DE102011120041A1

DE102011120041A1 - Druckbehälter zur Speicherung von fluiden Medien und Verfahren zur Herstellung eines derartigen Druckbehälters sowie Anschlussstück für einen Druckbehälter

Info

Publication number: DE102011120041A1
Application number: DE201110120041
Authority: DE
Inventors: Oktay Alkan
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2011-12-02
Filing date: 2011-12-02
Publication date: 2013-06-06

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Druckbehälter (1) zur Speicherung von fluiden Medien, insbesondere zum Einbau in ein Kraftfahrzeug, mit einem zumindest eine Öffnung (12) und einen Speicherraum (3) für das fluide Medium aufweisenden Grundkörper (4) und einem der Öffnung (12) zugeordneten Anschlussstück (8) zur Aufnahme einer Armatur. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Anschlussstück (8) zwei Befestigungsflansche (13, 14) aufweist, welche einen die Öffnung (12) begrenzenden Wandabschnitt (15) des Grundkörpers (4) dichtend zwischen sich aufnehmen, wobei das Anschlussstück (8) und die beiden Befestigungsflansche (13, 14) einteilig ausgebildet sind. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Druckbehälters (1) und ein Anschlussstück (8) für einen Druckbehälter (1).

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckbehälter zur Speicherung von fluiden Medien, insbesondere zum Einbau in ein Kraftfahrzeug, mit einem zumindest eine Öffnung und einen Speicherraum für das fluide Medium aufweisenden Grundkörper und einem der Öffnung zugeordneten Anschlussstück zur Aufnahme einer Armatur. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Druckbehälters sowie ein Anschlussstück für einen Druckbehälter.
Flüssige und/oder gasförmige Medien werden üblicherweise in Druckbehältern transportiert, die eine geeignete Konstruktion gegen Leckagen, Diffusion oder Permeation des gespeicherten Mediums aufweisen und den mechanischen Beanspruchungen durch Innen- bzw. Außendruck sowie den weiteren Beanspruchungen mechanischer, physikalischer oder chemischer Art während des Betriebs standhalten.
Durch eine geeignete Kombination von Polymeren als Matrix mit hochfesten Fasern zur Verstärkung und durch die Wahl eines geeigneten Verstärkungsaufbaus lassen sich den Anforderungen entsprechend auf das Bauteil maßgeschneiderte Werkstoffeigenschaften einstellen. Druckbehälter aus Faserkunststoffverbunden sind gegenüber herkömmlichen Stahl- oder Aluminiumbehältern hinsichtlich drucktechnischer Eignung gleichwertig, bieten darüber hinaus jedoch entscheidende Vorteile, wie beispielsweise ein geringeres Gewicht, eine erhöhte Korrosionsbeständigkeit und eine extreme Ermüdungsfestigkeit.
Aus Faserkunststoffverbunden mit polymeren Matrixsystemen hergestellte Druckbehälter sind in der Praxis hinreichend bekannt und werden in der Praxis auch als Composite-Druckbehälter bezeichnet, welche beispielsweise als Gastank für gasbetriebene Fahrzeuge eingesetzt werden können. Die Grundstruktur des Druckbehälters wird durch den Grundkörper gebildet, der ein Kunststoffmaterial aufweist und mittels eines Spritzgussverfahrens oder eines Blasformverfahrens hergestellt sein kann. Dieser auch als Kunststoff-Liner bezeichnete Grundkörper bildet einen Hohlraum, welcher als Speicherraum für das fluide Medium dient. Das fluide Medium kann ein Gas oder eine Flüssigkeit betreffen, wobei vorliegend unter einem fluiden Medium auch Pulvermaterialien oder weitere fließfähige oder schüttfähige Materialien zusammengefasst sind.
Der Kunststoff-Liner kann die Kräfte der unter Druck gesetzten Medien innerhalb des Speicherraums aus Festigkeitsgründen nicht aufnehmen. Hierfür wird eine Wicklung eines Faserverbundwerkstoffs auf die Außenseite des Grundkörpers aufgebracht, um eine entsprechend verstärkende Umwicklung zu bilden. Der auf den Kunststoff-Liner aufgewickelte Faserwerkstoff kann beispielsweise aus Kohlenstoff-, Aramid-, Glas-, Bor- oder Al₂O₃-Fasern oder aus Gemischen hieraus (Hybridgame)-bestehen, die in einer Matrix aus Duromeren, z. B. Epoxid- oder Phenolharzen etc., oder in Thermoplasten, z. B. PA 12, PA 6, PP etc., eingebettet sind. Der Faserverbundwerkstoff, bestehend aus den genannten Fasern und Polymeren, wird sowohl in axialer als auch in tangentialer Richtung auf den Kunststoff-Liner aufgebracht, um einen Druckbehälter zu schaffen, der fluide Medien mit einem Druck von beispielsweise bis zu 300 bar oder mehr aufnehmen kann.
Ein Druckbehälter der eingangs genannten Art ist bereits aus der DE 10 2007 011 211 B3 bekannt. Bei dem offenbarten Druckbehälter ist ein zur Aufnahme einer Armatur vorgesehenes Anschlussstück aus Metall durch eine kraft- bzw. formschlüssige Schraubverbindung mit einem ein Außengewinde aufweisenden Kunststoff-Kragen des Grundkörpers verbunden. In dem Bereich der Schraubverbindung wird eine der als Druckventil ausgebildeten Armatur zugeordnete Dichtung zwischen der Armatur und dem Kragen verpresst.
Hierbei erweist sich die nicht prozesssichere Verbindung zwischen dem Kragen und dem Anschlussstück als nachteilig. Durch eine fehlerhafte Herstellung des Außengewindes des Kragens bzw. des mit dem Außengewinde zusammenwirkenden Gewindes des Anschlussstücks oder durch eine fehlerhafte Verschraubung zwischen den beteiligten Bauteilen kann es zu einem Versatz der Bauteile relativ zueinander kommen, infolge welcher die Dichtigkeit des Druckbehälters nicht gewährleistet werden kann. Weiterhin wird die Dichtigkeit des Druckbehälters durch die Materialpaarung der durch die Schraubverbindung verbundenen Bauteile reduziert, da Kunststoff und Metall ein unterschiedliches Kriechverhalten aufweisen. Ein weiterer Nachteil der Schraubverbindung zwischen dem Anschlussstück und dem Kragen des Grundbehälters ist die geringe Gewindeüberdeckung der beteiligten Gewinde, welche aufgrund der konstruktiven Ausgestaltung des Druckbehälters bzw. des Kragens auch nicht vergrößert werden kann. Bei einer fehlerhaften Verbindung zwischen den Bauteilen könnte das unter einem hohen Druck stehende flüssige oder gasförmige Medium zwischen Kragen und Armatur hindurch aus dem Grundkörper entweichen, wobei das Medium dann anschließend durch einen nicht abgedichteten Bereich zwischen Anschlussstück und Armatur und/oder durch einen ebenfalls nicht abgedichteten Bereich zwischen dem Anschlussstück und dem Kragen bzw. dem Grundkörper in die Umgebung des Druckbehälters gelangt, was insbesondere im Falle eines Einsatzes des Druckbehälters in einem Fahrzeug ein erhebliches Sicherheits- und Gesundheitsrisiko für die Insassen, die Umwelt sowie andere am Straßenverkehr teilnehmende Personen und Fahrzeuge darstellt.
Ein weiterer Druckbehälter ist aus der EP 1 248 929 B1 bekannt. Hierbei ist das Anschlussstück ähnlich wie bei der DE 10 2007 011 211 B3 ebenfalls durch eine Schraubverbindung mit einem Anschlusszapfen des Grundkörpers verbunden, wobei in dem Anschlusszapfen des Grundkörpers ein zusätzliches Bauteil mit einem am Anschlusszapfenende umlaufenden Kragenende montiert ist. Hierbei ist eine Dichtung zwischen dem zusätzlichen Bauteil und der Innenoberfläche des Anschlusszapfens sowie eine weitere Dichtung zwischen dem zusätzlichen Bauteil und der Armatur vorgesehen.
Durch die DE 10 2009 049 948 A1 , die DE 10 2006 057 422 B3 , die DE 196 31 546 C1 und die WO 2005/093313 A1 sind weitere Druckbehälter mit einem Grundkörper und einem zur Aufnahme einer Armatur vorgesehenen Anschlussstück bekannt.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Druckbehälter der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass sich bei geringem Herstellungsaufwand eine qualitativ bessere und dauerhafte Dichtigkeit des Druckbehälters ergibt. Hierbei soll eine prozesssichere Verbindung zwischen dem Grundkörper und dem die Armatur aufnehmenden Anschlussstück gewährleistet werden. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Druckbehälters sowie ein Anschlussstück für einen Druckbehälter zur Verfügung zu stellen.
Die erstgenannte Aufgabe wird gelöst mit einem Druckbehälter gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche 2 bis 8 betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
Erfindungsgemäß ist also ein Druckbehälter zur Speicherung von fluiden Medien vorgesehen, bei welchem das Anschlussstück zwei Befestigungsflansche aufweist, welche einen die Öffnung begrenzenden Wandabschnitt des Grundkörpers dichtend zwischen sich aufnehmen, wobei das Anschlussstück und die beiden Befestigungsflansche einteilig ausgebildet sind. Durch diese form- und kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Anschlussstück und dem Grundkörper wird eine besonders prozesssichere und dauerhafte Dichtigkeit und Sicherheit gewährleistende Verbindung zwischen dem Anschlussstück und dem Grundkörper zur Verfügung gestellt. Die beteiligten Verbindungspartner benötigen keine Gewinde zur gegenseitigen Verschraubung, wie sie beispielsweise im eingangs genannten Stand der Technik erforderlich sind. Hierdurch sind die Verfahren zur Herstellung der beiden Verbindungspartner weniger aufwendig. Die Herstellung des Grundkörpers wird auch dadurch vereinfacht, dass der im Stand der Technik erforderliche und die Öffnung im Grundkörper umgebende zylindrische Kragen nicht mehr benötigt wird, da bei dem erfindungsgemäßen Druckbehälter kein Gewinde zur Fixierung des Anschlussstücks erforderlich ist. Weiterhin wird die Dichtigkeit des Druckbehälters auch dadurch verbessert, dass der dem Speicherraum zugewandte bzw. im Speicherraum angeordnete Befestigungsflansch durch das unter Druck stehende Medium, also durch den Behälterinnendruck, gegen den die Öffnung begrenzenden Wandabschnitt des Grundkörpers gepresst wird.
Hierbei erweist es sich als besonders zweckmäßig, dass sich die beiden Befestigungsflansche radial nach außen erstrecken und/oder parallel zueinander ausgerichtet sind, wobei der die Öffnung begrenzende Wandabschnitt des Grundkörpers zumindest in einem Kontaktbereich mit den beiden Befestigungsflanschen des Anschlussstücks ebene Oberflächen aufweist. Hierdurch wird gewährleistet, dass die beiden Befestigungsflansche über ihre gesamte radiale Erstreckung vollflächig und dichtend an dem ebenen Wandabschnitt des Grundkörpers anliegen.
Eine andere besonders vorteilhafte Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sieht vor dass das Anschlussstück einen hülsenförmigen, insbesondere zylindrischen Abschnitt umfasst, der zumindest teilweise im Speicherraum des Grundkörpers koaxial zu der Öffnung und fluchtend mit dieser angeordnet ist. Der Innendruck im Speicherraum des Grundkörpers wirkt hierbei derart auf eine Außenseite des hülsenförmigen zylindrischen Abschnitts ein, dass eine Abdichtung der Armatur innerhalb des hülsenförmigen Abschnitts durch den Innendruck verstärkt wird.
Ein weiteres erfindungsgemäßes Merkmal besteht darin, dass das Anschlussstück einen außerhalb des Speicherraums des Grundkörpers angeordneten Kragen umfasst, wobei eine radiale Außenfläche des Kragens nicht rotationssymmetrisch ausgebildet ist. Durch eine nicht rotationssymmetrische Ausgestaltung des Kragens wird ein Ansetzen eines Montagehilfswerkzeugs zur drehfesten Fixierung des Anschlussstücks während der Montage des Anschlussstücks in der Öffnung des Grundkörpers gewährleistet. Hierbei kann der Kragen zwei einander gegenüberliegend angeordnete, parallele Flächen für das Ansetzen eines Schraubenschlüssels aufweisen. Der Kragen kann auch einen sechskantigen Querschnitt aufweisen.
Weiterhin erweist es sich als besonders praxisnah, dass das Anschlussstück zumindest ein Innengewinde zur Fixierung der Armatur und/oder zumindest ein Innengewinde zur vorübergehenden Fixierung eines Deformationswerkzeugs aufweist. Dabei ist das Innengewinde zur vorübergehenden Fixierung des Deformationswerkzeugs in einem im Speicherraum des Grundkörpers angeordneten Endbereich des Anschlussstücks angeordnet, während das Innengewinde in dem gegenüberliegenden Endbereich des Anschlussstücks angeordnet ist. Zwischen den beiden Endbereichen bzw. zwischen den beiden Innengewinden weist das Anschlussstück eine Dichtfläche auf, an welcher eine Dichtung der in dem Anschlussstück fixierten Armatur anliegt.
Die Dichtigkeit und Sicherheit der Verbindung zwischen dem Anschlussstück und dem Grundkörper wird auch dadurch verbessert, dass zwischen dem die Öffnung begrenzenden Wandabschnitt des Grundkörpers und den Befestigungsflanschen des Anschlussstücks zumindest eine Dichtung angeordnet ist. Vorzugsweise ist dabei jeweils eine Dichtung zwischen dem im Speicherraum angeordneten Befestigungsflansch und dem Wandabschnitt und zwischen dem außerhalb des Speicherraums angeordneten Befestigungsflansch und dem Wandabschnitt angeordnet. Selbstverständlich kann pro Seite auch mehr als eine Dichtung vorgesehen sein.
Weitere erfindungsgemäße Merkmal bestehen auch darin, dass der Grundkörper und/oder der außerhalb des Speicherraums angeordnete Befestigungsflansch des Anschlussstücks zumindest anteilig mit einer Stützhülle, insbesondere aus einem Faserverbundwerkstoff, umschlossen sind und/oder dass der Grundkörper aus Kunststoff und/oder dass das Anschlussstück aus Metall besteht.
Die zweitgenannte Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 9. Die Unteransprüche 10 bis 13 betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
Erfindungsgemäß ist also ein Verfahren zur Herstellung eines Druckbehälters vorgesehen, bei welchem zunächst das Anschlussstück derart in der Öffnung des Grundkörpers angeordnet wird, dass ein hülsenförmiger Abschnitt des Anschlussstücks zumindest teilweise in dem Speicherraum angeordnet ist und ein einteilig mit dem Anschlussstück verbundener Befestigungsflansch zumindest teilweise an einem die Öffnung begrenzenden Wandabschnitt des Grundkörpers anliegt, wobei anschließend der hülsenförmige und im Speicherraum angeordnete Abschnitt des Anschlussstücks in einem Deformationsbereich derart plastisch verformt wird, dass sich ein zweiter Befestigungsflansch ausbildet und dass die beiden Befestigungsflansche den die Öffnung begrenzenden Wandabschnitt des Grundkörpers dichtend zwischen sich aufnehmen. Bei diesem Verfahren werden keine zusätzlichen Hilfs- oder Montageteile zur Fixierung des Anschlussstücks in der Öffnung des Grundkörpers benötigt. Durch die Deformation und die Ausbildung eines zweiten im Speicherraum angeordneten Befestigungsflansches wird eine besonders dichte und sichere Verbindung hergestellt, wobei das Verfahren insbesondere bei eingeschränkter Zugängigkeit der Fügestelle einsetzbar ist. Besonders vorteilhaft ist das Verfahren bei einteilig ausgebildeten Behältern bzw. Grundkörpern einsetzbar, weil derartige Behälter lediglich eine kleine Zugangsöffnung und somit keinen uneingeschränkten Zugang zur Fügestelle vom Speicherraum aus aufweisen.
Dabei erweist es sich als besonders zweckmäßig, dass die beiden einander gegenüberliegenden Endbereiche des Anschlussstücks jeweils mit einer axial gerichteten Kraft beaufschlagt werden, welche in dem Anschlussstück eine Druckspannung erzeugt, infolge welcher der eine reduzierte Wanddicke aufweisende Deformationsbereich des hülsenförmigen Abschnitts radial nach außen verformt wird. Durch die Einleitung der axial gerichteten Kräfte kann die Wand des hülsenförmigen Abschnitts im Deformationsbereich kontrolliert deformiert werden, sodass sich ein Befestigungsflansch von der gewünschten Größe ausbildet und mit einer definierten Kraft gegen den Wandabschnitt des Grundkörpers gepresst wird.
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auch dadurch geschaffen, dass ein Deformationswerkzeug durch eine Aufnahmeöffnung in den hülsenförmigen Abschnitt des Anschlussstücks eingeführt und durch eine erste Drehbewegung mit einem Innengewinde, welches in einem der Aufnahmeöffnung abgewandten Endbereich des hülsenförmigen Abschnitts angeordnet ist, verschraubt wird, wobei durch die erste Drehbewegung des Deformationswerkszeugs die axial gerichteten Kräfte erzeugt werden, infolge welcher die Wand im Deformationsbereich radial nach außen verformt wird und der dem Innengewinde benachbarte Endbereich in Richtung des gegenüberliegenden Endbereichs bewegt wird. Durch die Drehbewegung des Deformationswerkzeugs erfolgt also zunächst eine formschlüssige Verbindung des Deformationswerkzeugs mit dem Anschlussstück und mit fortlaufender Drehbewegung werden die axialen Kräfte in das Anschlussstück eingeleitet und der im Speicherraum angeordnete Endbereich bewegt sich in Richtung des außerhalb des Speicherraums angeordneten Endbereichs.
Als besonders praxisnah erweist es sich, dass das Deformationswerkzeug nachdem sich der zweite Befestigungsflansch durch die plastische Verformung des Deformationsbereichs ausgebildet hat und die beiden Befestigungsflansche den die Öffnung begrenzenden Wandabschnitt des Grundkörpers dichtend zwischen sich aufnehmen, durch eine der ersten Drehbewegung entgegengerichtete zweite Drehbewegung aus dem Innengewinde herausgeschraubt und aus dem Anschlussstück entfernt wird.
Um ein Mitdrehen des Anschlussstücks während der Drehbewegungen des Deformationswerkzeugs zu verhindern, ist vorgesehen, dass im Bereich des Kragens ein Montagehilfswerkzeug angesetzt wird, welches das Anschlussstück während der Drehbewegung des Deformationswerkzeugs verdrehsicher fixiert.
Die drittgenannte Aufgabe wird gelöst mit einem Anschlussstück gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 14. Die Unteransprüche 15 bis 18 betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
Erfindungsgemäß ist also ein Anschlussstück für einen Druckbehälter vorgesehen, das einen hülsenförmigen Abschnitt, einen sich radial nach außen erstreckenden Befestigungsflansch und eine Aufnahmeöffnung aufweist, in welche eine Armatur einsetzbar ist, wobei das Anschlussstück einen Deformationsbereich umfasst, in welchem eine Wand des hülsenförmigen Abschnitts eine reduzierte Dicke aufweist und welcher zwischen dem Befestigungsflansch und einem der Aufnahmeöffnung abgewandten Endbereich des hülsenförmigen Abschnitts angeordnet ist. Durch die reduzierte Dicke der Wand im Deformationsbereich wird ein Schwächungsbereich erzeugt, welcher eine kontrollierte und radial nach außen gerichtete Deformation der Wand während der Einleitung der axial gerichteten Kräfte gewährleistet.
Dabei erweist es sich als besonders zweckmäßig, dass im Deformationsbereich zumindest eine Oberfläche der Wand des hülsenförmigen Abschnitts konkav ausgebildet ist. Durch die konkave Ausgestaltung der Wand wird festgelegt, welcher Bereich sich zu Beginn der Krafteinleitung deformiert, wie sich die Wand anschließend plastisch verformt und wie sich der Befestigungsflansch ausbildet und an den Wandabschnitt des Grundkörpers anlegt. Vorzugsweise ist die einer Mittelachse des Anschlussstücks zugewandte Wandoberfläche konkav ausgebildet.
Für das Verfahren zur Montage des Anschlussstücks in der Öffnung des Grundkörpers erweist es sich als besonders vorteilhaft, dass der hülsenförmige Abschnitt zumindest ein Innengewinde zur vorübergehenden Fixierung eines Deformationswerkzeugs aufweist, welches in dem der Aufnahmeöffnung abgewandten Endbereich des hülsenförmigen Abschnitts angeordnet ist, und/oder dass der hülsenförmige Abschnitt zumindest ein Innengewinde zur Fixierung der Armatur aufweist, welches in einem der Aufnahmeöffnung zugewandten Endbereich des hülsenförmigen Abschnitts angeordnet ist. Durch eine derartige Anordnung der Innengewinde wird eine einfache und effektive Möglichkeit der vorübergehenden Fixierung des Deformationswerkzeugs und zur prozesssicheren Fixierung der Armatur in dem Anschlussstück zur Verfügung gestellt.
Weiterhin ist vorgesehen, dass der hülsenförmige Abschnitt im Bereich der Aufnahmeöffnung einen Kragen aufweist, wobei eine Außenfläche des Kragens nicht rotationssymmetrisch ausgebildet ist. Durch die nicht rotationssymmetrische Ausgestaltung des Kragens wird ein Ansetzen eines Montagehilfswerkzeugs zur drehfesten Fixierung des Anschlussstücks während der Montage in der Öffnung des Grundkörpers gewährleistet. Hierbei kann der Kragen zwei einander gegenüberliegend angeordnete, parallele Anlageflächen für das Ansetzen eines Schraubenschlüssels aufweisen. Der Kragen kann auch einen sechskantigen Querschnitt aufweisen.
Eine andere vorteilhafte Weiterbildung wird auch dadurch geschaffen, dass der Befestigungsflansch auf einer dem Deformationsbereich zugewandten Seite Mittel zur Fixierung zumindest einer Dichtung aufweist und/oder dass die Wand des hülsenförmigen Abschnitts im Deformationsbereich Mittel zur Fixierung zumindest einer Dichtung aufweist, welche auf einer Außenseite der Wand angeordnet sind. Beiden Mitteln zur Fixierung der Dichtungen kann es sich um in die Oberflächen eingefräste Nuten handeln, welche die Dichtungen während der Montage des Anschlussstücks in der Öffnung des Grundkörpers verliersicher fixieren. Durch die Lage der im Deformationsbereich angeordneten Dichtung wird auch die Lage der Dichtung zwischen dem sich ausbildenden Befestigungsflansch und dem Wandabschnitt des Grundkörpers definiert.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
Diese zeigt in
1 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Druckbehälters für fluide Medien in einer teilweise geschnittenen Ansicht;
2 eine Darstellung des Anschlussbereichs aus 1 in einer vergrößerten Ansicht;
3 eine vergrößerte Darstellung eines Grundkörpers des Druckbehälters mit einem in einer Öffnung des Grundkörpers angeordneten Anschlussstück;
4 eine geschnittene Darstellung des Anschlussstücks vor der plastischen Verformung;
5 eine geschnittene Darstellung des Anschlussstücks nach der plastischen Verformung;
6 eine schematische Darstellung des in der Öffnung des Grundkörpers angeordneten Anschlussstücks vor der plastischen Verformung;
7 eine schematische Darstellung des in der Öffnung des Grundkörpers angeordneten Anschlussstücks vor der plastischen Verformung und mit einem eingeführten Deformationswerkzeug;
8 eine schematische Darstellung des in der Öffnung des Grundkörpers angeordneten Anschlussstücks während der plastischen Verformung;
9 eine schematische Darstellung des in der Öffnung des Grundkörpers angeordneten Anschlussstücks nach der plastischen Verformung.
1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Druckbehälters 1 zur Speicherung von fluiden, insbesondere von flüssigen oder gasförmigen Medien in einer teilweise geschnittenen Ansicht mit einem Anschlussbereich 2, welcher in 2 in einer vergrößerten Ansicht dargestellt ist. Der insbesondere für den Einbau in ein Fahrzeug vorgesehene Druckbehälter 1 weist einen einen Speicherraum 3 für das flüssige oder gasförmige Medium aufweisenden Grundkörper 4 aus Kunststoff auf, welcher außenseitig mit einer aus Faserverbundwerkstoff bestehenden Stützhülle 5 umwickelt ist. Zur kontrollierten Entnahme des im Speicherraum 3 gespeicherten gasförmigen oder flüssigen Mediums ist eine als Druckventil oder als Rohrleitung ausgebildete Armatur 6 vorgesehen. Die Armatur 6 ist, wie in 2 dargestellt, über ein Außengewinde 7 in ein mit dem Grundkörper 4 verbundenes Anschlussstück 8 des Druckbehälters 1, welches ein Innengewinde 9 aufweist, eingeschraubt. Die Armatur 6 weist in einem sich an das Außengewinde 7 anschließenden zylindrischen Abschnitt 10 zwei jeweils in einer Nut angeordnete Dichtungen 11 auf.
3 zeigt eine vergrößerte Darstellung des in einer Öffnung 12 des Grundkörpers 4 angeordneten Anschlussstücks 8 zur Aufnahme der in 3 nicht dargestellten Armatur 6. Das aus Metall bestehende Anschlussstück 8 weist zwei Befestigungsflansche 13, 14 auf, welche einen die Öffnung 12 begrenzenden Wandabschnitt 15 des Grundkörpers 4 dichtend zwischen sich aufnehmen, wobei die Verbindung zwischen dem Anschlussstück 8 und dem Grundkörper 4 form- und/oder kraftschlüssig ist. Das einteilig ausgebildete Anschlussstück 8 umfasst einen hülsenförmigen, zylindrischen und eine Durchbrechung 16 aufweisenden Abschnitt 17 sowie die beiden Befestigungsflansche 13, 14. Der im Speicheraum 3 angeordnete Befestigungsflansch 14 und der außerhalb. des Speicherraums 3 angeordnete Befestigungsflansch 13 erstrecken sich jeweils radial nach außen und sind parallel zueinander ausgerichtet. In einem Kontaktbereich mit den beiden Befestigungsflanschen 13, 14 weist der Wandabschnitt 15 des Grundkörpers 4 ebene Oberflächen 18, 19 auf.
Zwischen den beiden Befestigungsflanschen 13, 14 und dem die Öffnung 12 begrenzenden Wandabschnitt 15 des Grundkörpers 4 sind mehrere in Nuten 20 angeordnete Dichtungen 21, 22 vorgesehen. Weiterhin weist das Anschlussstück 8 einen außerhalb des Speicherraums 3 des Grundkörpers 4 angeordneten Kragen 23 auf, wobei eine radiale Außenfläche 24 des Kragens 23 nicht rotationssymmetrisch ausgebildet ist. Außerdem weist das Anschlussstück 8 in einem im Speicherraum 3 angeordneten Endbereich 25 ein Innengewinde 26 zur vorübergehenden Fixierung eines in den 7 bis 9 dargestellten Deformationswerkzeugs 27 auf. Das Innengewinde 9 zur Fixierung der Armatur 6 befindet sich in einem gegenüberliegenden Endbereich 28 des Anschlussstücks 8. Zwischen den beiden Innengewinden 9, 26 weist das Anschlussstück 8 eine Dichtfläche 29 auf, an welcher die beiden Dichtungen 11 der Armatur 6 anliegen.
Im Rahmen des Verfahrens zur Herstellung des Druckbehälters 1 wird das in 4 dargestellte Anschlussstück 8, welches einen hülsenförmigen zylindrischen Abschnitt 17 mit einer Aufnahmeöffnung 30 zur Aufnahme der Armatur 6 und einen sich radial nach außen erstreckenden Befestigungsflansch 13 umfasst, derart plastisch verformt, dass sich ein zweiter Befestigungsflansch 14 ausbildet (siehe 5).
Wie in 4 dargestellt, weist das Anschlussstück 8 bzw. der hülsenförmige Abschnitt 17 außerdem einen Deformationsbereich 31 auf, in welchem eine Wand 32 des hülsenförmigen Abschnitts 17 eine reduzierte Dicke hat. Hierbei ist eine einer Mittelachse 33 des Anschlussstücks 8 zugewandte Oberfläche 34 der Wand 32 des hülsenförmigen Abschnitts 17 konkav ausgebildet. Der Deformationsbereich 31 erstreckt sich zwischen dem Befestigungsflansch 13 und einem der Aufnahmeöffnung 30 abgewandten Endbereich 25 des hülsenförmigen Abschnitts 17. In dem der Aufnahmeöffnung 30 abgewandten Endbereich 25 ist ein Innengewinde 26 zur vorübergehenden Fixierung eines Deformationswerkzeugs 27 angeordnet, während das Innengewinde 9 zur Fixierung der Armatur in einem diesem Endbereich 25 gegenüberliegenden Endbereich 28 angeordnet ist.
Weiterhin umfasst das Anschlussstück 8 im Bereich der Aufnahmeöffnung 30 einen Kragen 23, dessen radiale Außenfläche 24 nicht rotationssymmetrisch ausgebildet ist. Hierbei weist der Kragen 23 Flächen 35 zum Ansetzen eines in den 7 bis 9 dargestellten Montagehilfswerkzeugs 36 auf. Außerdem sind als Nuten ausgebildete Mittel 37 zur Fixierung von Dichtungen 21, 22 vorgesehen, welche im Deformationsbereich 31 und im Bereich des Befestigungsflansches 13 angeordnet sind.
Nachfolgend wird anhand der 6 bis 9 das Verfahren zur Herstellung des Druckbehälters 1 bzw. das Verfahren zum Verbinden des Anschlussstücks 8 mit dem Grundkörper 4 beschrieben.
Hierbei wird zunächst das in 4 dargestellte Anschlussstück 8 derart in der Öffnung 12 des Grundkörpers 4 angeordnet, dass der hülsenförmige Abschnitt 17 des Anschlussstücks 8 zumindest teilweise in dem Speicherraum 3 des Grundkörpers 4 angeordnet ist und der einteilig mit dem Anschlussstück 8 verbundene Befestigungsflansch 13 an dem die Öffnung 12 begrenzenden Wandabschnitt 15 des Grundkörpers 4 anliegt (siehe 6).
Anschließend wird das ein Außengewinde aufweisende Deformationswerkzeug 27 in die Aufnahmeöffnung 30 des hülsenförmigen Abschnitts 17 des Anschlussstücks 8 eingeführt und durch eine Drehbewegung 38 mit dem Innengewinde 26, welches in dem im Speicherraum 3 angeordneten Endbereich 25 des hülsenförmigen Abschnitts 17 angeordnet ist, verschraubt (siehe 7). Durch eine Fortsetzung der Drehbewegung 38 des Deformationswerkzeugs 27 werden die beiden einander gegenüberliegenden Endbereiche 25, 28 des Anschlussstücks 8 jeweils mit einer axial gerichteten Kraft F beaufschlagt, welche in dem Anschlussstück 8 eine Druckspannung erzeugt, infolge welcher die eine reduzierte Dicke aufweisende Wand 32 des hülsenförmiger Abschnitts 17 im Deformationsbereich 31 radial nach außen verformt wird. Durch die Drehbewegung 38 wird der im Speicherraum 3 angeordnete Endbereich 25 des Anschlussstücks 8 in Richtung des außerhalb des Speicherraums 3 angeordneten Endbereichs 28 bewegt (8).
Während der Fixierung des Deformationswerkzeugs 27 in dem zugeordneten Innengewinde 26 des hülsenförmigen Abschnitts 17 und während der plastischen Verformung der Wand 32 des hülsenförmigen Wandabschnitts 15 im Deformationsbereich 31 wird das Anschlussstück 8 durch ein im Bereich des Kragens 23 angesetztes Montagehilfswerkzeug 36 verdrehsicher fixiert.
Nachdem sich der zweite Befestigungsflansch 14 derart ausgebildet hat, dass er sich radial nach außen erstreckt und parallel zum ersten Befestigungsflansch 13 angeordnet ist, und die beiden Befestigungsflansche 13, 14 den die Öffnung 12 begrenzenden Wandabschnitt 15 dichtend zwischen sich aufnehmen, wird die Drehbewegung 38 des Deformationswerkzeugs 27 beendet. Im Anschluss wird das Deformationswerkzeug 27 durch eine entgegengerichtete Drehbewegung 39 aus dem Innengewinde 26 des hülsenförmigen Abschnitts 17 herausgeschraubt und aus dem Anschlussstück 8 entfernt (9).
Danach wird der Grundkörper 4 und das Anschlussstück 8 zumindest teilweise mit der Stützhülle 5 aus Faserverbundwerkstoff umwickelt.
Bezugszeichenliste

1: Druckbehälter
2: Anschlussbereich
3: Speicherraum
4: Grundkörper
5: Stützhülle
6: Armatur
7: Außengewinde
8: Anschlussstück
9: Innengewinde
10: Zylindrischer Abschnitt
11: Dichtung
12: Öffnung
13: Befestigungsflansch
14: Befestigungsflansch
15: Wandabschnitt
16: Durchbrechung
17: Hülsenförmiger Abschnitt
18: Ebene Oberfläche
19: Ebene Oberfläche
20: Nut
21: Dichtung
22: Dichtung
23: Kragen
24: Außenfläche
25: Endbereich
26: Innengewinde
27: Deformationswerkzeug
28: Endbereich
29: Dichtfläche
30: Aufnahmeöffnung
31: Deformationsbereich
32: Wand
33: Mittelachse
34: Oberfläche
35: Fläche
36: Montagehilfswerkzeug
37: Mittel zur Fixierung
38: Drehbewegung
39: Drehbewegung
F: Kraft

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007011211 B3 [0006, 0008]
EP 1248929 B1 [0008]
DE 102009049948 A1 [0009]
DE 102006057422 B3 [0009]
DE 19631546 C1 [0009]
WO 2005/093313 A1 [0009]

Claims

Druckbehälter (1) zur Speicherung von fluiden Medien, insbesondere zum Einbau in ein Kraftfahrzeug, mit einem zumindest eine Öffnung (12) und einen Speicherraum (3) für des fluide Medium aufweisenden Grundkörper (4) und einem der Öffnung (12) zugeordneten Anschlussstück (8) zur Aufnahme einer Armatur (8), dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlussstück (6) zwei Befestigungsflansche (13, 14) aufweist, welche einen die Öffnung (12) begrenzenden Wandabschnitt (15) des Grundkörpers (4) dichtend zwischen sich aufnehmen, wobei das Anschlussstück (8) und die beiden Befestigungsflansche (13, 14) einteilig ausgebildet sind.
Druckbehälter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die beiden Befestigungsflansche (13, 14) radial nach außen erstrecken und/oder parallel zueinander ausgerichtet sind.
Druckbehälter (1) nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der die Öffnung (12) begrenzende Wandabschnitt (15) des Grundkörpers (4) zumindest in einem Kontaktbereich mit den beiden Befestigungsflanschen (13, 14) des Anschlussstücks (8) ebene Oberflächen (18, 19) aufweist.
Druckbehälter (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlussstück (8) einen hülsenförmigen, insbesondere zylindrischen Abschnitt (17) umfasst, der zumindest teilweise im Speicherraum (3) des Grundkörpers (4) koaxial zu der Öffnung (12) und fluchtend mit dieser angeordnet ist.
Druckbehälter (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlussstück (8) einen außerhalb des Speicherraums (3) des Grundkörpers (4) angeordneten Kragen (23) umfasst, wobei eine Außenfläche (24) des Kragens (23) nicht rotationssymmetrisch ausgebildet ist.
Druckbehälter (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlussstück (8) zumindest ein Innengewinde (9) zur Fixierung der Armatur (6) und/oder zumindest ein Innengewinde (26) zur vorübergehenden Fixierung eines Deformationswerkzeugs (27) aufweist, wobei das Innengewinde (26) zur vorübergehenden Fixierung des Deformationswerkzeugs (27) in einem im Speicherraum (3) des Grundkörpers (4) angeordneten Endbereich (25) des Anschlussstücks (8) angeordnet ist.
Druckbehälter (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem die Öffnung (12) begrenzenden Wandabschnitt (15) des Grundkörpers (4) und den Befestigungsflanschen (13, 14) des Anschlussstücks (8) zumindest eine Dichtung (21, 22) angeordnet ist.
Druckbehälter (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (4) und/oder der außerhalb des Speicherraums (3) angeordnete Befestigungsflansch (13) des Anschlussstücks (8) zumindest anteilig mit einer Stützhülle (5), insbesondere aus einem Faserverbundwerkstoff, umschlossen ist und/oder dass der Grundkörper (4) aus Kunststoff ist und/oder dass das Anschlussstück (8) aus Metall besteht.
Verfahren zur Herstellung eines Druckbehälters (1) zur Speicherung von fluiden Medien, insbesondere für den Einbau in ein Kraftfahrzeug, mit einem zumindest eine Öffnung (12) und einen Speicherraum (3) für das fluide Medium aufweisenden Grundkörper (4) und einem der Öffnung (12) zugeordneten Anschlussstück (8) zur Aufnahme einer Armatur (6), bei welchem zunächst das Anschlussstück (8) derart in der Öffnung (12) des Grundkörpers (4) angeordnet wird, dass ein hülsenförmiger Abschnitt (17) des Anschlussstücks (8) zumindest teilweise in dem Speicherraum (3) angeordnet ist und ein einteilig mit dem Anschlussstück (8) verbundener Befestigungsflansch (13) zumindest teilweise an einem die Öffnung (12) begrenzenden Wandabschnitt (15) des Grundkörpers (4) anliegt, wobei anschließend der hülsenförmige und im Speicherraum (3) angeordnete Abschnitt (17) des Anschlussstücks (8) in einem Deformationsbereich (31) derart plastisch verformt wird, dass sich ein zweiter Befestigungsflansch (14) ausbildet und dass die beiden Befestigungsflansche (13, 14) den die Öffnung (12) begrenzenden Wandabschnitt (15) des Grundkörpers (4) dichtend zwischen sich aufnehmen.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden einander gegenüberliegenden Endbereiche (25, 28) des Anschlussstücks (8) jeweils mit einer axial gerichteten Kraft (F) beaufschlagt werden, welche in dem Anschlussstück (8) eine Druckspannung erzeugt, infolge welcher die eine reduzierte Dicke aufweisende Wand (32) des hülsenförmigen Abschnitts (17) im Deformationsbereich (31) radial nach außen verformt wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Deformationswerkzeug (27) durch eine Aufnahmeöffnung (30) in den hülsenförmigen Abschnitt (17) des Anschlussstücks (8) eingeführt wird und durch eine erste Drehbewegung (38) mit einem Innengewinde (26), welches in einem im Speicherraum (3) angeordneten Endbereich (25) des hülsenförmigen Abschnitts (17) angeordnet ist, verschraubt wird, wobei durch die erste Drehbewegung (38) des Deformationswerkszeugs (27) die axial gerichteten Kräfte (F) erzeugt werden, infolge welcher die Wand (32) im Deformationsbereich (31) radial nach außen verformt wird und der dem Innengewinde (26) benachbarte Endbereich (25) in Richtung des gegenüberliegenden Endbereichs (28) bewegt wird.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Deformationswerkzeug (27), nachdem sich der zweite Befestigungsflansch (14) durch die plastische Verformung der Wand (32) im Deformationsbereich (31) ausgebildet hat und die beiden Befestigungsflansche (13, 14) den die Öffnung (12) begrenzenden Wandabschnitt (15) des Grundkörpers (4) dichtend zwischen sich aufnehmen, durch eine der ersten Drehbewegung (38) entgegengerichtete zweite Drehbewegung (39) aus dem Innengewinde (26) herausgeschraubt und aus dem Anschlussstück (8) entfernt wird.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlussstück (8) während der Drehbewegungen (38, 39) des Deformationswerkzeugs (27), insbesondere durch ein im Bereich des Kragens (23) angesetztes Montagehilfswerkzeug (36), verdrehsicher fixiert wird.
Anschlussstück (8) für einen Druckbehälter (1) zur Speicherung von fluiden Medien, insbesondere zum Einbau in ein Kraftfahrzeug mit einem hülsenförmigen Abschnitt (17), einem sich radial nach außen erstreckenden Befestigungsflansch (13) und mit einer Aufnahmeöffnung (30), in welche eine Armatur (6) einsetzbar ist, wobei das Anschlussstück (8) einen Deformationsbereich (31) umfasst, in welchem eine Wand (32) des hülsenförmigen Abschnitts (17) eine reduzierte Dicke aufweist und welcher zwischen dem Befestigungsflansch (13) und einem der Aufnahmeöffnung (30) abgewandten Endbereich (25) des hülsenförmigen Abschnitts (17) angeordnet ist.
Anschlussstück (8) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass im Deformationsbereich (31) zumindest eine Oberfläche (34) der Wand (32) des hülsenförmigen Abschnitts (17) konkav ausgebildet ist.
Anschlussstück (8) nach den Ansprüchen 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der hülsenförmige Abschnitt (17) zumindest ein Innengewinde (26) zur vorübergehenden Fixierung eines Deformationswerkzeugs (27) aufweist, welches in dem der Aufnahmeöffnung (30) abgewandten Endbereich (25) des hülsenförmigen Abschnitts (17) angeordnet ist und/oder dass der hülsenförmige Abschnitt (17) zumindest ein Innengewinde (9) zur Fixierung der Armatur (6) aufweist, welches in einem der Aufnahmeöffnung (30) zugewandten Endbereich (28) des hülsenförmigen Abschnitts (17) angeordnet ist.
Anschlussstück (8) nach zumindest einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der hülsenförmige Abschnitt (17) im Bereich der Aufnahmeöffnung (30) einen Kragen (23) aufweist, wobei eine Außenfläche (24) des Kragens (23) nicht rotationssymmetrisch ausgebildet ist.
Anschlussstück (8) nach zumindest einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungsflansch (13) auf einer dem Deformationsbereich (31) zugewandten Seite Mittel (37) zur Fixierung zumindest einer Dichtung (21) aufweist und/oder dass die Wand (32) des hülsenförmigen Abschnitts (17) im Deformationsbereich (31) Mittel (37) zur Fixierung zumindest einer Dichtung (22) aufweist, welche auf einer Außenseite der Wand (32) angeordnet sind.