DE102017207156A1 - Method for producing a pressure vessel - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Druckbehälters beschrieben. Das Verfahren umfasst das Ermitteln von Eigenschafts-Daten bezüglich zumindest einer mechanischen Eigenschaft des teilweise gefertigten Druckbehälters. Außerdem umfasst das Verfahren das Anpassen der weiteren Herstellung des Druckbehälters in Abhängigkeit von den Eigenschafts-Daten.

Figure DE102017207156A1_0000
A process for producing a fiber-reinforced pressure vessel will be described. The method includes determining property data relating to at least one mechanical property of the partially fabricated pressure vessel. In addition, the method includes adjusting the further manufacture of the pressure vessel depending on the property data.
Figure DE102017207156A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Druckbehälters, insbesondere eines Druckbehälters zur Aufnahme eines Brennstoffs.The invention relates to a method for producing a pressure vessel, in particular a pressure vessel for receiving a fuel.

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.A road vehicle may comprise a fuel cell based on a fuel such as a fuel. Hydrogen generates electrical energy for operation, in particular for the drive, of the vehicle. The fuel may be stored in one or more pressurized tanks of the vehicle, with a pressure vessel having one or more pressure vessel walls enclosing a cavity for receiving the fuel. The fuel can be passed via a valve from the pressure vessel to the fuel cell of the vehicle. A pressure vessel may be disposed on the underbody or in the underbody of a vehicle.

Ein Druckbehälter zur Aufnahme eines Brennstoffs muss typischerweise bestimmte mechanische Eigenschaften aufweisen. Insbesondere muss der Druckbehälter typischerweise bestimmten Anforderungen in Bezug auf einen Berstdruck bzw. in Bezug auf eine Druckfestigkeit genügen.A pressure vessel for receiving a fuel typically must have certain mechanical properties. In particular, the pressure vessel typically has to meet certain requirements with regard to a bursting pressure or with respect to a compressive strength.

Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, einen kosten-, gewichts- und bauraumeffizienten Druckbehälter mit bestimmten mechanischen Eigenschaften, insbesondere mit einer bestimmten Druckfestigkeit bzw. mit einem bestimmten Berstdruck, bereitzustellen.The present document deals with the technical problem of providing a cost-effective, weight and space-efficient pressure vessel with certain mechanical properties, in particular with a certain compressive strength or with a specific bursting pressure.

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.The object is solved by the independent claim. Advantageous embodiments are described i.a. in the dependent claims. It should be noted that additional features of a claim dependent on an independent claim without the features of the independent claim or only in combination with a subset of the features of the independent claim may form an independent invention independent of the combination of all features of the independent claim, the subject of an independent claim, a divisional application or a subsequent application. This applies equally to technical teachings described in the specification, which may form an independent invention of the features of the independent claims.

Gemäß einem Aspekt wird ein Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Druckbehälters beschrieben. Der Druckbehälter kann einen Liner aufweisen, auf den mehrere Lagen von Fasermaterial aufgebracht werden, um ein oder mehrere mechanische Eigenschaften des Druckbehälters zu verbessern. Insbesondere können durch das Aufbringen von Fasermaterial, z.B. durch das Aufbringen von faserverstärktem Kunststoff (FVK), die Druckfestigkeit und/oder der Bestdruck eines Druckbehälters auf einen Zielwert gebracht werden.In one aspect, a method of making a fiber reinforced pressure vessel is described. The pressure vessel may include a liner to which multiple layers of fibrous material are applied to enhance one or more mechanical properties of the pressure vessel. In particular, application of fibrous material, e.g. by the application of fiber reinforced plastic (FRP), the compressive strength and / or the best pressure of a pressure vessel are brought to a target value.

Das Verfahren umfasst das Ermitteln von Eigenschafts-Daten bezüglich zumindest einer mechanischen Eigenschaft des teilweise gefertigten Druckbehälters. Die Eigenschafts-Daten können den Eigenschaftswert bzw. Wert zumindest einer mechanischen Eigenschaft anzeigen. Die mechanische Eigenschaft kann dabei einen Berstdruck und/oder eine Druckfestigkeit des teilweise gefertigten Druckbehälters umfassen. Die Eigenschafts-Daten können somit ein Indiz dafür darstellen, welchen Bestdruck und/oder welche Druckfestigkeit der teilweise gefertigte Druckbehälter aufweist.The method includes determining property data relating to at least one mechanical property of the partially fabricated pressure vessel. The property data may indicate the property value or value of at least one mechanical property. The mechanical property may include a bursting pressure and / or a compressive strength of the partially manufactured pressure vessel. The property data can thus be an indication of which best pressure and / or which pressure resistance the partially manufactured pressure vessel has.

Ein Druckbehälter kann nach und nach, z.B. durch Auflegen von Fasermaterial, gefertigt werden. Ein teilweise gefertigter Druckbehälter kann ein Druckbehälter sein, der noch nicht alle vorgesehenen Lagen an Fasermaterial aufweist. Der Fortschritt der Fertigung eines Druckbehälters kann durch einen Fertigungs-Grad angegeben werden. Zu Beginn der Fertigung (z.B. zu Beginn des Auflegens von Fasermaterial) kann der Druckbehälter einen Fertigungs-Grad von 0% aufweisen. Andererseits kann der Druckbehälter einen Fertigungs-Grad von 100% aufweisen, wenn alle vorgesehenen Lagen an Fasermaterial aufgebracht wurden. Der teilweise gefertigte Druckbehälter kann einen Fertigungs-Grad aufweisen, der größer als 0% und/oder kleiner als 100% ist, z.B. einen Fertigungs-Grad von 90%, 80%, 70% oder weniger.A pressure vessel may gradually, e.g. by applying fiber material, are manufactured. A partially manufactured pressure vessel may be a pressure vessel which does not yet have all the intended layers of fiber material. The progress of manufacturing a pressure vessel may be indicated by a manufacturing grade. At the beginning of manufacture (e.g., at the beginning of laying fiber material), the pressure vessel may have a 0% manufacturing grade. On the other hand, the pressure vessel may have a manufacturing grade of 100% when all intended layers of fiber material have been applied. The partially fabricated pressure vessel may have a manufacturing grade that is greater than 0% and / or less than 100%, e.g. a manufacturing grade of 90%, 80%, 70% or less.

Die mechanische Eigenschaft kann derart sein, dass die mechanische Eigenschaft nicht direkt gemessen werden kann. Insbesondere führt die Messung des Berstdrucks zu der Zerstörung eines Druckbehälters. Die Eigenschafts-Daten können somit indirekt (z.B. über ein mathematisches und/oder über ein statistisches Modell) einen Eigenschaftswert der mechanischen Eigenschaft anzeigen. Dabei können die Eigenschafts-Daten derart ermittelt werden, dass durch die Ermittlung der Eigenschafts-Daten der Druckbehälter nicht (ggf. nicht substantiell) beeinträchtigt wird.The mechanical property may be such that the mechanical property can not be measured directly. In particular, the measurement of the bursting pressure leads to the destruction of a pressure vessel. The property data may thus indirectly (e.g., via a mathematical and / or statistical model) indicate a property value of the mechanical property. In this case, the property data can be determined in such a way that the pressure vessel is not (possibly not substantially) adversely affected by the determination of the property data.

Die Eigenschafts-Daten können durch ein oder mehrere Sensoren ermittelt werden. Insbesondere können die Eigenschafts-Daten umfassen: Sensordaten (z.B. Bilddaten), die eine Ablageposition von Fasermaterial auf der Oberfläche des teilweise gefertigten Druckbehälters anzeigen; Sensordaten (z.B. Bilddaten), die eine Abweichung der Ablageposition von Fasermaterial von einer Referenz- bzw. Idealposition von Fasermaterial auf der Oberfläche des teilweise gefertigten Druckbehälters anzeigen; Sensordaten bezüglich des Fasermaterials (z.B. bezüglich des Dehnungsverhaltens des Fasermaterials), das auf der Oberfläche des teilweise gefertigten Druckbehälters aufgebracht wurde; Bilddaten bezüglich der Oberfläche des teilweise gefertigten Druckbehälters; und/oder Sensordaten, die ein Dehnungsverhalten, insbesondere einen Dehnungskoeffizienten und/oder eine Steifigkeit, des teilweise gefertigten Druckbehälters anzeigen.The property data can be determined by one or more sensors. In particular, the property data may include: sensor data (eg, image data) indicating a deposition location of fibrous material on the surface of the partially fabricated pressure vessel; Sensor data (eg image data), the deviation of the storage position of fiber material from a reference or ideal position of fiber material on the surface of the partially manufactured pressure vessel Show; Sensor data relating to the fiber material (eg, with respect to the expansion behavior of the fiber material) applied to the surface of the partially fabricated pressure vessel; Image data relating to the surface of the partially fabricated pressure vessel; and / or sensor data indicating an expansion behavior, in particular a coefficient of expansion and / or a stiffness of the partially manufactured pressure vessel.

Das Verfahren umfasst weiter das Anpassen der weiteren Herstellung des Druckbehälters in Abhängigkeit von den Eigenschafts-Daten. Insbesondere kann das weitere Aufbringen von Fasermaterial auf die Oberfläche des teilweise gefertigten Druckbehälters in Abhängigkeit von den Eigenschafts-Daten angepasst werden. Die weitere Herstellung des Druckbehälters kann dabei derart unter Berücksichtigung der Eigenschafts-Daten angepasst werden, dass der fertige Druckbehälter einen Zielwert für die mechanische Eigenschaft (insbesondere für die Druckfestigkeit bzw. für den Berstdruck) aufweist.The method further comprises adjusting the further manufacture of the pressure vessel depending on the property data. In particular, the further application of fiber material can be adapted to the surface of the partially manufactured pressure vessel depending on the property data. The further production of the pressure vessel can be adapted in such a way taking into account the property data that the finished pressure vessel has a target value for the mechanical property (in particular for the compressive strength or for the bursting pressure).

Durch die Berücksichtigung von Eigenschafts-Daten während der Herstellung eines einzelnen Druckbehälters kann gewährleistet werden, dass jeder einzelne Druckbehälter den Zielwert der mechanischen Eigenschaft aufweist. Dabei kann die Menge an Fasermaterial, die auf einen Druckbehälter aufgebracht wird, individuell angepasst werden. Als Folge daraus können die erforderliche Materialmenge, das Gewicht und der erforderliche Bauraum für einen Druckbehälter (im Mittel für eine Vielzahl von Druckbehältern, d.h. statistisch) reduziert werden.By taking into account property data during the manufacture of a single pressure vessel, it can be ensured that each individual pressure vessel has the target value of the mechanical property. In this case, the amount of fiber material that is applied to a pressure vessel can be customized. As a result, the required amount of material, weight and space required for a pressure vessel (on average for a plurality of pressure vessels, i.e. statistically) can be reduced.

Im Vorfeld kann eine Mehrzahl von Lagenaufbauten definiert werden, die auf einen teilweise gefertigten Druckbehälter (mit einem bestimmten Fertigungs-Grad) aufgebracht werden können. Die Lagenaufbauten können z.B. durch eine Zulassungsstelle zertifiziert werden. Es kann dann in Abhängigkeit von den Eigenschafts-Daten ein Lagenaufbau des Fasermaterials aus der Mehrzahl von vordefinierten Lagenaufbauten für die weitere Herstellung des Druckbehälters ausgewählt werden.In advance, a plurality of ply structures may be defined which may be applied to a partially fabricated pressure vessel (of a particular manufacturing grade). The ply structures may e.g. be certified by a registration office. It can then be selected depending on the property data, a layer structure of the fiber material from the plurality of predefined layer structures for the further production of the pressure vessel.

Beispielsweise kann die Mehrzahl von Lagenaufbauten einen ersten Lagenaufbau mit einem relativ hohen Beitrag zu dem Zielwert der mechanischen Eigenschaft und einen zweiten Lagenaufbau mit einem relativ niedrigen Beitrag zu dem Zielwert der mechanischen Eigenschaft umfassen. Der erste Lagenaufbau kann für die weitere Herstellung des Druckbehälters ausgewählt werden, wenn die Eigenschafts-Daten anzeigen, dass die mechanische Eigenschaft des teilweise gefertigten Druckbehälters relativ weit von dem Zielwert entfernt ist. Andererseits kann der zweite Lagenaufbau für die weitere Herstellung des Druckbehälters ausgewählt werden, wenn die Eigenschafts-Daten anzeigen, dass die mechanische Eigenschaft des teilweise gefertigten Druckbehälters relativ nah an dem Zielwert liegt. So kann in zuverlässiger, individueller und effizienter Weise die Herstellung eines Druckbehälters angepasst werden, um Druckbehälter bereitzustellen, die einen bestimmten Zielwert für die zumindest eine mechanische Eigenschaft aufweisen.For example, the plurality of ply assemblies may comprise a first ply structure having a relatively high contribution to the target mechanical property and a second ply construction having a relatively low contribution to the target mechanical property. The first layer structure may be selected for further manufacturing of the pressure vessel when the property data indicates that the mechanical property of the partially fabricated pressure vessel is relatively far from the target value. On the other hand, if the property data indicates that the mechanical property of the partially fabricated pressure vessel is relatively close to the target value, the second layer structure may be selected for further production of the pressure vessel. Thus, in a reliable, individual and efficient manner, the manufacture of a pressure vessel can be adapted to provide pressure vessels having a particular target value for the at least one mechanical property.

Das Anpassen der Herstellung des Druckbehälters kann umfassen: das Anpassen einer Ablageposition von Fasermaterial auf der Oberfläche des Druckbehälters; das Anpassen einer Ablagegeschwindigkeit von Fasermaterial auf der Oberfläche des Druckbehälters; das Anpassen einer Eigenschaft des Fasermaterials, das auf der Oberfläche des Druckbehälters abgelegt wird; das Anpassen einer Menge an Fasermaterial, das auf der Oberfläche des Druckbehälters abgelegt wird; das Anpassen eines Lagenaufbaus von Lagen aus Fasermaterial, die auf der Oberfläche des Druckbehälters abgelegt werden; das Anpassen eines Prozesses, insbesondere eines Wickel-, eines Flecht- und/oder eines Tape-Lage-Prozesses, mit dem Fasermaterial auf der Oberfläche des Druckbehälters abgelegt wird; und/oder das Anpassen einer Orientierung des Fasermaterials, das auf der Oberfläche des Druckbehälters abgelegt wird.Adjusting the manufacture of the pressure vessel may include: adjusting a deposition position of fibrous material on the surface of the pressure vessel; adjusting a deposition rate of fibrous material on the surface of the pressure vessel; adjusting a property of the fiber material deposited on the surface of the pressure vessel; adjusting an amount of fibrous material deposited on the surface of the pressure vessel; adjusting a ply structure of layers of fibrous material deposited on the surface of the pressure vessel; the adaptation of a process, in particular a winding, a braiding and / or a tape-laying process, is deposited with the fiber material on the surface of the pressure vessel; and / or adjusting an orientation of the fiber material deposited on the surface of the pressure vessel.

Es können somit ein oder mehrere Parameter des Herstellungsprozesses eines Druckbehälters individuell auf Basis der Eigenschafts-Daten angepasst werden, um zu gewährleisten, dass der fertige Druckbehälter den Zielwert der zumindest einen mechanischen Eigenschaft mit einem möglichst geringen Materialaufwand (im Mittel für eine Charge von Druckbehältern) aufweist. Beispielsweise kann die Ablagegeschwindigkeit reduziert werden, wenn die Eigenschafts-Daten anzeigen, dass der teilweise gefertigte Druckbehälter einen Istwert der mechanischen Eigenschaft aufweist, der relativ weit von dem Zielwert der mechanischen Eigenschaft entfernt ist. So kann die Ablagequalität für die verbleibende Herstellung des Druckbehälters erhöht werden, was typischerweise vorteilhaft in Bezug auf die gewünschte mechanische Eigenschaft des Druckbehälters ist.One or more parameters of the production process of a pressure vessel can thus be adapted individually on the basis of the property data in order to ensure that the finished pressure vessel reaches the target value of the at least one mechanical property with as little material expenditure as possible (on average for a batch of pressure vessels). having. For example, the deposition rate may be reduced if the property data indicates that the partially fabricated pressure vessel has an actual mechanical property value that is relatively far removed from the mechanical property target value. Thus, the storage quality for the remaining production of the pressure vessel can be increased, which is typically advantageous in relation to the desired mechanical property of the pressure vessel.

Wie bereits oben dargelegt, können die Eigenschafts-Daten für einen bestimmten Fertigungs-Grad (z.B. für einen Fertigungsgrad zwischen 40% und 60%) des teilweise gefertigten Druckbehälters ermittelt werden. Auf Basis der Eigenschafts-Daten kann eine Abweichung des Istwertes der mechanischen Eigenschaft von einem Referenzwert der mechanischen Eigenschaft ermittelt werden. Dabei kann der Referenzwert einen Wert der mechanischen Eigenschaft anzeigen, den der teilweise gefertigte Druckbehälter bei dem bestimmten Fertigungs-Grad aufweisen sollte, damit der vollständig gefertigte Druckbehälter (bei Durchführung eines Standard-Herstellungsprozesses) den Zielwert der mechanischen Eigenschaft aufweist. Der Referenzwert kann im Vorfeld (z.B. durch Simulation und/oder durch statistische Auswertung einer Vielzahl von Druckbehältern) ermittelt werden.As already stated above, the property data for a particular degree of production (eg, for a degree of production between 40% and 60%) of the partially manufactured pressure vessel can be determined. On the basis of the property data, a deviation of the actual value of the mechanical property from a reference value of the mechanical property can be determined. In this case, the reference value may indicate a value of the mechanical property that the partially manufactured pressure vessel should have at the particular manufacturing grade in order for the fully manufactured pressure vessel (when performing a standard manufacturing process) to reach the target value having mechanical property. The reference value can be determined in advance (eg by simulation and / or by statistical evaluation of a plurality of pressure vessels).

Die weitere Herstellung des Druckbehälters kann dann in Abhängigkeit von der Abweichung des Istwertes von dem Referenzwert angepasst werden. Die weitere Herstellung des Druckbehälters kann dabei abweichend von dem Standard-Herstellungsprozess erfolgen, um die Abweichung des Istwertes von dem Referenzwert zumindest teilweise zu kompensieren. Beispielsweise kann die Menge an abzulegendem Fasermaterial erhöht werden (im Vergleich zu dem Standard-Herstellungsprozess), wenn der Istwert kleiner als der Referenzwert ist. Alternativ oder ergänzend kann die Ablagegeschwindigkeit reduziert werden (im Vergleich zu dem Standard-Herstellungsprozess), wenn der Istwert kleiner als der Referenzwert ist. Alternativ oder ergänzend kann ein Lagenaufbau mit einem relativ hohen Beitrag zu dem Zielwert der mechanischen Eigenschaft ausgewählt werden, wenn der Istwert kleiner als der Referenzwert ist. Durch die Berücksichtigung eines Referenzwertes kann die Genauigkeit der Anpassung der Herstellung eines Druckbehälters weiter erhöht werden.The further production of the pressure vessel can then be adjusted as a function of the deviation of the actual value from the reference value. The further production of the pressure vessel can be done deviating from the standard manufacturing process to compensate for the deviation of the actual value of the reference value at least partially. For example, the amount of fiber material to be deposited can be increased (as compared to the standard manufacturing process) if the actual value is less than the reference value. Alternatively or additionally, the deposition speed can be reduced (in comparison to the standard production process) if the actual value is smaller than the reference value. Alternatively or additionally, a layer structure with a relatively high contribution to the target value of the mechanical property can be selected if the actual value is smaller than the reference value. By taking into account a reference value, the accuracy of adjusting the production of a pressure vessel can be further increased.

Die Eigenschafts-Daten bezüglich der mechanischen Eigenschaft können in unterschiedlichen Richtungen, insbesondere in einer axialen und/oder einer tangentialen Richtung des Druckbehälters, ermittelt werden. Mit anderen Worten, es können richtungsabhängig Eigenschafts-Daten ermittelt werden. Die Herstellung des Druckbehälters kann dann dediziert bezüglich der unterschiedlichen Richtungen angepasst werden. Insbesondere kann eine Anpassung bezüglich einer axialen und/oder einer tangentialen Richtung des Druckbehälters vorgenommen werden. Alternativ oder ergänzend können die Eigenschafts-Daten bezüglich der mechanischen Eigenschaften von verschiedenen Regionen bzw. Bereichen des Druckbehälters ermittelt werden: So kann beispielsweise zwischen einer Dom-Region bzw. einer gewölbten (typischerweise an zumindest einer Stirnseite des Druckbehälters) und dem zylindrischen Anteil des Druckbehälters unterschieden werden. Die Herstellung des Druckbehälters kann dann dediziert für die unterschiedlichen Regionen bzw. Bereich des Druckbehälters angepasst werden. Durch die Berücksichtigung von unterschiedlichen Richtungen und/oder unterschiedlichen Regionen bzw. Bereichen kann der Materialverbrauch für die Herstellung eines Druckbehälters weiter optimiert werden.The property data relating to the mechanical property can be determined in different directions, in particular in an axial and / or a tangential direction of the pressure vessel. In other words, property-dependent property data can be determined. The manufacture of the pressure vessel can then be adapted to the different directions. In particular, an adjustment with respect to an axial and / or a tangential direction of the pressure vessel can be made. Alternatively or additionally, the property data with respect to the mechanical properties of different regions or areas of the pressure vessel can be determined: For example, between a dome region or a curved (typically at least one end face of the pressure vessel) and the cylindrical portion of the pressure vessel be differentiated. The production of the pressure vessel can then be adapted for the different regions or area of the pressure vessel. By taking into account different directions and / or different regions or areas of the material consumption for the production of a pressure vessel can be further optimized.

Die Eigenschafts-Daten können für mehrere unterschiedliche Fertigungs-Grade des teilweise gefertigten Druckbehälters ermittelt werden. Insbesondere können an unterschiedlichen Zeitpunkten bei der Herstellung eines Druckbehälters Eigenschafts-Daten ermittelt werden. Die weitergehende Herstellung des Druckbehälters ab dem jeweiligen Fertigungs-Grad kann dann in Abhängigkeit von den für den jeweiligen Fertigungs-Grad ermittelten Eigenschafts-Daten angepasst werden. Es kann somit während der Herstellung eines Druckbehälters mehrmals eine Anpassung der Herstellung auf Basis von Eigenschafts-Daten erfolgen. So kann die Herstellung eines Druckbehälters weiter optimiert werden.The property data can be determined for several different manufacturing levels of the partially manufactured pressure vessel. In particular, characteristic data can be determined at different times in the production of a pressure vessel. The further production of the pressure vessel from the respective production degree can then be adjusted depending on the property data determined for the respective production degree. It can thus take place during the manufacture of a pressure vessel several times an adjustment of the production based on property data. Thus, the production of a pressure vessel can be further optimized.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Fertigungssystem und/oder eine Steuereinheit für ein Fertigungssystem für einen Druckbehälter beschrieben, die eingerichtet sind, das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.According to a further aspect, a production system and / or a control unit for a production system for a pressure vessel, which are set up to carry out the method described in this document, is described.

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

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

  • 1 eine beispielhafte Druckbehälter-Anordnung in einem Fahrzeug;
  • 2 einen Längsschnitt eines beispielhaften Druckbehälters;
  • 3a und 3b beispielhafte Verläufe eines Eigenschaftswertes einer mechanischen Eigenschaft eines faserbasierten Druckbehälters während der Herstellung des Druckbehälters; und
  • 4 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Herstellung eines faserverstärkten Druckbehälters mit einem Zielwert für zumindest eine mechanische Eigenschaft.
Furthermore, the invention will be described in more detail with reference to exemplary embodiments. Show
  • 1 an exemplary pressure vessel arrangement in a vehicle;
  • 2 a longitudinal section of an exemplary pressure vessel;
  • 3a and 3b exemplary courses of a property value of a mechanical property of a fiber-based pressure vessel during the manufacture of the pressure vessel; and
  • 4 a flowchart of an exemplary method for producing a fiber-reinforced pressure vessel with a target value for at least one mechanical property.

Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der Herstellung eines kosten-, gewichts- und bauraumeffizienten Druckbehälters, der einen Zielwert für zumindest eine mechanische Eigenschaft (insbesondere der Druckfestigkeit) aufweist. 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.As stated above, the present document is concerned with the production of a pressure, weight and space-efficient pressure vessel having a target value for at least one mechanical property (in particular the compressive strength). The present document is concerned in particular with a pressure vessel system (in particular a compressed hydrogen storage system (= CHS system)) for a motor vehicle. The pressure vessel system is used to store under ambient conditions gaseous fuel or fuel. The pressure vessel system can be used, for example, in a motor vehicle equipped with compressed ("Compressed Natural Gas "= CNG) or liquefied (LNG) natural gas or with hydrogen.

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

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

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. 1 shows an exemplary pressure vessel assembly 100 with a pressure tank or pressure vessel 110 which may be used to provide fuel (especially hydrogen) to a fuel consumer (eg, a fuel cell) 101 of a vehicle. The pressure vessel 110 is over a line 112 with the fuel consumer 101 connected.

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.The pressure vessel 110 can be on the front end pieces 111 . 114 exhibit in the manufacture of the pressure vessel 110 for holding the pressure vessel 110 can be used. Furthermore, on a tail 111 an opening can be provided by the fuel from the pressure vessel 110 can be performed (eg via a valve 115 to the line 112 ). At an opening of the pressure vessel 110 can also be a pressure relief device 113 can be arranged, which can trigger in the presence of a certain triggering condition (eg, when a certain temperature) to fuel from the pressure vessel 110 into the environment of the pressure vessel 110 let off, and so the pressure in the pressure vessel 110 to reduce.

Wie in 2 dargestellt, kann ein Druckbehälter 110 einen Liner 201 umfassen. Der Liner 201 bildet den Hohlkörper 210 aus, in dem der Brennstoff gespeichert ist. Der Liner 201 kann beispielsweise aus Aluminium oder Stahl oder aus deren Legierungen hergestellt sein. Ferner bevorzugt kann der Liner 201 aus einem Kunststoff hergestellt sein. Es kann ebenso auch ein linerloser Druckbehälter 110 vorgesehen sein.As in 2 shown, can be a pressure vessel 110 a liner 201 include. The liner 201 forms the hollow body 210 from where the fuel is stored. The liner 201 may be made of aluminum or steel or their alloys, for example. Further preferably, the liner 201 be made of a plastic. It can also be a linerless pressure vessel 110 be provided.

Ein Druckbehälter 110 umfasst typischerweise mindestens eine faserverstärkte Schicht 202. Die faserverstärkte Schicht 202 kann einen Liner 201 zumindest bereichsweise bevorzugt vollständig umgeben. Die faserverstärkte Schicht 202 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 202 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 202 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 202 weist i.d.R. mehrere (Teil-)Schichten bzw. Lagen aus Fasermaterial auf.A pressure vessel 110 typically includes at least one fiber reinforced layer 202 , The fiber reinforced layer 202 can a liner 201 at least partially preferably completely surrounded. The fiber reinforced layer 202 is often referred to as a laminate or sheathing or reinforcement. In this document, the term "fiber-reinforced layer" or "layer (s) with fibers" is most commonly used. As a fiber reinforced layer 202 usually fiber-reinforced plastics (also abbreviated FVK or FKV) are used, for example carbon fiber reinforced plastics (CFRP) and / or glass fiber reinforced plastics (GRP). A fiber reinforced layer 202 suitably comprises reinforcing fibers embedded in a plastic matrix. In particular, matrix material, type and proportion of reinforcing fibers and their orientation can be varied so that the desired mechanical and / or chemical properties are established. Preferably, continuous fibers are used as reinforcing fibers, which can be applied by winding and / or braiding. A fiber reinforced layer 202 usually has several (partial) layers or layers of fiber material.

Bei der Herstellung der Faserarmierung, d.h. während des Wickel- oder Flecht-Prozesses zur Herstellung der faserverstärkten Schicht 202, ergeben sich typischerweise Schwankungen in der Ablagequalität der Fasern. Bevorzugt wird eine lückenlose, parallele Ablage der Fasern bzw. Filamente, wobei die Filamente dabei typischerweise so ausgerichtet sind, dass die Filamente die mechanischen Spannungen im fertigen Faserverbund optimal aufnehmen können. Dieser optimale Filamentverlauf kann als Ideallinie oder Referenzablage bezeichnet werden.In the production of the fiber reinforcement, ie during the winding or braiding process for the production of the fiber-reinforced layer 202 typically result in variations in the filing quality of the fibers. Preference is given to a continuous, parallel deposition of the fibers or filaments, wherein the filaments are typically oriented so that the filaments can optimally absorb the mechanical stresses in the finished fiber composite. This optimal filament course can be called ideal line or reference tray.

Bei der Herstellung der faserverstärkten Schicht 202 können sich mehr oder weniger große Abweichungen von der Ideallinie der Filamente ergeben. Dabei sind insbesondere Lücken zwischen den Filamenten, Überkreuzungen der Filamente (z.B. ein sogenanntes „Bridging“, bei dem Teile eines Filaments „hohl“ liegen) oder generell Abweichungen von der Ideallinie ungünstig für die Druckfestigkeit des herzustellenden Druckbehälters 110.In the production of the fiber-reinforced layer 202 may result in more or less large deviations from the ideal line of the filaments. In particular, gaps between the filaments, crossings of the filaments (eg a so-called "bridging" in which parts of a filament are "hollow") or generally deviations from the ideal line are unfavorable for the compressive strength of the pressure vessel to be produced 110 ,

Durch die Güte der Ablage der Fasern bei der Herstellung der faserverstärkten Schicht 202 eines Druckbehälters 110 können somit ein oder mehrere mechanische Eigenschaften, insbesondere die Druckfestigkeit, des Druckbehälters 110 beeinflusst werden. Insbesondere kann ein Druckbehälter 110 eine reduzierte Druckfestigkeit aufweisen, wenn die Ablage der Fasern von der festgelegten Ideallinie abweicht.Due to the quality of the filing of the fibers in the production of the fiber-reinforced layer 202 a pressure vessel 110 Thus, one or more mechanical properties, in particular the compressive strength of the pressure vessel 110 to be influenced. In particular, a pressure vessel 110 have a reduced compressive strength, if the filing of the fibers deviates from the established ideal line.

Die Verstärkungsfasern in der faserverstärkten Armierung 202 eines Druckbehälters 110 werden typischerweise sehr unterschiedlich belastet. Die inneren Umfangslagen werden am stärksten belastet und haben daher den größten Einfluss auf den Berstdruck des Druckbehälters 110. Druckbehälter 110 werden typischerweise durch Wickeln, Flechten und/oder Tape-Legen von innen nach außen gefertigt, so dass die Faser-Lagen, die den größten Einfluss auf die Druckfestigkeit des Druckbehälters 110 haben, zuerst auf den Liner 201 (bzw. auf den Wickelkern, Flechtkern, Ablagekern) aufgebracht werden.The reinforcing fibers in the fiber reinforced reinforcement 202 a pressure vessel 110 are typically charged very differently. The inner peripheral layers are subjected to the highest load and therefore have the greatest influence on the bursting pressure of the pressure vessel 110 , pressure vessel 110 are typically made by winding, braiding and / or tape laying from the inside out so that the fiber layers that have the greatest impact on the pressure resistance of the pressure vessel 110 have, first on the liner 201 (or on the winding core, wicker core, storage core) are applied.

Die Qualität und/oder die mechanischen Eigenschaften (z.B. Festigkeit, Steifigkeit) der Fasern, die für die Herstellung des Druckbehälters 110 verwendet werden, können substantiellen Schwankungen unterworfen sein. Des Weiteren können sich bei der Herstellung der Faserarmierung (insbesondere durch den Wickel- oder Flecht-Prozess) Schwankungen ergeben. Diese Schwankungen der mechanischen Eigenschaften der Fasern und/oder des Herstellungsprozesses können ein oder mehrere mechanische Eigenschaften, insbesondere die Druckfestigkeit, eines Druckbehälters 110 beeinflussen.The quality and / or mechanical properties (eg strength, rigidity) of the fibers used for the manufacture of the pressure vessel 110 can be subject to substantial fluctuations. Furthermore, fluctuations can occur in the production of the fiber reinforcement (in particular by the winding or braiding process). These variations in the mechanical properties of the fibers and / or the manufacturing process may have one or more mechanical properties, in particular the compressive strength, of a pressure vessel 110 influence.

Bei der Zulassung eines Druckbehälters 110 müssen typischerweise bestimmte Berstdrücke (z.B. Berstdrücke von mehr als 2,25 x Nominaldruck des Druckbehälters 110) nachgewiesen werden. Dabei wird typischerweise produktionsbegleitend für einen gewissen Anteil der produzierten Druckbehälter 110 der Berstdruck ermittelt. Für alle fertig produzierten Druckbehälter 110 kann ein Drucktest mit einem reduzierten Prüfdruck (z.B. 1,5 x Nominaldruck) durchgeführt werden.When approving a pressure vessel 110 typically have certain bursting pressures (eg burst pressures greater than 2.25 x nominal pressure of the pressure vessel 110 ) be detected. It is typically accompanied by production for a certain proportion of the pressure vessels produced 110 the bursting pressure is determined. For all finished pressure vessels 110 A pressure test with a reduced test pressure (eg 1.5 x nominal pressure) can be carried out.

Bei einer Charge von produzierten Druckbehältern 110 kann nur für einen Bruchteil der produzierten Druckbehälter 110 der Berstdruck tatsächlich durch Bersttests ermittelt werden. Kommt es dabei zu einer Unterschreitung der Berstdruckanforderung muss typischerweise die gesamte Charge an Druckbehältern 110 vernichtet werden. Aus diesem Grund wird das Design eines Druckbehälters 110 typischerweise derart ausgelegt, dass auch bei Berücksichtigung der unterschiedlichen Einflussfaktoren bei der Herstellung der Druckbehälter 110 mit hoher Wahrscheinlichkeit die Berstdruckanforderungen erfüllt werden. Als Folge daraus ist der Materialaufwand für die meisten Druckbehälter 110 einer Charge typischerweise höher als eigentlich notwendig. Das heißt, es befindet sich Zusatzmaterial auf einem Druckbehälter 110, das zum Erreichen der mechanischen Anforderungen bei den meisten Druckbehältern 110 nicht notwendig wäre. Die Druckbehälter 110 weisen somit tendenziell zu hohe Materialkosten, ein zu hohes Gewicht und zu große Dimensionen auf.For a batch of pressure vessels produced 110 can only work for a fraction of the pressure vessels produced 110 the bursting pressure is actually determined by bursting tests. If the burst pressure requirement is undershot, typically the entire batch of pressure vessels must be used 110 be destroyed. For this reason, the design of a pressure vessel 110 typically designed such that, taking into account the different factors influencing the production of the pressure vessel 110 with high probability the bursting pressure requirements are met. As a result, the cost of materials for most pressure vessels 110 a batch typically higher than actually necessary. That is, there is additional material on a pressure vessel 110 To achieve the mechanical requirements of most pressure vessels 110 not necessary. The pressure vessels 110 thus tend to have high material costs, too high a weight and too large dimensions.

3a zeigt beispielhafte Verläufe 304, 305 des Eigenschaftswertes 301 einer mechanischen Eigenschaft eines Druckbehälters 110 als Funktion eines Grades 302 der aufgebrachten Menge an Fasern (d.h. als Funktion eines Fertigungs-Grades 302). Insbesondere zeigt 3a einen Referenzverlauf 304 des Eigenschaftswertes 301 für den Fall, dass die Fasern entsprechend einer Referenz- bzw. Ideallinie auf den Druckbehälter 110 aufgebracht werden. Des Weiteren zeigt 3a einen Ist-Verlauf 305 des Eigenschaftswertes 301 für den Fall, dass die Fasern zumindest teilweise abweichend von der Referenzlinie aufgebracht werden. Aus 3a ist ersichtlich, dass bei einem bestimmten Grad 303 der aufgebrachten Fasermenge der Eigenschaftswert 301 des Ist-Verlaufs 305 um Δ hinter bzw. unter dem Eigenschaftswert 301 des Referenzverlaufs 304 zurückbleibt. Als Folge daraus, weist der Druckbehälter 110 auch bei 100% der aufgebrachten Fasermenge nicht den Ziel-Eigenschaftswert von 100% auf. Durch Aufbringen einer zusätzlichen Menge Z an Fasern kann jedoch erreicht werden, dass die mechanische Eigenschaft des Druckbehälters 110 auf den Ziel-Eigenschaftswert von 100% gebracht wird. 3a shows exemplary courses 304 . 305 the property value 301 a mechanical property of a pressure vessel 110 as a function of a degree 302 the amount of fibers applied (ie as a function of a grade of production 302 ). In particular shows 3a a reference history 304 the property value 301 in the event that the fibers correspond to a reference or ideal line on the pressure vessel 110 be applied. Further shows 3a an actual course 305 the property value 301 in the event that the fibers are applied at least partially deviating from the reference line. Out 3a it can be seen that at a certain degree 303 the applied fiber amount of the property value 301 the actual course 305 by Δ below or below the property value 301 of the reference history 304 remains. As a result, the pressure vessel points 110 even at 100% of the applied fiber amount does not have the target property value of 100%. By applying an additional amount Z of fibers, however, it can be achieved that the mechanical property of the pressure vessel 110 brought to the target property value of 100%.

3b zeigt in entsprechender Weise einen Referenzverlauf 304 und einen Ist-Verlauf 306. Dabei wird durch Anpassung des Ablageprozesses der Fasern (insbesondere durch Reduzierung der Ablagegeschwindigkeit der Fasern) bewirkt, dass eine zwischenzeitlich detektierte Abweichung Δ zwischen Referenzverlauf 304 und Ist-Verlauf 306 wieder ausgeglichen wird. 3b shows in a corresponding manner a reference curve 304 and an actual history 306 , By adjusting the filing process of the fibers (in particular by reducing the filing speed of the fibers), a deviation Δ between the reference curve detected in the meantime is brought about 304 and actual course 306 is compensated again.

Zur Optimierung des Ablageprozesses können im Lauf des Ablageprozesses Eigenschafts-Daten, insbesondere Sensordaten, in Bezug auf den Eigenschaftswert 301 einer mechanischen Eigenschaft (z.B. der Druckfestigkeit) eines Druckbehälters 110 ermittelt werden. Beispielhafte Eigenschafts-Daten sind

  • • Bilddaten, die die Ablageposition von Fasern in der faserverstärkten Schicht 202 während des Ablageprozesses anzeigen; die Bilddaten können insbesondere eine Abweichung der Ablageposition von einer Referenzposition anzeigen;
  • • Sensordaten in Bezug auf das Dehnungsverhalten und/oder die Steifigkeit des Druckbehälters 110 während des Ablageprozesses;
  • • Bilddaten in Bezug auf die Qualität der Fasern bzw. Faserbündel, die für die faserverstärkte Schicht 202 abgelegt werden; und/oder
  • • Sensordaten in Bezug auf das Dehnungsverhalten und/oder die Steifigkeit der in der faserverstärkten Schicht 202 abgelegten Fasern bzw. Faserbündel.
To optimize the filing process, property data, in particular sensor data, in relation to the property value can be used during the filing process 301 a mechanical property (eg the compressive strength) of a pressure vessel 110 be determined. Exemplary property data is
  • • Image data showing the placement position of fibers in the fiber reinforced layer 202 during the filing process; the image data may in particular indicate a deviation of the storage position from a reference position;
  • • Sensor data relating to the expansion behavior and / or the rigidity of the pressure vessel 110 during the filing process;
  • Image data relating to the quality of the fibers or fiber bundles, that for the fiber-reinforced layer 202 be filed; and or
  • Sensor data relating to the expansion behavior and / or stiffness of the fiber-reinforced layer 202 deposited fibers or fiber bundles.

Auf Basis der Eigenschafts-Daten kann z.B. mittels eines Modells ein Ist-Eigenschaftswert 301 der mechanischen Eigenschaft geschätzt werden. Dieser Ist-Eigenschaftswert 301 kann mit einem Referenz-Eigenschaftswert 301 für den aktuellen Fertigungs-Grad 302, 303 des Druckbehälters 110 verglichen werden. Der weitergehende Herstellungsprozess des Druckbehälters 110 kann dann in Abhängigkeit von den Eigenschafts-Daten, insbesondere in Abhängigkeit von dem Vergleich zwischen dem Ist-Eigenschaftswert 301 und dem Referenz-Eigenschaftswert 301, angepasst werden. So kann erreicht werden, dass für jeden einzelnen Druckbehälter 110 der Ziel-Eigenschaftswert in optimaler Weise, insbesondere mit der jeweils minimalen Menge an Fasern, erreicht wird.On the basis of the property data, for example, an actual property value can be determined by means of a model 301 the mechanical property can be estimated. This actual property value 301 can with a reference property value 301 for the current production degree 302 . 303 of the pressure vessel 110 be compared. The further manufacturing process of the pressure vessel 110 can then in Dependency on the property data, in particular depending on the comparison between the actual property value 301 and the reference property value 301 , be adjusted. So can be achieved that for every single pressure vessel 110 the target property value is optimally achieved, in particular with the respective minimum amount of fibers.

Idealerweise wird auf jeden Druckbehälter 110 (z.B. durch Wickeln und/oder Flechten und/oder Tape-Legen) genau so viel Material aufgebracht, dass die mechanischen Anforderungen (insbesondere die Berstdruckanforderung) gerade noch sicher erfüllt werden. Da wie oben beschrieben die Qualität der Faserablage variieren kann, kann während der Fertigung eines bestimmten Druckbehälters 110 die für diesen bestimmten Druckbehälter 110 konkret zu verwendende Materialmenge bestimmt werden. Die konkret zu verwendende Materialmenge kann in Abhängigkeit von Eigenschafts-Daten (z.B. der Festigkeit) bezüglich des noch unvollständigen Druckbehälters 110 erfolgen, wobei die Eigenschafts-Daten insbesondere von der Qualität der Faserablage abhängen.Ideally, it will be on every pressure vessel 110 (Eg by winding and / or braiding and / or tape-laying) applied just enough material that the mechanical requirements (especially the bursting pressure requirement) are just barely fulfilled. Since the quality of the fiber deposit can vary as described above, during the production of a specific pressure vessel 110 the for this particular pressure vessel 110 Specifically to be used amount of material to be determined. The concrete amount of material to be used may vary depending on property data (eg, strength) with respect to the still incomplete pressure vessel 110 be carried out, the property data depends in particular on the quality of the fiber storage.

Auch bei einer idealen Faserablage verändern sich die mechanischen Eigenschaften (insbesondere der Berstdruck) des (noch unvollständig mit Faserarmierung versehenen) Druckbehälters 110 mit dem Fortschritt der Faserablage (siehe den Referenz-Verlauf 304 in 3a). Der Liner 201 ohne Faserarmierung weist lediglich den Berstdruck des Liners 201 auf (bei einem Kunststoff-Liner liegt dieser Berstdruck typischerweise zwischen 6 und 12 bar). Der vollständig mit Faserarmierung versehene Druckbehälter weist (nach Aushärtung der Matrix) den Ziel-Berstdruck auf (bei einem Wasserstoffdruckbehälter 110 für einen Nominaldruck von 700bar liegt der Ziel-Berstdruck typischerweise bei einem Wert größer 1575bar). Ein mit einem Teil der Faserarmierung versehener Druckbehälter 110 weist (nach Aushärtung der Matrix) somit einen Berstdruck auf, der zwischen dem Liner-Berstdruck und dem Ziel-Berstdruck liegt. Dieser Zusammenhang 304 zwischen dem Fortschritt 302 der Faseraufbringung und den mechanischen Eigenschaften (beispielsweise dem Berstdruck) für eine ideale Faserablage kann experimentell und/oder durch Simulation (insbesondere durch Finite-Elemente-Modellierung) ermittelt werden, und als Referenzverlauf 304 der ein oder mehreren mechanischen Eigenschaften bereitgestellt werden.Even with an ideal fiber deposition, the mechanical properties (in particular the bursting pressure) of the (still incompletely provided with fiber reinforcement) pressure vessel change 110 with the progress of the fiber storage (see the reference history 304 in 3a ). The liner 201 Without Faserarmierung has only the bursting pressure of the liner 201 on (with a plastic liner, this bursting pressure is typically between 6 and 12 bar). The pressure vessel, which is completely provided with fiber reinforcement, exhibits the target bursting pressure (after hardening of the matrix) (in the case of a hydrogen pressure vessel 110 for a nominal pressure of 700 bar, the target burst pressure is typically greater than 1575 bar). A pressure vessel provided with a part of the fiber reinforcement 110 has (after cure of the matrix) thus a bursting pressure which is between the liner bursting pressure and the target bursting pressure. This connection 304 between progress 302 The fiber application and the mechanical properties (for example the bursting pressure) for ideal fiber deposition can be determined experimentally and / or by simulation (in particular by finite element modeling), and as a reference curve 304 one or more mechanical properties are provided.

Um nun die unter Produktionsbedingungen auftretenden nicht-idealen Faserablagen zu berücksichtigen, kann während der Aufbringung der Faserarmierung wiederholt (z.B. laufend) die Qualität der Faserablage ermittelt und aufgezeichnet werden. Es können somit während der Aufbringung der Faserarmierung Eigenschafts-Daten ermittelt bzw. erfasst werden. Ähnlich wie für eine ideale Faserablage, können auch für eine fehlerbehaftete, reale Faserablage aus der aufgezeichneten Faserablagequalität (d.h. aus den Eigenschafts-Daten) die mechanischen Eigenschaften aufgrund von Simulation oder (in der Vergangenheit gewonnenen) experimentellen Daten vorhergesagt werden. Es kann somit ein Ist-Verlauf 305, 306 der ein oder mehreren mechanischen Eigenschaften ermittelt werden.In order to take into account the non-ideal fiber deposits occurring under production conditions, the quality of the fiber deposit can be determined and recorded repeatedly (eg continuously) during application of the fiber reinforcement. Property data can thus be determined or recorded during the application of the fiber reinforcement. Similar to ideal fiber deposition, even for faulty, real fiber deposition from the recorded fiber deposition quality (ie, from the property data), the mechanical properties can be predicted based on simulation or experimental data obtained in the past. It can thus be an actual course 305 . 306 the one or more mechanical properties are determined.

Typischerweise werden für die reale Faserablage (Ist-Verlauf 305, 306) gegenüber der idealen Faserablage (Referenzverlauf 304) für einen bestimmten Fertigungs-Grad 302 der Faseraufbringung um den Betrag Δ geringere mechanische Eigenschaften erreicht. Wie aus 3a erkennbar, bleibt bei nicht-idealer Faserablage (Ist-Verlauf 305) auch nach Aufbringung von 100% der Fasermenge, die bei einer idealen Faserablage (Referenzverlauf 304) zu einer Erreichung des Zielwertes der mechanischen Eigenschaften führt, typischerweise eine Verfehlung des Zielwertes der mechanischen Eigenschaften.Typically, for the real fiber deposit (actual course 305 . 306 ) compared to the ideal fiber deposition (reference curve 304 ) for a certain degree of production 302 the fiber application achieved by the amount Δ lower mechanical properties. How out 3a recognizable, remains in non-ideal fiber storage (actual course 305 ) even after application of 100% of the amount of fiber, with an ideal fiber deposition (reference curve 304 ) leads to achievement of the target value of the mechanical properties, typically a failure of the target value of the mechanical properties.

Um diesen Zielwert trotz nicht-idealer Faserablage dennoch zu erreichen, kann die aufzubringende Fasermenge um den Wert Z erhöht werden (wie in 3a dargestellt). Dadurch kann auch bei einer nicht-idealen Faserablage der Zielwert für die mechanischen Eigenschaften erreicht werden.In order to achieve this target value despite non-ideal fiber deposition, the amount of fiber to be applied can be increased by the value Z (as in 3a shown). As a result, the target value for the mechanical properties can be achieved even in the case of non-ideal fiber deposition.

Konkret kann die zusätzliche Fasermenge Z aus zusätzlichen Wickel- und/oder Flecht- und/oder Tape-Lagen bestehen. Dabei kann das zusätzliche Fasermaterial ggf. lokal auf den Druckbehälter 110 aufgebracht werden. Es kann beispielsweise zwischen den axialen (Längsrichtung) und den tangentialen (Umfangsrichtung) Eigenschaften des Druckbehälters 110 unterschieden werden und/oder zwischen den Dom-Bereichen des Druckbehälters 110 und dem zylindrischen Bereich des Druckbehälters 110 unterschieden werden und die Verstärkung mit zusätzlicher Fasermenge kann somit richtungsabhängig und/oder bereichsabhängig nur dort erfolgen, wo die Verstärkung zur Erreichung der ein oder mehreren Zielwerte für die ein oder mehreren mechanischen Eigenschaften des Druckbehälters 110 erforderlich ist.Specifically, the additional amount of fiber Z may consist of additional winding and / or braiding and / or tape layers. In this case, the additional fiber material possibly locally to the pressure vessel 110 be applied. It can, for example, between the axial (longitudinal) and the tangential (circumferential direction) properties of the pressure vessel 110 be differentiated and / or between the dome areas of the pressure vessel 110 and the cylindrical portion of the pressure vessel 110 Depending on the direction and / or region, amplification with an additional amount of fiber can thus be effected only where the gain is sufficient to achieve the one or more target values for the one or more mechanical properties of the pressure vessel 110 is required.

Es kann z.B. eine Ermittlung und Aufzeichnung der Ablagequalität mit lokaler Auflösung innerhalb der Faserarmierung eines Druckbehälters 110 erfolgen. Es kann dann eine durch eine nicht-ideale Wickelablage entstandene Schwachstelle des Druckbehälters 110 detektiert und lokal durch eine (unmittelbar oder indirekt) darüberliegende Lage korrigiert werden. Eine lokale Schwachstelle kann beispielsweise entstehen, wenn ein Filament beim Ablegen durch das Erreichen des Endes der Spule und den darauffolgend notwendigen Spulenwechsel unterbrochen wird und somit nicht durchgängig ist. Der Mehraufwand an Material kann durch die wiederholte Erfassung von Eigenschafts-Daten und durch die Anpassung des Herstellungsprozesses jeweils optimal an einen Druckbehälter 110 angepasst werden, so dass die erforderliche Materialmenge im Mittel reduziert werden kann. Des Weiteren kann die Effizienz des Fasereinsatzes erhöht werden.It may, for example, determine and record the storage quality with local resolution within the fiber reinforcement of a pressure vessel 110 respectively. It can then be caused by a non-ideal winding tray vulnerability of the pressure vessel 110 detected and corrected locally by a (directly or indirectly) overlying layer. A local weak point can arise, for example, if a filament during deposition by reaching the end of the coil and the subsequent necessary bobbin change is interrupted and thus not consistent. The additional expense of material can be optimally adapted to a pressure vessel by the repeated acquisition of characteristic data and by the adaptation of the production process 110 be adapted so that the required amount of material can be reduced on average. Furthermore, the efficiency of the fiber use can be increased.

Generell kann das Aufbringen des Zusatzmaterials Z verteilt während der Faserarmierung erfolgen, beispielsweise immer dann, wenn eine Abweichung Δ der Istwerte 301 der ein oder mehreren mechanischen Eigenschaften von den Referenzwerten 301 erkannt wird. Alternativ kann das Zusatzmaterial Z erst gegen Ende der Faseraufbringung erfolgen, um den Zielwert der ein oder mehreren mechanischen Eigenschaften zu erreichen.In general, the application of the additional material Z can be distributed during the fiber reinforcement, for example, whenever a deviation Δ of the actual values 301 the one or more mechanical properties of the reference values 301 is recognized. Alternatively, the filler material Z may not be applied until the end of the fiber application to achieve the target value of the one or more mechanical properties.

Alternativ oder ergänzend zur adaptiven Erhöhung des Materialeinsatzes können ein oder mehrere andere Herstellungsparameter bei der Herstellung eines Druckbehälters 110 angepasst werden, insbesondere kann die Ablagegeschwindigkeit von Fasermaterial angepasst werden. Zur Erhöhung der Produktivität kann eine relativ hohe Ablagegeschwindigkeit gewählt werden. Mit Erhöhung der Ablagegeschwindigkeit kann jedoch die Ablagequalität beeinträchtigt werden. Wird für eine „ideale“ Faserablage eine relativ hohe Ablagegeschwindigkeit zugrunde gelegt, so kann durch eine Verringerung der Ablagegeschwindigkeit eine „über-ideale“ Faserablage erreicht werden. Eine Verringerung der Ablagegeschwindigkeit ist zwar in Bezug auf die Produktivität nachteilig, kann aber in Bezug auf das Erreichen des Zielwertes der ein oder mehreren mechanischen Eigenschaften (alternativ oder ergänzend zu der Verwendung von Zusatzmaterial Z) vorteilhaft sein. Dies ist schematisch in 3b dargestellt. Bei einem bestimmten Fertigungs-Grad 303 der Faserablage, bei dem eine Abweichung Δ der mechanischen Eigenschaften zwischen „idealer“ Faserablage und realer Faserablage erkannt wird, kann die Ablagegeschwindigkeit verringert werden, um eine „über-ideale“ Faserablage zu erreichen. Dies ist erkennbar durch eine, verglichen mit der „idealen“ Faserablage, höheren Steigung des Ist-Verlaufs 306. So kann der Zielwert der ein oder mehreren mechanischen Eigenschaften erreicht werden, ohne dass ein Mehraufwand Z an Fasermaterial eingesetzt wird. Andererseits wird dadurch die Produktionsdauer eines Druckbehälters 110 erhöht.Alternatively or in addition to the adaptive increase in the use of material, one or more other manufacturing parameters may be used in the manufacture of a pressure vessel 110 be adapted, in particular, the filing speed of fiber material can be adjusted. To increase productivity, a relatively high filing speed can be selected. However, by increasing the filing speed, filing quality may be impaired. If a relatively high deposition speed is used as the basis for an "ideal" fiber deposition, a "super-ideal" fiber deposition can be achieved by reducing the deposition rate. Although a reduction in deposition rate is detrimental to productivity, it may be advantageous in terms of achieving the target value of the one or more mechanical properties (alternatively or in addition to the use of additive material Z). This is schematically in 3b shown. At a certain level of production 303 In the case of fiber deposition, where a deviation Δ of the mechanical properties between "ideal" fiber deposit and real fiber deposit is recognized, the deposit speed can be reduced in order to achieve a "more than ideal" fiber deposit. This can be seen by a, compared to the "ideal" fiber deposition, higher slope of the actual course 306 , Thus, the target value of the one or more mechanical properties can be achieved without an additional effort Z on fiber material being used. On the other hand, thereby the production time of a pressure vessel 110 elevated.

Die Zertifizierung eines Druckbehälters 110 kann einen definierten Lagenaufbau voraussetzen. Aus diesem Grund kann eine bestimmte Anzahl N von unterschiedlichen Lagenaufbauten definiert werden (z.B. die Lagenaufbauten A, B, C), die jeweils zertifiziert werden. Weisen die inneren Lagen eines Druckbehälters 110 (bei einem bestimmten Fertigungs-Grad 303) beispielsweise eine unterdurchschnittliche Ablagequalität auf, so dass der Druckbehälter 110 unterdurchschnittliche mechanische Eigenschaften aufweist, dann können die Anforderungen an den Druckbehälter 110 durch einen besonders materialintensiven Aufbau A für die Restarmierung mit FVK (faserverstärktem Kunststoff) sichergestellt werden. Weisen die inneren Lagen dagegen eine überdurchschnittlich gute Ablagequalität (z.B. eine ideale Faserablage) auf, so dass der Druckbehälter 110 überdurchschnittliche mechanische Eigenschaften aufweist, so können die Anforderungen an den festigen Druckbehälter 110 bereits mit einem besonders materialsparenden Aufbau C für die FVK-Restarmierung sichergestellt werden. Weisen die inneren Lagen eine durchschnittliche Ablagequalität und durchschnittliche mechanische Eigenschaften auf, dann können die Anforderungen an den fertigen Druckbehälter 110 durch einen durchschnittlich materialintensiven Aufbau B für die FVK-Restarmierung sichergestellt werden.The certification of a pressure vessel 110 may require a defined layer structure. For this reason, a certain number N of different layer structures can be defined (eg the layer structures A, B, C), which are each certified. Assign the inner layers of a pressure vessel 110 (at a certain degree of production 303 ), for example, a below-average storage quality, so that the pressure vessel 110 has below average mechanical properties, then the requirements for the pressure vessel 110 be ensured by a particularly material-intensive structure A for the Restarmierung with FVK (fiber reinforced plastic). In contrast, the inner layers have an above-average storage quality (eg an ideal fiber deposit), so that the pressure vessel 110 has above average mechanical properties, so can the requirements of the fixed pressure vessel 110 already be ensured with a particularly material-saving structure C for the FRP Restarmierung. If the inner layers have an average filing quality and average mechanical properties, then the requirements for the finished pressure vessel can be met 110 be ensured by an average material-intensive structure B for FVK Restarmierung.

Wie oben beschrieben kann, ggf. zusätzlich zu der Ablagequalität, die Qualität des Fasermaterials variieren. Außerdem können weitere Schwankungen bei der Herstellung eines Druckbehälters 110 auftreten. Idealerweise kann daher während der Fertigung eines Druckbehälters 110, in Abhängigkeit der Festigkeit des noch unvollständigen Druckbehälters 110 (d.h. in Abhängigkeit der Eigenschafts-Daten), die für diesen Druckbehälter 110 zu verwendende Materialmenge bestimmt werden.As described above, if necessary, in addition to the filing quality, the quality of the fiber material may vary. In addition, further variations in the manufacture of a pressure vessel 110 occur. Ideally, therefore, during the manufacture of a pressure vessel 110 , depending on the strength of the still incomplete pressure vessel 110 (ie, depending on the property data) used for this pressure vessel 110 amount of material to be used.

In einem ggf. iterativen Verfahren kann z.B. durch Flechten und/oder Wickeln und/oder Tape-Legen ein Teil der Faserarmierung eines Druckbehälters 110 aufgebracht werden. Insbesondere können die unter dem Innendruck am stärksten belasteten inneren Umfangslagen des Druckbehälters 110 aufgebracht werden. In Abhängigkeit von dem verwendeten Harz (z.B. Duroplast, Thermoplast) und/oder in Abhängigkeit von der Art der Aufbringung des Harzes auf die Fasern (z.B. Nasswickeln, Prepreg, trockene Faseraufbringung und anschließende Harzimprägnierung) können Schritte zur Harzaufbringung und/oder zur (teilweisen oder vollständigen) Aushärtung erfolgen. Es kann somit ein Teil der faserverstärkten Schicht 202 eines Druckbehälters 110 hergestellt werden, bis zu einem bestimmten Fertigungs-Grad 303.In an optionally iterative process, for example, by braiding and / or winding and / or tape laying a part of the fiber reinforcement of a pressure vessel 110 be applied. In particular, under the internal pressure most heavily loaded inner peripheral layers of the pressure vessel 110 be applied. Depending on the resin used (eg, thermoset, thermoplastic) and / or depending on the nature of the application of the resin to the fibers (eg, wet-winding, prepreg, dry fiber application, and subsequent resin impregnation), resin application and / or partial or partial resin deposition steps may be employed complete) curing. It can thus be part of the fiber-reinforced layer 202 a pressure vessel 110 produced to a certain degree of production 303 ,

Es können dann Eigenschafts-Daten, insbesondere Sensordaten, in Bezug auf ein oder mehrere mechanische Eigenschaften des noch unvollständigen Druckbehälters 110 ermittelt werden. Beispielsweise kann die Dehnung (z.B. ein Dehnungskoeffizient) des Druckbehälters 110 in Abhängigkeit vom Innendruck des Druckbehälters 110 ermittelt werden. Die druckabhängige Dehnung des Druckbehälters 110 kann z.B. optisch erfasst werden, beispielsweise per (Stereo-) Kamera und/oder Laser-Abtastung. Vorteilhaft ist die Nutzung der Möglichkeit zur Aufbringung des Innendrucks, der bei Druckbehältern 110 (insbesondere bei Typ IV Druckbehältern) während der Faseraufbringung typischerweise bereits sowieso zur Stabilisierung des Kunststoff-Liners 201 verwendet wird.It can then property data, in particular sensor data, with respect to one or more mechanical properties of the still incomplete pressure vessel 110 be determined. For example, the strain (eg, a coefficient of expansion) of the pressure vessel 110 depending on the internal pressure of the pressure vessel 110 be determined. The pressure-dependent expansion of the pressure vessel 110 can be detected optically, for example by (stereo) camera and / or laser scanning. Advantageous is the use of the possibility to apply the internal pressure, the pressure vessels 110 (especially in Type IV pressure vessels) during fiber application typically already anyway to stabilize the plastic liner 201 is used.

Basierend auf den ermittelten Eigenschafts-Daten können die erforderlichen ein oder mehreren mechanischen Eigenschaften der noch fehlenden FVK-Armierung ermittelt werden, so dass die Zielwerte der ein oder mehreren mechanischen Eigenschaften des Gesamt-Druckbehälters 110 erfüllt werden. Basierend auf den erforderlichen Werten der ein oder mehreren mechanischen Eigenschaften der noch fehlenden FVK-Armierung kann dann ein Lagenaufbau der noch fehlenden FVK-Restarmierung ermittelt werden. Beispielsweise kann ein vordefinierter Lagenaufbau (z.B. der Lagenaufbau A, B oder C) ausgewählt werden. Es kann dann die noch fehlende FVK-Restarmierung oder ein Teil der FVK-Restarmierung aufgebracht werden. Falls nur ein Teil der FVK-Restarmierung aufgebracht wird, kann das Verfahren erneut ausgeführt werden, um den noch ausstehenden Lagenaufbau erneut anzupassen.Based on the determined property data, the required one or more mechanical properties of the still missing FRP reinforcement can be determined such that the target values of the one or more mechanical properties of the overall pressure vessel 110 be fulfilled. Based on the required values of the one or more mechanical properties of the still missing FRP reinforcement, a layer structure of the still missing FRP residual reinforcement can then be determined. For example, a predefined layer structure (eg layer structure A, B or C) can be selected. It can then be applied to the still missing FRP Restarmierung or part of the FRP Restarmierung. If only part of the FRP residual reinforcement is applied, the procedure can be repeated to re-adjust the pending build-up.

4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 400 zur Herstellung eines faserverstärkten Druckbehälters 110. Das Verfahren 400 umfasst das Ermitteln 401 von Eigenschafts-Daten bezüglich zumindest einer mechanischen Eigenschaft des teilweise gefertigten Druckbehälters 110. Insbesondere können Eigenschafts-Daten ermittelt werden, die anzeigen, wie hoch der Berstdruck des teilweise gefertigten Druckbehälters 110 ist (bzw. vermutlich sein wird). Das Verfahren 400 umfasst ferner das Anpassen 402 der weiteren Herstellung des Druckbehälters 110 in Abhängigkeit von den Eigenschafts-Daten. 4 shows a flowchart of an exemplary method 400 for producing a fiber reinforced pressure vessel 110 , The procedure 400 includes determining 401 characteristic data regarding at least one mechanical property of the partially manufactured pressure vessel 110 , In particular, characteristic data can be determined which indicate how high the bursting pressure of the partially manufactured pressure vessel 110 is (or will probably be). The procedure 400 further includes customization 402 the further production of the pressure vessel 110 depending on the property data.

Durch die (ggf. wiederholte und bevorzugt kontinuierlich stattfindende, und/oder laufende) Überprüfung der Faserablagequalität im Laufe des Herstellungsprozesses eines Druckbehälters 110 und/oder durch die (ggf. wiederholte) Ermittlung der ein oder mehreren mechanischen Eigenschaften der noch unvollständigen FVK-Armierung des Druckbehälters 110 können bereits vor Fertigstellung des Druckbehälters 110 weitergehende Informationen in Bezug auf die mechanischen Eigenschaften des Druckbehälters 110 bereitgestellt werden. Insbesondere können relativ isoliert die ein oder mehreren mechanischen Eigenschaften der inneren Umfangslagen des Druckbehälters 110 ermittelt werden.By (possibly repeated and preferably continuously taking place, and / or ongoing) review of fiber deposition quality in the course of the production process of a pressure vessel 110 and / or by the (possibly repeated) determination of the one or more mechanical properties of the still incomplete FRP reinforcement of the pressure vessel 110 Already before completion of the pressure vessel 110 further information regarding the mechanical properties of the pressure vessel 110 to be provided. In particular, the one or more mechanical properties of the inner peripheral layers of the pressure vessel may be relatively isolated 110 be determined.

Durch die Nutzung der Information (d.h. der Eigenschafts-Daten) über die ein oder mehreren mechanischen Eigenschaften der unvollständigen FVK-Armierung kann der Mindest-Berstdruck eines Druckbehälters 110 mit erhöhter Zuverlässigkeit und/oder mit reduziertem Materialaufwand erreicht werden. Somit kann das Verwurfrisiko einer gesamten Charge von Druckbehältern 110 aufgrund eines fehlgeschlagenen Berstversuchs reduziert werden. Des Weiteren kann der Aufwand an Zusatzmaterial und/oder an zusätzlicher Produktionszeit, z.B. bei Behältern mit einer relativ guten Ablagequalität und/oder mit relativ guten mechanischen Eigenschaften, reduziert werden.By using the information (ie the property data) on the one or more mechanical properties of the incomplete FRP reinforcement, the minimum bursting pressure of a pressure vessel can 110 be achieved with increased reliability and / or reduced material costs. Thus, the risk of spoiling an entire batch of pressure vessels 110 be reduced due to a failed burst attempt. Furthermore, the cost of additional material and / or additional production time, for example in containers with a relatively good storage quality and / or with relatively good mechanical properties can be reduced.

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 Verfahren, Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.The present invention is not limited to the embodiments shown. In particular, it should be noted that the description and figures are intended to illustrate only the principle of the proposed methods, apparatus and systems.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

100100
Druckbehälter-AnordnungPressure vessel arrangement
101101
Brennstoff-VerbraucherFuel consumers
110110
Druckbehälterpressure vessel
111, 114111, 114
Endstücktail
112112
Leitungmanagement
113113
DruckentlastungsvorrichtungPressure relief device
115115
VentilValve
201201
Linerliner
202202
faserverstärkte Schichtfiber reinforced layer
210210
Hohlraumcavity
301301
Eigenschaftswert einer mechanischen EigenschaftProperty value of a mechanical property
302, 303302, 303
Fertigungs-Grad eines DruckbehältersProduction degree of a pressure vessel
304304
Referenzverlauf des EigenschaftswertesReference history of the property value
305, 306305, 306
Ist-Verlauf des EigenschaftswertesActual history of the property value
400400
Verfahren zur Herstellung eines DruckbehältersMethod for producing a pressure vessel
401, 402401, 402
Verfahrensschrittesteps

Claims (10)

Verfahren (400) zur Herstellung eines faserverstärkten Druckbehälters (110); wobei das Verfahren (400) umfasst, - Ermitteln (401) von Eigenschafts-Daten bezüglich zumindest einer mechanischen Eigenschaft des teilweise gefertigten Druckbehälters (110); und - Anpassen (402) der weiteren Herstellung des Druckbehälters (110) in Abhängigkeit von den Eigenschafts-Daten.Method (400) of making a fiber reinforced pressure vessel (110); the method comprising (400) - determining (401) property data relating to at least one mechanical property of the partially fabricated pressure vessel (110); and - adjusting (402) the further production of the pressure vessel (110) in dependence on the property data. Verfahren (400) gemäß Anspruch 1, wobei - zur Herstellung des Druckbehälters (110) nach und nach Fasermaterial für eine Druckbehälter-Wand auf den Druckbehälter (110) aufgebracht wird; und - das Aufbringen des Fasermaterials in Abhängigkeit von den Eigenschafts-Daten angepasst wird. Method (400) according to Claim 1 in which - for the production of the pressure vessel (110), fiber material for a pressure vessel wall is gradually applied to the pressure vessel (110); and - the application of the fiber material is adjusted depending on the property data. Verfahren (400) gemäß Anspruch 2, wobei in Abhängigkeit von den Eigenschafts-Daten ein Lagenaufbau des Fasermaterials aus einer Mehrzahl von vordefinierten Lagenaufbauten für die weitere Herstellung des Druckbehälters (110) ausgewählt wird.Method (400) according to Claim 2 wherein, depending on the characteristic data, a layer structure of the fiber material is selected from a plurality of predefined layer structures for the further production of the pressure container (110). Verfahren (400) gemäß Anspruch 3, wobei - die Mehrzahl von Lagenaufbauten einen ersten Lagenaufbau mit einem relativ hohen Beitrag zu einem Zielwert der mechanischen Eigenschaft und einen zweiten Lagenaufbau mit einem relativ niedrigen Beitrag zu dem Zielwert der mechanischen Eigenschaft umfasst; - der erste Lagenaufbau für die weitere Herstellung des Druckbehälters (110) ausgewählt wird, wenn die Eigenschafts-Daten anzeigen, dass die mechanische Eigenschaft des teilweise gefertigten Druckbehälters (110) relativ weit von dem Zielwert entfernt ist; und - der zweite Lagenaufbau für die weitere Herstellung des Druckbehälters (110) ausgewählt wird, wenn die Eigenschafts-Daten anzeigen, dass die mechanische Eigenschaft des teilweise gefertigten Druckbehälters (110) relativ nah an dem Zielwert liegt.Method (400) according to Claim 3 wherein - the plurality of ply assemblies comprise a first ply structure having a relatively high contribution to a target mechanical property and a second ply construction having a relatively low contribution to the target mechanical property; the first layer structure is selected for the further production of the pressure vessel (110) if the property data indicates that the mechanical property of the partially fabricated pressure vessel (110) is relatively far from the target value; and - the second layer structure is selected for further manufacturing the pressure vessel (110) when the property data indicates that the mechanical property of the partially fabricated pressure vessel (110) is relatively close to the target value. Verfahren (400) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Eigenschafts-Daten umfassen, - Sensordaten, die eine Ablageposition von Fasermaterial auf einer Oberfläche des teilweise gefertigten Druckbehälters (110) anzeigen; - Sensordaten, die eine Abweichung der Ablageposition von Fasermaterial von einer Referenzposition auf der Oberfläche des teilweise gefertigten Druckbehälters (110) anzeigen; - Sensordaten bezüglich des Fasermaterials, das auf der Oberfläche des teilweise gefertigten Druckbehälters (110) aufgebracht wurde; - Bilddaten bezüglich der Oberfläche des teilweise gefertigten Druckbehälters (110); und/oder - Sensordaten, die ein Dehnungsverhalten, insbesondere einen Dehnungskoeffizienten und/oder eine Steifigkeit, des teilweise gefertigten Druckbehälters (110) anzeigen.Method (400) according to any one of the preceding claims, wherein the property data comprise Sensor data indicating a deposition position of fibrous material on a surface of the partially fabricated pressure vessel (110); Sensor data indicating a deviation of the deposition position of fiber material from a reference position on the surface of the partially fabricated pressure vessel (110); Sensor data relating to the fiber material applied to the surface of the partially fabricated pressure vessel (110); Image data relating to the surface of the partially fabricated pressure vessel (110); and or - Sensor data indicating a strain behavior, in particular a coefficient of expansion and / or rigidity, of the partially manufactured pressure vessel (110). Verfahren (400) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mechanische Eigenschaft einen Berstdruck des teilweise gefertigten Druckbehälters (110) umfasst.The method (400) of any one of the preceding claims, wherein the mechanical property comprises a burst pressure of the partially fabricated pressure vessel (110). Verfahren (400) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - die Eigenschafts-Daten für einen bestimmten Fertigungs-Grad (303) des teilweise gefertigten Druckbehälters (110) ermittelt werden; - das Verfahren (400) das Ermitteln, auf Basis der Eigenschafts-Daten, einer Abweichung eines Istwertes der mechanischen Eigenschaft von einem Referenzwert der mechanischen Eigenschaft umfasst; - der Referenzwert einen Wert der mechanischen Eigenschaft anzeigt, den der teilweise gefertigte Druckbehälter (110) bei dem bestimmten Fertigungs-Grad (303) aufweisen sollte, damit der vollständig gefertigte Druckbehälter (110) einen Zielwert der mechanischen Eigenschaft aufweist; und - die weitere Herstellung des Druckbehälters (110) in Abhängigkeit von der Abweichung des Istwertes von dem Referenzwert angepasst wird.Method (400) according to one of the preceding claims, wherein - the property data are determined for a particular manufacturing grade (303) of the partially fabricated pressure vessel (110); the method (400) comprises determining, on the basis of the property data, a deviation of an actual value of the mechanical property from a reference value of the mechanical property; the reference value indicates a value of the mechanical property that the partially fabricated pressure vessel (110) should have at the particular manufacturing grade (303) for the fully manufactured pressure vessel (110) to have a target mechanical property value; and - The further production of the pressure vessel (110) is adjusted in dependence on the deviation of the actual value of the reference value. Verfahren (400) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Anpassen der Herstellung des Druckbehälters (110) umfasst, - das Anpassen einer Ablageposition von Fasermaterial auf einer Oberfläche des Druckbehälters (110); - das Anpassen einer Ablagegeschwindigkeit von Fasermaterial auf der Oberfläche des Druckbehälters (110); - das Anpassen einer Eigenschaft des Fasermaterials, das auf der Oberfläche des Druckbehälters (110) abgelegt wird; - das Anpassen einer Menge an Fasermaterial, das auf der Oberfläche des Druckbehälters (110) abgelegt wird; - das Anpassen eines Lagenaufbaus von Lagen aus Fasermaterial, die auf der Oberfläche des Druckbehälters (110) abgelegt werden; - das Anpassen eines Prozesses, insbesondere eines Wickel-, eines Flecht- und/oder eines Tape-Lage-Prozesses, mit dem Fasermaterial auf der Oberfläche des Druckbehälters (110) abgelegt wird; und/oder - das Anpassen einer Orientierung des Fasermaterials, das auf der Oberfläche des Druckbehälters (110) abgelegt wird.The method (400) according to one of the preceding claims, wherein the adjusting comprises the production of the pressure vessel (110), - Adjusting a storage position of fiber material on a surface of the pressure vessel (110); - Adjusting a deposition speed of fiber material on the surface of the pressure vessel (110); - adjusting a property of the fiber material deposited on the surface of the pressure vessel (110); - adjusting an amount of fiber material deposited on the surface of the pressure vessel (110); - adjusting a layer structure of layers of fibrous material which are deposited on the surface of the pressure vessel (110); - Adapting a process, in particular a winding, a braiding and / or a tape-laying process, is deposited with the fiber material on the surface of the pressure vessel (110); and or - Adjusting an orientation of the fiber material, which is deposited on the surface of the pressure vessel (110). Verfahren (400) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - Eigenschafts-Daten bezüglich der mechanischen Eigenschaft in unterschiedlichen Richtungen, insbesondere in einer axialen und einer tangentialen Richtung, und/oder für unterschiedliche Bereiche des Druckbehälters (110) ermittelt werden; und - die Herstellung des Druckbehälters (110) bezüglich der unterschiedlichen Richtungen und/oder der unterschiedlichen Bereiche angepasst wird.Method (400) according to one of the preceding claims, wherein Property data relating to the mechanical property in different directions, in particular in an axial and a tangential direction, and / or for different areas of the pressure vessel (110) are determined; and - The production of the pressure vessel (110) is adjusted with respect to the different directions and / or the different areas. Verfahren (400) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - die Eigenschafts-Daten für mehrere unterschiedliche Fertigungs-Grade (302, 303) des teilweise gefertigten Druckbehälters (110) ermittelt werden; und - die weitergehende Herstellung des Druckbehälters (110) ab dem jeweiligen Fertigungs-Grad (302, 303) in Abhängigkeit von den für den jeweiligen Fertigungs-Grad (302, 303) ermittelten Eigenschafts-Daten angepasst wird.Method (400) according to one of the preceding claims, wherein - the characteristic data for a plurality of different production degrees (302, 303) of the partially manufactured pressure vessel (110) are determined; and - the further production of the pressure vessel (110) from the respective production degree (302, 303) is adjusted as a function of the property data determined for the respective production degree (302, 303).
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