JP2024500178A - ガス動力式の車両用の圧力タンク - Google Patents

Abstract

ガス動力式の車両に組み付けるための、ガス貯蔵用の圧力タンク（１）であって、中間領域では円筒形で、両端部においてアーチ形の極キャップにより閉じられている回転対称の細長い形状を有し、かつガスを貯蔵するための中空室（２）を取り囲む壁部と、各極キャップに設けられた金属製の接続部材、いわゆるボス（４，４’）とを有し、壁部は、繊維強化プラスチックから成る補強層（６）と、密閉のための内側に位置するライナ（３）とを含んでおり、密閉のために、ボス（４，４’）に結合されたブシュ（７，７’）と、押圧リング（８，８’）と、ばね要素（９，９’）とが設けられ、ばね要素（９，９’）は、ブシュ（７，７’）に支持されて、押圧リング（８，８’）をライナ（３）に押し付け、かつこれによりライナ（３）を、所定の領域でボス（４，４’）に押し付けるように構成されている、圧力タンク（１）。

Description

本発明は、ガス動力式の車両に組み付けるための、ガスを貯蔵する圧力タンクであって、圧力タンクが、中間領域では円筒形で、両端部においてアーチ形の極キャップにより閉じられている回転対称の細長い形状を有している、圧力タンクに関する。圧力タンクは、ガスを貯蔵するための中空室を取り囲む壁部と、各極キャップに設けられた金属製の接続部材、いわゆるボスとを有しており、壁部が、繊維強化プラスチックから成る補強層と、密閉のための内側に位置するライナとを含んでいる。

さらに本発明は、このような圧力タンクを製造する方法、もしくはこのような圧力タンク用の前製品を製造する方法に関し、この方法では、圧力タンクの壁部を製作するために、ガスを貯蔵する中空室を取り囲むライナをブロー成形法で製造する。

ガス動力式の車両は、例えば、ガス機関または駆動装置として電動モータを備えた燃料電池を有している。十分な燃料を貯蔵することができるように、とりわけ水素であり得るガスが、高圧下でタンク内に貯蔵される。このような圧力タンクにとって典型的には、圧力は２００バールを上回り、しばしば６００バールにまで、それどころか一部では７００バールまたは８００バールにまで達する。すなわち圧力タンクは、この圧力下で気密性でなければならないだけでなく、高い機械的な安定性も必要とする。

従来技術において、ガス動力式の車両ための圧力タンクが公知である。この圧力タンクは、壁部を有しており、壁部は、密閉のために、例えば熱可塑性樹脂から成る、内側に位置するライナを含んでおり、かつ機械的な安定性を得るために、繊維強化プラスチックから成る補強層を含んでいる。好適には、補強層は巻き付けられていて、かつＣＦＫ層として構成されている。ＣＦＫは、炭素繊維強化プラスチックを表す。

ボスは、貫通孔と接続ねじ山とを有している。２つのボスのうちの少なくとも一方のボスに、圧力タンクへの充填または圧力タンクからの制御されたガスの取出しを可能にするタンク用フィッティングが接続されている。他方のボスにおいて、貫通開口は、閉鎖体により密閉されているか、またはこの他方のボスに別のタンク用フィッティングまたは安全弁が設けられている。

このような圧力タンクでは、金属製の接続部材、つまりボスと、ライナとの間の結合部に特に注意が払われなければならない。なぜならば、この結合部において、機械的に負荷が加えられた場合、内圧が変動する場合、または温度変動が大きな場合にも、特に良好な密閉性が要求されているからである。特に、水素圧力タンクでは、このことは大きな課題である。

独国特許出願公開第１０２０１４００９３４３号明細書には、上述の特徴を有する圧力タンクが記載されている。密閉性を改善するために、この圧力タンクでは補強層とライナとの間にクランプスリーブが設けられる。クランプスリーブは、ボスを介して作用する外部の負荷を補強層に伝達し、これにより非密閉性をもたらす恐れのある過負荷からライナを保護することが望ましい。

独国特許出願公開第１０２０１００２１６６７号明細書は、密封性を保証することが望ましい、ボスとライナとの間にシールリングを規定している。独国特許出願公開第１０２０１６２１９６３８号明細書では、ライナとボスとの間の密閉を達成するために、シールリングがロックスリーブによってボスとライナとの間のギャップ内に押し込まれる。

しかし、従来技術による構成は、温度変動に基づくにせよ、変化する圧力負荷に基づくにせよ、変動する負荷に対しては十分に良好に作用せず、したがって長期的に安定した密閉も保証しないという欠点を有している。

しかし、良好かつ長寿命の密閉は、例えば燃料電池により駆動される商用車のために必要とされるような、特に水素のための大型の圧力タンクにおいて特に重要である。このような圧力タンクは、６００ｍｍまでの直径および２５００ｍｍの長さに達し得る。従来公知のシールコンセプトは、このような圧力タンクでは不十分である。

本発明の課題は、より良好な密閉性および僅かな漏れで長い耐用期間を有する圧力タンクを考案し、このような圧力タンクを簡単かつ確実に製造することができる方法を示すことにある。

上記課題は第１には、請求項１記載の圧力タンクにより解決される。別の有利な特徴は、それぞれの従属請求項に挙げられている。

本発明によれば、請求項１記載の圧力タンクは、密閉のために、ボスに結合されたブシュと、押圧リングと、ばね要素とが設けられ、ばね要素が、ブシュに支持されて、前記押圧リングをライナに押し付け、かつこれによりライナを所定の領域でボスに押し付けるように構成されていることを特徴とする。この領域は、１つの面、好適には環状の面として形成されている。

本発明による構成の重要な利点は、ばね要素に基づいて、かつブシュおよび押圧リングを備えた２部分から成る構成に基づいて、密閉のための予荷重をライナとボスとの間のシール面に加えることができる、という点にある。シール面は、ライナがボスに押し付けられる領域に位置している。このようにして形成された予荷重に基づいて、例えば内圧が小さな場合、または温度差による膨張時にも、常に十分な密閉性が与えられている。さらに、ばね力の調整された調節により、ライナの過剰な押圧、ひいては非密閉性をもたらす変形を回避することができる。

ばね要素とは、本明細書では、圧縮時に十分な弾性的なばね力を加えることができる要素であると理解される。例えばばね要素は、いわゆる「ばねプレート（Federfluegel）」を有する、ばね鋼から成る環状の要素として構成されていてもよく、特にばね要素は、Ｕ字形またはＶ字形の横断面を有していてもよい。代替的には、ばね要素を、ブシュと押圧リングとの間に配置された複数の板ばねまたはコイルばねからも形成することができる。ばねの別の種類および形状を使用することもできる。特に、ばね要素は、いわゆる皿ばねとして構成されていてもよい。皿ばねは、１つまたは複数のばねディスクを有していてもよい。特に、相前後して配置されたばねディスクの数を介して、ばね強度を調整することができる。

別のばね材料として、例えば弾性的なポリマ（エラストマまたは架橋された熱可塑性樹脂）または繊維複合プラスチックから成るばね要素を使用することができる。

特に有利には、ばね要素は、該ばね要素が、押付けのためのばね力が作用する１つの方向を有していて、該方向が、圧力タンクの長手方向軸線Ｌと最大で＋／－２０°の角度を形成し、かつ特に長手方向軸線Ｌに対して実質的に平行に向けられているように、構成されている。このような方向付けは、ボスの中心孔を通じて外部からばね予荷重を調節し、変更することができる可能性を提供する。さらに、組付け時の利点を提供する。

別の好適な或る構成では、押圧リングは、長手方向軸線Ｌに対して７０°～１１０°の角度を形成し、かつ特に長手方向軸線Ｌに対して実質的に垂直に向けられた面でライナに接触する。このことは、組付けおよび調節性にとって有利である。

好適には、ブシュは、ライナに面状に接触しないように配置されている。密閉のための圧着は、押圧リングの面を介してのみ伝達される。

機能を持続的に保証するためには、押圧リングが、ブシュと一緒にばね要素を完全に取り囲んでいると有利である。したがって、ばね要素は保護され、所望の位置に留まる。さらにこの構成は、より簡単な組付けも提供する。これらの利点は、とりわけ、既にブロー成形法でのライナの形成時にも有利に作用する。「完全に取り囲む」とは、この意図において、個別の開口または間隙がまだ存在している場合にも当てはまる。完全に封止されている必要はない。

さらに押圧リングが、好適にはばね要素に面した輪郭において、ばね要素が形状接続的にこの輪郭に接触するように構成されている。したがって、ばね要素と押圧リングとの間で、シール面への均一な力伝達を保証する大きな接触面が使用される。

好適な或るバリエーションでは、ブシュが、ねじ込みねじ山を介してボスに取り付けられており、特に押圧リングが押し付けられる力を、ねじ込みねじ山を介して変化させることができる。したがって例えば、ブシュが、ボスに設けられた雌ねじ山に係合する雄ねじ山を有していてもよい。ボス内へのブシュの種々異なる深さのねじ込みによって、ブシュと押圧リングとの間のばねを、種々異なる強さで圧縮することができる。したがって、予荷重を意図的に調節することができる。

代替的には、ブシュが、緊締部を介してボスに取り付けられていてもよい。この場合、緊締部は、ばね力によって解除することができないように構成されていなければならない。

さらにブシュは、ばね要素が支持される鍔を有していてもよく、鍔が、圧力タンクの長手方向軸線Ｌに対して実質的に垂直に配置されている。これにより、良好な組付け性と良好な力伝達とが達成される。

有利な或る構成では、ボスが、雄ねじ山を有しており、この雄ねじ山が、ライナに接触している。したがって、補強層の製造時に良好な安定性を提供する、ライナとボスとの間の良好な機械的な結合部が形成される。補強層は、大抵の場合、高い半径方向力が生じる巻付け法で形成される。

ライナとボスとの間に十分なシール面を形成するために、押圧リングの、ライナに押し付けられる面が、半径方向Ｒで少なくとも２０ｍｍ、好適には少なくとも３０ｍｍ延びていると有利である。過度に大きな構造空間を必要としないようにするために、上限として、最大で１００ｍｍの延在長さが有意である。

ボスが、隆起部を有しており、該隆起部が、ボスの、ライナが押圧リングにより押し付けられる面上に位置している場合、圧力タンクの密閉性をさらに改善することができる。ボスのこの領域は、シール面とも称される。隆起部は、好適には長手方向軸線Ｌを中心とした同心的なリングとして構成されている。ばね要素によって押圧リングをライナに押し付ける場合に、ボス上の隆起部は、押圧リングとは反対に位置する側でライナ内へと押し込まれる。これにより、ライナとボスとの間の密閉性が著しく向上する。この改良は特に、圧力タンク内の内圧が低い場合に作用する。したがって、漏れを恐れることなしに、圧力タンクをより低い圧力レベルにまで空にすることができる。

隆起部は、１０分の数ミリメートル、好適には０．３ｍｍ～１．５ｍｍ、特に好適には０．５ｍｍ～１ｍｍの高さである。したがって隆起部はライナ内にたしかにいくらか押し込まれるが、このライナを損傷せず、また亀裂を形成することもない。隆起部は、例えば半円形または三角形または類似の横断面を有していてもよい。

同様に、ボスが溝を有していて、この溝内にシールリングが設けられていて、シールリングがライナに接触するように溝が配置されていることによって、密閉性をさらに改善することができる。付加的に溝は、ボスの、ライナが押圧リングによりボスに押し付けられる領域に位置している。したがって、ライナは、押圧リングによってシールリングにも押し付けられる。これにより、シールリングは、密閉性が減じられることなしに、ライナの比較的小さな位置変化を補償することができる。シールリングに対して付加的に、好適には支持リングを使用することができる。容器内圧およびばね予荷重によって、ライナは支持リングに沿うように密着し、ライナと支持リングとの間に間隙が形成されないように働く。これにより、シールリングは、ライナとボスとの間の間隙内に押し込まれ得ない。

予荷重が良好に形成され、良好な密閉性が得られるようにするために、押圧リングは、ブシュに対して長手方向軸線Ｌの方向で移動可能である。したがって押圧リングを、面にわたる均一な圧着ひいては信頼性のよい密閉が達成されるように、剛性に構成することができる。

この構成は、押圧リングがストッパを有していて、かつ／またはブシュがストッパを有していて、ストッパが、長手方向軸線Ｌの方向での押圧リングとブシュとの間の剛性の力伝達が完全に圧縮されたばね要素を介して可能であるように構成されている場合に、さらに改善される。完全に圧縮されたとは、本明細書では、ばね要素を介して剛性の力伝達が行われるようにばね要素が圧縮され、ばね力に依存する弾性的な力伝達が行われないことを意味する。

したがって、ライナとボスとの間で、ばね要素により加えることができるよりも大きな圧着力を形成するために、ボスとブシュとの間のねじ締結部を、力が１つ以上のストッパを介してブシュから押圧リングに伝達されるように締め付けることができる。

特に、ライナ内に押し込まれるべき隆起部がボスに設けられていると有利である。つまり、ブシュにボスを組み付ける場合に、極めて高い圧着力を形成することができ、これによって、隆起部が良好にライナ内に押し込まれる。例えば、ねじ締結部により４０ｋＮまでの圧着力を加えることができる一方で、ばね要素として使用される皿ばねは、例えば５ｋＮの戻し力しか有していない。圧力タンクの後の作動時に、過度に高い圧着力は損傷を引き起こし得る。なぜならば、ライナ材料が、流れて、押付け面の領域から押し出されるからである。したがって、ばね力はあまり高く選択することはできない。組付け後に最初に生じるライナ材料の流動は、１つまたは複数のストッパとそれぞれの対向面との間で小さな間隙が生じ、したがって作動時の押圧力がばね力の値にまで減じられるように働く。この値は、ライナが持続的に耐えることができるように設計されている。組付け時に作用する高い圧着力に基づいて、ボスに設けられた隆起部が良好にライナ内に押し込まれて、改善された密閉のために働く。

さらに、ブシュと押圧リングとの間の剛性の力伝達は、構成要素を所望の位置に保持するために、ブロー成形中にも有利であり得る。

他方ではこの課題は同様に、上述した本発明に係る圧力タンクまたは請求項１２に記載した圧力タンクのための前製品を製造する方法によっても解決される。別の有利な特徴は、それぞれ関連する方法の請求項に挙げられている。

本方法は、ライナをブロー成形法において製造する間に、ボスに結合可能なブシュ、押圧リングおよびばね要素は、ライナの製造後に押圧リングとばね要素とがライナの内側に位置しているように、いわゆるブローピンに配置されており、ブシュがボスに結合されると、ばね要素がブシュに支持され、押圧リングをライナに押し付け、かつライナをボスの所定の面に押し付けることができることを特徴とする。

ブロー成形法では、ライナ用のプラスチックがノズルから押し出され、これにより、まずチューブが生じる。次いで、ブロー成形工具の２つ以上の部分が組み合わせられ、これにより、圧力タンクのために形成すべきライナの形状のキャビティが形成される。このキャビティ内に、押し出されたチューブが位置する。いわゆるブローピン、つまりノズルを介して、ガスがチューブ内に吹き込まれ、これによりチューブがブロー成形工具の内面に当て付けられる。これにより、ライナは所望の形状になる。プラスチック材料の固化後に、ライナは離型することができる。ブローピンは除去される。好適には、ライナは熱可塑性プラスチック材料、例えばポリアミドから製造される。熱可塑性のプラスチックは、冷却後に固化する。

本発明に係る方法の実施により、ブシュ、押圧リングおよびばね要素は、既にライナの製造時にライナの内部の所望の箇所に導入され、ブシュ、押圧リングおよびばね要素は、後にボスに結合され、改善された密閉のための本発明に係る機能を引き受けることができる。押圧リングおよびばね要素は、ライナの製造後にライナの内側に位置しており、ブシュがボスに結合されると、ばね要素がブシュに支持され、押圧リングをライナに押し付け、かつライナをボスの面に押し付けることができる。

特に、より大きな圧力タンクは、両方の極キャップにおいてボスを有している。したがって特に好適には、ライナと各ボスとの間の密閉を改善するために、圧力タンクの両極キャップに、上述した形式のブシュ、押圧リングおよびばね要素がそれぞれ設けられる。

本発明に係る方法では、ライナをブロー成形法において製造する間に、第２のブシュ、第２の押圧リングおよび第２のばね要素は、ライナの製造後に第２の押圧リングと第２のばね要素とが同様にライナの内側に位置しているように、ホルダまたはブロー成形工具に配置されていてもよく、第２のブシュが第２のボスに結合されると、第２のばね要素が、第２のブシュに支持され、第２の押圧リングをライナに押し付け、かつライナを第２のボスの面に押し付けることができる。

ボスとライナとの間の安定的な結合部を形成するために、各ボスが、好適には雄ねじ山を有しており、雄ねじ山は、ライナの対応する雌ねじ山に係合する。ライナの雌ねじ山は、好適にはブロー成形工具からの離型後に、例えばフライス加工によって切削により製造される。これにより、ボスが、ライナ内へのねじ込み時に表面に切り込まなければならず、これによってライナが損傷されることが阻止される。したがって、ボスとライナとの間の安定的な結合部が達成され、この安定的な結合部は、補強層の製造時、特に巻付け時の高い負荷にも耐える。さらに、このようなねじ山により、ライナにおける位置正確かつ繰り返し精度を有するねじ締結部が与えられているので、両構成要素は常に互いに対して同一の位置に位置決めされている。

さらに、一方のボスが左ねじ山を備え、第２のボスが右ねじ山を雄ねじ山として備えており、ライナが各側に対応して適合するねじ山を有していると有利である。これにより、両ボス－ライナ結合部は、１つの共通の回転方向で比較的高い回転力を受け止めることができ、これにより後の巻取り過程中のねじり出しに対してもより良好に保護されている。

さらに、ブロー成形中に、押圧リングは、この押圧リングがばね要素を完全に圧縮し、これによりばね要素を介した、かつ特に押圧リングに設けられたストッパおよび／またはブシュに設けられたストッパを介したブシュと押圧リングとの間の剛性の力伝達が可能になるまで、長手方向軸線Ｌの方向でブシュに対して相対的に移動されていてもよい。

別の１つの方法ステップでは、ボスをライナおよびブシュに結合し、ボスとブシュとの間の結合を、ブシュの雄ねじ山上へのボスのねじ嵌めにより行う。ボスは、押圧リングが長手方向軸線Ｌの方向でブシュに対して相対的に移動させられ、かつばね要素および特に押圧リングに設けられたストッパおよび／またはブシュに設けられたストッパを介したブシュと押圧リングとの間の剛性の力伝達が可能になるまで、この押圧リングがばね要素を完全に圧縮するまで、ブシュ上にねじ嵌められる。ボスの組付け時の手法の利点は、既に上述されている。

別の或る方法ステップにおいて、ライナとボスとから製造された前製品に、繊維強化プラスチック、特にＣＦＫ（炭素繊維強化プラスチック）から成るテープが、圧力タンクの補強層を形成するために巻き付けられる。テープは、好適には既に、巻付け後に硬化させられる適切なプラスチック樹脂（いわゆるトウプレグ）で浸漬されている。

本発明の別の有利な特徴を、実施例に基づき図面を参照しながら説明する。挙げられた各特徴は、図示された組合せにのみにおいて有利に実現されるだけでなく、個別に互いに組み合わせられてもよい。

本発明に係る圧力タンクの概略図である。 本発明による構成における、ボスと壁部との間の結合部を示す詳細図である。 本発明による別の１つの構成における、ボスと壁部との間の結合を示す詳細図である。 ボスとライナとの間の密閉のための本発明による様々な構成を示す部分図である。 ボスとライナとの間の密閉のための本発明による様々な構成を示す部分図である。 ボスとライナとの間の密閉のための本発明による様々な構成を示す部分図である。 圧力タンクの作動中の、ボスとライナとの間の密閉のための本発明による別の構成を示す部分図である。 ボスの組付け中の、ボスとライナとの間の密閉のための本発明による別の構成を示す部分図である。 圧力タンクまたは圧力タンクのための前製品を本発明により製造するための装置を示す部分図である。 ボスの組付け後の、本発明に係る圧力タンクを製造する前製品を示す部分図である。 本発明による別の１つの構成における、ボスと壁部との間の結合部を示す詳細図である。 圧力タンクの作動中の、ボスとライナとの間の密閉のための本発明による別の１つの構成を示す部分図である。 ボスの組付け中の、ボスとライナとの間の密閉のための本発明による別の１つの構成を示す部分図である。

以下に、図面をより詳しく説明する。同一あるいは類似の構成部材または構成要素には同一の参照符号が付されている。

図１は、両極キャップにおいてそれぞれ１つのボス４，４’を備えた圧力タンク１を示している。ボス４には、ガスを充填して、制御して取り出すためのタンク用フィッティング５がねじ込まれている。ボス４’は、閉鎖体により密閉されている。代替的には、ボスは、安全弁を収容することができる。圧力タンク１の壁部は、中空室２を取り囲んでいて、内側に位置するライナ３と補強層６とにより形成される。ライナ３は、好適には熱可塑性のプラスチック、例えばポリアミドから成っており、本発明による方法では、ブロー成形法において製造される。補強層６は、繊維強化プラスチック、好適にはＣＦＫから成るテープの巻付け法により製造される。圧力タンク１は、長手方向軸線Ｌを中心として回転対称である。このような圧力タンクでは、ボス４，４’とライナ３との間の密閉性に特に注意が払われなければならない。特に、十分な航行距離を可能にするために商用車において必要とされるような大きな圧力タンクでは、良好な密閉性は困難な課題である。

図２ａおよび図２ｂは、圧力タンク１の部分Ｂを拡大して示しており、これにより、改善された密閉のための本発明による構成が確認可能である。２つの互いに異なる構成が図示されている。

押圧リング８およびばね要素９は、ライナ３の内部、つまり中空室２内に位置している。ボス４に結合されているブシュ７を介して、ばね要素９に予荷重が加えられており、ばね要素９が押圧リング８をライナ３に押し付け、ひいてはライナ３をボス４に押し付けている。ボス４とブシュ７との間の結合は、ねじ締結部１２を介して形成されており、ブシュ７上には対応する雄ねじ山が位置している。ボスに対するライナ３の圧着は、押圧リング８を介してのみ行われる。この押圧リング８は、ブシュ７に対して可動であり、長手方向軸線Ｌの方向で移動させられる。押圧リング８とブシュ７とは一緒にばね要素９を取り囲んでいて、これによりばね要素９は良好に保護されている。さらに、これによりこれらの構成要素は良好に組み付けられる。このために、ボス４の中心孔を通って挿入され得る特殊工具が使用される。図２ａに示した構成では、ばね要素９は、Ｕ字形の横断面を有するばねリングとして構成されている。押圧リング８は、ばね要素９が接触している側で、好適には、力伝達のためにできるだけ大きな接触面が使用されるように成形されている。この場合、押圧リング８は、Ｕ字形の横断面を有するばねリングの弧に相当する湾曲した形状を有している。

図２ｂに示した構成では、押圧リング８が、ライナ３に面した側で鍔２３を有している。ばね要素９は、この構成では皿ばねとして形成されている。２つのばねディスクを備えた皿ばねが示されているが、唯１つのばねディスクまたは複数のばねディスクも設けられてもよい。強度、材料および個数により、ばね力を所望の程度に調節することができる。押圧リング８は、ばね要素９が接触している側で、好適には、良好な力伝達が可能であるように成形されている。付加的に押圧リング８は、ばね要素９が十分に圧縮されている場合にブシュ７に当接するストッパ２２を有している。そしてブシュ７は、ばね要素７が十分に圧縮されている場合に押圧リング８に当接するストッパ２１を有している。したがって、ボスの組付けのために、またはライナのブロー成形中に有利であるように、押圧リング８とブシュ７との間の剛性の力伝達が生じる。

本発明に係る構成のために、本明細書において例として示されているばね要素とは別のばね要素が使用されてもよい。

ライナ３に押し付けられる押圧リング８の面と、ボス４に押し付けられるライナ３の面とは、長手方向軸線Ｌに対して実質的に垂直に向けられている。同様に、ばね要素９が支持されているブシュ７の鍔は、長手方向軸線Ｌに対して実質的に垂直に配置されている。したがって、ねじ締結部１２により、ばね要素９のばね力は、完全に押圧リング８を介して、ボス４とライナ３との間のシール面に伝達される。最大で＋／－２０°であるこの面の傾斜位置により、いまだ十分な力伝達を達成することができる。さらに、シール面の傾斜位置は、ライナ製造中のシール鍔からのより良好な脱気のために寄与する。この傾斜位置により、金型半部の組合せ時に空気がより良好に押潰し箇所から漏れ出ることができる。

押圧リング８がライナ３をボス４に押し付けているボス４の領域は、シール面または締付け位置（Drosselstelle）と呼ばれる。圧力タンク内でのガス内圧の密閉、ひいては締付けは、ばね要素９のばね力およびガス内圧自体に基づくボス４に対するライナ３の圧着により行われる。

ライナ３は、ねじ山１０を介してボス４に取り付けられている。ボスには雄ねじ山１０が、ライナには雌ねじ山１０が設けられている。ライナの雌ねじ山１０は、対応して適合するように切削により加工されている。

さらにボス４には、雌ねじ山１１が設けられており、この雌ねじ山１１を介して、タンク用フィッティング、安全弁または閉鎖体をねじ込むことができる。

部分Ａは、以下の図３ａ～図３ｃに示されている。これらの図面は、ライナ３が押圧リング８によりボスに押し付けられる領域において、ボス４が有利にはどのように構成されていてもよいかの別の構成を示している。

この領域では、ボス４は、平滑な面の代わりに、隆起部１３を有している（図３ａおよび図３ｂ）。隆起部１３はこの場合、面上に同心的なリングとして構成されており、単に１０分の数ミリメートル、好適には０．３～１．５ｍｍ、特に好適には０．５～１ｍｍの高さである。隆起部１３は、ライナ１３の表面に押し込まれ、密閉作用を改善する。一方の構成では、隆起部は丸み付けされた、または半円形の横断面を備えて構成され、他方の構成では隆起部は三角形の横断面を備えて構成されている。別の形状も可能である。

図３ｃは、密閉を改善するための別のバリエーションを示している。このバリエーションは、隆起部との組合せにおいても使用され得る。シールリング１５、例えばＯリングが、ボスに設けられた溝１４内に装入される。溝１４は、好適にはボス４の、ライナ３が押圧リング８により押し付けられる領域に位置している。しかし、溝はこの領域外に設けられてもよい。比較的大きな負荷が加えられた場合に、シールリング１５がボス４とライナ３との間の間隙内に押し込まれないようにするために、支持リング１６を設けることができる。圧力タンク内のガス内圧およびばね要素９による圧着は、ライナ３が均一に、かつ良好に密閉するように支持リング１６に当接するために働く。

部分Ａについては、以下の図３ｄおよび図３ｅに別のバリエーションが示される。これらの図面は、図３ｄでは、圧力タンクの作動中の配置がどのように見えるかを示し、図３ｅでは、ブロー成形におけるライナの製造後に行われるボス４の組付け後がどのように見えるかを示している。

拡大図には、図２では見やすくするために図示されていない隆起部１３が示されている。隆起部１３は、ボス４の、ライナ３が押圧リング８により押し付けられる面に設けられている。隆起部１３は、縮尺通りであれば見えないので、縮尺通りには描かれていない。この場合、隆起部１３は、面上の同心的なリングとして構成されており、単に１０分の数ミリメートル、好適には０．３～１．５ｍｍ、特に好適には０．５～１ｍｍの高さである。隆起部１３は、ライナ３の表面に押し込まれ、密閉作用を改善する。隆起部１３は、例えば丸み付けされた、または半円形の横断面または三角形の横断面を備えて構成されていてもよい。別の形状も可能である。図３ａに図示されているような作動状態では、ストッパ２１，２２と、押圧リングもしくはブシュに設けられたそれぞれの対向面との間にそれぞれ１つの間隙が存在している。ライナ３ひいてはボス４に対する押圧リング８の圧着は、例えば５ｋＮのオーダの、ばね要素９のばね力に相当する。充填圧および温度に応じて、間隙幅はいくらか変化し得る。

図３ｅでは、ストッパ２１，２２と、それぞれの対向面との間に間隙が存在していない。ストッパ２１，２２が接触し、ねじ締結部を介して圧着力が高められ得るまで、ボス４がブシュ７にねじ嵌められている、もしくはブシュ７がボス４内にねじ込まれている。したがって、例えば、組付け時に隆起部１３を良好にライナ３内へ押し込むために、４０ｋＮまでの押圧力を加えることができる。この高い圧力下で、かつ後の圧力テスト中に、ライナ材料はいくらか流れて、ライナ３が、ボス４と押圧リング８との間の圧着領域から押し出され、ライナ３はこの領域においていくらか薄くなる。このことは、ストッパ２１，２２がそのそれぞれの対向面に対して間隙を与えられ、これにより圧着がばね要素９のばね力のレベルに低下するまで行われる。これにより、図３ａに示されているような状態が達成されている。

密閉を改善するための別のバリエーションは図示されていない。このバリエーションは、隆起部との組合せにおいても使用され得る。シールリング、例えばＯリングが、ボスに設けられた溝内に装入される。溝は、好適にはボス４の、ライナ３が押圧リング８により押し付けられる領域に位置している。しかし、溝は、この領域外に設けられてもよい。比較的大きな負荷が加えられた場合に、シールリングが、ボス４とライナ３との間の間隙内に押し込まれないようにするために、支持リングを設けることができる。圧力タンク内のガス内圧およびばね要素９による圧着は、ライナ３が均一に、かつ良好に密閉するように支持リングに当接するために働く。

圧力タンクを製造する本発明による方法を説明するために、図４ａおよび図４ｂは同様に部分図を示している。図４ａには、ライナの製造時に使用される装置が示されている。ブローピン１７上には、押圧リング８およびばね要素９を備えたブシュ７が組み付けられている。２部分または多部分から成るブロー成形工具１８は、閉鎖時に、ライナ材料をブローピン１７に、かつブシュ７および押圧リング８に押し付ける。ライナ材料、好適には熱可塑性のプラスチックは、予めチューブとしてノズルから押し出される。ブロー成形工具が閉じられると、ノズルとして機能するブローピンを介してガスが吹き込まれ、これによりライナ材料がブロー型に押し付けられ、ライナ３の所望の形状が生じる。固化後に、ブロー成形工具が開かれて、ライナ３が離型される。この場合、押圧リング８およびばね要素９は、ライナ３の内側で中空室２内に位置しており、ブシュ７は、後にボス４と結合することができるように配置されている。このために、ライナ３の部分３ａは、ブシュ７上の雄ねじ山を露出させるために、取り除かれる。付加的に、ライナ３をさらに加工することができる。例えば、ボス上の雄ねじ山と結合するために、ねじ山がライナ３の表面に切られるか、またはフライス加工され得る。

本発明による密閉のための構成で、圧力タンクの、反対側に位置する極キャップに第２のボスを取り付けることができるようにするために、製造時に、第２のブシュ、第２の押圧リングおよび第２のばね要素を設けることが可能である。このためには、第２のブシュ、第２の押圧リングおよび第２のばね要素が、ブローピン１７とは反対に位置する側でホルダまたはブロー成形工具において所定の位置にもたらされ、これにより、第２のブシュ、第２の押圧リングおよび第２のばね要素は、ライナ製造時のブローピン１７上の構成部材と同様に内部に配置されている。この側でも、ボスが第２のブシュに対応して結合され得る。

図示されていないが、図２ｂまたは図６ａ／図６ｂに示された本発明によるバリエーションを有する構成も同様に有利である。このバリエーションでは、ブロー成形時に、装置が固定的に位置固定されていて、ブロー成形中に所望の箇所に保持されるまで、押圧リング８がばね要素９；９’を圧縮することができる。図２ｂによる構成では、ばね要素９の圧縮により、ストッパ２１，２２が、押圧リングもしくはブシュに設けられたそれぞれの対向面に当接している。図６ａ／図６ｂに示した構成では、ばね要素９’が完全に圧縮されており、これにより、ストッパ２４，２５が、ばね要素９’を介した剛性の力伝達をもたらす。

図４ｂは、ボス４がブシュ７にねじ嵌められた後の部分図を示している。ねじ締結により、ばね要素９が圧縮され、押圧リング８をライナ３に押し付け、かつライナ３をボス４に押し付ける。ねじ込み深さおよびばね要素９のばね剛性を介して、形成される予荷重を調節することができる。

ボス４においてシール面の領域に存在する隆起部は、ライナ３の表面内に押し込まれ、これにより密閉性を高める。隆起部は、このバリエーションでは、丸み付けされた横断面を有する同心的なリングとして構成されている。

ここでも、図２ｂまたは図６ａ／図６ｂにより図示されていないバリエーションが有利である。既に上述したように、これらのバリエーションでは、ブシュ７および押圧リング８がばね要素の弾性に依存しない剛性の力伝達を可能にするまで、ばね要素９，９’が圧縮され得る。

ねじ嵌められた両方のボス４を備えた、賦形されたライナ３は、圧力タンクのさらなる製造のための前製品である。別の方法ステップにおいて、この前製品に、繊維強化プラスチックから成るテープが巻き付けられ、これにより壁部の補強層を形成することができる。巻付け後に、繊維強化プラスチックは硬化させられる。好適には、このために、適切な樹脂で含浸されたＣＦＫテープが使用される。

図５は再度、圧力タンク１の部分Ｂを拡大図で、改善された密閉のための本発明による別の構成のために示している。押圧リング８’およびばね要素９’は、ライナ３の内部、つまり中空室２内に位置している。ボス４に結合されているブシュ７’を介して、ばね要素９’に予荷重が加えられており、ばね要素９’は、押圧リング８’をライナ３に、ひいてはライナ３をボス４に押し付けている。ボス４とブシュ７’との間の結合部は、ねじ締結部１２を介して形成されており、ブシュ７’上には対応する雄ねじ山がある。ボスに対するライナ３の圧着は、押圧リング８’を介してのみ行われる。この押圧リング８’は、ブシュ７’に対して可動であり、長手方向軸線Ｌの方向で移動させられる。押圧リング８’は、ブシュ７’上でブシュ７’の内径を介してガイドされる。押圧リング８’およびブシュ７’は、この構成では、極めて細く、かつ省スペースに構成され得る。

押圧リング８は、ライナ３に面した側に鍔２３を有している。

ばね要素９’は、この構成では皿ばねとして形成されている。４つのばねディスクを備えた皿ばねが示されているが、唯１つのばねディスクまたは複数のばねディスクも設けられてもよい。強度、材料および個数により、ばね力を所望の程度に調節することができる。

ライナ３に押し付けられる押圧リング８’の面と、ボス４に押し付けられるライナ３の面とは、長手方向軸線Ｌに対して実質的に垂直に向けられている。同様に、ばね要素９’が支持されているブシュ７’の鍔は、長手方向軸線Ｌに対して実質的に垂直に配置されている。したがって、ねじ締結部１２によって、ばね要素９’のばね力は、完全に押圧リング８を介して、ボス４とライナ３との間のシール面に伝達される。最大で＋／－２０°であるこれらの面の傾斜位置によって、いまだ十分な力伝達を達成することができる。さらに、シール面の傾斜位置は、ライナ製造中のシール鍔からのより良好な脱気のために寄与する。この傾斜配置により、金型半部の組合せ時に空気がより良好に押潰し箇所から漏れ出ることができる。

押圧リング８’がライナ３をボス４に押し付けているボス４の領域は、シール面または締付け位置（Drosselstelle）と呼ばれる。圧力タンク内のガス内圧の密閉、ひいては締付けは、ばね要素９’のばね力およびガス内圧自体に基づくボス４に対するライナ３の圧着により行われる。

押圧リング８’は、ばね要素９’が接触している側で、好適には、良好な力伝達が可能であるように成形されている。特にストッパ２４は、ばね要素９’が当接している押圧リングに設けられていてもよい。

本発明に係る構成のためには、ここで例として示されているばね要素とは別のばね要素も使用することができる。

ライナ３は、ねじ山１０を介してボス４に取り付けられている。ボスには雄ねじ山１０が、ライナには雌ねじ山１０が設けられている。ライナに設けられた雌ねじ山１０は、対応して適合するように切削されている。

さらにボス４には、雌ねじ山１１が設けられており、この雌ねじ山１１を介して、タンク用フィッティング、安全弁または閉鎖体をねじ込むことができる。

部分Ａ’は、続く図６ａおよび図６ｂに示されている。これらの図面は、図６ａでは、圧力タンクの作動中の配置がどのように見えるかを示しており、図６ｂでは、ブロー成形におけるライナの製造後に行われるボス４の組付け後がどのように見えるかを示している。さらなる詳細は、類似する図３ａおよび図３ｂに関する上述の図面の説明において既に挙げたものと同様である。

図６ａおよび図６ｂに示したバリエーションにおける本質的な差は、ブシュ７’、およびとりわけ押圧リング８’が、より細く、より省スペースに構成されていることである。これは、僅かな構造空間およびできるだけ小さな重量が目指される用途において大きな利点である。

図６ａは、作動時に、押圧リング８’とライナ３との間の圧着が、ブシュ７’の鍔に支持されるばね要素９’を介して行われていることを示している。ブシュに設けられたストッパ２５とばね要素９’との間には間隙が存在している。ブシュ７’は、完全に図示されていない雄ねじ山１２を介してボス４に結合されている。ばね要素９’のためのばねディスクの個数および選択ならびに押圧リング８’とブシュ７’との間の間隔に応じて、ライナ３に向かう面における押圧力を調節することができる。

図６ｂでは、ばね要素９’が完全に圧縮されており、これによりブシュ７’から押圧リング８’への剛性の力伝達が行われる。図示の構成では、このことは、ブシュのストッパ２５がばね要素９’を介して押圧リング８’に設けられたストッパ２４を押し付けることにより、実現されている。このことを達成するために、ストッパ２４，２５がばね要素９’を完全に圧縮し、弾性的な影響を有しないものの、ばね要素９’を介した剛性の力伝達を可能にするまで、ボス４がブシュ７’にねじ嵌められているか、もしくはブシュ７’が、ボス４内にねじ込まれている。つまり、既に上述したように、組付け時に隆起部１３をライナ３内に良好に押し込むために、高い押圧力を加えることができる。この高い圧力下で、かつ後の圧力テスト中に、ライナ材料がいくらか流れて、ライナ３が、ボス４と押圧リング８’との間の圧着領域から押し出される。ライナ３は、この領域においていくらか薄くなる。このことは、ばね要素とストッパ２５との間に間隙が生じ、これによって、圧着がばね要素９のばね力のレベルに低下するまで行われる。これにより、図６ａに示されているような状態が達成される。

さらに、この構成では、押圧リング８’とライナ３との間の密閉のための接触面が、長手方向軸線Ｌに対する垂線に対して傾斜するように構成されている。特に２０°までの傾斜が有利である。ライナ３と押圧リング８’との間に場合によっては生じる空気封入物は、ボス４内へのねじ込み時に傾斜位置によってシール面から半径方向に押し出され得る。このことは、確実な組付けを容易にする。

密閉を改善するための別のバリエーションは図示されていない。このバリエーションは、隆起部との組合せにおいても使用され得る。シールリング、例えばＯリングが、ボスに設けられた溝内に装入される。溝は、好適にはボス４の、ライナ３が押圧リング８により押し付けられる領域に位置している。しかし、溝は、この領域外に設けられてもよい。比較的大きな負荷が加えられた場合に、シールリングが、ボス４とライナ３との間の間隙内に押し込まれないようにするために、支持リングを設けることができる。圧力タンク内のガス内圧およびばね要素９による圧着は、ライナ３が均一に、かつ良好に密閉するように支持リングに当接するために働く。

１ 圧力タンク
２ 中空室
３ ライナ
３ａ ライナの部分
４，４’ ボス
５ タンク用フィッティング
６ 補強層
７，７’ ブシュ
８，８’ 押圧リング
９，９’ ばね要素
１０ 雄ねじ山
１１ 雌ねじ山
１２ ねじ込みねじ山
１３ 隆起部
１４ 溝
１５ シールリング
１６ 支持リング
１７ ブローピン
１８ ブロー成形工具
２１ ブシュに設けられたストッパ
２２ 押圧リングに設けられたストッパ
２３ 押圧リングに設けられた鍔
２４ 押圧リングに設けられたストッパ
２５ ブシュに設けられたストッパ
Ｌ 圧力タンクの長手方向軸線
Ｒ 圧力タンクの半径方向

Claims (18)

1. ガス動力式の車両に組み付けるための、ガスを貯蔵するための圧力タンク（１）であって、該圧力タンク（１）は、中間領域では円筒形で、両端部においてアーチ形の極キャップにより閉じられている回転対称の細長い形状を有し、かつ前記圧力タンク（１）は、ガスを貯蔵するための中空室（２）を取り囲む壁部と、各極キャップに設けられたそれぞれ１つの金属製の接続部材、いわゆるボス（４，４’）とを有し、前記壁部は、繊維強化プラスチックから成る補強層（６）と、密閉のための内側に位置するライナ（３）とを含む、圧力タンク（１）において、
   密閉のために、前記ボス（４，４’）に結合されたブシュ（７，７’）と、押圧リング（８，８’）と、ばね要素（９，９’）とが設けられ、前記ばね要素（９，９’）は、前記ブシュ（７，７’）に支持されて、前記押圧リング（８、８’）を前記ライナ（３）に押し付け、かつこれにより該ライナ（３）を所定の領域で前記ボス（４，４’）に押し付けるように、構成されていることを特徴とする、圧力タンク（１）。
2. 前記ばね要素（９，９’）は、押付けのためにばね力が作用する１つの方向を有し、該方向は、前記押圧タンクの長手方向軸線Ｌと最大で＋／－２０°の角度を形成し、かつ特に前記長手方向軸線Ｌに対して実質的に平行に向けられているように、構成されている、請求項１記載の圧力タンク（１）。
3. 前記押圧リング（８，８’）は、前記長手方向軸線Ｌに対して７０°～１１０°の角度を形成し、かつ特に前記長手方向軸線Ｌに対して実質的に垂直に向けられている面で前記ライナ（３）に接触する、請求項１または２記載の圧力タンク（１）。
4. 前記押圧リング（８）は、前記ブシュ（７）と一緒に前記ばね要素（９）を完全に取り囲んでいる、請求項１から３までのいずれか１項記載の圧力タンク（１）。
5. 前記ばね要素（９，９’）は、いわゆる皿ばねとして構成されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の圧力タンク（１）。
6. 前記ブシュ（７，７’）は、ねじ込みねじ山を介して前記ボス（４，４’）に取り付けられていて、特に前記押圧リング（８，８’）が押し付けられるばね力を、該ねじ込みねじ山を介して変化させることができる、請求項１から５までのいずれか１項記載の圧力タンク（１）。
7. 前記ブシュ（７，７’）は、前記ばね要素（９，９’）が支持される鍔を有し、前記鍔は、前記圧力タンクの前記長手方向軸線Ｌに対して実質的に垂直に配置されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の圧力タンク（１）。
8. 前記ボス（４，４’）は、雄ねじ山（１０）を有し、該雄ねじ山（１０）は、前記ライナ（３）の、前記雄ねじ山（１０）に適合する雌ねじ山に接触し、かつ前記長手方向軸線Ｌに対して同心的に配置されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の圧力タンク（１）。
9. 前記押圧リング（８，８’）の、前記ライナ（３）に押し付けられる面は、半径方向Ｒで少なくとも２０ｍｍ、好適には少なくとも３０ｍｍ延びている、請求項１から８までのいずれか１項記載の圧力タンク（１）。
10. 前記ボス（４，４’）は、隆起部（１３）を有し、該隆起部（１３）は、前記ボス（４，４’）の、前記ライナ（３）が前記押圧リング（８，８’）により前記ボスに押し付けられる領域に位置しており、前記隆起部（１３）は、好適には０．３ｍｍ～１．５ｍｍの高さを有し、特に好適には０．５ｍｍ～１ｍｍの高さを有している、請求項１から９までのいずれか１項記載の圧力タンク（１）。
11. 前記押圧リング（８，８’）は、前記ブシュ（７，７’）に対して前記長手方向軸線Ｌの方向で移動可能である、請求項１から１０までのいずれか１項記載の圧力タンク（１）。
12. 前記押圧リング（８）がストッパ（２２）を有し、かつ／または前記ブシュ（７）がストッパ（２１）を有し、かつ該ストッパは、前記ばね要素（９）が十分に強く圧縮されている場合に、前記長手方向軸線Ｌの方向での前記押圧リング（８）と前記ブシュ（７）との間の力伝達が直接に前記ストッパ（２２）を介して、かつ／または直接に前記ストッパ（２１）を介して可能であるように構成されている、請求項１１記載の圧力タンク（１）。
13. 前記押圧リング（８’）は、ストッパ（２４）を有し、かつ／または前記ブシュ（７’）は、ストッパ（２５）を有し、かつ該ストッパは、前記長手方向軸線Ｌの方向での前記押圧リング（８’）と前記ブシュ（７’）との間の剛性の力伝達が完全に圧縮された前記ばね要素（９’）を介して可能であるように構成されている、請求項１１記載の圧力タンク（１）。
14. 請求項１から１３までのいずれか１項記載の圧力タンク（１）または該圧力タンク（１）のための前製品を製造する方法であって、
    前記圧力タンク（１）の壁部を製作するために、ガスを貯蔵する中空室（２）を取り囲むライナ（３）をブロー成形法において製造する方法において、
    前記ライナ（３）を前記ブロー成形法において製造する間に、ボス（４，４’）に結合可能なブシュ（７，７’）、押圧リング（８，８’）およびばね要素（９，９’）は、前記ライナ（３）の製造後に前記押圧リング（８，８）と前記ばね要素（９，９’）とが前記ライナの内側に位置しているように、ブローピン（１７）に配置されており、前記ブシュ（７，７）が前記ボス（４，４’）に結合されると、前記ばね要素（９，９’）は、前記ブシュ（７，７’）に支持され、前記押圧リング（８，８’）を前記ライナ（３）に押し付け、かつ該ライナ（３）をボス（４，４’）の所定の面に押し付けることができることを特徴とする、方法。
15. 前記ブロー成形中に、前記押圧リング（８）は、前記ブシュ（７）に設けられたストッパ（２１）が前記押圧リング（８）に、かつ／または前記押圧リング（８）に設けられたストッパ（２２）が前記ブシュ（７）に力伝達のために直接に接触するように前記ばね要素（９）を圧縮するまで、前記長手方向軸線Ｌの方向で前記ブシュ（７）に対して相対的に移動させられている、請求項１４記載の方法。
16. 別の方法ステップにおいて、ボス（４，４’）を前記ライナ（３）および前記ブシュ（７）に結合し、前記ボス（４，４’）と前記ブシュ（７）との間の結合を、前記ブシュ（７）の雄ねじ山（１２）上への前記ボス（４，４’）のねじ嵌めにより行い、前記ブシュ（７）に設けられたストッパ（２１）が前記押圧リング（８）に、かつ／または前記押圧リング（８）に設けられたストッパ（２２）が前記ブシュ（７）に、力伝達のために前記ブシュ（７）もしくは前記押圧リング（８）に設けられたそれぞれの対向面に直接に接触するまで、前記押圧リング（８）が前記長手方向軸線Ｌの方向で前記ブシュ（７）に対して相対的に移動させられ、かつ前記押圧リング（８）が前記ばね要素（９）を圧縮するように、前記ボス（４，４’）が前記ブシュ（７）にねじ嵌められる、請求項１４または１５記載の方法。
17. 前記ブロー成形中に、前記押圧リング（８’）は、該押圧リング（８’）が前記ばね要素（９’）を完全に圧縮して、これにより前記ばね要素（９’）を介した、特に前記押圧リングに設けられたストッパ（２４）および／または前記ブシュに設けられたストッパ（２５）を介した前記ブシュ（７’）と前記押圧リング（８’）との間の剛性の力伝達が可能になるまで、前記長手方向軸線Ｌの方向で前記ブシュ（７’）に対して相対的に移動する、請求項１４記載の方法。
18. 別の方法ステップにおいて、ボス（４，４’）を前記ライナ（３）および前記ブシュ（７’）に結合し、前記ボス（４，４’）と前記ブシュ（７’）との間の結合を、前記ブシュ（７’）の雄ねじ山（１２）上への前記ボス（４，４’）のねじ嵌めにより行い、前記ばね要素（９’）を介した、かつ特に前記押圧リングに設けられたストッパ（２４）および／または前記ブシュに設けられたストッパ（２５）を介した前記ブシュ（７’）と前記押圧リング（８’）との間の剛性の力伝達が可能になるまで、前記押圧リング（８’）が前記長手方向軸線Ｌの方向で前記ブシュ（７’）に対して相対的に移動させられ、かつ前記押圧リング（８’）が前記ばね要素（９’）を完全に圧縮するまで、前記ボス（４，４’）を前記ブシュ（７’）上にねじ嵌める、請求項１４または１５記載の方法。

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