DE102019212540B4 - Röhrenförmiger Drucktank zur Speicherung von Brennstoff in einem Kraftfahrzeug und Herstellverfahren (II) - Google Patents

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

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Abstract

Röhrenförmiger Drucktank (100) zur Speicherung von Brennstoff in einem Kraftfahrzeug, aufweisend einen zylindrischen Hohlkörper (110) und zwei Abschlussstücke (120), mit denen der Hohlkörper (110) beidseitig verschlossen ist,dadurch gekennzeichnet, dassdie Abschlussstücke (120) als Kappen ausgebildet und an der Außenfläche (111) des zylindrischen Hohlkörpers (110) befestigt sind,wobei die als Kappen ausgebildeten Abschlussstücke (120) eine Umfangswandung (122) aufweisen, die mit der Außenfläche (111) des zylindrischen Hohlkörpers (110) verklebt (K) ist, derart, dass sich zwischen der Innenfläche der Umfangswandung (122) am Abschlussstück (120) und der Außenfläche (111) des zylindrischen Hohlkörpers (110) ein Umfangsspalt (140) befindet, der vollständig mit Klebstoff (K) ausgefüllt ist, wobei die als Kappen ausgebildeten Abschlussstücke (120) ein integriertes Bohrungs- und Kanalsystem aufweisen, über das der Klebstoff (K) eingebracht und verteilt werden kann, welches wenigstens eine Einspritzöffnung (126), einen Ringverteilungskanal (127) und wenigstens eine Entlüftungsöffnung (128) umfasst, wobei der Ringverteilungskanal (127) eine umfängliche Verteilung des über die Einspritzöffnung (126) eingebrachten Klebstoffs (K) ermöglicht, bevor dieser in den Umfangsspalt (140) einfließt.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen röhrenförmigen Drucktank zur Speicherung von Brennstoff in einem Kraftfahrzeug gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines röhrenförmigen Drucktanks.
  • Ein betreffender röhrenförmiger Drucktank wird 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.
  • In der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2018 222 302 A1 ist ein neuartiger, vergleichsweise einfach herstellbarer Drucktank beschrieben, der einen zylindrischen Hohlkörper und zwei Endstücke (im Folgenden als Abschlussstücke bezeichnet), mit denen die stirnseitigen Enden des zylindrischen Hohlkörpers verschlossen sind, aufweist. Die Abschlussstücke können in die offenen stirnseitigen Enden des Hohlkörpers eingepresst, eingeklebt und/oder eingeschraubt werden.
  • Die US 2018 / 0 299 067 A1 offenbart einen Drucktank, der verklebte Abschlusstücke aufweist. Die Abschlussstücke sind hierbei als Einsätze ausgebildet, die mit der Innenumfangsfläche des Hohlkörpers verklebt sind. Die Verklebung erfolgt mithilfe von Bohrungen, die zum Einbringen des Klebstoffs in Klebspalten dienen.
  • Der erfindungsgemäße Drucktank des Patentanspruchs 1 weist eine optimierte Befestigung der Abschlussstücke 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 Herstellverfahren 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 im Wesentlichen zylindrischen bzw. rohrartigen Hohlkörper auf und zwei Abschlussstücke (Endstücke, Rohrabschlussteile), mit denen der zylindrische Hohlkörper beidseitig, d. h. an seinen beiden axialen Stirnseiten, verschlossen ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die (beiden) Abschlussstücke als Kappen ausgebildet und an der Außenfläche, d. h. an der Außenumfangsfläche bzw. Außenmantelfläche, des zylindrischen Hohlkörpers befestigt bzw. angebracht sind. Hierbei weisen die als Kappen ausgebildeten Abschlussstücke eine Umfangswandung auf, die mit der Außenfläche des zylindrischen Hohlkörpers derart verklebt sind, dass sich zwischen der Innenfläche der Umfangswandung am Abschlussstück und der Außenfläche des zylindrischen Hohlkörpers ein Umfangsspalt befindet, der vollständig mit Klebstoff ausgefüllt ist, wobei die als Kappen ausgebildeten Abschlussstücke ein integriertes Bohrungs- und Kanalsystem aufweisen, über das der Klebstoff eingebracht und verteilt werden kann, welches wenigstens eine Einspritzöffnung, einen Ringverteilungskanal und wenigstens eine Entlüftungsöffnung umfasst, wobei der Ringverteilungskanal eine umfängliche Verteilung des über die Einspritzöffnung eingebrachten Klebstoffs ermöglicht, bevor dieser in den Umfangsspalt einfließt. Ein solches Bohrungs- und Kanalsystem mit wenigstens einer Einspritz- bzw. Injektionsöffnung (Einspritz- bzw. Injektionsbohrung), einem Ringverteilungskanal und wenigstens einer Entlüftungsöffnung (Entlüftungsbohrung) verhindert Luft- und Blaseneinschlüsse und kann zudem die vollständige Ausfüllung des Umfangsspalts anzeigen (die Ausfüllung ist beendet, sobald blasenfreier Klebstoff aus der Entlüftungsöffnung austritt). Der Ringverteilungskanal ermöglicht eine umfängliche Verteilung des über die Einspritz- bzw. Injektionsöffnung eingebrachten Klebstoffs bevor dieser in den Umfangsspalt einfließt, sodass der Ausfüllvorgang homogenisiert wird. Bevorzugt sind die Einspritz- bzw. Injektionsöffnung und die Entlüftungsöffnung in Umfangsrichtung zueinander versetzt angeordnet (bspw. um 90°).
  • Unter einer Kappe bzw. einem kappenartigen Abschlussstück wird insbesondere ein napfartiges bzw. becherartiges Bauteil verstanden, welches einen Boden bzw. eine Stirnfläche und eine diesen Boden umgebende Umfangswandung bzw. Zarge aufweist. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die axiale Länge der Umfangswandung wenigstens dem Außendurchmesser des zylindrischen Hohlkörpers entspricht. Die Kappen können, insbesondere einstückig, aus Metall, z. B. aus Stahl oder Aluminium, gefertigt sein, wobei es sich insbesondere um Dreh- und/oder Frästeile handelt. Die metallischen Kappen können ferner mit einer Korrosionsschutzbeschichtung versehen sein. Die Kappen können auch, insbesondere einstückig, aus Kunststoff (z. B. Polyamid), gegebenenfalls auch aus faserverstärktem Kunststoff, gefertigt sein, wobei es sich insbesondere um Spritzgussteile handelt. Bevorzugt sind beide Kappen bzw. Abschlussstücke eines erfindungsgemäßen Drucktanks identisch oder zumindest im Wesentlichen identisch ausgebildet.
  • Der zylindrische Hohlkörper kann aus einem Liner (Innenhülle, Innenrohr) und einer auf den Liner aufgebrachten Faserummantelung (Außenhülle, Außenrohr) gebildet sein. Dieser Aufbau kann auch als Verbundrohr bezeichnet werden. 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, wobei es sich um einen duroplastischen oder auch thermoplastischen Kunststoff handeln kann. Die Faserummantelung ist insbesondere mittels Pultrusionsprozess auf den Liner aufgebracht (wie in der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2018 222 302 A1 beschrieben).
  • Erfindungsgemäß ist also an beiden (axialen) Hohlkörperenden, womit die axialen Endabschnitte bzw. -bereiche des zylindrischen Hohlkörpers gemeint sind, ein als Kappe ausgebildetes Abschlussstück aufgebracht, insbesondere derart, dass jede Kappe das betreffende Hohlkörperende abschließend und/oder abdichtend umgreift bzw. übergreift. Die Kappen sind insbesondere durch Kraft-, Form- und/oder Stoffschluss zwischen ihrer Umfangswandung und der Außenfläche am betreffenden Hohlkörperende des zylindrischen Hohlkörpers befestigt bzw. fixiert.
  • Der erfindungsgemäße röhrenförmige Drucktank ist, besonders in der Serienfertigung, vergleichsweise einfach herstellbar, insbesondere mit dem erfindungsgemäßen Verfahren. Zudem sorgen die ausgebildeten Abschlussstücke an den Hohlkörperenden für einen mechanischen und thermischen Schutz, wodurch die Sicherheit verbessert wird.
  • Bevorzugt ist vorgesehen, dass die ausgebildeten Abschlussstücke (jeweils) einen mittigen bzw. zentrischen Zapfen aufweisen, der in das betreffende Hohlkörperende eingreift und insbesondere pfropfartig an der Innenumfangsfläche des zylindrischen Hohlkörpers anliegt. Dadurch kann die Befestigung bzw. Fixierung der Kappen verbessert werden. Zudem wird die Abdichtung verbessert, wobei bevorzugt vorgesehen ist, dass die Zapfen jeweils mit wenigstens einer Umfangsnut zur Aufnahme eines O-Rings ausgebildet sind, wobei der O-Ring gegen die Innenumfangsfläche des zylindrischen Hohlkörpers, insbesondere gegen den Liner, abdichtet.
  • Die Abschlussstücke können (jeweils) eine Umfangswandung aufweisen (s. o.), die an ihrer Innenfläche (Innenumfangsfläche) mit wenigstens einem Formschlusselement ausgebildet ist, welches (an den Hohlkörperenden) formschlüssig in die Außenfläche (Außenumfangsfläche) des zylindrischen Hohlkörpers eingreift. Ein solches Formschlusselement ist bspw. eine radial nach innen weisende wulstartige Erhebung, die insbesondere umlaufend bzw. ringartig ausgebildet ist. Es können mehrere solcher wulstartigen Erhebungen vorgesehen sein, die nebeneinander bzw. axial hintereinander angeordnet sind. Das Formschlusselement kann in die Außenfläche des zylindrischen Hohlkörpers eingedrückt oder eingepresst sein. Die Außenfläche des zylindrischen Hohlkörpers kann auch ein korrespondierendes Formschlusselement für den formschlüssigen Eingriff aufweisen. Das korrespondierende Formschlusselement kann bspw. durch Fräsbearbeitung der Außenfläche des zylindrischen Hohlkörpers erzeugt sein. Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Formschlusselement ein Gewinde ist, sodass das Abschlussstück quasi auf das betreffende Hohlkörperende des zylindrischen Hohlkörpers aufgeschraubt werden kann. Die Außenfläche des zylindrischen Hohlkörpers kann mit einem korrespondierenden Gewinde (Gegengewinde) ausgebildet sein, das insbesondere durch Fräsbearbeitung erzeugt ist.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen röhrenförmigen Drucktanks umfasst zumindest die folgenden Schritte:
    • - Bereitstellen des (vorgefertigten) zylindrischen Hohlkörpers, wobei es sich insbesondere um ein Verbundrohr handelt (s. o.), und der (vorgefertigten) als Kappen ausgebildeten Abschlussstücke;
    • - Verschließen der (offenen) Stirnseiten des zylindrischen Hohlkörpers durch (axiales) Aufschieben, gegebenenfalls auch Aufpressen, oder Aufdrehen, insbesondere Aufschrauben, der als Kappen ausgebildeten Abschlussstücke auf die (axialen) Hohlkörperenden des zylindrischen Hohlkörpers;
    • - Verkleben der als Kappen ausgebildeten Abschlussstücke (nachdem diese aufgeschoben oder aufgedreht sind) mit dem zylindrischen Hohlkörper, wobei der verwendete Klebstoff über ein in den Kappen integriertes Bohrungs- und Kanalsystem (s. o.) eingebracht und verteilt werden kann.
  • Die als Kappen ausgebildeten Abschlussstücke können vor dem Aufschieben bzw. Aufpressen, gegebenenfalls auch vor dem Aufdrehen bzw. Aufschrauben, auf die Hohlkörperenden erwärmt werden. Durch das Erwärmen erweitert sich die Umfangswandung, wodurch das Aufschieben, insbesondere bei Vorhandensein von Formschlusselementen, vereinfacht wird. Beim Abkühlen verengt sich die Umfangswandung. Beim Verengen werden etwaige Formschlusselemente in die Außenfläche des zylindrischen Hohlkörpers eingedrückt bzw. eingepresst oder können in die korrespondierenden Formschlusselemente an der Außenfläche des zylindrischen Hohlkörpers eingreifen.
  • Um ein Aufschrauben bzw. Festschrauben der als Kappen ausgebildeten Abschlussstücke auf die Hohlkörperenden zu ermöglichen, können die Kappen ein Gewinde, insbesondere ein an der Umfangswandung ausgebildetes Innengewinde, und die Hohlkörperenden des zylindrischen Hohlkörpers ein Gegengewinde, insbesondere ein direkt an der Außenfläche des zylindrischen Hohlkörpers ausgebildetes Außengewinde, aufweisen.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Die in der einzigen Figur 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 (Längsschnitt) einen erfindungsgemäßen röhrenförmigen Drucktank.
  • 1 zeigt den axialen Endbereich eines röhrenförmigen Drucktanks 100 zur Speicherung von Brennstoff in einem Kraftfahrzeug. Der andere axiale Endbereich des röhrenförmigen Drucktanks 100 ist im Wesentlichen identisch bzw. spiegelsymmetrisch ausgebildet. Der Drucktank 100 weist einen zylindrischen Hohlkörper 110 auf, der die Drucktankwandung bildet. Der zylindrische Hohlkörper 110 bzw. dessen Hohlkörperwandung (Umfangswandung) ist mehrlagig aufgebaut, mit einem Liner (Innenhülle, Innenrohr) 112, der aus Kunststoff oder Metall gebildet ist, und einer auf den Liner 112 aufgebrachten Faserummantelung (Außenhülle, Außenrohr) 114, die aus einem faserverstärkten Kunststoff gebildet ist. Der Drucktank 100 hat eine Längsachse L.
  • Der zylindrische Hohlkörper 110 ist an seinen beiden axialen Stirnseiten mit Abschlussstücken 120 verschlossen. Die Abschlussstücke 120 sind mit einer Axialbohrung 125 mit Anschlussgewinde ausgebildet, sodass ein Ventil, eine Anschlussleitung oder dergleichen angeschlossen werden kann. Die Abdichtung erfolgt mithilfe mehrerer O-Ringe 130, die in Umfangsnuten angeordnet sind. Die O-Ringe 130 liegen an der Innenumfangsfläche, respektive am Liner 112, des zylindrischen Hohlkörpers 110 an. Es können auch mehr als zwei O-Ringe 120 vorgesehen sein. Die Abschlussstücke 120 sind einstückig, insbesondere aus Metall (z. B. Stahl), gefertigt.
  • Das gezeigte Abschlussstück 120 ist als Kappe ausgebildet und weist einen Boden bzw. eine Stirnfläche 121 und eine den Boden 121 umgebende Umfangswandung bzw. Zarge 122 auf. (Das andere Abschlussstück ist im Wesentlichen identisch ausgebildet.) Das kappenartige Abschlussstück 120 weist einen mittigen bzw. zentrischen Zapfen 124 auf, der in das betreffende Hohlkörperende eingreift und an der Innenumfangsfläche des zylindrischen Hohlkörpers 110 anliegt bzw. abgestützt ist.
  • Das als Kappe ausgebildete Abschlussstück 120 ist auf das axiale Hohlkörperende 115 des zylindrischen Hohlkörpers 110 aufgesteckt bzw. aufgepresst, gegebenenfalls auch aufgeschraubt, und durch Kraft-, Form- und Stoffschluss zwischen seiner Umfangswandung 122 und der Außenfläche 111 am Hohlkörperende 115 des zylindrischen Hohlkörpers 110 befestigt bzw. fixiert. Hierzu befinden sich an der Innenfläche der Umfangswandung 122 mehrere ringartige Formschlusselemente 123 in Gestalt wulstartiger Erhebungen, die formschlüssig in die Außenfläche 111 des zylindrischen Hohlkörpers 110 eingreifen. In axialer Richtung L bestehen somit Hinterschneidungen zwischen dem kappenartigen Abschlussstück 120 und dem zylindrischen Hohlkörper 110. Die Formschlusselemente 123 können auch anders gestaltet sein. Anstelle der ringartigen Formschlusselemente 123 kann auch ein Gewinde vorgesehen sein, wie oben erläutert.
  • Ferner ist die Umfangswandung 122 mit der Außenfläche 111 des zylindrischen Hohlkörpers 110 verklebt. Durch die Verklebung wird auch die Abdichtung verbessert. Zwischen der Innenfläche der Umfangswandung 122 und der Außenfläche 111 des zylindrischen Hohlkörpers 110 befindet sich ein Umfangsspalt 140, der vollständig mit Klebstoff K ausgefüllt ist. Zur Einbringung und Verteilung des Klebstoffs K ist das kappenartige Abschlussstück 120 mit einem integrierten Bohrungs- und Kanalsystem ausgebildet, das mehrere Einspritz- bzw. Injektionsöffnungen 126, einen Ringverteilungskanal 127 und mehrere Entlüftungsöffnungen 128 umfasst. Bevorzugt sind die Injektionsöffnungen 126 boden- bzw. stirnseitig angeordnet, wie gezeigt. Ferner befindet sich am axialen Ende der Umfangswandung 122 an der Innenfläche eine gegen die Außenfläche 111 des zylindrischen Hohlkörpers 110 abdichtende Dichtlippe 129. Damit wird eine vollständige, luft- und blasenfreie Verklebung ermöglicht, nachdem das kappenartige Abschlussstück 120 auf das Hohlkörperende 115 aufgebracht ist.
  • Zur Herstellung des Drucktanks 100 wird auf die obenstehenden Erläuterungen verwiesen.

Claims (7)

  1. Röhrenförmiger Drucktank (100) zur Speicherung von Brennstoff in einem Kraftfahrzeug, aufweisend einen zylindrischen Hohlkörper (110) und zwei Abschlussstücke (120), mit denen der Hohlkörper (110) beidseitig verschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschlussstücke (120) als Kappen ausgebildet und an der Außenfläche (111) des zylindrischen Hohlkörpers (110) befestigt sind, wobei die als Kappen ausgebildeten Abschlussstücke (120) eine Umfangswandung (122) aufweisen, die mit der Außenfläche (111) des zylindrischen Hohlkörpers (110) verklebt (K) ist, derart, dass sich zwischen der Innenfläche der Umfangswandung (122) am Abschlussstück (120) und der Außenfläche (111) des zylindrischen Hohlkörpers (110) ein Umfangsspalt (140) befindet, der vollständig mit Klebstoff (K) ausgefüllt ist, wobei die als Kappen ausgebildeten Abschlussstücke (120) ein integriertes Bohrungs- und Kanalsystem aufweisen, über das der Klebstoff (K) eingebracht und verteilt werden kann, welches wenigstens eine Einspritzöffnung (126), einen Ringverteilungskanal (127) und wenigstens eine Entlüftungsöffnung (128) umfasst, wobei der Ringverteilungskanal (127) eine umfängliche Verteilung des über die Einspritzöffnung (126) eingebrachten Klebstoffs (K) ermöglicht, bevor dieser in den Umfangsspalt (140) einfließt.
  2. Röhrenförmiger Drucktank (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die als Kappen ausgebildeten Abschlussstücke (120) einen mittigen Zapfen (124) aufweisen, der in das betreffende Hohlkörperende (115) eingreift.
  3. Röhrenförmiger Drucktank (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangswandungen (122) der Abschlussstücke (120) an ihren Innenflächen mit wenigstens einem Formschlusselement (123) ausgebildet sind, welches formschlüssig in die Außenfläche (111) des zylindrischen Hohlkörpers (110) eingreift.
  4. Röhrenförmiger Drucktank (110) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Formschlusselement (123) ein Gewinde ist.
  5. Röhrenförmiger Drucktank (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die als Kappen ausgebildeten Abschlussstücke (120) aus Metall gefertigte Dreh- und/oder Frästeile sind.
  6. Verfahren zur Herstellung eines röhrenförmigen Drucktanks (100) gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche, mit den Schritten: - Bereitstellen des zylindrischen Hohlkörpers (110) und der als Kappen ausgebildeten Abschlussstücke (120); -Verschließen der Stirnseiten des zylindrischen Hohlkörpers (110) durch Aufschieben oder Aufdrehen der als Kappen ausgebildeten Abschlussstücke (120) auf die Hohlkörperenden (115); -Verkleben der als Kappen ausgebildeten Abschlussstücke (120) mit dem zylindrischen Hohlkörper (110), wobei der Klebstoff (K) über das in den Kappen (120) integrierte Bohrungs- und Kanalsystem eingebracht und verteilt wird, wobei der Ringverteilungskanal (127) eine umfängliche Verteilung des über die Einspritzöffnung (126) eingebrachten Klebstoffs (K) ermöglicht, bevor dieser in den Umfangsspalt (140) einfließt.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die als Kappen ausgebildeten Abschlussstücke (120) vor dem Aufschieben auf die Hohlkörperenden (115) erwärmt werden.
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