DE202008005538U1

DE202008005538U1 - Gastankflasche

Info

Publication number: DE202008005538U1
Application number: DE202008005538U
Authority: DE
Original assignee: Otto Fuchs KG
Current assignee: Otto Fuchs KG
Priority date: 2008-04-21
Filing date: 2008-04-21
Publication date: 2008-07-17
Anticipated expiration: 2018-04-22

Abstract

Gastankflasche mit einem aus wenigstens zwei Bodenteilen (4, 5) und einem die Bodenteile (4, 5) verbindenden Rohrabschnitt (3) zusammengesetzten Innenliner (2) aus Metall, insbesondere aus einem Aluminiumwerkstoff und eine um den Innenliner (2) gewickelte, faserbasierte Armierung (14), dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenteile (4, 5) und der Rohrabschnitt (3) zum Aufstecken der Bodenteile (4, 5) auf den Rohrabschnitt (3) jeweils über komplementäre, im verbundenen Zustand von Rohrabschnitt (3) und Bodenteil (4 bzw. 5) konzentrisch zueinander angeordnete Verbindungsabschnitte (6, 7; 6', 7') verfügen, wobei die zueinander weisenden Oberflächen zweier komplementärer, eine Verbindungsstelle bildenden Verbindungsabschnitte (6, 7, 6', 7') jeweils über einen Sitz zur Anlage zumindest eines zwischen den Sitzen unter Vorspannung stehenden Dichtringes (11, 11') verfügen und zwei eine Verbindungsstelle bildende Verbindungsabschnitte (6, 7; 6', 7') des Innenliners (2) fügelos miteinander verbunden sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Gastankflasche mit einem aus wenigstens zwei Bodenteilen und einem die Bodenteile verbindenden Rohrabschnitt zusammengesetzten Innenliner aus Metall, insbesondere aus einem Aluminiumwerkstoff und eine um den Innenliner gewickelte, faserbasierte Armierung.
Derartige Gastankflaschen werden zum Bevorraten von unter Druck stehendem Gas, beispielsweise Wasserstoff, verwendet. In einer solchen Gastankflasche steht das darin bevorratete Gas unter Druck. Bei einer Bevorratung von Wasserstoff werden Speicherdrücke von 700 bar und mehr verwendet. Entsprechend druckfest muss eine solche Gastankflasche ausgebildet sein. Um derartige Gastankflaschen möglichst leichtgewichtig zu gestalten, damit diese auch für mobile Anwendungen, etwa im Kraftfahrzeugbereich, eingesetzt werden können, sind zweischalige Gastankflaschen entwickelt worden. Eine derartige Gastankflasche verfügt über einen Innenliner, der das gasdichte Vorratsbehältnis darstellt. Der Innenliner ist umgeben von einer äußeren Schale, aus der die Druckbeständigkeit der Gastankflasche resultiert. Als Armierung werden typischerweise karbonfaserbasierte Armierungen (CFK-Armierungen) eingesetzt. Bei einer derartigen Armierung werden um den Innenliner harzgetränkte Kohlefasern gewickelt. Nach Aushärten des Harzes ist eine feste äußere Schale gebildet.
Als Innenliner einer solchen Gastankflasche werden Kunststoff-Innenliner oder auch Metall-Innenliner verwendet. Innenliner aus Metall sind typischerweise aus mehreren Einzelteilen, beispielsweise zwei Bodenteilen und einem zwischen den Bodenteilen angeordneten Rohrabschnitt zusammengesetzt. Die Bodenteile stellen den endseitigen Verschluss des Rohrabschnittes dar. Verbunden sind die Bodenteile mit dem Rohrabschnitt durch eine Fügeverbindung, die als MIG-Schweißung oder Reibschweißung ausgeführt sein kann. Zum Befüllen und zur Entnahme von Gas verfügt zumindest eines der Bodenteile über ein entsprechendes Ventil.
Zum Herstellen des in einem weiteren Bearbeitungsschritt zu armierenden Innenliners ist es erforderlich, die Einzelteile durch Fügen miteinander zu verbinden. Dieses führt zwar zu einer gasdichten Verbindung zwischen den auf Stoß aneinander grenzenden Einzelteilen. Das Fügen der Einzelteile hat jedoch eine Gefügeänderung der an die Fügestelle angrenzenden Abschnitte der beiden Einzelteile zur Folge. Dieses kann insbesondere die Gasdichtigkeit und auch die Lebensdauer nachteilig beeinflussen, womit insbesondere ein oftmaliges Befüllen mit hohem Druck und ein Entleeren der Gastankflasche gemeint ist. Überdies können Innenliner nur dann in vernünftiger Weise in der vorbeschriebenen Art und Weise gefügt werden, wenn diese eine gewisse Materialdicke aufweisen.
Für einen Einsatz derartiger Gastankflaschen bei mobilen Anwendungen, wie beispielsweise in einem Kraftfahrzeug, sind sowohl das Gewicht der Gastankflasche als auch die Herstellungskosten von Bedeutung.
Ausgehend von diesem diskutierten Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, eine Gastankflasche der eingangs genannten Art im Hinblick auf eine vereinfachte und kostengünstige Herstellung und ein möglichst reduziertes Gewicht, was den Innenliner betrifft, bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine eingangs genannte, gattungsgemäße Gastankflasche gelöst, bei der dass die Bodenteile und der Rohrabschnitt zum Aufstecken der Bodenteile auf den Rohrabschnitt jeweils über komplementäre, im verbundenen Zustand von Rohrabschnitt und Bodenteil konzentrisch zueinander angeordnete Verbindungsabschnitte verfügen, wobei die zueinander weisenden Oberflächen zweier komplementärer, eine Verbindungsstelle bildenden Verbindungsabschnitte jeweils über einen Sitz zur Anlage zumindest eines zwischen den Sitzen unter Vorspannung stehenden Dichtringes verfügen und zwei eine Verbindungsstelle bildende Verbindungsabschnitte des Innenliners fügelos miteinander verbunden sind.
Bei dieser Gastankflasche sind die den Innenliner bildenden Einzelteile, also beispielsweise die beiden Bodenteile, mit einem dazwischen befindlichen Rohrabschnitt durch eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung miteinander verbunden und nicht durch eine Fügeverbindung. Dieses hat zum Vorteil, dass der Innenliner mit einer sehr geringen Materialstärke ausgebildet sein kann, was nicht nur eine Gewichtsreduzierung, sondern auch eine Reduzierung der Herstellungskosten durch einen geringeren Materialeinsatz zur Folge hat. Bei dieser Gastankflasche dient die Verbindung der Einzelteile zur Ausbildung des Innenliners grundsätzlich nur zum Herstellen einer gasdichten Verbindung. Zum Zusammenhalten der Einzelteile zur Ausbildung des Innenliners wird die ohnehin für die Druckfestigkeit verwendete Armierung eingesetzt. Somit können zwei Einzelteile, beispielsweise ein Bodenteil mit dem Rohrabschnitt gasdicht zusammengesteckt werden. Der Eingriff der beiden Elemente des Innenliners wird durch die Armierung zusammengehalten.
Zum Herstellen einer solchen Verbindung zwischen zwei Einzelteilen eines Innenliners verfügt jedes Einzelteil über einen Verbindungsabschnitt, wobei die beiden Verbindungsabschnitte eines Verbindungsabschnittspaares komplementär zueinander ausgebildet sind. Die Verbindungsabschnitte sind als Ringkörper ausgebildet und konzentrisch zueinander angeordnet. Dieses erlaubt ein Abdichten der zueinander weisenden Oberflächen der Verbindungsabschnitte in radialer Richtung. Die konzentrische Anordnung der beiden Verbindungsabschnitte zweier Einzelteile des Innenliners erlaubt es auch, dass der äußere Verbindungsabschnitt unter Vorspannung stehend auf den inneren Verbindungsabschnitt wirkend vorgesehen sein kann, beispielsweise durch einen Hufschrumpfungsprozess, womit zwischen den beiden Verbindungsabschnitten ein Presssitz bereitgestellt ist. Eingeschaltet in diesen Presssitz sind ein oder mehrere Dichtringe, die sodann unter Vorspannung stehen und an den zueinander weisenden Seiten der Verbindungsabschnitte anliegen. Dabei kann vorgesehen sein, dass der eine Verbindungsabschnitt, vorzugsweise der innen liegende, eine der Anzahl der eingesetzten Dichtringe entsprechende Anzahl an Nuten zur Aufnahme jeweils eines Dichtringes aufweist.
Die Einzelteile eines solchen Innenliners, lassen sich auf einfache Weise herstellen. Insbesondere bedarf es keines Fügeprozesses, um die Einzelteile des Innenliners miteinander zu verbinden. Auf ein Schweißen oder Löten kann daher verzichtet werden. Bei dem Rohrabschnitt wird es sich typischerweise um ein stranggepresstes Produkt handeln, insbesondere ein solches aus einer Aluminiumlegierung. Eine Endenbearbeitung des Rohrabschnittes ist grundsätzlich nicht notwendig. Typischerweise wird man jedoch die Enden des Rohrabschnittes innenseitig zur Ausbildung der Verbindungsabschnitte spanend bearbeiten. Bei den Bodenteilen kann es sich beispielsweise um gegossene, geschmiedete oder geschmiedete und gewalzte Aluminiumwerkstücke handeln, bei denen im Wege des formgebenden Prozesses bereits der jeweilige Verbindungsabschnitt angeformt ist.
Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben. Es zeigen:
1: Einen Längsschnitt durch eine Gastankflasche und
2: eine vergrößerte Darstellung des einen Endbereiches der Gastankflasche der 1.
Eine Gastankflasche 1 gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung. Die Gastankflasche 1 verfügt über einen insgesamt mit dem Bezugszeichen 2 gekennzeichneten Innenliner, dessen Einzelteile bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus einer Aluminiumlegierung hergestellt sind. Der Innenliner 2 verfügt über einen Rohrabschnitt 3, dessen beiden Enden jeweils durch ein Bodenteil 4 bzw. 5 verschlossen sind. Der Rohrabschnitt 3 ist ein Strangpressprodukt, dessen beiden Enden zur Ausbildung jeweils eines Verbindungsabschnittes 6 bzw. 6' innenseitig spanend bearbeitet worden sind. Die spanende Bearbeitung zum Ausbilden der Verbindungsabschnitte 6, 6' dient dem Zweck der Bereitstellung einer glatten, konzentrisch zur Längsachse des Rohrabschnittes 3 angeordneten Dichtfläche. Die Bodenteile 4, 5 des dargestellten Ausführungsbeispiels sind identisch aufgebaut. Diese verfügen über einen komplementär zu dem jeweiligen Verbindungsabschnitt 6, 6' ausgebildeten Verbindungsabschnitt 7, 7'. Die Verbindungsabschnitte 7, 7' sind zum Eingreifen in die Verbindungsabschnitte 6, 6' des Rohrabschnittes 3 ausgebildet, sodass jedes Bodenteil 4 bzw. 5 im Umfange seines Verbindungsabschnittes 7, 7' überlappend mit dem Rohrabschnitt 3 bzw. seinem Verbindungsabschnitt 6 bzw. 6' angeordnet ist. Bei den Bodenteilen 4, 5 des dargestellten Ausführungsbeispieles handelt es sich um geschmiedete Produkte. Die Bodenteile 4, 5 verfü gen über einen, die Querschnittsfläche des Rohrabschnittes 3 verjüngenden Abschnitt 8, in dessen Zentrum jeweils eine Ventilhalterung 9 angeordnet ist.
Die Verbindungsabschnitte 7, 7' der Bodenteile 4, 5 tragen außenseitig jeweils zwei umlaufende Nuten 10, 10', wie dieses in 2 an dem Bodenteil 4 kenntlich gemacht ist. In jeder Nut 10, 10' ist ein Dichtring 11, 11' eingelegt, der sich unter Vorspannung stehend am Boden der Nut 10 bzw. 10' sowie an der Innenseite des außen liegenden Verbindungsabschnittes 6 bzw. 6' abstützt.
Der außen liegende Verbindungsabschnitt 6, 6' des Rohrabschnitts 3 ist auf den jeweils innen liegenden Verbindungsabschnitt 7 bzw. 7' aufgeschrumpft. Mithin ist der Rohrabschnitt 3 mit den beiden Bodenteilen 4, 5 durch einen Presssitz verbunden.
Das Bodenteil 4 trägt, wie aus der vergrößerten Darstellung des Bodenteils 4 der 2 erkennbar, innenseitig zu den Dichtringen 11, 11 einen in radialer Richtung nach außen abragenden, umlaufenden Wulst 12, der in eine komplementär ausgebildete umlaufende Nut 13 des äußeren Verbindungsabschnittes 7 des Rohrabschnitts 3 eingreift. Die Höhe des Wulstes 12 ist dergestalt bemessen, dass der erwärmte Rohrabschnitt 3, wenn dieser zum Erzeugen des Presssitzes über den innen liegenden Verbindungsabschnitt 7 geschoben wird, über den umlaufenden Wulst 12 geschoben werden kann. Das Eingreifen des Wulstes 12 des dem Bodenteil 4 zugeordneten Verbindungsabschnittes 7 in die Nut 13 des komplementären Verbindungsabschnitts 7 des Rohrabschnitt 3 bedingt nach erfolgtem Presssitz eine formschlüssige Verbindung zwischen den beiden Teilen 3, 4. Zum Ausbilden des Presssitzes wird der Rohrabschnitt 3 beispielsweise auf eine Temperatur zwischen 100 und 150°C gebracht.
In die Verbindungsstelle zwischen zwei, den Innenliner bildenden Einzelteilen kann anstelle oder auch zusätzlich zu den Dichtringen eine Dichtmasse, die beispielsweise auch als Klebemasse ausgebildet sein kann, eingebracht werden.
Die Beschreibung des Innenliners 2 der Gastankflasche 1 macht deutlich, dass nach Herstellen der Verbindung zwischen dem Rohrabschnitt 3 und seinen beiden Bodenteilen 4, 5 ein für die weitere Handhabung stabiler Körper bereitgestellt ist. Die Wanddicke des Rohrabschnitts 3 beträgt nur wenige Millimeter, beispielsweise 4 bis 5 mm. Gleiches gilt für die Wandstärke der Bodenteile 4, 5, insbesondere in deren Übergangsabschnitten 8.
Neben dem Innenliner 2 verfügt die Gastankflasche 1 über eine Armierungswicklung 14, die in den Figuren nur gestrichelt dargestellt ist. Bei der Armierungswicklung 14 handelt es sich um eine Wicklung aus Karbonfasern, die den Innenliner 2 eng einschließen. Die Karbonfasern sind harzgetränkt, so dass nach Aushärten des Harzes eine harte CFK-Schale, auch zum mechanischen Schutz des Innenliners 2 zur Verfügung gestellt ist. Wenn gewünscht, kann die Armierungswicklung unter Vorspannung stehend auf den Innenliner 2 wirken. Zu diesem Zweck wird die Armierungswicklung auf den Innenliner 2 aufgebracht, nachdem dieser zuvor auf eine bestimmte Temperatur gekühlt worden ist. Ausgenutzt wird bei dieser Tatsache, dass der Aluminium-Innenliner eine größere Wärmeausdehnung erfährt als eine CFK-Armierungswicklung, wie vorbeschrieben. Unter Vorspannung stellen des Innenliners 2 vermag die Steifigkeit der Gastankflasche 1 zu erhöhen.

1: Gastankflasche
2: Innenliner
3: Rohrabschnitt
4: Bodenteil
5: Bodenteil
6, 6': Verbindungsabschnitt
7, 7': Verbindungsabschnitt
8: Übergangsabschnitt
9: Ventilhalterung
10, 10': Nut
11, 11': Dichtung
12: Wulst
13: Nut
14: Armierungswicklung

Claims

Gastankflasche mit einem aus wenigstens zwei Bodenteilen (4, 5) und einem die Bodenteile (4, 5) verbindenden Rohrabschnitt (3) zusammengesetzten Innenliner (2) aus Metall, insbesondere aus einem Aluminiumwerkstoff und eine um den Innenliner (2) gewickelte, faserbasierte Armierung (14), dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenteile (4, 5) und der Rohrabschnitt (3) zum Aufstecken der Bodenteile (4, 5) auf den Rohrabschnitt (3) jeweils über komplementäre, im verbundenen Zustand von Rohrabschnitt (3) und Bodenteil (4 bzw. 5) konzentrisch zueinander angeordnete Verbindungsabschnitte (6, 7; 6', 7') verfügen, wobei die zueinander weisenden Oberflächen zweier komplementärer, eine Verbindungsstelle bildenden Verbindungsabschnitte (6, 7, 6', 7') jeweils über einen Sitz zur Anlage zumindest eines zwischen den Sitzen unter Vorspannung stehenden Dichtringes (11, 11') verfügen und zwei eine Verbindungsstelle bildende Verbindungsabschnitte (6, 7; 6', 7') des Innenliners (2) fügelos miteinander verbunden sind.
Gastankflasche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in den einen Verbindungsabschnitt (7, 7') eines Verbindungsabschnittspaares eine der Anzahl der eingesetzten Dichtringe (11, 11') entsprechende Anzahl an umlaufenden Nuten (10, 10') zur Aufnahme jeweils eines Dichtringes (11, 11') angeordnet ist, wobei die Tiefe der Nut (10, 10') kleiner als die zu dem komplementären Verbindungsabschnitt (6, 6') weisende Höhe des Dichtringes (11, 11') ist.
Gastankflasche nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei den Verbindungsabschnittspaaren der Rohrabschnitt (3) den jeweils außen liegenden Verbindungsabschnitt (6, 6') und die Bodenteile (4, 5) den jeweils innen liegenden Verbindungsabschnitt (7, 7') tragen.
Gastankflasche nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der außen liegende Verbindungsabschnitt (6, 6') eines Verbindungsabschnittspaares auf den innen liegenden Verbindungsabschnitt aufgeschrumpft ist.
Gastankflasche nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der innen liegende Verbindungsabschnitt (7) außenseitig wenigstens einen umlaufenden Wulst (12) trägt, von denen jeder in einer komplementären Nut (13) der Innenseite des außen liegenden Verbindungsabschnitts (6) eingreift.
Gastankflasche nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wulst-Nut-Anordnung (12, 13) innenseitig bezogen auf den oder die Dichtringe (11) angeordnet ist.
Gastankflasche nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die faserbasierte Armierung unter Zugspannung stehend den Innenliner einschließt.