DE102018204805B4 - Druckbehälter sowie Verfahren zur Anbindung des Druckbehälters und Verfahren zum Herstellen eines hohlzylindrischen Fortsatzes der Außenhülle - Google Patents

Druckbehälter sowie Verfahren zur Anbindung des Druckbehälters und Verfahren zum Herstellen eines hohlzylindrischen Fortsatzes der Außenhülle Download PDF

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Abstract

Druckbehälter (10) mit einer Außenhülle (12), welche einen fluiddichten Innenbehälter (11) flächig umschließt und 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) zu seinem offenen Ende hin mit einem hohlzylindrischen, zug- und/oder druckelastischen Ausgleichsbereich (22) ausgebildet ist, welcher in mehrere zug- und/oder druckelastische, laschenähnliche Ausgleichselemente (24) übergeht, an deren Ende jeweils ein Befestigungselement (26) ausgebildet ist, welche dafür geeignet sind, mit entsprechenden Befestigungselementen (32) einer Karosseriestruktur (30) eine torsionssteife Verbindung einzugehen, wobei die laschenähnlichen Ausgleichselemente (24) bereichsweise unterschiedliche Steifigkeiten aufweisen, um die zug- und/oder druckelastischen Eigenschaften zu erzielen und eine Ausdehnung des Innenbehälters (11) entlang seiner Längsachse (LA) und eine Querschnittsvergrößerung senkrecht zur Längsachse (LA) zu ermöglichen.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Druckbehälter gemäß der Gattung des Patentanspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Anbindung eines solchen Druckbehälters in eine Karosseriestruktur sowie ein Verfahren zum Herstellen eines hohlzylindrischen Fortsatzes einer Außenhülle eines solchen Druckbehälters.
  • Druckbehälter und korrespondierende Verfahren zur Anbindung eines solchen Druckbehälters in eine Karosseriestruktur und ein Verfahren zum Wickeln eines hohlzylindrischen Fortsatzes einer Außenhülle eines solchen Druckbehälters sind in zahlreichen Variationen bekannt. Allgemein können solche Druckbehälter beispielsweise mit Gasen oder druckverflüssigten Gasen befüllt werden und daher eine erhebliche Energiemenge speichern. Aufgrund der Ausdehnung von Druckbehältern mit sehr hohen Fülldrücken und der daraus resultierenden Längenänderung in axialer sowie radialer Richtung während des Befüllens bzw. eine Druckbeaufschlagung werden diese Druckbehälter üblicherweise mittels flexibler Tankspannbänder an der Fahrzeugstruktur befestigt. Diese Tankspannbänder ermöglichen einen Toleranzausgleich beim Befüllen des Behälters, bieten jedoch keinen strukturellen Einfluss der Behältersteifigkeit auf die Karosserie des Fahrzeugs. Dadurch wird die Längenänderung des Drucktanks nicht durch die Karosserie beeinträchtigt und die Übertragung der Crashenergie erfolgt einzig durch die Bauteile bzw. Lastpfade der Karosserie.
  • Zwar sind bereits mehrere Anbindungskonzepte für Druckbehälter in eine Karosseriestruktur bekannt, diese weisen jedoch in der Regel eine Fest- und/oder Loslageraufnahme zum Toleranzausgleich auf und/oder benötigen aufgrund der Montagezugänglichkeit eine Vielzahl von Zusatzhaltern zur Realisierung ausreichender Anbindungspunkte zur Fahrzeugstruktur.
  • Ein Druckbehälter, welcher in einem heckseitigen Laderaum oder unterflurig im Bereich eines Mitteltunnels der Fahrzeugkarosserie eines Fahrzeugs verbaut sein kann, 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 einem sogenannten Typ-4-Hochdruckbehälter für Erdgas 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 2010/0327573 A1 ist ein Kraftfahrzeugrahmen mit parallelen Längsträgern und mindestens einem aus einem Rohr gebildeten Querträger bekannt. Das Rohr ist an seinen gegenüberliegenden Enden durch eine erste und eine zweite Montageplatte abgedichtet, um einen abgedichteten; geschlossenen Raum für die Lagerung von Flüssigkeiten bereitzustellen. Die Montageplatten liegen direkt an den Längsträgern zur Befestigung des Querträgers am Fahrzeugrahmen an.
  • Aus der US 2013/0320129 A1 ist eine Wickelvorrichtung zum Wickeln eines Faserbündels auf die Oberfläche eines Liners bekannt, die so konfiguriert ist, dass die Endposition einer Faserschicht eines Kuppelabschnitts des Liners leicht korrigiert werden kann.
  • 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 nächstliegenden 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 bereitzustellen, welcher in einfacher Weise als Versteifungselement in die Karosseriestruktur eingebunden werden kann und einen füllstandsunabhängigen Toleranzausgleich ermöglicht, sowie auch ein Verfahren zur Anbindung eines solchen Druckbehälters in eine Karosseriestruktur und ein Verfahren zum Herstellen eines hohlzylindrischen Fortsatzes einer Außenhülle eines solchen Druckbehälters bereitzustellen.
  • Diese Aufgabe wird durch einen Druckbehälter mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch ein Verfahren zur Anbindung eines solchen Druckbehälters in eine Karosseriestruktur mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 und durch ein Verfahren zum Herstellen eines hohlzylindrischen Fortsatzes einer Außenhülle eines solchen Druckbehälters mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
  • Um einen Druckbehälter sowie ein Verfahren zur Anbindung eines solchen Druckbehälters in eine Karosseriestruktur bereitzustellen, welcher in einfacher Weise als Versteifungselement in die Karosseriestruktur eingebunden werden kann und einen füllstandsunabhängigen Toleranzausgleich ermöglicht, sind die hohlzylindrischen Fortsätze (der Außenhülle) zu ihren offenen Enden hin jeweils mit einem hohlzylindrischen, zug- und/oder druckelastischen Ausgleichsbereich ausgebildet, welcher in mehrere zug- und/oder druckelastische, laschenähnliche Ausgleichselemente übergeht, an deren Ende jeweils ein Befestigungselement ausgebildet ist, welche dafür geeignet sind, mit entsprechenden Befestigungselementen einer Karosseriestruktur eine torsionssteife Verbindung einzugehen. Der Druckbehälter umfasst eine Außenhülle, welche einen fluiddichten Innenbehälter flächig umschließt und einen zylinderähnlichen Mittelbereich und zwei sich daran anschließende Endbereiche aufweist. An beiden axialen Enden des zylinderähnlichen Mittelbereichs der Außenhülle ist jeweils ein solcher hohlzylindrischer Fortsatz ausgebildet, welcher über den jeweiligen Endbereich übersteht.
  • Die korrespondierende Karosseriestruktur, an welche der Druckbehälter eingebunden werden soll, weist an Form und Anordnung der laschenähnlichen Ausgleichselemente angepasste Gegenelemente auf. Hierbei sind die Befestigungselemente der Ausgleichselemente und die Gegenelemente in einer Einsatzposition des Druckbehälters durch eine Drehbewegung des Druckbehälters um seine Längsachse ineinander verschiebbar und bilden dadurch eine formschlüssige Verbindung aus. Das Verfahren zur Anbindung eines solchen Druckbehälters in eine Karosseriestruktur umfasst die Schritte: Ausrichten des Druckbehälters derart, dass der Druckbehälter von einer offenen Seite der Karosseriestruktur senkrecht zu seiner Längsachse in die Karosseriestruktur einführbar ist, wobei der Druckbehälter zum Ausrichten um seine Längsachse so gedreht wird, dass sich die Befestigungselemente und die Gegenelemente beim Einführen nicht gegenseitig behindern. Einführen des Druckbehälters in die Karosseriestruktur bis die Einsatzposition erreicht ist, und Drehen des Druckbehälters um seine Längsachse derart, dass eine formschlüssige Verbindung mit der Karosseriestruktur hergestellt ist.
  • Ein nicht erfindungsgemäßes Werkzeug zum Herstellen der hohlzylindrischen Fortsätze der Außenhülle des Druckbehälters umfasst einen Wickeldorn, durch dessen Außenradius beim Wickeln ein Innenradius des hohlzylindrischen Fortsatzes vorgegeben ist. Der Wickeldorn ist von einem ersten Zustand mit einem vorgegebenen Wickelradius und einem sich daraus ergebenden Querschnitt in einen zweiten Zustand mit einem geringeren Querschnitt überführbar. Hierzu kann der Wickeldorn beispielsweise mehrteilig ausgeführt werden, wobei die Überführung vom ersten in den zweiten Zustand dann durch eine Zerlegung erfolgt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen des hohlzylindrischen Fortsatzes der Außenhülle des Druckbehälters mittels eines solchen Werkzeugs umfasst die Schritte: Überführung des Wickeldorns in seinen ersten Zustand, Wickeln des hohlzylindrischen Fortsatzes, Überführen des Wickeldorns in seinen zweiten Zustand und Herausnehmen des Wickeldorns aus dem hohlzylindrischen Fortsatz. Die Ausgleichselemente werden durch spanabhebende Nachbearbeitung (s. u.) in den hohlzylindrischen Fortsatz eingebracht.
  • Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Druckbehälters zeichnen sich dadurch aus, dass der strukturell angebundene Druckbehälter aufgrund des im Faserverbund auslegbaren elastischen Ausgleichbereichs einen Toleranzausgleich ermöglicht, jedoch auch Kräfte aus der Fahrzeugstruktur, wie beispielsweise Biege- und Torsionskräfte aus der Karosseriesteifigkeit sowie zusätzliche Kräfte aus Crashlastfällen, übertragen und somit erheblich zur Erhöhung der Leichtbaugüte und Crashsicherheit der Karosserie beitragen kann.
  • Die Ausgleichselemente können durch eine spanabhebende Nachbearbeitung, insbesondere durch Fräsen oder Schneiden, in den hohlzylindrischer Fortsatz eingebracht werden.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die laschenähnlichen Ausgleichselemente bereichsweise unterschiedliche Steifigkeiten aufweisen. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Druckbehälters kann auch der hohlzylindrische Ausgleichsbereich bereichsweise unterschiedliche Steifigkeiten aufweisen. Bei der Herstellung des Ausgleichsbereichs und/oder der laschenähnlichen Ausgleichselemente und/oder der Befestigungselemente können verschiedene Faserwerkstoffe, Faserverbunde und/oder Laminatstrukturen in Abhängigkeit der gewünschten Anforderungen, wie beispielsweise Steifigkeit, Festigkeit, Flexibilität, Elastizität usw., verwendet werden. So können die Außenhülle und die hohlzylindrischen Fortsätze beispielsweise aus einem faserverstärkten, vorzugsweise einem endlosfaserverstärkten Kunststoff (CFK, GFK) gefertigt werden, der beispielsweise ein kohlefaserverstärkter, vorzugsweise ein endloskohlefaserverstärkter Kunststoff (CFK), oder ein glasfaserverstärkter, vorzugsweise ein endlosglasfaserverstärkter Kunststoff (GFK) ist.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Druckbehälters kann der fluiddichte Innenbehälter aus Metall oder aus faserverstärktem Kunststoff oder aus unverstärktem Kunststoff bestehen.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Druckbehälters können mehrere laschenähnliche Ausgleichselemente mit den Befestigungselementen über den Umfang des hohlzylindrischen Fortsatzes äquidistant verteilt angeordnet werden.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Verfahrens zur Anbindung eines solchen Druckbehälters in eine Karosseriestruktur kann zwischen den Befestigungselementen des Druckbehälters und den Gegenelementen der Karosseriestruktur zusätzlich eine kraftschlüssige und/oder stoffschlüssige Verbindung hergestellt werden. Die Befestigungselemente und die Gegenelemente können beispielsweise miteinander verschraubt und/oder verklebt und/oder verclipst werden.
  • 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.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden 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 Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Druckbehälters in einem ersten Zustand;
    • 2 eine schematische perspektivische Darstellung des Druckbehälters aus 1 aus einem anderen Blickwinkel;
    • 3 eine schematische perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen Druckbehälters aus 1 und 2 in einem ausgedehnten zweiten Zustand;
    • 4 eine Darstellung eines Details IV aus 1,
    • 5 eine Darstellung eines Details V aus 3,
    • 6 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Druckbehälters und einer korrespondierenden Karosseriestruktur vor dem Einführen des Druckbehälters;
    • 7 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Druckbehälters und der korrespondierenden Karosseriestruktur aus 6 während des Einführens des Druckbehälters;
    • 8 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Druckbehälters und der korrespondierenden Karosseriestruktur aus 6 und 7 nach dem Herstellen der formschlüssigen Verbindung;
    • 9 eine schematische Darstellung eines Abschnitts des Druckbehälters aus 1 bis 8 mit einem Wickelwerkzeug während eines Wickelvorgangs eines hohlzylindrischen Fortsatzes des Druckbehälters; und
    • 10 eine Darstellung eines Details X aus 9.
  • Wie aus 1 bis 10 ersichtlich ist, umfasst das dargestellte Ausführungsbeispiel eines 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 ist der jeweilige hohlzylindrische Fortsatz 20 an seinem offenen Ende als hohlzylindrischer, zug- und/oder druckelastischer Ausgleichsbereich 22 ausgebildet, welcher in mehrere zug- und/oder druckelastische, laschenähnliche Ausgleichselemente 24 übergeht, an deren Ende jeweils ein Befestigungselement 26 ausgebildet ist, welche dafür geeignet sind, mit entsprechenden Befestigungselementen 32 einer Karosseriestruktur 30 eine torsionssteife Verbindung einzugehen.
  • Wie aus 1 bis 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 und der hohlzylindrische Fortsatz 20 sind 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.
  • Die Ausgleichselemente 24 werden durch eine spanabhebende Nachbearbeitung in den hohlzylindrischer Fortsatz 20 eingebracht. Hierbei weisen der Ausgleichsbereich 22 und/oder die laschenähnlichen Ausgleichselemente 24 bereichsweise unterschiedliche Steifigkeiten auf, um die gewünschten zug- und/oder druckelastischen Eigenschaften zu erzielen. Wie aus 4 und 5 weiter ersichtlich ist, ermöglichen der Ausgleichsbereich 22 und/oder die laschenähnlichen Ausgleichselemente 24 eine Ausdehnung des Innenbehälters 11 entlang seiner Längsachse LA und eine Querschnittsvergrößerung senkrecht zur Längsachse.
  • Wie aus 1 bis 8 weiter ersichtlich ist, sind im dargestellten Ausführungsbeispiel vier laschenähnliche Ausgleichselemente 24 mit den Befestigungselementen 26 über den Umfang des hohlzylindrischen Fortsatzes 20 äquidistant verteilt angeordnet.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Anbindung eines solchen Druckbehälters 10 in eine Karosseriestruktur 30 wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 6 bis 8 beschrieben. Wie aus 6 bis 8 weiter ersichtlich ist, weist die Karosseriestruktur 30 an Form und Anordnung der laschenähnlichen Ausgleichselemente 24 angepasste Gegenelemente 32 auf. Hierbei sind die Befestigungselemente 26 der Ausgleichselemente 24 und die Gegenelemente 32 in einer Einsatzposition des Druckbehälters 10 durch eine Drehbewegung des Druckbehälters 10 um seine Längsachse LA ineinander verschiebbar und bilden dadurch eine formschlüssige Verbindung aus. Wie aus 6 und 7 ersichtlich ist, wird der Druckbehälter 10 derart ausgerichtet, dass der Druckbehälter 10 von einer offenen Seite der Karosseriestruktur 30 senkrecht zu seiner Längsachse LA in die Karosseriestruktur 30 einführbar ist. Zum Ausrichten wird der Druckbehälter 10 um seine Längsachse LA so gedreht, dass sich die Befestigungselemente 26 und die Gegenelemente 32 beim Einführen nicht gegenseitig behindern, wie aus 7 ersichtlich ist. Wie aus 7 weiter ersichtlich ist, wird der Druckbehälter 10 in die Karosseriestruktur 30 eingeführt, bis die Einsatzposition erreicht ist. Dann wird der Druckbehälter 10 um seine Längsachse LA derart gedreht, dass eine formschlüssige Verbindung mit der Karosseriestruktur 30 hergestellt ist, wie aus 8 ersichtlich ist.
  • Zusätzlich wird zwischen den Befestigungselementen 26 des Druckbehälters 10 und den Gegenelementen 32 der Karosseriestruktur 30 eine kraftschlüssige und/oder stoffschlüssige Verbindung hergestellt. Hierzu können die Befestigungselemente 26 und die Gegenelemente 32 beispielsweise miteinander verschraubt und/oder verklebt und/oder verclipst werden.
  • Wie aus 9 und 10 weiter ersichtlich ist, umfasst das Werkzeug zum Herstellen des hohlzylindrischen Fortsatzes 20 der Außenhülle 12 des Druckbehälters 10 mit dem zylinderähnlichen Mittelbereich 14 und zwei sich daran anschließenden Endbereichen 16, 18 einen Wickeldorn 40, durch dessen Außenradius beim Wickeln ein Innenradius des hohlzylindrischen Fortsatzes 20 vorgegeben ist. Hierbei ist der Wickeldorn 40 von einem dargestellten ersten Zustand mit einem vorgegebenen Wickelradius und einem sich daraus ergebenden Querschnitt in einen zweiten Zustand mit einem geringeren Querschnitt überführbar.
  • Wie aus 9 weiter ersichtlich ist, ist der Wickeldorn 40 mehrteilig ausgeführt und die Überführung vom ersten in den zweiten Zustand erfolgt durch eine Zerlegung des Wickeldorns 40, indem zuerst ein erster Dornteil 42 und dann ein zweiter Dornteil 44 aus dem gewickelten Fortsatz 20 entfernt wird.
  • Das Verfahren zum Herstellen des hohlzylindrischen Fortsatzes 20 der Außenhülle 12 des Druckbehälters 10 mittels eines solchen Werkzeugs umfasst die Schritte: Überführung des Wickeldorns 40 in seinen ersten Zustand, Wickeln des hohlzylindrischen Fortsatzes 20, Überführen des Wickeldorns 40 in seinen zweiten Zustand und Herausnehmen des Wickeldorns 40 aus dem hohlzylindrischen Fortsatz 20. Die Ausgleichselemente 24 werden durch eine spanabhebende Nachbearbeitung in den hohlzylindrischer Fortsatz 20 eingebracht.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Druckbehälter
    11
    Innenbehälter
    12
    Außenhülle
    14
    Mittelbereich
    16, 18
    Endbereich
    20
    Fortsatz
    22
    zug- und/oder druckelastischer Ausgleichsbereich
    24
    zug- und/oder druckelastisches Ausgleichselement
    26
    torsionssteifes Befestigungselement
    30
    Karosseriestruktur
    32
    karosserieseitige Gegenelemente
    40
    Wickeldorn
    42
    erster Teildorn
    44
    zweiter Teildorn
    LA
    Längsachse

Claims (12)

  1. Druckbehälter (10) mit einer Außenhülle (12), welche einen fluiddichten Innenbehälter (11) flächig umschließt und 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) zu seinem offenen Ende hin mit einem hohlzylindrischen, zug- und/oder druckelastischen Ausgleichsbereich (22) ausgebildet ist, welcher in mehrere zug- und/oder druckelastische, laschenähnliche Ausgleichselemente (24) übergeht, an deren Ende jeweils ein Befestigungselement (26) ausgebildet ist, welche dafür geeignet sind, mit entsprechenden Befestigungselementen (32) einer Karosseriestruktur (30) eine torsionssteife Verbindung einzugehen, wobei die laschenähnlichen Ausgleichselemente (24) bereichsweise unterschiedliche Steifigkeiten aufweisen, um die zug- und/oder druckelastischen Eigenschaften zu erzielen und eine Ausdehnung des Innenbehälters (11) entlang seiner Längsachse (LA) und eine Querschnittsvergrößerung senkrecht zur Längsachse (LA) zu ermöglichen.
  2. Druckbehälter (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichselemente (24) durch eine spanabhebende Nachbearbeitung in den hohlzylindrischen Fortsatz (20) eingebracht sind.
  3. Druckbehälter (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auch der hohlzylindrische Ausgleichsbereich (22) bereichsweise unterschiedliche Steifigkeiten aufweist.
  4. Druckbehälter (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenhülle (12) und der hohlzylindrische Fortsatz (20) aus einem faserverstärkten Kunststoff (CFK, GFK), vorzugsweise einem endlosfaserverstärkten Kunststoff (CFK, GFK), gefertigt sind.
  5. Druckbehälter (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der faserverstärkte Kunststoff ein kohlefaserverstärkter Kunststoff (CFK), vorzugsweise ein endloskohlefaserverstärkter Kunststoff (CFK), oder ein glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK), vorzugsweise ein endlosglasfaserverstärkter Kunststoff (GFK), ist.
  6. Druckbehälter (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der fluiddichte Innenbehälter (11) aus Metall oder aus faserverstärktem Kunststoff (CFK, GFK) oder aus unverstärktem Kunststoff besteht.
  7. Druckbehälter (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere laschenähnliche Ausgleichselemente (24) mit den Befestigungselementen (26) über den Umfang des hohlzylindrischen Fortsatzes (20) äquidistant verteilt angeordnet sind.
  8. Verfahren zur Anbindung eines Druckbehälter (10), welcher nach Anspruch 7 ausgebildet ist, in eine Karosseriestruktur (30), welche an Form und Anordnung der laschenähnlichen Ausgleichselemente (24) angepasste Gegenelemente (32) aufweist, wobei die Befestigungselemente (26) der Ausgleichselemente (24) und die Gegenelemente (32) in einer Einsatzposition des Druckbehälters (10) durch eine Drehbewegung des Druckbehälters (10) um seine Längsachse (LA) ineinander verschiebbar sind und dadurch eine formschlüssige Verbindung ausbilden, mit den Schritten: - Ausrichten des Druckbehälters (10) derart, dass der Druckbehälter von einer offenen Seite der Karosseriestruktur (30) senkrecht zu seiner Längsachse (LA) in die Karosseriestruktur (30) einführbar ist, wobei der Druckbehälter (10) zum Ausrichten um seine Längsachse (LA) so gedreht wird, dass sich die Befestigungselemente (26) und die Gegenelemente (32) beim Einführen nicht gegenseitig behindern; - Einführen des Druckbehälters (10) in die Karosseriestruktur (30) bis die Einsatzposition erreicht ist; und - Drehen des Druckbehälters (10) um seine Längsachse (LA) derart, dass eine formschlüssige Verbindung mit der Karosseriestruktur (30) hergestellt ist.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Befestigungselementen (26) des Druckbehälters (10) und den Gegenelementen (32) der Karosseriestruktur (30) zusätzlich eine kraftschlüssige und/oder stoffschlüssige Verbindung hergestellt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungselemente (26) und die Gegenelemente (32) miteinander verschraubt und/oder verklebt und/oder verclipst werden.
  11. Verfahren zum Herstellen eines hohlzylindrischen Fortsatzes (20) einer Außenhülle (12) an einem Druckbehälter (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durch Wickeln, mit den Schritten: - Bereitstellen eines Werkzeugs mit einem Wickeldorn (40), durch dessen Außenradius beim Wickeln ein Innenradius des hohlzylindrischen Fortsatzes (20) der Außenhülle (12) vorgegeben ist, wobei der Wickeldorn (40) von einem ersten Zustand mit einem vorgegebenen Wickelradius und einem sich daraus ergebenden Querschnitt in einen zweiten Zustand mit einem geringeren Querschnitt überführbar ist; - Überführung des Wickeldorns (40) in seinen ersten Zustand; - Wickeln des hohlzylindrischen Fortsatzes (20); - Überführen des Wickeldorns (40) in seinen zweiten Zustand und Herausnehmen des Wickeldorns (40) aus dem hohlzylindrischen Fortsatz (20); und - Einbringen der laschenähnlichen Ausgleichselemente (24) in den hohlzylindrischen Fortsatz (20) durch eine spanabhebende Nachbearbeitung.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Wickeldorn (40) mehrteilig ausgeführt ist und die Überführung vom ersten in den zweiten Zustand durch eine Zerlegung erfolgt.
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