DE102007000244A1

DE102007000244A1 - Druckgasbehälter, insbesondere für Fahrzeuge, und ein Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102007000244A1
Application number: DE200710000244
Authority: DE
Inventors: Andreas Dr. Rynbarczyk; Hans Hollinger
Original assignee: AUTOMOTIVE COMPONENTS PENZBERG; AUTOMOTIVE COMPONENTS PENZBERG GmbH
Current assignee: AUTOMOTIVE COMPONENTS PENZBERG; AUTOMOTIVE COMPONENTS PENZBERG GmbH
Priority date: 2007-04-25
Filing date: 2007-04-25
Publication date: 2008-12-11

Abstract

Ein Druckgasbehälter, insbesondere für Fahrzeuge, ist von mindestens zwei Behälterteilen (1, 2) gebildet, die jeweils einen Hohlzylinderabschnitt (11, 21) und fügeseitig einen durch Umformen ausgebildeten Konusabschnitt (13, 23) haben sowie an den Konusabschnitten (13, 23) zusammenfügbar und miteinander verklebbar sind, wobei der Konusabschnitt (13, 23) mindestens über den Innen- oder Außenumfang (15, 25 oder 17, 27) des Hohlzylinderabschnitts (11, 21) radial vorsteht.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf einen Druckgasbehälter, insbesondere für Fahrzeuge, und auf ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Druckgasbehälters.
Stand der Technik
Druckgasbehälter für Fahrzeuge, beispielsweise Druckluftbehälter für Bremskraftanlagen und pneumatische Hilfseinrichtungen an Lastkraftwagen, Omnibussen und Schienenfahrzeugen oder ähnlichen Nutzfahrzeugen bestehen üblicherweise aus Stahlblechen.
Ein Beispiel eines derartigen Druckluftbehälters 100 ist schematisch in 4 gezeigt. Dieser setzt sich aus einem kreiszylindrischen Teil (Zylinderbauteil) 101, welcher/s üblicherweise aus einem gewöhnlichen Stahlblech gerollt und anschließend an den entsprechenden an der Mantelfläche längsverlaufenden Fügeflächen verschweißt wird, und zwei nach außen gewölbten Böden 102, 103 zusammen.
An einem der Böden 103, 103 ist ein Anschlussbauteil 104 für einen Druckluftanschluss ausgebildet. Üblicherweise ist das Anschlussbauteil 104 aus einer oder auch mehreren Schweißmuttern ausgebildet. Weiter ist an der Mantelfläche des Zylinderbauteils 101 ein Anschlussbauteil 105 zur Entwässerung des Druckluftbehälters angebracht, vorzugsweise angeschweißt. Dieses Anschlussbauteil 105 ist üblicherweise mit einem nicht gezeigten Entwässerungsventil versehen.
Die einzelnen Bauteile, das heißt das Zylinderbauteil 101 und die Böden 102, 103, werden durch Umformen ausgebildet. Dann werden die einzelnen Bauteile, einschließlich jener Flächen, die den späteren Behälterinnenraum ausbilden, bereits vor einem Schweißvorgang, durch den die Bauteile miteinander verbunden werden, mit einer geeigneten Beschichtung, bevorzugterweise einer kathodischen Tauchlackierung (KTL), beschichtet, die einen Schutz vor Steinschlag und einen ausreichenden Korrosionsschutz der Bauteile gewährleistet. Nach Reinigung der entsprechenden Fügebereiche an den einzelnen Bauteilen werden diese durch Schweißen verbunden.
Dabei ergibt sich jedoch die Schwierigkeit, dass die KTL Beschichtung durch die Wärme des Schweißvorgangs in der Nähe der Schweißstellen an den jeweiligen Innen- und Außenflächen der Bleche beschädigt wird. Deshalb muss der fertig verschweißte Druckluftbehälter an seinen Außenflächen zum Schutz vor Umwelteinflüssen mit einer Grundierung beschichtet bzw. lackiert werden. Dadurch wird jedoch im Behälterinnenraum an den Flächen in der Nähe der Schweißstellen kein Korrosionsschutz erhalten. Ein Korrosionsschutz im Behälterinneren kann ausschließlich dadurch erreicht werden, dass ein flüssiges Korrosionsschutzmittel zunächst in den Behälter eingefüllt, der Behälter entsprechend geschwenkt und das überschüssige Korrosionsschutzmittel abgelassen wird, welches einen erheblichen Aufwand zum Aufbringen eines Korrosionsschutzes darstellt.
Alternativ kann daher die KTL Beschichtung und/oder Grundierung erst nach dem Verschweißen der jeweiligen Behälterbauteile aufgebracht werden, um so den Korrosionsschutz für den Behälter gegenüber den obigen Verfahren zu verbessern.
Im Übrigen sind solche herkömmlichen Druckluftbehälter jedoch konzeptbedingt relativ schwer. Obwohl hinsichtlich der Festigkeit eine geringere Blechstärke ausreichen würde, um den Betriebsdrücken standzuhalten, müssen die Bauteile eine größere Blechstärke aufweisen, um den thermischen Veränderungen und Spannungen im Materialgefüge durch die Wärmeeinwirkung aufgrund des Schweißens ausreichend entgegenwirken bzw. widerstehen zu können.
Einen etwas anders aufgebauten Druckluftbehälter in Kraftfahrzeugen zeigt die EP 1 106 277 A2 . Dieser ist durch zwei ungefähr gleich große Behälterhälften ausgebildet, welche an ihren öffnungsseitigen Enden durch eine besonders gefalzte Verbindung miteinander verbunden sind. Insbesondere werden zunächst an beiden Behälterhälften an den öffnungsseitigen Enden umfangsseitig umlaufende, etwa rechtwinklig zu den Hälften abragende Stegränder gebildet. Die Stegränder werden unter zusätzlicher Verwendung eines Dichtmittels zu der gemeinsam gebildeten, umlaufenden besonders gefalzten Verbindung umgeformt, so dass sichergestellt ist, dass die beiden Behälterhälften fest und dicht miteinander verbunden sind. Dabei kann das Dichtmittel auch zusätzlich klebende Eigenschaften haben. Die mehrfache Materialumformung an dieser gefalzten Verbindungsstelle ist jedoch kompliziert und belastet das Material sehr stark.
Darstellung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Druckgasbehälter, insbesondere für Fahrzeuge, und ein verbessertes Verfahren zur Herstellung des Druckgasbehälters vorzuschlagen, so dass eine einfache und kostengünstige Herstellung des Druckgasbehälters ermöglicht wird.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch einen Druckgasbehälter, insbesondere für Fahrzeuge, und durch ein Verfahren zur Herstellung eines Druckgasbehälters, insbesondere für Fahrzeuge, gemäß der jeweiligen Merkmalskombination der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung ist ein Druckgasbehälter, insbesondere für Fahrzeuge vorgesehen, welcher von mindestens zwei Behälterteilen gebildet ist, die jeweils einen Hohlzylinderabschnitt und fügeseitig einen durch Umformen ausgebildeten Konusabschnitt haben sowie an den Konusabschnitten zusammenfügbar und miteinander verklebbar sind, wobei der Konusabschnitt mindestens über den Innen- oder Außenumfang des Hohlzylinderabschnitts radial vorsteht.
Der Druckgasbehälter gemäß dem zuvor genannten Gesichtspunkt kann einfach und kostengünstig hergestellt werden, da die Hohlzylinderabschnitte fügeseitig die durch Umformen ausgebildeten, zueinander korrespondierenden Konusabschnitte haben, und somit eine einfache Ausgestaltung einer zusammenfügbaren und verklebbaren Verbindung erlauben.
Weiter treten durch das Verkleben (nichtthermisches Fügen) an den und in der Nähe der Klebeflächen keine thermischen Veränderungen im Materialgefüge auf, da beim Verkleben der Behälterteile keine bzw. nur eine geringfügige Erwärmung der Konusabschnitte auftreten kann.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist der, dass der an den Konusabschnitten ausgebildete Klebebereich durch die doppelte Wandstärke im Konusabschnittsbereich eine hohe Beulstabilität aufweist. Damit kann die Materialstärke der Behälterteile und somit das Gesamtgewicht des Druckgasbehälters reduziert werden.
Vorzugsweise liegen in dem Druckgasbehälter der Erfindung eine Umfangsmittellinie des Hohlzylinderabschnitts und ein mittlerer Bereich des Konusabschnitts übereinander.
Somit ist sicher gestellt, dass die Umfangsmittellinie (das heißt, die „neutrale" Faser) des jeweiligen Hohlzylinderabschnitts der beiden Behälterteile durch einen mittleren Bereich der Konusabschnitte (das heißt, einen Klebebereich) hindurchtritt. Somit kann sichergestellt werden, dass keine großen bzw. gar keine zusätzlichen Biegemomente an dem Klebebereich auftreten, wenn dieser durch zum Beispiel im Behälter wirkende Druckkräfte, etc. beansprucht wird.
Vorzugsweise ist in dem Druckgasbehälter der Erfindung der zuvor genannte mittlere Bereich des Konusabschnitts eine umlaufende Linie des Konusabschnitts, die die Länge des Konusabschnitts in axialer Richtung des Druckgasbehälters in zwei gleich große Hälften teilt. Alternativ kann der mittlere Bereich des Konusabschnitts auch eine umlaufende Linie des Konusabschnitts sein, welche die Fläche des Konusabschnitts in zwei gleich große Hälften teilt.
Der Druckgasbehälter gemäß den zuvor genannten Ausführungsformen stellt sicher, wie bereits zuvor beschrieben ist, dass keine zusätzlichen Biegemomente aufgrund von diversen Beanspruchungen (zum Beispiel von im Behälter wirkenden Druckkräften) an dem Klebebereich auftreten können. Somit können die auftretenden Spannungen in dem Klebebereich deutlich reduziert werden.
Vorzugsweise haben die Hohlzylinderabschnitte der Behälterteile den gleichen Durchmesser.
Vorzugsweise sind die Behälterteile des Druckgasbehälters der Erfindung aus Blech, insbesondere Stahlblech, hergestellt.
Für den Druckgasbehälter gemäß den zuvor genannten Ausführungsformen können die Behälterteile aus anderen metallischen Werkstoffen, wie zum Beispiel Messing, Aluminium, nichtrostende Stähle, hochfeste Stähle, etc., hergestellt sein. Im Falle, dass die Behälterteile aus Aluminium hergestellt sind, kann das Gesamtgewicht des Druckgasbehälters im Vergleich zu einem Behälter aus Stahlblech reduziert werden.
Vorzugsweise haben die Hohlzylinderabschnitte und die Konusabschnitte im Wesentlichen die gleiche Materialdicke.
Vorzugsweise enthält ein Klebstoff zur Verbindung der Konusabschnitte und/oder der Konusabschnitt Abstandhalter zur Einhaltung einer vorgegebenen Schichtdicke des Klebstoffs.
Bei dem Druckgasbehälter gemäß den bevorzugten Ausführungsformen sind in dem Klebstoff Abstandhalter zur Einhaltung der vorgegebenen Schichtdicke des Klebstoffs beigemischt und/oder an den Konusabschnitten selbst Abstandhalter ausgebildet, wodurch ein exaktes Ausrichten der beiden Behälterteile an den Konusabschnitten sowohl in Axial- als auch in Radialrichtung möglich ist. Durch die durch die Abstandhalter vorgegebene Schichtdicke des Klebstoffs ist somit eine gleichmäßige Verteilung des Klebstoffs gegeben bzw. nach der Aushärtung des Klebstoffs bildet dieser eine Dämpfungsschicht, die eine Entstehung von das Material und die Klebeverbindung gefährdenden Spannungsspitzen zuverlässig ausschließt.
Vorzugsweise sind die Abstandhalter des Klebstoffs Kugelelemente, welche in dem Klebstoff beigemischt und vorzugsweise aus Glas hergestellt sind. Die Kugelelemente haben ein einheitliches radiales Abmaß, das heißt, sie sind drehsymmetrisch ausgebildet. Somit ist unabhängig von der jeweiligen Lage der Kugelelemente in dem Klebstoff sichergestellt, dass diese beim Zusammenfügen der Behälterteile immer eine gleichmäßige, vorbestimmte Schichtdicke des Klebstoffs definieren. Alternativ können statt den Kugelelementen nicht drehsymmetrische Elemente dem Klebstoff als Abstandhalter wie zum Beispiel Stabelemente, zylinderförmige oder pyramidenförmige Elemente, etc. zugefügt sein.
Vorzugsweise sind die Abstandhalter des jeweiligen Konusabschnitts Vorsprünge, die an diesem Konusabschnitt ausgebildet sind. Diese können entweder an einem der Konusabschnitte oder an beiden Konusabschnitten der Behälterteile ausgebildet sein. Diese Vorsprünge können steg- oder punktförmige Prägungen bzw. Ausbuchtungen sein, welche von dem jeweiligen Konusabschnitt in Richtung des korrespondierenden Konusabschnitts vorstehen. Alternativ können zusätzlich zu diesen Vorsprüngen an den Konusabschnitten auch die dem Klebstoff beigemischten Kugelelemente, Stabelemente, zylinderförmige oder pyramidenförmige Elemente, etc., wie zuvor erwähnt, als Mittel zum Erzeugen der vorgegebenen Schichtdicke des Klebstoffs vorgesehen sein.
Vorzugsweise bilden in dem Behälter der vorliegenden Erfindung gegenseitige Anlageflächen der Konusabschnitte eine/n Klebefläche bzw. Klebebereich aus, die/der in axialer Richtung des Druckgasbehälters 20 bis 50 mm beträgt. Somit ist ein möglichst großflächiger an den Konusabschnitten umlaufender Klebebereich definiert, so dass eine gleichmäßige Spannungsverteilung und Kraftübertragung über den gesamten Klebebereich sichergestellt ist.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Druckgasbehälters, insbesondere für Fahrzeuge, vorgesehen, das die folgenden Verfahrensschritte aufweist:

– Erzeugen, insbesondere Tiefziehen, von mindestens zwei Behälterteilen, so dass sie jeweils einen Hohlzylinderabschnitt haben,
– Umformen des jeweiligen Hohlzylinderabschnitts, um fügeseitig einen Konusabschnitt auszubilden, so dass der jeweilige Konusabschnitt mindestens über den Innen- oder Außenumfang des Hohlzylinderabschnitts radial vorsteht,
– Zusammenfügen der zwei Behälterteile an den zueinander korrespondierenden Konusabschnitten, und
– Verkleben der zueinander korrespondierenden Konusabschnitte.

Das Verfahren zur Herstellung eines Druckgasbehälters gemäß dem zuvor genannten Gesichtspunkt ist einfach und kostengünstig, da die beiden Behälterteile durch Tiefziehen und fügeseitiges Umformen der tiefgezogenen Behälterteile in zueinander korrespondierende Konen ausgebildet werden, welche anschließend zusammengefügt und verklebt werden. Somit wird eine einfache Ausgestaltung einer zusammenfügbaren und verklebbaren Verbindung der beiden Behälterteile hergestellt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Verkleben durch einen Klebstoff mit Abstandhaltern zur Einhaltung einer vorgegebenen Schichtdicke des Klebstoffs erreicht.
Vorzugsweise weist das Verfahren ein Induktionserwärmen der Klebstoffschicht zu deren Aushärtung als weiteren Verfahrensschritt auf, um diese zu beschleunigen.
Bei dem Verfahren gemäß den zuvor genannten Ausführungsformen der Erfindung wird zunächst zur Bildung der zwei Behälterteile jeweils ein Blech, bevorzugterweise ein Stahlblech, umgeformt, bevorzugterweise tiefgezogen, wobei sie jeweils ein rohrförmiges Behälterteil (einen Hohlzylinderabschnitt) mit geschlossenem Boden (das heißt mit einem geschlossenen Ende) aufweisen.
Anschließend wird an einem offenen Ende des jeweiligen Behälterteils der Hohlzylinderabschnitt umgeformt, bevorzugterweise innenhochdruckumgeformt, gebogen oder gerollt, um an einem der Behälterteile einen radial nach innen geneigten Konusabschnitt und an dem anderen der Behälterteile einen radial nach außen geneigten Konusabschnitt derart auszubilden, dass der jeweilige Konusabschnitt mindestens über den Innen- oder Außenumfang des Hohlzylinderabschnitts radial vorstehend ist. Insbesondere sind die Konusabschnitte fügeseitig zueinander korrespondierend.
Danach werden die Behälterteile an ihren fügeseitig zueinander korrespondierenden Konusabschnitten mit einem Klebstoff versehen, der später zur Befestigung (zum Verkleben) dieser Abschnitte dient. Die Behälterteile werden anschließend mittels der korrespondierenden Konusabschnitte zusammengefügt, wodurch sich die beiden Behälterteile an den Konusabschnitten in Axial- als auch in Radialrichtung exakt ausrichten.
Bevorzugterweise wird durch einen Eingriff der Abstandhalter in dem Klebstoff und/oder der Abstandhalter, die zumindest an einem der Konusabschnitte ausgebildet sind, eine vorgegebene Schichtdicke des Klebstoffs an den Konusabschnitten eingehalten. Anschließend werden die korrespondierenden Konusabschnitte miteinander verklebt.
Nach dem Erreichen der vorgegebenen Schichtstärke kann optional ein Induktionserwärmen der Klebestoffschicht zur gegebenenfalls beschleunigten Aushärtung des Klebstoffs durchgeführt werden.
Kurze Beschreibung der Abbildungen der Zeichnungen
Anhand der angefügten Zeichnungen ist nachstehend ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
In den Zeichnungen ist Folgendes gezeigt:
1 ist eine schematische Seitenansicht eines Druckgasbehälters gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 ist eine Perspektivansicht von Behälterteilen, die den Druckgasbehälter gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung ausbilden;
3 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht des Ausschnitts A von 1, in welchem eine Verbindung der beiden Behälterteilen gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung detailliert gezeigt ist; und
4 ist eine schematische Seitenansicht eines Druckgasbehälters gemäß dem Stand der Technik.
Wege(e) zur Ausführung der Erfindung
Ein Druckgasbehälter, insbesondere für Fahrzeuge, und ein Verfahren zu dessen Herstellung ist nachstehend mit Bezug auf die 1 bis 3 beschrieben. Der Druckgasbehälter für Fahrzeuge ist beispielsweise ein Druckluftbehälter für Bremskraftanlagen und pneumatische Hilfseinrichtungen an Lastkraftwagen, Omnibussen und Schienenfahrzeugen oder ähnlichen Nutzfahrzeugen.
Der in 1 bis 3 gezeigte Druckgasbehälter besteht aus zwei Behälterteilen 1, 2, welche jeweils einen Hohlzylinderabschnitt 11, 12 und fügeseitig einen durch Umformen ausgebildeten Konusabschnitt 13, 23 haben (siehe 2). Die beiden Behälterteile 1, 2 sind an den zueinander korrespondierenden Konusabschnitten 13, 23 durch Kleben miteinander verbunden. Die besondere Ausgestaltung der Konusabschnitte 13, 23 ist nachstehend genauer erläutert.
An einem Bodenbereich des Behälterteils 1 ist ein Anschlussbauteil 4 mit einem oder mehreren Druckgasanschlüssen vorgesehen, um den Behälter mit Druckgas zu befüllen oder dieses aus dem Behälter wieder zu entnehmen. Weiter ist an der Mantelfläche des Behälterteils 2 ein Anschlussbauteil 5 zur Entwässerung des Behälters angebracht. Dieses Anschlussbauteil 5 ist mit einem nicht gezeigten Entwässerungsventil versehen.
Des Weiteren sind die Behälterteile 1, 2 aus Stahlblech ausgebildet. Die Anschlussbauteile 4, 5 können jeweils auch aus dem gleichen Material wie die Behälterteile sein bzw. können alternativ auch aus Messing, Aluminium, Kunststoff oder einem anderen Material sein.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel hat einer der Behälterteile 1, 2 eine fixe axiale Länge l_frx, in dem gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt l_fix zum Beispiel 320 mm. Der andere der Behälterteile 1, 2 hat eine variable axiale Länge l_1/2/3, in dem gezeigten Ausführungsbeispiel hat l_1/2/3 zum Beispiel ein Abmaß von 160 bis 320 mm. Diese Gestaltung der beiden Behälterteile ermöglicht eine Herstellung von Druckgasbehältern verschiedener Volumina in einer modularen Bauweise.
Des Weiteren sind die beiden Behälterteile 1, 2 einschließlich jener Flächen 15, 25, die den Behälterinnenraum ausbilden, mit einer geeigneten Beschichtung zum Beispiel einer kathodischen Tauchlackierung (KTL) beschichtet, um einen ausreichenden Korrosionsschutz für den gesamten Behälter zu gewährleisten. Da die beiden Behälterteile 1, 2 an den Konusabschnitten 13, 23 miteinander verklebt werden, wie später beschrieben ist, wird die KTL Beschichtung an den Klebestellen nicht beschädigt.
Die kathodische Tauchlackierung ist ein elektrochemisches Verfahren, bei dem die Behälterteile durch Eintauchen in ein Tauchbad beschichtet werden. Die Behälterteile werden in einen elektrisch leitfähigen, wässrigen Tauchlack eingetaucht. Zwischen den Behälterteilen und einer Gegenelektrode wird eine elektrische Spannung angelegt. Dann erfolgt die Lackabscheidung infolge von chemischen Umsetzungen eines Bindemittels durch einen elektrischen Stromfluss von der Gegenelektrode über den Tauchlack zu den Behälterteilen. Das Ergebnis ist eine sehr gleichmäßige KTL Beschichtung sämtlicher Behälterflächen mit einer harten und dichten Schicht gleichmäßiger Dicke.
Ferner bildet die KTL Beschichtung sogar einen hervorragenden Haftgrund zum Auftragen eines Klebstoffs und Verkleben von den Behälterteilen aus. Somit ist ein Entfernen der KTL Beschichtung an den Konusabschnitten 13, 23 nicht erforderlich bzw. erwünscht.
In 3 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht des Ausschnitts A von 1, in welchem eine Verbindung der beiden Behälterteilen 1, 2 detailliert gezeigt ist. Zur Verbesserung der Übersichtlichkeit ist die Schraffur sowohl der Hohlzylinderabschnitte 11, 21 als auch der zueinander korrespondierenden Konusabschnitte 13, 23 der jeweiligen Behälterteile 1, 2 weggelassen.
Der Hohlzylinderabschnitt 11 hat fügeseitig den durch Umformen (zum Beispiel Innenhochdruckumformen) ausgebildeten Konusabschnitt 13. Der Konusabschnitt 13 ist ein radial nach außen geneigter Konusabschnitt 13, welcher zumindest über einen Außenumfang 17 des Hohlzylinderabschnitts 11 radial nach außen vorstehend ist.
Der Hohlzylinderabschnitt 21 hat fügeseitig den durch Umformen (zum Beispiel Innenhochdruckumformen) ausgebildeten Konusabschnitt 23. Der Konusabschnitt 23 ist ein radial nach innen geneigter Konusabschnitt 23, welcher zumindest über einen Innenumfang 25 des Hohlzylinderabschnitts 25 radial nach innen vorstehend ist.
Beim Innenhochdruckumformen der Behälterteile 1, 2 werden zunächst die Hohlzylinderabschnitte 11, 21 bevorzugt auf ein Untermaß tiefgezogen, das heißt auf einen Außendurchmesser, der ein wenig kleiner als der spätere Nennaußendurchmesser des Behälters ist. Dann werden die jeweiligen tiefgezogenen Behälterteile in zugeordnete geschlossene Werkzeuge eingesetzt, welche die korrespondierenden Negativformen der Außenkontur der jeweiligen Hohlzylinderabschnitte mit den Konusabschnitten haben. Diese Behälterteile werden anschließend durch einen mittels eines Hydraulikfluids, welches in die Behälterteile gefüllt wird, aufgebrachten Innendrucks (bis ca. 3000 bar und höher) aufgeweitet, so dass sie sich an die Negativform der Werkzeuge anpassen.
Somit sind die jeweiligen Hohlzylinderabschnitte 11 und 21 mit den entsprechenden Konusabschnitten 13 und 23 derart ausgebildet, dass eine Anlagefläche 19 des Konusabschnitts 13 des Behälterbauteils 1 zu einer entgegengesetzten Anlagefläche 29 des Konusabschnitts 23 des Behälterbauteils 2 korrespondiert.
Die Behälterteile 1, 2 sind an ihren somit zueinander korrespondierenden Konusabschnitten 13, 23 durch einen Klebstoff 3 miteinander verbunden sind. Somit sind die beiden Behälterteile 1, 2 fügeseitig miteinander verklebt und bilden den fertigen Druckgasbehälter aus.
Der Klebstoff 3 bzw. die Gestaltung der Konusabschnitte 13, 23 mit Abstandhaltern ist später ausführlich beschrieben.
Bei einem Verfahren zur Herstellung des Druckgasbehälters wird zunächst zur Bildung der zwei Behälterteile 1, 2, deren Gestaltung vorstehend beschrieben ist, und die 1 bis 3 gezeigt sind, jeweils ein Blech, bevorzugterweise aus Stahl, vorzugsweise tiefgezogen, wodurch jeweils der Behälterteil 1, 2 mit dem Hohlzylinderabschnitt 11, 21 und dem geschlossenen Bodenbereich erzeugt wird.
Anschließend wird an dem offenen Ende des Behälterteils 1, 2 der entsprechende Hohlzylinderabschnitt 11, 13 umgeformt, bevorzugterweise innenhochdruckumgeformt, um an einem der Behälterteile 1, 2 den nach innen geneigten Konusabschnitt 23 und an dem anderen der Behälterteile 1, 2 den nach außen geneigten Konusabschnitt 13 auszubilden. Der nach innen geneigte Konusabschnitt 23 ist mindestens über den Innenumfang 25 des Hohlzylinderabschnitts 21 bzw. der nach außen geneigte Konusabschnitt 13 mindestens über den Außenumfang 17 des Hohlzylinderabschnitts 11 radial vorstehend.
Danach werden die Behälterteile 1, 2 an ihren zueinander korrespondierenden Konusabschnitten 13, 23 mit dem Klebstoff 3 versehen, der später zur Befestigung (das heißt zum Verkleben) dieser Abschnitte dient. Anschließend werden sie durch Zusammenfügen der korrespondierenden Flächen 19, 29 der Konusabschnitte 13, 23 in axialer und radialer Richtung ausgerichtet und zusammengefügt.
Durch einen Eingriff von den nicht gezeigten Abstandhaltern, die in dem Klebstoff 3 beigemischt sind, und/oder den Abstandhaltern, die an zumindest einem der Konusabschnitte 13, 23 als nicht gezeigte Vorsprünge ausgebildet sind, wird eine vorgegebene Schichtdicke des Klebstoffs 3 erreicht.
Somit werden die beiden Behälterteile 1, 2 an den als Klebeflächen wirkenden Flächen 19, 29 der Konusabschnitte 13, 23 miteinander verklebt, und somit ist der Behälter fertig ausgebildet.
Optional kann nach dem Erreichen der vorgegebenen Schichtstärke ein Induktionserwärmen der Klebstoffschicht des Klebstoffs 3 zur schnelleren Aushärtung des Klebstoffs 3 durchgeführt werden.
Das in den 1 bis 3 gezeigte Ausführungsbeispiel hat folgende Spezifikation bzw. Dimensionen:

– Material Behälterteile: tiefziehfähiges Stahlblech
– Zulässiger Druck im Behälter: bis 18 bar
– Behälternenndurchmesser: 310 mm
– Stahlblechdicke: 2 mm
– l_fix: 320 mm
– l_1/2/3: 160, 230 oder 320 mm
– Klebeflächenaxiallänge a: 30 mm
– Schichtdicke Klebstoff k, die über Glaskugeln im Klebstoff eingestellt wird: 0,5 mm
– Konuswinkel: zwischen 2° bis 5°

Bevorzugterweise ist wie vorstehend beschrieben das Material der Behälterteile tiefziehfähiger Stahl. Alternativ ist es möglich, auch andere Metalle wie zum Beispiel Aluminium, hochfeste Stähle, nichtrostende Stähle, Messing, etc. oder auch Kunststoffe für die Herstellung des Druckgasbehälters zu verwenden.
Alternativ können die Konusabschnitte statt durch Innenhochdruckumformen auch durch Rollen, Biegen oder andere geeignete Umformvorgänge ausgebildet werden.
Des Weiteren sollte angemerkt werden, dass, insbesondere wenn zum Beispiel ein großer Konuswinkel bei den zueinander korrespondierenden Konusabschnitten angewandt wird, der nach innen geneigte Konusabschnitt derart gestaltet sein kann, dass dieser zunächst radial nach außen gebogen ist, um dann in einen zweiten, radial nach innen geneigten Konusabschnitt überzugehen. Entsprechend ist auch der radial nach außen geneigte Konusabschnitt zunächst radial nach innen gebogen, um dann in einen zweiten, radial nach außen geneigten Konusabschnitt überzugehen.
Somit besteht der nach innen geneigte Konusabschnitt aus einem sich zu dem Konusabschnitt in die radial entgegengesetzte Richtung (das heißt nach außen) erstreckenden ersten, gebogenen Abschnitt und aus einem zweiten, radial nach innen geneigten, fügeseitigen Konusabschnitt. Der nach außen geneigte Konusabschnitt besteht aus einem sich zu dem Konusabschnitt in die radial entgegengesetzte Richtung (das heißt nach innen) erstreckenden ersten, gebogenen Abschnitt und aus einem zweiten, radial nach außen geneigten, fügeseitigen Konusabschnitt.
Somit ist für beliebige Konuswinkel gewährleistet, dass die beiden fügeseitigen Konusabschnitte zueinander korrespondierend sind, und dass die jeweiligen Hohlzylinderabschnitte den gleichen Außendurchmesser (Behälternenndurchmesser) haben können.
Ferner können die Hohlzylinderabschnitte unterschiedliche Außendurchmesser haben.
Als Klebstoffe werden hochfeste Einkomponenten- bzw. Zweikomponenten-Epoxydharz-Klebstoffe verwendet. Alternativ können auch andere Klebstoffarten wie zum Beispiel Schmelzklebstoffe, Lösungsmittelklebstoffe, etc. als Klebstoff verwendet werden.
Insbesondere sind beim Einsatz von Kunststoffen oder kunststoffähnlichen Materialien als Behältermaterial Epoxydharz-Klebstoffe am besten geeignet.
Zur Erhöhung der Haltekräfte und der Festigkeit des Klebstoffs werden die fügeseitigen Konusabschnitte, das heißt die Klebestelle, durch Induktionserwärmen vorübergehend auf eine Temperatur von 80° Celsius erwärmt. Nach ca. zwei Minuten ist der Klebstoff genügend ausgehärtet, um eine Handhabungssicherheit des Behälters zu gewährleisten. Dieses induktive Aushärtungsverfahren wird so bei Zweikomponenten-Epoxydharz-Klebstoffen angewandt, um die Aushärtung dieser Klebstoffe zu beschleunigen. Bei der Verwendung von Einkomponenten-Epoxydharz-Klebstoffen hingegen werden die fügeseitigen Konusabschnitte durch Induktionserwärmen auf eine Temperatur von ca. 180° Celsius für 30 Minuten erwärmt, um somit die Aushärtung dieser Klebstoffe zu beschleunigen.
Im Übrigen können Behälterteile aus unterschiedlichen Werkstoffen verklebt werden. Durch die elektrische und thermische Isolation durch den Klebstoff wird zum Beispiel die Bildung von Kontaktkorrosion verhindert. Somit können sogar Behälterteile aus Aluminium und Stahl miteinander verbunden werden.
Ferner können die Abstandhalter, die an zumindest einem der Konusabschnitte als Vorsprünge ausgebildet sind, steg- oder punktförmige Prägungen bzw. Ausbuchtungen sein, welche von dem jeweiligen Konusabschnitt in Richtung des korrespondierenden Konusabschnitts vorstehen. Diese können zum Beispiel durch entsprechende Prägeverfahren an den Konusabschnitten ausgebildet werden.
Durch den Druckgasbehälter gemäß der Erfindung bzw. durch das Verfahren zu dessen Herstellung besteht die Möglichkeit, in kürzester Zeit aus wenigen Behälterteilen eine Vielzahl von Druckgasbehältern mit unterschiedlichen Längen bereitzustellen. Entsprechend ist es möglich, individuell angepasste Druckgasbehälter in geringer Stückzahl je nach Bedarf kostengünstig herzustellen. Des Weiteren wird, da die Behälterteile miteinander verklebt werden, die KTL Beschichtung nicht beschädigt und somit kann eine nachfolgende Beschichtung oder Grundierung des fertigen Behälters weggelassen werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 1106277 A2 [0009]

Claims

Druckgasbehälter, insbesondere für Fahrzeuge, der von mindestens zwei Behälterteilen (1, 2) gebildet ist, die jeweils einen Hohlzylinderabschnitt (11, 21) und fügeseitig einen durch Umformen ausgebildeten Konusabschnitt (13, 23) haben sowie an den Konusabschnitten (13, 23) zusammenfügbar und miteinander verklebbar sind, wobei der Konusabschnitt (13, 23) mindestens über den Innen- oder Außenumfang (15, 25 oder 17, 27) des Hohlzylinderabschnitts (11, 21) radial vorsteht.
Druckgasbehälter gemäß Anspruch 1, wobei die Behälterteile (1, 2) aus Blech, insbesondere Stahlblech, hergestellt sind.
Druckgasbehälter gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei eine Umfangsmittellinie des Hohlzylinderabschnitts (11, 21) und ein mittlerer Bereich des Konusabschnitts (13, 23) übereinanderliegen.
Druckgasbehälter gemäß Anspruch 3, wobei der mittlere Bereich eine umlaufende Linie des Konusabschnitts (13, 23) ist, die die Länge des Konusabschnitts (13, 23) in axialer Richtung des Druckgasbehälters in zwei gleich große Hälften teilt.
Druckgasbehälter gemäß Anspruch 3, wobei der mittlere Bereich eine umlaufende Linie des Konusabschnitts (13, 23) ist, die die Fläche des Konusabschnitts (13, 23) in zwei gleich große Hälften teilt.
Druckgasbehälter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Hohlzylinderabschnitte (11, 21) den gleichen Durchmesser haben.
Druckgasbehälter gemäß einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei die Behälterteile (1, 2) aus Metall hergestellt sind.
Druckgasbehälter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Hohlzylinderabschnitte (11, 21) und die Konusabschnitte (13, 23) im Wesentlichen die gleiche Materialdicke haben.
Druckgasbehälter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei ein Klebstoff (3) zur Verbindung der Konusabschnitte (13, 23) und/oder der Konusabschnitt (11, 23) Abstandhalter zur Einhaltung einer vorgegebenen Schichtdicke des Klebstoffs enthält.
Druckgasbehälter gemäß Anspruch 9, wobei die Abstandhalter des Klebstoffs Kugelelemente sind.
Druckgasbehälter gemäß Anspruch 9 oder 10, wobei die Abstandhalter des Klebstoffs aus Glas hergestellt sind.
Druckgasbehälter gemäß Anspruch 9, wobei die Abstandhalter des Konusabschnitts (13, 23) Vorsprünge sind, die an dem Konusabschnitt (13, 23) ausgebildet sind.
Druckgasbehälter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei gegenseitige Anlageflächen der Konusabschnitte (13, 23) eine Klebefläche bilden, die in axialer Richtung des Druckgasbehälters 20 bis 50 mm beträgt.
Verfahren zur Herstellung eines Druckgasbehälters, insbesondere für Fahrzeuge, mit den folgenden Verfahrensschritten: Erzeugen, insbesondere Tiefziehen, von mindestens zwei Behälterteilen (1, 2), so dass sie jeweils einen Hohlzylinderabschnitt (11, 21) haben, Umformen des jeweiligen Hohlzylinderabschnitts (11, 21), um fügeseitig einen Konusabschnitt (13, 23) auszubilden, so dass der jeweilige Konusabschnitt (13, 23) mindestens über den Innen- oder Außenumfang (15, 25 oder 17, 27) des Hohlzylinderabschnitts (11, 21) radial vorsteht, Zusammenfügen der zwei Behälterteile (1, 2) an den zueinander korrespondierenden Konusabschnitten (13, 23), und Verkleben der zueinander korrespondierenden Konusabschnitte (13, 23).
Verfahren zur Herstellung eines Druckgasbehälters gemäß Anspruch 14, wobei das Verkleben durch einen Klebstoff (3) mit Abstandhaltern zur Einhaltung einer vorgegebenen Schichtdicke des Klebstoffs (3) erreicht wird.
Verfahren zur Herstellung eines Druckgasbehälters gemäß Anspruch 14 oder 15, wobei das Verfahren weiter folgenden Verfahrensschritt aufweist: Induktionserwärmen der Klebstoffschicht (3) zu deren Aushärtung.