CN110249170B - 高压密封 - Google Patents

Abstract

一种用于制造组件的方法，所述组件包括热塑性内衬(7)、凸台(1)、密封元件(3)和压缩元件(4)，其中所述方法至少包括以下步骤：1)通过将所述密封元件定位到所述凸台上并将所述压缩元件(4)紧固在所述密封元件(3)周围来形成凸台子组件(5)，以使得所述密封元件(3)被压缩到所述凸台(1)上(S01)，所述压缩元件(4)至少部分地由与所述热塑性内衬化学相容的热塑性材料制成；2)将所述凸台子组件(5)置入模具(6)中用于模制所述热塑性内衬(7)(S02)；3)模制所述热塑性内衬(7)，并在所述模制期间将所述凸台子组件(5)附接到所述热塑性内衬(7)(S03)，其中在所述模制期间所述压缩元件(4)至少部分地与所述热塑性内衬(7)焊接。

Description

高压密封

技术领域

本发明涉及压力容器。具体地，本发明涉及用于压力容器的组件和制造所述组件的方法。更具体地，它涉及包括凸台(boss)、密封元件、压缩元件和热塑性内衬(liner)的组件。

背景技术

某些车辆使用压缩气体特别是氢气作为燃料。通常地，这样的车辆配备有复合材料压力容器。通常地，该复合材料压力容器包括用于储存氢气的内衬。例如，围绕着该内衬设有外部丝线缠绕。所述丝线缠绕可以以缠绕在内衬外的碳纤维丝线复合材料的形式出现。通常地，该内衬在该内衬一端配备有凸台。“凸台”应被理解为通常由金属制成的用于接收比如阀门等配件的这样的部件。

期望在内衬和凸台之间具有密封接触以满足渗透性标准和环境要求。

已知有多种用于制造在内衬和凸台之间的分界(interface)处具有低渗透性的这样的压力容器的方法。US 7,556,171公开了一种包括内衬和凸台的压力容器。该内衬由注塑模制制成。该内衬包括入口端，该入口端具有分成两半的垫圈。该凸台包括密封件。该凸台被压入装配在所述内衬上并被定位为使得密封件被垫圈压紧。

存在一个不变的目标是确保凸台和内衬之间的分界处的紧密性。本发明的目的为提供一种解决方案，其确保凸台和内衬的紧密分界。

发明内容

本发明的首要目的是提供一种包括内衬、凸台、密封元件和压缩元件的组件，一种用于制造包括热塑性内衬、凸台、密封元件和压缩元件的所述组件的方法，以及一种包括所述组件的允许确保凸台和内衬之间分界的密封性的压力容器。

根据第一方面，提供一种用于制造组件的方法，所述组件包括热塑性内衬、凸台、密封元件和压缩元件，其中所述方法至少包括以下步骤：

1)通过将所述密封元件定位到所述凸台上并将所述压缩元件紧固在所述密封元件周围，来形成凸台子组件，以使得所述密封元件被压缩到所述凸台上(S01)，所述压缩元件至少部分地由与热塑性内衬化学相容的热塑性材料制成；

2)将凸台子组件置入模具中用于模制热塑性内衬(S02)；

3)模制所述热塑性内衬，并在所述模制期间将所述凸台子组件附接到所述热塑性内衬(S03)，其中在所述模制期间所述压缩元件至少部分地与所述热塑性内衬焊接。

由此，用S01、S02、S03限定方法的步骤1、2、3。

本发明的思路是提供一种双阶段密封。在形成所述凸台子组件的步骤(S01)结束时在所述凸台、所述密封元件和所述压缩元件之间提供第一密封阶段，而在模制步骤(S03)结束时在所述压缩元件和所述内衬之间提供第二密封阶段。第一密封阶段是通过将密封元件压缩在所述凸台和所述压缩元件之间实现的。第二密封阶段是通过将所述热塑性内衬与所述压缩元件焊接实现的。而且，在所述内衬的模制和出现所述内衬的收缩使得所述压缩元件和所述凸台之间的接触更加紧密之后，就获得了所述凸台和所述压缩元件之间严密的密封。

更准确地说，第一密封阶段通过利用一个或多个压缩元件将一个或多个密封件压缩到所述凸台上来获得。所述密封元件的压缩操作在所述内衬的制造前实施。在一个优选的实施例中，所述密封元件为O型环，所述O型环由能够承受压缩应力却不涉及塑性变形的材料制成，比如弹性体。

在第一特定的实施例中，压缩元件是管状的。在该第一特定的实施例中，形成所述凸台子组件的步骤(S01)包括：优选地通过将O型环装配到所述凸台上来将所述密封元件定位到所述凸台上，并通过围绕所述凸台滑动具有管状形状的压缩元件来将所述压缩元件紧固在所述密封元件周围，使得具有管状形状的压缩元件围绕着所述O型环。具有管状结构的压缩元件的尺寸被设置为使得当所述压缩元件被放置在所述密封元件周围时，所述密封元件被压缩。为了达到最佳的压缩，必须要理解的是具有管状形状的压缩元件的内直径大致上等于接纳至少一个密封元件的凸台部分的外直径。通过“大致上等于”应理解机械公差有助于将所述压缩元件装配到所述凸台上。

在第二实施例中，所述压缩元件仍然为管状，但所述密封元件和所述压缩元件被置于所述凸台内部而不是外部。在这个实施例中，形成所述凸台子组件的步骤(S01)包括：优选地通过将O型环装配到所述凸台的开口中来将所述密封元件定位在所述凸台的内部，并通过将具有管状结构的压缩元件滑动至所述凸台中来将具有管状结构的压缩元件紧固到所述O型环中，以使得具有管状形状的压缩元件进入所述O型环当中。具有管状形状的压缩元件的尺寸被设置为使得当所述压缩元件被置于所述密封元件当中时，所述密封元件被压向所述凸台的内表面。为了达到最佳的压缩，必须要理解的是具有管状形状的压缩元件的外直径大致上等于接纳至少一个密封元件的凸台部分的内直径。“大致上等于”指的是机械公差有助于将所述压缩元件装配到所述凸台内部。

在第三特定实施例中，所述压缩元件是夹紧元件。在第一特定实施例中，形成凸台子组件的步骤(S01)包括：通过使所述夹紧元件啮合来将所述密封元件定位到所述凸台上，并通过S闭合所述夹紧元件到所述密封元件上来将所述压缩元件紧固在所述密封元件周围，该闭合操作通过将条带拉紧穿过夹紧元件的头部以使得所述夹紧元件的直径减小而引起所述密封元件的压缩。在一个特定的实施例中，所述夹紧元件是包括一系列沿着条带规则间隔开的内部嘴的这样的塑料夹件。所述内部嘴之间的间距使得在闭合期间所述塑料夹件的直径减小具有灵活度。所述夹紧元件的直径减小引起所述密封元件的压缩。

在热塑性内衬的模制和在模制期间将凸台子组件附接到热塑性内衬的步骤(S03)之后，凸台和压缩元件之间严密的密封就通过内衬的模制和收缩实现，所述内衬的模制和收缩使得压缩元件和凸台之间的接触更加紧密。必须对与将压缩元件装配到凸台上有关的机械公差进行调整，以使得本领域技术人员能够执行与氢动力机动车有关的符合EU406/2010法规的泄漏测试而获得正面的结果。因此，压缩元件被以紧密的方式和低的机械公差置于接纳至少一个密封元件的凸台部分上。被压缩的密封元件确保凸台和压缩元件之间的密封。

更准确地说，在模制步骤结束时，压缩元件和内衬之间的焊接分界引发第二密封阶段。因此，焊接分界的创建在内衬的模制期间进行。有利地，所述压缩元件由与所述内衬的材料相容的材料制造。换句话说，压缩元件的材料可以以紧密不漏的方式与内衬的材料结合。通过将形成内衬的熔融热塑性塑料引入加热压缩元件的热塑性材料的模具中来形成所述焊接分界。被加热的所述热塑性压缩元件的外表面达到熔融状态。在模制阶段，形成内衬的熔融热塑性塑料被压缩到压缩元件的熔融热塑性塑料上。这两种热塑性塑料的所述压缩在熔融阶段有化学亲和力，从而通过自粘实现塑料的粘合。一旦实施了焊接分界，就在压缩元件和内衬之间获得密封不漏的分界。

一旦由熔融热塑性塑料制作的所述内衬凝固，会发生收缩现象。所述收缩引起在压缩元件上的压缩力。因此该压缩力被压缩元件转移到密封元件上，这确保了凸台和压缩元件之间更紧密的分界。

因此所述方法包括双阶段密封，从而改进了凸台和内衬之间分界的密封性。另外，所述方法提供对密封元件的更多控制的压缩，这涉及将内衬的凝固作为额外的压缩力。

根据本发明的用于获得包括凸台、密封元件、压缩元件和内衬的组件的方法可以被快速地制造，因为所述凸台与所述内衬的定位和附接是在所述内衬形成期间获得的。

术语“内衬”指的是以密封不漏的方式储存气体介质的空心体。在一个优选的实施例中，气体介质为氢气。在一个更优选的实施例中，所述内衬由相对于氢气具有低渗透性的热塑性材料制成。

术语“凸台”指的是至少一个配件的接纳装置。在一个特定的实施例中凸台由金属材料制成，在一个优选的实施例中所述凸台由铝制成。

在一个优选的实施例中，凸台包括用来接纳密封元件的至少一个专用部分。所述至少一个专用部分由在凸台上包覆模制内衬的区域限定。所述专用部分接纳至少一个凹槽。所述至少一个凹槽相对于凸台的外表面沿着径向方向朝内延伸。所述至少一个凹槽优选地被设置于接纳阀门的凸台的圆柱形部分上。

在本发明中，密封元件被定义为在凸台和压缩元件之间提供紧密接触的这样的元件。所述紧密接触避免凸台和压缩元件之间的气体泄漏。

在一个优选的实施例中，所述密封元件被装配在凹槽中，所述凹槽被设置在凸台的专用部分上用于接纳所述密封元件。在一个特定的实施例中，所述密封元件能够承受压缩而不发生塑料形变。在一个更特定的实施例中，所述密封元件由弹性体制成。在一个特定的实施例中，密封元件是O型环。

在本发明中，压缩元件被定义为以紧固方式放置在密封元件周围的这样的压缩装置。所述“以紧固方式放置”应理解为以机械方式将压缩元件装配到接纳密封元件的凸台部分上并压缩所述密封元件。所述机械装配引起对密封元件的压缩。优选地，压缩元件是一体式压缩元件。表达方式“一体式压缩元件”意在表示压缩元件是单体的，并非得自用于制造根据本发明的组件的方法期间获得的多个元件的组装。

应注意，在权利要求书中使用的术语“包括”不应被解读为局限于随后列举出的装置；它不排除其他元件或步骤。因此它应该被解读为说明所述特征、整数、步骤或组件的存在作为引用，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤或组件或其组合的存在或添加。因此，表达方式“一种包括装置A和B的设备”的范围不应该被限定为仅由部件A和B组成的设备。其意思为针对本发明而言，该设备的相关部件仅仅为A和B。

也应注意到表达方式“组件包括凸台、密封元件、压缩元件和热塑性内衬”不应该被解读为限制组件包括一个凸台、一个密封元件、一个压缩元件和一个热塑性内衬；其不排除组件包括至少一个凸台、至少一个密封元件、至少一个压缩元件和至少一个热塑性内衬。

在一个优选的实施例中，压缩元件的刚度比用于密封元件的材料的刚度高。

在一个特定的实施例中，所述压缩元件具有管状形状，以使其能够装配到接纳密封元件的凸台的圆柱形部分上。

在一个特定的实施例中，具有管状形状的压缩元件的内部的直径大致上等于包括凹槽的凸台的圆柱形部分的外直径。如前文所述，通过“大致上等于”应理解机械公差有助于将压缩元件装配到凸台上，并且在产生了内衬的模制和所述内衬的收缩使得压缩元件和凸台之间的接触更加紧密之后，该机械公差就确保凸台和压缩元件之间严密的密封。必须对与该装配有关的所述机械公差进行调整，以使得本领域技术人员能够执行与氢动力机动车有关的符合EU406/2010法规的泄漏测试。

在一个优选的实施例中，压缩元件包括由热塑性塑料制成的外表面。在一个特定的实施例中，压缩元件整体由热塑性塑料制成。在另一个特定的实施例中，压缩元件包括由不同材料制作的内和外表面。在一个特定的实施例中，所述外表面将由热塑性塑料的混合物制成。

在本发明中，“在所述至少一个密封元件周围紧固一个压缩元件”应被理解为以紧密的方式保持压缩元件至少部分地围绕着密封元件。在一个特定的实施例中，以紧密的方式将压缩元件保持在密封元件的整个周长上。

以紧密方式保持的所述压缩元件引起对密封元件的压缩。因此，密封元件被保持在压缩的形状。所述压缩的形状意味着密封元件的宽度被限制在凸台上的凹槽的深度。

在特定的实施例中，接收压缩元件的凸台元件的表面包括肩部，使得一旦压缩元件滑动并被按压到凸台上时该压缩元件就被紧固，以限制所述压缩元件在平移下的活动。

凸台子组件由凸台、至少一个密封元件和至少一个压缩元件限定。所述密封元件和所述压缩元件机械地互锁在凸台上。所述子组件在内衬模制之前被放置于模具中。

在此“放置”应被理解为在模制阶段将至少一个子组件置于模具内，以获得包括热塑性内衬和至少一个附接到所述内衬的凸台的这样的组件。在一个优选的实施例中，所述凸台子组件被放置在内衬的开口端部上。

在此“化学相容”由两种能被焊接的化学物质定义。

在一个特定的实施例中，两种热塑性物质的焊接可以被理解为在自粘现象发生处两种熔融热塑性塑料被压在一起。这种自粘是描述跨越热塑性聚合物表面的分子间扩散和链纠缠形成强键的现象。与依靠在相似或不相似的材料之间的表面能量(或次化学键)的粘合不同，自粘依赖相似材料的聚合物链的链纠缠和二次键。在理想的状态下，当分界不再能从主体辨别时，扩散完成。

在分界处达到热塑性聚合物与热塑性聚合物的接触之后，则需要分子间扩散和纠缠以完成该过程并形成良好的焊接。

内衬的热塑性材料可以例如由聚烯烃(特别是高密度聚乙烯(HDPE))、热塑性的聚酯、聚酮、聚酰胺或共聚物制成。优选地，内衬由聚乙烯(PE)、聚酰胺(PA)或聚酰胺与聚邻苯二酰胺(PPA)的混合物(被称为“PA/PPA混合物”)制成。

此外，材料可以被纤维强化，所述纤维比如是碳纤维、玻璃纤维、浸渍在热塑性塑料基体(比如聚碳酸酯(PC))中的芳纶或者与碳纤维结合使用的一系列基体材料，所述一系列基体材料比如是聚醚酰亚胺(PEI)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚砜(PES)和聚苯硫醚(PPS)。

“与内衬附接的一个凸台”在此由通过化学或机械的方式结合的凸台和内衬定义。在一个特定的实施例中，对金属凸台施加化学或机械表面处理，以便改善凸台和内衬的直接接触。在一个更特定的实施例中，与内衬接触的凸台表面通过化学蚀刻、激光雕刻、等离子或使用粘合剂加以处理，以便通过机械互锁、化学亲和力或化学键来改善结合。所述化学蚀刻或激光雕刻在处理过的表面上提供微孔隙，优选地在金属凸台和热塑性内衬之间的金属塑料结合。在模制步骤期间，所述微孔隙被填满熔融热塑性塑料。一旦所述热塑性塑料凝固，所述内衬与凸台通过机械互锁而结合。另一方面，等离子处理能使内衬和所述凸台之间的化学亲和力成为可能。

在一个优选的实施例中，模制步骤(S03)优选地包括塑料吹塑模制步骤或注塑模制步骤。获得内衬的模制步骤(S03)可以涉及任何其它模制方法，其中凸台子组件可以被引入模具中并在模制(例如包覆模制或滚塑模制阶段)与内衬附接。在所述模制步骤期间，形成内衬的熔融热塑性塑料在至少一个凸台部分周围流动，所述至少一个凸台部分上定位有至少一个密封元件和至少一个压缩元件。在所述模制过程中，需要将形成内衬的流动热塑性塑料压到压缩元件的预热的热塑性外表面上以实现焊接。所述压缩元件外表面的预热可以在不同的时刻实现，例如在转送凸台子组件到模具之前、在将所述组件转移到模具期间或在随后就关闭模具以实现内衬模制时。在转移期间或关闭模具之前实现预热是有利的，因为将外表面维持在某个温度水平以保持半固体的状态所需的能量较少。

在一个更优选的实施例中，所述预热在随后就关闭模具时实施，以这种方式在转移至模具时不需要在凸台子组件周围的热源。一旦被定位到模具中，凸台子组件可以被局部地预热，以便使由热塑性塑料制造的压缩元件的外表面达到足够的温度，使得与内衬的焊接可以发生。

在一个替选的实施例中，压缩元件的外表面包括至少一个凸片。所述至少一个凸片与由热塑性塑料制成的熔融内衬接触，所述凸片能容易地在压缩元件和内衬之间融合(meld)和产生焊接。因此，不再需要压缩元件的预热。至少一个凸片与形成内衬的热塑性塑料的融化保证在压缩元件和内衬之间密封不漏的分界。

在一个优先的实施例中，所述至少一个凸片沿径向向外延伸2.0mm，宽度为0.5mm。

在一个优选的实施例中，密封元件是弹性体密封元件。密封元件优选地由柔软的塑料制成，所述柔软的塑料可以在不涉及塑性变形的情况下经历压缩变形。因此，密封元件通过沿轴向延伸来对径向的压缩作出反应，而不涉及所述密封元件的永久塑性变形。(在此应理解径向指凹槽的取向。由此轴向指相对于所述凹槽宽度的方向。)因此，弹性体是一种优选使用的材料，以保证密封元件和与该密封元件没有化学相容性的另一元件(比如凸台和压缩元件)之间的紧密接触。

在一个特定的实施例中，密封元件具有环状形状，以装配在位于凸台上的凹槽中。在一个更特定的实施例中，所述具有环状形状的密封元件有椭圆形的横截面。

在一个示例实施例中，凸台包括被压缩元件压缩的两个密封元件。

在一个特定的实施例中，至少需要两个密封元件来避免压强泄漏和减少气体渗透，在一个特定的实施例中减少氢气渗透。

在一个特定的实施例中，相对于凸台最靠内放置的所述密封元件被用来避免压强泄漏。作为压强泄漏屏障的所述密封元件优选地由丁腈橡胶制成。

在另一个特定的实施例中，相对于凸台最靠外放置的所述密封元件被用来减少流体渗透。所述密封元件优选地由丁基橡胶制成。

两个密封元件可由下列不同构造的压缩元件压缩：

-在第一实施例中，对应不同的密封元件的两个压缩元件是相似的。在此，相似的压缩元件可以理解为由同样的材料制作、有相同的刚度和相同的形状。因此，可以将相似理解为压缩元件是一致的。由压缩元件引起的并作用在每个密封元件上的压缩力是一致的，与用于所述密封元件的材料无关。

-在第二实施例中，对应不同密封元件的两个压缩元件可以具有不同的材料和/或刚度。用于如第一实施例中描述的每个密封元件的压缩元件被认为具有不同的刚度或材料。因此，由性质不同的至少两个压缩元件施加的压缩力是不同的。对于一个特定实施例，针对与压强泄漏和气体渗透有关的功能，可能需要这种压缩力的差异。在一个特定的实施例中，所述不同的压缩力可以根据其性质的不同而获得密封元件的相同宽度压缩。

-在第三实施例中，所述压缩元件压缩至少两个密封元件。被围绕至少两个密封元件放置的压缩元件马上实施同样的压缩。利用压缩元件覆盖至少两个密封元件是有利的。所述压缩元件沿轴向方向延伸。所述压缩元件提供在凸台大致圆柱形的部分上更好的装配，其中具有改善的机械公差。由于机械公差导致的压缩元件(被看作轴承)和至少一个凸台部分(被看作轴杆)之间的位移被减小，在所述至少一个凸台部分处放置所述至少两个密封元件。所述压缩元件可以减少在所述压缩元件的装配期间与工具或机械设备的振动或有害移动有关的定位问题。所述压缩元件确保与至少两个密封元件更好的接触表面，并因此确保更好的应力施加。

在一个特定的实施例中，所述压缩元件可以被置于至少两个密封元件周围，所述至少两个密封元件需要不同的压缩力。为了解决这个问题，提出了提供一种压缩元件，该压缩元件在密封元件需要被施加更高压缩力的位置处具有略小的直径。例如，如果我们考虑压缩元件覆盖两个密封元件，所述压缩元件具有圆锥形的管状形状。与被置于压缩元件另一端的另一密封元件相比，该圆锥形的管状形状允许更用力地压缩被置于直径减小处的密封元件。

所述压缩元件可以以不同的方式装配到凸台的大致圆柱形的部分上，所述不同的方式是本领域技术人员已知的。例如，在一个特定的实施例中，压缩元件是通过手动装配、按压装配或由任何其它机械装置装配的。压缩元件必须以紧密的方式装配到密封元件和凸台上。

在一个优选的实施例中，压缩元件包括热塑性外表面。在所述发明中，提出将压缩元件与内衬焊接。所述内衬由热塑性塑料制成，需要所述压缩元件的外表面用与所述内衬的热塑性塑料化学相容的材料制成。因此优选也使用热塑性材料作为压缩元件的外表面，以进行与内衬的焊接。该材料可以例如由聚烯烃(特别是高密度聚乙烯(HDPE))、热塑性聚酯、聚酮、聚酰胺或共聚合制成。同样有利地用纤维强化该材料以避免变形。因此，该材料可以被纤维强化，所述纤维比如是碳纤维、玻璃纤维、浸渍在热塑性塑料基体(像聚碳酸酯(PC))中的芳纶纤维或者与碳纤维结合使用的一系列基体材料，所述一系列基体材料比如是聚醚酰亚胺(PEI)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚砜(PES)和聚苯硫醚(PPS)。

为了能实现所述焊接，需要预热所述热塑性材料。由热塑性塑料制成的所述外表面的预热使焊接的实现变得容易，这是因为在熔融状态的两种热塑性塑料会互相挤压。将在熔融阶段的压缩元件的热塑性塑料和内衬的热塑性塑料一起压入到模具中，会发生自粘现象。所述现象提供所述两种热塑性材料之间的焊接。

在一个特定的实施例中，所述外表面具有大致圆柱形的形状。“具有大致圆柱形的形状”应理解为压缩元件至少部分是圆柱形的。在一个优选的实施例中，所述压缩元件是管状的，其中所述压缩元件的内表面和外表面是圆形的。

在一个特定的实施例中，所述至少一个压缩元件包括至少两种不同的材料。所述压缩元件包括内表面和外表面。所述内表面可以由与所述外表面使用的不同的材料制成。所述压缩元件的外表面由热塑性塑料制成。所述内表面可以由具有比所述外表面更高刚度的材料制成。使得所述内表面的材料对密封元件提供的压缩力比所述外表面的材料提供的压缩力更大。

在所述至少两种材料没有化学相容性的情况下，可以提供表面处理以降低在材料不具备化学相容性的所述内表面和外表面之间的渗透性。

在一个优选的实施例中，压缩元件的外表面全部与热塑性内衬焊接。所述压缩元件的外表面整个地与内衬焊接提供了在所述压缩元件的整个外围上的焊接。所述在整个外围上的焊接提供了在内衬和压缩元件之间的密封不漏的分界。所述焊接使得所述压缩元件和所述内衬形成单个元件。

在一个优选的实施例中，所述密封元件在径向上被压缩至少20％。所述密封元件首先被压缩元件压缩，然后被内衬的收缩压缩，由此提供两步压缩。所述两步压缩引起对密封元件在径向上的力。所述力导致对密封元件的压缩。在被所述两步压缩压缩之后，对所述密封元件的压缩引起所述密封元件的宽度减小至少20％。在此，应理解宽度参照的是径向。所述密封元件在其宽度上的压缩通过在高度上的扩展得以补偿，因此在其高度上的密封延伸将获得覆盖凹槽整个宽度的密封元件。因此，所述密封元件与凹槽的每个轮廓都形成紧密的接触。密封元件与凹槽轮廓的所述紧密接触提供了在凸台和压缩元件之间的紧密分界。

在一个优选的实施例中，压缩元件的热塑性外表面被预热并达到准固体(quasi-solid)状态。由热塑性塑料制成的所述压缩元件的外表面被预热，以有利于与热塑性塑料制成的内衬的焊接分界。所述预热的温度比压缩元件的外表面上的热塑性塑料的融化温度低大约10摄氏度。因此，所述热塑性塑料不是完全处于熔融阶段，而是处于准固体阶段。考虑到使所述压缩元件的热塑性外表面达到熔融状态的额外热能将由形成内衬的熔融热塑性塑料提供。

考虑到准固体或半固体在物理学中指的是处于沿着固态和液态之间的分界的这样的成分。

在一个优选的实施例中，压缩元件材料的刚度比热塑性内衬的刚度高。期望所述压缩元件的较高刚度能够使得在形成内衬的材料形成与压缩元件的接触之后压缩元件不会发生过度变形。因此，在形成内衬的材料被压到压缩元件上之后，期望在接纳密封元件的凹槽中不会推挤压缩元件的半熔融热塑性塑料或使其弯曲。

本发明还提供一种复合材料压力容器，所述压力容器包括热塑性内衬、凸台、被定位到凸台上或凸台内并且被压缩到凸台上或凸台内的密封元件，所述压力容器还包括紧固在密封元件周围或内部的热塑性压缩元件，所述热塑性密封元件至少部分地与热塑性内衬焊接。

在优选的实施例中，所述容器可以具有至少一个以下特征：

所述密封元件是弹性体密封元件；

所述密封元件在径向上被压缩至少20％；

所述压缩元件的材料的刚度值比所述热塑性内衬的材料的刚度值高；

所述压缩元件包括至少两种不同的材料；

所述热塑性压缩元件包括热塑性外表面；

所述压缩元件的外表面包括至少一个凸片；

所述外表面包括与凸台的主轴线相对的部分和面向所述主轴线的部分，该与主轴线相对的部分全部与所述内衬焊接；

所述外表面包括与凸台的主轴线相对的部分和面向所述主轴线的部分，该面向所述主轴线的部分全部与所述内衬焊接；

包括内衬、压缩元件、密封元件和凸台的部件被沿着垂直于凸台的主轴线的轴线并置。

包括凸台子组件和内衬的组件可以通过包括限定生产所述组件或所述子组件的结构的方法的任何前述实施例来制造。

更通常而言，包括凸台子组件和热塑性内衬的组件可以被用于制造任何压力容器。

在一个优选的实施例中，在模制步骤(S03)，在纵向上自由焊接所述压力容器。期望在内衬的模制期间，在纵向上自由焊接热塑性内衬，使得所述压力容器在冷却之后就能够利用热塑性内衬收缩的好处。热塑性内衬的所述收缩保证压力容器更紧密的密封，这是因为该收缩引起由凝固的热塑性内衬施加到压缩元件上的压缩力。

附图说明

图1是示出使用注塑模制来制造凸台子组件以及包括该凸台子组件和热塑性内衬的组件的方法的截面图。

图2是示出使用吹塑模制来制造包括凸台子组件和热塑性内衬的组件的方法的截面图。

图3是揭示压缩元件的横截面图。

图4是不同的压缩元件构造的视图，这些构造针对接纳两个密封元件的凸台的管状部分。

图5是包括凸片的压缩元件的局部横截面图。

图6是由图1的方法获得的压力容器的横截面图。

图7是示出通过第二实施方式获得的使用注塑模制来制造凸台子组件以及包括该凸台子组件和热塑性内衬的组件的第二方法的截面图。

图8是由图7的方法获得的压力容器。

具体实施方式

图1A示出凸台1。在一个特定的实施例中，凸台1包括接纳配件的管状部分14。在一个优选的实施例中，所述配件为阀门(没有在图中示出)。接纳阀门的所述管状部分14包括至少一个凹槽2，所述凹槽沿径向向外延伸。在一个优选的实施例中，所述凸台1由金属材料制成以耐受高压。在一个优选的实施例中，用于所述凸台1的金属材料为铝。

图1B示出包括至少一个凹槽的凸台，密封元件3被置于所述凹槽内。所述密封元件的形状为环状以适配在凹槽内。密封元件3的材料优选为弹性体。弹性体密封元件3优选为在工业用途中通常用作密封元件3的O形环。弹性体O形环密封件具有广泛的使用条件，这使得O形环成为静态和动态密封功能的理想选择。它在表面相对粗糙的成品上密封的能力为密封问题提供了一种经济的解决方案。弹性体O形环能够在压缩下经历大的变形。因此，凹槽经常被用来限制所述变形，由此获得改进的密封能力。在被装配到凹槽内之后，所述密封元件3的宽度比凹槽的深度稍大，使得所述密封元件3在径向上略微超出凹槽2。

图1C示出压缩元件4被以紧密的方式置于密封元件上的装配。该装配由按压装配或手动地实现。所述压缩元件4被以紧密的方式定位在密封元件的周围，所述方式使得密封元件的超出凹槽的宽度被压缩。

凸台外表面的直径大致上等于压缩元件4内表面的直径，其中所述装配的机械公差尽可能地低。压缩元件4可以包括一种或多种材料，使得外表面由热塑性材料制成，而内表面可由其它材料制成。凸台1、密封元件和压缩元件4形成凸台子组件5。

图1D至1F示出一个特定的实施例，其中所述组件包括凸台和热塑性内衬，所述热塑性内衬通过注塑模制获得。

图1D示出凸台子组件5放置在模具6中和模具6的关闭。在凸台子组件5被放置之后，优选地至少在压缩元件由热塑性材料制成的外表面上预热该压缩元件，以使随后的焊接更容易。

图1E示出熔融塑料的注射在模具6中形成热塑性内衬7和成型阶段。在注射阶段，形成内衬7的熔融热塑性塑料被压抵在模具的内表面上以形成内衬7的形状。所述熔融热塑性塑料也被压在预热过的来自压缩元件4外表面的热塑性塑料上。该预热过的在表面上的热塑性塑料进入准固体状态。该在半固体状态的热塑性塑料与形成内衬7的熔融热塑性塑料接触，从而引起两种热塑性材料的焊接。在一种优选的方法中，压缩元件的外表面整体地焊接到内衬7。存在于模具中的热塑性材料被冷却，以使得所述热塑性材料凝固。一旦热塑性内衬形成，凸台子组件就被定位在该热塑性内衬端部的一个开口11中。

图1F示出所制造的组件8包括凸台和通过注塑模制获得的内衬。在形成内衬的热塑性材料凝固之后，打开模具6从而制得包括热塑性内衬7和凸台子组件的组件8。

图2A至2F示出另一个特定实施例，其中组件包括凸台和通过吹塑模制获得的热塑性内衬。

图2A示出将凸台子组件5引入模具6中用于吹塑模制。如图1C所示，所述凸台子组件5被定位在形成所述模具的两个半壳15之间。一旦所述内衬形成，就进行所述定位以将所述凸台子组件5附接到热塑性内衬的一个开口端部。在定位后，所述凸台子组件在压缩元件的外表面上被预热。所述预热的外表面由热塑性塑料制成并进入半固体状态。

图2B示出形成热塑性内衬的熔融热塑性塑料流入所述模具。所述熔融热塑性塑料形成两个型坯9。

图2C示出空气被投射在所述型坯上。所述空气投射10将型坯压在所述模具上。熔融热塑性塑料被压在形成模具的半壳上以获得期望的热塑性内衬形状。被压在形成模具的半壳上的所述热塑性型坯形成至少一个开口端部11。所形成的所述至少一个开口端部11将接收凸台子组件。

图2D示出形成模具的两个半壳的闭合。所述闭合引起热塑性型坯在凸台子组件上的压缩。凸台子组件包括具有外表面的压缩元件，该外表面由热塑性塑料制成。如图2A所示，由热塑性塑料制成的该外表面在与形成热塑性内衬7的热塑性型坯接触之前先被预热。使压缩元件的热塑性材料和在熔融阶段的热塑性内衬在模具的闭合期间互相按压。被相互按压的压缩元件的熔融热塑性塑料形成焊接区域，在该焊接区域处发生自粘现象。

图2E示出包括凸台和热塑性内衬7的组件的冷却。在形成内衬7和压缩元件的热塑性塑料之间的所述焊接形成后，所述热塑性塑料冷却下来。冷却下来的热塑性塑料凝固。所述热塑性塑料在冷却阶段收缩从而压缩压缩元件。因此，由压缩元件4提供在密封元件上的压缩应力增加。

图2F示出制成的组件8，所述组件包括凸台和由吹塑模制获得的内衬。在形成内衬的热塑性材料凝固之后，展开形成模具的半壳从而制得包括内衬和凸台子组件的组件。

图1和2公开了获得包括凸台1和热塑性内衬7的组件8的两个特定的模制步骤。所述组件8可以由其它模制方法制造。

图3示出压缩元件4的截视图。所述压缩元件4包括内表面13和外表面12。所述外表面12由热塑性塑料制成。在一个特定的实施例中，内表面13和外表面12由热塑性塑料制成。压缩元件4是由热塑性塑料制成的一体式的压缩元件4。在另一个实施例中，内表面13由与外表面12不同的材料制成。

图4A示出凸台的管状部分14和两个密封元件(31，32)的视图。在一个优选实施例中，所述两个密封元件具有相同或不同的材料成分，优选地具有不同的材料成分。在其中至少两个密封元件31和32被放置在凸台的管状部分14的至少两个专用的凹槽中的这样的特定实施例中，涉及至少一个压缩元件压缩所述密封元件的多种构造都是可能的。

图4B和4C示出被两个压缩元件压缩的两个密封元件。

在图4B中公开的特定实施例中，所述两个压缩元件40是相同的并且对图4A中示出的两个密封元件31和32提供相同的压缩力。

在图4C中公开的特定实施例中，所述两个压缩元件41和42具有不同的材料和/或刚度。所述压缩元件41和42在两个密封元件上提供不同的压缩力。根据本发明先前所公开的，凸台的管状部分14通常接纳两个密封元件，其中一个密封元件32被用来避免压强泄漏，而密封元件31被用来减少氢气的渗透。所述密封元件31和32由适合于每种用途的不同材料制造。由不同材料制成的所述密封元件需要由压缩元件41和42提供不同的压缩应力。因此压缩元件41和42也不同。在一个特定的实施例中，压缩元件41和42均由不同的材料制成或具有不同的刚度。因此压缩元件41和42对密封元件提供不同的压缩力。所述不同的压缩力通过一个密封元件阻止气体压强泄漏并通过另一密封元件减少渗透。

图4D示出被放置在图4A中示出的两个密封元件31和32周围的压缩元件43。与之前附图所示的压缩元件相比，所述压缩元件43具有延伸的长度从而覆盖两个单个的密封元件。具有延伸的长度的所述压缩元件43与凸台的管状部分具有更好的接触表面。因为减少了压缩元件43由于振动导致的可能的移动，从而改进了在凸台的管状部分14和压缩元件43之间的机械公差。

图5示出压缩元件4，该压缩元件4具有在所述压缩元件的整个周长上从外表面12沿着径向朝外延伸的凸片15。

图6示出由关于图1描述的方法获得的一种复合材料压力容器10。该容器10包括在冷却之后与内衬7结合的压缩元件4以及被压缩元件4压缩在凸台1上的密封元件3。此外，围绕着压力容器的该端部开口布置了纤维16，这些纤维16被缠绕着容器10和凸台1。纤维16可以基于玻璃、碳、聚合物(比如聚酰胺，这例如是芳纶等芳香聚酰胺)，或甚至可以是天然的纤维如大麻或剑麻。

在图6中示出两条轴线：凸台1的主轴线X是凸台1也是整个容器10的旋转轴。图示出了垂直的Y轴线从这条X轴线开始，穿过纤维16、内衬7、压缩元件4、密封元件3和凸台1。因此，根据该实施例，内衬7、压缩元件4、密封元件3和凸台1被沿着Y轴线并置。所谓“并置”，意思是没有其它的元件置于上述元件之间，上述元件紧密地互相附接。

图7A、7B和7C分别示出根据另一实施例的制造包括凸台1’的复合材料压力容器10’的方法的三个步骤。由该方法制造的容器10’在图8中示出。在该实施例中，与图1的不同之处是凸台1’被置于内衬7’上但是在内衬7’外部。换言之，凸台1’、密封元件3’和压缩元件4’包裹内衬7’。

在此描述该方法。图7A示出凸台1’。在该特定的实施例中，凸台1’包括接纳配件的管状部分14’。在一个优选的实施例中，所述配件为阀门(没有在图中示出)。接纳阀门的所述管状部分14’包括至少一个凹槽2’，所述凹槽2’沿径向向内延伸。材料可以与凸台1的材料相同。

图7B示出密封元件3’被置于所述凹槽2’中。所述密封元件具有环形的形状以便装配在凹槽中。像密封件3一样，密封元件3’的材料优选地是弹性体，并且优选地是O型。在密封元件3’被装配到凹槽中之后，其宽度会比凹槽的深度稍大，以使得密封元件3’在径向上从凹槽2’中稍微伸出。

图7C示出密封元件4’被以紧密的方式置于密封元件3’中的装配。该装配通过按压装配或手动地实现。压缩元件4’被以紧密的方式定位在密封元件内，使得先前从凹槽中伸出的密封元件的宽度被压缩。

凸台内表面的直径大致上等于压缩元件4’的外表面的直径，其中所述装配的机械公差尽可能地低。压缩元件4’可以包括与元件4相同的材料。凸台1’、密封元件和压缩元件4’组成了凸台子组件5’。

与第一方法类似，模制热塑性内衬7’且凸台子组件5’与热塑性内衬7’的附接在所述模制期间发生，并且在所述模制期间将压缩元件4’至少部分地与热塑性内衬7’焊接。所有针对第一方法描述的制造技术都可以应用于该方法，如包覆模制、吹塑模制、注塑模制和滚塑模制。

在图8中，在容器10’中示出该组件5’，并且该容器10’与容器10类似，除了用以使其适应组件5’的那些必要特征。因此该容器10’从图7的方法获得，并且凸台1’通过密封压缩元件4’和密封件3’包裹内衬1’。

Claims (22)

1.一种用于制造组件的方法，所述组件包括热塑性内衬(7’)、凸台(1’)、密封元件(3’)和压缩元件(4’)，其中所述方法至少包括以下步骤：

1)通过将所述密封元件定位到凸台中并将所述压缩元件(4’)紧固在所述密封元件(3’)内来形成凸台子组件(5’)，以使得所述密封元件(3’)被压缩到所述凸台(1’)中，所述压缩元件(4’)至少部分地由与所述热塑性内衬化学相容的热塑性材料制成；

2)将所述凸台子组件(5’)置入模具(6)中用于模制所述热塑性内衬(7’)，所述凸台子组件(5’)在所述热塑性内衬(7’)上并在所述热塑性内衬(7’)外部，使得所述凸台子组件(5’)包裹所述热塑性内衬(7’)；

3)模制所述热塑性内衬(7’)，并在所述模制期间将所述凸台子组件(5’)附接到所述热塑性内衬(7’)，

其中，在所述模制期间，所述压缩元件(4’)至少部分地与所述热塑性内衬(7’)焊接。

2.根据权利要求1所述的方法，其中模制步骤3)包括塑料吹塑模制或注射模制。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述密封元件(3’)是弹性体密封元件。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中形成凸台子组件的步骤包括：将两个密封元件定位到所述凸台中并将所述压缩元件(4’)紧固在所述两个密封元件(3’)内，以使得所述两个密封元件(3’)被压缩到所述凸台中。

5.根据权利要求4所述的方法，其中形成凸台子组件的步骤包括：将两个密封元件定位到所述凸台中并将两个压缩元件(4’)紧固在所述两个密封元件(3’)内，以使得所述两个密封元件(3’)被压缩到所述凸台中，分别对应于所述两个密封元件(3’)的所述两个压缩元件(4’)是相同的。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述压缩元件(4’)包括热塑性外表面(12)。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述压缩元件(4’)包括至少两种不同的材料。

8.根据权利要求6所述的方法，其中所述压缩元件(4’)的热塑性外表面(12)全部与所述热塑性内衬(7’)焊接。

9.根据权利要求6至8之一所述的方法，其中所述压缩元件的热塑性外表面(12)被预热并达到准固体状态。

10.根据权利要求7或8所述的方法，其中所述压缩元件的热塑性外表面(12)包括至少一个凸片。

11.根据上述权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述密封元件(3’)在径向上被压缩至少20％。

12.根据上述权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述压缩元件(4’)的材料的刚度比所述热塑性内衬(7’)的刚度高。

13.一种复合材料压力容器，其包括：

-热塑性内衬(7’)、凸台(1’)、被定位到所述凸台(1’)中并被压缩到所述凸台(1’)中的密封元件(3’)；

-还包括紧固在所述密封元件(3’)内的热塑性压缩元件(4’)，所述凸台(1’)、所述密封元件(3’)和所述热塑性压缩元件(4’)组成了所述凸台子组件；

-所述凸台子组件在所述热塑性内衬(7’)上并在所述热塑性内衬(7’)外部，使得所述凸台子组件(5’)包裹所述热塑性内衬(7’)；并且

-所述热塑性压缩元件(4’)至少部分地与所述热塑性内衬(7’)焊接。

14.根据权利要求13所述的复合材料压力容器，其中所述密封元件(3’)是弹性体密封元件。

15.根据权利要求13或14所述的复合材料压力容器，其中所述密封元件(3’)在径向上被压缩至少20％。

16.根据权利要求13或14所述的复合材料压力容器，其中所述压缩元件(4’)的材料的刚度值比所述热塑性内衬(7’)的材料的刚度值高。

17.根据权利要求13或14所述的复合材料压力容器，其中所述压缩元件(4’)包括至少两种不同的材料。

18.根据权利要求13或14所述的复合材料压力容器，其中所述热塑性压缩元件(4’)包括热塑性外表面(12)。

19.根据权利要求18所述的复合材料压力容器，其中所述压缩元件的热塑性外表面(12)包括至少一个凸片。

20.根据权利要求18所述的复合材料压力容器，其中所述热塑性外表面包括与所述凸台(1’)的主轴线(X)相对的部分和面向所述主轴线(X)的部分，该与所述主轴线相对的部分全部与所述热塑性内衬(7’)焊接。

21.根据权利要求18所述的复合材料压力容器，其中所述热塑性外表面包括与所述凸台(1’)的主轴线(X’)相对的部分和面向所述主轴线(X’)的部分，该面向所述主轴线的部分全部与所述热塑性内衬(7’)焊接。

22.根据权利要求13或14所述的复合材料压力容器，其中，包括所述热塑性内衬(7’)、所述压缩元件(4’)、所述密封元件(3’)和所述凸台(1’)的部件被沿着垂直于所述凸台(1’)的主轴线(X)的轴线(Y)并置。

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