[0001] Die Erfindung betrifft einen Druckbehälter und eine Verfahren zur Herstellung eines
Druckbehälters aus Kunststoff für ein druckbelastetes, fließfähiges oder gasförmiges
Medium für Drücke bis 700 bar und darüber.
[0002] Im Stand der Technik werden Druckbehälter für druckbelastete, fließfähige oder gasförmige
Medien für hohe Drücke als Composite- Druckbehälter bestehend aus einem Kunststoffliner
mit faserverstärkter Armierung beschrieben.
[0003] Die
DE 195 26 154 C2 beschreibt einen Composite-Druckbehälter zur Speicherung von gasförmigen Medien unter
Druck. Der Druckbehälter besteht aus einem Liner aus Kunststoff und zwei im Halsbereich
liegenden Öffnungen, in denen je ein die Öffnung verschließendes und/oder abdichtendes
Halsstück angeordnet ist, von denen mindestens eines zur Aufnahme eines einschraubbaren
Ventils ausgebildet ist. Beide Halsstücke sind in dem Druckbehälter zugewandten Endbereich
mit einem flachverlaufenden, kegelstumpfartigen Kragen versehen. Der Kragen ist innenseitig
vom Liner und außenseitig von der verstärkenden Wicklung umgeben sowie mit einer von
der Innenseite des Druckbehälters her sich erstreckenden Ausnehmung versehen, die
sich in einem als Hals ausgebildeter Bereich des Liners sich erstreckt. Die Ausnehmung
weist einen Innengewindeabschnitt auf, der mit einem auf dem als Hals ausgebildeten
Bereich des Liners angeordneten Außengewindeabschnitt zusammenwirkt. Zwischen der
Außenfläche des Liners und der Unterseite des Kragens des Halsstückes ist eine Dichtscheibe
angeordnet und zwischen der Stirnfläche des Halsabschnittes des Liners und der damit
zusammenwirkenden Anschlagfläche des Halsstückes befindet sich in einer eingedrehten
Nut des jeweiligen Halsstückes ein Dichtring.
In der
DE 10 2006 057 422 B3 wird ein Composite-Druckbehälter zur Speicherung von gasförmigen Medien unter Druck,
mit einem Liner aus Kunststoff und einer den Liner verstärkenden Wicklung eines Faserverbundwerkstoffes
offenbart, wobei ein im Halsbereich angeordnetes Halsstück vorgesehen ist, das einen
Kragen, welcher innenseitig vom Liner und außenseitig von dem Faserverbundwerkstoff
umgeben ist und einen Halsabschnitt aufweist, in dessen unteres Ende der Liner eingreift
und dessen oberes Ende ein Gewinde aufweist, wobei zwischen den beiden Enden eine
ringförmige Radialnut zur Aufnahme eines Dichtelements angeordnet ist. Das Halsstück
ist aus einem den Kragen aufweisenden Behälterteil und einem in das Behälterteil eingeschraubten
Einschraubstutzen gebildet, wobei die Radialnut in dem Einschraubstutzen ausgebildet
ist. Dadurch kann das Dichtelement später gewechselt werden
Die
DE 10 2006 043 582 B3 beschreibt einen Druckbehälter für ein druckbelastetes, fließfähiges oder gasförmiges
Medium, der aus einem Kunststoffliner und einer ersten Armierung aus Fasern besteht,
wobei die erste Armierung als Wicklung auf einen Kunststoffliner aufgebracht und in
Kunstharz eingebettet ist. Zusätzlich zur ersten Armierung ist eine zweite Armierung
vorgesehen und die beiden Armierungen sind schichtweise übereinander liegend angeordnet,
wobei die zweite Armierung eine Bruchdehnung hat, die kleiner ist als diejenige der
ersten Armierung, so dass die erste Armierung , für sich allein genommen, ausreicht,
um die aus dem Druck des Mediums in dem Druckbehälter resultierenden Kräfte insgesamt
aufzunehmen. Bei einer Überlastung kann es zu einem Bruch der zweiten Armierung kommen,
wobei der Bruch der zweiten Armierung durch ein Steuersignal angezeigt wird, das durch
eine sprunghafte Dehnungsänderung des Druckbehälters mit noch intakter Armierung generiert
ist.
Die
DE 10 2007 011 211 B3 offenbart einen Druckbehälter zur Speicherung von flüssigen oder gasförmigen Medien,
der aus einem Kunststoffkernbehälter mit zumindest einem zylindrischen Kragen besteht,
wobei in der Öffnung des Kragens ein Metallzylinder eines den Kragen außenseitig umschließenden
Metallkörper angeordnet ist. Der Metallzylinder ist als Bestandteil der Metallarmatur
ausgebildet, schließt sich unmittelbar an ein Außengewinde an und hat einen abgestuft
kleineren Außendurchmesser als das Außengewinde. Der Metallkörper ist mit einem radial
nach außen vorstehenden Flansch versehen. Der Metallzylinder weist zumindest eine
radial nach außen offene Nut auf, in die zumindest eine dichtend an den Kragen angepresste
O-Ring-Dichtung eingesetzt ist, wobei zumindest eine O-Ring-Dichtung in einem mit
einem Außengewinde des Kragens versehenen und in den Metallkörper eingeschraubten
Teilbereich des Kragens zwischen dem Metallkörper und dem Metallzylinder verpresst
ist. Eine Metallarmatur mit einem Außengewinde ist in das von dem Metallzylinder abgewandte
Ende des Metallkörpers eingeschraubt. Der Kunststoffkernbehälter und der Flansch werden
von einer Stützhülle aus einem Faserverbundstoff zumindest anteilig umschlossen.
[0004] Die
DE 197 51 411 C1 offenbart einen Composite-Druckbehälter zur Speicherung von gasförmigen Medien unter
Druck mit einem Liner aus Kunststoff und zwei im Halsbereich angeordneten Halsstücken,
von denen mindestens eines zur Aufnahme eines einschraubbaren, ein Gewinde aufweisenden
Ventils ausgebildet ist sowie mit einer den Liner verstärkenden Wicklung eines Faserverbundwerkstoffes.
Beide Halsstücke sind in dem den Druckbehälter zugewandten Endbereich mit einem flach
verlaufenden kegelstumpfartigen Kragen versehen, der innenseitig vom Liner und außenseitig
von der verstärkenden Wicklung umgeben ist. Das Halsstück weist in dem den Liner zugewandten
Bereich einen Innengewindeabschnitt auf, der mit einem auf dem als Hals ausgebildeten
Bereich des Liners angeordneten Außengewindeabschnitt zusammenwirkt. Das ein Ventil
aufnehmende Halsstück weist an den dem Innengewindeabschnitt anschließenden gewindefreien
Bereich auf der Innenseite eine ringförmige Nut zur Aufnahme eines Dichtelementes
auf. Ein weiterer Innengewindeabschnitt zur Aufnahme des Ventils schließt sich daran
an und zur Drehsicherung ist das das Ventil aufnehmende Halsstück außen mit einem
Schlüsselansatz versehen. Im das Ventil aufnehmende Halsstück ist ein in diesen einschraubbarer
Klemmring vorgesehen, der am Außenmantel ein Gewindeabschnitt aufweist und an dem
sich ein gewindefreier kegelstumpfartiger Abschnitt anschließt. Die zwischen den Innengewindeabschnitten
des Halsstückes angeordnete ringförmige Nut zur Aufnahme eines Dichtringes erstreckt
sich radial in das Halsstück. Auf der Außenseite des jeweiligen Halsstückes im an
den Kragen anschließenden Bereich ist die Anordnung mindestens einer radial nach außen
über den ganzen Umfang sich erstreckenden Sicke vorgesehen.
Die Erfindung gemäß der
DE 10 2006 004 121 A1 betrifft einen Druckbehälter zur Aufnahme mindestens eines Fluidmediums mit einem
ersten Kunststoffmantel und einem den ersten Kunststoffmantel zumindest teilweise
umfassenden zweiten Kunststoffmantel, wobei der erste Kunststoffmantel zumindest an
seinem einen Ende ein Kragenteil aufweist, das eine Öffnung für die Medienzu- und
abfuhr umfasst. Das Kragenteil und der Kunststoffmantel stützen sich an einem dazwischenliegenden
Außenstützring ab, der sich in Richtung einer Spaltöffnung zwischen den genannten
Mänteln keilartig verjüngt. Der Druckbehälter besteht aus zwei Kunststoffmänteln.
[0005] Dadurch, dass eine Spaltöffnung zwischen den Mänteln bis an eine Stelle herangeführt
ist, bei der die Mäntel in koaxialer Anordnung in Anlage miteinander sind, und dass
bis zu dieser Stelle eine keilartige Verjüngung eines Außenstützringes, der einstückig
ausgebildet ist oder sich aus mindestens zwei ringförmigen Einzelsegmenten aus Metall
zusammensetzt, führt, ist eine dichte Behälter- oder Speicheranordnung geschaffen,
die mit geringen Herstellkosten realisierbar ist.
Die
DE 10 2009 049 948 B4 betrifft einen Druckbehälter zur Speicherung von flüssigen oder gasförmigen Medien.
Der Druckbehälter umfasst einen Kunststoffinnenbehälter mit wenigstens einem nicht
einstückig mit dem Druckbehälter verbundenen Halsstück, welches an dem Behälterhals
im Bereich der Behälteröffnung angeordnet ist. Der Druckbehälter ist mit einer den
Kunststoffinnenbehälter und das Halsstück zumindest teilweise umschließenden Stützhülle
ausgerüstet. Das Halsstück ist mit Mitteln zur Aufnahme einer Anschlussarmatur versehen.
Der Druckbehälter zeichnet sich durch einen Einsatz aus, welcher wenigstens einen
Teil des Behälterhalses bildet und welcher einen Dichtsitz für die in das Halsstück
einzusetzende Armatur bildet.
In der
DE 11 2004 002 795 T5 wird eine Metall-Düsenwulst für Hochdruck-Verbundbehälter beschrieben, wobei die
Metall-Düsenwulst mit einer Kunststoffverkleidung des Hochdruck- Verbundbehälters
kombiniert ist. Die Metall-Düsenwulst besteht aus einem zylindrischen Düsenkopfteil,
das sowohl eine vertikale Durchgangsbohrung als auch ein Innengewinde, das an einem
oberen Abschnitt einer inneren Umfangsfläche der vertikalen Durchgangsbohrung ausgebildet
ist, besitzt. An einem einscheibenförmigen Düsenschaufelteil, das um eine Außenkante
eines unteren Endes des Düsenkopfteils nach außen vorsteht, ist eine obere schräge
Oberfläche sowie eine untere schräge Oberfläche vorgesehen, die an einer oberen Oberfläche
bzw. einer unteren Oberfläche des Düsenschaufelteils angeordnet ist. Die Metall-Düsenwulst
umfasst ein Dichtungsring-Montageteil, das in eine untere Oberfläche einer mehrfach
abgestuften Stützfassung, die von einer äußeren Umfangsfläche des Düsenwulstes an
einer Stelle unter der unteren schrägen Oberfläche nach oben und nach außen vorsteht,
gedrückt ist. Eine Dichtungsvorrichtung, die sich von dem Dichtungsring-Montageteil
abwärts erstreckt, weist sowohl ein äußeres Befestigungsgewinde, das um einen unteren
Abschnitt einer äußeren Umfangsfläche der Dichtungsvorrichtung ausgebildet ist, als
auch eine Befestigungsfläche, die zwischen einem oberen Ende des äußeren Befestigungsgewindes
und dem Dichtungsring-Montageteil ausgebildet ist, auf. Die Befestigungsfläche besitzt
einen Durchmesser, der gleich einem Durchmesser eines Kerns des äußeren Befestigungsgewindes
ist. Ein rohrförmiges Befestigungsteil, das ein inneres Befestigungsgewinde aufweist,
ist mit dem äußeren Befestigungsgewinde der Dichtungsvorrichtung im Eingriff stehend
und zwar so, dass eine obere Oberfläche des Befestigungsteils mit einer inneren Oberfläche
der Kunststoffverkleidung in Kontakt kommt, wobei an der oberen Oberfläche des Befestigungsteils
an einer Stelle, die einer Verbindungsstelle zwischen dem Metall-Düsenwulst und der
Kunststoffverkleidung entspricht, ein gekröpfter Dichtungsringsitz vorgesehen ist.
Ein Dichtungsring sitzt in dem Dichtungsringsitz des Befestigungsteils, so dass eine
untere Oberfläche des Dichtungsrings mit dem Sitz einer ersten Oberfläche davon mit
dem Dichtungsring-Montageteil des Metall-Düsenwulstes und einer zweiten Oberfläche
davon mit der Kunststoffverkleidung in Kontakt kommt.
Die
DE 10 2006 031 118 B4 offenbart eine Hochdrucktankanordnung, die aus einer Innenauskleidung/innere Auskleidungslage,
vorzugsweise aus Polyethylen, und einer äußere Baulage/Außenlage, vorzugsweise aus
Graphitverbundstoff besteht. In der äußeren Baulage/Außenlage ist eine Öffnung definiert,
an der ein ringförmiger Vorsprung, der in der Öffnung positioniert ist und eine Innenbohrung
besitzt, angeordnet. Die innere Auskleidungslage ist in der äußeren Baulage positioniert,
wobei die innere Auskleidungslage einen Halsabschnitt umfasst, der sich durch die
Innenbohrung des Vorsprungs erstreckt. Der Halsabschnitt umfasst einen äußeren ringförmigen
Flansch, der an dem Vorsprung an einer Stelle außerhalb der Außenlage positioniert
ist. Ein Tankventil, das an dem Vorsprung montiert ist erstreckt sich durch den Halsabschnitt
der inneren Auskleidungslage. Ein O-Ring, der zwischen einem Basisabschnitt des Tankventils
und dem ringförmigen Flansch positioniert ist, dichtet die Hochdrucktankanordnung
gegenüber seiner Umgebung ab. Durch Schrauben, die durch den Basisabschnitt in den
Vorsprung geschraubt sind, wird das Tankventil an die Hochdrucktankanordnung befestigt,
wobei Dichtungsscheiben um die Schrauben herum zwischen dem Basisabschnitt und einem
Abschnitt des Vorsprungs positioniert sind.
Die
EP 2 000 734 (A2) beschreibt einen druckfesten Behälter, der aus einer Innenschale und einer äußeren
Hülle, die die Innenschale umhüllt, besteht.
[0006] In der Innenschale ist ein Bandteil mit einem Kragen befestigt, wobei der Kragen
eine radiale Dichtfläche aufweist. Ein Mundring mit einer abgestuften Innenbohrung
und mit zwei unterschiedlich großen Innengewinden sowie mit einem Außengewinde ist
um den Kragen angeordnet.
Der Mundring wird durch die äußere Hülle auf die Innenschale gepresst. Mittels eines
einschraubbaren Presselementes und einer ersten Dichtung in Form eines O- Ringes wird
der Mundring gegenüber der radialen Dichtfläche des Kragens abgedichtet. Ein einschraubbares
Ventil wird mit einer weiteren Dichtung in Form eine O- Ringes gegenüber dem Presselementes
und mittels eines weiteren O- Ringes am Kopfteil des Mundringes abgedichtet. Der Mundring
wird mittels seines Außengewindes auf die äußere Hülle befestigt.
Die
DE 10 2010 017 413 B4 beschreibt einen Druckbehälter zum Speichern eines Fluides, mit einem Kunststoffkernbehälter
und einem auf den Kunststoffkernbehälter aufgebrachten Außenmantel. Der Außenmantel
weist eine erste faserverstärkte Armierung mit einer oder mehreren gewickelten, ersten
Fasern, insbesondere Kohlefasern, die in ein erstes Matrixmaterial eingebettet sind
und eine zweite faserverstärkte Armierung, die in Bezug auf die erste Armierung außen
und mit einer oder mehreren gewickelten, zweiten Lage aus Fasern, nämlich Glasfasern,
Aramidfasern, Polyamidfasern, Polyesterfasern oder Basaltfasern gebildet ist, auf,
wobei die zweiten Fasern von den ersten Fasern verschieden und in ein zweites Matrixmaterial
eingebettet sind. Eine stoßabsorbierende Armierungsverdickung ist in einem Polkappenbereich,
nämlich dem Übergangsbereich zwischen Stirnseite und Umfang des Kunststoffkernbehälters
angeordnet, wobei die stoßabsorbierende Armierungsverdickung durch ein oder mehrere
polkappenverdickte, gewickelte Lagen im Polkappenbereich gebildet wird.
Die
US 3.508.677 A beschreibt einen Druckbehälter, der aus einem aus Verbundfolien bestehenden Innenbehälter
und einer äußeren Hülle besteht, wobei der Innenbehälter aus einem zylindrischen Abschnitt
und zwei Kappenabschnitten besteht. Die äußere Hülle ist aus einer Glasfaserarmierungen
hergestellt. Ein Anschlussstück definiert eine Zugangsöffnung durch die Endbereiche
der Glasfaserschale und des Innenbehälters. Das Anschlussstück und die Abdichtung
zum Innenbehälter und zur äußeren Hülle sind nicht näher erläutert.
In der
DE 10 2014 013 249.8 B4 wird ein Druckbehälter offenbart, der aus einem Innenbehälter mit Stirnseiten und
einem an einer Stirnseite angeordneten Kragen und aus einem Außenmantel aus einer
faserverstärkten Armierung, wobei zwischen Innenbehälter und dem Außenmantel an den
Stirnseiten Anschlussstücke angeordnet sind. wobei an den Stirnseiten Vertiefungen,
in die die Anschlussstücke mit, an die Wölbung der Stirnseiten angepassten und gewölbten
Flanschen eingeklebt sind und an der Stirnseite eine Öffnung mit einem nach innen
in den Innenbehälter gerichteten Kragen mit einer, Innenbohrung und einem, das Außengewinde
eines Mittelteils des gewölbten Flansches aufnehmende Innengewinde angeordnet sind.
Alle im Stand der Technik dargestellten Lösungen zur Abdichtung von Armaturen oder
Ventilen in Druckbehältern mit einem inneren Behälter und einer äußeren Armierung,
insbesondere für Druckbehälter, die für hohe Drücke ausgelegt sind bestehen aus einer
Vielzahl von Bauteilen, sind kompliziert im Aufbau und verwenden als Dichtelemente
O- Ringe. Die Dichtelemente müssen nach bestimmten Nutzungszeiten gewechselt werden,
da diese mit der Zeit altern und undicht werden. Weiterhin entstehen durch die Vielzahl
von Bauteilen solcher Abdichtungen und durch deren Verbindung miteinander Spalten,
die die Gefahr von Leckagen erhöht. Da diese Druckbehälter auch für die Lagerung und
Speicherung von Wasserstoff eingesetzt werden, ist damit die Gefahr von Explosionen
gegeben. Außerdem wird durch die Anzahl der Bauelemente die Fertigung solcher Druckbehälter
wesentlich verteuert.
Bei der Lösung gemäß
DE 10 2014 013 249.8 B4 reißen bei hohen Drücken über 200 bar, die für die Speicherung von flüssigen Wasserstoff
erforderlich sind, die eingeklebten gewölbten Flanschen an den Stirnseiten aus dem
Innenbehälter aus. Außerdem berstet bei diesen hohen Druckbelastungen der Innenbehälter
mit der faserverstärkten Armierung.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Druckbehälter zu entwickeln, der diese hohen Druckbelastungen
über 700 bar Betriebsdruck standhält, die für die Aufnahme der Armaturen und Ventile
dienenden Flache an den Stirnseiten nicht ausreißen und bei dem die Abdichtung von
Armaturen und Ventilen gegenüber dem Innenbehälter und der äußeren Armierung zuverlässig
erfolgt und durch eine Verringerung der Anzahl der Bauteile solcher Abdichtung die
Kosten für solch einen Behälter reduziert werden.
[0007] Die Aufgabe der Erfindung wird durch einen Druckbehälter bestehend aus einem Innenbehälter
(1) aus Kunststoff mit Stirnseiten (3,4) und einem an den Stirnseite (3,4) angeordneten
Kragen (9) und aus einem Außenmantel (2) aus einer faserverstärkten Armierung, wobei
zwischen Innenbehälter (1) und dem Außenmantel (2) an den Stirnseiten (3,4) Anschlusstücke
(6,7) und Vertiefungen (5) für Anschlussstücke (6,7) mit, an die Wölbung der Stirnseiten
(3,4) angepassten und gewölbten Flanschen (8) angeordnet sind.
Die Anschlussstücke (6,7) bestehen aus dem zylindrischen Mittelteil(13) mit einem
an den zylindrischen Mittelteil (13) radial nach außen gehenden, an die Wölbung der
Vertiefung (5) der Stirnseite (3,4) angepassten gewölbten Flansch (8) mit einer, an
die Tiefe (a) der Vertiefung (5) angepassten Stärke, wobei im zylindrischen Mittelteil
(12) eine axial Bohrung (10) und außen am unteren Ende ein, an das Innengewinde (11)
des Kragens (9) angepasstes, Außengewinde (14) angeordnet ist. Das Innengewinde (11)
des Kragens (9) und das Außengewinde (14) des zylindrischen Mittelteils (12) der Anschlussstückes
(6,7) sind als kegliges, selbstabdichtendes Gewinde mit einer Gewindelänge, die eine
formschlüssige Verbindung zwischen der Vertiefung (5) und den gewölbten Flanschen
(8) erlaubt, ausgebildet.
Der Innenbehälter (1) ist mit einem in die aufgeschmolzene Außenhaut des Innenbehälters
(1) eingearbeiteten Gewebe (15) versehen und in den gewölbten Flansche (8) der Anschlussstücke
(6,7) sind Bohrungen (16) angeordnet, über die eine formschlüssige Verbindung durch
Verschweißen des Innenbehälter (1) mit den gewölbten Flansche (8) mittels tropfenbildendes
Verbrennen von Kunststoff hergestellt und der Innenbehälter (1) gegenüber den gewölbten
Flansche (8) der Anschlusstücke (6,7) mit Silikon und Kleber abgedichtet ist.
Das in die Außenhaut des Innenbehälters (1) eingearbeitete Gewebe (15) ist als ein
Gewebe, bevorzugt ein Bauwollgewebe oder ein Drahtgewebe aus Metall oder Kunststoff
mit geringer bis mittlerer Flächendichte ausgebildet.
Die Flansche (8) werden mittels der Bohrungen (16) mit den Stirnseiten (3,4) des Innenbehälters
(1) über die Bohrungen (16) mit den Vertiefungen (5) mit flüssigem aus der tropfenbildenden
Verbrennung von Kunstoffen abtropfendes Kunststoff formschlüssig verschweißt verbunden
und mit Silikon und Kleber abgedichtet.
Als Kunststoff sind alle bei der Verbrennung tropfenbildenden Kunststoffe, wie Polyethylene
(PE) oder Polyoxymethylene (POM) oder Polyamide (PA) oder Propylene (PP) geeignet.
[0008] Bei dem Verfahren zur Herstellung eines Druckbehälters aus Kunststoff mit einer faserverstärkten
Armierung wird ein Innenbehälter (1) mit Stirnseiten (3, 4) und einem an den Stirnseite
(3,4) angeordneten Kragen (9) sowie Vertiefungen (5) für Anschlussstücke (6,7) mittels
Rotationsgießen oder Rotationssintern hergestellt. Die Außenhaut des Innenbehälters
(1) wird mittels einer Heizquelle in geringer Tiefe aufgeschmolzen und ein Gewebe
(15) in die aufgeschmolzene Außenhaut (17) gewickelt und/oder geklebt sowie auf das
in die Außenhaut des Innenbehälters eingearbeitete Gewebe (15) eine faserverstärkte
Armierung (2) aufgetragen.
Die Anschlussstücke (6,7) werden über die Bohrungen (16) in den gewölbten Flanschen
(8) mittels durch die Tropfenbildung verbrennender Kunststoffstäbe entstehenden Tropfen
mit den Vertiefungen (5) in den Stirnseiten (3,4) formschlüssig verschweißt und mit
Silikon und Kleber abgedichtet.
Die Erfindung soll an Hand eines Beispiels näher erläutert werden, wobei die Fig.
1 eine schematische Darstellung des Druckbehälter, die Fig.2 die Anschlussstück (6,7),
und die Fig.3 einen Schnitt durch die Wandung des Innenbehälter (1) darstellen und
- 1 Innenbehälter
- 2 Außenmantel aus einer faserverstärkte Armierung
- 3 Stirnseite des Innenbehälters
- 4 Stirnseite des Innenbehälters
- 5 Vertiefung in den Stirnseiten (3,4)
- 6 Anschlussstück
- 7 Anschlussstück
- 8 gewölbter Flansch der Anschlussstückes (6,7)
- 9 Kragen
- 10 axiale Bohrung im Kragen (9)
- 11 Innengewinde im Kragen (9)
- 12 zylindrisches Mittelteil der Anschlussstücke (6,7)
- 13 Innenbohrung des Mittelteils (12) der Anschlussstücke (6,7)
- 14 kegliges, selbstabdichtendes Außengewinde
- 15 Gewebe
- 16 Bohrung
- 17 aufgeschmolzene Außenhaut des Innenbehälters (1) mit Gewebe bedeuten.
[0009] Der Innenbehälter (1) mit seinen Stirnseiten (3,4) und den kreisrunden Vertiefungen
(5) sowie dem Kragen (9) mit seiner Innenbohrung (13) und dem Innengewinde (11) werden
in einem Rotationsgusszyklus aus Polyethylen oder andere Kunststoffe hergestellt.
Nach der Fertigung des Innenbehälters (1) aus Polyethylen oder anderen Kunststoffen
durch Rotationssintern wird die Außenhaut des Innenbehälters (1) mit einer oder mehreren
Infrarotwärmequellen oder offenen Flammen oberflächlich aufgeschmolzen und in diese
aufgeschmolzene Schicht (17) ein Baumwollgewebe mit einer niedrigen Flächendichte
eingearbeitet.
Die metallische Anschlussstücke (6,7) mit seinem gewölbten Flanschen (8), der an die
Wölbung der Vertiefung(5) der Stirnseite (3,4) angepasst ist, wird danach mit seinem
Außengewinde (14) in das Innengewinde (11) des Kragens (9) eingeschraubt und dabei
wird der gewölbte Flansch (8) der Anschlussstücke (6,7) gleichzeitig in die Vertiefung
(5) der Stirnseite (3,4) über die Bohrungen (16) im gewölbten Flansch mittels durch
flüssiges durch Verbrennen von Polyetylenstäben abtropfendes Polyethylen formschlüssig
eingeschweißt und mit Silikon und Kleber abgedichtet. Beide Gewinde sind in ihrer
Länge miteinander so angepasst, dass der gewölbte Flansch (8) der Anschlussstücke
(6,7) formschlüssig mit den Stirnseite (3,4) des Innenbehälters (1) verschweißt und
mit Silikon und Kleber abgedichtet ist.
Danach wird der Innenbehälter (1) mit den in den Stirnseiten (3,4) eingeschweißten
und eingeschraubten Anschlussstücken (6,7) mit einer faserverstärkten Armierung als
ein aus mit Epoxidharz getränkten Carbon- und/oder Glasfasern bestehender Außenmantel
(2) formschlüssig umwickelt, wobei die oberen Enden des zylindrischen Mittelteils
(13) der Anschlussstückes (6,7) von der Armierung ausgenommen werden.
Der Innenbehälter (1) kann aber auch durch andere kunststoffformende Verfahren wie
Blasen, Spritzgießen, Rotationssintern usw. hergestellt werden. Die Erfindung bezieht
sich also nicht allein auf den im Rotationsgießen hergestellten Innenbehälter.
[0010] Mit dem erfindungsgemäßen Druckbehälter wird eine Druckbehälter geschaffen, der auf
Grund seines Aufbaus für die Lagerung und Speicherung von fluiden und gasförmigen
Medien für sehr hohe Drücke, insbesondere für 700 bar und darüber geeignet ist. Durch
die eingesetzten Materialien, wie Polyethylen, und das Fehlen von Nähten im Innenbehälter
und Fluorieren des Innenbehälters ist die Gefahr der Diffusion von Gasen durch den
Innenbehälter ausgeschlossen. Damit eignet sich dieser Druckbehälter insbesondere
für die Lagerung und Speicherung von Wasserstoff. Aber auch andere leichtdiffundierende
Medien können gelagert und gespeichert werden.
Außerdem können durch die Ausgestaltung der Stirnseiten (3,4) beispielsweise an der
Stirnseite (3) eine Armatur zum Füllen des Druckbehälters und an der Stirnseite (4)
ein Manometer zum Messen des Druckes im Behälter angebracht werden.
1. Druckbehälter bestehend aus einem Innenbehälter (1) aus Kunststoff mit Stirnseiten
(3,4) und an den Stirnseite (3,4) angeordneten Kragen (10) sowie aus einem Außenmantel
(2) aus einer faserverstärkten Armierung, wobei zwischen Innenbehälter (1) und dem
Außenmantel (2) an den Stirnseiten (3,4) Anschlusstücke (6,7) und Vertiefungen (5)
für Anschlussstücke (6,7) angeordnet sind, die mit an die Wölbung der Stirnseiten
(3,4) angepassten und gewölbten Flanschen (8) versehen sind und wobei an den Stirnseite
(3,4) des Innenbehälters (1) eine Öffnung (11) mit einem nach innen in den Innenbehälter
gerichteten Kragen (10) mit einer Innenbohrung (14) und einem, das Außengewinde eines
Mittelteils (13) des gewölbten Flansches (8) aufnehmende Innengewinde (11) angeordnet
sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenbehälter (1) mit einem in die aufgeschmolzene Außenhaut des Innenbehälters
(1) eingearbeiteten Gewebe (15) versehen ist und in den gewölbten Flansche (8) der
Anschlussstücke (6,7) Bohrungen (16) angeordnet sind, über die eine formschlüssige
Verbindung durch Verschweißen des Innenbehälter (1) mit den gewölbten Flanschen (8)
mittels tropfenbildendes Verbrennen von Kunststoff hergestellt und mit Silikon und
Kleber abgedichtet ist.
2. Druckbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das in die Außenhaut des Innenbehälters (1) eingearbeitete Gewebe (15) als ein Gewebe
mit geringer bis mittlerer Flächendichte ausgebildet ist
3. Druckbehälter nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewebe (15) ein Bauwollgewebe oder eine Drahtgewebe aus Metall oder Kunststoff
ist.
4. Druckbehälter nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Flansche (8) mittels der Bohrungen (16) mit den Stirnseiten (3,4) des Innenbehälters
(1) über die Bohrungen (16) mit den Vertiefungen (5) mit flüssigem aus der tropfenbildenden
Verbrennung von Kunstoffen abtropfendes Kunststoff formschlüssig verschweißt verbunden
sind.
5. Druckbehälter nach Anspruch 1-4 dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussstücke (6,7) aus dem zylindrischen Mittelteil(13) mit einem an den zylindrischen
Mittelteil (13) radial nach außen gehenden, an die Wölbung der Vertiefung (5) der
Stirnseite (3,4) angepassten gewölbten Flansche (8) mit einer, an die Tiefe (a) der
Vertiefung (5) angepassten, Stärke, besteht, wobei im zylindrischen Mittelteil (12)
eine axial Bohrung (10) und außen am unteren Ende ein, an das Innengewinde (13) des
Kragens (9) angepasstes, Außengewinde (14) angeordnet ist.
6. Druckbehälter nach Anspruch 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Innengewinde (11) des Kragens (9) und das Außengewinde (14) des zylindrischen
Mittelteils (12) der Anschlussstückes (6,7) als kegliges, selbstabdichtendes Gewinde
mit einer Gewindelänge, die eine formschlüssige Verbindung zwischen der Vertiefung
(5) und den gewölbten Flanschen (8) erlaubt, ausgebildet ist.
7. Druckbehälter nach Anspruch 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenbehälter (1) mit seinen Stirnseiten (3,4) und mit den in den Vertiefungen
(5) angeordneten Anschlussstücke (6,7) mit einem Außenmantel (2) aus faserverstärkter
Armierung versehen ist,
8. Druckbehälter nach Anspruch 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenmantel aus in Epoxid- oder Phenolharzen eingebetteten Fasern, wie Kohlenstoff-,
Glas-, Aramid-, Bor-, oder AI203- Fasern besteht.
9. Druckbehälter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenmantel (2) aus einer faserverstärkten Armierung aus Kohlenstofffasern mit
einer auf diese Armierung angeordneten zweiten Armierung aus Glasfasern besteht.
10. Druckbehälter nach Anspruch 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, das als Kunststoff Polyethylene (PE) oder Polyoxymethylene (POM), Polyamide (PA)
oder Polypropylene (PP) ausgewählt sind.
11. Verfahren zur Herstellung eine Druckbehälters aus Kunststoff mit einer faserverstärkten
Armierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Innenbehälter (1) mit Stirnseiten (3, 4) und einem an einer Stirnseite (3,4)
angeordneten Kragen (9) sowie Vertiefungen (5) für Anschlussstücke (6,7) mittels Rotationsgießen
oder Rotationssintern hergestellt, die Außenhaut des Innenbehälters (1) mittels einer
Heizquelle in geringer Tiefe aufgeschmolzen und ein Gewebe (15) in die aufgeschmolzene
Außenhaut (17) gewickelt und/oder geklebt sowie auf das in die Außenhaut des Innenbehälters
eingearbeitete Gewebe (115) eine faserverstärkte Armierung (2) aufgetragen wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussstücke (6,7) über die Bohrungen (20) in den gewölbten Flanschen (8)
mittels durch Tropfenbildung verbrennender Kunststoffstäbe entstehender Tropfen mit
den Vertiefungen (5) in den Stirnseiten (3,4) formschlüssig verschweißt und mit Silikon
und Kleber abgedichtet werden.