DE60207082T2 - Verfahren zur herstellung eines druckgas enthaltenden behälters und sich daraus ergebender behälter - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines druckgas enthaltenden behälters und sich daraus ergebender behälter Download PDF

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Description

  • Das technische Gebiet der vorliegenden Erfindung betrifft Tanks, die dafür vorgesehen sind, verdichtetes Gas zu enthalten, zum Beispiel Erdgas, um Kraftfahrzeuge auszurüsten.
  • Die mit Gas betriebenen Fahrzeuge breiten sich weltweit mehr und mehr aus und es sind Flüssiggas (LPG) einschließende Tanks und Druck-Erdgas (CNG) enthaltende Tanks bekannt. Erdgas ist im Allgemeinen Methan. Flüssiggas steht im Allgemeinen unter einem Druck von 30·105 Pa und Druck-Erdgas unter einem Druck in der Größenordnung von 300·105 Pa. Die bei diesen beiden Arten von Tanks verwendeten Technologien sind nicht dieselben.
  • Es ist zahlreiche Tank-Ausführungen für Druck-Gas vorgeschlagen worden. Diese Tanks sind dafür ausgelegt, sehr hohen Druck auszuhalten und bestehen am häufigsten aus Metall.
  • Beispielsweise schlägt das Patent US-A-5443578 einen Metalltank aus Stahl vor. Es ist wohl bekannt, dass diese Tanks, obwohl sie Druck aushalten, sehr schwer sind, in der Größenordnung von 100 kg bei einem Inhalt von 100 Litern. Diese Masse macht eine besondere Untersuchung der Anbringung im Reisefahrzeug notwendig, da ihre Montage eine Verstärkung der Struktur voraussetzt. Sie vermindert die Zahl der Passagiere und die Nutzlast, und sie kann die Straßenlage des Fahrzeuges stören. In jedem Fall verbleibt diese Art von Tank wettbewerbsfähig auf dem Gebiet der Kosten. Dieser Tank kann nur schwer ohne besondere Gestaltung in Reisefahrzeugen verwendet werden.
  • Das Patent WO9851962 schlägt vor, diese Art von Tank zu verbessern, indem ein Tank vorgesehen wird, der eine innere Hülle mit ausreichender Widerstandskraft und eine äußere Hülle aus Bienenwaben umfasst. Dieser Tank wirkt sich negativ auf den Platzbedarf aus.
  • Das Dokument DE-19935516 beschreibt einen Tank, der aus einer inneren Metallhülle und einer äußeren Hülle aus faserverstärktem Material besteht. Die konkrete Ausführung dieses Tanks wird nicht präzisiert. Es ist auch bekannt, dass diese Art von Tank ausgehend von Einblock-Auskleidungen aus Aluminium hergestellt werden kann, die durch Drückwalzen und/oder Flachstanzen, dessen Kosten hoch sind, erzielt werden.
  • Das Patent WO9412396 beschreibt einen Tank, dessen innere Hülle aus einem Polymer gebildet wird und dessen äußere Hülle aus einer Matrix von nichtmetallischen Fasern gebildet wird, die mit warmaushärtendem Harz getränkt sind. Dieser Tank weist den Nachteil auf, dass er nicht vollständig dicht ist und hohe Kosten aufweist, aber den Vorteil, dass er eine reduzierte Masse besitzt.
  • Das Patent US-5 822 838, das als nächstkommender Stand der Technik angesehen wird, offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Hochleistungstanks für unter Druck stehendes Gas. Dieses Verfahren besteht darin, eine Metall-Auskleidung herzustellen und sie durch eine Hülle, die durch eine Filamentwicklung hergestellt wird, zu überziehen. Der so hergestellte Tank ist dafür vorgesehen, Raumflugkörper und Satelliten auszurüsten. Da die Abschusskosten von derartigen gelenkten Raketen sehr hoch sind, ist es wichtig, Tanks mit stark verminderter Masse herzustellen. Das Herstellungsverfahren betrifft somit Tanks, deren Quotient aus Dichte/Masse zu den höchsten zählt, und die eine Auskleidung benutzen, die eine starke Streckbarkeit und einen hohen Elastizitätsmodul E besitzt. Um diesen Kriterien zu genügen, muss die Auskleidung somit ausgehend von einer Titanlegierung hergestellt werden. Dieses Herstellungsverfahren weist den Nachteil auf, eine Auskleidung aus Titan, deren Kosten hoch sind, zu benutzen, aber den Vorteil, eine geringere Masse zu besitzen.
  • Unter Kraftfahrzeug wird jede Art von Fahrzeugen verstanden, die mit dieser Art von Kraftstoff betrieben werden, wie Privat- oder Nutzfahrzeuge, Busse, Lastwagen, Baumaschinen, usw.
  • Gemäß einem Merkmal der Erfindung weist die innere Hülle eine Dicke in der Größenordnung eines Millimeters auf.
  • Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird das Filamentaufwickeln ausgehend von einem mit Epoxydharz getränkten Kohlefaden hergestellt, der eventuell mit Fäden anderer Beschaffenheit kombiniert wird.
  • Gemäß noch einem weiteren Merkmal der Erfindung wird wenigstens ein Gewinde-Anschluss, insbesondere zwei Anschlüsse, an der Basis der halbkugelförmigen oder elliptischen Kuppeln durch Schweißen angesetzt.
  • Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung eines Tanks der bekannten Art aus US-5 822 838 in einem Kraftfahrzeug.
  • Vorteilhafterweise weist der Tank einen inneren Durchmesser in der Größenordnung von 350 mm und eine Länge von 1400 mm auf.
  • Ein allererster Vorteil des Verfahrens gemäß der Erfindung liegt in der Tatsache, dass die Herstellung des Tanks nur den Einsatz herkömmlicher Technologien zum Schweißen und Aufbringen von Filament benötigt.
  • Ein weiterer Vorteil liegt in der Tatsache, dass der hergestellte Tank ohne besondere Modifikation in ein Fahrzeug integriert werden kann.
  • Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung treten deutlicher aus der hiernach als Anhaltspunkt gegebenen Beschreibung hervor, die sich auf die Abbildungen bezieht, in welchen:
  • 1 eine Außenansicht der Metallhülle ist und
  • 2 ein Schnitt des Tanks ist.
  • In 1 wird eine Auskleidung 1 eines Tanks dargestellt, das heißt die innere Metallhülle, welche hauptsächlich die Dichtigkeit gewährleistet. Diese Auskleidung 1 umfasst einen Schaft 2, der global gesehen von zylindrischer Form ist, und zwei halbkugelförmige Kuppeln 3 und 4, wobei diese drei Elemente aus rostfreiem Stahl hergestellt sind. Der Stamm 2 wird ausgehend von einem Nirosta-Stahlblech mit einer Dicke in der Größenordnung eines Millimeters hergestellt, das in Längsrichtung stumpf geschweißt wird. Die Kuppeln 3 und 4 sind identisch und durch Tiefziehen eines Nirosta-Stahlbleches mit einer Dicke in der Größenordnung eines Millimeters hergestellt. Es wird dann die beiden Kuppeln 3 und 4 an den Stamm 2 angeschweißt. Die Kuppeln werden mit Anschlüssen 5 und 6 versehen, die Gewinde aufweisen können. Diese Anschlüsse 5 und 6 erlauben es, die Auskleidung 2 einerseits an der Bewicklungsmaschine anzubringen und den Tank in ein Fahrzeug zu integrieren. Einer der Anschlüsse kann hohl sein, um mit dem Inneren des Körpers zu kommunizieren, um das Auffüllen und die Versorgung des Fahrzeuges zu ermöglichen.
  • Es ist also die gesamte Erfindungshöhe einer gemäß des Verfahrens der Erfindung hergestellten Auskleidung zu sehen. Es wird lediglich auf Verfahren des klassischen Schweißens und Tiefziehens zurückgegriffen, die keine besondere Anpassung des industriellen Werkzeuges benötigen. Diese Auskleidung bewirkt einen Gewinn an Masse und ein viel größeres Nutzvolumen als eine Stahl-Auskleidung. Schließlich ist der Preis dieser Auskleidung sehr erschwinglich.
  • In 2 wird ein Tank 7 dargestellt, der von der Auskleidung 1 und einer äußeren Hülle 8 gebildet wird. Diese Hülle 8 wird, wie es zuvor erklärt wurde, durch Bewickeln eines Kohlefadens, der mit einem Harz getränkt ist, zum Beispiel einem Epoxydharz, hergestellt. Der Kohlefaden kann eventuell mit Fasern von anderer Beschaffenheit verknüpft sein. Das Bewickeln ist an sich ein herkömmliches Verfahren und es ist nicht notwendig, es im Detail zu beschreiben. Der Tank 7 ist an der Bewicklungsmaschine mit Hilfe der Anschlüsse befestigt, und diese Maschine ist auf herkömmliche Weise programmiert, um ein zufrieden stellendes Wickeln des Fadens auf der Auskleidung sowohl im Bereich des Körpers 2 als auch der Kuppeln 5 und 6 zu bewerkstelligen. Der Kohlefaden ist ein Faden von bekannter Art, der herkömmliche Eigenschaften bei der Herstellung von Filamentwickeln aufweist. In der Figur ist zu sehen, dass die Hülle 8 eng mit der inneren Hülle verbunden ist. und sich auf den Anschlüssen abstützt. Eine derartige Ausführung ermöglicht es, die Widerstandsfähigkeit des Tanks bei einem inneren Betriebsdruck des Druckgases von über 200·105 Pa zu garantieren. Der verwendete Faden besteht vorzugsweise aus Kohle, es kann aber ein Faden von anderer Beschaffenheit, zum Beispiel ein Metall-, Mineral- oder Synthetikfaden verwendet werden.
  • Für einen Tank, der einen Innendurchmesser in der Größenordnung von 350 mm und eine Länge von 1400 mm aufweist, liegt die Masse in der Größenordnung von 40 kg.
  • Der Tank gemäß der Erfindung kann nicht nur dafür verwendet werden, die Fahrzeuge mit Erdgas zu versorgen, sondern er kann ebenfalls Druckluft, Wasserstoff und jedes andere in verdichteter Form verwendete Gas einschließen.

Claims (2)

  1. Verwendung eines Tanks (7) für Druck-Erdgas in einem Kraftfahrzeug mit einer inneren Metallhülle (1), die ausgehend von Nirosta-Stahlblechen hergestellt wird und einen zylindrischen Schaft (2) und zwei End-Kuppeln (3, 4), die aneinander angeschweißt sind, und einer äußeren Hülle (8) umfasst, die mit Hilfe von einem Verbundmaterial durch Filamentaufwickeln ausgehend von einem mit Epoxydharz getränkten Kohlefaden, der einen Durchmesser von weniger als Millimeter aufweist, um der genannten inneren Metallhülle angeordnet ist.
  2. Verwendung eines Tanks nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Tank einen inneren Durchmesser in der Größenordnung von 350 mm und eine Länge von 1400 mm aufweist.
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