DE4407075A1 - Druckluftbehälter in Nutzfahrzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Druckluftbehälter in Nutzfahrzeugen, mit Merkmalen entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1.

In Druckluftanlagen von Nutzfahrzeugen ist die Außenwand von Druckluftbehäl­ tern üblicherweise auf ihrer Innenseite mit einer Korrosionsschutzschicht verse­ hen. Diese besteht aus einer Lackierung, wobei es aufgrund betriebsbedingter mechanischer, thermischer und chemischer Beanspruchung, wie Druckschwan­ kungen, Temperaturwechsel- und Luftfeuchtigkeitsbedingungen, sowie kleine­ ren herstellungs- oder funktionsbedingten Verunreinigungen zu einem Abplat­ zen zumindest von Teilen der Lackschicht und in der Folge zu einer Verstopfung von Ventilen und Leitungen sowie zu einem Ausfall des gesamten Druck- und Steuerungssystems führen kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Außenwand eines Druck­ luftbehälters so auszubilden, daß ein Abplatzen von Teilen ihrer dem Korrosions­ schutz dienenden Innenschicht unter allen Einsatzbedingungen des Fahrzeuges vermeidbar ist und sie auch auf einfache und wirtschaftliche Weise herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Außenwand des Druckluftbehälters aus einem zweischichtigen Verbundmaterial hergestellt ist, dessen beide Schichten unlösbar miteinander verbunden sind, wobei die äußere, die Druckfestigkeit des Druckluftbehälters sicherstellende Schicht aus einem Stahlmaterial und die Innenschicht aus einem Korrosionsschutzwerkstoff besteht.

Im Rahmen der Erfindung kann das Verbundmaterial aus einem die äußere Schicht bildenden Stahlblech und einer darauf in einem Walzverfahren aufge­ brachten, die Innenschicht bildenden Folie aus Nichteisenmetall, wie Aluminium- oder Kupfer-Legierungen, oder aus korrosionsfestem Edelstahl bestehen. Auf diese Weise werden die spezifischen Vorteile des Stahlmateriales wie Festigkeit, Umformbarkeit und geringe Wärmeausdehnung mit den funktionellen Ge­ brauchseigenschaften des Nichteisenwerkstoffes, - im Falle der Verwendung des­ selben - wie gute Oxidations-, Zunder- und Korrosionsbeständigkeit vereint. Auf­ grund der hohen Sauerstoffaffinität, beispielsweise des Aluminiums, bildet sich unter Einfluß von Luft spontan eine dichte Aluminiumoxidschicht bzw. Passiv­ schicht, die das Stahlblech vor Korrosion schützt.

Als Stahlblech bietet sich beispielsweise ein Bandstahl aus St 3, St 4 und derglei­ chen an, der zusammen mit dem Nichteisenmetall, beispielsweise einer Aluminium-Legierung durch ein Walzverfahren, beispielsweise einem Walzplat­ tierverfahren, zu einem Verbundwerkstoff, beispielsweise einem einseitig plat­ tierten Kaltband nach DIN 16 24/1 544 verbunden wird, das als Ausgangsmaterial zur Fertigung der Außenwand eines Druckluftbehälters herangezogen wird.

Neben Aluminium-Legierungen sind auch die Verwendung von Kupferlegierun­ gen und anderer Nichteisenmetalle möglich.

Alternativ kann das Verbundmaterial aus einem Stahlblech und einer darauf im Flammspritz- oder Diffusionsverfahren aufgebrachten Innenschicht aus Nichtei­ senmetall, wie Aluminium- oder Kupfer-Legierungen und dergleichen bestehen.

Im Falle der Verwendung von Aluminium-Legierungen als korrosionsschützende Innenschicht eignet sich für das Aufbringen derselben auf das Stahlblech bei­ spielsweise ein Feueraluminier-Verfahren.

Des weiteren kann das Verbundmaterial auch aus einem Stahlblech und einer darauf durch in Klebe-, Heißpreß- und dergleichen Verfahren aufgebrachten, die Innenschicht bildenden Folie aus Kunststoff, wie PTFE und dergleichen, bestehen.

In bevorzugter Ausführungsform besitzt die Außenschicht des Verbundwerkstof­ fes eine Schichtdicke von etwa 2 bis 5 mm und die Innenschicht eine Schichtdicke in der Größenordnung von 10 µm bis 100 µm. Diese Angaben weisen lediglich auf die Verhältnisse der Schichtdicken von Innenschicht und Außenschicht hin und können den Gegebenheiten der Praxis entsprechend variieren. Bei Verwendung von Kunststoffen, beispielsweise PTFE, wird die Schichtdicke in Abhängigkeit von ihrer Verformbarkeit bestimmt.

Was die Herstellung des Druckluftbehälters anbelangt, so kann dessen Außen­ wand aus wenigstens zwei Einzelteilen zusammengesetzt sein, die jeweils aus dem besagten Verbundwerkstoff vorgefertigt, dann zusammengesetzt und an­ schließend zusammengeschweißt werden. So kann sich die Außenwand des Druckluftbehälters aus einem rohrzylindrischen Mittelteil und zwei sich beidsei­ tig an diesem anschließenden domartigen, halbkugelschaligen Endkappen zu­ sammensetzen. Mittelteil und Endkappen werden zunächst nach bekannten Schneid-, Stanz- und dergleichen Verfahren aus dem als Halbzeug eben vorlie­ genden Verbundmaterial herausgetrennt und dann durch Tiefziehen, Streckzie­ hen, Rollen und dergleichen Verfahren in ihre Endform gebracht. Im Falle der Verwendung von Aluminium-Legierungen als Innenschicht wird beim Schneiden oder Stanzen des Rohlings aus dem Verbundmaterial auch die Schnittfläche der Stahlaußenschicht mit Aluminium überzogen bzw. beflort, wodurch auch die Schnittfläche mit einem Korrosionsschutz versehen wird. Diese so vorgefertigten Außenwandteile werden dann zusammengesetzt und miteinander verschweißt.

Dabei kann jedes Schweißverfahren angewandt werden, mit dem eine äußere druckdichte Schweißnaht erzeugbar ist, ohne daß nachteilige Auswirkungen auf Material und Verbundfestigkeit der Innenschicht auftreten.

Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Aus­ führungsbeispieles näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen teilweise aufgeschnittenen Druckluftbehälter in Seitenansicht,

Fig. 2 anhand des vergrößerten Ausschnittes der Einzelheit X aus Fig. 1 die geschweißte Verbindung des rohrzylindrischen Mittelteiles und der domartigen, halbkugelschaligen Endkappen der Behälter-Außen­ wand, und

Fig. 3 in schematischer nicht maßgenauer Vergrößerung einen Schnitt durch die Darstellung der Fig. 1 entlang der dort eingezeichneten Schnittli­ nie III-III.

Der dargestellte, Teil einer Druckluftanlage eines Nutzfahrzeuges bildende Druckluftbehälter 1 besitzt eine zweischichtige Außenwand 2, wobei die äußere, die Druckfestigkeit des Druckluftbehälters 1 sicherstellende Schicht 3 aus einem Stahlmaterial und die Innenschicht 4 aus einem Korrosionsschutzwerkstoff be­ steht. Beide Schichten 3, 4 sind unlösbar miteinander verbunden und Bestandteile eines Verbundmateriales, aus dem die Behälter-Außenwand 2 hergestellt ist. Die Besonderheit besteht darin, daß die zu einem Verbundwerkstoff gefertigte Au­ ßenschicht 3 und Innenschicht 4 über alle anschließenden Bearbeitungsschritte hinweg unlösbar miteinander verbunden bleiben.

Das Verbundmaterial besteht beispielsweise aus einem die äußere Schicht 3 bil­ denden Stahlblech und einer darauf nach einem Wälzverfahren aufgewalzten, die Innenschicht 4 bildenden Folie aus Nichteisenmetall, beispielsweise einer Aluminium-Legierung. Nach einer anderen hier nicht gezeigten Variante kann als Korrosionsschutzwerkstoff beispielsweise auch eine Kupfer-Legierung und der­ gleichen oder ein korrosionsfester Edelstahl verwendet werden. Das Verbundma­ terial kann nach einer anderen Variante auch durch weitere Verfahren wie Flammspritz- oder Diffusionsverfahren und dergleichen aus dem die Außen­ schicht 3 bildenden Stahlblech und dem die Innenschicht 4 bildenden Korrosions­ schutzwerkstoff gefertigt werden. Im Falle der Verwendung von einer Alumi­ nium-Legierung als Korrosionsschutzwerkstoff für die Innenschicht 4 kann diese auch nach einem Feueraluminier-Verfahren mit dem Stahlblech der Außen­ schicht 3 zu einem Verbundmaterial verbunden werden.

Alternativ kann das Verbundmaterial auch aus einer die Innenschicht 4 bildenden Folie aus Kunststoff, beispielsweise PTFE und dergleichen und einem die Außen­ schicht 3 bildenden Stahlblech bestehen, wobei die Folie durch ein Klebe-, Heißpreß- und dergleichen Verfahren mit dem Stahlblech verbunden wird.

Unabhängig von der Materialpaarung in der Außenwand 2 besitzt deren Außen­ schicht 3 eine Schichtdicke von etwa 2 bis 5 mm und deren Innenschicht 4 eine Schichtdicke in der Größenordnung von etwa 10 µm bis 100 µm. Die Schicht­ dicken werden nach den erforderlichen Druckfestigkeiten bestimmt.

Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Außenwand 2 des Druckluftbehäl­ ters 1 aus einem rohrzylindrischen Mittelteil 5 und zwei sich beidseitig an diesem anschließenden domartigen, halbkugelschaligen Endkappen 6, 7 zusammenge­ setzt. Diese Teile 5, 6, 7 sind miteinander verschweißt. Dabei kann jedes geeigne­ te Schweißverfahren angewandt werden, mit dem eine äußere druckdichte Schweißnaht erzeugbar ist, ohne das Material und die Verbundfestigkeit der In­ nenschicht 4 zu beeinflussen.

Das gerollte Mittelteil 5 wird zunächst an seiner Stoßfuge - Längsnaht 8 - ver­ schweißt. Anschließend werden die Endkappen 6, 7 jeweils an ihrer, mit dem Mit­ telteil 5 gemeinsam gebildeten Stoßfuge - Rundnaht 9 - verschweißt.

Fig. 2 zeigt anhand des vergrößerten Ausschnittes der Einzelheit X aus Fig. 1 die geschweißte Verbindung des rohrzylindrischen Mittelteiles 5 mit einer End­ kappe 7 der Behälter-Außenwand 2. In der hier gezeigten Variante ist die ge­ meinsame Schweißnaht 9 eine Stumpfnaht, deren Wurzel 10 bis in die Außen­ schicht 3, aber nicht bis zur Innenschicht 4 reicht. Die Längsnaht 8 entspricht der Schweißnaht 9.

Nach einer anderen, hier nicht gezeigten Version kann die Außenwand 2 des Druckluftbehälters 1 auch aus zwei Einzelteilen zusammengesetzt sein, beispiels­ weise aus zwei halbkugelartigen Behälterhälften, die je nach Verformungsfähig­ keit des Verbundwerkstoffes aus diesem vorgefertigt, dann zusammengesetzt und anschließend zusammengeschweißt sind, in gleicher Weise wie vorstehend erläutert.

Nach einer anderen, hier nicht gezeigten Variante können die Endkappen 6, 7 auch mit einer Hinterschneidung ausgebildet sein, so daß die aufgebrachte Rund­ naht 9 dann eine Kehlnaht sein kann. Das Verfahren und die Gestaltung der Schweißnaht 8, 9 ist dabei auf die jeweiligen herstellungstechnischen Erfordernis­ se der den Druckluftbehälter 1 bildenden Einzelteile abgestimmt.

Bezugszeichenliste

1 Druckluftbehälter
2 Außenwand von (1), Verbundmaterial
3 Außenschicht von (2), Stahlwerkstoff
4 Innenschicht von (2), Korrosionsschutzwerkstoff
5 rohrzylindrisches Mittelteil aus (2)
6 domartige, halbkugelschalige Endkappe aus (2), links
7 domartige, halbkugelschalige Endkappe aus (2), rechts
8 Längsnaht an (5)
9 Rundnaht an (5) und (6, 7)
10 Wurzel der Schweißnähte (8, 9)

Claims (8)

1. Druckluftbehälter in Nutzfahrzeugen, dessen Außenwand auf ihrer Innen­ seite mit einer Korrosionsschutzschicht versehen ist, dadurch gekennzeich­ net, daß die Außenwand (2) des Druckluftbehälters (1) aus einem zwei­ schichtigen Verbundmaterial hergestellt ist, dessen beide Schichten (3, 4) unlösbar miteinander verbunden sind, wobei die äußere, die Druckfestig­ keit des Druckluftbehälters (1) sicherstellende Schicht (3) aus einem Stahl­ material und die Innenschicht (4) aus einem Korrosionsschutzwerkstoff be­ steht.

2. Druckluftbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ver­ bundmaterial aus einem die äußere Schicht (3) bildenden Stahlblech und ei­ ner darauf aufgewalzten, die Innenschicht (4) bildenden Folie aus Nichtei­ senmetall, wie Aluminium- oder Kupfer-Legierungen, oder aus korrosions­ festem Edelstahl besteht.

3. Druckluftbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ver­ bundmaterial aus einem die äußere Schicht (3) bildenden Stahlblech und der darauf im Flammspritz- oder Diffusionsverfahren aufgebrachten Innen­ schicht (4) aus Nichteisenmetall, wie Aluminium- oder Kupfer-Legierungen besteht.

4. Druckluftbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ver­ bundmaterial aus einem die äußere Schicht (3) bildenden Stahlblech und ei­ ner darauf durch in Klebe-, Heißpreß- und dergleichen Verfahren aufge­ brachten, die Innenschicht (4) bildenden Folie aus Kunststoff, wie PTFE und dergleichen besteht.

5. Druckluftbehälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Außenschicht (4) des Verbundwerkstoffes eine Schichtdicke von etwa 2 bis 5 mm und die Innenschicht (4) eine Schichtdicke in der Größenordnung von 10 µm bis 100 µm hat.

6. Druckluftbehälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Außenwand (2) des Druckluftbehälters (1) aus wenig­ stens zwei, jeweils aus dem Verbundwerkstoff vorgefertigten, dann zusam­ mengesetzten und anschließend zusammengeschweißten Einzeltei­ len (5, 6, 7) hergestellt ist.

7. Druckluftbehälter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Außenwand (2) des Druckluftbehälters (1) aus einem rohrzylindrischen Mit­ telteil (5) und zwei dich beidseitig an diesem anschließenden domartigen, halbkugelschaligen Endkappen (6, 7) zusammensetzt.

8. Druckluftbehälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 und 7, da­ durch gekennzeichnet, daß die vorgefertigten Außenwandteile (5, 6, 7) au­ ßen durch ein, eine druckdichte Schweißnaht (8, 9) erzeugendes und die In­ nenschicht (4) des Verbundmateriales nicht beeinflussendes Schweißverfah­ ren zusammengefügt sind.