JP6464015B2 - 圧力タンク用接続要素および圧力タンク - Google Patents

Description

本発明は、圧力タンク用接続要素に関するものである。さらに本発明は、この種の接続要素を含んでいる圧力タンクに関する。圧力タンクは特に低温圧力タンクまたは高圧タンクであり、圧力タンクには有利には水素を供給可能である。圧力タンクは有利には自動車内での使用のために設けられている。

技術水準から、特に水素を供給可能なタンクが知られている。水素が金属タンク内に貯留されている場合に通常発生する金属劣化を阻止するため、水素タンクがプラスチックから作製されることがある。この種のプラスチックタンクには接続要素を挿入可能であり、該接続要素を介してタンクを密閉可能である。この場合接続要素はさらにタンクを充填させ、空にさせるようでなければならない。この種の接続要素は通常金属から作製されている。よって、プラスチックタンクと金属密閉部とのコンビネーションが必要である。

この種の配置構成をたとえば特許文献１が開示している。この文献は圧力容器を示しており、その開口部は中空筒状の首部へ連続的に移行している。中空筒状の首部は、同様に中空筒状の極片によって取り囲まれ、その際圧力容器の首部も極片も外側へ円錐状に拡大している。極片には、最終的に気密な弁を配置することができる。しかしながら、これには、プラスチックタンクのプラスチック壁が円錐形状を有していなければならないという欠点がある。

特許文献２から複合圧力容器が知られている。この容器は、プラスチックタンクと、該プラスチックタンクを補強するための繊維複合材料から成る巻回部（ライナー）とを含んでいる。首片はライナー内へ挿入され、クランプリングを用いてライナーに固定される。しかしながら、ここでは、クランプリングが首片の中に内面と面一になるようにねじ止めされ、このことはタンク弁のねじ込みを困難にさせる。

特許文献３からは、ガス状媒体を貯留するための圧力容器が知られている。この圧力容器は、繊維複合材料から成る巻回部と、プラスチックタンクと、支持リングを備えた接続フランジとを有している。しかしながら、この場合、付加的な弾性要素が必要であり、必要な取り付けを非常に面倒にさせる。

さらに、特許文献４から、Ｏリングパッキンを含む弁体と、金属リングと、プラスチックタンクとから成るタンクが知られている。さらに、プラスチックタンク（ライナー）を金属リングに押圧させ、ライナーを金属リングに対し密封させるために、弾性クランプ要素が使用される。しかしながら、ライナー内にねじ山があり、機械的負荷が強すぎると、このねじ山が破損することがある。さらに、このねじ山はプラスチックライナーの製造を困難にさせ、高価にさせる。

さらに、特許文献５から、液状媒体またはガス状媒体を貯留するための圧力容器が知られている。この圧力容器の本体は、回転対称なカラーを備えたプラスチックから成り、カラーの中に圧力弁の一部分が挿着されている。カラーの外側には、金属から成る接続片がある。この場合、圧力弁は雄ねじを備え、この雄ねじが、接続片の、本体とは逆の側にある端部にねじ込まれている。本体とフランジとは、少なくとも部分的に、繊維複合材から成る保護カバーによって取り囲まれている。

特許文献６から、プラスチックライナー（樹脂ライナー）を含んだ、流体を貯留するための圧力容器が知られている。このプラスチックライナーは、互いに別々に製造された複数の部分から構成されている。しかしながら、プラスチックライナーの複数部分からなる構成様式は、圧力タンクの組み立てを著しく困難にする。

最後に、特許文献７から、液状媒体およびガス状媒体の貯留に適した圧力容器が知られている。この圧力容器は、少なくとも１つの首部材を備えたプラスチック内側容器から成っている。この首部材は接続アーマチュアを受容する手段を備えている。圧力容器は、容器首部の少なくとも一部を形成するインサートであって、首部材と挿着されるアーマチュアとの間の密封部を形成している前記インサートを含んでいる。しかしこれは取り付け後に安定性がなく、その結果安定化のためにタンク弁を繊維複合材および接着剤で取り囲まなければならない。この時はじめてタンク弁は、よって圧力タンクは液状またはガス状の貯留物質に対し密封性を有するに至る。

独国特許出願公開第２１５２１２３Ａ１号明細書 独国特許第１９６３１５４６Ｃ１号明細書 独国特許出願公開第１０２００９０１４０５７Ａ１号明細書 国際公開第０６０３４４３９Ａ２号パンフレット 独国特許出願公開第１０２０１００２３３８６Ａ１号明細書 独国特許出願公開第１０２０１００４９８３８Ａ１号明細書 独国特許第１０２００９０４９９４８Ｂ４号明細書

本発明の課題は、製造が簡単でコスト上好ましく、圧力タンクの確実で信頼性のある密封を可能にする圧力タンク用接続要素を提供することである。さらに、これに対応する圧力タンクを提供することも本発明の課題である。

この課題は、請求項１の構成によって解決される。すなわち前記課題は、圧力タンクの開口部に挿着可能な圧力タンク用接続要素によって解決される。接続要素は、栓要素と、該栓要素と結合可能な嵌め合い要素と、該嵌め合い要素と作用結合しているねじ止めナットとを含んでいる。この場合、嵌め合い要素が栓要素を少なくとも部分的に取り囲むように構成されている。栓要素の外面と嵌め合い要素の内面とは、ねじ止めナットのねじ込み方向とは逆の方向に先細りになっている先細りの繰り抜き部を形成している。この繰り抜き部に圧力タンクのタンク壁を挿着可能である。すなわち、ねじ止めナットをねじ込むことによって嵌め合い要素が圧力タンクのタンク壁に対し押圧されることで、先細りの繰り抜き部によりタンク壁は有利には栓要素と嵌め合い要素との間で押圧され、その結果タンク壁は繰り抜き部内でクランプ可能である。この場合、タンク壁のクランプは有利には栓要素を嵌め合い要素の中へ挿入することによって行われる。

従属項は、本発明の有利な更なる構成を内容としている。

有利には、嵌め合い要素は金属円錐部および／または円錐状の表面を備えた金属挿入部材を含んでいる。先細りの繰り抜き部は円錐形状によって形成されている。これによってタンク壁は円錐状の表面および／または金属円錐部によって栓要素に対し押圧可能である。

１つの有利な実施態様では、栓要素は、少なくとも部分的に円錐状の表面を有するように構成されている。同様に、円錐状の表面により先細りの繰り抜き部が形成される。特に有利には、栓要素も嵌め合い要素も円錐状の表面を備えるように構成されており、その結果先細り繰り抜き部はいわば嵌め合い要素と栓要素とによって形成されている。さらに、栓要素および／または嵌め合い要素の円錐状表面を設けることにより、タンク壁のクランプの程度を調整できるので有利である。それ故、有利には、栓要素と嵌め合い要素とは、これらが結合されているときに互いに変位可能に位置決め可能である。

さらに、有利には、栓要素は少なくとも１つの雄ねじを有するように構成されている。少なくとも１つの雄ねじには、第１の有利な実施態様では、嵌め合い要素がねじ止めされている。従って嵌め合い要素は栓要素と結合され、その際嵌め合い要素とは栓要素とは互いに相対的に位置決め可能である。これとは択一的に、または、これに加えて、第２の有利な実施態様として、ねじ止めナットが設けられている。ねじ止めナットは有利には嵌め合い要素と作用結合され、その結果ねじ止め要素のねじ込みおよび／または取り外しは嵌め合い要素を栓要素に対し相対的に変位させる。従って、嵌め合い要素も栓要素に対し相対的に位置決め可能である。第２実施態様では、有利には、嵌め合い要素は、該嵌め合い要素を栓要素の雄ねじにねじ止め可能にするための固有のねじ山を有していない。従って、嵌め合い要素は非常に簡潔であり、コスト上好ましく製造可能である。

栓要素は、有利には、凹部を有している。タンク壁は嵌め合い要素によって栓要素の凹部内へ圧入可能である。特に、タンク壁の端部領域が凹部内へ圧入可能である。さらに、有利には、凹部が設けられるのは、先細りの繰り抜き部の最小サイズ部である。この領域で最大クランプ作用を達成可能であり、これによってタンク壁が凹部内部で固定可能である。

さらに、有利には、栓要素はスリーブ形状を有している。前述したように栓要素が少なくとも１つの雄ねじを有している場合、この雄ねじはスリーブ状の栓要素の外面に配置される。特に有利には、スリーブ状の栓要素はさらに雌ねじを備え、その結果他の構成要素を栓要素にねじ込み可能である。特に有利には、この種の雌ねじには圧力タンク用接続要素をねじ込み可能である。このように接続要素は、有利には圧力タンクを密閉するため、および／または、圧力タンクを空にするため、および／または、圧力タンクを充填するために用いられる。

さらに、嵌め合い要素は有利にはリング形状を有している。この場合、リング形状が栓要素の前記スリーブ形状を取り囲むのが特に有利である。

最後に、有利には、嵌め合い要素は繊維巻回部によって取り囲まれている。繊維巻回部は、嵌め合い要素の確実な、信頼性のある固定を可能にし、よって圧力タンクの開口部内での接続要素の確実な、信頼性のある固定を可能にする。

本発明は、さらに圧力タンクにも関する。この場合、圧力タンクはタンク壁を有している。タンク壁は開口部を有し、開口部には前述したように接続要素が挿着されている。圧力タンクは有利には低温圧力タンクであり、或いは、特に少なくとも６００バール用の高圧タンクである。圧力タンクには有利には燃焼ガスを、好ましくは水素を充填可能である。さらに、有利には、圧力タンクは自動車での使用のために設けられている。

圧力タンクのタンク壁は、有利にはプラスチックから作製されている。特に、タンク壁はプラスチックから押し出し吹き込み成形によって作製されている。これは圧力タンクを一体の構成要素として作製することを可能にする。従って、圧力タンクの個々の構成要素の面倒な組み立ては必要ない。押し出し吹き込み成形されるプラスチック要素、すなわちタンク壁を形成するプラスチック要素に、前述した接続要素のみが挿着される。

接続要素は、有利には、栓要素のねじ山がタンク壁にねじ込まれるようにして、タンク壁の開口部に挿着されている。この場合、有利には、栓要素のねじ山自体によってタンク壁の対向ねじ山が切られている。従って、タンク壁に対向ねじ山を作製する必要がないので有利である。これもタンク壁の作製を容易にする。

これとは択一的に、栓要素はタンク壁の開口部に圧入されている。このケースでは、タンク壁の作製後に栓要素をタンク壁の開口部に圧入するだけでよいので、圧力タンクの作製が非常に簡単である。本発明に従ってタンク壁を栓要素と接続要素の嵌め合い要素との間でクランプすることにより、確実で信頼性のある保持が保証されている。

圧力タンクに対しては、タンク壁の構成に対する要求がなされないように構成されている。従って、接続要素の密封性を損なわなければ、圧力タンクは任意の形状を有していてよい。タンク壁を嵌め合い要素と栓要素との間でクランプすることにより、密封性が確実に保証されている。

さらに、接続要素は圧力タンク内に外面が面一になるように(aussenbuendig)配置されている。従って、接続要素内へのタンク弁の支障のないねじ込みが可能になる。

圧力タンクは、特に、接続要素を使用し、それによって発生する嵌め合い要素と栓要素との間でのタンク壁の締め付け固定により、完全に密封されている。しかしながら、安定性と密封性とをさらに向上するために、有利には、付加的な接着剤および／または繊維複合材料がタンク壁を取り囲むように構成されている。

本発明の更なる詳細、構成、利点は以下の説明および図面から明らかである。
本発明の第１実施形態による接続要素の図である。 本発明の第２実施形態による接続要素の図である。 本発明の第３実施形態による接続要素の図である。 本発明の第４実施形態による接続要素の図である。 本発明の第４実施形態による接続要素を備えた本発明による圧力タンクの図である。 図５の詳細図である。 本発明の第３実施形態による接続要素を備えた本発明による圧力タンクの図である。

図１は、圧力タンクのタンク壁３の開口部に挿着された接続要素１を示している。接続要素１は、タンク壁３の前記開口部に挿着されている栓要素２を含んでいる。栓要素２はＯリング１１を介してタンク壁３に対し密封されている。

タンク壁３内への栓要素２の挿着は、有利には異なる種類によって行う。一方では、栓要素２はタンク壁３の開口部に圧入可能であり、他方では栓要素２が第１のねじ山を有し、該第１のねじ山を用いて栓要素２をタンク壁３の開口部にねじ込み可能になっている。この場合、特に、タンク壁３は対向ねじ山を有しておらず、対向ねじ山は栓要素２の第１のねじ山によってタンク壁３に切り込まれる。

タンク壁３と栓要素２との間の密封を改善するため、嵌め合い要素(Gegenelement)が設けられている。図１では、嵌め合い要素は金属挿入部材７である。金属挿入部材７は栓要素２のまわりに延在し、ねじ止めナット４によって固定可能である。この場合、金属挿入部材７と栓要素２とが円錐状の表面を有し、その結果ねじ止めナット４のねじ込み方向とは逆の方向に先細りになっている先細りの繰り抜き部１３が金属挿入部材７の内面と栓要素２の外面との間に生じるように構成されている。従って、ねじ止めナット４のねじ込み深さが増すにつれて、タンク壁３が金属挿入部材７と栓要素２との間で締め付け固定されるように、金属挿入部材７がタンク壁３に対し押圧される。別個のねじ止めナット４を設ける代わりに、ねじ止めナット４が金属挿入部材７と一体に形成されているようにしてもよい。

結合の安定性と密封性とを向上させるため、特に、タンク壁３のまわりに繊維巻回部５も設けられている。しかしこれはオプショナルな補助手段であるにすぎない。というのは、密封性はすでに金属挿入部材７と栓要素２との間でタンク壁３を締め付け固定することによって保証されているからである。

図２は、本発明による接続要素１の第２実施形態を示している。図１の場合と同一の要素または同種の要素には同じ参照符号が付してある。

図１とは異なり、第２実施形態は金属円錐部６を有している。この場合、図１の金属挿入部材７に対応して、ねじ止めナット４が金属円錐部６をタンク壁３に対し押圧させ、その結果タンク壁３が金属円錐部６と栓要素２との間の繰り抜き部１３内で締め付け固定されるように構成されている。このように、金属円錐部６は嵌め合い要素に相当している。金属円錐部６を固定するため、さらに金属挿入部材７が設けられており、金属円錐部６はタンク壁３と金属挿入部材７との間に設けられている。

接続要素の第３実施形態は図３に示されている。同様に、前記実施形態の場合と同一の部材または同種の部材であれば同じ参照符号が付してある。第３実施形態では、タンク壁３を締め付け固定可能なクランプ領域１２が設けられている。この場合、金属挿入部材７と栓要素２とは単に１つの領域でのみ、すなわちクランプ領域１２でのみ、円錐状の表面を有し、よって先細りの繰り抜き部１３を有している。従って、外壁３のクランプはクランプ領域１２でのみ行われる。さらに、この第３実施形態では、ねじ止めナット４は金属挿入部材７と一体に形成されている。

最後に、接続要素１の第４実施形態が図４に示されている。第４実施形態でも、上記実施形態の場合と同一の要素または同種の要素には同じ参照符号が付してある。図４で認められるように、線要素２は、先細りの繰り抜き部１３を形成している円錐状の表面に加えて凹部９を有している。従ってタンク壁３は凹部９内に圧入され、これによって付加的な固定および密封が行なわれる。

図５は本発明による圧力タンク１０を示しており、この場合圧力タンク１０は特に高圧タンクである。高圧タンクは、有利には流体、ガスまたは液体を少なくとも６００バールの最大圧で受容するために使用可能である。特に有利には、圧力タンク１０はエンジンまたは燃料電池用の作動物質を受容するために使用可能であり、特に水素または天然ガスを受容するために使用可能である。圧力タンク１０は、図４の第４実施形態による接続要素１を含んでいる。

図５からわかるように、栓要素２はスリーブ形状を有している。これにより、ねじ止めナット４がねじ止めされている雄ねじ以外に、特に雌ねじも設けられており、この雌ねじにタンク弁８をねじ込み可能である。従って雌ねじは接続要素１を他の構成要素と結合させるために用いられ、よって圧力タンク１０を他の構成要素と結合させるために用いられる。従って圧力タンク１０は特に自動車で使用するのに適している。というのは、接続要素１は自動車の内燃エンジン用の供給管と結合可能だからである。圧力タンク１０の安定性を向上させるために、タンク壁３は繊維巻回部８を備えている。

図６は、図５の細部１００の２つの異なる図を示している。細部１００は、タンク壁３が栓要素２の凹部９になかにいかにして圧入可能であるかを示している。ねじ止めナット４によって金属挿入部材７を取り付けることにより、タンク壁３は一方では栓要素２と金属挿入部材７との楔状の表面によって締め付け固定される。さらにタンク壁３は、金属挿入部材７によって栓要素２の凹部９内へ押し込められる。従って、確実で信頼性のある結合および密封が可能である。

図７は本発明による圧力タンクを示しており、同様に前記実施形態の場合と同一の要素または同種の要素には同じ参照符号が付してある。図７に示した圧力タンク１０の実施形態はタンク壁３を有し、該タンク壁に図３の第３実施形態による接続要素１が挿着されている。タンク壁３が繊維巻回部５を備え、その結果圧力タンク１０の安定性が保証されているのが有利である。

圧力タンク１０は有利には車両内で使用される。車両とは有利には自動車であり、特に乗用車である。圧力タンク１０は非常に簡潔であり、コスト上好ましく製造可能であるので、圧力タンク１０を車両内に設けるには非常に安いコストと非常に少ない労力とが必要であるにすぎない。

１ 接続要素
２ 栓要素
３ タンク壁
４ ねじ止めナット
５ 繊維巻回部
６ 金属円錐部
７ 金属挿入部材
８ タンク弁
９ 凹部
１０ 圧力タンク
１１ Ｏリング
１２ クランプ領域
１３ 先細り繰り抜き部

Claims (13)

1. 圧力タンク（１０）の開口部に挿入可能な、前記圧力タンク（１０）用接続要素（１）において、
   栓要素（２）と、該栓要素（２）を少なくとも部分的に取り囲んでいる嵌め合い要素（６，７）と、該嵌め合い要素（６，７）と作用結合しているねじ止めナット（４）とを含み、前記栓要素（２）の外面と前記嵌め合い要素（６，７）の内面とが、前記ねじ止めナット（４）のねじ込み方向とは逆の方向に先細りになっている先細りの繰り抜き部（１３）を形成し、前記ねじ止めナット（４）をねじ込むことによって前記嵌め合い要素（６，７）が前記圧力タンク（１０）のタンク壁（３）に対し押圧されることで、該タンク壁（３）が前記接続要素（１）の前記繰り抜き部（１３）内で締め付け固定可能である接続要素（１）。
2. 前記嵌め合い要素が、前記先細りの繰り抜き部（１３）を形成するための円錐状の表面を備えた金属円錐部（６）および／または金属挿入部材（７）を含んでいることを特徴とする、請求項１に記載の接続要素（１）。
3. 前記栓要素（２）が、少なくとも部分的に、前記先細りの繰り抜き部（１３）を形成するための円錐状の表面を有していることを特徴とする、請求項１または２に記載の接続要素（１）。
4. 前記栓要素（２）が少なくとも１つの雄ねじを有し、前記嵌め合い要素（６，７）および／または該嵌め合い要素（６，７）と作用結合している前記ねじ止めナット（４）が前記雄ねじにねじ止めされていることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか一つに記載の接続要素（１）。
5. 前記栓要素（２）が凹部（９）を有し、前記栓要素（２）を前記圧力タンク（１０）内に挿入したときに前記タンク壁（３）が前記嵌め合い要素（６，７）によって前記凹部（９）内へ圧入可能であることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか一つに記載の接続要素（１）。
6. 前記タンク壁（３）の端部領域が前記凹部（９）内へ圧入可能であることを特徴とする、請求項５に記載の接続要素（１）。
7. 前記栓要素（２）がスリーブ形状を有していることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか一つに記載の接続要素（１）。
8. 前記嵌め合い要素（６，７）がリング形状を有していることを特徴とする、請求項１から７までのいずれか一つに記載の接続要素（１）。
9. 前記嵌め合い要素（６，７）が繊維巻回部（５）によって取り囲まれていることを特徴とする、請求項１から８までのいずれか一つに記載の接続要素（１）。
10. タンク壁（３）を有する圧力タンク（１０）において、
    前記タンク壁（３）が、開口部と、請求項１から９までのいずれか一つに記載の接続要素（１）とを有し、該接続要素（１）が前記タンク壁（３）の前記開口部に挿着されている圧力タンク（１０）。
11. 前記タンク壁（３）がプラスチックから押し出し吹き込み成形によって作製されていることを特徴とする、請求項１０に記載の圧力タンク（１０）。
12. 前記栓要素（２）のねじ山が前記タンク壁（３）の前記開口部にねじ込まれ、前記タンク壁（３）の対向ねじ山が前記栓要素（２）の前記ねじ山によって切られていることを特徴とする、請求項１０または１１に記載の圧力タンク（１０）。
13. 前記栓要素（２）が前記タンク壁（３）の前記開口部に圧入されていることを特徴とする、請求項１０または１１に記載の圧力タンク（１０）。

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