DE102015225348A1 - Druckbehältersystem und Druckbehälter mit einem Detektionsstoff in einer faserverstärkten Schicht - Google Patents

Druckbehältersystem und Druckbehälter mit einem Detektionsstoff in einer faserverstärkten Schicht Download PDF

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Abstract

Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Druckbehältersystem und einen Druckbehälter zur Speicherung von Brennstoff in einem Kraftfahrzeug. Der Druckbehälter umfasst mindestens einen die Behälterwandung zumindest bereichsweise mit ausbildenden Schichtaufbau. Der Schichtaufbau 11 weist mindestens eine faserverstärkte Schicht 14 auf. Im Schichtaufbau 11 ist ein Detektionsstoff 15 eingelagert. Der Detektionsstoff 15 und der Schichtaufbau 11 sind so ausgebildet, dass aus dem Schichtaufbau 11 mehr Detektionsstoff 15 entweicht, wenn eine Beschädigung des Schichtaufbaus 11 vorliegt.

Description

  • Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Druckbehältersystem und einen Druckbehälter mit einem Detektionsstoff in einer faserverstärkten Schicht. Druckbehälter können beispielsweise als Hochdruckgasbehälter oder als kryogene Druckbehälter ausgebildet sein und sind als solche bekannt.
  • Solche Druckbehälter weisen i.d.R. eine Kompositschicht auf. Insbesondere im verbauten Zustand können Schäden an den Druckbehältern schwer zu erkennen sein. Hierzu können oft umfangreiche Diagnosen erforderlich sein, zu denen oft auch der Druckbehälter ausgebaut werden muss. Ferner können Beschädigungen an den Druckbehältern unentdeckt bleiben. Die erforderlichen Gegenmaßnahmen, wie beispielsweise Druckentlastung, genauere Diagnose der Schadensursache und Reparatur oder Austausch des Druckbehälters, können dann eventuell ausbleiben.
  • Es ist eine Aufgabe der hier offenbarten Technologie, die Nachteile der vorbekannten Lösungen zu verringern oder zu beheben. Weitere Aufgaben ergeben sich aus den vorteilhaften Effekten der hier offenbarten Technologie. Die Aufgabe(n) wird/werden gelöst durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1. Die abhängigen Ansprüche stellen bevorzugte Ausgestaltungen dar.
  • Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Druckbehältersystem sowie einen Druckbehälter zur Speicherung von insbesondere gasförmigen Brennstoff für ein Kraftfahrzeug. Ein solcher Druckbehälter kann beispielsweise ein kryogener Druckbehälter oder ein Hochdruckgasbehälter sein.
  • Hochdruckgasbehälter sind ausgebildet, im Wesentlichen bei Umgebungstemperaturen Brennstoff (z.B. Wasserstoff) dauerhaft bei einem max. Betriebsdruck (auch maximum operating pressure oder MOP genannt) von über ca. 350 barü (= Überdruck gegenüber dem Atmosphärendruck), ferner bevorzugt von über ca. 500 barü und besonders bevorzugt von über ca. 700 barü zu speichern. Der Brennstoff kann beispielsweise Wasserstoff sein, der i. d. R. bei Speichertemperaturen von ca. –40°C K bis +85°C im Druckbehälter gespeichert wird.
  • Der kryogene Druckbehälter kann Brennstoff im flüssigen oder überkritischen Aggregatszustand speichern. Als überkritischer Aggregatszustand wird ein thermodynamischer Zustand eines Stoffes bezeichnet, der eine höhere Temperatur und einen höheren Druck als der kritische Punkt aufweist. Der kritische Punkt bezeichnet den thermodynamischen Zustand, bei dem die Dichten von Gas und Flüssigkeit des Stoffes zusammenfallen, dieser also einphasig vorliegt. Während das eine Ende der Dampfdruckkurve in einem p-T-Diagramm durch den Tripelpunkt gekennzeichnet ist, stellt der kritische Punkt das andere Ende dar. Bei Wasserstoff liegt der kritische Punkt bei 33,18 K und 13,0 bar. Ein kryogener Druckbehälter ist insbesondere geeignet, den Brennstoff bei Temperaturen zu speichern, die deutlich unter der Betriebstemperatur (gemeint ist der Temperaturbereich der Fahrzeugumgebung, in dem das Fahrzeug betrieben werden soll) des Kraftfahrzeuges liegen, beispielsweise mind. 50 Kelvin, bevorzugt mindestens 100 Kelvin bzw. mindestens 150 Kelvin unterhalb der Betriebstemperatur des Kraftfahrzeuges (i.d.R. ca. –40°C bis ca. +85°C). Der Brennstoff kann beispielsweise Wasserstoff sein, der bei Speichertemperaturen von ca. 34 K bis 360 K im kryogenen Druckbehälter gespeichert wird. Der Druckbehälter kann in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden, das beispielsweise mit komprimiertem („Compressed Natural Gas“ = CNG) oder verflüssigtem (LNG) Erdgas betrieben wird. Der kryogene Druckbehälter kann insbesondere einen Innenbehälter umfassen, der ausgelegt ist für max. Betriebsdrücke (MOPs) bis ca. 350 barü (= Überdruck gegenüber dem Atmosphärendruck), bevorzugt bis ca. 500 barü, und besonders bevorzugt bis ca. 700 barü. Im Innenbehälter ist der Brennstoff gespeichert. Der Außenbehälter schließt den Druckbehälter bevorzugt nach außen hin ab. Bevorzugt umfasst der kryogene Druckbehälter ein Vakuum mit einem Absolutdruck im Bereich von 10–9 mbar bis 10–1 mbar, ferner bevorzugt von 10–7 mbar bis 10–3 mbar und besonders bevorzugt von ca. 10–5 mbar, dass zumindest bereichsweise zwischen dem Innenbehälter und dem Außenbehälter in einem evakuierten (Zwischen)Raum bzw. Vakuum V angeordnet ist. Die Speicherung bei Temperaturen (knapp) oberhalb des kritischen Punktes hat gegenüber der Speicherung bei Temperaturen unterhalb des kritischen Punktes den Vorteil, dass das Speichermedium einphasig vorliegt. Es gibt also beispielsweise keine Grenzfläche zwischen flüssig und gasförmig.
  • Der Druckbehälter umfasst einen Schichtaufbau bzw. Lagenaufbau (nachstehend wird der Begriff „Schichtaufbau“ verwendet), der die Behälterwandung zumindest bereichsweise mit ausbildet. Der Schichtaufbau umfasst mindestens eine faserverstärkte Schicht. Ferner kann der Schichtenaufbau weitere Schichten bzw. Lagen umfassen, von den einige Schichten bzw. Lagen hier erläutert sind.
  • Der Druckbehälter kann einen Liner umfassen, auf den der Schichtaufbau aufliegt. Der Liner ist der Hohlkörper, in dem der Brennstoff gespeichert ist. Der Liner kann beispielsweise aus Aluminium oder Stahl oder aus deren Legierungen hergestellt sein. Ferner bevorzugt kann der Liner aus einem Kunststoff hergestellt sein. Es kann aber auch ein linerloser Druckbehälter vorgesehen sein. Dann liegt der Schichtaufbau nicht auf einem Liner auf und nur der Schichtaufbau bildet zumindest bereichsweise die Behälterwandung aus.
  • Der Druckbehälter bzw. der Schichtaufbau umfasst mindestens eine faserverstärkte Schicht. Die faserverstärkte Schicht kann einen Liner zumindest bereichsweise umgeben, sofern ein Liner vorgesehen ist. Die faserverstärkte Schicht wird oft auch als Laminat bzw. Ummantelung oder Armierung bezeichnet. Nachstehend wird meistens der Begriff „faserverstärkte Schicht“ verwendet. Als faserverstärkte Schicht kommen i.d.R. faserverstärkte Kunststoffe (auch FVK bzw. FKV abgekürzt) zum Einsatz, bspw. kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK) und/oder glasfaserverstärkte Kunststoffe (GFK). Die faserverstärkte Schicht umfasst zweckmäßig in einer Kunststoffmatrix eingebettete Verstärkungsfasern. Insbesondere Matrixmaterial, Art und Anteil an Verstärkungsfasern sowie deren Orientierung können variiert werden, damit sich die gewünschten mechanischen und/oder chemischen Eigenschaften einstellen. Bevorzugt werden Endlosfasern als Verstärkungsfasern eingesetzt, die durch Wickeln und/oder Flechten aufgebracht werden können. Die faserverstärkte Schicht weist i.d.R. Kreuz- und Umfangslagen auf. Um axiale Spannungen zu kompensieren, werden über die gesamte Wickelkernoberfläche Kreuzlagen gewickelt bzw. geflochten. In dem zylindrischen Mantelbereich befinden sich i.d.R., zusätzlich zu den Kreuzlagen, die sogenannten Umfangslagen, die für eine Verstärkung in Umfangsrichtung sorgen. Die Umfangslagen verlaufen in Umfangsrichtung U des Druckbehälters und sind in einem Winkel von nahe 90° zur Druckbehälterlängsachse A-A orientiert.
  • Erfindungsgemäß ist im Schichtaufbau ein Detektionsstoff eingelagert bzw. eingeschlossen. Der Detektionsstoff kann beispielsweise in der faserverstärkten Schicht eingelagert sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Detektionsstoff zumindest bereichsweise zwischen der faserverstärkten Schicht und einer hier offenbarten Deckschicht angeordnet sein. Dazu kann der Detektionsstoff in einer Trägerschicht eingelagert sein, beispielsweise durch Mikroverkapselung und/oder chemischer Bindung. Ebenso kann der Detektionsstoff selbst eine Schicht ausbilden, die zwischen der Deckschicht und der faserverstärkten Schicht angeordnet ist.
  • Der Detektionsstoff und der Schichtaufbau sind so ausgebildet, dass aus dem Schichtaufbau mehr Detektionsstoff entweicht, wenn eine Beschädigung des Schichtaufbaus vorliegt. Der Detektionsstoff und die faserverstärkte Schicht können so ausgebildet sein, dass aus der faserverstärkten Schicht mehr Detektionsstoff entweicht, wenn eine Beschädigung der faserverstärkten Schicht vorliegt. Alternativ oder zusätzlich können der Detektionsstoff und die Deckschicht so ausgebildet sein, dass aus dem Schichtaufbau mehr Detektionsstoff entweicht, wenn eine Beschädigung der Deckschicht vorliegt.
  • Eine Beschädigung ist dabei jede Abweichung des Schichtaufbaus, insbesondere der faserverstärkten Schicht und/oder der Deckschicht, die eine nicht tolerierbare Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften des Druckbehälters mit sich bringt. Insbesondere ist die Beschädigung eine mechanische Schädigung der Faser-Matrix-Struktur oder der Deckschicht, beispielsweise Risse, Mikrorisse, Abrasionen, chemischen Angriffe, etc. Bevorzugt entweicht aus einem unbeschädigten Druckbehälter kein bzw. tolerierbar wenig Detektionsstoff, der somit von einer Person und/oder von einer Sensoreinrichtung nicht wahrgenommen wird und/oder unterhalb von einem Auslösegrenzwert liegt. Tolerierbar geringe Massenströme können beispielsweise durch Diffusion bzw. Permeation entweichender Detektionsstoff sein. Ferner bevorzugt entweicht aus einer beschädigten Schicht der Detektionsstoff in einer Menge, die von einer Person wahrgenommen werden kann und/oder oberhalb von einem Auslösegrenzwert liegt. Eine Beschädigung umfasst nicht die komplette Zerstörung des Druckbehälters durch ein Berstereignis, bei dem die komplette Druckbehälterwandung inklusive Liner birst.
  • Einlagern bedeutet in diesem Zusammenhang, dass der Detektionsstoff in der faserverstärkten Schicht und/oder einer anderen Schicht innerhalb des Schichtaufbaus gehalten ist. Bevorzugt ist der Detektionsstoff in der faserverstärkten Schicht mikroverkapselt.
  • Der Detektionsstoff ist besonders bevorzugt als Flüssigkeit und/oder Feststoff in der faserverstärkten Schicht und/oder in einer anderen Schicht des Schichtaufbaus eingelagert. Vorteilhaft kann so eine hohe Dichte des Detektionsstoffes erzielt werden. Dadurch liegt der Detektionsstoff vorteilhaft in einer ausreichenden Menge vor, ohne einen größeren Volumenanteil in der faserverstärkten Schicht zu beanspruchen.
  • Bevorzugt ist der Detektionsstoff ein Stoff, der über den gesamten Bereich der Betriebstemperatur des Kraftfahrzeuges und/oder über den gesamten Bereich der Speichertemperatur des Druckbehälters, einen höheren Dampfdruck aufweist als der Atmosphärendruck. Bevorzugt beträgt das Verhältnis „Dampfdruck Detektionsstoff:Atmosphärendruck“ mindestens 3:1, bevorzugt mindestens 5:1 oder 10:1. Somit kann vergleichsweise viel Detektionsmaterial entweichen. Insbesondere weist der Detektionsstoff beispielsweise eine Verdunstungszahl auf, die weniger als 35, und bevorzugt weniger als 10 beträgt, wobei die Verdunstungszahl nach DIN 53170:2009 bestimmt ist. Der Detektionsstoff ist bevorzugt leichtflüchtig und kann sich deshalb nach Freisetzung leicht in der Umgebungsluft verteilen. Beispielsweise kann der Detektionsstoff im Bereich der Betriebstemperatur des Kraftfahrzeuges und/oder im Bereich der Speichertemperatur bei Atmosphärendruck als ein gasförmiges Medium vorliegen.
  • Bevorzugt ist der Detektionsstoff ein Geruchsstoff, der bereits in geringen Konzentrationen wahrnehmbar ist und einen charakteristischen Geruch besitzt. Beispielsweise kann der Detektionsstoff ein Stoff sein, dessen Geruchswert beim Menschen und/oder dessen Geruchsschwelle beim Menschen in Luft unterhalb von 1 ppm, bevorzugt unter 0,1ppm und besonders bevorzugt unter 0,01 ppm liegt. Die Geruchsschwelle bzw. der Geruchsschwellenwert ist die minimale Konzentration eines Stoffes, die gerade noch mit dem menschlichen Geruchssinn wahrnehmbar ist. Die Stoffe oder Moleküle haben sehr unterschiedliche Schwellenwerte. Der Geruchswert hingegen gibt an, ob eine Substanz oder ein Gemisch geruchlich deutlich wahrgenommen werden kann. Beispielhaft seien hier lediglich Schwefelwasserstoff, Propionsäure und Buttersäure genannt. Bevorzugt werden unangenehm riechende Detektionsstoffe verwendet, die evolutionsbedingt als alarmierend und warnend wahrgenommen werden.
  • Es könnten aber auch andere Gase eingesetzt werden, die beispielsweise mittels einer Sensoreinrichtung erfasst werden können. Dabei könnte entweder nur das Vorhandensein detektiert werden oder aber die Konzentration bzw. Menge als Auslösegrenzwert ermittelt werden. Oberhalb des Auslösegrenzwertes kann dann ein Steuergerät bewirken, dass ein Warnsignal ausgegeben wird und/oder bei Abwesenheit des Fahrzeugführers über eine entsprechende telemetrische Vorrichtung (WLAN, GSM, etc.) ein Warnsignal an den Fahrzeugführer und/oder an Dritte (z.B. Notrufzentrale) weiter übermittelt wird.
  • Der hier offenbarte Druckbehälter kann zumindest bereichsweise eine Deckschicht aufweisen, die die faserverstärkte Schicht zumindest bereichsweise direkt oder indirekt bedeckt. Die Deckschicht kann beispielsweise vor mechanischen, thermischen und/oder chemischen Einwirkungen schützen.
  • Die Deckschicht und der Detektionsstoff können so ausgebildet sein, dass der Detektionsstoff durch die Deckschicht hindurch zur Umgebung gelangt. Mit anderen Worten wird also im Falle einer Beschädigung der faserverstärkten Schicht der Detektionsstoff nicht durch die Deckschicht behindert. Die Deckschicht kann beispielsweise entsprechend große und offene Poren aufweisen. Die Deckschicht kann ferner ausgebildet sein, mit dem bei einer Beschädigung aus der faserverstärkten Schicht heraustretenden Detektionsstoff chemisch zu reagieren. Bevorzugt kann die Deckschicht auch detektionsstoffdicht ausgebildet sein. Dann kann bei einer intakten Deckschicht kein oder nur vernachlässigbar wenig Detektionsstoff in die Umgebung gelangen.
  • Die Deckschicht kann so ausgeprägt sein, dass sie nicht oder nur im vernachlässigbaren Umfang zur Drucktragfähigkeit des Druckbehälters beiträgt. Ferner kann vorgesehen sein, dass die Deckschicht eine geringere Bruchdehnung als die faserverstärkte Schicht aufweist. Insbesondere kann die Deckschicht ausgebildet sein, dass bei einer Beschädigung von außen der Detektionsstoff freigesetzt wird, bevor eine Beschädigung der faserverstärkte Schicht eintritt.
  • Ferner kann der Druckbehälter mindestens eine Transportschicht umfassen. Die Transportschicht kann ausgebildet sein, aus dem Liner und/oder aus der faserverstärkten Schicht austretende Gase zu transportieren, insbesondere in einer Richtung senkrecht zur radialen Richtung, insbesondere in Richtung der Druckbehälterlängsachse A-A. Diffundiert Brennstoff, z.B. Wasserstoff, durch den Liner und/oder kommt es zur Ausgasung in der Kunststoffmaterialschicht, so können sich diese Gase in der Transportschicht ansammeln. Somit steigt allmählich der Gasdruck des angesammelten Gases in der Transportschicht und das Gas verteilt sich weiter innerhalb der Transportschicht. Dringt beispielsweise Detektionsstoff aufgrund einer Druckbehälterbeschädigung in diese Transportschicht, so kann der Detektionsstoff auch innerhalb dieser Transportschicht sich weiter ausbreiten. Die Transportschicht kann beispielsweise Mikrokanäle oder Mikrospalte ausbilden, so dass die Gasbestandteile nach Außen abgeleitet werden können. Vorteilhaft können somit neben an einer Deckschicht angrenzenden Beschädigungen auch Beschädigungen der faserverstärkten Schicht detektiert werden, die benachbart zur innenliegenden Oberfläche der faserverstärkten Schicht entstanden sind. Dazu ist die mindestens eine Transportschicht zwischen der faserverstärkten Schicht und dem Liner angeordnet.
  • Ferner kann eine Deckschicht in einem kryogenen Druckbehälter als gasdichte Sperrschicht ausgebildet sein oder eine solche Sperrschicht umgeben, wie es beispielsweise in den auf die Anmelderin zurückgehenden deutschen Patentanmeldungen DE 10 2015 213563.2 und DE 10 2015 223263.8 offenbart ist. Die Sperrschicht kann verhindern, dass diese Gase in radialer Richtung weiter nach außen zum evakuierten Raum des kryogenen Druckbehälters diffundieren. Der Inhalt der DE 102015213563.2 bezüglich der dort gezeigten 2 wird hiermit durch Verweis mit in diese Patentanmeldung mit aufgenommen. Ebenso wird der Inhalt der DE 10 2015 223263.8 bezüglich der Anordnung der Schichten und insbesondere der Transportschicht hiermit durch Verweis mit in diese Patentanmeldung mit aufgenommen. In einer Ausgestaltung kann beispielsweise eine Transportschicht zwischen der Sperrschicht und dem faserverstärkten Laminat ausgebildet sein. Die Transportschicht kann zweckmäßig mit einer Ablassleitung fluidverbunden sein. Die Ablassleitung kann die Transportschicht mit dem Äußeren des kryogenen Druckbehälters verbinden. Die Transportschicht kann insbesondere derart gasdurchlässig ausgebildet sein, dass die aus der Kunststoffschicht austretenden Gase zur Ablassleitung gelangen können.
  • Die faserverstärkte Schicht kann eine Schichtdicke D aufweisen. Der Detektionsstoff kann bevorzugt nur in den Bereichen zumindest bereichsweise eingelagert sein, die unmittelbar benachbart zu einer Oberfläche bzw. Grenzfläche der faserverstärkten Schicht angeordnet sind. Bevorzugt ist der Detektionsstoff nur innerhalb einer oberflächennahen bzw. an die Oberfläche angrenzenden Teilschichtdicke l vorgesehen, die an der inneren und/oder äußeren Oberfläche der faserverstärkten Schicht beginnt, und die max. 20%, bevorzugt max. 10% in die (Gesamt)schichtdicke D der faserverstärkten Schicht eindringt. Somit wird die faserverstärkte Schicht nur in den Bereichen durch den Detektionsstoff geschwächt, in denen der Detektionsstoff tatsächlich im Falle einer Beschädigung austreten kann und/oder in denen auch im Betrieb die höchsten mechanischen Belastungen auftreten.
  • Das hier offenbarte Druckbehältersystem umfasst mindestens einen Druckbehälter und mindestens einen Sensor, der ausgebildet ist, den Detektionsstoff zu detektieren.
  • Die hier offenbarte Technologie betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Druckbehälters, insbesondere eines Druckbehälters wie er hier offenbart ist. Das Verfahren umfassend den Schritt: Einlagern von Detektionsstoff in einer faserverstärkten Schicht. Das Verfahren umfasst bevorzugt weitere Merkmale, die hier in Zusammenhang mit dem hier offenbarten Druckbehälter bzw. Druckbehältersystem offenbart sind.
  • Mit der hier offenbarten Technologie ist es vorteilhaft möglich, Beschädigungen an schlecht zugänglichen Stellen auch im verbauten Zustand des Druckbehälters zu erkennen. Sofern Geruchsstoffe eingesetzt werden, kann diese Beschädigung ohne weitere technische Sensorik ausfallsicher erfasst werden. Wird ein technischer Sensor eingesetzt, kann eine zusätzliche Ferndiagnose vorgesehen sein. Insgesamt kann ein geringerer Wartungsaufwand ermöglicht werden. Ferner kann bevorzugt insgesamt die Fahrzeugsicherheit gesteigert werden.
  • Die hier offenbarte Technologie wird nun anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Querschnittsansicht eines Druckbehälters 10;
  • 1a eine vergrößerte Detailansicht B der 1;
  • 1b eine weitere vergrößerte Detailansicht B der 1;
  • 2 eine schematische Querschnittsansicht eines kryogenen Druckbehälters 40; und
  • 2a eine vergrößerte Detailansicht A der 2.
  • Die 1 zeigt schematisch einen Druckbehälter 10 in einer Querschnittsansicht. Der Druckbehälter 10 umfasst den Liner 12 und den Schichtaufbau 11, der den Liner 12 umgibt und diesen verstärkt. Der Liner 12 stellt das Innenvolumen I zur Speicherung von Brennstoff bereit. Der Druckbehälter 10 weist einen Mantelbereich M und Polkappenbereiche P1, P2 auf. Am Ende 142 des Druckbehälters 10 ist ein Auslass 170 vorgesehen, der hier nicht näher beschrieben wird.
  • Die 1a zeigt eine vergrößerte Detailansicht B der 1. In der faserverstärkten Schicht 14 ist hier der Detektionsstoff 15 eingelagert. Der Detektionsstoff 15 ist hier nur in einer Teilschichtdicke d der Gesamtschichtdicke D der faserverstärkten Schicht 14 vorgesehen. Die Teilschichtdicke d ist hier jeweils unmittelbar angrenzend zu den Oberflächen ausgebildet, die an den Liner 12 und an einer Deckschicht 18 angrenzen. Die Deckschicht 18 ist hier eine thermische bzw. mechanische Schutzschicht.
  • Zwischen der faserverstärkten Schicht 14 und dem Liner 12 ist hier eine Transportschicht 17 angeordnet. Die Transportschicht 17 ist ausgebildet, den Detektionsstoff 15 aus dem Mantelbereich entlang der Lineroberfläche zu den Polkappen P1, P2 zu transportieren, wo er dann entweichen kann (hier nicht gezeigt). Somit lässt sich gegebenenfalls auch ein Faserbruch detektieren, der sich benachbart zum Liner 12 ereignet, der ohne Transportschicht 17 evtl. nicht erfassbar wäre.
  • Die 1b zeigt eine weitere Ausgestaltung der hier offenbarten Technologie. Nachstehend werden nur die Unterschiede zur 1a erläutert. In der 1b ist zusätzlich zur Einlagerung von Detektionsstoff in die faserverstärkte Schicht 14 noch eine Trägerschicht 19 vorgesehen. In dieser Schicht kann der Detektionsstoff 15, beispielsweise Schwefelwasserstoff, vorteilhaft mit einer höheren Packungsdichte eingelagert sein. Somit kann mehr Detektionsstoff 15 zur Detektion verfügbar sein. Damit der Detektionsstoff 15 hier nicht zu schnell entweichen kann, ist in diesem Beispiel die Deckschicht 18 für den Detektionsstoff 15 nicht durchlässig. Ferner kann hier eine Deckschicht 18 vorgesehen sein, an der schneller eine Beschädigung eintritt als in der faserverstärkten Schicht 14. Beispielsweise kann diese Deckschicht 18 eine geringere Bruchdehnung als die faserverstärkte Schicht 14 aufweisen. Darüber hinaus werden sämtlichen mechanischen Einwirkungen von außen zuerst auf die Deckschicht 18 wirken, bevor die faserverstärkte Schicht 14 beeinflusst werden kann.
  • In diesem Beispiel ist in beiden Schichten 14, 19 Detektionsstoff 15 eingelagert. Dies muss aber nicht so sein. Beispielsweise reicht es aus, dass nur in der Trägerschicht 19 oder in der faserverstärkten Schicht 14 Detektionsstoff eingelagert ist. Auch kann hier vorgesehen sein, dass der Detektionsstoff 15 aus einer intakten faserverstärkten Schicht 14 entweichen kann, wenn beispielsweise die Deckschicht 18 beschädigt ist.
  • In der 2 ist ein kryogener Druckbehälter 40 gezeigt, der hier über zwei Aufhängungen 50 an der Fahrzeugkarosserie (nicht gezeigt) befestigt ist. Der Druckbehälter 40 umfasst einen Innenbehälter 10 und einen Außenbehälter 30. Der Innenbehälter 10 ist im Inneren des Außenbehälters 30 angeordnet. Zwischen dem Innenbehälter 10 und dem Außenbehälter 30 ist ein evakuierter Raum V angeordnet. Der Innenbehälter 10 ist an seinen beiden Enden mit dem Außenbehälter 30 verbunden.
  • 2a zeigt vergrößert den Aufbau des Innenbehälters 10. Die Sperrschicht 16 ist zwischen der faserverstärkten Schicht 14 und der Deckschicht 18 angeordnet. Die Deckschicht 18 kann auch entfallen bzw. die Funktionen der Sperrschicht 16 und der Deckschicht 18 in einer Schicht vereinigt werden. Die Sperrschicht 16 umgibt hier die faserverstärkte Schicht 14 vollständig und dichtend. Es kann auch vorgesehen sein, das lediglich ein Teil, beispielsweise der Zylinderbereich des Liners 12, mit der faserverstärkten Schicht 14 umgeben ist. Dann würde es ausreichen, wenn auch nur dieser Bereich von der Sperrschicht 16 umgeben ist. Die faserverstärkte Schicht 14 umgibt den Liner 12, der hier als Metall-Liner 12 ausgebildet ist. Die Sperrschicht 16 verhindert, dass etwaige Einschlüsse oder lokal vorhandene Bestandteile mit ungünstiger Dampfdruckkurve, die in der faserverstärkten Schicht 14 vorhanden sind, in den evakuierten Raum V gelangen. Ebenso wird der Detektionsstoff 15 davon abgehalten, in das Vakuum einzudringen. Zwischen der faserverstärkten Schicht 14 und der Sperrschicht 16 ist hier die Transportschicht 17 angeordnet. Etwaiges Gas, beispielsweise Brenngas, zuvor in der faserverstärkten Schicht 14 eingelagertes Gas oder der entwichene Detektionsstoff, das bzw. der in die Transportschicht 17 eindringt, kann innerhalb dieser Schicht 17 weiter transportiert werden. Die Transportschicht 17 ist fluidverbunden mit einer Ablassleitung 60 (vgl. 2). Die Ablassleitung 60 ist an einem Ende des Innenbehälters 10 vorgesehen. Durch die Ablassleitung 60 können die in der Transportschicht 17 angesammelten Gase zweckmäßig aus dem kryogenen Druckbehälter 40 entweichen.
  • In der 1 und der 2 ist zur besseren Übersichtlichkeit der Aufbau der Druckbehälterwandung, so wie er in den 1a, 1b und der 2a gezeigt ist, weggelassen worden.
  • Die vorhergehende Beschreibung der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihrer Äquivalente zu verlassen. Beispielsweise ist es nicht erforderlich, dass der Druckbehälter 10 der 1a, 1b oder der 2a eine Deckschicht 18 und/oder eine Transportschicht 17 aufweist. Im Falle der 2a könnte ebenso anstatt oder zusätzlich zur Transportschicht 17 ein Aufbau realisiert sein, wie er in der 2 der DE 102015213563.2 gezeigt ist. Ebenso könnte in den 1a und 1b auch der Detektionsstoff 15 gleichmäßig verteilt sein, wie es in der 2a gezeigt ist. Ferner könnte der Schichtaufbau gemäß der 1b auch auf einen kryogenen Druckbehälter angewendet werden, insbesondere wenn außen noch eine Sperrschicht zum Vakuum vorgesehen ist. Beispielsweise können die faserverstärkte Schicht 14 und die Deckschicht 18 im Wickelverfahren aufgebracht worden sein. Aber auch andere Herstellungsverfahren sind denkbar.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Innenbehälter
    11
    Schichtaufbau
    14
    faserverstärkte Schicht
    15
    Detektionsstoff
    16
    Sperrschicht
    17
    Transportschicht
    18
    Deckschicht
    19
    Trägerschicht
    60
    Ablassleitung
    30
    Außenbehälter
    40
    Druckbehälter
    V
    evakuierter Raum
    D
    Schichtdicke
    M
    Mantelbereich
    P1, P2
    Polkappenbereich
    d
    Teilschichtdicke
  • 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
    • DE 102015213563 [0022, 0022, 0041]
    • DE 102015223263 [0022, 0022]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • DIN 53170:2009 [0015]

Claims (12)

  1. Druckbehälter zur Speicherung von Brennstoff in einem Kraftfahrzeug, umfassend einen die Behälterwandung zumindest bereichsweise mit ausbildenden Schichtaufbau (11), wobei der Schichtaufbau (11) mindestens eine faserverstärkte Schicht (14) aufweist, wobei im Schichtaufbau (11) ein Detektionsstoff (15) eingelagert ist, wobei der Detektionsstoff (15) und der Schichtaufbau (11) so ausgebildet sind, dass aus dem Schichtaufbau (11) mehr Detektionsstoff (15) entweicht, wenn eine Beschädigung des Schichtaufbaus (11) vorliegt.
  2. Druckbehälter nach Anspruch 1, wobei der Detektionsstoff (15) in der faserverstärkten Schicht (14) eingelagert ist.
  3. Druckbehälter nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Detektionsstoff (15) als Flüssigkeit und/oder Feststoff im Schichtaufbau (11) eingelagert ist.
  4. Druckbehälter nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Detektionsstoff (15) ein Geruchsstoff ist.
  5. Druckbehälter nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Detektionsstoff (15) ausgebildet ist, bei einer Beschädigung, bei Kontakt mit der Umgebungsluft und/oder bei Kontakt mit dem Brennstoff einen Geruchsstoff freizugeben und/oder sich in einen Geruchsstoff zu wandeln.
  6. Druckbehälter nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die faserverstärkte Schicht (14) eine Schichtdicke (D) aufweist, und wobei der Detektionsstoff (15) nur in den Bereichen zumindest bereichsweise eingelagert ist, die unmittelbar benachbart zu einer Oberfläche und/oder Grenzfläche der faserverstärkten Schicht (14) angeordnet sind.
  7. Druckbehälter nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner umfassend mindestens eine Transportschicht (17), wobei die Transportschicht ausgebildet ist, aus den Liner (12) und/oder aus der faserverstärkten Schicht (14) austretende Gase zu transportieren.
  8. Druckbehälter nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei eine Deckschicht (18) die faserverstärkte Schicht (14) zumindest bereichsweise direkt oder indirekt bedeckt, und wobei die Deckschicht (18) und der Detektionsstoff (15) derart ausgebildet sind, dass der Detektionsstoff (15) bei einer Beschädigung durch die Deckschicht (18) hindurch zur Umgebung gelangt und/oder mit der Deckschicht (18) chemisch reagiert.
  9. Druckbehälter nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 7, wobei eine Deckschicht (18) die faserverstärkte Schicht (14) zumindest bereichsweise direkt oder indirekt bedeckt, und wobei zwischen der faserverstärkten Schicht (14) und der Deckschicht (18) der Detektionsstoff (15) angeordnet ist.
  10. Druckbehälter nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 7 oder 9, wobei die Deckschicht (18) eine geringere Bruchdehnung aufweist als die faserverstärkte Schicht (14).
  11. Druckbehältersystem, umfassend einen Druckbehälter nach einem der vorherigen Ansprüche und mindestens einen Sensor, wobei der Sensor ausgebildet ist, den Detektionsstoff (15) zu detektieren.
  12. Verfahren zur Herstellung eines Druckbehälters, umfassend den Schritt: – Einlagern von Detektionsstoff (15) in einem die Behälterwandung zumindest bereichsweise ausbildenden Schichtaufbau (11).
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