DE102015203535A1

DE102015203535A1 - Druckbehälter und Verfahren zum Herstellen eines Druckbehälters

Info

Publication number: DE102015203535A1
Application number: DE102015203535.2A
Authority: DE
Inventors: Daniel Harms; Raimund Helmig
Original assignee: Kautex Textron GmbH and Co KG
Current assignee: Kautex Textron GmbH and Co KG
Priority date: 2015-02-27
Filing date: 2015-02-27
Publication date: 2016-09-01
Anticipated expiration: 2035-02-28
Also published as: WO2016135260A1; DE102015203535B4; JP2018513318A

Abstract

Die vorliegende Erfindung offenbart einen Druckbehälter umfassend einen Innenbehälter (10), eine den Innenbehälter (10) umschließende Stützhülle (30) und eine zwischen dem Innenbehälter (10) und der Stützhülle (30) angeordnete Haftvermittlerschicht (20), dadurch gekennzeichnet, dass die Haftvermittlerschicht (20) in unmittelbaren Kontakt mit der Stützhülle (30) steht. Ferner offenbart die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Druckbehälters.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Druckbehälter, insbesondere für Kraftfahrzeuge zur Aufnahme von unter Druck stehenden Gasen und/oder Flüssigkeiten, insbesondere von unter Druck stehendem Wasserstoff und/oder Erdgas. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines entsprechenden Druckbehälters.
Druckbehälter werden zur Speicherung von unter Druck stehenden Gasen und/oder unter Druck stehenden Flüssigkeiten verwendet. So finden Druckbehälter bereits in mit Erdgas betriebenen Kraftfahrzeugen Anwendung. Ferner sind Druckbehälter für Kraftfahrzeuge bekannt, die mit unter Druck stehendem Wasserstoff befüllbar sind. Der Wasserstoff kann in einem Verbrennungsmotor mit Sauerstoff verbrannt werden oder in einer Brennstoffzelle mit Sauerstoff zu Wasser reagieren, wobei die gewonnene elektrische Energie einem Akkumulator oder einem Elektromotor zugeführt wird.
Entsprechende Druckbehälter müssen großen Belastungen standhalten. Druckbehälter für Erdgas werden beispielsweise mit einem Druck bis hin zu 250 bar befüllt. Druckbehälter für Wasserstoff werden mit bis zu 700 bar befüllt.
Aus der EP 0 810 081 A1 ist ein Druckbehälter bekannt, der ein Anschlusselement, einen Innenbehälter und eine den Innenbehälter umschließende Stützhülle umfasst. Das Anschlusselement umfasst einen hülsenförmigen Halsabschnitt und einen Schulterabschnitt und ist über dessen Außenfläche mit einer Innenfläche des Innenbehälters verbunden. Der Innenbehälter ist mit der Stützhülle derartig verbunden, dass der Innenbehälter im Bereich der Verbindung mit dem Anschlusselement zwischen dem Anschlusselement und der Stützhülle sandwichartig angeordnet ist. Der Druckbehälter weist eine Öffnung auf, die durch den hülsenförmigen Halsabschnitt des Anschlusselements begrenzt ist. Der Halsabschnitt des Anschlusselements weist ferner ein Innengewinde auf, in das eine Ventileinrichtung eingeschraubt ist, die mit einer Versorgungsleitung verbindbar ist.
Ein aus der EP 0 810 081 A1 bekannter Druckbehälter wird auch als Verbunddruckbehälter bezeichnet. Der Verbunddruckbehälter umfasst dabei einen Innenbehälter, der beispielsweise aus einem thermoplastischen Kunststoff gebildet sein kann, und eine Stützhülle. Die Stützhülle kann aus einem duroplastischen Kunststoff gebildet sein, zum Beispiel Epoxidharz/Vinylester, und auf einen eingespannten und rotierenden Innenbehälter aufgewickelt werden. Zur Fertigstellung des Verbunddruckbehälters wird dieser in einem Ofen platziert und dort unten erhöhter Temperatur ausgehärtet.
Beim Aushärten des so gebildeten Verbunddruckbehälters entsteht keine chemische Verbindung zwischen dem Innenbehälter und der Stützhülle. Dies führte zu dem Problem, dass beim Betanken eines entsprechenden Druckbehälters beispielsweise mit Wasserstoff eben dieser Wasserstoff teilweise durch den Innenbehälter hindurch zwischen der Stützhülle und dem Innenbehälter eindringen kann. Bei Verringern des Drucks im Druckbehälter und bei einem anschließenden Wiederbefüllen des Druckbehälters kann sich Wasserstoff zwischen der Stützhülle und dem Innenbehälter ansammeln und somit zu einer Ablösung der Stützhülle vom Innenbehälter führen. Dies Wiederum führt zu einer Destabilisierung des Druckbehälters.
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist die Bereitstellung eines stabileren Druckbehälters. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Herstellen eines entsprechenden verbesserten Druckbehälters bereitzustellen.
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch einen Druckbehälter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Druckbehälters sind in den von Anspruch 1 abhängigen Ansprüchen beschrieben. Ferner wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 13 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Verfahren sind in den von den Ansprüchen 13 und 15 abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Im Genaueren umfasst der erfindungsgemäße Druckbehälter einen Innenbehälter, eine den Innenbehälter umschließende Stützhülle und eine zwischen dem Innenbehälter und der Stützhülle angeordnete Haftvermittlerschicht, wobei der erfindungsgemäße Druckbehälters dadurch gekennzeichnet ist, dass die Haftvermittlerschicht in unmittelbarem Kontakt mit der Stützhülle steht.
Durch einen entsprechenden Aufbau des Druckbehälters ist gewährleistet, dass bei wechselnder Belastung des Druckbehälters, d.h. bei abwechselnden Befüllen und Entleeren des Druckbehälters mit Erdgas oder Wasserstoff, der Treibstoff, d.h. das Erdgas oder der Wasserstoff, nicht in den zwischen die Stützhülle und den Innenbehälter eindringen kann, so dass ein Ablösen des Innenbehälters von der Stützhülle zuverlässig vermieden wird. Ferner bietet der erfindungsgemäße Druckbehälter den Vorteil, dass dessen Aufbau besonders einfach ist, da im einfachsten Fall lediglich drei Schichten vorliegen, nämlich eine erste Schicht, die durch den Innenbehälter definiert ist, eine zweite Schicht, die als die Haftvermittlerschicht ausgebildet ist, und eine dritte Schicht, die durch die Stützhülle definiert ist.
Die Stützhülle wirkt bei Überdruck im Druckbehälter einer Deformation des Innenbehälters entgegen. Folglich stützt die Stützhülle den Innenbehälter und wirkt einer durch Innendruck bewirkten Expansion des Innenbehälters entgegen.
Die Stützhülle kann einen thermoplastischen Kunststoff, auch als Thermoplast bezeichnet, oder auch einen duroplastischen Kunststoff, auch als Duroplast bezeichnet, umfassen.
Der erfindungsgemäße Druckbehälter ist besonders einfach aufgebaut, so dass die Herstellungszeit für den Druckbehälter kurz ist und dessen Herstellungskosten niedrig sind, wobei gleichzeitig gewährleistet wird, dass eine zuverlässige Verbindung zwischen dem Innenbehälter und der Stützhülle realisiert ist, so dass eine Langzeitstabilität des erfindungsgemäßen Druckbehälters gesichert ist.
Vorzugsweise umfasst die Stützhülle einen faserverstärkten Kunststoff. Ein entsprechend ausgebildeter Druckbehälter weist eine nochmals erhöhte Stabilität auf, so dass der Druckbehälter großen Drücken standhalten kann.
Das Fasermaterial ist dabei in dem Kunststoff eingebettet. Als Kunststoff kann auch in diesem Fall ein Duroplast oder ein Thermoplast dienen. Der faserverstärkte Kunststoff ist folglich dann als faserverstärkter Duroplast oder als faserverstärkter Thermoplast ausgebildet. Aufgrund der Einbettung des Fasermaterials in dem Kunststoffkörper, also im Duroplast oder im Thermoplast, bildet der Kunststoff zumindest abschnittsweise die Innenflächen und/oder Außenflächen der Stützhülle, sodass der Kunststoff der Stützhülle in direktem Kontakt mit dem Haftvermittler steht.
Vorzugsweise umfasst die Stützhülle einen Kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff. Die Stützhülle ist dann folglich als Kohlenstofffaserverstärkte Stützhülle ausgebildet. Der Kohlenstofffaserverstärkte Kunststoff kann ein Kohlenstofffaserverstärkter Duroplast oder ein Kohlenstofffaserverstärkter Thermoplast sein. Ein entsprechend ausgebildeter Druckbehälter weist eine nochmals erhöhte Druckstabilität auf.
Vorzugsweise umfasst die Stützhülle einen duroplastischen Kunststoff. Dies bedeutet, dass das Matrixmaterial der Stützhülle als Duroplast, also als duroplastischer Kunststoff ausgebildet ist. Ein entsprechend ausgebildeter Druckbehälter bietet den Vorteil, dass dessen Herstellung besonders einfach möglich ist, da die Stützhülle lediglich auf den Innenbehälter aufgewickelt werden muss und anschließend bei einer vorgegebenen Aushärtetemperatur gehärtet werden muss.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung des Druckbehälters umfasst die Stützhülle einen thermoplastischen Kunststoff. Dies bedeutet, dass das Matrixmaterial der Stützhülle als Thermoplast, also als thermoplastischer Kunststoff ausgebildet ist. Ein entsprechend ausgebildeter Druckbehälter bietet den Vorteil, dass zum Aushärten des Druckbehälters dieser nicht mehr aufgeheizt werden muss, so dass eine erhöhte Formstabilität des Druckbehälters während des Aufbringen der Stützhülle erzielbar ist, da der Innenbehälter, der beispielsweise einen thermoplastischen Kunststoff umfasst, eine verminderte Wärmezufuhr erfährt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung des Druckbehälters umfasst die Haftvermittlerschicht einen thermoplastischen Kunststoff.
Weiter vorzugsweise ist der Druckbehälter derart ausgebildet, dass die Haftvermittlerschicht als eine LDPE-Schicht ausgebildet ist. LDPE ist ein Polyethylen niederer Dichte (englisch: low density polyethylene). Insbesondere ist die Haftvermittlerschicht als LLDPE-Schicht ausgebildet, also als Schicht aus linearem Polyethylen niederer Dichte, oder als Schicht, die lineares Polyethylen niederer Dichte umfasst. Ferner kann die die Haftvermittlerschicht auf einem Maleinsäureanhydrid gepfropfte Elastomer basiert sein. Insbesondere kann die Haftvermittlerschicht auf Maleinsäureanhydrid gepfropftes LDPE basiert sein. Ferner kann die Haftvermittlerschicht auf Maleinsäureanhydrid gepfropftes LLDPE basiert sein.

Zur Verbindung mit einem Duroplast, insbesondere zur Verbindung mit einem Epoxidharz haben sich auf LLDPE basierte Haftvermittlerschichten als vorteilhaft erwiesen. Insbesondere haben sich auf LLDPE basierte Haftvermittlerschichten bei Verwendung von Duroplast umfassenden Stützhüllen Materialen als vorteilhaft erwiesen, die folgende physikalischen Eigenschaften aufweisen:

	ASTM-Prüfmethode	Einheit	Haftvermittler GT7E
Schmelze-Fließrate (190°, 2.16kg)	D1238	g/10 min	1.0
Dichte	D1505	g/cm³	0.925
Zugfestigkeit	D638	MPa	15
Bruchfestigkeit	D638	MPa	29
Bruchdehnung	D638	%	> 500
Izod-Schlagzähigkeit	D256	J/m²	Kein Bruch
Shore-Härte	D2240	D Skala	59
Vicat-Erweichungstemp.	D1525	°C	108
Schmelzpunkt	D3418	°C	127

Ferner haben sich auf LDPE oder LLDPE basierte Haftvermittlerschichten bei Verwendung von Duroplast umfassenden Stützhüllen Materialen als besonders vorteilhaft erwiesen, die folgende physikalische Eigenschaften aufweisen:

	Prüfmethode	Einheit	Haftvermittler GT6E
Schmelze-Fließrate (190°)	D1238	g/10 min	1.1
Dichte	D1505	g/cm³	0.924
Maleinsäureanhydrid-Anteil		Gewichts-%	0.20
Raumdichte	D1895	g/cm³	0.51
Zugfestigkeit	D638	MPa	11.2
Bruchfestigkeit	D638	MPa	29
Bruchdehnung	D638	%	> 500
Izod-Schlagzähigkeit	D256	J/m	Kein Bruch
Shore-Härte	D2240	D Skala	56
Vicat-Erweichungstemp	D1525	°C	101
Schmelzpunkt	D3418	°C	120
Klebstärke	Innen	N/15mm	120
Klebstärke	Außen	N/15mm	90

Zur Verbindung mit einem Duroplast, insbesondere zur Verbindung mit einem Vinylester, haben sich Haftvermittlerschichten bei Verwendung von Duroplast umfassenden Stützhüllen Materialen erwiesen, die folgende physikalischen Eigenschaften aufweisen:

	ASTM-Prüfmethode	Einheit	Haftvermittler SF730E
Schmelze-Fließrate (190°, 2.16kg)	D1238	g/10 min	2.7
Dichte	D1505	g/cm³	-
Zugfestigkeit	D638	MPa	30
Bruchfestigkeit	D638	MPa	29
Bruchdehnung	D638	%	> 500
Izod-Schlagzähigkeit	D256	J/m²	Kein Bruch
Shore-Härte	D2240	D Skala	32
Vicat-Erweichungstemp.	D1525	°C	54

Das für eine Haftvermittlerschicht verwendete Material kann auch aus modifiziertem Polyolefinharz, Polyurethanharz und Einkomponenten- oder Zweikomponenten-Polyesterharz ausgewählt werden. Das erste (insbesondere Carbonsäure-modifiziertes Polyolefinharz) ist wegen der Haftung an EVOH und dem hochdichten Polyethylen und der Formbarkeit wünschenswert. Es kann erhalten werden durch Copolymerisieren oder Pfropfen von Olefinpolymer mit einer ungesättigten Carbonsäure oder einem Anhydrid davon (wie zum Beispiel Maleinanhydrid). In diesem Fall sollte das Olefinpolymer wegen der Haftung mit hochdichtem Polyethylen und der Kompatibilität mit wiederverwendetem Abfall vorzugsweise Polyethylen sein. Beispiele für solches Carbonsäure-modifiziertes Polyethylen beinhalten diejenigen, die durch Modifizierung von Polyethylen (wie zum Beispiel Polyethylen mit geringer Dichte (LDPE), linearem Polyethylen mit geringer Dichte (LLDPE), Polyethylen mit sehr geringer Dichte (SLDPE)), Ethylen-Vinylacetatcopolymer oder Ethylen-Methyl oder Ethyl(meth)acrylatcopolymer mit einer Carbonsäure erhalten werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Druckbehälters ist die Haftvermittlerschicht mit dem Innenbehälter stoffschlüssig verbunden. Dazu sind sämtliche oben aufgeführten Haftvermittler geeignet. Diese können sowohl mit einem Duroplast als auch mit einem Thermoplast eine stoffschlüssige Verbindung eingehen. Bei einer entsprechenden Ausführung des Druckbehälters ist die Verbindung zwischen dem Innenbehälter und der Stützhülle folglich sehr stabil, so dass bei wechselnder Belastung des Druckbehälters, d.h. beim wechselndem Befüllen und Entleeren des Druckbehälters, ein Eindringen von Erdgas und/oder Wasserstoff zwischen die Stützhülle und den Innenbehälter zuverlässig vermieden wird. Somit ist eine erhöhte Langzeitstabilität des Druckbehälters gewährleistet, da eine Ablösung der Stützhülle von dem Innenbehälter unterbunden wird.
Vorzugsweise ist der Druckbehälter derart ausgebildet, dass der Innenbehälter mehrschichtig aufgebaut ist. Beispielsweise kann der Innenbehälter auch eine Barriereschicht, insbesondere eine EVOH-Schicht umfassen. Durch eine entsprechende Ausbildung des Druckbehälters ist ein Diffundieren des Treibstoffes, d.h. des Erdgases oder des Wasserstoffes aus dem Druckbehälter heraus in den Zwischenraum zwischen der Stützhülle und dem Innenbehälter nochmals reduziert. Ein beispielhafter Aufbau des Innenbehälters umfasst eine mit dem Treibstoff, d.h. mit dem Erdgas oder mit dem Wasserstoff in Kontakt bringbare HDPE-Schicht, die mittels eines Haftvermittlers mit einer EVOH-Schicht verbunden, insbesondere stoffschlüssig verbunden ist. Die EVOH-Schicht ist dann mittels eines weiteren Haftvermittlers, d.h. mit einer weiteren Haftvermittlerschicht mit der Stützhülle verbunden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Druckbehälter derart ausgebildet ist, dass der Innenbehälter eine Stabilisierungsschicht, eine zweite Haftvermittlerschicht und eine zwischen einer ersten Haftvermittlerschicht und der zweiten Haftvermittlerschicht angeordnete Barriereschicht umfasst, wobei die erste Haftvermittlerschicht unmittelbar mit der Stützhülle und die zweite Haftvermittlerschicht mit der Stabilisierungsschicht verbunden ist.
Dabei ist die Stabilisierungsschicht die innenliegende Schicht, die mit dem Druck zu beaufschlagendem Medium in direkten Kontakt bringbar ist. Die Stabilisierungsschicht ist also die innenliegende Schicht, die mit dem Erdgas oder mit dem Wasserstoff in direkten Kontakt bringbar ist. Die Barriereschicht ist sandwichartig zwischen der ersten Haftvermittlerschicht und der zweiten Haftvermittlerschicht angeordnet. Auch in dieser Ausgestaltung des Druckbehälters kann die Barriereschicht als EVOH-Schicht ausgebildet sein. Die Stabilisierungsschicht kann beispielsweise als HDPE-Schicht ausgebildet sein. Ferner kann die Stabilisierungsschicht auch als Rezyklat-Schicht ausgebildet sein. In der Rezyklat-Schicht wird Überschussmaterial, was während der Produktion der Betriebsflüssigkeitsbehälter anfällt, wiederverwendet. Auch kann Überschussmaterial, das benachbarten Explosionsvorrichtungen anfällt, in der Rezyklat-Schicht weiterverwendet werden.
Vorzugsweise ist der Druckbehälter derart ausgebildet, dass der Innenbehälter zusätzlich zu einer ersten Stabilisierungsschicht eine zweite Stabilisierungsschicht und eine dritte Haftvermittlerschicht umfasst, wobei die zweite Stabilisierungsschicht zwischen der ersten Haftvermittlerschicht und der dritten Haftvermittlerschicht angeordnet ist und mit diesen in direktem Kontakt steht, und wobei die dritte Haftvermittlerschicht ferner mit der Barriereschicht in direktem Kontakt steht.
Ein entsprechend ausgebildeter Druckbehälter, insbesondere ein entsprechend ausgebildeter Innenbehälter weist eine erhöhte Stabilität auf. Sowohl die erste Stabilisierungsschicht als auch die zweite Stabilisierungsschicht können jeweils beispielsweise als HDPE-Schicht ausgebildet sein. Ferner können sowohl die erste Stabilisierungsschicht als auch die zweite Stabilisierungsschicht jeweils als Rezyklat-Schicht ausgebildet sein.
Vorzugsweise ist der Druckbehälter derart ausgebildet, dass benachbarte Materialschichten des Druckbehälters miteinander stoffschlüssig verbunden sind. Unter benachbarten Materialschichten sind miteinander in Kontakt stehende Materialschichten zu verstehen. Der entsprechend ausgebildete Druckbehälter weist eine nochmals erhöhte Langzeitstabilität auf, da ein Eindringen von Erdgas bzw. Wasserstoff in den Zwischenraum zwischen der Stützhülle und dem Innenbehälter zuverlässig unterbunden wird.
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zum Herstellen eines Druckbehälters gelöst, wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist:

– Extrudieren eines schlauchförmigen Vorformlings in ein sich in einer geöffneten Aufnahmestellung befindliches Blasformwerkzeug, das in einer geschlossenen Stellung ein Formnest bildet;
– Schließen des Blasformwerkzeugs;
– Ausformen des Vorformlings in dem Formnest des geschlossenen Blasformwerkzeugs durch Aufwenden eines Differenzdrucks zu dem Innenbehälter;
– Öffnen des Blasformwerkzeugs und Herausfahren des Innenbehälters aus dem Blasformwerkzeug;
– Aufbringen einer Haftvermittlerschicht auf einer Außenfläche des Innenbehälters; und
– Umschließen des Innenbehälters mit der Stützhülle, so dass die Haftvermittlerschicht zwischen dem Innenbehälter und der Stützhülle angeordnet und mit diesen unmittelbar verbunden ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren weist eine reduzierte Anzahl von Verfahrensschritten auf, so dass die Herstellungszeit zum Erzeugen eines erfindungsgemäßen Druckbehälters reduziert ist.
Vorzugsweise wird die Haftvermittlerschicht mittels folgender Verfahrensschritte auf der Außenfläche des Innenbehälters aufgebracht:

– Erzeugen eines auf die Außenfläche des Innenbehälters gerichteten Plasmastrahls;
– Zuführen des die Haftvermittlerschicht bildenden thermoplastischen und in Pulverform vorliegenden Kunststoffs in den Plasmastrahl;
– relatives Verfahren des Plasmastrahls und/oder des Innenbehälters zueinander derart, dass der Plasmastrahl die gesamte Außenfläche des Innenbehälters abfährt.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zum Herstellen des Druckbehälters gelöst, wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist:

– Co-Extrudieren eines schlauchförmigen Vorformlings, umfassend eine innenliegende HDPE-Schicht und eine außenliegende Haftvermittlerschicht, in ein sich in einer geöffneten Aufnahmestellung befindliches Blasformwerkzeug, das in einer geschlossenen Stellung ein Formnest bildet;
– Schließen des Blasformwerkzeugs;
– Ausformen des Vorformlings in dem Formnest des geschlossenen Blasformwerkzeugs durch Aufwenden eines Differenzdrucks zu dem Innenbehälter;
– Öffnen des Blasformwerkzeugs und Herausfahren des Innenbehälters aus dem Blasformwerkzeug; und
– Umschließen des Innenbehälters mit der Stützhülle, so dass die Haftvermittlerschicht zwischen dem Innenbehälter und der Stützhülle angeordnet und mit diesen unmittelbar verbunden ist.

Die innenliegende HDPE-Schicht stellt somit den Innenbehälter dar, wobei die außenliegende Schicht die Haftvermittlerschicht ist, die mit der Stützhülle in direktem und unmittlebarem Kontakt steht bzw. in direkten und unmittelbaren Kontakt gebracht wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens umfasst der Verfahrensschritte des Umschließens des Innenbehälters mit der Stützhülle folgende Verfahrensschritte:

– Aufwickeln eines faserverstärkten Bandes auf der Außenfläche des Innenbehälters, so dass das Band mit der Haftvermittlerschicht unmittelbar in Kontakt steht, zum Erzeugen der Stützhülle;
– Verschließen und Druckbeaufschlagen des Innenbehälters mit einem vorgegebenen Innendruck; und
– Erwärmen des Druckbehälters auf eine vorgegebene Temperatur zum Aushärten der Stützhülle.

Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich nachfolgend aus den erläuterten Ausführungsbeispielen. Dabei zeigen im Einzelnen:
1: eine schematische Schnittansicht einer Wand eines erfindungsgemäßen Druckbehälters gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2: eine schematische Schnittansicht einer Wand eines Druckbehälters gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
3: eine schematische Schnittansicht einer Wand eines Druckbehälters gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In der nun folgenden Beschreibung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteile beziehungsweise gleiche Merkmale, so dass eine in Bezug auf eine Figur durchgeführte Beschreibung bezüglich eines Bauteils auch für die anderen Figuren gilt, so dass eine wiederholende Beschreibung vermieden wird.
In 1 ist in schematischer Schnittdarstellung eine Wand eines erfindungsgemäßen Druckbehälters gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Der Druckbehälter umfasst einen Innenbehälter 10, der mit unter Druck zu setzendem Erdgas bzw. Wasserstoff in direkten Kontakt bringbar ist. Ferner umfasste Druckbehälter eine den Innenbehälter 10 umschließende Stützhülle 30, wobei die Stützhülle 30 aus einer Vielzahl von Stützhüllenlagen 31 aufgebaut ist. Zwischen dem Innenbehälter 10 und der Stützhülle 30 ist eine Haftvermittlerschicht 20 angeordnet, die mit der Stützhülle 30 in direktem und unmittlebaren Kontakt steht. Zwischen der Stützhülle 30 und der Haftvermittlerschicht 20 ist folglich keine weitere Materialschicht, beispielsweise eine HDPE-Schicht angeordnet.
Die Stützhülle 30 umfasst einen faserverstärkten Kunststoff. Als Fasermaterial kann zum Beispiel Kohlenstofffaser oder Glasfaser verwendet werden. Das Fasermaterial ist in einer Duroplast-Matrix oder Thermoplast-Matrix eingebettet, so dass die einzelnen Fasern des Fasermaterials von dem Kunststoff, d.h. also von einem Duroplast oder von einem Thermoplast, umschlossen sind.
Die Haftvermittlerschicht 20 kann beispielsweise als LDPE-Schicht 20 ausgebildet sein. Ferner kann die Haftvermittlerschicht 20 auch als LLDPE-Schicht 20 ausgebildet sein. Die Haftvermittlerschicht 20 ist mit dem Innenbehälter 10 und mit der Stützhülle 30 stoffschlüssig verbunden, so dass bei wechselnder Betankung und Entleerung des Druckbehälters Erdgas bzw. Wasserstoff nicht in den Zwischenraum zwischen dem Innenbehälter 10 und der Stützhülle 30 eindringen kann.
Der Innenbehälter 10 kann beispielsweise eine Stabilisierungsschicht 11 aufweisen, die als HDPE-Schicht 11 oder als Rezyklat-Schicht 11 ausgebildet sein kann.
In 2 ist ein Schnitt durch eine Wand eines Druckbehälters gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch dargestellt. Es ist ersichtlich, dass der Innenbehälter 10 eine Stabilisierungsschicht 10, eine erste Haftvermittlerschicht 20, eine zweite Haftvermittlerschicht 21 und eine zwischen den Haftvermittlerschichten 20, 21 angeordnete Barriereschicht 40 umfasst. Als Barriereschicht 40 kann beispielsweise eine EVOH-Schicht 40 Anwendung finden. Die erste Haftvermittlerschicht 20 steht im unmittelbaren Kontakt mit der Stützhülle 30 und die zweite Haftvermittlerschicht 21 ist mit dem Innenbehälter 10 verbunden. Der übrige Aufbau der in 2 dargestellten Wand ist identisch mit dem Aufbau der in 1 dargestellten Wand. Die Barriereschicht 40 bewirkt, dass nochmals weniger Erdgas bzw. Wasserstoff in den Zwischenraum zwischen der Stützhülle 30 und dem Innenbehälter 10 eindringen kann. Die Stabilisierungsschicht 11 kann als HDPE-Schicht 11 oder als Rezyklat-Schicht 11 ausgebildet sein.
Sämtliche Materialschichten des Druckbehälters sind miteinander stoffschlüssig verbunden.
In 3 ist ein Schnitt durch eine Wand eines Druckbehälters gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch dargestellt. Es ist ersichtlich, dass der Innenbehälter 10 zusätzlich zu einer ersten Stabilisierungsschicht 11 eine zweite Stabilisierungsschicht 12 und eine dritte Haftvermittlerschicht 22 umfasst. Dabei ist die zweite Stabilisierungsschicht 12 zwischen der ersten Haftvermittlerschicht 20 und der dritten Haftvermittlerschicht 22 angeordnet und steht mit diesen in direktem Kontakt. Die dritte Haftvermittlerschicht 22 steht ferner mit der Barriereschicht 40 in direktem Kontakt. Die erste Stabilisierungsschicht 11 kann als HDPE-Schicht 11 oder als Rezyklat-Schicht 11 ausgebildet sein. Die zweite Stabilisierungsschicht 12 kann als HDPE-Schicht 12 oder als Rezyklat-Schicht 12 ausgebildet sein.
Bezugszeichenliste

10: Innenbehälter
11: (erste) Stabilisierungsschicht / HDPE-Schicht / Rezyklat-Schicht
12: (zweite) Stabilisierungsschicht / HDPE-Schicht / Rezyklat-Schicht
20: (erste) Haftvermittlerschicht
21: (zweite) Haftvermittlerschicht
22: (dritte) Haftvermittlerschicht
30: Stützhülle
31: Stützhüllenlage
40: Barriereschicht

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0810081 A1 [0004, 0005]

Claims

Druckbehälter, umfassend einen Innenbehälter (10), eine den Innenbehälter (10) umschließende Stützhülle (30) und eine zwischen dem Innenbehälter (10) und der Stützhülle (30) angeordnete Haftvermittlerschicht (20), dadurch gekennzeichnet, dass die Haftvermittlerschicht (20) in unmittelbaren Kontakt mit der Stützhülle (30) steht.
Druckbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützhülle (30) einen faserverstärkten Kunststoff umfasst.
Druckbehälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützhülle (30) einen Kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff umfasst.
Druckbehälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützhülle (30) einen duroplastischen Kunststoff umfasst.
Druckbehälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützhülle (30) einen thermoplastischen Kunststoff umfasst.
Druckbehälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftvermittlerschicht (20) einen thermoplastischen Kunststoff umfasst.
Druckbehälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftvermittlerschicht (20) als LDPE-Schicht (20) ausgebildet ist.
Druckbehälter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftvermittlerschicht (20) mit dem Innenbehälter (10) stoffschlüssig verbunden ist.
Druckbehälter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftvermittlerschicht (20) mit der Stützhülle (30) stoffschlüssig verbunden ist.
Druckbehälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenbehälter (10) mehrschichtig aufgebaut ist.
Druckbehälter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenbehälter (10) eine Stabilisierungsschicht (11), eine zweite Haftvermittlerschicht (21) und eine zwischen einer ersten Haftvermittlerschicht (20) und der zweiten Haftvermittlerschicht (21) angeordnete Barriereschicht (40) umfasst, wobei die erste Haftvermittlerschicht (20) unmittelbar mit der Stützhülle (30) und die zweite Haftvermittlerschicht (21) mit der Stabilisierungsschicht (11) verbunden ist.
Druckbehälter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenbehälter (10) zusätzlich zu einer ersten Stabilisierungsschicht (11) eine zweite Stabilisierungsschicht (12) und eine dritte Haftvermittlerschicht (22) umfasst, wobei die zweite Stabilisierungsschicht (12) zwischen der ersten Haftvermittlerschicht (20) und der dritten Haftvermittlerschicht (22) angeordnet ist und mit diesen in direktem Kontakt steht, und wobei die dritte Haftvermittlerschicht (22) ferner mit der Barriereschicht (40) in direktem Kontakt steht.
Druckbehälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Materialschichten der Druckbehälters miteinander stoffschlüssig verbunden sind.
Verfahren zum Herstellen eines Druckbehälters, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte aufweist: – Extrudieren eines schlauchförmigen Vorformlings in ein sich in einer geöffneten Aufnahmestellung befindliches Blasformwerkzeug, das in einer geschlossenen Stellung ein Formnest bildet; – Schließen des Blasformwerkzeugs; – Ausformen des Vorformlings in dem Formnest des geschlossenen Blasformwerkzeugs durch Aufwenden eines Differenzdrucks zu dem Innenbehälter (10); – Öffnen des Blasformwerkzeugs und Herausfahren des Innenbehälters (10) aus dem Blasformwerkzeug; – Aufbringen einer Haftvermittlerschicht (20) auf einer Außenfläche des Innenbehälters; und – Umschließen des Innenbehälters (10) mit der Stützhülle (30), so dass die Haftvermittlerschicht (20) zwischen dem Innenbehälter (10) und der Stützhülle (30) angeordnet und mit diesen unmittelbar verbunden ist.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftvermittlerschicht (20) mittels folgender Verfahrensschritte auf der Außenfläche des Innenbehälters (10) aufgebracht wird: – Erzeugen eines auf die Außenfläche des Innenbehälters (10) gerichteten Plasmastrahls; – Zuführen des die Haftvermittlerschicht (20) bildenden thermoplastischen und in Pulverform vorliegenden Kunststoffes in den Plasmastrahl; – relatives Verfahren des Plasmastrahls und/oder des Innenbehälters (10) zueinander derart, dass der Plasmastrahl die gesamte Außenfläche des Innenbehälters (10) abfährt.
Verfahren zum Herstellen eines Druckbehälters, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte aufweist: – Co-Extrudieren eines schlauchförmigen Vorformlings, umfassend eine innenliegende HDPE-Schicht (10) und eine außenliegende Haftvermittlerschicht (20), in ein sich in einer geöffneten Aufnahmestellung befindliches Blasformwerkzeug, das in einer geschlossenen Stellung ein Formnest bildet; – Schließen des Blasformwerkzeugs; – Ausformen des Vorformlings in dem Formnest des geschlossenen Blasformwerkzeugs durch Aufwenden eines Differenzdrucks zu dem Innenbehälter (10); – Öffnen des Blasformwerkzeugs und Herausfahren des Innenbehälters (10) aus dem Blasformwerkzeug; und – Umschließen des Innenbehälters (10) mit der Stützhülle (30), so dass die Haftvermittlerschicht (20) zwischen dem Innenbehälter (10) und der Stützhülle (30) angeordnet und mit diesen unmittelbar verbunden ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Umschließen des Innenbehälters (10) mit der Stützhülle (30) folgende Verfahrensschritte umfasst: – Aufwickeln eines faserverstärkten Bandes auf der Außenfläche des Innenbehälters (10), so dass das Band mit der Haftvermittlerschicht (20) unmittelbar in Kontakt steht, zum Erzeugen der Stützhülle (30); – Verschließen und Druckbeaufschlagen des Innenbehälters (10) mit einem vorgegebenen Innendruck; und – Erwärmen des Druckbehälters auf eine vorgegebene Temperatur zum Aushärten der Stützhülle (30).