DE102017201672A1 - Pressure vessel and method for producing a pressure vessel - Google Patents

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Thomas Bäumer
Christian Middendorf
Frank Otremba
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Bayerische Motoren Werke AG
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Abstract

Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Druckbehälters 100 zur Speicherung von Brennstoff. Das Verfahren umfasst die Schritte: (i) Herstellen einer faserverstärkten Schicht 120 des Druckbehälters 100, wobei sich die faserverstärkte Schicht 120 über einen Mantelbereich M und über mindestens einen kappenförmigen Endbereich D, Ddes Druckbehälters 100 erstreckt; (ii) Bereitstellen von mindestens einem Positionierelement 200, wobei das Positionierelement 200 zumindest bereichsweise an der faserverstärkten Schicht 120 anliegt; und (iii) Ablegen von Endlosfasern mindestens einer Umfangslage 162 auf die faserverstärkte Schicht 120; wobei das Positionierelement 200 zumindest die am Positionierelement 200 anliegenden Endlosfasern in der abgelegten Position hält.The technology disclosed herein relates to a method of manufacturing a pressure vessel 100 for storing fuel. The method comprises the steps of: (i) forming a fiber reinforced layer 120 of the pressure vessel 100, the fiber reinforced layer 120 extending over a cladding region M and over at least one cap-shaped end region D, D of the pressure vessel 100; (ii) providing at least one positioning element 200, wherein the positioning element 200 bears against the fiber-reinforced layer 120 at least in regions; and (iii) depositing continuous filaments of at least one circumferential layer 162 onto the fiber reinforced layer 120; wherein the positioning element 200 holds at least the endless fibers adjacent to the positioning element 200 in the stored position.

Description

Die hier offenbarte Technologie betrifft einen Druckbehälter zur Speicherung von Brennstoff sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Druckbehälters zur Speicherung von Brennstoff.The technology disclosed herein relates to a pressure vessel for storing fuel and a method of manufacturing a pressure vessel for storing fuel.

Druckbehälter als solche zur Speicherung von unter Umgebungsbedingungen gasförmigen Brennstoffen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Solche Druckbehälter können bspw. durch ein um den Mantelbereich des Druckbehälters gespanntes Spannband (engl.: strap mounting) an der Karosserie befestigt sein. Ferner können die Druckbehälter an beiden Enden des Druckbehälters am Hals (engl.: neck mounting) an die Karosseriestruktur befestigt sein. Eine solche Konstruktion benötigt relativ viel Bauraum. Somit verringern diese Formen der Karosserieanbindung das potentielle Speichervolumen des Druckbehälters. Sie sind überdies nur stark eingeschränkt in der Lage, Kräfte und Momente von einem Ende eines Druckbehälters auf ein anderes Ende des Druckbehälters zu übertragen. Somit tragen sie nicht bzw. nur zu einem geringen Teil zur Steifigkeit der Karosserie bei. Ferner offenbart die auf die Anmelderin zurückgehende deutsche Patentanmeldung mit der Anmeldenummer DE 10 2013 201 477 einen Druckbehälter mit einer rohrförmigen Befestigung.Pressure vessels as such for storing gaseous fuels under ambient conditions are known in the art. Such pressure vessels may, for example, be fastened to the body by a tensioning strap stretched around the jacket area of the pressure vessel. Further, the pressure vessels may be attached to the body structure at both ends of the pressure vessel neck. Such a construction requires a relatively large amount of space. Thus, these forms of body attachment reduce the potential storage volume of the pressure vessel. Moreover, they are only severely limited in their ability to transmit forces and moments from one end of a pressure vessel to another end of the pressure vessel. Thus, they contribute not or only to a small extent to the rigidity of the body. Furthermore, the German patent application with the application number, which is based on the applicant, discloses DE 10 2013 201 477 a pressure vessel with a tubular attachment.

Aus dem Stand der Technik sind insbesondere faserverstärkte Druckbehälter bekannt, die mit dem Filament Winding Verfahren hergestellt werden. Dabei wird ein Liner eingesetzt, der einerseits als Wickelkern fungiert, andererseits auch die Dichtigkeit des Behälters garantieren kann. Beim Laminataufbau des gewickelten Druckbehälters zeigt sich die Schwäche, dass im Polkappenbereich die Verstärkung in Umfangsrichtung nicht möglich ist, weil der in Umfangsrichtung gewickelte Faden abrutscht und erst an der Linereinspannung zum Halten kommt. Diese fehlende Umfangsverstärkung muss durch entsprechende Axialwicklungen mit unterschiedlichen Wickelwinkeln kompensiert werden, weil der Behälter sonst im Polkappenbereich frühzeitig versagt.In particular, fiber-reinforced pressure vessels are known from the prior art, which are produced by the filament winding method. In this case, a liner is used, on the one hand acts as a hub, on the other hand, the tightness of the container can guarantee. The laminate structure of the wound pressure vessel, the weakness shows that in Polkappenbereich the reinforcement in the circumferential direction is not possible because the wound in the circumferential direction thread slips and stops only at the liner tension. This lack of circumferential reinforcement must be compensated by corresponding axial windings with different winding angles, because otherwise the container fails early in Polkappenbereich.

Durch eine Anhäufung der verschiedenen Axialwicklungen ist es möglich, den Polkappenbereich so zu verstärken, dass die zulässigen Spannungen in den einzelnen Lagen nicht überschritten werden. Nachteilig ist dabei, dass die notwendigen Axialwicklungen zum Teil nur für den Polkappenbereich notwendig sind und im zylindrischen Bereich des Druckbehälters überflüssig sind. Besonders bei langen Behältern wird dadurch unnötig viel Faser verarbeitet, was sich negativ auf Kosten und Gewicht des Behälters auswirkt.By accumulating the various axial windings, it is possible to strengthen the pole cap area so that the allowable stresses in the individual layers are not exceeded. The disadvantage here is that the necessary axial windings are partly necessary only for the pole cap area and are superfluous in the cylindrical region of the pressure vessel. Especially with long containers this unnecessarily much fiber is processed, which has a negative effect on the cost and weight of the container.

Es ist eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie, zumindest einen Nachteil von einer vorbekannten Lösung zu verringern oder zu beheben oder eine alternative Lösung vorzuschlagen. Es ist insbesondere eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie, ein Herstellungsverfahren und einen Druckbehälter bereitzustellen, bei dem die Polkappen gestärkt sind, ohne dass Gewicht bzw. Kosten dabei unverhältnismäßig ansteigen. Weitere bevorzugte Aufgaben können sich aus den vorteilhaften Effekten der hier offenbarten Technologie ergeben. Die Aufgabe(n) wird/werden gelöst durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1. Die abhängigen Ansprüche stellen bevorzugte Ausgestaltungen dar.It is a preferred object of the technology disclosed herein to reduce or eliminate at least one disadvantage of a previously known solution or to suggest an alternative solution. In particular, it is a preferred object of the technology disclosed herein to provide a manufacturing method and a pressure vessel in which the polar caps are strengthened without disproportionately increasing their weight or cost. Other preferred objects may result from the beneficial effects of the technology disclosed herein. The object (s) is / are solved by the subject matter of claim 1. The dependent claims are preferred embodiments.

Das hier offenbarte Verfahren zur Herstellung eines Druckbehälters kann den Schritt umfassen:

  • - Herstellen einer faserverstärkten Schicht des Druckbehälters, wobei sich die faserverstärkte Schicht über einen zylinderförmigen Mantelbereich M und über mindestens einen gewölbten bzw. kappenförmigen Endbereich D1, D2 des Druckbehälters erstreckt.
The method of manufacturing a pressure vessel disclosed herein may include the step of:
  • - Producing a fiber-reinforced layer of the pressure vessel, wherein the fiber-reinforced layer extends over a cylindrical jacket portion M and at least one curved or cap-shaped end portion D 1 , D 2 of the pressure vessel.

Das hier offenbarte Verfahren zur Herstellung eines Druckbehälters umfasst die Schritte:

  • - Bereitstellen von mindestens einem Positionierelement, wobei das Positionierelement zumindest bereichsweise an einer Außenoberfläche eines Kerns zum Flechten und/oder Wickeln des Druckbehälters, bevorzugt an der faserverstärkten Schicht, von außen anliegen kann; und
  • - Ablegen von Endlosfasern für mindestens eine Umfangslage auf den Kern, bevorzugt auf die faserverstärkte Schicht; wobei das Positionierelement zumindest nach dem Ablegen der Endlosfasern zumindest die am Positionierelement anliegenden Endlosfasern in der abgelegten Position in Bezug auf Bewegungen in einer Richtung parallel zur Druckbehälterlängsachse hält, so dass ein Abrutschen der Endlosfasern zur Druckbehälterlängsachse bzw. zu dem Boss hin verringert bzw. vermieden wird.
The method of manufacturing a pressure vessel disclosed herein comprises the steps of:
  • Providing at least one positioning element, wherein the positioning element can at least partially rest on an outer surface of a core for braiding and / or winding the pressure vessel, preferably on the fiber-reinforced layer, from the outside; and
  • Depositing continuous fibers for at least one circumferential layer on the core, preferably on the fiber-reinforced layer; wherein the positioning at least after the deposition of the continuous fibers at least the continuous fiber adjacent the positioning in the stored position holds with respect to movements in a direction parallel to the pressure vessel longitudinal axis, so that slipping of the continuous fibers to the pressure vessel longitudinal axis or to the Boss is reduced or avoided ,

Die hier offenbarte Technologie betrifft auch einen Druckbehälter für ein Kraftfahrzeug. Der Druckbehälter dient zur Speicherung von unter Umgebungsbedingungen gasförmigen 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. Der Druckbehälter kann beispielsweise ein kryogener Druckbehälter (= CcH2) oder ein Hochdruckgasbehälter (= CGH2) sein. 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.The technology disclosed herein also relates to a pressure vessel for a motor vehicle. The pressure vessel serves to store gaseous fuel under ambient conditions. 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. 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 be substantially permanently at ambient temperatures of fuel at a nominal operating pressure (also called nominal working pressure or NWP) of about 350 bar (= gauge over atmospheric), more preferably about 700 bar or more to save. 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.

Der Kern zum Flechten und/oder Wickeln kann dabei der hier offenbarte Liner oder die hier offenbarte faserverstärkte Schicht sein.The core for braiding and / or winding may be the liner disclosed herein or the fiber reinforced layer disclosed herein.

Der hier offenbarte Druckbehälter kann ebenfalls einen Liner zur Speicherung von Brennstoff umfassen. Der Liner kann aus einem Metall, aus einer Metalllegierung oder aus einem Kunststoff hergestellt sein. Zweckmäßig ist beispielsweise ein Liner aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung. Im Liner wird der Brennstoff gespeichert und der Liner ist i.d.R. für die Dichtheit des Druckbehälters zuständig. 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. Wie der Druckbehälter weist auch der Liner i.d.R. eine längliche, bevorzugt zylindrische Form mit i.d.R. zumindest bereichsweise kappenförmige Endbereichen auf. Die Endbereiche und der dazwischen angeordnete zylindrische Mantelbereich M sind insbesondere vorteilhaft einstückig geformt. In mindestens einer der Polkappen des Liners ist eine Öffnung vorgesehen. Es ist überdies möglich linerloser Druckbehälter mit der hier offenbarten Technologie auszubilden.The pressure vessel disclosed herein may also include a liner for storing fuel. The liner may be made of a metal, a metal alloy or a plastic. For example, a liner made of aluminum or of an aluminum alloy is expedient. The fuel is stored in the liner and the liner is i.d.R. responsible for the tightness of the pressure vessel. 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. Like the pressure vessel, the liner i.d.R. an elongated, preferably cylindrical shape with i.d.R. at least partially cap-shaped end regions. The end regions and the cylindrical jacket 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 Druckbehälter umfasst mindestens eine (erste) faserverstärkte Schicht. Die faserverstärkte Schicht wird oft auch als Laminat bzw. Ummantelung oder Armierung bezeichnet. 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 (engl. helical layers) gewickelt bzw. geflochten. In dem zylindrischen Mantelbereich M befinden sich i.d.R., zusätzlich zu den Kreuzlagen, die sogenannten Umfangslagen (engl. „hoop layers“), die für eine Verstärkung in Umfangsrichtung sorgen. Die Umfangslagen verlaufen in Umfangsrichtung U des Druckbehälters und sind in einem Wickelwinkel von ca. 90 ° ° ± 5 ° zur Druckbehälterlängsachse A-A orientiert. Vorteilhaft können mindestens zwei Lagen der faserverstärkten Schicht in einem ausgeglichenen Winkelverbund (AWV, engl. „Balanced Ply Laminate“) angeordnet sein.The pressure vessel comprises at least one (first) fiber-reinforced layer. The fiber reinforced layer is often referred to as a laminate or armor. 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. The fiber reinforced layer has i.d.R. Cross and peripheral layers on. In order to compensate for axial stresses, cross layers (helical layers) are wound or braided over the entire winding core surface. In the cylindrical jacket region M, in addition to the cross-layers, there are the so-called hoop layers, which provide a reinforcement in the circumferential direction. The circumferential positions extend in the circumferential direction U of the pressure vessel and are oriented in a winding angle of about 90 ° ± 5 ° to the pressure vessel longitudinal axis A-A. Advantageously, at least two layers of the fiber-reinforced layer can be arranged in a balanced angle composite (AWV, English: Balanced Ply Laminate).

Die hier offenbarte Technologie betrifft einen Druckbehälter mit einer faserverstärkten Schicht, die sich über einen Mittelbereich bzw. Mantelbereich M des Druckbehälters und über mindestens einen Endbereich D1, D2 des Druckbehälters erstreckt. Bevorzugt umgibt die faserverstärkte Schicht den Mantelbereich und die beiden Endbereiche vollständig, wobei zweckmäßig etwaige Funktionselemente (z.B. Druckbehälteröffnung O, etwaige Bosse) ausgespart sein können. Der Mantelbereich M des Druckbehälters ist der Bereich, in dem der Druckbehälter eine zylindrische Form oder eine im Wesentlichen zylindrische Form aufweist. Falls ein Liner eingesetzt wird, kann bspw. der zylindrische Teil eines Liners den Mantelbereich M ausbilden. Der Druckbehälter umfasst ferner i.d.R. zumindest bereichsweise gewölbte bzw. kappenförmige Endbereiche D1, D2, die sich an den Mantelbereich M anschließen. Ein solcher Endbereich wird auch als Dom bezeichnet. Im Inneren des Mantelbereichs sowie der Endbereiche ist das Brennstoffspeichervolumen I des Druckbehälters angeordnet. Wird bspw. ein Liner eingesetzt, so bilden der Mantelbereich des Liners sowie dessen Endbereiche das Brennstoffspeichervolumen I aus.The technology disclosed herein relates to a pressure vessel having a fiber reinforced layer extending over a mid-region M of the pressure vessel and over at least one end region D 1 , D 2 of the pressure vessel. Preferably, the fiber-reinforced layer completely surrounds the jacket region and the two end regions, it being possible for any functional elements (eg pressure vessel opening O, possible bosses) to be recessed expediently. The jacket area M of the pressure vessel is the area in which the pressure vessel has a cylindrical shape or a substantially cylindrical shape. If a liner is used, for example, the cylindrical part of a liner can form the jacket region M. Furthermore, the pressure vessel generally comprises arched or cap-shaped end regions D 1 , D 2 , which adjoin the jacket region M, at least in regions. Such an end region is also called a dome. Inside the jacket area and the end areas, the fuel storage volume I of the pressure vessel is arranged. If, for example, a liner is used, the jacket region of the liner and its end regions form the fuel storage volume I.

Der Schritt des Herstellens der faserverstärkten Schicht kann ferner den Schritt umfassen, wonach die faserverstärkte Schicht zumindest teilweise aushärtet, bevor die nachfolgenden Schritte (z.B. Bereitstellung vom Positionierelement; Ablegen von Endlosfasern auf die faserverstärkte Schicht, etc.) beginnen.The step of producing the fiber reinforced layer may further comprise the step of at least partially curing the fiber reinforced layer before the subsequent steps (e.g., providing the positioning element; depositing continuous filaments onto the fiber reinforced layer, etc.) begin.

Das hier offenbarte Verfahren umfasst den Schritt, wonach Endlosfasern für mindestens eine Umfangslage auf die faserverstärkte Schicht abgelegt wird. Insbesondere können die in Umfangsrichtung orientierten Endlosfasern der Umfangslagen zumindest bereichsweise in zumindest einem kappenförmigen Endbereich abgelegt sein.The method disclosed herein comprises the step of laying endless fibers on the fiber reinforced layer for at least one peripheral layer. In particular, the circumferentially oriented continuous fibers of the circumferential layers can be deposited at least in regions in at least one cap-shaped end region.

Das Positionierelement kann zumindest nach dem Ablegen der Endlosfasern zumindest die am Positionierelement anliegenden Endlosfasern in der auf dem Druckbehälter bzw. der faserverstärkten Schicht abgelegten Position in Bezug auf Bewegungen in einer Richtung parallel zur Druckbehälterlängsachse halten, so dass ein Abrutschen der insbesondere in einem der kappenförmige Endbereiche abgelegten Endlosfasern zur Druckbehälterlängsachse bzw. zu dem Boss hin verringert bzw. vermieden wird.At least after the filaments have been deposited, the positioning element can at least hold the continuous fibers in the position deposited on the pressure container or the fiber-reinforced layer with respect to movements in a direction parallel to the pressure vessel longitudinal axis, so that slippage occurs, in particular in one of the cap-shaped end regions deposited endless fibers to the pressure vessel longitudinal axis or to the boss towards reduced or avoided.

Gemäß dem hier offenbarten Verfahren kann mindestens ein Positionierelement in mindestens einem der kappenförmige Endbereiche von außen an der faserverstärkten Schicht anliegen. According to the method disclosed here, at least one positioning element may rest in at least one of the cap-shaped end regions from the outside on the fiber-reinforced layer.

Vorteilhaft kann das Positionierelement ringförmig ausgebildet sein, wobei die Längsachse des Positionierelements zumindest zeitweise während der Herstellung des Druckbehälters parallel und bevorzugt koaxial zur Druckbehälterlängsachse angeordnet ist. Bevorzugt liegt das Positionierelement ringförmig an dem Druckbehälter bzw. an der faserverstärkten Schicht zumindest zeitweise während der Herstellung des Druckbehälters an.Advantageously, the positioning can be annular, wherein the longitudinal axis of the positioning is arranged at least temporarily during the manufacture of the pressure vessel in parallel and preferably coaxially to the pressure vessel longitudinal axis. The positioning element preferably rests annularly on the pressure vessel or on the fiber-reinforced layer at least temporarily during the production of the pressure vessel.

Gemäß dem hier offenbarten Verfahren kann das Positionierelement eine bevorzugt ringförmige Stirnwand aufweisen, an der zumindest zeitweise während der Herstellung des Druckbehälters zumindest einige Endlosfasern der mindestens einen Umfangslage der hier offenbarten Übergangsschicht anliegen. Die ringförmige Stirnwand kann insbesondere im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse des Positionierelements verlaufen. So sind aber auch andere Geometrien für die Stirnwand vorstellbar.According to the method disclosed here, the positioning element can have a preferably annular end wall, against which at least some endless fibers of the at least one circumferential layer of the transition layer disclosed here abut, at least at times during production of the pressure vessel. The annular end wall can in particular run substantially perpendicular to the longitudinal axis of the positioning element. But also other geometries for the front wall are conceivable.

Das hier offenbarte Verfahren kann den Schritt umfassen, wonach der Kern, bevorzugt die faserverstärkte Schicht, und das Positionierelement eine in Umfangsrichtung des Druckbehälters verlaufende Vertiefung ausbilden. Die Vertiefung ist gegenüber der Außenumfangsfläche der faserverstärkten Schicht und gegenüber dem Außenumfangsfläche des Positionierelements radial nach innen zurückversetzt angeordnet. Bevorzugt kann sich die Vertiefung in radial äußere Richtung allmählich verbreitern. Insbesondere kann die Vertiefung zumindest bereichsweise in einem der kappenförmigen Endbereiche angeordnet sein. Gemäß dem hier offenbarten Verfahren wird die mindestens eine Umfangslage bzw. die hier offenbarte faserverstärkte Übergangsschicht in die Vertiefung angeordnet bzw. mit Hilfe der Vertiefung hergestellt.The method disclosed herein may comprise the step of forming the core, preferably the fiber reinforced layer, and the positioning member in a circumferential direction of the pressure vessel. The recess is disposed radially inwardly of the outer peripheral surface of the fiber reinforced layer and recessed with respect to the outer peripheral surface of the positioning member. Preferably, the recess can widen gradually in the radially outer direction. In particular, the recess can be arranged at least partially in one of the cap-shaped end regions. According to the method disclosed herein, the at least one peripheral layer or fiber-reinforced transitional layer disclosed herein is placed in the recess or made by means of the recess.

Gemäß dem hier offenbarten Verfahren kann vorgesehen sein, dass eine faserverstärkte Übergangsschicht ausgebildet wird, zu der die mindestens eine Umfangslage gehört. Die faserverstärkte Übergangsschicht ist zweckmäßig zumindest teilweise in einem der kappenförmigen Endbereiche angeordnet. Die faserverstärkte Übergangsschicht ist bevorzugt im Übergangbereich Ü zwischen mindestens einem der Endbereiche und dem zylinderförmigen Mantelbereich M angeordnet.According to the method disclosed herein, it can be provided that a fiber-reinforced transition layer is formed, to which the at least one peripheral layer belongs. The fiber-reinforced transition layer is expediently arranged at least partially in one of the cap-shaped end regions. The fiber-reinforced transition layer is preferably arranged in the transition region Ü between at least one of the end regions and the cylindrical jacket region M.

Der Übergangsbereich Ü ist dabei der i.d.R. ringförmige Bereich der faserverstärkten Schicht,

  • - der sich in dem mindestens einem Endbereich des Druckbehälters befindet, und
  • - dessen Abstand von der Druckbehälterlängsachse A-A mindestens 40%, bevorzugt mindestens 45% des mittleren Manteldurchmessers DA der faserverstärkten Schicht beträgt. Der Mantelbereich M selbst zählt jedoch nicht zum Übergangsbereich Ü. In einer Ausgestaltung kann das die faserverstärkte Übergangsschicht und das hier offenbarte Verbindungsrohr teilweise im Übergangsbereich Ü und teilweise im Mantelbereich M anliegen. Insbesondere kann die faserverstärkte Übergangsschicht bzw. das Verbindungsrohr auch in den Mantelbereich M hineinragend an der faserverstärkten Schicht anliegen, bevorzugt aber max. 10% oder max. 5% der gesamten axialen Länge des Mantelbereichs M.
The transition region Ü is the generally annular region of the fiber-reinforced layer,
  • - Which is located in the at least one end region of the pressure vessel, and
  • - The distance from the pressure vessel longitudinal axis AA at least 40%, preferably at least 45% of the mean cladding diameter DA of the fiber-reinforced layer. However, the cladding region M itself does not count toward the transition region Ü. In one embodiment, the fiber-reinforced transition layer and the connecting tube disclosed here may lie partially in the transition region Ü and partially in the jacket region M. In particular, the fiber-reinforced transition layer or the connecting tube can also protrude into the cladding region M protruding on the fiber-reinforced layer, but preferably max. 10% or max. 5% of the total axial length of the shell region M.

Die faserverstärkte Übergangsschicht kann in einem Längsschnitt durch den Druckbehälter im Wesentlichen keilförmig ausgebildet sein. Wobei sich die Keilform in axialer Richtung des Druckbehälters zum Ende des Druckbehälters hin verbreitert. Bevorzugt ist der Außendurchmesser der faserverstärkten Übergangsschicht kleiner oder gleich dem Außendurchmesser der faserverstärkten Schicht im zylindrischen Mantelbereich.The fiber-reinforced transition layer may be formed in a longitudinal section through the pressure vessel is substantially wedge-shaped. Wherein wedge shape widens in the axial direction of the pressure vessel towards the end of the pressure vessel. Preferably, the outer diameter of the fiber-reinforced transition layer is less than or equal to the outer diameter of the fiber-reinforced layer in the cylindrical shell region.

Das hier offenbarte Verfahren kann den Schritt umfassen, wonach das Positionierelement wieder entfernt wird, insbesondere nach der Herstellung der mindestens einen Umfangslage bzw. faserverstärkten Übergangsschicht und/oder des hier offenbarten Verbindungsrohrs. Zweckmäßig wird das Positionierelement wieder entfernt, nachdem die mindestens eine Umfangslage bzw. die faserverstärkte Übergangsschicht und/oder das Verbindungsrohr zumindest teilweise ausgehärtet ist.The method disclosed herein may include the step of removing the positioning member again, particularly after the formation of the at least one circumferential layer or fiber reinforced transition layer and / or the connecting tube disclosed herein. Suitably, the positioning is removed again after the at least one peripheral layer or the fiber-reinforced transition layer and / or the connecting tube is at least partially cured.

Das hier offenbarte Verfahren kann ferner den Schritt vorsehen, wonach ein Verbindungsrohr an dem Druckbehälter zur Anbindung des Druckbehälters an mindestens einem Karosserieanbindungspunkt vorgesehen wird. Ferner kann die hier offenbarte Technologie vorsehen, ein solches Verbindungsrohr herzustellen.The method disclosed herein may further provide the step of providing a connection tube to the pressure vessel for connecting the pressure vessel to at least one body attachment point. Further, the technology disclosed herein may provide such a connection tube.

Gemäß der hier offenbarten Technologie kann vorgesehen sein, dass die das Verbindungsrohr zumindest teilweise ausbildende Endlosfasern zumindest auf einer Außenumfangsfläche des Positionierelements und bevorzugt auch auf die Außenumfangsfläche im Mantelbereich, beispielsweise auf die die Übergangsschicht (160) und/oder die faserverstärkte Schicht (120) abgelegt werden. Mithin kann also das Verbindungsrohr dadurch hergestellt werden, dass entsprechende Faserlagen auf die Außenumfangsfläche abgelegt werden.According to the technology disclosed here, it can be provided that the endless fibers forming the connection tube are deposited at least on an outer peripheral surface of the positioning element and preferably also on the outer peripheral surface in the cladding region, for example on the transition layer (160) and / or the fiber-reinforced layer (120) become. Consequently, therefore, the connecting pipe can be produced by depositing corresponding fiber layers on the outer circumferential surface.

Der hier offenbarte Druckbehälter umfasst also ferner mindestens ein Verbindungsrohr. Im Mantelbereich M kann das Verbindungsrohr auftretende Lasten durch einen Innendruck des Druckbehälters aufnehmen. Des Weiteren ist das Verbindungsrohr zweckmäßig ein Verbindungsrohr zur Karosserieanbindung. Der Druckbehälter (insbesondere das mindestens eine Verbindungsrohr, der Liner und die faserverstärkte Schicht) kann/können ausgebildet sein, Kräfte und/oder Momente zu übertragen, die vom Betrag her größer sind, z.B. mindestens um den Faktor 2,5, 4, 8, 10, 20 oder 100, als die Kräfte und/oder Momente, die aus der schweren oder trägen Masse des Druckbehälters und des darin enthaltenen Brennstoffs im Betrieb resultieren (z.B. Gewichtskraft, Querbeschleunigung, etc.). Bevorzugt ist jeweils ein Verbindungsrohr an jedem Ende des Druckbehälters vorgesehen. The pressure vessel disclosed here thus also comprises at least one connecting pipe. In the jacket region M, the connecting pipe can absorb occurring loads by an internal pressure of the pressure vessel. Furthermore, the connecting pipe is expediently a connecting tube for body connection. The pressure vessel (in particular the at least one connecting tube, the liner and the fiber-reinforced layer) can be configured to transmit forces and / or moments which are greater in magnitude, for example at least by a factor of 2.5, 4, 8, 10, 20 or 100, as the forces and / or moments resulting from the heavy or inert mass of the pressure vessel and the fuel contained therein during operation (eg weight, lateral acceleration, etc.). Preferably, in each case a connecting tube is provided at each end of the pressure vessel.

Somit lassen sich vorteilhaft Kräfte an einem ersten Ende des Druckbehälters von der Karosserie in den Druckbehälter einleiten und am zweiten Ende des Druckbehälters wieder in die Karosserie ausleiten. Der Druckbehälter kann also als lasttragender Druckbehälter bzw. als Versteifungselement der Karosserie ausgebildet sein. Es lässt sich also somit die Fahrzeugkarosserie versteifen.Thus, it is advantageous to introduce forces at a first end of the pressure vessel from the body into the pressure vessel and to discharge it back into the body at the second end of the pressure vessel. The pressure vessel may thus be designed as a load-bearing pressure vessel or as a stiffening element of the body. So it can thus stiffen the vehicle body.

Der hier offenbarte Druckbehälter kann ferner mindestens einen Befestigungsring umfassen. Der Befestigungsring dient zur Anbindung des Druckbehälters an mindestens einen Karosserieanbindungspunkt des Kraftfahrzeuges. Der Befestigungsring kann zumindest bereichsweise an der Rohrmantelinnenoberfläche des Verbindungsrohres direkt oder indirekt anliegen. Der Befestigungsring kann bspw. aus einem faserverstärkten Kunststoff und bevorzugt aus Metall hergestellt sein. Der Befestigungsring umfasst vorteilhaft nach innen ragende Befestigungsabschnitte, die über weitere Elemente direkt oder indirekt an mit der Karosserie des Kraftfahrzeuges verbindbar sind. Der Befestigungsring kann auch einstückig mit dem Verbindungsrohr ausgebildet sein. Beispielsweise kann er in die Struktur des Verbindungsrohrs mit integriert sein oder stoffschlüssig (z.B.: durch Verkleben, Verschweißen, etc.) mit dem Verbindungsrohr verbunden sein.The pressure vessel disclosed herein may further comprise at least one mounting ring. The fastening ring serves to connect the pressure vessel to at least one body connection point of the motor vehicle. The attachment ring may abut, at least in regions, directly or indirectly against the tubular jacket inner surface of the connecting tube. The attachment ring may, for example, be made of a fiber-reinforced plastic and preferably of metal. The attachment ring advantageously comprises inwardly projecting attachment portions, which are directly or indirectly connectable to other elements with the body of the motor vehicle. The fastening ring can also be formed integrally with the connecting pipe. For example, it can be integrated into the structure of the connecting tube or can be connected to the connecting tube in a material-tight manner (for example by gluing, welding, etc.).

Beispielsweise kann eine Wärmeabbaustrecke vorgesehen sein, wie sie bspw. in der auf die Anmelderin zurückgehenden deutschen Patentanmeldung mit den Anmeldenummern DE 10 2014 226557 , DE 10 2015 204623 und DE 10 2014 226550 offenbart ist. Der Inhalt dieser Schriften, insbesondere bzgl. des Pressverbands und der Anordnung der ineinander liegenden Rohre wird hiermit durch Verweis hier mit aufgenommen. Bevorzugt bilden der Befestigungsring und das Verbindungsrohr also einen Pressverband aus, insbesondere wie er in der Schrift DE 10 2014 226550 offenbart ist.For example, a heat dissipation section may be provided, as for example. In the back to the applicant German patent application with the application numbers DE 10 2014 226557 . DE 10 2015 204623 and DE 10 2014 226550 is disclosed. The content of these publications, in particular with respect to the press bandage and the arrangement of the tubes lying inside one another, is hereby incorporated by reference. Preferably, the fastening ring and the connecting pipe thus form an interference fit, in particular as described in the document DE 10 2014 226550 is disclosed.

Bevorzugt weist der Befestigungsring auf seiner äußeren Seite eine raue Oberfläche auf. Bevorzugt weist die Außenoberfläche des Befestigungsrings eine Mikroverzahnung auf. Die Verzahnung bzw. Mikroverzahnung (nachstehend: Mikroverzahnung) kann einen Flankenwinkel von 50 bis 70°, besonders bevorzugt von ca. 60° aufweisen. Eine Verzahnung mit einer solchen Zahngeometrie stellt eine ausreichende Festigkeit der Zähne sicher und ermöglicht zudem das Eindringen der Zähne in das vergleichsweise weiche faserverstärkte Kunststoffmaterial. Kann sich die Verzahnung gut in das faserverstärkte Kunststoffmaterial verankern, so lassen sich die maximal übertragbaren Kräfte deutlich steigern. Ferner bevorzugt weist die Mikroverzahnung eine Höhe (Einstichtiefe) von ca. 0,1 bis 1 mm, und besonders bevorzugt von ca. 0,5 mm auf. Die Mikroverzahnung kann einen schraubenförmigen Verlauf aufweisen. Ebenso kann eine Verzahnung aus vielen parallelen Kreiserhebungen gebildet sein. Neben verbesserten mechanischen Belastungswerten verringert eine solche Mikroverzahnung die Herstellungskosten. Die Mikroverzahnung kann mit bekannten Werkzeugen und Verfahren hergestellt werden.The fastening ring preferably has a rough surface on its outer side. Preferably, the outer surface of the mounting ring has a micro-toothing. The toothing or micro-toothing (hereafter: micro-toothing) can have a flank angle of 50 to 70 °, particularly preferably about 60 °. A toothing with such a tooth geometry ensures sufficient strength of the teeth and also allows the penetration of the teeth into the comparatively soft fiber-reinforced plastic material. If the toothing can anchor well into the fiber-reinforced plastic material, the maximum transferable forces can be significantly increased. Further preferably, the micro-toothing has a height (penetration depth) of about 0.1 to 1 mm, and particularly preferably of about 0.5 mm. The micro-toothing can have a helical course. Likewise, a toothing can be formed from many parallel circular elevations. In addition to improved mechanical load values, such micro-toothing reduces the manufacturing costs. The micro-toothing can be made with known tools and methods.

Der Pressverband kann zumindest teilweise dadurch verbessert werden, dass die eine faserverstärkte Schicht 144 das Verbindungsrohr zumindest bereichsweise versteift bzw. verfestigt. Vorteilhaft ist also vorgesehen, dass der Befestigungsring in ein vorgefertigtes Verbindungsrohr eingesetzt bzw. eingepresst wird und somit die Mikroverzahnung des Befestigungsrings in die faserverstärkte Schicht des Verbindungsrohres eingedrückt wird, wodurch ein fester Pressverband entsteht. Zusätzlich kann ein weiterer Pressring auf der Außenseite des Verbindungsrohrs direkt oder indirekt aufgebracht werden, der das Verbindungsrohr in radialer Richtung auf den Befestigungsring drückt und somit den Pressverband verbessert.The interference fit can be at least partially improved by the fact that the one fiber-reinforced layer 144 at least partially stiffens or solidifies the connection tube. Advantageously, it is thus provided that the fastening ring is inserted or pressed into a prefabricated connecting tube and thus the micro-toothing of the fastening ring is pressed into the fiber-reinforced layer of the connecting tube, whereby a solid interference fit arises. In addition, a further pressure ring can be applied directly or indirectly on the outside of the connecting tube, which presses the connecting tube in the radial direction onto the fastening ring and thus improves the interference fit.

Alternativ zum Pressverband kann der Befestigungsring auch durch Kleben mit dem Verbindungsrohr verbunden werden.As an alternative to the press fit, the fastening ring can also be connected to the connecting pipe by gluing.

Die hier offenbarte Technologie wird nun anhand der 1-5 geschrieben. Es zeigen:

  • 1 eine schematische Querschnittsansicht des Druckbehälters 100;
  • 2-4 schematische Querschnittsansichten zur Beschreibung vom Herstellungsprozess; und
  • 5 eine Querschnittsansicht eines weiteren Druckbehälters 100.
The technology disclosed here will now be described with reference to 1 - 5 written. Show it:
  • 1 a schematic cross-sectional view of the pressure vessel 100;
  • 2 - 4 schematic cross-sectional views for describing the manufacturing process; and
  • 5 a cross-sectional view of another pressure vessel 100th

In der 1 ist eine schematische Querschnittsansicht von einem Ende eines Druckbehälters 100 gezeigt. Der Liner 110 ist von einer faserverstärkten Schicht 120 umgeben. Die faserverstärkte Schicht 120 erstreckt sich sowohl über den zylindrischen Mantelbereich M als auch über den hier gezeigten kappenförmigen Endbereich D1. Im kappenförmigen Endbereich ist ein Boss 172 vorgesehen. Der zweite kappenförmige Endbereich D2 (hier nicht gezeigt) kann genauso ausgeführt sein wie der erste kappenförmige Endbereich D1. In der Regel weist jedoch ein solcher zweite kappenförmige Endbereich D2 keinen Boss 172 auf. Beginnend im zylindrischen Mantelbereich M erstreckt sich hier eine im Querschnitt keilförmige faserverstärkte Übergangsschicht 160 in den ersten kappenförmigen Endbereich D1. Die Schichtdicke der faserverstärkten Übergangsschicht 160 nimmt zum ersten Ende des Druckbehälters 100 hin kontinuierlich zu. In der hier dargestellten Ausgestaltung besteht die faserverstärkte Übergangsschicht 160 zumindest teilweise (und bevorzugt ausschließlich) aus Umfangslagen 162, d.h. in Umfangsrichtung abgelegte Endlosfasern, die durch ein Matrixmaterial gehalten werden. Der maximale Durchmesser der faserverstärkten Schicht 120 ist dabei geringer als der maximale Durchmesser der faserverstärkten Übergangsschicht 160. An der Außenumfangsfläche der faserverstärkten Schicht 120 im Mantelbereich M sowie der faserverstärkten Übergangsschicht 160 liegt hier das Verbindungsrohr 140 an. Das Verbindungsrohr 140 kann ebenfalls aus einem faserverstärkten Material hergestellt sein. Das Verbindungsrohr 140 weist an seinen freien Enden jeweils ein Lasteinleitungselement 150 auf. Das Lasteinleitungselement kann beispielsweise als Befestigungsring 150 ausgebildet sein. Der Befestigungsring kann beispielsweise durch einen Pressverband oder eine Klebung in das Verbindungsrohr 140 eingesetzt sein.In the 1 is a schematic cross-sectional view of one end of a pressure vessel 100 shown. The liner 110 is from a fiber reinforced layer 120 surround. The fiber reinforced layer 120 extends both over the cylindrical shell region M and over the cap-shaped end region D 1 shown here. In the cap-shaped end area is a boss 172 intended. The second cap-shaped end region D 2 (not shown here) can be designed in exactly the same way as the first cap-shaped end region D 1 . As a rule, however, such a second cap-shaped end region D 2 has no boss 172 on. Starting in the cylindrical jacket region M, a fiber-reinforced transitional layer of wedge-shaped cross-section extends here 160 in the first cap-shaped end region D 1 . The layer thickness of the fiber-reinforced transition layer 160 takes to the first end of the pressure vessel 100 towards continuously. In the embodiment shown here, there is the fiber-reinforced transition layer 160 at least partially (and preferably exclusively) from circumferential locations 162 that is, circumferentially deposited filaments held by a matrix material. The maximum diameter of the fiber reinforced layer 120 is less than the maximum diameter of the fiber-reinforced transition layer 160 , On the outer peripheral surface of the fiber reinforced layer 120 in the cladding region M and the fiber-reinforced transition layer 160 here is the connecting pipe 140 at. The connecting pipe 140 may also be made of a fiber reinforced material. The connecting pipe 140 has at its free ends in each case a load introduction element 150 on. The load introduction element can, for example, as a fastening ring 150 be educated. The fastening ring can, for example, by a press fit or a bond in the connecting pipe 140 be used.

Die 2 zeigt den Druckbehälter 100 vor dem Aufbringen der faserverstärkten Übergangsschicht 160. Das Positionierelement 200 ist hier im Wesentlichen ringförmig ausgebildet. Die Druckbehälterlängsachse A-A und die Längsachse des Positionierelements 200 sind hier koaxial angeordnet. Das Positionierelement 200 liegt im kappenförmigen Endbereich D1 an der faserverstärkten Schicht 120 an. Ein Teil des kappenförmigen Endbereichs D1 des Druckbehälters 100 ist in einem ausgesparten Innenbereich des Positionierelements aufgenommen. Ferner weist das Positionierelement 200 eine Durchgangsbohrung 230 auf, die ebenfalls koaxial zur Druckbehälterlängsachse A-A angeordnet ist. Durch diese Durchgangsbohrung 230 kann der Druckbehälter 100 in einer Wickelmaschine bzw. Flechtmaschine gehalten werden. Die Außenumfangsfläche des Positionierelements 200 weist im Wesentlichen denselben Außendurchmesser auf wie die faserverstärkte Schicht 120. Zwischen der faserverstärkten Schicht 120 und dem Positionierelement 200 bildet sich die umlaufende Vertiefung T aus.The 2 shows the pressure vessel 100 before applying the fiber reinforced transition layer 160 , The positioning element 200 here is essentially annular. The pressure vessel longitudinal axis AA and the longitudinal axis of the positioning 200 are arranged coaxially here. The positioning element 200 lies in the cap-shaped end region D 1 on the fiber-reinforced layer 120 at. A part of the cap-shaped end portion D 1 of the pressure vessel 100 is received in a recessed interior of the positioning. Furthermore, the positioning element 200 a through hole 230 on, which is also arranged coaxially to the pressure vessel longitudinal axis AA. Through this through hole 230 can the pressure vessel 100 be kept in a winding machine or braiding machine. The outer peripheral surface of the positioning element 200 has substantially the same outer diameter as the fiber reinforced layer 120 , Between the fiber reinforced layer 120 and the positioning element 200 the circumferential depression T forms.

Die 3 zeigt den Druckbehälter 100 nach dem Aufbringen der faserverstärkten Übergangsschicht 160 und vor dem Vorsehen des Verbindungsrohrs 140. Die Außenumfangsfläche der faserverstärkten Übergangsschicht 160 bildet zusammen mit den Außenumfangsflächen vom zylindrischen Umfangsbereich M und vom Positionierelement 200 hier eine im Wesentlichen gleichmäßige Außenumfangsfläche gleichen Durchmessers aus. Die Übergangsschicht 160 ist im Wesentlichen gleich aufgebaut wie die Übergangsschicht 160 der 1.The 3 shows the pressure vessel 100 after applying the fiber-reinforced transition layer 160 and before providing the connecting pipe 140 , The outer peripheral surface of the fiber-reinforced transition layer 160 forms together with the outer peripheral surfaces of the cylindrical peripheral portion M and the positioning element 200 Here, a substantially uniform outer peripheral surface of the same diameter. The transitional layer 160 is essentially the same as the transition layer 160 of the 1 ,

Die 4 zeigt den Druckbehälter 100 nach dem Aufbringen der faserverstärkten Übergangsschicht 160 und nach dem Vorsehen des Verbindungsrohrs 140. An der im Wesentlichen gleichmäßigen Außenumfangsfläche liegt nun das Verbindungsrohr 140 an. Das Verbindungsrohr 140 kann beispielsweise auf derselben Maschine gewickelt bzw. geflochten werden. Bevorzugt wird dabei ein Lagenaufbau vorgesehen, der geeignet ist, die vom mindestens einen Karosserieanbindungspunkt übertragenen Kräfte und/oder Momente an den Druckbehälter 100 bzw. an den mindestens einen Karosserieanbindungspunkt am anderen Ende des Druckbehälters 100 zu übertragen. Ebenso kann vorgesehen sein, dass der Druckbehälter 100 in ein bereits vorgefertigtes Verbindungsrohr 140 eingeschoben wird. Bei der Auslegung des Druckbehälters 100 können die Faserlagen des Verbindungsrohrs 140 mit berücksichtigt werden, sodass die Schichtdicke der faserverstärkten Schicht 120 bzw. der faserverstärkten Übergangsschicht 160 reduziert werden kann/können. Nicht gezeigt ist hier der Schritt, indem das Lasteinleitungselement 150 vorgesehen wird. Hierzu kann beispielsweise vorgesehen sein, dass ein Befestigungsring 150 in das freie Ende des Verbindungsrohrs 140 eingepresst wird. Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass auf der Außenseite des Verbindungsrohrs 140 weitere Lagen an Endlosfasern 144 (vgl. 5) abgelegt werden, die das Verbindungsrohr 140 an den Befestigungsring 150 pressen.The 4 shows the pressure vessel 100 after applying the fiber-reinforced transition layer 160 and after the provision of the connecting pipe 140 , At the substantially uniform outer peripheral surface is now the connecting pipe 140 at. The connecting pipe 140 can for example be wound or braided on the same machine. Preferably, a layer structure is provided, which is suitable, the transmitted from the at least one body connection point forces and / or moments to the pressure vessel 100 or to the at least one body attachment point at the other end of the pressure vessel 100 transferred to. Likewise, it can be provided that the pressure vessel 100 in an already prefabricated connecting pipe 140 is inserted. When designing the pressure vessel 100 can the fiber layers of the connecting pipe 140 be taken into account so that the layer thickness of the fiber-reinforced layer 120 or the fiber-reinforced transition layer 160 can / can be reduced. Not shown here is the step by the load introduction element 150 is provided. For this purpose, for example, be provided that a fastening ring 150 in the free end of the connecting pipe 140 is pressed. In addition, it can be provided that on the outside of the connecting pipe 140 additional layers of continuous fibers 144 (see. 5 ), which are the connecting pipe 140 to the mounting ring 150 press.

Die 5 zeigt eine weitere Ausgestaltung eines Druckbehälters 100, der gemäß der hier offenbarten Technologie hergestellt worden ist. Der Liner 110 und die faserverstärkte Schicht 120 sind im Wesentlichen identisch aufgebaut wie bei den vorangegangenen Ausführungsformen. Abweichend ist hier jeweils eine Übergangsschicht 160 in beiden kappenförmigen Endbereichen D1, D2 vorgesehen, die kontinuierlich in eine zweite faserverstärkte Umfangslagenschicht 122 im zylindrischen Mittelbereich M übergehen. Sowohl die Umfangslagenschicht 122 als auch die Übergangsbereiche 160 werden hier von Umfangslagen 162 ausgebildet. Der Befestigungsring 150 weist auf seiner Außenseite Erhebung auf, die durch die zusätzlichen Lagen 144 an Endlosfasern in das Verbindungsrohr 140 gedrückt werden. Die Umfangslagenschicht 122 kann in einer Ausgestaltung gleich oder unterschiedlich aufgebaut sein wie die Schichten 142, 144.The 5 shows a further embodiment of a pressure vessel 100 manufactured according to the technology disclosed herein. The liner 110 and the fiber reinforced layer 120 are essentially identical in construction as in the previous embodiments. Deviating here is in each case a transition layer 160 provided in two cap-shaped end portions D 1 , D 2 , which continuously into a second fiber-reinforced peripheral layer 122 in the cylindrical middle area M pass over. Both the circumferential layer 122 as well as the transition areas 160 are here from circumferential positions 162 educated. The fastening ring 150 has on its outside elevation, due to the additional layers 144 be pressed to continuous fibers in the connecting tube 140. The circumferential layer 122 can in one Design be the same or different structure as the layers 142, 144th

Mit anderen Worten betrifft die hier offenbarte Technologie einen Druckbehälter, der mit einem lasttragenden faserverstärkten Kunststoff (= faserverstärkte Schicht 120) umwickelt ist. Die Lagen der faserverstärkten Schicht 120 lassen sich dabei nach ihrer Funktion und dem Wickelwinkel in drei Kategorien einteilen:

  • - Umfangslagen 162, die einen Wickelwinkel WW zur Druckbehälterlängsachse A-A von 90°± 5° aufweisen. Solche Umfangslagen sind in der Regel nur im zylindrischen Bereich M vorgesehen. Mit der hier offenbarten Technologie ist es möglich, dass die Umfangslagen auch leicht in die Polkappe bzw. in den kappenförmigen Endbereich D1 hineinragen (vgl. Keil 160). Sie tragen die Umfangsbelastung im zylindrischen Bereich M und im oberen Polkappenbereich D1, D2
  • - Flache Helixlagen, die einen Wickelwinkel WW zur Druckbehälterlängsachse A-A von weniger als 45° aufweisen. Die flachen Helixlagen umschließen i.d.R. auch den Dom und Bossbereich 172 vollständig oder teilweise. Sie tragen die axiale Belastung im gesamten Druckbehälter 100 sowie die gesamte Belastung im Polkappenbereich D1.
  • - Steile Helixlagen, die einen Wickelwinkel WW zur Druckbehälterlängsachse A-A aufweisen, der größer als ca. 60° und kleiner als 85° ist. Steile Helixlagen verstärken den Übergangsbereich zwischen Polkappe D1 und Zylinderbereich M in Umfangsrichtung. Ihre axiale Tragfähigkeit ist i.d.R. vernachlässigbar. Ihre Tragfähigkeit im zylindrischen Bereich M ist relevant, aber kleiner als die der Umfangslagen
In other words, the technology disclosed herein relates to a pressure vessel equipped with a load bearing fiber reinforced plastic (= fiber reinforced layer 120 ) is wrapped. The layers of the fiber reinforced layer 120 can be divided according to their function and the winding angle into three categories:
  • - circumferential positions 162 , which have a winding angle WW to the pressure vessel longitudinal axis AA of 90 ° ± 5 °. Such circumferential positions are usually provided only in the cylindrical region M. With the technology disclosed here, it is possible that the peripheral layers also project slightly into the pole cap or into the cap-shaped end region D 1 (see Wedge 160 ). They carry the circumferential load in the cylindrical region M and in the upper pole cap region D 1 , D 2
  • - Flat helical layers, which have a winding angle WW to the pressure vessel longitudinal axis AA of less than 45 °. The flat helical layers usually also completely or partially enclose the dome and boss area 172. They carry the axial load in the entire pressure vessel 100 as well as the total load in the pole cap area D 1 .
  • Steep helical layers which have a winding angle WW to the pressure vessel longitudinal axis AA, which is greater than about 60 ° and less than 85 °. Steep helical layers reinforce the transition region between pole cap D 1 and cylinder region M in the circumferential direction. Their axial load capacity is usually negligible. Their carrying capacity in the cylindrical region M is relevant, but smaller than that of the peripheral layers

Die Funktion der steilen Helixlagen im Übergangsbereich wird nun durch die aufgewickelte keilförmige Verstärkung 160 übernommen. Dieser Keil 160 wird mit Hilfe einer Wickelhilfe 200 gefertigt. Mit Hilfe dieser Wickelhilfe 200 bildet sich eine Kavität zwischen der Basisbewicklung (=faserverstärkte Schicht) 120 und der Wickelhilfe 200, die mit Endlosfasern gefüllt wird. Durch diese Verstärkung werden keine steilen Helixlagen mehr im Übergangsbereich benötigt. Die Funktion der steilen Helixlagen im zylindrischen Bereich M wird durch zusätzliche Umfangslagen übernommen. Die summierte Dicke der zusätzlichen Umfangslagen ist kleiner als die summierten Dicken der überflüssigen steilen Helixlagen. Gründe hierfür sind zum einen die höhere Steifigkeit der Umfangslagen. Zum anderen sind die steilen Helixlagen aus prozesstechnischen Gründen oft relativ regelmäßig über die Dicke verteilt. Die ersatzweise eingefügten Umfangslagen können radial weiter innen plaziert werden. Beides führt dazu, dass der Traganteil und damit die Effizienz der hinzugefügten Umfangslagen in Bezug auf Aufnahme von Umfangsbelastung größer ist als die der steilen Helixlagen. Die Geometrie des Keils 160 kann sich dabei aus dem kleinsten Öffnungsdurchmesser der ersetzten steilen Helixlagen und dem Außendurchmesser des neuen Laminataufbaus der faserverstärkten Schicht 120 ohne Verbindungsrohr 140 (=Skirt) ergeben. Die Fasern im Keil 160 werden bevorzugt in Umfangsrichtung abgelegt. Somit weist der Behälter 100 mit Verstärkung i.d.R. einen kleineren Außendurchmesser auf als ein nach dem Stand der Technik gefertigter Behälter. Es werden für den Behälter zudem i.d.R. weniger Fasern benötigt, wodurch die Herstellungskosten verringert werden können.The function of the steep helical layers in the transition region is now due to the wound wedge-shaped reinforcement 160 accepted. This wedge 160 is using a winding aid 200 manufactured. With the help of this winding aid 200 a cavity forms between the basic winding (= fiber-reinforced layer) 120 and the winding aid 200 which is filled with continuous fibers. This reinforcement eliminates the need for steep helical layers in the transition region. The function of the steep helical layers in the cylindrical region M is taken over by additional circumferential positions. The summed thickness of the additional circumferential layers is less than the summed thicknesses of the superfluous steep helix layers. The reasons for this are firstly the higher stiffness of the peripheral layers. On the other hand, the steep helical layers are often relatively regularly distributed across the thickness for process-technical reasons. The replacement inserted circumferential layers can be placed radially further inside. Both result in that the carrying percentage and thus the efficiency of the added circumferential positions with respect to absorbing circumferential load is greater than that of the steep helical layers. The geometry of the wedge 160 may be the smallest opening diameter of the replaced steep helical layers and the outer diameter of the new laminate structure of the fiber reinforced layer 120 without connecting tube 140 (= Skirt). The fibers in the wedge 160 are preferably stored in the circumferential direction. Thus, the container 100 with reinforcement usually has a smaller outer diameter than a container manufactured in the prior art. In addition, fewer fibers are generally required for the container, which can reduce the manufacturing costs.

Ferner kann ein Verbindungsrohr 140 als Krafteinleitungselement vorgesehene sein, der Kräfte und/oder Momente von mindestens einem Karosserieanbindungspunkt in den Druckbehälter einleitet.Furthermore, a connecting pipe 140 be provided as a force introduction element, which initiates forces and / or moments of at least one body connection point in the pressure vessel.

Nach dem Aufwickeln des Keils 160 kann eine zylindrische Außenfläche entstehen, die vom Anfang des linken Keils 160 über den gesamten zylindrischen Bereich M des Behälters 100 bis zum Ende D2 (nicht gezeigt) eines zweiten Keils 160 (nicht gezeigt) reicht. Über diese Außenfläche und über die Wickelhilfe 200 können in einem Ausführungsbeispiel Helix- und/oder Umfangslagen gewickelt werden, die das Verbindungsrohr 140 ausbilden. Somit kann eine Wickelhilfe 200 sowohl für die Herstellung des Keils 160 als auch für die Herstellung des Verbindungsrohrs 140 dienen.After winding the wedge 160 can be a cylindrical outer surface arising from the beginning of the left wedge 160 over the entire cylindrical portion M of the container 100 to the end D 2 (not shown) of a second wedge 160 (not shown) is enough. About this outer surface and the winding aid 200 In one embodiment, helical and / or circumferential layers can be wound, which form the connecting tube 140 form. Thus, a winding aid 200 both for the production of the wedge 160 as well as for the production of the connecting pipe 140 serve.

Es kann ggf. vorgesehen sein, dass nach dem Wickeln bzw. Flechten des Keiles 160 einen Zwischenhärteschritt durchgeführt wird, um die Geometrie des Behälters vor dem Aufbringen des Skirts zu fixieren. Als Variante kann das Verbindungsrohr im freien Bereich auch einen kleineren Durchmesser haben als der Druckbehälter im zylindrischen Bereich M. Am Ende des freien Bereichs des Verbindungsrohrs 140 kann ein Lasteinleitungselement vorgesehen sein, welches die Kräfte und/oder Momente zwischen Druckbehälter und Karosserieanbindungspunkt(e) überträgt. Ein solches Lasteinleitungselement kann z.B. durch Kleben und/oder durch einen Pressverband befestigt sein.It may possibly be provided that after winding or braiding the wedge 160 an intermediate hardening step is performed to fix the geometry of the container prior to applying the skirts. As a variant, the connecting pipe in the free area may also have a smaller diameter than the pressure vessel in the cylindrical area M. At the end of the free area of the connecting pipe 140 a load introduction element can be provided which transmits the forces and / or moments between the pressure vessel and the body attachment point (s). Such a load introduction element can be fixed, for example, by gluing and / or by a press fit.

Je nach Lastfall kann das Verbindungsrohr 140 auch steile Helixlagen oder Umfangslagen enthalten, die wiederum bei der Auslegung der Tragfähigkeit des Behälters im zylindrischen Bereich M zu berücksichtigen sind. Die faserverstärkte Schicht 120 kann dann entsprechend geringer ausfallen.Depending on the load case, the connecting pipe 140 also contain steep helical layers or circumferential layers, which in turn must be taken into account in the design of the carrying capacity of the container in the cylindrical region M. The fiber reinforced layer 120 can then be correspondingly lower.

In den Figuren ist meistens lediglich ein Endbereich D1 des Druckbehälters 100 gezeigt. Die hier offenbarte Lehre ist aber ebenso auf das andere Ende D2 des Druckbehälters 100 anwendbar.In the figures, only one end region D 1 of the pressure vessel 100 is usually shown. However, the teaching disclosed here is also on the other end D 2 of the pressure vessel 100 applicable.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (11)

Verfahren zur Herstellung eines Druckbehälters (100) zur Speicherung von Brennstoff, umfassend die Schritte: - Bereitstellen von mindestens einem Positionierelement (200), wobei das Positionierelement (200) zumindest bereichsweise an einer Außenoberfläche eines Kerns zum Flechten und/oder Wickeln anliegt; und - Ablegen von Endlosfasern mindestens einer Umfangslage (162) auf den Kern (120); wobei das Positionierelement (200) zumindest die am Positionierelement (200) anliegenden Endlosfasern in der abgelegten Position hält.A method of manufacturing a pressure vessel (100) for storing fuel comprising the steps of: - Providing at least one positioning element (200), wherein the positioning element (200) rests at least partially on an outer surface of a core for braiding and / or winding; and - depositing continuous fibers of at least one circumferential layer (162) onto the core (120); wherein the positioning element (200) holds at least the continuous fibers resting on the positioning element (200) in the stored position. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend den Schritt: Herstellen einer faserverstärkten Schicht (120) des Druckbehälters (100), wobei sich die faserverstärkte Schicht (120) über einen Mantelbereich (M) und über mindestens einen kappenförmigen Endbereich (D1, D2) des Druckbehälters (100) erstreckt; wobei das Positionierelement (200) zumindest bereichsweise an der faserverstärkten Schicht (120) anliegt, und wobei die Endlosfasern mindestens einer Umfangslage (162) auf die faserverstärkten Schicht (120) abgelegt werden.Method according to Claim 1 , further comprising the step of producing a fiber reinforced layer (120) of the pressure vessel (100), the fiber reinforced layer (120) extending over a jacket region (M) and over at least one cap shaped end region (D 1 , D 2 ) of the pressure vessel (100 ) extends; wherein the positioning element (200) at least partially abuts against the fiber-reinforced layer (120), and wherein the continuous fibers of at least one circumferential layer (162) are deposited on the fiber-reinforced layer (120). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei mindestens ein Positionierelement (200) in mindestens einem der kappenförmigen Endbereiche (D1, D2) von außen an dem Kern oder an der faserverstärkten Schicht (120) anliegt.Method according to Claim 1 or 2 wherein at least one positioning element (200) rests in at least one of the cap-shaped end regions (D 1 , D 2 ) on the outside of the core or on the fiber-reinforced layer (120). Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Positionierelement (200) ringförmig ausgebildet ist, und wobei die Längsachse des Positionierelementes parallel zur Druckbehälterlängsachse (A-A) verläuft.Method according to one of the preceding claims, wherein the positioning element (200) is annular, and wherein the longitudinal axis of the positioning element is parallel to the pressure vessel longitudinal axis (A-A). Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Positionierelement (200) eine Stirnwand (210) aufweist, an der zumindest zeitweise während der Herstellung des Druckbehälters (100) zumindest einige Endlosfasern der Umfangslage (162) anliegen.Method according to one of the preceding claims, wherein the positioning element (200) has an end wall (210) on which at least some continuous fibers of the circumferential layer (162) rest at least temporarily during the production of the pressure vessel (100). Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Kern, insbesondere die faserverstärkte Schicht (120), und das Positionierelement (200) eine in Umfangsrichtung des Druckbehälters verlaufende Vertiefung (T) ausbilden, und wobei die mindestens eine Umfangslage (162) in der Vertiefung (T) angeordnet wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the core, in particular the fiber-reinforced layer (120), and the positioning element (200) form a recess (T) extending in the circumferential direction of the pressure vessel, and wherein the at least one peripheral layer (162) in the recess (16). T) is arranged. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die mindestens eine Umfangslage (162) zu einer faserverstärkten Übergangsschicht (160) gehört, die im kappenförmigen Endbereich (D1, D2) keilförmig ist.A method according to any one of the preceding claims, wherein the at least one peripheral layer (162) is associated with a fiber-reinforced transition layer (160) which is wedge-shaped in the cap-shaped end region (D 1 , D 2 ). Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei ferner umfassend den Schritt: Entfernen des Positionierelementes (200), insbesondere nach dem Aushärten der mindestens einen Umfangslage (162).Method according to one of the preceding claims, further comprising the step of: removing the positioning element (200), in particular after the curing of the at least one peripheral layer (162). Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner umfassend den Schritt: Vorsehen eines Verbindungsrohrs (140) zur Anbindung des Druckbehälters (100) an mindestens einen Karosserieanbindungspunkt.Method according to one of the preceding claims, further comprising the step of providing a connecting pipe (140) for connecting the pressure vessel (100) to at least one body connection point. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Verbindungsrohr (140) hergestellt wird, indem Endlosfasern zumindest auf einer Außenumfangsfläche (220) des Positionierelementes (200) abgelegt werden.Method according to Claim 9 wherein the connecting tube (140) is made by depositing endless fibers at least on an outer peripheral surface (220) of the positioning member (200). Druckbehälter, hergestellt nach einem der vorherigen Verfahren, umfassend die keilförmige faserverstärkte Übergangsschicht (160), wobei die keilförmige faserverstärkte Übergangsschicht (160) zumindest bereichsweise im kappenförmigen Endbereich (D1, D2) vorgesehen ist und im kappenförmigen Endbereich (D1, D2) mindestens eine Umfangslage (162) aufweist.Pressure vessel, produced according to one of the previous methods, comprising the wedge-shaped fiber-reinforced transition layer (160), wherein the wedge-shaped fiber-reinforced transition layer (160) at least partially in the cap-shaped end portion (D 1 , D 2 ) is provided and in the cap-shaped end portion (D 1 , D 2 ) has at least one peripheral layer (162).
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