DE102011012704B4

DE102011012704B4 - Behälter

Info

Publication number: DE102011012704B4
Application number: DE102011012704.6A
Authority: DE
Inventors: Ludger Strack
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2010-03-10
Filing date: 2011-03-01
Publication date: 2017-03-30
Anticipated expiration: 2031-03-02
Also published as: CN102190098B; US9091395B2; DE102011012704A1; US20110220660A1; CN102190098A

Abstract

Behälter (10), welcher umfasst:
eine erste Endkappe (14), die eine Grenzflächenschicht (17) und einen ersten Anschluss (20) umfasst, der sich aus einer ersten Komponente (21), die an der dem Innenraum (27) des Behälters (10) zugewandten Seite der Grenzflächenschicht (17) anliegt, und einer zweiten Komponente (24) zusammensetzt, die an der dem Innenraum des Behälters abgewandten Seite der Grenzflächenschicht (17) anliegt;
einen dünnen Hauptkörper (13), der zumindest an einem Abschnitt der ersten Endkappe (14) anliegt; und
eine äußere Schale (16), die um zumindest einen Abschnitt der ersten Endkappe (14) und den Hauptkörper (13) herum gebildet ist;
dadurch gekennzeichnet, dass
die zweite Komponente (24) des ersten Anschlusses (20) eine Ringnut aufweist, in die sich die erste Komponente (21) des ersten Anschlusses (20) mit ihrem dem Innenraum des Behälters abgewandten Stirnende hineinerstreckt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Behälter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie beispielsweise aus der DE 10 2006 004 121 A1 bekannt.
Ferner sind beispielsweise aus den Druckschriften DE 103 60 953 A1 und DE 11 2004 002 795 T5 Behälter bekannt geworden, die einander gegenüberliegende Endkappen aufweisen, die jeweils eine Grenzflächenschicht und einen Anschluss aufweisen, wobei sich zwischen den Endkappen ein zylindrischer Hauptabschnitt erstreckt, der von einer Schale umgeben wird, die auch die Endkappen umgibt.
Hintergrund der Erfindung
Es gibt derzeit eine Vielfalt von Behältern, die beispielsweise konstruiert sind, um verschiedene Fluide wie z. B. Druckerdgas (CNG von compressed natural gas), Wasserstoffgas zur Verwendung in einer Brennstoffzelle und dergleichen zu enthalten. Eine übliche Technik zum Speichern des Fluids besteht in einem leichtgewichtigen Hochdruckbehälter, der gegen Einstiche beständig ist. Traditionellerweise werden solche Behälter in vier Typen unterteilt. Ein Typ I-Behälter ist ein Metallbehälter. Ein Typ II-Behälter ist ebenfalls ein Metallbehälter, wobei der Behälter eine äußere Verbundschale besitzt, die auf einem zylindrischen Teilstück davon angeordnet ist. Ein Typ III-Behälter besteht beispielsweise aus einer Auskleidung, die aus einem Metall wie z. B. Stahl und Aluminium hergestellt ist, und aus einer äußeren Verbundschale, die die Auskleidung umgibt und einen Schaden an derselben verhindert. Ein Typ IV-Behälter ist dem Typ III-Behälter im Wesentlichen ähnlich, wobei die Auskleidung aus einem Kunststoff hergestellt ist.
Typischerweise wird die Auskleidung beispielsweise mithilfe herkömmlicher Herstellungsprozesse wie z. B. eines Schweißprozesses, eines Rotationsformprozesses und anderer ähnlicher Prozesse hergestellt. Während des Schweißprozesses werden mehrere Komponenten der Auskleidung an Rändern der Komponenten zusammengeschweißt. Die Schweißnähte können allerdings unter Umständen nicht fluiddicht sein und eine Permeation des gespeicherten Fluids aus dem Behälter zulassen. Ferner schränkt der Schweißprozess die Arten von Material ein, die verwendet werden können, um die Auskleidung zu bilden. Andererseits ist der Rotationsformprozess langsamer und erzeugt eine Auskleidung mit einer ungünstigen Dicke. Während des Rotationsformprozesses wird die Auskleidung gebildet, indem Anschlüsse in einem Werkzeughohlraum mit einem Polymerharz angeordnet werden, die Form erwärmt wird, während sie rotiert wird, um zu bewirken, dass das Harz schmilzt und die Wände des Werkzeughohlraumes bedeckt, das Werkzeug gekühlt wird und die geformte Auskleidung entnommen wird. Allerdings können die Anschlüsse unter Umständen nicht einwandfrei an der Auskleidung haften, was die Bildung eines Raumes dazwischen zur Folge hat. Wenn die Anschlüsse nicht einwandfrei an der Auskleidung haften, kann sich unter Umständen keine fluiddichte Abdichtung zwischen den Anschlüssen und der Auskleidung bilden. Ohne eine fluiddichte Abdichtung kann der Inhalt des Behälters aus diesem in die Umgebung entweichen. Um fluiddichte Abdichtungen zwischen den Anschlüssen und der Auskleidung sicherzustellen, können Kleber, Heißschweißen und andere ähnliche Prozesse verwendet werden. Alternativ kann auch eine Adaptervorrichtung, wie in dem US-Patent US 7 032 767 B2 offenbart, verwendet werden, um eine fluiddichte Abdichtung sicherzustellen. Solche Prozesse und zusätzlichen Vorrichtungen können zeitintensiv sein und manuelle Prozessschritte erfordern, was erhöhte Kosten zur Herstellung des Behälters zur Folge hat.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ausgehend vom Stand der Technik der DE 10 2006 004 121 A1 für eine bessere Abdichtung des Anschlusses zu sorgen.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgabe wird mit einem Behälter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Beschreibung der Zeichnung
Die oben stehenden sowie weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden für Fachleute aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform bei Betrachtung im Licht der beiliegenden Zeichnung ohne weiteres verständlich, in der:
1 eine Querschnitts-Aufriss-Ansicht eines Behälters gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Die nachfolgende detaillierte Beschreibung und die beiliegende Zeichnung beschreiben und veranschaulichen verschiedene beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung. Die Beschreibung und die Zeichnung dienen dazu, es einem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung herzustellen und zu verwenden. In Bezug auf die offenbarten Verfahren sind die dargestellten Schritte beispielhaft und somit ist die Reihenfolge der Schritte nicht notwendig oder kritisch.
1 veranschaulicht einen Behälter 10. Der Behälter 10 umfasst eine hohle Auskleidung 12 mit einem dünnen Hauptkörper 13, eine erste Endkappe 14 und eine zweite Endkappe 15. In der gezeigten Ausführungsform umfasst der Behälter 10 ferner eine äußere Schale 16. Der Behälter 10 weist eine im Wesentlichen zylindrische Form auf und ist geeignet, ein mit Druck beaufschlagtes Fluid (nicht gezeigt) aufzunehmen. Es ist einzusehen, dass der Behälter 10 eine beliebige Form, wie gewünscht, aufweisen kann und der Behälter 10 wie gewünscht zusätzliche Schichten wie z. B. eine Sperrschicht, eine Folienschicht, eine poröse Permeationsschicht und dergleichen umfassen kann. Das mit Druck beaufschlagte Fluid kann beispielsweise ein beliebiges Fluid wie z. B. ein Gas (z. B. Wasserstoffgas und Sauerstoffgas), eine Flüssigkeit und sowohl eine Flüssigkeit als auch ein Gas sein. Wie gezeigt, ist der Hauptkörper 13 der Auskleidung 12 beispielsweise aus einem formbaren Material wie z. B. Polyethylen, Polypropylen, Polyethylenterephthalat (PET), Ethylenvinylalkohol und einem Polyamidmaterial gebildet. Der Hauptkörper 13 ist aus einem dünnen Film mit einer gewünschten Dicke gebildet. In einem nicht einschränkenden Beispiel ist der Hauptkörper 13 etwa 0,1 mm bis etwa 0,5 mm dick.
Die erste Endkappe 14 der Auskleidung 12 umfasst eine Grenzflächenschicht 17 und einen ersten geteilten Anschluss 20. Wie gezeigt, ist die Grenzflächenschicht 17 der ersten Endkappe 14 beispielsweise aus einem formbaren Material wie z. B. Polyethylen, PET, Polyoxymethylen (POM) Ethylenvinylalkohol und einem Polyamid gebildet. Eine erste Komponente 21 des ersten geteilten Anschlusses 20 liegt im Wesentlichen an zumindest einem Abschnitt einer ersten Fläche der Grenzflächenschicht 17 an. Beispielsweise ist eine erste Dichtung 22 wie z. B. ein O-Ring aus Gummi zwischen der ersten Komponente 21 und der Grenzflächenschicht 17 angeordnet, um eine im Wesentlichen fluiddichte Abdichtung dazwischen zu bilden. Es ist einzusehen, dass die erste Dichtung 22, falls gewünscht, an einer anderen Stelle zwischen der ersten Komponente 21 und der Grenzflächenschicht 17 der Auskleidung 12 angeordnet sein kann.
Eine zweite Komponente 24 des ersten geteilten Anschlusses 20 liegt im Wesentlichen an zumindest einem Abschnitt einer zweiten Fläche der Grenzflächenschicht 17 an. Die zweite Komponente 24 wirkt mit der ersten Komponente 21 zusammen, um die Grenzflächenschicht 17 dazwischen zu fixieren. Beispielsweise ist eine zweite Dichtung 26 wie z. B. ein O-Ring aus Gummi zwischen der ersten Komponente 21 und der zweiten Komponente 24 des ersten geteilten Anschlusses 20 angeordnet, um eine im Wesentlichen fluiddichte Abdichtung dazwischen zu bilden. Die zweite Komponente 24 nimmt beispielsweise in einer darin gebildeten zentralen Durchbrechung ein Fluidverbindungselement (nicht gezeigt) zum Kommunizieren mit einem Innenraum 27 des Behälters 10 wie z. B. ein Ventil, eine Armatur, einen Schlauch, eine Düse, eine Leitung und dergleichen auf. Es ist einzusehen, dass die zweite Dichtung 26, falls gewünscht, an einer anderen Stelle zwischen der ersten Komponente 21 und der zweiten Komponente 24 angeordnet sein kann. Die Dichtungen 22, 26 können eine beliebige herkömmliche Dichtung sein, die aus einem Material besteht, das die Bildung einer fluiddichten Abdichtung zwischen zwei Kontaktflächen erleichtert. Die erste Komponente 21 und die zweite Komponente 24 des ersten geteilten Anschlusses 20 sind separat hergestellte Abschlüsse, die eine Öffnung in den Innenraum 27 des Behälters 10 hinein bilden, und sind typischerweise ausgeformt, um ein Verschlusselement (nicht gezeigt) aufzunehmen. Der Behälter 10 kann je nach Wunsch eine beliebige Anzahl von geteilten Anschlüssen umfassen. Die Komponenten 21, 24 des ersten geteilten Anschlusses 20 können beispielsweise aus einem beliebigen geeigneten Material mit gewünschten Eigenschaften wie z. B. einem Metall gebildet sein.
Die zweite Endkappe 15 der Auskleidung 12 umfasst eine Grenzflächenschicht 29 und einen zweiten geteilten Anschluss 30. Wie gezeigt, ist die Grenzflächenschicht 29 der zweiten Endkappe 15 beispielsweise aus einem formbaren Material wie z. B. Polyethylen, PET, POM, Ethylenvinylalkohol und einem Polyamid gebildet. Eine erste Komponente 32 des zweiten geteilten Anschlusses 30 liegt im Wesentlichen an zumindest einem Abschnitt einer ersten Fläche der Grenzflächenschicht 29 an. Beispielsweise ist eine dritte Dichtung 34 wie z. B. ein O-Ring aus Gummi zwischen der ersten Komponente 32 und der Grenzflächenschicht 29 angeordnet, um eine im Wesentlichen fluiddichte Abdichtung dazwischen zu bilden. Es ist einzusehen, dass die dritte Dichtung 34, falls gewünscht, an einer anderen Stelle zwischen der ersten Komponente 32 und der Grenzflächenschicht 29 angeordnet sein kann.
Eine zweite Komponente 36 des zweiten geteilten Anschlusses 30 liegt im Wesentlichen an zumindest einem Abschnitt einer zweiten Fläche der Grenzflächenschicht 29 an. Die zweite Komponente 36 wirkt mit der ersten Komponente 32 zusammen, um die Grenzflächenschicht 29 dazwischen zu fixieren. Beispielsweise ist eine vierte Dichtung 38 wie z. B. ein O-Ring aus Gummi zwischen der ersten Komponente 32 und der zweiten Komponente 36 des zweiten geteilten Anschlusses 30 angeordnet, um eine im Wesentlichen fluiddichte Abdichtung dazwischen zu bilden. Die zweite Komponente 36 nimmt in einer darin gebildeten zentralen Durchbrechung ein Fluidverbindungselement (nicht gezeigt) zum Kommunizieren mit einem Innenraum 27 des Behälters 10 wie z. B. ein Ventil, eine Armatur, einen Schlauch, eine Düse, eine Leitung und dergleichen auf. Es ist einzusehen, dass die vierte Dichtung 38, falls gewünscht, an einer anderen Stelle zwischen der ersten Komponente 32 und der zweiten Komponente 36 angeordnet sein kann. Die Dichtungen 34, 38 können eine beliebige herkömmliche Dichtung sein, die aus einem Material besteht, das die Bildung einer fluiddichten Abdichtung zwischen zwei Kontaktflächen erleichtert. Die erste Komponente 32 und die zweite Komponente 36 des zweiten geteilten Anschlusses 30 sind separat hergestellte Abschlüsse, die eine Öffnung in den Innenraum 27 des Behälters 10 hinein bilden, und sind typischerweise ausgeformt, um ein Verschlusselement (nicht gezeigt) aufzunehmen. Der Behälter 10 kann je nach Wunsch eine beliebige Anzahl von geteilten Anschlüssen umfassen. Die Komponenten 32, 36 des zweiten geteilten Anschlusses 30 können aus einem Metall oder einem anderen herkömmlichen Material mit gewünschten Eigenschaften gebildet sein.
In der gezeigten Ausführungsform liegt die äußere Schale 16 des Behälters 10 im Wesentlichen an zumindest einem Abschnitt der zweiten Fläche der Auskleidung 12 an. Ein Abschnitt der äußeren Schale 16 ist auf der zweiten Komponente 24 des ersten geteilten Anschlusses 20 und der zweiten Komponente 36 des zweiten geteilten Anschlusses 30 angeordnet. Die äußere Schale 16 ist typischerweise durch einen Filamentwickel- und Härtungsprozess gebildet. Wenn die äußere Schale 16 durch den Filamentwickel- und Härtungsprozess gebildet ist, kann die äußere Schale 16 z. B. aus einer Kohlefaser, einer Glasfaser, einer Verbundfaser und einer Faser mit einer Harzbeschichtung gebildet sein. Es ist einzusehen, dass die äußere Schale 16 je nach Wunsch mithilfe anderer Verfahren gebildet sein kann.
Um den Behälter 10 zu bilden, wird der dünne Hauptkörper 13 der Auskleidung 12 mithilfe eines Koextrusions-Blasfolienformprozesses gebildet. Nachdem der Hauptkörper 13 der Auskleidung 12 gebildet wurde, werden die erste Endkappe 14 und die zweite Endkappe 15 der Auskleidung 12 an gegenüberliegenden Enden davon angeordnet. Die erste Endkappe 14 und die zweite Endkappe 15 werden beispielsweise mithilfe eines beliebigen herkömmlichen Herstellungsprozesses wie z. B. eines Spritzgießprozesses, eines Thermoformprozesses und dergleichen gebildet. Die äußere Schale 16 wird dann um den Hauptkörper 13 und zumindest einen Abschnitt der Endkappen 14, 15 herum mithilfe des Filamentwickel- und Härtungsprozesses gebildet. Sobald die äußere Schale 16 gehärtet ist, ist der Behälter 10 fertig.
Alternativ wird die Auskleidung 12 mithilfe eines thermoplastischen Folier- und Abdichtungsprozesses gebildet. Während des thermoplastischen Folier- und Abdichtungsprozesses wird eine dünne Folienbahn mithilfe eines thermoplastischen Folier-Prozesses gebildet. Es ist einzusehen, dass die dünne Folienbahn je nach Wunsch eine einschichtige flexible Folienbahn oder eine mehrschichtige flexible Folienbahn sein kann. Es ist ferner einzusehen, dass beispielsweise ein zusätzlicher Beschichtungsprozess verwendet werden kann, um auf die dünne Folienbahn ein Material zur Verhinderung einer Permeation des mit Druck beaufschlagten Fluids dadurch, wie z. B. ein Wasserstoffsperrmaterial, aufzubringen. Die Endkappen 14, 15 werden dann an gegenüberliegenden Enden der dünnen Folienbahn angeordnet. Die dünne Folienbahn wird um die erste Endkappe 14 und die zweite Endkappe 15 herum gewickelt. Dann wird ein an den Kontaktkanten der Folienbahn gebildeter Rand abgedichtet, um den Hauptkörper 13 zu bilden. Danach werden die an den Kontaktflächen des Hauptkörpers 13 und den jeweiligen Endkappen 14, 15 gebildeten Ränder abgedichtet, um die Auskleidung 12 zu bilden. Es ist einzusehen, dass die Ränder wie gewünscht beispielsweise mithilfe eines beliebigen geeigneten Verfahrens wie z. B. eines Schweißprozesses, eines Heißversiegelungsprozesses und dergleichen abgedichtet werden können. Die erste Endkappe 14 und die zweite Endkappe 15 werden beispielsweise mithilfe eines herkömmlichen Herstellungsprozesses wie z. B. eines Spritzgießprozesses, eines Thermoformprozesses und dergleichen gebildet.

Claims

Behälter (10), welcher umfasst: eine erste Endkappe (14), die eine Grenzflächenschicht (17) und einen ersten Anschluss (20) umfasst, der sich aus einer ersten Komponente (21), die an der dem Innenraum (27) des Behälters (10) zugewandten Seite der Grenzflächenschicht (17) anliegt, und einer zweiten Komponente (24) zusammensetzt, die an der dem Innenraum des Behälters abgewandten Seite der Grenzflächenschicht (17) anliegt; einen dünnen Hauptkörper (13), der zumindest an einem Abschnitt der ersten Endkappe (14) anliegt; und eine äußere Schale (16), die um zumindest einen Abschnitt der ersten Endkappe (14) und den Hauptkörper (13) herum gebildet ist; dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Komponente (24) des ersten Anschlusses (20) eine Ringnut aufweist, in die sich die erste Komponente (21) des ersten Anschlusses (20) mit ihrem dem Innenraum des Behälters abgewandten Stirnende hineinerstreckt.
Behälter nach Anspruch 1, welcher ferner eine zweite Endkappe (15) mit einer Grenzflächenschicht (29) und einem zweiten Anschluss umfasst.