DE102013007514A1

DE102013007514A1 - Druckbehälter zur Speicherung von fluiden Medien

Info

Publication number: DE102013007514A1
Application number: DE201310007514
Authority: DE
Inventors: Florian Glaubitz; Oktay Alkan; Sandra Lampe
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2013-05-02
Filing date: 2013-05-02
Publication date: 2014-11-06

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Druckbehälter (1) zur Speicherung von fluiden Medien, insbesondere zum Einbau in ein Kraftfahrzeug, mit einem einen Speicherraum (2) für das fluide Medium begrenzenden und einen Anschlussstutzen (15) aufweisenden Grundkörper (3). Der Druckbehälter (1) weist ein aus einem Oberteil (18) und einem Unterteil (17) bestehendes Aufnahmeelement (11) zur Aufnahme einer Armatur (6) auf, wobei das Unterteil (17) den Anschlussstutzen (15) des Grundkörpers (3) zumindest teilweise umschließt und das Oberteil (18) eine Aufnahmeöffnung (10) für die Armatur (6) aufweist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Unterteil (17) des Aufnahmeelementes (11) durch eine zumindest eine axiale Relativbewegung zwischen dem Unterteil (17) und dem Anschlussstutzen (15) verhindernde Rastverbindung (21) an dem Anschlussstutzen (15) fixiert ist und dass das Oberteil (18) des Aufnahmeelementes (11) ausschließlich an dem Unterteil (17) des Aufnahmeelementes (11) fixiert ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckbehälter zur Speicherung von fluiden Medien, insbesondere zum Einbau in ein Kraftfahrzeug, mit einem einen Speicherraum für das fluide Medium begrenzenden und einen Anschlussstutzen aufweisenden Grundkörper und mit einem aus einem Oberteil und einem Unterteil bestehenden Aufnahmeelement zur Aufnahme einer Armatur, wobei das Unterteil den Anschlussstutzen des Grundkörpers zumindest teilweise umschließt und das Oberteil eine Aufnahmeöffnung für die Armatur aufweist.
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 und chemischer Art während des Betriebes standhalten.
Durch eine geeignete Kombination von Polymeren als Matrix mit hochfesten Fasern als 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 eine geringes 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 Grundkörper kann die Kräfte der unter Druck gesetzten Medien innerhalb des Speicherraumes aus Festigkeitsgründen nicht aufnehmen. Hierfür wird eine Wicklung eines Faserverbundwerkstoffes 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 (Hybridgarne) 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.
Aus der EP 2 115 343 B1 ist bereits ein Druckbehälter zur Speicherung von flüssigen oder gasförmigen Medien bekannt. Bei dem offenbarten Druckbehälter ist ein zur Aufnahme einer Armatur vorgesehenes Aufnahmeelement aus Metall durch eine kraft- bzw. formschlüssige Schraubverbindung mit einem ein Außengewinde aufweisenden und als Kragen ausgebildeten Anschlussstutzen des Grundkörpers verbunden. In dem Bereich der Schraubverbindung wird eine der als Druckventil ausgebildeten Armatur zugeordnete Dichtung zwischen der Armatur und dem Anschlussstutzen verpresst.
Hierbei erweist sich die nicht prozesssichere Verbindung zwischen dem Anschlussstutzen und dem Aufnahmeelement als nachteilig. Durch eine fehlerhafte bzw. ungenaue Herstellung des Außengewindes des Anschlussstutzens bzw. des mit dem Außengewinde zusammenwirkenden Gewindes des Aufnahmeelementes oder durch eine fehlerhafte Verschraubung zwischen den beteiligten Bauteilen kann es zu einem Verkanten und dadurch 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 der Kunststoff des Grundkörpers bzw. des Anschlussstutzens und das Metall des Aufnahmeelementes ein unterschiedliches Kriechverhalten aufweisen.
Ein weiterer Nachteil der Schraubverbindung zwischen dem Aufnahmeelement und dem Anschlussstutzen des Grundbehälters ist die geringe Gewindeüberdeckung der beteiligten Gewinde, welche aufgrund der konstruktiven Ausgestaltung des Druckbehälters bzw. des Anschlussstutzens auch nicht vergrößert werden kann. Bei einer fehlerhaften Verbindung zwischen den Bauteilen könnte das unter einem hohen Druck stehende flüssige oder gasförmige Medium zwischen dem Anschlussstutzen und der Armatur hindurch aus dem Grundkörper entweichen, wobei das Medium dann anschließend durch einen nicht abgedichteten Bereich zwischen dem Aufnahmeelement und der Armatur und/oder durch einen ebenfalls nicht abgedichteten Bereich zwischen dem Aufnahmeelement und dem Anschlussstutzen bzw. dem Grundkörper in die unmittelbare Umgebung des Druckbehälters gelangt.
Ein weiterer Druckbehälter ist aus der EP 1 248 929 B1 bekannt. Hierbei ist das Aufnahmeelement ebenfalls durch eine Schraubverbindung mit einem Anschlussstutzen des Grundkörpers verbunden, wobei in dem Anschlussstutzen des Grundkörpers ein zusätzliches Bauteil angeordnet ist. Dabei liegt ein umlaufender Flansch des zusätzlichen Bauteiles auf einem stirnseitigen Endabschnitt des Anschlussstutzens auf. Zwischen dem zusätzlichen Bauteil und der Innenoberfläche des Anschlussstutzens sowie zwischen dem Flansch des zusätzlichen Bauteiles und der Armatur ist jeweils eine Dichtung angeordnet.
Ein weiterer Druckbehälter der eingangs genannten Art ist bereits aus der EP 1 151 224 B1 bekannt. Der offenbarte Druckbehälter weist einen Kunststoff-Grundkörper mit einem Anschlussstutzen auf. Ein zur Aufnahme einer Armatur vorgesehenes Aufnahmeelement aus Metall besteht aus einem Oberteil und einem Unterteil. Das Unterteil umschließt den Anschlussstutzen des Grundkörpers und das Oberteil weist eine Aufnahmeöffnung für die Armatur auf. Dabei ist das Unterteil des Aufnahmeelementes durch eine Schraubverbindung mit dem Anschlussstutzen verbunden. Das Oberteil ist durch eine Schraubverbindung mit dem Anschlussstutzen und gleichzeitig durch ein Schraubverbindung mit dem Unterteil verbunden. Das Oberteil weist also neben einem der Aufnahmeöffnung zugeordneten Innengewinde für eine Verschraubung mit der Armatur ein Außengewinde zur Verbindung mit einem Innengewinde des Anschlussstutzens und ein weiteres Außengewinde zur Verbindung mit dem Innengewinde des Unterteiles auf. Der Anschlussstutzen weist neben dem genannten Innengewinde außerdem noch ein Außengewinde zur Verschraubung mit dem Innengewinde des Unterteiles auf. Zwischen der Stirnseite des Anschlussstutzens und einem Absatz des Oberteiles ist eine Dichtung verpresst.
Hierbei ergeben sich die gleichen Nachteile wie bei der EP 2 115 343 B1 . Dadurch, dass bei der Fixierung des Oberteiles am Unterteil gleichzeitig zwei Schraubverbindungen hergestellt werden müssen, ergeben sich besonders hohe Anforderungen an die Qualität der herzustellenden Gewinde. In dem Fall, dass die jeweiligen Gewinde der beiden Schraubverbindungen beispielsweise nicht dieselbe Steigung aufweisen, ist das Oberteil nicht bzw. nicht prozesssicher in dem Anschlussstutzen bzw. an dem Unterteil zu befestigen. Hierdurch bleibt dann auch die Dichtung zwischen dem Oberteil und dem Anschlussstutzen ohne Wirkung. Weitere Probleme, insbesondere bezüglich der Reproduzierbarkeit und der Prozesssicherheit, können sich auch bei der Herstellung der Gewinde am Anschlussstutzen ergeben, da dieser sowohl ein Innen- als auch ein Außengewinde benötigt.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Druckbehälter der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass sich bei geringem Herstellungsaufwand eine bessere und dauerhafte Dichtigkeit des Druckbehälters ergibt.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Druckbehälter gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
Erfindungsgemäß ist also ein Druckbehälter vorgesehen, bei welchem das Unterteil des Aufnahmeelementes durch eine zumindest eine axiale Relativbewegung zwischen dem Unterteil und dem Anschlussstutzen verhindernde Rastverbindung an dem Anschlussstutzen fixiert ist und das Oberteil des Aufnahmeelementes ausschließlich an dem Unterteil des Aufnahmeelementes fixiert ist. Das Aufnahmeelement wird also nicht wie im eingangs genannten Stand der Technik durch eine Gewindeverbindung mit dem Anschlussstutzen des Grundkörpers verbunden, sondern durch eine Rastverbindung. Hierdurch wird eine reproduzierbare, prozesssichere und eine dauerhafte Dichtigkeit sowie die geforderte Sicherheit gewährleistende Verbindung zwischen dem Aufnahmeelement und dem Grundkörper bzw. dem Anschlussstutzen des Grundkörpers gewährleistet. Die zur Fixierung des zweiteiligen Aufnahmeelementes am Grundkörper beteiligten Verbindungspartner, also das Unterteil des Aufnahmeelementes und der Anschlussstutzen des Grundkörpers, benötigen somit keine Gewinde zur gegenseitigen Verschraubung, wie sie beispielsweise im eingangs genannten Stand der Technik erforderlich sind. Hierdurch kann es nicht zu einem Verkanten der Gewinde und dadurch zu einem Versatz der Bauteile relativ zueinander kommen, welche die Dichtigkeit der Verbindung beeinträchtigen. Außerdem sind die Verfahren zur Herstellung der beiden Verbindungspartner durch die nicht herzustellenden Gewindeabschnitte weniger aufwendig. Dadurch, dass das Aufnahmeelement zweiteilig ausgebildet ist, lässt sich das Aufnahmeelement sehr einfach und reproduzierbar am Grundkörper fixieren, da zunächst das Unterteil durch die Rastverbindung am Anschlussstutzen fixiert wird und erst im Anschluss das Oberteil des Aufnahmeelementes mit dem Unterteil verbunden wird. Da das Oberteil des Aufnahmeelementes nicht unmittelbar mit dem Anschlussstutzen, sondern ausschließlich mit dem Unterteil verbunden ist, wirken bei der Herstellung der Verbindung zwischen dem Oberteil und dem Unterteil auch keine die Verbindung zwischen dem Unterteil und dem Anschlussstutzen beeinträchtigenden Kräfte auf den Anschlussstutzen bzw. auf den Grundkörper.
Das Aufnahmeelement, also sowohl das Unterteil als auch das Oberteil, besteht aus einem metallischen Werkstoff, beispielweise aus Aluminium, und der einstückig mit dem Grundkörper verbundene Anschlussstutzen besteht aus einem Kunststoff. Dadurch, dass das Unterteil und der Anschlussstutzen nicht durch eine Gewindeverbindung, sondern durch eine Rastverbindung miteinander verbunden sind, führt ein unterschiedliches Kriechverhalten der beiden Werkstoffe Aluminium und Kunststoff nicht wie bei dem eingangs beschriebenen Stand der Technik zu einer Beeinträchtigung der Verbindung bzw. zu einer Undichtigkeit des Druckbehälters.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird auch dadurch geschaffen, dass das Unterteil des Aufnahmeelementes durch ein insbesondere separates, in eine Aussparung des Anschlussstutzens eingreifendes Sicherungselement an dem Anschlussstutzen des Grundkörpers fixiert ist. Hierdurch wird eine formschlüssige, prozesssichere und reproduzierbare Verbindung zwischen dem Unterteil und dem Anschlussstutzen hergestellt. Dabei erweist es sich insbesondere für die Anordnung des Unterteiles auf dem Anschlussstutzen als vorteilhaft, dass das Sicherungselement separat ausgebildet ist, also nicht mit dem Anschlussstutzen oder dem Unterteil einstückig verbunden oder an diesen fixiert ist. Hierdurch kann das Sicherungselement erst im Anschluss an das Einführen des Anschlussstutzens in der Durchbrechung des Unterteiles angeordnet werden. Ein mit dem Unterteil oder dem Anschlussstutzen verbundenes Sicherungselement würde dagegen das Einführen des Anschlussstutzens in die Durchbrechung im Unterteil erschweren.
Dabei hat es sich als besonders praxisnah erwiesen, dass das Sicherungselement als Sicherungsring ausgebildet ist und/oder dass die Aussparung im Anschlussstutzen als umlaufende Nut ausgebildet ist. In einem solchen Fall greift das Sicherungselement bzw. der Sicherungsring auf dem gesamten Umfang des Anschlussstutzens in die entsprechend ausgebildete Nut im Anschlussstutzen ein. Hierdurch ergibt sich eine umlaufende Verbindung zwischen dem Anschlussstutzen und dem Unterteil des Aufnahmeelementes.
Außerdem hat es sich als besonders zweckmäßig erwiesen, dass das Oberteil und das Unterteil des Aufnahmeelementes durch eine Gewindeverbindung lösbar miteinander verbunden sind. Hierdurch wird eine form- und kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Oberteil und dem Unterteil geschaffen. Da beide Verbindungspartner aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere Aluminium bestehen, lassen sich die Gewinde reproduzierbar herstellen. Beide Verbindungspartner bestehen vorzugsweise aus dem gleichen Werkstoff, sodass das Kriechverhalten des Werkstoffes keinen erwähnenswerten Einfluss auf die Prozesssicherheit der Verbindung zwischen den Bauteilen hat. Dabei weist das Oberteil ein in einem Flansch angeordnetes Außengewinde und das Unterteil ein entsprechend ausgebildetes, in einer die Durchbrechung umgebenden Ausnehmung angeordnetes Innengewinde auf.
Erfindungsgemäß ist weiterhin vorgesehen, dass eine Drehrichtung der Gewindeverbindung zwischen dem Oberteil und dem Unterteil des Aufnahmeelementes gegensinnig zu einer Drehrichtung einer Gewindeverbindung zwischen dem Oberteil und der Armatur ausgebildet ist. Hierdurch wird ein Lösen der Gewindeverbindung zwischen dem Unterteil und dem Oberteil beim Entfernen, also beim Herausschrauben der Armatur aus der Aufnahmeöffnung des Aufnahmeelementes bzw. des Oberteiles wirksam verhindert. Vorzugsweise ist die Gewindeverbindung zwischen dem Oberteil und dem Unterteil als Linksgewinde und die Gewindeverbindung zwischen dem Oberteil und der Armatur als Rechtsgewinde ausgebildet.
Ein andere vorteilhafte Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird auch dadurch geschaffen, dass zwischen dem Grundkörper und dem Unterteil des Aufnahmeelementes zumindest eine Verdrehsicherung vorgesehen ist, welche eine rotatorische Relativbewegung zwischen dem Unterteil und dem Grundkörper verhindert. Die Verdrehsicherung gewährleistet, dass sich das Unterteil des Aufnahmeelementes während der Herstellung der Gewindeverbindung zwischen dem Oberteil und dem Unterteil nicht relativ zum Anschlussstutzen bzw. zum Grundkörper verdreht.
In diesem Fall erweist es sich als besonders praxisnah, dass die Verdrehsicherung durch Erhebungen und/oder Vertiefungen in den aneinander anliegenden Kontaktflächen des Grundkörpers und des Unterteiles gebildet ist. Durch die in die Vertiefungen eingreifenden Erhebungen wird eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Unterteil und dem Grundkörper hergestellt, welche die rotatorische Relativbewegung zwischen dem Unterteil bzw. dem Aufnahmeelement und dem Grundkörper wirksam verhindert. Vorzugsweise sind mehrere Erhebungen bzw. Vertiefungen auf dem Umfang der jeweiligen Kontaktfläche verteilt angeordnet. Dabei erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Vertiefungen und/oder Erhebungen über den Umfang gleichverteilt angeordnet sind und/oder beide Kontaktflächen jeweils sowohl Vertiefungen als auch Erhebungen aufweisen, welche in der jeweiligen Kontaktfläche alternierend angeordnet sind.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, dass das Unterteil des Aufnahmeelementes zumindest eine Aussparung für den Eingriff eines Montagewerkzeuges aufweist. Das Montagewerkzeug weist einen Griff und zumindest zwei vorspringende Eingriffselemente auf. Bei der Herstellung der Gewindeverbindung zwischen dem Unterteil und dem Oberteil des Aufnahmeelementes werden die Eingriffselemente in entsprechend ausgebildete und paarweise im Unterteil angeordnete Aussparungen eingesetzt und das Unterteil kann während der Drehbewegung des Oberteiles in einer definierten Lage festgehalten werden. Nach der Verschraubung des Oberteiles mit dem Unterteil wird das Montagewerkzeug dann wieder aus den Aussparungen des Unterteiles entfernt. Vorzugsweise weist das Unterteil mehrere Aussparungen auf, welche jeweils paarweise auf dem Umfang des Flansches des Unterteiles angeordnet sind.
Es erweist sich als besonders zweckmäßig, wenn auch eine der Aufnahmeöffnung für die Armatur abgewandte Außenfläche des Oberteiles des Aufnahmeelementes zumindest eine Anlagefläche für ein Hilfswerkzeug aufweist. Hierdurch kann die für das Herstellen der Gewindeverbindung erforderliche Drehbewegung bzw. das für eine feste Verbindung zwischen Oberteil und Unterteil erforderliche Drehmoment in das Oberteil eingeleitet werden. Vorzugsweise weist das Oberteil bzw. eine Außenfläche des Oberteiles einen sechseckigen bzw. einen sechskantförmigen Querschnitt auf und das Hilfswerkzeug ist als Maulschlüssel ausgebildet.
Eine andere Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass das Oberteil des Aufnahmeelementes auf einer der Aufnahmeöffnung für die Armatur abgewandten Außenseite eine insbesondere umlaufende Einschnürung aufweist, in welche eine den Grundkörper zumindest abschnittsweise umschließende und das Unterteil des Aufnahmeelementes zumindest teilweise überdeckende Stützhülle eingreift. Durch die Überdeckung des Unterteiles erfolgt eine zusätzliche Fixierung des Unterteiles am Grundkörper und dadurch, dass der Randabschnitt der Stützhülle in die Einschnürung im Oberteil eingreift, erfolgt eine zusätzliche Fixierung des Oberteiles am Unterteil. Ein Lösen der Gewindeverbindung zwischen dem Oberteil und dem Unterteil wird hierdurch wirksam verhindert.
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 vergrößerte Darstellung des Anschlussbereiches aus 1 in einer zumindest teilweise geschnittenen Seitenansicht und ohne die Stützhülle des Druckbehälters;
3 eine perspektivische Darstellung des Anschlussbereiches aus 2 nach der Montage des Unterteiles des Aufnahmeelementes;
4 eine perspektivische Darstellung des Oberteiles des Aufnahmeelementes und des in 3 dargestellten Anschlussbereiches unmittelbar vor der Montage des Oberteiles am Unterteil des Aufnahmeelementes;
5 eine perspektivische Darstellung des Anschlussbereiches aus 2 ohne Armatur;
6 eine Oberseite eines Montagewerkzeuges in einer perspektivischen Ansicht;
7 eine Unterseite eines Montagewerkzeuges in einer perspektivischen Ansicht;
8 eine vergrößerte Darstellung des Anschlussbereiches aus 1 in einer zumindest teilweise geschnittenen Seitenansicht und mit der Stützhülle des Druckbehälters.
1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Druckbehälters 1 zur Speicherung von fluiden, insbesondere von flüssigen oder gasförmigen Medien in einer geschnittenen Ansicht. Der insbesondere für den Einbau in ein Fahrzeug vorgesehene Druckbehälter 1 weist einen einen Speicherraum 2 für das flüssige oder gasförmige Medium aufweisenden Grundkörper 3 aus Kunststoff auf, welcher außenseitig mit einer aus Faserverbundwerkstoff bestehenden Stützhülle 4 umwickelt ist. Zur kontrollierten Entnahme des im Speicherraum 2 gespeicherten gasförmigen oder flüssigen Mediums ist in einem Anschlussbereich 5 des Druckbehälters 1 eine als Druckventil bzw. Magnetventil oder Rohrleitung ausgebildete Armatur 6 vorgesehen.
2 zeigt den Anschlussbereich 5 des Druckbehälters 1 ohne die den Grundkörper 3 umgebende Stützhülle 4 in einer vergrößerten und zumindest teilweise geschnittenen Seitenansicht. Die als Druckventil ausgebildete Armatur 6 weist einen Zapfen 7 mit einem Außengewinde 8 auf und ist in eine ein Innengewinde 9 aufweisende Aufnahmeöffnung 10 eines mit dem Grundkörper 3 verbundenen Aufnahmeelementes 11 eingeschraubt. Außerdem weist der Zapfen 7 der Armatur 6 einen sich in axialer Richtung an das Außengewinde 7 anschließenden zylindrischen Abschnitt 12 auf, in welchem zwei umlaufende Dichtungen 13 angeordnet sind. Der zylindrische Abschnitt 12 der Armatur 6 ist dabei derart in einem eine Zugangsöffnung 14 zum Speicherraum 2 des Grundkörpers 3 begrenzenden und einstückig mit dem Grundkörper 3 verbundenen Anschlussstutzen 15 angeordnet, dass die Dichtungen 13 in radialer Richtung dichtend an eine Innenfläche 16 des Anschlussstutzens 15 angepresst werden. Hierdurch wird ein Entweichen von in dem Speicherraum 2 des Grundkörpers 3 angeordneten fluiden Medien zwischen der Armatur 6 und dem Anschlussstutzen 15 hindurch wirksam verhindert.
Das zur Fixierung der Armatur 6 vorgesehene Aufnahmeelement 11 ist zweiteilig ausgebildet und weist ein Unterteil 17 und ein Oberteil 18 auf. Vorzugsweise bestehen sowohl das Unterteil 17 als auch das Oberteil 18 aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere aus einem Leichtmetall, wie beispielsweise Aluminium. Das Unterteil 17 weist eine zentrale Durchbrechung 19 und einen sich radial erstreckenden Flansch 20 auf, wobei der Anschlussstutzen 15 des Grundkörpers 3 derart in der Durchbrechung 19 des Unterteiles 17 angeordnet ist, dass das Unterteil 17 den Anschlussstutzen 15 umschließt. Das Unterteil 17 ist durch eine eine axiale Relativbewegung zwischen dem Unterteil 17 und dem Anschlussstutzen 15 verhindernde Rastverbindung 21 am Anschlussstutzen 15 fixiert. Dabei wird die Rastverbindung 21 durch einen in eine umlaufende Nut 22 eingreifenden Sicherungsring 23 gebildet, wobei die Nut 22 auf einer der Zugangsöffnung 14 abgewandten Außenseite 24 des Anschlussstutzens 15 angeordnet ist. Der Sicherungsring 23 verhindert also eine axiale Relativbewegung zwischen dem Unterteil 17 und dem Anschlussstutzen 15 dadurch, dass eine die Durchbrechung 19 begrenzende Randfläche 25 des Unterteiles 17 zumindest teilweise am Sicherungsring 23 anliegt.
Das Oberteil 18 des Aufnahmeelementes 11, in welchem auch die Aufnahmeöffnung 10 für die Armatur 6 angeordnet ist, und das Unterteil 17 sind durch eine Gewindeverbindung 26 lösbar miteinander verbunden. Die Gewindeverbindung 26 wird durch ein an einem Flansch 27 des Oberteiles 18 angeordnetes Außengewinde 28 und ein in einer Ausnehmung 29 im Unterteil 17 angeordnetes Innengewinde 30 hergestellt. Das Oberteil 18 ist ausschließlich an dem Unterteil 17 fixiert. Es existiert also keine unmittelbare Fixierung des Oberteiles 18 an dem Anschlussstutzen 15 bzw. an dem Grundkörper 3. Das Außengewinde 28 des Oberteiles 18 und das korrespondiere Innengewinde 30 des Unterteiles 17 sind als Linksgewinde ausgebildet, während eine Gewindeverbindung 31 zwischen der Armatur 6 und dem Oberteil 18 als Rechtsgewinde ausgebildet ist.
Eine den Anschlussstutzen 15 umgebende und an dem Unterteil 17 anliegende Kontaktfläche 32 des Grundkörpers 3 und eine an dieser anliegende Kontaktfläche 33 des Unterteiles 17 weisen eine Verdrehsicherung 34 auf. Die Verdrehsicherung 34 verhindert eine rotatorische Relativbewegung zwischen dem Unterteil 17 und dem Grundkörper 3 und wird durch Erhebungen 35 in der Kontaktfläche 32 des Grundkörpers 3 und Vertiefungen 36 in der Kontaktfläche 33 des Unterteiles 17 gebildet, wobei die Erhebungen 35 formschlüssig in die Vertiefungen 36 eingreifen.
Außerdem ist auf einer der Aufnahmeöffnung 10 für die Armatur 6 abgewandten Außenseite 37 des Aufnahmeelementes 11 bzw. des Oberteiles 18 eine umlaufende Einschnürung 38 vorgesehen, welche im Oberteil 18 des Aufnahmeelementes 11 angeordnet ist.
3 zeigt eine perspektivische Ansicht des Anschlussbereiches 5 des Druckbehälters 1 nach einer Montage des rotationssymmetrischen Unterteiles 17 an dem ebenfalls rotationssymmetrischen Anschlussstutzen 15 des Grundkörpers 3. Die Montage des Unterteiles 17 erfolgt durch eine translatorische Fügebewegung des Unterteiles 17 relativ zum Grundkörper 3 in axialer Richtung (Richtungspfeil 39). Infolge dieser Fügebewegung taucht der Anschlussstutzen 15 des Grundkörpers 3 durch die Durchbrechung 19 im Unterteil 17 hindurch, und zwar bis die Kontaktflächen 32, 33 des Grundkörpers 3 und des Unterteiles 17 aneinander anliegen und die Erhebungen 35 in die Vertiefungen 36 eingreifen. Ein Innendurchmesser der Durchbrechung 19 ist dabei geringfügig größer als der Außendurchmesser des Anschlussstutzens 15, sodass der Anschlussstutzen 15 ohne Verformung prozesssicher in die Durchbrechung 19 eingeführt werden kann.
Anschließend wird die Rastverbindung 21 zwischen dem Unterteil 17 und dem Anschlussstutzen 15 durch die Montage des Sicherungsringes 23 in der Nut 22 hergestellt. Der obere Randbereich 40 des Anschlussstutzens 15, in welchem auch die Nut 22 angeordnet ist, ragt hierfür derart aus dem Unterteil 17 heraus, dass der Zugang zur Nut 22 gewährleistet ist. Zur Anordnung des Sicherungsringes 23 in der Nut 22 wird der einen Schlitz 41 aufweisende Sicherungsring 23 aufgespreizt und in der Nut 22 angeordnet. Wenn der Sicherungsring 23 in der Nut 22 angeordnet ist, nimmt er selbsttätig wieder seine ringförmige Ausgangsform an. In der in 3 dargestellten Anordnung umschließt der Sicherungsring 23 den Anschlussstutzen 15 und ist formschlüssig in der Nut 22 angeordnet. Dabei liegt eine die Durchbrechung 19 begrenzende Randfläche 25 des Unterteiles 17 zumindest teilweise an dem Sicherungsring 23 an.
4 zeigt eine perspektivische Darstellung des Oberteiles 18 des Aufnahmeelementes 11 und des Anschlussbereiches 5 des Druckbehälters 1 mit dem bereits montierten Unterteil 17 unmittelbar vor der Montage des Oberteiles 18 am Unterteil 17. 5 zeigt den Anschlussbereich 5 des Druckbehälters 1 mit dem bereits am Unterteil 17 fixierten Oberteil 18. Eine Außenfläche 42 des Oberteiles 18 des Aufnahmeelementes 11 weist eine sechskantförmige Kontur mit mehreren Anlageflächen 43 für ein nicht dargestelltes Hilfswerkzeug, insbesondere für einen Maulschlüssel auf. Eine der Kontaktfläche 33 abgewandte Oberfläche 44 des Unterteiles 17 weist mehrere Aussparungen 45 für einen Eingriff eines in den 6 und 7 abgebildeten Montagewerkzeuges 46 auf. Das in den 6 und 7 dargestellte Montagewerkzeug 46 weist einen Griff 51 und zwei als Zapfen ausgebildete Eingriffselemente 47 auf, welche während der Montage des Oberteiles 18 am Unterteil 17 in zwei der vier dargestellten Aussparungen 45 im Unterteil 17 eingreifen.
Zur Montage des Oberteiles 18 am Unterteil 17 bzw. zur Herstellung der Gewindeverbindung 26 zwischen dem Oberteil 18 und dem Unterteil 17 wird also zunächst das Oberteil 18 mit dem Flansch 27 derart in die Ausnehmung 29 eingeführt, dass das Außengewinde 28 des Flansches 27 in das Innengewinde 30 der Ausnehmung 29 des Unterteiles 17 eingreift (Richtungspfeil 48). Mittels des in die Aussparungen 45 eingreifenden Montagewerkzeuges 46 wird das Unterteil 17 während der Drehbewegung des Oberteiles 18 (Richtungspfeil 49) derart fixiert, dass eine Verdrehung des Unterteiles 17 relativ zum Grundkörper 3 verhindert wird. Die Einleitung der Drehbewegung zur Herstellung der Gewindeverbindung 26 zwischen dem Unterteil 17 und dem Oberteil 18 erfolgt dann durch das als Maulschlüssel ausgebildete und in den Figuren nicht dargestellte Hilfswerkzeug.
Im Anschluss wird der Grundkörper 3 dann derart mit der Stützhülle 4 umwickelt, dass der Grundkörper 3 und das Unterteil 17 des Aufnahmeelementes 11 von der Stützhülle 4 überdeckt ist und ein Randabschnitt 50 der Stützhülle 4 in die umlaufende Einschnürung 38 im Oberteil 18 des Aufnahmeelementes 11 eingreift (8). Die die Ausnehmung 29 begrenzende und der Stützhülle 4 zugewandte Oberfläche 44 des Unterteiles 17 ist dabei bündig zu einer benachbarten Oberfläche 52 des Oberteiles 18 angeordnet. Die Einschnürung 38 schließt sich unmittelbar an die genannte Oberfläche 52 des Oberteiles 18 an.
Wie in 8 außerdem zu erkennen ist, weist das Oberteil 18 im Bereich des Flansches 27 auf einer dem Außengewinde 28 gegenüberliegenden Innenseite eine die Aufnahmeöffnung 10 begrenzende und dem Innengewinde 9 benachbarte Sicherungsfläche 53 auf. Die umlaufend ausgebildete und eine Neigung zu einer Mittelachse 54 des Oberteiles 18 aufweisende Sicherungsfläche 53 des Oberteiles 18 liegt dabei zumindest teilweise an dem Sicherungsring 23 an, sodass sich dieser sich nicht selbsttätig aus der Nut 22 im Anschlussstutzen 15 entfernen kann. Bei einer hergestellten Gewindeverbindung 26 zwischen dem Oberteil 18 und dem Unterteil 17 ist also ein Entfernen des Sicherungsringes 23 aus der Nut 22 und dadurch auch ein Lösen der Rastverbindung 21 zwischen dem Unterteil 17 und dem Anschlussstutzen 15 nicht möglich.
Bezugszeichenliste

1: Druckbehälter
2: Speicherraum
3: Grundkörper
4: Stützhülle
5: Anschlussbereich
6: Armatur
7: Zapfen
8: Außengewinde (Zapfen)
9: Innengewinde (Aufnahmeelement, Oberteil)
10: Aufnahmeöffnung (Aufnahmeelement, Oberteil)
11: Aufnahmeelement
12: zylindrischer Abschnitt
13: Dichtung
14: Zugangsöffnung (Anschlussstutzen)
15: Anschlussstutzen
16: Innenfläche
17: Unterteil
18: Oberteil
19: Durchbrechung (Unterteil)
20: Flansch (Unterteil)
21: Rastverbindung
22: Nut
23: Sicherungsring
24: Außenseite (Anschlussstutzen)
25: Randfläche (Unterteil)
26: Gewindeverbindung (Oberteil-Unterteil)
27: Flansch (Oberteil)
28: Außengewinde (Oberteil)
29: Ausnehmung (Unterteil)
30: Innengewinde (Unterteil)
31: Gewindeverbindung (Oberteil-Armatur)
32: Kontaktfläche (Grundkörper)
33: Kontaktfläche (Unterteil)
34: Verdrehsicherung
35: Erhebung
36: Vertiefung
37: Außenseite (Aufnahmeelement)
38: Einschnürung
39: Richtungspfeil (translatorische Fügebewegung)
40: Randbereich (Anschlussstutzen)
41: Schlitz (Sicherungsring)
42: Außenfläche (Oberteil)
43: Anlagefläche (Oberteil)
44: Oberfläche (Unterteil)
45: Aussparung
46: Montagewerkzeug
47: Eingriffselement
48: Richtungspfeil
49: Richtungspfeil
50: Randabschnitt
51: Griff
52: Oberfläche (Oberteil)
53: Sicherungsfläche
54: Mittelachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2115343 B1 [0006, 0011]
EP 1248929 B1 [0009]
EP 1151224 B1 [0010]

Claims

Druckbehälter (1) zur Speicherung von fluiden Medien, insbesondere zum Einbau in ein Kraftfahrzeug, mit einem einen Speicherraum (2) für das fluide Medium begrenzenden und einen Anschlussstutzen (15) aufweisenden Grundkörper (3) und mit einem aus einem Oberteil (18) und einem Unterteil (17) bestehenden Aufnahmeelement (11) zur Aufnahme einer Armatur (6), wobei das Unterteil (17) den Anschlussstutzen (15) des Grundkörpers (3) zumindest teilweise umschließt und das Oberteil (18) eine Aufnahmeöffnung (10) für die Armatur (6) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Unterteil (17) des Aufnahmeelementes (11) durch eine zumindest eine axiale Relativbewegung zwischen dem Unterteil (17) und dem Anschlussstutzen (15) verhindernde Rastverbindung (21) an dem Anschlussstutzen (15) fixiert ist und dass das Oberteil (18) des Aufnahmeelementes (11) ausschließlich an dem Unterteil (17) des Aufnahmeelementes (11) fixiert ist.
Druckbehälter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Unterteil (17) des Aufnahmeelementes (11) durch ein insbesondere separates, in eine Aussparung des Anschlussstutzens (15) eingreifendes Sicherungselement an dem Anschlussstutzen (15) des Grundkörpers (3) fixiert ist.
Druckbehälter (1) nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungselement als Sicherungsring (23) ausgebildet ist und/oder dass die Aussparung im Anschlussstutzen (15) als umlaufende Nut (22) ausgebildet ist.
Druckbehälter (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Oberteil (18) und das Unterteil (17) des Aufnahmeelementes (11) durch eine Gewindeverbindung (26) lösbar miteinander verbunden sind.
Druckbehälter (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drehrichtung der Gewindeverbindung (26) zwischen dem Oberteil (18) und dem Unterteil (17) des Aufnahmeelementes (11) gegensinnig zu einer Drehrichtung einer Gewindeverbindung (31) zwischen dem Oberteil (18) und der Armatur (6) ausgebildet ist.
Druckbehälter (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Grundkörper (3) und dem Unterteil (17) des Aufnahmeelementes (11) zumindest eine Verdrehsicherung (34) vorgesehen ist, welche eine rotatorische Relativbewegung zwischen dem Unterteil (17) und dem Grundkörper (3) verhindert.
Druckbehälter (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrehsicherung (34) durch Erhebungen (35) und/oder Vertiefungen (36) in den aneinander anliegenden Kontaktflächen (32, 33) des Grundkörpers (3) und des Unterteiles (17) gebildet ist.
Druckbehälter (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Unterteil (17) des Aufnahmeelementes (11) zumindest eine Aussparung (45) für den Eingriff eines Montagewerkzeuges (46) aufweist.
Druckbehälter (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Aufnahmeöffnung (10) für die Armatur (6) abgewandte Außenfläche (42) des Oberteiles (18) des Aufnahmeelementes (11) zumindest eine Anlagefläche (43) für ein Hilfswerkzeug aufweist.
Druckbehälter (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Oberteil (18) des Aufnahmeelementes (11) auf einer der Aufnahmeöffnung (10) für die Armatur (6) abgewandten Außenseite (37) eine insbesondere umlaufende Einschnürung (38) aufweist, in welche eine den Grundkörper (3) zumindest abschnittsweise umschließende und das Unterteil (17) des Aufnahmeelementes (11) zumindest teilweise überdeckende Stützhülle (4) eingreift.