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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
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Diese Anmeldung beansprucht den Nutzen der koreanischen Patentanmeldung Nr.
10-2020-0125986 , eingereicht am 28. September 2020 beim Korean Intellectual Property Office (Koreanisches Amt für geistiges Eigentum), deren Gesamtheit hierin durch Bezugnahme einbezogen ist.
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hochdrucktank mit einem Dichtungsanschluss. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere einen Hochdrucktank mit einem Dichtungsanschluss, der eine Kopplung zwischen einem metallischen Anschluss und einem Kuppelabschnitt eines Kunststoffliners durch die Bildung einer Dichtungsstruktur an dem Anschluss gewährleisten kann, und ein Verfahren zu dessen Fertigung.
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Beschreibung der verwandten Technik
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Ein Hochdrucktank wird mit einem darin komprimierten Fluid, wie etwa Sauerstoff, Erdgas und Wasserstoff, gelagert und transportiert und erfordert eine Dichtungsstruktur, um ein Entweichen des Fluids zu verhindern.
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Hochdrucktanks werden in erster Linie eingeteilt in einen Typ-I-Hochdrucktank, der aus einem Metall gebildet ist, einen Typ-II-Hochdrucktank, der aus einem Liner aus Metall mit einem zu diesem hinzugefügten Verbundwerkstoff besteht und ein geringes Gewicht hat, und einen Typ-III-Hochdrucktank, der aus einem Liner aus Metall besteht, der mit einer kompletten Ummantelung aus einem Verbundwerkstoff verstärkt ist. Seit kurzem wird ein Typ-IV-Hochdrucktank entwickelt, der anstatt aus einem Liner aus Metall aus einem Kunststoffliner, der mit einem Verbundwerkstoff verstärkt ist, besteht, um ein geringes Gewicht bereitzustellen.
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Da der Typ-IV-Hochdrucktank durch die Verwendung eines Kunststoffliners sehr leicht ist und er das Entweichen eines Fluids effektiv verhindern kann, ist der Typ-IV-Hochdrucktank seit kurzem als ein Wasserstoffspeichertank für Brennstoffzellenfahrzeuge in den Mittelpunkt des Interesses gerückt.
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Bei dem Typ-IV-Hochdrucktank wird ein Metallanschluss mit einem Kunststoffliner gekoppelt, um eine Einspritzöffnung zu bilden. Aufgrund der Schwierigkeit, eine Kopplung zwischen unterschiedlichen Typen von Materialien, das heißt einem Kunststoff und einem Metall, zu gewährleisten, kann es bei dem Typ-IV-Hochdrucktank somit zu einem Entweichen von Fluid oder zu Schäden kommen.
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Ein herkömmlicher Typ-IV-Hochdrucktank wird gefertigt, indem ein Kunststoffliner geformt wird, an einem Ende des Liners ein Gewinde eingearbeitet wird, um eine Befestigungsstruktur zu bilden, und ein Adapter und ein Dichtungsring an dem Liner angebracht werden. Nachteile eines solchen herkömmlichen Typ-IV-Hochdrucktanks sind jedoch gesteigerte Prozesskosten aufgrund der Notwendigkeit einer separaten Komponente zur Bildung einer Einspritzöffnung, die Schwierigkeit, ein mögliches Entweichen von Fluid komplett zu beseitigen, und Schwierigkeiten bei der Qualitätskontrolle.
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Es besteht daher ein dringender Bedarf an einem Hochdrucktank mit einer neuartigen Anschlussstruktur, der die Prozesseffizienz durch eine effektive Kopplung zwischen einem Anschluss und einem Liner verbessern und die Gasdichtheit zur Verhinderung des Entweichens eines Fluids sicherstellen kann.
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Die offengelegte koreanische Patentveröffentlichung Nr. 10-2009-0121761 betrifft einen Hochdrucktank aus einem Verbundwerkstoff mit einem Stutzenanschluss und offenbart eine Dichtungsstruktur zwischen einem Liner und einem Anschluss. Diese Dichtungsstruktur weist jedoch das Manko einer gesteigerten Prozesskomplexität auf, da für die Kopplung zwischen dem Liner und dem Anschluss ein separates Gewinde auf einem Innen- und Außenabschnitt des Liners gebildet werden muss.
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Übersicht über die Erfindung
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Hochdrucktank mit einem Dichtungsanschluss bereitgestellt, der eine verbesserte Gasdichtheit aufweist, indem die Kopplung zwischen unterschiedlichen Typen von Materialien, das heißt einem Polyamidharz, das einen Kuppelabschnitt bildet, und einem Metall, das den Anschluss bildet, durch die Herstellung einer physischen Kopplung und einer chemischen Bindung unter Verwendung des Dichtungsanschlusses erhöht wird.
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Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Hochdrucktank bereitgestellt, der eine verbesserte Struktur aufweist, indem ermöglicht wird, dass eine Dichtungsstruktur, die an einem Ende eines Anschlusses gebildet ist, zusätzliche Komponenten, wie etwa einen Adapter, einen O-Ring und einen Stützring, ersetzt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Fertigung eines Hochdrucktanks mit einem Dichtungsanschluss bereitgestellt, wobei das Verfahren das Vorformen des Dichtungsanschlusses, das integrale Koppeln eines Kuppelabschnitts mit dem Anschluss durch Metallinsertspritzgießen und das Anfügen eines Linerabschnitts an den Kuppelabschnitt umfasst und somit eine Vereinfachung eines Anschlussbefestigungsprozesses und eine verbesserte Prozesseffizienz sicherstellen kann.
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Die oben aufgeführten und andere Aspekte der vorliegenden Erfindung können durch die unten beschriebene vorliegende Erfindung erzielt werden.
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Ausführungsform 1: Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft einen Hochdrucktank mit einem Dichtungsanschluss.
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Der Hochdrucktank umfasst Folgendes: einen Anschlussabschnitt, der an einem Ende davon mit einer sich radial nach außen erstreckenden Einfassung gebildet ist, wobei die Einfassung mehrere Verbindungslöcher aufweist, die entlang eines Außenumfangs davon gebildet sind; einen Dichtungsabschnitt, der auf einer Außenoberfläche der Einfassung gebildet ist; einen Kuppelabschnitt, der mit dem Dichtungsabschnitt gekoppelt ist; und einen Linerabschnitt, der mit dem Kuppelabschnitt gekoppelt ist.
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Ausführungsform 2: In Ausführungsform 1 kann der Anschlussabschnitt eine Verriegelungsvertiefung, die auf einer Seite eines Außenumfangs eines Körpers davon gebildet ist, aufweisen und kann an dem anderen Ende davon mit einem Flansch gebildet sein.
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Ausführungsform 3: In Ausführungsform 2 kann der Flansch einen vieleckigen Außenumfang aufweisen.
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Ausführungsform 4: In einer der Ausführungsformen 1 bis 3 kann der Anschlussabschnitt aus Aluminium oder Edelstahl gebildet sein und einem Druck von 700 bar bis 900 bar standhalten.
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Ausführungsform 5: In einer der Ausführungsformen 1 bis 4 kann die Einfassung anodisiert sein.
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Ausführungsform 6: In einer der Ausführungsformen 1 bis 5 kann die Einfassung eine Befestigungsvertiefung aufweisen, die auf einer Seite davon gebildet ist und mit einem Ende des Kuppelabschnitts gekoppelt ist.
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Ausführungsform 7: In einer der Ausführungsformen 1 bis 6 kann sich ein Ende der Einfassung von einer Mitte des Kuppelabschnitts radial so nach außen erstrecken, dass die Einfassung eine Fläche von 20 % bis 40 % der gesamten Radialfläche des Kuppelabschnitts aufweist.
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Ausführungsform 8: In einer der Ausführungsformen 1 bis 7 kann die Einfassung einen gestuften Abschnitt aufweisen, der auf einer Seite von sowohl der Außen- als auch der Innenumfangsoberfläche davon gebildet ist, wobei der gestufte Abschnitt ein Ende des Kuppelabschnitts aufnimmt und damit gekoppelt ist.
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Ausführungsform 9: In einer der Ausführungsformen 1 bis 8 kann der Dichtungsabschnitt gebildet werden, indem eine Außenoberfläche der Einfassung mit einem, das aus Polyphthalamid (PPA), Polyamid 6 (PA6), Polyamid 11 (PA11), Polyamid 12 (PA12) und Polyarylamid (PARA) ausgewählt ist, mit einer Dicke von 150 µm bis 350 µm beschichtet wird.
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Ausführungsform 10: In einer der Ausführungsformen 1 bis 9 kann der Kuppelabschnitt aus einem Polyamidharz gebildet sein.
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Ausführungsform 11: In Ausführungsform 9 oder 10 können der Dichtungsabschnitt und ein Ende des Kuppelabschnitts durch Insertspritzgießen integral miteinander gebildet und chemisch aneinander gebunden sein.
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Ausführungsform 12: Ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fertigung eines Hochdrucktanks mit einem Dichtungsanschluss.
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Das Verfahren umfasst Folgendes: (a) Vorformen eines Anschlussabschnitts, der an einem Ende davon mit einer sich radial nach außen erstreckenden Einfassung gebildet ist, wobei die Einfassung mehrere Verbindungslöcher aufweist, die entlang eines Außenumfangs davon gebildet sind; (b) Bilden eines Dichtungsabschnitts durch Beschichten einer Außenoberfläche der Einfassung mit einem thermoplastischen Harz; (c) Bilden eines Kuppelabschnitts, der mit dem Dichtungsabschnitt gekoppelt ist, durch Insertspritzgießen, wobei der Anschlussabschnitt mit dem darauf gebildeten Dichtungsabschnitt in eine Form geladen wird und ein thermoplastisches Harz in die Form gespritzt wird; und (d) Koppeln eines Linerabschnitts mit dem Kuppelabschnitt.
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Ausführungsform 13: In Ausführungsform 12 kann der Dichtungsabschnitt gebildet werden, indem die Außenoberfläche der Einfassung mit einem, das aus Polyphthalamid (PPA), Polyamid 6 (PA6), Polyamid 11 (PA11), Polyamid 12 (PA12) und Polyarylamid (PARA) ausgewählt ist, mit einer Dicke von 150 µm bis 350 µm beschichtet wird.
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Ausführungsform 14: Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fertigung eines Hochdrucktanks mit einem Dichtungsanschluss, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: (i) Vorformen eines Anschlussabschnitts, der an einem Ende davon mit einer sich radial nach außen erstreckenden Einfassung gebildet ist, wobei die Einfassung mehrere Verbindungslöcher aufweist, die entlang eines Außenumfangs davon gebildet sind; (ii) Bilden eines Dichtungsabschnitts durch Beschichten einer Außenoberfläche der Einfassung; und (iii) gleichzeitiges Bilden eines Kuppelabschnitts und eines Linerabschnitts durch Liner-Rotationsformen, wobei der Anschlussabschnitt mit dem darauf gebildeten Dichtungsabschnitt in eine Form geladen wird und ein thermoplastisches Harz in die Form gespritzt wird.
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Ausführungsform 15: In Ausführungsform 14 können eine Beschichtungsschicht, die den Dichtungsabschnitt bildet, und das in die Form gespritzte thermoplastische Harz ein Polyamidharz sein.
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Die vorliegende Erfindung stellt einen Hochdrucktank mit einem verbesserten Dichtungsanschluss bereit, der eine effektive Reduzierung verwendeter Haftmittel und eine effektive Speicherung eines Fluids unter Hochdruck durch das Verhindern einer fluidbedingten Trennung des Anschlusses von einem Kuppelabschnitt sicherstellen kann, indem eine chemische Bindung zwischen unterschiedlichen Typen von Materialien, das heißt einem Polyamidharz, das den Kuppelabschnitt bildet, und einem Metall, das den Anschluss bildet, durch Bildung einer gasdichten Schnittstelle dazwischen erhöht wird und indem durch das Befestigen einer Nase in einer Vertiefung und das Einfügen einer Lasche in ein Loch eine physische Kopplung zwischen dem Anschluss und dem Kuppelabschnitt hergestellt wird.
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Zusätzlich kann der Hochdruckbehälter gemäß der vorliegenden Erfindung die Notwendigkeit einer separaten Komponente zum Verhindern eines Entweichens von Fluid, wie etwa eines O-Rings oder eines Stützrings, beseitigen, indem eine Kopplung zwischen dem Dichtungsanschluss und einem Ende des Kuppelabschnitts erhöht wird, und die Notwendigkeit eines zusätzlichen Adapters beseitigen, indem die Gestalt des Anschlusses verbessert wird.
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Ferner kann gemäß der vorliegenden Erfindung, da der Dichtungsanschluss durch Metallinsertspritzgießen integral mit dem Kuppelabschnitt gebildet wird, ein Anschlusskopplungsprozess vereinfacht werden, und dadurch können die Effizienz und Produktivität des Hochdrucktank-Fertigungsprozesses erheblich verbessert werden.
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Figurenliste
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- 1 ist eine perspektivische Aufsicht eines Anschlussabschnitts mit einer Dichtungsstruktur eines Hochdrucktanks mit einem Dichtungsanschluss gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 2 ist eine perspektivische Untersicht des Anschlussabschnitts aus 1.
- 3 ist eine Seitenschnittansicht entlang der Linie I-I' aus 2.
- 4 ist eine Seitenschnittansicht entlang der Linie II-II' aus 2.
- 5 ist eine perspektivische Explosionsansicht des Hochdrucktanks mit dem Dichtungsanschluss gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 6 ist eine Draufsicht des Hochdrucktanks mit dem Dichtungsanschluss gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 7 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Fertigung eines Hochdrucktanks mit einem Dichtungsanschluss gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung.
- 8 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Fertigung eines Hochdrucktanks, der mit einem Dichtungsanschluss ausgerüstet ist, gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen detailliert beschrieben. Es versteht sich, dass die begleitenden Zeichnungen nur als Hilfe für das Verständnis der hierin offenbarten Ausführungsformen bereitgestellt sind und dass der in der Patentbeschreibung offenbarte technische Geist durch die begleitenden Zeichnungen nicht begrenzt wird. Gestalt, Größe, Maßstab, Winkel und Anzahl jedes in den Zeichnungen illustrierten Elements sind beispielhaft und sind deshalb nicht als den Umfang der vorliegenden Erfindung begrenzend auszulegen.
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Es sei angemerkt, dass in der gesamten Patentbeschreibung und den begleitenden Zeichnungen gleiche Komponenten durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet sind. Zusätzlich wird eine Beschreibung bekannter Funktionen und Konstruktionen, die den Gegenstand der vorliegenden Erfindung unnötig verschleiern kann, ausgelassen.
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Die Begriffe „umfasst“, „beinhaltet“, „umfassend“ und/oder „beinhaltend“, wie sie hierin verwendet werden, spezifizieren das Vorhandensein angegebener Merkmale, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Komponenten, schließen aber das Vorhandensein oder den Zusatz eines/einer oder mehrerer anderer Merkmale, Schritte, Operationen, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen nicht aus, es sei denn, dass solchen Begriffen ein „nur“ vorangestellt ist. Die Singularformen „ein, eine“ und „der, die, das“, wie sie hierin verwendet werden, sollen auch die Pluralformen umfassen, sofern der Kontext nicht eindeutig etwas anderes besagt.
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Ein numerischer Wert, der eine gewisse Komponente betrifft, ist bei der Interpretation von Komponenten als einen Toleranzbereich umfassend auszulegen, sofern nicht eindeutig etwas anderes angegeben ist.
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Es versteht sich, dass, wenn auf ein Element als „auf“, „über“, „unter“ oder „neben“ einem anderen Element befindlich Bezug genommen wird, zwischen den zwei Elementen ein oder mehrere dazwischen liegende Elemente vorhanden sein können, es sei denn, dass solchen Begriffen ein „direkt“ vorangestellt ist.
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Räumliche Begriffe, wie etwa „oberer Abschnitt“, „obere Oberfläche“, „unterer Abschnitt“, „untere Oberfläche“ und dergleichen, sind mit Bezug auf die Zeichnungen definiert und geben keine absoluten Ausrichtungen an. Mit anderen Worten kann, je nach Betrachtungsweise, „oberer Abschnitt (obere Oberfläche)“ als „unterer Abschnitt (untere Oberfläche)“ definiert sein und umgekehrt.
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1 ist eine perspektivische Aufsicht eines Anschlussabschnitts mit einer Dichtungsstruktur eines Hochdrucktanks mit einem Dichtungsanschluss gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, 2 ist eine perspektivische Untersicht des Anschlussabschnitts aus 1, 3 ist eine Seitenschnittansicht entlang der Linie I-I' aus 2, 4 ist eine Seitenschnittansicht entlang der Linie II-II' aus 2, 5 ist eine perspektivische Explosionsansicht des Hochdrucktanks mit dem Dichtungsanschluss gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und 6 ist eine Draufsicht des Hochdrucktanks mit dem Dichtungsanschluss gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Nachfolgend wird ein Hochdrucktank mit einem Dichtungsanschluss gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 1 bis 6 beschrieben.
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Ein Hochdrucktank mit einem Dichtungsanschluss gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst einen Anschlussabschnitt 100, einen Dichtungsabschnitt 200, einen Kuppelabschnitt 300 und einen Linerabschnitt 400.
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Der Anschlussabschnitt 100 weist ein Ende auf, das mit einer sich radial nach außen erstreckenden Einfassung 120 gebildet ist, wobei die Einfassung 120 mehrere Verbindungslöcher 130 aufweist, die entlang eines Außenumfangs davon gebildet sind.
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Der Anschlussabschnitt 100 stellt eine Öffnung 160 bereit, die ein mittiges Durchgangsloch und eine vorgegebene Länge aufweist und die es einem in dem Kuppelabschnitt 300 gespeicherten Fluid ermöglicht, dort hindurch aus dem Hochdrucktank geführt zu werden.
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In diesem Fall ist das Fluid Erdgas oder Wasserstoffgas, das auf einen hohen Druck von 700 bar oder mehr komprimiert ist.
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Der Anschlussabschnitt 100 kann aus Aluminium oder Edelstahl gebildet sein und einem Druck von 700 bar bis 900 bar standhalten.
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Ist der Anschlussabschnitt aus Aluminium oder Edelstahl gebildet, sodass er in der Lage ist, einem Druck in dem oben genannten Bereich standzuhalten, ist es möglich zu verhindern, dass der Anschlussabschnitt durch das Fluid unter Hochdruck beschädigt wird.
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Ist der Anschlussabschnitt 100 aus gewöhnlichem Kohlenstoffstahl gebildet, ist es schwierig, das Gewicht des Hochdrucktanks zu reduzieren. Zusätzlich ist es aufgrund der Schwierigkeit, die Gestalt des Anschlussabschnitts 100 aus Kohlenstoffstahl zu bilden, schwierig, den Anschlussabschnitt 100 durch Metallinsertgießen mit dem Kuppelabschnitt zu koppeln.
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Im Gegensatz dazu kann die Gestalt des Anschlussabschnitts 100 aus Aluminium oder Edelstahl leicht gebildet werden, was es einfach macht, den Anschlussabschnitt 100 mit dem Kuppelabschnitt 300 zu koppeln.
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Der Anschlussabschnitt 100 weist eine Verriegelungsvertiefung 110 auf, die auf einer Seite eines Außenumfangs eines Körpers davon gebildet ist, und weist an dem anderen Ende einen dort gebildeten Flansch 140 auf.
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Die Verriegelungsvertiefung 110 ist auf einer Seite des Außenumfangs des Körpers des Anschlussabschnitts 100 gebildet.
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Obwohl die Verriegelungsvertiefung 110 vorzugsweise mit einer konkaven Gestalt gebildet ist, kann die Verriegelungsvertiefung 110 auch mit einer konvexen Gestalt gebildet sein, die bis zu einer vorgegebenen Höhe von dem Außenumfang des Körpers des Anschlussabschnitts 100 vorsteht, in Abhängigkeit von dem Verfahren zum Bilden des Körpers des Anschlussabschnitts 100.
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Die Verriegelungsvertiefung 110 ermöglicht es, dass eine Schicht aus Verbundwerkstoff 10 effektiver und ohne Beschädigung mittels eines Filamentwickelprozesses auf den Kuppelabschnitt 300 und den Linerabschnitt 400 gewickelt und dort gesichert werden kann.
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Der Flansch 140 ist an dem anderen Ende des Körpers des Anschlussabschnitts 100, das sich gegenüber der Einfassung 120 befindet, gebildet.
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Der Flansch 140 kann einen vieleckigen Außenumfang 141 aufweisen.
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Ist der Flansch 140 integral mit dem anderen Ende des Anschlussabschnitts 100 gebildet, ist es möglich, die Notwendigkeit der Bereitstellung eines zusätzlichen Adapters für den Anschlussabschnitt 100 zu beseitigen.
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Genauer gesagt kann der Außenumfang 141 des Flansches verschiedene vieleckige Gestalten aufweisen, beispielsweise eine achteckige Gestalt oder eine sechseckige Gestalt, in Abhängigkeit von der Befestigungsstruktur des Hochdrucktanks.
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Der Anschlussabschnitt 100 ist an dem einen Ende davon mit der sich radial nach außen erstreckenden Einfassung 120 gebildet.
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Die Einfassung 120 erstreckt sich von einer Mitte des Anschlussabschnitts 100 radial nach außen und ist mit einem Ende des Kuppelabschnitts 300 gekoppelt.
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In einer Ausführungsform ist die Einfassung 120 anodisiert.
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Eine Anodisierung der Einfassung 120 kann die Oberflächenhaftung der Einfassung 120 an einem Kunststoffharz steigern, was eine Beschichtung der Einfassung 120 mit einem Polyamidharz erleichtert und so eine leichte Bildung des Dichtungsabschnitts 200 als eine Polyamidharz-Beschichtungsschicht ermöglicht.
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Zusätzlich kostet eine Anodisierung der Einfassung 120 weniger und ist effizienter als eine Anodisierung des gesamten Körpers des Anschlussabschnitts 100.
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Bezugnehmend auf 2 weist die Einfassung 120 mehrere Verbindungslöcher 130 auf, die entlang des Außenumfangs davon gebildet sind.
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Während des Insertspritzgießens wird ein Harz, das den Kuppelabschnitt 300 bildet, in das Verbindungsloch 130 eingeführt und härtet darin aus, wodurch eine Stützlasche gebildet wird, die sich durch das Verbindungsloch 130 erstreckt.
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Die Stützlasche ist mit einem Ende 310 des Kuppelabschnitts verbunden, um die physische Kopplung zwischen dem Anschlussabschnitt und dem Kuppelabschnitt zu erhöhen, was eine Trennung des Anschlussabschnitts 100 von dem Kuppelabschnitt 300 effektiv verhindert.
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Das Koppeln des Anschlussabschnitts 100 mit dem einen Ende 310 des Kuppelabschnitts durch das Verbindungsloch 130 kann die Notwendigkeit einer separaten Befestigungsstruktur zum Koppeln des Kuppelabschnitts 300 mit dem Anschlussabschnitt 100, wie etwa eines Gewindekopplungsmechanismus, beseitigen und gleichzeitig die Verwendung von zusätzlichen Haftmitteln effektiv reduzieren.
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Die Einfassung 120 ist an einem Ende davon mit einer Befestigungsvertiefung 150 gebildet, die mit einem Ende des Kuppelabschnitts 300 gekoppelt ist.
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Bezugnehmend auf 3 ermöglicht es die Befestigungsvertiefung 150, genau wie das Verbindungsloch 130, dass während des Metallinsertspritzgießens ein Polyamidharz dort hinein eingeführt wird und darin aushärtet, sodass ein Ende des Anschlussabschnitts 100 eine Nase 320 bildet, die an der Befestigungsvertiefung 150 befestigt ist.
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Die Befestigungsvertiefung 150 weist einen engen Eingang und einen vergrößerten Innenraum auf, um den Eingriff zwischen dem einen Ende des Anschlussabschnitts 100 und der Befestigungsvertiefung 150 zu gewährleisten und so eine konstante Kopplung zwischen dem Anschlussabschnitt 100 und dem Kuppelabschnitt 300 zu gewährleisten.
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In einer Ausführungsform wird während des Metallinsertspritzgießens ein Polyamidharz in das Verbindungsloch 130 und die Befestigungsvertiefung 150 der Einfassung 120 eingeführt und härtet darin aus, sodass der Grad der physischen Kopplung zwischen dem Anschlussabschnitt 100 und dem Kuppelabschnitt 300 aufgrund der mechanischen Struktur des Verbindungslochs 130 und der Befestigungsvertiefung 150 gesteigert werden kann, wodurch eine Trennung des Anschlussabschnitts 100 von dem Kuppelabschnitt 300 effektiv verhindert wird.
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Die Einfassung 120 erstreckt sich radial nach außen und weist eine kreisförmige Gestalt auf. Das Verbindungsloch 130 kann mehrere Verbindungslöcher umfassen, die mit Bezug auf die Mitte des Anschlussabschnitts 100 zueinander symmetrisch sind und in vorgegebenen Abständen entlang eines Kreisumfangs der Einfassung 120 eingerichtet sind, und die Befestigungsvertiefung 130 kann mehrere Befestigungsvertiefungen umfassen, die mit Bezug auf die Mitte des Anschlussabschnitts 100 zueinander symmetrisch sind und in vorgegebenen Abständen entlang des Kreisumfangs der Einfassung 120 eingerichtet sind.
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Bezugnehmend auf 4 erstreckt sich in einer Region, in der das Verbindungsloch 130 und die Befestigungsvertiefung 150 nicht angeordnet sind, die Einfassung 120 des Anschlussabschnitts 100 bis zu dem Kuppelabschnitt 300.
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In einer Ausführungsform erstreckt sich ein Ende der Einfassung 120 von der Mitte des Kuppelabschnitts 300 radial so nach außen, dass die Einfassung 120 eine Fläche von 20 % bis 40 % der gesamten Radialfläche des Kuppelabschnitts 300 aufweist.
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Bezugnehmend auf 6 ist es, wenn sich das eine Ende der Einfassung 120 von der Mitte des Kuppelabschnitts 300 über eine vorgegebene Länge d radial so nach außen erstreckt, dass, von der Vorderseite des Kuppelabschnitts 300 aus betrachtet, die Einfassung 120 eine Fläche von 20 % bis 40 % der gesamten Radialfläche des Kuppelabschnitts 300 aufweist, einfach, die Kopplung zwischen dem Anschlussabschnitt 100 und dem Kuppelabschnitt 300 zu gewährleisten.
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Wenn die Fläche der Einfassung 120, die zwischen dem oberen und unteren Abschnitt 330, 340 des einen Endes des Anschlussabschnitts 100 eingefügt ist, in den oben genannten Bereich fällt, ist es aufgrund der Steigerung der Fläche einer Schnittstelle, an der eine Beschichtungsschicht auf der Außenoberfläche der Einfassung 120 an das eine Ende 310 des Kuppelabschnitts chemisch gebunden ist, möglich, ein Entweichen des Fluids unter Hochdruck zu verhindern und die Gasdichtheit des Hochdrucktanks zu gewährleisten.
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Geht die Fläche der Einfassung 120 über den oben genannten Bereich hinaus, verursacht dies eine Reduzierung der Effizienz bei der Bildung des Anschlussabschnitts 100 und somit eine Reduzierung der gesamten Prozesseffizienz, was eine Steigerung der Wirtschaftlichkeit durch Massenproduktion schwierig macht.
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Die Einfassung 120 ist auf einer Seite von sowohl der Außen- als auch der Innenumfangsoberfläche davon mit einem gestuften Abschnitt 121 gebildet, der das eine Ende des Kuppelabschnitts 300 aufnimmt und damit gekoppelt ist.
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Der gestufte Abschnitt 121 ermöglicht es, dass das eine Ende des Kuppelabschnitts 300 durch Metallinsertspritzgießen entsprechend mit einer Dicke, die der Tiefe des gestuften Abschnitts 121 entspricht, oder mit der Gestalt des gestuften Abschnitts 121 gebildet wird, wodurch der Anschlussabschnitt 100 fest und gasdicht mit dem Kuppelabschnitt 300 gekoppelt werden kann.
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Das heißt, dass der gestufte Abschnitt 121 dazu dient, die Kopplung zwischen dem Anschlussabschnitt 100 und dem Kuppelabschnitt 300 zu erhöhen.
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Der Dichtungsabschnitt 200 ist auf der Außenoberfläche der Einfassung 120 gebildet.
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Der Dichtungsabschnitt 200 wird gebildet, indem die Außenoberfläche der Einfassung 120 des Anschlussabschnitts 100 mit einem Polyamidharz beschichtet wird.
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In einer Ausführungsform wird der Dichtungsabschnitt 200 gebildet, indem die Außenoberfläche der Einfassung 120 mit einem, das aus Polyphthalamid (PPA), Polyamid 6 (PA6), Polyamid 11 (PA11), Polyamid 12 (PA12) und Polyarylamid (PARA) ausgewählt ist, mit einer Dicke von 150 µm bis 350 µm beschichtet wird.
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Diese Typen von thermoplastischen Harzen sind bei der Bildung einer Beschichtungsschicht auf Aluminium oder Edelstahl effektiv.
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Wird der Dichtungsabschnitt 200 aus diesen Typen von Polyamidharzen gebildet, kann der Anschlussabschnitt 100 durch Metallinsertspritzgießen mit dem Kuppelabschnitt 300 gekoppelt werden.
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Der Kuppelabschnitt 300 ist mit dem Dichtungsabschnitt 200 integral gekoppelt.
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Der Kuppelabschnitt 300 ist an den Dichtungsabschnitt 200 chemisch gebunden und bildet mit einer Metalloberfläche des Dichtungsabschnitts 200 eine gasdichte Schnittstelle, um eine Dichtungsstruktur zu bilden.
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Wenn der Dichtungsabschnitt 200 als eine Beschichtungsschicht mit einer Dicke von 150 µm bis 350 µm gebildet ist, kann eine chemische Bindung zwischen der Beschichtungsschicht als dem Dichtungsabschnitt 200 und dem einen Ende des Kuppelabschnitts 300 leicht erzielt werden und so eine verbesserte Gasdichtheit erzielt werden.
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Geht die Dicke des Dichtungsabschnitts 200 über den oben genannten Bereich hinaus, ist die Steigerung der Gasdichtheit relativ zu der Steigerung der Dicke der Beschichtungsschicht unbedeutend, liegt jedoch die Dicke des Dichtungsabschnitts 200 unterhalb des oben genannten Bereichs, kann die Gasdichtheit zwischen dem Anschlussabschnitt 100 und dem Kuppelabschnitt 300 aufgrund der reduzierten Dicke der Beschichtungsschicht, die an das eine Ende des Kuppelabschnitts chemisch gebunden ist, reduziert sein.
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Ist der Dichtungsabschnitt 200 als eine Beschichtungsschicht gebildet, die aus den zuvor genannten Typen von Polyamidharzen besteht, und ist der Kuppelabschnitt 300 aus einem Polyamidharz gebildet, kann während des Metallinsertspritzgießens eine gasdichte Schnittstelle zwischen dem Dichtungsabschnitt 200 und dem einen Ende des Kuppelabschnitts 300 durch eine chemische Bindung zwischen ihnen gebildet werden.
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In einer Ausführungsform kann der Kuppelabschnitt 300 aus einem Polyamidharz gebildet sein, beispielsweise einem, das aus Polyphthalamid (PPA), Polyamid 6 (PA6), Polyamid 11 (PA11), Polyamid 12 (PA12) und Polyarylamid (PARA) ausgewählt ist. In diesem Fall kann der Kuppelabschnitt 300 aus dem gleichen Material wie der Dichtungsabschnitt 200 gebildet sein.
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Ein typischer Hochdrucktank mit einer Anschlussstruktur erfordert während des Formens eines Liners das Einarbeiten eines Gewindes auf eine Lineröffnung 160 und das Einarbeiten eines entsprechenden Gewindes auf ein Innenloch eines Anschlusses zum Gewindekoppeln. Dagegen ist gemäß der vorliegenden Erfindung der Anschlussabschnitt 100 mittels des Dichtungsabschnitts 200 direkt mit dem Kuppelabschnitt 300 gekoppelt, ohne dass ein Gewindekopplungsmechanismus verwendet wird.
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Bezugnehmend auf 5 ist es, da der auf dem Anschlussabschnitt 100 gebildete Dichtungsabschnitt 200 die Gewährleistung der Gasdichtheit auch dann sicherstellen kann, wenn der Anschlussabschnitt 100 direkt mit dem Kuppelabschnitt 200 gekoppelt ist, möglich, die Notwendigkeit zusätzlicher Komponenten zur Erhöhung der Gasdichtheit, wie etwa eines O-Rings und eines Stützrings, die Notwendigkeit eines separaten Haftmittels, um den Anschlussabschnitt 100 an den Kuppelabschnitt 300 zu binden, und die Notwendigkeit der Einarbeitung von Gewinden für eine Kopplung zwischen einem Anschluss und einem Liner, wie in der verwandten Technik, zu beseitigen.
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Der Linerabschnitt 400 ist mit dem Kuppelabschnitt 300 gekoppelt.
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In einer Ausführungsform können der Anschlussabschnitt 100 und der Kuppelabschnitt 300 durch Metallinsertspritzgießen integral miteinander gekoppelt werden, gefolgt von einem Anfügen des Linerabschnitts 400 an den Kuppelabschnitt 300.
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In diesem Fall ist der Linerabschnitt 400 an einem Ende davon mit einem Fügeabschnitt 350 gebildet, der an den Kuppelabschnitt 300 angefügt wird.
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Auch wenn der Hochdrucktank durch ein Metallinsertspritzgießverfahren gefertigt werden kann, bei dem der Anschlussabschnitt 100 in eine Form eingebracht wird und der Linerabschnitt 400 und der Kuppelabschnitt 300 gleichzeitig durch Rotationsformen gebildet werden, ist die Fertigung des Hochdrucktanks durch einen Prozess, bei dem der Anschlussabschnitt 100 in eine Form eingebracht wird, der Kuppelabschnitt 300 integral mit dem Anschlussabschnitt 100 gebildet wird und der Linerabschnitt an den Kuppelabschnitt angefügt wird, zur Gewährleistung der Kopplung und Gasdichtheit zwischen dem Anschlussabschnitt 100 und dem Kuppelabschnitt 300 vorteilhafter.
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Wird der Hochdrucktank durch Bilden des Anschlussabschnitts 100 und des Kuppelabschnitts 200 durch Metallinsertspritzgießen gefertigt, gefolgt von dem Anfügen des Linerabschnitts 400 an den Kuppelabschnitt 200, können der Kuppelabschnitt 200 und der Linerabschnitt 400 aus unterschiedlichen Materialien gebildet sein.
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Ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Verfahren zur Fertigung eines Hochdrucktanks mit einem Dichtungsanschluss bereit.
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7 ist ein Ablaufdiagramm des Verfahrens zur Fertigung des Hochdrucktanks mit dem Dichtungsanschluss gemäß dem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung.
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Bezugnehmend auf 7 wird zunächst ein Anschlussabschnitt vorgeformt, der ein Ende, das mit einer sich radial nach außen erstreckenden Einfassung gebildet ist, aufweist, wobei die Einfassung mehrere Verbindungslöcher aufweist, die entlang eines Außenumfangs davon gebildet sind (S100).
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Die an der Einfassung gebildeten Verbindungslöcher und Befestigungsvertiefungen können vor dem Formen des Anschlussabschnitts durch eine Fräsbearbeitung gebildet werden.
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Die Bildung der Verbindungslöcher und der Befestigungsvertiefungen kann die mechanische Kopplung zwischen dem Anschlussabschnitt und einem Kuppelabschnitt erhöhen, wodurch verhindert wird, dass der Anschlussabschnitt durch ein Fluid unter Hochdruck von dem Kuppelabschnitt getrennt wird.
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Dann wird ein Dichtungsabschnitt gebildet, indem eine Außenoberfläche der Einfassung mit einem thermoplastischen Harz beschichtet wird (S200).
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In einer Ausführungsform kann das thermoplastische Harz ein Polyamidharz sein, insbesondere eines, das aus Polyphthalamid (PPA), Polyamid 6 (PA6), Polyamid 11 (PA11), Polyamid 12 (PA12) und Polyarylamid (PARA) ausgewählt ist.
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Dann wird durch Metallinsertspritzgießen der mit dem Dichtungsabschnitt gekoppelte Kuppelabschnitt gebildet, wobei der Anschlussabschnitt mit dem darauf gebildeten Dichtungsabschnitt in eine Form geladen wird und ein thermoplastisches Harz in die Form gespritzt wird (S300).
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Das thermoplastische Harz kann ein Polyamidharz sein, insbesondere eines, das aus Polyphthalamid (PPA), Polyamid 6 (PA6), Polyamid 11 (PA11), Polyamid 12 (PA12) und Polyarylamid (PARA) ausgewählt ist. Vorzugsweise ist der Kuppelabschnitt aus dem gleichen Material wie der Dichtungsabschnitt gebildet.
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Wenn der Dichtungsabschnitt und der Kuppelabschnitt aus dem gleichen Material gebildet sind, können der Anschlussabschnitt und der Kuppelabschnitt integral miteinander gebildet werden, indem während des Metallinsertspritzgießens konstante Spritzbedingungen gewährleistet werden.
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Dann wird ein Linerabschnitt mit dem Kuppelabschnitt gekoppelt (S400).
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Durch das Koppeln des Linerabschnitts mit dem Kuppelabschnitt wird die Fertigung des Hochdrucktank abgeschlossen.
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Wird der Hochdrucktank durch einen Prozess gefertigt, bei dem der Anschlussabschnitt und der Kuppelabschnitt durch Spritzgießen integral miteinander gebildet werden und dann der Linerabschnitt gebildet und mit dem Kuppelabschnitt gekoppelt wird, ist es einfach, die Gasdichtheit zwischen dem Anschlussabschnitt und dem Kuppelabschnitt durch Verhindern von Schäden an dem Dichtungsabschnitt zu gewährleisten.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Verfahren zur Fertigung eines Hochdrucktanks mit einem Dichtungsanschluss bereit, wobei das Verfahren Folgendes umfasst:
- (i) Vorformen eines Anschlussabschnitts, der ein Ende, das mit einer sich radial nach außen erstreckenden Einfassung gebildet ist, aufweist, wobei die Einfassung mehrere Verbindungslöcher aufweist, die entlang eines Außenumfangs davon gebildet sind;
- (ii) Bilden eines Dichtungsabschnitts durch Beschichten einer Außenoberfläche der Einfassung; und
- (iii) gleichzeitiges Bilden eines Kuppelabschnitts und eines Linerabschnitts durch Liner-Rotationsformen, wobei der Anschlussabschnitt mit dem darauf gebildeten Dichtungsabschnitt in eine Form geladen wird und ein thermoplastisches Harz in die Form gespritzt wird.
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8 ist ein Ablaufdiagramm des Verfahrens zur Fertigung des Hochdrucktanks mit dem Dichtungsanschluss gemäß dem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung.
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Bezugnehmend auf 8 kann der Hochdrucktank mit dem Dichtungsanschluss gefertigt werden, indem der Anschlussabschnitt vorgeformt wird (S1000), der Dichtungsabschnitt gebildet wird (S2000) und der Kuppelabschnitt und der Linerabschnitt gleichzeitig durch Liner-Rotationsformen gebildet werden, wobei der Anschlussabschnitt mit dem darauf gebildeten Dichtungsabschnitt in die Form geladen wird und das thermoplastische Harz in die Form gespritzt wird.
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Das gleichzeitige Bilden des Kuppelabschnitts und des Linerabschnitts durch Liner-Rotationsformen, wobei der Anschlussabschnitt mit dem darauf gebildeten Dichtungsabschnitt in die Form geladen wird und das thermoplastisches Harz in die Form gespritzt wird, kann eine hohe Produktionseffizienz sicherstellen.
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Obwohl hierin einige Ausführungsformen beschrieben wurden, werden Fachleute verstehen, dass verschiedene Modifikationen, Änderungen und Veränderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen. Es versteht sich deshalb, dass diese Ausführungsformen lediglich zu Illustrationszwecken bereitgestellt sind und in keiner Weise als die vorliegende Erfindung begrenzend auszulegen sind. Der Umfang der vorliegenden Erfindung definiert sich durch die angehängten Ansprüche und nicht durch die vorstehende Beschreibung, und die Ansprüche und die diesbezüglichen Äquivalente sollen solche Modifikationen und dergleichen, die in den Umfang der vorliegenden Erfindung fallen, abdecken.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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