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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Speichern von Gas unter hohem Druck nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Vorrichtung. Letztlich betrifft die Erfindung außerdem die Verwendung der Vorrichtung.
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Vorrichtungen zum Speichern von Gas unter hohem Druck sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Typischerweise werden derartige Vorrichtungen auch als Druckgasspeicher bezeichnet. Sie sind im Allgemeinen flaschenförmig ausgebildet und dienen zum Speichern beispielsweise von Erdgas, insbesondere jedoch von Wasserstoff. Insbesondere bei Wasserstoff sind dabei Nenndrücke in der Höhe von 350 bar bzw. 700 bar üblich. Die Speicher haben einen vergleichsweise großen Durchmesser im Verhältnis zu ihrer Länge und sind deshalb hinsichtlich des Einbaus in bestehende Strukturen, insbesondere in bestehende Bauräume innerhalb eines Fahrzeugs, außerordentlich kritisch.
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Ein Beispiel für eine Vorrichtung zum Speichern von Gas unter hohem Druck ist in
DE 10 2006 046 722 B4 beschrieben. Der dortige Speicherbehälter, welcher auch als rohrförmiger Hochdruckspeichertank beschrieben wird, ist insbesondere aus einer das Speichervolumen umgebenden Innenschicht ausgebildet, welche dann von einer Verstärkungsschicht umgeben ist. Den Aufbau nach außen schließt wiederum eine flexible Außenschicht ab. Der Aufbau sieht für die Verstärkungsschicht ein flexibles elastisches Material vor, welches beispielsweise in der Art eines Gummimaterials ausgebildet ist, und welches zusätzlich durch in das Gummimaterial eingebrachte Verstärkungsfasern gegenüber einem Bersten der Innenschicht gesichert ist. Der dort beschriebene rohrförmige Hochdruckspeicherschlauch ist dabei insgesamt flexibel ausgestaltet und kann dadurch in entsprechende Freiräume, beispielsweise innerhalb eines Fahrzeugs eingebracht und innerhalb dieser Freiräume fixiert werden. In einer vorteilhaften Alternative wird außerdem beschrieben, dass der flexible elastische Aufbau in einen starren Metallkasten, welcher die notwendige Außenform definiert, eingebracht wird.
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Der Aufbau erlaubt durch seine Elastizität und Flexibilität dabei die Ausnutzung von ansonsten nicht oder nur schwer nutzbaren Bauräumen, beispielsweise innerhalb eines Fahrzeugs. Er ermöglicht außerdem die Verwendung in unterschiedlichen Fahrzeugen, da er aufgrund seiner Flexibilität bei der Montage an unterschiedliche Bauräume angepasst werden kann. Durch die Fixierung lediglich innerhalb des Bauraums entsteht jedoch ein gravierender Nachteil. Eine Demontage des Speichers ist außerordentlich aufwändig, da dieser sich durch seine Flexibilität entfaltet und insbesondere bei einer eventuellen Wiedermontage aufwändig in den entsprechenden Bauraum zurückgelegt werden muss. Hierdurch entsteht ein erheblicher Aufwand.
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Außerdem ist es beim Einsatz in einem Fahrzeug so, dass sich der flexible Schlauchtank im Falle einer Beschädigung des ihn umgebenden Bauraums entfalten und in die Umgebung ragen kann. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn er mit einem vergleichsweise hohen Druck befüllt ist, da dann bei einem nicht starren Aufbau die Gefahr besteht, dass dieser sich bewegt. Dies gilt insbesondere, wenn ein Leck beispielsweise an einem Ende des Schlauchs auftritt. Durch die Flexibilität schlägt dieser dann hin und her, ähnlich wie ein an seinem Ende nicht fixierter Wasserschlauch, aus dem Wasser mit hoher Geschwindigkeit bzw. hohem Druck ausströmt. Der Aufbau stellt in diesem Fall ein stark erhöhtes Sicherheitsrisiko dar.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, eine Vorrichtung zum Speichern von Gas unter hohem Druck, insbesondere zum Speichern von niedermolekularen Gasen wie beispielsweise Wasserstoff, anzugeben, welche die genannten Nachteile vermeidet und einen einfachen und effizienten Aufbau ermöglicht.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den restlichen abhängigen Ansprüchen. Außerdem löst ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Vorrichtung mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 6 diese Aufgabe. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens sind in den hiervon abhängigen Unteransprüchen entsprechend angegeben. Im Anspruch 15 ist außerdem eine bevorzugte Verwendung der Vorrichtung beschrieben.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Speichern von Gas, welche auch als Rohrspeicher bezeichnet werden könnte, ist das eigentliche rohrförmige Speichervolumen, ähnlich wie im Stand der Technik, von wenigstens einer Hüllschicht umgeben. Diese kann insbesondere aus einer Kunststoffmatrix und Verstärkungsfasern aufgebaut werden, ebenso wie es im Stand der Technik der Fall ist. Der entscheidende Unterschied gegenüber dem Stand der Technik liegt nun darin, dass bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die wenigstens eine Hüllschicht mit der Kunststoffmatrix und den Verstärkungsfasern zu einer starren Anordnung ausgehärtet ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Speichern von Gas weist also keine Flexibilität auf. Sie wird vielmehr während ihrer Herstellung in die endgültige Form, welche sie später einnehmen soll, angebracht und wird dann ausgehärtet, um so eine im Wesentlichen starre Anordnung des rohrförmigen Speichervolumens zu erzielen. Dieses weist dann keine Flexibilität und Elastizität mehr auf, sondern bleibt als selbsttragendes starres Gebilde in der vorgesehenen Form. Hierdurch kann auf eine starre den Aufbau umgebende Hülle verzichtet werden, da bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung durch den starren Aufbau nach dem Aushärten keine zusätzliche Unterstützung der Form notwendig ist. Die Vorrichtung kann einfach und effizient eingebaut werden und wird sich auch dann nicht aus ihrer vorgesehenen Form verformen, wenn eine entsprechende Verkleidung, Befestigung oder dgl. beschädigt wird. Vielmehr wird die rohrförmige Vorrichtung zum Speichern von Gas ihre Form auch in solchen kritischen Fällen beibehalten, was zu einem erheblichen zusätzlichen Vorteil bei der Sicherheit, insbesondere beim Einsatz der Vorrichtung als Wasserstofftank in einem Fahrzeug, führt.
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In einer sehr günstigen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Speichern von Gas ist es dabei vorgesehen, dass das rohrförmige Speichervolumen mehrfach umgebogen ausgebildet ist, wobei der Innendurchmesser des rohrförmigen Speichervolumens im Bereich der Bögen verringert ist, und wobei die Schichtstärke der ausgehärteten Hüllschicht im Bereich der Bogen allenfalls gleich, oder bevorzugt kleiner, als in den nicht umgebogenen Bereichen ist. Typischerweise wird das rohrförmige Speichervolumen mehrfach umgebogen, wobei insbesondere bereits bei der Herstellung und im Vorfeld des Umbiegens die für das spätere Umbiegen vorgesehenen Bereiche des rohrförmigen Speichervolumens, in an sich bekannter Art und Weise, mit einem verringerten Durchmesser vorgesehen sind. Hierdurch ist ein sehr viel leichteres und effizienteres Biegen möglich.
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Aufgrund des verringerten Innendurchmessers des Speichervolumens im Bereich der Bögen treten hier sehr viel geringere Axial- und Radialkräfte auf. Dadurch ist es beispielsweise möglich, die Segmente des Rohrtanks einzeln zu fertigen und durch geeignete Fügetechniken zu einem späteren Zeitpunkt zu verbinden.
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In einer weiteren sehr günstigen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Speichern von Gas kann es dabei vorgesehen sein, dass innerhalb der ausgehärteten Hüllschicht eine das Speichervolumen umgebende Innenhülle angeordnet ist. Ein solcher sog. Liner bzw. Inliner kann eingesetzt werden, um beispielsweise bei der Verwendung der Vorrichtung als Wasserstofftank, die Dichtheit gegenüber dem Wasserstoff zu vergrößern. Der Liner kann beispielsweise aus einem Kunststoffschlauch oder einem metallischen Rohr bestehen.
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In einer besonders günstigen und vorteilhaften Weiterbildung dieser Idee ist es dabei vorgesehen, dass die Innenhülle als Strangpressprofil ausgebildet ist, welches einzelne im Querschnitt untereinander nicht verbundene Leitungsabschnitte aufweist. Solche innerhalb des Strangpressprofils parallel liegende Leitungsabschnitte, beispielsweise bei einer kreuzförmigen Innenverstärkung in einem rohrförmigen Strangpressprofil vier parallel verlaufende im Querschnitt viertelkreisförmige Leitungsabschnitte können so einfach und effizient innerhalb der Innenhülle vereint werden. Derartige Strangpressprofile sind beispielsweise aus Kunststoffmaterialien oder auch aus metallischen Materialien wie insbesondere Aluminium, einfach und effizient am Markt verfügbar. Aufgrund der Verringerung der Durchmesser der einzelnen Leitungsabschnitte bzw. aufgrund der die radialen Kräfte in der Art von Zugankern aufnehmenden die einzelnen Leitungsabschnitte im Querschnitt untereinander trennenden Stege des Strangpressprofils können radial nach außen wirkende Kräfte bei der Befüllung des Strangpressprofils mit Gasen noch besser ausgeglichen werden, sodass weniger Radialkräfte von der ausgehärteten Hüllschicht aufgenommen werden müssen. Diese kann hierdurch entsprechend dünner und insbesondere mit weniger kostspieligen Verstärkungsfasern ausgebildet werden.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zum Speichern von Gas unter hohem Druck, aus einem rohrförmigen Speichervolumen, welches von wenigstens einer Hüllschicht mit Verstärkungsfasern und einer Kunststoffmatrix umgeben ist, ist es gemäß der Erfindung vorgesehen, dass die Hüllschicht aus den Verstärkungsfasern oder aus mit Kunststoff vorimprägnierten Verstärkungsfasern durch Umwickeln und/oder Umflechten eines Kerns hergestellt wird, wonach in einem ersten erfindungsgemäßen Schritt das noch flexible rohrförmige Speichervolumen in seine spätere Endform gebracht wird, was beispielsweise durch Umbiegen und Aufstapeln der zwischen den Bögen liegenden Rohrabschnitte erfolgen kann. Im zweiten erfindungsgemäßen Schritt wird danach ein Aushärten der vorimprägnierten Kunststoffmatrix und/oder ein Tränken der Verstärkungsfaser mit der Kunststoffmatrix, mit anschließendem Aushärten, bewirkt. Hierdurch wird ein starrer Aufbau geschaffen, welcher als selbsttragender Aufbau der Vorrichtung zum Speichern von Gas ausgebildet ist, und welcher beispielsweise über Spannbänder oder dgl. an einer geeigneten Stelle, insbesondere in einem Fahrzeug, aufgenommen werden kann, ohne dass Verkleidungselemente notwendig wären, welche die erfindungsgemäße Vorrichtung außen umgeben und in ihrer gewünschten Form halten.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass eine das Speichervolumen umschließende Innenschicht als Kern zum Umwickeln und/oder Umflechten verwendet wird. Über eine solche Innenschicht als Kern zum Umflechten oder insbesondere zum reinen Umwickeln lässt sich ein sehr einfacher Aufbau realisieren, welcher verfahrenstechnisch sehr leicht beherrscht werden kann. Die Innenschicht kann beispielsweise aus Kunststoff, aus einem metallischen Material oder einem entsprechenden Verbundwerkstoff, beispielsweise einem mit Metall beschichteten Kunststoff oder dgl. ausgebildet sein. Die typischerweise rohrförmige Innenschicht kann dabei von konstantem Durchmesser sein oder in einigen Bereichen bereits Verjüngungen aufweisen, sodass die Vorrichtung später im Bereich der Verjüngungen sehr leicht umgebogen und beispielsweise in eine mäanderartige Endform gebracht und dann entsprechend ausgehärtet werden kann.
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Ergänzend oder alternativ zu der eben beschriebenen Ausführungsform kann es darüber hinaus vorgesehen sein, dass ein verlorener Kern verwendet wird. Ein solcher verlorener Kern kann beispielsweise aus Wachs hergestellt und später durch Erwärmen ausgeschmolzen werden. Genauso gut ist die Herstellung beispielsweise aus aufgeschäumten Polystyrol oder Ähnlichem denkbar, welches dann über ein Lösungsmittel ausgewaschen wird. Ein solcher verlorener Kern kann einerseits eingesetzt werden, um direkt mit den Verstärkungsfasern und der Kunststoffmatrix, also der Hüllschicht, umgeben zu werden, sodass letztlich eine Vorrichtung zum Speichern von Gas entsteht, welche lediglich aus der Kunststoffmatrix und den Verstärkungsfasern besteht, also keine zusätzliche Innenhülle aufweist. Ergänzend oder alternativ dazu kann der verlorene Kern auch eingesetzt werden, um in Kombination mit einer Innenschicht Verwendung zu finden. In diesem Fall dient er dazu, die beispielsweise sehr dünne Innenschicht entsprechend zu stabilisieren und, trotz einer sehr dünnen und leichten Innenschicht dieser eine ausreichende Stabilität zum Umwickeln und/oder Umflechten mit den Verstärkungsfasern zu geben.
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Der Kern selbst, egal ob er als verlorener Kern oder in Form der Innenschicht ausgebildet, kann vor dem Umwickeln und/oder Umflechten gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer im fertigen Speichervolumen verbleibenden Beschichtung versehen werden. So ist beispielsweise eine mechanische und/oder chemische Beschichtung, oder auch ein Bedampfen des Kerns möglich, sodass im Inneren der Kunststoffmatrix und der Verstärkungsfasern eine zusätzliche Schicht in dem fertigen Speichervolumen entsteht, welche beispielsweise die Diffusionsbeständigkeit gegenüber dem zu speichernden Gas, insbesondere gegenüber Wasserstoff, erhöht.
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In einer ergänzenden oder alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es auch vorgesehen sein, dass die Hüllschicht vor oder nach dem Aushärten an ihrer Innenfläche mit einer Beschichtung versehen wird. Auch hier ist wieder der Auftrag der Beschichtung beispielsweise chemisch, elektrochemisch oder auch mechanisch möglich. Auch hier dient die Beschichtung im Wesentlichen dazu, die Dichtheit der Vorrichtung zum Speichern von Gas entsprechend zu erhöhen, indem die Beschichtung eine Diffusionssperre, beispielsweise für in der Vorrichtung gespeicherten Wasserstoff, ausbildet.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung lässt sich, insbesondere mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, sehr leicht und im Vergleich zu Aufbauten gemäß dem Stand der Technik sehr kostengünstig aufbauen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Druckgasspeichern ist sie hinsichtlich des Bauraums, in welchen sie eingebaut werden kann, außerordentlich flexibel, da sie ihre endgültige Form erst nach dem Aushärten erreicht. Damit lässt sie sich sehr flexibel in verschiedene Bauräume einpassen, beispielsweise in unterschiedliche Fahrzeugtypen. Die bevorzugte Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen Vorrichtung liegt dementsprechend in ihrem Einsatz in einem Fahrzeug, insbesondere in einem Brennstoffzellenfahrzeug. Die Vorrichtung dient dabei zur Speicherung von Wasserstoff unter hohem Druck, sodass beispielsweise Wasserstoff bei 700 bar Nenndruck einfach und effizient in der erfindungsgemäßen Vorrichtung innerhalb von Bauräumen gespeichert werden kann, welche in dem Fahrzeug ohnehin zur Verfügung stehen bzw. einfach und effizient durch die an diese Bauräume angepasste Vorrichtung zur Speicherung von Wasserstoff zur Aufnahme der Vorrichtung verwendet werden können.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den restlichen abhängigen Unteransprüchen und werden anhand der Ausführungsbeispiele deutlich, welche nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben sind.
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Dabei zeigen:
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1 eine Prinzipdarstellung einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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2 eine Schnittdarstellung durch die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß 1;
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3 eine Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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4 eine Schnittdarstellung durch die Ansicht gemäß 3;
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5 eine Prinzipdarstellung eines Abschnitts aus einem Kern zur Herstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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6 ein Teilelement, aus dem der Kern gemäß 5 zusammengesetzt ist;
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7 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, welche um einen Kern gemäß den 5 und 6 aufgebaut worden, ist in einer Ausgangslage;
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8 die Ausführungsform der Vorrichtung gemäß 7 in ihrer Endform; und
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9 eine mögliche Ausführungsform einer Innenhülle der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Querschnitt.
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In der Darstellung der 1 ist eine dreidimensionale Ansicht einer Vorrichtung 1 zum Speichern von Gasen, insbesondere von Wasserstoff, unter hohem Druck, beispielsweise unter einem Kerndruck von 350 bar oder 700 bar dargestellt. In 2 ist zur Verdeutlichung ein Querschnitt durch die Vorrichtung 1 zu erkennen. Die Vorrichtung 1 umfasst ein rohrförmiges Speichervolumen 2, welches zumindest von einer Hüllschicht 3 umgeben ist. Die Hüllschicht 3 ist dabei aus Verstärkungsfasern und einer Kunststoffmatrix ausgebildet. Das rohrförmige Speichervolumen kann eine zusätzliche Innenschicht bzw. Innenhülle aufweisen, welche typischerweise auch als Liner oder Inliner bezeichnet wird. Dieser Liner 4 ist in den Darstellungen nicht explizit zu erkennen. Er kann jedoch in allen nachfolgend dargestellten Ausführungsformen grundsätzlich vorhanden sein. Typischerweise dient er als zusätzliche Diffusionssperre, um die Dichtheit gegenüber dem gespeicherten Wasserstoff zu erhöhen. Er kann beispielsweise aus einem Kunststoffmaterial oder auch aus einem metallischen Material, beispielsweise einem Aluminiumrohr, oder wie in der Darstellung der 9 beschrieben, aus einem Aluminiumstrangpressprofil, einem Kunststoffstrangpressprofil oder dgl. bestehen. Er kann in allen nachfolgend dargestellten Ausführungsformen grundsätzlich eingesetzt sein, auf ihn kann, mit Ausnahme der Darstellungsform in 9, jedoch jeweils auch verzichtet werden.
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Das rohrförmige Speichervolumen 2 wird als rohrförmiges Bauteil mit der Hüllschicht 3 hergestellt. Es kann dann so geformt werden, dass es beispielsweise in einen vorgegebenen Bauraum, vorzugsweise innerhalb eines Fahrzeugs, eingepasst werden kann. In der Darstellung der 1 wird dadurch eine Vorrichtung 1 erzielt, welche im Wesentlichen einen quadratischen Aufbau mit in etwa der doppelten Dicke des Rohrdurchmessers aufweist. Nachdem das rohrförmige Speichervolumen 2 mit seiner Hüllschicht 3 in diese Form gebracht worden ist, wird es entsprechend ausgehärtet, beispielsweise indem bei der Verwendung von vorimprägnierten Verstärkungsfasern die Imprägnierung entweder chemisch oder thermisch aktiviert wird, sodass die vorimprägniert aufgebrachte Kunststoffmatrix entsprechend aushärtet. Bei der ebenso denkbaren Verwendung von reinen Verstärkungsfasern kann zu diesem Zeitpunkt auch das Tränken und Aushärten, beispielsweise mit Epoxidharz, erfolgen. Im Wesentlichen entsteht dann ein in sich starrer und idealerweise selbsttragender Aufbau der Vorrichtung 1, welcher in den entsprechenden Bauraum, beispielsweise innerhalb des Fahrzeugs, eingesetzt werden kann.
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Eine alternative Ausführungsform der Vorrichtung 1 ist in der Darstellung der 3 zu erkennen. Die Darstellung in 4 zeigt wiederum den Querschnitt der in 3 dargestellten Vorrichtung. Anstelle des ”Aufwickelns” wird das rohrförmige Speichervolumen 2 mit seiner Hüllschicht 3 hier mäanderartig gebogen, und wie es aus dem Querschnitt in 4 zu erkennen ist, in der Art der dichtesten Packung übereinandergestapelt, um so eine sehr kompakte Vorrichtung 1 mit vergleichsweise großem Speichervolumen im Inneren zu erzielen. Um das mäanderförmige Biegen zu erleichtern, ist es, wie es in der Darstellung der 3 zu erkennen ist, dabei vorgesehen, dass zwischen im Wesentlichen geraden rohrförmigen Abschnitten 5 Bögen 6 angeordnet sind, welche in ihrem Querschnitt gegenüber den geraden Rohrabschnitten 5 reduziert sind, um so das Umbiegen des rohrförmigen Speichervolumens 2 bzw. der Hüllschicht 3 zu erleichtern.
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Zur Herstellung beispielsweise des in den 3 und 4 gezeigten Aufbaus kann dabei ein in 5 gezeigter Kern 7 verwendet werden. Dieser Kern 7 weist ein rotationssymmetrisches Profil auf, welches in dem mit 5' bezeichneten Bereich später zur Ausbildung der geraden Rohrabschnitte 5 geeignet ist, und welches sich in dem mit 6' bezeichneten Bereich entsprechend verjüngt, um später mit einem harmonischen Übergang von den Rohrabschnitten 5 zu den Bögen 6 die Bögen 6 auszubilden. Der Kern 7 kann dabei insbesondere aus Wachs oder geschäumtem Polystyrol ausgebildet werden. Er kann in einer geeigneten Form beispielsweise als einziges Bauteil hergestellt werden. Bei einem typischen Durchmesser der Rohrabschnitte 5 von ca. 60 bis 80 mm und einer Gesamtlänge des Aufbaus von ca. 40 bis 60 m ist dies jedoch entsprechend komplex. Daher ist es in einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass der Kern 7 aus in der Darstellung der 6 erkennbaren Kernabschnitten 71 ausgebildet wird, welche dann zu dem gesamten Kern 7 sehr einfach und effizient zusammengesetzt werden können. Jeder einzelne Kernabschnitt 71 hat dabei eine im Wesentlichen flaschenartige Form, sodass durch Zusammensetzen und beispielsweise Verschmelzen oder Verkleben der Kernabschnitte 71 der gesamte Kern 7 entsteht.
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In einer bevorzugten Ausführungsform werden dabei an den beiden axialen Enden des Kerns 7 entsprechende Anschlusselemente 8 für das spätere Speichervolumen 1 angeordnet. In der Darstellung der 7 sind diese innerhalb der um den Kern 7 gewickelten Hüllschicht 3 zu erkennen. Eines der Anschlusselemente 8 ist dabei als verschlossenes Abschlusselement ausgebildet und eines der Anschlusselemente 8 (in 8 oben) weist eine Durchgangsbohrung mit Gewinde auf, um hieran ein Ventil zum Betanken und Entnehmen des Wasserstoffs aus der Vorrichtung 1 anschließen zu können.
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Der beispielhaft gezeigte Aufbau ist in dem in 7 gezeigten Zustand, bei welchem die Verstärkungsfasern bevorzugt um den Kern 7 gewickelt worden sind, noch flexibel und kann entsprechend gebogen werden, insbesondere im Bereich der Verjüngungen, welche die späteren Bögen 6 ausbilden. Ein solcher gebogener Zustand der in 7 dargestellten beispielhaft sehr kurz gehaltenen Vorrichtung 1 ist in der Darstellung der 8 zu erkennen. Nachdem die Vorrichtung in diese in 8 dargestellte endgültige Ausgestaltung gebogen worden ist, wird die in den Verstärkungsfasern bereits vorimprägniert enthaltene Kunststoffmatrix ausgehärtet oder, falls die Verstärkungsfasern nicht vorimprägniert sind, eine entsprechende Kunststoffmatrix aufgebracht und ausgehärtet. Der Aufbau kann beispielsweise aus Kohlefasern und einer Epoxidharzmatrix bestehen. Die Vorrichtung 1 erhält dann nach dem Aushärten ihre starre Form, welche insbesondere an die entsprechenden Bauvolumina, in welche sie eingepasst werden soll, angepasst ist. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel mit einem Kern 7, welcher ausgeschmolzen oder ausgewaschen werden kann, wird dann der Kern 7 aus der Vorrichtung 1 entfernt, sodass das Innenvolumen zur Speicherung von Wasserstoff zur Verfügung steht.
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Wie bereits erwähnt kann innerhalb der Hüllschicht 3 eine in den Darstellungen nicht erkennbare Innenschicht 4, welche auch als Liner oder Inliner bezeichnet wird, angeordnet sein. Diese Innenschicht 4, welche als Diffusionssperre für den Wasserstoff dient, kann dabei vergleichsweise dünn ausgebildet sein und kann, beispielsweise in der Art eines Schrumpfschlauchs über den fertigen Kern 7 gelegt werden, bevor dieser mit der Hüllschicht 3 bzw. den Verstärkungsfasern der Hüllschicht 3 umwickelt wird. Ergänzend oder alternativ dazu ist es auch möglich, den Kern 7 mit der Innenschicht 4 entsprechend zu beschichten, oder diese als Beschichtung erst nach dem Entfernen des Kerns 7 aus der Vorrichtung 1 im Inneren der Hüllschicht 3 anzubringen. Beim Einsatz von metallischen Verstärkungsfasern oder Kohlefasern, welche elektrisch leitend sind, kann die Beschichtung beispielsweise galvanisch erfolgen.
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Eine weitere Alternative besteht darin, die Innenschicht 4 mit einer so großen Wandstärke auszubilden, dass diese ohne eigens eingebrachten Kern 7 eine ausreichende Stabilität zum Ablegen der Verstärkungsfasern aufweist. Sie kann dann beispielsweise als Rohr aus Kunststoff oder aus Metall hergestellt sein oder gegebenenfalls auch aus mit einer entsprechenden Beschichtung versehenem Rohr. Die Innenschicht 4 bildet in diesem Fall gleichzeitig den Kern in der Vorrichtung 1 aus.
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Eine weitere mögliche Ausgestaltung der Innenschicht 4 ist in der Darstellung der 9 zu erkennen. Anstelle der Verwendung eines Rohrs mit einem im Wesentlichen gleichmäßigen offenen Querschnitt wird hier vorzugsweise ein Strangpressprofil, beispielsweise aus Kunststoff oder insbesondere aus Aluminium eingesetzt. Durch Stege 9 innerhalb der als Strangpressprofil ausgebildeten Innenschicht 4 kommt es zu einer Aufteilung des Speichervolumens in im Querschnitt untereinander nicht verbundene Leitungsabschnitte 10, welche von den Stegen 9 voneinander getrennt werden. Die Stege 9 wirken dabei gegen ein Aufweiten der Innenschicht 4 durch den im Inneren der Leitungsabschnitte 10 unter Druck stehenden Wasserstoff in der Art von Zugankern, und verhindern damit eine sehr starke Aufdehnung der Innenschicht 4. Hierdurch lässt sich im Bereich der in 9 nicht dargestellten Hüllschicht 3 benötigtes Material, insbesondere die Menge an benötigten Verstärkungsfasern, entsprechend reduzieren, sodass der Aufbau nochmals viel einfacher und kostengünstiger wird. Dies liegt insbesondere auch daran, dass das in 9 dargestellte Strangpressprofil als Innenschicht 4 einfach, kostengünstig und in sehr vielen verschiedenen Ausführungsvarianten am Markt verfügbar ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006046722 B4 [0003]
