DE29909827U1

DE29909827U1 - Druckbehälter

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Publication number: DE29909827U1
Application number: DE29909827U
Authority: DE
Original assignee: Progress Werk Oberkirch AG
Current assignee: Progress Werk Oberkirch AG
Priority date: 1998-12-04
Filing date: 1999-06-05
Publication date: 1999-09-09
Anticipated expiration: 2009-06-06
Also published as: WO2000032486A1; DE19855969A1

Description

: &Ggr;

Anmelderin;

PROGRESS-WERK
Oberkirch AG
Stadelhofen
Industriestraße 8

D-77704 Oberkirch

4. Juni 1999 4015G102 VH-sp

Druckbehälter

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 inneren Überdruck stehende Druckbehälter werden für die unterschiedlichsten Einsatzzwecke verwendet, beispielsweise als Behälter für ein Brenngas für Schweißanwendungen, oder als Behälter zum Bereithalten von Druckluft.

Hinsichtlich der Festigkeitsanforderungen erweisen sich Druckbehälter 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 Wandstärke gering gehalten werden kann. Kugelbehälter sind indessen schwierig herzustellen und beanspruchen viel Platz beim Aufstellen.

Die meisten Druckbehälter sind zylindrische Gefäße. Derartige Druckbehälter weisen ein zylindrisches Rohr als Behälterhauptteil auf, das beidseitig durch einen gewölbten Deckel bzw. einen 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 Behälterhauptteil sind zumeist für den Einbau in eine Umgebung, für die sie bestimmt sind und in der die Platzverhältnisse beengt sind, ungeeignet.

Druckbehälter der eingangs genannten Art werden beispielsweise nämlich auch als Vorrats- und Ausgleichsbehälter für pneumatische Steuersysteme in Kraftfahrzeugen in diese eingebaut. Ein spezieller Anwendungsfall ist beispielsweise die Verwendung eines 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, komplizierte geometrische Struktur aufweisen kann. Es versteht sich, daß ein Druckbehälter mit einem zylindrischen Behälterhauptteil, 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 zylindrisches Behälterhauptteil aufweist, nicht der ohnehin nur geringfügig zur Verfügung stehende Raum optimal genutzt werden. Der Druckbehälter müßte dann mit einem kleineren Volumen ausgebildet werden, was für die entsprechende Anwendung für eine pneumatische Federungsanlage nachteilig wäre.

Die Ausgestaltung eines Druckbehälters mit einem Behälterhauptteil, das eine beliebige geometrische, nicht runde Querschnittsform aufweist, ist jedoch hinsichtlich der Stabilität und Festigkeitsanforderungen gegenüber einer runden Querschnittsform nachteilig, da, wie bereits erwähnt, in einem runden Behälter die durch den Druck in der Wand entstehenden Spannungen 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

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Wanddicke erheblich vergrößert wird, wodurch jedoch wiederum das für die Aufnahme des unter Überdruck stehenden Mediums nutzbare Innenvolumen des Druckbehälters nachteiligerweise verringert ist. Außerdem bedeutet eine Erhöhung der Wanddicke des Druckbehälters einen erhöhten Herstellungs- und Kostenaufwand.

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

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe hinsichtlich des eingangs genannten Druckbehälters dadurch gelöst, daß das Behälterhauptteil 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 auszugestalten, wodurch der erfindungsgemäße Druckbehälter durch entsprechende Formgebung seiner Außenkontur an die durch seinen Bestimmungszweck vorgegebenen Platzverhältnisse unter bestmöglicher Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Raumes angepaßt werden kann. Um durch die beliebige Querschnittsform bedingte Festigkeitsverluste des Druckbehälters zu vermeiden, ist weiterhin erfindungsgemäß vorgesehen, daß im Behälterhauptteil eine oder mehrere Stegwände angeordnet sind, die eine Versteifung bzw. Verstrebung des Behälterhaupttexls bewirken. Die Stegwände

wirken dem allseitig nach außen gerichteten Innendruck entgegen, 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 Querschnittsform zu vergrößern. Im Bereich des gewölbten Deckels bzw. des gewölbten Bodens können die Stegwände ebenfalls vorgesehen sein, wobei jedoch aufgrund der bereits vorhandenen Wölbung Deckel und Boden des Druckbehälters eine der idealen runden Gestalt entsprechende Formgebung aufweisen, so daß in diesem Bereich Stegwände unter Umständen nicht erforderlich sind. Beispielsweise bei einem Behälterhauptteil mit etwa quaderförmiger Struktur können eine oder mehrere Stegwände zwischen den beiden ebenen seitlichen Wandabschnitten angeordnet sein, um diese miteinander zu verbinden und gegen den Innenüberdruck zusammenzuhalten. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Druckbehälters kann dieser unter optimaler Raumausnutzung mit beliebiger geometrischer Struktur ohne Festigkeitsverlust ausgestaltet werden.

Die der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe wird somit vollkommen gelöst.

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

Hierbei ist von Vorteil, daß im gesamten Druckbehälter ein einheitlicher Druck wie in einem nicht unterteilten Behälter

herrscht, so daß für den Druckbehälter insgesamt nur ein Anschluß zum Zuführen und Abführen des Mediums erforderlich ist. Insbesondere bei dem Einsatz des Druckbehälters in einem pneumatischen 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 miteinander 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 Behälterhauptteils 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 zumindest 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 Arbeitsgänge, 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 Stegwände in das Behälterhauptteil einzuschweißen, von Vorteil, daß Schweißnähte an den Ansatzstellen 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 herstellungstechnisch besonders einfache Weise die Wand des Behälterhauptteils und die Stegwände in einem einzigen Herstellungsvorgang einstückig miteinander verbunden ausgebildet werden können. 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 Meterware hergestellt werden kann, aus der dann einzelne Behälterhauptteile mit den zugehörigen Stegwänden abgelängt werden können, die dann nur noch mit dem Boden und dem Deckel verschlossen 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 Behälterhauptteils verbessern.

Der erfindungsgemäße Druckbehälter ist bevorzugt dadurch hergestellt, indem das Behälterhauptteil in gewünschter Form in einem Strangpreßverfahren zusammen mit der zumindest einen Stegwand gefertigt ist, und der Boden und der Deckel mit dem Behälterhauptteil verschweißt, verschraubt oder verspannt sind.

Der Druckbehälter läßt sich somit herstellungstechnisch einfach an die jeweils geforderte Form des Druckbehälters anpassen.

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

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 Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in ihrer

jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

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

Fig. 1 einen Druckbehälter in einer schematischen Seitenansicht;

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

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

In den Figuren 1 bis 3 ist ein mit dem allgemeinen Bezugszeichen 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 Anwendung als Druckluftbehälter für ein pneumatisches Federungssystem 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 Figuren 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 lediglich beispielhaft zu verstehen, mit anderen Worten sind auch andere geometrische Ausgestaltungen des Deckels 14 oder des Bodens 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 Figuren 1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispiel weist das Behälterhauptteil 12 eine im wesentlichen 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 halbkreisförmige Gestalt auf.

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

Die Stegwände 28 bis 34, die in Fig. 1 mit unterbrochenen Linien 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 Ausführungsbeispiel 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 Ausführungsbeispiel gerade und eben und parallel zueinander ausgerichtet.

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 Einfüllen und Entnehmen des Mediums erforderlich, wobei der Anschluß 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 ausgebildet. 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 Richtung 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 deckelseitigen 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 Behälterhauptteil 12 auch verschraubt oder mittels Spannstangen verspannt 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 einfachen Ausführungsbexspiels eines Behälterhauptteils mit einer quaderförmigen Geometrie veranschaulicht wurde, versteht es sich, daß es erfindungsgemäß möglich ist, Druckbehälter mit beliebigen geometrischen Formen herzustellen, wobei Stegwände in dem Behälterhauptteil für eine ausreichende Festigkeit des Druckbehälters sorgen.

Claims

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

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

3. Druckbehälter nach Ansprch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, 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 Behälterhauptteils (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 Profil, bspw. ein T-Profil, L-Profil oder dergleichen ist.

7. Druckbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Behälterhauptteil (12) in gewünschter Form in einem Strangpreßverfahren zusammen mit der zumindest einen Stegwand (26-34) gefertigt ist, und daß der Boden (16) und der Deckel (14) mit dem Behälterhauptteil (12) verschweißt oder verschraubt oder verspannt ist.

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