DE102007011211B3

DE102007011211B3 - Druckbehälter zur Speicherung von flüssigen oder gasförmigen Medien

Info

Publication number: DE102007011211B3
Application number: DE102007011211A
Authority: DE
Inventors: Dietmar Dr. Müller; Jens Beissner; Michael Dr. Kleschinski
Original assignee: Xperion GmbH
Current assignee: Hexagon Technology AS
Priority date: 2007-03-08
Filing date: 2007-03-08
Publication date: 2008-08-14
Anticipated expiration: 2027-03-09
Also published as: DE502008001708D1; ATE487087T1; WO2008107049A1; EP2115343A1; EP2115343B1

Abstract

Ein Druckbehälter zur Speicherung von flüssigen oder gasförmigen Medien, umfassend einen Kunststoffkernbehälter (1) mit zumindest einem zylindrischen Kragen (1.1), der in dem radialen Zwischenraum zwischen einem darin eingesetzten Metallzylinder (2) und einem den Kragen (1.1) außenseitig umschließenden Metallkörper (3) mit einem radial nach außen vorstehenden Flansch (3.1) angeordnet ist, wobei der Metallzylinder zumindest eine radial nach außen offene Nut (4) aufweist, in die eine dichtend an den Kragen (1.1) angepresste O-Ring-Dichtung (5) eingesetzt ist, wobei eine Metallarmatur (2.1) mit einem Außengewinde (2.2) in das von dem Metallzylinder abgewandte Ende des Metallkörpers (3) eingeschraubt ist und wobei der Kunststoffkernbehälter (1) und der Flansch (3.1) von einer Stützhülle (7) aus einem Faserverbundstoff zumindest anteilig umschlossen sind. Der Metallzylinder (2) bildet einen einstückigen Bestandteil der Metallarmatur (2.1), schließt sich unmittelbar an das Außengewinde an und er hat einen abgestuft kleineren Außendurchmesser als das Außengewinde (2.2).

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckbehälter zur Speicherung von flüssigen oder gasförmigen Medien, umfassend einen Kunststoffkernbehälter mit zumindest einem zylindrischen Kragen, der in dem radialen Zwischenraum zwischen einem darin eingesetzten Metallzylinder und einem den Kragen außenseitig umschließenden Metallkörper mit einem radial nach außen vorstehenden Flansch angeordnet ist, wobei der Metallzylinder zumindest eine radial nach außen offene Nut aufweist, in die zumindest eine dichtend an den Kragen angepresste O-Ring-Dichtung eingesetzt ist, wobei eine Metallarmatur mit einem Außengewinde in das von dem Metallzylinder abgewandte Ende des Metallkörpers eingeschraubt ist und wobei der Kunststoffkernbehälter und der Flansch von einer Stützhülle aus einem Faserverbundstoff zumindest anteilig umschlossen sind.
Ein solcher Druckbehälter ist aus der EP 1 248 929 B1 bekannt. Dabei sind im Bereich des Kragens eine mehrteilige Armatur und mehrere O-Ring-Dichtungen zur Anwendung gelangt, was die Herstellung verteuert. Dennoch waren die Dichtheit und die Dauerhaftigkeit der Dichtheit nur wenig befriedigend. Insbesondere war die Montage sehr aufwändig und ein nachträglicher Austausch der einen O-Ring-Dichtung nicht möglich. Außerdem ist es vorgesehen, dass die O-Ring Dichtung nur einen zylindrischen Abschnitt des Kunststoffkernbehälters mit einer zylindrischen Innenfläche des metallischen Anschlussstücks verpresst. Beide Teile sind bei der Ausführung nach 1 zusätzlich durch ein axial benachbartes Gewinde miteinander verbunden. In diesem Bereich findet aber keine radiale Verpressung des Kragens durch eine O-Ring-Dichtung statt.
Auch die DE 21 52 123 A zeigt keine O-Ring-Dichtung, die einen mit einem Außengewinde versehenen und in den Metallkörper eingeschraubten Teilbereich des Innenbehälters zwischen dem Metallkörper und dem Metallzylinder verpresst. Die einander berührenden Teilbereiche sind vielmehr hohlkegelig und glattflächig gestaltet.
Bei der DE 15 01 728 A wird kein Kunststoffkernbehälter abgedichtet und festgelegt sondern lediglich eine aus Metall bestehende Gasflaschenarmatur mittels einer O-Ring Dichtung gegenüber einer metallischen Gasflasche.
Die FR 23 01 746 A1 zeigt eine Druckflasche, bei der ein hohlkegeliger Abschnitt eines Kunststoffkernbehälters zwischen kegeligen Gegenflächen von metallischen Armaturen mittels einer O-Ring Dichtung verpresst wird. Eine Verpressung eines mit einem Gewinde versehen Abschnittes durch eine O-Ring Dichtung wird in der Druckschrift nicht erwähnt.
Die US 52 87 987 A zeigt einen Kessel, bei dem ein Kunststoffkernbehälter durch eine O-Ring-Dichtung an radial nach innen vorspringende und in Umfangsrichtung beabstandete Rippen eines abgestuft zylindrischen Innenwandabschnittes der metallischen Armatur angepresst wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen solchen Druckbehälter derart weiter zu entwickeln, dass sich bei geringem Herstellaufwand eine qualitativ bessere und dauerhaftere Dichtigkeit ergibt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Druckbehälter der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Auf vorteilhafte Ausgestaltungen nehmen die Unteransprüche Bezug.
Demgemäss ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Metallzylinder einen einstückigen Bestandteil der Metallarmatur bildet, sich unmittelbar an das Außengewinde anschließt und einen abgestuft kleineren Außendurchmesser als das Außengewinde hat und dass zumindest eine O-Ring-Dichtung einen mit einem Außengewinde des Kragens versehenen und in den Metallkörper eingeschraubten Teilbereich des Kragens zwischen dem Metallkörper und dem Metallzylinder verpresst. Die Metallarmatur kann beispielsweise durch ein Ventil gebildet sein, das unmittelbar in den Druckbehälter eingeschraubt wird.
Dadurch, dass die zumindest eine O-Ring-Dichtung einen mit einem Außengewinde versehenen und in den Metallkörper eingeschraubten Teilbereich des Kragens zwischen dem Metallkörper und dem Metallzylinder verpresst, wird sichergestellt, dass eine besonders präzise und statisch stabile Festlegung des Kragens in axialer Richtung erreicht wird, was ein gutes Abdichtungsergebnis begünstigt. Die im Bereich von Gewindeverbindungen stets vorhandenen Freiräume ermöglichen dem Werkstoff des Kragens dabei ein gewisses Ausweichen bei der radialen Verpressung, was dazu beiträgt, Überlastungen zu verhindern und die Dauerhaftigkeit der Abdichtung zu verbessern.
Zweckmäßig hat die zumindest eine O-Ring-Dichtung im noch unverspannten, aber in die Nut eingefügten Zustand einen Außendurchmesser, der kleiner ist als der Innendurchmesser des Innengewindes des Metallkörpers, in das die Metallarmatur eingeschraubt ist. Hierdurch werden Beschädigungen der mindestens einen O-Ring-Dichtung beim Einfügen und Einschrauben der Metallarmatur in den Metallkörper verhindert.
Die erfindungsgemäße Konstruktion ermöglicht ein nachträgliches Einfügen und gegebenenfalls Austauschen der mindestens eine O-Ring-Dichtung tragenden Metallarmatur in den Metallkörper. Fertigungstechnisch ist dies von großem Vorteil. Es ermöglicht vor allem, die Anzahl der O-Ring-Dichtungen in Abhängigkeit von dem jeweiligen Verwendungszweck zu ändern und O-Ring-Dichtungen auszutauschen oder an einer veränderten Stelle neu zu montieren, wenn Undichtigkeiten festgestellt werden.
Grundsätzlich genügt eine einzige O-Ring-Dichtung, um die Aufgabe der Erfindung zu lösen.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass der Metallzylinder zumindest zwei in Richtung des Innenraums des Druckbehälters aufeinanderfolgende Nuten aufweist, in die jeweils O-Ring-Dichtungen dichtend einsetzbar und mit dem Kragen in Eingriff bringbar sind. Durch mehrere aufeinander folgende Dichtzonen ergibt sich eine Art Labyrintheffekt mit abgestuft verminderter Druckbeanspruchung der einzelnen O-Ring-Dichtungen. Falls eine der O-Ring-Dichtungen unzureichend wirksam ist, beispielsweise durch eine Beschädigung oder Verschleiß, kann die andere O-Ring-Dichtung die Dichtwirkung insgesamt noch erfüllen. Für die Dauerhaftigkeit der Dichtheit ist das von großem Vorteil. Vor allem das natürliche Setzverhalten des gewöhnlich aus einem thermoplastischen Werkstoff bestehenden Kunststoffkernbehälters, im Fachgebiet auch als Liner bezeichnet, mit dem der Druckbehälter ganz ausgekleidet ist, wird hierdurch besser kompensiert. Natürlich kann der Liner auch aus abweichenden Werkstoffen wie z. B. aus Metall bestehen.
Die mindestens eine O-Ring-Dichtung besteht vorteilhaft aus elastomerem Werkstoff, um Setzerscheinungen eines aus polymerem und insbesondere aus thermoplastischem Werkstoff bestehenden Liners besser kompensieren zu können. O-Ring-Dichtungen aus abweichenden Werkstoffen können gleichwohl ebenfalls verwendet werden, beispielsweise solche aus PTFE. Neben einer guten Chemikalienbeständigkeit zeichnen sich solche O-Ring-Dichtungen auf Grund des dem PTFE eigenen Memory-Effektes durch eine gute Dauerelastizität aus.
Als vorteilhaft hat es sich bewährt, wenn zumindest eine O-Ring-Dichtung einen zylindrischen Teilbereich des Kragens mit einem zylindrischen Innenabschnitt des Metallkörpers verpresst. Der Kragen kann bei einer solchen Bauform den von der O-Ring-Dichtung ausgeübten Kräften nicht in unkontrollierbarer Weise ausweichen. Für ein dauerhaft gutes Abdichtergebnis ist das von großem Vorteil.
Der Metallzylinder ist zweckmäßig an dem dem Innenraum zugewandten Ende kegelig verjüngt auf einen Innendurchmesser, der höchsten so groß oder zweckmäßig kleiner ist als der Innendurchmesser des Kragens. Er kann daher problemlos nachträglich eingefügt werden, ohne dass eine Beschädigung des Kragens befürchtet werden müsste.
Das Außengewinde kann an dem der Zylinderfläche zugewandten Ende in einer durch den Metallzylinder begrenzten Kegelfläche enden. Bei einer Anlageberührung an dem Kragen wird dieser durch die Kegelfläche zusätzlich mit der Innenwandung des Metallkörpers verpresst und insbesondere vermieden, dass sich eine für eine gute Abdichtung nachteilige, unkontrollierte Deformation des Kragens ergibt.
Der Kragen kann zur weiteren Verbesserung des diesbezüglichen Effektes an dem vom Innenraum abgewandten Ende in einer hohlkegeligen Fläche enden.
Der Metallkörper kann einen Flansch aufweisen, der den Metallzylinder zumindest an dem dem Innenraum zugewandten Ende und zweckmäßig auf seiner ganzen axialen Länge übergreift. Dadurch wird im Bereich der für das gute Abdichtungsergebnis maßgeblichen O-Ring-Dichtungen eine besonders gute Unnachgiebigkeit des Metallkörpers erhalten.
Um eine besonders gute Deformationsbeständigkeit des Druckbehälters zu erhalten, kann der Flansch ein dreieckig nach außen verjüngtes Profil haben. Die Einbettung in die aus faserverstärktem Kunststoff bestehende Armierung des Druckbehälters gelingt hierdurch besonders gut. Dafür ist es vor allem wichtig, dass die Außen- und Innenseiten der einander gegenüberliegenden Flächen unter Vermeidung von Abstufungen gleichmäßig ineinander übergehen.
Der Metallkörper kann an dem vom Innenraum des Druckbehälters abgewandten Ende mit einem Ringbund versehen sein, der die Stützhülle unmittelbar anliegend übergreift. Relativverschiebungen, die eine Zerstörung einleiten können, werden dadurch zusätzlich verhindert. Außerdem kann der Stützbund mit einem Sechskant versehen sein, um das Ansetzen eines Schraubenschlüssels zu ermöglichen und die Metallarmatur bei Bedarf vor Ort problemlos herausschrauben und ersetzen zu können.
In der in der Anlage beigefügten Zeichnung ist eine beispielhafte Ausführung des erfindungsgemäßen Druckbehälters in längsgeschnittener Darstellung wieder gegeben. Es zeigt:
1 einen längsgeschnittenen Ausschnitt aus einem Druckbehälter im Bereich der Metallarmatur.
Der gezeigte Druckbehälter dient zur Speicherung von flüssigen oder gasförmigen Medien. Er umfasst einen Kunststoffkernbehälter 1 mit einem zylindrischen Kragen 1.1, der in dem radialen Zwischenraum zwischen einem darin eingesetzten Metallzylinder 2 und einem den Kragen 1.1 außenseitig umschließenden Metallkörper 3 mit einem radial nach außen vorstehenden Flansch 3.1 angeordnet ist, wobei der Metallzylinder zumindest eine radial nach außen offene Nut 4 aufweist, in die eine dichtend an den Kragen 1.1 angepresste O-Ring-Dichtung 5 eingesetzt ist, wobei eine Metallarmatur 2.1 mit einem Außengewinde 2.2 in das von dem Metallzylinder abgewandte Ende des Metallkörpers 3 eingeschraubt ist und wobei der Kunststoffkernbehälter 1 und der Flansch 3.1 von einer Stützhülle 7 aus einem Faserverbundstoff ganz umschlossen sind.
Der Metallzylinder 2 bildet einen einstückigen Bestandteil der Armatur 2.1, schließt sich unmittelbar an das Außengewinde 2.2 an und der Metallzylinder 2 hat einen abgestuft kleineren Außendurchmesser als das Außengewinde 2.2. Zwischen dem Außengewinde 2.2 und dem Metallzylinder 2 ist insbesondere kein radial nach außen vorstehender Bund o. ä. vorhanden. Der Metallzylinder 2 ist von einer nicht gezeigten Bohrung in Längsrichtung durchdrungen, durch die in den Innenraum 6 des Druckbehälters ein druckbeaufschlagtes Medium eingespeist und daraus entnommen werden kann. Der Druckbehälter besteht im einfachsten Fall nur aus fünf Teilen.
Der Metallzylinder weist zwei in Richtung des Innenraums 6 des Druckbehälters aufeinanderfolgende Nuten 4 auf, in die jeweils O-Ring-Dichtungen 5 dichtend einsetzbar sind. Sie bewirken in dieser Tandemanordnung auf Grund von Labyrintheffekten eine besonders effektive Abdichtwirkung.
Der dem abzudichtenden Innenraum 6 zugewandte zumindest eine O-Ring-Dichtung 5 verpresst einen zylindrischen Teilbereich des Kragens 1.1 mit einem zylindrischen Innenabschnitt des Metallkörpers 3. Da der Kragen durch die der O-Ring-Dichtung radial gegenüberliegende Abstützung auf einer Zylinderfläche nicht ausweichen kann, resultiert eine besonders gut kontrollierbare Abdichtwirkung.
Die vom Innenraum 6 abgewandte O-Ring-Dichtung 5 verpresst einen mit einem Außengewinde versehenen und in den Metallkörper 3 eingeschraubten Teilbereich des Kragens zwischen dem Metallkörper 3 und dem Metallzylinder 2. Dies begünstigt die Fixierung des Kragens in Längsrichtung auf dem Metallzylinder, was ebenfalls zur Verbesserung des Abdichtungsergebnisses beiträgt.
Der Metallzylinder 2 ist an dem dem Innenraum 6 zugewandten Ende kegelig verjüngt auf einen Innendruchmesser, der kleiner ist als der Innendruchmesser des Kragens 1.1, um das Einfügen des Metallzylinders 2 in den Kragen 1.1 zu erleichtern.
Das Außengewinde 2.2 endet an dem dem Innenraum 6 zugewandten Ende in einer durch den Kragen 1.1 begrenzten Kegelfläche 2.4, was ebenfalls das Einfügen des Metallzylinders 2 in den Kragen erleichtert und bei einer gegenseitigen Berührung unerwünschte Deformationen vermeidet.
Dies gelingt vor allem in Verbindung mit dem Merkmal, dass der Kragen 1.1 an dem vom Innenraum abgewandten Ende in einer hohlkegeligen Fläche endet.
Der Metallkörper 3 weist einen Flansch 3.1 auf, der den Metallzylinder 2 an dem dem Innenraum 6 zugewandten Ende etwa zu 50% der axialen Länge übergreift. Der Flansch 3.1 bewirkt eine zusätzliche radiale Aussteifung des Metallkörpers 3 im Bereich der für die Abdichtung wichtigen O-Ring-Dichtungen.
Der Flansch 3.1 hat ein dreieckig nach außen verjüngtes Profil, um seine nahtlose Einbindung in die aus einem Faserverbundwerkstoff bestehende Stützhülle 7 zu ermöglichen.
Der Metallkörper 3 ist an dem vom Innenraum 6 des Druckbehälters abgewandten Ende mit einem Ringbund 3.3 versehen, der die Stützhülle 7 unmittelbar anliegend übergreift. Die Stützhülle 7 wird dadurch zusätzlich relativ zu dem Metallkörper 3 fixiert.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen vor allem in einer wesentlich vereinfachten Konstruktion: Es sind weniger Metallbauteile als bisher erforderlich, was neben einem reduzierten Fertigungsaufwand zu einem verminderten Montageaufwand führt. Außerdem besteht die Möglichkeit, die Dichtwirkung des bereits mit einer Stützhülle aus einem Faserverbundstoff umkleideten Druckbehälters nachträglich an besondere Erfordernisse des speziellen Anwendungsfalls anpassen zu können und die Dichtwirkung durch einen nachträglichen Austausch von O-Ring-Dichtungen zu verbessern oder wiederherstellen zu können.

Claims

Druckbehälter zur Speicherung von flüssigen oder gasförmigen Medien, umfassend einen Kunststoffkernbehälter (1) mit zumindest einem zylindrischen Kragen (1.1), der in dem radialen Zwischenraum zwischen einem darin eingesetzten Metallzylinder (2) und einem den Kragen (1.1) außenseitig umschließenden Metallkörper (3) mit einem radial nach außen vorstehenden Flansch (3.1) angeordnet ist, wobei der Metallzylinder zumindest eine radial nach außen offene Nut (4) aufweist, in die zumindest eine dichtend an den Kragen (1.1) angepresste O-Ring-Dichtung (5) eingesetzt ist, wobei eine Metallarmatur (2.1) mit einem Außengewinde (2.2) in das von dem Metallzylinder abgewandte Ende des Metallkörpers (3) eingeschraubt ist und wobei der Kunststoffkernbehälter (1) und der Flansch (3.1) von einer Stützhülle (7) aus einem Faserverbundstoff zumindest anteilig umschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallzylinder (2) einen einstückigen Bestandteil der Metallarmatur (2.1) bildet, sich unmittelbar an das Außengewinde anschließt und einen abgestuft kleineren Außendurchmesser als das Außengewinde (2.2) hat und dass zumindest eine O-Ring-Dichtung (5) einen mit einem Außengewinde des Kragens (1.1) versehenen und in den Metallkörper (3) eingeschraubten Teilbereich des Kragens (1.1) zwischen dem Metallkörper (3) und dem Metallzylinder (2) verpresst.
Druckbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallzylinder zumindest zwei in Richtung des Innenraums (6) des Druckbehälters aufeinanderfolgende Nuten (4) aufweist, in die jeweils O-Ring-Dichtungen (5) dichtend einsetzbar sind.
Druckbehälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine O-Ring-Dichtung (5) einen zylindrischen Teilbereich des Kragens (1.1) mit einem zylindrischen Innenabschnitt des Metallkörpers (3) verpresst.
Druckbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallzylinder (2) an dem dem Innenraum (6) zugewandten Ende kegelig verjüngt ist auf einen Innendurchmesser, der kleiner ist als der Innendurchmesser des Kragens (1.1).
Druckbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Außengewinde (2.2) an dem dem Innenraum (6) zugewandten Ende in einer durch den Kragen (1.1) begrenzten Kegelfläche (2.4) endet.
Druckbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kragen (1.1) an dem vom Innenraum abgewandten Ende in einer hohlkegeligen Fläche endet.
Druckbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, der Metallkörper (3) einen Flansch (3.1) aufweist, der den Metallzylinder (2) zumindest an dem dem Innenraum (6) zugewandten Ende übergreift.
Druckbehälter nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (3.1) ein dreieckig nach außen verjüngtes Profil hat.
Druckbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallkörper (3) an dem vom Innenraum (6) des Druckbehälters abgewandten Ende mit einem Ringbund (3.3) versehen ist, der die Stützhülle (7) unmittelbar anliegend übergreift.