DE102019130276B4 - Process for the production of a pressure tank for the storage of fuel in a motor vehicle and a pressure tank produced therewith - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Herstellung eines Drucktanks (100) für die Speicherung von Brennstoff in einem Kraftfahrzeug, mit den Schritten:- Bereitstellen eines aus thermoplastischem Kunststoff gefertigten Rohrstücks (112');- Bereitstellen von zwei Abschlussstücken (120) und Verschließen der stirnseitigen Enden des thermoplastischen Rohrstücks (112') mit den Abschlussstücken (120), wozu die Enden des thermoplastischen Rohrstücks (112') und/oder die Abschlussstücke (120) erwärmt und dann die Abschlussstücke (120) in axialer Richtung (L) in die offenen Enden des thermoplastischen Rohrstücks (112') eingepresst werden, wobei beim Einpressen der Abschlussstücke (120) an der Innenumfangsfläche des thermoplastischen Rohrstücks (112') umlaufende und an den inneren Stirnflächen der Abschlussstücke (120) anliegende Wülste (113) erzeugt werden;- Bereitstellen eines aus faserverstärktem Kunststoff gefertigten Rohrstücks (114'), welches auf das mit den Abschlussstücken (120) beidseitig verschlossene thermoplastische Rohrstück (112') aufgeschoben und dann am thermoplastischen Rohrstück (112') und/oder an den Abschlussstücken (120) befestigt wird.A method of manufacturing a pressure tank (100) for storing fuel in a motor vehicle, comprising the steps of: - providing a pipe section (112 ') made of thermoplastic material; - providing two end pieces (120) and closing the front ends of the thermoplastic pipe section (112 ') with the end pieces (120), for which the ends of the thermoplastic pipe piece (112') and / or the end pieces (120) are heated and then the end pieces (120) in the axial direction (L) into the open ends of the thermoplastic pipe piece (112 ') are pressed in, wherein when pressing in the end pieces (120) on the inner circumferential surface of the thermoplastic pipe section (112') surrounding beads (113) resting on the inner end surfaces of the end pieces (120) are produced; manufactured pipe section (114 '), which is attached to the thermoplastic which is closed on both sides with the end pieces (120) Ische pipe section (112 ') is pushed on and then attached to the thermoplastic pipe section (112') and / or to the end pieces (120).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Drucktanks für die Speicherung von Brennstoff in einem Kraftfahrzeug. Die Erfindung betrifft ferner einen erfindungsgemäß hergestellten Drucktank.The invention relates to a method for producing a pressure tank for storing fuel in a motor vehicle. The invention also relates to a pressure tank produced according to the invention.
In Kraftfahrzeugen werden zur Speicherung von Brennstoff, insbesondere zur Speicherung von Wasserstoff (H2) oder zur Speicherung von Erdgas (CNG) für den Antrieb des Kraftfahrzeugs, sowie gegebenenfalls auch zur Speicherung anderer Stoffe Drucktanks verwendet. In einem solchen Fahrzeugdrucktank (nachfolgend nur als Drucktank bezeichnet) herrschen Innendrücke von bis zu 750 bar und mehr. Solche Drucktanks weisen häufig einen sogenannten Liner und eine außen auf dem Liner aufgebrachte faserverstärkte Materialschicht (Faserummantelung) auf.In motor vehicles, pressure tanks are used to store fuel, in particular to store hydrogen (H 2 ) or to store natural gas (CNG) to drive the motor vehicle, and possibly also to store other substances. In such a vehicle pressure tank (hereinafter referred to as pressure tank) internal pressures of up to 750 bar and more prevail. Such pressure tanks often have a so-called liner and a fiber-reinforced material layer (fiber cladding) applied to the outside of the liner.
In der deutschen Offenlegungsschrift
- - Bereitstellen eines rohr- oder schlauchartigen Halbzeugs;
- - Aufbringen einer Faserummantelung auf das Halbzeug mittels eines Pultrusionsprozesses, wodurch ein mehrlagiger zylindrischer Hohlkörper erzeugt wird; und
- - Verschließen der offenen Stirnseiten des Holkörpers mit End- bzw. Abschlussstücken.
- - Provision of a tubular or hose-like semi-finished product;
- - Application of a fiber cladding to the semifinished product by means of a pultrusion process, whereby a multi-layer cylindrical hollow body is produced; and
- - Closing the open end faces of the hollow body with end pieces or end pieces.
Ein derart hergestellter Drucktank kann aufgrund seiner im Wesentlichen zylindrischen Bauform auch als röhrenförmiger Drucktank oder als Rohrspeicher bezeichnet werden.A pressure tank produced in this way can also be referred to as a tubular pressure tank or a pipe storage device due to its essentially cylindrical shape.
Die
Die
Die
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren des Patentanspruchs 1 wurde nun ein anderes Verfahren zum Herstellen eines Drucktanks geschaffen, welches ebenfalls sehr kurze Taktzeiten ermöglicht und somit insbesondere für die Serienfertigung von Drucktanks geeignet ist. Mit dem nebengeordneten Patentanspruch erstreckt sich die Erfindung auch auf einen Drucktank, welcher mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist. Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich analog für beide Erfindungsgegenstände aus den abhängigen Patentansprüchen, der nachfolgenden Erfindungsbeschreibung sowie der Zeichnung.With the method according to the invention of claim 1, another method for producing a pressure tank has now been created, which also enables very short cycle times and is therefore particularly suitable for the series production of pressure tanks. With the independent patent claim, the invention also extends to a pressure tank which is produced using the method according to the invention. Further developments and refinements of the invention result analogously for both subjects of the invention from the dependent patent claims, the following description of the invention and the drawing.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines (röhrenförmigen) Drucktanks für die Speicherung von Brennstoff in einem Kraftfahrzeug umfasst zumindest die folgenden, insbesondere in dieser Abfolge auszuführenden Schritte, wobei diese Schritte insbesondere automatisiert ausgeführt werden:
- - Bereitstellen eines aus thermoplastischem Kunststoff, insbesondere aus einem Polyamid (PA), gefertigten Rohrstücks (nachfolgend auch als thermoplastisches Rohstück bezeichnet) oder gleichwirkend eines Schlauchstücks, welches den Liner bildet;
- - Bereitstellen von zwei (vorgefertigten) End- bzw. Abschlussstücken und Verschließen der axialen bzw. stirnseitigen (noch offenen) Enden des thermoplastischen Rohrstücks mit diesen Abschlussstücken, wozu zumindest die Enden (Rohrenden) bzw. die axialen Endbereiche des thermoplastischen Rohrstücks und/oder die Abschlussstücke erwärmt werden, bspw. mittels Heißluft oder Heizstrahler (z. B. Infrarotstrahler), und dann die Abschlussstücke in axialer Richtung in die offenen Enden des thermoplastischen Rohrstücks eingepresst bzw. eingedrückt werden, was nacheinander oder an beiden Rohrenden gleichzeitig erfolgen kann, wobei beim Einpressen der Abschlussstücke an der Innenumfangsfläche des thermoplastischen Rohrstücks umlaufende und an den inneren Stirnflächen der Abschlussstücke anliegende Wülste erzeugt werden;
- - Bereitstellen eines aus faserverstärktem Kunststoff (FVK) gefertigten Rohrstücks (oder gleichwirkend eines Schlauchstücks), welches die Faserummantelung bildet und hierzu auf das (zuvor) mit den Abschlussstücken beidseitig verschlossene thermoplastische Rohrstück (axial) aufgeschoben wird (bzw. das beidseitig verschlossene Rohrstück wird in das FVK-Rohrstück eingeschoben) und dann am thermoplastischen Rohrstück und/oder an den Abschlussstücken befestigt bzw. fixiert wird.
- - Provision of a pipe section made of thermoplastic material, in particular a polyamide (PA) (hereinafter also referred to as a thermoplastic blank) or a hose section which has the same effect and which forms the liner;
- - Provision of two (prefabricated) end pieces or end pieces and closing the axial or front (still open) ends of the thermoplastic pipe section with these end pieces, including at least the ends (pipe ends) or the axial end regions of the thermoplastic pipe piece and / or the End pieces are heated, for example by means of hot air or radiant heaters (e.g. infrared heater), and then the end pieces are pressed or pressed in the axial direction into the open ends of the thermoplastic pipe section, which can take place one after the other or at both pipe ends at the same time, with Pressing in the terminating pieces on the inner circumferential surface of the thermoplastic pipe section produces circumferential beads that rest against the inner end faces of the terminating pieces;
- - Provision of a pipe section made of fiber-reinforced plastic (or a hose section with the same effect), which forms the fiber sheathing and for this purpose is pushed (axially) onto the thermoplastic pipe section closed on both sides with the end pieces (or the pipe section closed on both sides is in the FRP pipe section is pushed in) and then attached or fixed to the thermoplastic pipe section and / or to the end pieces.
Das aus faserverstärktem Kunststoff gefertigte Rohrstück (nachfolgend auch als FVK-Rohrstück bezeichnet) ist insbesondere aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff (GFK) oder aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff (CFK) gefertigt und weist bevorzugt eine duroplastische Kunststoffmatrix auf, die ausgehärtet oder zumindest angehärtet ist. Es kann aber auch eine thermoplastische Kunststoffmatrix vorgesehen sein. Nach dem Aufschieben kann das Befestigen am thermoplastischen Rohrstück und/oder an den Abschlussstücken durch Verkleben, radiales Verpressen bzw. Aufpressen und/oder Anbringen wenigstens eines Fügehilfsmittels (z. B. eines Sicherungsstifts, eines Sicherungsrings, einer äußeren Armierung oder Ähnlichem) erfolgen.The pipe section made of fiber-reinforced plastic (hereinafter also referred to as FRP pipe section) is made in particular from a glass fiber reinforced plastic (GRP) or from a carbon fiber reinforced plastic (CFRP) and preferably has a thermosetting plastic matrix that is hardened or at least partially hardened. However, a thermoplastic plastic matrix can also be provided. After sliding on, it can be attached to the thermoplastic pipe section and / or to the end pieces by gluing, radial pressing or pressing and / or attaching at least one joining aid (e.g. a locking pin, a locking ring, an outer reinforcement or the like).
Das thermoplastische Halbzeug kann beim Einpressen der Abschlussstücke in einem Werkzeug angeordnet werden, welches den Außendurchmesser des Rohrstücks konstant hält, sodass eine Aufweitung verhindert wird. Das Werkzeug kann hierzu mit einer entsprechenden Kavität ausgebildet sein, in die das Rohrstück eingelegt wird. Ferner kann das Werkzeug eine Heizung aufweisen, mit der zumindest die Enden (Rohrenden) bzw. die axialen Endbereiche des zuvor im Werkzeug angeordneten thermoplastischen Rohrstücks zum Einpressen der Abschlussstücke erwärmt werden können.When the end pieces are pressed in, the thermoplastic semi-finished product can be arranged in a tool which keeps the outer diameter of the pipe section constant, so that expansion is prevented. For this purpose, the tool can be designed with a corresponding cavity into which the pipe section is inserted. Furthermore, the tool can have a heater with which at least the ends (pipe ends) or the axial end regions of the thermoplastic pipe section previously arranged in the tool can be heated for pressing in the end pieces.
Das im Werkzeug (s. o.) angeordnete thermoplastische Rohrstück kann beim Einpressen der Abschlussstücke, zumindest in der Endphase der Einpressvorgänge, mit einem Dorn, insbesondere mit einem zerlegbaren Dorn, oder mittels Innendruck, insbesondere mittels Gas(innen)druck, abgestützt werden, wodurch unerwünschte Relativbewegungen zwischen dem Rohrstück und dem Werkzeug sowie Stülp- bzw. Staucheffekte verhindert oder zumindest verringert werden können.The thermoplastic pipe section arranged in the tool (see above) can be supported with a mandrel, in particular with a dismountable mandrel, or by means of internal pressure, in particular by means of gas (internal) pressure, when the end pieces are pressed in, at least in the final phase of the press-in process, whereby undesired relative movements can be prevented or at least reduced between the pipe section and the tool as well as everting or upsetting effects.
Beim Einpressen der Abschlussstücke werden an der Innenumfangsfläche des thermoplastischen Rohrstücks umlaufende Wülste erzeugt, die an den inneren Stirnflächen der Abschlussstücke anliegen und dadurch die Abdichtung verbessern. Diese Umfangswülste werden beim Einpressen durch eine plastische Materialscherung innerhalb der Wandung des thermoplastischen Rohrstücks erzeugt, indem die Abschlussstücke an der Innenumfangsfläche das thermoplastische Kunststoffmaterial quasi vor sich herschieben bzw. nach innen wegdrücken.When the end pieces are pressed in, circumferential beads are produced on the inner circumferential surface of the thermoplastic pipe section, which bear against the inner end faces of the end pieces and thereby improve the seal. These circumferential beads are produced during the pressing in by plastic material shear within the wall of the thermoplastic pipe section, in that the end pieces on the inner circumferential surface quasi push the thermoplastic plastic material in front of them or push it away inward.
Die beim Einpressen in das thermoplastische Rohrstück eingepressten bzw. einzupressenden Abschnitte (Axialabschnitte) der Abschlussstücke können bezüglich des Innendurchmessers des thermoplastischen Rohrstücks durchmessergrößer und bezüglich des Außendurchmesser des thermoplastischen Rohrstücks durchmesserkleiner ausgebildet sein. Dadurch kommt es beim Einpressen dieser Abschlussstücke innerhalb der Wandung des thermoplastischen Rohrstücks zu einer Scherbeanspruchung und im Weiteren zu einer plastischen Materialscherung in axialer Richtung, wodurch formschlüssige und dichte Verbindungen zwischen den Abschlussstücken und dem thermoplastischen Rohrstück sowie gegebenenfalls auch umlaufende Wülste (wie obenstehend erläutert) erzeugt werden können. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Abschlussstücke in diesen Abschnitten wenigstens eine Stufe und/oder wenigstens einen konischen (sich in axialer Richtung nach außen vergrößernden) Bereich aufweisen, was die Scherwirkung begünstigt. Bevorzugt sind diese Abschnitte mehrstufig, insbesondere mit einer Stufenkaskade, ausgebildet.The sections (axial sections) of the end pieces that are pressed or to be pressed into the thermoplastic pipe section during the pressing process can have a larger diameter with regard to the inner diameter of the thermoplastic pipe section and smaller diameter with regard to the outer diameter of the thermoplastic pipe section. As a result, when these end pieces are pressed in within the wall of the thermoplastic pipe section, there is shear stress and furthermore plastic material shear in the axial direction, which creates form-fitting and tight connections between the end pieces and the thermoplastic pipe section and, if necessary, circumferential beads (as explained above) can be. It is preferably provided that the end pieces in these sections have at least one step and / or at least one conical area (which enlarges outward in the axial direction), which promotes the shear effect. These sections are preferably designed in multiple stages, in particular with a cascade of stages.
Die Abschlussstücke können nach dem Einpressen axial überstehen, d. h. in axialer Richtung aus dem thermoplastischen Rohrstück herausragen, wobei dann bevorzugt vorgesehen ist, dass das aufgeschobene FVK-Rohrstück an diesen überstehenden Abschnitten befestigt wird, wie bspw. oben angegeben.After being pressed in, the end pieces can protrude axially, i. H. protrude in the axial direction from the thermoplastic pipe section, in which case it is then preferably provided that the pushed-on FRP pipe section is fastened to these protruding sections, as stated, for example, above.
Das thermoplastische Rohrstück kann in einem vorausgehenden Verfahrens- oder Fertigungsschritt durch Extrusion hergestellt werden, wobei dann bevorzugt vorgesehen ist, dass die Abschlussstücke nach dem Extrudieren (und gegebenenfalls nach dem Abtrennen bzw. Ablängen des Rohrstücks vom Extrudat) unter Ausnutzung der Extrusions(rest)wärme eingepresst werden. Möglicherweise kann dann ein gesondertes Erwärmen der Abschlussstücke und/oder der Enden des thermoplastischen Rohrstücks entfallen.The thermoplastic pipe section can be produced in a preceding process or manufacturing step by extrusion, in which case it is then preferably provided that the end pieces heat after extrusion (and, if necessary, after separating or cutting the pipe section from the extrudate) using the extrusion (residual) heat be pressed in. Separate heating of the end pieces and / or the ends of the thermoplastic pipe section may then be omitted.
Die Abschlussstücke können aus Metall, insbesondere aus einer Stahl- oder Aluminiumlegierung, gebildet bzw. gefertigt sein. Die Abschlussstücke können aber auch aus Kunststoff, insbesondere aus einem thermoplastischen Kunststoff, gegebenenfalls auch mit Faserverstärkung, gebildet bzw. gefertigt sein (bspw. als Kunststoffspritzgussteile), sodass sich zwischen den eingepressten Abschlussstücken und dem thermoplastischen Rohrstück auch stoffschlüssige Verbindungen ausbilden können.The end pieces can be formed or manufactured from metal, in particular from a steel or aluminum alloy. The end pieces can, however, also be formed or manufactured from plastic, in particular from a thermoplastic material, optionally also with fiber reinforcement (e.g. as plastic injection molded parts), so that material connections can also be formed between the pressed-in end pieces and the thermoplastic pipe section.
Bevorzugt erfolgt das Einpressen der Abschlussstücke in das thermoplastische Rohrstück weggesteuert, um eine vorgesehene Einpresstiefe zu gewährleisten. Das Einpressen kann aber auch kraftgesteuert erfolgen.The end pieces are preferably pressed into the thermoplastic pipe section in a path-controlled manner in order to ensure an intended press-in depth. Pressing in can also take place in a force-controlled manner.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Die in den Figuren der Zeichnung gezeigten und/oder nachfolgend erläuterten Merkmale können, auch unabhängig von bestimmten Merkmalskombinationen, allgemeine Merkmale der Erfindung sein und die Erfindung entsprechend weiterbilden.
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1 zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung (Längsschnitt) einen erfindungsgemäß hergestellten Drucktank. -
2 veranschaulicht das Einpressen eines der Abschlussstücke bei der Herstellung des Drucktanks aus1 .
-
1 shows in a schematic sectional view (longitudinal section) a pressure tank produced according to the invention. -
2 illustrates the pressing in of one of the end pieces during the manufacture of the pressure tank1 .
Der Drucktank
- - Bereitstellen eines aus thermoplastischem Kunststoff gefertigten Rohrstücks
112' , welchesden Liner 112 bildet; - - Bereitstellen der beiden Abschlussstücke
120 und Verschließen der stirnseitigen Enden des thermoplastischen Rohrstücks112' mit diesen Abschlussstücken120 (siehe2 ); und - - Bereitstellen eines aus faserverstärktem Kunststoff (FVK) gefertigten Rohrstücks
114' , welches auf das zuvormit den Abschlussstücken 120 beidseitig verschlossene thermoplastische Rohrstück112' aufgeschoben und dann am thermoplastischen Rohrstück112' und/oder anden Abschlussstücken 120 befestigt wird, sodass ein druckfester und insbesondere unlösbarer Bauteilverbund entsteht.
- - Provision of a pipe section made of thermoplastic material
112 ' , which is theliner 112 forms; - - Provision of the two
end pieces 120 and closing the front ends of the thermoplastic pipe section112 ' with these end pieces120 (please refer2 ); and - - Provision of a pipe section made of fiber-reinforced plastic (FRP)
114 ' which on that previously with the terminatingpieces 120 Thermoplastic pipe section closed on both sides112 ' pushed on and then on the thermoplastic pipe section112 ' and / or on theend pieces 120 is attached, so that a pressure-resistant and, in particular, non-detachable component composite is created.
Der in das Rohrende eingepresste zapfenartige Abschnitt
Gegebenenfalls wird beim Einpressen auch ein abstützender bzw. stabilisierender Dorn oder Innendruck verwendet, wie oben erläutert. Beim Abkühlen tritt ein Aufschrumpfungseffekt ein, der die Verbindungsfestigkeit erhöht. Bei Verwendung eines aus Kunststoff, insbesondere thermoplastischem Kunststoff, gefertigten Abschlussstücks
Das Abschlussstück
Claims (9)
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