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Die Erfindung betrifft einen Druckbehälter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Herstellverfahren für einen derartigen Druckbehälter sowie ein Fahrzeugbauteil mit demselben.
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Ein Druckbehälter der eingangs genannten Art ist aus der
EP 0 550 951 B1 bekannt. Er besitzt eine ein Vorratsvolumen zum Speichern eines Fluids begrenzende Wandung mit einer Außenschicht und einer innenliegenden Liner-Schicht, wobei im Bereich einer Durchgangsöffnung eines Deckelabschnitts des Druckbehälters ein metallisches, mit einem Ventil ausrüstbares Anschlussstück angeordnet ist, durch das Fluid gesteuert in das Vorratsvolumen ein- und wieder ausströmen kann. Die maßgenaue Fertigung entsprechender Druckbehälter ist insbesondere im Übergangsbereich zwischen Liner-Schicht und Anschlussstück aufgrund von dort fertigungsbedingt auftretender Mechanismen, wie beispielsweise Schwindung, Schrumpf und Verzug, herausfordernd.
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Die Aufgabe der Erfindung liegt daher darin, eine verbesserte oder zumindest eine andere Ausführungsform eines Druckbehälters anzugeben. Insbesondere soll ein Herstellverfahren für einen Druckbehälter sowie ein Fahrzeugbauteil mit einem Druckbehälter angegeben werden.
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Bei der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe insbesondere durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und der Beschreibung.
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Der Grundgedanke der Erfindung liegt darin, die Liner-Schicht und das Anschlussstück anhand einer Mikroverzahnungsstruktur miteinander formschlüssig zu verbinden.
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Hierzu wird erfindungsgemäß ein Druckbehälter, insbesondere ein Wasserstoffdruckbehälter, vorgeschlagen, welcher eine Wandung und ein in der Praxis auch als „Boss“ bezeichnetes Anschlussstück aufweist. Die Wandung begrenzt ein Vorratsvolumen vorgebbarer Größe für Fluid und weist außerdem eine tragende Außenschicht und eine als Permeationsbarriere fungierende, innenliegende Liner-Schicht nicht-metallischen Materials auf. Die Wandung des Druckbehälters hat zumindest einen den Druckbehälter beispielsweise zu den Seiten hin abschließenden, insbesondere kuppelförmigen Deckelabschnitt mit einer Durchgangsöffnung, in die das Anschlussstück beispielsweise abdichtend eingesetzt ist. Das Anschlussstück ist aus metallischem Material gefertigt und weist einen Anschlusskanal auf, der das Anschlussstück durchsetzt. Das Anschlussstück kann über ein Ventil zum Steuern eines sich durch den Anschlusskanal erstreckenden Fluidstroms aus Fluid verfügen, das in den Anschlusskanal montiert ist. Dadurch kann Fluid lediglich durch den Anschlusskanal hindurch in den Vorratsvolumen ein- oder aus demselben ausströmen. Wesentlich für die Erfindung ist, dass die Liner-Schicht unter Ausbildung einer gemeinsamen Grenzfläche an eine Trägerfläche des Anschlussstücks angeordnet, insbesondere angeformt und weiter insbesondere angespritzt, ist und dass das Anschlussstück an der Trägerfläche im Bereich der Grenzfläche eine hinterschnittbildende Mikroverzahnungsstruktur ausbildet oder aufweist, die vom nicht-metallischen Material der Liner-Schicht umschlossen, insbesondere umspritzt, ist, sodass das Anschlussstück und die Liner-Schicht miteinander formschlüssig verbunden sind. Anhand der Mikroverzahnungsstruktur ist die Haftung zischen der Liner-Schicht und dem Anschlussstück derart verbessert, dass ein insbesondere schwindungs-, schrumpfungs- und verzugbedingtes Ablösen der Liner-Schicht vom Anschlussstück effektiv verhindert ist. Infolgedessen können Herstellungstoleranzen bei der Herstellung des Druckbehälters in einem Übergangbereich zwischen dem Anschlussstück und der Liner-Schicht eingehalten und kostenintensive Nacharbeiten verhindert werden.
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Die innenliegende Liner-Schicht des Druckbehälters ist im Sinne einer Innenverkleidung von innen, d.h. vom Vorratsvolumen her, flächig an der Außenschicht angeordnet. Sie kann insbesondere durch Spritzguss- oder Blasformen hergestellt sein. Dass die Liner-Schicht als Permeationsbarriere fungiert bedeutet vorliegend insbesondere, dass sie gas- und dampfundurchlässig ausgeführt ist. Das nicht-metallische Material der Liner-Schicht kann bevorzugt ein Kunststoff sein, beispielsweise ein thermoplastischer Kunststoff.
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Die tragende Außenschicht des Druckbehälters kann aus faserverstärkten Kunststoff oder dergleichen hergestellt sein. Sie grenzt den Druckbehälter zur Umgebung hin ab und trägt die durch ein im Druckbehälter bevorratetes, unter Druck stehendes Fluid verursachte Druckbelastung.
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Der zumindest eine Deckelabschnitt ist zweckmäßigerweise integral an einem zentralen Hohlzylinderabschnitt angeordnet. Letzterer kann einen runden, ovalen oder eckigen Querschnitt besitzen. Weiterhin kann die Wandung zwei solche, entgegengesetzte, den Druckbehälter axial begrenzende, kuppelförmige Deckelabschnitte besitzen.
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Die Erfindung versteht unter dem Begriff „Mikroverzahnungsstruktur“ insbesondere eine Oberflächenstrukturierung der Trägerfläche. Einzelne Strukturelemente der Mikroverzahnungsstruktur können eine maximale mikroskopische Abmessung von 0,1 mm bis 0,9 mm, insbesondere 0,3 mm bis 0,6 mm und weiter insbesondere 0,3 mm bis 0,4 mm aufweisen. Bei entsprechenden Abmessung ist die Haftung zwischen dem Anschlussstück und der Liner-Schicht optimal, sodass eine praktisch unlösbare Formschlussverbindung von Anschlussstück und Liner-Schicht realisiert ist.
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Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, dass die Mikroverzahnungsstruktur am Anschlussstück durch eine Laser-, Ätz- oder Zerspanungsbearbeitung des Anschlussstücks realisiert ist. Eine derartige, materialabtragende Bearbeitung des Anschlussstücks erlaubt eine einfache Realisierung von Strukturelementen mit mikroskopischer Abmessung und zugleich kurze Bearbeitungszeiten, sodass Mikroverzahnungsstrukturen kostengünstig erzeugt werden können. Weiterhin ist es zumindest denkbar, dass die Mikroverzahnungsstruktur am Anschlussstück durch eine Beschichtung des Anschlussstücks erzeugt ist, wobei sich optional eine Laser-, Ätz- oder Zerspanungsnachbearbeitung der abgeschiedenen Beschichtung am Anschlussstück anschließen kann. Das dabei eingesetzte Beschichtungsmaterial kann dem metallischen Material des Anschlussstücks entsprechen oder von einem unterschiedlichen Material gebildet sein. Hierdurch können die mechanischen Eigenschaften der generierten Mikroverzahnungsstruktur in weiten Bereichen eingestellt und insbesondere an das nicht-metallische Material der Liner-Schicht angepasst werden.
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Die Mikroverzahnungsstruktur besitzt zweckmäßigerweise Strukturelemente mit Hinterschnitt, die anhand einer Laser-, Ätz- oder Zerspanungsbearbeitung des Anschlussstücks und/oder durch eine Beschichtung des Anschlussstücks erzeugt und daher unregelmäßig ausgebildet sind. Entsprechende unregelmäßige Strukturelemente lassen sich besonders gut mit dem nicht-metallischen Material umschließen, umspritzen oder hinterspritzen, sodass eine effektive formschlüssige Verbindung zwischen der Liner-Schicht und dem Anschlussstück realisierbar ist.
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Die Strukturelemente können, falls sie durch eine Laserbearbeitung des Anschlussstücks realisiert sind, von Erstarrungs- und/oder Resublimationskörpern gebildet sein, welche zweckmäßigerweise vom Anschlussstück erhaben sind. Diese entstehen durch Erstarren und/oder Resublimieren des während der Laserbearbeitung zuvor verdampften metallischen Materials des Anschlussstücks und weisen eine zufällige, unregelmäßige Außenkontur auf, insbesondere mit einem unregelmäßig geformten Hinterschnitt. Die Strukturelemente können zusätzlich auch von Vertiefungen gebildet sein.
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Weiter zweckmäßigerweise ist vorgesehen, dass die Mikroverzahnungsstruktur sich entweder vollflächig über die Trägerfläche erstreckt oder lediglich auf eine lokale Teilfläche der Trägerfläche begrenzt ist. Wenn sich die Mikroverzahnungsstruktur lediglich über eine lokale Teilfläche der Trägerfläche erstreckt, ist die Realisierung der Mikroverzahnungsstruktur verhältnismäßig kostengünstig und zügig möglich. Beispielsweise beträgt die Größe der Teilfläche 10% bis 40% der Trägerfläche, insbesondere 10% der Trägerfläche und weiter insbesondere weniger als 10% der Trägerfläche. Wenn sie sich stattdessen vollflächig über die Trägerfläche erstreckt, kann eine formschlüssige Verbindung von Anschlussstück und Liner-Schicht bereitgestellt werden, die eine maximale Kraftübertragung zwischen Anschlussstück und Liner-Schicht erlaubt.
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Die Trägerfläche des Anschlussstücks ist zweckmäßigerweise dem Vorratsvolumen des Druckbehälters zugewandt. Die Trägerfläche kann weiterhin den Anschlusskanal des Anschlussstücks zumindest abschnittweise begrenzen.
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Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, dass der Anschlusskanal unter Ausbildung eines Mündungsinnenbereichs an einer ebenen Tellerfläche eines Ringflanschs des Anschlussstücks ausmündet. Der Mündungsinnenbereich weist hierbei eine mit der Tellerfläche verbundene verrundete und/oder konische Bereichsfläche auf. Zweckmäßigerweise ist die besagte Trägerfläche des Anschlussstücks von der Tellerfläche und der Bereichsfläche gebildet. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Mikroverzahnungsstruktur lediglich an der für die Montage des Ventils essentiellen Bereichsfläche oder lediglich an der Tellerfläche oder an der Bereichsfläche sowie zusätzlich an der Tellerfläche ausgebildet ist. Weiterhin kann die Bereichsfläche einen verrundeten Bereichsflächenabschnitt und einen sich daran nach außen hin anschließenden konischen Halsflächenabschnitt aufweisen, wobei die Mikroverzahnungsstruktur an dem verrundeten Bereichsflächenabschnitt und/oder dem konischen Halsflächenabschnitt ausgebildet sein kann. Bei Versuchen hat sich gezeigt, dass die diskutierten Ablösungen der Liner-Schicht vom Anschlussstück insbesondere im besagten verrundeten und/oder konischen Mündungsinnenbereich des Anschlusskanals relativ ausgeprägt sein können. Dadurch, dass die Mikroverzahnungsstruktur an der Bereichsfläche ausgebildet ist, kann ebendort durch Formschluss ein optimale Haftung zwischen dem Anschlussstück und der Liner-Schicht generiert werden, was eine Ablösung in diesem Bereich effektiv verhindert. Wenn die Mikroverzahnungsstruktur zusätzlich an der Tellerfläche ausgebildet ist, kann der Formschluss zwischen dem Anschlussstück und der Liner-Schicht weiter verbessert werden, da die am Formschluss beteiligte Fläche der Mikroverzahnungsstruktur vergrößert ist. Weiterhin kann die Mikroverzahnungsstruktur alternativ oder zusätzlich auch an der für die Montage des Ventils geeigneten Kanalbegrenzungsinnenfläche des Anschlusskanals ausgebildet sein.
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Weiter zweckmäßigerweise ist vorgesehen, dass die Mikroverzahnungsstruktur in einer mäanderförmigen Bahn oder einer Zick-zack-Bahn ausgebildet ist. Bevorzugt kann die Bahn bezüglich einer Umfangsrichtung des Druckbehälters, die um eine Mittenachse des Druckbehälters rotiert, mäanderförmig oder zick-zack-förmig ausgebildet sein. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Mikroverzahnungsstruktur in bezüglich einer Mittenachse des Druckbehälters radiär, d.h. bezüglich der Mittenachse strahlenförmig, verlaufenden Streifenflächen ausgebildet ist. Die Streifenflächen haben zweckmäßigerweise eine rechteckige Form und sind weiter zweckmäßigerweise nicht miteinander verbunden. Dadurch sind insgesamt bevorzugte und insbesondere im Rahmen einer Laserbearbeitung des Anschlussstücks kostengünstig realisierbare Ausführungsformen für eine Mikroverzahnungsstruktur angegeben.
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In diesem Zusammenhang kann es zweckmäßig sein, wenn die besagte Bahn auf einem bezüglich einer Mittenachse des Druckbehälters konzentrischen Kreis liegend aufeinanderfolgend angeordnete Bahnabschnitte aufweist, wobei zwischen in einer Umfangsrichtung um die Mittenachse herum unmittelbar benachbarten Bahnabschnitten eine Freifläche angeordnet ist. Diese sind frei von Mikroverzahnungsstrukturen. Dadurch kann die Mikroverzahnungsstruktur einfacher und kostengünstig bereitgestellt werden, da die Freiflächen bei der Herstellung der Mikroverzahnungsstruktur nicht bearbeitet werden müssen. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Streifenflächen auf einem bezüglich der Mittenachse konzentrischen Kreis liegend aufeinanderfolgend angeordnet sind, wobei zwischen in einer Umfangsrichtung um die Mittenachse herum unmittelbar benachbarten Streifenflächen eine Freifläche angeordnet ist, die frei von Mikroverzahnungsstrukturen ist. Anhand entsprechender Streifenflächen kann eine Mikroverzahnungsstruktur am Anschlussstück kostengünstig erzeugt werden, da an den Freiflächen zwischen benachbarten Streifenflächen keine Mikroverzahnungsstruktur erzeugt werden muss. Insbesondere können die Streifenflächen, wenn ihnen eine rechteckige Form gegeben ist, sich mit ihren Langseiten gegenüberliegen, während ihre Kurzseiten nach radial außen bzw. nach radial innen zeigen.
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Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, dass das Anschlussstück an der Trägerfläche im Bereich der Grenzfläche neben der Mikroverzahnungsstruktur eine Makroverzahnungsstruktur ausbildet, anhand welcher das Anschlussstück und die Liner-Schicht formschlüssig verbunden sind. Eine Makroverzahnungsstruktur kann insbesondere durch mindestens eine konzentrisch um die Mittenachse umlaufende Ringnut realisiert sein, die vom nicht-metallischen Material der Liner-Schicht umschlossen, insbesondere umspritzt, ist.
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Ein weiterer Grundgedanke der Erfindung liegt darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Druckbehälters, insbesondere eines Wasserstoffdruckbehälters, gemäß der vorhergehenden Beschreibung anzugeben. Hierbei ist vorgesehen, dass zunächst ein Druckbehälter gemäß der vorhergehenden Beschreibung bereitgestellt wird und dann eine Mikroverzahnungsstruktur am Anschlussstück des Druckbehälters im Rahmen einer Laser-, Ätz- oder Zerspanungsbearbeitung des Anschlussstücks und/oder im Rahmen einer Beschichtung des Anschlussstücks erzeugt wird. Dadurch können erfindungsgemäße Druckbehälter kostengünstig hergestellt werden.
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Bei Versuchen der Anmelderin hat sich insbesondere die Laserbearbeitung des Anschlussstücks als vorteilhafte Herstelltechnik für die Mikroverzahnungsstruktur herauskristallisiert. Insbesondere können relativ kurze Laserpulse verwendet werden. Bei der Laserbearbeitung wird das metallische Material des Anschlussstücks zunächst lokal aufgeschmolzen und/oder verdampft (sublimiert), sodass dann Strukturelemente der Mikroverzahnungsstruktur in Form von Erstarrungs- und/oder Resublimationskörpern und/oder Vertiefungen realisiert sind. Zur Realisierung unterschiedlicher Mikroverzahnungsstrukturen kann die Laserbearbeitung des Anschlussstücks in parallelen, mäanderförmigen oder zick-zack-förmigen Bahnen erfolgen, wobei insbesondere auch Mehrfachüberfahrten möglich sind. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das Anschlussstück bei der Laserbearbeitung um eine Drehachse rotiert wird, während eine zur Laserbearbeitung eingerichtete Laseroptik eine relativ zum Anschlussstück betrachtet kontinuierliche Bewegung durchführt, beispielsweise in Form von parallelen, mäanderförmigen oder zick-zack-förmigen Bahnen. Die Bahnen, insbesondere die Bahnabschnitte oder die Streifenflächen, können beispielsweise eine vorgegebene Breite von 16 mm aufweisen.
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Weiterhin liegt ein weiterer Grundgedanke der Erfindung darin, ein Fahrzeugbauteil, insbesondere ein Brennstoffzellensystem, anzugeben. Ein entsprechendes Fahrzeugbauteil ist in ein Fahrzeug integrierbar und besitzt mindestens einen Druckbehälter, insbesondere einen Wasserstoffdruckbehälter, gemäß der vorhergehenden Beschreibung sowie insbesondere einen Antriebsmotor der von im Druckbehälter gespeichertem Fluid, beispielsweise Wasserstroff, antreibbar ist. Dadurch ist ein vorteilhaftes Fahrzeugbauteil für ein Fahrzeug, insbesondere ein von Wasserstoff betreibbares Kraftfahrzeug, angegeben.
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Zusammenfassend bleibt festzuhalten: Die vorliegende Erfindung betrifft zweckmäßigerweise einen Druckbehälter aufweisend eine ein Vorratsvolumen begrenzende Wandung und ein von einem Anschlusskanal durchsetztes Anschlussstück metallischen Materials für die Montage eines Ventils, wobei die Wandung eine lasttragende Außenschicht und eine als Permeationsbarriere fungierende, innenliegende Liner-Schicht nicht-metallischen Materials besitzt, wobei die Wandung weiterhin einen Deckelabschnitt mit einer Durchgangsöffnung aufweist, in die das Anschlussstück eingesetzt ist. Wesentlich ist, dass die Liner-Schicht unter Ausbildung einer gemeinsamen Grenzfläche an eine Trägerfläche des Anschlussstücks angeformt ist und dass das Anschlussstück an der Trägerfläche im Bereich der Grenzfläche eine vom nicht-metallischen Material der Liner-Schicht umschlossene, hinterschnittbildende Mikroverzahnungsstruktur ausbildet, anhand welcher das Anschlussstück und die Liner-Schicht formschlüssig verbunden sind. Die Erfindung betrifft ferner ein Herstellverfahren für einen derartigen Druckbehälter sowie ein Fahrzeugbauteil mit demselben.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch
- 1 einen Druckbehälter gemäß einer ersten Ausführungsform in einer Längsschnittansicht,
- 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus 1,
- 3 ein Anschlussstück eines Druckbehälters gemäß einer weiteren Ausführungsform mit Blick von unten,
- 4 das Anschlussstück aus 3 in etwas vergrößerter Darstellung und mit Blick von schräg unten,
- 5 das Anschlussstück aus 3 in einer gegenüber 4 deutlich vergrößerten Darstellung, ebenfalls mit Blick von schräg unten und
- 6 in einer weiteren Längsschnittansicht einen Ausschnitt des Anschlussstücks aus 3 mit an das Anschlussstück angeformter Liner-Schicht.
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Die 1 bis 6 zeigen bevorzugte Ausführungsformen eines im Gesamten mit der Bezugsziffer 1 bezeichneten Druckbehälters. Entsprechende Druckbehälter 1 werden als Wasserstoffdruckbehälter beispielsweise in Fahrzeugen zum Speichern von Wasserstoff eingesetzt, sodass ein Antriebsmotor des Fahrzeugs, beispielsweise eine Brennstoffzelle, mit Wasserstoff versorgt werden kann. Der Einsatz des vorgeschlagenen Druckbehälters 1 ist jedoch nicht auf diese Anwendung begrenzt.
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Mit Blick auf 1 ist ein Druckbehälter 1 zu erkennen, der sich entlang einer mit strichpunktierter Linie angedeuteten Mittenachse 20 erstreckt. Er weist eine mehrschichtige Wandung 27, die innen ein Vorratsvolumen 26 für Fluid begrenzt, sowie ein in der Praxis auch als Boss bezeichnetes, metallisches Anschlussstück 4 auf. Die den Druckbehälter 1 nach außen, d.h. zur einer Umgebung 34 hin, abschließende Schicht der Wandung 27 ist als Außenschicht 28 bezeichnet und rein exemplarisch aus faserverstärkten Kunststoff oder dergleichen hergestellt. Sie trägt eine durch das im Vorratsvolumen 26 bevorratete Fluid verursachte Druckbelastung. Die mehrschichtige Wandung 27 weist weiterhin eine von innen, d.h. vom Vorratsvolumen 26 her, flächig an der Außenschicht 28 sowie zumindest abschnittsweise am Anschlussstück 4 angeordnete, gas- und dampfundurchlässige (Permeationsbarriere) Liner-Schicht 5 auf. Diese kann beispielsweise aus einem thermoplastischen Kunststoff hergestellt und insbesondere einstückig oder mehrteilig ausgeführt sein. Schichten im Sinne der Erfindung können mehrlagig und beispielsweise durch Lagenwicklungen ausgeführt sein. Das Anschlussstück 4 ist von einem Anschlusskanal 6 durchsetzt und kann mit einem in den Figuren nicht illustrierten Ventil ausgerüstet sein, das in den Anschlusskanal 6 montiert und zum Steuern eines sich durch den Anschlusskanal 6 erstreckenden Fluidstroms aus Fluid, beispielsweise Wasserstoff, eingerichtet ist. Die Wandung 27 bildet vorliegend zwei entgegengesetzte, den Druckbehälter 1 axial begrenzende kuppelförmige Deckelabschnitte, die über einen zentralen Hohlzylinderabschnitt 3 integral miteinander verbunden sind. Der Hohlzylinderabschnitt 3 kann zweckmäßigerweise einen runden, ovalen oder eckigen Querschnitt besitzen. In 1 ist zu erkennen, dass ein einziger Deckelabschnitt 2 dieser beiden Deckelabschnitte mit einer von der Umgebung 34 des Druckbehälters 1 zum Vorratsvolumen 26 führenden Durchgangsöffnung 29 versehen, in die das Anschlussstück 4 abdichtend eingesetzt ist. Es ist dabei sandwichartig zwischen den besagten Schichten 5, 28 der Wandung 27 eingebettet.
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Im Rahmen der Herstellung von entsprechenden Druckbehältern 1 sind seither in einem Übergangsbereich zwischen dem Anschlussstück 4 und der Liner-Schicht 5 lokale Ablösungen der Liner-Schicht 5 vom Anschlussstück 4 aufgetreten, die mit einem unbeherrschbaren, gewissen mechanischen Verzug der Liner-Schicht 5 einhergehen. Dadurch waren seither geforderte Herstellungstoleranzen für den Druckbehälter 1 in diesem Übergangsbereich nur mit hohem Auffand und oftmals unzureichend erfüllbar.
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Um hier Abhilfe zu schaffen wird gegenständlich vorgeschlagen, dass die Liner-Schicht 5 unter Ausbildung einer gemeinsamen Grenzfläche 7 an eine Trägerfläche 8 des Anschlussstücks 4 angeformt, insbesondere angespritzt, ist, wobei das Anschlussstück 4 an der Trägerfläche 8 im Bereich der Grenzfläche 7 eine vom nicht-metallischen Material der Liner-Schicht 5 umschlossene, insbesondere umspritzte, hinterschnittbildende Mikroverzahnungsstruktur 9 aufweist. Anhand derselben sind das Anschlussstück 4 und die Liner-Schicht 5 formschlüssig miteinander verbunden. Dabei ist die Haftung zwischen dem Anschlussstück 4 und der Liner-Schicht 5 derart verbessert, dass eine Ablösung der Liner-Schicht 5 vom Anschlussstück 4 vollständig verhindert ist. Infolgedessen können Herstellungstoleranzen bei der Herstellung von Druckbehältern 1 einfacher eingehalten werden, was die Herstellung der Druckbehälter 1 vereinfacht und insbesondere kostenintensive Nacharbeiten an Druckbehältern 1 verhindert.
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Die hierfür verantwortliche Mikroverzahnungsstruktur 9 ist vorliegend durch eine ebenso kostengünstige wie schnelle Laserbearbeitung des Anschlussstücks 4 realisiert. Sie ist, was anhand der 3 bis 5 zu erkennen ist, von einer Vielzahl von relativ kleinen Strukturelementen 10 gebildet, welche jeweils einen Hinterschnitt und zweckmäßigerweise eine maximale Abmessung von 0,1 mm bis 0,9 mm, insbesondere 0,3 mm bis 0,6 mm und weiter insbesondere 0,3 mm bis 0,4 mm aufweisen. Die Strukturelemente 10 sind bevorzugt von Erstarrungs- und/oder Resublimationskörpern gebildet, die durch Erstarren und/oder Resublimieren des durch die Laserbearbeitung verdampften metallischen Materials des Anschlussstücks 4 integral am Anschlussstück 4 realisiert sind. Das Erstarren und/oder Resublimieren des metallischen Materials ist mit Blick auf die entstehenden Formen im Wesentlichen zufällig, jedoch werden stets Hinterschnitte erzeugt. Dadurch ergeben sich unregelmäßig geformte Strukturelemente 10 mit Hinterschnitt, die vom nicht-metallischen Material der Liner-Schicht 5 hervorragend umschlossen werden können, wodurch sich eine optimale Haftung der Liner-Schicht 5 am Anschlussstück 4 ergibt. Im Rahmen von Versuchen hat sich herausgestellt, dass die vorgeschlagenen Strukturelemente 10 sich besonders gut vom nicht-metallischen Material der Liner-Schicht 5 umformen oder hinterfüllen oder hinterspritzen lassen, sodass eine besonders gute Haftung zwischen der Liner-Schicht 5 und dem Anschlussstück 4 realisiert werden kann. Zur Herstellung entsprechender Liner-Schichten 5 eignen sich beispielsweise Blasformtechniken oder Spritzgussverfahren.
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Mit Blick auf die 2, 5 und 6 ist weiterhin zu erkennen, dass die Mikroverzahnungsstruktur 9 sich lokal über die Trägerfläche 8, d.h. lediglich über eine oder mehrere Teilflächen der Trägerfläche 8 des Anschlussstücks 4 erstreckt. Hierbei ist zu erläutern, dass das Anschlussstück 4 einen Ringflansch 13 und einen von demselben rechtwinkelig wegragenden, integralen ringförmigen Hals 15 aufweist. Ringflansch 13 und Hals 15 sind vorliegend bezüglich der Mittenachse 20 koaxial ausgerichtet, sodass der Anschlusskanal 6 den Hals 15 sowie den Ringflansch 13 zentral durchsetzen kann. Der Anschlusskanal 6 mündet zur Umgebung 34 des Druckbehälters 1 an einer Außenstirnseite 16 des Halses 15 unter Ausbildung einer Umgebungsmündung 19 einerseits und nach innen zum Vorratsvolumen 26 hin unter Ausbildung einer Innenmündung 33 aus. Der Anschlusskanal 6 ist weiterhin in einen dem Vorratsvolumen 26 zugewandten Mündungsinnenbereich 11 sowie in einen der Umgebung 34 zugewandten und gegenüber dem Mündungsinnenbereich 11 nach radial innen vorspringenden Ventilmontagebereich 35 aufgeteilt. Der Ventilmontagebereich 35 des Anschlussstücks 4 ist von einer nach radial innen orientierten, um die Mittenachse 20 umlaufende Kanalbegrenzungsinnenfläche 17 des Halses 15 und/oder des Ringflansches 13 eingefasst, die vorliegend über eine Stufe 37 in den Mündungsinnenbereich 11 übergeht und zumindest abschnittsweise mit einem Innengewinde 18 versehen ist, sodass sich ein Ventil zum Ein- und Auslassen von Fluid am Anschlussstück 4 montieren lässt. Der Mündungsinnenbereich 11 des Anschlussstücks 4 besitzt oder bildet eine um die Mittenachse 20 umlaufende Bereichsfläche 12, die mit einer ebenen, zum Vorratsvolumen 26 zugewandten Tellerfläche 14 des Ringflanschs 13 einerseits und über die Stufe 37 mit der Kanalbegrenzungsinnenfläche 17 verbunden ist. Die Bereichsfläche 12 ist in einen der Tellerfläche 14 zugewandten Bereichsflächenabschnitt 31 und einen der Kanalbegrenzungsinnenfläche 17 zugewandten Halsflächenabschnitt 32 zoniert, wobei der Bereichsflächenabschnitt 31 verrundet und der Halsflächenabschnitt 32 konisch ausgeführt sind. Die Tellerfläche 14, der Bereichsflächenabschnitt 31 und der Halsflächenabschnitt 32, d.h. die Bereichsfläche 12, bilden rein exemplarisch die Trägerfläche 8 des Anschlussstücks 4.
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Eine lokale Mikroverzahnungsstruktur 9 ist vorliegend dadurch realisiert, indem die Mikroverzahnungsstruktur 9 in einer Bahn 30 realisiert ist, die bezüglich einer um die Mittenachse 20 rotierenden Umfangsrichtung 25 des Druckbehälters 1 mäanderförmig oder zick-zack-förmig und lediglich in dem Bereichsflächenabschnitt 31 und dem Halsflächenabschnitt 32, d.h. die Bereichsfläche 12, verläuft. Es ist zumindest denkbar, dass die Bahn 30 alternativ entweder in dem verrundeten Bereichsflächenabschnitt 31 oder dem konischen Halsflächenabschnitt 32 vorgesehen sein. Es ist jedoch auch vorstellbar, dass die Bahn 30 zumindest abschnittsweise über die Tellerfläche 14 und die Bereichsfläche 12 und/oder zumindest abschnittsweise auch über die Kanalbegrenzungsinnenfläche 17 verläuft. Jedenfalls besitzt die Bahn 30 gerade Bahnabschnitte 21, siehe beispielsweise die 3 bis 5, die auf einem bezüglich der Mittenachse 20 konzentrischen Kreis liegend aufeinanderfolgend angeordnet sind, wobei zwischen in Umfangsrichtung 25 unmittelbar benachbarten Bahnabschnitten 21 Freiflächen 22 angeordnet sind. Diese Freiflächen 22 sind frei von der Mikroverzahnungsstruktur 9, wodurch deren Herstellung schnell und kostengünstig ist. Um eine weitere Verbesserung der formschlüssigen Verbindung des Anschlussstücks 4 mit der Liner-Schicht 5 zu erreichen, ist vorliegend vorgesehen, dass das Anschlussstück 4 am Ringflansch 13 im Bereich der Tellerfläche 14 zusätzlich zur Mikroverzahnungsstruktur 9 eine zur Tellerfläche 14 ausmündende Makroverzahnungsstruktur 23 in Form von zwei, bezüglich der Mittenachse 20 konzentrischen und zum Vorratsvolumen 26 offenen Ringnuten 24 hat, anhand welchen das Anschlussstück 4 und die Liner-Schicht 5 zusätzlich formschlüssig verbunden sind.
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In 2 und 6 ist weiterhin zu erkennen, dass die Liner-Schicht 5 eine nach radial innen orientierte und um die Mittenachse 20 umlaufende weitere Kanalbegrenzungsinnenfläche 36 bildet, die den Anschlusskanal 6 einfasst. Die Kanalbegrenzungsinnenfläche 36 kann gegenüber der Mittenachse 20 parallel oder winkelig ausgerichtet sein, um dem Mündungsinnenbereich 11 eine leicht konische Form zu verleihen, was eine fluiddichte Verbindung zwischen Ventil und Anschlussstück 4 begünstigt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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