DE19855969A1 - Druckbehälter - Google Patents

Abstract

Ein Druckbehälter (10) zur Aufnahme und Speicherung eines unter Überdruck stehenden Mediums weist ein Behälterhauptteil (12) auf, das durch einen gewölbten Deckel (14) und einen gewölbten Boden (16) dicht verschlossen ist. Das Behälterhauptteil (12) ist von beliebiger, jedoch nicht runder Querschnitsform, und im Behälterhauptteil (12) ist zumindest eine Stegwand (26-34) angeordnet, die Wandabschnitte (20) des Behälterhauptteils (12) miteinander verbindet (Fig. 1).

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckbehälter zur Aufnahme und Speicherung eines unter Überdruck stehenden Mediums, mit einem Behälterhauptteil, der durch einen gewölbten Deckel und einen gewölbten Boden dicht verschlossen ist.

Ein derartiger Druckbehälter ist allgemein bekannt.

Druckbehälter dienen allgemein zur Aufnahme und Speicherung eines unter einem Überdruck stehenden Mediums, das ein Gas, eine Flüssigkeit oder Dampf sein kann. Solche unter einem inne­ ren Überdruck stehende Druckbehälter werden für die unter­ schiedlichsten Einsatzzwecke verwendet, beispielsweise als Be­ hälter für ein Brenngas für Schweißanwendungen, oder als Behäl­ ter zum Bereithalten von Druckluft.

Hinsichtlich der Festigkeitsanforderungen erweisen sich Druck­ behälter mit Kugelgestalt als ideal, weil in einer Hohlkugel die durch den Druck in der Wand des Druckbehälters entstehenden Spannungen überall gleich sind und infolge dessen die Wandstär­ ke gering gehalten werden kann. Kugelbehälter sind indessen schwierig herzustellen und beanspruchen viel Platz beim Auf­ stellen.

Die meisten Druckbehälter sind zylindrische Gefäße. Derartige Druckbehälter weisen ein zylindrisches Rohr als Behälterhaupt­ teil auf, das beidseitig durch einen gewölbten Deckel bzw. ei­ nen gewölbten Boden verschlossen ist, wobei die Wölbung des Deckels bzw. des Bodens nach innen oder nach außen gerichtet sein kann.

Aber auch Druckbehälter mit einem zylindrischen Behälterhaupt­ teil sind zumeist für den Einbau in eine Umgebung, für die sie bestimmt sind und in der die Platzverhältnisse beengt sind, un­ geeignet.

Druckbehälter der eingangs genannten Art werden beispielsweise nämlich auch als Vorrats- und Ausgleichsbehälter für pneumati­ sche Steuersysteme in Kraftfahrzeugen in diese eingebaut. Ein spezieller Anwendungsfall ist beispielsweise die Verwendung ei­ nes Druckbehälters als Ausgleichs- und Vorratsbehälter für Druckluft in einem pneumatischen Fahrwerksfederungssystem eines Kraftfahrzeugs. Bei der Konstruktion des Kraftfahrzeuges wird für den Druckbehälter ein bestimmter Einbauort am Kraftfahrzeug vorgesehen, der, bedingt durch die angrenzenden Bauteile und Komponenten der Kraftfahrzeugkarosserie, eine beliebige, kom­ plizierte geometrische Struktur aufweisen kann. Es versteht sich, daß ein Druckbehälter mit einem zylindrischen Behälter­ hauptteil, d. h. einem runden Querschnitt, an die vorgegebenen geometrischen Verhältnisse in aller Regel nicht angepaßt ist. Mit anderen Worten kann mit einem Druckbehälter, der ein zylin­ drisches Behälterhauptteil aufweist, nicht der ohnehin nur ge­ ringfügig zur Verfügung stehende Raum optimal genutzt werden. Der Druckbehälter müßte dann mit einem kleineren Volumen ausge­ bildet werden, was für die entsprechende Anwendung für eine pneumatische Federungsanlage nachteilig wäre.

Die Ausgestaltung eines Druckbehälters mit einem Behälterhaupt­ teil, das eine beliebige geometrische, nicht runde Quer­ schnittsform aufweist, ist jedoch hinsichtlich der Stabilität und Festigkeitsanforderungen gegenüber einer runden Quer­ schnittsform nachteilig, da, wie bereits erwähnt, in einem run­ den Behälter die durch den Druck in der Wand entstehenden Span­ nungen gleichmäßig verteilt sind. Da ein solcher Druckbehälter jedoch Innendrücken von über 15 bar standhalten muß, kann ein Druckbehälter mit einer nicht runden Querschnittsform nur dann mit einer ausreichenden Festigkeit realisiert werden, wenn die Wanddicke erheblich vergrößert wird, wodurch jedoch wiederum das für die Aufnahme des unter Überdruck stehenden Mediums nutzbare Innenvolumen des Druckbehälters nachteiligerweise ver­ ringert ist. Außerdem bedeutet eine Erhöhung der Wanddicke des Druckbehälters einen erhöhten Herstellungs- und Kostenaufwand.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Druck­ behälter der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß dieser unter bestmöglicher Raumausnutzung bei beengten Platzverhältnissen in eine vorgegebene bauliche Umgebung einge­ baut werden kann, und daß der Druckbehälter ohne Erhöhung sei­ ner Wandstärke auch hohen Innendrücken sicher standhalten kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe hinsichtlich des eingangs genannten Druckbehälters dadurch gelöst, daß das Behälterhaupt­ teil von beliebiger, jedoch nicht runder Querschnittsform ist, und daß im Behälterhauptteil zumindest eine Stegwand angeordnet ist, die zumindest zwei Wandabschnitte des Behälterhauptteils miteinander verbindet.

Erfindungsgemäß ist demnach vorgesehen, das Behälterhauptteil mit einer beliebigen, jedoch nicht runden Querschnittsform aus­ zugestalten, wodurch der erfindungsgemäße Druckbehälter durch entsprechende Formgebung seiner Außenkontur an die durch seinen Bestimmungszweck vorgegebenen Platzverhältnisse unter bestmög­ licher Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Raumes angepaßt werden kann. Um durch die beliebige Querschnittsform bedingte Festigkeitsverluste des Druckbehälters zu vermeiden, ist wei­ terhin erfindungsgemäß vorgesehen, daß im Behälterhauptteil ei­ ne oder mehrere Stegwände angeordnet sind, die eine Versteifung bzw. Verstrebung des Behälterhauptteils bewirken. Die Stegwände wirken dem allseitig nach außen gerichteten Innendruck entge­ gen, indem die eine oder die mehreren Stegwände Wandabschnitte des Behälterhauptteils miteinander verbinden und dem nach außen gerichteten Innendruck eine Haltekraft entgegensetzen, die ein Reißen oder Bersten des Druckbehälters verhindern. Aufgrund der einen oder mehreren Stegwände ist es somit nicht erforderlich, die Wandstärke des Druckbehälters trotz der nicht runden Quer­ schnittsform zu vergrößern. Im Bereich des gewölbten Deckels bzw. des gewölbten Bodens können die Stegwände ebenfalls vorge­ sehen sein, wobei jedoch aufgrund der bereits vorhandenen Wöl­ bung Deckel und Boden des Druckbehälters eine der idealen run­ den Gestalt entsprechende Formgebung aufweisen, so daß in die­ sem Bereich Stegwände unter Umständen nicht erforderlich sind. Beispielsweise bei einem Behälterhauptteil mit etwa quaderför­ miger Struktur können eine oder mehrere Stegwände zwischen den beiden ebenen seitlichen Wandabschnitten angeordnet sein, um diese miteinander zu verbinden und gegen den Innenüberdruck zu­ sammenzuhalten. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Druckbehälters kann dieser unter optimaler Raumausnutzung mit beliebiger geometrischer Struktur ohne Festigkeitsverlust aus­ gestaltet werden.

Die der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe wird somit voll­ kommen gelöst.

In einer bevorzugten Ausgestaltung kommunizieren durch die zu­ mindest eine Stegwand gebildete Kammern miteinander.

Hierbei ist von Vorteil, daß im gesamten Druckbehälter ein ein­ heitlicher Druck wie in einem nicht unterteilten Behälter herrscht, so daß für den Druckbehälter insgesamt nur ein An­ schluß zum Zuführen und Abführen des Mediums erforderlich ist. Insbesondere bei dem Einsatz des Druckbehälters in einem pneu­ matischen Federungssystem in Kraftfahrzeugen wird dadurch die Anzahl der Zuführ- und Abführleitungen nicht erhöht, wodurch der konstruktive Aufwand des Systems nicht erhöht wird. Damit die einzelnen durch die Stegwände gebildeten Kammern miteinan­ der kommunizieren, kann vorgesehen sein, die Stegwände mit Durchbohrungen zu versehen.

Bevorzugt ist es jedoch, wenn sich die zumindest eine Stegwand längs vom bodenseitigen Ende zum deckelseitigen Ende des Behäl­ terhauptteils erstreckt, und wenn die durch die zumindest eine Stegwand gebildeten Kammern über den Boden und/oder über den Deckel miteinander kommunizieren.

Diese Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft, weil die zumin­ dest eine Stegwand nicht mit Unterbrechungen oder Durchbrüchen versehen werden muß, um in dem gesamten Druckbehälter einen einheitlichen Druck zu haben. Dadurch kann die zumindest eine Stegwand als Vollmaterial ausgebildet werden, wodurch sich einerseits die Stabilität der Stegwand erhöht und andererseits der Herstellungsaufwand reduziert, weil keine zusätzlichen Ar­ beitsgänge, wie Einbringen von Durchbohrungen, erforderlich sind. Der Deckel und der Boden bilden somit eine vorteilhafte Überströmmöglichkeit für das in dem Druckbehälter vorhandene Medium.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die zumindest eine Stegwand einstückig mit der Wand des Behälterhauptteils ausgebildet.

Hierbei ist gegenüber der alternativen Möglichkeit, die Steg­ wände in das Behälterhauptteil einzuschweißen, von Vorteil, daß Schweißnähte an den Ansatz stellen zwischen den Stegwänden und den Wandabschnitten des Behälterhauptteils vermieden werden, die stets Sollbruchstellen bilden können. Der Verbund aus der Wand des Behälterhauptteils und den Stegwänden kann somit mit sehr hoher Zugfestigkeit ausgestaltet werden.

Dabei ist es bevorzugt, wenn das Behälterhauptteil zusammen mit der zumindest einen Stegwand als Strangpreßprofil hergestellt ist.

Die Herstellung des Behälterhauptteils als Strangpreßprofil in einem Strangpreßverfahren hat den Vorteil, daß auf herstel­ lungstechnisch besonders einfache Weise die Wand des Behälter­ hauptteils und die Stegwände in einem einzigen Herstellungsvor­ gang einstückig miteinander verbunden ausgebildet werden kön­ nen. Insbesondere mit der zuvor erwähnten Ausgestaltung, daß sich die zumindest eine Stegwand längs vom bodenseitigen zum deckelseitigen Ende des Behälterhauptteils erstreckt, ergibt sich eine besonders einfache Herstellungsmöglichkeit für das Behälterhauptteil, wobei zusätzlich der Vorteil erzielt wird, daß das Behälterhauptteil zusammen mit dem Stegwänden als Me­ terware hergestellt werden kann, aus der dann einzelne Behäl­ terhauptteile mit den zugehörigen Stegwänden abgelängt werden können, die dann nur noch mit dem Boden und dem Deckel ver­ schlossen werden müssen.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die zumindest eine Stegwand ein Profil, beispielsweise ein T-Profil, L-Profil oder dergleichen.

Diese Ausgestaltung der zumindest einen Stegwand als Profil kann vorteilhafterweise die Steifigkeit und Festigkeit des Be­ hälterhauptteils verbessern.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren, mit dem der zuvor genannte er­ findungsgemäße Druckbehälter hergestellt werden kann, umfaßt zunächst den Schritt, das Behälterhauptteil in gewünschter Form in einem Strangpreßverfahren zusammen mit der zumindest einen Stegwand zu fertigen, und den weiteren Schritt, anschließend den Boden und den Deckel mit dem Behälterhauptteil zu ver­ schweißen, zu verschrauben oder zu verspannen.

Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren zeichnet sich durch seine hohe Variabilität und Anpassungsfähigkeit an die jeweils geforderte Form des Druckbehälters aus.

Dabei ist es bevorzugt, wenn der Boden und/oder der Deckel aus Blechumform- oder Gußteilen gefertigt wird.

Mittels dieser Maßnahme können auch der Boden bzw. der Deckel auf kostengünstige Weise hergestellt und insbesondere an die Umfangsgestalt des deckelseitigen bzw. bodenseitigen Endes des Behälterhauptteils angepaßt werden.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschrei­ bung und der beigefügten Zeichnung.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nach­ stehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in ihrer jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombi­ nationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rah­ men der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird hiernach mit Bezug auf diese näher be­ schrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Druckbehälter in einer schematischen Seiten­ ansicht;

Fig. 2 einen Schnitt durch den Druckbehälter in Fig. 1 ent­ lang der Linie II-II in Fig. 1; und

Fig. 3 einen Schnitt durch den Druckbehälter in Fig. 1 ent­ lang der Linie III-III in Fig. 1.

In den Fig. 1 bis 3 ist ein mit dem allgemeinen Bezugszei­ chen 10 versehener Druckbehälter dargestellt. Der Druckbehälter 10 dient zur Aufnahme und Speicherung eines unter Überdruck stehenden Mediums, das eine Flüssigkeit, ein Gas oder Dampf sein kann. Der Druckbehälter 10 dient in einer speziellen An­ wendung als Druckluftbehälter für ein pneumatisches Federungs­ system in einem Fahrwerk eines Kraftfahrzeuges.

Der Druckbehälter 10 weist ein Behälterhauptteil 12, einen Deckel 14 sowie einen Boden 16 auf.

Der Deckel 14 und der Boden 16 sind, wie aus Fig. 1 und 3 hervorgeht, gewölbt ausgebildet, wobei der Deckel 14 eine an seinen Einbauort angepaßte, geschwungene Form aufweist. Die Formgebung des Deckels 14 und des Bodens 16 ist jedoch ledig­ lich beispielhaft zu verstehen, mit anderen Worten sind auch andere geometrische Ausgestaltungen des Deckels 14 oder des Bo­ dens 16 im Rahmen der Erfindung möglich, wobei der Deckel 14 und der Boden 16 lediglich gewölbt ausgebildet sind, um eine möglichst gleichmäßige Spannungsverteilung in der Wand des Deckels 14 bzw. des Bodens 16 zu erreichen.

Das Behälterhauptteil 12 weist eine beliebige, jedoch nicht runde Querschnittsform auf. In dem in Fig. 1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispiel weist das Behälterhauptteil 12 eine im we­ sentlichen quaderförmige Struktur auf, mit zwei im wesentlichen ebenen seitlichen Wandabschnitten 18 und 20. Zwei Stirnseiten 22 und 24 des Behälterhauptteils 12 sind im Schnitt gemäß Fig. 2 etwa halbkreisförmig, demnach insgesamt halbzylindrisch ausgebildet. Der Deckel 14 bzw. der Boden 16 weisen an ihren den Stirnseiten 22 und 24 entsprechenden Stirnseiten ebenfalls eine der Krümmung der Stirnseiten 22 und 24 entsprechende halb­ kreisförmige Gestalt auf.

Im Behälterhauptteil 12 sind in dem gezeigten Ausführungs­ beispiel insgesamt fünf Stegwände 26 bis 34 angeordnet, die je­ de für sich die Wandabschnitte 18 und 20 des Behälterhauptteils 12 miteinander verbinden.

Die Stegwände 28 bis 34, die in Fig. 1 mit unterbrochenen Lini­ en angedeutet sind, erstrecken sich in dem Behälterhauptteil 12 von einem bodenseitigen Ende 36 des Behälterhauptteils 12 zu einem deckelseitigen Ende 38 desselben. Bei dem gezeigten Aus­ führungsbeispiel ragen die Stegwände 26 bis 34 demnach nicht in den Deckel 14 und auch nicht in den Boden 16 hinein, was jedoch im Rahmen der Erfindung ebenfalls möglich ist.

Die einzelnen Stegwände 26 bis 34 sind in dem gezeigten Ausfüh­ rungsbeispiel gerade und eben und parallel zueinander ausge­ richtet.

Einzelne durch die Stegwände 26 bis 34 gebildete Kammern 40 bis 50 kommunizieren miteinander über den Innenraum des Deckels 14 bzw. den Innenraum des Bodens 16. Mit anderen Worten bilden hier der Deckel 14 und der Boden 16 eine Überströmmöglichkeit für das in dem Druckbehälter 10 vorhandene Medium. Demzufolge ist für den Druckbehälter 10 auch nur ein Anschluß 52 zum Ein­ füllen und Entnehmen des Mediums erforderlich, wobei der An­ schluß 52 hier im Deckel 14 vorgesehen ist. In dem gesamten Druckbehälter 10 stellt sich somit ein einheitlicher Druck in allen Kammern 40 bis 50 ein.

Die Stegwände 26 bis 34 sind weiterhin einstückig mit den Wandabschnitten 18 und 20 des Behälterhauptteils 12 ausgebil­ det. Die einstückige Ausgestaltung aus den Stegwänden 26 bis 34 und den Wandabschnitten 18 und 20 wird dadurch erreicht, daß das Behälterhauptteil 12, d. h. genauer die Wandabschnitte 18, 20, 22 und 24, zusammen mit den Stegwänden 26 bis 34 in einem Strangpreßverfahren als Strangpreßprofil aus Metall hergestellt werden. Die Richtung des Strangpressens erfolgt dabei in Rich­ tung der Längserstreckung der Stegwände 26 bis 34, d. h. in Richtung der Verbindung zwischen bodenseitigem Ende 36 und deckelseitigem Ende 38. Das Behälterhauptteil 12 kann dabei als Strangpreßprofil in der Art einer Meterware hergestellt und aus dieser Meterware abgelängt werden.

Der Deckel 14 ist entlang einer Schweißnaht 54 mit dem deckel­ seitigen Ende 38 des Behälterhauptteils 12 verschweißt, während der Boden 16 entlang einer Schweißnaht 56 mit dem bodenseitigen Ende 36 des Behälterhauptteils 12 verschweißt ist. Anstelle von Schweißen können der Deckel 14 bzw. der Boden 16 mit dem Behäl­ terhauptteil 12 auch verschraubt oder mittels Spannstangen ver­ spannt sein.

Der Deckel 14 bzw. der Boden 16, die ja im Unterschied zu dem Behälterhauptteil 12 eine geschlossene Seite aufweisen, während das Behälterhauptteil 12 sowohl an seinem bodenseitigen Ende 36 als auch an seinem deckelseitigen Ende 38 durchgehend offen ist, sind als Blechumformungs- oder Gußteile gefertigt.

Während die Erfindung im vorliegenden Fall anhand eines einfa­ chen Ausführungsbeispiels eines Behälterhauptteils mit einer quaderförmigen Geometrie veranschaulicht wurde, versteht es sich, daß es erfindungsgemäß möglich ist, Druckbehälter mit be­ liebigen geometrischen Formen herzustellen, wobei Stegwände in dem Behälterhauptteil für eine ausreichende Festigkeit des Druckbehälters sorgen.

Claims (8)

1. Druckbehälter zur Aufnahme und Speicherung eines unter Überdruck stehenden Mediums, mit einem Behälterhauptteil (12), der durch einen gewölbten Deckel (14) und einen ge­ wölbten Boden (16) dicht verschlossen ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Behälterhauptteil (12) von beliebiger, jedoch nicht runder Querschnittsform ist, und daß im Be­ hälterhauptteil (12) zumindest eine Stegwand (26-34) ange­ ordnet ist, die Wandabschnitte (18, 20) des Behälterhaupt­ teils (12) miteinander verbindet.

2. Druckbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die zumindest eine Stegwand (26-34) gebildete Kam­ mern (40-50) miteinander kommunizieren.

3. Druckbehälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß sich die zumindest eine Stegwand (26-34) längs vom bodenseitigen Ende (36) zum deckelseitigen Ende (38) des Behälterhauptteils (12) erstreckt, und daß die durch die zumindest eine Stegwand (26-34) gebildeten Kammern (40-50) über den Boden (16) und/oder über den Deckel (14) miteinander kommunizieren.

4. Druckbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest eine Stegwand (26-34) einstückig mit den Wandabschnitten (18, 20) des Behälter­ hauptteils (12) ausgebildet ist.

5. Druckbehälter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Behälterhauptteil (12) zusammen mit der zumindest einen Stegwand (26-34) als Strangpreßprofil hergestellt ist.

6. Druckbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest eine Stegwand ein Pro­ fil, bspw. ein T-Profil, L-Profil oder dergleichen ist.

7. Verfahren zum Herstellen eines Druckbehälters (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Behälterhauptteil (12) in gewünschter Form in einem Strangpreßverfahren zusammen mit der zumindest einen Steg­ wand (26-34) gefertigt wird, und daß anschließend der Bo­ den (16) und der Deckel (14) mit dem Behälterhauptteil (12) verschweißt oder verschraubt oder verspannt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (16) und/oder der Deckel (14) als Blechumform- oder Gußteil gefertigt werden.