DE102019130283A1 - Process for the production of a pressure tank for the storage of fuel in a motor vehicle and the pressure tank produced therewith (III) - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein 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) auf die offenen Enden des thermoplastischen Rohrstücks (112') aufgepresst 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.
Die Erfindung betrifft ferner einen verfahrensgemäß hergestellten Drucktank (100).
The invention relates to a method for producing a pressure tank (100) for storing fuel in a motor vehicle, comprising the following steps:
- Provision of a pipe section (112 ') made of thermoplastic material;
- Provision of two end pieces (120) and closing of the front ends of the thermoplastic pipe section (112 ') with the end pieces (120), for which purpose the ends of the thermoplastic pipe piece (112') and / or the end pieces (120) are heated and then the end pieces (120) are pressed onto the open ends of the thermoplastic pipe section (112 ') in the axial direction (L);
- Provision of a pipe section (114 ') made of fiber-reinforced plastic, which is pushed onto the thermoplastic pipe section (112') closed on both sides with the end pieces (120) and then fastened to the thermoplastic pipe section (112 ') and / or to the end pieces (120) becomes.
The invention also relates to a pressure tank (100) produced in accordance with the method.
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 only 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 Patentanmeldung
- - 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.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren des Patentanspruchs 1 wurde nun ein weiteres 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, a further 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 vorzugsweise 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 auf die offenen Enden des thermoplastischen Rohrstücks aufgepresst bzw. aufgedrückt werden, was nacheinander oder an beiden Rohrenden gleichzeitig erfolgen kann;
- - 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 thermoplastische Rohrstück wird in das aus faserverstärktem Kunststoff gefertigte Rohrstück eingeschoben) und dann am thermoplastischen Rohrstück und/oder an den Abschlussstücken befestigt bzw. fixiert wird.
- - Provision of a piece of pipe made of thermoplastic material, in particular a polyamide (PA) (hereinafter also referred to as a thermoplastic blank) or, with the same effect, a piece of hose which forms the liner;
- - Provision of two (prefabricated) end or end pieces and closing of 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 section 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 onto the open ends of the thermoplastic pipe section in the axial direction, which can take place one after the other or at both pipe ends at the same time;
- - Provision of a pipe section made of fiber-reinforced plastic (FRP) or, with the same effect, a hose section 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 thermoplastic pipe section closed on both sides is inserted into the pipe section made of fiber-reinforced plastic is inserted) 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).
Bevorzugt sind die Abschlussstücke becher- bzw. napfartig ausgebildet und weisen (jeweils) einen Boden bzw. eine Stirnwand sowie eine den Boden umgebende Umfangswandung bzw. Zarge mit konischer oder gegebenenfalls auch parabolischer Innenumfangsfläche auf. Bevorzugt ist dann vorgesehen, dass diese derart ausgebildeten Abschlussstücke in axialer Richtung so weit auf die Enden bzw. axialen Endbereiche des thermoplastischen Rohrstücks aufgepresst bzw. aufgedrückt werden, bis die Bodeninnenflächen (der Böden) an den Stirnflächen des thermoplastischen Rohrstücks anschlagen bzw. anstoßen. Dabei werden die Enden bzw. die axialen Endbereiche des thermoplastischen Rohrstücks an den konischen Innenumfangsflächen verjüngt und liegen dann konturfolgend an den konischen Innenumfangsflächen an. Auf diese Weise kann zwischen dem thermoplastischen Rohrstück (bzw. dem Liner) und den Abschlussstücken eine Abdichtung erzielt werden, die ohne zusätzliche Dichtungselemente (wie bspw. O-Ringe oder dergleichen) auskommt.The end pieces are preferably designed like a cup or bowl and have (each) a base or an end wall as well as a peripheral wall or frame surrounding the base with a conical or possibly also parabolic inner peripheral surface. It is then preferably provided that these terminating pieces designed in this way in the axial direction so far onto the ends or axial End regions of the thermoplastic pipe section are pressed on or pressed on until the bottom inner surfaces (of the floors) abut or abut the end faces of the thermoplastic pipe section. The ends or the axial end regions of the thermoplastic pipe section are tapered on the conical inner circumferential surfaces and then rest against the conical inner circumferential surfaces following the contour. In this way, a seal can be achieved between the thermoplastic pipe section (or the liner) and the end pieces, which does not require additional sealing elements (such as, for example, O-rings or the like).
Bevorzugt erfolgt das Aufpressen der Abschlussstücke auf die Enden des thermoplastischen Rohrstücks weggesteuert. Dabei kann der Effekt genutzt werden, dass die Aufpresskraft für das Aufpressen eines Abschlussstücks beim Anschlagen dessen Bodeninnenfläche an die Stirnfläche des thermoplastischen Rohrstücks (s. o.) stark ansteigt. Der Aufpressvorgang kann dann beendet werden. Das Aufpressen kann aber auch weggesteuert erfolgen.The pressing of the terminating pieces onto the ends of the thermoplastic pipe section is preferably carried out in a controlled manner. The effect that can be used here is that the pressing force for pressing a terminating piece increases sharply when its bottom inner surface hits the end face of the thermoplastic pipe section (see above). The pressing process can then be ended. The pressing can also take place in a path-controlled manner.
Das thermoplastische Rohrstück kann zum Aufpressen der Abschlussstücke in einem Werkzeug angeordnet werden, welches das thermoplastische Rohrstück am Außenumfang bzw. an der Außenumfangsfläche (zumindest abschnittsweise) abstützt, sodass eine ungewollte Verformung, insbesondere eine Aufweitung bzw. Ausbauchung, 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 Aufpressen der Abschlussstücke erwärmt werden können.The thermoplastic pipe section can be arranged in a tool for pressing on the end pieces, which supports the thermoplastic pipe section on the outer circumference or on the outer circumferential surface (at least in sections) so that undesired deformation, in particular a widening or bulging, 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 on the end pieces.
Das im Werkzeug (s. o.) angeordnete thermoplastische Rohrstück kann beim Aufpressen der Abschlussstücke, zumindest in der Endphase der Aufpressvorgänge, am Innenumfang bzw. an der Innenumfangsfläche (zumindest abschnittsweise) mit einem Dorn, insbesondere mit einem zerlegbaren Dorn, oder mittels Innendruck, insbesondere mittels Gas(innen)druck, abgestützt werden, wodurch unerwünschte Relativbewegungen zwischen dem thermoplastischen 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 used on the inner circumference or on the inner circumferential surface (at least in sections) with a mandrel, in particular with a dismountable mandrel, or by means of internal pressure, in particular by means of gas, when the end pieces are pressed on, at least in the final phase of the pressing processes (internal) pressure, as a result of which undesired relative movements between the thermoplastic pipe section and the tool as well as eversion or compression effects can be prevented or at least reduced.
Das thermoplastische Rohrstück kann in einem vorausgehenden Verfahrens- bzw. 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 aufgepresst werden. Dadurch können Energie eingespart und die Taktzeit verkürzt werden. Möglicherweise kann auch 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 production step by extrusion, in which case it is then preferably provided that the end pieces after the extrusion (and, if necessary, after the separation or cutting to length of the pipe section from the extrudate) using the extrusion (remainder) heat to be pressed on. This saves energy and shortens the cycle time. A separate heating of the terminating pieces and / or the ends of the thermoplastic pipe section can possibly also be dispensed with.
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 aufgepressten 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. However, the end pieces can 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-on end pieces and the thermoplastic pipe section.
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.
-
1 zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung (Längsschnitt) einen erfindungsgemäß hergestellten Drucktank. -
2 veranschaulicht das Aufpressen eines der Abschlussstücke bei der Herstellung des Drucktanks aus1 .
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1 shows in a schematic sectional view (longitudinal section) a pressure tank produced according to the invention. -
2 illustrates the pressing on of one of the end pieces during the manufacture of the pressure tank1 .
Der Drucktank
- - Bereitstellen eines aus thermoplastischem Kunststoff gefertigten Rohrstücks (
112' ), welches den Liner112 bildet; - - Bereitstellen der beiden Abschlussstücken (
120 ) und Verschließen der stirnseitigen Enden des thermoplastischen Rohrstücks (112' ) mit den Abschlussstücken (120 ), d. h., jedes (offene) axiale Ende des thermoplastischen Rohrstücks112' wird mit einem derAbschlussstücke 120 verschlossen, wozu die Enden des thermoplastischen Rohrstücks (112' ) und/oder die Abschlussstücke (120 ) erwärmt und dann die Abschlussstücke (120 ) in axialer Richtung (L) auf die offenen Enden des thermoplastischen Rohrstücks aufgepresst bzw. aufgedrückt werden (siehe2 ); - - Bereitstellen eines aus faserverstärktem Kunststoff (FVK) gefertigten Rohrstücks
114' , welches auf dasmit 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 section (112 ' ) with the end pieces (120 ), ie, each (open) axial end of the thermoplastic pipe section112 ' comes with one of theend pieces 120 closed, including the ends of the thermoplastic pipe section (112 ' ) and / or the end pieces (120 ) and then the end pieces (120 ) are pressed or pressed onto the open ends of the thermoplastic pipe section in the axial direction (L) (see2 ); - - Provision of a pipe section made of fiber-reinforced plastic (FRP)
114 ' which one to the one with theterminators 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.
Das thermoplastische Rohrstück
Das insbesondere einstückig aus Metall oder Kunststoff gefertigte Abschlussstück
Das Abschlussstück
Auf das an beiden axialen Enden mit Abschlussstücken
Das FVK-Rohrstück
Für den auf diese Weise hergestellten Drucktank
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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