DE112004002795T5 - Hochgradig gasdichter metallischer Düsenwulst für Hochdruck-Verbundstoffbehälter - Google Patents
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Abstract
Metall-Düsenwulst
für Hochdruck-Verbundbehälter, wobei
der Metall-Düsenwulst
mit einer Kunststoffverkleidung (2) des Hochdruck-Verbundbehälters kombiniert
ist und umfasst: ein zylindrisches Düsenkopfteil (6), das sowohl
eine vertikale Durchgangsbohrung (7) als auch ein Innengewinde (8),
das an einem oberen Abschnitt einer inneren Umfangsfläche der
vertikalen Durchgangsbohrung (7) ausgebildet ist, besitzt, ein scheibenförmiges Düsenschaufelteil
(9), das um eine Außenkante
eines unteren Endes des Düsenkopfteils
(6) nach außen
vorsteht, und eine obere schräge
Oberfläche
(18) sowie eine untere schräge
Oberfläche
(19), die an einer oberen Oberfläche
bzw. einer unteren Oberfläche
des Düsenschaufelteils
(9) vorgesehen sind, wobei der Metall-Düsenwulst (1) umfasst:
ein Dichtungsring-Montageteil (13), das in eine untere Oberfläche einer mehrfach abgestuften Stützfassung (16), die von einer äußeren Umfangsfläche des Düsenwulstes (1) an einer Stelle unter der unteren schrägen Oberfläche (19) nach oben und nach außen vorsteht, gedrückt ist;
eine Dichtungsvorrichtung (12), die sich von dem Dichtungsring-Montageteil (13) abwärts erstreckt und sowohl ein äußeres Befestigungsgewinde...
ein Dichtungsring-Montageteil (13), das in eine untere Oberfläche einer mehrfach abgestuften Stützfassung (16), die von einer äußeren Umfangsfläche des Düsenwulstes (1) an einer Stelle unter der unteren schrägen Oberfläche (19) nach oben und nach außen vorsteht, gedrückt ist;
eine Dichtungsvorrichtung (12), die sich von dem Dichtungsring-Montageteil (13) abwärts erstreckt und sowohl ein äußeres Befestigungsgewinde...
Description
- Technisches Gebiet
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen mit einer Kunststoffverkleidung kombinierten Metall-Düsenwulst eines Verbundbehälters, der vorzugsweise als Hochdruckbehälter verwendet wird.
- Bis heute muss zum Herstellen eines Hochdruck-Verbundbehälters, der vorzugsweise als Kraftstofftank von Erdgasfahrzeugen oder Wasserstofftank von Kraftstoffzellenfahrzeugen verwendet werden, eine Kunststoffverkleidung zuerst mittels Polymerharz wie etwa HDPE (hochdichtes Polyethylen) geformt werden. Danach wird mit wärmeaushärtendem Polymerharz wie etwa Epoxidharz imprägnierte Kohlefaser oder Glasfaser um die Kunststoffverkleidung gewickelt, wodurch ein leichter Hochdruck-Verbundbehälter hergestellt ist. Während des Prozesses der Herstellung des leichten Hochdruck-Verbundbehälters wird ein Metall-Düsenwulst in ein Ende der Kunststoffverkleidung eingeführt und mit dem Ende der Verkleidung kombiniert, damit ein Regler oder ein Ventil mittels des Düsenwulstes mit dem Ende des Hochdruckbehälters gekoppelt werden kann.
- Im Stand der Technik ist ein schwerer Hochdruck-Verbundbehälter, der eine Metallverkleidung und mit wärmeaushärtendem Polymerharz imprägnierte und um die Metallverkleidung gewickelte Kohlefaser oder Glasfaser umfasst, vorgeschlagen und verwendet worden. Jedoch wird in den jüngsten Jahren zur Herstellung eines leichten Hochdruckbehälters, der die zum Einleiten von Gas in den Hochdruckbehälter erforderliche Zeit verkürzen kann, eine hochdichte Polyethylen-Kunststoffverkleidung durch Spritzgießen oder Drehtisch-Formen gebildet, woraufhin eine mit Epoxidharz oder Polyesterharz imprägnierte Kohlefaser oder Glasfaser um die Kunststoffverkleidung gewickelt wird, um in dieser Weise einen leichten Hochdruckbehälter zu schaffen. Der herkömmliche Verbundbehälter mit einer Metallverkleidung ist insofern problematisch, als der Behälter schwer ist, leicht korrodiert und hohe Herstellungskosten hat.
- Indessen ist der Verbundbehälter mit einer Kunststoffverkleidung insofern vorteilhaft, als der Behälter leicht ist und einer Korrosion und Ermüdung, die durch wiederholtes Einleiten von Gas in den Behälter verursacht wird, wirksam widerstehen kann, und die zum Einleiten von Gas in den Behälter erforderliche Zeit verkürzt. Somit sind in den vergangenen Jahren verschiedene Verbundbehälter mit Kunststoffverkleidungen emsig untersucht und vorgeschlagen worden. Jedoch sind die Verbundbehälter, die Kunststoffverkleidungen verwenden, insofern problematisch, als die Haftfestigkeit an der Verbindungsstelle zwischen der Kunststoffverkleidung und dem Metall-Düsenwulst verringert ist. In dem Bemühen, das oben erwähnte Problem der verringerten Haftfestigkeit zu lösen, offenbart die koreanische Offenlegungsschrift Nr.2003-0041002 (Offenlegungsdatum: 23. Mai 2003) ein Verfahren zum sicheren Kombinieren eines Metall-Düsenwulstes mit einer Kunststoffverkleidung eines Verbundbehälters durch Schaffen einer feinen ungleichmäßigen Oberfläche auf einer vorgegebenen Oberfläche des Metall-Düsenwulstes und durch Behandeln der ungleichmäßigen Oberfläche des Düsenwulstes mittels eines Plasmas und durch Auftragen eines wärmeaushärtenden Klebstoffs auf die plasmabehandelte ungleichmäßige Oberfläche und danach durch Bilden einer mit dem Metall-Düsenwulst kombinierten Kunststoffverkleidung durch einen Spritzgießprozess, in dem der Metall-Düsenwulst erwärmt, in den Hohlraum einer Gießform eingeführt und an einer vorgegebenen Stelle in dem Hohlraum platziert wird, bevor Harz in den Hohlraum eingespritzt wird.
- Außerdem wird dann, wenn bei einem Verbundbehälter eine Metallverkleidung verwendet wird, die Metallverkleidung mit einem Metall-Düsenwulst so integriert, dass kein Gas durch die Verbindungsstelle zwischen der Metallverkleidung und dem Metall-Düsenwulst entweichen kann. Jedoch kann dann, wenn bei einem Verbundbehälter eine Kunststoffverkleidung verwendet wird, infolge von Delaminierung der Verbindungsstelle Gas durch die Verbindungsstelle der Metallverkleidung mit dem Metall-Düsenwulst entweichen. Die Delaminierung der Verbindungsstelle zwischen der Metallverkleidung und dem Metall-Düsenwulst eines herkömmlichen Verbundbehälters wird durch die niedrige Oberflächenenergie der Kunststoffverkleidung oder durch eine Verringerung der Elastizität des Kunststoffverkleidungsmaterials infolge wiederholter Einleitung von Gas in den Behälter über eine lange Zeitperiode verursacht. Im Stand der Technik kann die Verbindungsstelle, um die Gasleckage durch die Verbindungsstelle zwischen der Kunststoffverkleidung und dem Metall-Düsenwulst des herkömmlichen Verbundbehälters zu verhindern, chemisch bearbeitet oder mit einem Klebstoff überzogen werden oder kann der Metall-Düsenwulst physisch so gestaltet sein, dass der Wulst sicher mit der Kunststoffverkleidung kombiniert werden kann.
- Technischer Hintergrund
- Die koreanische Patentschrift Nr. 10-0247116 (Eintragungsdatum: 9. Dezember 1999) offenbart ein Verfahren zum Kombinieren eines Metall-Düsenwulstes mit einer Kunststoffverkleidung eines Verbundbehälters mittels eines Kunststoff-Befestigungsteils. Jedoch erfordert das oben erwähnte Verfahren einen schwierigen Prozess des Platzierens eines Kunststoff-Befestigungsteils in der Kunststoffverkleidung an einer Stelle unter dem Düsenwulst und bildet eine schwache Struktur an der Verbindungsstelle zwischen dem Befestigungsteil und der Kunststoffverkleidung, wodurch ein Entweichen von Gas durch die schwache Verbindungsstelle des Befestigungsteils mit der Kunststoffverkleidung verursacht wird.
- Außerdem kann die Verbindungsstelle zwischen dem Metall-Düsenwulst und der Kunststoffverkleidung delaminieren, wenn der Verbundbehälter über eine längere Zeitperiode wiederholt verwendet worden ist, so dass Gas durch die delaminierte Verbindungsstelle entweichen kann. Somit ist es notwendig geworden, einen Düsenwulst für Hochdruck-Verbundbehälter zu schaffen, der eine Gasleckage durch die Verbindungsstelle zwischen dem Düsenwulst und der Kunststoffverkleidung auch dann, wenn der Behälter über eine längere Zeitperiode wiederholt verwendet worden ist, verhindern kann.
- Beschreibung der Zeichnung
-
1 ist eine Ansicht, die die Gasleckage durch die Verbindungsstelle zwischen einem Metall-Düsenwulst und einer Kunststoffverkleidung eines herkömmlichen Verbundbehälters veranschaulicht; -
2 ist eine Schnittansicht, die eine Kunststoffverkleidung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, bei der ein Metall-Düsenwulst mit der Kunststoff verkleidung kombiniert ist; -
3 ist eine vergrößerte Ansicht, die eine Dichtungsvorrichtung zeigt, die an der Verbindungsstelle der Kunststoffverkleidung mit dem Metall-Düsenwulst von2 vorgesehen ist; -
4 ist eine perspektivische Ansicht eines Teils des Metall-Düsenwulstes, an dem die Dichtungsvorrichtung vorgesehen ist, gemäß der vorliegenden Erfindung; -
5 ist eine perspektivische Ansicht eines rohrförmigen Befestigungsteils, das an der Dichtungsvorrichtung des Metall-Düsenwulstes gemäß der vorliegenden Erfindung befestigt ist; -
6 ist eine Schnittansicht, die eine Dichtungsvorrichtung, die Dichtungsringe, die an einem Verkleidungsvorsprung angebracht sind, und ein Dichtungsring-Montageteil besitzt, gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; -
7 ist eine Schnittansicht eines Verbundbehälters mit einem Metall-Düsenwulst gemäß der vorliegenden Erfindung; und -
8 ist ein Graph, der vergleichend die Haltbarkeit eines Verbundbehälters mit dem Metall-Düsenwulst gemäß der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu einem Verbundbehälter mit einem herkömmlichen Metall-Düsenwulst zeigt. - Offenbarung
- Technisches Problem
- Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Metall-Düsenwulst zu schaffen, der in eine Kunststoffverkleidung eines Verbundbehälters eingeführt und mit dieser kombiniert ist und so beschaffen ist, dass der Düsenwulst eine Gasleckage durch die Verbindungsstelle zwischen dem Metall-Düsenwulst und der Kunststoffverkleidung verhindert.
- Der Metall-Düsenwulst der vorliegenden Erfindung verwendet sowohl einen Dichtungsring, der aus einem elastischen Werkstoff wie etwa Gummi oder Silikon gefertigt ist, als auch ein rohrförmiges Befestigungsteil in der Kunststoffverkleidung des Verbundbehälters, so dass auch dann, wenn der Verbundbehälter über eine längere Zeitperiode wiederholt verwendet worden ist, kein Gas durch die Verbindungsstelle zwischen dem Düsenwulst und der Verkleidung entweicht.
- Die Erfinder haben die Erfindung nach wiederholten Druckprüfungen an herkömmlichen Verbundbehältern, die unter Verwendung allgemeiner Metall-Düsenwülste hergestellt waren, und an Verbundbehältern der vorliegenden Erfindung, die Metall-Düsenwülste hatten, die mit Dichtungsvorrichtungen, die sowohl Dichtungsringe als auch rohrförmige Befestigungsteile verwenden, versehen waren, fertig gestellt, Die oben erwähnten Druckprüfungen zeigten auf, dass die Verbundbehälter, die Metall-Düsenwülste hatten, die mit Dichtungsvorrichtungen versehen waren, auch dann, wenn die Behälter über eine längere Zeitperiode wiederholt verwendet wurden, kein Entweichen von Gas aus den Behältern zuließen.
- Technische Lösung
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen mit einer Kunststoffverkleidung kombinierten Metall-Düsenwulst eines Verbundbehälters, der vorzugsweise als Hochdruckbehälter verwendet wird, und insbesondere auf einen Metall-Düsenwulst, der eine Dichtungsvorrichtung aufweist, um die Dichtheit der Verbindungsstelle zwischen dem Metall-Düsenwulst und der Kunststoffverkleidung zu verbessern.
-
1 ist eine Ansicht, die einen Abschnitt um einen Düsenwulst eines herkömmlichen Verbundbehälters zeigt. Diese Abbildung zeigt eine Gasleckage4 durch eine delaminierte Verbindungsstelle3 zwischen dem Metall-Düsenwulst1 und der Kunststoffverkleidung2 des herkömmlichen Verbundbehälters. In1 zeigt der Pfeil '→' eine Gasentweichungsrichtung an. Im Allgemeinen besitzt die Oberfläche eines Kunststoffprodukts eine niedrige Oberflächenenergie, so dass die Kunststoffoberfläche ein verringertes Haftvermögen und ein verringertes Netzvermögen aufweist. Vor allem ist das Haftvermögen einer Kunststoffoberfläche in Bezug auf die Metalloberfläche sehr niedrig, wobei dann, wenn geschmolzenes Harz mit einer Metalloberfläche zusammentrifft, das Haftvermögen der Kunststoffoberfläche in Bezug auf die Metalloberfläche weiter verringert ist. Somit kann im Bemühen, das Problem zu beseitigen, die Metalloberfläche chemisch bearbeitet sein, um ihr Haftvermögen zu steigern, oder geeignet beschaffen sein, damit die Metalloberfläche physisch und sicher mit einer Kunststoffoberfläche kombiniert werden kann. Jedoch kann der oben erwähnte chemische Prozess oder die physische Gestaltung der Metalloberfläche das durch die Delaminierung der Verbindungsstelle zwischen der Metalloberfläche und der Kunststoffoberfläche infolge wiederholter Einleitung von Gas in den Behälter über eine längere Zeitperiode verursachte Entweichen von Gas aus dem Behälter nicht verhindern. Folglich ist es erforderlich, ein zusätzliches Mittel zur Milderung der Delaminierung der Verbindungsstelle vorzusehen. - Der Metall-Düsenwulst gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine Dichtungsvorrichtung, die im Bemühen, eine Gasleckage durch die Verbindungsstelle zwischen einem Düsenwulst und einer Kunststoffverkleidung eines herkömmlichen Verbundbehälters zu verhindern, sowohl Dichtungsringe als auch ein Befestigungsteil verwendet. Genauer gesagt umfasst, wie in
2 gezeigt ist, der Metall-Düsenwulst der vorliegenden Erfindung ein zylindrisches Düsenkopfteil6 , das sowohl eine vertikale Durchgangsbohrung7 in ihrer Mitte als auch ein Innengewinde8 , das an einem oberen Abschnitt der inneren Umfangsfläche der vertikalen Durchgangsbohrung7 ausgebildet ist, aufweist, und ein scheibenförmiges Düsenschaufelteil9 , das um die Außenkante des unteren Endes des Düsenkopfteils6 nach außen vorsteht. Der Metall-Düsenwulst umfasst außerdem eine Dichtungsvorrichtung12 , die an einem unteren Abschnitt der inneren Umfangsfläche der Durchgangsbohrung7 vorgesehen ist. -
3 ist eine vergrößerte Ansicht, die die Dichtungsvorrichtung12 zeigt. Die Dichtungsvorrichtung12 umfasst ein Dichtungsring-Montageteil13 , um einen Dichtungsring24 daran zu halten, ein äußeres Befestigungsgewinde15 , das mit dem Befestigungsteil17 in Eingriff gelangt, und eine Befestigungsfläche14 , um das Befestigungsteil17 mit einen vorgegebenen konstanten Druck zu beaufschlagen, womit ein gewünschter Abdichtungseffekt verschafft ist. Das Dichtungsring-Montageteil13 ist eine ringförmige Oberfläche, die an einer mehrfach abgestuften Stützfassung16 vorgesehen ist. Über das Dichtungsring-Montageteil13 ist ein Dichtungsring24 gesetzt, der durch das Befestigungsteil17 zusammengedrückt wird, womit die Verbindungsstelle zwischen dem Metall-Düsenwulst1 und der Kunststoffverkleidung2 abgedichtet ist. Im oben genannten Zustand wird der Dichtungsring24 , der über das Dichtungsring-Montageteil13 gesetzt ist, durch das Dichtungsring-Montageteil17 zusammengedrückt, wodurch er in einem gekröpften Dichtungsringsitz21 des Befestigungsteils17 verformt wird und mit der Verbindungsstelle zwischen dem Düsenwulst1 und der Verkleidung2 in engen Kontakt kommt. In dieser Weise verschließt der Dichtungsring24 einen Durchgang für das Entweichen von Gas. - Die durch das Befestigungsteil
17 der Dichtungsvorrichtung12 verschaffte Dichtwirkung wird wie folgt erreicht. Nachdem das Befestigungsteil17 anfänglich mit dem äußeren Befestigungsgewinde15 in Eingriff gelangt ist, wird es so gedreht, dass es sich aufwärts längs der Dichtungsvorrichtung12 bewegt, bis es den Dichtungsring24 zusammendrückt. Im oben genannten Zustand wird das Befestigungsteil17 gedreht und aufwärts längs des äußeren Befestigungsgewindes15 bewegt, wobei es sich anschließend von dem Gewinde15 löst, so dass das Befestigungsteil17 um die Befestigungsfläche14 angeordnet ist. Wenn das Befestigungsteil17 um die Befestigungsfläche14 angeordnet ist, drückt es den Dichtungsring24 mit einer vorgegebenen konstanten Kraft zusammen, so dass sich der zusammengedrückte Dichtungsring24 in dem gekröpften Dichtungsringsitz21 des Befestigungsteils17 verformt und mit der Verbindungsstelle zwischen dem Düsenwulst1 und der Verkleidung2 in engen Kontakt kommt. In dieser Weise verschließt der zusammengedrückte Dichtungsring24 einen Gasleckagedurchgang, durch den Gas aus dem Behälter entweichen kann, und steigert dadurch die Dichtheit der Kunststoffverkleidung2 . - Die Befestigungsfläche
14 ist zwischen dem Dichtungsring-Montageteil13 und dem äußeren Befestigungsgewinde15 vorgesehen und besitzt eine zylindrische Oberfläche, die der Oberfläche des Dichtungsring-Montageteils13 gleicht. Die Befestigungsfläche14 besitzt einen Durchmesser, der gleich oder kleiner als der Durchmesser des Dichtungsring-Montageteils13 ist und gleich oder kleiner als der Durchmesser eines Kerns des äußeren Befestigungsgewindes15 ist. Dank der oben erwähnten Größe der Befestigungsfläche14 kann diese mit dem äußeren Befestigungsgewinde15 zusammenwirken, wobei sie dem Befestigungsteil17 ermöglicht, eine vorgegebene Druckkraft auf den Dichtungsring24 auszuüben. Mit anderen Worten, die Befestigungsfläche14 ist durch Prägung des Dichtungsrings24 , der zusammengedrückt werden soll, herausgearbeitet, damit das Befestigungsteil17 in Verbindung sowohl mit der Befestigungsfläche14 als auch dem äußeren Befestigungsgewinde15 eine vorgegebene Druckkraft auf den Dichtungsring24 ausüben kann, ohne ein separates Werkzeug zu erfordern. Genauer gesagt ist beim Zusammendrücken des Dichtungsrings24 durch das Befestigungsteil17 die Druckkraft des Befestigungsteils17 für den Dichtungsring24 sowohl durch das Material als auch die Prägung des Dichtungsrings24 bestimmt. Wenn das Befestigungsteil17 wiederholt an unveränderter Stelle von dem äußeren Befestigungsgewinde15 gelöst wird, wird die Druckbelastung zum Zusammendrücken des Dichtungsrings24 konstant, so dass das Befestigungsteil17 eine konstante Druckkraft auf den Dichtungsring24 ausüben kann. Somit ist es möglich, das Befestigungsteil17 stark festzuziehen, ohne ein separates Werkzeug wie etwa einen Drehmomentschlüssel zu verwenden. Da die Befestigungsfläche14 das gleichmäßige Wirken des Innendrucks des Behälters auf die Innenseite und die Außenseite des Dichtungsrings24 ermöglicht, kann ein einseitiges Belasten des Dichtungsrings24 in eine Richtung verhindert werden. -
4 ist eine vergrößerte, perspektivische Ansicht des Metall-Düsenwulstes1 der vorliegenden Erfindung. Wie in der Abbildung gezeigt ist, sind eine obere schräge Oberfläche18 und eine untere schräge Oberfläche19 des scheibenförmigen Düsenschaufelteils9 beide mit einer Verriegelungsnut10 versehen, die einen Schwalbenschwanzquerschnitt und mehrere Verriegelungsrippen11 besitzt. Genauer gesagt sind die Verriegelungsrippen11 an einer geneigten Oberfläche der schwalbenschwanzförmigen Verriegelungsnut10 gebildet. Anschließend wird in die Verriegelungsnut10 mit den Verriegelungsrippen11 geschmolzenes Kunststoffharz gespritzt, das in der Nut10 aushärtet. In dieser Weise wird die Kontaktfläche zwischen dem Metall-Düsenwulst1 und der Kunststoffverkleidung2 vergrößert, womit der Metall-Düsenwulst1 sicher mit der Kunststoffverkleidung2 kombiniert werden kann. Außerdem verteilt der Düsenwulst1 beim Einleiten von Gas in den Verbundbehälter die Richtung der Last, die auf die Verbindungsfläche zwischen dem Düsenwulst1 und der Kunststoffverkleidung2 einwirkt, und minimiert somit die Delaminierung der Verbindungsfläche zwischen dem Metall-Düsenwulst1 und der Kunststoffverkleidung2 . - Wie in
6 gezeigt ist, kann die Dichtungsvorrichtung12 der vorliegenden Erfindung je nach Form und Position des Dichtungsring-Montageteils13 unterschiedlich ausgeführt sein.6 zeigt eine Ausführungsform, bei der ein Verkleidungsvorsprung20 um eine mehrfach abgestufte Stützfassung16 eines Metall-Düsenwulstes1 ausgebildet ist. In dieser Ausführungsform umfasst die Dichtungsvorrichtung12 zwei Dichtungsring24 , die an dem Verkleidungsvorsprung20 bzw. dem Dichtungsring-Montageteil13 des Düsenwulstes1 angebracht sind, damit die Dichtungsringe24 einen Durchgang für das Entweichen von Gas wirksamer verschließen. - Der Dichtungsring
24 der vorliegenden Erfindung kann einen kreisförmigen oder einen polygonalen Querschnitt besitzen und aus Gummi, Silikon oder weichem Kunststoff gefertigt sein. -
7 ist eine Querschnittsansicht eines Verbundbehälters mit einem Metall-Düsenwulst gemäß der vorliegenden Erfindung. Wie in der Abbildung gezeigt ist, wird zum Herstellen des Verbundbehälters der vorliegenden Erfindung ein Metall-Düsenwulst1 mittels einer spanabhebenden Maschine bearbeitet. Danach wird ein Einführungs-Spritzgießprozess ausgeführt, wobei der bearbeitete Düsenwulst1 in den Hohlraum einer Gießform eingeführt wird, so dass eine Haube22 geschaffen ist. Nachdem die Haube22 geschaffen worden ist, wird eine Dichtungsvorrichtung, die sowohl einen Dichtungsring24 als auch ein Befestigungsteil17 umfasst, an einer vorgegebenen Stelle in der Haube22 angebracht, damit die Dichtheit der Haube22 gesteigert wird. Außerdem wird durch einen Strangpressprozess ein Zylinderteil23 hergestellt, wobei danach ein spanabhebender Prozess ausgeführt wird, um ein wie gewünscht bemessenes Zylinderteil zu schaffen. Zwei Hauben22 werden durch einen thermischen Schweißprozess mit entgegengesetzten Enden des Zylinderteils23 zu einem einzigen Körper integriert, wodurch eine Verkleidung geschaffen wird, die als Kern in einem Filamentwicklungsprozess verwendet wird. Nach dem Herstel len der Verkleidung wird mit Epoxidharz imprägnierte Kohlenfaser um die Verkleidung gewickelt und ausgehärtet, um eine Verbundschicht5 zu bilden und dadurch einen gewünschten Hochdruck-Verbundbehälter herzustellen. - Druckprüfungen zeigten, dass der Hochdruck-Verbundbehälter mit dem bei der vorliegenden Erfindung vorgeschlagenen Metall-Düsenwulst
1 das Problem der herkömmlichen Hochdruck-Verbundbehälter, bei denen Gas durch die Verbindungsstelle zwischen dem Metall-Düsenwulst1 und der Kunststoffverkleidung2 entweichen kann, löst, obwohl der Hochdruck-Verbundbehälter der vorliegenden Erfindung über eine längere Zeitperiode wiederholt, mit Gas in die Kunststoffverkleidung2 befüllt wurde.8 ist ein Graph der Druckprüfungen, die bei Zimmertemperatur gemäß ISO 11439 wiederholt wurden. Während der bei Zimmertemperatur wiederholten Druckprüfungen war in einem Verbundbehälter vollständig Wasser enthalten, wobei der Behälter anschließend wiederholt mit einem Druck von 20 bar bis 260 bar beaufschlagt wurde. Nach den Druckprüfungen wurden Gasleckageprüfungen an den druckgeprüften Behältern durchgeführt, womit bestimmt wurde, ob Gas aus den Behältern entwich oder nicht. Anschließend wurde die Haltbarkeit der Verbundbehälter geprüft. Wie in8 gezeigt ist, verlor der Verbundbehälter mit der dem Metall-Düsenwulst, der mit der Dichtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung versehen war, nachdem der Behälter wiederholt, 48800 mal, mit Druck beaufschlagt worden war, Gas. Dies bedeutet, dass die Haltbarkeit des Verbundbehälters der vorliegenden Erfindung 2,8-mal länger als jene des Verbundbehälters mit dem herkömmlichen Metall-Düsenwulst ist. Folglich schafft die vorliegende Erfindung einen Verbundbehälter, der eine erwartete Lebensdauer besitzt, die im Vergleich zu herkömmlichen Verbundbehältern zweimal so lang oder noch länger ist, indem die Dichtheit des Verbundbehälters in der oben erwähnten Art und Weise gesteigert wird. - Vorteilhafte Auswirkungen
- Die vorliegende Erfindung verwendet einen gasdichten Metall-Düsenwulst in einem Hochdruck-Verbundbehälter, so dass die vorliegende Erfindung ein Entweichen von Gas aus dem Behälter durch die Verbindungsstelle zwischen einer Kunststoffverkleidung und dem Metall-Düsenwulst auch dann, wenn der Behälter über eine längere Zeitperiode wiederholt verwendet worden ist, ver hindert. Außerdem kann der Verbundbehälter der vorliegenden Erfindung auch dann, wenn der Behälter wiederholt einer Ermüdungsbeanspruchung, wie sie etwa durch wiederholtes Einleiten von Gas in den Behälter verursacht wird, unterworfen wird, die gewünschte Dichtheit bewahren, so dass die vorliegende Erfindung einen Verbundbehälter mit einer hohen Haltbarkeit und Dichtheit schafft.
- Zusammenfassung
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen mit einer Dichtungsvorrichtung versehenen Metall-Düsenwulst, der eine stark gesteigerte Dichtheit besitzt und mit einer Kunststoffverkleidung eines Verbundbehälters, der als Hochdruckbehälter verwendet wird, kombiniert ist. Der Metall-Düsenwulst verwendet einen elastischen Dichtungsring und ein Befestigungsteil in der Kunststoffverkleidung, damit der Düsenwulst die Verbindungsstelle des Düsenwulstes mit der Verkleidung zuverlässig abdichtet und ein Entweichen von Gas aus dem Behälter verhindert. Der Schaufelteil des Düsenwulstes weist eine schwalbenschwanzförmige Verriegelungsnut auf, wobei in der Verriegelungsnut Verriegelungsrippen ausgebildet sind. Somit wird die Kunststoffverkleidung, wenn sie durch Spritzen von geschmolzenem Harz in die Verriegelungsnut hergestellt wird, sicher mit dem Metall-Düsenwulst kombiniert. Der Verbundbehälter mit dem Metall-Düsenwulst kann als Kraftstofftank für Erdgasfahrzeuge oder als Wasserstofftank für Kraftstoffzellenfahrzeuge verwendet werden.
Claims (3)
- Metall-Düsenwulst für Hochdruck-Verbundbehälter, wobei der Metall-Düsenwulst mit einer Kunststoffverkleidung (
2 ) des Hochdruck-Verbundbehälters kombiniert ist und umfasst: ein zylindrisches Düsenkopfteil (6 ), das sowohl eine vertikale Durchgangsbohrung (7 ) als auch ein Innengewinde (8 ), das an einem oberen Abschnitt einer inneren Umfangsfläche der vertikalen Durchgangsbohrung (7 ) ausgebildet ist, besitzt, ein scheibenförmiges Düsenschaufelteil (9 ), das um eine Außenkante eines unteren Endes des Düsenkopfteils (6 ) nach außen vorsteht, und eine obere schräge Oberfläche (18 ) sowie eine untere schräge Oberfläche (19 ), die an einer oberen Oberfläche bzw. einer unteren Oberfläche des Düsenschaufelteils (9 ) vorgesehen sind, wobei der Metall-Düsenwulst (1 ) umfasst: ein Dichtungsring-Montageteil (13 ), das in eine untere Oberfläche einer mehrfach abgestuften Stützfassung (16 ), die von einer äußeren Umfangsfläche des Düsenwulstes (1 ) an einer Stelle unter der unteren schrägen Oberfläche (19 ) nach oben und nach außen vorsteht, gedrückt ist; eine Dichtungsvorrichtung (12 ), die sich von dem Dichtungsring-Montageteil (13 ) abwärts erstreckt und sowohl ein äußeres Befestigungsgewinde (15 ), das um einen unteren Abschnitt einer äußeren Umfangsfläche der Dichtungsvorrichtung ausgebildet ist, als auch eine Befestigungsfläche (14 ), die zwischen einem oberen Ende des äußeren Befestigungsgewindes (15 ) und dem Dichtungsring-Montageteil (13 ) ausgebildet ist, aufweist, wobei die Befestigungsfläche (14 ) einen Durchmesser besitzt, der gleich einem Durchmesser eines Kerns des äußeren Befestigungsgewindes (15 ) ist; ein rohrförmiges Befestigungsteil (17 ), das ein inneres Befestigungsgewinde aufweist und mit dem äußeren Befestigungsgewinde (15 ) der Dichtungsvorrichtung (12 ) in Eingriff gelangt, derart, dass eine obere Oberfläche des Befestigungsteils (17 ) mit einer inneren Oberfläche der Kunststoffverkleidung (2 ) in Kontakt kommt, wobei an der oberen Oberfläche des Befestigungsteils (17 ) an einer Stelle, die einer Verbindungsstelle zwischen dem Metall-Düsenwulst (1 ) und der Kunststoffverkleidung (2 ) entspricht, ein gekröpfter Dichtungsringsitz (21 ) vorgesehen ist; und einen Dichtungsring (24 ), der in dem Dichtungsringsitz (21 ) des Befestigungsteils (17 ) sitzt, derart, dass eine untere Oberfläche des Dichtungsrings (24 ) mit dem Sitz (21 ) in engen Kontakt kommt, eine erste Oberfläche davon mit dem Dichtungsring-Montageteil (13 ) des Metall-Düsenwulstes (1 ) in engen Kontakt kommt und eine zweite Oberfläche davon mit der Kunststoffverkleidung (2 ) in Kontakt kommt. - Metall-Düsenwulst für Hochdruck-Verbundbehälter nach Anspruch 1, wobei die obere schräge Oberfläche (
18 ) und die untere schräge Oberfläche (19 ) des scheibenförmigen Düsenschaufelteils (9 ), das um die Außenkante des unteren Endes des Düsenkopfteils (6 ) nach außen vorsteht, jeweils mit einer Verriegelungsnut (10 ) versehen sind, die einen Schwalbenschwanzquerschnitt besitzt, wobei an einer geneigten Oberfläche der Verriegelungsnut (10 ) mehrere Verriegelungsrippen (11 ) ausgebildet sind. - Metall-Düsenwulst für Hochdruck-Verbundbehälter nach Anspruch 1, wobei der Dichtungsring (
24 ) einen kreisförmigen oder einen polygonalen Querschnitt besitzt und aus Gummi, Silikon oder weichem Kunststoff gefertigt ist.
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