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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Drucktanks der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.
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Drucktanks zum Speichern und Abgeben komprimierter fluidischer Kraftstoffe sind an sich bekannt. So zeigt beispielsweise die
WO 2017/008899 A1 einen solchen Drucktank und ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Drucktanks. Es wird ein länglicher Druckbehälter mit zumindest einem sich in Richtung eines Druckbehälterendes verjüngenden Längsendes bereitgestellt. Zudem werden mehrere Krafteinleitungselemente bereitgestellt, welche jeweils einen länglichen Verbindungsbereich mit einem sich verjüngenden Vorsprung und einen Verankerungsbereich aufweisen, wobei zwischen den jeweiligen Verbindungsabschnitten und Verankerungsabschnitten ein spitzer Winkel eingeschlossen und dadurch ein Hinterschnitt ausgebildet ist. Die Krafteinleitungselemente werden zumindest mittelbar mit ihren Verankerungsbereichen an einer Mantelfläche des Längsendes angeordnet, sodass die Verbindungsbereiche zumindest im Wesentlichen parallel zur Behälterlängsachse des Druckbehälters ausgerichtet sind. Um den Druckbehälter zu verstärken, ist es vorgesehen, eine Armierungsschicht am Druckbehälter herzustellen, wobei die Armierungsschicht ein Verstärkungsgeflecht umfasst. Eine wesentliche Herausforderung dabei besteht darin, die Krafteinleitungselemente, welche auch als Inserts bezeichnet werden, in diese Armierungsschicht einzubetten und innerhalb dieser und somit auch im Drucktank zu verankern.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines Drucktanks der eingangs genannten Art derart zu verbessern, dass er die besagten Krafteinleitungselemente auf besonders einfache Weise im Zuge der Aufbringung der Armierungsschicht in dieser und somit am Druckbehälter verankert werden können.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Herstellen eines Drucktanks mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines Drucktanks wird ein länglicher Druckbehälter mit zumindest einem sich in Richtung eines Druckbehälterendes verjüngenden Längsendes bereitgestellt. Beispielsweise kann der Druckbehälter einen zylinderförmigen Mittelbereich aufweisen, wobei an dessen Längsenden jeweils einer der sich verjüngenden Längsenden angeordnet ist. Die sich verjüngenden Längsenden können beispielsweise in Form von so genannten Polkappen ausgebildet sein, also eine halbkugelförmige beziehungsweise kuppelartige Form aufweisen. Vorzugsweise wird der Druckbehälter aus einem Material hergestellt, welches gas- und/oder flüssigkeitsdicht ist. Der längliche Druckbehälter kann beispielsweise einteilig aus einem thermoplastischen Material oder auch aus Stahl oder auch aus Aluminium hergestellt werden.
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Des Weiteren ist es vorgesehen, mehrere Krafteinleitungselemente bereitzustellen, welche jeweils einen länglichen Verbindungsbereich mit einem sich verjüngenden Vorsprung und einen Verankerungsbereich aufweisen, wobei jeweils zwischen dem Verbindungsbereich und dem Verankerungsbereich ein spitzer Winkel eingeschlossen und dadurch ein Hinterschnitt ausgebildet ist. Die bereitgestellten Krafteinleitungselemente werden zumindest mittelbar mit ihren Verankerungsbereichen an einer Mantelfläche des zumindest einen Längsendes angeordnet, sodass die Verbindungsbereiche zumindest im Wesentlichen parallel zur Behälterlängsachse des Druckbehälters ausgerichtet sind.
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Um die angeordneten Krafteinleitungselemente auf besonders einfache Weise am Druckbehälter fixieren zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass eine Armierungsschicht am Druckbehälter hergestellt wird, indem eine wiederholte Relativbewegung zwischen dem Druckbehälter und einem aus einem Verstärkungsgeflecht ausgebildeten Flechtschlauch ausgeführt wird, bei welcher die Vorsprünge durch den Flechtschlauch hindurchtauchen und sich der Flechtschlauch an den Hinterschnitten verhakt, wobei jeweilige Einzellagen des Verstärkungsgeflechts übereinander am Druckbehälter angeordnet und die Krafteinleitungselemente im Verstärkungsgeflecht verankert werden.
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Trotz der axialen Ausrichtung der Krafteinleitungselemente ist es so auf einfache Weise möglich, die Krafteinleitungselemente im Verstärkungsgeflecht während der Herstellung der Armierungsschicht am Druckbehälter zu verankern. Bei dem Flechtschlauch handelt es sich mit anderen Worten um eine Art Schlauchgeflecht aus Verstärkungsfasern. Die Verstärkungsfasern können beispielsweise aus Kohlefasern oder auch aus anderen Materialien bestehen. Durch die erfindungsgemäße Relativbewegung zwischen dem Druckbehälter und dem aus dem Verstärkungsgeflecht ausgebildeten Flechtschlauch ist es auf einfache Weise möglich, die Krafteinleitungselemente innerhalb der einzelnen Lagen des Verstärkungsgeflechts zu fixieren beziehungsweise zu verankern. Die Relativbewegung zwischen dem Druckbehälter und dem Flechtschlauch erfolgt dabei in einer Art oszillierenden Bewegung, bei welcher die Vorsprünge der einzelnen Krafteinleitungselemente immer wieder durch den Flechtschlauch hindurchtauchen und anschließend die Relativbewegung zwischen dem Druckbehälter und dem Flechtschlauch so ausgeführt wird, dass der Flechtschlauch anschließend über die jeweiligen Verbindungsbereiche der Krafteinleitungselemente gestülpt wird und sich an den Hinterschnitten verhakt.
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So ist es auf einfache Weise möglich, Lage für Lage den aus dem Verstärkungsgeflecht ausgebildeten Flechtschlauch am Druckbehälter in Form der Armierungsschicht anzubringen, wobei die einzelnen Krafteinleitungselemente mit ihren Verankerungsbereichen innerhalb des Verstärkungsgeflechts verankert werden. Die aus dem Verstärkungsgeflecht hergestellte Armierungsschicht kann beispielsweise vor dem Anbringen am Druckbehälter mit einem Verstärkungsharz versehen werden, sodass einzelne Fasern des Verstärkungsgeflechts bereits in eine Kunststoffmatrix eingebettet sind. Bei dem Flechtschlauch kann es sich also um ein so genanntes Prepreg handeln. Prepreg ist die englische Kurzform für preimpregnated fibres, zu Deutsch vorimprägnierte Fasern.
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Alternativ ist es auch möglich, dass im Zuge der Aufbringung der Armierungsschicht lediglich das Verstärkungsgeflecht, aus welchem der Flechtschlauch hergestellt ist, ohne eine Kunststoffmatrix aufgebracht wird. Nach dem Herstellen der Armierungsschicht am Druckbehälter ist es beispielsweise möglich, nachträglich die aus dem Verstärkungsgeflecht ausgebildete Armierungsschicht noch mit einem Matrixmaterial zu durchtränken. Alternativ ist es auch möglich, die Armierungsschicht ohne eine Kunststoffmatrix zu belassen. Wenn kein Matrixmaterial benutzt wird, können keine Scherlasten zwischen den einzelnen Schichten des Verstärkungsgeflechts aufeinander übertragen werden, auch wenn der Druckbehälter beispielsweise unter Innendruck steht und sich dadurch leicht aufweitet. In dem Fall können sich die einzelnen Fasern des Verstärkungsgeflechts also frei zueinander bewegen. Wenn eine Matrix eingebettet ist, dient das Verstärkungsgeflecht in diesem Fall lediglich dazu, bei einem hohen Innendruck des Drucktanks insbesondere eine radiale Aufweitung des Drucktanks zu begrenzen und so ein Bersten des Druckbehälters zu verhindern.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Flechtschlauch mittels einer ein variables Flechtauge aufweisenden Radialflechtmaschine hergestellt wird, wobei die Relativbewegung zwischen dem Druckbehälter und dem Flechtauge stattfindet. Es kann also vorgesehen sein, dass der Flechtschlauch kontinuierlich als Halbzeug mittels der Radialflechtmaschine hergestellt wird. Mittels des variablen Flechtauges ist es auf einfache Weise möglich, den Durchmesser des Flechtschlauchs beziehungsweise des schlauchförmigen Schlauchgeflechts zu variieren. Auf diese Weise kann der Durchmesser des Flechtschlauchs auf einfache Weise an die Außenkontur des Druckbehälters angepasst werden, sodass jeweilige Einzellagen des Verstärkungsgeflechts passgenau am Druckbehälter angebracht werden können. Insbesondere ist es dadurch möglich, beim lagenweisen Aufbringen des Verstärkungsgeflechts den Durchmesser sukzessive beim Flechtschlauch zu vergrößern, um diesen problemlos lagenweise am Druckbehälter anzubringen. Beispielsweise kann die Radialflechtmaschine ein so genanntes Flechtrad aufweisen, mittels welchem einzelne Fasern des Verstärkungsgeflechts in Richtung des Flechtauges geführt werden, wobei insbesondere im Bereich des Flechtauges das eigentliche Verstärkungsgeflecht in Form des Flechtschlauchs hergestellt wird. Zum Beispiel ist es möglich, dass durch eine Drehung des Flechtrads der Durchmesser des Flechtauges variiert und somit auch der Durchmesser des kontinuierlich hergestellten Flechtschlauchs variiert werden kann. Das Herstellen des Flechtschlauchs und das Anbringen des Flechtschlauchs in Form der Armierungsschicht am Druckbehälter erfolgt vorzugsweise in einem kontinuierlichen Prozess, wobei die Relativbewegung zwischen dem Druckbehälter und dem Flechtauge stattfindet, indem beispielsweise der Druckbehälter oszillierend nach links und rechts durch das Flechtauge hindurchbewegt wird. Natürlich ist es auch möglich, dass der Druckbehälter nicht bewegt und stattdessen die Radialflechtmaschine relativ zum Druckbehälter bewegt wird.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Krafteinleitungselemente gemäß eines vorgegebenen Lochkreisdurchmessers an einer entsprechenden Axialposition der Mantelfläche des Längsendes angeordnet werden, wobei nachdem das Flechtauge die Vorsprünge passiert hat, ein Durchmesser des Flechtschlauchs bis unter den Lochkreisdurchmesser verkleinert wird, infolgedessen die Vorsprünge den Flechtschlauch durchdringen. Die Vorsprünge dienen also als eine Art Flechtspitze, welche leicht durch das Geflecht des Flechtschlauchs hindurchtauchen, da nachdem das Flechtauge die Vorsprünge passiert hat, der Durchmesser des Flechtschlauchs soweit verkleinert wird, bis der Durchmesser des Flechtschlauchs etwas kleiner als der besagte Lochkreisdurchmesser ist. Auf diese Weise kann auf einfache Weise sichergestellt werden, dass die jeweiligen Vorsprünge der Verbindungsbereiche der Krafteinleitungselemente durch das Verstärkungsgeflecht des Flechtschlauchs hindurchtauchen. Infolgedessen kann auf einfache Weise eine Umflechtung der Krafteinleitungselemente mittels des Flechtschlauchs während der Herstellung der Armierungsschicht sichergestellt werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass nachdem die Vorsprünge den Flechtschlauch durchdrungen haben, die Relativbewegung an einem ersten Umkehrpunkt umgekehrt wird, infolgedessen der Flechtschlauch über die Verbindungsbereiche gestülpt wird und sich an den Hinterschnitten verhakt, wobei die Relativbewegung danach an einem zweiten Umkehrpunkt erneut umgekehrt wird. Sobald also die jeweiligen Vorsprünge der Krafteinleitungselemente leicht durch den Flechtschlauch hindurchgetaucht sind, wird die Relativbewegung am besagten ersten Umkehrpunkt so umgekehrt, dass der Flechtschlauch über die Verbindungsbereiche der jeweiligen Krafteinleitungselemente gestülpt wird. Die Relativbewegung wird dabei in dieser Richtung soweit fortgeführt, dass sich der Flechtschlauch an den besagten Hinterschnitten verhakt. Nachdem dies erfolgt ist, kann die Relativbewegung noch in derselben Richtung fortgeführt werden, bis der zweite Umkehrpunkt erreicht ist. Sobald dieser erreicht wurde, wird die Relativbewegung wieder umgekehrt, infolgedessen eine nächste Lage des Flechtschlauchs aufgebracht und durch die Relativbewegung die betreffende Flechtschlauchlage wieder bis zu den Vorsprüngen des Flechtschlauchs und bis zum ersten Umkehrpunkt verbracht wird. Durch die Relativbewegung zwischen den beiden Umkehrpunkten kann auf einfache Weise der Flechtschlauch lagenweise am Druckbehälter angebracht werden, wobei währenddessen gleichzeitig die Krafteinleitungselemente mittels des Verstärkungsgeflechts umflochten und dadurch im aufgebrachten Verstärkungsgeflecht lagenweise verankert werden.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Durchmesser des Flechtschlauchs am ersten Umkehrpunkt so eingestellt wird, dass der Flechtschlauch nicht das Längsende des Drucktanks berührt. Dadurch kann die Herstellung der Armierungsschicht besonders prozesssicher erfolgen, da sichergestellt werden kann, dass der Flechtschlauch sich beispielsweise nicht am Längsende des Drucktanks auf unerwünschte Weise verhakt. Mit anderen Worten wird ein jeweiliger zwischen einer Längsachse der Krafteinleitungselemente und einer Außenseite des Flechtschlauchs eingeschlossener Winkel so klein gewählt, dass der Flechtschlauch vor dem sich verjüngenden Vorsprung der Krafteinleitungselemente nicht auf dem Druckbehälter zum Liegen kommt.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der erste Umkehrpunkt und/oder der zweite Umkehrpunkt in axialer Richtung während dem Herstellen der Armierungsschicht am Druckbehälter variiert wird. Durch die Variation der Positionen der jeweiligen Umkehrpunkte ist es auf einfache Weise möglich, eine Länge der aufgebrachten Einzellagen des Verstärkungsgeflechts zu variieren. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass zumindest beim Aufbringen von zwei der Einzellagen des Verstärkungsgeflechts ein Abstand zwischen den Umkehrpunkten verkleinert wird. So ist es beispielsweise möglich, dass mehrere der Einzellagen mit der gleichen Längserstreckung aufgebracht werden, wobei dann beim Wechsel von einer bereits aufgebrachten Einzellage zur nächsten Einzellage der Abstand zwischen den Umkehrpunkten verkleinert wird, infolgedessen die sodann aufgebrachte Einzellage eine kürzere Längserstreckung aufweist. Durch Variation des Abstandes zwischen den beiden Umkehrpunkten kann so also auf einfache Weise eine jeweilige Länge der Einzellagen des aufgebrachten Verstärkungsgeflechts eingestellt werden.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Druckbehälter mittels einer Lineareinheit in Richtung der Behälterlängsachse des Druckbehälters relativ zu dem Flechtauge der Radialflechtmaschine bewegt wird. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass die üblicherweise wesentlich schwerere Radialflechtmaschine überhaupt nicht bewegt werden muss, da beim Herstellen der Armierungsschicht lediglich der Druckbehälter mittels der besagten Lineareinheit in Richtung der Behälterlängsachse relativ zum Flechtauge bewegt wird. Beispielsweise wäre es auch möglich, statt der Lineareinheit einen Roboter zu verwenden, mittels welchem der Drucktank relativ zum Flechtauge hin- und her bewegt wird.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die länglichen Verbindungsbereiche der Krafteinleitungselemente jeweils aus einem länglichen Grundkörper und einer abnehmbaren Spitze in Form des sich verjüngenden Vorsprungs hergestellt werden. Vorzugsweise ist es vorgesehen, das an den länglichen Grundkörpern und abnehmbaren Spitzen jeweilige Gewinde hergestellt werden, sodass die Spitzen mittels einer Schraubverbindung an den länglichen Grundkörper befestigbar sind. Die Spitzen können beispielsweise kegelförmig oder pyramidenförmig hergestellt werden, wobei die länglichen Grundkörper eine entsprechende Querschnittsform aufweisen, also kreisförmig, oval oder z.B. rechteckig. Vor der Herstellung der Armierungsschicht am Druckbehälter können die Spitzen auf die länglichen Verbindungsbereiche der Krafteinleitungselemente aufgeschraubt werden. Durch die Spitzen ist es auf einfache Weise möglich, dass die länglichen Verbindungsbereiche durch das Verstärkungsgeflecht in der bereits beschriebenen Weise hindurchtauchen können. Nachdem die Armierungsschicht fertig hergestellt worden ist, können die Spitzen auf einfache Weise abgeschraubt werden. Beispielsweise weisen die länglichen Verbindungsbereiche dabei ein Innengewinde auf, wobei die Spitzen ein Außengewinde aufweisen. Die länglichen Verbindungsbereiche mit Innengewinden können beispielsweise dazu dienen, den Drucktank im verbauten Zustand an eine Versorgungsleitung oder dergleichen anzuschließen. Ferner ist es beispielsweise auch möglich, dass der Drucktank mit seinen Verbindungsbereichen in einem Kofferraum eines Kraftfahrzeugs verschraubt wird, beispielsweise wenn es sich bei dem Drucktank um einen Wasserstofftank oder um einen Gastank oder dergleichen handelt. Dadurch, dass die Krafteinleitungselemente mit ihren Verbindungsbereichen im Zuge der Herstellung der Armierungsschicht fest innerhalb des Verstärkungsgeflechts verankert worden sind, kann der fertig hergestellte Drucktank auf einfache Weise über die Verbindungsbereiche der Krafteinleitungselemente zuverlässig und fest verankert werden.
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Schließlich sieht eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung vor, dass die Krafteinleitungselemente derart angeordnet werden, dass der Druckbehälter die Krafteinleitungselemente in axialer und radialer Richtung überragt. Dadurch ergibt sich insgesamt eine besonders gute Platzausnutzung, da die Krafteinleitungselemente in den Bereichen am länglichen Druckbehälter angebracht werden, in welchen diese die maximalen Abmaße des Druckbehälters in axialer und radialer Richtung nicht weiter beeinflussen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Der Druckbehälter kann auch als Innenbehälter bezeichnet werden.
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Die Zeichnung zeigt in:
- 1 eine Seitenansicht eines Drucktanks, welcher einen Druckbehälter aufweist, an welchem an seinen sich verjüngenden, kuppelförmigen Längsenden mehrere Krafteinleitungselemente angeordnet sind, wobei der Druckbehälter mit einer aus einem Verstärkungsgeflecht hergestellten Armierungsschicht versehen ist;
- 2 eine Frontalansicht auf eine Stirnseite des Drucktanks, in welcher die Anordnung der Krafteinleitungselemente zu erkennen ist, die gemäß eines vorgegebenen Lochkreisdurchmessers an einer entsprechenden Axialposition einer Mantelfläche des gezeigten Längsendes des Druckbehälters angeordnet sind;
- 3 eine Seitenansicht auf eines der Krafteinleitungselemente, welches einen länglichen Verbindungsbereich mit einem sich verjüngenden Vorsprung und einen plattenförmigen Verankerungsbereich aufweist;
- 4 eine Draufsicht auf das Krafteinleitungselement;
- 5 eine Perspektivansicht auf das Krafteinleitungselement, wobei der sich verjüngende Vorsprung von einem länglichen Grundkörper des länglichen Verbindungsbereichs entfernt worden ist und dadurch eine Bohrung freigibt;
- 6 eine Radialflechtmaschine mit einem variablen Flechtauge zum Herstellen des Verstärkungsgeflechts in Form eines Flechtschlauchs, welcher lagenweise die Armierungsschicht am Druckbehälter ausbildet;
- 7 eine Perspektivansicht auf einen Teil des Druckbehälters, während die Armierungsschicht am Druckbehälter hergestellt wird, indem der Druckbehälter axial durch das Flechtauge hin- und her bewegt wird;
- 8 eine schematische Darstellung von Verfahrensschritten zum Herstellen der Armierungsschicht am Druckbehälter.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Ein Drucktank 1 zur Speicherung und Abgabe komprimierter fluidischer Kraftstoffe ist in einer Seitenansicht in 1 gezeigt. Der Drucktank 1 umfasst einen länglichen Druckbehälter 2, welcher einen zylinderförmigen Mittelabschnitt 3 und zwei sich daran anschließende, verjüngende Längsenden 4 aufweist. Die sich verjüngenden Längsenden 4 sind in Form von Polkappen ausgebildet und weisen eine kuppelartige beziehungsweise halbkugelartige Form auf. Außenseitig am Druckbehälter 2 ist eine Armierungsschicht 5 angebracht, welche mehrere Lagen eines hier nicht näher bezeichneten Verstärkungsgeflechts aufweist. Der Druckbehälter 2 kann beispielsweise aus einem thermoplastischen Kunststoff hergestellt sein, welcher gasdicht und flüssigkeitsdicht ist. Das Verstärkungsgeflecht der Armierungsschicht 5 kann beispielsweise aus Kohlenstofffasern oder auch aus anderen Verstärkungsfasern bestehen.
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An den sich verjüngenden Längsenden 4 des Druckbehälters 2 sind mehrere Krafteinleitungselemente 6 angeordnet. Die Krafteinleitungselemente 6 können beispielsweise aus einem metallischen Werkstoff hergestellt sein. Die Krafteinleitungselemente 6 dienen beispielsweise dazu, den Drucktank 1 in einem Kofferraum eines Kraftfahrzeugs zu verankern. Wird das besagte Kraftfahrzeug beispielsweise mittels Wasserstoff angetrieben, kann mittels des Drucktanks 1 Wasserstoff aufgenommen und an das Kraftfahrzeug abgegeben werden. Genauso gut kann der Drucktank 1 auch beispielsweise dazu dienen, Gas aufzunehmen, falls das besagte Kraftfahrzeug mit Gas betrieben wird. Grundsätzlich ist der Drucktank 1 für beliebige Anwendungen geeignet, bei welchen komprimierte fluidische und gasförmige Kraftstoffe gespeichert und abgegeben werden müssen.
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Die Krafteinleitungselemente 6 weisen jeweilige längliche Verbindungsbereiche 7 und jeweilige Verankerungsbereiche 8 auf, welche in die Armierungsschicht 5 eingebettet sind und dadurch fest mit dem Druckbehälter 2 verbunden sind. Die Verbindungsbereiche 7 dienen also dazu, den Drucktank 1 an verschiedenen anderen Elementen, wie beispielsweise in einem Kofferraum oder dergleichen, zu verankern und/oder den Druckbehälter 2 an verschiedensten Anschlussmöglichkeiten anzuschließen. Die Verankerungsbereiche 8 dienen dazu, die Krafteinleitungselemente 6 am Druckbehälter 2, genauer in der Armierungsschicht 5, zu verankern.
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Die Krafteinleitungselemente 6 sind dabei so angeordnet, dass diese den Druckbehälter 2 sowohl in axialer Richtung als auch in radialer Richtung nicht überragen. Dadurch ergibt sich eine besonders kompakte Gestaltung des gesamten Drucktanks 1, da die Krafteinleitungselemente 6 so angeordnet sind, dass sie die Maximalabmessungen des Druckbehälters 2 sowohl in axialer Richtung als auch in radialer Richtung nicht beeinflussen. Die Krafteinleitungselemente 6 sind dabei zumindest mittelbar mit ihren Verankerungsbereichen 8 an einer jeweiligen Mantelfläche der Längsenden 4 angeordnet, und zwar derart, dass die Verbindungsbereiche 7 zumindest im Wesentlichen parallel zur Behälterlängsachse des Druckbehälters 2 ausgerichtet sind.
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In 2 ist der Drucktank 1 in einer stirnseitigen Frontalansicht gezeigt. Die einzelnen Krafteinleitungselemente 6 sind dabei gemäß eines vorgegebenen Lochkreisdurchmessers D an einer entsprechenden Axialposition einer Mantelfläche des hier gezeigten Längsendes 4 angeordnet. In der vorliegenden Darstellung ist gut zu erkennen, dass einige der Krafteinleitungselemente 6 je Verankerungsbereich 8 zwei Verbindungsbereiche 7 und einige der Krafteinleitungselemente 6 je Verbindungsbereich 7 nur einen Verankerungsbereich 8 aufweisen.
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In 3 ist eines der Krafteinleitungselemente 6 in einer Seitenansicht gezeigt. In der vorliegenden Darstellung sind der längliche Verbindungsbereich 7 und der Verankerungsbereich 8 gut zu erkennen. Der längliche Verbindungsbereich 7 umfasst dabei einen länglichen Grundkörper 9 und eine abnehmbare Spitze 10, welche eine Art sich verjüngenden Vorsprung ausbildet. Der längliche Grundkörper 9 kann beispielsweise ein hier nicht dargestelltes Innengewinde aufweisen, wobei die abnehmbare Spitze 10 ein Außengewinde aufweisen kann, sodass die Spitze 10 auf einfache Weise in den länglichen Grundkörper 9 eingeschraubt werden kann. Die abnehmbare Spitze 10 ist relevant für einen später noch genauer erläuterten Herstellvorgang der Armierungsschicht 5 am Druckbehälter 2.
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Der Verankerungsbereich 8 ist im Wesentlichen plattenförmig ausgebildet und kann entgegen der vorliegenden Darstellung auch beispielsweise eine gewölbte Form aufweisen, welche an eine Formgebung des Druckbehälters 2 angepasst ist, sodass der Verankerungsbereich 8 besonders einfach beispielsweise direkt am Druckbehälter 2 angebracht werden kann. Zwischen dem Verbindungsbereich 7, genauer zwischen dem länglichen Grundkörper 9 und dem Verankerungsbereich 8 ist ein spitzer Winkel α eingeschlossen, wodurch ein Hinterschnitt 11 ausgebildet ist.
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In 4 ist das Krafteinleitungselement 6 in einer Draufsicht gezeigt. Hier ist nochmals gut die Anordnung des länglichen Verbindungsbereichs 7 am plattenförmigen Verankerungsbereich 8 zu erkennen.
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In 5 ist das Krafteinleitungselement 6 in einer Perspektivansicht gezeigt, wobei die Spitze 10 vom länglichen Grundkörper 9 des länglichen Verbindungsbereichs 7 abgeschraubt worden ist. Infolgedessen wird eine Bohrung B freigegeben, die das erwähnte Innengewinde, welches hier nicht näher dargestellt ist, aufweist. An dem Innengewinde der Bohrung B können beispielsweise unterschiedlichste Anschlusselemente angeschlossen werden, den Drucktank 1 mit Medien zu versorgen oder den Drucktank 1 an einer Tragstruktur oder dergleichen zu befestigen.
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In 6 ist eine Radialflechtmaschine 12 ausschnittsweise dargestellt, welche dazu dient, ein Verstärkungsgeflecht in Form eines Flechtschlauchs herzustellen, aus welchem die Armierungsschicht 5 am Druckbehälter 2 hergestellt wird. Mittels der Radialflechtmaschine 12 werden mehrere radial angeordnete Faserbündel dem Flechtauge 14 zugeführt. Beim Zuführen zum Flechtauge 14 werden die einzelnen Faserbündel 13 zu einem Verstärkungsgeflecht in Form eines Flechtschlauchs verflochten. Der Durchmesser des variablen Flechtauges 14 kann dabei in bestimmten Grenzen variiert werden, infolgedessen ein entsprechender Durchmesser des kontinuierlich hergestellten Flechtschlauchs ebenfalls variiert werden kann.
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In 7 ist ein Herstellprozess gezeigt, bei welchem die Armierungsschicht 5 am Druckbehälter 2 hergestellt wird. Der hier nicht näher bezeichnete Druckbehälter 2 wird mittels einer Lineareinheit 15 in Richtung der Behälterlängsachse A gemäß des angedeuteten Doppelpfeils 16 durch das Flechtauge 14 oszillierend hin- und her bewegt. Dadurch wird die besagte Armierungsschicht 5 am Druckbehälter 2 hergestellt. Durch die wiederholte Relativbewegung zwischen dem Druckbehälter 2 und dem aus den einzelnen Faserbündeln 13 kontinuierlich hergestellten Flechtschlauch werden jeweilige Einzellagen 17 der Armierungsschicht 5 sukzessive am Druckbehälter 2 angebracht. Die abnehmbaren Spitzen 10 der Krafteinleitungselemente tauchen dabei durch den aus den Faserbündeln 13 kontinuierlich hergestellten Flechtschlauch hindurch und der Flechtschlauch verhakt sich an den jeweiligen Hinterschnitten 11. Durch die oszillierende Bewegung entsprechend des Doppelpfeils 16 durch das Flechtauge 14 hindurch werden so die Einzellagen 17 übereinander am Druckbehälter 2 angeordnet, wobei gleichzeitig die einzelnen Krafteinleitungselemente 6 mit ihren Verankerungsbereichen 8 im Verstärkungsgeflecht des kontinuierlich hergestellten und abgelegten Flechtschlauchs verankert werden.
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In 8 ist der Herstellvorgang der Armierungsschicht 5 schematisch anhand mehrerer Abbildungen dargestellt. Die Radialflechtmaschine 12 ist schematisch angedeutet, wobei zudem der zuvor bereits mehrfach erwähnte Flechtschlauch ausschnittsweise und schematisch dargestellt ist. Der vorzugsweise rotationssymmetrische Flechtschlauch 18 ist dabei in einer Schnittstellung nur zur Hälfte darstellt, wobei eine unter Hälfte des Flechtschlauchs 18 nicht dargestellt ist.
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Gemäß der Darstellung der obersten Abbildung wird der Druckbehälter 2 entsprechend des Pfeils 19 nach rechts bewegt, infolgedessen das hier teilweise zu erkennende Längsende 4 des Druckbehälters 2 aus dem hier nicht dargestellten Flechtauge 14 der Radialflechtmaschine 12 herausgezogen wird. Diese Bewegung wird soweit fortgeführt, bis der in der zweiten Abbildung von oben dargestellte Zustand erreicht ist. Während der Relativbewegung des Druckbehälters 2 von der in der obersten Abbildung gezeigten Positionierung bis zu der in der zweitobersten Abbildung gezeigten Positionierung wird der Durchmesser des Flechtauges 14 der Radialflechtmaschine 12 soweit verkleinert, dass der Durchmesser des Flechtschlauchs 18 etwas kleiner als der Lochkreisdurchmesser D (siehe 2) ist. Infolgedessen tauchen die Spitzen 10 der einzelnen Krafteinleitungselemente 6 leicht durch den Flechtschlauch 18 hindurch.
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In der zweitobersten Abbildung ist ein erster Umkehrpunkt der Relativbewegung zwischen dem Druckbehälter 2 und der Radialflechtmaschine 12 und somit zwischen Druckbehälter 2 und dem hier nicht dargestellten Flechtauge 14 erreicht. Der erste Umkehrpunkt kann einer Art Neutralstellung entsprechen, bei welcher der Flechtschlauch 18 zumindest im Wesentlichen senkrecht zur Behälterlängsachse A des Druckbehälters 2 verläuft. Anschließend wird der Druckbehälter 2 mittels der Lineareinheit 15 gemäß des Pfeils 20 und der vorliegenden Darstellung nach links bewegt, infolgedessen der Druckbehälter 2 mit seinem Längsende 4 durch das Flechtauge 14 der Radialflechtmaschine 12 hindurchtaucht. Während dieser Relativbewegung in Richtung des Pfeils 20 wird der Flechtschlauch 18 über die Spitze 10 und somit über den länglichen Grundkörper 9 des hier nicht näher bezeichneten Verbindungsbereichs 7 der Krafteinleitungselemente 6 gestülpt.
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Wie anhand der untersten Abbildung zu erkennen, wird die Bewegung des Druckbehälters 2 gemäß des Pfeils 20 fortgesetzt, infolgedessen sich der Flechtschlauch 18 an den jeweiligen Hinterschnitten 11 des Krafteinleitungselemente 6 verhakt.
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Die Bewegung des Druckbehälters 2 relativ zu dem Flechtauge 14 der Radialflechtmaschine 12 wird dabei beispielsweise soweit in Richtung des Pfeils 20 fortgeführt, bis nach demselben Prinzip an dem anderen hier nicht dargestellten Längsende 4 des Druckbehälters 2 die jeweiligen Spitzen 10 der Krafteinleitungselemente 6 durch den Flechtschlauch 18 hindurchtauchen, wonach irgendwann ein hier nicht weiter dargestellter zweiter Umkehrpunkt erreicht ist. Nachdem der zweite Umkehrpunkt erreicht wurde, erfolgt eine Bewegungsumkehr, infolgedessen in der bereits beschriebenen Weise an dem anderen hier nicht erkennbaren Längsende 4 der Flechtschlauch 18 über die jeweiligen Verbindungsbereiche 7 der Krafteinleitungselemente 6 gestülpt wird und sich während der weiteren Relativbewegung an den jeweiligen Hinterschnitten 11 verhakt.
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Die Relativbewegung des Druckbehälters 2 gegenüber der Radialflechtmaschine 12 wird dabei in der beschriebenen Weise von links nach rechts so oft fortgesetzt, wie Einzellagen 17 der Armierungsschicht 5 anzubringen sind. Mittels des beschriebenen Verfahrens ist es auf einfache Weise möglich, die in axialer Richtung ausgerichteten Krafteinleitungselemente 6 in die Armierungsschicht 5 einzubetten und dadurch sicher und fest am Druckbehälter 2 zu verankern.
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In der vorstehenden Figurenbeschreibung kann der Druckbehälter auch als Innenbehälter bezeichnet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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