DE102019203544A1 - Drucktank zur Speicherung von Brennstoff in einem Kraftfahrzeug und Herstellverfahren (II) - Google Patents

Drucktank zur Speicherung von Brennstoff in einem Kraftfahrzeug und Herstellverfahren (II) Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen röhrenförmigen Drucktank (100) zur Speicherung von Brennstoff in einem Kraftfahrzeug, mit einem zylindrischen Hohlkörper (110), der an seinen beiden axialen Stirnseiten mit Endstücken (120) verschlossen ist. Erfindungsgemäß sind die Endstücke (120) in den offenen stirnseitigen Enden des zylindrischen Hohlkörpers (110) angeordnet und durch direkte formschlüssige Verpressung mit dem zylindrischen Hohlkörper (110) fixiert.Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines solchen röhrenförmigen Drucktanks (100).

Description

  • Die Erfindung betrifft einen röhrenförmigen Drucktank zur Speicherung von Brennstoff in einem Kraftfahrzeug. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines röhrenförmigen Drucktanks.
  • Betreffende Drucktanks werden in Kraftfahrzeugen zur Speicherung von Brennstoff, insbesondere zur Speicherung von Wasserstoff (H2) für einen Brennstoffzellenantrieb oder zur Speicherung von Erdgas (CNG) für einen Erdgasantrieb, verwendet. Solche Drucktanks und deren Herstellverfahren sind in den Patentschriften DE 10 2014 215 718 A1 , US 2015/0192251 A1 und DE 10 2017 107 110 A1 beschrieben.
  • In der deutschen Patentanmeldung 102018222302.5 ist ein neuartiger, vergleichsweise einfach herstellbarer Drucktank beschrieben, der einen zylindrischen Hohlkörper und zwei Endstücke, mit denen die stirnseitigen Enden des zylindrischen Hohlkörpers verschlossen sind, aufweist. Dieser Drucktank kann aufgrund seiner Bauform als röhrenförmiger bzw. rohrartiger Drucktank oder auch als Rohrspeicher bezeichnet werden. Die Endstücke können in die offenen stirnseitigen Enden des Hohlkörpers eingepresst, eingeklebt und/oder eingeschraubt werden. Ausgehend hiervon soll mit der Erfindung eine weitere Möglichkeit aufgezeigt werden, wie die Endstücke, insbesondere im Hinblick auf eine Serienfertigung, vergleichsweise einfach befestigt bzw. fixiert werden können.
  • Der erfindungsgemäße Drucktank des Patentanspruchs 1 weist eine besonders vorteilhafte Befestigung der Endstücke auf. Mit dem nebengeordneten Patentanspruch erstreckt sich die Erfindung auch auf ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Drucktanks. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich analog für den Drucktank und für das Verfahren aus den abhängigen Patentansprüchen, der nachfolgenden Erfindungsbeschreibung und der Zeichnung.
  • Der erfindungsgemäße röhrenförmige bzw. rohrartige Drucktank (Rohrspeicher) zur Speicherung von Brennstoff in einem Kraftfahrzeug weist einen zylindrischen Hohlkörper auf, der an seinen beiden axialen Stirnseiten mit Endstücken verschlossen ist, wobei die Endstücke in den offenen stirnseitigen Enden, d. h. in den Öffnungen an den stirnseitigen Enden des zylindrischen Hohlkörpers angeordnet und durch direkte formschlüssige Verpressung mit dem zylindrischen Hohlkörper fixiert sind.
  • Mit „fixiert“ ist eine mechanische Befestigung der Endstücke am zylindrischen Hohlkörper gemeint, sodass diese zumindest in axialer Richtung (translatorisch), insbesondere aber auch in Umfangsrichtung (rotatorisch), festgehalten werden. Die Fixierung bzw. Befestigung erfolgt durch direkten bzw. unmittelbaren Formschluss zwischen den Endstücken und dem Zylindrischen Hohlkörper bzw. der Hohlkörperwandung (Umfangswandung des zylindrischen Hohlköpers), insbesondere derart, dass sowohl in axialer Richtung als auch in radialer Richtung (d. h. senkrecht zur axialen Richtung) ein Formschluss besteht. Die erfindungsgemäße Fixierung der Endstücke durch formschlüssiges Verpressen ist sicher, ermöglicht eine ausreichende Kraftübertragung zwischen Endstück und zylindrischem Hohlkörper bzw. dessen Hohlkörperwandung und ist auch einfach herstellbar.
  • Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Endstücke (an ihren Außenumfangflächen) jeweils mit wenigstens einer zumindest teilweise, insbesondere vollständig, umlaufenden, nutartigen Vertiefung ausgebildet sind, wobei der zylindrische Hohlkörper (aufgrund der Verpressung) lokal im Bereich dieser Vertiefungen über seinen Umfang, insbesondere über seinen gesamten Umfang, so verformt ist, dass dieser formschlüssig in diese Vertiefungen eingreift. Der zylindrische Hohlkörper ist also aufgrund der Verpressung in die nutartigen Vertiefungen an den Endstücken eingearbeitet, insbesondere derart, dass nicht nur ein teilweiser, sondern ein vollständiger Formschluss, bei dem die nutartigen Vertiefungen vollständig ausgefüllt sind, besteht. Die Endstücke können jeweils mehrere, d. h. wenigstens zwei, axial hintereinander angeordnete nutartige Vertiefungen aufweisen, die insbesondere auch mit unterschiedlichen Nuttiefen und/oder Nutbreiten ausgebildet sein können. Dadurch ergibt sich zwischen den Endstücken und dem zylindrischen Hohlkörper ein besonders sicherer mehrfacher Formschluss.
  • Wie bereits in der deutschen Patentanmeldung 102018222302.5 gezeigt und beschrieben, besteht der zylindrische Hohlkörper nur aus einem (hohl)zylindrischen Abschnitt und weist an seinen Enden keine kuppelförmigen Abschnitte bzw. Dombereiche auf. Bevorzugt ist der zylindrische Hohlkörper aus einem Liner und einer auf den Liner aufgebrachten Faserummantelung gebildet. Der Liner ist insbesondere aus Kunststoff (z. B. Polyethylen oder Polyamid) oder Metall (z. B. Aluminium) gebildet. Die Faserummantelung ist insbesondere aus einem faserverstärkten, z. B. glas- oder kohlenstofffaserverstärkten, Kunststoff gebildet, insbesondere mit thermoplastischer Kunststoffmatrix (faserverstärkter thermoplastischer Kunststoff; s. u.). Die Faserummantelung ist insbesondere mittels Pultrusionsprozess auf den Liner aufgebracht. Die Endstücke können aus Metall gefertigt sein. Die Endstücke können auch aus Kunststoff (z. B. Polyamid), gegebenenfalls auch aus faserverstärktem Kunststoff, gefertigt sein.
  • Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Faserummantelung an den axialen Enden des zylindrischen Hohlkörpers bzw. im Bereich der stirnseitigen Enden (Endbereiche) des zylindrischen Hohlkörpers in axialer Richtung über den Liner übersteht, wobei die Endstücke (in diesen Überstandsbereichen) nur mit der Faserummantelung verpresst sind, d. h., die Endstücke sind durch direkte formschlüssige Verpressung mit der Faserummantelung des zylindrischen Hohlkörpers fixiert.
  • Auf den zylindrischen Hohlkörper können lokal im Bereich der Verpressungen mit den Endstücken Armierungen aufgebracht sein. Solche Armierungen können bspw. Hülsen oder Umwicklungen (Drahtumwicklungen, Faserbandumwicklungen oder dergleichen) sein. Die Armierungen bewirken sowohl eine Umfangsverstärkung als auch eine Verstärkung in radialer Richtung.
  • Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Endstücke nur mittels formschlüssiger Verpressung mit dem zylindrischen Hohlkörper bzw. dessen Hohlkörperwandung fixiert, d. h. am zylindrischen Hohlkörper befestigt sind. Ergänzend kann jedoch vorgesehen sein, dass die Endstücke zusätzlich mit dem zylindrischen Hohlkörper verklebt sind (der Klebstoff kann zugleich auch als Dichtung fungieren) und/oder mittels Sicherungsringen oder Sicherungsstiften am zylindrischen Hohlkörper fixiert sind.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen röhrenförmigen Drucktanks umfasst zumindest die folgenden Schritte:
    • - Bereitstellen des (vorgefertigten) zylindrischen Hohlkörpers und der (vorgefertigten) Endstücke;
    • - Verschließen der (offenen) Stirnseiten des zylindrischen Hohlkörpers mit den Endstücken, insbesondere durch (axiales) Einschieben der Endstücke, sodass diese zumindest teilweise in den offenen stirnseitigen Enden bzw. in den Öffnungen an den stirnseitigen Enden des Hohlkörpers angeordnet sind, wobei gegebenenfalls auch eine Verpressung und/oder Verklebung erfolgen kann;
    • - Fixieren der Endstücke durch formschlüssiges Verpressen mit dem zylindrischen Hohlkörper bzw. dessen Hohlkörperwandung; und
    • - gegebenenfalls Anbringen einer Armierung, z. B. durch Aufpressen einer Hülse oder durch Umwickeln mit einem Draht oder Faserband.
  • Wie bereits erläutert, kann der vorgefertigte zylindrische Hohlkörper einen Liner und eine auf den Liner aufgebrachte Faserummantelung, die aus einem faserverstärkten thermoplastischen Kunststoff gebildet ist, aufweisen. Für das formschlüssige Verpressen mit den zuvor angeordneten bzw. eingeschobenen Endstücken kann der zylindrische Hohlkörper (gegebenenfalls auch nur die Faserummantelung; s. u.) lokal erwärmt, verformt und wieder abgekühlt werden. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die aus einem faserverstärkten thermoplastischen Kunststoff gebildete Faserummantelung an den Enden des zylindrischen Hohlkörpers bzw. in den Endbereichen in axialer Richtung über den Liner übersteht (wie oben bereits erläutert) und nur in diesen Überstandsbereichen erwärmt und dann mit den Endstücken formschlüssig verpresst wird.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Die in den Figuren der Zeichnung gezeigten und/oder nachfolgend erläuterten Merkmale können, auch unabhängig von bestimmten Merkmalskombinationen, allgemeine Merkmale der Erfindung sein und die Erfindung entsprechend weiterbilden.
    • 1 zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung einen erfindungsgemäßen röhrenförmigen Drucktank.
    • 2 zeigt den röhrenförmigen Drucktank aus 1 vor dem formschlüssigen Verpressen zur Fixierung der Endstücke.
  • Der in 1 in einem Längsschnitt gezeigte röhrenförmige Drucktank 100 zur Speicherung von Brennstoff in einem Kraftfahrzeug weist eine Drucktankwandung 110 auf, die ein zylindrischer Hohlkörper ist. Der zylindrische Hohlkörper 110 bzw. dessen Hohlkörper- bzw. Umfangswandung ist mehrlagig aufgebaut, mit einem Liner (innere Lage) 112, der aus Kunststoff oder Metall gebildet ist, und einer auf den Liner 112 aufgebrachten Faserummantelung (äußere Lage) 114, die aus faserverstärktem thermoplastischen Kunststoff gebildet ist. In beiden Endbereichen des zylindrischen Hohlkörpers 110 ragt die Faserummantelung 114 in axialer Richtung über den Liner 112 hinaus bzw. steht über.
  • Der zylindrische Hohlkörper 110 ist an seinen beiden axialen Stirnseiten mit Endstücken 120 verschlossen und in geeigneter Weise abgedichtet (Dichtungen, wie bspw. O-Ringe, sind nicht gezeigt). Die Endstücke 120 weisen eine Axialbohrung 125 mit Anschlussgewinde auf, sodass ein Ventil, eine Anschlussleitung oder dergleichen angeschlossen werden kann. Bevorzugt sind die beiden Endstücke 120 identisch ausgebildet. Der Drucktank 100 weist keine kuppelförmigen (End)Abschnitte bzw. Dombereiche auf und ist somit kuppel- bzw. domfrei ausgebildet.
  • Die Endstücke 120 sind axial überstehend in den offenen stirnseitigen Enden des zylindrischen Hohlkörpers 110 angeordnet (die Endstücke 120 können auch bündig angeordnet sein) und durch direkte formschlüssige Verpressungen mit dem zylindrischen Hohlkörper 110 bzw. der Hohlkörperwandung fixiert und auf diese Weise am Hohlkörper 110 bzw. an der Hohlkörperwandung befestigt. Die formschlüssigen Verpressungen sind im Überstandsbereich der Faserummantelung 114 ausgebildet, sodass die Endstücke 120 nur mit der Faserummantelung 114 formschlüssig verpresst sind.
  • Hierzu sind die Endstücke 120 an ihren Umfangsflächen mit mehreren umlaufenden, nutartigen Vertiefungen 121, die axial hintereinander angeordnet sind, ausgebildet, wobei der zylindrische Hohlkörper 110 bzw. die Faserummantelung 114 lokal im Bereich dieser Vertiefungen 121 über den gesamten Umfang nach radial innen verformt ist, sodass dieser/diese formschlüssig in die Vertiefungen 121 eingreift. Zusätzlich können, wie nur für den rechten Endbereich gezeigt, äußere Armierungen 130 vorgesehen sein. Die nutartigen Vertiefungen 121 an den Endstücken 120 können, wie gezeigt, identisch ausgebildet sein. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die nutartigen Vertiefungen 121 mit unterschiedlichen Nuttiefen und/oder Nutbreiten ausgebildet sind. Bevorzugt sind die nutartigen Vertiefungen 121 mit verrundeten Nutquerschnitten ausgebildet.
  • Der röhrenförmige Drucktank 100 ist quasi mehrteilig ausgebildet, mit einem inneren Rohr 112, das an seinen axialen Enden Verschlüsse 120 aufweist, die an ihren Umfangsflächen mit Einbuchtungen 121 ausgebildet sind, und mit einem äußeren thermoplastischen Rohr 114, das formschlüssig in die Einbuchtungen 121 eingreift.
  • 2 zeigt den noch nicht fertig hergestellten röhrenförmigen Drucktank 100 vor dem formschlüssigen Verpressen der bereits eingesetzten bzw. eingeschobenen Endstücke 120 mit dem zylindrischen Hohlkörper 110 bzw. dessen Hohlkörperwandung. Für das formschlüssige Verpressen mit den Endstücken 120 wird der zylindrische Hohlkörper 120 bzw. die aus einem faserverstärkten thermoplastischen Kunststoff gebildete Faserummantelung 114 lokal erwärmt (siehe Bezugszeichen T), dann verformt (siehe Bezugszeichen p) bzw. radial eingedrückt und wieder abgekühlt, wobei der Formdruck p beim Abkühlen aufrecht erhalten bleibt, um eine Rückformung zu verhindern. Das Verformen bzw. das eigentliche Verpressen kann z. B. mittels Druckmedium oder geeignetem Presswerkzeug erfolgen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102014215718 A1 [0002]
    • US 2015/0192251 A1 [0002]
    • DE 102017107110 A1 [0002]
    • DE 102018222302 [0003, 0008]

Claims (10)

  1. Röhrenförmiger Drucktank (100) zur Speicherung von Brennstoff in einem Kraftfahrzeug, mit einem zylindrischen Hohlkörper (110), der an seinen beiden axialen Stirnseiten mit Endstücken (120) verschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Endstücke (120) in den offenen stirnseitigen Enden des zylindrischen Hohlkörpers (110) angeordnet und durch direkte formschlüssige Verpressung mit dem zylindrischen Hohlkörper (110) fixiert sind.
  2. Röhrenförmiger Drucktank (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Endstücke (120) jeweils mit wenigstens einer umlaufenden, nutartigen Vertiefung (121) ausgebildet sind, wobei der zylindrische Hohlkörper (110) lokal im Bereich dieser Vertiefungen (121) über seinen gesamten Umfang so verformt ist, dass dieser formschlüssig in diese Vertiefungen (121) eingreift.
  3. Röhrenförmiger Drucktank (100) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Endstücke (120) jeweils mehrere axial hintereinander angeordnete nutartige Vertiefungen (121) aufweisen.
  4. Röhrenförmiger Drucktank (100) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die nutartigen Vertiefungen (121) mit unterschiedlichen Nuttiefen und/oder Nutbreiten ausgebildet sind.
  5. Röhrenförmiger Drucktank (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrische Hohlkörper (110) einen Liner (112) und eine auf den Liner (112) aufgebrachte Faserummantelung (114), die im Bereich der stirnseitigen Enden in axialer Richtung über den Liner (112) übersteht, aufweist, wobei die Endstücke (120) nur mit der Faserummantelung (114) verpresst sind.
  6. Röhrenförmiger Drucktank (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf den zylindrischen Hohlkörper (110) lokal im Bereich der Verpressungen mit den Endstücken (120) Armierungen (130) aufgebracht sind.
  7. Röhrenförmiger Drucktank (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Endstücke (120) zusätzlich mit dem zylindrischen Hohlkörper (110) verklebt sind und/oder mittels Sicherungsringen oder Sicherungsstiften am zylindrischen Hohlkörper (110) fixiert sind.
  8. Röhrenförmiger Drucktank (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrische Hohlkörper (110) einen Liner (112) und eine auf den Liner (112) aufgebrachte Faserummantelung (114) aufweist, wobei die Faserummantelung (114) aus einem faserverstärkten thermoplastischen Kunststoff gebildet ist.
  9. Verfahren zur Herstellung eines röhrenförmigen Drucktanks (100) gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche, mit den Schritten: - Bereitstellen des zylindrischen Hohlkörpers (110) und der Endstücke (120); - Verschließen der Stirnseiten des zylindrischen Hohlkörpers (110) mit den Endstücken (120); - Fixieren der Endstücke (120) durch formschlüssiges Verpressen mit dem zylindrischen Hohlkörper (110).
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrische Hohlkörper (110) einen Liner (112) und eine auf den Liner (112) aufgebrachte Faserummantelung (114), die aus einem faserverstärkten thermoplastischen Kunststoff gebildet ist, aufweist, wobei der zylindrische Hohlkörper (110) für das formschlüssige Verpressen mit den Endstücken (120) lokal erwärmt, verformt und wieder abgekühlt wird.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011105627A1 (de) * 2010-07-02 2012-01-05 Gm Global Technology Operations Llc (N.D.Ges.D. Staates Delaware) Verbund-Druckbehälter und Verfahren zumZusammenbau desselben
US20180195668A1 (en) * 2017-01-06 2018-07-12 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha High-pressure container

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