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Die
Erfindung betrifft einen Composite-Druckbehälter zur Speicherung von gasförmigen Medien
unter Druck mit einem Liner aus Kunststoff.
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Aus
der
DE 197 51 411
C1 ist ein Composite-Druckbehälter zur Speicherung von gasförmigen Medien
unter Druck mit einem Liner aus Kunststoff und einer den Liner verstärkenden
Wicklung eines Faserverbundwerkstoffs bekannt. Im Halsbereich dieses
Druckbehälters
ist ein Halsstück
angeordnet, das einen Kragen aufweist, der in der Einbaulage zwischen
der Außenseite
des Liners und den Wicklungen des Faserverbundwerkstoffsangeordnet
ist. Zur Fixierung des Halsstückes
an dem Liner besitzt ein Hals des Liners ein Außengewinde. Ein entsprechendes
Innengewinde im Halsstück
wird auf das Außengewinde
des Liners geschraubt, bis der Kragen auf dem Liner anliegt. Über eine
in das Halsstück
einschraubbare Klemmhülse
wird der Hals des Liners fest gegen das Innengewinde im Halsstück gepresst und
zudem gegen eine Dichtung gedrängt,
die in einer radial umlaufenden Nut im Halsstück ausgebildet ist.
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Obwohl
sich diese Konstruktion in der Praxis sehr bewährt hat, kann es in Einzelfällen zu
Undichtigkeiten kommen, die auf eine Beschädigung oder falschen Sitz des
Dichtelements zurückzuführen sind.
Hier können
beispielsweise Montagefehler ursächlich
sein. Leider kann der Sitz des Dichtelements nach dem Wickelvorgang
nicht korrigiert werden. Auch ein Austausch des Dichtelements ist
ausgeschlossen, da es zwischen dem Halsstück und dem Liner eingeklemmt
ist. Die Folge ist, dass der gesamte Behälter als Ausschuss zu deklarieren
ist, obwohl nur ein Dichtring defekt ist, der bezogen auf den Behälter nur
einen sehr geringen Wert hat.
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Aus
dem Stand der Technik sind eine Reihe von alternativen Lösungsansätzen bekannt,
wie bei Composite-Druckbehältern
Dichtigkeit im Bereich des Anschlussstückes hergestellt werden kann.
Beispielsweise wird in der
DE
100 00 705 A1 ein mehrteiliges Halsstück vorgeschlagen, welches einen
Einsatz aufnimmt, dessen radial außenseitig umlaufendes Dichtelement
gegen die Innenoberfläche
des Liners gepresst wird. in Axialrichtung zu verpressende Dichtelemente
sind auch Gegenstand der Lösungsvorschläge der
DE 696 24 348 T2 und
DE 20 46 148 A .
In der
WO 94/23240
A1 wird ein Composite-Druckbehälter beschrieben, bei welchem
der Liner in ein Halsstück
fasst und in welches ein Einschraubelement eingeschraubt wird, das
unmittelbar mit dem Liner in Kontakt gelangt.
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Eine
weitere Dichtungsanordnung mit in Axialrichtung orientierten Dichtelementen
ist Gegenstand der
US
59 38 209 A . Es wird beschrieben, dass in einem in das
Behälterteil
eingeschraubten Einschraubstutzen eine stirnseitige Axialnut ausgebildet, ist,
in welche ein Dichtelement aufgenommen ist, welches in der Einbaulage
gegen den Liner gepresst wird.
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Aus
der
US 52 87 987 A ist
ein Druckgasbehälter
bekannt, bei welchem ein zweiteiliges Hasstück vorgesehen ist. In dem Einschraubelement
des Halsstücks
befindet sich eine radial umlaufende Nut, welche ein Dichtelement
aufnimmt, das an dem Liner zur Anlage gelangt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Composite-Druckbehälter dahingehend
weiterzuentwickeln, dass auch bei fehlerhaftem Dichtelement nachträglich Dichtigkeit
hergestellt werden kann.
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Diese
Aufgabe ist bei einem Composite-Druckbehälter mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Composite-Druckbehälter ist
vorgesehen, das Halsstück
zweiteilig auszubilden, und zwar bestehend aus einem Behälterteil,
das den Kragen umfasst, und zum anderen aus einem in das Behälterteil
eingeschraubten Einschraubstutzen, in welchem die Radialnut mit dem
Dichtelement ausgebildet ist. Durch Herausschrauben des Einschraubstutzens
wird automatisch auch die Radialnut mit dem Dichtelement zugänglich, so
dass das beschädigte
Dichtelement ausgetauscht oder der Sitz des Dichtelements korrigiert
werden kann. Hierdurch sind erhebliche Kosteneinsparungen möglich, da
der Composite-Druckbehälter als
solcher weiterverwendet werden kann.
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Ein
anderer Vorteil ist, dass mit ein und demselben Behälterteil
unterschiedliche Einschraubstutzen kombiniert werden können, die
beispielsweise eine unterschiedliche Länge aufweisen, um unterschiedliche
Ventile anschließen
zu können.
Selbstverständlich
können
sich auch die Gewinde der Einschraubstutzen unterscheiden. Auf diese
Weise sind die Composite-Druckbehälter flexibel an den jeweiligen
Einsatzfall anpassbar.
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Das
Behälterteil
weist an seinem unteren Ende einen Innengewindeabschnitt auf, der
mit einem an dem Liner ausgebildeten Außengewindeabschnitt zusammenwirkt,
so dass das Halsstück
im ersten Montageschritt auf den Liner geschraubt werden kann. Im
Abstand zum unteren Innengewindeabschnitt befindet sich ein oberer
Innengewindeabschnitt, der mit einem entsprechenden Außengewinde
des Einschraubstutzens zusammenwirkt. Zwischen diesen Innengewindeabschnitten
befindet sich ein vorzugsweise gewindefreier Führungsabschnitt. Der obere
Gewindeabschnitt muss nicht zwangsläufig bis zum unteren Innengewindeabschnitt
reichen. Der Führungsabschnitt
weist einen größeren Innendurchmesser
auf als der untere Innengewindeabschnitt.
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Im
Bereich des Führungsabschnitts
befindet sich auch ein radial innenliegender Dichtabschnitt des
Einschraubstutzens. Hier befindet sich die Radialnut.
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An
diesen Dichtabschnitt schließt
sich in Richtung zum oberen Ende des Halsstücks ein im Durchmesser kleinerer
Fixierabschnitt an, der zur Befestigung einer den Liner gegen das
Dichtelement pressenden Klemmhülse
dient. Die Klemmhülse
wird vorzugsweise über
ein geeignetes Gewinde in den Fixierabschnitt eingeschraubt und
besitzt einen konischen Schaft, der an die Innenkontur des Halses
des Liners angepasst ist und diesen in der Einbaulage radial nach
außen
in den unteren Innengewindeabschnitt des Behälterteils und gegen das Dichtelement in
der Radialnut drängt.
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An
diesen Fixierabschnitt schließt
sich das bereits eingangs erwähnte
Gewinde an, das am oberen Ende des Halsstücks zur Aufnahme eines Ventilkörpers dient.
Das Gewinde ist vorzugsweise in Form eines kegeligen Innengewindeabschnitts
gestaltet. Je nachdem ob der Ventilkörper mit einer in das Halsstück ragenden
Rohrbruchsicherung versehen ist, kann das Gewinde unmittelbar auf
den Fixierabschnitt folgen oder aber über einen Distanzabschnitt im
Abstand zum Fixierabschnitt angeordnet sein. Der Distanzabschnitt
kann beispielsweise eine axiale Länge aufweisen, die mindest so
groß ist
wie die des Fixierabschnitts. Hier kommt es jedoch letztlich ausschließlich auf
die Bauform des jeweiligen Ventils bzw. Anschlusselements an, das
in das Halsstück
geschraubt werden soll.
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Zur
Montage des Composite-Druckbehälters wird
zunächst
das Behälterteil
auf den Liner geschraubt. Hierzu sind an der Außenseite des Halsabschnitts
benachbart dem Kragen Schlüsselflächen ausgebildet,
die zwei Funktionen haben. Zum einen kann über diese Schlüsselflächen das
Behälterteil auf
den Liner geschraubt werden. Zum anderen dienen diese Schlüsselflächen als
Sicherung gegen axiale Belastungen des Halsstücks.
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Obschon
das Behälterteil über die
Wicklungen fest mit dem Liner und dem Faserverbundwerkstoff verbunden
wird, können
an der Außenseite
des Behälterteils
zusätzlich
Schlüsselflächen vorgesehen sein,
um ein Verdrehen des Behälterteils
gegenüber dem
Liner und der Wicklung beim Einschrauben des Einschraubstutzens
zu verhindern. Auch der Einschraubstutzen, der in der Zusammenbaulage
das obere Ende des Halsstücks
bildet, weist hierzu an seiner Außenseite Schlüsselflächen auf.
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Grundsätzlich steht
der Einschraubstutzen in Axialrichtung über das Behälterteil vor und weist bevorzugt
einen Bund auf. Der Einschraubstutzen stützt sich mit seinem im Behälterteil
liegenden Ende in Axialrichtung an dem Behälterteil ab. Dadurch wird sichergestellt,
dass kein Spalt zwischen dem Dichtabschnitt des Einschraubstutzens
und dem unteren Innengewindeabschnitt des Behälterteils entsteht, so dass
hier keine Möglichkeit
besteht, dass Material des Liners zwischen Behälterteil und Einschraubstutzen
gelangt.
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Weil
ein Herausdrehen des Einschraubstutzens zwangsläufig zur Aufhebung der Dichtwirkung zwischen
dem Dichtring und dem Liner führen
würde, kann
zusätzlich
eine Verdrehsicherung zwischen dem Einschraubstutzen und dem Behälterteil
vorgesehen sein. Bei dieser Verdrehsicherung kann es sich um eine
Verklebung insbesondere im Bereich des Gewindes handeln. Grundsätzlich können auch separate
Formschlusselemente als Verdrehsicherung dienen. Beispielsweise
könnte
eine Madenschraube zwischen dem Einschraubstutzen und dem Behälterteil
eine Verdrehsicherung herbeiführen. Wichtig
ist, dass sich der Einschraubstutzen nicht selbsttätig von
dem Behälterteil
lösen kann,
um nicht die Dichtigkeit des Composite-Druckbehälters zu gefährden.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispiels
erläutert.
Es zeigen:
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2 in
vergrößerter Darstellung
ein Halsstück
für einen
Composite-Druckbehälter im
Teilschnitt;
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3 und 4 zwei
Ausführungsformen von
Einschraubstutzen für
das Halsstück
jeweils im Teilschnitt;
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5 den
Einschraubstutzen der 4 in der Stirnansicht;
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6 das
Behälterteil
der 1 im Teilschnitt;
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7 das
Behälterteil
der 6 in einer Stirnansicht und
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8 einen
Schnitt entlang der Linie A-A in 6.
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1 zeigt
einen Endbereich eines Composite-Druckbehälters, wie er aus der
DE 197 51 411 C1 bekannt
ist. Der Composite-Druckbehälter
1 besteht aus
einem Liner
2, der von einem Faserverbundwerkstoff
3 umwickelt
ist. Hierbei handelt es sich insbesondere um Kohlenstofffasern.
Im Bereich der Polkappen des Composite-Druckbehälters
1 ist zusätzlich eine
schlagabsorbierende Schicht
4 beispielsweise aus Polyurethan-Schaum
angeordnet. Der Composite-Druckbehälter
1 weist
im Polbereich eine Öffnung
auf, die sich in einem Halsstück
5 befinden. Das
einteilige Halsstück
5 weist
in bekannter Weise einen kegelstumpfartig ausgebildeten Kragen
6 auf, der
innenseitig von dem Liner
2 und außenseitig von dem Faserverbundwerkstoff
3 umgeben
ist. Das Halsstück
5 ist
auf ein Außengewinde
7 des
Liners
2 geschraubt. An das Außengewinde
7 schließt sich ein
Dichtabschnitt an, in welchem eine Nut
8 mit einem Dichtelement
als Dichtung
9 angeordnet ist. Über eine von oben mittels eines
Innensechskants in das Halsstück
5 eingeschraubte
Klemmhülse
10 wird der
Liner
2 nach außen
gegen das Gewinde im Halsstück
5 und
gegen die Dichtung
9 gedrückt. Ein späterer Austausch der Dichtung
9 ist
auch bei Entfernung der Klemmhülse
10 nicht
möglich.
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Hingegen
ist bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform
eines Halsstücks 11,
wie sie in 2 gezeigt wird, eine zweiteilige
Bauweise vorgesehen. Die Einbaulage des Halsstücks ist identisch mit der in 1 gezeigten
Einbaulage, so dass für die
angrenzenden Komponenten, Liner, Faserverbundwerkstoff und Klemmhülse die
bereits zur 1 eingeführten Bezugszeichen verwendet
werden.
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Das
Halsstück 11 gliedert
sich in ein Behälterteil 12,
das über
den Faserverbundwerkstoff 3 an dem Liner 2 unverlierbar
fixiert wird. In dieses Behälterteil 12 kann
ein Einschraubstutzen 13 von oben, das heißt in Axialrichtung
eingeschraubt werden.
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Das
Behälterteil 12 umfasst
einen Kragen 14, der einerseits auf dem Liner 2 aufliegt
und außenseitig
von dem Faserverbundwerkstoff 3 umwickelt wird. Dieser
Bereich bildet das untere Ende 15 des Halsstücks 11.
Wie im Stand der Technik gemäß 1 greift
der Liner 2 in den sich an den Kragen 14 anschließenden Halsabschnitt 16 ein
und ist mit seinem nicht näher
dargestellten Außengewindeabschnitt
im Eingriff mit einem unteren Innengewindeabschnitt 17 des
Behälterteils 12.
An den unteren Innengewindeabschnitt 17 schließt sich
ein im Durchmesser größer bemessener,
zylindrischer Führungsabschnitt 18 an.
Auf. den Führungsabschnitt 18 folgt ein
im Durchmesser wiederum etwas größerer oberer Innengewindeabschnitt 19,
der mit einem Außengewindeabschnitt 20 (3 und 4)
des Einschraubstutzens 13, 13' zusammenwirkt. Wie anhand der 2 zu
erkennen ist, gibt es im Inneren des Behälterteils 12 folglich
drei unterschiedliche Durchmesserbereiche, wobei der Durchmesser
vom kragenseitigen, unteren Ende 15 zum gegenüberliegenden,
oberen Ende 21 hin zunimmt. Das obere Ende 21 des
Halsstücks 11 wird
bei dieser Ausführungsform
jedoch nicht durch das Behälterteil 12 gebildet,
sondern von dem Einschraubstutzen 13, 13', der einen
Ringkragen 22 aufweist.
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Wesentlich
bei dem erfindungsgemäßen Halsstück 11 ist
die Positionierung eines Dichtelements 23 in Form eines
O-Rings, der in eine ringförmige
Radialnut 24 eingesetzt ist. Diese Radialnut 24 ist
Bestandteil des Einschraubstutzens 13 und befindet sich
an seinem dem unteren Innengewindeabschnitt 17 des Behälterteils 12 angrenzenden
Dichtabschnitt 25, der gewissermaßen das untere Ende 26 des
Einschraubstutzens 13, 13' bildet (3 und 4).
In der Einbaulage wird der Liner 2 von einer Klemmhülse 10,
wie sie beispielhaft in 1 dargestellt ist, gegen das
Dichtelement 23 gepresst. Hierzu wird die Klemmhülse 10 an
einem Fixierabschnitt 27 im Bereich des Einschraubstutzens 13 fixiert.
Der Fixierabschnitt 27 besitzt einen kleineren Innendurchmesser
als der Dichtabschnitt 25 und ist mit einem Gewinde versehen,
in welches die Klemmhülse 10 eingeschraubt
wird. Der Fixierabschnitt 27 ist. der im Innendurchmesser
kleinste Bereich des gesamten Halsstücks 11. In Richtung
zum oberen Ende 21 vergrößert sich der Innendurchmesser
wieder, denn es folgt ein kegelig gestalteter Innengewindeabschnitt des
Einschraubstutzens 13, der sich bei der Ausführungsform
der 2 bis auf einen kleinen, zylindrischen Übergangsabschnitt
unmittelbar an den Fixierabschnitt 27 anschließt. In dieses
Gewinde 28 kann ein Ventil geschraubt werden.
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Die
Ausführungsform
der 3 zeigt ein Beispiel eines Einschraubstutzens 13', für welchen
im Übrigen
die gleichen Bezugszeichen verwendet wurden wie bei dem Einschraubstutzen 13 gemäß der 2 und 4.
Der einzige Unterschied gegenüber
der Ausführungsform
der 4 besteht darin, dass zwischen dem Fixierabschnitt 27 und
dem Gewinde 28 ein Distanzabschnitt 29 angeordnet
ist, dessen axiale Länge
in diesem Ausführungsbeispiel
größer ist
als die des Fixierabschnitts 27. Es handelt sich jedoch
nur um ein Ausführungsbeispiel,
das verdeutlichen soll, dass unterschiedliche Einschraubstutzen 13, 13' in ein einheitliches
Behälterbauteil 12 eingeschraubt
werden können.
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Zur
Montage des Halsstücks 11 an
dem Liner 2 sind angrenzend an den Kragen 14 diametral
angeordnete Schlüsselflächen 31 an
der Außenseite 30 des
Halsabschnitts 16 des Behälterteils 12 ausgebildet
(dies wird am besten in 8 deutlich). In der Einbaulage
ist dieser Bereich des Halsabschnitts 16 von den Wicklungen
des Faserverbundwerkstoffs 3 bedeckt. Aus 6 wird
deutlich, dass sich an den Bereich der Schlüsselflächen 31 in Richtung
des oberen Endes 21 ein im Außendurchmesser vergrößerter Bereich
anschließt,
in welchem der Führungsabschnitt 18 und
der obere Innengewindeabschnitt 19 ausgebildet sind. Die
Abstufung des Durchmessers ist von Bedeutung, weil dadurch ein Bund 32 geschaffen
wird, über
welchen auf das Halsstück 11 einwirkende
Axialkräfte
in den Faserverbundwerkstoff 3 übertragen werden. Über die
Schlüsselflächen 31 unterhalb
des Bunds 32 ist der Durchmessersprung im Bereich des Bunds 32 noch
größer, so dass
ein sicherer Formschluss zwischen dem metallischen Halsstück 11 und
dem Faserverbundwerkstoff 3 gewährleistet wird. Zudem dienen
die Schlüsselflächen 31 in
diesem Bereich als Verdrehsicherung gegenüber dem Faserverbundwerkstoff.
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Wie
anhand der 2 und 6 zu erkennen
ist, befindet sich in Höhe
des Führungsabschnitts 18 eine
weitere Schlüsselfläche 33 in
Form einer Abflachung. Aus 7 ist zu
erkennen, dass zwei dieser Schlüsselflächen 33 diametral
gegenüber
liegen. Über
diese Schlüsselfläche 33 kann
das Behälterteil 12 fixiert
werden, wenn der Einschraubstutzen 13, 13' in das Behälterteil 12 eingeschraubt
wird. Hierzu ist an dem Ringkragen 22 des Einschraubstutzens 13, 13' ebenfalls eine
Schlüsselfläche 34 vorgesehen.
Anhand der 3 und 4 wird deutlich,
dass die Schlüsselfläche 34 nicht
zwangsläufig
endseitig, das heißt
am oberen Randbereich des Einschraubstutzens 13, 13' angeordnet
sein muss. Bei dem Ausführungsbeispiel
der 2 und 4 befindet sich der Ringkragen 22 am
oberen Ende des Einschraubelements, wohingegen bei dem Ausführungsbeispiel
der 3 der Ringkragen 22 beabstandet vom oberen
Ende angeordnet ist, was auf den zwischengeschalteten, zylindrischen
Distanzabschnitt 29 zurückzuführen ist.
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- 1
- Composite-Druckbehälter
- 2
- Liner
- 3
- Faserverbundwerkstoff
- 4
- Schlagabsorbierende/dämpfende
Schicht
- 5
- Halsstück
- 6
- Kragen
- 7
- Gewinde
- 8
- Radialnut
- 9
- Dichtelement/Dichtung
- 10
- Klemmhülse
- 11
- Halsstück
- 12
- Behälterteil
- 13
- Einschraubstutzen
- 13'
- Einschraubstutzen
- 14
- Kragen
- 15
- unteres
Ende
- 16
- Halsabschnitt
- 17
- unterer
Innengewindeabschnitt
- 18
- Führungsabschnitt
- 19
- oberer
Innengewindeabschnitt
- 20
- Gewinde
- 21
- oberes
Ende
- 22
- Ringkragen
- 23
- Dichtelement
- 24
- Radialnut
- 25
- Dichtabschnitt
- 26
- unteres
Ende
- 27
- Fixierabschnitt
- 28
- Gewinde
- 29
- Distanzabschnitt
- 30
- Außenseiten
- 31
- Schlüsselfläche
- 32
- Bund
- 33
- Schlüsselfläche
- 34
- Schlüsselfläche