具有压力连接元件的压力容器封头制造技术

本发明专利技术涉及由塑料材料制成的、压力密封地封闭压力容器的封头，具有该封头的压力容器，以及制造该封头和该压力容器的方法。其中，所述封头包括用于随后地封闭所述压力容器的内侧、用于在封闭所述压力容器之后缠绕纤维复合材料的外侧、和具有内轮廓的由所述外侧向外伸出的开口的颈状套管，它们均由塑料材料制成，还包括连接在所述套管上的压力连接元件，用于封闭所述套管，其中，所述压力连接元件包括由金属制成的密封锥体，所述密封锥体具有穿过所述套管向外伸出的第一部分和至少在所述套管的区域中锥形地在所述第一部分的方向上逐渐变细的第二区域，所述密封锥体被从外安装在所述第一部分上的固定件以压力密封的压配合的方式固定在所述内轮廓中。

Pressure vessel head with pressure connection element

The invention relates to a head of a pressure vessel made of plastic material and sealed by pressure, a pressure vessel with the head, and a method for manufacturing the head and the pressure vessel. The head includes a neck-shaped sleeve for subsequently sealing the inner side of the pressure vessel, for winding the outer side of the fiber composite material after sealing the pressure vessel, and for having an inner contour and an opening extending outward from the outer side, all of which are made of plastic material, and also includes a sleeve connected to the sleeve. A pressure connecting element for sealing the sleeve, wherein the pressure connecting element includes a sealing cone made of metal having a first portion extending outward through the sleeve and a second region tapered tapering in the direction of the first portion at least in the region of the sleeve, The sealing cone is fixed in the inner contour in a pressure sealing manner from a fixture mounted on the first part outside.

【技术实现步骤摘要】
具有压力连接元件的压力容器封头
本专利技术涉及一种由塑料材料制成的用于压力密封地封闭压力容器的封头，一种具有这种封头的压力容器，以及用于制造这种封头以及这种压力容器的方法。
技术介绍
由纤维复合材料制成的纤维加强的压力容器的市场在持续扩大。对天然气和水力压裂气(Fracking-Gas)的不断增长的需求，使得必须将其储存在压力容器中，尤其是在没有相关管路系统的国家中。在着力发展燃料电池车的汽车领域也同样如此，其中在燃料电池车上，燃料会以气态氢的形式被以气态或者液体的状态高压地储存在压力容器中。因为运输重体积的压力容器需要消耗许多不必要的能量，并由此产生高运输成本，所以在运输方面期待轻型的压力容器。目前使用的纤维加强(CFK)的压力容器具有筒状中部，在其两侧设有封头用以封闭中部，并例如通过纤维缠绕技术制造。其中使用了内容器(压力容器的内容器)，它一方面被用做缠绕核芯，另一方面也确保容器的气密性。此内容器将随后在制造压力容器时被纤维复合材料缠绕，以达到加强的目的，由此使得制造的压力容器具备稳定性。压力容器3型使用了铝制或者钢制的金属内容器，压力容器4型使用了由塑料制成的内容器。后一种压力容器随着技术需求而增长，并且它的制造成本低。塑料内容器可以例如借助于焊接技术，借助于被称为滚塑的技术或者借助于气囊吹塑方法(Schlauchblasverfahren)进行制造。在焊接技术中，制造出具有相应的直径、壁厚和长度的挤压成型管，并且在其两侧焊接上相配合的封头。其中，该封头的两侧都可以被接触到，这在其他方法中都不是这样。这些压力容器的问题在于这种具有塑料内容器的CFK压力容器上的压力容器阀体的必需的金属连接。其中，该金属连接件(也被称为凸台(Boss)或者内容器连接)必须安装简便，并且在压力容器的整个使用寿命期保持与内容器的密封连接。由此期待提供一种内容器的连接件(内容器连接)，它安装简便，并且在整个使用寿命期保持与内容器的密封连接。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于内容器的连接件，该连接件安装简便，并且在整个使用寿命期保持与内容器的密封连接。上述目的通过一种用于压力密封地封闭压力容器的封头实现，其中，该封头包括用于随后地封闭压力容器的内侧、用于在封闭该压力容器之后缠绕纤维复合材料的外侧、和具有内轮廓的从该外侧向外伸出的开口的颈状套管，它们均由塑料材料制成，并且该封头包括连接在该套管上的压力连接元件，用于封闭该套管，其中，该压力连接元件包括由金属制成的密封锥体，该密封锥体具有穿过该套管向外伸出的第一部分和至少在该套管的区域上锥形地在该第一部分的方向上逐渐变细的第二部分，并且借助于从外安装在该第一部分的固定件将该密封锥体以压力密封的压配合的方式固定在内轮廓中。本专利技术中的压力容器是指所有适合于通过高于压力容器环境的压力来存储液体或者气体的容器，该容器包括由塑料材料制成的内容器，并且通过纤维复合材料进行加强。在通常情况下，这些压力容器是筒状的，并且在筒状中部的两侧具有向外拱起的封闭件。这些封闭件被称为封头，并被用于压力密封地封闭该中部。其中，封头的内侧是指在后续的压力容器中朝向压力容器填充物(液体或者气体)的压力容器内壁的那部分。相应地，外侧是封头的与其相反的那侧。为了加强压力容器，该外侧被缠绕了纤维复合材料，这可以同时形成压力容器的外侧。在将封头焊接在该中部上之后制成了内容器，它的压力密封性只还与具有压力连接元件(尤其是密封锥体)的封头的密封性有关。通过本专利技术的封头，该封头被设计成压力密封的，并且由此使得整个内容器也被设计成压力密封的。为了给压力容器装上填充物或者再将填充物从压力容器中排出，压力容器必须包括可以可逆闭合的开口。在压力容器中，这样的开口经由从外侧向外伸出的开口的颈状套管被设置在封头之一上，在该套管中设置了压力连接元件，用于封闭具有内轮廓的套管。该密封体的锥形轮廓使得，从封头的内侧被导入套管的密封锥体能够在颈状套管的内轮廓中形成压配合。在此，例如在颈状套管的内轮廓与密封锥体的第二部分的锥形不相配合时，密封锥体可以在内轮廓的区域中挤压封头的材料，使得内轮廓紧贴第二部分的锥形轮廓。由此，该密封锥体与其他组件一起构成了压力连接元件，通过该压力连接元件可以将填充物装入或者排出压力容器。从外侧被安装在压力连接元件上的固定件(例如夹紧螺母或者卡入密封锥体的弹簧圈)使得，密封锥体被拉入(被挤压入)套管中，或者保持在被拉入(被挤压)的位置，并由此通过它的外侧紧贴在套管的内轮廓中，从而使得处于高压下的压力容器填充物无法通过套管漏出。其中，出于重量和成本的原因，封头本身(也如同剩余的内容器)是由塑料材料制成。由于压力容器中的压力，塑料材料会在使用期间发生变形，从而会使得在连接件与封头之间产生泄漏。通过具有为此特殊设计的套管和相应的压力连接元件的结构，根据本专利技术的封头阻止了颈状套管的塑料材料的变形，并且由此提供了具有用于内容器的连接件的封头，该连接件的安装简便，并且在整个使用寿命期保持与封头、以及由此与后续的内容器的密封连接。根据本专利技术的具有压力连接元件的封头的改进之处在于，即使在由于压力容器的内压而引起的很高的表面压力的情况下，塑料材料也不再会在位于压力连接元件和颈状套管之间的连接面上流走，因为塑料在这里被套管的内轮廓的锥形形状以及密封锥体的锥形形状关在室内。通过密封锥体的锥形结构以及相配合地紧贴在密封锥体的套管内轮廓的锥形结构，在向外的方向上生成了逐渐变窄的间隙，该间隙影响着压力连接件的密封。如果塑料材料会在密封锥体的表面压力下流走，它必须流过这条逐渐变窄的间隙。然而，这只有通过继续增加表面压力才可能实现，这种表面压力的增加不会出现，因为套管的内轮廓紧贴在密封锥体的锥形轮廓上，并且在密封作用非常好的情况下，经过这样达到的大的放置面只在每面积单位上引起相对于现有技术而言较低的表面压力。在现有技术中，密封锥体与套管只是通过螺纹相互连接，在该螺纹中产生高的局部压力，该压力使得密封锥体之下的塑料材料变形，并且当表面压力过高时，塑料材料可以在密封锥体之下流走。因此，现有技术是由紧固力矩、由此形成的高压下的气密性、表面压力的超出和必要时塑料的流走构成的折中方案，这个方案使得现有技术中的压力容器不适用于压力非常高的情况。与之相反，具有根据本专利技术的封头的压力容器适合于直至使压力容器的纤维加强失效的压力。通过根据本专利技术的结构，压力容器中的密封锥体的密封作用会在高压下继续得到提升。其中，密封锥体被从压力容器内部的方向挤压入套管的颈部开口，这样提升了密封作用。固定件在套管的颈部开口的另外一侧拉拔密封锥体，直到该密封锥体转矩控制地到达最终位置，或者直到该密封锥体卡入固定件中并且由此被固定在预设的密封的位置。密封锥体被设计成，它的朝向压力容器内侧(压力大)的表面大于它的朝向压力容器外侧(压力小，例如正常压力)的表面。表面的差值乘以气体压力生成了在密封作用的方向上的与压力成正比的力，由此，气体压力在较高的压力下产生了较高的密封作用。因而，根据本专利技术的具有压力连接元件的封头无需防止泄漏。在一个实施例中，内轮廓至少在套管区域上锥形地向外沿着套管逐渐地变细，其中，锥形的内轮廓与锥形的第二部分相配合。由此改善了密封锥体和内轮廓之间的牵引，这增加本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种封头(1)，用于压力密封地封闭压力容器(100)，其中，所述封头(1)包括用于随后地封闭所述压力容器(100)的内侧(11)、用于在封闭所述压力容器(100)之后缠绕纤维复合材料(3)的外侧(12)、和具有内轮廓(13i)的由所述外侧向外伸出的开口的颈状套管(13)，它们均由塑料材料制成，还包括连接在所述套管(13)上的压力连接元件(2)，用于封闭所述套管(13)，其中，所述压力连接元件(2)包括由金属制成的密封锥体(21)，所述密封锥体(21)具有穿过所述套管(13)向外伸出的第一部分(21a)和至少在所述套管(13)的区域中锥形地在所述第一部分(21a)的方向上逐渐变细的第二区域(21b)，所述密封锥体(21)借助于从外安装在所述第一部分(21a)上的固定件(22)以压力密封的压配合的方式被固定在所述内轮廓(13i)中。

【技术特征摘要】
2017.02.23 EP 17157536.81.一种封头(1)，用于压力密封地封闭压力容器(100)，其中，所述封头(1)包括用于随后地封闭所述压力容器(100)的内侧(11)、用于在封闭所述压力容器(100)之后缠绕纤维复合材料(3)的外侧(12)、和具有内轮廓(13i)的由所述外侧向外伸出的开口的颈状套管(13)，它们均由塑料材料制成，还包括连接在所述套管(13)上的压力连接元件(2)，用于封闭所述套管(13)，其中，所述压力连接元件(2)包括由金属制成的密封锥体(21)，所述密封锥体(21)具有穿过所述套管(13)向外伸出的第一部分(21a)和至少在所述套管(13)的区域中锥形地在所述第一部分(21a)的方向上逐渐变细的第二区域(21b)，所述密封锥体(21)借助于从外安装在所述第一部分(21a)上的固定件(22)以压力密封的压配合的方式被固定在所述内轮廓(13i)中。2.根据权利要求1所述的封头(1)，其特征在于，所述内轮廓(13i)至少在所述套管(13)的区域中锥形地向外沿着所述套管(13)逐渐地变细，其中，所述的锥形内轮廓(13i)与所述的锥形的第二部分(21b)相配合，优选地，两者准确地相配合，优选地，所述套管(13)的锥形内轮廓(13i)由所述内侧(11)延伸至所述外侧(12)上的颈端(13h)。3.根据权利要求1或2所述的封头(1)，其特征在于，所述密封锥体(21)的所述第二部分(21b)从所述套管(13)中伸出于所述内侧(11)之上。4.根据权利要求1-3中任意一项所述的封头(1)，其特征在于，所述封头(1)还包括顶部元件(14)，用于安装在所述颈状套管(13)上，其中，所述顶部元件(14)包括第一接触区域(14a)和第二接触区域(14b)，所述第一接触区域(14a)呈面形地在所述颈状套管(13)的径向方向上沿着所述外侧(12)延伸，并且与所述外侧(12)的轮廓相配合，用于缠绕纤维复合材料(3)，所述第二接触区域(14b)的内部形状与所述颈状套管(13)的外部形状相配合，从而使得所述第二接触区域(14b)阻止了所述颈状套管(13)的外部形状在径向方向(RR)上的变形。5.根据权利要求4所述的封头(1)，其特征在于，所述套管(13)的外部形状在所述颈端(13h)上包括环形边缘(13r)，并且所述第二接触区域(14b)至少部分地覆盖所述环形边缘(13r)，从而还在垂直于径向方向(RR)的方向上阻止了所述套管(13)的外部形状的变形。6.根据权利要求5所述的封头(1)，其特征在于，所述第二接触区域(14b)还沿着所述密封锥体(21)的所述第一部分(21a)延伸，其中，所述第一部分(21a)包括被合适地设置的、并且围绕着所述第一部分(21a)的密封件(23)，用于对所述顶部元件(14)的所述第二接触区域(14b)进行压力密封的封闭。7.根据权利要求4-6中任意一项所述的封头(1)，其特征在于，从外被安装在所述第一部分(21a)上的固定件(22)是被旋拧在所述第一部分(21a)上的夹紧螺母(22z)，所述第二部分(21b)被所述夹紧螺母(22z)挤压入所述内轮廓(13i)中，用来实现压力密封的封闭。8.根据权利要求7所述的封头(1)，其特征在于，所述顶部元件(14)还包括在纵向方向(LR)上位于所述第二接触区域(14b)之上的第三区域(14c)，所述第三区域(14c)包括朝向所述第一部分(21a)的内侧(14i)，其中，所述第三区域(14c)的所述内侧(14i)被设置成，在所述内侧(14i)和所述密封锥体(21)的所述第一部分(21a)之间的径向方向(RR)上形成环绕的间隙(15)，其中，所述间隙(15)被用于和被设计成容置所述夹紧螺母(22)。9.根据权利要求4-6中任意一项所述的封头(1)，其特征在于，所述顶部元件(14)的所述第二接触区域(14b)的内部形状沿着所述密封锥体(21)的所述第一部分(21a)延伸，并且所述内部形状在所述第一部分(21a)的对侧区域中具有凹槽(14d)，从外被安装在所述第一部分(21a)上的固定件(22)以弹性的弹簧圈(22f)的形式被设置在所述凹槽(14d)中，并且所述密封锥体(21)的所述第一部分(21a)包括与所述弹簧圈(22f)相配合的环形凹槽(21e)，所述环形凹槽(21e)位于沿着纵向轴(LR)的相配合的位置上，在所述位置中，在将所述密封锥体(21)压入所述套管(13)中之...

【专利技术属性】
技术研发人员：托马斯·鲍默，克劳斯·卡斯滕霍尔茨，
申请(专利权)人：富饶科技有限公司德国分公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE