DE102016208005B3 - Pressure vessel with outgassing channels and manufacturing process - Google Patents

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Abstract

Die hier offenbarte Technologie betrifft einen Druckbehälter 100 zur Speicherung von Brennstoff für ein Kraftfahrzeug sowie ein Herstellungsverfahren. Der Druckbehälter umfasst mindestens eine faserverstärkte Schicht 120, die ein Brennstoffspeichervolumen umgibt. Die faserverstärkte Schicht 120 weist eine radial außen angeordnete Außenoberfläche 122 und eine radial weiter innen angeordnete Innenoberfläche 124 auf. In der faserverstärkten Schicht 120 sind mehrere Ausgasungskanäle 126 vorgesehen. Die Ausgasungskanäle 126 sind ausgebildet, Brennstoff aus dem Inneren der faserverstärkten Schicht zur Außenoberfläche 122 zu befördern. Die Ausgasungskanäle beginnen beabstandet von der Innenoberfläche der faserverstärkten Schicht 120 und erstrecken sich zur Außenoberfläche 122 hin.The technology disclosed herein relates to a pressure vessel 100 for storing fuel for a motor vehicle and a manufacturing method. The pressure vessel includes at least one fiber reinforced layer 120 surrounding a fuel storage volume. The fiber-reinforced layer 120 has a radially outer outer surface 122 and a radially inner surface 124 arranged inside. In the fiber reinforced layer 120, a plurality of outgassing channels 126 are provided. The outgassing channels 126 are configured to convey fuel from within the fiber reinforced layer to the outer surface 122. The outgassing channels begin at a distance from the inner surface of the fiber reinforced layer 120 and extend toward the outer surface 122.

Description

Die hier offenbarte Technologie betrifft einen Druckbehälter zur Speicherung von Brennstoff für ein Kraftfahrzeug. Solche Behälter sind aus dem Stand der Technik bekannt. Insbesondere handelt es sich um einen Druckbehälter mit Ausgasungskanälen in der faserverstärkten Schicht. Ferner betrifft die hier offenbarte Technologie ein Herstellungsverfahren eines solchen Druckbehälters. The technology disclosed herein relates to a pressure vessel for storing fuel for a motor vehicle. Such containers are known in the art. In particular, it is a pressure vessel with Ausgasungskanälen in the fiber reinforced layer. Further, the technology disclosed herein relates to a manufacturing method of such a pressure vessel.

Vorbekannte Druckbehälter umfassen einen Liner sowie eine den Liner umgebende faserverstärkte Schicht. Um eine möglichst effiziente Bauraum-Ausnutzung zu erzielen, sind die Liner-Wandstärken nicht beliebig dick gestaltet. Deshalb ist das langsame Durchwandern der Linerwand durch geringe Mengen an Wasserstoff über die Zeit unvermeidlich und bis zu einer bestimmten Obergrenze auch in den gesetzlichen Regelungen akzeptiert. Durch die Barriere-Wirkung der sich außen anschließenden faserverstärkten Schicht kann es nun wiederum zu Ansammlung von Wasserstoff zwischen dem Liner und der faserverstärkten Schicht kommen. Diese Ansammlungen können bei hohen Tankdrücken ihrerseits hohe Drücke erreichen. Bei einer Druckminderung im Liner (z. B. durch rasche Wasserstoffentnahme) können die Ansammlungen expandieren und zu einem Beulen des Liners führen. Prior art pressure vessels include a liner and a fiber reinforced layer surrounding the liner. In order to achieve the most efficient use of space, the liner wall thicknesses are not designed arbitrarily thick. Therefore slow migration of the liner wall through small amounts of hydrogen over time is unavoidable and up to a certain upper limit also accepted in the legal regulations. The barrier effect of the externally adjoining fiber-reinforced layer can now again lead to accumulation of hydrogen between the liner and the fiber-reinforced layer. These accumulations can in turn reach high pressures at high tank pressures. If the liner is depressurized (eg, by rapid removal of hydrogen), the accumulations may expand and cause the liner to buckle.

Aus dem Stand der Technik sind Breather Layers bekannt, die zwischen Liner und faserverstärkten Schicht angeordnet sind. Diese Breather Layers sollen bewirken, dass die Wasserstoff-Sammlungen in Richtung der Bosse strömen. In der Praxis erfolgt dieses Abführen von Wasserstoff bei hohen Drücken nur im geringen Maße. Breather layers are known from the prior art, which are arranged between liner and fiber-reinforced layer. These breather layers are meant to cause the hydrogen collections to flow towards the bosses. In practice, this removal of hydrogen at high pressures takes place only to a small extent.

Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2008 053 244 A1 geht ein Druckbehälter hervor, der einen Liner zur Aufnahme des gasförmigen Wasserstoffs aufweist. Den Liner umgibt eine Bewicklung, die dem Druckbehälter seine Formstabilität verleiht. Die Bewicklung des Druckbehälters ist zumindest teilweise derart gasdurchlässig ausgebildet, dass den Liner durchdringende Gase kontinuierlich durch die Bewicklung aus dem Druckbehälter entweichen können. Es soll somit vermieden werden, dass sich zwischen dem Liner und der Bewicklung Wasserstoff ansammelt, der aufgrund von hohen Drücken im Druckbehälter nach einer raschen Entnahme des Wasserstoffs zu einem Beulen des Liners führen könnte. From the publication DE 10 2008 053 244 A1 goes out a pressure vessel, which has a liner for receiving the gaseous hydrogen. The liner surrounds a winding that gives the pressure vessel its dimensional stability. The winding of the pressure vessel is at least partially gas-permeable in such a way that the gases penetrating the liner can escape continuously through the winding from the pressure vessel. It should thus be avoided that accumulates hydrogen between the liner and the winding, which could lead to buckling of the liner due to high pressures in the pressure vessel after a rapid removal of hydrogen.

Nachteilig an dem Druckbehälter gemäß der DE 10 2008 053 244 A1 ist, dass etwaige Verschmutzungen in die dort offenbarten Löcher eindringen könnte. Dringt beispielsweise Wasser in diese Löcher ein, so kann es durch Eisbildung zum Aufbrechen der Bewicklung kommen. Ferner kann es zur „Extrusion“ kommen. Als Extrusion wird dabei der Effekt bezeichnet, dass das Kunststoffmaterial des Liners durch den hohen Behälterdruck über längere Dauer „fließt“ und versucht, sich seiner Umgebung anzupassen. Da die formstabile Umhüllung des Liners durch die faserverstärkte Schicht bei den in DE 10 2008 053 244 A1 offenbarten Löchern unterbrochen ist, kommt es zu einem Fließen des Linermaterials in die Löcher der Bewicklung. Dies kann sowohl die Funktion des Liners als auch der Faserverbundarmierung jeweils negativ beeinflussen. Die Sicherheit des Druckbehälters ist dadurch insbesondere nicht über die gesamte Lebensdauer gegeben. A disadvantage of the pressure vessel according to the DE 10 2008 053 244 A1 is that any dirt could penetrate into the holes revealed there. If, for example, water penetrates into these holes, ice formation can break up the winding. Furthermore, it can come to "extrusion". Extrusion is the effect that the plastic material of the liner "flows" through the high container pressure over a longer period of time and tries to adapt to its environment. Since the dimensionally stable envelope of the liner through the fiber reinforced layer at the in DE 10 2008 053 244 A1 revealed holes is interrupted, there is a flow of the liner material in the holes of the winding. This can adversely affect both the function of the liner and the Faserverbundarmierung. The safety of the pressure vessel is characterized in particular not given over the entire life.

Es ist eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie, die Nachteile der vorbekannten Lösungen zu verringern oder zu beheben. Insbesondere ist es eine Aufgabe der hier gezeigten Technologie, ein witterungsbeständiges Druckbehältersystem bereitzustellen, das aus dem Behälterinneren diffundierte Brenngase sicher abtransportiert. Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand der Patentansprüche 1 und 6. Die abhängigen Ansprüche stellen bevorzugte Ausgestaltungen dar. It is a preferred object of the technology disclosed herein to reduce or eliminate the disadvantages of the prior art solutions. In particular, it is an object of the technology shown here to provide a weather-resistant pressure vessel system that reliably removes fuel gases that have diffused out of the container interior. The object is solved by the subject matter of patent claims 1 and 6. The dependent claims represent preferred embodiments.

Die hier offenbarte Technologie betrifft einen Druckbehälter zur Speicherung von unter Umgebungsbedingungen gasförmigen Brennstoff. Der Druckbehälter kann in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden, das beispielsweise mit komprimiertem („Compressed Natural Gas“ = CNG) oder verflüssigtem (LNG) Erdgas oder mit Wasserstoff betrieben wird. Der Druckbehälter kann beispielsweise ein kryogener Druckbehälter (CcH2) oder ein Hochdruckgasbehälter (CGH2) 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. 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). The technology disclosed herein relates to a pressure vessel for storing gaseous fuel under ambient conditions. The pressure vessel can be used in a motor vehicle, which is operated for example with compressed ("compressed natural gas" = CNG) or liquefied (LNG) natural gas or with hydrogen. The pressure vessel may be, for example, a cryogenic pressure vessel (CcH2) or a high-pressure gas vessel (CGH2). High pressure gas containers are designed to hold fuel (e.g., hydrogen) at ambient temperatures substantially at a max. Operating pressure (also called maximum operating pressure or MOP) of about 350 barü (= overpressure relative to the atmospheric pressure), further preferably of about 500 barü and more preferably of about 700 barü store. A cryogenic pressure vessel is particularly suitable for storing the fuel at temperatures significantly below the operating temperature (meaning the temperature range of the vehicle environment in which the vehicle is to be operated) of the motor vehicle, for example at least 50 Kelvin, preferably at least 100 Kelvin or At least 150 Kelvin below the operating temperature of the motor vehicle (usually about -40 ° C to about + 85 ° C).

Der hier offenbarte Druckbehälter kann ebenfalls einen Liner für den hier offenbarten Druckbehälter zur Speicherung von Brennstoff umfassen. Der Liner kann aus einem Metall, aus einer Metalllegierung oder aus mindestens einem Kunststoff hergestellt sein. Zweckmäßig verfügt beispielsweise ein CcH2-Behälter über einen Liner aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung, während für einen CGH2-Behälter häufig Kunststoff-Liner verwendet werden. Im Liner wird der Brennstoff gespeichert und der Liner ist i.d.R. für die Dichtheit des Druckbehälters zuständig. Falls beispielsweise Wasserstoff gespeichert wird, ist der Liner i.d.R. ausgebildet, eine Wasserstoffpermeation zu vermeiden. Der Liner kann zudem als Wickel- und/oder Flechtkern dienen. Eine metallische Ausführung kann sowohl lasttragend, als auch, wie ein Polymer-Liner, nicht lasttragend ausgelegt sein. Üblicherweise wird die Linerkontur so dünn wie möglich gewählt, da die Festigkeit des Faserverbunds wesentlich höher ist und somit eine dünnere Gesamtwandstärke erreicht werden kann. Beispielsweise kann die max. Wandstärke des Liners weniger als 30 mm, bevorzugt weniger als 10 mm oder 5 mm betragen. Wie der Druckbehälter weist auch der Liner i.d.R. eine längliche, bevorzugt zylindrische Form mit i.d.R. gewölbten Endbereichen auf. Die Endbereiche und der dazwischen angeordnete i.d.R. zylindrische Umfangsbereich M sind insbesondere vorteilhaft einstückig geformt. In mindestens einer der Polkappen des Liners ist eine Öffnung vorgesehen. Es ist überdies möglich linerlose Druckbehälter mit der hier offenbarten Technologie auszubilden. The pressure vessel disclosed herein may also include a liner for the pressure vessel for storing fuel disclosed herein. The liner may be made of a metal, a metal alloy or at least one plastic. Suitably, for example, a CcH2 container has a liner of aluminum or of an aluminum alloy, while a CGH2 container often uses plastic liners. The fuel is stored in the liner and the liner is usually responsible for the tightness of the pressure vessel. For example, if hydrogen is stored, the liner is usually designed to avoid hydrogen permeation. The liner can also serve as a winding and / or braided core. A metallic design can be load-bearing as well as, like a polymer liner, not load-bearing. Usually, the liner contour is chosen to be as thin as possible, since the strength of the fiber composite is much higher and thus a thinner overall wall thickness can be achieved. For example, the max. Thickness of the liner less than 30 mm, preferably less than 10 mm or 5 mm. Like the pressure vessel, the liner usually has an elongated, preferably cylindrical shape with generally curved end regions. The end regions and the idR cylindrical circumferential region M arranged therebetween are in particular advantageously integrally formed. In at least one of the pole caps of the liner, an opening is provided. It is also possible to form linerless pressure vessels with the technology disclosed herein.

Der hier offenbarte Druckbehälter kann ferner eine Brennstoffdiffusionsschicht (=breather layer bzw. bleeder) umfassen, die zwischen dem Liner und der faserverstärkten Schicht angeordnet ist. Die Brennstoffdiffusionsschicht ist insbesondere geeignet, den Brennstoff in Umfangsrichtung und/oder in axialer Richtung (also nicht in radialer Richtung durch die nachstehend erläuterte faserverstärkten Schicht) zu transportieren. The pressure vessel disclosed herein may further comprise a fuel diffusion layer (= breather layer) disposed between the liner and the fiber reinforced layer. The fuel diffusion layer is particularly suitable for transporting the fuel in the circumferential direction and / or in the axial direction (ie not in the radial direction through the fiber-reinforced layer explained below).

Der Druckbehälter umfasst mindestens eine faserverstärkte Schicht, die ein Brennstoffspeichervolumen des Druckbehälters umgibt. Die faserverstärkte Schicht kann einen Liner zumindest bereichsweise bevorzugt vollständig umgeben. 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. The pressure vessel includes at least one fiber reinforced layer surrounding a fuel storage volume of the pressure vessel. The fiber-reinforced layer may preferably completely surround a liner at least in regions. The fiber reinforced layer is often referred to as a laminate or armor. Hereinafter, the term "fiber-reinforced layer" is usually used. As a fiber reinforced layer i.d.R. Fiber-reinforced plastics (also abbreviated to FVK or FKV), for example carbon fiber reinforced plastics (CFRP) and / or glass fiber reinforced plastics (GRP). The fiber-reinforced layer suitably comprises reinforcing fibers embedded in a plastic matrix. In particular, matrix material, type and proportion of reinforcing fibers and their orientation can be varied so that the desired mechanical and / or chemical properties are established. Preferably, continuous fibers are used as reinforcing fibers, which can be applied by winding and / or braiding.

Die faserverstärkte Schicht weist eine (radial) außen angeordnete Außenoberfläche und eine im Vergleich zur Außenoberfläche (radial) weiter innen (bzw. weiter zum Brennstoffspeichervolumen hin) angeordnete Innenoberfläche auf. In der faserverstärkten Schicht sind mehrere bzw. eine Vielzahl an Ausgasungskanäle vorgesehen. Sie dienen zur Ausgasung bzw. Entgasung des Druckbehälters. In der faserverstärkten Schicht bzw. zwischen der faserverstärkten Schicht und dem Liner angesammelter Brennstoff, der durch den Liner diffundiert ist, soll über diese Ausgasungskanäle in im Wesentlichen radialer Richtung abtransportiert werden. Vorteilhaft verlaufen daher die Ausgasungskanäle selbst im Wesentlichen (bevorzugt exakt) in radialer Richtung. Unwesentlich sind in diesem Zusammenhang beispielsweise Abweichungen, die sich aufgrund von Fertigungstoleranzen einstellen. Die Ausgasungskanäle sind also ausgebildet, diffundierten Brennstoff aus dem Inneren der faserverstärkten Schicht zur Außenoberfläche zu befördern. Die Ausgasungskanäle beginnen beabstandet von der Innenoberfläche und erstrecken sich bis zur Außenoberfläche hin und münden in dieser. The fiber-reinforced layer has an outer surface (radially) arranged outside and an inner surface arranged further inwards (or farther towards the fuel storage volume) compared to the outer surface (radially). In the fiber-reinforced layer, a plurality or a plurality of Ausgasungskanäle are provided. They serve for degassing or degassing of the pressure vessel. Fuel accumulated in the fiber-reinforced layer or between the fiber-reinforced layer and the liner, which has diffused through the liner, is to be transported away via these outgassing channels in a substantially radial direction. Advantageously, therefore, the outgassing channels themselves essentially (preferably exactly) run in the radial direction. For example, deviations that occur due to manufacturing tolerances are not essential in this context. The outgassing channels are thus designed to convey diffused fuel from the interior of the fiber-reinforced layer to the outer surface. The outgassing channels begin at a distance from the inner surface and extend to the outer surface and open into it.

Die Außenoberfläche der faserverstärkten Schicht selbst kann durch weitere Maßnahmen geschützt sein, wie beispielsweise einer Schutzfolie oder weiteren Funktionsschichten. Ferner kann es sich auch um einen Druckbehälter mit mehreren ineinander verschachtelten Teilvolumina handeln. Dann wäre der diffundierte Brennstoff weiterhin nutzbar. Ein solches System ist beispielsweise in der deutschen Patentanmeldung mit DE 10 2009 024 794 A1 offenbart, deren Inhalt bzgl. der mehreren Schalen hiermit per Verweis hier mit aufgenommen wird. Auch offenbart die deutschen Patentanmeldung DE 10 2016 204 073 einen mehrschaligen Druckbehälter. Der Inhalt dieser Schrift bzgl. der mehreren Schalen und bzgl. der Druckregelung wird hiermit per Verweis hier mit aufgenommen, jedoch muss in der äußersten Schale keine Flüssigkeit vorhanden sein. The outer surface of the fiber-reinforced layer itself may be protected by further measures, such as a protective film or other functional layers. Furthermore, it can also be a pressure vessel with several nested sub-volumes. Then the diffused fuel would continue to be usable. Such a system is for example in the German patent application with DE 10 2009 024 794 A1 disclosed, the contents of which. The multiple shells hereby incorporated by reference here. Also discloses the German patent application DE 10 2016 204 073 a multi-shell pressure vessel. The content of this document with respect to the multiple shells and with respect to the pressure control is hereby incorporated by reference here, but no liquid must be present in the outermost shell.

Die inneren Enden der Ausgasungskanäle weisen zur Innenoberfläche jeweils einen radialen Abstand auf. Im Bereich benachbart zum jeweiligen Ausgasungskanals beträgt das Verhältnis von radialen Abstand zur Gesamtdicke D der faserverstärkten Schicht bevorzugt ca. 0,05 bis ca. 0,5, bevorzugt ca. 0,1 bis ca. 0,25. Die inneren Enden sind dabei die Enden, die in der faserverstärkten Schicht vorgesehen sind. Die inneren Enden könnten auch als die dem Brennstoffspeichervolumen zugewandten Enden der Ausgasungskanäle bezeichnet werden. The inner ends of the Ausgasungskanäle each have a radial distance to the inner surface. In the region adjacent to the respective outgassing channel, the ratio of the radial distance to the total thickness D of the fiber-reinforced layer is preferably about 0.05 to about 0.5, preferably about 0.1 to about 0.25. The inner ends are the ends, which are provided in the fiber-reinforced layer. The inner ends could also be referred to as the ends of the outgassing channels facing the fuel storage volume.

Der seitliche bzw. laterale Abstand b zwischen zwei unmittelbar benachbarten Ausgasungskanälen kann geringer sein als die Gesamtdicke D der faserverstärkten Schicht im Bereich der unmittelbar benachbarten Ausgasungskanäle. The lateral or lateral distance b between two directly adjacent outgassing channels can be less than the total thickness D. the fiber-reinforced layer in the region of the directly adjacent outgassing channels.

Die optimale Geometrie der Ausgasungskanäle hängt direkt von den radialen, axialen und tangentialen Permeationseigenschaften der faserverstärkten Schicht (=Faserverbundarmierung) und den radialen Permeationseigenschaften des Liners ab. The optimal geometry of the outgassing channels depends directly on the radial, axial and tangential permeation properties of the fiber-reinforced layer (= Faserverbundarmierung) and the radial permeation properties of the liner.

Die Ausgasungskanäle können als brennstoffdurchlässige Stifte bzw. als brennstoffdurchlässige Rohre ausgebildet sein. The outgassing channels can be designed as fuel-permeable pins or as fuel-permeable pipes.

Die hier offenbarte Technologie betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung des hier offenbarten Druckbehälters. Das hier offenbarte Verfahren kann den Schritt umfassen, wonach Ausgasungskanäle in die faserverstärkte Schicht eingebracht werden, die beabstandet von der Innenoberfläche der faserverstärkten Schicht beginnen und sich zur Außenoberfläche hin erstrecken. The technology disclosed herein further relates to a method of manufacturing the pressure vessel disclosed herein. The method disclosed herein may include the step of introducing outgassing channels into the fiber reinforced layer that begin at a distance from the inner surface of the fiber reinforced layer and extend toward the outer surface.

Während der Herstellung der faserverstärkten Schicht können Stifte und/oder Rohre in den Bereichen vorgesehen sein, in denen später die Ausgasungskanäle ausgebildet werden sollen. During the manufacture of the fiber-reinforced layer, pins and / or tubes may be provided in the areas in which the outgassing channels are to be formed later.

Das hier offenbarte Verfahren kann den Schritt umfassen, wonach die Stifte und/oder Rohre nach Ausbildung der faserverstärkten Schicht zumindest teilweise entfernt werden. The method disclosed herein may include the step of at least partially removing the pins and / or tubes after forming the fiber reinforced layer.

Das hier offenbarte Verfahren kann zumindest einen der Schritte umfassen:

  • – Aufbringen von Verstärkungsfasern auf einen Kern;
  • – Einbringen von Stiften und/oder Rohren in den Bereichen, in denen später die Ausgasungskanäle ausgebildet werden sollen; und/oder
  • – Aushärten eines Matrixmaterials.
The method disclosed herein may include at least one of the steps:
  • - Applying reinforcing fibers to a core;
  • - Inserting pins and / or pipes in the areas in which later the Ausgasungskanäle are to be formed; and or
  • - curing a matrix material.

Ferner kann das hier offenbarte Verfahren den Schritt umfassen, wonach die Stifte während des Aushärtens bewegt, bevorzugt gedreht, werden. Further, the method disclosed herein may include the step of moving, preferably rotating, the pins during curing.

Ferner kann das hier offenbarte Verfahren den Schritt umfassen, wonach die Stifte und/oder Rohre beabstandet von der Innenoberfläche des Druckbehälters beginnend und sich zur Außenoberfläche hin erstreckend in der faserverstärkten Schicht angeordnet werden und wobei die Stifte im Wesentlichen in radialer Richtung orientiert sind. Further, the method disclosed herein may include the step of placing the pins and / or tubes spaced apart from the inner surface of the pressure vessel and extending toward the outer surface in the fiber reinforced layer, and wherein the pins are oriented substantially in the radial direction.

Die hier offenbarte Technologie wird nun anhand der Figuren erläutert. Es zeigen: The technology disclosed herein will now be explained with reference to the figures. Show it:

1 eine schematische perspektivische Darstellung des hier offenbarten Druckbehälters; 1 a schematic perspective view of the disclosed here pressure vessel;

2 eine vergrößerte Darstellung des Details A der 1; 2 an enlarged view of detail A of 1 ;

3 schematisch das Ergebnis einer Simulation mit einem hier offenbarten Ausgasungskanal in der hier offenbarten faserverstärkten Schicht; und 3 schematically the result of a simulation with an outgassing channel disclosed herein in the fiber reinforced layer disclosed herein; and

4 schematisch das Ergebnis einer Simulation mit einer faserverstärkten Schicht ohne den hier offenbarten Ausgasungskanal. 4 schematically shows the result of a simulation with a fiber reinforced layer without the outgassing channel disclosed herein.

Die 1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Druckbehälters 100. Der Druckbehälter 100 ist geschnitten dargestellt. Vereinfacht wurde der Polkappenbereich weggelassen bzw. weggeschnitten. Der hier dargestellte Druckbehälter 100 umfasst einen Liner 110. Der Liner 110 wird von einer faserverstärkten Schicht 120 umgeben. Der Druckbehälter 100 bzw. hier die faserverstärkte Schicht 120 weist eine Außenoberfläche 122 auf. Die Innenoberfläche 124 (nicht in 1 dargestellt) liegt hier direkt auf dem Liner 110 auf. In der hier gezeigten Ausführungsform weisen die Ausgasungskanäle Öffnungen bzw. äußere Enden 127 auf, die beispielsweise auch durch eine Brennstoffdurchlässige Schicht verdeckt sein könnten. The 1 shows a perspective view of a pressure vessel 100 , The pressure vessel 100 is shown cut. Simplified, the pole cap area was omitted or cut away. The pressure vessel shown here 100 includes a liner 110 , The liner 110 is made of a fiber reinforced layer 120 surround. The pressure vessel 100 or here the fiber-reinforced layer 120 has an outer surface 122 on. The inner surface 124 (not in 1 shown) is here directly on the liner 110 on. In the embodiment shown here, the outgassing channels have openings or outer ends 127 on, for example, could be covered by a fuel-permeable layer.

Die 2 zeigt eine vergrößerte Ansicht des Details A der 1. Die faserverstärkte Schicht 120 weist eine Gesamtdicke D auf, die größer ist als die Länge der Ausgasungskanäle 126 bzw. insbesondere als der radiale Längenanteil der Ausgasungskanäle 126. Die Ausgasungskanäle 126 sind hier im Wesentlichen in radialer Richtung angeordnet. Die Ausgasungskanäle 126 weisen innere Enden 125 auf, die in einem radialen Abstand a beabstandet zur Innenoberfläche 124 angeordnet sind. Der Abstand a beträgt hier ca. 10 % von der Gesamtdicke D. Zwei unmittelbar benachbarte Ausgasungskanäle 126 weisen einen lateralen Abstand b auf, der geringer ist als die Gesamtdicke D der faserverstärkten Schicht 120. Der radiale Abstand a ist so gewählt, dass sich zwischen der Innenoberfläche 124 der faserverstärkten Schicht 120 und dem Liner 110 ansammelnder Brennstoff durch die faserverstärkte Schicht 120, hier also durch den Abstand a, hindurchdiffundieren kann. Insbesondere ist der Abstand a also so gewählt, dass sich durch den Liner hindurchdiffundierender Brennstoff nicht oder nur zum geringen Teil zwischen dem Liner 110 und der faserverstärkten Schicht 120 ansammeln kann. Vorteilhaft kann somit einerseits ein Linerbeulen vermieden werden und andererseits sichergestellt werden, dass keine Flüssigkeit bzw. keine Verschmutzungen in den Bereich zwischen der Innenoberfläche 124 und dem Liner 110 gelangt. The 2 shows an enlarged view of the detail A of 1 , The fiber reinforced layer 120 has a total thickness D that is greater than the length of the outgassing channels 126 or in particular as the radial length portion of the Ausgasungskanäle 126 , The outgassing channels 126 are arranged here essentially in the radial direction. The outgassing channels 126 have inner ends 125 spaced at a radial distance a from the inner surface 124 are arranged. The distance a is here about 10% of the total thickness D. Two directly adjacent outgassing channels 126 have a lateral distance b which is less than the total thickness D of the fiber-reinforced layer 120 , The radial distance a is chosen so that between the inner surface 124 the fiber reinforced layer 120 and the liner 110 accumulating fuel through the fiber reinforced layer 120 , here through the distance a, can diffuse through. In particular, the distance a is thus selected so that fuel diffusing through the liner does not flow, or only to a small extent, between the liner 110 and the fiber reinforced layer 120 can accumulate. Advantageously, on the one hand, a liner bumps can be avoided and, on the other hand, it can be ensured that no liquid or no soiling in the region between the inner surface 124 and the liner 110 arrives.

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. The foregoing description of the present invention is for illustrative purposes only, and not for the purpose of limiting the invention. Various changes and modifications are possible within the scope of the invention without departing from the scope of the invention and its equivalents.

Wie oben erwähnt, ist idealerweise die Geometrie (speziell der radiale Abstand a und der laterale Abstand b) auf die Permeationseigenschaften von der faserverstärkten Schicht und dem Liner abgestimmt. Für den Fall von a/D = 0,0678 und b/D = 0,67 ist in den 3 und 4 das Ergebnis einer Simulation, jeweils mit und ohne Ausgasungskanal gezeigt. Mit den Buchstaben A bis E sind jeweils die Linien gleicher (Wasserstoff-)Konzentration bzw. gleichen (Wasserstoff-)Partialdrucks gezeigt. Die Konzentration bzw. der Partialdruck ist dabei von A nach E abfallend. Deutlich ist zu sehen, wie die Durchlässigkeit der Armierung durch den Ausgasungskanal verbessert wird, auch ohne dass der Ausgasungskanal bis zum Liner hinabreicht. As mentioned above, ideally the geometry (especially the radial distance a and the lateral distance b) is tuned to the permeation properties of the fiber reinforced layer and the liner. In the case of a / D = 0.0678 and b / D = 0.67 is in the 3 and 4 the result of a simulation, each with and without outgassing channel shown. The letters A to E respectively show the lines of equal (hydrogen) concentration and / or equal (hydrogen) partial pressure. The concentration or the partial pressure is decreasing from A to E. It can clearly be seen how the permeability of the reinforcement through the outgassing channel is improved, even without the outgassing duct reaching down to the liner.

Auch ohne Simulation lässt sich dies anhand der Rate der Gaspermeation Q leicht sehen: Q ist invers proportional zur Länge des Permeationswegs. Ist die Länge des Permeationswegs nun im Wesentlichen gleich dem radialen Abstand a (anstatt der Gesamtdicke D) ergibt sich eine deutliche Erhöhung der Permeation, die im Idealfall die Ansammlung von Gasblasen zwischen Liner und Faserverbundarmierung soweit reduziert bzw. verhindert, dass ein Linerbeulen reduziert oder sogar vermieden wird.Even without simulation, this can easily be seen from the rate of gas permeation Q: Q is inversely proportional to the length of the permeation path. If the length of the permeation path is now substantially equal to the radial distance a (instead of the total thickness D), a clear increase in permeation results, which ideally reduces or prevents the accumulation of gas bubbles between the liner and the fiber composite reinforcement so that a liner bulge is reduced or even reduced is avoided.

Claims (10)

Druckbehälter (100) zur Speicherung von Brennstoff für ein Kraftfahrzeug, umfassend mindestens eine faserverstärkte Schicht (120), die ein Brennstoffspeichervolumen des Druckbehälters umgibt, wobei die faserverstärkte Schicht (120) eine Außenoberfläche (122) und eine Innenoberfläche (124) aufweist, wobei in der faserverstärkten Schicht (120) mehrere Ausgasungskanäle (126) vorgesehen sind, wobei die Ausgasungskanäle (126) ausgebildet sind, Brennstoff aus dem Inneren der faserverstärkten Schicht (120) zur Außenoberfläche (122) zu befördern, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgasungskanäle (126) beabstandet von der Innenoberfläche (124) beginnen und sich zur Außenoberfläche (122) hin erstrecken. Pressure vessel ( 100 ) for storing fuel for a motor vehicle, comprising at least one fiber-reinforced layer ( 120 ) surrounding a fuel storage volume of the pressure vessel, wherein the fiber reinforced layer ( 120 ) an outer surface ( 122 ) and an inner surface ( 124 ), wherein in the fiber-reinforced layer ( 120 ) several outgassing channels ( 126 ) are provided, wherein the outgassing channels ( 126 ) are formed, fuel from the interior of the fiber-reinforced layer ( 120 ) to the outer surface ( 122 ), characterized in that the outgassing channels ( 126 ) spaced from the inner surface ( 124 ) and to the outer surface ( 122 ). Druckbehälter (100) nach Anspruch 1, wobei innere Enden (125) der Ausgasungskanäle (126) zur Innenoberfläche (124) jeweils einen radialen Abstand (a) aufweisen, und wobei im Bereich des jeweiligen Ausgasungskanals (126) das Verhältnis vom radialen Abstand (a) zur Gesamtdicke (D) der faserverstärkten Schicht (120) ca. 0,05 bis ca. 0,5, bevorzugt ca. 0,1 bis ca. 0,25 beträgt. Pressure vessel ( 100 ) according to claim 1, wherein inner ends ( 125 ) of the outgassing channels ( 126 ) to the inner surface ( 124 ) each have a radial distance (a), and wherein in the region of the respective outgassing channel ( 126 ) the ratio of the radial distance (a) to the total thickness (D) of the fiber-reinforced layer ( 120 ) is about 0.05 to about 0.5, preferably about 0.1 to about 0.25. Druckbehälter (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei zwischen zwei unmittelbar benachbarten Ausgasungskanälen (126) ein lateraler Abstand (b) ausgebildet ist, der geringer ist als die Gesamtdicke (D) der faserverstärkten Schicht (120) im Bereich der unmittelbar benachbarten Ausgasungskanäle (126). Pressure vessel ( 100 ) according to claim 1 or 2, wherein between two directly adjacent outgassing channels ( 126 ) a lateral distance (b) is formed, which is smaller than the total thickness (D) of the fiber-reinforced layer ( 120 ) in the region of the directly adjacent outgassing channels ( 126 ). Druckbehälter (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner umfassend mindestens einen Liner (110) und mindestens eine Brennstoffdiffusionsschicht, die zwischen dem Liner (110) und der faserverstärkten Schicht (120) angeordnet ist. Pressure vessel ( 100 ) according to one of the preceding claims, further comprising at least one liner ( 110 ) and at least one fuel diffusion layer interposed between the liner ( 110 ) and the fiber reinforced layer ( 120 ) is arranged. Druckbehälter (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Ausgasungskanäle (126) als brennstoffdurchlässige Stifte und/oder Rohre ausgebildet sind. Pressure vessel ( 100 ) according to one of the preceding claims, wherein the outgassing channels ( 126 ) are designed as fuel-permeable pins and / or tubes. Verfahren zur Herstellung eines Druckbehälters, wobei während der Herstellung der faserverstärkten Schicht (120) Stifte und/oder Rohre zur späteren Ausbildung von Ausgasungskanälen (126) vorgesehen sind. Method for producing a pressure vessel, wherein during the production of the fiber-reinforced layer ( 120 ) Pins and / or tubes for the later formation of outgassing channels ( 126 ) are provided. Verfahren nach Anspruch 6, und wobei die Stifte und/oder Rohre nach Ausbildung der faserverstärkten Schicht (120) zumindest teilweise entfernt werden. The method of claim 6, and wherein the pins and / or tubes after formation of the fiber reinforced layer ( 120 ) are at least partially removed. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, umfassend die Schritte: – Aufbringen von Verstärkungsfasern auf einen Kern; – Einbringen von Stiften und/oder Rohren in den Bereichen zur späteren Ausbildung von Ausgasungskanälen (126); und – Aushärten eines Matrixmaterials. A method according to claim 6 or 7, comprising the steps of: - applying reinforcing fibers to a core; Introduction of pins and / or tubes in the regions for the later formation of outgassing channels ( 126 ); and curing a matrix material. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Stifte während des Aushärtens bewegt, bevorzugt gedreht, werden.  Method according to one of claims 6 to 8, wherein the pins are moved during curing, preferably rotated. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei die Stifte und/oder Rohre beabstandet von der Innenoberfläche (124) des Druckbehälters beginnend und sich zur Außenoberfläche (122) hin erstreckend in der faserverstärkten Schicht (120) angeordnet werden, und wobei die Stifte im Wesentlichen in radialer Richtung orientiert sind. Method according to one of claims 6 to 9, wherein the pins and / or tubes spaced from the inner surface ( 124 ) of the pressure vessel beginning and to the outer surface ( 122 ) extending in the fiber reinforced layer ( 120 ), and wherein the pins are oriented substantially in the radial direction.
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