WO1999027293A2 - Composite-druckbehälter zur speicherung von gasförmigen medien unter druck mit einem liner aus kunststoff - Google Patents

Composite-druckbehälter zur speicherung von gasförmigen medien unter druck mit einem liner aus kunststoff Download PDF

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    • Y02E60/32—Hydrogen storage

Definitions

  • the invention relates to a composite pressure vessel for storing gaseous media under pressure with a plastic liner according to the preamble of claim 1.
  • a generic composite pressure vessel is known from EP 0 753 700 A1. It consists of a liner made of plastic with two neck pieces arranged in the neck area and with a winding of a fiber composite material that reinforces the liner. At least one neck piece is designed so that it can accommodate a screw-in valve with a cylindrical or tapered thread. Both neck pieces are provided in the end area facing the pressure vessel with a flat truncated cone-like collar, which is surrounded on the inside by the liner and on the outside by the reinforcing winding. Both neck pieces have one in the area facing the liner
  • Internal thread section which cooperates with an external thread section arranged on the region of the liner formed as a neck.
  • the neck piece receiving a valve has an annular groove on the inside in the thread-free area adjoining the internal thread section, for receiving a sealing element. This is followed by a further internal thread section
  • the neck piece receiving the valve is provided with a key attachment on the outside.
  • This construction is only partially suitable to meet the special requirements placed on pressure vessels with a filling pressure of up to 300 bar. This applies in particular to the seal in the neck area and to sudden stress in this area.
  • the object of the invention is to provide a generic composite pressure vessel for storing gaseous media under pressure with a plastic liner which, at a test pressure of up to 450 bar, for example, meets the approval requirements with regard to leakage even after sudden stress.
  • the essence of the invention is the targeted improvement of the seal in the critical neck area.
  • This includes the arrangement of a screw-in clamping ring, the frustoconical section of which interacts with the end region of the liner projecting into the neck piece.
  • This end region of the liner preferably has a slope corresponding to the frustoconical section of the clamping ring. If necessary, this section can also be cylindrical.
  • the entire section is made by drilling out the valve-receiving neck of the plastic liner. In the delivery condition, this neck usually only has a small vent hole that is kept open during the manufacture of the liner.
  • Screw-in force is divided into a very small axial part, but a larger radial part.
  • the result of this is that the end region of the liner is pressed into the thread contour of the screwed-on neck piece.
  • the advantage here is that the critical end area of the liner is under tension not only at high internal pressures, but also at low filling pressures.
  • the size of the preload can be adjusted by turning the clamping ring more or less deeply.
  • the preload generated in this way acts on the thermal expansion or contraction of the liner with respect to the neck piece.
  • it In order to be able to turn the clamping ring in a simple manner, it has an internal hexagon, so that defined torques can be applied and the required flank pressure of the clamping ring can be reproduced mathematically.
  • the arrangement of a modified clamping ring has proven to be advantageous.
  • large fill quantities are pressed into the container in a short time. This leads to a due to the compression energy
  • the frustoconical section of the clamping ring is followed by a cylindrical section which extends into the container space. In this way it is prevented that in the narrow filler channel the heated gas comes into direct contact with the liner and the plastic liner connected to the neck piece is protected from the thermal effect. If necessary, the valve connection can be cooled from the outside during such a refueling process.
  • the clamping ring has a clear width of at least 6 mm.
  • a clear width of 8 - 10 mm is required so that the sometimes curved filter cartridge can be screwed in without difficulty.
  • Another aspect relates to the arrangement of a sealing element in the neck area.
  • the sealing element is arranged on the end face of the end region of the liner.
  • the manufacture of the liner is only possible with a large tolerance due to the process, so that in the worst case a gap between the liner and neck piece has to be bridged.
  • the screw-in clamping ring creates a certain balance, on the other hand the screw-in force is limited, otherwise the neck area of the liner would be destroyed.
  • a sealing ring in the thread-free section of the neck area of the liner, which is anchored in a groove extending radially into the neck piece.
  • an additional sealing ring is additionally arranged on the underside of the collar of the neck piece. This has the advantage that, in the event of overlapping thermal and mechanical stress, in particular impact stress in the axial direction, a possible leakage can be counteracted by loosening the bond between the liner and neck piece in the collar area by the sealing ring.
  • the arrangement of an outer bead in the adjoining area on the collar has proven to be advantageous. This bead ensures that a large part of the impact stress striking the neck piece is conducted into the winding and only a remainder hits the liner area via the collar. Otherwise it is possible that the striking neck piece places so much strain on the liner area that it tears open locally.
  • the arrangement of a shock-absorbing layer acts on both pole caps of the pressure container in the same sense. A fast-curing polyurethane foam is preferably used for this. This can also be used to form a parting surface in the pole cap opposite the valve, so that the container can be placed vertically without any aids. This parting surface can be designed as a flat disk or as a foot ring.
  • the upper internal thread section is divided into two sections.
  • the first section is a cylindrical fine thread for receiving the clamping ring, followed by the standardized taper thread for receiving the valve.
  • FIG. 1 shows a composite section according to the invention in longitudinal section.
  • FIG. 4 shows, on an enlarged scale, in longitudinal section the valve area in the wound state
  • FIG. 5 shows in half-sided longitudinal section and in half-side view the valve
  • FIG. 8 shows in longitudinal section an embodiment of a clamping ring.
  • FIG. 9 as in FIG. 8, but a variant of a clamping ring
  • the reinforcing wrap consists of a fiber reinforcement such as. B. carbon, aramid, glass, boron, Al 2 O 3 fibers or mixtures (hybrid yarns) thereof, which in a matrix of thermosets, for. B. epoxy or phenolic resins etc. or in thermoplastics, for. B. PA 12, PA6, PP etc. are embedded.
  • a fiber reinforcement such as. B. carbon, aramid, glass, boron, Al 2 O 3 fibers or mixtures (hybrid yarns) thereof, which in a matrix of thermosets, for. B. epoxy or phenolic resins etc. or in thermoplastics, for. B. PA 12, PA6, PP etc. are embedded.
  • the Fiber composite material consisting of the above-mentioned fibers and polymers, is applied both in the axial and tangential direction of the container, i.e. the fiber reinforcement body (FRP) or the orientation of the fiber longitudinal axes only have a small angle (0 - 70 in the case of axial wrapping in the cylindrical container part °) with respect to the longitudinal axis of the container.
  • the pole caps of the plastic liner 2 are wound evenly.
  • the fiber reinforcing body is deposited only tangentially or in the circumferential direction of the cylindrical container part.
  • the wall thickness proportions of tangential wrapping and axial wrapping depend on the outside diameter of the plastic liner 2, on the strength of the fiber reinforcement body, on the winding angles etc.
  • the composite pressure vessel 1 has openings in the neck area, each of which is closed with a neck piece 4, 5 and / or are sealed. Details of the neck pieces 4, 5 are explained in more detail in FIGS. 5-7. Both neck pieces 4, 5 have, in a known manner, a frustum-shaped collar 6, 6 ', on the collar
  • both pole caps of the composite pressure vessel 1 are covered with an impact-absorbing layer 8, 9, 9 '.
  • This layer 8, 9, 9 ' preferably consists of polyurethane foam.
  • the pole cap opposite the valve area can be designed as a storage surface 9 ', as can be seen here on the right-hand side of the figure below.
  • This shelf 9 'can as shown here, be designed as a flat disc or as a foot ring.
  • a clamping ring 10 is screwed into the neck piece 4 receiving the valve (not shown here). Details of this are shown in FIG. 4.
  • FIGS. 2 and 3 show the plastic liner 2 in partial longitudinal section. Its dimensions are essentially determined by the thickness 11 and the outer diameter 12. In a known manner, the liner 2 is designed as a neck 13, 14 in the end regions. To the
  • the respective neck 13, 14 of the liner 2 is provided with a threaded section 15, 16.
  • the thread is preferably 15, 16 as Sawtooth thread formed, e.g. B. KS 25 slope 4 according to DIN 6063 part 1 and part 2.
  • the valve receiving neck 13 is provided with a bore 17, while the opposite neck 14 is closed and thus does not pose any sealing problems.
  • FIG. 4 shows on an enlarged scale the neck area of the composite pressure vessel 1 on the valve side.
  • the details of the connection can be seen better in this illustration.
  • the neck 4 receiving the valve is provided on the inside with two threaded sections 18, 19, of which the upper threaded section 18 is designed as a cylindrical thread in this exemplary embodiment, for receiving the clamping ring 10 and for receiving the valve (not shown here).
  • the threaded section 19 underneath is the counterpart to the external thread 15 of the neck 13 of the liner 2.
  • a sealing ring 23 is arranged in the thread-free section 22 (FIG. 2) of the neck 13.
  • a further sealing ring 24 can also be arranged on the underside 7 of the collar 6.
  • the arrangement of a circumferential bead 25 is provided on the outside of the neck piece 4.
  • FIGS. 5, 6 show the two neck pieces 4, 5 in a half-sided longitudinal section and a half-sided view.
  • corresponding grooves 26, 27 are provided in the neck piece 4.
  • the first-mentioned groove 26 is arranged between the two internal thread sections 18, 19, the second-mentioned groove 27 on the underside 7 of the collar 6.
  • the neck piece 5 opposite the valve is of comparable construction. It also has an internally threaded section 25 'for screwing onto the neck 14 of the liner 2 (FIG. 3). It is also preferably as
  • a circumferential bead 25 ' is also provided on the outer surface of the neck piece 5 in order to dampen the impact stress.
  • the neck piece 5 below has a pin 28, which is provided with an external thread 29.
  • the pin 28 serves as a receptacle for a holding device when the fiber composite material is applied to the liner 2. As FIG. 1 shows, this pin 28 is separated after the fiber winding has been applied before the impact-absorbing layer 9, 9 'is applied.
  • FIG. 7 shows a variant of a neck piece 30 receiving the valve.
  • the internal thread section at the top is divided into two sections.
  • the first section 31 is like the section 18 in FIG. 5 with a cylindrical thread for receiving the
  • clamping ring 10 This is followed by a shoulder 32, a standardized tapered threaded section 33.
  • This variant is necessary because, depending on the gas filling and supplier, valves with a tapered screw-in thread may also be required.
  • Another difference relates to the design of the collar 34. In contrast to the design in FIGS. 5 and 6, the collar 34 is the
  • Neck piece 30 directed obliquely upwards. Depending on the shape of the base or shoulder of the liner 2, this beveling results in more favorable stress conditions in the component.
  • the angle of this bevel is preferably in a range of 5-10 °.
  • FIG. 8 shows a first embodiment of a clamping ring 10 in longitudinal section. It has a cylindrical section 36 with an external thread 37 for screwing into the respective neck piece 4, 30. This is followed by a rounded portion 38, a frustoconical section 21.
  • the angle 40 is in the range between 3 - 5 °.
  • the clear width 41 of the clamping ring 10 is also important. This must not be chosen too small so that, for example, a valve prescribed for breathing air can be screwed in with an upstream filter cartridge. The dimension should not be less than 6 mm, 8 mm is advisable, so that even curved filter cartridges can be screwed in without problems.
  • FIG. 9 shows a variant 42 of the configuration of the clamping ring, the same reference numerals being chosen for the same parts.
  • Section 21 which is designed as a truncated cone
  • Section 43 which is expediently designed as a tube.
  • the length 44 of this section 43 is selected so that after screwing in, the front area of the clamping ring 42 projects into the container space. This has an advantageous effect if the filling is associated with strong heating and the liner 2 is to be protected from it.

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Abstract

Bei einem Composite-Druckbehälter zur Speicherung von gasförmigen Medien unter Druck mit einem Liner aus Kunststoff und zwei im Halsbereich angeordneten Halsstücken sowie mit einer den Liner verstärkenden Wicklung eines Faserverbundwerkstoffes ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß im das Ventil aufnehmenden Halsstück (4) ein in diesen einschraubbarer Klemmring (10) vorgesehen ist, der am Außenmantel einen Gewindeabschnitt (37) aufweist, an dem sich ein gewindefreier kegelstumpfartiger Abschnitt (21) anschließt und die zwischen den Innengewindeabschnitten (18) des Halsstückes (4) angeordnete ringförmige Nut (26) zur Aufnahme eines Dichtringes (23) radial in das Halsstück (4) sich erstreckt und auf der Außenseite des jeweiligen Halsstückes (4) im an den Kragen (6) anschließenden Bereich die Anordnung mindestens einer radial nach außen über den ganzen Umfang sich erstreckenden Sicke (25) vorgesehen ist.

Description

Composite-Druckbehälter zur Speicherung von gasförmigen Medien unter Druck mit einem Liner aus Kunststoff
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Composite-Druckbehälter zur Speicherung von gasförmigen Medien unter Druck mit einem Liner aus Kunststoff gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Aus der EP 0 753 700 A1 ist ein gattungsbildender Composite-Druckbehälter bekannt. Er besteht aus einem Liner aus Kunststoff mit zwei im Halsbereich angeordneten Halsstücken sowie mit einer den Liner verstärkenden Wicklung eines Faserverbundwerkstoffes. Mindestens ein Halsstück ist so ausgebildet, daß es ein einschraubbares Ventil mit einem zylindrischen oder kegeligen Gewinde aufnehmen kann. Beide Halsstücke sind in dem den Druckbehälter zugewandten Endbereich mit einem flach verlaufenden kegelstumpfartigen Kragen versehen, der innenseitig vom Liner und außenseitig von der verstärkenden Wicklung umgeben ist. Beide Halsstücke weisen in dem dem Liner zugewandten Bereich einen
Innengewindeabschnitt auf, der mit einem auf dem als Hals ausgebildeten Bereich des Liners angeordneten Außengewindeabschnitt zusammenwirkt. Das ein Ventil aufnehmende Halsstück weist in an den Innengewindeabschnitt anschließenden gewindefreien Bereich auf der Innenseite eine ringförmige Nut zur Aufnahme eines Dichtelementes auf. Daran schließt sich ein weiterer Innengewindeabschnitt zur
Aufnahme des Ventils an. Zur Drehsicherung ist das das Ventil aufnehmende Halsstück außen mit einem Schlüsselansatz versehen. Diese Konstruktion ist nur teilweise geeignet, die besonderen Anforderungen, die an Druckbehälter mit einem Fülldruck bis zu 300 bar gestellt werden, zu erfüllen. Dies gilt insbesondere für die Abdichtung im Halsbereich und für eine schlagartige Beanspruchung dieses Bereiches.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen gattungsmäßigen Composite-Druckbehälter zur Speicherung von gasförmigen Medien unter Druck mit einem Liner aus Kunststoff anzugeben, der bei einem Prüfdruck von beispielsweise bis zu 450 bar die Zulassunganforderungen hinsichtlich Leckage auch nach schlagartiger Beanspruchung erfüllt.
Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Bestandteil von Unteransprüchen.
Kern der Erfindung ist die gezielte Verbesserung der Abdichtung im kritischen Halsbereich. Dazu zählt die Anordnung eines einschraubbaren Klemmringes, dessen kegelstumpfartiger Abschnitt mit dem in das Halsstück hineinragenden Endbereich des Liners zusammenwirkt. Dieser Endbereich des Liners weist korrespondierend zum kegelstumpfartigen Abschnitt des Klemmringes vorzugsweise eine Schräge auf. Im Bedarfsfall kann dieser Abschnitt auch zylindrisch sein. Hergestellt wird der gesamte Abschnitt durch Aufbohren des das Ventil aufnehmenden Halses des Kunststoff-Liners. Im Anlieferungszustand weist dieser Hals im Regelfall nur ein kleines Entlüftungsloch auf, das bei der Herstellung des Liners offengehalten wird. Durch die Wahl des Winkels im Bereich zwischen 3 - 5° wird erreicht, daß die
Einschraubkraft in einen sehr geringen axialen, dafür einen um so größeren radialen Anteil aufgeteilt wird. Dies hat zur Folge, daß der Endbereich des Liners in die Gewindekontur des aufgeschraubten Halsstückes gepreßt wird. Von Vorteil dabei ist, daß nicht nur bei hohen Innendrücken, sondern auch bei niedrigem Fülldruck der kritische Endbereich des Liners unter Spannung anliegt. Die Größe der Vorspannung ist einstellbar durch mehr oder weniger tiefes Hineindrehen des Klemmringes. Die so erzeugte Vorspannung wirkt der thermischen Ausdehnung bzw. Kontraktion des Liners im Bezug auf das Halsstück entgegen. Um den Klemmring in einfacher Weise drehen zu können, weist dieser einen Innensechskant auf, so daß definierte Drehmomente aufgebracht und rechnerisch die erforderliche Flankenpressung des Klemmringes nachvollzogen werden können.
Je nach Art der Gasbefüllung und insbesondere der Füllzyklen hat sich die Anordnung eines modifizierten Klemmringes als vorteilhaft herausgestellt. Bei der täglichen Betankung mit Erdgas, wie sie bei Stadtomnibussen mit Erdgasantrieb üblich ist, werden, um den Betankungsvorgang kurz zu halten, große Füllmengen in kurzer Zeit in den Behälter gepreßt. Das führt infolge der Kompressionsenergie zu einer
Erwärmung des Einfüllkanales. Um den empfindlichen Liner aus Kunststoff vor dieser Erwärmung zu schützen, schließt sich an den kegelstumpfartigen Abschnitt des Klemmringes ein zylindrischer Abschnitt an, der sich bis in den Behälterraum erstreckt. Auf diese Weise wird verhindert, daß im schmalen Einfüllkanal das erwärmte Gas unmittelbar mit dem Liner in Kontakt kommt somit und der mit dem Halsstück verbundene Kunststoff-Liner vor der thermischen Einwirkung geschützt wird. Nötigenfalls kann bei einem solchen Betankungsvorgang der Ventilanschluß von außen gekühlt werden.
Für Ventile mit einer vorgeschalteten keramischen Filterpatrone, wie sie beispielsweise für Atemluft vorgesehen ist, weist der Klemmring eine lichte Weite von mindestens 6 mm auf. Im Regelfall ist eine lichte Weite von 8 - 10 mm erforderlich, damit die manchmal krumme Filterpatrone ohne Schwierigkeiten eingeschraubt werden kann.
Ein weiterer Aspekt betrifft die Anordnung eines Dichtelementes im Halsbereich. Bei der bekannten Ausführung aus dem Stand der Technik ist das Dichtelement auf der Stirnseite des Endbereiches des Liners angeordnet. Eine Vielzahl von Versuchen und Untersuchungen haben aber gezeigt, daß die Toleranzpaarung zwischen Halsbereich des Liners und der des Halsstückes als kritisch anzusehen ist. Die Fertigung des Liners ist verfahrensbedingt nur mit einer großen Toleranz möglich, so daß im ungünstigsten Falle ein Spalt zwischen Liner und Halsstück zu überbrücken ist. Der einschraubbare Klemmring schafft zwar einen gewissen Ausgleich, andererseits sind der Einschraubkraft aber Grenzen gesetzt, anderenfalls würde der Halsbereich des Liners zerstört werden. Aus diesem Grunde wird vorgeschlagen, in den gewindefreien Abschnitt des Halsbereiches des Liners einen Dichtring anzuordnen, der in einer radial in das Halsstück sich erstreckenden Nut verankert ist. Für besonders kritische Fälle hat es sich als günstig herausgestellt, wenn zusätzlich auf der Unterseite des Kragens des Halsstückes ein weiterer Dichtring angeordnet wird. Dies hat den Vorteil, daß bei sich überlagernder thermischer und mechanischer Beanspruchung insbesondere Schlagbeanspruchung in axialer Richtung einer möglichen Leckage durch Lockerung des Verbundes zwischen Liner und Halsstück im Kragenbereich durch den Dichtring entgegengewirkt werden kann. Um die Anbindung zwischen Halsstück und Kunststoff- Liner weiter zu verbessern, wird außerdem vorgeschlagen, zwischen Unterseite des Kragens des Halsstückes und dem damit kontaktierenden Bereich des Liners die Anordnung eines Klebemittels vorzusehen.
Im Hinblick auf die Schlagbeanspruchung hat sich die Anordnung einer Außensicke im anschließenden Bereich an den Kragen als vorteilhaft herausgestellt. Diese Sicke sorgt dafür, daß ein Großteil der auf das Halsstück auftreffenden Schlagbeanspruchung in die Wicklung geleitet wird und nur noch ein Rest über den Kragen auf den Linerbereich trifft. Anderenfalls ist es möglich, daß durch das schlagende Halsstück der Linerbereich so stark beansprucht wird, daß er lokal aufreist. Im gleichen Sinne wirkt auch die Anordnung einer schlagabsorbierenden Schicht auf beide Polkappen des Druckbehälters. Vorzugsweise wird dazu ein schnell aushärtender Polyurethanschaum verwendet. Dieser kann auch dazu genutzt werden, um in der dem Ventil gegenüberliegenden Polkappe eine Absteilfläche auszuformen, so daß der Behälter ohne Hilfsmittel senkrecht gestellt werden kann. Diese Absteilfläche kann als flache Scheibe oder als Fußring ausgebildet sein.
Je nach Anwendungsfall kann es erforderlich sein, ein Ventil mit einem genormten Kegelgewinde einzuschrauben. Um weiterhin den Klemmring einschrauben zu können, wird der obere Innengewindeabschnitt in zwei Abschnitte unterteilt. Der erste Abschnitt ist ein zylindrisches Feingewinde zur Aufnahme des Klemmringes, daran schließt sich mit einem Absatz das genormte Kegelgewinde zur Aufnahme des Ventils an. Insgesamt haben die vorgeschlagenen Maßnahmen dazu geführt, daß der weiterentwickelte Druckbehälter mit einem Prüfdruck bis zu 450 bar die Zulassungsbedingungen erfüllt und wahlweise für die verschiedensten Gase, sei es Atemluft, Erdgas, Wasserstoff o. a. zur Befüllung eingesetzt werden kann.
In der Zeichnung wird anhand eines Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäß ausgebildete Composite-Druckbehälter näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 im Längsschnitt einen erfindungsgemäß ausgebildeten Composite-
Druckbehälter
Figur 2 im Teillängsschnitt den Liner (Ventilbereich) Figur 3 im Teillängsschnitt den Liner (Bodenbereich)
Figur 4 im vergrößerten Maßstab im Längsschnitt den Ventilbereich im gewickelten Zustand Figur 5 im halbseitigen Längsschnitt und in halbseitiger Ansicht das Ventil-
Halsstück
Figur 6 im halbseitigen Längsschnitt und in halbseitiger Ansicht das Boden-
Halsstück
Figur 7 im halbseitigen Längsschnitt eine Variante des Ventil-Halsstückes
Figur 8 im Längsschnitt eine Ausführungsform eines Klemmringes Figur 9 wie Figur 8, jedoch eine Variante eines Klemmringes
In Figur 1 ist in einem Längsschnitt ein erfindungsgemäß ausgebildeter Composite- Druckbehälter 1 dargestellt. Er besteht aus einem über Blasformen oder Rotations- Sinter-Verfahren oder Thermoformverfahren hergestellten Kunststoff-Liner 2, der durch eine von außen aufgewickelte Faserwicklung 3 verstärkt wird. Beispielsweise besteht die verstärkende Umwicklung aus einer Faserverstärkung wie z. B. Kohlenstoff-, Aramid-, Glas-, Bor-, AI2 O3 -Fasern oder Gemischen (Hybridgarne) hieraus, die in einer Matrix aus Duromeren, z. B. Epoxid- oder Phenolharzen etc. oder in Thermoplasten, z. B. PA 12, PA6, PP etc. eingebettet sind. Der Faserverbundwerkstoff, bestehend aus o. g. Fasern und Polymeren, wird sowohl in axialer als auch tangentialer Richtung des Behälters aufgebracht, d. h. der Faserverstärkungskörper (FVK) bzw. die Ausrichtung der Faserlängsachsen weisen im Fall der axialen Umwicklung im zylindrischen Behälterteil nur einen kleinen Winkel (0 - 70°) gegenüber der Behälterlängsachse auf. Mit Hilfe der axialen Bewicklung werden auch die Polkappen des Kunststoff-Liners 2 gleichmäßig bewickelt. Vorher, alternierend oder nach dieser Polkappenwicklung erfolgt die Ablage des Faserverstärkungskörpers ausschließlich tangential bzw. in Umfangsrichtung des zylindrischen Behälterteils. Die Wanddickenanteile von tangentialer Umwicklung und axialer Umwicklung hängen ab vom Außendurchmesser des Kunststoff-Liners 2, von der Festigkeit des Faserverstärkungskörpers, von den Wickelwinkeln etc. Der Composite-Druckbehälter 1 weist im Halsbereich Öffnungen auf, die je mit einem Halsstück 4, 5 verschlossen und / oder abgedichtet sind. Einzelheiten der Halsstücke 4, 5 werden in den Figuren 5 - 7 näher erläutert. Beide Halsstücke 4, 5 weisen in bekannter weise einen kegelstumpfartig ausgebildeten Kragen 6, 6' auf, an dessen
Unterseite 7, T der Liner 2 zur Anlage kommt. Beide Polkappen des Composite- Druckbehälters 1 sind erfindungsgemäß mit einer schlagabsorbierenden Schicht 8, 9, 9' bedeckt. Vorzugsweise besteht diese Schicht 8, 9, 9' aus Polyurethan-Schaum. In vorteilhafter Weise kann die dem Ventilbereich gegenüberliegende Polkappe als Abstellfläche 9' ausgebildet sein, wie hier auf der rechten Bildseite unten zu erkennen ist. Diese Abstellfläche 9' kann, wie hier dargestellt, als flache Scheibe oder als Fußring ausgebildet sein.
Zur Verbesserung der Abdichtung im Halsbereich ist in dem das Ventil (hier nicht dargestellt) aufnehmende Halsstück 4 ein Klemmring 10 eingeschraubt. Einzelheiten dazu sind in Figur 4 dargestellt.
Figur 2 und 3 zeigen im Teillängsschnitt den Kunststoff-Liner 2. Seine Maße sind im wesentlichen durch die Dicke 11 und den äußeren Durchmesser 12 bestimmt. In bekannter weise ist der Liner 2 in den Endbereichen als Hals 13, 14 ausgebildet. Zum
Aufschrauben der Halsstücke 4, 5 ist der jeweilige Hals 13, 14 des Liners 2 mit einem Gewindeabschnitt 15, 16 versehen. Vorzugsweise ist das Gewinde 15,16 als Sägezahngewinde ausgebildet, z. B. KS 25 Steigung 4 gemäß DIN 6063 Teil 1 und Teil 2. Zu erwähnen ist noch, daß der das Ventil aufnehmende Hals 13 mit einer Bohrung 17 versehen ist, während der gegenüberliegende Hals 14 geschlossen ist und somit keine Abdichtprobleme aufwirft.
Figur 4 zeigt in einem vergrößerten Maßstab den Halsbereich des Composite- Druckbehälters 1 auf der Ventilseite. In dieser Darstellung sind die Einzelheiten des Anschlusses besser zu erkennen. Das das Ventil aufnehmende Halsstück 4 ist innenseitig mit zwei Gewindeabschnitten 18, 19 versehen, wovon der oben liegende Gewindeabschnitt 18 in diesem Ausführungsbeispiel als zylindrisches Gewinde ausgebildet ist, zur Aufnahme des Klemmringes 10 und zur Aufnahme des hier nicht dargestellten Ventils. Der darunter liegende Gewindeabschnitt 19 ist das Gegenstück zum Außengewinde 15 des Halses 13 des Liners 2. Durch das Hineindrehen des Klemmringes 10 mittels des Innensechskants 20 (siehe Figur 8 bzw. 9) wird über den kegelstumpfförmig ausgebildeten Abschnitt 21 der Hals 13 des Liners 2 in die
Gewindekontur 19 des Halsstückes 4 gepreßt. Als weitere Abdichtmaßnahme ist im gewindefreien Abschnitt 22 (Figur 2) des Halses 13 ein Dichtring 23 angeordnet. Falls erforderlich, kann zusätzlich auch auf der Unterseite 7 des Kragens 6 ein weiterer Dichtring 24 angeordnet werden. Zur Verbesserung der Belastbarkeit bei Schlagbeanspruchung ist auf der Außenseite des Halsstückes 4 die Anordnung einer umlaufenden Sicke 25 vorgesehen.
Die Figuren 5, 6 zeigen in einem halbseitigen Längsschnitt und einer halbseitigen Ansicht die beiden Halsstücke 4, 5. Zur Aufnahme der beiden in der zuvor erläuterten Figur 4 erwähnten Dichtringe 23, 24 sind im Halsstück 4 entsprechende Nuten 26, 27 vorgesehen. Die erstgenannte Nut 26 ist zwischen den beiden Innengewindeabschnitten 18, 19 angeordnet, die zweitgenannte Nut 27 auf der Unterseite 7 des Kragens 6. Das dem Ventil gegenüberliegende Halsstück 5 ist vergleichbar aufgebaut. Es weist ebenfalls einen Innengewindeabschnitt 25' auf zum Aufschrauben auf den Hals 14 des Liners 2 (Figur 3). Es ist vorzugsweise ebenfalls als
Sägezahngewinde ausgebildet. Auf der Außenfläche des Halsstückes 5 ist ebenfalls eine umlaufende Sicke 25' vorgesehehn, um die Schlagbeanspruchung zu dämpfen. lm Anlieferungszustand weist das untenliegende Halsstück 5 noch einen Zapfen 28 auf, der mit einem Außengewinde 29 versehen ist. Der Zapfen 28 dient als Aufnahme einer Haltevorrichtung bei der Aufbringung des Faserverbundwerkstoffes auf den Liner 2. Wie Figur 1 zeigt, wird dieser Zapfen 28 nach Aufbringung der Faserwicklung abgetrennt, bevor die schlagabsorbierende Schicht 9, 9' aufgebracht wird.
In Figur 7 ist eine Variante eines das Ventil aufnehmenden Halsstückes 30 dargestellt. Im Unterschied zu dem in Figur 5 dargestellten Halsstück 4 ist der obenliegende Innengewindeabschnitt in zwei Abschnitte unterteilt. Der erste Abschnitt 31 ist wie der Abschnitt 18 in Figur 5 mit einem zylindrischen Gewinde zur Aufnahme des
Klemmringes 10 versehen. Daran schließt sich mit einem Absatz 32 ein genormter kegeliger Gewindeabschnitt 33 an. Diese Variante ist erforderlich, da je nach Gasbefüllung und Lieferant auch Ventile mit kegeligem Einschraubgewinde vorgeschrieben sein können. Ein weiterer Unterschied betrifft die Ausbildung des Kragens 34. Im Unterschied zu der Ausbildung in Figur 5 und 6 ist der Kragen 34 des
Halsstückes 30 schräg nach oben gerichtet. Je nach Boden- bzw. Schulterform des Liners 2 werden durch diese Abschrägung günstigere Spannungsverhältnisse im Bauteil erreicht. Vorzugsweise liegt der Winkel dieser Schräge in einem Bereich von 5 - 10°.
Figur 8 zeigt im Längsschnitt eine erste Ausführungsform eines Klemmringes 10. Er weist einen zylindrischen Abschnitt 36 mit einem Außengewinde 37 zum Eindrehen in das jeweilige Halsstück 4, 30 auf. Daran schließt sich mit einer Abrundung 38 ein kegelstumpfartig ausgebildeter Abschnitt 21 an. Der Winkel 40 liegt im Bereich zwischen 3 - 5°. Wichtig ist auch die lichte Weite 41 des Klemmringes 10. Diese darf nicht zu klein gewählt werden, damit beispielsweise ein für Atemluft vorgeschriebenes Ventil mit einer vorgeschalteten Filterpatrone einschraubbar ist. Das Maß sollte 6 mm nicht unterschreiten, zweckmäßig sind 8 mm, um auch krumme Filterpatronen ohne Probleme einschrauben zu können.
Figur 9 zeigt eine Variante 42 der Ausgestaltung des Klemmringes, wobei für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen gewählt worden sind. An den schon erwähnten kegelstumpfartig ausgebildeten Abschnitt 21 schließt sich ein zylindrischer Abschnitt 43 an, der zweckmäßigerweise als Rohr ausgebildet ist. Die Länge 44 dieses Abschnittes 43 wird so gewählt, daß nach dem Einschrauben der vordere Bereich des Klemmringes 42 in den Behälterraum hineinragt. Dies wirkt sich vorteilhaft aus, wenn die Befüllung mit einer starken Erwärmung verbunden ist und der Liner 2 davor geschützt werden soll.

Claims

Patentansprüche
1. Composite-Druckbehälter zur Speicherung von gasförmigen Medien unter Druck mit einem Liner aus Kunststoff und zwei im Halsbereich angeordneten Halsstücken sowie mit einer den Liner verstärkenden Wicklung eines
Faserverbundwerkstoffes, von denen mindestens eines zur Aufnahme eines einschraubbaren, ein Gewinde aufweisenden Ventils ausgebildet ist und beide Halsstücke in dem dem Druckbehälter zugewandten Endbereich mit einem flach verlaufenden kegelstumpfartigen Kragen versehen sind, der innenseitig vom Liner und außenseitig von der verstärkenden Wicklung umgeben ist und das Halsstück in dem dem Liner zugewandten Bereich einen Innengewindeabschnitt aufweist, der mit einem auf dem als Hals ausgebildeten Bereich des Liners angeordneten Außengewindeabschnitt zusammenwirkt und das ein Ventil aufnehmende Halsstück an den den Innengewindeabschnitt anschließenden gewindefreien Bereich auf der Innenseite eine ringförmige Nut zur Aufnahme eines Dichtelementes aufweist und darin sich ein weiterer Innengewindeabschnitt zur Aufnahme des Ventils anschließt und zur Drehsicherung das das Ventil aufnehmende Halsstück außen mit einem Schlüsselansatz versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß im das Ventil aufnehmende Halsstück (4,30) ein in diesen einschraubbarer Klemmring (10,42) vorgesehen ist, der am Außenmantel einen Gewindeabschnitt (37) aufweist, an dem sich ein gewindefreier kegelstumpfartiger Abschnitt (21 ) anschließt und die zwischen den Innengewindeabschnitten (18,19,31) des Halsstückes (4,30) angeordnete ringförmige Nut (26) zur Aufnahme eines Dichtringes (23) radial in das Halsstück (4,30) sich erstreckt und auf der Außenseite des jeweiligen Halsstückes (4,5,30) im an den Kragen (6, 6', 34) anschließenden Bereich die Anordnung mindestens einer radial nach außen über den ganzen Umfang sich erstreckenden Sicke (25,25') vorgesehen ist.
2. Composite-Druckbehälter nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Polkappen des Druckbehälters (1) mit einer schlagabsorbierenden Schicht (8,9,9') versehen sind.
3. Composite-Druckbehälter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Ventil gegenüberliegende Polkappe als Aufstellfläche (9') ausgebildet ist.
4. Composite-Druckbehälter nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die schlagabsorbierende Schicht (8,9,9') aus Polyurethan-Schaum besteht.
5. Composite-Druckbehälter nach den Ansprüchen 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß der kegelstumpfartige Abschnitt (21) des Klemmringes (10,42) mit dem Hals (13) des Liners (2) zusammenwirkt, der eine korrespondierende auf der Innenseite des Liners (2) angeordnete Schräge aufweist.
6. Composite-Druckbehälter nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Klemmring (10,42) einen Innensechskant (20) aufweist und das Gewinde (37) als Feingewinde ausgebildet ist.
7. Composite-Druckbehälter nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich an den kegelstumpfartigen Abschnitt (21) des Klemmringes (42) ein sich in den Behälterraum hinein erstreckender zylindrischer Abschnitt (43) anschließt.
8. Composite-Druckbehälter nach einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß für Anordnung eines Ventils mit vorgeschalteter Filterpatrone der Klemmring (10) eine lichte Weite (41) von mindestens 6 mm aufweist.
9. Composite-Druckbehälter nach einem der Ansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, daß der kegelstumpfartige Abschnitt (21) des Klemmringes (10,42) einen Winkel im Bereich von 3 - 5° aufweist.
10. Composite-Druckbehälter nach einem der Ansprüche 1 - 9, dadurch gekennzeichnet, daß das das Ventil aufnehmende Halsstück (4,30) auf der Unterseite des Kragens (6,34) mit einer ringförmigen Nut (27) zur Aufnahme eines Dichtringes (24) versehen ist.
11. Composite-Druckbehälter nach einem der Ansprüche 1 - 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Randbereich des Kragens (34) schräg nach oben gerichtet ist.
12. Composite-Druckbehälter nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (39) für die Schräge in einem Bereich von 5 - 10° liegt.
13. Composite-Druckbehälter nach einem der Ansprüche 1 - 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Außengewinde (15,16) des Halses (13,14) des Liners (2) und das damit zusammenwirkende Innengewinde (19) des Halsstückes (4,30) als Sägezahngewinde ausgebildet ist.
14. Composite-Druckbehälter nach einem der Ansprüche 1 - 13, dadurch gekennzeichnet, daß der das Ventil aufnehmende Innengewindeabschnitt des Halsstückes (30) unterteilt ist in einen ein zylindrisches Feingewinde aufweisenden Abschnitt (31) zur Aufnahme des Klemmringes (10,42) und ein davon abgesetzes ein kegeliges Gewinde aufweisenden Abschnitt (33) zur Aufnahme des Ventils.
15. Composite-Druckbehälter nach einem der Ansprüche 1 - 14, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Unterseite (7) des Kragens (6,6') des Halsstückes (4,5,30) und dem damit kontaktierenden Bereich des Liners (2) die Anordnung eines Klebemittels vorgesehen ist.
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