DE102014103386A1

DE102014103386A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines Brennstoffspeichertanks mit einer Auskleidung und einer inneren Tasche für ein Brennstoffspeichersystem

Info

Publication number: DE102014103386A1
Application number: DE102014103386.8A
Authority: DE
Inventors: Ludger Strack; Frank Joepen; Kolja Richlowski
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2014-03-13
Publication date: 2014-09-18
Also published as: CN104048157B; CN104048157A

Abstract

Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen eines Brennstoffspeichertanks für ein Brennstoffzellensystem, der zum Speichern verschiedener Druckfluide verwendet wird, und separate Permeationseigenschaften zum Reduzieren einer Permeationsundichtheit während verschiedener Temperatur- und Druckzyklen aufweist. Der Brennstoffspeichertank umfasst eine gebildete Auskleidung, um einen inneren Hohlraum zu definieren, wie auch einen Ansatz, der mit der Auskleidung verbunden ist, eine Verstärkungsstruktur, die um einen Abschnitt des Ansatzes und die Auskleidung herum gebildet ist, und eine Permeationstasche, die an einem ersten Sicherungselement befestigt und in den inneren Hohlraum der Auskleidung eingesetzt ist. Das erste Sicherungselement ist mit dem Ansatz gekoppelt, und ein zweites Sicherungselement ist an den Ansatz benachbart des ersten Sicherungselements montiert, um eine fluiddichte Verbindung zwischen der Permeationstasche, der Auskleidung und dem Ansatz zu sichern.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen U.S.-Anmeldung Serien-Nr. 61/789 589, eingereicht am 15. März 2013.
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein ein Brennstoffspeichersystem und im Spezielleren einen Brennstoffspeichertank mit einer Einzelschichtauskleidung mit separaten Permeabilitätseigenschaften und -funktionen zum Reduzieren einer Permeationsundichtheit infolge von Schwankungen in Temperatur- und Druckzyklen innerhalb des Brennstoffspeichertanks, der zum Speichern von Druckfluiden verwendet wird.
HINTERGRUND
Ein Druckbehälter zum Speichern von gasförmigen Hochdruckmedien (z. B. Wasserstoff, Druck-Erdgas oder -luft) kann typischerweise mehrschichtig sein und eine innere Auskleidung und eine äußere Auskleidung, zumindest ein Mundstück (Metall-Ansatz) und eine präzisionsgewickelte äußere Schale zur Unterstützung des Druckbehälters umfassen. Der Druckbehälter kann in ein Fahrzeug eingebaut werden, um Wasserstoff einem Protonenaustauschmembran (PEM; vom engl. proton exchange membrane)-Brennstoffzellenstapel zuzuführen, der z. B. in der Lage ist, das Fahrzeug zu betreiben. Der in dem Behälter gespeicherte Wasserstoff kann mit einem Druck bis zu mindestens 70 MPa beaufschlagt sein, um einer Reichweite des Fahrzeuges nachzukommen, die mit den Verbraucherbedürfnissen übereinstimmt. Demzufolge ist eine entsprechende Abdichtung zwischen der inneren Auskleidung und dem zumindest einen Ansatz notwendig, um einen Verlust des gasförmigen Mediums zu verhindern.
Die innere Auskleidung kann unter Verwendung jedes herkömmlichen Verfahrens wie z. B. Rotationsgießen, Blasformen, Spritzgießen oder Thermoformen erzeugt werden. Als Beispiele offenbaren die WO 1999/039 896 ; die WO 2007/079 971 ; die DE 195 26 154 ; und die WO 1999/013 263 Druckbehälter mit einer inneren Auskleidung, wobei jede davon hierin durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen ist.
Der Druckbehälter kann mehrschichtig sein und zumindest eine innere Auskleidung und eine äußere Auskleidung umfassen. Die innere Auskleidung kann aus einer Vielzahl von zusammengeschweißten Komponenten gebildet werden. Durch das Verwenden eines Schweißverfahrens sind die Arten von Materialien, die verwendet werden, um die innere Auskleidung zu bilden, eingeschränkt, und eine Permeation eines gespeicherten Fluids durch die Schweißnähte der geschweißten inneren Auskleidung kann die Folge sein. Außerdem umfassen mehrschichtige Auskleidungen eine Grenzflächenschicht, die über eine Klemmlinie spritzgegossen sein kann, die während des Blasformschrittes der inneren Auskleidung des Formwerkzeuges gebildet wird, was Probleme mit einer Permeationsundichtheit verursachen kann.
Das gasförmige Medium strömt durch den Ansatz hindurch, wenn es in den Druckbehälter eintritt oder aus diesem austritt. Der Ansatz ist typischerweise mit einem von Gewinden oder einem anderen Kopplungsmittel ausgestaltet, um ein Ventil, einen Sensor, einen Koppler, eine Leitung oder eine andere Vorrichtung aufzunehmen. Demzufolge stellt der Ansatz einen zuverlässigen und vielseitigen Kopplungspunkt für den Druckbehälter bereit.
Der Ansatz umfasst typischerweise einen zylindrischen Hals mit einem längs gerichteten Durchgang, welcher eine fluidtechnische Verbindung zwischen dem Druckbehälter und der Umgebung außerhalb des Behälters bereitstellt. Eine Längsachse ist innerhalb des Halses als im Wesentlichen parallel zu einer Durchgangsrichtung zwischen offenen Enden desselben definiert. In bestimmten Ausführungen ist ein Flansch an einem Ende des Halses befestigt. Der Flansch, der größer ist als die Druckbehältermündung, ist an der Auskleidung des Druckbehälters befestigt, um eine relative Bewegung zwischen dem Ansatz und der Auskleidung zu verhindern.
Dichtungselemente wie z. B. eine Druckringverbindung und O-Ringe können zwischen dem Ansatz und der inneren Kunststoffverkleidung angeordnet sein, um einen unabsichtlichen Verlust des gasförmigen Mediums zu verhindern. Es können mehrteilige Ansatzbauformen, eine Vielzahl von Dichtungselementen oder ein Zusammendrücken der Verkleidung durch den Ansatz verwendet werden, um eine Dichtung zwischen der inneren Kunststoffverkleidung und dem Ansatz zu bilden. Eine mehrteilige Ansatzbauform für einen Druckbehälter umfasst eine innere Kunststoffverkleidung, wobei eine Dichtung zwischen dem Ansatz und der Verkleidung angeordnet ist. Außer dass eine komplizierte Montageprozedur erforderlich ist, berücksichtigt die mehrteilige Ansatzbauform keine auf die Dichtung ausgeübten fluktuierenden Kräfte, die durch wiederholte thermische Zyklen und Druckzyklen verursacht werden.
Der Druckbehälter kann auch eine gewickelte äußere Schale umfassen, die mithilfe eines Präzisionswickelverfahrens gebildet wird. Nach dem Wickelverfahren wird die gewickelte äußere Schale mit der Auskleidung verbunden und in einem Autoklav gehärtet, um sie einer hohen Druck-Temperatur-Belastung zu unterziehen. Derzeit sind die Materialien, die verwendet werden, um die Permeationsanforderungen zu erfüllen, nicht geeignet, eine einwandfreie äußere Oberfläche bereitzustellen, um das Leistungsvermögen einer Verbundwerkstoff-Wicklung zu maximieren. Ebenso können die Materialien, die typischerweise verwendet werden, um eine glatte äußere Oberfläche auf der Behälterauskleidung herzustellen, keine geeignete Permeabilität für spezielle in dem Druckbehälter gespeicherte Fluide bereitstellen.
Auf dem technischen Gebiet bekannte Druckbehälter berücksichtigen keine auf die zwischen der Auskleidung und dem Ansatz gebildete Dichtung ausgeübten fluktuierenden Kräfte, die durch wiederholte Temperatur- und Druckzyklen verursacht werden. Wenn der Druckbehälter einem/r hohen Druck und Temperatur des Fluids innerhalb des Behälters unterworfen wird, wird bewirkt, dass die Größe der inneren Auskleidung bis zu einem ausgedehnten Zustand zunimmt, wodurch die Kraft, die von der Dichtung auf den Ansatz und die Auskleidung ausgeübt wird, erhöht wird. Wenn der Druckbehälter hingegen einem/r niedrigen Druck und Temperatur des Fluids innerhalb des Behälters unterworfen wird, wird bewirkt, dass sich die innere Auskleidung in der Größe von dem ausgedehnten Zustand zurückzieht, wodurch eine Kraft, die von der Dichtung auf den Ansatz und die Auskleidung ausgeübt wird, verringert wird. Diese flexiblen Eigenschaften waren wegen der Permeationsundichtheit durch die Dichtungen und die gebildeten Auskleidungen hindurch ein fortgesetztes Problem für Autohersteller.
Während solche Druckbehälter für ihren vorgesehenen Zweck gut funktionieren, haben die gegenständlichen Erfinder festgestellt, dass weiterhin ein Bedarf vorhanden ist, einen Druckbehälter und ein Verfahren zum Herstellen des Druckbehälters mit einer Bauform mit einer Einzelschichtauskleidung mit variierenden Abmessungen zu entwickeln, welcher separate Permeabilitätseigenschaften und Funktionen aufweist, die nach dem Präzisonswickel- und Härtungsverfahren der gewickelten äußeren Schale, der Auskleidung und des Ansatzes hinzugefügt werden. Diese Notwendigkeit wird eine Permeationsundichtheit infolge der Kräfte, welche auf die zwischen der Auskleidung und dem Ansatz gebildete Dichtung ausgeübt werden, vermeiden; und die mit mehrschichtigen Auskleidungen verbundene Klemmlinien-Permeationsundichtheit infolge der verschiedenen Temperatur- und Druckzyklen innerhalb des zum Speichern verschiedener Druckfluide verwendeten Druckbehälters vermeiden. Diese Notwendigkeit wird gestatten, dass der Druckbehälter einfacher hergestellt, in kürzerer Zeit und mit reduzierten Kosten fertiggestellt wird.
ZUSAMMENFASSUNG
Vor dem obigen Hintergrund zielt die vorliegende Offenbarung auf einen Brennstoffspeichertank und ein Verfahren zum Herstellen des Brennstoffspeichertanks für ein Brennstoffzellensystem ab, wobei der Brennstoffspeichertank und das Verfahren eine Bauform mit einer Einzelschichtauskleidung mit variierenden Abmessungen vorsehen, welche separate Permeabilitätseigenschaften und Funktionen, die nach dem Präzisonswickel- und Härtungsverfahren der gewickelten äußeren Schale, der Auskleidung und des Ansatzes hinzugefügt werden, und die Vermeidung einer mit einer mehrschichtigen Auskleidung verbundenen Klemmlinien-Permeationsundichtheit umfasst, sodass eine Permeationsundichtheit während verschiedener Temperatur- und Druckzyklen innerhalb des zum Speichern verschiedener Druckfluide verwendeten Brennstoffspeichertanks reduziert wird.
In einer Ausführungsform kann ein Verfahren zum Herstellen eines Wasserstoffspeichertanks für ein Brennstoffzellensystem umfassen, dass eine im Allgemeinen achsensymmetrische Auskleidung gebildet wird, um einen inneren Hohlraum des Wasserstoffspeichertanks zu definieren, wie auch zumindest ein Ansatz mit einer Öffnung verbunden wird, die in zumindest einem Ende der Auskleidung gebildet ist, und eine Verstärkungsstruktur um zumindest einen Abschnitt des zumindest Ansatzes und die Auskleidung herum gebildet wird. Es wird eine Permeationstasche an einem ersten Sicherungselement befestigt, die Permeationstasche wird in den inneren Hohlraum eingesetzt, das erste Sicherungselement wird mit dem zumindest einen Ansatz gekoppelt, und eine zweites Sicherungselement wird an den zumindest einen Ansatz benachbart des ersten Sicherungselements montiert, um eine Verbindung zwischen der Permeationstasche, der Auskleidung und dem zumindest einen Ansatz zu sichern.
In einer anderen Ausführungsform kann ein Verfahren zum Herstellen eines Brennstoffspeichertanks für ein Brennstoffzellensystem umfassen, dass ein gebildeter Abschnitt des Brennstoffspeichertanks eine Einzelschichtauskleidung, die einen inneren Hohlraum definiert, zumindest einen Ansatz, der in einer Öffnung der Auskleidung gebildet ist, und eine Verstärkungsstruktur umfasst, die um zumindest einen Abschnitt des zumindest einen Ansatzes und die Auskleidung herum gebildet ist. Das Verfahren kann umfassen, dass eine Permeationstasche an einem ersten Sicherungselement befestigt wird, die Permeationstasche in den inneren Hohlraum eingesetzt wird, das erste Sicherungselement mit dem zumindest einen Ansatz gekoppelt wird, und ein zweites Sicherungselement an den zumindest einen Ansatz benachbart des ersten Sicherungselements montiert wird, um eine Verbindung zwischen der Permeationstasche und dem z Brennstoffspeichertank zu sichern.
In einer noch weiteren Ausführungsform kann ein Wasserstoffspeichertank für ein Brennstoffzellensystem eine im Allgemeinen achsensymmetrische Auskleidung, die gebildet ist, um einen inneren Hohlraum des Wasserstoffspeichertanks zu definieren, wie auch zumindest einen Ansatz, der mit einer Öffnung verbunden ist, die in zumindest einem Ende der Auskleidung gebildet ist, und eine Verstärkungsstruktur umfassen, die um zumindest einen Abschnitt des zumindest einen Ansatzes und die Auskleidung herum gebildet ist. Eine Permeationstasche ist an einem ersten Sicherungselement befestigt, wobei die Permeationstasche in den inneren Hohlraum eingesetzt ist. Das erste Sicherungselement ist mit dem zumindest einen Ansatz gekoppelt, und ein zweites Sicherungselement ist an den zumindest einen Ansatz benachbart des ersten Sicherungselements montiert, um eine Verbindung zwischen der Permeationstasche, der Auskleidung und dem zumindest einen Ansatz zu sichern.
Diese und andere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden durch Bezugnahme auf die nachfolgende Beschreibung und die beigefügten Ansprüche besser verständlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Wenngleich die Patentbeschreibung mit Ansprüchen abschließt, welche die vorliegende Offenbarung speziell darlegen und eindeutig beanspruchen, wird davon ausgegangen, dass die vorliegende Offenbarung aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen besser verständlich wird, in denen:
1A eine partielle perspektivische Darstellung eines Ansatzbereiches innerhalb eines Brennstoffspeichertanks gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist;
1B eine partielle perspektivische Darstellung eines Ansatzbereiches innerhalb eines Brennstoffspeichertanks gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist;
2 eine auseinandergezogene, partielle Querschnittsansicht des Ansatzbereiches des Brennstoffspeichertanks von 1A ist;
3A eine Querschnittsansicht des Brennstoffspeichertanks ist, wie in 1A gezeigt, bevor eine Permeationstasche, die darin angeordnet ist, mit einem darin zu speichernden Fluid mit Druck beaufschlagt wird; und
3B eine Querschnittsansicht des Brennstoffspeichertanks von 3A mit der Permeationstasche in einem mit Druck beaufschlagten Zustand ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Nunmehr werden Merkmale und Vorteile der Offenbarung mit gelegentlicher Bezugnahme auf spezifische Ausführungsformen beschrieben. Die Offenbarung kann jedoch in anderen Formen ausgeführt werden und ist nicht so auszulegen, dass sie auf die hierin dargelegten Ausführungsformen beschränkt ist. Diese Ausführungsformen sind vielmehr vorgesehen, damit diese Offenbarung gründlich und vollständig sein wird und Fachleuten den Schutzumfang der Offenbarung vollinhaltlich vermitteln wird.
Die vorliegende Offenbarung sieht eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen eines Brennstoffspeichertanks mit variierenden Abmessungen vor, um eine Einzelschichtauskleidung mit separaten Permeabilitätseigenschaften und Funktionen vorzusehen, die nach dem Präzisionswickel- und Härtungsverfahren hinzugefügt werden, und die mit mehrschichtigen Auskleidungen verbundene Klemmlinien-Permeationsundichtheit zu vermeiden, sodass Temperatur- und Druckbereiche durch Reduzieren einer Permeationsundichtheit innerhalb des zum Speichern verschiedener Druckfluide verwendeten Brennstoffspeichertanks sichergestellt werden. Diese neue Bauweise beseitigt somit die derzeitigen Probleme in Verbindung mit einer Permeationsundichtheit innerhalb des Brennstoffspeichertanks und reduziert den Verlust des gasförmigen Mediums bei verschiedenen Temperatur- und Druckzyklen und lässt zu, dass die Herstellung des Brennstoffspeichertanks einfacher, in kürzerer Zeit fertiggestellt wird, und dass die Herstellbarkeitskosten reduziert werden.
Das Druckfluid, wie in den verschiedenen Ausführungsformen hierin beschrieben, kann beispielsweise jedes beliebige Fluid wie ein Gas, z. B. Wasserstoffgas, Druckerdgas und Sauerstoffgas, eine Flüssigkeit und sowohl eine Flüssigkeit als auch ein Gas sein.
Nunmehr Bezug nehmend auf die Fig. ist 1A ist eine partielle perspektivische Darstellung eines Ansatzbereiches 30 innerhalb eines Brennstoffspeichertanks 10. Wobei der Brennstoffspeichertank 10 als ein hohler Tank gebildet ist, der geeignet ist, um ein Druckfluid (nicht gezeigt) mit den folgenden hierin beschriebenen Elementen aufzunehmen.
1A illustriert einen Ansatz 30, der allgemein als geteilter Ansatz mit einer ersten Komponente 32 und einer zweiten Komponente 34 bekannt ist. Die erste Komponente 32 und die zweite Komponente 34 des Ansatzes 30 werden mit einem Abschnitt der Auskleidung 20, z. B. dem Halsabschnitt 23 und dem Schulterabschnitt 25, mithilfe eines auf dem technischen Gebiet bekannten Verfahrens verbunden, sodass die erste Komponente 32 mit einem Blasdorn (nicht gezeigt), wie auf dem Gebiet des Blasformens bekannt, gekoppelt ist. Außerdem wird ein Blasrohling (nicht gezeigt) der Auskleidung 20 um den Schulterabschnitt 36 der ersten Komponente 32 herum geführt. Ein auf dem technischen Gebiet bekanntes Blaswerkzeug schließt sich als solches um den Blasrohling und „klemmt” oder sichert den Blasrohling um einen Umfang des Halsabschnitts 38 und des Schulterabschnitts 36 der ersten Komponente 32 herum. Der Schulterabschnitt 36 der ersten Komponente 32 umfasst einen Vorsprung 39; der Vorsprung 39 steht mit der Auskleidung 20 in Eingriff, um eine radiale Dehnung und Bewegung der Auskleidung 20 zu minimieren. Danach leitet der Blasdorn Luft in den Blasrohling ein und dehnt dadurch den Blasrohling in die Auskleidung 20 hinein aus, um einen inneren Hohlraum 22 und eine Öffnung 24 zu definieren. Nachdem die Auskleidung 20 die gewünschte Form aufweist, gibt das Blaswerkzeug die Auskleidung 20 frei, und jegliches Abfallmaterial des Blasrohlings wird mithilfe eines Fachleuten auf dem Gebiet des Blasformens bekannten Schneidverfahrens entfernt. Daher stellt die Einzelschichtauskleidung 20 Temperatur- und Druckbereiche bereit, die innerhalb des Brennstoffspeichertanks 10 sichergestellt sind, indem eine Permeationsundichtheit reduziert wird, ohne das Verfahren des Zusammenschweißens einer Vielzahl von Komponenten zu verwenden, oder die Verwendung von mehreren Schichten, die über eine Klemmlinie, die während des Blasformschrittes gebildet wird, spritzgegossen werden können. Es können andere Verfahren wie z. B. Rotationsgießen, Spritzgießen oder Thermoformen verwendet werden, um die Auskleidung 20 zu bilden.
Wie auf dem technischen Gebiet bekannt, steht der Ansatz 30, der eine zweite Komponente 34 umfasst, mit der ersten Komponente 32 in Eingriff, um die Auskleidung 20 dazwischen zu sichern. Die zweite Komponente 34 wird an der ersten Komponente 32 gesichert, indem die Komponenten 32, 34 durch eine Gewindeverbindung (nicht gezeigt) zusammengeschraubt werden. In bestimmten Ausführungsformen, die auf dem technischen Gebiet bekannt sind, steht eine Klemmvorrichtung mit der ersten Komponente 32 in Eingriff, um eine Drehbewegung der ersten Komponente 32 zu minimieren, während die zweite Komponente 34 an die erste Komponente 32 geschraubt wird (nicht gezeigt).
Die erste Komponente 32 und die zweite Komponente 34 des Ansatzes 30 wirken zusammen, um eine im Wesentlichen fluiddichte Dichtung zu der Auskleidung 20 zu bilden. Der Ansatz 30 kann jede/n beliebige/n Größe und Durchmesser wie z. B. eine Größe und einen Durchmesser aufweisen, die zum Koppeln mit Fixierungskernen, Schraubhülsen, Düsen, Ventilen, Messinstrumenten, Rohren, einer thermischen Druckentlastungsvorrichtung (TPRD, vom engl. thermal pressure relief device) und ähnlichen Halterungen, welche ein Fluid leiten und steuern, geeignet sind. In einigen Ausführungsformen können zusätzliche Dichtungselemente, die auf dem technischen Gebiet bekannt sind, zwischen dem Ansatz 30 und der Auskleidung 20 angeordnet sein, um einen unbeabsichtigten Verlust des gasförmigen Mediums zu verhindern.
Eine Verstärkungsstruktur 40 kann um zumindest einen Abschnitt des Ansatzes 30 und die Auskleidung 20 herum gebildet werden. Die Verstärkungsstruktur 40 ist eine gewickelte äußere Schale, die mit einem Präzisionswickelverfahren, einem Rotationsgießverfahren und einem Härtungsverfahren gebildet wird, wie auf dem technischen Gebiet bekannt. In einer Form kann die Verstärkungsstruktur 40 aus einer von einer Kohlefaser, einer Glasfaser, einer Verbundwerkstoff-Faser und einer Faser mit einer Harzbeschichtung gebildet werden. Es ist verständlich, dass das zum Bilden der Verstärkungsstruktur 40 verwendete Material auf der Basis des Verfahrens, das verwendet wird, um die Verstärkungsstruktur 40 an der Auskleidung 20 zu befestigen, und der Verwendung des Brennstoffspeichertanks 10 ausgewählt werden kann. Es ist auch verständlich, dass die Auskleidung 20, der Ansatz 30 und die Verstärkungsstruktur 40 jede durch das Bildungsverfahren bestimmte Form und Größe aufweisen kann. Der Brennstoffspeichertank 10 für ein Brennstoffzellensystem benötigt eine Verstärkungsstruktur 40, die einem hohen inneren Druck von mindestens etwa 20 bis 70 MPa standzuhalten vermag.
Die Auskleidung 20 ist eine Einzelschichtauskleidung mit einer im Wesentlichen zylindrischen, achsensymmetrischen Form; allerdings kann die Auskleidung 20 je nach Wunsch jede beliebige Form aufweisen. Die Auskleidung 20 kann beispielsweise aus einem Thermoplast wie z. B. Polyoxymethylen (POM), Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymeren/Polycarbonat (ABS/PC) oder Polyamid (PA) gebildet werden. Die Auskleidung 20 kann auch aus jedem beliebigen formbaren Material wie z. B. einem thermoplastischen Elastomer oder einem duroplastischen Kunststoff und dergleichen gebildet werden. Die Auskleidung 20 besitzt zumindest zwei Funktionen, um eine Sperre für das Druckfluid bereitzustellen, und einen Dorn für die Verstärkungsstruktur 40 während des Wickelverfahrens bereitzustellen.
Eine zweite, getrennte oder geteilte Permeationsschicht, die eine Permeationstasche 50 umfasst, wird außerhalb der Auskleidung 20, des Ansatzes 30 und der Verstärkungsstruktur 40 hergestellt. Die Permeationstasche 50 wird durch Klammern oder Schweißen der Permeationstasche 50 an die untere Fläche 53 des ersten Sicherungselements 52 befestigt und im Inneren der Materialfügekopplungsfläche 58 gekoppelt. Sobald die Permeationstasche 50 an dem ersten Sicherungselement 52 befestigt ist, wird die Permeationstasche 50 durch die Öffnung 24, die durch die Auskleidung 20 gebildet wird, hindurch in den inneren Hohlraum 22 eingesetzt, um so zuzulassen, dass die untere Fläche 53 des ersten Sicherungselements 52 auf dem Zwischenraum 37 der oberen Fläche der zweiten Komponente 34 sitzt, sodass die obere Fläche 55 des ersten Sicherungselements 52 unter dem/r auf der inneren Fläche 35 der zweiten Komponente 34 gebildeten schraubenförmigen Gewinde oder Nut sitzt. Auf diese Weise wird die Permeationstasche 50 im Inneren der Materialfügekopplungsfläche 58 des ersten Sicherungselements 52 und gleichzeitig an den Zwischenraum 37 der oberen Fläche der zweiten Komponente 34 gequetscht, gepresst oder umklammert. Die Verwendung des ersten Sicherungselements 52 beseitigt die Folgen einer ungleichmäßigen Abdichtfläche oder einer Faltenbildung und vermeidet so eine Permeationsundichtheit innerhalb des Brennstoffspeichertanks 10. Ein zweites Sicherungselement 54 mit einem/r im Wesentlichen schraubenförmigen Gewinde oder Nut, welche/s auf einer äußeren Fläche 56 gebildet ist, einer unteren Fläche 57 und einer oberen Fläche 59, steht zusammenwirkend mit dem/der im Wesentlichen schraubenförmigen Gewinde oder Nut, welche/s auf einer inneren Fläche 35 der zweiten Komponente 34 gebildet ist, in Eingriff, sodass die untere Fläche 57 des zweiten Sicherungselements 54 an der oberen Fläche 55 des ersten Sicherungselements 52 anliegt, um eine enge oder feste Verbindung mit dem ersten Sicherungselement 52 mit einer daran angebrachten Permeationstasche 50 mit dem Zwischenraum 37 der oberen Fläche der zweiten Komponente 34 des Ansatzes 30 und dem zweiten Sicherungselement 54 mit der zweiten Komponente 34 des Ansatzes 30 zu sichern. Die Permeationstasche 50 ist in 1A in einem ausgedehnten, vergrößerten Zustand aufgrund dessen, dass der Brennstoffspeichertank 10 einem/r hohen Druck und Temperatur des Fluids (nicht gezeigt) innerhalb des Brennstoffspeichertanks 10 unterworfen ist, gezeigt, wobei die Permeationstasche 50 nicht an der inneren Wand 21 der Auskleidung 20 haftet und sich die Permeationstasche 50 zu der Form der inneren Wand 21 der Auskleidung 20 ausdehnt. Alternativ, in einer anderen Ausführungsform, wie nachfolgend in Verbindung mit 3B gezeigt und beschrieben, kann sich die Permeationstasche 50 in einem zurückgezogenen, gekräuselten Zustand befinden, wobei sie lose im Inneren des inneren Hohlraumes 22 der Auskleidung 20 liegt, da der Brennstoffspeichertank 10 einem/r niedrigen Druck und Temperatur des Fluids (nicht gezeigt) innerhalb des Brennstoffspeichertanks 10 unterworfen ist. In ähnlicher Weise wird, wenn das Fluid im Inneren des Brennstoffspeichertanks 10 einem/r hohen Druck und Temperatur unterworfen ist, die Größe der Auskleidung 20 in einen ausgedehnten Zustand zunehmen. Wenn das Fluid im Inneren des Kraftstoffspeichertanks 10 hingegen einem/r niedrigen Druck und Temperatur unterworfen wird, wird sich die innere Auskleidung in der Größe von dem ausgedehnten Zustand zurückziehen.
Das erste Sicherungselement 52 kann einen Fixierungskern wie z. B. einen O-Ring, aber nicht darauf beschränkt, umfassen. Das zweite Sicherungselement 54 kann eine Hülse mit einem/r im Wesentlichen schraubenförmigen Gewinde oder Nut umfassen, welche/s auf einer äußeren Fläche 56 gebildet ist. Das erste Sicherungselement 52 und das zweite Sicherungselement 54 sind aus einem Kunststoff oder einem anderen herkömmlichen Material mit den gewünschten Eigenschaften gebildet. Das zweite Sicherungselement 54, kann jede/n beliebige/n Größe und Durchmesser wie z. B. eine Größe und einen Durchmesser aufweisen, die zum Koppeln mit Düsen, Ventilen, Messinstrumenten, Rohren, einer TPRD und ähnlichen Halterungen, welche ein Fluid leiten und steuern, geeignet sind. Das erste Sicherungselement 52 unterbindet eine Drehbewegung der Permeationstasche 50, während das zweite Sicherungselement 54 zusammenwirkend an der zweiten Komponente 34 angebracht ist.
Die Permeationstasche 50 wird mithilfe eines kontinuierlichen Flach- oder Schlauchfilmfolien-Extrusionsprozesses mit einer inneren Schicht und einer äußeren Schicht hergestellt. In einer Ausführungsform umfasst die innere Schicht der Permeationstasche 50 ein Aluminiumverbundwerkstoff-Flachfilmmaterial mit einer Dicke zwischen zumindest 0,012 und 0,015 mm, und die äußere Schicht der Permeationstasche 50 umfasst ein hochdichtes Polyethylen, sodass die Dicke der Permeationstasche 50, der inneren Schicht und der äußeren Schicht zumindest etwa 0,1 mm beträgt. In einer weiteren Ausführungsform umfasst die innere Schicht der Permeationstasche 50 ein aluminiumbeschichtetes Schlauchfilmfolienmaterial aus einem zyklischen Olefin-Copolymer mit einer Dicke von zumindest 0,00005 mm, und die äußere Schicht der Permeationstasche 50 umfasst ein hochdichtes Polyethylen oder Polyethylen, sodass die Dicke der Permeationstasche 50, der inneren Schicht und der äußeren Schicht zwischen etwa 0,013 und 0,03 mm beträgt. In einer noch weiteren Ausführungsforme umfasst die innere Schicht der Permeationstasche 50 ein Siliziummonoxid, das mit einem Polyethylenterephthalat- und Polyamid-Flachfilmfolienmaterial mit einer Dicke zwischen zumindest 0,00004 und 0,00009 mm beschichtet ist, und eine äußere Schicht der Permeationstasche 50 umfasst ein versiegelbares Polypropylen- oder Polyethylen-Terephthalat, sodass die Dicke der Permeationstasche 50, der inneren Schicht und der äußeren Schicht zwischen etwa 0,012 und 0,075 mm beträgt.
Die Permeationstasche 50, die eine getrennte, zweite Permeationsschicht aufweist, wird nach dem Präzisionswickel- und Härtungsverfahren der Verstärkungsstruktur 40 hergestellt und eingesetzt, wobei die Auskleidung 20 und der Ansatz 30 dazu dienen eine Permeabilitäts-Degradation der Permeationstasche 50 während hoher Temperatur- und Druckbelastungen zu eliminieren, und zuzulassen, dass der Brennstoffspeichertank 10 einfach hergestellt, in kürzerer Zeit fertiggestellt wird und Herstellbarkeitskosten reduziert werden.
Da die Permeationstasche 50 verschiedenen Druck- und Temperaturzyklen unterworfen ist, wird die Permeationstasche 50 so hergestellt, dass sie länger ist als die Auskleidung 20, um die Zyklushaltbarkeit sicherzustellen. Beispielsweise kann die Permeationstasche 50 zumindest etwa 900 mm ausmachen, und die Auskleidung 20 kann zumindest etwa 840 mm ausmachen. In bevorzugten Ausführungsformen ist der Brennstoffspeichertank 10 eine lange, dünne Bauform, die z. B. eine Länge zwischen etwa 560 mm und 870 mm aufweist. Auch können als Vergleich mit der Länge des Brennstoffspeichertanks 10 die Breite der Öffnung 24 und die zweite Komponente 34 des Ansatzes 30 zwischen etwa 5 und 6 Zoll betragen, und die äußere Breite der Auskleidung 20 kann zwischen etwa 9 und 10 Zoll betragen. Ein Vorteil für die Abmessungen des Brennstoffspeichertanks 10 ist eine Rundheitstoleranz, wobei eine Auskleidung mit einem größeren Durchmesser die Toleranz um eine niedrigere Entformungstemperatur reduziert, was länger wirksame Temperatur- und Druckzyklen zur Folge hat. Auch der Querschnitt der Permeationstasche 50 hängt von der Abmessung der Auskleidung 20 ab, was sich als von besonderer Bedeutung für den Prozess der Montage des ersten und des zweiten Sicherungselements 52, 54 auf den Ansatz 30 erwiesen hat.
In einer anderen Ausführungsform (nicht gezeigt) wird die Permeationstasche 50 durch Klammern oder Schweißen der Permeationstasche 50 an die untere Fläche 53 des ersten Sicherungselements 52 befestigt und im Inneren der Materialfügekopplungsfläche 58 gekoppelt. Ein anderes erstes Sicherungselement 52a, welches eine Materialfügekopplungsfläche 58a, eine obere Fläche 55a und eine untere Fläche 53a (nicht gezeigt) aufweist, wird an dem ersten Sicherungselement 52 angebracht, sodass die untere Fläche 53a des ersten Sicherungselements 52a mithilfe eines Schweißverfahrens an die untere Fläche 53 des ersten Sicherungselements 52 gefügt werden kann, um die Permeationstasche 50 im Inneren der Materialfügekopplungsflächen 58, 58a der ersten Sicherungselemente 52, 52a zu sichern. Sobald die Permeationstasche 50 an den ersten Sicherungselementen 52, 52a befestigt ist, wird die Permeationstasche 50 durch die Öffnung 24, die durch die Auskleidung 20 gebildet wird, hindurch in den inneren Hohlraum 22 eingesetzt, um so zuzulassen, dass die obere Fläche 55a des ersten Sicherungselements 52a an dem oberen Zwischenraum 37 der oberen Fläche der zweiten Komponente 34 anliegt und die obere Fläche 55 des ersten Sicherungselements 52 unter dem/r auf der inneren Fläche 35 der zweiten Komponente 34 gebildeten schraubenförmigen Gewinde oder Nut sitzt. Die Verwendung der ersten Sicherungselemente 52, 52a beseitigt die Folgen einer ungleichmäßigen Abdichtfläche oder einer Faltenbildung und vermeidet so eine Permeationsundichtheit innerhalb des Brennstoffspeichertanks 10. Ein zweites Sicherungselement 54 mit einem/r im Wesentlichen schraubenförmigen Gewinde oder Nut, welche/s auf einer äußeren Fläche 56 gebildet ist, einer unteren Fläche 57 und einer oberen Fläche 59, steht zusammenwirkend mit dem/der im Wesentlichen schraubenförmigen Gewinde oder Nut, welche/s auf einer inneren Fläche 35 der zweiten Komponente 34 gebildet ist, in Eingriff, sodass die untere Fläche 57 des zweiten Sicherungselements 54 an der oberen Fläche 55 des ersten Sicherungselements 52 anliegt, um eine enge oder feste Verbindung mit den ersten Sicherungselementen 52, 52a mit einer daran angebrachten Permeationstasche 50 und dem zweiten Sicherungselement 54 mit der zweiten Komponente 34 des Ansatzes 30 zu sichern. Die Permeationstasche 50 kann sich in einem ausgedehnten, vergrößerten Zustand aufgrund dessen befinden, dass der Brennstoffspeichertank 10 einem/r hohen Druck und Temperatur des Fluids (nicht gezeigt) innerhalb des Brennstoffspeichertanks 10 unterworfen ist, wobei die Permeationstasche 50 nicht an der inneren Wand 21 der Auskleidung 20 haftet und sich die Permeationstasche 50 zu der Form der inneren Wand 21 der Auskleidung 20 ausdehnt. Alternativ kann sich die Permeationstasche 50 in einem zurückgezogenen, gekräuselten Zustand befinden, wobei sie lose im Inneren des inneren Hohlraumes 22 der Auskleidung 20 liegt, da der Brennstoffspeichertank 10 einem/r niedrigen Druck und Temperatur des Fluids (nicht gezeigt) innerhalb des Brennstoffspeichertanks 10 unterworfen ist. In ähnlicher Weise wird, wenn das Fluid im Inneren des Brennstoffspeichertanks 10 einem/r hohen Druck und Temperatur unterworfen ist, die Größe der Auskleidung 20 in einen ausgedehnten Zustand zunehmen. Wenn das Fluid im Inneren des Brennstoffspeichertanks 10' hingegen einem/r niedrigen Druck und Temperatur unterworfen wird, wird sich die Auskleidung 20 in der Größe von dem ausgedehnten Zustand zurückziehen.
1B zeigt eine andere Ausführungsform der Offenbarung, welche der in 1A gezeigten ähnlich ist. Bezugsziffern für eine ähnliche Struktur bezüglich der Beschreibung von 1A sind in 1B mit einem Strich (')-Symbol wiederholt.
1B ist eine partielle Querschnittsansicht eines Ansatzbereiches 30' innerhalb eines Brennstoffspeichertanks 10. 1B illustriert einen Ansatz 30', der eine zweite Komponente 34' umfasst. Die zweite Komponente 34' des Ansatzes 30' wird mit der Auskleidung 20' mithilfe eines auf dem technischen Gebiet bekannten Verfahrens verbunden, sodass die zweite Komponente 34' mit einem Blasdorn (nicht gezeigt), wie auf dem Gebiet des Blasformens bekannt, gekoppelt ist. Außerdem wird ein Blasrohling (nicht gezeigt) der Auskleidung 20' um den Schulterabschnitt 31' der zweiten Komponente 34' herum geführt. Ein auf dem technischen Gebiet bekanntes Blaswerkzeug schließt sich als solches um den Blasrohling und klemmt oder sichert den Blasrohling um einen Umfang des Halsabschnitts 33' und des Schulterabschnitts 31' der zweiten Komponente 34' herum. Die zweite Komponente 34' steht mit dem Halsabschnitt 33' und dem Schulterabschnitt 31' der Auskleidung 20' in Eingriff, um eine radiale Dehnung und Bewegung der Auskleidung 20' zu minimieren. Danach leitet der Blasdorn Luft in den Blasrohling ein und dehnt dadurch den Blasrohling in die Auskleidung 20' hinein aus, um einen inneren Hohlraum 22' und eine Öffnung 24' zu definieren. Nachdem die Auskleidung 20' die gewünschte Form aufweist, gibt das Blaswerkzeug die Auskleidung 20' frei, und jegliches Abfallmaterial des Blasrohlings wird mithilfe eines Fachleuten auf dem Gebiet des Blasformens bekannten Schneidverfahrens entfernt. Daher stellt die Verwendung einer Einzelschichtauskleidung 20' sicher, dass eine Permeationsundichtheit vermieden wird, und dass die bekannte Grenzflächenschicht, die über eine Klemmlinie spritzgegossen werden kann, welche unter Verwendung einer mehrschichtigen Auskleidung während des Blasformschrittes gebildet wird, eliminiert wird. Es können andere Verfahren wie z. B. Rotationsgießen, Spritzgießen oder Thermoformen verwendet werden, um die Auskleidung 20' zu bilden. Somit wird die Auskleidung 20' ohne jegliche zusätzliche Schichten, wie auf dem technischen Gebiet bekannt, gebildet.
Ein Teilstück des Halsabschnitts 33' der zweiten Komponente 34' weist im Wesentlichen schraubenförmigen Gewinde oder Nuten auf, welche auf einer inneren Fläche 35' gebildet sind. Die zweite Komponente 34' des Ansatzes 30' umfasst auch einen Zwischenraum 37' der oberen Fläche und einen im Wesentlichen darauf und benachbart der oberen Halsfläche 23a' der Auskleidung 20' gebildeten Zwischenraum 37a' der zweiten Fläche, welche jede/n beliebige/n Größe und Durchmesser wie z. B. eine Größe und einen Durchmesser aufweisen können, die zum Koppeln mit Fixierungskernen, Schraubhülsen, Düsen, Ventilen, Messinstrumenten, Rohren, einer TPRD und ähnlichen Halterungen, welche ein Fluid leiten und steuern, geeignet sind.
Die zweite Komponente 34' des Ansatzes 30' wirkt zusammen, um eine im Wesentlichen fluiddichte Dichtung zu der Auskleidung 20' zu bilden. Außerdem stellt der Ansatz 30', der eine zweite Komponente 34' aufweist, eine Mittel zum Anbringen verschiedener Vorrichtungen und Gebrauchselemente an der zweiten Komponente 34' und der Auskleidung 20' bereit.
Eine zweite, getrennte oder geteilte Permeationsschicht, die eine Permeationstasche 50' umfasst, wird außerhalb der Auskleidung 20', des Ansatzes 30' mit der zweiten Komponente 34' und der Verstärkungsstruktur 40' hergestellt. Die Permeationstasche 50' wird durch Klammern oder Schweißen an die untere Fläche 53' des ersten Sicherungselements 52' befestigt und im Inneren der Materialfügekopplungsfläche 58' gekoppelt. Sobald die Permeationstasche 50' an dem ersten Sicherungselement 52' befestigt ist, wird die Permeationstasche 50' durch die Öffnung 24' der Auskleidung 20' hindurch in den inneren Hohlraum 22' eingesetzt, um so zuzulassen, dass die untere Fläche 53' des ersten Sicherungselements 52' an dem Zwischenraum 37' der oberen Fläche der zweiten Komponente 34' anliegt, und die obere Fläche 55' des ersten Sicherungselements 52' sitzt unter dem/r auf der inneren Fläche 35' der zweiten Komponente 34' gebildeten schraubenförmigen Gewinde oder Nut. Auf diese Weise wird die Permeationstasche 50' im Inneren der Materialfügekopplungsfläche 58' des ersten Sicherungselements 52' und gleichzeitig an den Zwischenraum 37' der oberen Fläche der zweiten Komponente 34' und benachbart der oberen Halsfläche 23a' der Auskleidung 20' gequetscht, gepresst oder umklammert. Die Verwendung des ersten Sicherungselements 52' beseitigt die Folgen einer ungleichmäßigen Abdichtfläche oder einer Faltenbildung und vermeidet so eine Permeationsundichtheit innerhalb des Brennstoffspeichertanks 10'. Ein zweites Sicherungselement 54' mit einem/r im Wesentlichen schraubenförmigen Gewinde oder Nut, welche/s auf einer äußeren Fläche 56' gebildet ist, einer unteren Fläche 57' und einer oberen Fläche 59, steht zusammenwirkend mit dem/der im Wesentlichen schraubenförmigen Gewinde oder Nut, welche/s auf einer inneren Fläche 35' der zweiten Komponente 34' gebildet ist, in Eingriff, sodass die untere Fläche 57' des zweiten Sicherungselements 54' an der oberen Fläche 55' des ersten Sicherungselements 52' anliegt, um eine enge oder feste Verbindung mit dem ersten Sicherungselement 52' mit der daran angebrachten Permeationstasche 50' und dem zweiten Sicherungselement 54' mit der zweiten Komponente 34' des Ansatzes 30' zu sichern. Die Permeationstasche 50' ist in 1B in einem ausgedehnten, vergrößerten Zustand aufgrund dessen, dass der Brennstoffspeichertank 10' einem/r hohen Druck und Temperatur des Fluids (nicht gezeigt) innerhalb des Brennstoffspeichertanks 10' unterworfen ist, gezeigt, wobei die Permeationstasche 50' nicht an der inneren Wand 21' der Auskleidung 20' haftet und sich die Permeationstasche 50' zu der Form der inneren Wand 21' der Auskleidung 20' ausdehnt. Alternativ, in einer anderen Ausführungsform, die nicht gezeigt ist, kann sich die Permeationstasche 50' in einem zurückgezogenen, gekräuselten Zustand befinden, wobei sie lose im Inneren des inneren Hohlraumes 22' der Auskleidung 20' liegt, da der Brennstoffspeichertank 10' einem/r niedrigen Druck und Temperatur des Fluids (nicht gezeigt) innerhalb des Brennstoffspeichertanks 10' unterworfen ist. In ähnlicher Weise wird, wenn das Fluid im Inneren des Brennstoffspeichertanks 10' einem/r hohen Druck und Temperatur unterworfen ist, die Größe der Auskleidung 20' in einen ausgedehnten Zustand zunehmen. Wenn das Fluid im Inneren des Brennstoffspeichertanks hingegen einem/r niedrigen Druck und Temperatur unterworfen wird, wird sich die innere Auskleidung 20' in der Größe von dem ausgedehnten Zustand zurückziehen.
In einer anderen Ausführungsform (nicht gezeigt) wird die Permeationstasche 50' durch Klammern oder Schweißen an die untere Fläche 53' des ersten Sicherungselements 52' befestigt und im Inneren der Materialfügekopplungsfläche 58' gekoppelt. Ein anderes erstes Sicherungselement 52a', welches eine Materialfügekopplungsfläche 58a', eine obere Fläche 55a' und eine untere Fläche 53a' (nicht gezeigt) aufweist, wird an dem ersten Sicherungselement 52' angebracht, sodass die untere Fläche 53a' des ersten Sicherungselements 52a' mithilfe eines Schweißverfahrens an die untere Fläche 53' des ersten Sicherungselements 52' gefügt werden kann, um die Permeationstasche 50' im Inneren der Materialfügekopplungsflächen 58', 58a' der ersten Sicherungselemente 52', 52a' zu sichern. Sobald die Permeationstasche 50' an den ersten Sicherungselementen 52', 52a' befestigt ist, wird die Permeationstasche 50' durch die Öffnung 24' der Auskleidung 20' hindurch in den inneren Hohlraum 22' eingesetzt, um so zuzulassen, dass die obere Fläche 55a' des ersten Sicherungselements 52a' an dem Zwischenraum 37' der oberen Fläche der zweiten Komponente 34' des Ansatzes 30' benachbart der oberen Halsfläche 23a' der Auskleidung 20' anliegt, sodass die obere Fläche 55' des ersten Sicherungselements 52' unter dem/r auf der inneren Fläche 35' der zweiten Komponente 34' gebildeten schraubenförmigen Gewinde oder Nut sitzt. Die Verwendung der ersten Sicherungselemente 52', 52a' beseitigt die Folgen einer ungleichmäßigen Abdichtfläche oder einer Faltenbildung und vermeidet so eine Permeationsundichtheit innerhalb des Brennstoffspeichertanks 10'. Ein zweites Sicherungselement 54' mit einem/r im Wesentlichen schraubenförmigen Gewinde oder Nut, welche/s auf einer äußeren Fläche 56' gebildet ist, einer unteren Fläche 57' und einer oberen Fläche 59', steht zusammenwirkend mit dem/der im Wesentlichen schraubenförmigen Gewinde oder Nut, welche/s auf einer inneren Fläche 35 der zweiten Komponente 34' gebildet ist, in Eingriff. Die untere Fläche 57' des zweiten Sicherungselements 54' liegt an der oberen Fläche 55' des ersten Sicherungselements 52' an, um eine enge oder feste Verbindung mit dem ersten Sicherungselement 52' mit einer daran angebrachten Permeationstasche 50' mit dem Zwischenraum 37' der oberen Fläche der zweiten Komponente 34' des Ansatzes 30' und dem zweiten Sicherungselement 54' mit der zweiten Komponente 34' des Ansatzes 30' zu sichern. Die Permeationstasche 50' kann sich in einem ausgedehnten, vergrößerten Zustand aufgrund dessen befinden, dass der Brennstoffspeichertank 10' einem/r hohen Druck und Temperatur des Fluids (nicht gezeigt) innerhalb des Brennstoffspeichertanks 10' unterworfen ist, wobei die Permeationstasche 50' nicht an der inneren Wand 21' der Auskleidung 20' haftet und sich die Permeationstasche 50' zu der Form der inneren Wand 21' der Auskleidung 20' ausdehnt. Alternativ kann sich die Permeationstasche 50' in einem zurückgezogenen, gekräuselten Zustand befinden, wobei sie lose im Inneren des inneren Hohlraumes 22' der Auskleidung 20' liegt, da der Brennstoffspeichertank 10' einem/r niedrigen Druck und Temperatur des Fluids (nicht gezeigt) innerhalb des Brennstoffspeichertanks 10' unterworfen ist. In ähnlicher Weise wird, wenn das Fluid im Inneren des Brennstoffspeichertanks 10' einem/r hohen Druck und Temperatur unterworfen ist, die Größe der Auskleidung 20' in einen ausgedehnten Zustand zunehmen. Wenn das Fluid im Inneren des Brennstoffspeichertanks 10' hingegen einem/r niedrigen Druck und Temperatur unterworfen wird, wird sich die Auskleidung 20' in der Größe von dem ausgedehnten Zustand zurückziehen.
2 ist eine auseinandergezogene, partielle Querschnittsansicht des Ansatzbereiches 30 des Brennstoffspeichertanks 10 von 1A. 2 zeigt das zweite Sicherungselement 54, das erste Sicherungselement 52 und den Ansatz 30, der allgemein als geteilter Ansatz mit einer ersten Komponente 32 und einer zweiten Komponente 34 bekannt wird, die Verstärkungsstruktur 40 und einen Abschnitt der Auskleidung 20.
Das erste Sicherungselement 52 weist eine untere Fläche 53, eine obere Fläche 55 und Materialfügekopplungsfläche 58 auf. Das erste Sicherungselement 52 ist in der Lage, eine Permeationstasche 50 (nicht gezeigt) zu befestigen, die außerhalb des Brennstoffspeichertanks 10 mittels Klammern oder Schweißen zusammen mit der unteren Fläche 53 und Koppeln im Inneren der Materialfügekopplungsfläche 58 des ersten Sicherungselements 52 hergestellt wird. Sobald die Permeationstasche 50 (nicht gezeigt) an dem ersten Sicherungselement 52 befestigt ist, wird die Permeationstasche 50 (nicht gezeigt) durch die Öffnung 24 der Auskleidung 20 hindurch in den inneren Hohlraum 22 eingesetzt. Die untere Fläche 53 des ersten Sicherungselements 52 ist in der Lage, den Zwischenraum 37 der oberen Fläche der zweiten Komponente 34 anzulegen, sodass die obere Fläche 55 des ersten Sicherungselements 52 unter dem/r auf der inneren Fläche 35 der zweiten Komponente 34 gebildeten schraubenförmigen Gewinde oder Nut sitzt. Auf diese Weise wird die Permeationstasche 50 (nicht gezeigt) im Inneren der Materialfügekopplungsfläche 58 des ersten Sicherungselements 52 und gleichzeitig an den Zwischenraum 37 der oberen Fläche der zweiten Komponente 34 gequetscht, gepresst oder umklammert. Die Verwendung des ersten Sicherungselements 52 beseitigt die Folgen einer ungleichmäßigen Abdichtfläche oder einer Faltenbildung und vermeidet so eine Permeationsundichtheit innerhalb des Brennstoffspeichertanks 10. Ein zweites Sicherungselement 54 mit einem/r im Wesentlichen schraubenförmigen Gewinde oder Nut, welche/s auf einer äußeren Fläche 56 gebildet ist, einer unteren Fläche 57 und einer oberen Fläche 59, steht zusammenwirkend mit dem/der im Wesentlichen schraubenförmigen Gewinde oder Nut, welche/s auf einer inneren Fläche 35 der zweiten Komponente 34 gebildet ist, in Eingriff, sodass die untere Fläche 57 des zweiten Sicherungselements 54 an der oberen Fläche 55 des ersten Sicherungselements 52 anliegt, um eine enge oder feste Verbindung mit dem ersten Sicherungselement 52 mit einer daran angebrachten Permeationstasche 50 (nicht gezeigt) mit dem Zwischenraum 37 der oberen Fläche und dem zweiten Sicherungselement 54 mit der zweiten Komponente 34 des Ansatzes 30 zu sichern.
3A illustriert eine Querschnittsansicht des Brennstoffspeichertanks 10 von 1A, bevor eine Permeationstasche 50, die darin angeordnet ist, mit einem darin zu speichernden Fluid (nicht gezeigt) mit Druck beaufschlagt wird. 3A zeigt und beschreibt den Brennstoffspeichertank 10 in 1A, sodass die Permeationstasche 50 in einem zurückgezogenen, gekräuselten Zustand gezeigt ist, wobei sie lose im Inneren des inneren Hohlraumes 22 der Auskleidung 20 liegt, da der Brennstoffspeichertank 10 einem/r niedrigen Druck und Temperatur des Fluids (nicht gezeigt) innerhalb des Brennstoffspeichertanks 10 unterworfen ist.
In einer anderen Ausführungsform (nicht gezeigt) wird die Verwendung von Bezugsziffern für eine ähnliche Struktur bezüglich der Beschreibung von 1A in dieser weiteren Ausführungsform mit einem Doppelstrich ('')-Symbol wiederholt. Der Brennstoffspeichertank 10'' umfasst eine Auskleidung 20'', die einen inneren Hohlraum 22' definiert, zumindest zwei Ansätze 30'', 30a'' mit ersten Komponenten 32'', 32a'' und zweiten Komponenten 34'', 34a'', die mit einer Öffnung 24'', 24a'' verbunden sind, welche an jedem Ende der Auskleidung 20'' gebildet sind, eine Verstärkungsstruktur 40'', die zumindest um einen Abschnitt des Ansatzes 30'', 30a'' mit einer ersten Komponente 32'', 32a'' und einer zweite Komponente 34'', 34a'' und die Auskleidung 20'' herum verbunden ist. Die Permeationstasche 50'' ist an einem ersten Sicherungselement 52'' 52a'', einem an jedem Ende der Permeationstasche 50'', befestigt, und ein Ende der Permeationstasche 50'' ist in den inneren Hohlraum 22'' eingesetzt. Das erste Sicherungselement 52'' ist mit der zweiten Komponente 34'' des Ansatzes 30'' gekoppelt, und das zweite Sicherungselement 54'' ist an die zweite Komponente 34'' des Ansatzes 30'' benachbart des ersten Sicherungselements 52'' montiert, um eine Verbindung zwischen der Permeationstasche 50'', der Auskleidung 20'' und dem Ansatz 30'' zu sichern. Zweitens wird das andere oder entgegengesetzte Ende der Permeationstasche 50'', das an dem ersten Sicherungselement 52a'' befestigt ist, zu dem Ansatz 30'' bewegt, und das erste Sicherungselement 52a'' wird mit der zweiten Komponente 34a'' des Ansatzes 30a'' gekoppelt. Dann wird das zweite Sicherungselement 54a'' an die zweite Komponente 34a'' des Ansatzes 30'a' benachbart des ersten Sicherungselements 52a'' montiert, um eine Verbindung zwischen der Permeationstasche 50'', der Auskleidung 20'' und dem Ansatz 30a'' in der gleichen Weise wie in 1A gezeigt und beschrieben zu sichern. Ähnlich wie bei der in 3A gezeigten und beschriebenen Ausführungsform befindet sich die Permeationstasche 50'' auch in einem zurückgezogenen, gekräuselten Zustand, da der Brennstoffspeichertank 10'' einem/r niedrigen Druck und Temperatur des Fluids (nicht gezeigt) innerhalb des Brennstoffspeichertanks 10'' unterworfen ist, und die Permeationstasche 50'' haftet somit nicht an den Wänden der Auskleidung 20''.
3B illustriert eine Querschnittsansicht des Brennstoffspeichertanks 10 von 3A, wobei sich die Permeationstasche 50 in einem mit Druck beaufschlagten Zustand befindet. 3B zeigt und beschreibt den Brennstoffspeichertank 10 in 3A, sodass die Permeationstasche 50 in einem ausgedehnten, vergrößerten Zustand aufgrund dessen, dass der Brennstoffspeichertank 10 einem/r hohen Druck und Temperatur des Fluids (nicht gezeigt) innerhalb des Brennstoffspeichertanks 10 unterworfen ist, gezeigt ist, wobei die Permeationstasche 50 nicht an den Wänden der Auskleidung 20 haftet, sondern sich nur zu der Form der inneren Wände der Auskleidung 20 ausdehnt.
In einer anderen Ausführungsform (nicht gezeigt) wird die Verwendung von Bezugsziffern für eine ähnliche Struktur bezüglich der Beschreibung von 1A in dieser weiteren Ausführungsform mit einem Dreifachstrich (''')-Symbol wiederholt. Der Brennstoffspeichertank 10''' umfasst eine Auskleidung 20''', die einen inneren Hohlraum 22''' definiert, zumindest zwei Ansätze 30''', 30a''' mit ersten Komponenten 32''', 32a''' und zweiten Komponenten 34''', 34a''', die mit einer Öffnung 24''', 24a''' verbunden sind, welche an jedem Ende der Auskleidung 20''' gebildet sind, eine Verstärkungsstruktur 40''', die zumindest um einen Abschnitt des Ansatzes 30''', 30a''' mit einer ersten Komponente 32''', 32a''' und einer zweite Komponente 34''', 34a''' und die Auskleidung 20''' herum verbunden ist. Die Permeationstasche 50''' ist an einem ersten Sicherungselement 52''' 52a''', einem an jedem Ende der Permeationstasche 50''', befestigt, und ein Ende der Permeationstasche 50''' ist in den inneren Hohlraum 22''' der Auskleidung 20''' eingesetzt. Das erste Sicherungselement 52''' ist mit der zweiten Komponente 34''' des Ansatzes 30''' gekoppelt, und das zweite Sicherungselement 54''' ist an die zweite Komponente 34''' des Ansatzes 30''' benachbart des ersten Sicherungselements 52''' montiert, um eine Verbindung zwischen der Permeationstasche 50''', der Auskleidung 20''' und dem Ansatz 30''' zu sichern. Zweitens wird das andere oder entgegengesetzte Ende der Permeationstasche 50''', das an dem ersten Sicherungselement 52a''' befestigt ist, zu dem Ansatz 30''' bewegt, und das erste Sicherungselement 52a''' wird mit der zweiten Komponente 34a''' des Ansatzes 30a''' gekoppelt, und das zweite Sicherungselement 54a''' wird an die zweite Komponente 34a''' des Ansatzes 30a''' benachbart des ersten Sicherungselements 52a''' montiert, um eine Verbindung zwischen der Permeationstasche 50''', der Auskleidung 20''' und dem Ansatz 30a''' in der gleichen Weise wie in 1A gezeigt und beschrieben zu sichern. Ähnlich wie bei der in 3B gezeigten und beschriebenen Ausführungsform befindet sich die Permeationstasche 50''' auch in einem zurückgezogenen, gekräuselten Zustand, da der Brennstoffspeichertank 10''' einem/r hohen Druck und Temperatur des Fluids (nicht gezeigt) innerhalb des Brennstoffspeichertanks 10''' unterworfen ist, wobei die Permeationstasche 50''' nicht an den Wänden der Auskleidung 20''' haftet, sondern sich nur zu der Form der inneren Wände der Auskleidung 20''' ausdehnt.
Es wird darauf hingewiesen, dass Ausdrücke wie „bevorzugt”, „üblicherweise” und „typischerweise” hierin nicht verwendet werden, um den Schutzumfang der beanspruchten Offenbarung einzuschränken oder zu implizieren, dass gewisse Merkmale kritisch, wesentlich oder sogar wichtig für die Struktur oder Funktion der beanspruchten Offenbarung sind. Vielmehr sollen diese Ausdrücke lediglich alternative oder zusätzliche Merkmale hervorheben, die in einer speziellen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung verwendet werden können oder nicht. Es wird ebenso darauf hingewiesen, dass für die Zwecke der Beschreibung und Definition der vorliegenden Offenbarung der Ausdruck „Vorrichtung” hierin verwendet wird, um eine Kombination von Komponenten und Einzelkomponenten unabhängig davon zu repräsentieren, ob die Komponenten mit anderen Komponenten kombiniert sind.
Es wird darauf hingewiesen, dass für die Zwecke der Beschreibung und Definition der vorliegenden Offenbarung der Ausdruck „im Wesentlichen” hierin verwendet wird, um den natürlichen Grad von Unsicherheit darzustellen, der einem/r beliebigen quantitativen Vergleich, Wert, Messung oder anderen Darstellung zugeschrieben werden kann. Der Ausdruck „im Wesentlichen” wird hierin auch verwendet, um den Grad darzustellen, um den eine quantitative Darstellung von einer angegebenen Referenz abweichen kann, ohne dass dies zu einer Änderung in der grundlegenden Funktion des betrachteten Gegenstandes führt. Als solcher wird er verwendet, um den natürlichen Grad von Unsicherheit darzustellen, der einem/r beliebigen quantitativen Vergleich, Wert, Messung oder anderen Darstellung zugeordnet werden kann, wobei auf eine Anordnung von Elementen oder Einrichtungen Bezug genommen wird, die sich – während in der Theorie zu erwarten wäre, dass sie ein/e exakte/s Übereinstimmung oder Verhalten zeigen – in der Praxis etwas weniger als exakt verhalten können.
Sofern nicht anders definiert, haben alle hierin verwendeten technischen und wissenschaftlichen Begriffe die gleiche Bedeutung, wie für Fachleute auf dem Gebiet, dem die Offenbarung zugehörig ist, allgemein verständlich. Die hierin in der Beschreibung verwendete Terminologie dient nur der Beschreibung spezieller Ausführungsformen und soll nicht einschränkend sein. Wie in der Patentbeschreibung und den beiliegenden Ansprüchen verwendet, sollen die Einzahlformen „ein/e/s” und „der/die/das” auch die Mehrzahlformen umfassen, es sei denn, der Kontext bringt deutlich etwas anderes zum Ausdruck.
Nach der Beschreibung der Offenbarung im Detail und durch Bezugnahme auf spezielle Ausführungsformen derselben wird einzusehen sein, dass Abwandlungen und Varianten möglich sind, ohne von dem Schutzumfang der Offenbarung abzuweichen, der in den beiliegenden Ansprüchen definiert ist. Im Spezielleren, wenngleich einige Aspekte der vorliegenden Offenbarung hierin als bevorzugt oder besonders vorteilhaft bezeichnet sind, wird in Erwägung gezogen, dass die vorliegende Offenbarung nicht unbedingt auf diese bevorzugten Aspekte der Offenbarung beschränkt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 1999/039896 [0004]
WO 2007/079971 [0004]
DE 19526154 [0004]
WO 1999/013263 [0004]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Wasserstoffspeichertanks für ein Brennstoffzellensystem, wobei das Verfahren umfasst, dass: eine im Allgemeinen achsensymmetrische Auskleidung gebildet wird, um einen inneren Hohlraum des Wasserstoffspeichertanks zu definieren; zumindest ein Ansatz mit einer Öffnung verbunden wird, die in zumindest einem Ende der Auskleidung gebildet ist; eine Verstärkungsstruktur um zumindest einen Abschnitt des zumindest einen Ansatzes und die Auskleidung herum gebildet wird; eine Permeationstasche an einem ersten Sicherungselement befestigt wird; die Permeationstasche in den inneren Hohlraum eingesetzt wird; das erste Sicherungselement mit dem zumindest einen Ansatz gekoppelt wird; und ein zweites Sicherungselement an den zumindest einen Ansatz benachbart des ersten Sicherungselements montiert wird, um eine Verbindung zwischen der Permeationstasche, der Auskleidung und dem zumindest einen Ansatz zu sichern.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Auskleidung eine Einzelschichtauskleidung definiert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Permeationstasche mithilfe eines kontinuierlichen Flach- oder Schlauchfilmfolien-Extrusionsprozesses mit einer inneren Schicht und einer äußeren Schicht hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die innere Schicht ein Aluminiumverbundwerkstoff-Flachfilmmaterial mit einer Dicke zwischen etwa 0,012 und 0,015 mm umfasst, und eine äußere Schicht ein hochdichtes Polyethylen umfasst, sodass die Dicke der inneren Schicht und der äußeren Schicht zumindest etwa 0,1 mm beträgt.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die innere Schicht ein aluminiumbeschichtetes Schlauchfilmfolienmaterial aus einem zyklischen Olefin-Copolymer mit einer Dicke zwischen etwa 0,00005 mm umfasst, und eine äußere Schicht ein hochdichtes Polyethylen oder Polyethylen umfasst, sodass die Dicke der inneren Schicht und der äußeren Schicht zwischen etwa 0,013 und 0,03 mm beträgt.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die innere Schicht ein Siliziummonoxid umfasst, das mit einem Polyethylenterephthalat- und Polyamid-Flachfilmfolienmaterial mit einer Dicke zwischen etwa 0,00004 und 0,00009 mm beschichtet ist, und eine äußere Schicht ein versiegelbares Polypropylen- oder Polyethylen-Terephthalat umfasst, sodass die Dicke der inneren Schicht und der äußeren Schicht zwischen etwa 0,012 und 0,075 mm beträgt.
Wasserstoffspeichertank für ein Brennstoffzellensystem, wobei der Wasserstoffspeichertank umfasst: eine im Allgemeinen achsensymmetrische Auskleidung, die gebildet ist, um einen inneren Hohlraum des Wasserstoffspeichertanks zu definieren; zumindest einen Ansatz, der mit einer Öffnung verbunden ist, die in zumindest einem Ende der Auskleidung gebildet ist; eine Verstärkungsstruktur, die um zumindest einen Abschnitt des zumindest Ansatzes und die Auskleidung herum gebildet ist; eine Permeationstasche, die an einem ersten Sicherungselement befestigt ist, wobei die Permeationstasche in den inneren Hohlraum eingesetzt ist, das erste Sicherungselement mit dem zumindest einen Ansatz gekoppelt ist, und ein zweites Sicherungselement an den zumindest einen Ansatz benachbart des ersten Sicherungselements montiert ist, um eine Verbindung zwischen der Permeationstasche, der Auskleidung und dem zumindest einen Ansatz zu sichern.
Wasserstoffspeichertank nach Anspruch 7, wobei die Auskleidung eine Einzelschichtauskleidung definiert.
Wasserstoffspeichertank nach Anspruch 7, wobei das erste Sicherungselement einen O-Ring umfasst und das zweite Sicherungselement eine Hülse mit einem Gewinde für einen zusammenwirkenden Eingriff mit dem zumindest einen Ansatz umfasst.
Wasserstoffspeichertank nach Anspruch 7, wobei das erste Sicherungselement eine Drehbewegung der Permeationstasche unterbindet, während das zweite Sicherungselement zusammenwirkend an dem zumindest einen Ansatz befestigt ist.