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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Behälteranordnung, insbesondere eine Behälteranordnung eines Luftdrucksystems eines Nutzfahrzeugs, wie eines Trailers oder Sattelaufliegers.
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Derartige Behälteranordnungen dienen insbesondere dazu, das Fahrwerk eines Fahrzeugs mit Druckluft zu versorgen. Insbesondere werden hierbei Speicherbehältnisse bzw. Behälteranordnungen bereitgestellt, welche einer Luftfeder oder ähnlichen Peripherieeinheiten entsprechende Druckluft zur Verfügung stellen können. Üblicherweise sind derartige Behältnisse aus einem zylinderförmigen Gehäuse aufgebaut, dessen Enden durch Verschlusskappen verschlossen sind. Diese Verschlusskappen werden Stoß an Stoß mit dem zylinderförmigen Gehäuse verschweißt. Problematisch bei derartigen Behältern ist jedoch, dass aufgrund der Belastungen auf die Schweißnaht häufig Undichtigkeiten auftreten und darüber hinaus die Lebensdauer der Behältnisse stark reduziert ist. Darüber hinaus sind derartige Behälter oft nicht in der Lage, ein unter hohem Druck stehendes Gas zu bevorraten.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Behälteranordnung, insbesondere eine Behälteranordnung eines Luftdrucksystems eines Nutzfahrzeugs, wie eines Sattelaufliegers oder Trailers, bereit zu stellen, welche die auf die Schweißverbindung wirkenden Belastungen reduziert und dadurch die Lebensdauer und Betriebssicherheit erhöht sowie fähig ist, ein Gas zu bevorraten, welches unter hohem Druck steht.
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Diese Aufgabe wird durch eine Behälteranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Erfindungsgemäß ist eine Behälteranordnung, insbesondere eines Luftdrucksystems eines Nutzfahrzeugs, vorgesehen, umfassend einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich, wobei der erste Bereich und der zweite Bereich zusammen zumindest einen Teil eines Behälterinnenraums umschließen, wobei der erste Bereich und der zweite Bereich über einen Fügebereich miteinander verbunden sind, und wobei der Fügebereich bei einer Belastung von der Behälterinnenseite auf Schub belastet wird. Besonders zweckmäßigerweise besteht somit die Behälteranordnung aus zumindest zwei separaten Teilen, von welchem das eine Teil den ersten Bereich und das zweite Teil den zweiten Bereich umfasst. In anderen Worten besteht die Behälteranordnung somit während der Fertigung aus zwei separaten Teilen, welche zusammengefügt werden und im Endzustand somit ein zusammenhängendes Element ausbilden. Der erste und der zweite Bereich sind hierbei derart angeordnet, dass diese zusammen zumindest einen Teil eines Behälterinnenraums umschließen. Vorteilhafterweise sind der erste Bereich und der zweite Bereich somit Teil eines Behälters, welcher ein Volumen allseitig umschließt, so dass der Behälter mit Druck beaufschlagbar ist. Hierfür sind der erste Bereich und der zweite Bereich über einen Fügebereich miteinander verbunden, wobei die Verbindung des ersten Bereichs und des zweiten Bereichs vorteilhafterweise derart gestaltet ist, dass diese fluiddicht, insbesondere gasdicht ist. Hierbei kann die Verbindung des ersten und des zweiten Bereichs reversibel, d.h. lösbar ausgebildet sein. In einer bevorzugten Ausführungsform sind jedoch der erste Bereich und der zweite Bereich irreversibel, d.h. nicht zerstörungsfrei voneinander trennbar, miteinander verbunden. Der Fügebereich kann somit durch diejenigen Bereiche des ersten und zweiten Bereichs definiert sein, welche aneinander angrenzen und zwischen welchen eine Verbindung bereitgestellt wird. Ein besonderer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass der Fügebereich bei einer Belastung von der Behälterinnenraumseite auf Schub belastet wird. In anderen Worten ist der Fügebereich derart gestaltet bzw. angeordnet, dass bei einer Druckbeaufschlagung des Behälters die Fügestelle zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich nicht oder nur unwesentlich auf Zug belastet bzw. in Zugspannung versetzt wird, sondern lediglich oder zumindest überwiegend einer Schubspannung ausgesetzt wird. Hierdurch können vorteilhafterweise die auf die Fügestelle zwischen dem ersten und zweiten Bereich wirkenden Materialbelastungen reduziert werden.
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Vorteilhafterweise sind der erste Bereich und der zweite Bereich miteinander stoffschlüssig verbunden, insbesondere verschweißt oder verlötet. Durch die stoffschlüssige Verbindung kann eine besonders belastbare und gasdichte Verbindung zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich gebildet werden. Der Fügebereich kann somit insbesondere derjenige Abschnitt des ersten und zweiten Bereichs sein, welcher eine stoffschlüssige Verbindung bzw. einen Kontakt zwischen ersten und zweiten Bereich zur Verfügung stellt. Die stoffschlüssige Verbindung kann besonders vorteilhafterweise durch eine Verschweißung oder Verlötung geschaffen werden. Besonders eine Verschweißung führt zu einer Fügestelle zwischen ersten und zweitem Bereich, welche besonders hohe Kräfte aufnehmen kann.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist der erste Bereich einen ersten Fügeabschnitt und der zweite Bereich einen zweiten Fügeabschnitt auf. Die Fügeabschnitte stellen somit insbesondere diejenigen Abschnitte des ersten bzw. zweiten Bereichs dar, über welche eine stoffschlüssige Verbindung mit dem jeweils anderen Bereich geschaffen wird.
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Bevorzugt sind der erste und der zweite Fügeabschnitt im Wesentlich parallel und/oder konzentrisch zueinander gebildet. Bei einer parallelen Anordnung des ersten und zweiten Fügeabschnitts zueinander können bevorzugt diejenigen Flächen bzw. die Fügeflächen, zwischen welchen eine stoffschlüssige Verbindung hergestellt wird, zueinander hin gewandt angeordnet sein. Bei einer ringförmigen Anordnung der beiden Fügeabschnitte zueinander werden somit die Umfangsflächen (d.h. Innenumfangsfläche des außen liegenden Bereichs und Außenumfangsfläche des inneren Bereichs) aneinander angefügt. „Im Wesentlichen parallel“ ist hierbei insbesondere derart zu verstehen, dass Abweichungen von plus/ minus 5°, vorzugsweise plus/minus 3° von der Parallelachse mit umfasst sind. Zusätzlich oder alternativ hierzu können die Flächen der Fügebereiche (d.h. die Fügeflächen), an welchen der Stoffschluss vorliegt, auch stirnseitige Flächen der jeweiligen Fügeabschnitte darstellen, welche somit vorteilhafterweise nicht zueinander hingerichtet sind, sondern im Wesentlichen in die gleiche Richtung orientiert sind. Auch hier bedeutet „im Wesentlichen in die gleiche Richtung orientiert“, dass die stirnseitigen Flächen der Fügebereiche nicht exakt zueinander parallel sein müssen, sondern ebenfalls eine gewisse Neigung zueinander aufweisen können, die im Bereich von plus/minus 5°, insbesondere plus/minus 3° liegt. Bei einer konzentrischen Anordnung der Fügeabschnitte zueinander liegt somit der erste Fügeabschnitt – ausgehend von einer Symmetriemittellinie der Behälteranordnung – radial außerhalb des zweiten Fügeabschnitts oder, in einer alternativen Ausführungsform, der zweite Fügeabschnitt radial außerhalb des ersten Fügeabschnitts.
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Zweckmäßigerweise ist zumindest der zweite Fügeabschnitt zu einer Behälteraußenseite hin orientiert. So ist es bevorzugt, dass der zweite Fügeabschnitt sich in seiner geometrischen Erstreckung hin zu einer Behälteraußenseite gerichtet ist. Bei einer Ausbildung der Fügestelle an der Stirnseite des jeweiligen Fügebereichs ist in diesem Sinne dann auch die jeweilige Stirnseite zu der Behälteraußenseite hin orientiert. Bei einer Fügestelle, welche sich in umfänglicher Richtung erstreckt, ist lediglich die Fügefläche des zweiten Fügeabschnitts zur Behälteraußenseite hin orientiert, während die Fügefläche des ersten Bereichs zur Behälterinnenseite hin orientiert ist.
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Vorteilhafterweise umschließt der zweite Fügeabschnitt den ersten Fügeabschnitt. In anderen Worten können somit der erste Fügeabschnitt und der zweite Fügeabschnitt zueinander derart konzentrisch angeordnet sein, dass der zweite Fügeabschnitt den ersten Fügeabschnitt umschließt. In einer Radialrichtung gesehen ist somit der zweite Fügeabschnitt außerhalb des ersten Fügeabschnitts angeordnet. Hierbei ist es besonders bevorzugt, dass die Fügefläche des zweiten Fügeabschnitts zur Behälterinnenraumseite hin orientiert ist.
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In einer alternativen Ausführungsform kann der erste Fügeabschnitt den zweiten Fügeabschnitt umschließen. Analog zu der vorstehend beschriebenen Ausführungsform sind somit die beiden Fügeabschnitte vorteilhafterweise konzentrisch zueinander ausgebildet, wobei in einer Radialrichtung gesehen der erste Fügeabschnitt außerhalb des zweiten Fügeabschnitts angeordnet ist.
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Zweckmäßigerweise ist ein sich an den zweiten Fügeabschnitt angrenzender Abschnitt des zweiten Bereichs vorgesehen, wobei der angrenzende Abschnitt quer zum zweiten Fügeabschnitt orientiert ist. In anderen Worten ist somit ein an die Fügestelle zwischen erstem und zweitem Bereich angrenzender Abschnitt des zweiten Bereichs vorgesehen, der sich quer zu der Erstreckung des zweiten Fügeabschnitts, insbesondere quer zur Erstreckung der zweiten Fügefläche, erstreckt.
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Vorteilhafterweise stehen der zweite Fügeabschnitt und der daran angrenzende Abschnitt in einem Winkel zwischen 65° und 115°, vorteilhafterweise 75° und 105° und besonders bevorzugt 85° und 95° zueinander. So kann es zweckmäßig sein, wenn bei einer Anordnung, bei welcher der erste Fügeabschnitt radial außerhalb des zweiten Fügeabschnitts liegt, der zweite Fügeabschnitt und der daran angrenzende Abschnitt einen – von der Behälteraußenseite aus gemessenen Winkel einschließen, der zwischen 25° und 110°, vorzugsweise zwischen 45° und 100° und besonders vorzugsweise zwischen 70° und 95° beträgt. Hierdurch wird gewährleistet, dass bei Druckbeaufschlagung des Behälters keine oder nur eine unwesentliche Kraftkomponente vorliegt, welche derart auf die Fügestelle einwirkt, dass der erste Fügeabschnitt und der zweite Fügeabschnitt radial voneinander weg gezwungen werden. Bei einer Gestaltung der Behälteranordnung, bei welcher der zweite Fügeabschnitt radial außerhalb des ersten Fügeabschnitts angeordnet ist, ist es besonders bevorzugt, wenn der zweite Fügeabschnitt und der daran angrenzende Abschnitt einen – von der Behälterinnenseite ausgemessenen – Winkel einschließen, der zwischen 25° und 110°, vorzugsweise zwischen 45° und 100° und besonders vorzugsweise zwischen 70° und 95° beträgt. Hierdurch wird gewährleistet, dass bei einer Druckbeaufschlagung der zweite Fügeabschnitt radial nach innen an den ersten Fügeabschnitt hingedrückt wird, wodurch eine besonders dichte Verbindung an der Fügestelle gewährleistet wird.
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Vorteilhafterweise ist die Wandstärke des ersten Bereichs und/oder zweiten Bereichs im Bereich des Fügeabschnitts vergrößert. Die Vergrößerung ist derart bemessen, dass die Wandstärke des ersten Bereichs und/oder zweiten Bereichs im jeweiligen Fügeabschnitt in Bezug zu einer durchschnittlichen bzw. gemittelten Wandstärke des verbleibenden Teils des jeweiligen Bereichs größer bzw. vergrößert ist. So kann es vorteilhaft sein, wenn lediglich einer der Fügeabschnitte eine vergrößerte Wandstärke aufweist. Besonders vorteilhafterweise sind jedoch beide Fügeabschnitte mit einer vergrößerten Wandstärke ausgebildet. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass die Fügestelle zwischen den beiden Bereichen sicher und zuverlässig hergestellt werden kann.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Verhältnis der Zunahme der Wandstärke des ersten Fügeabschnitts zu einer Zunahme der Wandstärke des zweiten Fügeabschnitts 0,7 bis 1,8, vorzugsweise zwischen 0,9 bis 1,5 und besonders vorzugsweise zwischen 0,95 bis 1,3. Auch ist möglich, dass das Verhältnis einen unteren Wert mindestens 1,03, vorzugsweise 1,08 aufweist. Hierdurch wird gewährleistet, dass die auf die beiden Fügeabschnitte bei Druckbeaufschlagung des Behälters einwirkenden Kräfte optimal übertragen werden, um eine möglichst gleichmäßige Belastung der Fügestelle zu gewährleisten.
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Vorteilhafterweise ist die Wandstärke des ersten Bereichs größer als die des zweiten Bereichs. In anderen Worten weist der erste Bereich eine über die gesamte Erstreckung gemittelte bzw. durchschnittliche Wandstärke auf, die größer ist als diejenige des zweiten Bereichs. Dies ist besonders vorteilhaft, da sich herausgestellt hat, dass bei zylinderförmigen Behältnissen die Umfangsfläche einer größeren Belastung ausgesetzt ist als die jeweiligen Stirnflächen.
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Es ist besonders zweckmäßig, dass der erste Bereich zumindest einen, vorzugsweise radialumlaufenden Teil einer vorzugsweise zylinderförmigen Umfangswandung des Behälters ausbildet. In anderen Worten kann der Behälter somit als geometrischer Körper ausgebildet sein, der eine umfängliche bzw. Umfangswandung aufweist, die besonders zweckmäßigerweise der Mantelfläche eines Zylinders entspricht. Die entsprechenden Enden dieses hohlzylinderförmigen ersten Bereichs, welche somit an dessen Stirnseiten vorgesehen sind, können durch jeweils einen zweiten Bereich verschlossen werden bzw. sein, sodass der zweite Bereich einen Boden bzw. Deckel des Behälters ausbildet.
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Vorteilhafterweise ist der zweite Bereich zumindest teilweise konkav oder konvex ausgebildet. Bei einer konkaven Ausgestaltung des zweiten Bereichs ist dieser zumindest teilweise zur Behälterinnenraumseite hin gebogen. Diese Ausgestaltung ist besonders dann vorteilhaft, wenn bei einer radialen Anordnung der beiden Fügeabschnitte der erste Fügeabschnitt den zweiten Fügeabschnitt radial umschließt. Bei einer Druckbeaufschlagung des Behälters wird somit bei einer Verformung des konkaven Bereichs der zweite Fügeabschnitt radial nach außen gegen den ersten Fügeabschnitt gepresst, wodurch die Betriebssicherheit der Behälteranordnung erhöht werden kann. Entsprechend ist eine konvexe Ausbildung des zweiten Bereichs, bei welcher somit der konvexe Bereich zur Behälteraußenseite hin hervorragt, besonders dann vorteilhaft, wenn der zweite Fügeabschnitt den ersten Fügeabschnitt in Radialrichtung umschließt, da bei einer Druckbeaufschlagung des zweiten Bereichs der zweite Fügeabschnitt radial nach innen an den ersten Fügeabschnitt gepresst wird. Es versteht sich, dass nicht der gesamte zweite Bereich konkav oder konvex ausgebildet ist, sondern lediglich maximal derjenige Abschnitt des zweiten Bereichs, welcher nicht den zweiten Fügeabschnitt ausbildet, wobei sich der konkave bzw. konvexe Bereich auch nur über einen Teil der vorstehend definierten Abschnitts erstrecken kann.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind der erste und/oder der zweite Bereich aus einem Kunststoff ausgebildet. Hierfür eignen sich besonders gut Materialien wie PVC etc. welche besonders gut miteinander verschweißbar sind, wodurch eine besonders gute stoffschlüssige Verbindung bereitgestellt werden kann. Es versteht sich, dass auch andere Materialien oder Verbundmaterialien vorgesehen werden können, wie beispielsweise Laminate aus Kohlefaser und/oder Glasfaser – Harzverbindungen.
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Weitere Eigenschaften und Merkmale von bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen mit Bezug zu den beigefügten Figuren, wobei einzelne Merkmale von Ausführungsformen zu neuen Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können. Es zeigen:
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1 eine Querschnittansicht einer ersten Ausführungsform der Behälteranordnung
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2 eine Explosionsdarstellung einer geschnittenen Teilansicht der ersten Ausführungsform der Erfindung
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3 eine geschnittene Teilansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung
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In 1 ist eine Querschnittsansicht einer ersten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Behälteranordnung dargestellt. Diese ist zweckmäßigerweise um eine Symmetrieachse X im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet und weist eine ersten Bereich 2 und einen zweiten Bereich 4 auf. Der erste Bereich 2 ist hierbei derart ausgebildet, dass dieser im Wesentlichen einer Mantelfläche eines Zylinders entspricht. Der zweite Bereich 4 ist hierbei derart an dem ersten Bereich 2 angeordnet, dass dieser einen Boden bzw. Deckel ausbildet, sodass der erste Bereich 2 und der zweite Bereich 4 einen Behälterinnenraum I umschließen und von einem Behälteraußenraum bzw. einer Behälteraußenseite A abtrennen.
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Der erste Bereich 2 und der zweite Bereich 4 sind über einen Fügebereich 6 miteinander verbunden. Hierfür weist der erste Bereich 2 einen ersten Fügeabschnitt 8 auf. Entsprechend weist der zweite Bereich 4 einen zweiten Fügeabschnitt 10 auf.
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In der dargestellten Ausführungsform weist der zweite Bereich 4 einen konkaven Abschnitt 12 auf, welcher zum Behälterinnenraum I gewölbt ist.
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Wie ersichtlich, umschließt der erste Fügeabschnitt 8 den zweiten Fügeabschnitt 10 in einer Radialrichtung R, sodass – in Radialrichtung R gesehen – der erste Fügeabschnitt 8 außerhalb des zweiten Fügeabschnitts 10 angeordnet ist.
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In 2 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht des Fügebereichs 6 dargestellt. Hierbei ist der erste Bereich 2 mit dem zweiten Bereich 4 sowohl über eine umfängliche Fügestelle 14 als auch über eine stirnseitige Fügestelle 16 verbunden. Es versteht sich, dass auch lediglich eine der Fügestellen 14, 16 vorgesehen sein kann. Zur Bereitstellung der umfänglichen Fügestelle weist der erste Fügeabschnitt 8 eine umfängliche Fügefläche 18 auf, welcher gegenüberliegend und besonders vorteilhafterweise parallel hierzu der zweite Bereich 4 eine zweite umfängliche Fügefläche 20 aufweist. Infolgedessen bildet die umfängliche Fügestelle 14 einen rotationsymmetrischen Ring um die Symmetrieachse X aus.
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Zur Bildung der stirnseitigen Fügestellte 16 weist der erste Fügeabschnitt 8 eine erste stirnseitige Fügefläche 22 auf. Entsprechend weist der zweite Fügeabschnitt 10 eine zweite stirnseitige Fügefläche 24 auf. In der dargestellten Ausführungsform sind die stirnseitigen Fügeflächen 22, 24 im Wesentlichen parallel zu einander ausgebildet. Es versteht sich, dass diese jedoch auch in einem Winkel zueinander stehen können, welcher vorteilhafterweise plus/minus 5° zur parallelen bzw. radialen R sein kann.
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An den zweiten Fügeabschnitt 10 schließt sich ein angrenzender Abschnitt 26 an, welcher quer zum zweiten Fügeabschnitt 10 ausgebildet ist. In einer bevorzugten Ausführungsform steht der zweite Fügeabschnitt 10 zum angrenzenden Abschnitt 26 in einem – von der Behälteraußenseite A gemessenen – Winkel α zwischen 45° und 110°.
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In 3 ist eine teilweise Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Behälteranordnung dargestellt. Im Unterschied zu der in 1 dargestellten Ausführungsform umschließt der zweite Fügeabschnitt 10 den ersten Fügeabschnitt 8, d.h. ist in Radialrichtung R gesehen außerhalb des ersten Fügeabschnitts 10 angeordnet. Weiterhin ist lediglich eine umfängliche Fügestelle 14 vorgesehen. Außerhalb des zweiten Fügeabschnitts 10 und des angrenzenden Abschnitts 26 ist der zweite Bereich 4 mit einem konvexen Abschnitt 28 ausgebildet, welcher zu einer Behälteraußenseite A hin nach außen gewölbt ist.
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In der dargestellten Ausführungsform ist die Wandstärke des ersten Bereichs 2 und des zweiten Bereichs 4 des jeweiligen Fügeabschnitts 8, 10 vergrößert ausgebildet. Besonders vorteilhaft ist, wenn die Vergrößerung der Wandstärke des ersten Fügeabschnitts in einer Richtung erfolgt, die dem zweiten Fügeabschnitt 10 gegenüber liegt, so dass die erste umfängliche Fügefläche 18 mit der daran anschließenden Umfangsfläche des ersten Bereichs 2 im Wesentlichen fluchtet. Bei einer kreiszylinderförmigen Ausgestaltung wäre somit der Radius derjenigen Umfangsfläche, an welcher die erste umfängliche Fügefläche 18 vorgesehen ist, entlang der Symmetrieachse X im Wesentlichen konstant.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- erster Bereich
- 4
- zweiter Bereich
- 6
- Fügebereich
- 8
- erster Fügeabschnitt
- 10
- zweiter Fügeabschnitt
- 12
- konkaver Abschnitt
- 14
- umfängliche Fügestelle
- 16
- stirnseitige Fügestelle
- 18
- erste umfängliche Fügefläche
- 20
- zweite umfängliche Fügefläche
- 22
- erste stirnseitige Fügefläche
- 24
- zweite stirnseitige Fügefläche
- 26
- angrenzender Abschnitt
- 28
- konvexer Abschnitt
- A
- Behälteraußenseite
- I
- Behälterinnenseite
- R
- Radialrichtung
- X
- Symmetrieachse
- α
- Winkel
