-
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Druckbehälter, insbesondere für Kraftfahrzeuge zur Aufnahme von unter Druck stehenden Gasen und/oder Flüssigkeiten, insbesondere von unter Druck stehendem Wasserstoff und/oder Erdgas.
-
Druckbehälter werden zur Speicherung von unter Druck stehenden Gasen und/oder unter Druck stehenden Flüssigkeiten verwendet. So finden Druckbehälter bereits in mit Erdgas betriebenen Kraftfahrzeugen Anwendung. Ferner sind Druckbehälter für Kraftfahrzeuge bekannt, die mit unter Druck stehendem Wasserstoff befüllbar sind. Der Wasserstoff kann in einem Verbrennungsmotor mit Sauerstoff verbrannt werden oder in einer Brennstoffzelle mit Sauerstoff zu Wasser reagieren, wobei die gewonnene elektrische Energie einem Akkumulator oder einem Elektromotor zugeführt wird.
-
Entsprechende Druckbehälter müssen großen Belastungen standhalten. Druckbehälter für Erdgas werden beispielsweise mit einem Druck bis hin zu 250 bar befüllt. Druckbehälter für Wasserstoff werden mit bis zu 700 bar befüllt.
-
Aus der
EP 0 810 081 A1 ist ein Druckbehälter bekannt, der ein Anschlusselement, einen Innenbehälter und eine den Innenbehälter umschließende Stützhülle umfasst. Das Anschlusselement umfasst einen hülsenförmigen Halsabschnitt und einen Schulterabschnitt und weist einen um dessen Längsachse rotationssymmetrischen Durchgangskanal auf, der von einer Eintrittsöffnung des Halbabschnitts begrenzt ist. Das Anschlusselement ist mit dem Innenbehälter verbunden und steht über den Schulterabschnitt und über einen Teil des Halsabschnitts direkt mit dem Innenbehälter in Kontakt. Die Stützhülle umschließt den Innenbehälter und liegt oberhalb des Innenbehälterendes direkt an einer parallel zur Längsachse orientierten Außenfläche des Halsabschnitts an. Der Halsabschnitt des Anschlusselements weist ferner ein Innengewinde auf, in das eine Ventileinrichtung eingeschraubt ist, die mit einer Versorgungsleitung verbindbar ist.
-
Aufgrund der wechselnden Druckbeaufschlagung der Druckbehälter sind diese insbesondere im Bereich der Verbindung des Anschlusselements mit dem Innenbehälter besonders stark belastet. Ferner müssen die Druckbehälter insbesondere im Falle eines Unfalls sehr hohen Belastungen standhalten. Bei einem Falltest, bei dem der Druckbehälter auf das Anschlusselement fallengelassen wird, treten große Belastungen der Verbindungsfläche zwischen dem Ansatzelement und dem Innenbehälter auf.
-
Bei dem aus der
EP 0 810 081 A1 bekannten Druckbehälter führt die wechselnde Druckbelastung dazu, dass der Innenbehälter zwischen dem Schulterabschnitt des Anschlusselements und der Stützhülle ausgedünnt wird, da axiale Schubkräfte von dem Anschlusselement an die Stützhülle lediglich über den Schulterabschnitt abgeführt werden können. Selbiges gilt für einen Falltest, bei dem der Druckbehälter auf das Ansatzelement fallengelassen wird. Die Materialausdünnung des Innenbehälters führt zu Undichtigkeiten des Druckbehälters und im schlimmsten Falle zu einer Zerstörung des Druckbehälters bei entsprechender Druck- bzw. Schlagbeaufschlagung.
-
Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist die Bereitstellung eines stabileren Druckbehälters, der eine größere Langzeitstabilität aufweist.
-
Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wir durch einen Druckbehälter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen des Druckbehälters sind in den von Anspruch 1 abhängigen Ansprüchen beschrieben.
-
Im Genaueren umfasst der erfindungsgemäße Druckbehälter ein Anschlusselement, einen Innenbehälter und eine dem Innenbehälter umschließende Stützhülle. Das Anschlusselement umfasst einen hülsenförmigen Halsabschnitt und einen Schulterabschnitt. Ferner weist das Anschlusselement einen zu dessen Längsachse zumindest abschnittsweise rotationssymmetrischen Durchgangskanal auf, der von einer Eintrittsöffnung des Halsabschnitts begrenzt ist. Das Anschlusselement ist über eine Außenfläche des Schulterabschnitts mit einer Innenfläche des Innenbehälters verbunden. Die Stützhülle ist mit dem Innenbehälter verbunden und umschließt diesen gänzlich. Daher ist der Innenbehälter zwischen dem Schulterabschnitt des Anschlusselements und der Stützhülle sandwichartig angeordnet. Der erfindungsgemäße Druckbehälter ist dadurch gekennzeichnet, dass eine das Anschlusselement mit der Stützhülle direkt verbindende Kontaktfläche nicht parallel zur Längsachse des Anschlusselements ausgerichtet ist, so dass eine auf das Anschlusselement ausgeübte und parallel zur Längsachse verlaufende Axialkraft direkt ohne Zwischenlage des Innenbehälters auf die Stützhülle übertragbar ist.
-
Da die Kontaktfläche zwischen dem Anschlusselement und der Stützhülle nicht parallel zur Längsachse ausgerichtet ist, durchstößt die Längsachse eben diese Kontaktfläche zwischen dem Anschlusselement und der Stützhülle. Das Merkmal, gemäß dem die das Anschlusselement mit der Stützhülle verbindende Kontaktfläche nicht parallel zur Längsachse des Anschlusselements ausgerichtet ist, ist gleichbedeutend und gleichwirkend wie das Merkmal, gemäß dem ein Normalenvektor der Kontaktfläche zumindest eine Erstreckungskomponente aufweist, die parallel zur Längsachse des Anschlusselements ausgerichtet ist.
-
Die Kontaktfläche schließt folglich mit der Längsachse des Anschlusselements einen von 0° unterschiedlichen Winkel ein. Der von der Kontaktfläche mit der Längsachse eingeschlossene Winkel beträgt zwischen 1° und 90°. Weiter vorzugsweise schließen die Kontaktfläche und die Längsachse des Anschlusselements einen Winkel von mehr als 20°, weiter vorzugsweise mehr als 30°, weiter vorzugsweise mehr als 45°, weiter vorzugsweise mehr als 60°, aber stets weniger als 90° ein.
-
Da die das Anschlusselement mit der Stützhülle direkt verbindende und ohne Zwischenlage des Innenbehälters verbindende Kontaktfläche nicht parallel zur Längsachse des Anschlusselements ausgerichtet ist, können axiale Schubkräfte, die bei Druckbeaufschlagung des Druckbehälters auf das Anschlusselement ausgeübt werden, direkt von dem Anschlusselement auf die Stützhülle effektiver übertragen werden. Daher wird der zwischen dem Schulterbereich des Anschlusselements und der Stützhülle befindliche Innenbehälter entlastet, so dass das Innenbehältermaterial zwischen dem Schulterabschnitt und der Stützhülle nicht bzw. weniger ausdünnt wird. Folglich ist der erfindungsgemäße Druckbehälter stabiler und kann eine größere Anzahl von Betankungszyklen unbeschadet überstehen.
-
Das Anschlusselement kann aus einem Metall, insbesondere aus Aluminium gefertigt sein. Im hülsenförmigen Halsabschnitt des Anschlusselements kann ein Innengewinde zum Einschrauben von beispielsweise einer Ventileinrichtung angeordnet sein.
-
Bei dem Innenbehälter handelt es sich vorzugsweise um einen blasgeformten Innenbehälter. Der Innenbehälter ist dabei vorzugsweise als ein mehrschichtiger Innenbehälter ausgebildet und kann beispielsweise eine Außenschicht aus HDPE (high density polyethylene, Polyethylen hoher Dichte) einen Haftvermittler beispielsweise aus LDPE (low density polyethylene, Polyethylen niedriger Dichte), eine Barriereschicht aus beispielsweise EVOH (Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer), einen weiteren Haftvermittler beispielsweise aus LDPE und einer Innenschicht aus HDPE umfassen. Auch andere Schichtsysteme für den Innenbehälter sind möglich, Beschränkungen hinsichtlich des Schichtaufbaus des Innenbehälters bestehen insoweit nicht.
-
Die Stützhülle kann insbesondere aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff gebildet sein. Vorzugsweise besteht die Stützhülle aus einem kohlenstofffaserverstärktem Thermoplast.
-
Der Innenbehälter kann auch als Auskleidung und/oder als Innenschale und/oder als Liner und/oder als Inliner bezeichnet werden. Die Stützhülle kann auch als Außenschale bezeichnet werden. Das Anschlusselement kann auch als Anschlussflansch und/oder als Einsatz und/oder als Ansatzstück und/oder als Polstück bezeichnet werden.
-
Vorzugsweise weist das Anschlusselement einen Mittelschulterabschnitt auf, der zwischen dem Halsabschnitt und dem Schulterabschnitt angeordnet ist. Dabei ist eine Außenfläche des Mittelschulterabschnitts nicht parallel zur Längsachse des Anschlusselements ausgerichtet. Die Stützhülle ist mit dem Anschlusselement im Bereich des Mittelschulterabschnitts ohne Zwischenlage des Innenbehälters verbunden.
-
Da die Außenfläche des Mittelschulterabschnitts nicht parallel zur Längsachse des Anschlusselements ausgerichtet ist, weist ein Normalenvektor der Außenfläche zumindest eine Erstreckungskomponente auf, die parallel zur Längsachse des Anschlusselements ausgerichtet ist. Ferner ist dieses Merkmal damit gleichbedeutend, dass die Außenfläche des Mittelschulterabschnitts mit der Längsachse des Anschlusselements einen Winkel von mehr als 0° und weniger als 90° einschließt.
-
Vorzugsweise schließen die Außenfläche des Mittelschulterabschnitts und die Längsachse des Anschlusselements einen Winkel von mehr als 20°, weiter vorzugsweise mehr als 30°, weiter vorzugsweise mehr als 45°, weiter vorzugsweise mehr als 60°, aber stets weniger als 90° ein. Umso größer der von der Außenfläche des Mittelschulterabschnitts und der Längsachse des Anschlusselements eingeschlossene Winkel ist, desto effektiver kann eine axiale Schubkraft von dem Anschlusselement direkt auf die Stützhülle übertragen werden.
-
Da die Stützhülle mit dem Anschlusselement im Bereich des Mittelschulterabschnitts ohne Zwischenlage des Innenbehälters verbunden ist, endet der Innenbehälter im Abstand zur Eintrittsöffnung im Bereich des Mittelschulterabschnitts.
-
Das Anschlusselement weist eine konische Außenkontur auf und der Außendurchmesser des Anschlusselements vergrößert sich stetig von der Eintrittsöffnung in Richtung des unteren Endes des Anschlusselements. Bei einem entsprechend ausgebildeten Druckbehälter, dessen Anschlusselement einen zwischen dem Halsabschnitt und dem Schulterabschnitt angeordneten Mittelschulterabschnitt aufweist, können die Winkel der Außenfläche des Mittelschulterabschnitts und der Außenfläche des Schulterabschnitts voneinander verschieden sein, so dass sich das Anschlusselement gewünschten Profilen des Druckbehälters verbessert anpassen lässt.
-
Vorzugsweise weist der Mittelschulterabschnitt zumindest abschnittsweise eine konvexe Außenkontur auf, und das Anschlusselement weist zumindest abschnittsweise zwischen dem Halsabschnitt und dem Mittelschulterabschnitt und zwischen dem Mittelschulterabschnitt und dem Schulterabschnitt jeweils zumindest abschnittsweise eine konkave Außenkontur auf.
-
Bei einer entsprechenden Ausgestaltung des Anschlusselements weist eine einhüllende Kurve beziehungsweise eine einhüllende Fläche, die den Innenbehälter und das Anschlusselement umschließt, im Grenzbereich zwischen der Außenfläche des Innenbehälters und dem Anschlusselement eine glattere Oberfläche auf, das heißt eine Oberfläche, deren Krümmungsradien vergrößert sind. Dadurch wird ein Anschmiegen der Stützhülle sowohl an dem Anschlusselement als auch an dem Innenbehälter insbesondere in dem Grenzbereich zwischen dem Anschlusselement und dem Innenbehälter besonders gut möglich, da die Stützhülle keinen kleinen Krümmungsradius beziehungsweise keinen kleinen Krümmungsradien im Kontaktbereich des Innenbehälterendes mit dem Anschlusselement folgen muss. Ein entsprechend ausgebildeter Druckbehälter weist folglich eine nochmals erhöhte Stabilität und Langlebigkeit auf.
-
Vorzugsweise endet der Innenbehälter im Grenzbereich zwischen dem Schulterabschnitt und dem Mittelschulterabschnitt.
-
Weiter vorzugsweise gehen der Innenbehälter und der Mittelschulterabschnitt des Anschlusselements fluchtend ineinander über.
-
Dadurch wird ein eventueller Krümmungsradius einer den Mittelschulterabschnitt und den Innenbehälter umschließenden Hüllkurve nochmals minimiert, so dass sich die Stützhülle besser an diese Hüllkurve anschmiegen kann, was zu einer verbesserten und innigeren Verbindung der Stützhülle sowohl mit dem Innenbehälter als auch mit dem Anschlusselement, insbesondere mit dem Mittelschulterabschnitt, zur Folge hat. Ein entsprechend ausgebildeter Druckbehälter weist eine nochmals erhöhte Stabilität bei Druckbeaufschlagung und eine erhöhte Langlebigkeit auf.
-
Vorzugsweise weist/weisen die dem Innenbehälter zugewandte Außenfläche des Schulterabschnitts und/oder eine dem Innenbehälter und der Stützhülle zugewandte Außenfläche des Mittelschulterabschnitts und/oder eine der Stützhülle zugewandte Außenfläche des Halsabschnitts zumindest teilweise eine mittlere Rauheit von mehr als 50 μm auf.
-
Die mittlere Rauheit gibt den mittleren Abstand eines Messpunktes auf einer Oberfläche zu einer Mittellinie an. Die Mittellinie schneidet innerhalb der Bezugsstrecke das wirkliche Profil des Anschlusselements so, dass die Summe der Profilabweichungen bezogen auf die Mittellinie minimal wird. Die mittlere Rauheit entspricht also dem arithmetischen Mittel der Abweichungen von der Mittellinie.
-
Die mittlere Rauheit der Außenfläche des Schulterabschnitts und/oder des Mittelschulterabschnitts und/oder des Halsabschnitts beträgt vorzugsweise zwischen 50 μm und 1.000 μm, weiter vorzugsweise zwischen 50 μm und 500 μm, weiter vorzugsweise zwischen 80 μm und 250 μm und höchst vorzugsweise mehr als 120 μm.
-
Aufgrund der mittleren Rauheit der Außenfläche beziehungsweise der Außenflächen von mehr als 50 μm ist die Oberfläche des Anschlusselements, die mit dem Innenbehälter und/oder mit der Stützhülle in Kontakt steht, vergrößert, so dass das Anschlusselement stabiler mit dem Innenbehälter und mit der Stützhülle verbunden ist. Sowohl eine axiale Belastbarkeit als auch eine radiale Belastung des Anschlusselements im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Druckbehältern ist vergrößert, da die Haltekraft des Anschlusselements an dem Innenbehälter und/oder an der Stützhülle vergrößert ist.
-
Vorzugsweise ist/sind die dem Innenbehälter zugewandte Außenfläche des Schulterabschnitts und/oder eine dem Innenbehälter und der Stützhülle zugewandte Außenfläche des Mittelschulterabschnitts und/oder eine der Stützhülle zugewandte Außenfläche des Halsabschnitts zumindest teilweise mit einer Beschichtung aus thermoplastischem Kunststoff versehen.
-
Bei dem thermoplastischen Kunststoff kann es sich beispielsweise um Polyethylen, insbesondere um Polyethylen niedriger Dichte (LDPE) handeln. Durch Beschichten der Außenfläche beziehungsweise der Außenflächen des Anschlusselements mit einem thermoplastischen Kunststoff kann sich dieses der Außenkontur des Anschlusselements besonders gut anpassen, so dass eine Verbindung des mit einer Beschichtung versehenen Anschlusselements mit dem Innenbehälter und mit der Stützhülle stabiler ausgestaltet ist. Insbesondere in dem Fall, in dem Teilbereiche der Außenfläche des Anschlusselements eine mittlere Rauheit von mehr als 50 μm aufweisen, können durch Beschichten der Außenfläche des Anschlusselements mit einem thermoplastischen Kunststoff die Vertiefungen der Außenfläche des Anschlusselements besonders effektiv mit dem thermoplastischem Material ausgefüllt werden, so dass die zur Verfügung stehende Verbindungsfläche des Anschlusselements beziehungsweise der Außenfläche des Anschlusselements besonders effektiv genutzt werden kann.
-
Bei Auftrag einer aus thermoplastischem Kunststoff bestehenden Beschichtung auf die Außenfläche des Anschlusselements, wobei die Außenfläche des Anschlusselements eine mittlere Rauheit von mehr als 50 μm aufweist, und wobei die Dicke der Beschichtung dünner als die mittlere Rauheit der Außenfläche des Anschlusselements ist, ragen Teile der Außenfläche aus der aufgetragenen Beschichtung hervor, so dass diese Außenflächenteile bei Verbinden des Anschlusselements mit dem Innenbehälter zusätzlich zur stoffschlüssigen Verbindung eine formschlüssige Verbindung mit dem Innenbehälter bilden.
-
Vorzugsweise erfolgt das Aufrauen der Außenfläche des Anschlusselements durch Aufstrahlen eines abrasiven Strahlmittels auf die Außenfläche des Anschlusselements. Bei dem Strahlmittel kann es sich um ein beliebiges abrasives Strahlmittel handeln, beispielsweise um Sand (Sandstrahlen). Als abrasive Strahlmittel können aber auch Keramikpartikel, Stahlpartikel, Stahlkies, Korund und Edelkorund verwendet werden. Ein entsprechendes Aufrauen der Außenfläche mittels Aufstrahlen eines abrasiven Strahlmittels ist besonders einfach möglich und benötigt ferner beispielsweise im Vergleich zu einem Ätzen der Außenfläche kein potentiell gefährliches Ätzmittel. Ferner kann durch Aufstrahlen eines abrasiven Strahlmittels eine erhöhte Rauheit erreicht werden, wodurch die Verbindungsstärke des Anschlusselements mit dem Innenbehälter vergrößert werden kann. Ferner ist zur Aufrauung der Außenfläche des Anschlusselements kein chemisches Ätzmittel notwendig, das gesundheits- und umweltschädlich ist. Die Außenfläche des Anschlusselements und die Innenfläche des Innenbehälters und gegebenenfalls die Innenfläche des Stützelements beziehungsweise der Stützhülle gehen eine innige formschlüssige Verbindung miteinander ein.
-
Vorzugsweise wird die Beschichtung auf die Außenfläche des Anschlusselements dadurch aufgebracht, dass ein auf die Außenfläche des Anschlusselements gerichteter Plasmastrahl erzeugt wird, in den der die Beschichtung bildende thermoplastische Kunststoff in Pulverform in den Plasmastrahl zugeführt wird, wobei der Plasmastrahl und/oder das Anschlusselement relativ zueinander derart verfahren werden, dass der Plasmastrahl die gewünschte Außenfläche des Anschlusselements, vorzugsweise die gesamte Fläche des Anschlusselements abfährt. Durch dieses Beschichtungsverfahren ist es möglich, variabel Beschichtungsdicken zu realisieren. Auch ist es möglich, verschiedene Außenflächenbereiche des Anschlusselements mit unterschiedlichen Beschichtungsdicken zu versehen.
-
In dem Fall, dass die Oberfläche des Anschlusselements mittels in einen Plasmastrahl zugeführten thermoplastischen Kunststoffs beschichtet wird, ist es auch möglich vor dem Zuführen des thermoplastischen Kunststoffs ein Metallpulver, vorzugsweise aus dem gleichen Material, aus dem die Oberfläche des Anschlusselements besteht, in den Plasmastrahl zu injizieren, so dass das Metallpulver in zumindest teilweise aufgeschmolzenem Zustand auf die Oberfläche des Anschlusselements trifft, wodurch die mittlere Rauigkeit auf das gewünschte Maß erhöht wird.
-
Vorzugsweise wird die Oberfläche des Anschlusselements vor Auftragen der Beschichtung durch den Plasmastrahl gesäubert, indem der Plasmastrahl ohne Zuführung des thermoplastischen Kunststoffpulvers über die Oberfläche des Anschlusselements bewegt wird, so dass Verunreinigungen zuverlässig entfernt werden.
-
Durch das Zuführen des in Pulverform vorliegenden thermoplastischen Kunststoffs in den Plasmastrahl wird der thermoplastische Kunststoff zumindest an der Oberfläche aufgeschmolzen, so dass beim Auftreffen des zumindest teilweise aufgeschmolzenen thermoplastischen Kunststoffs sich dieser besonders gut der Oberfläche des Anschlusselements anschmiegt, so dass eine besonders effektive Verzahnung der Beschichtung mit der Außenfläche des Anschlusselements erzielt wird. Für den Plasmastrahl wird vorzugsweise ein Gas aus beispielsweise 98,5% Stickstoff und 1,5% Wasserstoff verwendet.
-
Vorzugsweise weist/weisen die dem Innenbehälter zugewandte Außenfläche des Schulterabschnitts und/oder eine dem Innenbehälter und der Stützhülle zugewandte Außenfläche des Mittelschulterabschnitts und/oder eine der Stützhülle zugewandte Außenfläche des Halsabschnitts zumindest eine sich im Umfangsrichtung des Anschlusselements verlaufende Umfangsnut auf.
-
Durch Bereitstellen der Umfangsnut/der Umfangsnuten wird die Verbindung des Anschlusselements zu dem Innenbehälter derart verstärkt, dass das Anschlusselement axial stärker belastbar ist, ohne dass die Verbindung zum Innenbehälter zerstört wird. Ferner ist zur Herstellung der Verbindung des Anschlusselements mit dem Innenbehälter lediglich eine axiale Kraftbeaufschlagung des Anschlusselements notwendig. Das Anschlusselement wird mit einer parallel zu dessen Längsachse orientierten Zugkraft in den warmplastischen Innenbehälter gezogen beziehungsweise gedrückt. Durch eine Zugbewegung des das Anschlusselements haltenden Bauteils, beispielsweise ein Blasspitze, wird das Anschlusselement in den noch warmplastischen Vorformling/Innenbehälter gedrückt.
-
Vorzugsweise bedeckt die Beschichtung die gesamte Außenfläche des Schulterabschnitts und/oder die gesamte Außenfläche des Mittelschulterabschnitts und/oder die gesamte Außenfläche des Halsabschnitts durchgehend und füllt die zumindest eine Umfangsnut aus.
-
Dadurch ist gewährleistet, dass die Beschichtung mit der Umfangsnut besonders effektiv verzahnt ist, so dass nach einem Verbindungsprozess der Beschichtung mit der Innenfläche des Innenbehälters besonders große Kräfte auf das Anschlusselement übertragbar sind, ohne dass die Verbindung zwischen Anschlusselement und Innenbehälter zerstört wird. Die Beschichtung bildet eine geschlossene Oberfläche des Anschlusselements aus.
-
Vorzugsweise weist/weisen die Außenfläche des Schulterabschnitts und/oder die Außenfläche des Mittelschulterabschnitts zumindest eine Radialnut auf, die eine Erstreckungskomponente in radialer Richtung des Anschlusselements aufweist.
-
Bei einer entsprechenden Ausgestaltung des Anschlusselements weist der Druckbehälter eine höhere Stabilität bei einer Drehbelastung des Anschlusselements auf, wodurch höhere Drehmomente auf das Anschlusselement ausgeübt werden können, ohne dass sich das Anschlusselement von dem Innenbehälter beziehungsweise von der Stützhülle löst.
-
Vorzugsweise bedeckt die Beschichtung die gesamte Außenfläche des Schulterabschnitts und/oder die gesamte Außenfläche des Mittelschulterabschnitts durchgehend und füllt die zumindest eine Radialnut aus. Dies führt dazu, dass die Radialnuten erhöhte Kräfte bei einer Radialbelastung des Anschlusselements aufnehmen können. Ferner ist ein entsprechend beschichtetes Anschlusselement mit einer geschlossenen Beschichtungsoberfläche verbessert mit der Innenfläche des Innenbehälters verbindbar.
-
Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich nachfolgend aus den erläuterten Ausführungsbeispielen. Dabei zeigen im Einzelnen:
-
1: Eine schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Druckbehälters im Bereich der Polkappe;
-
2a: eine schematische Schnittdarstellung eines Anschlusselements eines erfindungsgemäßen Druckbehälters gemäß einer weiteren Ausführungsform;
-
2b: eine schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Druckbehälters gemäß einer weiteren Ausführungsform, bei dem das in 2a dargestellte Polstück in dem Druckbehälter verbaut ist;
-
3: eine schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Druckbehälters im Bereich der Polkappe;
-
4: eine Darstellung eines Anschlusselements samt Radialnuten und Umfangsnuten, die auf der Außenfläche des Anschlusselements eingebracht sind; und
-
5: das in 4 dargestellte Anschlusselement versehen mit einer Beschichtung in Verbindung mit einem Innenbehälter und mit einer Stützhülle.
-
In der nun folgenden Beschreibung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteile beziehungsweise gleiche Merkmale, so dass eine in Bezug auf eine Figur durchgeführte Beschreibung bezüglich eines Bauteils auch für die anderen Figuren gilt, so dass eine wiederholende Beschreibung vermieden wird.
-
Wie aus 1 ersichtlich ist, umfasst der erfindungsgemäße Druckbehälter 1 ein Anschlusselement 10, dass mit einem Innenbehälter 30 des Druckbehälters 1 verbunden ist. Der Druckbehälter 1 umfasst ferner eine Stützhülle 40, die den Innenbehälter 30 gänzlich umschließt. Die Stützhülle 40 ist direkt mit dem Innenbehälter 30 und darüber hinaus direkt mit einem sich dem oberen Ende des Innenbehälters 30 anschließenden Bereich des Anschlusselements 10 verbunden. Der Druckbehälter 1 weist zumindest eine Eintrittsöffnung 2 auf, die durch einen Halsabschnitt 11 des Anschlusselements 10 begrenzt ist. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass der erfindungsgemäße Druckbehälter 1 nicht lediglich nur eine Eintrittsöffnung 2 aufweist sondern an einander gegenüberliegenden Endbereichen des Druckbehälters 1 zwei Eintrittsöffnungen 2 vorgesehen sind, wobei an den zwei sich gegenüberliegenden Endbereichen des Druckbehälters 1 auch zwei Anschlusselemente 10 mit dem Innenbehälter 30 und mit der Stützhülle 40 verbunden sind.
-
Wie aus 1 ersichtlich ist, weist das Anschlusselement 10 einen hülsenförmigen Halsabschnitt 11 und einen mit diesem stoffschlüssig verbundenen Schulterabschnitt 13 auf. Das Anschlusselement 10 ist über eine Außenfläche 13' des Schulterabschnitts 13 mit einer Innenfläche 31 des Innenbehälters 30 verbunden. Wie aus 1 ersichtlich ist, ist der Innenbehälter 30 zwischen dem Schulterabschnitt 13 des Anschlusselements 10 und der Stützhülle 40 sandwichartig angeordnet. Ferner ist aus 1 ersichtlich, dass eine das Anschlusselement 10 mit der Stützhülle 40 direkt verbindende Kontaktfläche nicht parallel zu einer Längsachse L des Anschlusselements 10 ausgerichtet ist. Dies bedeutet, dass ein Normalenvektor der Kontaktfläche 13' zumindest eine Erstreckungskomponente aufweist, die parallel zur Längsachse L des Anschlusselements 10 ausgerichtet ist. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass ein von der Kontaktfläche 13 mit der Längsachse L eingeschlossener Winkel zwischen 1° und 90° beträgt.
-
Der technische Effekt dieses Merkmals ist, dass eine auf das Anschlusselement 10 ausgeübte und parallel zur Längsachse 11 verlaufende Axialkraft direkt ohne Zwischenlage des Innenbehälters 30 auf die Stützhülle 40 übertragbar ist. Dies wiederum bewirkt, dass der Innenbehälter 30 kleineren Druckkräften bei einer Befüllung des Druckbehälters 1 ausgesetzt ist, so dass das zwischen dem Schulterbereich 13 des Anschlusselements 10 und der Stützhülle 40 angeordnete Innenbehältermaterial nicht oder weniger ausgedünnt wird. Der erfindungsgemäße Druckbehälter 1 weist folglich eine erhöhte Langzeitstabilität auf, da diese über eine größere Anzahl von Betankungszyklen unbeschadet seine Fluiddichtigkeit beibehält.
-
2a zeigt ein Anschlusselement 10 gemäß einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Druckbehälters, und 2b zeigt das in 2a dargestellte Anschlusselement 10 in Einbaulage eines Druckbehälters 1. Der in den 2a und 2b dargestellte Druckbehälter 1 zeichnet sich dadurch aus, dass das Anschlusselement 30 einen Mittelschulterabschnitt 12 aufweist, der zwischen dem Halsabschnitt 11 und dem Schulterabschnitt 13 angeordnet ist. Dabei ist eine Außenfläche 12 des Mittelschulterabschnitts 12 nicht parallel zur Längsachse L des Anschlusselements 10 ausgerichtet. Wie aus 2b ersichtlich ist, ist die Stützhülle 40 mit dem Anschlusselement 10 im Bereich des Mittelschulterabschnitts 12 ohne Zwischenlage des Innenbehälters 30 verbunden. Denn der Innenbehälter 30 ist lediglich mit dem Schulterabschnitt 13 des Anschlusselements 10 verbunden.
-
Das Anschlusselement 10 weist eine konische Außenkontur auf und der Außendurchmesser des Anschlusselements 10 vergrößert sich stetig von der Eintrittsöffnung 2 in Richtung des unteren und sich innerhalb des Druckbehälters 1 befindlichen Ende des Anschlusselements 10. Da das Anschlusselement 10 einen Mittelschulterabschnitt 12 aufweist, der zwischen dem Schulterabschnitt 13 und dem Halsabschnitt 10 angeordnet ist, können die Winkel der Außenfläche des Mittelschulterabschnitts und der Außenfläche des Schulterabschnitts voneinander verschieden ausgebildet sein, so dass sich das Anschlusselement 10 einem gewünschten Innenprofil des Druckbehälters 1 verbessert anpassen lässt.
-
In 3 ist ein Teil eines erfindungsgemäßen Druckbehälters 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in schematischer Schnittdarstellung gezeigt. Dabei ist ersichtlich, dass der Mittelschulterabschnitt 12 zumindest abschnittsweise eine konvexe Außenkontur aufweist, wohingegen das Anschlusselement 10 zumindest abschnittsweise zwischen dem Halsabschnitt 11 und dem Mittelschulterabschnitt 12 und zwischen dem Mittelschulterabschnitt 12 und dem Schulterabschnitt 13 jeweils eine konkave Außenkontur aufweist. Ferner ist aus 3 ersichtlich, dass der Innenbehälter 30 im Bereich des konkav ausgebildeten Grenzbereich zwischen dem Schulterabschnitt 13 und dem Mittelschulterabschnitt 12 endet, so dass eine einhüllende Kurve, die den Innenbehälter 30 und das Anschlusselement 10 einhüllt, im Bereich des Endes des Innenbehälters 30 hin zum Anschlusselement 10 glattflächig ausgebildet ist. Da sich der Innenbehälter 30 an das Anschlusselement 10 derart anschmiegt, dass Krümmungsradien der einhüllenden Kurve, die sowohl dem Innenbehälter 30 als auch das Anschlusselement 10 umhüllt, vergrößert werden, lässt sich eine Stützhülle 40 verbessert sowohl an das Anschlusselement 10 als auch an den Innenbehälter 30 anlegen, insbesondere im Grenzbereich zwischen dem Anschlusselement und dem Innenbehälter 30. Denn ein Anschmiegen der Stützhülle 40 sowohl an dem Anschlusselement 10 als auch an dem Innenbehälter 30 insbesondere an einen Grenzbereich zwischen dem Anschlusselement 10 und dem Innenbehälter 30 ist besonders gut möglich, da die Stützhülle 40 keine kleinen Krümmungsradien nachfolgen muss. Der Innenbehälter 30 und der Mittelschulterabschnitt 12 des Anschlusselements 10 gehen fluchtend ineinander über. Der entsprechend ausgebildete Druckbehälter 1 weist folglich eine nochmals erhöhte Stabilität und Langlebigkeit auf.
-
Die Übertragung der axialen Schubkräfte, die auf das Anschlusselement 10 bei einer Druckbeaufschlagung des Druckbehälters 1 ausgeübt werden, wird über die Bereiche des Mittelschulterabschnitts 12 an die Stützhülle 40 abgegeben, die auch horizontale Flächenkomponenten aufweisen.
-
Wie aus 4 ersichtlich ist, können auf der Außenfläche 11' des Halsabschnitts 11 und auf der Außenfläche 12' des Mittelschulterabschnitts 12 mehrere sich in Umfangsrichtung sowohl des Halsabschnitts 11 als auch des Mittelschulterabschnitts 13 entstreckende Umfangsnuten 14 ausgebildet sein. Des weiteren können auf der Außenfläche 13' des Schulterabschnitts 13 mehrere Radialnuten 15 ausgebildet sein, wobei die Radialnuten 15 eine Erstreckungskomponente in radialer Richtung des Anschlusselements 10 aufweisen. Durch Anpressen des noch warmplastischen Vorformlings 30 an die Außenfläche 13' des Anschlusselements 10 füllt das warmplastische Material die Radialnuten 15 aus, so dass eine stabile Verbindung zwischen dem Anschlusselement 10 und dem Innenbehälter 30 realisiert wird. Die Stützhülle 40 schmiegt sich an den Mittelschulterabschnitt 13 und an den Halsabschnitt 10 an, so dass die Umfangsnuten 14 von dem Stützhüllenmaterial 40 ausgefüllt werden, so dass auch eine innige Verbindung des Anschlusselements 10 mit der Stützhülle 40 gewährleistet ist.
-
Durch Bereitstellen der Umfangsnuten 14 können größere Axialkräfte auf das Anschlusselement 10 ausgeübt werden, ohne dass die Verbindung zwischen dem Anschlusselement 10 und der Stützhülle 40 aufbricht. Die Radialnuten 15 bewirken, dass auf das Anschlusselement 10 größere Drehmomentkräfte übertragen werden können, ohne dass die Verbindung zwischen dem Anschlusselement 10 und dem Innenbehälter 30 zerstört wird.
-
Aus 5 ist ersichtlich, dass die Außenflächen 11', 12' und 13' des Anschlusselements 10 mit einer Beschichtung 20 aus thermoplastischem Kunststoff versehen ist. Der thermoplastische Kunststoff der Beschichtung 20 kann beispielsweise Polyethylen, insbesondere Polyethylen niederer Dichte (LDPE) sein.
-
Aus 5 ist ersichtlich, dass die Dicke der Beschichtung 20 derart groß ist, dass sämtliche Umfangsnuten 14 und sämtliche Radialnuten 15 mit der Beschichtung 20 ausgefüllt sind. Folglich bildet die Beschichtung 20 eine geschlossene Oberfläche, die mit der Innenfläche 31 des Innenbehälters 30 und mit einer Innenfläche der Stützhülle 40 stoffschlüssig verbunden werden kann.
-
Durch Aufbringen der Beschichtung 20 auf den Außenflächen 11', 12' und 13' des Anschlusselements 10 können die Unebenheiten der Außenflächen, die durch beispielsweise einem Aufrauen der Außenflächen bedingt sind, durch das thermoplastische Material der Beschichtung 20 besonders gut ausgeführt werden, so dass eine besonders Verbindung zwischen der Beschichtung 20 und dem Anschlusselement 10 bewirkt wird. Ferner können auch die in dem Mittelschulterabschnitt 12 und in dem Halsabschnitt 11 eingebrachten Umfangsnuten 14 besser mit einem thermoplastischem Material ausgefüllt werden, so dass eine nochmals erhöhte Stabilität eines entsprechend ausgebildeten Druckbehälters 1 realisiert ist.
-
Die Beschichtung 20 geht mit der Innenfläche 31 des Innenbehälters und mit der Innenfläche der Stützhülle 40 eine stoffschlüssige Verbindung ein, so dass auf diese Art und Weise eine nochmals stabilere Verbindung zwischen dem Anschlusselement 10 und dem Innenbehälter 30 und der Stützhülle 40 realisiert wird.
-
Das Anschlusselement 10 kann aus einem Metall gefertigt sein. In den vorliegenden Ausführungsbeispielen ist das Anschlusselement 10 aus Aluminium gefertigt. Der Innenbehälter 30 kann aus einem thermoplastischen Material gebildet sein, wobei das thermoplastische Material einen mehrschichtigen Aufbau aufweisen kann. So kann beispielsweise eine mittig angeordnete EVOH-Schicht mittels zwei Haftvermittlern beispielsweise in Form von LDPE-Schichten mit zwei Außenschichten verbunden sein, die aus HDPE bestehen. Die Stützhülle, die auch als Außenschale 40 bezeichnet werden kann, ist aus einem faserverstärktem Kunststoff gebildet. Insbesondere kann die Stützhülle aus CVK (karbonverstärkter Kunststoff) gebildet sein, wobei es sich bei dem Kunststoff vorzugsweise um einen thermoplastischen Kunststoff handelt.
-
Obschon in den Figuren nicht dargestellt, da nur schwer darstellbar, kann die Außenfläche 11' des Halselements 11 und/oder die Außenfläche 12' des Mittelschulterabschnitts 12 und/oder die Außenfläche 13' des Schulterabschnitts 13 des Anschlusselements 10 eine mittlere Rauheit aufweisen, die zwischen 50 μm und 1.000 μm beträgt. Durch Aufrauen der entsprechenden Oberflächen wird eine nochmals verbesserte formschlüssige Verbindung zwischen dem Anschlusselement 10 und dem Innenbehälter 30 beziehungsweise der Stützhülle 40 erreicht.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Druckbehälter
- 2
- Öffnung (des Druckbehälters)
- 3
- Durchgangskanal
- 10
- Anschlusselement, Anschlussflansch, Einsatz, Ansatzstück
- 11
- Halsabschnitt (des Anschlusselements)
- 11
- Außenfläche des Halsabschnitts
- 12
- Mittelschultersabschnitt (des Anschlusselements)
- 12'
- Außenfläche des Mittelschulterabschnitts
- 13
- Schulterabschnitt (des Anschlusselements)
- 13'
- Außenfläche des Schulterabschnitts
- 14
- Umfangsnut
- 15
- Radialnut
- 16
- Außenfläche des Anschlusselements
- 20
- Beschichtung
- 30
- Innenbehälter, Auskleidung, Innenschale, Liner, Inliner
- 31
- Innenfläche (des Innenbehälters)
- 40
- Stützhülle, Außenschale (umfassend faserverstärkten Kunststoff)
- L
- Längsachse (des Anschlusselements)
- N
- Normalenvektor
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- EP 0810081 A1 [0004, 0006]
