-
Die Erfindung betrifft gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 einen Druckbehälter zum Aufnehmen von mit Druck beaufschlagten Fluiden mit einem aus einem Faserkunststoffverbundmaterial hergestellten Behälterkörper, der eine Öffnung aufweist und mit einer die Öffnung des Behälterkörpers verschließenden Verschlusseinrichtung.
-
Derartige Druckbehälter können als ein druckfester Vorratsbehälter für ein kompressibles Fluid verwendet werden, in welchem beispielsweise Erdgas oder Druckluft gespeichert, transportiert und für eine spätere Verwendung bereitgehalten werden können. Ein derartiger Vorratsbehälter muss eine verschließbare Öffnung aufweisen, durch die eine Füllung und Entnahme des kompressiblen Fluids ermöglicht werden kann.
-
Ein derartiger Druckbehälter kann auch als Hydraulikzylinder verwendet werden, mit welchem mechanische Arbeit verrichtet werden kann oder bei einer Nutzung als Kolbenspeicher Energie gespeichert werden kann. In Abhängigkeit von dem vorgesehenen Verwendungszweck kann ein geeignetes Fluid in dem Hydraulikzylinder druckbeaufschlagt werden, um den Druck zu übertragen und dadurch einen Kolben oder Stößel anzutreiben oder zu verlagern, der in den Hydraulikzylinder ragt.
-
Im Hinblick auf die hohen Festigkeitsanforderungen, die an derartige Druckbehälter gestellt werden müssen, ist es aus der Praxis bekannt, solche Druckbehälter aus einem metallischen Behälterkörper herzustellen. Eine Öffnung des Behälterkörpers kann mit einem Boden oder einer Öffnungsklappe aus Metall druckfest verschlossen werden. Das Eigengewicht derartiger Druckbehälter ist relativ hoch. Auf Grund der hohen Druckfestigkeit werden für Hochdruckbehälter, die einen Druckbereich von deutlich mehr als 50 bar, beispielsweise mehr als 400 oder 450 bar, aufweisen sollen, nahezu ausnahmslos Druckbehälter aus Metall eingesetzt. Solche Druckbehälter aus Metall werden in der Praxis auch für Gasflaschen verwendet, in denen druckbeaufschlagte oder verflüssigte Gase gelagert und transportiert werden können.
-
Es ist ebenfalls bekannt, Druckbehälter teilweise oder vollständig aus einem geeigneten Faserkunststoffverbundmaterial herzustellen. Ein wesentlicher Vorteil ist dabei das geringe Eigengewicht des Druckbehälters. Derartige Druckbehälter können bei einer speziellen Ausführung in einer modularen Bauweise hergestellt. Ein rohrförmiger Behälterkörper, der zur Verstärkung mit Endlosfasern gewickelt werden kann, wird anschließend mit einem Boden und gegebenenfalls mit einem Deckel verschlossen. Die Verbindung des Bodens mit dem rohrförmigen Behälterkörper stellt üblicherweise den mechanisch schwächsten Bereich eines derartigen Druckbehälters dar und erfordert oftmals einen hohen konstruktiven Aufwand, um den Verbindungsbereich druckdicht und druckfest auszugestalten.
-
In der nächstliegenden
DE 10 2013 100 594 A1 ist ein derartiger Druckbehälter aus einem Faserkunststoffverbundmaterial beschrieben, bei dem ein stirnseitiges Ende des rohrförmigen Behälterkörpers verdickt ausgebildet ist und eine sich konisch zur Öffnung hin verjüngende Öffnungsweise aufweist, so dass ein Boden selbsthemmend an der Innenseite des sich verdickenden Randbereichs des rohrförmigen Behälterkörpers festgelegt werden kann. Die Ausbildung eines verdickten Randbereichs des rohrförmigen Behälterkörpers ist aufwendig und kostenintensiv.
-
Aus der
DE 201 07 628 Ul ist ein Druckbehälter bekannt, bei dem ein rohrförmiger Behälterkörper mit einer gleichbleibenden Wanddicke in einem Endbereich an einen halbkugelförmig nach außen gewölbten Boden aus Metall angeformt ist. Der Behälterkörper ist zusätzlich mit einem von außen eng an den gekrümmt verlaufenden Wandbereich des Behälterbodens anliegenden und angepressten Sicherungsring fixiert.
-
In der
EP 2 757 302 A1 ist ein ähnlicher Druckbehälter beschrieben, bei dem ebenfalls ein rohrförmiger Behälterkörper an seiner Stirnseite in einem an die Öffnung angrenzenden Bereich nach innen gekrümmt und verbogen ist, um eine sich zur Öffnung hin verjüngende Öffnungsweite zu bilden, die als Anlagefläche für einen konkaven, nach innen gewölbten Behälterboden dient. Der Endbereich des rohrförmigen Behälterkörpers weist dementsprechend einen sich ebenfalls verjüngenden Außendurchmesser auf und wird von einer aufgepressten Umfangsbandage zusammengepresst, die ebenfalls aus einem Faserkunststoffverbundmaterial hergestellt ist.
-
Die
DE 102 46 868 A1 beschreibt einen Druckbehälter zur Speicherung fester, flüssiger und/oder gasförmiger Medien. Der Druckbehälter setzt sich zusammen aus einem Rohr, das aus einem faserverstärkten thermoplastischen Kunststoff besteht, sowie Deckeln, die aus einem Innen- und einem Außendeckel bestehen und formschlüssig mit dem faserverstärkten thermoplastischen Rohr verbunden sind.
-
Es hat sich herausgestellt, dass derartige Druckbehälter, die vollständig aus einem Faserkunststoffverbundmaterial hergestellt werden können, mit den derzeit bekannten Herstellungsverfahren ohne weiteres dazu geeignet sind und entsprechend ausgestaltet werden können, um eine bestimmungsgemäße Druckbelastung von etwa 200 bar aushalten zu können. Soll der Druckbehälter für höhere Druckbereiche verwendet werden können, muss üblicherweise ein Metallboden verwendet und dieser druckfest mit dem Behälterkörper verbunden werden.
-
Es hat sich jedoch gezeigt, dass die Herstellung eines rohrförmigen Behälterkörpers mit einer gleichbleibenden Wandstärke, der zunächst über seine gesamte Länge hinweg einen gleichbleibenden Durchmesser aufweist und erst nachträglich an einem stirnseitigen Ende mit einem sich innen verjüngenden, gekrümmten Wandbereich versehen wird, mit einem erheblichen Fertigungsaufwand verbunden ist und oftmals zu einer nicht unerheblichen Schwächung des Behälterkörpers in dem nachträglich umgeformten Randbereich führt. Ein derartiger Druckbehälter ist deshalb regelmäßig nicht dafür geeignet, besonders hohe Druckbelastungen von mehreren hundert Bar bzw. von beispielsweise 800 bar oder 1500 bar auszuhalten. Allerdings werden Hochdruckbehälter, die derartigen Druckbelastungen standhalten können, beispielsweise im Automobilbereich als Erdgasspeicher, als Kolbenspeicher für die Bremskraftrückgewinnung oder als Hydraulikspeicher benötigt.
-
Es wird deshalb als eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung angesehen, einen Druckbehälter so auszugestalten, dass der Druckbehälter ein möglichst geringes Eigengewicht aufweist und möglichst hohen Drücken standhalten kann. Der Druckbehälter soll kostengünstig hergestellt werden können.
-
Diese Aufgabe wird durch den erfindungsgemäßen Druckbehälter des Patentanspruchs 1 gelöst.
-
Der erfindungsgemäße Druckbehälter weist einen aus einem Faserkunststoffverbundmaterial (s. u.) hergestellten Behälterkörper und eine eine Öffnung des Behälterkörpers verschließende Verschlusseinrichtung auf, wobei die Verschlusseinrichtung einen ringförmigen Wandinnenkonus aufweist, der die Öffnung umgebend an einer Innenseite bzw. Innenwand des Behälterkörpers angeordnet ist und der einen sich in einer axialen Richtung erstreckenden Verjüngungsbereich aufweist, wobei ein Innendurchmesser des Wandinnenkonus in einem der Öffnung zugewandten Endbereich des Wandinnenkonus kleiner als ein Innendurchmesser des Wandinnenkonus in einem dem Innenraum des Behälterkörpers zugewandten Bereich ist, wobei der Wandinnenkonus in dem Verjüngungsbereich eine umlaufende Andruckfläche aufweist, und wobei der Wandinnenkonus längs einer Außenseite des Wandinnenkonus an einer Innenseite des Behälterkörpers festgelegt ist, wobei die Verschlusseinrichtung ferner einen konkaven, nach innen gewölbten Behälterboden mit einer umlaufenden Randfläche aufweist, der derart an dem Wandinnenkonus festgelegt ist, dass die Randfläche des Behälterbodens an der Andruckfläche des Wandinnenkonus anliegt und die Öffnung des Behälterkörpers verschließt.
-
Der Behälterkörper kann in vorteilhafter Weise rotationssymmetrisch ausgebildet sein, und die Öffnung kann konzentrisch um eine Symmetrieachse des Behälterkörpers ausgebildet sein. Ein derartiger Behälterkörper kann beispielsweise mit aus der Praxis bekannten Wickelverfahren kostengünstig hergestellt sein. Es ist ebenfalls möglich, einen solchen Behälterkörper mit bekannten Schleuderverfahren herzustellen, beispielsweise aus einem reaktiven Polyamid mit geeigneten Fasern. Durch die Anordnung und Ausrichtung von verstärkenden Fasern kann der Behälterkörper eine sehr hohe Druckfestigkeit aufweisen.
-
Der Wandinnenkonus wird mit einem gesonderten Herstellungsverfahren ebenfalls kostengünstig angefertigt. Der Wandinnenkonus ist hinsichtlich seiner Formgebung und Ausgestaltung völlig unabhängig von dem üblicherweise rohrförmigen Behälterkörper. Der Wandinnenkonus wird ebenfalls aus einem kompatiblen oder sogar gleichen Faserkunststoffverbundmaterial (s. u.) hergestellt und anschließend mit dem Behälterkörper verschweißt. Eine druckfeste und dauerhafte Verbindung des Wandinnenkonus mit dem Behälterkörper kann beispielsweise durch Vibrations-, Rotations- oder Induktionsschweißen oder durch das Verschweißen mit einem über die Fügefläche verlegten Widerstandsdraht erfolgen.
-
Der Wandinnenkonus weist eine sich zur Öffnung des Behälterkörpers hin verjüngende Andruckfläche auf, an welche die daran angepasste umlaufende Randfläche des nach innen gewölbten Behälterbodens flächig angelegt ist. Bei einer zunehmenden Druckbelastung des Druckbehälters durch ein mit Druck beaufschlagtes Fluid in seinem Innenraum wird der nach innen gewölbte Behälterboden nach außen gedrückt, wobei die sich zur Außenseite hin verjüngende Andruckfläche sowohl in axialer Richtung als auch in radialer Richtung des rohrförmigen Behälterkörpers die entstehende Druckbelastung aufnehmen und in den Behälterkörper überführen kann.
-
Einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens zufolge ist vorgesehen, dass die Andruckfläche in axialer Richtung einen ebenflächigen Verlauf aufweist. Die notwendige Druckdichtung wird bei steigendem Innendruck des Druckbehälters durch den radial nach außen drückenden Behälterboden erzeugt. Ein ebenflächiger Verlauf der Andruckfläche kann in einfacher Weise hergestellt werden und erfordert keine übermäßige Präzision für eine ausreichend druckfeste Verbindung mit dem Behälterboden, insbesondere dann, wenn der Behälterboden ebenfalls aus einem Kunststoffmaterial bzw. aus einem Faserkunststoffverbundmaterial hergestellt ist.
-
Es hat sich gezeigt, dass es hinsichtlich der gewünschten Druckfestigkeit vorteilhaft ist, dass die Andruckfläche einen Winkel zwischen 5° und 45°, vorzugsweise einen Winkel zwischen 10° und 30°, zu einer Längsachse des rohrförmigen Behälterkörpers aufweist. Der Verlauf der Andruckfläche bzw. der zwischen der Andruckfläche und der Längsachse des rohrförmigen Behälterkörpers vorgegebene Winkel kann in Abhängigkeit von den jeweils verwendeten Materialien sowie in Abhängigkeit von der angestrebten Druckfestigkeit angepasst und vorgegeben sein.
-
Es ist ebenfalls denkbar, dass die Andruckfläche in axialer Richtung keinen ebenflächigen Verlauf aufweist, sondern beispielsweise wulstförmig nach innen vorspringend ausgebildet ist oder einen gekrümmten Verlauf aufweist. Dabei kann die Andruckfläche in axialer Richtung beispielsweise einen konvexen oder konkaven Verlauf aufweisen. Die Randfläche des Behälterbodens weist zweckmäßigerweise einen daran angepassten Verlauf bzw. eine entsprechende Formgebung auf.
-
Im Hinblick auf eine möglichst einfache Herstellung des Wandinnenkonus und des Behälterbodens sowie auf eine einfache Montage ist vorgesehen, dass die Andruckfläche rotationssymmetrisch ausgebildet ist. Es kann jedoch auch zweckmäßig sein, dass beispielsweise durch einen in Umfangsrichtung wellenförmigen Verlauf oder durch eine nasenförmige Ausformung und eine daran angepasste Ausnehmung, die längs eines Umfangs der Randfläche und der Andruckfläche angeordnet oder ausgebildet sind, ein Formschluss erzwungen wird und dadurch eine Orientierung des Behälterbodens relativ zu dem Behälterkörper vorgegeben werden kann.
-
In vorteilhafter Weise ist vorgesehen, dass die Randfläche des Behälterbodens in einem nicht druckbeaufschlagten Zustand einen an die Andruckfläche des Wandinnenkonus angepassten Verlauf aufweist. Sofern der erfindungsgemäße Druckbehälter einer bestimmungsgemäßen Verwendung dauerhaft einer großen Druckbelastung ausgesetzt ist und beispielsweise ein Innendruck des Druckbehälters üblicherweise mehrere hundert Bar beträgt, kann es ebenfalls zweckmäßig sein und vorgesehen sein, dass die Randfläche des Behälterbodens in dem druckbeaufschlagten Zustand einen an die Andruckfläche des Wandinnenkonus angepasste Formgebung aufweist.
-
Im Hinblick auf ein möglichst geringes Eigengewicht und eine kostengünstige Fertigung und Montage des Druckbehälters ist vorgesehen, dass der Wandinnenkonus aus einem Faserkunststoffverbundmaterial (s. u.) besteht. Der Wandinnenkonus ist zweckmäßigerweise mit dem umgebenden Behälterkörper verschweißt. Dabei können im Wesentlichen alle aus der Praxis bekannten Schweißverfahren wie beispielsweise Vibrations-, Rotations- oder Induktionsschweißen oder auch Verschweißen mit einem zwischen dem Wandinnenkonus und dem umgebenden Behälterkörper verlaufenden Widerstandsdraht eingesetzt werden. Um den Wandinnenkonus in axialer Richtung an dem Behälterkörper zusätzlich fixieren und die Verbindung mit dem Behälterkörper verstärken zu können ist es möglich und vorteilhaft, dass an einer dem Behälterkörper zugewandten Außenseite des Wandinnenkonus und an einer Innenseite des Behälterkörpers in einem dem Wandinnenkonus zugeordneten Bereich die aneinander anliegenden und miteinander verbundenen Wandflächen eine raue Oberfläche, eine dreidimensional strukturierte Oberfläche oder in Umfangsrichtung umlaufende beispielsweise ringförmige Ausformungen und daran angepasste Ausnehmungen aufweisen. Dadurch kann eine Haftreibung zwischen dem Wandinnenkonus und dem Behälterkörper erhöht werden und gegebenenfalls ein zusätzlicher Formschluss bewirkt werden.
-
Es ist ebenfalls möglich und im Hinblick auf eine verbesserte Verbundwirkung des Wandinnenkonus mit dem umgebenden Behälterkörper vorteilhaft, dass der Wandinnenkonus in Umfangsrichtung mindestens abschnittsweise einen sich von der Andruckfläche zu dem Innenraum des Behälterkörpers hin erstreckenden Befestigungsrand aufweist, der an der Innenseite des Behälterkörpers festgelegt ist. Der Befestigungsrand kann beispielsweise durch einzelne Befestigungszungen gebildet werden, die in Umfangsrichtung regelmäßig oder unregelmäßig zueinander beabstandet ausgebildet sind und eine Kontaktfläche zwischen dem Wandinnenkonus und dem umgebenden Behälterkörper vergrößern. Der Befestigungsrand kann auch ein umlaufender ringförmiger bzw. hohlzylindrischer Wandabschnitt sein. Zur Vermeidung von in den Innenraum vorspringenden Ecken und Kanten kann die Wandstärke des Befestigungsrands zum Innenraum des Behälterkörpers hin allmählich abnehmen.
-
Der Behälterboden kann in vorteilhafter Weise auch aus einem Faserkunststoffverbundmaterial bestehen. Ein derartiger Behälterboden kann ein geringes Eigengewicht aufweisen und dennoch eine ausreichende Druckfestigkeit besitzen.
-
Es ist möglich und für bestimmte Verwendungszwecke vorteilhaft, dass der Behälterboden aus Metall hergestellt ist. Der Behälterboden kann beispielsweise aus Stahl, Aluminium oder Titan hergestellt sein. In einem Behälterboden aus Metall können in einfacher Weise Anschlüsse und Ventile für das Befüllen und Entleeren des Druckbehälters angeordnet und festgelegt sein. Um dennoch möglichst viel Gewicht einsparen zu können kann vorgesehen sein, dass ein Druckbehälter einen Behälterboden aus einem Faserkunststoffverbundmaterial und an seinem entgegengesetzten Ende einen Behälterboden aus Metall aufweist.
-
Um die Dichtwirkung zu erhöhen, kann zusätzlich eine in Umfangsrichtung umlaufende Dichtung vorgesehen sein. Zu diesem Zweck kann ein Dichtungsring in einer Nut in dem Wandinnenkonus oder in dem Behälterboden festgelegt sein und so innerhalb der Andruckfläche des Wandinnenkonus oder in der Randfläche des Behälterbodens verlaufen, das bei einem Anpressen des Behälterbodens an den Wandinnenkonus eine Fluiddichte und druckfeste Abdichtung erzeugt wird. Es ist ebenfalls möglich und für verschiedene Anwendungen vorteilhaft, dass ein Dichtungsring zwischen dem Wandinnenkonus und dem umgebenden Behälterkörper angeordnet und beispielsweise in einer in dem Wandinnenkonus ausgebildeten Nut festgelegt ist.
-
Um die Druckfestigkeit zu erhöhen kann vorgesehen sein, dass der Behälterboden Verstärkungsrippen und/oder Verstärkungssicken aufweist. Es ist ebenfalls denkbar, dass der Behälterboden doppelschalig oder mehrschichtig bzw. in Sandwich-Bauweise ausgebildet ist.
-
Der erfindungsgemäße Druckbehälter kann teilweise oder vollständig aus nahezu jedem beliebigen Faserkunststoffverbundmaterial bestehen, das eine ausreichende Druckfestigkeit gewährleisten kann und zweckmäßigerweise inert gegenüber den bestimmungsgemäß in den Druckbehälter gefüllten Fluiden ist. Der Behälterkörper und der Wandinnenkonus sowie gegebenenfalls auch der Behälterboden können aus dem gleichen Faserverbundkunststoffverbundmaterial hergestellt sein oder aber beispielsweise im Hinblick auf unterschiedliche Fertigungsverfahren oder Herstellungskosten aus unterschiedlichen Materialien bestehen.
-
Im Hinblick auf eine erstrebenswerte Recyclingmöglichkeit ist vorgesehen, dass der Druckbehälter teilweise oder vollständig aus einem Faserthermoplastverbundmaterial hergestellt ist. Erfindungsgemäß sind der Behälterkörper und der Wandinnenkonus aus Faserthermoplastverbundmaterial hergestellt.
-
Der erfindungsgemäße Druckbehälter kann gegenüber herkömmlichen Druckbehältern aus Metall oder Hybrid-Druckbehältern, die sowohl Metallteile als auch Faserkunststoffverbundmaterial aufweisen, eine Gewichtseinsparung von bis zu 50% bzw. 80% ermöglichen. Der erfindungsgemäße Druckbehälter eignet sich insbesondere für Anwendungen, die eine besonders hohe Druckfestigkeit von mehreren hundert Bar erfordern.
-
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele des Erfindungsgedankens näher erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind. Es zeigt:
- 1 eine Schnittansicht eines Druckbehälters mit einem rohrförmigen rotationssymmetrischen Behälterkörper, mit einem mit dem Behälterkörper verbundenen Wandinnenkonus und mit einem konkaven, nach innen gewölbten Behälterboden, der an einer Andruckfläche des Wandinnenkonus festgelegt ist,
- 2 eine Schnittansicht eines Druckbehälters mit einem abweichend ausgestalteten Wandinnenkonus, der einen sich zu dem Innenraum des Behälterkörpers hin erstreckenden Befestigungsrand aufweist,
- 3 eine Schnittansicht eines Druckbehälters mit einem wiederum abgewandelten Wandinnenkonus, der sich zum Innenraum des Behälterkörpers hin erstreckende Befestigungszungen sowie eine nach innen gewölbte Andruckfläche aufweist,
- 4 eine Schnittansicht eines Druckbehälters mit einem Wandinnenkonus, an dem ein in Umfangsrichtung verlaufender Dichtungsring festgelegt ist, und
- 5 eine Schnittansicht eines Druckbehälters mit einem abweichend ausgestalteten Wandinnenkonus, der eine dreidimensional strukturierte Außenfläche sowie eine gekrümmt verlaufende Andruckfläche aufweist, und mit einem Behälterboden, der Verstärkungsrippen aufweist.
-
Ein in den 1 bis 5 jeweils schematisch dargestellter Druckbehälter 1 weist einen rohrförmigen, rotationssymmetrischen Behälterkörper 2 aus einem Faserthermoplastverbundmaterial auf. In dem Behälterkörper 2 sind in Umfangsrichtung verlaufende sowie in axialer Richtung längs einer strichpunktiert dargestellten Rotationsachse bzw. Längsachse 3 des Behälterkörpers 2 ausgerichtete, quasi endlose Fasern eingebettet. Der Behälterkörper 2 weist eine gleichbleibende Wanddicke auf. Es wäre ebenfalls möglich, dass der Behälterkörper 2 beispielsweise an seinen Stirnseiten oder in einem mittleren Abschnitt eine erhöhte Wanddicke aufweist.
-
An einer Stirnseite 4 des Behälterkörpers 2 befindet sich eine Öffnung 5, die von einer mehrteilig ausgebildeten Verschlusseinrichtung 6 druckfest verschlossen ist. Die Verschlusseinrichtung 6 weist einen Wandinnenkonus 7 auf, der ebenfalls aus einem Faserthermoplastverbundmaterial hergestellt ist. Der ringförmig ausgebildete Wandinnenkonus 7 weist eine in einem Winkel von etwa 20° zu der Längsachse 3 ausgerichtete rotationssymmetrische Andruckfläche 8 auf. Durch die Andruckfläche 8 wird ein sich entlang der Längsachse 3 erstreckender Verjüngungsbereich gebildet, wobei ein Innendurchmesser des Wandinnenkonus 7 in einem der Öffnung 5 zugewandten Endbereich 9 des Wandinnenkonus 7 kleiner als ein Innendurchmesser des Wandinnenkonus 7 in einem einem Innenraum 10 des Behälterkörpers 2 zugewandten Bereich 11 ist.
-
Der Wandinnenkonus 7 weist eine in radialer Richtung außenliegende Außenwandfläche 12 auf, die mit einer Innenwand 13 des Behälterkörpers 2 dauerhaft verbunden bzw. verschweißt ist.
-
Ein konkav nach innen gewölbter Behälterboden 14 weist eine in Umfangsrichtung umlaufende Randfläche 15 auf, deren Ausrichtung an die Ausrichtung der Andruckfläche 8 angepasst ist und ebenfalls einen Winkel von etwa 20° zu der Längsachse 3 des Behälterkörpers 2 bildet. Der Behälterboden 14 ist ebenfalls aus einem Faserthermoplastverbundmaterial hergestellt und an der Andruckfläche 8 des Wandinnenkonus 7 festgelegt. Auf Grund der konkaven, nach innen gewölbten Ausgestaltung des Behälterbodens 14 ist der Behälterboden 14 bei einer aus dem Innenraum 10 des Behälterkörpers 2 nach außen gerichteten Druckbelastung selbsthemmend in dem Wandinnenkonus 7 festgelegt.
-
Bei dem in 1 exemplarisch dargestellten Ausführungsbeispiel des Druckbehälters 1 ist die Andruckfläche 8 des Wandinnenkonus 7 in axialer Richtung ebenflächig und mit einem konstanten Winkel relativ zu der Längsachse 3 des Behälterkörpers 2 ausgestaltet, so dass auch die daran angepasste Randfläche 15 des Behälterbodens 14 in axialer Richtung ebenflächig ausgebildet ist. Der Wandinnenkonus 7 hat in Umfangsrichtung eine konstante, dreieckige Querschnittsfläche.
-
In 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Druckbehälters 1 exemplarisch dargestellt. An dem dem Innenraum 10 des Behälterkörpers 2 zugewandten Bereich 11 weist der Wandinnenkonus 7 einen sich von der Andruckfläche 8 zu dem Innenraum 10 des Behälterkörpers 2 erstreckenden, in Umfangsrichtung umlaufenden Befestigungsrand 16 mit einer gleichbleibenden Querschnittsfläche auf. Der Befestigungsrand 16 vergrößert die Außenwandfläche 12 des Wandinnenkonus 7 und damit einhergehend eine zwischen der Außenwandfläche 12 des Wandinnenkonus 7 und der Innenwand 13 des Behälterkörpers 2 gebildete Kontaktfläche, die für ein Verschweißen des Wandinnenkonus 7 mit dem umgebenden Behälterkörper 2 genutzt werden kann.
-
Bei einem in 3 exemplarisch gezeigten weiteren Ausführungsbeispiel des Druckbehälters 1 ist die Andruckfläche 8 nicht ebenflächig ausgebildet, sondern weist eine zu dem Innenraum 10 des Behälterkörpers 2 gerichtete konvexe Wölbung 17 auf. Der Randbereich bzw. die Randfläche 15 des Behälterbodens 14 weist eine daran angepasste konkave Wölbung 18 auf. Durch die aneinander angepassten Wölbungen 7 und 18 wird der Behälterboden 14 in axialer Richtung relativ zu dem Wandinnenkonus 7 bzw. dem Behälterkörper 2 festgelegt. Die Wölbungen 17 und 18 können hinsichtlich ihrer Anordnung und Krümmung so ausgestaltet sein, dass bei einer durch den Innendruck des Druckbehälters 1 erzwungenen Verformung des Behälterbodens 14 die Randfläche 15 des Behälterbodens 14 auf der Wölbung 17 gleichsam abrollt. Es ist für ein derartiges Zusammenwirken des Behälterbodens 14 mit der Andruckfläche 8 ebenfalls möglich, dass die Andruckfläche 8 eine konkave Wölbung 17 oder eine bereichsweise konkave und in einem anderen Bereich konvexe Wölbung 17 aufweisen kann, wobei der Randbereich 15 des Behälterbodens 14 zweckmäßigerweise eine daran angepasste Wölbung 18 aufweist.
-
Zudem weist der Wandinnenkonus 7 des in 3 exemplarisch dargestellten Druckbehälters 1 an Stelle eines in Umfangsrichtung gleichbleibend ausgestalteten Befestigungsrands 16 (siehe 2) mehrere zum Innenraum 10 hin vorspringend ausgebildete Befestigungszungen auf, mit welchen ebenfalls eine Kontaktfläche zwischen dem Wandinnenkonus 7 und der Innenwand 13 des Behälterkörpers 2 vergrößert wird.
-
Bei dem in 4 exemplarisch dargestellten Ausführungsbeispiel des Druckbehälters 1 ist auf der Andruckfläche 8 des Wandinnenkonus 7 eine in Umfangsrichtung umlaufende Dichtung 20 angeordnet, die in eine ebenfalls umlaufende Nut 21 in dem Wandinnenkonus 7 eingelassen und darin festgelegt ist. Die Randfläche 15 des Behälterbodens 14 überdeckt die Dichtung 20 und presst die Dichtung 20 in die Nut 21, so dass der Übergang zwischen dem Behälterboden 14 und dem Wandinnenkonus 7 zusätzlich abgedichtet ist. Die Verwendung einer derartigen Dichtung 20 ist insbesondere in Verbindung mit einem Behälterboden 14 aus Metall zweckmäßig. Der Behälterboden 14 weist ausgehend von einer Behälterbodenmitte eine in radialer Richtung zunehmende Wandstärke auf und ist im Bereich an der Randfläche 15 wesentlich dicker als in der Behälterbodenmitte.
-
In 5 ist ebenfalls exemplarisch ein wiederum abweichend ausgestalteter Druckbehälter 1 dargestellt. Der Behälterboden 14 weist mehrere radial nach außen verlaufende Verstärkungsrippen 22 auf. Zudem weisen die Innenwand 13 des Behälterkörpers 2 und die Außenwandfläche 12 des Wandinnenkonus 7 eine aneinander angepasste, dreidimensional strukturierte Oberfläche auf, wodurch der Wandinnenkonus 7 in axialer Richtung und in Umfangsrichtung zusätzlich relativ zu der umgebenden Innenwand 13 des Behälterkörpers 2 fixiert wird. Eine derartige Ausgestaltung des Behälterbodens 14 insbesondere in Verbindung mit der dreidimensionalen Oberflächenstrukturierung der Kontaktfläche zwischen der Außenwandfläche 12 des Wandinnenkonus 7 und der Innenwand 13 des Behälterkörpers 2 ist besonders für Hochdruckanwendungen vorteilhaft.
