DE102016225446B4 - Pressure tank with reinforcing fibers - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Drucktank (110) mit zumindest einer gewölbten Wand (201) beschrieben, wobei die gewölbte Wand (201) einen Hohlraum zur Aufnahme eines Mediums bildet. Die Wand (201) weist eine erste Schicht mit Fasern (211, 212) und eine darüber liegende zweite Schicht mit Fasern (211, 212) auf. Dabei weisen zumindest Fasern (211, 212) der ersten Schicht eine Poissonzahl auf, die kleiner als 0,05, insbesondere kleiner als Null, ist.

Figure DE102016225446B4_0000
A pressure tank (110) is described with at least one curved wall (201), wherein the curved wall (201) forms a cavity for receiving a medium. The wall (201) has a first layer with fibers (211, 212) and an overlying second layer with fibers (211, 212). In this case, at least fibers (211, 212) of the first layer have a Poisson number which is less than 0.05, in particular less than zero.
Figure DE102016225446B4_0000

Description

Die Erfindung betrifft einen Drucktank, insbesondere zur Aufnahme eines Kraftstoffs für ein Fahrzeug.The invention relates to a pressure tank, in particular for receiving a fuel for a vehicle.

Ein Straßenkraftfahrzeug kann eine Brennstoffzelle aufweisen, die auf Basis eines Kraftstoffs wie z.B. Wasserstoff elektrische Energie für den Betrieb, insbesondere für den Antrieb, des Fahrzeugs generiert. Der Kraftstoff kann in einem oder mehreren Drucktanks des Fahrzeugs gespeichert werden, wobei ein Drucktank Wände aufweist, die einen Hohlraum zur Aufnahme des Kraftstoffs umschließen.A road vehicle may comprise a fuel cell based on a fuel such as e.g. Hydrogen generates electrical energy for operation, in particular for the drive, of the vehicle. The fuel may be stored in one or more pressurized tanks of the vehicle with a pressurized tank having walls enclosing a cavity for receiving the fuel.

Ein gefüllter Drucktank ist den Druckkräften des im Drucktank enthaltenen Kraftstoffs ausgesetzt und wird typischerweise für einen bestimmten Nenndruck ausgelegt. Beispielsweise kann ein Drucktank ausgelegt sein, um dauerhaft Kraftstoff bei einem Druck von 350, 500, 700 barü oder mehr zu speichern (barü steht dabei für „bar“ Überdruck gegenüber dem Atmosphärendruck bzw. Umgebungsdruck). Die Wände eines Drucktanks müssen daher für den jeweiligen Nenndruck ausgelegt werden. So muss beispielsweise ein Drucktank für einen Mindestberstdruck ausgelegt werden, der ein Vielfaches des Nenndrucks beträgt. Die gängigen Zulassungsvorschriften fordern beispielsweise für Wasserstoffbehälter mit Carbonfaser-Armierung einen Sicherheitsfaktor von 2,25 um den der Mindestberstdruck den Nenndruck übersteigen muss. Dabei steigt die erforderliche Wandstärke typischerweise mit steigendem Nenndruck bzw. Mindestberstdruck an.A filled pressure tank is exposed to the pressure forces of the fuel contained in the pressure tank and is typically designed for a certain nominal pressure. For example, a pressure tank can be designed to permanently store fuel at a pressure of 350, 500, 700 bar or more (baru stands for "bar" overpressure relative to the atmospheric pressure or ambient pressure). The walls of a pressure tank must therefore be designed for the respective nominal pressure. For example, a pressure tank must be designed for a minimum burst pressure, which is a multiple of the nominal pressure. For example, the common approval requirements require a safety factor of 2.25 μm for hydrogen containers with carbon fiber reinforcement, which must exceed the minimum burst pressure above the nominal pressure. The required wall thickness typically increases with increasing nominal pressure or minimum burst pressure.

Mit steigender Wandstärke sinkt das Fassungsvermögen eines Drucktanks (bei vorgegebenem, beschränktem Bauraum) und/oder steigt das Gewicht eines Drucktanks. Als Folge daraus werden die Reichweite und die Effizienz eines Fahrzeugs beeinträchtigt.As the wall thickness increases, the capacity of a pressure tank (for a given limited space) decreases and / or the weight of a pressure tank increases. As a result, the range and efficiency of a vehicle are compromised.

Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, einen Drucktank zur Aufnahme eines Kraftstoffs bereitzustellen, der für einen bestimmten Nenndruck eine möglichst geringe Wandstärke aufweist.The present document deals with the technical problem of providing a pressure tank for receiving a fuel, which has the smallest possible wall thickness for a given nominal pressure.

Die Aufgabe wird durch den unabhängigen Anspruch gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.The object is solved by the independent claim. Advantageous embodiments are described i.a. in the dependent claims.

Gemäß einem Aspekt wird ein Drucktank mit zumindest einer gewölbten Wand beschrieben. Dabei bildet die Wand einen Hohlraum zur Aufnahme eines Mediums, insbesondere zur Aufnahme eines Kraftstoffs. Der Kraftstoff kann z.B. komprimierten Wasserstoff umfassen. Die Wand kann zumindest abschnittweise einen Zylinder bilden. Der Zylinder kann durch domförmige Stirnwände verschlossen sein. Der Drucktank kann für einen bestimmten Nenndruck (über Atmosphärendruck) ausgelegt sein. Durch den Nenndruck werden Kräfte auf die Innenseite der zumindest einen Wand bewirkt. Die Kräfte auf die Innenseite bewirken dabei Spannungen innerhalb der zumindest einen Wand des Drucktanks.In one aspect, a pressure tank having at least one domed wall is described. In this case, the wall forms a cavity for receiving a medium, in particular for receiving a fuel. The fuel may e.g. Comprise compressed hydrogen. The wall can at least partially form a cylinder. The cylinder can be closed by dome-shaped end walls. The pressure tank can be designed for a certain nominal pressure (above atmospheric pressure). The nominal pressure causes forces on the inside of the at least one wall. The forces on the inside cause stresses within the at least one wall of the pressure tank.

Die Wand kann eine erste Schicht mit Fasern und eine darüber liegende zweite Schicht mit Fasern aufweisen. Die Fasern können dabei in einer Matrix, z.B. in einem Harz, eingebettet sein. Mit anderen Worten, die Wand kann aus mehreren Schichten eines Faserverbundwerkstoffes aufgebaut sein. Dabei ist die erste Schicht näher an der Innenseite der Wand angeordnet als die zweite Schicht. Des Weiteren kann die zweite Schicht aufgrund der Wölbung der Wand eine größere Oberfläche aufweisen als die erste Schicht. Die erste Schicht befindet sich somit näher am Hohlraum in dem das Medium gespeichert werden kann, während die zweite Schicht sich näher an der Umgebung (in der typischerweise Atmosphärendruck herrscht) befindet.The wall may comprise a first layer of fibers and an overlying second layer of fibers. The fibers may be in a matrix, e.g. embedded in a resin. In other words, the wall can be constructed of several layers of a fiber composite material. In this case, the first layer is arranged closer to the inside of the wall than the second layer. Furthermore, due to the curvature of the wall, the second layer may have a larger surface area than the first layer. The first layer is thus closer to the cavity in which the medium can be stored while the second layer is closer to the environment (where atmospheric pressure typically exists).

Aufgrund der Wölbung der Wand weisen die Fasern der ersten Schicht normalerweise eine höhere Zugspannung auf als die Fasern der darüber liegenden zweiten Schicht. Zumindest Fasern der ersten Schicht können jedoch eine Poissonzahl aufweisen, die kleiner als 0,05, insbesondere kleiner als Null, ist. Zumindest Fasern der ersten Schicht können somit ein auxetisches Verhalten, d.h. eine negative Poissonzahl, aufweisen. Mit anderen Worten bewirkt eine Längsdehnung der Fasern auch einen Anstieg der Querschnittsfläche der Fasern. So kann bewirkt werden, dass Zugspannungen auf die Fasern der unterschiedlichen Schichten möglichst gleichmäßig über den Querschnitt der Wand verteilt werden können. Insbesondere kann so ein Unterschied zwischen der Zugspannung auf Fasern der ersten Schicht und der Zugspannung auf Fasern der zweiten Schicht reduziert werden (ggf. auf substantiell Null reduziert werden). Eine gleichmäßige oder zumindest eine gleichmäßigere Beanspruchung der Fasern der unterschiedlichen Schichten ermöglicht dann die Verwendung von Wänden mit einer reduzierten Wandstärke.Due to the curvature of the wall, the fibers of the first layer normally have a higher tensile stress than the fibers of the overlying second layer. However, at least fibers of the first layer may have a Poisson's number that is less than 0.05, in particular less than zero. At least fibers of the first layer may thus exhibit auxetic behavior, i. a negative Poisson number. In other words, longitudinal stretching of the fibers also causes an increase in the cross-sectional area of the fibers. Thus it can be effected that tensile stresses on the fibers of the different layers can be distributed as uniformly as possible over the cross section of the wall. In particular, such a difference between the tensile stress on fibers of the first layer and the tensile stress on fibers of the second layer can be reduced (possibly reduced to substantially zero). A uniform or at least a more uniform stress on the fibers of the different layers then allows the use of walls with a reduced wall thickness.

Fasern der ersten Schicht können Carbonfasern auf Basis von Polyacrylnitril (PAN) umfassen. Derartige Carbonfasern können nanoskopisch eine negative Poissonzahl von etwa -0,4 aufweisen, wobei der Abstand der Graphen-Ebenen zueinander mit der Längsdehnung steigt. Aufgrund der Porosität der PAN-basierten Carbonfasern, die typischerweise bei 30% liegt, ergibt sich jedoch mikroskopisch bei Betrachtung der Faser eine positive Poissonzahl von etwa 0,2. Die Carbonfasern können deshalb im Rahmen der Herstellung verdichtet worden sein, um einen reduzierten Porenanteil aufzuweisen. Insbesondere können die Carbonfasern eine Porosität von 20%, insbesondere von 10%, oder weniger aufweisen. Durch eine Reduzierung des Porenanteils der PAN-basierten Carbonfasern kann die Poissonzahl der Fasern reduziert werden (d.h. durch die Reduzierung der Porosität kann das auxetische Verhalten auf der Nano-Skala (Abstände der Graphen-Ebenen zueinander) auf die Mikro-Skala (Faser-Querschnitt) übertragen werden.).Fibers of the first layer may comprise carbon fibers based on polyacrylonitrile (PAN). Such carbon fibers may nanoscopically have a negative Poisson's ratio of about -0.4, with the distance of the graphene planes from each other increasing with the longitudinal strain. However, due to the porosity of the PAN-based carbon fibers, which is typically 30%, microscopically, when viewed on the fiber, a positive Poisson's value of about 0.2 results. The carbon fibers may therefore have been densified in the course of manufacture in order to have a reduced pore content. In particular, the carbon fibers may have a porosity of 20%, more preferably 10%, or less. By reducing the porosity of the PAN-based carbon fibers, the Poisson's number of fibers can be reduced (ie by reducing the porosity, the auxetic behavior on the nano-scale (distances of the graphene planes to each other) on the micro-scale (fiber cross-section ) be transmitted.).

Alternativ oder ergänzend können Fasern der ersten Schicht ein helikales bzw. spiralförmiges, auxetisches Garn (auf Englisch „helical auxetic yarn“) umfassen. Alternatively or additionally, fibers of the first layer may comprise a helical auxetic yarn.

Insbesondere kann eine Faser der ersten Schicht eine erste Faser-Komponente und eine zweite Faser-Komponente umfassen, wobei die erste Faser-Komponente (insbesondere eine erste Faser bzw. ein erstes Faserbündel) in einem Grundzustand helikal bzw. spiralförmig bzw. Helix-förmig um die zweite Faser-Komponente (insbesondere um eine zweite Faser bzw. um ein zweites Faserbündel) gewickelt ist. Dabei können die erste Faser-Komponente und/oder die zweite Komponente z.B. Carbon, Kevlar, Glas, Kunststoff, Polyamid und/oder Polyester umfassen. Bevorzugt kann die erste Faser-Komponente ein höheres E-Modul aufweisen als die zweite Faser-Komponente. Durch die Verwendung von derartigem auxetischen Garn können Faser-Schichten mit auxetischem Verhalten bereitgestellt werden, um eine gleichmäßige Belastung der Schichten einer mehrschichtigen Wand zu bewirken.In particular, a fiber of the first layer may comprise a first fiber component and a second fiber component, wherein the first fiber component (in particular a first fiber or a first fiber bundle) in a ground state helically or helically around the second fiber component (in particular around a second fiber or around a second fiber bundle) is wound. In this case, the first fiber component and / or the second component, e.g. Carbon, Kevlar, glass, plastic, polyamide and / or polyester include. Preferably, the first fiber component may have a higher modulus of elasticity than the second fiber component. By using such auxetic yarn, fiber layers with auxetic behavior can be provided to effect uniform loading of the layers of a multilayer wall.

Das Querdehnungsverhalten (d.h. insbesondere die Poissonzahl) der Fasern der ersten Schicht und der zweiten Schicht ist bevorzugt derart, dass in einem gewölbten Abschnitt der Wand Spannungen in der ersten Schicht und in der zweiten Schicht substantiell gleich sind, wenn der Drucktank mit seinem Mindestberstdruck belastet wird. Dabei kann das Querdehnungsverhalten (insbesondere die Poissonzahl) an die Wölbung, insbesondere an einen Wölbungsradius, angepasst werden.The transverse expansion behavior (ie in particular the Poisson's ratio) of the fibers of the first layer and of the second layer is preferably such that in a curved section of the wall, stresses in the first layer and in the second layer are substantially equal when the pressure tank is loaded with its minimum burst pressure , In this case, the transverse expansion behavior (in particular the Poisson's number) can be adapted to the curvature, in particular to a curvature radius.

Die Angleichung der Spannungen in den unterschiedlichen Schichten kann, wie in diesem Dokument beschrieben, durch Verwendung von Fasern mit auxetischem Verhalten bewirkt werden. Insbesondere können durch auxetische Fasern in der ersten Schicht aufgrund der radialen Ausdehnung der Fasern der ersten Schicht Kräfte auf die zweite Schicht bewirkt werden, um eine gleichmäßige Beanspruchung der Schichten der mehrschichtigen, gewölbten, Wand zu bewirken. Mit anderen Worten bewirkt das auxetische Verhalten eine (geringfügige) Verdickung der Wand mit steigendem Druck, durch die die äußeren Schichten (die ohne auxetisches Verhalten geringer als die inneren Schichten belastet würden) stärker zum Mittragen der Last veranlasst werden und idealerweise eine gleichmäßige Faserbelastung aller Schichten für den Berstdruck erreicht wird.The alignment of the stresses in the different layers can be effected, as described in this document, by using fibers with auxetic behavior. In particular, forces on the second layer may be caused by auxetic fibers in the first layer due to the radial expansion of the fibers of the first layer to cause uniform stress on the layers of the multilayer, curved, wall. In other words, the auxetic behavior causes a (slight) thickening of the wall with increasing pressure, which causes the outer layers (which would be less burdened than the inner layers without auxetic behavior) to carry more of the load and, ideally, a uniform fiber load of all layers is reached for the bursting pressure.

Wie bereits oben dargelegt, weisen die erste Schicht und die zweite Schicht typischerweise eine Matrix (z.B. Harz) auf, in der die Fasern angeordnet sind. Ein Material der Matrix kann eine negative Poissonzahl aufweisen. So kann die Gleichmäßigkeit der Spannungsverteilung innerhalb einer mehrschichtigen Wand weiter erhöht werden.As stated above, the first layer and the second layer typically comprise a matrix (e.g., resin) in which the fibers are disposed. A material of the matrix may have a negative Poisson number. Thus, the uniformity of the stress distribution within a multilayer wall can be further increased.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Fahrzeug (insbesondere ein Straßenkraftfahrzeug z.B. ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen) beschrieben, das den in diesem Dokument beschriebenen Drucktank umfasst.According to a further aspect, a vehicle (in particular a road motor vehicle, for example a passenger car or a lorry) is described which comprises the pressure tank described in this document.

Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Des Weiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Vorrichtungen und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.It should be understood that the devices and systems described herein may be used alone as well as in combination with other devices and systems described in this document. Furthermore, any aspects of the devices and systems described in this document may be combined in a variety of ways. In particular, the features of the claims can be combined in a variety of ways.

Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen

  • 1 eine beispielhafte Drucktank-Anordnung;
  • 2 einen beispielhaften Querschnitt eines Drucktanks; und
  • 3 ein beispielhaftes auxetisches Garn.
Furthermore, the invention will be described in more detail with reference to exemplary embodiments. Show
  • 1 an exemplary pressure tank assembly;
  • 2 an exemplary cross section of a pressure tank; and
  • 3 an exemplary auxetic yarn.

Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der Reduzierung der Wandstärke eines Drucktanks. Insbesondere befasst sich das vorliegende Dokument mit einem Druckbehältersystem (en: compressed hydrogen storage system (=CHS-System)) für ein Kraftfahrzeug. Das Druckbehältersystem dient zur Speicherung von unter Umgebungsbedingungen gasförmigen Kraftstoff bzw. Brennstoff. Das Druckbehältersystem kann beispielsweise in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden, das mit komprimiertem („Compressed Natural Gas“ = CNG) oder verflüssigtem (LNG) Erdgas oder mit Wasserstoff betrieben wird.As stated above, the present document is concerned with reducing the wall thickness of a pressure tank. In particular, the present document is concerned with a pressurized container system (= compressed hydrogen storage system (= CHS system)) for a motor vehicle. The pressure vessel system is used to store under ambient conditions gaseous fuel or fuel. The pressure vessel system can be used, for example, in a motor vehicle that is operated with compressed natural gas (CNG) or liquefied (LNG) natural gas or with hydrogen.

Ein solches Druckbehältersystem umfasst mindestens einen Druckbehälter. Der Druckbehälter kann beispielsweise ein kryogener Druckbehälter (= CcH2) oder ein Hochdruckgasbehälter (= CGH2) sein.Such a pressure vessel system comprises at least one pressure vessel. The pressure vessel may be, for example, a cryogenic pressure vessel (= CcH2) or a high-pressure gas vessel (= CGH2).

Hochdruckgasbehälter sind ausgebildet, im Wesentlichen bei Umgebungstemperaturen Brennstoff dauerhaft bei einem nominalen Betriebsdruck (auch nominal working pressure oder NWP genannt) von ca. 350 barü (= Überdruck gegenüber dem Atmosphärendruck), ferner bevorzugt von ca. 700 barü oder mehr zu speichern. Ein kryogener Druckbehälter ist geeignet, den Brennstoff bei den vorgenannten Betriebsdrücken auch bei Temperaturen zu speichern, die deutlich unter der Betriebstemperatur des Kraftfahrzeuges liegen.High pressure gas containers are formed, substantially at ambient temperatures Permanently store fuel at a nominal operating pressure (also called nominal working pressure or NWP) of about 350 bar (= over-pressure versus atmospheric pressure), more preferably about 700 bar or more. A cryogenic pressure vessel is suitable to store the fuel at the aforementioned operating pressures even at temperatures well below the operating temperature of the motor vehicle.

1 zeigt eine beispielhafte Drucktank-Anordnung 100 mit einem ersten Drucktank 110 und einem zweiten Drucktank 120, die dazu verwendet werden können, Kraftstoff (insbesondere Wasserstoff) für einen Kraftstoff-Verbraucher (z.B. eine Brennstoffzelle) 101 eines Fahrzeugs bereitzustellen. Die Drucktanks 110, 120 sind über Leitungen 112, 122 mit dem Kraftstoff-Verbraucher 101 verbunden. 1 shows an exemplary pressure tank assembly 100 with a first pressure tank 110 and a second pressure tank 120 that can be used to fuel (especially hydrogen) for a fuel consumer (eg a fuel cell) 101 to provide a vehicle. The pressure tanks 110 . 120 are over lines 112 . 122 with the fuel consumer 101 connected.

Die Drucktanks 110, 120 können an den Stirnseiten Endstücke 111, 114 bzw. 121, 124 aufweisen, die bei der Herstellung der Drucktanks 110, 120 zum Halten der Drucktanks 110, 120 verwendet werden können. Des Weiteren kann an den Endstücken 111, 121 eine Öffnung bereitgestellt werden, durch die Kraftstoff aus einem Drucktank 110, 120 geführt werden kann (z.B. über ein Ventil zu einer Leitung 112, 122). An einer Öffnung eines Drucktanks 110, 120 kann auch eine Druckentlastungsvorrichtung 113, 123 angeordnet werden, die bei Vorliegen einer bestimmten Auslösebedingung (z.B. bei Vorliegen einer bestimmten Temperatur) auslösen kann, um Kraftstoff aus dem Drucktank 110, 120 in die Umgebung des Drucktanks 110, 120 abzulassen, und um so den Druck in dem Drucktank 110, 120 zu reduzieren.The pressure tanks 110 . 120 can end pieces on the front ends 111 . 114 respectively. 121 . 124 exhibit in the manufacture of the pressure tanks 110 . 120 for holding the pressure tanks 110 . 120 can be used. Furthermore, at the end pieces 111 . 121 an opening can be provided through which fuel from a pressure tank 110 . 120 can be performed (eg via a valve to a line 112 . 122 ). At an opening of a pressure tank 110 . 120 can also be a pressure relief device 113 . 123 can be arranged, which can trigger in the presence of a certain trigger condition (eg, when a certain temperature) to fuel from the pressure tank 110 . 120 in the environment of the pressure tank 110 . 120 let off, and so the pressure in the pressure tank 110 . 120 to reduce.

Ein Drucktank 110, 120 (auch als Druckbehälter bezeichnet) kann einen Liner umfassen. Der Liner bildet den Hohlkörper aus, 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 ebenso auch ein linerloser Druckbehälter 110, 120 vorgesehen sein.A pressure tank 110 . 120 (Also referred to as a pressure vessel) may include a liner. The liner forms the hollow body in which the fuel is stored. The liner may for example be made of aluminum or steel or of their alloys. Further preferably, the liner may be made of a plastic. It can also be a linerless pressure vessel 110 . 120 be provided.

Ein Druckbehälter 110, 120 umfasst typischerweise mindestens eine faserverstärkte Schicht. Die faserverstärkte Schicht kann einen Liner zumindest bereichsweise bevorzugt vollständig umgeben. Die faserverstärkte Schicht wird oft auch als Laminat bzw. Ummantelung oder Armierung bezeichnet. In diesem Dokument wird meistens der Begriff „faserverstärkte Schicht“ oder „Schicht(en) mit Fasern“ 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). Eine 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. Eine faserverstärkte Schicht weist i.d.R. mehrere Schichtlagen bzw. mehrere (Teil-)Schichten auf.A pressure vessel 110 . 120 typically includes at least one fiber reinforced layer. 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. In this document, the term "fiber reinforced layer" or "layer (s) with fibers" is most commonly used. Fiber-reinforced plastics (also abbreviated to FVK or FKV) are usually used as the fiber-reinforced layer, for example carbon fiber reinforced plastics (CFRP) and / or glass fiber reinforced plastics (GRP). A 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. A fiber-reinforced layer usually has several layer layers or several (partial) layers.

Die faserverstärkte Schicht weist typischerweise Kreuz- und Umfangslagen auf. Um axiale Spannungen zu kompensieren, werden über die gesamte Wickelkernoberfläche Kreuzlagen (engl. helical layers) gewickelt bzw. geflochten. Im i.d.R. zylindrischen Umfangsbereich sind meist sogenannte Umfangslagen (engl. „hoop layers“) vorgesehen, die für eine Verstärkung in Umfangsrichtung sorgen. Die Umfangslagen verlaufen in Umfangsrichtung U des Druckbehälters und sind in einem Winkel von ca. 90° (+/- 5°) zur Druckbehälterlängsachse A-A (Achse 207 in 2) orientiert.The fiber reinforced layer typically has cross and circumferential layers. In order to compensate for axial stresses, cross layers (helical layers) are wound or braided over the entire winding core surface. In the generally cylindrical peripheral area usually so-called peripheral layers ("hoop layers") are provided, which provide a gain in the circumferential direction. The circumferential positions extend in the circumferential direction U of the pressure vessel and are at an angle of about 90 ° (+/- 5 °) to the pressure vessel longitudinal axis AA (axis 207 in 2 ) oriented.

Vorteilhaft können mindestens zwei Lagen der faserverstärkten Schicht in einem ausgeglichenen Winkelverbund (AWV, engl. „Balanced Ply Laminate“) angeordnet sein. Ein ausgeglichener Winkelverbund kann als ein Verbund aus zwei unidirektionalen Lagen beschrieben werden, wobei neben dem Gelege auch bspw. Gewebe und gewickelte Kreuzlagen dafür infrage kommen. Die Verstärkungsfasern dieser unidirektionalen Lagen weisen Faserwinkel zur Gewebenormale bzw. Längsachse A-A (Achse 207 in 2) auf, die einen gleichen Betrag aber unterschiedliche Vorzeichen haben.Advantageously, at least two layers of the fiber-reinforced layer can be arranged in a balanced angle composite (AWV, English: Balanced Ply Laminate). A balanced angle composite can be described as a composite of two unidirectional layers, whereby in addition to the scrim also, for example, tissue and wound cross-layers come into question. The reinforcing fibers of these unidirectional layers have fiber angles to the tissue normal or longitudinal axis AA (axis 207 in 2 ), which have the same amount but different signs.

2 zeigt einen Querschnitt eines Drucktanks 110. Der Drucktank 110 umfasst in dem dargestellten Bereich eine kreisförmige Wand 201 mit einer bestimmten Wandstärke 206. Der in dem Drucktank 110 befindliche Kraftstoff weist einen bestimmten Druck auf, durch den Spannungen σ 203 in Umfangsrichtung innerhalb der Wand 201 verursacht werden. Die Spannungen σ 203 in Umfangsrichtung nehmen dabei typischerweise von innen nach außen, d.h. mit zunehmenden radialen Abstand 202 von einer Zentralachse 207 des Drucktanks 110 ab. 2 zeigt einen beispielhaften Spannungsverlauf 205 der Umfangsspannungen in radialer Richtung durch den Querschnitt der Wand 201 des Drucktanks 110. 2 shows a cross section of a pressure tank 110 , The pressure tank 110 includes in the illustrated area a circular wall 201 with a certain wall thickness 206 , The one in the pressure tank 110 located fuel has a certain pressure, by the voltages σ 203 in the circumferential direction within the wall 201 caused. The tensions σ 203 In the circumferential direction typically take from the inside out, ie with increasing radial distance 202 from a central axis 207 of the pressure tank 110 from. 2 shows an example voltage curve 205 the hoop stresses in the radial direction through the cross section of the wall 201 of the pressure tank 110 ,

Ein Drucktank 110 weist ein bestimmtes Volumen auf und ist typischerweise für einen Berstdruck pmax ausgelegt. Des Weiteren kann das Material der Wand 201 für eine bestimmte Maximalspannung σmax ausgelegt sein. Aus dem geforderten Berstdruck, der Maximalspannung und aus der Oberfläche A der Wand 201 kann dann eine erforderliche Wandstärke 206 der Wand 201 ermittelt werden. Beispielsweise kann für einen zylinderförmigen Tank die erforderliche Wandstärke 206 nach der Kesselformel als Smin=pmax*rmmittel berechnet werden, wobei rm dem durchschnittlichen Radius des Tanks und σmittel der durchschnittlichen (Tangential-)Spannung in der Tankwand 201 entspricht. Wie sich aus dem Spannungsverlauf 205 in 2 ergibt, liegt die Maximalspannung σmax dabei nur an der Innenseite der Wand 201 vor, während das Material an der Außenseite der Wand 201 einer geringeren Spannung σ 203 ausgesetzt ist, so dass ohne die vorliegende Erfindung für die Tangentialspannung gilt: σmittel < σmax.A pressure tank 110 has a certain volume and is typically for a burst pressure p max designed. Furthermore, the material of the wall 201 for a certain maximum voltage σ max be designed. From the required bursting pressure, the maximum voltage and from the surface A of the wall 201 can then be a required Wall thickness 206 the Wall 201 be determined. For example, for a cylindrical tank the required wall thickness 206 be calculated according to the boiler formula as S min = p max * r m / σ mean , where r m is the average radius of the tank and σ means the average (tangential) tension in the tank wall 201 equivalent. As is apparent from the voltage curve 205 in 2 results, the maximum voltage is σ max only on the inside of the wall 201 before while the material is on the outside of the wall 201 a lower voltage σ 203 is exposed, so that without the present invention for the tangential stress applies: σ mediummax .

Die Wand 201 eines Drucktanks 110 kann aus einem Faserverbundwerkstoff hergestellt sein. Der Faserverbundstoff weist dabei Fasern 211, 212, z.B. aus Carbon bzw. Kohlenstoff, auf, die in einer Matrix 213, z.B. aus einem Kunststoffmaterial etwa einem Kunstharz, angeordnet sind. Die Fasern 211, 212 können, wie in 2 beispielhaft dargestellt, in unterschiedlichen Richtungen innerhalb der Wand 201 verlaufen. In 2 sind Fasern 211 dargestellt, die entlang einer Richtung senkrecht zu der Bildebene verlaufen, und Fasern 212 dargestellt, die innerhalb der Bildebene verlaufen.The wall 201 a pressure tank 110 can be made of a fiber composite material. The fiber composite has fibers 211 . 212 , for example made of carbon or carbon, on, in a matrix 213 , For example, from a plastic material such as a synthetic resin, are arranged. The fibers 211 . 212 can, as in 2 exemplified, in different directions within the wall 201 run. In 2 are fibers 211 shown extending along a direction perpendicular to the image plane, and fibers 212 represented that run within the image plane.

Die Kräfte an der Innenseite der Wand 201 bewirken Spannungen in den Fasern 211, 212. Insbesondere bewirken Axialspannungen (also in Längsrichtung des Tanks) Spannungen in der jeweiligen Längsrichtung der Fasern 211 und Tangentialspannungen (also in Umfangsrichtung des Tanks) Spannungen in der jeweiligen Längsrichtung der Fasern 212. Wie oben dargelegt, nehmen dabei die Längsspannungen auf die Fasern 212 typischerweise mit steigendem radialem Abstand 202 zur Zentralachse 207 ab.The forces on the inside of the wall 201 cause tension in the fibers 211 . 212 , In particular, axial stresses (ie in the longitudinal direction of the tank) cause stresses in the respective longitudinal direction of the fibers 211 and tangential stresses (ie in the circumferential direction of the tank) stresses in the respective longitudinal direction of the fibers 212 , As stated above, the longitudinal stresses take on the fibers 212 typically with increasing radial distance 202 to the central axis 207 from.

In diesem Dokument wird vorgeschlagen, Fasern 211, 212 zu verwenden, die ein auxetisches Verhalten aufweisen. Auxetische Materialien weisen eine negative Poissonzahl auf, d.h. eine Dehnung εx in Längsrichtung bewirkt ebenfalls eine Dehnung εr in seitlicher bzw. radialer Richtung, wobei gilt εr=-ν·εx, wobei v der Querdehnungskoeffizient bzw. die Poissonzahl ist. Andererseits gilt für die Längsdehnung εxx/E, wobei E das Elastizitätsmodul einer Faser 211, 212 in Längsrichtung ist. Eine in Längsrichtung wirkende Spannung σx bewirkt somit bei einer Faser 211, 212 mit auxetischem Verhalten eine Dehnung εr=-ν/E · σx quer zur Längsrichtung der Faser 211, 212, insbesondere eine Dehnung in radialer Richtung der Wand 201 des Drucktanks 110.This document proposes fibers 211 . 212 to use that have auxetic behavior. Auxetic materials have a negative Poisson number, ie an elongation ε x in the longitudinal direction likewise causes an expansion ε r in the lateral or radial direction, where ε r = -ν · ε x , where v is the transverse expansion coefficient or Poisson's ratio. On the other hand, for the longitudinal strain ε x = σ x / E, where E is the modulus of elasticity of a fiber 211 . 212 in the longitudinal direction. A longitudinal tension σ x thus causes a fiber 211 . 212 with an auxetic behavior an elongation ε r = -ν / E · σ x transverse to the longitudinal direction of the fiber 211 . 212 , in particular an expansion in the radial direction of the wall 201 of the pressure tank 110 ,

Als Folge der Dehnung εr der Fasern 211, 212 an der Innenseite der Wand 201 werden zusätzliche Kräfte auf die weiter außen liegenden Fasern 211, 212 bewirkt. Beispielsweise kann die Wand 201 des Drucktanks 110 mehrere Schichten von Fasern 211, 212 aufweisen, die in radialer Richtung übereinander angeordnet sind (von der Innenseite der Wand 201 zu der Außenseite der Wand 201). Die Dehnung εr der Fasern 211, 212 einer Schicht bewirkt dann zusätzliche Kräfte auf die nächste, weiter außen liegende Schicht.As a result of the strain ε r of the fibers 211 . 212 on the inside of the wall 201 Additional forces are applied to the fibers on the outside 211 . 212 causes. For example, the wall 201 of the pressure tank 110 several layers of fibers 211 . 212 have, which are arranged one above the other in the radial direction (from the inside of the wall 201 to the outside of the wall 201 ). The elongation ε r of the fibers 211 . 212 One layer then causes additional forces on the next, further outermost layer.

Die Verwendung von Fasern 211, 212 mit auxetischem Verhalten kann somit dazu verwendet werden, die Spannungen (insbesondere die Tangentialspannungen) innerhalb einer Wand 201 eines Drucktanks 110 gleichmäßiger zu verteilen. Insbesondere kann bewirkt werden, dass alle Schichten einer Wand 201 beim Berstdruck gleichmäßig der Maximalspannung σmax ausgesetzt sind, wie dies in 2 beispielhaft durch den Spannungsverlauf 208 dargestellt ist. Durch die gleichmäßige Belastung des Wandmaterials kann wiederum die Wandstärke 206 um den Differenzbetrag 204 reduziert werden.The use of fibers 211 . 212 with auxetic behavior can thus be used to stress (in particular the tangential stresses) within a wall 201 a pressure tank 110 distribute more evenly. In particular, it can be effected that all layers of a wall 201 at the bursting pressure uniformly the maximum stress σ max are exposed, as in 2 exemplified by the voltage curve 208 is shown. Due to the uniform load of the wall material can turn the wall thickness 206 around the difference 204 be reduced.

Der Differenzbetrag 204, um den die Wandstärke 206 reduziert werden kann, kann beispielsweise wie folgt ermittelt werden. Das Integral des ursprünglichen Spannungsverlaufs 205 (bei Verwendung von herkömmlichen Fasern 211, 212) in radialer Richtung über die gesamte Wandstärke 206 ergibt ein erstes Spannungsintegral. Der Differenzbetrag 204 kann dann derart ermittelt werden, dass das Integral des ausgeglichenen Spannungsverlaufs 208 (bei Verwendung von auxetischen Fasern 211, 212) in radialer Richtung über die um den Differenzbetrag 204 reduzierten Wandstärke dem ersten Spannungsintegral entspricht. Diese Betrachtung, die bevorzugt getrennt für die Axial- und die Tangential-Spannungen vorgenommen wird, wurde der Einfachheit halber in den obigen Ausführungen zusammengelegt.The difference 204 to the wall thickness 206 can be reduced, for example, can be determined as follows. The integral of the original voltage curve 205 (using conventional fibers 211 . 212 ) in the radial direction over the entire wall thickness 206 gives a first voltage integral. The difference 204 can then be determined such that the integral of the balanced voltage waveform 208 (when using auxetic fibers 211 . 212 ) in the radial direction over the difference 204 reduced wall thickness corresponds to the first voltage integral. This consideration, which is preferably made separately for the axial and the tangential stresses, has been summarized in the above remarks for the sake of simplicity.

Die Fasern 211, 212 mit auxetischem Verhalten können z.B. Carbonfasern auf Basis von Polyacrylnitril (PAN) umfassen. Dabei wurde beobachtet, dass Carbonfasern auf PAN Basis ein auxetisches Verhalten aufweisen, insbesondere wenn eine Porosität innerhalb der einzelnen Carbonfasern reduziert wird. Die Reduzierung der Porosität kann dabei durch eine (insbesondere mechanische) Verdichtung der Fasern 211, 212 während der Herstellung der Fasern 211, 212 erreicht werden.The fibers 211 . 212 For example, with auxetic behavior, carbon fibers based on polyacrylonitrile (PAN) may be included. It has been observed that carbon fibers based on PAN have an auxetic behavior, in particular when porosity is reduced within the individual carbon fibers. The reduction of the porosity can be achieved by a (in particular mechanical) compression of the fibers 211 . 212 during the production of the fibers 211 . 212 be achieved.

Es sei darauf hingewiesen, dass bereits eine Reduzierung der Poissonzahl (auch bei weiterhin positiver Possionzahl) zu einer gleichmäßigeren Verteilung der Faserauslastung führt. Mit anderen Worten, der in 2 dargestellte Spannungsverlauf 205 kann bereits durch eine Reduzierung der Poissonzahl gleichmäßiger gemacht werden, so dass die Spannung 203, die auf die Fasern 211, 212 in einer äußeren Schicht einer Wand 201 des Drucktanks 110 wirkt, an die Spannung 203 angenähert wird, die auf die Fasern 211, 212 in einer inneren Schicht der Wand 201 wirkt.It should be pointed out that a reduction in the Poisson's number (even if the possion number remains positive) leads to a more uniform distribution of fiber utilization. In other words, the in 2 illustrated voltage curve 205 can already be made more uniform by reducing the Poisson's number, so that the voltage 203 on the fibers 211 . 212 in an outer layer of a wall 201 of the pressure tank 110 works, to the tension 203 is approximated on the fibers 211 . 212 in an inner layer of the wall 201 acts.

3 zeigt eine beispielhafte Faser 300 mit auxetischem Verhalten. Insbesondere zeigt 3 ein sogenanntes auxetisches Garn 300 (in Englisch „helical auxetic yarn“) wie es z.B. in US8002879B2 beschrieben wird. Das Garn 300 umfasst eine erste Faser-Komponente 301 (z.B. eine erste Faser und/oder ein erstes Faserbündel) und eine zweite Faser-Komponente 302 (z.B. eine zweite Faser und/oder ein zweites Faserbündel), wobei die erste Faser-Komponente 301 um die zweite Faser-Komponente 302 herum gewickelt ist (in Form einer Helix, auch Schraube, Schraubenlinie, zylindrische Spirale oder Wendel genannt). Der Einfachheit halber soll diese Form als „spiralförmig“ bezeichnet werden. Die erste Faser-Komponente 301 kann ein Material mit einem relativ hohen E-Modul aufweisen, wie z.B. eine Carbonfaser, einen Draht, eine Glasfaser, etc. Die zweite Faser-Komponente 302 weist bevorzugt ein geringeres E-Modul in Längsrichtung auf als die erste Faser-Komponente 301 und kann z.B. Siloxane, Silikone, Gummi, etc. umfassen. 3 shows an exemplary fiber 300 with auxetic behavior. In particular shows 3 a so-called auxetic yarn 300 (in English "helical auxetic yarn") as it is eg in US8002879B2 is described. The yarn 300 includes a first fiber component 301 (eg, a first fiber and / or a first fiber bundle) and a second fiber component 302 (eg a second fiber and / or a second fiber bundle), wherein the first fiber component 301 around the second fiber component 302 wrapped around (in the form of a helix, also called screw, helix, cylindrical spiral or helix). For the sake of simplicity, this form should be referred to as "helical". The first fiber component 301 may comprise a material having a relatively high modulus of elasticity, such as a carbon fiber, a wire, a glass fiber, etc. The second fiber component 302 preferably has a lower modulus of elasticity in the longitudinal direction than the first fiber component 301 and may include, for example, siloxanes, silicones, gums, etc.

Im oberen Teil von 3 wird das Garn (bzw. die Faser) 300 im entspannten Zustand bzw. im Grundzustand dargestellt. Wenn das Garn 300 mit einer Zugkraft belastet wird, so wird die erste Faser-Komponente 301 in die Länge gezogen und die zweite Faser-Komponente 302 wickelt sich um die erste Faser-Komponente 301. Dies hat zu Folge, dass sich die Breite 305 des Garns 300 erhöht, wie aus dem unteren Teil von 3 hervorgeht. Somit weist das Garn 300 aus 3 ein auxetisches Verhalten auf, da die Dehnung in Längsrichtung auch zu einer Dehnung in radialer Richtung des Garns 300 führt.In the upper part of 3 will the yarn (or the fiber) 300 in the relaxed state or in the ground state shown. If the yarn 300 is loaded with a tensile force, then becomes the first fiber component 301 elongated and the second fiber component 302 Wraps around the first fiber component 301 , This has the consequence that the width 305 of the yarn 300 increased, as from the lower part of 3 evident. Thus, the yarn points 300 out 3 an auxetic behavior, since the elongation in the longitudinal direction also to an elongation in the radial direction of the yarn 300 leads.

Es können somit auxetische Garne 300 in dem Komposit bzw. in dem Verbundwerkstoff eines Drucktanks 110 eingesetzt werden, um einen auxetischen Effekt hervorzurufen und um einer (insbesondere radial) ungleichmäßigen FaserBelastung bzw. Faser-Ausnutzung entgegenzuwirken.It can thus auxetic yarns 300 in the composite or in the composite material of a pressure tank 110 can be used to cause an auxetic effect and to counteract (in particular radial) uneven fiber loading or fiber utilization.

Das auxetische Garn 300 umfasst mindestens zwei verdrillte Fasern und/oder Faserbündel 301, 302, die bevorzugt eine unterschiedliche Steifigkeit aufweisen. Durch Dehnung dieser verdrillten Fasern bzw. Faserbündel 301, 302 kommt es zu einer effektiven Verdickung, wenn Parameter des Garns 300 entsprechend gewählt werden. Parameter, mit denen das auxetische Verhalten des Garns 300 eingestellt werden kann, sind: die Steifigkeit (E-Modul) der Fasern bzw. Faserbündel 301, 302, der Durchmesser der Fasern bzw. Faserbündel 301, 302 und/oder die Ganghöhen und Steigungen der durch die Fasern bzw. Faserbündel 301, 302 gebildeten Helices im nicht gedehnten Zustand. Beispielhafte Materialien für die Fasern bzw. Faserbündel 301, 302 sind: Carbon, Kevlar, Glas, Kunststoffe, biogene Materialien, etc.The auxetic yarn 300 comprises at least two twisted fibers and / or fiber bundles 301 . 302 , which preferably have a different stiffness. By stretching these twisted fibers or fiber bundles 301 . 302 it comes to an effective thickening, if parameters of the yarn 300 be selected accordingly. Parameters with which the auxetic behavior of the yarn 300 can be adjusted, are: the stiffness (modulus of elasticity) of the fibers or fiber bundles 301 . 302 , the diameter of the fibers or fiber bundles 301 . 302 and / or the pitches and gradients through the fibers or fiber bundles 301 . 302 Helices formed in the unstretched state. Exemplary materials for the fibers or fiber bundles 301 . 302 are: carbon, kevlar, glass, plastics, biogenic materials, etc.

Die Gesamt-Poissonzahl für den Komposit in der Wand 201 eines Drucktanks 110, d.h. für die Fasern 211, 212 und für die Matrix 213, kann über eine Mischungsregel ermittelt werden. In der Mischungsregel wird der volumengewichtete Mittelwert der jeweiligen Poissonzahlen von Faser 211, 212 und Matrix 213 gebildet. Der Volumenanteil der Matrix 213 beträgt etwa 35% bis 40% und der Volumenanteil der Fasern 211, 212 beträgt ca. 60%-65%. Die Gesamt-Poissonzahl des Komposits wird somit typischerweise vorwiegend von der Poissonzahl der Fasern 211, 212 beeinflusst. Somit führt die Verwendung von Fasern 211, 212 mit auxetischem Verhalten typischerweise auch zu einem auxetischen Verhalten des Komposits.The total Poisson number for the composite in the wall 201 a pressure tank 110 ie for the fibers 211 . 212 and for the matrix 213 , can be determined via a mixture rule. In the mixing rule, the volume weighted average of the respective Poisson numbers of fiber 211 . 212 and matrix 213 educated. The volume fraction of the matrix 213 is about 35% to 40% and the volume fraction of the fibers 211 . 212 is about 60% -65%. The total Poisson's number of the composite thus typically becomes predominantly the Poisson's number of fibers 211 . 212 affected. Thus, the use of fibers leads 211 . 212 with auxetic behavior also typically leads to auxetic behavior of the composite.

Ergänzend zu der Verwendung von Fasern 211, 212 mit auxetischem Verhalten kann auch die Matrix 213 des Faserverbundwerkstoffes ein auxetisches Verhalten aufweisen. So kann die Gleichmäßigkeit der Materialbelastung über den gesamten Querschnitt 206 einer Wand 201 eines Drucktanks 110 weiter verbessert werden.In addition to the use of fibers 211 . 212 with auxetic behavior can also be the matrix 213 of the fiber composite have an auxetic behavior. So can the uniformity of the material load over the entire cross-section 206 a wall 201 a pressure tank 110 be further improved.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur das Prinzip der vorgeschlagenen Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.The present invention is not limited to the embodiments shown. In particular, it should be noted that the description and figures are intended to illustrate only the principle of the proposed devices and systems.

Claims (10)

Drucktank (110) mit zumindest einer gewölbten Wand (201), die einen Hohlraum zur Aufnahme eines Mediums bildet; wobei - die Wand (201) eine erste Schicht mit Fasern (211, 212) und eine darüber liegende zweite Schicht mit Fasern (211, 212) aufweist; und - zumindest Fasern (211, 212) der ersten Schicht eine Poissonzahl aufweisen, die kleiner als 0,05, insbesondere kleiner als Null, ist.A pressure tank (110) having at least one domed wall (201) forming a cavity for receiving a medium; in which - The wall (201) has a first layer with fibers (211, 212) and an overlying second layer with fibers (211, 212); and - At least fibers (211, 212) of the first layer have a Poisson number which is less than 0.05, in particular less than zero. Drucktank (110) gemäß Anspruch 1, wobei Fasern (211, 212) der ersten Schicht Carbonfasern auf Basis von Polyacrylnitril umfassen.Pressure tank (110) according to Claim 1 wherein fibers (211, 212) of the first layer comprise carbon fibers based on polyacrylonitrile. Drucktank (110) gemäß Anspruch 2, wobei die Carbonfasern eine reduzierte Porendichte aufweisen, insbesondere eine Porosität von 20% oder weniger.Pressure tank (110) according to Claim 2 wherein the carbon fibers have a reduced pore density, in particular a porosity of 20% or less. Drucktank (110) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Fasern (211, 212) der ersten Schicht ein helikales, auxetisches Garn (300) umfassen.A pressure tank (110) according to any one of the preceding claims, wherein fibers (211, 212) of the first layer comprise a helical auxetic yarn (300). Drucktank (110) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - eine Faser (211, 212) der ersten Schicht eine erste Faser-Komponente (301) und eine zweite Faser-Komponente (302) umfasst; und - die erste Faser-Komponente (301) in einem Grundzustand helikal um die zweite Faser-Komponente (302) gewickelt ist.Pressure tank (110) according to one of the preceding claims, wherein - a fiber (211, 212) of the first layer comprises a first fiber component (301) and a second fiber component (302); and - the first fiber component (301) is helically wound around the second fiber component (302) in a ground state. Drucktank (110) gemäß Anspruch 5, wobei die erste Faser-Komponente (301) ein höheres E-Modul aufweist als die zweite Faser-Komponente (302).Pressure tank (110) according to Claim 5 wherein the first fiber component (301) has a higher modulus of elasticity than the second fiber component (302). Drucktank (110) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 6, wobei die erste Faser-Komponente (301) und/oder die zweite Komponente (302) Carbon, Kevlar, Glas und/oder Kunststoff, insbesondere Polyamid und/oder Polyester, umfassen.Pressure tank (110) according to one of Claims 5 to 6 wherein the first fiber component (301) and / or the second component (302) comprise carbon, kevlar, glass and / or plastic, in particular polyamide and / or polyester. Drucktank (110) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Querdehnungsverhalten der Fasern (211, 212) der ersten Schicht und der zweiten Schicht derart ist, dass in einem gewölbten Abschnitt der Wand (201) Spannungen (203) in der ersten Schicht und in der zweiten Schicht substantiell gleich sind, wenn der Drucktank (110) mit einem Mindestberstdruck belastet wird.A pressure tank (110) according to any one of the preceding claims, wherein a transverse expansion behavior of the fibers (211, 212) of the first layer and the second layer is such that stresses (203) in the first layer and in a curved portion of the wall (201) Substantially equal to the second layer when the pressure tank (110) is loaded with a minimum burst pressure. Drucktank (110) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Schicht und die zweite Schicht eine Matrix (213) aufweisen, in der die Fasern (211, 212) angeordnet sind.A pressure tank (110) according to any one of the preceding claims, wherein the first layer and the second layer comprise a matrix (213) in which the fibers (211, 212) are disposed. Drucktank (110) gemäß Anspruch 9, wobei ein Material der Matrix (213) eine negative Poissonzahl aufweist.Pressure tank (110) according to Claim 9 wherein a material of the matrix (213) has a negative Poisson number.
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