高压容器的制作方法

本发明涉及一种高压容器，特别是用于存储机动车燃料的高压容器。

背景技术：

已知可以由内层，即所谓的“衬里”和围绕衬里的纤维材料的缠绕构造高压容器，其例如用于存储氢作为机动车的燃料。

为了制造容器，已知采用吹塑和热成型技术。然后基于管状或板状半成品的成型进行生产。通过负压和/或正压将所述半成品制成其最终形状。举例来说，有可能产生两个半壳，这两个半壳彼此接合以形成容器。

对于用于在压力下存储气体的iv型容器的气密衬里的应用，有两种常见的生产方法。首先，对整个衬里进行吹塑成型，其次是在注射成型和挤压工艺中制造容器段的方法，然后通过连接工艺将所述部件连接起来。

此处使用的材料通常基于hdpe(高密度聚乙烯)或聚酰胺。

机械低温性能和排放性能是衬里材料的重要区别特征。单层材料(例如聚酰胺)对气体具有良好的阻隔性能，但不具有理想的低温性能。相反，hdpe没有合适的屏障作用，但是具有非常好的低温性能。

因此，目前主要使用聚酰胺，特别是在氢领域中。然而，因此，尤其是对于吹塑技术设置了关于部件尺寸的限制。此外，由于其复杂的添加成分，可用的合适类型是昂贵的，且在低温下的使用存在问题。

用于气体的高压容器在其操作(填充、储存和排空)中会承受较大的温度波动。这对材料特别是对衬里提出了很高的要求。

结合轻质结构和复合材料的使用，在这种情况下，挑战在于将不同的材料在连接点处以气密的方式彼此连接。

技术实现要素：

本发明的目的是在这方面改进高压容器，并且特别是提供一种高压容器，其在过渡到凸台的过渡区域中也满足了高压容器密封性和渗透性的要求，并且可以在此过程中以简单且成本有效的方式生产。

该目的通过一种高压容器来实现，该高压容器包括圆柱体作为中间部分，其中该圆柱体包括多层复合塑料，该多层复合塑料包括屏障层，其中高压容器在圆柱体的轴向端部还包括至少一个半壳，其中半壳包括多层复合塑料，多层复合塑料包括屏障层，其中半壳还包括基本旋转对称的插入部件，即凸台部件，其中所述插入部件在所述插入部件面向容器内部的端部处具有足部，所述足部具有比插入部件的中间部分更大的直径，其中足部基本上形成空心圆锥体或空心圆柱体，并且填充有半壳的多层复合塑料的至少第一凹槽或凹部在足部的内周上的至少特定部分周围延伸。

根据本发明，用于衬里的材料，无论是在由圆柱体形成的中间部分，还是在容器的至少一个且优选地两个轴向端部区域中，都是多层复合材料。这种多层塑料可以通过吹塑或热成型或真空成型以简单的方式形成以提供半壳。中间部分的圆柱体可以例如被吹塑或被挤出。根据本发明，使用了一种凸台，该凸台的足部的直径大于凸台的相邻中间部分的直径。

因此，足部相对于衬里的多层塑料形成底切部，所述多层塑料从足部的侧面或容器的中点引入。

足部内部在其纵向中轴线的区域中是中空的，并且因此基本上形成空心圆锥体或空心圆柱体。

在足部的所述空心圆锥体或空心圆柱体的内周上，至少在某些部分上延伸有第一凹槽或凹部，也就是说，例如在各个部分中围绕空心圆柱体或空心圆锥体的内周，优选地还围绕整个内周。所述凹槽或凹部填充有半壳的多层复合塑料。“凹部”可以类似于凹槽地构造，并且在任何情况下都具有至少一个边缘，该边缘用作位于其后方的塑料的底切部，使得多层塑料以形状配合的方式被保持在内周区域中的边缘后方。

由于衬里的多层塑料的塑料，所述塑料具有屏障层，提高了塑料衬里和凸台之间的过渡区域中的密封性。在这种情况下，在高压容器的操作过程中，很好地保护了布置在垂直内周上的第一凹槽或凹部中的塑料，使其不会脱落，使得容器的良好密封性能特别持久。

因此，即使在过渡到凸台的区域中，高压容器也具有良好的渗透性能。尽管如此，仍可以以成本有效的方式生产带有嵌入式凸台的半壳和整个高压容器，如随后将更详细描述的那样，尽管在凸台的足部处有底切部，但仍可以通过吹塑或真空热成型来引入塑料。

半壳的多层复合塑料优选轴向地布置在足部的两侧。因此，通常为金属的凸台被嵌入具有屏障层的塑料中。

足部优选具有至少第二凹槽，该第二凹槽填充有半壳的多层复合塑料，其中，在足部的内周附近，第二凹槽至少在足部的基部上的特定部分周围延伸，所述基部面向容器内部。所述凹槽同样主要用于增加衬里和凸台之间的密封性。

足部优选具有至少第三凹槽，该第三凹槽填充有半壳的多层复合塑料，其中，第三凹槽至少在足部的顶表面上的特定部分周围延伸，所述顶表面面向容器外侧。除了增加密封性之外，所述第三凹槽还防止塑料从足部的顶表面上的凸台脱离。

足部优选具有至少第四凹槽，该第四凹槽填充有半壳的多层复合塑料，其中，在足部的外周附近，第四凹槽至少在足部的基部上的特定部分周围延伸，所述基部面向容器内部。所述凹槽还防止塑料从凸台脱离。

第一凹槽和/或第二凹槽和/或第三凹槽和/或第四凹槽可以具有梯形形状，该梯形形状朝着凹槽的底部变大，从而改善了塑料在凹槽中的形状配合。

在每个凹槽中，特别是在第一和/或第二凹槽中，可以在凹槽的基部上布置附加的密封元件。

套筒优选地相对于第一凹槽径向地布置在内部，相对于足部的内周布置在内部，其中，半壳的多层复合塑料被套筒推向足部的内周并进入第一凹槽中。因此，塑料以可靠的方式保留在第一凹槽中，并且密封作用进一步增强。

优选地，圆柱体的多层复合塑料转化为半壳的多层复合塑料。屏障层优选在圆柱体和半壳之间的过渡处尽可能连续地延伸。

半壳的多层复合塑料，并且优选地，圆柱体的多层复合塑料，优选包括至少一层由hdpe组成的层和屏障层，特别是evoh，优选还包括再粒化，即再研磨层，和/或第二hdpe层和/或至少一个粘合促进层。

优选地，高压容器在圆柱体的轴向端部处包括两个半壳，其中优选地，两个半壳都如先前针对第一半壳所描述的那样构造。

纤维材料，优选地包括碳纤维和/或玻璃纤维和/或环氧树脂的复合材料，优选地缠绕在圆柱体和两个半壳上。

根据本发明的高压容器的生产优选可以通过工具进行，该工具具有形成模具的第一工具半部，并且可以包括以下步骤：

-将预热的第一塑料板放置在第一工具半部上，

-通过负压或压力将第一塑料板抽吸或压制在第一工具半部上，

-由此，第一塑料板的塑料被布置在插入部件(即凸台部件)的底切部后方的特定区域中，与插入部件横向间隔开，或者在将第一塑料板抽吸或压制在第一工具半部上之后，将插入部件定位成使得第一塑料板的塑料被布置在插入部件的底切部后方的特定区域中，与插入部件横向间隔开，

-此后，第一塑料板的塑料在底切部后方通过滑动件或负压或压力从与插入部件横向间隔开推入或抽吸到插入部件上，使得插入部件的底切部后方的空间被塑料填充。

优选地，凸台因此作为插入部件插入到工具中，并且在吹塑或热成型操作中与塑料板，特别是渗透密封的多层复合材料一起被封闭，因此塑料也到达底切部后方的区域。为此，首先，通过负压或压力将塑料板抽吸或压制在第一工具半部上。在此情况下，插入部件可能已经被定位成使得，通过将塑料抽吸或压制在第一工具半部上，第一塑料板的塑料被布置在插入部件的底切部后方的特定区域中，与插入部件横向地间隔开。

替代地，仅在将塑料抽吸或压制到第一工具半部上之后才定位插入部件，使得第一塑料板的塑料被布置在底切部后方，与插入部件横向地间隔开，例如，移动插入部件或仅将插入部件引入第一工具半部中。

此后，第一塑料板的塑料通过滑动件或负压或压力从与插入部件横向隔开的位置推入或抽吸到插入部件上，使得插入部件的底切部后方的空间被先前位于侧面的塑料填充，并形成形状配合。

因此，尽管通过吹塑或真空成型简单地生产，塑料也到达了插入部件后方的区域，并且形成了塑料、特别是多层复合材料到插入部件特别是金属凸台的改善的密封效果。为了实现包含在塑料中，使用了滑动件和/或真空或压缩空气。

“横向间隔开”在此是基本指与插入部件的纵向中心轴线间隔开，该纵向中心轴线优选地也可以与压力容器的纵向中心轴线重合。塑料首先可以基本上平行于插入部件的纵向中心轴线延伸，并且优选地还平行于周围的容器壁。然后将塑料基本上垂直于插入部件的纵向中心轴线，特别是在所有侧面上径向向内地朝向插入部件吸、吹或推动。

在将插入部件定位之后，暂时将塑料抽吸或推动到插入部件上，使得塑料与插入部件横向间隔地布置在特定区域中，这可以在连续过程中执行，这样，在每种情况下都要进一步移动和定位插入部件，并在此过程中分别重新进行塑料的抽吸或推动，使得插入部件的定位以及底切部后方的其上的塑料的抽吸或推动实际上是同时发生的。

这样制成的半壳可以在进一步的工艺步骤中连接到第二半壳或挤压或吹塑的多层圆柱体上。这形成了芯，因此成为进一步缠绕过程的基础，在该过程中，容器可以通过由碳和/或玻璃和环氧树脂组成的复合材料来获得其机械强度。

优选地，工具包括形成柱塞的第二工具半部，其中，将第二工具半部驱动到第一工具半部上以构造半壳的内部轮廓。为此，第二工具半部可以在半壳的内部使第一塑料板的形状成形。替代地，第二工具半部也可以装配有第二塑料板，该第二塑料板构造成半壳的内部轮廓。

优选地，在将第一塑料板抽吸或压到第一工具半部上之后，相对于第一工具半部升高插入部件，以便定位插入部件，使得第一塑料板的塑料布置在底切部后方，与插入部件横向间隔开。可以借助用于插入部件的可移动的接收部来执行升高操作。在这种情况下，插入部件可以朝向容器外侧布置在第一塑料板上，并且因此可以沿着插入部件的纵向中心轴线并且优选地还沿着高压容器的纵向中心轴线进行升高，特别是在朝向容器后面的中心的方向上。

优选地，在用塑料填充插入部件的底切部后方的空间之后，插入部件相对于第一工具半部再次降低。特别优选地，在第二工具半部移动到第一工具半部上的同时执行降低操作。

根据另一实施例，仅在将第一塑料板抽吸或压到第一工具半部上之后，插入部件被放置在第一塑料板上，以便定位插入部件，使得第一塑料板的塑料布置在底切部后方，与插入部件横向间隔开。因此，插入部件可以在第一塑料板上朝向容器内侧布置。第二塑料板又可以相对于插入部件朝向容器内侧布置。

可以在底切部后方的被塑料填充的空间后方轴向地切除第一塑料板的塑料，使得没有塑料残留在底切部后方，特别是朝向相对于底切部的容器外侧。

优选地，将预热的第二塑料板放置在第二工具半部上，然后通过负压或压力将第二塑料板抽吸或压制到第二工具半部上，并且将带有第二塑料板的第二工具半部驱动到第一工具半部上，以形成半壳的内部轮廓。

优选地，第一塑料板是多层复合材料，其中该多层复合材料优选地包括hdpe(高密度聚乙烯)层和屏障层，特别是evoh(乙烯-乙烯醇共聚物)。特别优选地，该多层复合材料还包括再研磨材料或再粒化和/或一个或多个增粘层。hdpe优选地形成多层复合材料的最外层，并且还可以另外形成最内层。

用于制造高压容器的方法优选地包括通过如上所述的方法来制造半壳，其中，半壳连接到另一半壳，其例如还可以包括插入部件并且以与上述相同的方式制造，或者连接到至少一个优选地被挤压或吹塑的圆柱体及端盖，以形成封闭的容器。

纤维材料，优选地包括碳纤维和/或玻璃纤维和/或环氧树脂的复合材料，优选地缠绕在封闭容器上。

附图说明

在下文中，参考附图通过示例更详细地描述本发明。

图1至图6是示出第一实施例中的根据本发明的用于高压容器的半壳的制造方法的步骤的截面图。

图7是图3在插入部件1的底切部周围的区域中的详细图示。

图8是图4在插入部件1的底切部周围的区域中的详细图示。

图9至图14是示出第二实施例中的根据本发明的用于高压容器的半壳的制造方法的步骤的截面图。

图15是根据本发明的高压容器的截面图。

图16是根据本发明的高压容器的半壳的截面图。

图17是根据本发明的高压容器的另一半壳的截面图。

图18是根据本发明的高压容器的另一半壳的截面图。

图19是如图18所示的半壳的细节a的截面图。

具体实施方式

在图1-6中，示出了根据本发明的用于制造高压容器的半壳的方法。

使用这样的工具，该工具具有形成模具的第一工具半部2和形成柱塞的第二工具半部5。

因此，工具由两个工具半部组成，其中，插入部件位于第一工具半部2中的可移动接收部7上，优选地在下部工具半部中。第二工具半部5，优选地上部工具半部用作柱塞，以便在过程结束时施加压缩作用。另外，第二工具半部5也可以安装有第二插入部件。借助于工具中设置的滑动件4和/或真空，将塑料带到形状配合所需的点。

为此，将预热的第一塑料板3放置在第一工具半部2上，并且通过负压或压力将第一塑料板3抽吸或压制在第一工具半部2上。然后，定位插入部件1(即凸台部件)，使得第一塑料板3的塑料被布置在底切部后方的特定区域中，与插入部件1横向间隔开。替代地，插入部件1的位移也可以省略，从而将塑料直接抽吸到正确定位的插入部件1上，对应于图3。

然后，第一塑料板3的塑料在底切部后方通过滑动件4或负压或压力从与插入部件1横向间隔开推入或抽吸到插入部件1上，使得插入部件1的底切部后方的空间被塑料填充。

最后，将第二工具半部5移动到第一工具半部2上，以形成半壳的内部轮廓。

图1至图6所示的单片过程包括以下详细步骤：

在单片过程的第一步(图1)中，一个工具半部(即第一工具半部2)安装有插入部件1(即凸台)和预热的塑料板3。插入部件1位于开始位置。

可选地，在这一点上，第二工具半部5还可以安装有另一个插入部件。借助于真空将塑料板3抽吸到第一工具半部2中，该第一工具半部2表示外部部件的几何形状。

为了用塑料填充插入部件1的底切部后方的空间(所述空间是形状配合所必需的)，将插入部件1定位在第一工具半部2中的可移动接收部7上。通过升高部件并例如同时使用真空和/或滑动件4，可以填充部件的底切部后方的空间，参见图3和图4。

在下一步(图5)中，将第二工具半部5以限定的闭合力降低到第一工具半部2上，从而形成部件的内部轮廓。在该处理步骤的过程中，插入部件1可能会再次被置于开始位置。因此，在底切部后方的塑料被另外地压缩，并且插入部件1和第一塑料板3的塑料之间的形状配合得到增强。

制造方法的另一实施例示于图9至14，即用于制造半壳的双片过程。

在双片过程的第一步中，两个工具半部2、5均安装有分别预热的塑料板3、6(图9)。可选地，在这一点上，第二工具半部5还可以安装有插入部件。借助于真空将塑料板3、6分别抽吸到工具半部2、5中或上，工具半部2、5分别表示外部和内部部件的几何形状(图10)。

在下一步中，将要封装的插入部件1插入到第一工具半部2中(图11)。

借助于真空和/或滑动件4，插入部件1的底切部(所述底切部对于形状配合是必要的)后方的空间被塑料填充(图12)。多余的材料会通过在工具中引入的切割边缘在底切部后方被切断(图13)。所述切割边缘也可以如图13所示包含在滑动件4中。图14示出了完成的部件，其中底切部下方的多余塑料和滑动件4已被切断。

图15中示出了根据本发明的高压容器。高压容器包括圆柱体10作为中间部分，其中圆柱体10包括多层复合塑料11，多层复合塑料11包括屏障层12，其中高压容器在圆柱体10的轴向端部还包括至少一个半壳13，其中半壳13包括多层复合塑料11，多层复合塑料11包括屏障层12，其中半壳13还包括基本旋转对称的插入部件1，即凸台，其中插入部件1包括相对于在插入部件1的纵向中心轴线方向上的脱模的底切部，其中半壳13的多层复合塑料11轴向地布置在插入部件1的底切部的两侧。

底切部由在插入部件1的面向容器内部的端部上的足部14形成，所述足部的直径大于插入部件1的中间部分的直径。多层复合塑料11轴向地布置在足部14的两侧。

足部14具有多个凹槽15，凹槽15填充有半壳13的多层复合塑料11。

插入部件1基本上具有空心圆柱体的形状。足部14基本上具有空心圆锥体的形状。

凹槽15填充有半壳13的多层复合塑料11，该凹槽围绕足部14的内周延伸。

圆柱体10的多层复合塑料11转化为半壳13的多层复合塑料11。

半壳13以及圆柱体10的多层复合塑料11包括作为最外层的hdpe层和由evoh组成的屏障层12。hdpe可以是hdpe-s(黑色)，并且其后布置可以是再粒化层、粘合促进剂、evoh层，任选地再一层粘合促进剂，并且任选地还可以是hdpe层作为最内层。

高压容器在圆柱体10的轴向端部包括两个半壳13，其中两个半壳13如上所述构造，即，它们具有嵌入多层复合塑料11中的凸台1。

纤维材料16，优选地包括碳纤维和/或玻璃纤维和/或环氧树脂的复合材料，缠绕在圆柱体10和两个半壳13上。

因此，总体上提出一种高压容器，该高压容器可以用于在高压下储存气体。所述容器是轻质结构，并具有多件的多层塑料衬里，该衬里由两个圆顶盖13和一个圆柱体10组成，可确保气密性并包含渗透屏障12。

凸台1，即头架和尾架，被集成在两个圆顶盖13中。

包含在衬里的层结构中的屏障层12在圆顶盖13和圆柱体管10中均提供渗透性能。

高压容器的机械强度由纤维增强的复合材料16提供，该复合材料在缠绕过程中施加到塑料衬里并随后固化。

图16示出了根据本发明的高压容器的半壳13。半壳13包括多层复合塑料11，多层复合塑料11包括屏障层12，其中，半壳13还包括基本上旋转对称的插入部件1，即凸台。插入部件1在面向容器内部的端部处具有足部14，所述足部的直径大于插入部件1的中间部分的直径。足部14基本上形成空心圆锥体。第一凹槽15填充有半壳13的多层复合塑料11，该凹槽围绕足部14的内周延伸。

半壳13的多层复合塑料11轴向地布置在足部14的两侧。

足部14具有第二凹槽17，该第二凹槽填充有半壳13的多层复合塑料11，其中，在足部14的内周附近，第二凹槽17在足部14的基部周围延伸，所述基部面向容器内部。

足部14具有第三凹槽18，该第三凹槽18填充有半壳13的多层复合塑料11，其中，第三凹槽18在足部14的顶表面周围延伸，所述顶表面面向容器外侧。

足部14具有第四凹槽19，该第四凹槽19填充有半壳13的多层复合塑料11，其中，在足部14的外周附近，第四凹槽19在足部14的基部周围延伸，所述基部面向容器内部。

如图17所示，套筒20相对于第一凹槽15径向地布置在内部，相对于足部14的内周布置在内部，其中，半壳13的多层复合塑料11被套筒20推向足部14的内周并进入第一凹槽15中。

从图18及其在图19中的细节a的细节部分可以看出，密封元件可以布置在凹槽的基部上，特别是第一凹槽15和第二凹槽17的基部上。

初级密封作用是通过塑料在金属下部的环形环绕凹槽15和17中以及凸台1的足部的芯钻孔中的压缩来实现的。在盘的外侧或盘的表面上的另外两个凹槽18、19尤其用于形状配合和塑料-金属连接的稳定。

可选地，可以在制造过程中将套筒20推入芯钻孔中，以便增加对第一凹槽15中的密封塑料材料的压缩作用。

在另一种选择中，如图19所示，一个或两个密封槽15、17设有附加的密封元件，以便增加在该区域中的密封作用。

附图标记

1插入部件，凸台

2第一工具半部

3第一塑料板

4滑动件

5第二工具半部

6第二塑料板

7接收部

10圆柱体

11多层复合塑料

12屏障层

13半壳

14足部

15第一凹槽

16纤维材料

17第二凹槽

18第三凹槽

19第四凹槽

20套筒