纤维的加强作用。所有类型的纤维都可以用作纤维，例如，玻璃纤维、碳纤维、陶瓷纤维、钢纤维、自然纤维或者合成纤维。基体材料可以例如使用热固性材料、弹性体或者热塑性材料。这些纤维和基体材料的材料特性为专业人员所知，从而使得专业人员能够根据所需选出合适的纤维和基体材料的组合用来制造纤维复合材料。在此，在纤维复合区域中的每个纤维层可以包括一种纤维或者多种相同或者不同的纤维。
本发明还涉及制造根据本发明的由塑料材料制成的封头的方法，该封头用于压力密封地封闭压力容器，该方法包括以下步骤：
-提供封头，该封头具有用于随后地封闭压力容器的内侧、用于在封闭压力容器之后缠绕纤维复合材料的外侧、以及从外侧向外伸出的开口的颈状套管，该套管具有内轮廓，用于随后导入作为压力连接元件的一部分的密封锥体；
-将由金属制成的密封锥体从内侧导入套管中，直至第一部分向外从颈状套管中伸出，其中，密封锥体包括该第一部分和至少在套管区域中锥形地在第一部分的方向上逐渐变细的第二部分；
-借助于从外安装在第一部分上的固定件，在密封锥体与套管的内侧之间制造出压力密封的封闭，该固定件以压力密封的压配合的方式将密封锥体固定在内轮廓中。
由此提供了一种方法，通过该方法可以简便地制造具有用于内容器的连接件的封头，该封头适用于在整个使用寿命期保持与内容器的密封连接。
在一个实施例中，该方法还包括将顶部元件安装在颈状套管上的步骤，用来阻止套管的外部形状在径向方向上的变形，其中，顶部元件包括第一接触区域和第二接触区域，该第一接触区域呈面形地在颈状套管的径向方向上沿着外侧延伸，并且与外侧的轮廓相配合，用于缠绕纤维复合材料，该第二接触区域具有与颈状套管的外部形状相配合的内部形状。
在该方法的一个实施例中，作为从外安装在第一部分上的固定件是夹紧螺母或者弹簧圈，制造压力密封的封闭的步骤包括：
-借助于从外旋拧在第一部分的夹紧螺母在密封锥体上产生拉力；或者
-将密封锥体压入套管中，其中，密封锥体的第一部分在与其相配合的位置沿着纵向方向上包括与弹簧圈相配合的环形凹槽，并且弹簧圈随后卡入密封锥体的环形凹槽中，其中，弹簧圈被弹性地固定在顶部元件的第二接触区域的内部形状中的凹槽中，该内部形状沿着密封锥体的第一部分延伸。
本发明还涉及一种制造根据本发明的纤维加强的压力容器的方法，包括以下步骤：
-提供由塑料材料制成的筒状中部；
-提供两个由塑料材料制成的封头，用于封闭该中部，其中，至少一个封头是根据本发明的封头；
-将该封头焊接在该中部上，用来制造由塑料材料制成的内容器，其中，该封头中包括具有已经连接的压力连接元件的封头；以及
-将纤维复合材料缠绕在该内部上，用来制造纤维加强的压力容器。
附图说明
本发明的上述和其他观点将在下面结合附图进行进一步的说明。
图1示出根据本发明的具有压力连接元件的封头的一个实施例。
图2示出根据本发明的具有压力连接元件的封头的另外一个实施例。
图3示出根据本发明的具有压力连接元件2的封头1的另外一个实施例。
图4示出根据本发明的具有根据本发明的封头的压力容器的另外一个实施例。
图5示出根据本发明的用于制造根据本发明的封头的方法的一个实施例。
图6示出根据本发明的用于制造根据本发明的纤维加强的压力容器的方法的一个实施例。
具体实施方式
图1示出根据本发明的具有压力连接元件2的封头1的一个实施例，该封头适用于压力密封地封闭压力容器100。其中，该封头1包括内侧11、外侧12和从该外侧向外伸出的开口的颈状套管13，该内侧11朝向压力容器的内部，用于随后地封闭压力容器100，该外侧12用于在封闭压力容器100之后缠绕纤维复合材料3，该套管13在内侧11和外侧12之间的宽阔区域中具有锥形的内轮廓13i，该内轮廓在该区域中向外沿着套管13逐渐地变细，它们均由塑料材料制成。该封头1还包括连接在套管13上的压力连接元件2，用于封闭该套管13，其中，该压力连接元件2包括由金属制成的密封锥体21，该密封锥体具有穿过套管13向外伸出的第一部分21a和至少在套管13的区域与其锥形的内轮廓13i相配合的第二部分21b。该部分21b在套管13的纵向方向(LR)上具有与内轮廓13i相配合的外面的锥体形状，在内侧11上或者在内侧11之上具有圆形的第一面A1，并且具有朝向封头1的外侧12的圆形的第二面A2。其中在本实施例中，该第一面A1和第二面A2垂直于套管13的纵向方向。该密封锥体21还在其内部具有筒状的通道21D，用于在后续的压力容器100中填充或者排出液体或者气体。通过第一面A1大于第二面A2，以及通过将压力容器100的高内压加载在第一面A1上，使得该密封锥体21相应于第一面A1和第二面A2之间的面积比已经被压力容器100中的内压力挤压入套管13的锥形的内轮廓13i中，从而确保了在密封锥体21和套管13之间的良好的密封作用。此外，从外旋拧在第一部分21a上的夹紧螺母22z被用做从外安装在第一部分21a上的固定件22来实现压力密封的封闭，借助于它，密封锥体21被挤压入锥形的内轮廓13i中，其中，在颈状套管13的颈端13h上的夹紧螺母在颈端13h上挤压套管13的环形边缘13r，并且由此在套管13中拉拔密封锥体21。通过夹紧螺母22z确保了将密封锥体21牢固地置于套管13中，即使是在以下的状态下，即：该封头还没有被焊接在内容器的中部上，或者后续的压力容器100还没有被施加内压力。这里，密封锥体21的第二部分21b从套管13中伸出于内侧11之上，这样简化了夹紧螺母22z的安装。夹紧螺母22z的形状和在密封锥体21的第二部分21b中相配合的螺纹16可以由专业人员进行相应的设计。其中优选地，套管13的锥形内轮廓13i也可以从内侧11延伸至外侧12上的颈端13h。
图2示出根据本发明的具有压力连接元件2的封头1的另外一个实施例。除了图1中的封头，在本实施例中的封头1还包括被安装在颈状套管13上的顶部元件14。其中，该顶部元件14包括第一接触区域14a，该接触区域呈面形地在颈状套管13的径向方向上沿着外侧12延伸，并且与外侧12的轮廓相配合，以用于缠绕纤维复合材料3。为此，该外侧12具有凹槽，该顶部元件14被容置于该凹槽中，以使得位于第一接触面14a之外的外侧12的轮廓在位于外侧12上的第一接触区域14a的区域中继续在套管13的方向上无改变地延伸。该顶部元件14还包括第二接触区域14b，用于沿着套管13的纵向方向遮盖颈状套管。这里，该颈状套管13的外部形状为围绕着锥形内部形状13i的圆筒形。相应地，第二接触区域14b的内部形状也同样为圆筒形，它在尺寸上与套管13的外部形状相配合，使得第二接触区域14b阻止了颈状套管13的外部形状在径向方向(RR)上的变形。另外，在本实施例中，该套管13的外部形状还在颈端13h上包括环形边缘13r，其中，该第二接触区域14b被设置成，它从上面(垂直于纵向方向)覆盖环形边缘13r，从而还在垂直于径向方向(RR)的方向上阻止了套管13的外部形状的变形。该第二接触区域14b还沿着密封锥体的第一部分21a延伸，其中这里，在第一部分21a中设置了围绕着该第一部分21a的密封件23，例如O型密封圈，用于对顶部元件14的第二接触区域14b进行压力密封的封闭。在这里，该顶部元件14还包括第三区域14c，该第三区域在纵向方向(LR)上位于第二接触区域14b之上。该第三区域14c包括朝向第一部分21a的内侧14i，它定义了位于该内侧14i和密封锥体21的第一部分21a之间的在径向方向(RR)上的环形间隙15，以使得在该间隙15中，可以将夹紧螺母22z(作为从外安装在第一部分21a的固定件22)安装并且旋拧在密封锥体21上。其中，该第二接触区域14b在第三区域14c下面形成用于夹紧螺母22z的放置区域14z，从而使得该顶部元件14还借助于夹紧螺母22z经过压在颈状套管13上的放置区域14z被固定在封头1上。该夹紧螺母22z的形状和在密封锥体21的第二部分21b中的相配合的螺纹16可以由专业人员进行相应的设计。根据其它的实施例中，附加地或者可选地，本实施例中的顶部元件14的第二接触区域14b被旋拧在颈状套管13的外部形状上，其中这里，该顶部元件14被从上旋拧在颈状套管13上，直至第一接触区域14a直接接触到外侧12。在此，只要至少封头1的颈状套管13的塑料材料是软塑料材料，就可以包括自攻螺纹16，以用于旋拧该顶部元件14的第二接触区域14b。在这种情况下，颈状套管13的外部形状上没有设置螺纹。如果塑料材料对于自攻过于坚硬，则必须不仅在颈状套管13的外部形状上而且在第二接触区域14b的内部形状上设置相配合的螺纹。在密封锥体21上设置了阀体，用于往(从)压力容器中装入(排出)液体或者气体，该阀体可以包括相应的装入口和/或排出口、用于装入口和/或排出口的操作装置、以及可能的其他组件，例如压力显示器。
图3示出根据本发明的具有压力连接元件2的封头1的另外一个实施例，其中，在图2中示出的作为固定件22的夹紧螺母22z在这里被替换成弹簧圈22f。在此，顶部元件14的第二接触区域14b的内部形状依然沿着密封锥体21的第一部分21a延伸，并且在第一部分21a的对侧区域中具有凹槽14d，从外被安装在第一部分21a的固定件以弹性的弹簧圈22f(黑色圆形)的形式被安装在该凹槽中。密封锥体21的第一部分21a包括与该弹簧圈22f相配合的环形凹槽21e(这里完全被弹簧圈22f填满)，该环形凹槽位于沿着纵向轴(LR)的与其相配合的位置上，在密封锥体21沿着纵向轴(LR)被压入套管13中之后，弹簧圈22f卡在这个位置中，并且由此将密封锥体21以如这里所示的压力密封的压配合的方式固定在内轮廓13i中。如同图2，这里还附加地设置了密封圈23。关于密封圈的细节请看图2。
图4示出根据本发明的具有根据本发明的封头1的压力容器100的一个实施例。其中，该纤维加强的压力容器100包括由塑料材料制成的内容器110，该内容器具有筒状中部120和两个分别设置在该中部120的两侧的封头1、1`，它们封闭了该中部120的两侧。因为不仅该中部120而且还有该封头1、1`都是由塑料材料制成的，所以，可以使用通常的焊接技术将该封头1、1`压力密封地连接在该中部120上，由此完整地制造出内容器110。在制造出内容器110后，将在其上缠绕由纤维复合材料制成的外层，为了根据所需的用途加强该内容器110，从而使得最后制成的压力容器100具有抵抗压力负载所需的强度。
图5示出根据本发明的用于制造根据本发明的封头1的方法200的一个实施例。有关封头的实施细节也参见图1至3。该方法200包括：提供封头1的步骤210，该封头1具有用于随后地封闭该压力容器100的内侧11、用于在封闭了压力容器100之后缠绕纤维复合材料3的外侧12、以及由该外侧12向外伸出的开口的颈状套管13，该套管13具有内轮廓13i，用于随后导入作为压力连接元件2的一部分的密封锥体21；导入步骤220，即：将由金属制成的密封锥体21从该内侧13i导入该套管13中，直至第一部分21a向外从颈状套管13中伸出，其中，该密封锥体21包括第一部分21a和至少在该套管13的区域锥形地在该第一部分21a方向上逐渐变细的第二部分21b；以及制造压力密封的封闭的步骤，即：借助于从外安装在该第一部分21a上的固定件22，在密封锥体21和套管13的内侧13i之间制造出压力密封的封闭，该固定件将密封锥体以压力密封的压配合的方式固定在内轮廓13i中。在此，在一个实施例中，该方法200还可以包括顶部元件14的安装步骤230，即：将顶部元件14安装在颈状套管13上，用于阻止套管13的外部形状在径向方向(RR)上的变形，其中，该顶部元件14包括第一接触区域14a和第二接触区域14b，该第一接触区域14a呈面形地在颈状套管13的径向方向上沿着外侧12延伸，并且与外侧12的轮廓相配合，以用于缠绕纤维复合材料3，该第二接触区域14b具有与颈状套管13的外部形状相配合的内部形状。当从外安装在第一部分21a上的固定件22为夹紧螺母22z或者弹簧圈22f时，制造压力密封的封闭的制造步骤可以包括借助于从外旋拧在第一部分21a上的夹紧螺母22z在密封锥体21上生成拉力的步骤240，或者包括将密封锥体21压入套管13中的步骤250和随后的将弹簧圈22f卡入密封锥体21的环形凹槽21e的步骤255，其中，在步骤250中，密封锥体21在第一部分21a包括与该弹簧圈22f相配合的环形凹槽21e，该环形凹槽位于沿着纵向轴(LR)的与其相配合的位置上，在步骤255中，该弹簧圈22f被弹性地固定在位于顶部元件14的第二接触区域14b的内部形状中的凹槽14d中，该内部形状沿着密封锥体21的第一部分21a延伸。
图6示出根据本发明的用于制造根据本发明的纤维加强的压力容器100的方法300的一个实施例。该方法包括：提供由塑料材料制成的筒状中部21的步骤310；提供两个由塑料材料制成的封头1、1`用于封闭该中部120的步骤320，其中，封头1、1`中之一是根据本发明的封头1；将封头1、1`与该中部120焊接用来制造由塑料材料制成的内容器110的步骤330，其中，封头中包括具有已经连接的压力连接元件2的封头1；以及将纤维复合材料3缠绕内容器110用来制造纤维加强的压力容器100的步骤340。其中优选地，除了压力连接元件2，将内容器110的所有面都缠绕上纤维复合材料3。用于制造内容器110(塑料材料内容器)的焊接技术的优势是，它适用于少量、中量和大量的生产，因为预产品(挤压成型管(中部120)和注射成型封头1)的制造简单且低成本。该方法200的尤其合适之处在于，只有在此方法中，才可以从该封头1的两侧11和12安装压力连接元件2(或者阀体元件)，这在其他方法中是无法实现的。只要该封头1的两侧11、12还可以自由通达，就可以在焊接工艺前进行该操作。这在其他方法(滚塑或者气囊吹塑方法(Schlauchblasverfahren))中无法实现，或者只能通过套管13(封头开口)实现。
这里示出的实施例只展示了本发明的例子，因此不应该被理解为仅限于此。专业人员考虑到的实施例的变种同样被包括在本发明的保护范围中。
附图标记列表
1，1` 封头
11 封头内侧
12 封头外侧
13 由外侧伸出的颈状套管
13i 套管的内轮廓
13h 颈状套管的颈端
13r 颈端上的环形边缘
14 顶部元件
14a 顶部元件的第一接触区域
14b 顶部元件的第二接触区域
14z 用于夹紧螺母的第二接触区域的放置区域
14c 顶部元件的第三区域
14d 在第二接触区域的内轮廓中的凹槽
14i 顶部元件的第三区域的内侧
15 位于内侧14i和第一部分21a之间的间隙
16 螺纹(用于顶部元件或者夹紧螺母)
2 压力连接元件
21 密封锥体
21a 密封锥体的第一部分
21b 密封锥体的第二部分
21D 密封锥体的通道
21e 在密封锥体的第一部分中的环形凹槽
22 固定件
22f 弹簧圈用做固定件
22z 夹紧螺母用做固定件
23 密封件
24 阀体
3 由纤维复合材料制成的外层
100 根据本发明的压力容器
110 内容器
120 内容器的筒状中部
200 制造根据本发明的封头的方法
210 提供封头
220 将密封锥体导入套管中
230 将顶部元件安装在颈状套管上
240 借助于从外旋拧在第一部分的夹紧螺母在密封锥体上产生拉力
250 将密封锥体压入套管中
255 随后将弹簧圈卡入密封锥体的环形凹槽中
300 制造根据本发明的纤维加强的压力容器的方法
310 提供由塑料材料制成的筒状中部
320 提供两个由塑料材料制成的封头
330 将封头焊接在中部上
340 用纤维复合材料缠绕内部
A1 朝向内侧11的密封锥体的第一面
A2 朝向外侧12的密封锥体的第二面
FVM 纤维复合材料
LR 纵向方向
RR 径向方向
Z 筒状中部的筒轴

Claims (16)

1.一种封头(1)，用于压力密封地封闭压力容器(100)，其中，所述封头(1)包括用于随后地封闭所述压力容器(100)的内侧(11)、用于在封闭所述压力容器(100)之后缠绕纤维复合材料(3)的外侧(12)、和具有内轮廓(13i)的由所述外侧向外伸出的开口的颈状套管(13)，它们均由塑料材料制成，还包括连接在所述套管(13)上的压力连接元件(2)，用于封闭所述套管(13)，其中，所述压力连接元件(2)包括由金属制成的密封锥体(21)，所述密封锥体(21)具有穿过所述套管(13)向外伸出的第一部分(21a)和至少在所述套管(13)的区域中锥形地在所述第一部分(21a)的方向上逐渐变细的第二区域(21b)，所述密封锥体(21)借助于从外安装在所述第一部分(21a)上的固定件(22)以压力密封的压配合的方式被固定在所述内轮廓(13i)中。
2.根据权利要求1所述的封头(1)，其特征在于，所述内轮廓(13i)至少在所述套管(13)的区域中锥形地向外沿着所述套管(13)逐渐地变细，其中，所述的锥形内轮廓(13i)与所述的锥形的第二部分(21b)相配合，优选地，两者准确地相配合，优选地，所述套管(13)的锥形内轮廓(13i)由所述内侧(11)延伸至所述外侧(12)上的颈端(13h)。
3.根据权利要求1或2所述的封头(1)，其特征在于，所述密封锥体(21)的所述第二部分(21b)从所述套管(13)中伸出于所述内侧(11)之上。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的封头(1)，其特征在于，所述封头(1)还包括顶部元件(14)，用于安装在所述颈状套管(13)上，其中，所述顶部元件(14)包括第一接触区域(14a)和第二接触区域(14b)，所述第一接触区域(14a)呈面形地在所述颈状套管(13)的径向方向上沿着所述外侧(12)延伸，并且与所述外侧(12)的轮廓相配合，用于缠绕纤维复合材料(3)，所述第二接触区域(14b)的内部形状与所述颈状套管(13)的外部形状相配合，从而使得所述第二接触区域(14b)阻止了所述颈状套管(13)的外部形状在径向方向(RR)上的变形。
5.根据权利要求4所述的封头(1)，其特征在于，所述套管(13)的外部形状在所述颈端(13h)上包括环形边缘(13r)，并且所述第二接触区域(14b)至少部分地覆盖所述环形边缘(13r)，从而还在垂直于径向方向(RR)的方向上阻止了所述套管(13)的外部形状的变形。
6.根据权利要求5所述的封头(1)，其特征在于，所述第二接触区域(14b)还沿着所述密封锥体(21)的所述第一部分(21a)延伸，其中，所述第一部分(21a)包括被合适地设置的、并且围绕着所述第一部分(21a)的密封件(23)，用于对所述顶部元件(14)的所述第二接触区域(14b)进行压力密封的封闭。
7.根据权利要求4-6中任意一项所述的封头(1)，其特征在于，从外被安装在所述第一部分(21a)上的固定件(22)是被旋拧在所述第一部分(21a)上的夹紧螺母(22z)，所述第二部分(21b)被所述夹紧螺母(22z)挤压入所述内轮廓(13i)中，用来实现压力密封的封闭。
8.根据权利要求7所述的封头(1)，其特征在于，所述顶部元件(14)还包括在纵向方向(LR)上位于所述第二接触区域(14b)之上的第三区域(14c)，所述第三区域(14c)包括朝向所述第一部分(21a)的内侧(14i)，其中，所述第三区域(14c)的所述内侧(14i)被设置成，在所述内侧(14i)和所述密封锥体(21)的所述第一部分(21a)之间的径向方向(RR)上形成环绕的间隙(15)，其中，所述间隙(15)被用于和被设计成容置所述夹紧螺母(22)。
9.根据权利要求4-6中任意一项所述的封头(1)，其特征在于，所述顶部元件(14)的所述第二接触区域(14b)的内部形状沿着所述密封锥体(21)的所述第一部分(21a)延伸，并且所述内部形状在所述第一部分(21a)的对侧区域中具有凹槽(14d)，从外被安装在所述第一部分(21a)上的固定件(22)以弹性的弹簧圈(22f)的形式被设置在所述凹槽(14d)中，并且所述密封锥体(21)的所述第一部分(21a)包括与所述弹簧圈(22f)相配合的环形凹槽(21e)，所述环形凹槽(21e)位于沿着纵向轴(LR)的相配合的位置上，在所述位置中，在将所述密封锥体(21)压入所述套管(13)中之后，所述弹簧圈(22f)卡在其中，并且由此将所述密封锥体(21)以压力密封的压配合的方式固定在所述内轮廓(13i)中。
10.根据权利要求4-9中任意一项所述的封头(1)，其特征在于，所述顶部元件(14)的所述第二接触区域(14b)被旋拧在所述颈状套管(13)的外部形状上，优选地，所述顶部元件(14)和所述颈状套管(13)被设计成，所述顶部元件(14)被从上旋拧在所述颈状套管(13)上，直至所述第一接触区域(14a)直接接触到所述外侧(12)。
11.根据权利要求10所述的封头(1)，其特征在于，至少所述封头(1)的所述颈状套管(13)的塑料材料是软塑料材料，并且所述顶部元件(14)的所述第二接触区域(14b)设有螺纹(16)，用于被自攻地旋拧在所述封头(1)上。
12.一种纤维加强的压力容器(100)，包括由塑料材料制成的内容器(110)和缠绕在所述内容器(110)上的由纤维复合材料(3)制成的外层，所述内容器(110)包括筒状中部(120)和两个分别在两侧封闭所述中部(120)的封头(1,1`)，其中，所述封头之一为根据权利要求1所述的封头(1)。
13.一种制造如权利要求1所述的封头(1)的方法(200)，所述封头(1)由塑料材料制成，并用于压力密封地封闭压力容器(100)，包括以下步骤：
-提供(210)所述封头(1)，所述封头(1)具有用于随后地封闭所述压力容器(100)的内侧(11)、用于在封闭所述压力容器(100)之后缠绕纤维复合材料(3)的外侧(12)、以及具有内轮廓(13i)的从所述外侧(12)向外伸出的开口的颈状套管(13)，用于随后导入作为压力连接元件(2)的一部分的密封锥体(21)；
-将由金属制成的密封锥体(21)从所述内侧(13i)导入(220)所述套管(13)中，直至第一部分(21a)向外从所述颈状套管(13)中伸出，其中，所述密封锥体(21)包括所述第一部分(21a)和至少在所述套管区域(13)中锥形地在所述第一部分(21a)的方向上逐渐变细的第二部分(21b)；
-借助于从外安装在所述第一部分(21a)上的固定件(22)，在所述密封锥体(21)与所述套管(13)的内侧(13i)之间制造出压力密封的封闭，所述固定件(22)以压力密封的压配合的方式将所述密封锥体固定在所述内轮廓(13i)中。
14.根据权利要求13所述的方法(200)，还包括将所述顶部元件(14)安装在所述颈状套管(13)上的步骤(230)，用来阻止所述套管(13)的外部形状在径向方向(RR)上的变形，其中，所述顶部元件(14)包括第一接触区域(14a)和第二接触区域(14b)，所述第一接触区域(14a)呈面形地在所述颈状套管(13)的径向方向上沿着所述外侧(12)延伸，并且与所述外侧(12)的轮廓相配合，用于缠绕纤维复合材料(3)，所述第二接触区域(14b)具有与所述颈状套管(13)的外部形状相配合的内部形状。
15.根据权利要求14所述的方法(200)，其中，作为从外安装在所述第一部分(21a)上的所述固定件(22)是夹紧螺母(22z)或者弹簧圈(22f)，制造压力密封的封闭的步骤包括：
-借助于从外旋拧在所述第一部分(21a)的夹紧螺母(22z)在所述密封锥体(21)上产生(240)拉力；
或者
-将所述密封锥体(21)压入(250)所述套管(13)中，其中，所述密封锥体的所述第一部分(21a)在相配合的位置沿着纵向方向(LR)上包括与所述弹簧圈(22f)相配合的环形凹槽(21e)，并且所述弹簧圈(22f)随后卡入(255)所述密封锥体的所述环形凹槽中，其中，所述弹簧圈(22f)被弹性地固定在所述顶部元件(14)的所述第二接触区域(14b)的内部形状中的凹槽(14b)中，所述内部形状沿着所述密封锥体(21)的所述第一部分(21a)延伸。
16.一种制造根据权利要求12所述的压力容器(100)的方法(300)，包括以下步骤：
-提供(310)由塑料材料制成的筒状中部(120)；
-提供(320)两个由塑料材料制成的封头(1，1`)，用于封闭所述中部(120)，其中，所述封头(1，1`)中至少一个是根据权利要求1所述的封头(1)；
-将所述封头(1，1`)焊接(330)在所述中部(120)上，用来制造由塑料材料制成的内容器(110)，其中，所述封头(1，1`)中包括具有已经连接的压力连接元件(2)的封头(1)；以及
-将纤维复合材料(3)缠绕(340)在所述内容器(110)上，用来制造纤维加强的压力容器(100)。
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