DE102017204391A1 - Druckbehälter mit Druckfolie - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Druckbehälter (110) zur Aufnahme von Brennstoff beschrieben. Der Druckbehälter (110) umfasst eine Druckbehälter-Wand, die einen Hohlraum (310) zur Aufnahme von Brennstoff bildet. Dabei umfasst die Druckbehälter-Wand ein oder mehrere faserverstärkte Schichten (302). Eine von dem Hohlraum (310) abgewandte Außenseite der Druckbehälter-Wand ist zumindest teilweise mit einer Druckfolie (303) bedeckt, wobei die Druckfolie (303) ausgebildet ist, sich in Reaktion auf eine mechanische Einwirkung auf einen ersten Bereich der Druckfolie (303) in dem ersten Bereich zu verfärben.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Druckbehälter zur Speicherung eines Brennstoffs. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einem am Fahrzeug befestigten Druckbehälter. Ein Straßenkraftfahrzeug kann eine Brennstoffzelle aufweisen, die auf Basis eines Brennstoffs wie z.B. Wasserstoff elektrische Energie für den Betrieb, insbesondere für den Antrieb, des Fahrzeugs generiert. Der Brennstoff kann in einem oder mehreren Druckbehältern bzw. Drucktanks des Fahrzeugs gespeichert werden, wobei ein Druckbehälter ein oder mehrere Druckbehälter-Wände aufweist, die einen Hohlraum zur Aufnahme des Brennstoffs umschließen. Der Brennstoff kann über ein Ventil aus dem Druckbehälter zu der Brennstoffzelle des Fahrzeugs geführt werden. Ein Druckbehälter kann am Unterboden bzw. in der Bodengruppe eines Fahrzeugs angeordnet sein.
  • Ein Druckbehälter wird typischerweise von einem Herstellungsort, an dem der Druckbehälter gefertigt wurde, an einen Integrationsort transportiert, an dem der Druckbehälter in ein System, z.B. in ein Fahrzeug, verbaut wird. Ein Druckbehälter weist typischerweise ein oder mehrere Lagen bzw. Schichten aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff (CFK) auf. Dieses Material ist relativ empfindlich in Bezug auf lokale mechanische Einwirkungen (wie z.B. punktuelle Stöße), so dass ein Druckbehälter auf dem Transport von dem Herstellungsort an den Integrationsort beschädigt werden kann.
  • Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, einen Druckbehälter bereitzustellen, bei dem in zuverlässiger und effizienter Weise eine mechanische Einwirkung, z.B. ein Stoß während eines Transports, detektiert werden kann.
  • Die Aufgabe wird durch den unabhängigen Anspruch gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass zusätzliche Merkmale eines von einem unabhängigen Patentanspruch abhängigen Patentanspruchs ohne die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs oder nur in Kombination mit einer Teilmenge der Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs eine eigene und von der Kombination sämtlicher Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs unabhängige Erfindung bilden können, die zum Gegenstand eines unabhängigen Anspruchs, einer Teilungsanmeldung oder einer Nachanmeldung gemacht werden kann. Dies gilt in gleicher Weise für in der Beschreibung beschriebene technische Lehren, die eine von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche unabhängige Erfindung bilden können.
  • Gemäß einem Aspekt wird ein Druckbehälter zur Aufnahme von Brennstoff (insbesondere zur Aufnahme von Wasserstoff) beschrieben. Der Druckbehälter kann z.B. in einem Fahrzeug dazu verwendet werden, Brennstoff für einen Brennstoff-Verbraucher (z.B. für eine Brennstoffzelle) des Fahrzeugs zu speichern.
  • Der Druckbehälter umfasst eine Druckbehälter-Wand, die einen Hohlraum zur Aufnahme von Brennstoff bildet. Dabei kann die Druckbehälter-Wand ein oder mehrere faserverstärkte Schichten umfassen. Insbesondere kann die Druckbehälter-Wand ein oder mehrere Schichten bzw. Lagen von kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff aufweisen. Die Kohlenstofffasern können dabei in einer Kunststoffmatrix angeordnet sein. Die ein oder mehreren faserverstärkten Schichten können einen Liner des Druckbehälters umgeben. Der Druckbehälter kann so für einen Innendruck von 350 barü, 700 barü oder mehr ausgebildet sein. Insbesondere kann der Druckbehälter eingerichtet sein, einem derartigen Innendruck im Betrieb standzuhalten. Des Weiteren kann der Druckbehälter eingerichtet sein, mit einem relativ niedrigen Innendruck, z.B. von 1 bar oder weniger, transportiert zu werden.
  • Eine von dem Hohlraum abgewandte Außenseite der Druckbehälter-Wand ist zumindest teilweise mit einer Druckfolie bedeckt. Insbesondere kann die Außenseite der Druckbehälter-Wand zu 90% oder mehr (d.h. substantiell vollständig) mit Druckfolie abgedeckt sein. Beispielsweise kann 10%, 20% oder mehr der Fläche der Außenseite der Druckbehälter-Wand mit einer Druckfolie bedeckt sein. Die Druckfolie kann dabei ausgebildet sein, sich in Reaktion auf eine mechanische Einwirkung auf einen ersten Bereich der Druckfolie in dem ersten Bereich zu verfärben. Insbesondere kann die Druckfolie ausgebildet sein, sich in Reaktion auf eine lokale mechanische Einwirkung (z.B. eine lokale Kraft- oder Druck-Einwirkung) lokal an der Stelle der Einwirkung zu verfärben. Beispielsweise kann die Druckfolie in einem Ausgangszustand substantiell transparent oder farblos sein. An der Stelle der mechanischen Einwirkung kann dann eine Einfärbung der Druckfolie erfolgen.
  • Durch die Bereitstellung eines Druckbehälters, mit einer die Außenseite des Druckbehälters zumindest teilweise umgebenden Druckfolie, können in zuverlässiger und effizienter Weise mechanische Einwirkungen detektiert werden. Die Druckfolie kann dabei derart an der Außenseite der Druckbehälter-Wand angeordnet (z.B. geklebt) sein, dass die Druckfolie ohne Zerstörung der Druckbehälter-Wand entfernt werden kann. So können das Gewicht und der erforderliche Bauraum des Druckbehälters auf einem niedrigen Niveau gehalten werden.
  • Die Druckfolie kann eine Vielzahl von unterschiedlichen Bereichen aufweisen (z.B. 100, 1000 oder mehr unterschiedliche Bereiche für einen Druckbehälter). Beispielsweise kann jeder Bereich auf eine Fläche von 1cm2 oder weniger beschränkt sein. Dabei können die unterschiedlichen Bereiche unterschiedlichen Bereichen der Außenseite der Druckbehälter-Wand entsprechen. Die Druckfolie kann dann ausgebildet sein, sich nur in dem ersten Bereich aus der Vielzahl von unterschiedlichen Bereichen zu verfärben (und nicht in den anderen Bereichen der Vielzahl von unterschiedlichen Bereichen, wenn die mechanische Einwirkung nur in dem ersten Bereich erfolgt ist. Mit anderen Worten, die Druckfolie kann ausgebildet sein, sich in unterschiedlichen Bereichen infolge einer lokalen mechanischen Einwirkung lokal zu verfärben. So kann die Stelle einer mechanischen Einwirkung in präziser Weise detektiert werden.
  • Die Druckbehälter-Wand kann ausgebildet sein, in dem ersten Bereich der Druckbehälter-Wand einem Grenzdruck bzw. einer Grenzkraft standzuhalten. Beispielsweise kann die Druckbehälter-Wand für einen von Außen einwirkenden lokalisierten Grenzdruck bzw. für eine lokalisierte Grenzkraft ausgelegt sein. Es kann somit davon ausgegangen werden, dass eine mechanische Einwirkung unterhalb des Grenzdrucks bzw. unterhalb der Grenzkraft zu keiner Schädigung der Druckbehälter-Wand führt. Andererseits kann eine mechanische Einwirkung oberhalb des Grenzdrucks bzw. oberhalb der Grenzkraft zu einer Schädigung der Druckbehälter-Wand führen, so dass der Druckbehälter ggf. nicht mehr verwendet werden kann.
  • Die Druckfolie kann ausgebildet sein, sich nur dann in dem ersten Bereich zu verfärben, wenn die mechanische Einwirkung auf den ersten Bereich der Druckfolie den Grenzdruck bzw. die Grenzkraft erreicht oder überschreitet. So kann in effizienter und zuverlässiger Weise erreicht werden, dass nur mechanische Einwirkungen durch die Druckfolie angezeigt werden, die für die Ermittlung des Zustands des Druckbehälters relevant sind.
  • Die Druckbehälter-Wand kann unterschiedliche Bereiche mit unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften aufweisen. Insbesondere können sich der Grenzdruck bzw. die Grenzkraft für unterschiedliche Bereiche der Druckbehälter-Wand unterscheiden. In entsprechender Weise kann die Empfindlichkeit der Verfärbung der Druckfolie in Reaktion auf eine mechanische Einwirkung in den unterschiedlichen Bereichen der Druckbehälter-Wand unterschiedlich sein. Insbesondere kann die Empfindlichkeit der Druckfolie in den unterschiedlichen Bereichen an den jeweiligen Grenzdruck bzw. die jeweilige Grenzkraft der Druckbehälter-Wand angepasst sein. So kann der Zustand eines Druckbehälters mit erhöhter Genauigkeit überwacht werden.
  • Die Druckfolie kann eine Einfärbungsschicht mit einer Vielzahl von Vorratskammern (z.B. Vorratskugeln) umfassen. Die Vorratskammern können jeweils eine Einfärbungssubstanz umfassen. Des Weiteren können die Vorratskammern jeweils ausgebildet sein, sich in Reaktion auf eine mechanische Einwirkung zu öffnen (z.B. zu bersten) und Einfärbungssubstanz freizugeben. Der Druck, bei dem sich eine Vorratskammer öffnet kann dabei von der Empfindlichkeit der Druckfolie abhängen, bzw. kann die Empfindlichkeit der Druckfolie definieren.
  • Die Vielzahl von Vorratskammern kann dabei über die Fläche der Druckfolie verteilt sein, um eine entsprechende Vielzahl von Bereichen zu bilden, die in Reaktion auf eine lokale mechanische Einwirkung lokal verfärbt werden können. So können in präziser Weise mechanische Einwirkungen auf örtlich eingegrenzte Bereiche der Druckbehälter-Wand detektiert werden.
  • Außerdem kann die Druckfolie eine Entwicklerschicht aufweisen, wobei die Entwicklerschicht ausgebildet ist, in Zusammenwirkung mit der Einfärbungssubstanz aus einer geöffneten Vorratskammer eine Verfärbung in unmittelbarer Umgebung der geöffneten Vorratskammer zu bewirken. Beispielsweise können die Entwicklerschicht und die Einfärbungssubstanz substantiell farblos sein, wenn die Entwicklerschicht und die Einfärbungssubstanz getrennt angeordnet sind. Andererseits kann es zu einer lokalen Einfärbung kommen, wenn die Einfärbungssubstanz mit der Entwicklerschicht in Kontakt kommt. Dem Fachmann sind chemische Substanzen bekannt, mit denen eine derartige Einfärbung bewirkt werden kann. Ein Beispiel für eine Druckfolie mit derartigen Substanzen ist der „Fuji Prescale Film“ der Firma Fujifilm. So kann eine zuverlässige Lokalisierung von mechanischen Einwirkungen erreicht werden. Des Weiteren kann die Druckfolie ein oder mehrere Trägerschichten (z.B. eine PET (Polyethylenterephthalat)-Schicht) aufweisen, auf bzw. zwischen denen die Entwicklerschicht und die Einfärbungsschicht angeordnet sind.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur Überprüfung des Zustands eines Druckbehälters beschrieben, wobei der Druckbehälter zumindest teilweise mit einer Druckfolie bedeckt ist. Insbesondere kann der Druckbehälter z.B. für den Transport zumindest teilweise mit einer Druckfolie verpackt sein. Das Verfahren umfasst das Erfassen von Bilddaten bezüglich der Druckfolie auf der Außenseite der Druckbehälter-Wand des Druckbehälters (z.B. mittels einer Bildkamera). Außerdem umfasst das Verfahren das Detektieren einer mechanischen Einwirkung auf die Druckbehälter-Wand auf Basis der Bilddaten.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Straßenkraftfahrzeug (insbesondere ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen oder ein Bus) beschrieben, der einen in diesem Dokument beschriebenen Druckbehälter zur Speicherung von Brennstoff umfasst. Außerdem kann das Straßenkraftfahrzeug einen Brennstoff-Verbraucher (z.B. eine Brennstoffzelle) umfassen, der eingerichtet ist, zum Antrieb des Straßenkraftfahrzeugs Brennstoff aus dem Druckbehälter zu verbrauchen. Die Druckbehälter-Wand des Druckbehälters kann dabei weiterhin zumindest teilweise mit der Druckfolie bedecket sein. Beispielsweise kann ein der Fahrbahn zugewandter Bereich der Druckbehälter-Wand mit Druckfolie bedeckt sein. So können in effizienter und zuverlässiger Weise lokale mechanische Einwirkungen auf den Druckbehälter während des Betriebs des Fahrzeugs detektiert werden.
  • 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.
  • Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen
    • 1 eine beispielhafte Druckbehälter-Anordnung in einem Fahrzeug;
    • 2 einen in einem Fahrzeug fixierten Druckbehälter in einer Frontansicht;
    • 3 einen Querschnitt eines beispielhaften Druckbehälters;
    • 4 einen beispielhaften Aufbau einer Druckfolie; und
    • 5 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Detektion einer mechanischen Einwirkung auf einen Druckbehälter.
  • Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der zuverlässigen Erkennung einer mechanischen Einwirkung auf die Oberfläche eines Druckbehälters. Dabei befasst sich das vorliegende Dokument insbesondere mit einem Druckbehältersystem (insbesondere einem 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.
  • Ein solches Druckbehältersystem umfasst mindestens einen Druckbehälter bzw. Drucktank. 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 bzw. Kraftstoff bei den vorgenannten Betriebsdrücken auch bei Temperaturen zu speichern, die deutlich unter der Betriebstemperatur des Kraftfahrzeuges liegen.
  • 1 zeigt eine beispielhafte Druckbehälter-Anordnung 100 mit einem Drucktank bzw. Druckbehälter 110, der dazu verwendet werden kann, Brennstoff (insbesondere Wasserstoff) für einen Brennstoff-Verbraucher (z.B. eine Brennstoffzelle) 101 eines Fahrzeugs bereitzustellen. Der Druckbehälter 110 ist über eine Leitung 112 mit dem Brennstoff-Verbraucher 101 verbunden.
  • Der Druckbehälter 110 kann an den Stirnseiten Endstücke 111, 114 aufweisen, die bei der Herstellung des Druckbehälters 110 zum Halten des Druckbehälters 110 verwendet werden können. Des Weiteren kann an einem Endstück 111 eine Öffnung bereitgestellt werden, durch die Brennstoff aus dem Druckbehälter 110 geführt werden kann (z.B. über ein Ventil 115 zu der Leitung 112). An einer Öffnung des Druckbehälters 110 kann auch eine Druckentlastungsvorrichtung 113 angeordnet werden, die bei Vorliegen einer bestimmten Auslösebedingung (z.B. bei Vorliegen einer bestimmten Temperatur) auslösen kann, um Brennstoff aus dem Druckbehälter 110 in die Umgebung des Druckbehälters 110 abzulassen, und um so den Druck in dem Druckbehälter 110 zu reduzieren.
  • Wie in 3 dargestellt, kann ein Druckbehälter 110 einen Liner 301 umfassen. Der Liner 301 bildet den Hohlkörper 310 aus, in dem der Brennstoff gespeichert ist. Der Liner 301 kann beispielsweise aus Aluminium oder Stahl oder aus deren Legierungen hergestellt sein. Ferner bevorzugt kann der Liner 301 aus einem Kunststoff hergestellt sein. Es kann ebenso auch ein linerloser Druckbehälter 110 vorgesehen sein.
  • Ein Druckbehälter 110 umfasst typischerweise mindestens eine faserverstärkte Schicht 302. Die faserverstärkte Schicht 302 kann einen Liner 301 zumindest bereichsweise bevorzugt vollständig umgeben. Die faserverstärkte Schicht 301 wird oft auch als Laminat bzw. Ummantelung oder Armierung bezeichnet. In diesem Dokument wird meistens der Begriff „faserverstärkte Schicht bzw. Lage“ oder „Schicht(en) mit Fasern“ verwendet. Als faserverstärkte Schicht 302 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 302 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 302 weist i.d.R. mehrere (Teil-)Schichten auf.
  • Ein Fahrzeug kann ein oder mehrere Druckbehälter 110 aufweisen, die z.B. am Unterboden des Fahrzeugs angeordnet sind. 2 zeigt einen beispielhaften Druckbehälter 110 in einer Frontansicht. Der Druckbehälter 110 kann durch ein oder mehrere Schellen oder Riemen 202 an einer Tragstruktur 201 (z.B. an einem Rahmen) eines Fahrzeugs befestigt sein.
  • Wie eingangs dargelegt, wird ein Druckbehälter 110 typischerweise an einem Herstellungsort gefertigt und dann für den Verbau in ein System, z.B. in ein Fahrzeug, an einen Integrationsort transportiert. Bei dem Transport kann es zu mechanischen Einwirkungen (z.B. Stößen) auf den Druckbehälter 110 kommen, durch die der Druckbehälter 110 geschädigt werden kann. Zum Schutz eines Druckbehälters 110 kann der Druckbehälter 110 eine glasfaserverstärkte Kunststoff (GFK) Schicht als äußere Schicht aufweisen. Eine derartige äußere Schicht erhöht jedoch substantiell das Gewicht eines Druckbehälters 110 und kann typischerweise nicht wieder von dem Druckbehälter 110 entfernt werden, so dass die zusätzliche äußere GFK-Schicht im System (z.B. im Fahrzeug) verbleibt. Dies ist insbesondere bei mobilen Anwendungen aufgrund des erhöhten Gewichts und aufgrund des erhöhten Bauraums des Druckbehälters 110 nachteilig.
  • 3 zeigt einen Druckbehälter 110, der mit einer Druckfolie 303 umwickelt wurde. Die Druckfolie 303 kann direkt am Herstellungsort aufgebracht (z.B. aufgeklebt) werden. Die Druckfolie 303 kann ausgebildet sein, sich in Reaktion auf eine mechanische Einwirkung (z.B. in Reaktion auf einen Stoß) an der Stelle lokal zu verfärben, an der die mechanische Einwirkung erfolgt ist. Somit kann durch Aufbringen einer Druckfolie 303 am Integrationsort festgestellt werden, ob sich während des Transports des Druckbehälters 110 eine mechanische Einwirkung auf den Druckbehälter 110 ergeben hat.
  • 4 zeigt einen beispielhaften Querschnitt einer Druckfolie 303. Die Druckfolie 303 kann zumindest eine, typischerweise transparente, Trägerschicht 401, 404 aufweisen. Insbesondere kann die Druckfolie 303 ggf. nur die Trägerschicht 404 aufweisen, auf der die Schichten 403, 402 angeordnet sind. Alternativ kann die Druckfolie 303 zwei Trägerschichten 401, 404 umfassen, die die Schichten 403, 402 umschließen. Durch die Verwendung von zwei Trägerschichten 401, 404 (z.B. PET-Schichten) wird typischerweise die Empfindlichkeit der Druckfolie 303 in Bezug auf eine Verfärbung bei Vorliegen einer mechanischen Einwirkung reduziert. Eine Druckfolie 303 mit mehreren Trägerschichten 401, 404 kann somit verwendet werden, um (ausschließlich) besonders starke mechanische Einwirkungen (mit einem relativ hohen Druck bzw. mit einer relativ hohen Kraft) detektieren zu können.
  • Des Weiteren kann die Druckfolie 303 eine Entwicklerschicht 403 aufweisen, die ausgebildet ist, bei Zusammenwirken mit der Einfärbungssubstanz aus einer Vorratskammer 405 der Einfärbungsschicht 402 einen eingefärbten Bereich zu bilden. Eine Vorratskammer 405 (z.B. eine kugelförmige Kammer) kann ausgebildet sein, bei Erreichen eines bestimmten Bestdrucks zu bersten und damit die Einfärbungssubstanz aus der Vorratskammer 405 freizugeben. Die Einfärbungssubstanz kommt dann in Kontakt mit der Entwicklerschicht 403 und bildet so in unmittelbarer Umgebung der geborstenen Vorratskammer 405 einen eingefärbten Bereich. Der lokal eingefärbte Bereich zeigt dann die Stelle an, an der es eine mechanische Einwirkung auf die Druckfolie 303 gegeben hat. Folglich kann durch eine Druckfolie 303 der Bereich der Oberfläche eines Druckbehälters 110 angezeigt werden, an dem eine mechanische Einwirkung erfolgt ist.
  • Ein Druckbehälter 110 kann somit direkt nach der Herstellung in eine Druckfolie 303 eingepackt bzw. mit einer Druckfolie 303 umwickelt werden. Eine Druckfolie 303 ist dabei eine dünne Folie, die ihre Farbe lokal in einem Bereich ändert, wenn der Druck auf den Bereich der Druckfolie 303 steigt. Somit kann bei Erreichen des Integrationsortes vor der Montage eines Druckbehälters 110 in effizienter und zuverlässiger Weise überprüft werden, ob der Druckbehälter 110 während des Transports einer mechanischen Einwirkung ausgesetzt war und dabei ggf. geschädigt wurde. Ggf. kann über den Grad der Verfärbung der Druckfolie 303 die Stärke der mechanischen Einwirkung ermittelt werden.
  • 5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 500 zur Überprüfung des Zustands eines Druckbehälters 110. Der Druckbehälter 110 ist zumindest teilweise mit einer Druckfolie 303 umgeben. Das Verfahren 500 umfasst das Erfassen 501 von Bilddaten (z.B. mittels einer Bildkamera) bezüglich der Druckfolie 303 auf der Außenseite der Druckbehälter-Wand des Druckbehälters 110. Dabei können die Bilddaten ein oder mehrere lokale Einfärbungen der Druckfolie 303 anzeigen. Außerdem umfasst das Verfahren 500 das Detektieren 502 einer mechanischen Einwirkung auf die Druckbehälter-Wand auf Basis der Bilddaten. Insbesondere kann eine lokale Einfärbung der Druckfolie 303 anzeigen, dass in dem Bereich der lokalen Einfärbung eine mechanische Einwirkung auf die Druckbehälter-Wand erfolgt ist. Ggf. kann über einen Grad der Einfärbung auf die Kraft bzw. auf den Druck geschlossen werden, der in dem detektieren Bereich auf die Druckbehälter-Wand eingewirkt hat.
  • Durch die Verwendung einer Druckfolie 202 kann auf eine zusätzliche Schutz-Lage aus GFK verzichtet werden, so dass das Gewicht und der erforderliche Bauraum eines Druckbehälters 110 reduziert werden können. Des Weiteren kann so die Speicherkapazität eines Druckbehälters 110 (bei einem definierten Bauraum) vergrößert werden. Die Druckfolie 303 kann vor der Montage des Druckbehälters 110 entfernt werden. Alternativ kann die Druckfolie 303 auf dem Druckbehälter 110 verbleiben, z.B. um auch innerhalb eines Systems, z.B. innerhalb eines Fahrzeugs, mechanische Einwirkungen auf den Druckbehälter 110 detektieren zu können.
  • 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.
  • Bezugszeichenliste
    • 100
    Druckbehälter-Anordnung
    101
    Brennstoff-Verbraucher
    110
    Druckbehälter
    111, 114
    Endstück
    112
    Leitung
    113
    Druckentlastungsvorrichtung
    115
    Ventil
    201
    Tragstruktur
    202
    Schelle bzw. Riemen
    301
    Liner
    302
    faserverstärkte Schicht
    303
    Druckfolie
    310
    Hohlraum
    401, 404
    Trägerschicht
    402
    Einfärbungsschicht
    403
    Entwicklerschicht
    405
    Vorratskammer
    500
    Verfahren zur Ermittlung des Zustands eines Druckbehälters
    501, 502
    Verfahrensschritte

Claims (10)

  1. Druckbehälter (110) zur Aufnahme von Brennstoff; wobei - der Druckbehälter (110) eine Druckbehälter-Wand umfasst, die einen Hohlraum (310) zur Aufnahme von Brennstoff bildet; - die Druckbehälter-Wand ein oder mehrere faserverstärkte Schichten (302) umfasst; - eine von dem Hohlraum (310) abgewandte Außenseite der Druckbehälter-Wand zumindest teilweise mit einer Druckfolie (303) bedeckt ist; und - die Druckfolie (303) ausgebildet ist, sich in Reaktion auf eine mechanische Einwirkung auf einen ersten Bereich der Druckfolie (303) in dem ersten Bereich zu verfärben.
  2. Druckbehälter (110) gemäß Anspruch 1, wobei - die Druckfolie (303) eine Vielzahl von unterschiedlichen Bereichen aufweist; und - die Druckfolie (303) ausgebildet ist, sich nur in dem ersten Bereich aus der Vielzahl von unterschiedlichen Bereichen zu verfärben, wenn die mechanische Einwirkung nur in dem ersten Bereich erfolgt ist.
  3. Druckbehälter (110) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - die Druckbehälter-Wand ausgebildet ist, in dem ersten Bereich der Druckbehälter-Wand einem Grenzdruck standzuhalten; und - die Druckfolie (303) ausgebildet ist, sich nur dann in dem ersten Bereich zu verfärben, wenn die mechanische Einwirkung auf den ersten Bereich der Druckfolie (303) den Grenzdruck erreicht oder überschreitet.
  4. Druckbehälter (110) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - die Druckbehälter-Wand unterschiedliche Bereiche mit unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften aufweist; und - eine Empfindlichkeit der Verfärbung der Druckfolie (303) in Reaktion auf eine mechanische Einwirkung in den unterschiedlichen Bereichen der Druckbehälter-Wand unterschiedlich ist.
  5. Druckbehälter (110) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Druckfolie (303) umfasst, - eine Einfärbungsschicht (402) mit einer Vielzahl von Vorratskammern (405); wobei die Vorratskammern (405) jeweils eine Einfärbungssubstanz umfassen; wobei die Vorratskammern (405) jeweils ausgebildet sind, sich in Reaktion auf eine mechanische Einwirkung zu öffnen und Einfärbungssubstanz freizugeben; und - eine Entwicklerschicht (403); wobei die Entwicklerschicht (403) ausgebildet ist, in Zusammenwirkung mit der Einfärbungssubstanz aus einer geöffneten Vorratskammer (405) eine Verfärbung in unmittelbarer Umgebung der geöffneten Vorratskammer (405) zu bewirken.
  6. Druckbehälter (110) gemäß Anspruch 5, wobei die Vielzahl von Vorratskammern (405) über eine Fläche der Druckfolie (303) verteilt ist, um eine entsprechende Vielzahl von Bereichen zu bilden, die in Reaktion auf eine lokale mechanische Einwirkung lokal verfärbt werden können.
  7. Druckbehälter (110) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Druckfolie (303) derart an der Außenseite der Druckbehälter-Wand angeordnet ist, dass die Druckfolie (303) ohne Zerstörung der Druckbehälter-Wand entfernt werden kann.
  8. Druckbehälter (110) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - die Druckfolie (303) 10% oder mehr der Fläche der Außenseite des Druckbehälter-Wand bedeckt; und/oder - die Druckfolie (303) die Außenseite der Druckbehälter-Wand zu 90% oder mehr abdeckt.
  9. Verfahren (500) zur Überprüfung des Zustands eines Druckbehälters (110) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren (500) umfasst, - Erfassen (501) von Bilddaten bezüglich der Druckfolie (303) auf der Außenseite der Druckbehälter-Wand des Druckbehälters (110); und - Detektieren (502) einer mechanischen Einwirkung auf die Druckbehälter-Wand auf Basis der Bilddaten.
  10. Straßenkraftfahrzeug, das umfasst, - einen Druckbehälter (110) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Speicherung von Brennstoff; und - einen Brennstoff-Verbraucher (101), der eingerichtet ist, zum Antrieb des Straßenkraftfahrzeugs Brennstoff aus dem Druckbehälter (110) zu verbrauchen.
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