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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen Druckbehälter zum Speichern eines Fluids und ein Verfahren zur Herstellung der Druckbehälters.
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Hintergrund der Erfindung
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Ein Druckbehälter zum Speichern eines mit Druck beaufschlagten Fluidmediums (wie z. B. Wasserstoff) umfasst typischerweise eine Druckkammer, welche das mit Druck beaufschlagte Fluidmedium enthält, das in einer gesteuerten Weise in den Behälter hinein- oder aus demselben hinausbewegt wird. In bestimmten Ausgestaltungen umfasst der Druckbehälter eine innere Kunststoffauskleidung mit zwei Metallmundstücken (Anschlüssen), die an gegenüberliegenden Enden angeordnet sind, und eine präzisionsgewickelte äußere Schale, welche die innere Behälterauskleidung unterstützt.
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Die Behälterauskleidung wird typischerweise mithilfe eines herkömmlichen Spritzgieß-, Blasform-, Rotationsformprozesses oder Thermoformprozesses hergestellt. Zum Beispiel beschreiben die folgenden Druckschriften eine Behälterauskleidung:
WO 99/39 896 A1 ,
WO 2007/079 971 A1 ,
DE 195 26 154 A1 und
WO 99/13 263 A1 .
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Um eine gesteuerte Bewegung von Fluiden in den oder aus der Druckkammer zuzulassen, ist der Behälter typischerweise mit einer Druckkammeröffnung ausgebildet, und ein Anschluss ist in die Öffnung gepasst. Der Anschluss ist zur Verbindung mit Düsen, Ventilen, Messeinrichtungen, Rohren und ähnlichen Aufsätzen, welche die Fluidströmung lenken und steuern, mit einem Gewinde versehen oder anderweitig geformt. Demzufolge ist der Anschluss aus einem Metall oder einem anderen herkömmlichen Material gebildet, das die gewünschten Eigenschaften aufweist.
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Der Anschluss umfasst typischerweise einen zylindrischen Hals mit einem Längsdurchgang, der eine fluidtechnische Verbindung zwischen der Druckkammer und der Umgebung außerhalb des Behälters bereitstellt. In bestimmten Ausgestaltungen ist ein Flansch an einem Ende des Halses fixiert. Der Flansch, der größer ist als die Druckkammeröffnung, ist an der Auskleidung des Druckbehälters fixiert, um eine relative Bewegung zwischen dem Anschluss und der Auskleidung zu verhindern.
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Zunächst ist es wünschenswert, eine translatorische Bewegung des Anschlusses in Bezug auf die Auskleidung zu verhindern. Das heißt, es sollte nicht zugelassen werden, dass sich der Anschluss entlang der zentralen Längsachse des Halses bewegt, sodass er vollständig in das Innere der Druckkammer fällt. Es sollte auch nicht zugelassen werden, dass sich der Anschluss in die entgegengesetzte Richtung bewegt und sich von dem Behälter löst.
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Zweitens ist es wünschenswert, eine Rotation des Anschlusses in Bezug auf die Auskleidung zu verhindern. Das heißt, es sollte nicht zugelassen werden, dass der Anschluss in Bezug auf die Auskleidung um die Zentralachse des Halses oder um die Druckkammeröffnung herum rotieret. Somit sollte, wenn der Behälter gehalten wird und ein Versuch unternommen wird, einen Aufsatz in den Gewindeanschluss zu schrauben, der Anschluss den Versuch nicht vereiteln, indem er in Bezug auf die Auskleidung rotiert.
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Es entsteht daher das Problem, wie der Anschluss sicher an einer nichtmetallischen Auskleidung zu befestigen ist, um eine translatorische Bewegung und Rotation des Anschlusses zu verhindern, und gleichzeitig eine im Wesentlichen fluiddichte Abdichtung zwischen dem Anschluss und der Behälterauskleidung bereitgestellt ist. Eine Herangehensweise beruht einfach auf dem inneren Druck in dem Behälter zum Befestigen des Anschlusses und der Auskleidung. Wenngleich dieser Druck ausreichen kann, um eine Dichtung zwischen dem Anschluss und der nichtmetallischen Auskleidung in bestimmten Behältern zu schaffen, und auch eine translatorische Bewegung des Anschlusses verhindern kann, verhindert er im Allgemeinen eine Anschlussrotation nicht.
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Eine weitere Herangehensweise positioniert den Anschluss zwischen zwei Lippen einer teilweise verzweigten Auskleidung. Solch eine Auskleidung umfasst zwei Lippenschichten, die um den Umfang der Druckkammeröffnung herum angeordnet sind. Der Anschlussflansch ist in einer kreisringförmigen Vertiefung zwischen den Lippenschichten positioniert und ist von den Auskleidungslippen umschlossen. Es wird kein Kleber zwischen dem Anschluss und den Auskleidungslippen verwendet. Wenngleich dieser Ansatz eine translatorische Bewegung des Anschlusses begrenzt, versagt er dabei, die Anschlussrotation im Wesentlichen einzuschränken.
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Eine andere Herangehensweise, um den Anschluss an der Auskleidung zu fixieren, umfasst das Anordnen einer Kleberschicht zwischen dem Anschluss und der Auskleidung. Der Kleber klebt den Anschluss und die Auskleidung zumindest anfänglich aneinander. Bedauerlicherweise altern bestimmte Kleber mit der Zeit. Somit kann der Kleber nicht die gesamte Lebensdauer des Behälters halten, insbesondere wenn Druck und thermische Spannungen oder chemische Schadstoffe in den Behälter eingebracht werden.
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Es ist auch schwierig, Metallanschlüsse an bestimmte thermoplastische Materialien wie z. B. Nylon und Polyolefine zu kleben, da thermoplastische Materialien auf Mineralölbasis naturgemäß eine so genannte „geschmierte” Fläche aufweisen. Die Verwendung von Klebern, um Metalle an solche Materialien zu kleben, beinhaltet typischerweise aufwendige Oberflächenvorbereitungs- und -behandlungsschritte, um eine ausreichende Bindung sicherzustellen. Die Wiederholbarkeit einer ausreichenden Bindung wird auch bedienerempfindlich und daher problematisch in großen Serienfertigungen.
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Es wäre wünschenswert, einen Anschluss zur Verwendung mit einem Druckbehälter und ein Verfahren zum Koppeln des Anschlusses mit einer Behälterauskleidung des Druckbehälters zu entwickeln, wobei der Anschluss sicher mit der Behälterauskleidung gekoppelt wird, um eine im Wesentlichen fluiddichte Abdichtung dazwischen zu bilden.
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Herkömmliche Druckbehälter zum Speichern eines Fluids und Verfahren zur Herstellung der Druckbehälter sind aus den Druckschriften
DE 11 2004 002 795 T5 ,
JP 2005-265 138 A ,
US 2009/0 071 965 A1 und
US 3 348 728 A1 bekannt.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Übereinstimmend und im Einklang mit der vorliegenden Erfindung wurden überraschenderweise ein Anschluss zur Verwendung mit einem Druckbehälter und ein Verfahren zum Koppeln des Anschlusses mit einer Behälterauskleidung des Druckbehälters entdeckt, wobei der Anschluss sicher mit der Behälterauskleidung gekoppelt wird, um eine im Wesentlichen fluiddichte Abdichtung dazwischen zu bilden.
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Ein erfindungsgemäßer Druckbehälter zum Speichern eines Fluids umfasst einen kreisringförmigen inneren Anschluss mit einer inneren Fläche und einer äußeren Fläche, wobei die innere Fläche einen Durchgang bildet, der geeignet ist, eine Versorgungsvorrichtung darin aufzunehmen. Der innere Anschluss umfasst ferner eine ”U”-Form mit einem Auskleidungskanal, der zwischen der inneren Fläche und der äußeren Fläche gebildet ist. Weiterhin umfasst der Druckbehälter eine Behälterauskleidung, von der ein Abschnitt in dem Auskleidungskanal des inneren Anschlusses angeordnet ist, und einen äußeren Anschluss, der an der äußeren Fläche des inneren Anschlusses fixiert ist. Der äußere Anschluss weist einen Halsabschnitt und einen Schulterabschnitt auf. Der Schulterabschnitt weist eine verjüngte Form mit einer abnehmenden Dicke in Richtung eines Umfanges davon auf. Die äußere Fläche des inneren Anschlusses umfasst ein erstes Kopplungselement zum Eingriff und Fixieren des inneren Anschlusses mit dem äußeren Anschluss. Die innere Fläche des inneren Anschlusses umfasst ein zweites Kopplungselement, das dazu ausgebildet ist, die Versorgungsvorrichtung zu fixieren. Der Halsabschnitt des äußeren Anschlusses umfasst ein Kopplungselement, das mit dem ersten Kopplungselement des inneren Anschlusses in Eingriff steht. Der Auskleidungskanal des inneren Anschlusses und der in dem Auskleidungskanal des inneren Anschlusses angeordnete Abschnitt der Behälterauskleidung erstrecken sich bis zu einem Bereich des inneren Anschlusses, der zwischen dem ersten Kopplungselement und dem zweiten Kopplungselement des inneren Anschlusses angeordnet ist.
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Die Erfindung sieht auch Verfahren zur Herstellung des vorstehend beschriebenen Druckbehälters vor.
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Das Verfahren umfasst die Schritte, dass: die Behälterauskleidung mit einer darin gebildeten Durchbrechung gebildet wird; der innere Anschluss mit dem darin gebildeten Auskleidungskanal vorgesehen wird, wobei der Auskleidungskanal geeignet ist, einen Abschnitt der Behälterauskleidung darin aufzunehmen; die Behälterauskleidung in dem Auskleidungskanal des inneren Anschlusses angeordnet wird; der innere Anschluss an einen Abschnitt der Behälterauskleidung geklemmt wird; und der an dem inneren Anschluss fixierte äußere Anschluss vorgesehen wird.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Die oben stehenden sowie weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden für Fachleute aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform bei Betrachtung im Licht der beiliegenden Zeichnungen ohne weiteres verständlich, in denen:
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1 eine fragmentarische perspektivische Darstellung eines Druckbehälters gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, wobei ein Abschnitt des Druckbehälters im Schnitt gezeigt ist;
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2 eine fragmentarische perspektivische Darstellung eines Druckbehälters gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, wobei ein Abschnitt des Druckbehälters im Schnitt gezeigt ist;
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3 eine fragmentarische perspektivische Darstellung eines Druckbehälters gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, wobei ein Abschnitt des Druckbehälters im Schnitt gezeigt ist;
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3a eine vergrößerte fragmentarische vordere Querschnitts-Aufrissansicht eines Abschnittes des in 3 veranschaulichten Druckbehälters ist, der durch den Kreis 3a darin dargestellt ist;
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4 eine fragmentarische perspektivische Darstellung eines Druckbehälters gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, wobei ein Abschnitt des Druckbehälters im Schnitt gezeigt ist;
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4a eine vergrößerte fragmentarische vordere Querschnitts-Aufrissansicht eines Abschnittes des in 4 veranschaulichten Druckbehälters ist, der durch den Kreis 4a darin dargestellt ist; und
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5 eine fragmentarische Querschnittsansicht des Druckbehälters von 4 ist.
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Detaillierte Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung
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Die nachfolgende detaillierte Beschreibung und beiliegenden Zeichnungen beschreiben und veranschaulichen verschiedene Ausführungsformen der Erfindung. Die Beschreibung und die Zeichnungen 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.
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1 veranschaulicht einen Druckbehälter 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie gezeigt, umfasst der Druckbehälter 10 eine Behälterauskleidung 12 und einen Anschluss 14.
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Die Behälterauskleidung 12 ist typischerweise durch einen Blasformprozess gebildet, wie auf dem technischen Gebiet bekannt. Es können jedoch beispielsweise andere Form- und Herstellungsverfahren verwendet werden, um die Behälterauskleidung 12 herzustellen wie z. B. Spritzgießen, Streckformen, Blasformen und Rotationsformen. Als ein nicht einschränkendes Beispiel ist die Behälterauskleidung 12 aus einem thermoplastischen Material gebildet. Es können jedoch andere Kunststoff- und nichtmetallische Materialien verwendet werden. Es ist einzusehen, dass die Behälterauskleidung 12 mithilfe einer mehrschichtigen oder einzelschichtigen Materialstruktur gebildet sein kann und ferner z. B. eine Sperrschicht umfassen kann.
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Der Anschluss 14 umfasst einen inneren Anschluss 16, der als eine Klemmkomponente bezeichnet wird, und einen äußeren Anschluss 18. Der Anschluss 14 umfasst ferner einen darin gebildeten Durchgang 20, um eine fluidtechnische Verbindung zwischen einer durch den Druckbehälter 10 definierten Druckkammer und einer Umgebung außerhalb des Druckbehälters 10 vorzusehen. Es ist einzusehen, dass der Durchgang 20 eine/n beliebige/n Größe, Durchmesser und Form aufweisen kann.
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Der innere Anschluss 16 ist typischerweise aus einem Metall gebildet. Es können jedoch andere Materialien wie z. B. Kunststoff, Gummi und Materialien auf Harzbasis verwendet werden. Wie gezeigt, befindet sich der innere Anschluss 16 in einer „geklemmten” Position und er weist eine im Wesentlichen umgedrehte „U”-Form mit einem Auskleidungskanal 22 zum Aufnehmen der Behälterauskleidung 12 darin auf. Es ist jedoch einzusehen, dass der innere Anschluss 16 derart gebildet sein kann, dass er eine im Wesentlichen umgedrehte „V”-Form aufweist, wobei eine Breite des Auskleidungskanals 22 vorbestimmt ist, um einen Abschnitt der Behälterauskleidung 12 aufzunehmen. Es ist ferner einzusehen, dass der Auskleidungskanal 22 geeignet sein kann, eine Behälterauskleidung mit einer nicht konstanten Wanddicke zu fixieren. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann der Auskleidungskanal 22 eine serpentinenartige bzw. gewundene oder „gewellte” Form aufweisen, um die Behälterauskleidung 12 in abwechselnden Richtungen zu biegen. Es ist jedoch einzusehen, dass der Auskleidungskanal 22 eine beliebige Form und Größe aufweisen kann und Rückhalteelemente wie z. B. Vorsprünge oder „Zähne” umfassen kann, um die Behälterauskleidung 12 zu fixieren.
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In der gezeigten Ausführungsform umfasst eine äußere Fläche 24 des inneren Anschlusses 16 ein erstes Kopplungselement 26 zum Eingriff und Fixieren des inneren Anschlusses 16 mit dem äußeren Anschluss 18. Als ein nicht einschränkendes Beispiel ist das gezeigte Kopplungselement 26 ein/e im Wesentlichen schraubenförmige/s Gewinde oder Nut. Es kann jedoch ein anderes Mittel zum Eingriff und Fixieren des inneren Anschlusses 16 und des äußeren Anschlusses 18 verwendet werden. Eine innere Fläche 28 des inneren Anschlusses 16 definiert den Durchgang 20 und umfasst ein zweites Kopplungselement 30. Das zweite Kopplungselement 30 steht mit verschiedenen Versorgungsvorrichtungen wie z. B. Druckreglern, Düsen, Ventilen, Messeinrichtungen, Rohren und ähnlichen Aufsätzen, welche einen Fluidstrom in den Druckbehälter 10 hinein und aus diesem hinaus leiten und steuern, in Eingriff und fixiert diese. Als ein nicht einschränkendes Beispiel ist das gezeigte zweite Kopplungselement 30 ein/e im Wesentlichen schraubenförmige/s Gewinde oder Nut, das/die an der inneren Fläche 28 des inneren Anschlusses 16 gebildet ist. Es kann jedoch ein anderes Mittel zum Eingriff und Fixieren der Versorgungsvorrichtungen und des Anschlusses 14 verwendet werden.
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Der äußere Anschluss 18 ist typischerweise aus einem Metall gebildet. Es können jedoch andere Materialien wie z. B. Kunststoff, Gummi und Harz verwendet werden. Es ist einzusehen, dass der innere Anschluss 16 und der äußere Anschluss 18 aus ähnlichen oder verschiedenen Materialien gebildet sein können. Der äußere Anschluss 18 umfasst einen Halsabschnitt 32 und einen Schulterabschnitt 34. Es ist einzusehen, dass der Halsabschnitt 32 und der Schulterabschnitt 34 eine beliebige Form und Größe aufweisen können.
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Der Halsabschnitt 32 des äußeren Anschlusses 18 umfasst ein Kopplungselement 36, um mit dem ersten Kopplungselement 26 des inneren Anschlusses 16 in Eingriff zu stehen. Als ein nicht einschränkendes Beispiel umfasst das Kopplungselement 36 des äußeren Anschlusses 18 ein/e im Wesentlichen schraubenförmige/s Gewinde oder Nut, das/die an einer inneren Fläche des Halsabschnittes 32 des äußeren Anschlusses 18 gebildet ist. Es kann jedoch ein anderes Mittel zum Eingriff und Fixieren des inneren Anschlusses 16 und des äußeren Anschluss 18 verwendet werden.
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Der Schulterabschnitt 34 ist mit einer verjüngten Form mit einer abnehmenden Dicke in Richtung eines Umfanges davon gezeigt. Es ist jedoch einzusehen, dass der Schulterabschnitt 34 je nach Wunsch eine beliebige Form, Größe und Konfiguration aufweisen kann. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann der Schulterabschnitt 34 gebildet sein, um einen Abschnitt der Behälterauskleidung 12 zu umreißen und einen im Wesentlichen gleichmäßigen Übergang zwischen dem Schulterabschnitt 34 und einer äußeren Fläche 37 der Behälterauskleidung 12 vorzusehen.
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Im Gebrauch wird ein Vorformling (nicht gezeigt) der Behälterauskleidung 12 um einen Kalibrierblasdorn herum geführt, wie auf dem Gebiet des Blasformens bekannt. Danach leitet der Kalibrierblasdorn Luft in den Vorformling ein, um dadurch den Vorformling in die hohle Behälterauskleidung 12 hinein zu erweitern. Es ist einzusehen, dass andere Gase oder Fluide verwendet werden können, um die hohle Behälterauskleidung 12 zu bilden. Nachdem die Behälterauskleidung 12 die gewünschte Form aufweist, wird die gebildete Behälterauskleidung 12 gelöst und jegliches Abfallmaterial des Vorformlings wird durch einen Trennprozess entfernt, wie dem Fachmann auf dem Gebiet des Blasformens bekannt ist. Es ist einzusehen, dass andere Blasformprozesse verwendet werden können, um die Behälterauskleidung 12 zu bilden. Es ist ferner einzusehen, dass andere Formprozesse, z. B. Spritzgießen und Streckformen, wie auf dem technischen Gebiet bekannt, verwendet werden können, um die Behälterauskleidung 12 zu bilden.
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Sobald die Behälterauskleidung 12 gebildet ist, wird ein Abschnitt der Behälterauskleidung 12 in dem Auskleidungskanal 22 des inneren Anschlusses 16 angeordnet. In bestimmten Ausführungsformen nimmt der innere Anschluss 16, der im Wesentlichen eine „V”-Form aufweist, einen Abschnitt der Behälterauskleidung 12 in den Auskleidungskanal 22 hinein auf. Als solches lässt die erweiterte Breite oder der „Mund” des Auskleidungskanals 22 das Anordnen der Behälterauskleidung 12 darin zu. Danach wird der innere Anschluss 16 um die Behälterauskleidung 12 herum festgeklemmt, um die Behälterauskleidung 12 darin zusammenzudrücken. Wie in 1 gezeigt, wird die Behälterauskleidung 12 an die Kontur des Auskleidungskanals 22 gebogen und geformt, um die Behälterauskleidung 12 an dem inneren Anschluss 16 zu fixieren. Es ist einzusehen, dass ein beliebiges Klemmwerkzeug verwendet werden kann, um den inneren Anschluss 16 zu biegen und dadurch die Behälterauskleidung 12 darin „festzuklemmen”. Es ist ferner einzusehen, dass die Behälterauskleidung 12 vor der Klemmprozedur erwärmt werden kann, um ein fügsameres Auskleidungsmaterial vorzusehen. Der äußere Anschluss 18 wird dann mit dem inneren Anschluss 16 gekoppelt. Als ein nicht einschränkendes Beispiel liegt der Schulterabschnitt 34 des äußeren Anschlusses 18 an einem Abschnitt der Behälterauskleidung 12 an. In bestimmten Ausführungsformen wird, sobald der innere Anschluss 16 und der äußere Anschluss 18 des Anschlusses miteinander gekoppelt sind, eine Versorgungsvorrichtung oder ein Stützring (nicht gezeigt) mit dem zweiten Kopplungselement 30 des inneren Anschlusses 16 gekoppelt, um eine zusätzliche Stütze für den Anschluss 14 vorzusehen und eine Fluidströmung in den Druckbehälter 10 hinein und aus diesem hinaus zu leiten und zu steuern. Außerdem verstärkt der Anschluss 14 den Druckbehälter 10 um eine darin gebildete Öffnung herum. Es ist einzusehen, dass zusätzliche Beschichtungen und Schichten wie z. B. Verbundstoffe und Fasern auf die Behälterauskleidung 12 aufgebracht werden können, um einen fertigen Druckbehälter zu bilden. Als ein nicht einschränkendes Beispiel können die zusätzlichen Schichten, die um die Behälterauskleidung 12 herum gebildet werden, mithilfe eines Wickelprozesses und/oder eines Rotationsformprozesses und/oder eines Härtungsprozesses gebildet werden, wie auf dem technischen Gebiet bekannt. Es ist ferner einzusehen, dass die Behälterauskleidung 12 und der resultierende Druckbehälter eine beliebige Form und Größe aufweisen können, wie durch den Herstellungsprozess bestimmt.
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2 veranschaulicht einen Druckbehälter 10' gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, der, außer wie nachfolgend beschrieben, dem Druckbehälter 10 von 1 ähnlich ist. Die aus der Beschreibung der 1 wiederholte Struktur umfasst die gleiche Bezugsziffer. Varianten der in 1 gezeigten Struktur umfassen die gleiche Bezugsziffer und ein Strich(')-Symbol.
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Wie gezeigt, umfasst der Auskleidungskanal 22' eine Vielzahl von Vorsprüngen 38 oder Zähnen, um die die Behälterauskleidung 12 darin in Eingriff zu bringen und zu fixieren. Außerdem ist in dem Auskleidungskanal 22' ein Abdichtungsmaterial 40 angeordnet, um eine im Wesentlichen fluiddichte Abdichtung zwischen dem inneren Anschluss 16' des Anschlusses 14' und der Behälterauskleidung 12 vorzusehen.
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Im Gebrauch ist die gebildete Behälterauskleidung 12 in dem Auskleidungskanal 22 des inneren Anschlusses 16' angeordnet. In bestimmten Ausführungsformen nimmt der innere Anschluss 16', der im Wesentlichen eine „V”-Form aufweist, einen Abschnitt der Behälterauskleidung 12 in den Auskleidungskanal 22' hinein auf. Als solches lässt die erweiterte Breite oder der „Mund” des Auskleidungskanals 22' das Anordnen der Behälterauskleidung 12 darin zu. Danach wird der innere Anschluss 16' um die Behälterauskleidung 12 herum festgeklemmt, um die Behälterauskleidung 12 darin zusammenzudrücken. Wie in 2 gezeigt, stehen die Vorsprünge 38 mit der Behälterauskleidung 12 in Eingriff, um die Behälterauskleidung 12 an dem inneren Anschluss 16' zu fixieren. Es ist einzusehen, dass ein beliebiges Klemmwerkzeug verwendet werden kann, um den inneren Anschluss 16' zu biegen und dadurch die Behälterauskleidung 12 darin „festzuklemmen”. Es ist ferner einzusehen, dass die Behälterauskleidung 12 vor der Klemmprozedur erwärmt werden kann, um ein fügsameres Auskleidungsmaterial vorzusehen. In bestimmen Ausführungsformen wird das Abdichtungsmaterial 40 in einen Raum zwischen der Behälterauskleidung 12 und dem inneren Anschluss 16' eingespritzt. In weiteren Ausführungsformen wird das Abdichtungsmaterial 40 in dem Auskleidungskanal 22' angeordnet, bevor es an die Behälterauskleidung 12 geklemmt wird. Es ist einzusehen, dass ein beliebiges Mittel zum Aufbringen des Abdichtungsmaterials 40 verwendet werden kann. Dann wird der äußere Anschluss 18 mit dem inneren Anschluss 16' gekoppelt. Als ein nicht einschränkendes Beispiel liegt der Schulterabschnitt 34 des äußeren Anschlusses 18 an einem Abschnitt der Behälterauskleidung 12 an. In bestimmten Ausführungsformen wird, sobald der innere Anschluss 16' und der äußere Anschluss 18 des Anschlusses miteinander gekoppelt sind, eine Versorgungsvorrichtung oder ein Stützring (nicht gezeigt) mit dem zweiten Kopplungselement 30 des inneren Anschlusses 16' gekoppelt, um eine zusätzliche Stütze für den Anschluss 14' vorzusehen und eine Fluidströmung in den Druckbehälter 10' hinein und aus diesem hinaus zu leiten und steuern.
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Die 3 und 3a veranschaulichen einen Druckbehälter 10'' gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, der, außer wie nachfolgend beschrieben, dem Druckbehälter 10' von 2 ähnlich ist. Die aus der Beschreibung der 2 wiederholte Struktur umfasst die gleiche Bezugsziffer. Varianten der in 2 gezeigten Struktur umfassen die gleiche Bezugsziffer und ein Doppelstrich('')-Symbol.
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Wie gezeigt, umfasst der innere Anschluss 16'' einen darin gebildeten Abdichtungskanal 42, wobei der Abdichtungskanal 42 ein kreisringförmiger Kanal ist, der geeignet ist, ein Abdichtungselement 44 aufzunehmen. Wie gezeigt, umfasst der innere Anschluss 16'' einen einzigen Kanal. Es kann jedoch eine beliebige Anzahl von Kanälen und Abdichtungselementen verwendet werden. Als ein nicht einschränkendes Beispiel ist das Abdichtungselement 44 ein O-Ring, der aus einem Elastomer und/oder einem Kunststoff gebildet ist. Es können beispielsweise jedoch andere Materialien mit den gewünschten Eigenschaften, z. B. ein Gummi, ein Metall und ein ultrahochmolekulares Polyethylen (UHMW-PE), verwendet werden. Als ein weiteres Beispiel kann ein eingekapselter O-Ring verwendet werden, wobei der eingekapselte O-Ring beispielsweise mehrere Schichten umfasst, die aus verschiedenen Materialien, z. B. Fluorethylenpropylen, Fluorelastomeren (FKM) und Methylvinyl-Silikongummi (VMQ), gebildet sind. Es ist einzusehen, dass der Abdichtungskanal 42 und das Abdichtungselement 44 je nach Wunsch in einer beliebigen Position relativ zu der Behälterauskleidung 12 und dem inneren Anschluss 16'' gebildet sein können und eine beliebige Form aufweisen können.
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Im Gebrauch stellt das Abdichtungselement 44 eine im Wesentlichen fluiddichte Abdichtung zwischen der Behälterauskleidung 12 und dem inneren Anschluss 16'' bereit. Im Speziellen, wenn sich der Druck innerhalb des Druckbehälters 10'' ändert, minimiert das Abdichtungselement 44 einen Fluidaustritt zwischen dem Anschluss 14'' und der Behälterauskleidung 12.
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Die 4, 4a und 5 veranschaulichen einen Druckbehälter 110 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie gezeigt, umfasst der Druckbehälter 110 eine Behälterauskleidung 112 und einen Anschluss 114.
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Die Behälterauskleidung 112 ist typischerweise durch einen Blasformprozess gebildet, wie auf dem technischen Gebiet bekannt. Es können beispielsweise jedoch andere Form- und Herstellungsverfahren wie z. B. Spritzgießen, Streckformen, Blasformen und Rotationsformen verwendet werden, um die Behälterauskleidung 112 herzustellen. Als ein nicht einschränkendes Beispiel ist die Behälterauskleidung 112 aus einem thermoplastischen Material gebildet. Es können jedoch andere Kunststoff- und nichtmetallische Materialien verwendet werden. Es ist einzusehen, dass die Behälterauskleidung 112 beispielsweise mithilfe einer mehrschichtigen oder einschichtigen Materialstruktur gebildet werden kann und ferner eine Sperrschicht umfassen kann.
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Der Anschluss 114 umfasst einen inneren Anschluss 116, der als eine Klemmkomponente bezeichnet wird, und einen äußeren Anschluss 118. Der innere Anschluss 116 und der äußere Anschluss 118 wirken zusammen, um einen Durchgang 120 zu definieren, um eine fluidtechnische Verbindung zwischen einer in dem Druckbehälter 110 gebildeten Druckkammer und einer Umgebung außerhalb des Druckbehälters 110 vorzusehen. Es ist einzusehen, dass der Durchgang 120 eine/n beliebige/n Größe, Durchmesser und Form aufweisen kann.
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Der innere Anschluss 116 ist typischerweise aus einem Metall gebildet. Es können jedoch andere Materialien wie z. B. Kunststoff, Gummi und Materialien auf Harzbasis verwendet werden. Eine innere Fläche 124 des inneren Anschlusses 116 umfasst ein Kopplungselement 126 zum Eingriff und Fixieren des inneren Anschlusses 116 mit dem äußeren Anschluss 118. Als ein nicht einschränkendes Beispiel ist das gezeigte Kopplungselement 126 ein/e im Wesentlichen schraubenförmige/s Gewinde oder Nut. Es kann jedoch ein anderes Mittel zum Eingriff und Fixieren des inneren Anschlusses 116 und des äußeren Anschlusses 118 verwendet werden. Als ein nicht einschränkendes Beispiel liegt eine äußere Fläche 125 des inneren Anschlusses 116 an einem Abschnitt des äußeren Anschlusses 118 an. Es ist einzusehen, dass das Kopplungselement 126 an der äußeren Fläche 125 zum Eingriff und Fixieren des inneren Anschlusses 116 mit dem äußeren Anschluss 118 gebildet sein kann.
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Wie gezeigt, befindet sich der innere Anschluss 116 in einer „festgeklemmten” Position und weist eine im Wesentlichen umgedrehte „U”-Form mit einem Auskleidungskanal 122 zum Aufnehmen der Behälterauskleidung 112 darin auf. Es ist jedoch einzusehen, dass der innere Anschluss 116 derart gebildet sein kann, dass er eine im Wesentlichen umgedrehte „V”-Form aufweist, wobei eine Breite des Auskleidungskanals 122 vorbestimmt ist, um einen Abschnitt der Behälterauskleidung 112 aufzunehmen. Es ist ferner einzusehen, dass der Auskleidungskanal 122 geeignet sein kann, eine Behälterauskleidung mit einer nicht konstanten Wanddicke zu fixieren. Wie gezeigt, umfasst der Auskleidungskanal 122 eine Vielzahl von Vorsprüngen 128 oder Zähnen, um mit der Behälterauskleidung 112 in Eingriff zu stehen und die Behälterauskleidung 112 darin zu fixieren. Außerdem ist in dem Auskleidungskanal 122 ein Abdichtungsmaterial 130 angeordnet, um eine im Wesentlichen fluiddichte Abdichtung zwischen dem inneren Anschluss 116 des Anschlusses 114 und der Behälterauskleidung 112 vorzusehen. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann der Auskleidungskanal 122 eine gewundene oder „gewellte” Form aufweisen, um die Behälterauskleidung 12 in abwechselnden Richtungen zu biegen. Es ist jedoch einzusehen, dass der Auskleidungskanal 122 beispielsweise eine beliebige Form und Größe aufweisen kann und eine beliebige Anzahl von Rückhalteelementen wie z. B. die Vorsprünge 128 umfassen kann. Es ist ferner einzusehen, dass der innere Anschluss 116 ein Abdichtungselement (nicht gezeigt) umfassen kann, um eine fluiddichte Abdichtung zwischen dem inneren Anschluss 116 und der Behälterauskleidung 112 vorzusehen.
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Der äußere Anschluss 118 ist typischerweise aus einem Metall gebildet. Es können jedoch andere Materialien wie z. B. Kunststoff, Gummi und Materialien auf Harzbasis verwendet werden. Der äußere Anschluss 118 umfasst einen Halsabschnitt 132 und einen Schulterabschnitt 134. Es ist einzusehen, dass der Halsabschnitt 132 und der Schulterabschnitt 134 eine beliebige Form und Größe aufweisen können.
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Wie gezeigt, weist der Halsabschnitt 132 des äußeren Anschlusses 118 eine im Wesentlichen umgedrehte „J”-Form auf und er umfasst einen inneren Anschlusskanal 135 zum Aufnehmen des inneren Anschlusses 116 des Anschlusses 114. Eine erste Fläche 136 des Halsabschnittes 132 umfasst ein erstes Kopplungselement 138. Das erste Kopplungselement 138 steht mit verschiedenen Versorgungsvorrichtungen wie z. B. Druckreglern, Düsen, Ventilen, Messeinrichtungen, Rohren und ähnlichen Aufsätzen, welche einen Fluidstrom in den Druckbehälter 110 hinein und aus diesem hinaus leiten und steuern, in Eingriff und fixiert sie. Als ein nicht einschränkendes Beispiel ist das gezeigte erste gezeigte Kopplungselement 138 ein/e im Wesentlichen schraubenförmige/s Gewinde oder Nut, das/die an der ersten Fläche 136 des Halsabschnittes 132 gebildet ist. Es kann jedoch ein anderes Mittel zum Eingriff und Fixieren der Versorgungsvorrichtungen und des Anschlusses 114 verwendet werden. Eine zweite Fläche 140 des Halsabschnittes 132 umfasst ein zweites Kopplungselement 142 zum Eingriff mit dem Kopplungselement 126 des inneren Anschlusses 116. Als ein nicht einschränkendes Beispiel ist das gezeigte zweite Kopplungselement 142 des äußeren Anschlusses 118 ein/e im Wesentlichen schraubenförmige/s Gewinde oder Nut. Es kann jedoch ein anderes Mittel zum Eingriff und Fixieren des inneren Anschlusses 116 und des äußeren Anschlusses 118 verwendet werden. Es ist einzusehen, dass das zweite Kopplungselement 142 an einer beliebigen Fläche des äußeren Anschlusses 118 gebildet sein kann.
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Der Schulterabschnitt 134 des äußeren Anschlusses 118 ist mit einer verjüngten Form mit einer abnehmenden Dicke in Richtung eines Umfanges davon gezeigt. Es ist jedoch einzusehen, dass der Schulterabschnitt 134 je nach Wunsch eine beliebige Form, Größe und Konfiguration aufweisen kann. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann der Schulterabschnitt 134 gebildet sein, um einen Abschnitt der Behälterauskleidung 112 zu umreißen und einen im Wesentlichen gleichmäßigen Übergang zwischen dem Schulterabschnitt 134 und einer äußeren Fläche 137 der Behälterauskleidung 112 vorzusehen.
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Der äußere Anschluss 118 umfasst ferner einen darin gebildeten Abdichtungskanal 144, wobei der Abdichtungskanal 144 geeignet ist, ein Abdichtungselement 146 aufzunehmen. Wie gezeigt, umfasst der äußere Anschluss 118 einen einzigen Kanal. Es kann jedoch eine beliebige Anzahl von Kanälen und Abdichtungselementen verwendet werden. Als ein nicht einschränkendes Beispiel ist das Abdichtungselement 146 ein O-Ring, der aus einem Elastomer und/oder einem Kunststoff gebildet ist. Es können beispielsweise jedoch andere Materialien mit den gewünschten Eigenschaften, z. B. ein Gummi, ein Metall und ein ultrahochmolekulares Polyethylen (UHMW-PE), verwendet werden. Als ein weiteres Beispiel kann ein eingekapselter O-Ring verwendet werden, wobei der eingekapselte O-Ring beispielsweise mehrere Schichten umfasst, die aus verschiedenen Materialien, z. B. Fluorethylenpropylen, Fluorelastomeren (FKM) und Methylvinyl-Silikongummi (VMQ), gebildet sind.
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Im Gebrauch wird ein Vorformling (nicht gezeigt) der Behälterauskleidung 112 um einen Kalibrierblasdorn herum geführt, wie auf dem Gebiet des Blasformens bekannt. Danach leitet der Kalibrierblasdorn Luft in den Vorformling ein, um dadurch den Vorformling in die hohle Behälterauskleidung 112 hinein zu erweitern. Es ist einzusehen, dass andere Gase oder Fluide verwendet werden können, um die hohle Behälterauskleidung 112 zu bilden. Nachdem die Behälterauskleidung 112 die gewünschte Form aufweist, wird die gebildete Behälterauskleidung 112 gelöst und jegliches Abfallmaterial des Vorformlings wird durch einen Trennprozess entfernt, wie einem Fachmann auf dem Gebiet des Blasformens bekannt. Es ist einzusehen, dass andere Blasformprozesse verwendet werden können, um die Behälterauskleidung 112 zu bilden. Es ist ferner einzusehen, dass andere Formprozesse, z. B. Spritzgießen und Streckformen, wie auf dem technischen Gebiet bekannt, verwendet werden können, um die Behälterauskleidung 112 zu bilden.
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Sobald die Behälterauskleidung 112 gebildet ist, wird ein Abschnitt der Behälterauskleidung 112 in dem Auskleidungskanal 122 des inneren Anschlusses 116 angeordnet. In bestimmten Ausführungsformen nimmt der innere Anschluss 116, der im Wesentlichen eine „V”-Form aufweist, einen Abschnitt der Behälterauskleidung 112 in den Auskleidungskanal 122 hinein auf. Als solches lässt die erweiterte Breite oder der „Mund” des Auskleidungskanals 122 das Anordnen der Behälterauskleidung 112 darin zu. Danach wird der innere Anschluss 116 um die Behälterauskleidung 112 herum festgeklemmt, um die Behälterauskleidung 112 darin zusammenzudrücken. Als solches stehen die Vorsprünge 128 mit der Behälterauskleidung 112 in Eingriff, um die Behälterauskleidung 112 an dem inneren Anschluss 116 zu fixieren. Es ist einzusehen, dass ein beliebiges Klemmwerkzeug verwendet werden kann, um den inneren Anschluss 116 zu biegen und dadurch die Behälterauskleidung 112 darin „festzuklemmen”. Es ist ferner einzusehen, dass die Behälterauskleidung 112 vor der Klemmprozedur erwärmt werden kann, um ein fügsameres Auskleidungsmaterial vorzusehen. In bestimmten Ausführungsformen wird das Abdichtungsmaterial 130 in einen Raum zwischen der Behälterauskleidung 112 und dem inneren Anschluss 116 eingespritzt. In weiteren Ausführungsformen wird das Abdichtungsmaterial 130 in dem Auskleidungskanal 122 angeordnet, bevor es an die Behälterauskleidung 122 geklemmt wird. Es ist einzusehen, dass ein beliebiges Mittel zum Aufbringen des Abdichtungsmaterials 130 verwendet werden kann. Dann wird der äußere Anschluss 118 mit dem inneren Anschluss 116 gekoppelt. Als ein nicht einschränkendes Beispiel liegt der Schulterabschnitt 134 des äußeren Anschlusses 118 an einem Abschnitt der Behälterauskleidung 112 an. In bestimmten Ausführungsformen wird, sobald der innere Anschluss 116 und der äußere Anschluss 118 miteinander gekoppelt sind, eine Versorgungsvorrichtung oder ein Stützring (nicht gezeigt) mit dem ersten Kopplungselement 138 des äußeren Anschlusses 118 gekoppelt, um eine zusätzliche Stütze für den Anschluss 114 vorzusehen, und eine Fluidströmung in den Druckbehälter 110 hinein und aus diesem hinaus zu leiten und steuern. Es ist einzusehen, dass zusätzliche Beschichtungen und Schichten wie z. B. Verbundstoffe und Fasern auf die Behälterauskleidung 112 aufgebracht werden können, um einen fertigen Druckbehälter zu bilden. Als ein nicht einschränkendes Beispiel können die um die Behälterauskleidung 112 herum gebildeten zusätzlichen Schichten mithilfe eines Wickelprozesses und/oder eines Rotationsformprozesses und/oder eines Härtungsprozesses gebildet werden, wie auf dem technischen Gebiet bekannt. Es ist ferner einzusehen, dass die Behälterauskleidung 112 und der resultierende Druckbehälter eine beliebige Form und Größe aufweisen können, wie durch den Herstellungsprozess bestimmt.
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Die Erfindung sieht einen Anschluss 14, 14', 14'', 114 zur Verwendung mit einem Druckbehälter 10, 10', 10'', 110 und ein Verfahren zum Koppeln des Anschlusses 14, 14', 14'', 114 mit einer Behälterauskleidung 12, 112 des Druckbehälters 10, 10', 10'', 110 vor, wobei der Anschluss 14, 14', 14'', 114 mit der Behälterauskleidung 12, 112 fix gekoppelt ist, um eine im Wesentlichen fluiddichte Abdichtung dazwischen zu bilden. Demgemäß kann der Anschluss 14, 14', 14'', 114 mit der Behälterauskleidung 12, 112 gekoppelt werden, nachdem die Behälterauskleidung 12, 112 gebildet ist, um dadurch höchste Flexibilität in der Herstellung der Behälterauskleidung 12, 112 vorzusehen.
