EP2512717A1 - Verfahren zum herstellen eines behälters für ein temperaturempfindliches betriebsmittel und behälter hiefür - Google Patents

Verfahren zum herstellen eines behälters für ein temperaturempfindliches betriebsmittel und behälter hiefür

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EP2512717A1
EP2512717A1 EP10801098A EP10801098A EP2512717A1 EP 2512717 A1 EP2512717 A1 EP 2512717A1 EP 10801098 A EP10801098 A EP 10801098A EP 10801098 A EP10801098 A EP 10801098A EP 2512717 A1 EP2512717 A1 EP 2512717A1
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EP
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dome
container
weld
jacket
temperature
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Withdrawn
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EP10801098A
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Christoph Lind
Robert Gratz
Gregor Wasle
Paul Fletcher
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Alutech GmbH
Original Assignee
Alutech GmbH
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Publication date
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    • B60K15/03—Fuel tanks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
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    • Y10T29/49826—Assembling or joining

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a container for a temperature-sensitive operating means of a vehicle.
  • the invention further relates to such a container.
  • Modern vehicles increasingly require temperature sensitive resources, e.g. Hydrogen that is stored in metal hydrides, catalysts or exhaust gas treatment substances in granular or powder form, etc. They are carried in special containers in the vehicle. This requirement is followed by the requirement for such containers: they must be reliable, even in the event of a collision of the vehicle, tightly sealed, which is best ensured by welding, but their content is sensitive to temperature and may therefore during welding not be heated. In addition, they must be suitable for mass production.
  • temperature sensitive resources e.g. Hydrogen that is stored in metal hydrides, catalysts or exhaust gas treatment substances in granular or powder form, etc. They are carried in special containers in the vehicle. This requirement is followed by the requirement for such containers: they must be reliable, even in the event of a collision of the vehicle, tightly sealed, which is best ensured by welding, but their content is sensitive to temperature and may therefore during welding not be heated. In addition, they must be suitable for mass production.
  • the present invention has for its object to provide a generic container that meets these requirements with the lowest production costs and high process reliability. According to the invention this is achieved with a method for producing a container for a temperature-sensitive operating means of a vehicle, which has a cylindrical shell and both sides each having a dome with a cylindrical edge part, wherein
  • the dome in the filled with the temperature-sensitive equipment at least one side open jacket, the dome is inserted with its convex side inside,
  • the holding blocks can get along with appropriate interpretation of their ratio of mass to surface and in view of the cycle time of the device without additional cooling. If that is not enough, or to minimize the heat conduction, additional cooling can be provided, either by moving the ambient air, or by supplying and removing a liquid cooling medium inside the holding blocks.
  • the holding blocks are the jaws of a welding device in which a welding head is arranged so that its welding beam is directed to the front edges of the shell and dome.
  • a welding head is arranged so that its welding beam is directed to the front edges of the shell and dome.
  • the manufacturing method according to the invention can be carried out in two ways: either the casing is first welded with a dome, then filled and welded after being clamped in the welding device at the other end, the process according to the invention being able to be used both times on the first dome (as long as no equipment is filled in) but does not have to be used. Or the jacket alone is first filled by pressing the temperature-sensitive equipment by acting on both sides punch and then welded both ends according to the inventive method.
  • the invention also provides a container for a temperature-sensitive equipment of a vehicle, with a cylindrical shell and on both sides of a dome, wherein at least one of the dome has a cylindrical edge portion of significant axial extent and is arranged with its convex side inward the cylindrical edge part rests on the inside of the cylindrical jacket and is welded thereto by a weld.
  • the inwardly convex, ie inwardly curved dome with its cylindrical edge part stiffens the shell and gives a large distance between the welded parts of the shell and the dome to the temperature-sensitive content of the container.
  • the front edges of the shell and dome are aligned flush with each other and welded together by means of a weld in the form of a front seam.
  • An end seam ensures a particularly high process reliability with minimal heat input, because the welding beam impinges only on the front edges of the welded parts. As a result, it is sufficient to have a very thin welding bead, which is still at the greatest distance from the contents of the container.
  • the front edges of the shell and dome in the longitudinal axis direction can be offset from each other and welded together by means of a weld in the form of a fillet weld.
  • FIG. 1 shows a part of the container according to the invention in section.
  • the jacket 1 can be closed with a similar calotte 2 or otherwise.
  • the temperature-sensitive operating means 3 optionally with a small air space 4.
  • the calotte 2 comprises a (spherical, ellipsoidal or otherwise) inwardly curved part 5 and subsequently a cylindrical edge part 6, which extends over a significant length A in the direction of the longitudinal axis 7 of the container.
  • the cap 2 may one or more openings, sleeves, pipe socket 8 or the like. for the removal of the container contents.
  • the cylindrical edge portion 6 is located on the inside of a part 9 of the shell 1, and preferably so that its end edge 10 is flush with the end edge 11 of the shell 1, that is in a common axis normal plane.
  • the weld seam 12 connecting the two end edges 10, 11 is then preferably an end seam, in particular of a small cross section, as shown.
  • the end edges 10, 11 could be staggered in the longitudinal axis direction, i. the calotte 2 may be pushed further into the shell 1 or protrude beyond it, in which case the weld 12 is preferably made as a fillet weld.
  • the two holding blocks 20, 21 are essential.
  • the outer holding block 20 is a ring which surrounds the casing 1 completely, and which may also consist of individual segments which can be lifted off in the radial direction for clamping the casing 1.
  • the holding block 20 rests with its inner surface 22 on the jacket 1 heat-conducting.
  • the inner support block 21 is also a ring which may be segmented. Its outer contour follows the inner contour of the concave side of the calotte 2 and is at its heat-conducting to her.
  • Both holding blocks 20, 21 are here cooled by a liquid, the supply and removal via lines 26, 27 takes place.
  • the welding head 28 of a thermal welding apparatus is arranged and aligned so that its welding beam 29 in the direction parallel to the axis 7 on the front edges 10, 11 of coat 1 and dome 2 impinges.
  • the welding machine may also have a turntable, not shown, with vertical axis 7 and the welding head 28 directed vertically downwards.
  • the process steps are traceable.
  • the jacket 1 is clamped in the outer holding block 20, the dome 2 is used, in particular pressed, preferably until its end edge 10 is flush with the end edge 11 of the shell 1.
  • the inner holding block 21 is inserted into the calotte.
  • the dome 2 can be used and then both holding blocks 20, 21 are tensioned.
  • the weld 12 is performed. In this way, both calottes 2 can be connected to the jacket 1.
  • the jacket 1 is filled with the operating medium 3.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Behälters für ein temperaturempfindliches Betriebsmittel eines Fahrzeugs, der einen zylindrischen Mantel (1) und beiderseits je eine Kalotte (2) mit zylindrischem Randteil (6) aufweist, wobei a) in den mit dem temperaturempfindlichen Betriebsmittel (3) befüllten zumindest einseitig offenen Mantel (1) die Kalotte (2) mit ihrer konvexen Seite nach innen eingesetzt wird, b) der zylindrische Randteil (6) der Kalotte (2) und der daran anliegende Teil (9) des Mantels (1) zwischen einem äußeren (20) und einem inneren (21) Halteblock eingespannt werden, sodaß die Halteblöcke (20, 21) wärmeleitend mit der Kalotte (2) und dem Mantel (1) in Verbindung stehen, und c) der zylindrische Randteil (6) der Kalotte (2) mit dem anliegenden Teil (9) des Mantels (1) mittels einer Schweißnaht (12) verschweißt wird. Die Erfindung betrifft ferner einen auf diese Weise hergestellten Behälter.

Description

Verfahren zum Herstellen eines Behälters für ein temperaturempfindliches Betriebsmittel und Behälter hiefür
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Her- stellen eines Behälters für ein temperaturempfindliches Betriebsmittel eines Fahrzeugs. Die Erfindung betrifft weiters einen derartigen Behälter.
Moderne Fahrzeuge benötigen in zunehmendem Maße temperaturempfindliche Betriebsmittel, z.B. Wasserstoff, der in Me- tallhydriden gespeichert wird, Katalysatoren oder Abgasbehandlungsstoffe in Granulat- oder Pulverform usw. Sie werden in speziellen Behältern im Fahrzeug mitgeführt. Aus dieser Anwendung folgen die Anforderung an solche Behälter: Sie müssen wegen der Reaktionsfreudigkeit dieser Stoffe zuverlässig, auch im Fall einer Kollision des Fahrzeuges, bleibend dicht verschlossen sein, was durch Verschweißen am besten gewährleistet ist, ihr Inhalt ist aber temperaturempfindlich und darf deshalb beim Verschweißen nicht erhitzt werden. Außerdem müssen sie für die Serienfertigung geeignet sein.
Die vorliegende Erfindung setzt sich zum Ziel, einen gattungsgemäßen Behälter zu schaffen, der diesen Anforderungen bei geringsten Herstellungskosten und hoher Prozeßsicherheit genügt. Erfindungsgemäß wird dies mit einem Verfahren zum Herstellen eines Behälters für ein temperaturempfindliches Be- triebsmittel eines Fahrzeugs erreicht, der einen zylindrischen Mantel und beiderseits je eine Kalotte mit zylindrischem Randteil aufweist, wobei
a) in den mit dem temperaturempfindlichen Betriebsmittel befüllten zumindest einseitig offenen Mantel die Kalotte mit ihrer konvexen Seite nach innen eingesetzt wird,
b) der zylindrische Randteil der Kalotte und der daran anliegende Teil des Mantels zwischen einem äußeren und einem inneren Halteblock eingespannt werden, sodaß die Halteblöcke wärmeleitend mit der Kalotte und dem Mantel in Verbindung stehen, und c) der zylindrische Randteil der Kalotte mit dem anliegenden Teil des Mantels mittels einer Schweißnaht verschweißt wird.
Diese Schritte können sehr rasch und mit hoher Prozeßsi- cherheit in einer einzigen Vorrichtung ausgeführt werden. Besondere Beachtung verdienen dabei die am zylindrischen Randteil der Kalotte und am Mantel, somit innen und außen, wärmeleitend anliegenden Halteblöcke, die auch die nur mehr geringe Wärmemenge, die in diesen Teilen weitergeleitet wird, aufnehmen und so vom temperaturempfindlichen Betriebsmittel fernhalten.
Die Halteblöcke können bei entsprechender Auslegung ihres Verhältnisses von Masse zu Oberfläche und angesichts der Taktzeit der Vorrichtung ohne zusätzliche Kühlung auskommen. Wenn das nicht ausreicht, oder um die Wärmeleitung zu minimieren, kann eine zusätzliche Kühlung vorgesehen sein, sei es durch Bewegung der Umgebungsluft, sei es durch Zu- und Abfuhr eines flüssigen Kühlmediums ins Innere der Halteblöcke.
Vorzugsweise sind die Halteblöcke die Spannbacken einer Schweißvorrichtung, in der ein Schweißkopf so angeordnet wird, daß sein Schweißstrahl auf die Stirnkanten von Mantel und Kalotte gerichtet ist. So wird bei minimalem Wärmeeintrag eine besonders rationelle Fertigung mittels einer Schweißmaschine konventioneller Bauart möglich.
Das erfindungsgemäße Fertigungsverfahren kann auf zweier- lei Weise ausgeführt werden: Entweder wird der Mantel zuerst mit einer Kalotte verschweißt, dann gefüllt und nach Umspannen in der Schweißvorrichtung auch am anderen Ende verschweißt, wobei beide Male das erfindungsgemäße Verfahren angewendet werden kann, bei der ersten Kalotte (solange noch kein Betriebsmittel eingefüllt ist) aber nicht angewendet werden muß. Oder der Mantel alleine wird zuerst durch Einpressen des temperaturempfindlichen Betriebsmittels durch beidseitig angreifende Stempel befüllt und dann beide Enden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren verschweißt . Die Erfindung schafft demgemäß in einem zweiten Aspekt auch einen Behälter für ein temperaturempfindliches Betriebsmittel eines Fahrzeugs, mit einem zylindrischen Mantel und beiderseits einer Kalotte, wobei zumindest eine der Kalotten einen zylindrischen Randteil signifikanter axialer Erstreckung hat und mit ihrer konvexen Seite nach innen angeordnet ist, wobei der zylindrische Randteil innen am zylindrischen Mantel anliegt und mit diesem über eine Schweißnaht verschweißt ist. Die nach innen konvexe, also einwärts gewölbte Kalotte mit ihrem zylin- drischen Randteil versteift den Mantel und ergibt einen großen Abstand der verschweißten Teile des Mantels und der Kalotte zum temperaturempfindlichen Inhalt des Behälters.
Bevorzugt werden die Stirnkanten von Mantel und Kalotte bündig aufeinander ausgerichtet und mittels einer Schweißnaht in Form einer Stirnnaht miteinander verschweißt. Eine Stirnnaht gewährleistet eine besonders hohe Prozeßsicherheit bei minimalem Wärmeeintrag, weil der Schweißstrahl nur auf die Stirnkanten der verschweißten Teile auftrifft. Dadurch genügt eine sehr dünne Schweißraupe, die noch dazu in größter Entfernung vom In- halt des Behälters liegt. Diese Vorteile werden bei allen thermischen Schweißverfahren erzielt, insbesondere auch bei Plasma-, Laser- oder Elektronenstrahlschweißung .
Alternativ können die Stirnkanten von Mantel und Kalotte in Längsachsenrichtung zueinander versetzt und mittels einer Schweißnaht in Form einer Kehlnaht miteinander verschweißt werden .
Die Erfindung wird nachstehend anhand der einzigen Fig. 1 beschrieben und erläutert, welche einen Teil des erfindungsgemäßen Behälters im Schnitt darstellt.
In Fig. 1 ist der zylindrische Mantel eines Behälters mit
1 und die an einer Seite abschließende Kalotte mit 2 bezeichnet. Unter Zylinder ist hier nicht nur ein Kreiszylinder zu verstehen. An dem nicht dargestellten anderen Ende kann der Mantel 1 mit einer gleichartigen Kalotte 2 oder anderswie abge- schlössen sein. Im Inneren des Behälters 1 befindet sich das temperaturempfindliche Betriebsmittel 3, gegebenenf lls mit einem kleinen Luftraum 4.
Die Kalotte 2 umfaßt einen (sphärisch, ellipsoidisch oder anderswie) einwärts gewölbten Teil 5 und daran anschließend ei- nen zylindrischen Randteil 6, der sich über eine signifikante Länge A in Richtung der Längsachse 7 des Behälters erstreckt. Die Kalotte 2 kann eine oder mehrere Öffnungen, Muffen, Rohrstutzen 8 od.dgl. für die Entnahme des Behälterinhaltes aufweisen.
Der zylindrische Randteil 6 liegt innen an einem Teil 9 des Mantels 1 an, und zwar bevorzugt so, daß seine Stirnkante 10 mit der Stirnkante 11 des Mantels 1 bündig ist, das heißt in einer gemeinsamen achsnormalen Ebene liegt. Die die beiden Stirnkanten 10, 11 verbindende Schweißnaht 12 ist dann bevor- zugt wie gezeigt eine Stirnnaht, insbesondere von geringem Querschnitt .
Alternativ könnten die Stirnkanten 10, 11 in Längsachsenrichtung zueinander versetzt sein, d.h. die Kalotte 2 weiter in den Mantel 1 hineingeschoben sein oder über diesen vorstehen, in welchem Fall die Schweißnaht 12 bevorzugt als Kehlnaht ausgeführt wird.
Weiters ist in Fig. 1 noch ein Teil der für die Fertigung eingesetzten Vorrichtung angedeutet. Wesentlich sind die beiden Halteblöcke 20, 21. Der äußere Halteblock 20 ist ein den Mantel 1 rundum umfassender Ring, der auch aus einzelnen Segmenten bestehen kann, die zum Einspannen des Mantels 1 in radialer Richtung abhebbar sind. Der Halteblock 20 liegt mit seiner Innenfläche 22 am Mantel 1 wärmeleitend an. Der innere Halteblock 21 ist ebenfalls ein Ring, der segmentiert sein kann. Seine Außen- kontur folgt der Innenkontur der konkaven Seite der Kalotte 2 und liegt an ihr wärmeleitend an. Beide Halteblöcke 20, 21 sind hier von einer Flüssigkeit gekühlt, deren Zu- und Abfuhr über Leitungen 26, 27 erfolgt.
Der Schweißkopf 28 einer thermischen Schweißvorrichtung ist so angeordnet und ausgerichtet, daß sein Schweißstrahl 29 in Richtung parallel zur Achse 7 auf die Stirnkanten 10, 11 von Mantel 1 und Kalotte 2 auftrifft. In der Praxis kann die Schweißmaschine auch einen nicht dargestellten Drehteller mit vertikaler Achse 7 aufweisen und der Schweißkopf 28 vertikal abwärts gerichtet sein.
Anhand von Fig. 1 sind auch die Verfahrensschritte nachvollziehbar. Der Mantel 1 wird in den äußeren Halteblock 20 eingespannt, die Kalotte 2 wird eingesetzt, insbesondere eingepreßt, bevorzugt bis ihre Stirnkante 10 mit der Stirnkante 11 des Mantels 1 bündig ist. Dann wird der innere Halteblock 21 in die Kalotte eingesetzt. Ebenso können aber auch zuerst die Kalotte 2 eingesetzt und dann beide Halteblöcke 20, 21 gespannt werden. Dann wird die Schweißnaht 12 ausgeführt. Auf diese Weise können beide Kalotten 2 mit dem Mantel 1 verbunden werden. Spätestens vor dem Anbringen der zweiten Kalotte wird der Mantel 1 mit dem Betriebsmittel 3 befüllt.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellte Ausführungsform beschränkt, sondern umfaßt alle Varianten und Modifikationen, die in den Rahmen der folgenden Patentansprüche fallen. Insbesondere sind hinsichtlich des Werkstoffes keine einschränkenden Festlegungen getroffen.

Claims

Patentansprüche :
1. Verfahren zum Herstellen eines Behälters für ein temperaturempfindliches Betriebsmittel eines Fahrzeugs, der einen zylindrischen Mantel (1) und beiderseits je eine Kalotte (2) mit zylindrischem Randteil (6) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß
a) in den mit dem temperaturempfindlichen Betriebsmittel (3) befüllten zumindest einseitig offenen Mantel (1) die Kalot- te (2) mit ihrer konvexen Seite nach innen eingesetzt wird,
b) der zylindrische Randteil (6) der Kalotte (2) und der daran anliegende Teil (9) des Mantels (1) zwischen einem äußeren (20) und einem inneren (21) Halteblock eingespannt werden, sodaß die Halteblöcke (20, 21) wärmeleitend mit der Kalotte (2) und dem Mantel (1) in Verbindung stehen, und
c) der zylindrische Randteil (6) der Kalotte (2) mit dem anliegenden Teil (9) des Mantels (1) mittels einer Schweißnaht (12) verschweißt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteblöcke (20, 21) gekühlt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteblöcke (20 , 21) die Spannbacken einer Schweißvorrichtung sind, in der ein Schweißkopf (28) so angeordnet wird, daß sein Schweißstrahl (29) auf die Stirnkanten (10, 11) von Mantel (1) und Kalotte (2) gerichtet ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnkanten (10, 11) von Mantel (1) und Kalotte (2) bündig aufeinander ausgerichtet und mittels einer Schweißnaht (12) in Form einer Stirnnaht miteinander ver- schweißt werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnkanten (10, 11) von Mantel (1) und Kalotte (2) in Längsachsenrichtung zueinander versetzt und mittels einer Schweißnaht (12) in Form einer Kehlnaht miteinander verschweißt werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das temperaturempfindliche Betriebsmittel (3) in den Mantel (1) eingepreßt wird, wonach die Schritte a) , b) und c) an beiden Seiten des Mantels (1) ausgeführt werden.
7. Behälter für ein temperaturempfindliches Betriebsmittel eines Fahrzeugs, mit einem zylindrischen Mantel (1) und beiderseits einer Kalotte (2), dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der Kalotten (2) einen zylindrischen Randteil (6) signifikanter axialer Erstreckung (A) hat und mit ihrer konve- xen Seite nach innen angeordnet ist, wobei der zylindrische Randteil (.6) innen am zylindrischen Mantel (1) anliegt und mit diesem über eine Schweißnaht (12) verschweißt ist.
8. Behälter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnkanten (10, 11) von Mantel (1) und Kalotte (2) bündig aufeinander ausgerichtet und mittels einer Schweißnaht (12) in Form einer Stirnnaht miteinander verschweißt sind.
9. Behälter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnkanten (10, 11) von Mantel (1) und Kalotte (2) in Längsachsenrichtung zueinander versetzt und mittels einer Schweißnaht (12) in Form einer Kehlnaht miteinander verschweißt sind.
10. Behälter nach einem der Ansprüche 7 bis 9, hergestellt mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
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