DE102015016699A1 - Compressed gas containers - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Druckgasbehälter (1) mit einem Liner (4) und wenigstens zwei Schichten (5, 6) aus faserverstärktem Kunststoff, wobei die Fasern der ersten Schicht (6) Kohlenstofffasern und die Fasern der zweiten Schicht (5) andere Fasern sind. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass die äußere Schicht (6) die Kohlenstofffasern und die zwischen dem Liner (4) und der äußeren Schicht (6) angeordnete Schicht (6) die anderen Fasern aufweist. Alternativ dazu kann es auch vorgesehen sein, dass die anderen Fasern ausschließlich Basaltfasern sind, und dass die erste Schicht (6) mit den Kohlenstofffasern auf dem Liner (4) angeordnet ist und die zweite Schicht (5) mit den Basaltfasern die äußere Schicht bildet.The invention relates to a pressurized gas container (1) with a liner (4) and at least two layers (5, 6) of fiber reinforced plastic, wherein the fibers of the first layer (6) are carbon fibers and the fibers of the second layer (5) are other fibers. According to the invention, it is provided that the outer layer (6) comprises the carbon fibers and the layer (6) arranged between the liner (4) and the outer layer (6) comprises the other fibers. Alternatively, it can also be provided that the other fibers are exclusively basalt fibers, and that the first layer (6) with the carbon fibers is arranged on the liner (4) and the second layer (5) forms the outer layer with the basalt fibers.

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckgasbehälter gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung einen Druckgasbehälter gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 4. Die Erfindung betrifft außerdem die Verwendung derartiger Druckgasbehälter.The invention also relates to a pressurized gas container according to the features in the preamble of claim 4. The invention also relates to the use of such pressurized gas containers.

Druckgasbehälter zur Aufnahme von komprimiertem Gas, beispielsweise von komprimiertem Erdgas oder von komprimiertem Wasserstoff, welcher als Treibstoff in einem Fahrzeug verwendet werden können, sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Die Gase können dabei einem Verbrennungsmotor zugeführt werden, oder, insbesondere im Falle von komprimiertem Wasserstoff auch in einer Brennstoffzelle in elektrische Antriebsleistung für das Fahrzeug umgesetzt werden. Da, insbesondere für den Einsatz mit Wasserstoff, die Drücke des komprimierten Gases in den Druckgasbehältern mit derzeit 70 MPa als Nenndruck vergleichsweise hoch liegen, sind derartige Druckgasbehälter zumeist mit wenigstens einer Schicht aus faserverstärktem Kunststoffmaterial im Bereich ihrer Hülle ausgebildet. Der typische Aufbau, welcher auch als Typ-IV-Druckgasbehälter bezeichnet wird, besteht dabei aus einer inneren Schicht, dem sog. Liner als Diffusionssperre, welche dann von wenigstens einer Schicht aus faserverstärktem Kunststoff zum Erreichen der notwendigen mechanischen Stabilität des Druckgasbehälters umgeben ist. An einem oder beiden Enden des Druckgasbehälters können dann Anbauteile angebracht und/oder in den Aufbau aus faserverstärktem Kunststoff integriert werden, um so beispielsweise Ventile einschrauben zu können oder dgl. All dies ist soweit aus dem Stand der Technik bekannt.Pressurized gas containers for receiving compressed gas, such as compressed natural gas or compressed hydrogen, which can be used as fuel in a vehicle are known in the art. The gases can be supplied to an internal combustion engine, or, in particular in the case of compressed hydrogen in a fuel cell in electrical drive power for the vehicle to be implemented. Since, in particular for use with hydrogen, the pressures of the compressed gas in the compressed gas containers are currently comparatively high with a nominal pressure of 70 MPa, such compressed gas containers are usually formed with at least one layer of fiber-reinforced plastic material in the region of their shell. The typical structure, which is also referred to as a type IV compressed gas container, consists of an inner layer, the so-called. Liner as a diffusion barrier, which is then surrounded by at least one layer of fiber reinforced plastic to achieve the necessary mechanical stability of the gas cylinder. Attachment parts can then be attached to one or both ends of the compressed gas container and / or integrated into the structure made of fiber-reinforced plastic so as to be able to screw in valves or the like. All this is known from the prior art.

In der EP 2 571 671 B1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines leckdichten Behälters sowie ein derartiger Behälter beschrieben. Es handelt sich dabei um einen Druckgasbehälter, welcher einen inneren Liner aufweist, der von mehreren Schichten eines faserverstärkten Kunststoffmaterials umgeben ist. Als Verstärkungsfasern für das faserverstärkte Kunststoffmaterial können dabei alle denkbaren Arten von Fasern eingesetzt werden, beispielsweise Kohlenstofffasern, Glasfasern, Metallfasern, mineralische Fasern, Wolle, Baumwolle, Leinen, Polyester, Polypropylen, Basalt, Kevlar, Aramid, Polyethylen, Polyamid oder gestreckte Thermoplasten.In the EP 2 571 671 B1 For example, a method of manufacturing a leaktight container and such a container is described. It is a compressed gas container which has an inner liner which is surrounded by several layers of a fiber-reinforced plastic material. As reinforcing fibers for the fiber-reinforced plastic material, all conceivable types of fibers can be used, for example carbon fibers, glass fibers, metal fibers, mineral fibers, wool, cotton, linen, polyester, polypropylene, basalt, kevlar, aramid, polyethylene, polyamide or stretched thermoplastics.

Ein ähnlicher Aufbau mit einer Matrix von faserverstärktem Kunststoffmaterial, welche über Strahlung aushärtbar ist, ist ferner aus der EP 2 618 946 A1 bekannt.A similar structure with a matrix of fiber reinforced plastic material which is radiation curable is also known from US 5,156,467 EP 2 618 946 A1 known.

Die DE 11 2012 005 634 T5 beschreibt einen Aufbau, bei welchem Glasfasern und Kohlenstofffasern vermischt eingesetzt werden können. Außerdem ist ein Aufbau beschrieben, bei welchem eine innere um den Liner ausgebildete Schicht aus Kohlenfasern besteht, welche an ihrer äußeren Oberfläche von den Glasfasern in einer weiteren faserverstärkten Schicht umgeben ist. Typischerweise ist ein solcher Aufbau dabei so ausgelegt, dass die Kohlenstofffasern in der ersten Schicht aus faserverstärktem Kunststoff alle Kräfte aufnehmen, während die Glasfasern, welche prinzipbedingt duktiler sind als die Kohlenstofffasern, eine Art Schutzschicht bzw. Schutzhülle um die hinsichtlich mechanischer Beeinträchtigung eher empfindlichen Kohlenstofffasern auszubilden. In diesem Zusammenhang ist ein vergleichbarer Aufbau auch in der CN 103 672 387 A Art beschrieben.The DE 11 2012 005 634 T5 describes a structure in which glass fibers and carbon fibers can be mixedly used. In addition, a structure is described in which an inner layer formed around the liner consists of carbon fibers, which is surrounded on its outer surface by the glass fibers in another fiber-reinforced layer. Typically, such a structure is designed so that the carbon fibers in the first layer of fiber reinforced plastic absorb all forces, while the glass fibers, which are inherently ductile than the carbon fibers, a kind of protective layer or protective sheath to form the more sensitive to mechanical damage carbon fibers , In this context, a similar structure is also in the CN 103 672 387 A Kind described.

Druckgasbehälter mit einer Schicht aus faserverstärktem Kunststoff, in welchem als Verstärkungsfasern Kohlenstofffasern eingesetzt werden, haben dabei den Nachteil, dass sie in der Herstellung aufgrund der hohen Materialkosten entsprechend teuer sind.Compressed gas containers with a layer of fiber-reinforced plastic, in which carbon fibers are used as reinforcing fibers, have the disadvantage that they are correspondingly expensive to manufacture due to the high material costs.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, einen Druckgasbehälter anzugeben, welcher gegenüber den Druckgasbehältern im Stand der Technik verbessert ist, und welcher insbesondere kostengünstiger herzustellen ist.The object of the present invention is now to provide a compressed gas container, which is improved over the compressed gas containers in the prior art, and which is in particular less expensive to produce.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Druckgasbehälter mit den Merkmalen im Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen. Ferner löst ein Druckgasbehälter mit den Merkmalen im Anspruch 4 die Aufgabe. Auch hier ergeben sich vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen aus den abhängigen Unteransprüchen. Im Anspruch 8 ist außerdem eine besonders bevorzugte Verwendung für derartige Druckgasbehälter angegeben. Auch hier ergeben sich vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen.According to the invention this object is achieved by a compressed gas container having the features in claim 1. Advantageous embodiments will become apparent from the dependent claims. Furthermore, a pressurized gas container with the features in claim 4 solves the problem. Again, advantageous embodiments and developments of the dependent claims. In claim 8, a particularly preferred use for such compressed gas containers is also specified. Here too, advantageous embodiments and developments result from the subclaims dependent thereon.

Der erfindungsgemäße Druckgasbehälter gemäß Anspruch 1 weist einen Liner auf, welcher mit wenigstens zwei Schichten aus faserverstärktem Kunststoff umgeben ist. Dabei sind die Fasern der ersten Schicht Kohlenstofffasern und die Fasern der zweiten Schicht andere Fasern. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass die äußere Schicht die Kohlenstofffasern und die auf dem Liner angeordnete Schicht die anderen Fasern aufweist. Eine solche Ausgestaltung mit einer inneren Schicht beispielsweise aus Glasfasern und/oder Basaltfasern und einer abschließenden äußeren Schicht aus Kohlefasern eignet sich besonders gut, um bei einer Ausbildung aller eingesetzten Fasern als lasttragende Fasern den Anteil an benötigten Kohlefasern zu reduzieren. Dieser beträgt gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung nur noch ca. 50 bis 65%, bevorzugt 55 bis 60% der gesamten in allen Schichten eingesetzten Fasern. Die anderen Fasern können wie bereits erwähnt, vorzugsweise Glasfasern und/oder Basaltfasern sein. insbesondere handelt es sich bei den anderen Fasern ausschließlich um Basaltfasern.The compressed gas container according to the invention according to claim 1 has a liner which is surrounded with at least two layers of fiber-reinforced plastic. The fibers of the first layer are carbon fibers and the fibers of the second layer are other fibers. According to the invention, it is provided that the outer layer comprises the carbon fibers and the layer arranged on the liner comprises the other fibers. Such a configuration with an inner layer, for example of glass fibers and / or basalt fibers and a final outer layer of carbon fibers is particularly well suited to reduce the proportion of required carbon fibers in a training of all fibers used as load-bearing fibers. This is according to an advantageous development only about 50 to 65%, preferably 55 to 60% of the total fibers used in all layers. As already mentioned, the other fibers may preferably be glass fibers and / or basalt fibers. in particular, the other fibers are exclusively basalt fibers.

Ein solcher Aufbau hat gezeigt, dass er gegenüber einem Aufbau, bei dem ausschließlich die Kohlenstofffasern als lasttragende Fasern eingesetzt werden, eine Einsparung an Faserkosten von über 20% gegenüber dem Aufbau aus reinen Kohlenstofffasern erzielt werden kann.Such a design has shown that, compared to a design in which only the carbon fibers are used as load-bearing fibers, a saving in fiber costs of over 20% over the structure of pure carbon fibers can be achieved.

Alternativ dazu wird die Aufgabe auch durch einen Druckgasbehälter mit den Merkmalen im Anspruch 4 gelöst. Ein solcher Druckgasbehälter besteht aus einer inneren faserverstärkten Kunststoffschicht, welche Kohlenstofffasern aufweist. Die äußere faserverstärkte Kunststoffschicht weist Basaltfasern auf. Durch diesen Aufbau werden ebenfalls Kosten für das Fasermaterial von über 20% gegenüber einem Aufbau ausschließlich mit Kohlenstofffasern eingespart. Der Aufbau bietet darüber hinaus die Möglichkeit, dass durch die im Vergleich zu den Kohlenstofffasern sehr viel duktileren Basaltfasern eine gewisse mechanische Schutzwirkung durch die äußere Schicht aus faserverstärktem Kunststoff mit den Basaltfasern erzielt werden kann.Alternatively, the problem is also solved by a compressed gas container with the features in claim 4. Such a pressurized gas container consists of an inner fiber-reinforced plastic layer, which has carbon fibers. The outer fiber-reinforced plastic layer has basalt fibers. As a result of this construction, costs for the fiber material of more than 20% are also saved compared to a structure exclusively with carbon fibers. In addition, the structure offers the possibility that a certain mechanical protective effect can be achieved by the outer layer of fiber-reinforced plastic with the basalt fibers by virtue of the basalt fibers, which are much more ductile than the carbon fibers.

Auch hier kann, wie für den anderen Druckgasbehälter oben erwähnt, der Anteil an Kohlenstofffasern an allen in den Schichten vorhandenen Fasern 50 bis 65%, bevorzugt 55 bis 60% betragen. Dabei sind vorzugsweise auch hier alle Fasern, also sowohl die Kohlenstofffasern als auch die Basaltfasern als lasttragende Fasern ausgebildet. Anders als im eingangs genannten Stand der Technik dienen die Fasern der äußeren Schicht also nicht ausschließlich dem mechanischen Schutz der darunterliegenden Schicht mit den Kohlenstofffasern.Again, as mentioned above for the other compressed gas container, the proportion of carbon fibers in all fibers present in the layers can be 50 to 65%, preferably 55 to 60%. In this case too, preferably all fibers, ie both the carbon fibers and the basalt fibers, are designed as load-bearing fibers. Unlike the prior art mentioned at the outset, the fibers of the outer layer therefore do not serve exclusively for the mechanical protection of the underlying layer with the carbon fibers.

Derartige Druckgasbehälter gemäß der Erfindung, besonders bevorzugt ein Druckgasbehälter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie gegebenenfalls weiteren Merkmalen der abhängigen Unteransprüche, lässt sich also bei derselben Festigkeit bzw. demselben Berstdruck wie ein Druckgasbehälter, welcher ausschließlich mit Kohlenstofffasern verstärkt worden ist, deutlich kostengünstiger realisieren. Je nach Ausführungsvariante hat er dabei lediglich ein minimales Mehrgewicht beim selben Speichervolumen und/oder ein entsprechend kleineres Speichervolumen. Er eignet sich insbesondere zur Aufnahme von komprimierten Gasen wie beispielsweise komprimiertem Erdgas oder komprimiertem Wasserstoff, welcher bei entsprechend hohen Drücken, beispielsweise einem Nenndruck von 70 MPa gespeichert wird. Der Berstdruck muss dementsprechend höher liegen, beispielsweise mit einem Sicherheitszuschlag bei ca. 170 MPa, da schon im Betrieb bei einem Nenndruck von 70 MPa Drücke von bis zu 105 MPa leicht auftreten können.Such compressed gas container according to the invention, particularly preferably a compressed gas container with the features of claim 1 and optionally further features of the dependent claims, so can be realized at the same strength or the same bursting pressure as a compressed gas tank, which has been reinforced exclusively with carbon fibers, significantly cheaper. Depending on the variant, he has only a minimal extra weight for the same storage volume and / or a correspondingly smaller storage volume. It is particularly suitable for receiving compressed gases such as compressed natural gas or compressed hydrogen, which is stored at correspondingly high pressures, for example a nominal pressure of 70 MPa. The bursting pressure must therefore be higher, for example, with a safety margin at about 170 MPa, as already in operation at a nominal pressure of 70 MPa pressures of up to 105 MPa can easily occur.

Die besonders bevorzugte Verwendung für einen derartigen Druckgasspeicher liegt in seinem Einsatz in einem Fahrzeug, in welchem er zur Speicherung des komprimierten Gases als Treibstoff für das Fahrzeug dient. Wird der Druckgasspeicher für Wasserstoff verwendet, kann seine bevorzugte Verwendung insbesondere auch in einem Brennstoffzellenfahrzeug sein.The particularly preferred use for such a compressed gas storage is in its use in a vehicle in which it serves to store the compressed gas as fuel for the vehicle. If the compressed gas storage is used for hydrogen, its preferred use may also be in a fuel cell vehicle in particular.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Druckgasbehälters ergeben sich ferner aus einem Ausführungsbeispiel, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher dargestellt ist.Further advantageous embodiments of the compressed gas container according to the invention also result from an exemplary embodiment, which is illustrated in more detail below with reference to the figures.

Dabei zeigen:Showing:

1 schematisch angedeutet einen beispielhaften Druckgasspeicher; 1 schematically indicated an exemplary compressed gas storage;

2 einen Ausschnitt aus einer möglichen Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Druckgasbehälters; 2 a section of a possible embodiment of the compressed gas container according to the invention;

3 Ausschnitt aus einer alternativen Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Druckgasbehälters; 3 Section of an alternative embodiment of the compressed gas container according to the invention;

4 eine Vergleichstabelle zur Darstellung wesentlicher Eigenschaften der erfindungsgemäßen Druckgasbehälter im Verhältnis zu einem Druckgasbehälter, bei welchem ausschließlich Kohlenstofffasern eingesetzt werden. 4 a comparison table to illustrate essential properties of the compressed gas container according to the invention in relation to a compressed gas container, in which exclusively carbon fibers are used.

In der Darstellung der 1 ist ein beispielhafter Druckgasbehälter 1 angedeutet. Er kann insbesondere aus einer länglichen zylindrischen Hülle mit abgerundeten axialen Enden ausgebildet sein. Im Bereich zumindest eines dieser axialen Enden ist ein entsprechendes Anbauteil beispielsweise zur Aufnahme von Ventileinrichtungen oder dgl. angeordnet. Das Anbauteil 2, welches auch als Boss bezeichnet wird, kann dabei auf das Material einer Hülle 3 des Druckgasbehälters 1 aufgebracht oder mit diesem beispielsweise durch eine teilweise Integration bzw. ein Einlaminieren in den Schichtaufbau der Hülle 3 verbunden sein.In the presentation of the 1 is an exemplary pressurized gas container 1 indicated. It may in particular be formed from an elongated cylindrical shell with rounded axial ends. In the region of at least one of these axial ends, a corresponding attachment is arranged, for example, for receiving valve devices or the like. The attachment 2 , which is also referred to as a boss, it can on the material of a shell 3 of the compressed gas tank 1 applied or with this example, by a partial integration or a lamination in the layer structure of the shell 3 be connected.

Die Hülle 3 ist dabei so ausgebildet, dass diese innen einen sogenannten Liner 4 als Innenhülle aufweist. Dieser ist mit den Darstellungen der 2 und 3 entsprechend zu erkennen. Auf diesem Liner befinden sich dann wenigstens zwei Schichten aus faserverstärktem Kunststoff. In der Darstellung der 2, welche eine erste Ausführungsform der Hülle 3 des Druckgasbehälters 1 zeigt, ist auf dem Liner 4 eine faserverstärkte Kunststoffschicht 5 angeordnet, welche kreuzschraffiert dargestellt ist. Diese Kreuzschraffur soll symbolisieren, dass als Faser Basalffasern in der Kunststoffmatrix des faserverstärkten Kunststoffs dieser Schicht eingebracht sind. Als äußeren Abschluss des in 2 beispielhaft dargestellten Aufbaus dient dann eine schräg schraffiert dargestellte mit dem Bezugszeichen 6 versehene Schicht aus faserverstärktem Kunststoff, welcher Kohlenstofffasern als Verstärkungsfasern aufweist. Dieser Aufbau aus dem Liner 4, beispielsweise einem thermoplastischen Liner oder einem anderen Kunststoffliner, wobei prinzipiell auch ein metallischer Liner denkbar wäre, wird also durch zwei Schichten 5, 6 ergänzt, wobei die eine Schicht 5 mit Basalffasern verstärkt ist, währen die darüber liegende Schicht 6 mit Kohlenstofffasern verstärkt ist. Bei der Ausgestaltung gemäß 2 sind alternativ oder ergänzend zu den Basaltasern in der Schicht 5 auch Glasfasern denkbar.The case 3 is designed so that these inside a so-called liner 4 has as inner shell. This is with the representations of 2 and 3 to recognize accordingly. At least two layers of fiber reinforced plastic will be on this liner. In the presentation of the 2 , which is a first embodiment of the shell 3 of the compressed gas tank 1 shows is on the liner 4 a fiber-reinforced plastic layer 5 arranged, which is shown cross-hatched. This cross-hatching is intended to symbolize that basal fibers are introduced into the plastic matrix of the fiber-reinforced plastic of this layer as fiber. As the outer conclusion of the in 2 illustrated construction is then used an obliquely hatched with the reference numeral 6 provided layer of fiber reinforced plastic, which has carbon fibers as reinforcing fibers. This construction from the liner 4 , For example, a thermoplastic liner or other plastic liner, wherein in principle a metallic liner would be conceivable, so by two layers 5 . 6 complemented, with the one layer 5 is reinforced with basal fibers, while the overlying layer 6 reinforced with carbon fibers. In the embodiment according to 2 are alternative or complementary to the basalt fibers in the layer 5 also glass fibers conceivable.

In der Darstellung der 3 ist eine alternative Ausführungsform analog zur Darstellung in 2 angedeutet. Auch hier befindet sich innen der mit 4 bezeichnete Liner. Auf den Liner 4 folgt dann die schraffierte Schicht 6, welche entsprechend analog zur Darstellung in 2 Kohlenstofffasern als Verstärkungsfasern aufweist. Die äußere Schicht 5 weist dann Basaltfasern als Verstärkung auf.In the presentation of the 3 is an alternative embodiment analogous to the representation in FIG 2 indicated. Also here is inside with the 4 designated liner. On the liner 4 then follows the hatched layer 6 , which corresponding to the representation in 2 Having carbon fibers as reinforcing fibers. The outer layer 5 then has basalt fibers as reinforcement.

Es hat sich nun gezeigt, dass insbesondere der in 2 gezeigte Schichtaufbau, aber auch der in 3 gezeigte Schichtaufbau so realisiert werden kann, dass der Anteil an Kohlenstofffasern von 100% bei einem reinen mit Kohlenstofffasern verstärkten Kunststoff abgesenkt werden kann, wenn zusätzlich zu den Kohlenstofffasern in der Schicht 6 auch die Basaltfasern in der Schicht 5 bzw. bei der Ausgestaltung gemäß 2 ergänzend oder alternativ dazu die Glasfasern entsprechende Lasten tragen und so für die mechanische Stabilisierung des Druckgasbehälters 1 eingesetzt werden. Ein beispielhafter Druckgasbehälter 1 ist in der nachfolgenden Tabelle der 4 im Vergleich zu einem analog dazu ausgeführten Druckgasbehälter, welcher ausschließlich mit Kohlenstofffasern verstärkt ist, dargestellt. Die Daten beziehen sich dabei auf zum Anmeldezeitpunkt erhältliche handelsübliche Fasern und Preise. Edie Zahlenwerte sind bezüglich der erfindungsgemäßen Ausgestaltung rein beispielhaft zu verstehen. Die Verwendung des Kohlenstoffs wird dabei in der Tabelle durch das Zeichen C als Index angedeutet, der Aufbau des Druckgasbehälters 1 analog zu den 2 und 3 wird durch die entsprechende Bezeichnung der Spalten mit den Figuren angedeutet. Außerdem sind Spalten mit der Bezeichnung 2/opt und 3/opt zu erkennen, auf welche später noch weiter eingegangen wird.It has now been shown that in particular the in 2 layer structure shown, but also the in 3 shown layer structure can be realized so that the proportion of carbon fibers of 100% can be lowered in a pure carbon fiber reinforced plastic, in addition to the carbon fibers in the layer 6 also the basalt fibers in the layer 5 or in the embodiment according to 2 Additionally or alternatively, the glass fibers carry corresponding loads and so for the mechanical stabilization of the gas cylinder 1 be used. An exemplary pressurized gas container 1 is in the table below 4 in comparison to an analogous to running compressed gas tank, which is reinforced exclusively with carbon fibers shown. The data refer to commercially available fibers and prices available at the time of application. Edie numerical values are to be understood purely by way of example with regard to the embodiment according to the invention. The use of carbon is indicated in the table by the character C as an index, the structure of the compressed gas tank 1 analogous to the 2 and 3 is indicated by the corresponding designation of the columns with the figures. There are also columns named 2 / opt and 3 / opt to recognize, which will be discussed later.

Die Zeilen der einzelnen Tabelle zeigen in der obersten Zeile den Berstdruck p in MPa, auf welchen die Druckgasspeicher ausgelegt worden sind. Dies ist in allen Fällen ein Berstdruck von 170 MPa. In der zweiten Zeile ist das Verhältnis der Kohlenstofffasern zur Menge aller Fasern VC/NF in % angegeben. Beim Vergleichstank mit Kohlenstofffasern ergibt sich hier der Wert 100%. Die Ausführungsform gemäß 2 hat einen Anteil von Kohlenstofffasern an der Gesamtmenge von Fasern von 57,14% ebenso wie die weiteren Aufbauten gemäß 2 optimiert, gemäß 3 und gemäß 3 optimiert.The lines of the individual table show in the topmost line the bursting pressure p in MPa, on which the compressed gas storage has been designed. This is in all cases a bursting pressure of 170 MPa. The second line shows the ratio of the carbon fibers to the amount of all fibers V C / N F in%. The comparison tank with carbon fibers gives the value 100% here. The embodiment according to 2 has a share of carbon fibers in the total amount of fibers of 57.14% as well as the other constructions according to 2 optimized, according to 3 and according to 3 optimized.

Um nun den oben angegebenen Berstdruck von 170 MPa realisieren zu können, ist es so, dass eine entsprechende Wanddicke t notwendig ist. Auch diese Wanddicke t ist im Vergleich zur Wanddicke tC des Vergleichsbehälters mit Kohlenstofffasern in % dargestellt. Der Aufbau gemäß 2 hat eine um 16,1% größere Wanddicke, der optimierte Aufbau eine um 12,3% größere Wanddicke. Der Aufbau gemäß 3 hat eine Wanddicke, welche um 24,6% größer als die des Vergleichsbehälters mit Kohlenstofffasern ist, der optimierte Aufbau eine um 20,6% größere Wanddicke. Hieraus ergibt sich dann eine entsprechende Masse m wiederum im Vergleich zur Masse des Vergleichstanks mit den Kohlenstofffasern ebenfalls in %. Der Aufbau gemäß 2 wiegt 23% mehr, der Aufbau gemäß 3 rund 31%, während der optimierte Aufbau gemäß 2/opt mit ca. 21% den geringsten Gewichtszuwachs gegenüber dem Vergleichstank mit den Kohlenstofffasern verzeichnet, der optimierte Aufbau gemäß 3/opt hat einen Gewichtszuwachs von rund 27%. Der Aufbau der Behälter gemäß 2 und 3 ist so, dass von demselben Speichervolumen VH2 zu VH2-Carbon wiederum in % ausgegangen wird. Der optimierte Aufbau (2/opt) hat ein etwas geringeres Speichervolumen, welches um ca. 4% unter dem Speichervolumen des Vergleichstanks mit den Kohlenstofffasern liegt, der optimierte Aufbau gemäß 3/opt weist ein Speichervolumen etwa 6% unterhalb des Vergleichstanks auf. Dies liegt daran, dass hier der Außendurchmesser gleich gehalten worden ist, sodass dieselben Einbaubedingungen innerhalb des Fahrzeugs vorliegen, wie für den Vergleichstank aus Kohlenstofffasern. Im Endeffekt zeigt sich, dass mit einer minimalen Einbuße an Speichervolumen die geringste Zunahme an Wanddicke und Gewicht einhergeht. Dies ist hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften ein sehr gutes Ergebnis.In order to be able to realize the above-mentioned bursting pressure of 170 MPa, it is the case that a corresponding wall thickness t is necessary. This wall thickness t is also shown in% compared to the wall thickness t C of the comparison container with carbon fibers. The structure according to 2 has a 16.1% greater wall thickness, the optimized structure a 12.3% greater wall thickness. The structure according to 3 has a wall thickness 24.6% larger than that of the comparative carbon fiber tank, the optimized construction has a 20.6% greater wall thickness. This then results in a corresponding mass m again in comparison to the mass of the comparison tank with the carbon fibers also in%. The structure according to 2 weighs 23% more, the construction according to 3 around 31%, while the optimized design according to 2 / opt shows the lowest weight increase compared to the comparison tank with the carbon fibers at approx. 21%, the optimized design according to 3 / opt has a weight gain of about 27%. The structure of the container according to 2 and 3 is such that from the same storage volume V H2 to V H2 carbon again in% is assumed. The optimized structure ( 2 / opt) has a slightly lower storage volume, which is about 4% lower than the storage volume of the comparison tank with the carbon fibers, the optimized design according to 3 / opt has a storage volume about 6% below the comparison tank. This is because here the outer diameter has been kept the same, so that the same installation conditions exist inside the vehicle as for the comparison tank made of carbon fibers. The bottom line is that the least increase in storage volume is associated with the least increase in wall thickness and weight. This is a very good result in terms of mechanical properties.

In der letzten Zeile sind außerdem die mit K bezeichneten Kosten wiederum im Vergleich zu den Kosten des Vergleichstanks mit den Kohlenstofffasern KC dargestellt. Die Kosten für die Fasern in dem Aufbau gemäß 2 und 3 betragen dabei mit 77% und 77,3% rund 23% weniger als beim vergleichbaren Druckgasbehälter mit den Kohlenstofffasern. Die optimierten Ausführungen gemäß 2/opt und 3/opt führen zu einer Kosteneinsparung von ca. 25%. Sie sind also gegenüber dem vergleichbaren Druckgasbehälter mit den Verstärkungsfasern aus Kohlenstoff hinsichtlich aller Werte und Eigenschaften die beste Weiterentwicklung.In addition, in the last line, the costs denoted by K are again shown in comparison with the costs of the comparison tank with the carbon fibers K C. The cost of the fibers in the structure according to 2 and 3 At 77% and 77.3%, they are around 23% less than the comparable gas cylinder with the carbon fibers. The optimized versions according to 2 / opt and 3 / opt lead to a cost saving of about 25%. So you are opposite to that comparable compressed gas container with the reinforcing fibers made of carbon with respect to all values and properties the best advancement.

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Claims (10)

Druckgasbehälter (1) mit einem Liner (4) und wenigstens zwei Schichten (5, 6) aus faserverstärktem Kunststoff, wobei die Fasern der ersten Schicht (6) Kohlenstofffasern und die Fasern der zweiten Schicht (5) andere Fasern sind, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Schicht (6) die Kohlenstofffasern und die zwischen dem Liner (4) und der äußeren Schicht (6) angeordnete Schicht (5) die anderen Fasern aufweist.Compressed gas tank ( 1 ) with a liner ( 4 ) and at least two layers ( 5 . 6 ) made of fiber-reinforced plastic, wherein the fibers of the first layer ( 6 ) Carbon fibers and the fibers of the second layer ( 5 ) other fibers, characterized in that the outer layer ( 6 ) the carbon fibers and the between the liner ( 4 ) and the outer layer ( 6 ) layer ( 5 ) has the other fibers. Druckgasbehälter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die anderen Fasern Glasfasern und/oder Basaltfasern umfassen.Compressed gas tank ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the other fibers comprise glass fibers and / or basalt fibers. Druckgasbehälter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die anderen Fasern ausschließlich Basaltfasern sind.Compressed gas tank ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the other fibers are exclusively basalt fibers. Druckgasbehälter (1) mit einem Liner (4) und wenigstens zwei Schichten (5, 6) auf faserverstärktem Kunststoff, wobei die Fasern der ersten Schicht (6) Kohlenstofffasern und die Fasern der zweiten Schicht (5) andere Fasern sind, dadurch gekennzeichnet, dass die anderen Fasern ausschließlich Basaltfasern sind, und dass die erste Schicht (6) mit den Kohlenstofffasern auf dem Liner (4) angeordnet ist und die zweite Schicht (5) mit den Basaltfasern die äußere Schicht bildet.Compressed gas tank ( 1 ) with a liner ( 4 ) and at least two layers ( 5 . 6 ) on fiber-reinforced plastic, wherein the fibers of the first layer ( 6 ) Carbon fibers and the fibers of the second layer ( 5 ) are other fibers, characterized in that the other fibers are exclusively basalt fibers, and that the first layer ( 6 ) with the carbon fibers on the liner ( 4 ) and the second layer ( 5 ) forms the outer layer with the basalt fibers. Druckgasbehälter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an Kohlenstofffasern an allen Fasern der Schichten aus faserverstärktem Kunststoff 50 bis 65%, bevorzugt 55 bis 60%, beträgt.Compressed gas tank ( 1 ) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the proportion of carbon fibers on all fibers of the layers of fiber-reinforced plastic 50 to 65%, preferably 55 to 60%. Druckgasbehälter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern aller Schichten (5, 6) als lasttragende Fasern ausgebildet sind.Compressed gas tank ( 1 ) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the fibers of all layers ( 5 . 6 ) are designed as load-bearing fibers. Druckgasbehälter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Liner (4) aus einem Kunststoff ausgebildet ist.Compressed gas tank ( 1 ) according to one of claims 1 to 6, characterized in that the liner ( 4 ) is formed of a plastic. Verwendung eines Druckgasbehälters (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, zur Speicherung von komprimiertem Gas.Use of a compressed gas container ( 1 ) according to any one of claims 1 to 7, for the storage of compressed gas. Verwendung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als komprimiertes Gas Wasserstoff bei einem Nenndruck von wenigstens 60 MPa gespeichert wird.Use according to claim 8, characterized in that hydrogen is stored at a nominal pressure of at least 60 MPa as the compressed gas. Verwendung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckgasbehälter (1) in einem Fahrzeug zur Speicherung des komprimierten Gases als Treibstoff verwendet wird.Use according to claim 8 or 9, characterized in that the pressurized gas container ( 1 ) is used in a vehicle for storing the compressed gas as fuel.
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