WO2012167868A1

WO2012167868A1 - Druckbehälter

Info

Publication number: WO2012167868A1
Application number: PCT/EP2012/002100
Authority: WO
Inventors: Peter Kloft; Herbert Baltes
Original assignee: Hydac Technology Gmbh
Priority date: 2011-06-07
Filing date: 2012-05-12
Publication date: 2012-12-13
Also published as: CA2837686A1; US20140061207A1; EP2718570B1; US9423076B2; CA2837686C; DE102011103424A1; EP2718570A1

Abstract

Ein Druckbehälter zur Aufnahme mindestens eines Fluidmediums, mit einem ersten Mantel (1) und einem den ersten Mantel (1) zumindest teilweise umfassenden zweiten Mantel (3), wobei der erste Mantel (1) zumindest an seinem einen Ende ein Kragenteil (5) aufweist, das einen Festlegekörper (15) umfasst, der eine Öffnung (13) für die Medienzu- und -abfuhr bildet, ist dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Behälters ein die Öffnung (13) umgebender Stützkörper (19) in Form eines geteilten Ringes vorgesehen ist, der eine an die gewölbte Form der sich an das Kragenteil (5) anschließenden Innenseite des ersten Mantels (1) angepasste Anlagefläche (39) aufweist, die durch eine Andrückeinrichtung (43, 45) an den ersten Mantel (1) anpressbar ist.

Description

Druckbehälter

Die Erfindung betrifft einen Druckbehälter, beispielsweise in Form eines Hydrospeichers, für die Aufnahme mindestens eines Fluidmediums, mit einem ersten Mantel und einem den ersten Mantel zumindest teilweise umfassenden zweiten Mantel, wobei der erste Mantel zumindest an seinem einen Ende ein Kragenteil aufweist, das einen Festlegekörper umfasst, der eine Öffnung für die Medienzu- und -abfuhr bildet.

Durch WO 2007/085276 A1 ist ein gattungsgemäßer Composite- Druckbehälter zur Speicherung von Medien unter Druck, mit einem soge- nannten Liner aus Kunststoff als innerem bzw. erstem Mantel, bekannt, wobei als zweiter Mantel eine den Liner verstärkende Wicklung eines Faserverbundwerkstoffes vorgesehen ist. Ein vom Kragenteil umfasster Festlegekörper, der die Medienöffnung bildet, wirkt mit einer Anschlussarmatur, gegebenenfalls einschließlich einer Ventilanordnung, zusammen.

Für ein hochverlässliches Betriebsverhalten, insbesondere beim Langzeitbetrieb, muss bei derartigen Behältern gewährleistet sein, dass die im Betrieb über den Festlegekörper auf den Behälter einwirkenden Kräfte sicher aufnehmbar sind. Insbesondere bei Composite-Behältern müssen eventuell auftretende Relativbewegungen zwischen den Kunststoffmänteln ausgeschlossen sein, um schädliche Delaminierprozesse zwischen den empfindlichen Kunststoffmaterialien zu vermeiden. Im Hinbl ick auf diese Problematik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Druckbehälter der betrachteten Art zur Verfügung zu stellen, der sich durch eine hohe Strukturfestigkeit, insbesondere in dem den An- Schlusseinrichtungen zugeordneten Bereich von Kragenteil und Festlegekörper auszeichnet.

Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe durch einen Druckbehälter gelöst, der die Merkmale des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit aufweist.

Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 besteht eine wesentliche Besonderheit der Erfindung darin, dass innerhalb des Behälters ein Stützkörper vorgesehen ist, der mit einer Anlagefläche, die an die gewölbte Form der sich an das Kragenteil anschließenden Innenseite des ersten Man- tels angepasst ist, an diesen mittels einer Andrückeinrichtung anpressbar ist. Dadurch ist nicht nur die Gefahr von Relativbewegungen vermieden, sondern der Formschluss zwischen Stützkörper und den Mänteln bietet Sicherheit gegen Verformen und damit gegen eine Beeinträchtigung der Abdichtung.

In vortei lhafter Weise kann daher bei der Erfindung Kunststoff als Werkstoff für einen Mantel oder vorzugsweise für beide Mäntel zum Einsatz kommen.

Dadurch, dass der Stützkörper in Form eines geteilten Ringes ausgebildet ist, kann dieser, obwohl er im Außendurchmesser wesentl ich größer sein kann als die Behälteröffnung, aus einem starren Werkstoff, vorzugsweise Metall, gebildet sein.

Mit besonderem Vortei l kann die Anordnung so getroffen sein, dass der Stützkörper auf dem Festlegekörper festgelegt ist, über den die Andrückein- richtung auf den Stützkörper die Kraft zum Anpressen an den ersten Mantel überträgt.

Mit besonderem Vorteil kann hierbei der Festlegekörper die Form eines sich aus dem Behälterinneren erstreckenden Rohrstutzens besitzen, der am inneren Ende einen Bund aufweist, der eine Schulterfläche bildet, an der der Stützkörper gegen eine ins Behälterinnere gerichtete Axialbewegung gesichert ist. Mit besonderem Vorteil kann die für den Stützkörper vorgesehene Andrückeinrichtung in der Weise realisiert sein, dass der Rohrstutzen ein Außengewinde für eine Mutter aufweist, mittels deren am Rohrstutzen eine den Stützkörper an den ersten Mantel anpressende Zugkraft erzeugbar ist. Bei besonders bevorzugten Ausführungsbeispielen weist der Stützkörper eine eine Radialebene definierende, innere Endfläche auf, die am radial äußeren Ende zusammen mit der Anlagefläche einen spitzen Umfangsrand bildet. Hierbei kann die Anordnung mit Vorteil so getroffen sein, dass aus der Endfläche des Stützkörpers ein Haltering axial ins Behälterinnere vor- springt, der einen radial abgebogenen Rand für die Verhakung mit einer auf dem inneren Ende des Rohrstutzens sitzenden Ringscheibe aus elastome- rem Material aufweist, deren radial außen liegender Rand bei Anlage an der Innenseite des ersten Mantels eine Fortsetzung der gewölbten Anlagefläche des Stützkörpers bildet. Dergestalt ist eine Flachdichtung gebildet, die den Rohrstutzen, einschließlich des auf diesem sitzenden Stützkörpers, gegenüber der Behälterinnenseite abdichtet.

Bei besonders vorteilhaften Ausführungsbeispielen weist die dem Außengewinde des Rohrstutzens zugeordnete Mutter einen in einen Ringspalt zwischen Rohrstutzen und Kragenteil des ersten Mantels eingreifenden, axial vorstehenden Bund auf, wobei zwischen diesem und dem Stützkörper eine Dichtungsanordnung angeordnet ist. Dadurch ist eine zusätzliche Abdichtung in einem durch den Bund der Mutter genau definierten Dichtspalt zwischen Rohrstutzen und Kragenteil gebildet. In besonders vorteilhafter Weise kann der zweite, äußere Mantel in einem Abstand vom Kragenteil des ersten Mantels enden, wobei in dem gebildeten Zwischenraum das Kragenteil durch einen Versteifungsring eingefasst ist, der vorzugsweise aus einem Metallring gebildet ist. Dadurch weist der Öffnungsbereich, d.h. der Anschlussbereich des Behälters, eine besonders hohe Festigkeit auf.

Nachstehend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im Einzelnen erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt eines Ausführungsbeispieles des erfindungsgemäßen Druckbehälters;

Fig. 2 einen gegenüber Fig. 1 leicht vergrößert gezeichneten Querschnitt entsprechend der Schnittlinie II-I I von Fig. 1 und Fig. 3 einen noch stärker gezeichneten Teillängsschnitt lediglich des in Fig. 1 mit III gezeichneten Bereiches, wobei der Übersichtlichkeit wegen die Ventilanordnung weggelassen ist.

Nachstehend ist die Erfindung anhand eines Composite-Druckbehälters in der Form eines Blasenspeichers erläutert, der einen ersten Kunststoffmantel 1 und einen den ersten Kunststoffmantel 1 zumindest teilweise umfassenden zweiten Kunststoff mantel 3 aufweist. Es versteht sich, dass einer oder beide Mäntel auch aus einem metallischen Werkstoff, etwa Aluminium, gefertigt sein könnten. Der beim vorliegenden Beispiel vorgesehene erste Kunststoffmantel 1 wird fachsprachlich auch mit Kunststoffkern-Behälter bezeichnet oder mit Liner. Er besteht bevorzugt aus Polyamid oder Po- lyethylen und wird mittels eines Blasformprozesses oder durch Rotationssintern erhalten. Dahingehende Herstell verfahren sind üblich, so dass an dieser Stelle hierauf nicht mehr näher eingegangen wird. Der angesprochene Liner 1 wird außenumfangsseitig durch eine von außen aufgewickelte Faserwicklung als zweitem Kunststoffmantel 3 verstärkt. Beispielswiese besteht die verstärkende Umwicklung aus einer Faserverstärkung, wie Kohlenstoff-, Aramit-, Glas-, Bor-, AL2C -Fasern oder aus Gemischen hieraus, die man auch als Hybridgarne bezeichnet, die in einer Grundmatrix aus Duromeren, beispielsweise Epoxid oder Phenolharzen oder in Thermoplasten, beispielsweise in Form von PA12, PA6, PP etc. eingebettet sind. Der die stützende Hülle bildende Faserverbundstoff enthält insoweit einander überkreuzende, in Kunstharz eingebettete Faserstränge, die sich im Wesentlichen in Längs- und Umfangsrichtung erstrecken. Der die stützende Hülle bildende Faserverbundstoff kann ergänzend oder alternativ auch einander überkreuzende Faserstränge umfassen, die in der Längs- und Umfangsrichtung geneigt und in zweckmäßiger Weiterausgestaltung der Längsachse des Kunststoff-Kernbehälters spiegelbildlich geneigt einander zugeordnet sein können.

Die längs- und umfangsgerichteten Kräfte lassen sich hierdurch in optimaler Weise durch den Druckbehälter auffangen. Außerdem werden die Möglichkeiten verbessert, das Verhältnis des Öffnungsquerschnittes einer stirnseitigen Öffnung in Bezug zum Innendurchmesser des Kunststoff- Kernbehälters auf große Werte von mindestens 30%, vorzugsweise von mindestens 50%, einzustellen, ohne dass sich Funktionsbeeinträchtigungen ergeben. An seinen gegenüberliegenden Enden bildet der erste Kunststoffmantel 1 jeweils ein zylindrisches Kragenteil 5, wobei bei einer nicht dargestellten Ausführungsform es auch denkbar wäre, das eine Ende des ersten Kunststoffmantels 1 zu schließen und nur ein Kragenteil 5 vorzusehen. Der Druckbehälter ist im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet und erstreckt sich entlang seiner Längsachse 7. An seinen freien Enden bildet der zweite Kunststoff man tel 3 einen im Querschnitt keilförmigen Verjüngungsbereich 9, der sich an einem das jeweilige Kragenteil 5 umfassenden Versteifungsring 11 abstützt, der vorzugsweise aus Metall oder auch Faser- Verbundwerkstoff mit Hochmodulfasern hergestellt ist.

Zur Bildung einer jeweiligen Behälteröffnung 13 und als Festlegekörper für Anschlussarmaturen und dergleichen (nicht dargestellt) ist an beiden Enden des Behälters ein Rohrstutzen 15 vorgesehen, der sich aus dem Behälterin- nern durch das Kragenteil 5 hindurch nach außen erstreckt. Beim vorliegenden Beispiel weisen die Rohrstutzen 15 den gleichen, das jeweilige Kragenteil 5 durchgreifenden Außendurchmesser auf, unterscheiden sich jedoch in der axialen Länge und der Gestaltung der inneren ßehälteröff- nung 13, die bei dem in der Fig.1 linksseitigen gelegenen Rohrstutzen 15 einen gestuften Abschnitt verringerten Innendurchmessers besitzt. Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel des Druckbehälters in Form eines Hyd- rospeichers, genauer gesagt eines Blasenspeichers, dient der in Fig.1 linksseitig gelegene Rohrstutzen 15 als Anschluss für ein Arbeitsgas für einen gasführenden Arbeitsraum, der durch eine eine elastomere Trennmembran bildende Speicherblase 51 von einem Arbeitsraum für ein Hydraulikmedium getrennt ist. Dieser schließt sich an den in Fig.1 rechtsseitig gelegenen Rohrstutzen 15 an. Dieser bildet in Form eines sog., genormten SAE- Flansches sowohl den Anschluss für das betreffende Hydraulikmedium als auch das Ventilgehäuse für eine Ventilanordnung, wie sie bei derartigen Einrichtungen Stand der Technik ist, siehe DE 102006004120 AI. Diese Ventilanordnung weist ein federbelastetes Tellerventil auf, dessen an einem Ventilschaft 57 befindlichen Ventilteller 53 mit einer Schließfläche 55 am Rohrstutzen 15 zusammenwirkt. Wie aus Fig.3 am deutlichsten entnehmbar ist, besitzen beide Rohrstutzen 15 am inneren Ende einen Bund 16, der eine Schulterfläche 17 bildet. Die- se Schulterfläche 1 7 bildet eine Anschlagfläche für einen auf dem Rohrstutzen 1 5 angeordneten Stützkörper 19, welcher durch einen Metallring gebildet ist, der, siehe Fig. 2, mit ebener Trennfläche 21 in zwei Ringhälften 23 und 25 geteilt ist. In den Schnittdarstellungen von Fig. 1 und 3 ist von dem Stützkörper 19 jeweils die eine Hälfte 23 sichtbar. Wie der Fig. 3 am deutlichsten entnehmbar ist, springt aus der inneren Endfläche 27 des Stützkörpers 19 ein Haltering 29 axial ins Behälterinnere vor, der einen abgebogenen Rand 31 aufweist. Dieser bildet einen Sicherungshaken, der durch Eingriff in eine ringförmige Schlitzöffnung 33 einer Ringscheibe 35 aus elastomerem Material diese durch Verhakung am Stützkörper 19 sichert, wobei die Ringscheibe 35 auf dem inneren Ende des Rohrstutzens 1 5, genauer gesagt auf diesem Bund 16, sitzt. Der radial außenliegende Rand 37 der elastomeren Ringscheibe 35 liegt an der Innenseite des ersten Mantels 1 an, wobei er sich an die gewölbte Anlagefläche 39 anschließt, mit der der Stützkörper 19 an der Innenseite des ersten Mantels 1 anliegt. Diese Anlagefläche 39, die der konvex gewölbten Form der sich an das Kragenteil 5 anschließenden Innenseite des ersten Mantels 1 angepasst ist, erstreckt sich vom Kragenteil 5 bis zum spitzen Umfangsrand 41 (Fig. 3) der Ringscheibe 35.

Die Andrückeinrichtung, die den Stützkörper 19 mit seiner Anlagefläche 39 an den ersten Mantel 1 anpasst, erzeugt im Rohrstutzen 1 5 eine aus dem Behälterinneren nach außen gerichtete Zugkraft, die über die Schulterfläche 1 7 am Bund 16 des Rohrstutzens auf den Stützkörper 19 übertragen wird. Zu diesem Zweck weist der Rohrstutzen 15 ein Außengewinde 43 (Fig. 3) für eine Mutter 45 auf. Diese stützt sich zur Erzeugung der nach außen wirkenden Schraubenkraft an dem durch den Versteifungsring 1 1 verstärkten Kragenteil 5 ab und weist einen in einen Ringspalt zwischen Rohrstutzen 1 5 und Kragenteil 5 eingreifenden Bund 47 auf. In dem durch diesen Bund 47 definierten Ringspalt ist eine Dichtungsanordnung 49 angeordnet. Die mittels der Mutter 45 erzeugte Schraubenkraft, die über den Bund 1 6 und die Schulterfläche 1 7 des Rohrstutzens 15 auf den Stützkörper 19 übertragen wird, presst dessen Anlagefläche 39 an die Innenseite des ersten Mantels 1 mit der an dessen Innenseite anliegenden Speicherblase 51 an. Betriebsbelastungen, die am Rohrstutzen 15 wirken, werden über den Stütz- körper 19 und dessen ein Teil einer Kugelfläche bildenden Anlagefläche 39 großflächig in den Verbund der Mäntel 1 und 3 eingeleitet, so dass Verformungen und/oder Relativbewegungen der Mäntel 1 , 3 sicher vermieden sind. Gleichzeitig bildet der an der Innenseite des Mantels 1 anliegende Rand 37 der elastomeren Ringscheibe 35 zusammen mit der Dichtungsan- Ordnung 49 am Rohrstutzen 1 5 ein Dichtsystem, das die Druckdichtheit des Behälters auch im Langzeitbetrieb gewährleistet.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

Druckbehälter, beispielsweise in Form eines Hydrospeichers für die Aufnahme mindestens eines Fluidmediums, mit einem ersten Mantel (1) und einem den ersten Mantel (1) zumindest teilweise umfassenden zweiten Mantel (3), wobei der erste Mantel (1 ) zumindest an seinem einen Ende ein Kragenteil (5) aufweist, das einen Festlegekörper (1 5) um- fasst, der eine Öffnung (1 3) für die Medienzu- und -abfuhr bildet, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Behälters ein die Öffnung (1 3) umgebender Stützkörper (19) in Form eines geteilten Ringes vorgesehen ist, der eine an die gewölbte Form der sich an das Kragenteil (5) anschließenden Innenseite des ersten Mantels (1 ) angepasste Anlagefläche (39) aufweist, die durch eine Andrückeinrichtung (43, 45) an den ersten Mantel (1 ) anpressbar ist.

Druckbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der beiden Mäntel (1 , 3) aus Kunststoffmaterial gebildet ist.

Druckbehälter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper (19) durch einen geteilten Metallring (23, 25) gebildet ist.

Druckbehälter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper (19) auf dem Festlegekörper (15) festgelegt ist, über den die Andrückeinrichtung (43, 45) auf den Stützkörper (19) die Kraft zum Anpressen an den ersten Mantel (1) überträgt.

Druckbehälter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Festlegekörper die Form eines sich aus dem Behälterinneren erstreckenden Rohrstutzens (1 5) besitzt, der am inneren Ende einen Bund (16) aufweist, der eine Schulterfläche (1 7) bildet, an der der Stützkörper (19) gegen eine ins Behälterinnere gerichtete Axialbewegung gesichert ist.

Druckbehälter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge^¬ kennzeichnet, dass der Rohrstutzen (1 5) ein Außengewinde (43) für eine Mutter (45) aufweist, mittels deren am Rohrstutzen (15) eine den Stützkörper (19) an den ersten Mantel (1 ) anpressende Zugkraft erzeugbar ist.

Druckbehälter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper (19) eine eine Radialebene definierende, innere Endfläche (27) aufweist, die am radial äußeren Ende zusammen mit der Anlagefläche (39) einen spitzen Umfangsrand (41 ) bildet.

Druckbehälter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Endfläche (27) des Stützkörpers (1 9) ein Haltering (29) axial ins Behälterinnere vorspringt, der einen radial abgebogenen Rand (31 ) für die Verhakung mit einer auf dem inneren Ende des Rohrstutzens (1 5) sitzende Ringscheibe (35) aus elastomerem Material aufweist, deren radial außenliegender Rand (37) bei Anlage an der Innenseite des ersten Mantels eine Fortsetzung der gewölbten Anlagefläche (39) des Stützkörpers (1 9) bildet.

Druckbehälter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Außengewinde (43) des Rohrstutzens (1 5) zugeordnete Mutter (45) einen in einen Ringspalt zwischen Rohrstutzen (1 5) und Kragenteil (5) des ersten Mantels (1) eingreifenden, axial vorstehenden Bund (47) besitzt und dass zwischen diesem und dem Stützkörper (19) eine Dichtungsanordnung (49) angeordnet ist.

10. Druckbehälter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Mantel (3) in einem Abstand vom Krag teil (5) des ersten Mantels (1) endet und dass in dem gebildeten Zwischenraum das Kragenteil (5) durch einen Versteifungsring (1 1 ) einge- fasst ist.

1 1 . Druckbehälter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Versteifungsring (1 1) ein Metallring ist.