WO2019206715A1 - Schmelzsicherung, gasbehälter und verfahren zum zusammenbauen einer schmelzsicherung und zum einbauen derselben in einen gasbehälter - Google Patents

Schmelzsicherung, gasbehälter und verfahren zum zusammenbauen einer schmelzsicherung und zum einbauen derselben in einen gasbehälter Download PDF

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    • Y10T137/1812—In fluid flow path

Definitions

  • the present invention relates to a fuse for installation in a through hole of a gas container according to the independent device claim.
  • the invention further relates to a gas container according to the further independent device claim with a passage opening for an emergency gas outlet from the gas container and a built-in through-hole fuse.
  • the invention relates to a
  • DE 10 2010 011 878 A1 further discloses a safety device for gas pressure-loaded containers, which has a connection device, which can be attached to a pressure chamber of the container, for forming a passage between a gas side of the container and an outer side of the container, wherein the passage normally also locking means is present, which is convertible under the influence of temperature in a state that allows the release of a flow path through the passage.
  • the means blocking the passage can be a solder whose alloy is chosen so that the melting point is lower than the melting point of the surrounding container wall, so that the solder melts in the case of an excessive temperature and the passage for pressure reduction in the Can release container.
  • the operating temperature in the container approaches the melting temperature of the solder, the
  • a fuse according to the independent device claim, a gas container according to the further independent device claim and a method for assembling and installing a fuse in a through hole of a gas container according to the independent method claim are described in the invention. Further advantageous
  • a fuse for installation in a through hole of a gas container.
  • the fuse comprises a tie rod, a guide sleeve with at least one fluid guide channel for guiding gas from the gas container into the environment of the gas container, and a melt jacket.
  • the guide sleeve is at least partially configured annularly around the tie rod around.
  • the melt jacket surrounds the guide sleeve at least in sections like a jacket.
  • the tie rod has a taper portion which tapers away from the gas container in a state installed in the gas container.
  • the guide sleeve has at least one
  • Sollbruchabites on which breaks up during installation of the fuse in the passage opening for introducing molten material into the at least one fluid guide channel, thereby melting material of the
  • Fluid guide channel can penetrate.
  • the tie rod and the guide sleeve have a higher strength and / or temperature resistance than the melt material or the melt jacket.
  • Using the fuse according to the invention can be applied to conventional fastening means, such. B. screws are omitted.
  • the fuse can simply be pushed into the through opening of the gas container and be spread there by means of the tie rod. By splaying or pressing or pulling the tie rod in the
  • the at least one predetermined breaking section can be broken and melt material from the melt jacket can penetrate into the at least one fluid guide channel and seal it. More specifically, this can be the inner volume of the gas container sealed to the environment of the gas container.
  • the proposed solution is a relatively inexpensive system.
  • the present fuse is compared to conventional
  • Under the gas container is preferably a hydrogen tank, in particular a high-pressure hydrogen tank for fuel cell vehicles or similar applications to understand. That is, the fuse is designed in particular for installation in a through opening of a hydrogen tank. In a hydrogen tank, the tightness is crucial. On fasteners, such. B. screws that penetrate through a lateral surface of the hydrogen tank should be omitted as possible. By means of the present invention, this can be ensured at least in the region of the passage opening for an emergency gas outlet from the hydrogen tank.
  • melt material is already present in at least one fluid guide channel prior to the installation of the fuse in the passage opening.
  • less melt material must penetrate from the melt jacket into the at least one fluid guide channel during installation of the fuse.
  • the sealing function for sealing the gas container during installation of the fuse in the through hole can be achieved particularly easily and reliably.
  • melting material it is possible for melting material to be introduced in each case at least partially in a plurality of passage openings.
  • the fuse and / or the tie rod each preferably have a rotationally symmetric or substantially rotationally symmetrical basic shape. This makes the fuse particularly easy in the
  • the strength of the tie rod and / or the guide sleeve has a correspondingly higher, in particular at least twice as high, breaking strength as the melt material or a portion of the fuse that the
  • Temperature limit can be used. When exceeding the
  • Pre-defined temperature limit melts the melt material of the melt envelope and the located in the at least one fluid guide channel melting material and thus releases the path for the gas from the gas container into the environment of the gas container.
  • the melting material has a melting point between 100 ° C and 160 ° C or between 200 ° C and 300 ° C.
  • the fuse can be operated with such melting material very safe.
  • the melting material at least substantially comprises metal, in particular indium, tin, bismuth and / or an alloy thereof. These materials have been found to be particularly suitable in experiments in the context of the present invention.
  • the melting material is preferably made entirely of metal. It may be advantageous if the melting material at least predominantly has a eutectic metal alloy, in particular indium tin or bismuth tin. In addition, it may be beneficial if the
  • Has metal alloy in particular indium bismuth. Surprisingly, it has been found in extensive experiments in the context of the present invention that the molten material can also have plastic, even at least predominantly made of plastic. When using plastic, advantages in terms of weight and processing can be achieved.
  • Closing plug forms in the passage opening of the gas container.
  • the fuse therefore preferably has a plug or plug shape for press-fitting into the through-opening.
  • the fuse differs in particular from generic lid-shaped
  • Closure means The plug or plug shape is particularly simple installation in the passage opening of the gas container.
  • the tie rod and / or the guide sleeve are made of metal or consist essentially of metal. This allows the tie rod and / or the guide sleeve in a relatively inexpensive manner with the
  • the tie rod and / or the guide sleeve may for example consist of a steel. Furthermore, it may be provided in a fuse according to the invention that the tie rod, for the installation of the fuse in the
  • a gas container having a passageway for an emergency gas outlet from the gas container.
  • the gas container has one as described above
  • Gas tank is arranged in the passage opening.
  • the gas container is preferably designed in the form of a hydrogen tank, in particular in the form of a high-pressure hydrogen tank for a motor vehicle.
  • the passage opening of the gas container has, at least in sections, a tapering section, which tapers in the direction of an inner volume of the gas container into the environment of the gas container, in particular tapers correspondingly to the tapering section of the tie rod. This also leads to the desired and above-mentioned separation of strength and seal.
  • the fuse is pressed into the through hole pressed.
  • Rejuvenation portion sandwiched between the tie rod and the melting jacket is pressed. This is useful for the compactness of the fuse. In addition, this allows a space-saving and at the same time secure fit of the guide sleeve between the tie rod and the melt envelope. Moreover, it is possible that in a gas container according to the invention the maximum diameter of the tie rod is smaller than the inner diameter of the through hole. This makes it possible that all parts of the fuse including the tie rod for the installation of the fuse can be performed in the through hole, from outside the gas container or the inner volume of the gas container through the passage opening in the direction of the inner volume of the gas container. This allows a particularly simple installation of the fuse in the gas tank or its passage opening.
  • a method of assembling and installing a fuse as described above in a through hole of the gas container comprises the following steps:
  • Component composite is located in the through hole
  • the inventive method brings the same advantages as they have been described in detail above.
  • all components from outside the gas container through the through hole can be inserted.
  • This allows a particularly simple installation of the fuse in the passage opening of the gas container.
  • To install the fuse in the passage opening first the guide sleeve, for the design of the melt shell with the enamel material, cast around, then pushed the tie rods through the guide sleeve, this component composite then at least partially in the Positioned through hole and then the tie rods are tightened to press the fuse in the through hole.
  • An outside of the gas tank protruding end of the tie rod can be finally separated.
  • Fig. 1 is a schematic sectional view of an inventive
  • Fig. 2 is a further sectional view of that shown in Fig. 1
  • Fig. 3 is a schematic sectional view of that shown in Fig. 1
  • FIG. 1 schematically shows a gas tank 1000 in the form of a high-pressure hydrogen tank with a passage opening 4 for an emergency gas outlet from the gas tank 1000.
  • a passage opening 4 for an emergency gas outlet from the gas tank 1000 In the passage opening is a
  • Fuse 100 for a controlled gas outlet from the gas tank 1000 is positioned.
  • the fuse 100 forms according to FIG. 1 a
  • the fuse 100 has a tie rod 1, a guide sleeve 2 with a plurality of fluid guide channels 2a for guiding gas from the gas container 1000 into the vicinity of the gas container 1000, and a melt jacket 3.
  • the guide sleeve 2 is designed in a ring around the tie rod 1 around and the melt jacket 3 surrounds the guide sleeve 2 shell-shaped.
  • the tie rod 1 has a tapering section 1a, which tapers in the direction away from the gas tank 1000 or in the direction of the environment 6 of the gas tank 1000.
  • the guide sleeve 2 has a particularly shown in Fig. 2
  • Predetermined breaking portion 2b which during installation of the fuse 100 in the passage opening 4 for introducing melt material 3a in the
  • Fluid guide channels 2a breaks up, whereby melting material 3a of the
  • Fluid guide channels 2a can penetrate into the fluid guide channels 2a.
  • the tie rod 1 and the guide sleeve 2 each have a higher strength and temperature resistance than the melt material 3a or the component portion of the fuse 100 with the melt material 3a.
  • Melting material 3a is substantially configured as an indium-tin composition having a melting point of about 120 ° C.
  • the tie rod 1 and the guide sleeve 2 are each made of metal.
  • the tie rod 1, for the installation of the fuse 100 in the passage opening 4 of the gas container 1000, relative to the guide sleeve 2 is arranged non-destructively displaceable in the guide sleeve 2.
  • melt jacket 3 is sandwiched pressed.
  • the maximum diameter of the tie rod 1 is smaller than the inner diameter of the through hole 4.
  • the tie rod 1 is inserted with its thin end in the guide sleeve 2.
  • the component composite consisting of tie rods 1, guide sleeve 2 and 3 melt jacket, as shown in Fig. 1, introduced from the environment 6 of the gas container 1000 in the direction of the inner volume 5 of the gas container 1000 in the passage opening 4.
  • the tie rod 1 is displaced or pulled in the direction of the environment 6 or in the tapering direction of the tapering section 1 a, ie to the right in the figures, and thereby pressed into the guide sleeve 2.
  • the predetermined breaking sections 2 b illustrated in FIG. 2 break and the melting material 3 a in the melting jacket 3 and / or in the guide sleeve 2 can be inserted into the
  • Fluid guide channels 2a urge that they are closed fluid-tight. That is, by this step, the gas tank 1000 in the region of

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schmelzsicherung (100) für den Einbau in eine Durchgangsöffnung (4) eines Gasbehälters (1000), aufweisend einen Zuganker (1), eine Führungshülse (2) mit wenigstens einem Fluidführungskanal (2a) zum Führen von Gas aus dem Gasbehälter (1000) in die Umgebung des Gasbehälters (1000), und einen Schmelzmantel (3), wobei die Führungshülse (2) zumindest abschnittsweise ringförmig um den Zuganker (1) herum ausgestaltet ist und der Schmelzmantel (3) die Führungshülse (2) zumindest abschnittsweise mantelförmig umgibt, wobei der Zuganker (1) einen Verjüngungsabschnitt (1a) aufweist, der sich in einem in den Gasbehälter (1000) eingebauten Zustand in Richtung vom Gasbehälter (1000) weg verjüngt, die Führungshülse (2) wenigstens einen Sollbruchabschnitt (2b) aufweist, welcher beim Einbau der Schmelzsicherung (100) in die Durchgangsöffnung (4) zum Einbringen von Schmelzmaterial (3a) in den wenigstens einen Fluidführungskanal (2a) aufbricht, wodurch Schmelzmaterial (3a) des Schmelzmantels (3) zum Blockieren eines Gasflusses durch den wenigstens einen Fluidführungskanal (2a) zumindest abschnittsweise in den wenigstens einen Fluidführungskanal (2a) eindringen kann, und der Zuganker (1) sowie die Führungshülse (2) eine höhere Festigkeit und/oder Temperaturbeständigkeit als das Schmelzmaterial (3a) aufweisen. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Zusammenbauen einer Schmelzsicherung (100) und zum Einbauen derselben in einen Gasbehälter (1000).

Description

Beschreibung
Titel
Schmelzsicherung, Gasbehälter und Verfahren zum Zusammenbauen einer Schmelzsicherung und zum Einbauen derselben in einen Gasbehälter
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schmelzsicherung für den Einbau in eine Durchgangsöffnung eines Gasbehälters nach dem unabhängigen Vorrichtungs anspruch. Die Erfindung betrifft ferner einen Gasbehälter nach dem weiteren unabhängigen Vorrichtungsanspruch mit einer Durchgangsöffnung für einen Not- Gasauslass aus dem Gasbehälter und einer in die Durchgangsöffnung eingebauten Schmelzsicherung. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein
Verfahren zum Zusammenbauen einer Schmelzsicherung und zum Einbauen derselben in eine Durchgangsöffnung eines Gasbehälters nach dem
unabhängigen Verfahrensanspruch.
Stand der Technik
Um Gasbehälter wie Hochdruck- Wasserstoffbehälter sicher betreiben zu können, müssen für verschiedene Umweltfaktoren Sicherheitsmaßnahmen vorgenommen werden. So wird beispielsweise für Hochdruck-Wasserstoffbehälter für Brenn stoffzellenfahrzeuge eine Vorrichtung benötigt, die im Brandfall ein Ablassen des Wasserstoffs bewirkt, bevor es zum Platzen des Wasserstoffbehälters durch Überhitzung desselben kommt. Damit soll ein schlagartiges Verbrennen einer größeren Wasserstoffmenge verhindert werden. In der Gasversorgungstechnik sind sogenannte thermisch auslösende Absperreinrichtungen üblich, die allerdings genau den entgegengesetzten Effekt bewirken, da sie im Falle einer überhöhten Temperatur schließen anstatt zu öffnen. Eine andere am Markt verfügbare Lösung funktioniert nach dem Prinzip eines Sprinklerkopfes einer Feuerlöschanlage, bei dem sich durch thermisch induziertes Platzen einer Glasampulle ein Ventil öffnet. Bei Überschreitung eines Temperaturgrenzwertes, der einem Brandfall entspricht, soll der im Tank enthaltene Wasserstoff unter definierten Bedingungen entweichen können, bevor es zum Platzen des
Wasserstoffbehälters kommt. Als nachteilig für diesen Stand der Technik werden die aufwändige Konstruktion, die mechanische Empfindlichkeit und die Baugröße gesehen.
Aus der DE 10 2010 011 878 Al geht ferner eine Sicherheitsvorrichtung für durch Gasdruck belastete Behälter hervor, die eine an einem Druckraum des Behälters anbringbare Anschlusseinrichtung zur Bildung eines Durchganges zwischen einer Gasseite des Behälters und einer Außenseite des Behälters aufweist, wobei ferner ein den Durchgang normalerweise sperrendes Mittel vorhanden ist, das unter Temperatureinfluss in einen Zustand überführbar ist, der die Freigabe eines Strömungsweges durch den Durchgang ermöglicht. Das den Durchgang sperrende Mittel kann gemäß DE 10 2010 011 878 Al ein Lot sein, dessen Legierung so gewählt ist, dass der Schmelzpunkt niedriger als der Schmelzpunkt der umliegenden Behälterwandung ist, sodass das Lot im Falle einer überhöhten Temperatur schmelzen und den Durchgang zum Druckabbau im Behälter freigeben kann. Wenn sich jedoch die Betriebs-Temperatur im Behälter der Schmelztemperatur des Lotes annähert, können die
betriebsbedingten Zug- oder Scherspannungen im Lot durch langzeitige plastische Verformung bzw. Kriechen zu Undichtheit und/oder zum Herausfallen des harten Lotes führen.
Offenbarung der Erfindung
Um der voranstehend beschriebenen Problematik Rechnung zu tragen, werden eine Schmelzsicherung nach dem unabhängigen Vorrichtungsanspruch, ein Gasbehälter nach dem weiteren unabhängigen Vorrichtungsanspruch sowie ein Verfahren zum Zusammenbauen und Einbauen einer Schmelzsicherung in eine Durchgangsöffnung eines Gasbehälters nach dem unabhängigen Verfahrens anspruch im Rahmen der Erfindung beschrieben. Weitere vorteilhafte
Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung, den Unteransprüchen und den Figuren. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der Schmelzsicherung beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Gasbehälter, dem erfindungsgemäßen Verfahren und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Schmelz sicherung für den Einbau in eine Durchgangsöffnung eines Gasbehälters bereitgestellt. Die Schmelzsicherung weist einen Zuganker, eine Führungshülse mit wenigstens einem Fluidführungskanal zum Führen von Gas aus dem Gasbehälter in die Umgebung des Gasbehälters, und einen Schmelzmantel auf. Die Führungshülse ist zumindest abschnittsweise ringförmig um den Zuganker herum ausgestaltet. Der Schmelzmantel umgibt die Führungshülse zumindest abschnittsweise mantelförmig. Der Zuganker weist einen Verjüngungsabschnitt auf, der sich in einem in den Gasbehälter eingebauten Zustand in Richtung vom Gasbehälter weg verjüngt. Die Führungshülse weist wenigstens einen
Sollbruchabschnitt auf, welcher beim Einbau der Schmelzsicherung in die Durchgangsöffnung zum Einbringen von Schmelzmaterial in den wenigstens einen Fluidführungskanal aufbricht, wodurch Schmelzmaterial des
Schmelzmantels zum Blockieren eines Gasflusses durch den wenigstens einen Fluidführungskanal zumindest abschnittsweise in den wenigstens einen
Fluidführungskanal eindringen kann. Der Zuganker und die Führungshülse weisen eine höhere Festigkeit und/oder Temperaturbeständigkeit als das Schmelzmaterial bzw. der Schmelzmantel auf.
Unter Verwendung der erfindungsgemäßen Schmelzsicherung kann auf konventionelle Befestigungsmittel, wie z. B. Schrauben verzichtet werden. Die Schmelzsicherung kann einfach in die Durchgangsöffnung des Gasbehälters geschoben und dort mittels des Zugankers verspreizt werden. Durch das Verspreizen bzw. Einpressen oder Einziehen des Zugankers in die
Führungshülse kann der wenigstens eine Sollbruchabschnitt aufgebrochen werden und Schmelzmaterial aus dem Schmelzmantel kann in den wenigstens einen Fluidführungskanal dringen und diesen abdichten. Genauer gesagt, kann dadurch das Innenvolumen des Gasbehälters gegenüber der Umgebung des Gasbehälters abgedichtet werden. Durch den Verzicht auf konventionelle Befestigungsmittel, wie z. B. Schrauben kann die Schmelzsicherung die
Durchgangsöffnung besonders fluiddicht verschließen. Darüber hinaus stellt die vorgeschlagene Lösung ein vergleichsweise kostengünstiges System dar. Ferner ist die vorliegende Schmelzsicherung im Vergleich zu herkömmlichen
Schmelzsicherungen besonders leicht.
Unter dem Gasbehälter ist vorzugsweise ein Wasserstofftank, insbesondere ein Wasserstoff-Hochdrucktank für Brennstoffzellenfahrzeuge oder vergleichbare Anwendungen, zu verstehen. D.h., die Schmelzsicherung ist insbesondere für den Einbau in eine Durchgangsöffnung eines Wasserstofftanks ausgestaltet. Bei einem Wasserstofftank ist die Dichtigkeit von entscheidender Bedeutung. Auf Befestigungselemente, wie z. B. Schrauben, die durch eine Mantelfläche des Wasserstofftanks dringen, soll möglichst verzichtet werden. Mittels der vorliegenden Erfindung kann dies zumindest im Bereich der Durchgangsöffnung für einen Not-Gasauslass aus dem Wasserstofftank gewährleistet werden.
Von weiterem Vorteil ist es, wenn sich in wenigstens einem Fluidführungskanal bereits vor dem Einbau der Schmelzsicherung in die Durchgangsöffnung wenigstens teilweise Schmelzmaterial befindet. Dadurch muss während des Einbaus der Schmelzsicherung weniger Schmelzmaterial vom Schmelzmantel in den wenigstens einen Fluidführungskanal dringen. Mithin kann die Dichtfunktion zum Abdichten des Gasbehälters während des Einbaus der Schmelzsicherung in die Durchgangsöffnung besonders einfach und zuverlässig erzielt werden. Ferner ist es möglich, dass in mehreren Durchgangsöffnungen jeweils wenigstens teilweise Schmelzmaterial eingebracht ist.
Die Schmelzsicherung und/oder der Zuganker weisen jeweils bevorzugt eine rotationssymmetrische oder im Wesentlichen rotationssymmetrische Grundform auf. Dadurch ist die Schmelzsicherung besonders einfach in die
Durchgangsöffnung einsetzbar. Durch eine rotationssymmetrische oder im Wesentlichen rotationssymmetrische Ausgestaltung des Zugankers kann dieser während des Einbaus der Schmelzsicherung in die Durchgangsöffnung entsprechend einfach in die Führungshülse gesetzt werden. Ein versehentlich oder mutwillig falsches Einbauen kann durch den rotationssymmetrischen Aufbau weitestgehend verhindert werden. Unter der höheren Festigkeit ist insbesondere eine höhere Bruchfestigkeit in Form einer höheren Zugfestigkeit, einer höheren Druckfestigkeit, einer höheren Kompressionsfestigkeit, einer höheren Biegefestigkeit, einer höheren
Torsionsfestigkeit und/oder einer höheren Scherfestigkeit zu verstehen. D. h., die Festigkeit des Zugankers und/oder der Führungshülse weist eine entsprechend höhere, insbesondere mindestens doppelt so hohe, Bruchfestigkeit wie das Schmelzmaterials bzw. ein Teilabschnitt der Schmelzsicherung, der das
Schmelzmaterial aufweist, auf.
Unter der Temperaturbeständigkeit bzw. Hitzebeständigkeit ist eine
Widerstandsfähigkeit der jeweiligen Materialien und/oder Bauteile gegen hohe Temperaturen zu verstehen. Bei Materialien und/oder Bauteilen mit einer höheren Temperaturbeständigkeit ändern sich bei hoher Temperatureinwirkung die jeweiligen temperaturabhängigen Eigenschaften langsamer als bei
Materialien und/oder Bauteilen mit einer niedrigeren Temperaturbeständigkeit.
Durch den Aufbau der Schmelzsicherung kann auf einfache Weise eine
Trennung von Festigkeit und Dichtung erzielt werden. Dadurch treten - im Gegensatz zu konventionellen Schmelzsicherungen - keine größeren Zug- oder Scherspannungen im Schmelzmaterial auf, die durch langzeitige plastische Verformung bzw. Kriechen zu Undichtigkeit oder zum Herausfallen solcher Schmelzsicherungen führen können. Dadurch kann die Schmelzsicherung für hohe Drücke und/oder Betriebstemperaturen nahe eines vordefinierten
Temperaturgrenzwertes eingesetzt werden. Bei Überschreitung des
vordefinierten Temperaturgrenzwertes schmilzt das Schmelzmaterial des Schmelzmantels sowie das sich in dem wenigstens einen Fluidführungskanal befindliche Schmelzmaterial und gibt damit den Weg für das Gas aus dem Gasbehälter in die Umgebung des Gasbehälters frei.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es möglich, dass bei einer Schmelzsicherung das Schmelzmaterial einen Schmelz punkt zwischen 100 °C und 160 °C oder zwischen 200 °C und 300 °C aufweist. Bei umfangreichen Versuchen im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat sich herausgestellt, dass die Schmelzsicherung mit derartigem Schmelzmaterial besonders sicher betrieben werden kann. Weiterhin ist es bei einer erfindungsgemäßen Schmelzsicherung denkbar, dass das Schmelzmaterial zumindest im Wesentlichen Metall aufweist, insbesondere Indium, Zinn, Bismut und/oder eine Legierung derselben. Diese Materialien haben sich bei Versuchen im Rahmen der vorliegenden Erfindung als besonders geeignet herausgestellt. Das Schmelzmaterial besteht vorzugsweise vollständig aus Metall. Von Vorteil kann es sein, wenn das Schmelzmaterial zumindest überwiegend eine eutektische Metalllegierung aufweist, insbesondere Indium- Zinn oder Bismut-Zinn. Außerdem kann es von Vorteil sein, wenn das
Schmelzmaterial zumindest überwiegend eine kongruent schmelzende
Metalllegierung aufweist, insbesondere Indium-Bismut. Höchst überraschend hat sich bei umfangreichen Versuchen im Rahmen der vorliegenden Erfindung herausgestellt, dass das Schmelzmaterial auch Kunststoff aufweisen kann, sogar zumindest überwiegend aus Kunststoff bestehen kann. Bei der Verwendung von Kunststoff können Vorteile hinsichtlich des Gewichts und der Verarbeitung erzielt werden.
Bei einer Schmelzsicherung gemäß der vorliegenden Erfindung ist es ferner möglich, dass diese in einem im Gasbehälter verbauten Zustand einen
Verschlussstopfen in der Durchgangsöffnung des Gasbehälters bildet. Die Schmelzsicherung weist demnach vorzugsweise eine Stopfen- oder Stöpselform zum Einpressen in die Durchgangsöffnung auf. Damit unterscheidet sich die Schmelzsicherung insbesondere von gattungsgemäßen deckelförmigen
Verschlussmitteln. Die Stopfen- bzw. Stöpselform dient einem besonders einfachen Einbau in die Durchlassöffnung des Gasbehälters.
Außerdem ist es bei einer Schmelzsicherung gemäß der vorliegenden Erfindung denkbar, dass der Zuganker und/oder die Führungshülse aus Metall bestehen oder im Wesentlichen aus Metall bestehen. Dadurch können der Zuganker und/oder die Führungshülse auf relativ kostengünstige Weise mit der
gewünschten Temperaturbeständigkeit und/oder Festigkeit bereitgestellt werden. Der Zuganker und/oder die Führungshülse können beispielsweise aus einem Stahl bestehen. Ferner kann bei einer erfindungsgemäßen Schmelzsicherung vorgesehen sein, dass der Zuganker, für den Einbau der Schmelzsicherung in die
Durchgangsöffnung des Gasbehälters, relativ zur Führungshülse zerstörungsfrei verschiebbar in der Führungshülse positioniert ist. Dies ermöglicht den vorstehend beschriebenen einfachen Einbau der Schmelzsicherung in die Durchgangsöffnung des Gasbehälters. Der Zuganker ist insbesondere ohne Zerstörung oder Beschädigung der Führungshülse verschiebbar in der
Führungshülse positioniert bzw. gelagert. Dies trifft selbstverständlich insbesondere auf einen Zeitpunkt zu, in welchem die Schmelzsicherung noch nicht in der Durchgangsöffnung verbaut ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Gasbehälter mit einer Durchgangsöffnung für einen Not-Gasauslass aus dem Gasbehälter bereitgestellt. Der Gasbehälter weist eine wie vorstehend beschriebene
Schmelzsicherung auf, die für einen kontrollierten Gasauslass aus dem
Gasbehälter in der Durchgangsöffnung angeordnet ist. Damit bringt der erfindungsgemäße Gasbehälter die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf die erfindungsgemäße Schmelzsicherung beschrieben worden sind. Der Gasbehälter ist vorzugsweise in Form eines Wasserstofftanks, insbesondere in Form eines Wasserstoff-Hochdrucktanks für ein Kraftfahrzeug, ausgestaltet. Die Durchgangsöffnung des Gasbehälters weist zumindest abschnittsweise einen Verjüngungsabschnitt auf, der sich in Richtung von einem Innenvolumen des Gasbehälters in die Umgebung des Gasbehälters verjüngt, insbesondere korrespondierend zum Verjüngungsabschnitt des Zugankers verjüngt. Auch dies führt zu der angestrebten und vorstehend bereits erwähnten Trennung von Festigkeit und Dichtung. Bei dem vorliegenden Gasbehälter ist die Schmelzsicherung in die Durchgangsöffnung eingepresst angeordnet.
Auch ist es bei der vorliegenden Erfindung denkbar, dass die Führungshülse in der Durchgangsöffnung zumindest abschnittsweise im Bereich des
Verjüngungsabschnitts zwischen dem Zuganker und dem Schmelzmantel sandwichartig eingepresst ist. Dies ist der Kompaktheit der Schmelzsicherung dienlich. Außerdem kann dadurch ein platzsparender und gleichzeitig sicherer Sitz der Führungshülse zwischen dem Zuganker und dem Schmelzmantel ermöglicht werden. Darüber hinaus ist es möglich, dass bei einem erfindungsgemäßen Gasbehälter der maximale Durchmesser des Zugankers kleiner als der Innendurchmesser der Durchgangsöffnung ist. Dadurch ist es möglich, dass sämtliche Teile der Schmelzsicherung einschließlich des Zugankers für den Einbau der Schmelz sicherung in die Durchgangsöffnung, von außerhalb des Gasbehälters bzw. des Innenvolumens des Gasbehälters durch die Durchgangsöffnung in Richtung des Innenvolumens des Gasbehälters geführt werden können. Dies ermöglicht einen besonders einfachen Einbau der Schmelzsicherung in den Gasbehälter bzw. dessen Durchgangsöffnung.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Zusammenbauen und Einbauen einer wie vorstehend beschriebenen Schmelzsicherung in eine Durchgangsöffnung des Gasbehälters zur Verfügung gestellt. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:
Bereitstellen der Führungshülse,
Ummanteln der Führungshülse mit dem Schmelzmantel,
Einbringen des Zugankers zumindest abschnittsweise in die
Führungshülse,
Einbringen des Bauteilverbunds mit dem Zuganker, der Führungshülse und dem Schmelzmantel in die Durchgangsöffnung, und wenn sich der
Bauteilverbund in der Durchgangsöffnung befindet,
Einpressen des Zugankers in die Führungshülse zum Aufbrechen des wenigstens einen Sollbruchabschnitts durch Verschieben des Zugankers in Verjüngungsrichtung des Verjüngungsabschnitts.
Damit bringt auch das erfindungsgemäße Verfahren die gleichen Vorteile mit sich, wie sie vorstehend ausführlich beschrieben worden sind. Im Rahmen des Verfahrens sind sämtliche Bauteile von außerhalb des Gasbehälters durch die Durchgangsöffnung einschiebbar. Dies ermöglicht einen besonders einfachen Einbau der Schmelzsicherung in die Durchgangsöffnung des Gasbehälters. Zum Einbauen der Schmelzsicherung in die Durchgangsöffnung können zunächst die Führungshülse, zur Ausgestaltung des Schmelzmantels mit dem Schmelz material, umgossen, anschließend der Zuganker durch die Führungshülse geschoben, dieser Bauteilverbund danach zumindest teilweise in der Durchgangsöffnung positioniert und anschließend der Zuganker angezogen werden, um die Schmelzsicherung in die Durchgangsöffnung einzupressen. Ein außerhalb des Gasbehälters überstehendes Ende des Zugankers kann abschließend abgetrennt werden.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zu einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Sämtliche aus den
Ansprüchen, der Beschreibung oder den Figuren hervorgehende Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten und räumlicher Anordnungen können sowohl für sich als auch in den verschiedenen
Kombinationen erfindungswesentlich sein.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen
Schmelzsicherung in einem ersten Einbauzustand,
Fig. 2 eine weitere Schnittdarstellung der in Fig. 1 dargestellten
Schmelzsicherung und
Fig. 3 eine schematische Schnittdarstellung der in Fig. 1 dargestellten
Schmelzsicherung in einem zweiten Einbauzustand.
Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den Figuren 1 bis 3 jeweils mit demselben Bezugszeichen versehen.
In Fig. 1 ist schematisch ein Gasbehälter 1000 in Form eines Wasserstoff- Hochdrucktanks mit einer Durchgangsöffnung 4 für einen Not-Gasauslass aus dem Gasbehälter 1000 dargestellt. In der Durchgangsöffnung ist eine
Schmelzsicherung 100 für einen kontrollierten Gasauslass aus dem Gasbehälter 1000 positioniert. Die Schmelzsicherung 100 bildet gemäß Fig. 1 einen
Verschlussstopfen in der Durchgangsöffnung 4 des Gasbehälters 1000. Die Schmelzsicherung 100 weist einen Zuganker 1, eine Führungshülse 2 mit mehreren Fluidführungskanälen 2a zum Führen von Gas aus dem Gasbehälter 1000 in die Umgebung des Gasbehälters 1000, und einen Schmelzmantel 3 auf. Die Führungshülse 2 ist ringförmig um den Zuganker 1 herum ausgestaltet und der Schmelzmantel 3 umgibt die Führungshülse 2 mantelförmig. Der Zuganker 1 weist einen Verjüngungsabschnitt la auf, der sich in Richtung vom Gasbehälter 1000 weg bzw. in Richtung der Umgebung 6 des Gasbehälters 1000 verjüngt.
Die Führungshülse 2 weist einen insbesondere in Fig. 2 dargestellten
Sollbruchabschnitt 2b auf, welcher beim Einbau der Schmelzsicherung 100 in die Durchgangsöffnung 4 zum Einbringen von Schmelzmaterial 3a in die
Fluidführungskanäle 2a aufbricht, wodurch Schmelzmaterial 3a des
Schmelzmantels 3 zum Blockieren eines Gasflusses durch die
Fluidführungskanäle 2a in die Fluidführungskanäle 2a eindringen kann. Der Zuganker 1 und die Führungshülse 2 weisen jeweils eine höhere Festigkeit und Temperaturbeständigkeit als das Schmelzmaterial 3a bzw. der Bauteilabschnitt der Schmelzsicherung 100 mit dem Schmelzmaterial 3a auf.
Das Schmelzmaterial 3a ist im Wesentlichen als eine Indium-Zinn- Zusammensetzung mit einem Schmelzpunkt von ca. 120 °C ausgestaltet. Der Zuganker 1 und die Führungshülse 2 bestehen jeweils aus Metall. Wie in Fig. 1 zu erkennen, ist der Zuganker 1, für den Einbau der Schmelzsicherung 100 in die Durchgangsöffnung 4 des Gasbehälters 1000, relativ zur Führungshülse 2 zerstörungsfrei verschiebbar in der Führungshülse 2 positioniert. Außerdem ist in Fig. 1 gezeigt, dass die Führungshülse 2 in der Durchgangsöffnung 4 im Bereich des Verjüngungsabschnitts la zwischen dem Zuganker 1 und dem
Schmelzmantel 3 sandwichartig eingepresst ist. Der maximale Durchmesser des Zugankers 1 ist kleiner als der Innendurchmesser der Durchgangsöffnung 4.
Bei einem wie in Fig. 3 dargestellten Gasbehälter 1000 können Kräfte, die durch den Gasdruck im Gasbehälter 1000 entstehen, im Bereich der Schmelzsicherung 100 von dieser auf die Wandung des Gasbehälters 1000 übertragen werden.
Dies führt zu der vorstehend beschriebenen und erwünschten Trennung von Festigkeit und Dichtung. Dadurch können größere Zug- oder Scherspannungen im Schmelzmaterial, die durch langzeitige plastische Verformung zu Undichtheit in der Schmelzsicherung oder zum Herausfallen der Schmelzsicherung führen könnten, verhindert werden.
Mit Bezug auf die Figuren 1 und 3 wird anschließend ein Verfahren zum
Zusammenbauen und Einbauen der Schmelzsicherung 100 in die
Durchgangsöffnung 4 des Gasbehälters 1000 erläutert. Im Rahmen des
Verfahrens wird zunächst die Führungshülse 2 bereitgestellt. Anschließend wird zur Herstellung des Schmelzmantels 3 das Schmelzmaterial 3a auf die
Führungshülse 2 aufgebracht. Danach wird der Zuganker 1 mit seinem dünnen Ende in die Führungshülse 2 eingeführt. Hiernach wird der Bauteilverbund, bestehend aus Zuganker 1, Führungshülse 2 und Schmelzmantel 3, wie in Fig. 1 dargestellt, von der Umgebung 6 des Gasbehälters 1000 in Richtung des Innenvolumens 5 des Gasbehälters 1000 in die Durchgangsöffnung 4 eingeführt. Sobald sich dieser Bauteilverbund in der Durchgangsöffnung 4 befindet, wird der Zuganker 1 in Richtung der Umgebung 6 bzw. in Verjüngungsrichtung des Verjüngungsabschnitts la, also in den Figuren nach rechts, verschoben bzw. gezogen und dadurch in die Führungshülse 2 eingepresst. Dadurch brechen die in Fig. 2 dargestellten Sollbruchabschnitte 2b auf und das Schmelzmaterial 3a im Schmelzmantel 3 und/oder in der Führungshülse 2 kann derart in die
Fluidführungskanäle 2a dringen, dass diese fluiddicht geschlossen werden. D.h., durch diesen Schritt wird der Gasbehälter 1000 im Bereich der
Durchgangsöffnung 4 gegenüber der Umgebung 6 abgedichtet. Hierbei wird von außen, also in der Umgebung 6, ein Gegendruck auf die Führungshülse 2 und den Schmelzmantel 3 aufgebracht, sodass diese an der gewünschten Position in der Durchgangsöffnung 4 positioniert bleiben. Abschließend kann noch die überstehende Spitze des Zugankers 1 abgetrennt werden.
Die Erfindung lässt neben den dargestellten Ausführungsformen weitere
Gestaltungsgrundsätze zu. Die Erfindung soll deshalb nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt betrachtet werden.

Claims

Ansprüche
1. Schmelzsicherung (100) für den Einbau in eine Durchgangsöffnung (4) eines Gasbehälters (1000), aufweisend einen Zuganker (1), eine
Führungshülse (2) mit wenigstens einem Fluidführungskanal (2a) zum Führen von Gas aus dem Gasbehälter (1000) in die Umgebung des Gasbehälters (1000), und einen Schmelzmantel (3), wobei die
Führungshülse (2) zumindest abschnittsweise ringförmig um den Zuganker
(1) herum ausgestaltet ist und der Schmelzmantel (3) die Führungshülse
(2) zumindest abschnittsweise mantelförmig umgibt, wobei der Zuganker (1) einen Verjüngungsabschnitt (la) aufweist, der sich in einem in den Gasbehälter (1000) eingebauten Zustand in Richtung vom Gasbehälter (1000) weg verjüngt, die Führungshülse (2) wenigstens einen
Sollbruchabschnitt (2b) aufweist, welcher beim Einbau der
Schmelzsicherung (100) in die Durchgangsöffnung (4) zum Einbringen von Schmelzmaterial (3a) in den wenigstens einen Fluidführungskanal (2a) aufbricht, wodurch Schmelzmaterial (3a) des Schmelzmantels (3) zum Blockieren eines Gasflusses durch den wenigstens einen
Fluidführungskanal (2a) zumindest abschnittsweise in den wenigstens einen Fluidführungskanal (2a) eindringen kann, und der Zuganker (1) sowie die Führungshülse (2) eine höhere Festigkeit und/oder
Temperaturbeständigkeit als das Schmelzmaterial (3a) aufweisen.
2. Schmelzsicherung (100) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Schmelzmaterial (3a) einen Schmelzpunkt zwischen 100 °C und 160 °C oder zwischen 200 °C und 300 °C aufweist.
3. Schmelzsicherung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass das Schmelzmaterial (3a) zumindest im Wesentlichen Metall aufweist, insbesondere Indium, Zinn, Bismut und/oder eine Legierung derselben.
4. Schmelzsicherung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass die Schmelzsicherung (100) in einem im Gasbehälter (1000) verbauten Zustand einen Verschlussstopfen in der Durchgangsöffnung (4) des Gasbehälters (1000) bildet.
5. Schmelzsicherung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass der Zuganker (1) und/oder die Führungshülse (2) aus Metall bestehen oder im Wesentlichen aus Metall bestehen.
6. Schmelzsicherung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass der Zuganker (1), für den Einbau der Schmelzsicherung (100) in die Durchgangsöffnung (4) des Gasbehälters (1000), relativ zur Führungshülse (2) zerstörungsfrei verschiebbar in der Führungshülse (2) positioniert ist.
7. Gasbehälter (1000) mit einer Durchgangsöffnung (4) für einen Not- Gasauslass aus dem Gasbehälter (1000), aufweisend eine
Schmelzsicherung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, die für einen kontrollierten Gasauslass aus dem Gasbehälter (1000) in der Durchgangsöffnung (4) angeordnet ist.
8. Gasbehälter (1000) nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Führungshülse (2) in der Durchgangsöffnung (4) zumindest abschnittsweise im Bereich des Verjüngungsabschnitts (la) zwischen dem Zuganker (1) und dem Schmelzmantel (3) sandwichartig eingepresst ist.
9. Gasbehälter (1000) nach einem der Ansprüche 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
dass der maximale Durchmesser des Zugankers (1) kleiner als der Innendurchmesser der Durchgangsöffnung (4) ist.
10. Verfahren zum Zusammenbauen einer Schmelzsicherung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und zum Einbauen derselben in eine Durchgangsöffnung (4) eines Gasbehälters (1000) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, aufweisend die Schritte:
Bereitstellen der Führungshülse (2),
Ummanteln der Führungshülse (2) mit dem Schmelzmantel (3), Einbringen des Zugankers (1) zumindest abschnittsweise in die Führungshülse (2),
Einbringen des Bauteilverbunds mit dem Zuganker (1), der Führungshülse (2) und dem Schmelzmantel (3) in die
Durchgangsöffnung (4), und wenn sich der Bauteilverbund in der Durchgangsöffnung (4) befindet,
Einpressen des Zugankers in die Führungshülse (2) zum Aufbrechen des wenigstens einen Sollbruchabschnitts (2b) durch Verschieben des Zugankers (1) in Verjüngungsrichtung des
Verjüngungsabschnitts (la).
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