DE102018204804B4 - Druckbehälter sowie Verfahren zur Herstellung einer Außenhülle für einen Druckbehälter - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Druckbehälter (10) sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Außenhülle (12) für einen solchen Druckbehälter (10). Der Druckbehälter (10) umfasst eine Außenhülle (12), welche einen zylinderähnlichen Mittelbereich (14) und zwei sich daran anschließende Endbereiche (16, 18) aufweist, wobei an beiden axialen Enden des zylinderähnlichen Mittelbereichs (14) der Außenhülle (12) jeweils ein hohlzylindrischer Fortsatz (20) ausgebildet ist, welcher über den jeweiligen Endbereich (16, 18) übersteht. Erfindungsgemäß geht der jeweilige hohlzylindrische Fortsatz (20) an seinem offenen Ende in mehrere Befestigungselemente (36) über, welche jeweils eine radial außen angeordnete plane Anbindungsfläche (38) aufweisen.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Druckbehälter gemäß der Gattung des Patentanspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Außenhülle für einen solchen Druckbehälter.
  • Druckbehälter und korrespondierende Verfahren zur Herstellung einer Außenhülle für einen solchen Druckbehälter sind in zahlreichen Variationen bekannt. Allgemein können solche Druckbehälter beispielsweise mit Gasen oder druckverflüssigten Gasen befüllt werden und daher eine erhebliche Energiemenge speichern. So kann beispielsweise ein sogenannter Typ-4-Hochdruckbehälter für komprimiertes Erdgas in einem heckseitigen Laderaum und/oder unterflurig im Bereich eines Mitteltunnels der Fahrzeugkarosserie eines Fahrzeugs verbaut sein, welches mit Erdgas betrieben wird.
  • Ein häufig eingesetztes Verfahren zur Befestigung von Druckbehältern im Fahrzeug bzw. unter dem Fahrzeug verwendet Tankspannbänder, welche einen Toleranzausgleich beim Befüllen des Behälters ermöglichen, jedoch keinen strukturellen Einfluss der Behältersteifigkeit auf die Karosserie des Fahrzeugs bieten. Zudem ist ein Ausweichen des Drucktanks bei plastischer Verformung der Karosserie, beispielsweise bei einem Seitencrash gewährleistet, wodurch der Schutz vor Beschädigung des Drucktanks sichergestellt werden soll. Somit erfolgt die Übertragung der Crashenergie einzig durch die Bauteile bzw. Lastpfade der Karosserie.
  • Ein Druckbehälter weist bevorzugt eine zylindrische Bauform auf, bei der ein zylindrischer Druckbehältermantel durch nach außen gewölbte, stirnseitige Böden beidseitig verschlossen ist. Die Druckbehälterwand kann beispielsweise dreilagig aufgebaut sein und eine Innenlage, eine Mittellage aus einem Faserverbundkunststoff sowie eine Außenlage aus einem weiteren Faserverbundkunststoff umfassen. In dem oben erwähnten Typ-4-Hochdruckbehälter ist die Innenlage ein Kunststoff-Liner, der über Blasformen oder Rotations/Sinter-Verfahren oder Thermoformverfahren hergestellt ist. Die den Kunststoff-Liner verstärkende Mittellage ist bevorzugt in einem Nasswickelverfahren als eine Faserwicklung auf den Kunststoff-Liner aufgewickelt. Exemplarisch besteht die Faserwicklung aus zum Beispiel Kohlenstoff-, Aramid-, Glas- und/oder Borfasern, die in einer Matrix aus Duromeren oder aus Thermoplasten eingebettet sind. Die Fasern sind in unterschiedlichen Faserorientierungen auf den Kunststoff-Liner aufgebracht. Die bevorzugt schlagabsorbierende Außenlage kann ebenfalls eine Faserwicklung sein, die in einem Nasswickelverfahren auf die Mittellage aufgewickelt wird. Die so gebildete Außenwicklung besteht beispielhaft aus Kohlenstoff- und/oder Glasfasern, die in einer Matrix eingebettet sind.
  • Der fertiggestellte Hochdruckbehälter weist beispielsweise an einem stirnseitigen Behälterboden ein nach außen abragendes Halsstück auf, in das ein Ventil integriert ist. Ansonsten ist Hochdruckbehälter außenseitig meist komplett glattflächig ausgeführt. In seiner Einbaulage ist der Hochdruckbehälter in gängiger Praxis mittels Spannbänder lagegesichert, die die glattflächige Zylinderwand des Hochdruckbehälters umgreifen.
  • Aus der DE 10 2015 206 826 A1 ist ein Druckbehälter für ein Kraftfahrzeug, mit einer Befestigungsvorrichtung bekannt. Die Befestigungsvorrichtung ist ausgebildet, den Druckbehälter mit einer Karosserie des Kraftfahrzeuges zu verbinden. Die Befestigungsvorrichtung umfasst mindestens zwei Verbindungstifte und mindestens zwei Lager. Jeweils ein Verbindungsstift ist mit einem Lager in einem Verbindungspunkt verbunden. Die Verbindungsstifte und/oder die Lager sind jeweils mit dem Druckbehälter in einem Druckbehälteranschlussbereich verbunden und erstrecken sich von der Außenoberfläche des Druckbehälters weg. Die Druckbehälteranschlussbereiche weisen jeweils eine Ausdehnung auf. Der Verbindungsstift und das Lager sind im Verbindungspunkt zumindest bereichsweise derart geformt und angeordnet, dass die Ausdehnung E durch eine Bewegung des Lagers und/oder des Verbindungsstiftes mit nur einem translatorischen Freiheitsgrad kinematisch geführt wird.
  • Aus der DE 10 2015 007 047 B4 ist ein Verfahren zur Herstellung eines mit Druck beaufschlagbaren Behälters bekannt, welcher ein aus einem Faserkunststoffverbundmaterial hergestelltes, zylindrisches Mittelteil aufweist, an dessen Enden zur Schließung des Behälters jeweils ein Bodenteil aus einem Faserkunststoffverbundmaterial hergestellt wird. Hierbei wird das Mittelteil des Behälters auf einem Wickeldorn eines Wickelkörpers als vorgefertigtes Mittelteil angeordnet oder durch Aufwickeln eines Rovings hergestellt. Eine Innenfläche des Bodenteils wird durch den Wickeldorn des Wickelkörpers sowie ein an das Bodenteil angrenzendes Ende des Mittelteils definiert, und eine Außenfläche des Bodenteils wird durch mehrere Formgebungsteile definiert. Das Bodenteil des Behälters wird durch Aufwickeln eines vorzugsweise unidirektionalen Rovings in einen durch den Wickeldorn und die Formgebungsteile definierten Wickelraum bis zu dem Ende des Mittelteils hergestellt, wobei die Formgebungsteile nacheinander von einer Wickelachse des Wickelkörpers beginnend nach außen auf der Wickelachse angeordnet werden, wenn ein zwischen dem Wickeldorn und dem jeweils vorher angeordneten Formgebungsteil gebildeter Teilwickelraum ausgefüllt ist.
  • Aus der US 2017/0082240 A1 ist eine Vorrichtung zur elastischen Aufhängung einer Anordnung von Vorratsbehältern am Unterboden eines Kraftfahrzeugs bekannt. Die Vorratsbehälter sind im Wesentlichen parallel angebracht und haben eine im Wesentlichen zylindrische Form, die von zwei angeformten Endstücken abgeschlossen wird. Die Aufhängevorrichtung umfasst zwei Flansche, die eng an den angeformten Endstücken der Vorratsbehälter anliegen und durch Zugstangen miteinander verbunden sind, und mehrere Arme, welche die Flansche mit mehreren elastischen Verbindungspunkten der Aufhängungsvorrichtung an der Fahrzeugkarosserie verbinden.
  • Aus der DE 10 2008 049 990 A1 ist eine Speichervorrichtung bekannt, welche einen Speicherbehälter mit Anschlusselementen und/oder Befestigungselementen umfasst. Der Speicherbehälter ist aus einem oder mehreren Fließpressteilen gebildet, wobei an zumindest einem Fließpressteil angeordnete Anschlusselemente und/oder Befestigungselemente ein gemeinsam mit dem Fließpressteil während eines Fließpressprozesses gebildetes Bauteil sind.
  • Aus der DE 10 2011 114 213 A1 sind eine Brennstoffbehälteranordnung für ein brennstoffzellenbetriebenes Fahrzeug und ein Verfahren zum Verbessern der baulichen Festigkeit eines brennstoffzellenbetriebenen Fahrzeugs bekannt. Ein Behälter für die Speicherung von Wasserstoff oder eines ähnlichen brennstoffzellenkompatiblen Brennstoffs ist durch mindestens einen sich vom Behälter weg erstreckenden Mantel fest an einem Fahrzeugrahmen oder einer ähnlichen lasttragenden Struktur angebunden. Hierbei ist der mindestens eine Mantel über mindestens einen Klemmring mit dem Behälter verbunden. Da der Behälter und der mindestens eine Mantel steife Strukturen sind, kann ein nachgiebiger Abstandshalter zwischen dem Mantel und dem Fahrzeugrahmen vorgesehen werden, welcher relativ kleine Verformungen des Behälters ausgleicht, die sich beim Füllen des Behälters ergeben können.
  • Aus der DE 10 2016 201 477 A1 ist ein gattungsgemäßer Druckbehälter zur Speicherung von Brennstoff bekannt. Der Druckbehälter umfasst eine erste faserverstärkte Schicht, welche sich über einen Mantelbereich und über mindestens einen Endbereich des Druckbehälters erstreckt, mindestens ein Verbindungsrohr, welches zumindest bereichsweise an der ersten faserverstärkten Schicht anliegt, und eine zweite faserverstärkte Schicht, welche sich über den Mantelbereich des Druckbehälters und über einer Rohrmantelaußenoberfläche des Verbindungsrohres erstreckt. Hierbei kann das mindestens eine Verbindungsrohrs an die erste faserverstärkte Schicht angeklebt und/oder angeschweißt werden. Zudem kann das Verbindungsrohr mit einer Spannvorrichtung auf einer Wickel- bzw. Flechtanlage positioniert werden. Zudem kann das Verbindungsrohr nach dem Herstellen der ersten faserverstärkten Schicht in einem separaten Herstellungsschritt durch dieselbe Wickel- bzw. Flechtvorrichtung hergestellt werden, wobei das Verbindungsrohr dabei direkt an der ersten faserverstärkten Schicht anliegend ausgebildet werden kann. Des Weiteren kann mindestens ein Befestigungsring zur Anbindung des Druckbehälters an die Karosserie eines Kraftfahrzeugs zumindest bereichsweise an einer Rohrmantelinnenoberfläche des Verbindungsrohres anliegen oder einstückig mit dem Verbindungsrohr ausgebildet werden.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Druckbehälter sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Außenhülle für einen solchen Druckbehälter bereitzustellen, welcher in einfacher Weise als Versteifungselement in die Karosseriestruktur eingebunden werden kann.
  • Diese Aufgabe wird durch einen Druckbehälter mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Verfahren zur Herstellung einer Außenhülle für einen Druckbehälter mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
  • Um einen Druckbehälter sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Außenhülle für einen solchen Druckbehälter bereitzustellen, welcher in einfacher Weise als Versteifungselement in die Karosseriestruktur eingebunden werden kann, ist an beiden axialen Enden eines zylinderähnlichen Mittelbereichs einer Außenhülle jeweils ein hohlzylindrischer Fortsatz ausgebildet, welcher über den jeweiligen Endbereich übersteht und an seinem offenen Ende in mehrere Befestigungselemente übergeht, welche jeweils eine radial außen angeordnete plane Anbindungsfläche bzw. Anschlussfläche aufweisen.
  • Das Verfahren zur Herstellung einer Außenhülle für einen solchen Druckbehälter umfasst die Schritte: Umwickeln eines Innenbehälters und/oder eines jeweiligen sich axial an diesen anschließenden Wickeldorns mit einem Endlosfasermaterial, so dass an beiden axialen Enden des zylinderähnlichen Mittelbereichs der Außenhülle jeweils ein hohlzylindrischer Fortsatz ausgebildet ist, welcher über den jeweiligen Endbereich übersteht. Aushärten der Außenhülle und mechanisches Bearbeiten des jeweiligen Fortsatzes erfolgen derart, dass daraus die Befestigungselemente mit den jeweiligen planen Anschlussflächen ausgeformt werden. Hierbei kann das gewickelte Endlosfasermaterial vor dem Aushärten mit einem Matrixmaterial versehen werden. Alternativ können die Endlosfasern bereits mit dem Matrixsystem vorimprägniert sein.
  • In vorteilhafter Ausgestaltung des Druckbehälters können die Befestigungselemente als Laschen ausgeführt werden. Hierbei können die Laschen jeweils eine Öffnung aufweisen, durch welche eine Schraube geführt werden kann, um den Druckbehälter mit der Karosseriestruktur zu verschrauben.
  • Erfindungsgemäß werden die Befestigungselemente durch eine erste spanabhebende Nachbearbeitung, insbesondere durch Fräsen oder Schneiden, in den hohlzylindrischen Fortsatz eingebracht. Die planen Anbindungsflächen werden dann durch eine zweite spanabhebende Nachbearbeitung, insbesondere durch Fräsen, in die Befestigungselemente eingebracht.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Druckbehälters kann zumindest der hohlzylindrische Fortsatz der Außenhülle eine runde Außenkontur und eine vieleckige Innenkontur aufweisen, welche zwischen benachbarten Ecken plane Innenflächen und/oder runde Innenflächen aufweisen kann. Zudem können die planen Anbindungsflächen im Bereich der planen Innenflächen ausgebildet werden. Dadurch können beliebig viele Anbindungsflächen in unterschiedlichen Winkelpositionen realisiert werden. Die Anbindungsbereiche können somit innerhalb der Drehachse frei positioniert und fahrzeugunabhängig ausgelegt werden.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Druckbehälters kann die Außenhülle aus einem faserverstärkten, vorzugsweise einem endlosfaserverstärkten Kunststoff gefertigt werden. Zudem kann die Außenhülle zumindest im Bereich der Befestigungselemente eine Mantelstruktur mit einer radial inneren Laminatschicht und einer radial äußeren Laminatschicht aufweisen. Hierbei können die Laminatschichten verschiedene Fasermaterialien aufweisen, wobei die radial innere Laminatschicht beim Ausformen der planen Anschlussflächen unbeschädigt bleiben kann. Der Faserverbundkunststoff kann beispielsweise ein kohlefaserverstärkter, vorzugsweise ein endloskohlefaserverstärkter Kunststoff (CFK), oder ein glasfaserverstärkter, vorzugsweise ein endlosglasfaserverstärkter Kunststoff (GFK) sein. Bei der Herstellung der Außenhülle können verschiedene Faserwerkstoffe in Abhängigkeit der gewünschten Anforderungen, wie beispielsweise Steifigkeit, Festigkeit, Impact-Detektierung, usw., verwendet werden. Hierbei können beispielsweise die Lagen der inneren Laminatschicht aus Kohlefasern, die Lagen der äußeren Laminatschicht aus Glasfasern hergestellt werden. Durch die oberflächliche Beschädigung der äußeren Laminatschicht zur Darstellung der planen Anbindungsflächen im Fräsvorgang werden nur die Glasfasern jedoch nicht die Kohlefasern der inneren Laminatschicht freigesetzt. Daher bleiben die strukturellen Eigenschaften des Kohlefasermatrixverbunds erhalten, zudem können korrosive Wechselwirkungen zu metallischen Bauteilen im Anbindungsbereich der Karosseriestruktur des Fahrzeugs vermieden werden.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Druckbehälters kann die Außenhülle einen fluiddichten Innenbehälter aus Metall oder aus faserverstärktem Kunststoff oder aus unverstärktem Kunststoff flächig umschließen.
  • In vorteilhafter Ausgestaltung des Verfahrens zur Herstellung einer Außenhülle für einen solchen Druckbehälter kann der jeweilige Wickeldorn zumindest im Bereich der auszubildenden Befestigungselemente einen polygonalen und auf die auszubildenden planen Anschlussflächen angepassten polygonalen Querschnitt aufweisen. Dadurch entstehen für die Innenkontur der Mantelstruktur der Außenhülle unterschiedliche Radien in den Bereichen der runden Innenflächen und den Bereichen der planen Innenflächen. Dadurch ist die Fadenspannung im Wickelprozess ungleich, weshalb in den Bereichen mit höheren Radien Ablösungen des Fadens zum Werkzeugkern entstehen können. Es bilden sich in diesen Bereichen aufgrund des konstanten Radius der Außenkontur der Mantelstruktur der Außenhülle eine höhere Wanddicke und somit ein partiell niedrigerer Faservolumengehalt aus.
  • Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten 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. Es sind somit auch Ausführungen als von der Erfindung umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt oder erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung bezeichnen gleiche Bezugszeichen Komponenten bzw. Elemente, die gleiche bzw. analoge Funktionen ausführen. Hierbei zeigen:
    • 1 eine schematische perspektivische Darstellung eines Innenbehälters für einen erfindungsgemäßen Druckbehälter;
    • 2 eine schematische perspektivische Darstellung des mit einer Außenhülle umwickelten Innenbehälters aus 1 vor einer mechanischen Bearbeitung;
    • 3 eine schematische Schnittdarstellung der Außenhülle im Bereich eines hohlzylindrischen Fortsatzes,
    • 4 eine Darstellung eines Details IV aus 3,
    • 5 eine schematische perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Druckbehälters; und
    • 6 eine Darstellung eines Details VI aus 5.
  • Wie aus 1 bis 6 ersichtlich ist, umfasst das dargestellte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Druckbehälters 10 eine Außenhülle 12, welche einen zylinderähnlichen Mittelbereich 14 und zwei sich daran anschließende Endbereiche 16, 18 aufweist. An beiden axialen Enden des zylinderähnlichen Mittelbereichs 14 der Außenhülle 12 ist jeweils ein hohlzylindrischer Fortsatz 20 ausgebildet, welcher über den jeweiligen Endbereich 16, 18 übersteht.
  • Erfindungsgemäß geht der jeweilige hohlzylindrische Fortsatz 20 an seinem offenen Ende in mehrere Befestigungselemente 36 über, welche jeweils eine radial außen angeordnete plane Anbindungsfläche 38 aufweisen.
  • Wie aus 2 und 5 weiter ersichtlich ist, umschließt die Außenhülle 12 im dargestellten Ausführungsbeispiel den fluiddichten Innenbehälter 11 flächig. Der fluiddichte Innenbehälter 11 kann beispielsweise aus Metall oder aus faserverstärktem Kunststoff (CFK, GFK) oder aus unverstärktem Kunststoff hergestellt werden. Die Außenhülle 12 ist aus einem faserverstärkten, vorzugsweise einem endlosfaserverstärkten Kunststoff (CFK, GFK) gefertigt, welcher beispielweise ein kohlefaserverstärkter, vorzugsweise ein endloskohlefaserverstärkter Kunststoff (CFK) und/oder ein glasfaserverstärkter, vorzugsweise ein endlosglasfaserverstärkter Kunststoff (GFK) ist.
  • Gemäß dem Verfahren zur Herstellung einer Außenhülle 12 für einen Druckbehälter 10 wird der in 1 dargestellte Innenbehälter 11 und sich an beiden Enden axial anschließende nicht dargestellte Wickeldorne mit einem Endlosfasermaterial umwickelt, so dass an beiden axialen Enden 16, 18 des zylinderähnlichen Mittelbereichs 14 der Außenhülle 12 jeweils ein hohlzylindrischer Fortsatz 20 ausgebildet wird, welcher über den jeweiligen Endbereich 16, 18 übersteht, wie aus 2 weiter ersichtlich ist. Anschließend wird das gewickelte Endlosfasermaterial mit einem Matrixmaterial versehen. Alternativ können die Endlosfasern bereits mit dem Matrixsystem vorimprägniert sein. Anschließend härtet die Außenhülle 12 aus. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist der jeweilige Wickeldorn zumindest im Bereich der auszubildenden Befestigungselemente 36 einen polygonalen und auf die auszubildenden planen Anschlussflächen 38 angepassten polygonalen Querschnitt auf.
  • Wie aus 3 und 4 weiter ersichtlich ist, weisen zumindest die hohlzylindrischen Fortsätze 20 der Außenhülle 12 eine runde Außenkontur 24 und eine vieleckige Innenkontur 22 auf, welche zwischen benachbarten Ecken plane Innenflächen 26 und runde Innenflächen 28 aufweist. Wie aus 3 und 4 weiter ersichtlich ist, ist die Innenkontur 22 sechzehneckig mit acht planen und acht runden sich abwechselnden Innenflächen 26, 28 ausgeführt. In den Winkelbereichen der planen Innenflächen 26 ist der Wickelradius der Innenkontur 22 deutlich größer als an den runden Innenflächen 28 der Innenkontur. Dadurch ist die Fadenspannung im Wickelprozess ungleich, weshalb in den Bereichen mit höheren Radien Ablösungen des Fadens zum Werkzeugkern entstehen können. Es bilden sich in diesen Bereichen aufgrund des konstanten Radius der Außenkontur 24 der Mantelstruktur 30 der Außenhülle 12 eine höhere Wanddicke und somit ein partiell niedrigerer Faservolumengehalt aus.
  • Wie insbesondere aus 3 und 4 weiter ersichtlich ist, weist die Außenhülle 12 zumindest im Bereich der Befestigungselemente 36 eine Mantelstruktur 30 mit einer radial inneren Laminatschicht 32 und einer radial äußeren Laminatschicht 34 auf. Zur Generierung der Mantelstruktur 30 können verschiedene Faserwerkstoffe gemäß den gewünschten Anforderungen, wie Steifigkeit, Festigkeit, Impact-Detektierung usw. verwendet werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die innere Laminatschicht 32 aus Kohlefaserlagen hergestellt, und die äußere Laminatschicht 34 ist aus Glasfaserlagen hergestellt.
  • Nach dem Aushärten der Außenhülle 12 werden die Fortsätze 20 erfindungsgemäß derart mechanisch bearbeitet, dass daraus die Befestigungselemente 36 mit den jeweiligen planen Anschlussflächen 38 ausgeformt werden. Hierbei werden die Befestigungselemente 36 durch eine erste spanabhebende Nachbearbeitung, beispielsweise durch Fräsen oder Schneiden, in den jeweiligen hohlzylindrischen Fortsatz 20 eingebracht. Anschließend werden die planen Anbindungsflächen 38 durch eine zweite spanabhebende Nachbearbeitung, beispielsweise durch Fräsen, in die Befestigungselemente 36 eingebracht. Wie aus 5 und 6 weiter ersichtlich ist, sind die Befestigungselemente 36 im dargestellten Ausführungsbeispiel als Laschen 36A ausgeführt, welche jeweils eine Befestigungsöffnung aufweisen. Durch die Befestigungsöffnungen können Schrauben geführt werden, um den Druckbehälter 10 mit einer nicht dargestellten Karosseriestruktur eines Fahrzeugs zu verschrauben.
  • Zudem sind die planen Anbindungsflächen 38 im Bereich der planen Innenflächen 26 ausgebildet. Des Weiteren bleibt die radial innere Laminatschicht 32 beim Ausformen der planen Anschlussflächen 38 unbeschädigt. Somit werden durch die oberflächliche Beschädigung der äußeren Laminatschicht 34 zur Darstellung der planen Anbindungsflächen 38 im Fräsvorgang nur die Glasfasern der äußeren Laminatschicht 34 jedoch nicht die Kohlefasern der inneren Laminatschicht 32 freigesetzt. Daher bleiben die strukturellen Eigenschaften des Kohlefasermatrixverbunds der inneren Laminatschicht 32 in vorteilhafter Weise erhalten. Außerdem werden korrosive Wechselwirkungen zu metallischen Bauteilen im Anbindungsbereich der Karosseriestruktur des Fahrzeugs in vorteilhafter Weise vermieden.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Druckbehälter
    11
    Innenbehälter
    12
    Außenhülle
    14
    Mittelbereich
    16, 18
    Endbereich
    20
    Fortsatz
    22
    Innenkontur
    24
    Außenkontur
    26
    plane Innenfläche
    28
    runde Innenfläche
    30
    Mantelstruktur
    32
    innere Laminatschicht
    34
    äußere Laminatschicht
    36 i
    Befestigungselement
    36A
    Lasche
    38
    Anbindungsfläche

Claims (14)

  1. Druckbehälter (10) mit einer Außenhülle (12), welche einen zylinderähnlichen Mittelbereich (14) und zwei sich daran anschließende Endbereiche (16, 18) aufweist, wobei an beiden axialen Enden des zylinderähnlichen Mittelbereichs (14) der Außenhülle (12) jeweils ein hohlzylindrischer Fortsatz (20) ausgebildet ist, welcher über den jeweiligen Endbereich (16, 18) übersteht, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige hohlzylindrische Fortsatz (20) an seinem offenen Ende in mehrere Befestigungselemente (36) übergeht, welche jeweils eine radial außen angeordnete plane Anbindungsfläche (38) aufweisen, wobei die Befestigungselemente (36) durch eine erste spanabhebende Nachbearbeitung in den jeweiligen hohlzylindrischen Fortsatz (20) eingebracht sind und die planen Anbindungsflächen (38) durch eine zweite spanabhebende Nachbearbeitung in die Befestigungselemente (36) eingebracht sind.
  2. Druckbehälter (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungselemente (36) als Laschen (36A) ausgeführt sind.
  3. Druckbehälter (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der hohlzylindrische Fortsatz (20) der Außenhülle (12) eine runde Außenkontur (24) und eine vieleckige Innenkontur (22) aufweist, welche zwischen benachbarten Ecken plane Innenflächen (26) und/oder runde Innenflächen (28) aufweist.
  4. Druckbehälter (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die planen Anbindungsflächen (38) im Bereich der planen Innenflächen (26) ausgebildet sind.
  5. Druckbehälter (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenhülle (12) aus einem faserverstärkten, vorzugsweise einem endlosfaserverstärkten Kunststoff (CFK, GFK) gefertigt ist.
  6. Druckbehälter (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenhülle (12) zumindest im Bereich der Befestigungselemente (36) eine Mantelstruktur (30) mit einer radial inneren Laminatschicht (32) und einer radial äußeren Laminatschicht (34) aufweist.
  7. Druckbehälter (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Laminatschichten (32, 34) verschiedene Fasermaterialien aufweisen, wobei die radial innere Laminatschicht (32) beim Ausformen der planen Anbindungsflächen (38) unbeschädigt bleibt.
  8. Druckbehälter (10) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserverbundkunststoff ein kohlefaserverstärkter, vorzugsweise ein endloskohlefaserverstärkter Kunststoff (CFK) oder ein glasfaserverstärkter, vorzugsweise ein endlosglasfaserverstärkter Kunststoff (GFK) ist.
  9. Druckbehälter (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenhülle (12) einen fluiddichten Innenbehälter (11) aus Metall oder aus faserverstärktem Kunststoff (CFK, GFK) oder aus unverstärktem Kunststoff flächig umschließt.
  10. Verfahren zur Herstellung einer Außenhülle (12) für einen Druckbehälter (10), welcher nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet ist, mit den Schritten: - Umwickeln eines Innenbehälters (11) und/oder eines jeweiligen sich axial an diesen anschließenden Wickeldorns mit einem Endlosfasermaterial, so dass an beiden axialen Enden des zylinderähnlichen Mittelbereichs (14) der Außenhülle (12) jeweils ein hohlzylindrischer Fortsatz (20) ausgebildet ist, welcher über den jeweiligen Endbereich (16, 18) übersteht, - Aushärten der Außenhülle (12), und - mechanisches Bearbeiten des jeweiligen Fortsatzes (20) derart, dass daraus die Befestigungselemente (36) mit den jeweiligen planen Anbindungsflächen (38) ausgeformt werden, wobei die Befestigungselemente (36) durch eine erste spanabhebende Nachbearbeitung in den jeweiligen hohlzylindrischen Fortsatz (20) eingebracht werden und anschließend die planen Anbindungsflächen (38) durch eine zweite spanabhebende Nachbearbeitung in die Befestigungselemente (36) eingebracht werden.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungselemente (36) durch Fräsen oder Schneiden in den jeweiligen hohlzylindrischen Fortsatz (20) eingebracht werden und die planen Anbindungsflächen (38) durch Fräsen in die Befestigungselemente (36) eingebracht werden.
  12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das gewickelte Endlosfasermaterial vor dem Aushärten mit einem Matrixmaterial versehen wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Endlosfasern bereits mit einem Matrixsystem vorimprägniert werden.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Wickeldorn zumindest im Bereich der auszubildenden Befestigungselemente (36) einen polygonalen und auf die auszubildenden planen Anbindungsflächen (38) angepassten polygonalen Querschnitt aufweist.
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