CN110678317A - 具有接合剂的牢固的高压容器结构 - Google Patents

具有接合剂的牢固的高压容器结构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于制造压力容器(100)的方法，该压力容器具有多个层并包括圆柱形的中间部件连同两个拱形的侧面部件，其中，至少一个侧面部件具有填充开口(108)，其特征在于，在压力容器(100)的至少两个层(216、218)之间，在至少一个平坦区域中引入接合剂，该接合剂形成另外的层(224、230)并在该另外的层(224、230)内部补偿在压力容器(100)的至少两个层(224、230)之间出现的力，并避免在该至少一个平坦区域上形成间隙。

Description

具有接合剂的牢固的高压容器结构
技术领域
本发明涉及一种方法和一种压力容器，其中，在压力容器结构的各个不同部位之间使用接合剂，以便获得牢固的压力容器。
背景技术
压力容器用于存储气态或液态物质。在汽车工业中，压力容器用作携带在数百巴的压力范围内的气态氢的储罐。作为真正理想的球体的变型，通常选择在两侧均带有拱形端部的圆柱形的中间部件。这种压力容器由内部容器、即所谓的衬垫构成，该衬垫通常由诸如HDPE(High density Polyethylen(高密度聚乙烯))或PA6.6(Nylon(尼龙))之类的塑料构成，并且在两个拱形的端部中的至少一个端部的中央具有开口。在该至少一个开口中，嵌入大多是金属的输入体、即所谓的凸台(Boss)，可以将阀拧入该输入体中，并且可以进行填充气体的交换。外部容器通过将内部容器与凸台用复合材料、例如浸渍树脂的碳纤维缠绕而构成。内部容器主要起到密封填充气体的作用，而外部容器用于实现压力稳定性和对外部影响的抗冲击性。
文献DE 603 15 481 T2描述了一种压力容器，该压力容器用于在环境温度下保存低温物质以及处于压力下的氢，其中，外部容器被构造成与内部容器间隔开，并且为了进行绝热而在间隙中存在真空。另外，内部容器在其外表面上被绝缘层包围。
在文献DE 11 2004 000 261 B4中公开的压力容器被设计用于低温液体。外部容器和内部容器分别由单独的纤维增强构件构成，这些纤维增强构件由圆柱形的中间部件和相对于相应侧面的拱形端部组成，并相互重叠地连接。在连接部位处，同样也由纤维增强塑料缠绕的接片确保了，将外部容器和内部容器隔开。在相应的部位处可以利用重叠的构件和缠绕的接片形成粘接。
文献EP 2 238 047 B1公开了一种复合容器，在该复合容器的形状稳定的外部容器中粘接柔性内部容器的部分。相应的接触面可以具有两个或仅一个用于容纳粘合剂的凹槽。粘接面应承受住容器中出现的压力，并且基本上用于在制造过程中辅助内部容器在外部容器中的所需布置，或者避免在排空过程中内部容器与外部容器发生不期望的分离。
由于为外部容器和内部容器连同凸台选择不同的材料或结构导致各个层的膨胀系数不同，不同的膨胀系数在温度变化时可能导致压力容器的各层之间出现间隙。同样，在制造过程中可能已经出现间隙。该间隙是否出现以及在什么膨胀程度上出现，可以随每个压力容器而变化，因此，在每个压力容器的初始填充之后或在压力容器持续使用时，可以作出是否形成了间隙的诊断。
发明内容
在这种背景下，本发明的目的是，提供一种确保避免在压力容器的各层之间形成间隙的方法。此外，本发明的目的是，提供一种通过根据本发明的方法制造的相应的压力容器。
为了实现上述目的，提出了一种压力容器的制造方法，其中，压力容器包括多个层，并且包括圆柱形的中间部件连同两个拱形的侧面部件，其中，至少一个侧面部件具有填充开口，其特征在于，在压力容器的至少两个层之间，将接合剂引入至少一个平坦区域中，该接合剂形成另一层并在该另一层内部补偿在压力容器的至少两个层之间出现的力，并避免/抑制在该至少一个平坦区域上形成间隙。
接合剂的粘接特性在此避免在其之间嵌入接合剂的层的撕开。伴随于此，在相邻的层之间出现的应力集中——该应力可以包括剪切力和/或扭转力——在接合剂的层内部得到补偿。在接合剂的引入层的平坦区域中不可能形成间隙，或者在该部位处终止形成间隙。
在根据本发明的方法的一个实施方式中，将输入体插入具有填充开口的至少一个侧面部件中，由此该输入体分别形成相对于压力容器的至少两个层的边界面，并且接合剂作为另外的层至少局部地施加在由此形成的相应的边界面上。接合剂通过其粘接特性在平坦区域中将输入体粘合到至少一个侧面部件的至少两个层上。可以考虑，接合剂在边界面之外被引向输入体，附加地被引入到侧面部件的两个层之间的平坦区域中。
本发明还涉及一种方法，其中，在相应的边界面之间，特别是在输入体的区域中，优选产生层厚度在0.3mm至3.5mm之间的另外的层。该层的厚度可以随着边界面的延伸发生变化，特别是在不再布置有输入体的边界面的区域中下降至0mm。
在根据本发明的方法的另一实施方式中，将定心体插入到无填充开口的侧面部件中，由此该定心体相应形成相对于压力容器的至少两个层的边界面，并且接合剂作为另外的层至少局部地施加到如此形成的相应的边界面上。定心体可以具有布置在中心的孔，内层相应接合在所述孔中，或者压力容器可相应对准其圆柱形的转轴。接合剂通过其粘接特性在平坦区域中将定心体粘合在侧面部件的至少两个层上。可以考虑，接合剂在边界面之外被引向定心体，附加地被引入到侧面部件的两个层之间的平坦区域中。
在根据本发明的方法的一个实施方式中，明确地这样设计至少一个平坦区域——接合剂在该平坦区域中形成层，使得该至少一个平坦区域避免至少一种可能的缺陷，例如腐蚀、材料运动/材料跃变/材料裂缝或导致材料运动的应力集中(参见图5)。
在根据本发明的方法的一个实施方式中，将接合剂引入压力容器的至少两个层之间，其中，压力容器的最外层由合成树脂、特别是环氧树脂结合碳纤维——所谓的CFK、即碳纤维增强塑料——制成，至少一个内层由塑料、特别是PA6.6制成。因此，应选择具有与用于形成压力容器的至少两个层所使用的材料有关的粘接性能的接合剂，并在该至少两个层之间引入该接合剂。
在根据本发明的方法的另一实施方式中，插入到相应的侧面部件中的相应的输入体或定心体由金属、特别是铝制成。该金属可以用涂漆方法、特别是简称为KTL的阴极浸渍涂漆方法至少部分地被覆层。
在根据本发明的方法的另一实施方式中，所述接合剂选自下列材料：
Figure BDA0002292863610000041
222i UV、Henkel
Figure BDA0002292863610000042
Henkel
Figure BDA0002292863610000043
RB3225。所述可能的接合剂有利地适用于将上述材料CFK与铝通过KTL粘接。特别地，这些接合剂具有以下功能：避免铝的KTL层破坏、改善腐蚀保护并起到绝缘作用。在利用输入体或定心体使至少两个层彼此接触的区域中，接合剂有利于避免所谓的硬过渡(CFK-PA6.6-金属)，也就是说减少应力集中。除了所述接合剂之外，还可以想到其它具有为建立压力容器的层所使用的材料所需的粘合特性的接合剂。
还要求保护一种压力容器，该压力容器具有多个层并包括圆柱形的中间部件连同两个拱形的侧面部件，其中，至少一个侧面部件具有填充开口，并且在至少两层之间，在至少一个平坦区域中引入接合剂，该接合剂形成另外的层并被设计成用于，在该另外的层内部补偿在压力容器的至少两个层之间出现的力并避免形成间隙。
在另一设计方案中，要求保护一种压力容器，该压力容器包括至少一个具有填充开口的侧面部件，其中，在该侧面部件中插入输入体，由此分别形成相对于压力容器的至少两个层的边界面，其中，将接合剂作为另外的层至少局部地施加在如此形成的相应的边界面上。
最后，在另一个设计方案中要求保护一种压力容器，其中，将定心体插入到无填充开口的侧面部件中，由此分别形成相对于压力容器的至少两个层的边界面，其中，将接合剂作为另外的层至少局部地施加在如此形成的相应的边界面上。
为了使输入体具有良好的隔热性，以及为了避免或减少在输入体与内层以及外层之间的相对运动，输入体在作为另外的层覆盖输入体时优选具有以下的层厚度，其中，基于下面列出的层厚度，输入体的外径最大为85mm、特别是30mm至85mm：
Figure BDA0002292863610000051
输入体也被称为术语“凸台”。另外的层的最大的层厚度为约15mm。另外的层的最小层厚度为0mm。
因此，特别优选地，输入体被层厚度为0.3mm至3.5mm的另外的层覆盖，其中该层本身优选地是弹性体或热固性塑料。术语“热固性塑料”也称为Duroplaste。因此，在本发明的意义上，另外的层被布置在所形成的各个边界面之间。当在边缘区域中不再布置输入体并且仍然存在边界面时，在该边缘区域中该另外的层可以减小到直至0.3mm或减小到直至0mm。
通过说明书和附图得到本发明的其它优点和实施方式。
应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，以上提及的特征以及下面将要说明的特征不仅可以以分别所示的组合、而且可以以其它组合或单独地使用。
附图说明
在下面的附图中，示例性地根据具有两个层的压力容器示出根据本发明的方法，该压力容器的外层限定了外部容器，而压力容器的内层限定了内部容器。然而，根据本发明的方法不限于该实施方式，而是也可以以相同方式用于具有多于两个层的压力容器中。
附图是关联及全面地描述的，为相同的部件配设相同的附图标记。
图1在示意图中示出压力容器的一个实施方式的外部视图，例如该压力容器通过根据本发明的方法的实施方式制造。
图2在示意图中示出根据本发明的压力容器的另一实施方式的上半部的剖面图，例如该压力容器通过根据本发明的方法的另一实施方式制造。
图3在示意图中示出输入体的区域中的放大的剖面图，其中按照根据本发明的方法的另一实施方式引入接合剂的层。
图4在示意图中示出在定心体的区域中的放大的剖面图，其中按照根据本发明的方法的另一实施方式引入接合剂的层。
图5在示意图中示出在形成间隙的区域中的多个剖面图，其中除了形成间隙外，还示出了按照根据本发明的方法的另一实施方式引入接合剂层的多个可能的区域。
具体实施方式
图1在示意图中示出按照根据本发明的方法的一个实施方式制造的压力容器100的外部视图。在区域102中的圆柱形的中间部件在两侧分别在相应的区域104和106中通过拱形的侧面部件封闭。具有进入开口108的输入体、即所谓的凸台位于在此可见的前方的侧面部件上，通过该进入开口完成与压力容器的气体交换。接合剂可以位于进入开口108的边缘110处(参见图2中的附图标记226)。在区域106中的在这里不完全可见的后方的侧面部件中也可以设有用于气体交换的输入体。
但也可以实现具有定心体(参见图2中的附图标记222)或封闭面的构造。
图2在示意图中示出根据本发明的压力容器的上半部的上部剖面图。在下部中示出图1的压力容器100的外部视图。区域102中的圆柱形中间部件以及区域104和106中的两个侧面部件具有两个层、即外层216和内层218。外层216可以由碳纤维增强塑料制成。内层218可以由塑料PA6.6制成。在图2中在区域104中左侧上的前方的侧面部件中，存在输入体220，该输入体可以由金属、例如铝制成。该输入体具有进入开口108，通过该进入开口与压力容器的内部空间212完成气体交换。在图2中，在区域106中右侧上的后方的侧面部件中，存在定心体222。按照根据本发明的方法，由接合剂形成的层224位于外层216、内层218和输入体220之间的区域104中。接合剂的层224在输入体的边缘110处的部位226处突出，并且在外层216和内层218之间延伸到圆柱形的中间部件的左侧延长部区域中的部位228，该中间部件形成区域102。在此，接合剂的层厚度可以变化。有利地，从输入体220的边缘110上的部位226开始，接合剂的层厚度为大约3mm或以上，该层厚度随着延伸至部位228为止减小到0mm，由此完全填充了可能的间隙。类似地，由接合剂230形成的层位于外层216、内层218和定心体222之间的区域106中。接合剂的层230在定心体222的边缘处的部位232处突出，并在外层216和内层218之间延伸至圆柱形中间部件的右侧延长部的区域中的部位234，该中间部件形成区域102。在此，同样有利的是，从定心体222的边缘上的部位232起，接合剂的层厚度为大约3mm或以上，该层厚度随着延伸至部位234而减小至0mm，由此完全填充了可能的间隙。特别优选地，当输入体的最大外径为85mm、特别是30mm至85mm时，层224、230在其整个延伸长度上具有在0.3mm至3.5mm之间的层厚度。
图3在示意图中示出了在输入体220的区域中的放大的剖面图300，在其中按照根据本发明的方法施加接合剂层。在此更具体地规定，接合剂的层224在输入体220的边缘处直至部位226在延伸长度344中以约5mm或以上的程度突出。输入体220例如可以由铝制成，在其“外”表面340上具有借助于阴极浸渍涂漆方法(KTL)形成的覆层，而其“内”表面338不具有漆覆层。在此，接合剂的层224可以在内层218和输入体220之间延伸到部位342。
图4在示意图中示出在定心体222的区域中的放大的剖面图400，其中按照根据本发明的方法引入接合剂层。在此更具体地规定，接合剂的层230在定心体222的边缘处直至部位232在延伸长度上以约5mm或以上的程度突出。定心体222可以由例如铝制成，在其“外”表面449上具有通过阴极浸渍涂漆方法(KTL)形成的覆层。接合剂的层230可以在内层218和输入体220之间延伸。
图5在示意图中示出了在形成间隙的区域中的几个剖面图，其中，除了形成间隙以外，还示出了按照根据本发明的方法引入接合剂层的几个可能的区域。这在具有输入体220的侧面部件的区域中示例性地示出。图550示出了形成的间隙552，该间隙从部位554延伸至部位556，并且分别在外层216和内层218之间以及在输入体220和内层218之间形成。图560显示了在外层216、内层218和输入体220之间引入接合剂的层224的最大区域。图570示出了为了避免腐蚀所必需的、用于形成接合剂的层的最小区域572，该区域应基本上避免/抑制与环境的物质交换。在外层216与内层218之间还保留间隙552。最后，图580示出了为避免应力集中所必需的最小区域582，该区域应基本上避免在由CFK制成的外层216、由PA6.6制成的内层218以及带有或无KTL、由铝制成的输入体220之间相接触部位处的运动。除了这个具有接合剂的区域之外，在外层216和内层218之间还保留有间隙552。

Claims (12)

1.一种用于制造压力容器(100)的方法，该压力容器具有多个层并包括圆柱形的中间部件连同两个拱形的侧面部件，其中，至少一个侧面部件具有填充开口(108)，
其特征在于，
在压力容器(100)的至少两个层(216、218)之间，在至少一个平坦区域中引入接合剂，该接合剂形成另外的层(224、230)并在该另外的层(224、230)内部补偿在压力容器(100)的所述至少两个层(216、218)之间出现的力，该接合剂还避免在所述至少一个平坦区域上形成间隙(552)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为了形成带有填充开口的所述至少一个侧面部件，将输入体(220)插入侧面部件中，由此该输入体分别形成相对于压力容器(100)的至少两个层(216、218)的边界面，其中，在这样形成的相应的边界面上至少局部地施加接合剂作为另外的层(224)。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，为了形成无填充开口的侧面部件，将定心体(222)插入侧面部件中，由此该定心体分别形成相对于压力容器(100)的至少两个层(216、218)的边界面，其中，在这样形成的相应的边界面上至少局部地施加接合剂作为另外的层(230)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，通过选择接合剂在其中形成层(572、582)的所述至少一个平坦区域，避免由于形成间隙而造成的下列明显缺陷：腐蚀、应力集中、材料运动。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在压力容器(100)的至少两个层(216、218)中引入接合剂，其中，最外层(216)由合成树脂、特别是环氧树脂结合碳纤维制成，至少一个内层(218)由塑料、特别是PA6.6制成。
6.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，在相应的侧面部件中插入的输入体(220)或定心体(222)由金属制成，特别是由铝制成，该金属至少部分地借助于涂漆方法、特别是阴极浸渍涂漆方法覆层。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，接合剂选自下列材料：
Figure FDA0002292863600000021
222i UV、Henkel
Figure FDA0002292863600000022
Henkel
Figure FDA0002292863600000023
RB 3225。
8.一种压力容器(100)，该压力容器具有多个层(216、218)并包括圆柱形的中间部件连同两个拱形的侧面部件，其中，至少一个侧面部件具有填充开口(108)，其中，在至少两个层(216、218)之间，在至少一个平坦区域中引入接合剂，该接合剂形成另外的层(224、230)并被设计成用于，在该另外的层(224、230)内部补偿在压力容器(100)的所述至少两个层(216、218)之间出现的力并避免形成间隙(552)。
9.根据权利要求8所述的压力容器(100)，所述压力容器包括具有填充开口的至少一个侧面部件，其中，将输入体(220)插入侧面部件中，由此分别形成相对于压力容器(100)的至少两个层(216、218)的边界面，其中，在这样形成的相应的边界面上至少局部地施加接合剂作为另外的层(224)。
10.根据权利要求8或9所述的压力容器，其特征在于，在无填充开口的侧面部件中插入定心体(222)，由此分别形成相对于压力容器(100)的至少两个层(216、218)的边界面，其中，在这样形成的相应的边界面上至少局部地施加接合剂作为另外的层(230)。
11.根据前述权利要求中任一项所述的压力容器，其特征在于，为了覆盖输入体(220)，特别是在输入体(220)区域中，接合剂的另外的层(224)的层厚度为0.3mm至3.5mm。
12.根据权利要求11所述的压力容器，其特征在于，输入体(220)的外径为最大85mm、特别是30mm至85mm。
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