DE102017220878A1 - Pressure vessel system with protective layer and method - Google Patents

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Abstract

Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Druckbehältersystem. Das Druckbehältersystem umfasst mindestens einen Druckbehälter 100 zur Speicherung von Brennstoff und mindestens eine zusammenlegbare Schutzschicht 130, die den Druckbehälter 100 zumindest bereichsweise vollständig umgibt. Die Schutzschicht 130 ist vor einem Berstereignis in einem zusammengelegten Zustand vorgesehen. Die Schutzschicht 130 ist ferner während und/oder unmittelbar nach dem Berstereignis in einem weniger zusammengelegten oder nicht zusammengelegten Zustand vorgesehen. Ferner betrifft die hier offenbarte Technologie ein Verfahren zur Herstellung des Druckbehältersystems.

Figure DE102017220878A1_0000
The technology disclosed herein relates to a pressure vessel system. The pressure vessel system comprises at least one pressure vessel 100 for storing fuel and at least one collapsible protective layer 130, which surrounds the pressure vessel 100 at least partially completely. The protective layer 130 is provided in a collapsed state prior to a bursting event. The protective layer 130 is further provided during and / or immediately after the bursting event in a less folded or unfolded state. Further, the technology disclosed herein relates to a method of manufacturing the pressure vessel system.
Figure DE102017220878A1_0000

Description

Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Druckbehältersystem zur Speicherung von Brennstoff. Solche Druckbehältersysteme werden in Kraftfahrzeugen eingesetzt und sind als solche bekannt. In solchen Druckbehältersystemen wird Brennstoff bei einem Druck von mehreren 100 bar gespeichert. In dem sehr unwahrscheinlichen Fall, dass eine Fehlfunktion oder ein Sonderereignis zu einem Berstereignis führt, wird eine große Menge an Energie innerhalb von kürzester Zeit freigesetzt. Es existiert ein Bestreben, die Folgen einer schlagartigen Energiefreisetzung zu verringern.The technology disclosed herein relates to a pressure vessel system for storing fuel. Such pressure vessel systems are used in motor vehicles and are known as such. In such pressure vessel systems, fuel is stored at a pressure of several hundred bars. In the unlikely event that a malfunction or a special event leads to a burst event, a large amount of energy is released within a very short time. There is an effort to reduce the consequences of a sudden release of energy.

Es ist eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie, zumindest einen Nachteil von einer vorbekannten Lösung zu verringern oder zu beheben oder eine alternative Lösung vorzuschlagen. Es ist insbesondere eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie, die Auswirkung eines Bestereignisses zu verringern, wobei dies möglichst keine oder nur geringe negative Auswirkung(en) auf Bauraum, Baugewicht und/oder Herstellkosten haben sollte. Weitere bevorzugte Aufgaben können sich aus den vorteilhaften Effekten der hier offenbarten Technologie ergeben. Die Aufgabe(n) wird/werden gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche. Die abhängigen Ansprüche stellen bevorzugte Ausgestaltungen dar.It is a preferred object of the technology disclosed herein to reduce or eliminate at least one disadvantage of a previously known solution or to suggest an alternative solution. In particular, it is a preferred object of the technology disclosed herein to reduce the impact of a best event, with as little or as little negative impact (s) as possible on installation space, construction weight and / or manufacturing costs. Other preferred objects may result from the beneficial effects of the technology disclosed herein. The object (s) is / are solved by the subject matter of the independent claims. The dependent claims are preferred embodiments.

Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Druckbehältersystem für ein Kraftfahrzeug (z.B. Personenkraftwagen, Krafträder, Nutzfahrzeuge). Das Druckbehältersystem dient zur Speicherung von unter Umgebungsbedingungen gasförmigen Brennstoff. Das Druckbehältersystem kann beispielsweise in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden, das mit komprimiertem („Compressed Natural Gas“ = CNG) oder verflüssigtem (LNG) Erdgas oder mit Wasserstoff betrieben wird.The technology disclosed herein relates to a pressure vessel system for a motor vehicle (e.g., automobiles, motorcycles, utility vehicles). The pressure vessel system is used to store under ambient conditions gaseous fuel. The pressure vessel system can be used, for example, in a motor vehicle that is operated with compressed natural gas (CNG) or liquefied (LNG) natural gas or with hydrogen.

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

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

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

Der Druckbehälter umfasst zweckmäßig mindestens eine faserverstärkte Schicht. Die faserverstärkte Schicht kann einen Liner zumindest bereichsweise bevorzugt vollständig umgeben. Die faserverstärkte Schicht wird oft auch als Laminat bzw. Ummantelung oder Armierung bezeichnet. Nachstehend wird meistens der Begriff „faserverstärkte Schicht“ verwendet. Als faserverstärkte Schicht kommen i.d.R. faserverstärkte Kunststoffe (auch FVK bzw. FKV abgekürzt) zum Einsatz, bspw. kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK) und/oder glasfaserverstärkte Kunststoffe (GFK). Die faserverstärkte Schicht umfasst zweckmäßig in einer Kunststoffmatrix eingebettete Verstärkungsfasern. Insbesondere Matrixmaterial, Art und Anteil an Verstärkungsfasern sowie deren Orientierung können variiert werden, damit sich die gewünschten mechanischen und/oder chemischen Eigenschaften einstellen. Bevorzugt werden Endlosfasern als Verstärkungsfasern eingesetzt, die durch Wickeln und/oder Flechten aufgebracht werden können. Die faserverstärkte Schicht weist i.d.R. mehrere Schichtlagen auf.The pressure vessel expediently comprises at least one fiber-reinforced layer. The fiber-reinforced layer may preferably completely surround a liner at least in regions. The fiber reinforced layer is often referred to as a laminate or armor. Hereinafter, the term "fiber-reinforced layer" is usually used. As a fiber reinforced layer i.d.R. Fiber-reinforced plastics (also abbreviated to FVK or FKV), for example carbon fiber reinforced plastics (CFRP) and / or glass fiber reinforced plastics (GRP). The fiber-reinforced layer suitably comprises reinforcing fibers embedded in a plastic matrix. In particular, matrix material, type and proportion of reinforcing fibers and their orientation can be varied so that the desired mechanical and / or chemical properties are established. Preferably, continuous fibers are used as reinforcing fibers, which can be applied by winding and / or braiding. The fiber reinforced layer has i.d.R. several layers on.

Mindestens eine zusammenlegbare Schutzschicht umgibt zumindest bereichsweise vollständig den Druckbehälter. Zweckmäßig umgibt eine Schutzschicht mehrere Druckbehälter. Alternativ oder zusätzlich kann jeder Druckbehälter jeweils von einer zusammenlegbaren Schutzschicht vollständig umgeben sein.At least one collapsible protective layer at least partially completely surrounds the pressure vessel. Suitably, a protective layer surrounds a plurality of pressure vessels. Alternatively or additionally, each pressure vessel may be completely surrounded by a collapsible protective layer.

Eine zusammenlegbare Schutzschicht ist dabei eine Schutzschicht, die umlegbar, faltbar, knickbar, umschlagbar, umbiegbar, zusammenfaltbar, zusammenknüllbar und/oder zusammenrollbar ist. Die Schutzschicht weist nach einem anschließenden Entpacken einer zusammengelegten Schutzschicht weiterhin ihre funktionsgemäße mechanischen Eigenschaften auf. Mit anderen Worten werden also durch Richtungsumkehr der Schutzschicht verschiedene Bereiche der Schutzschicht aufeinander abgelegt, wobei die verschiedenen Bereiche weiterhin zu einer einteiligen Schutzschicht gehören (d.h. nicht durchtrennt werden). Gleichsam ist ein zusammengelegter Zustand ein Zustand, in dem die Schutzschicht zumindest bereichsweise umgelegt, gefaltet, geklickt, umgeschlagen, umgebogen, zusammengefaltet, zusammengeknüllt und/oder zusammengerollt ist.A collapsible protective layer is a protective layer which can be folded over, folded, bent, folded, bent, folded, zusammenknüllbar and / or can be rolled up. The protective layer further exhibits its functional mechanical properties after subsequent unpacking of a combined protective layer. In other words, by reversing the direction of the protective layer, different regions of the protective layer are deposited on top of each other, wherein the various regions continue to belong to a one-piece protective layer (i.e., are not severed). Similarly, a collapsed state is a state in which the protective layer is at least partially folded, folded, clicked, folded, bent, folded, crumpled and / or rolled up.

In diesem Kontext nicht als „zusammenlegbar“ anzusehen ist das Aufwickeln einer Schutzschicht auf einen Wickelkern. Beim Aufwickeln werden schließlich Bereiche ohne Richtungsumkehr aufeinander abgelegt. Daher kann keinesfalls eine faserverstärkte Lage der faserverstärkten Schicht, die beispielsweise durch Flechten und/oder Wickeln auf den Druckbehälter während der Druckbehälter Herstellung abgelegt wurde, als zusammengelegte Schutzschicht angesehen werden.In this context, not to be considered as "collapsible" is the winding up of one Protective layer on a winding core. When winding up areas are finally deposited without reversing direction to each other. Therefore, a fiber-reinforced layer of the fiber-reinforced layer, which has been deposited by braiding and / or winding on the pressure vessel during the pressure vessel production, can by no means be regarded as a folded protective layer.

Gemäß der hier offenbarten Technologie weist die Schutzschicht im zusammengelegten Zustand im Wesentlichen dieselben mechanischen Eigenschaften (insbesondere hinsichtlich Zugfestigkeit) auf wie im weniger zusammengelegten Zustand oder nicht zusammengelegt Zustand. Der Begriff „im Wesentlichen“ bedeutet in diesem Zusammenhang, dass sich die Eigenschaften hinsichtlich der Funktion (Auffangen bzw. Abbremsen von teilen) nur im unbedeutenden Umfang unterscheiden. Insbesondere ist die Schutzschicht (z.B. hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften) eingerichtet, im expandierten Zustand sich durch das Berstereignis losgelöste (Kraftfahrzeug)teile aufzufangen bzw. abzubremsen.According to the technology disclosed herein, the collapsed protective layer has substantially the same mechanical properties (particularly tensile strength) as in the less collapsed state or non-collapsed state. In this context, the term "essentially" means that the properties differ only insignificantly with regard to the function (catching or braking of parts). In particular, the protective layer (e.g., in terms of mechanical properties) is arranged to catch or decelerate (motor vehicle) parts released by the bursting event in the expanded state.

Die Schutzschicht ist vor dem Berstereignis in einem zusammengelegten ersten Zustand am Druckbehälter vorgesehen. Die Schutzschicht ist während und/oder unmittelbar nach dem Berstereignis in einem weniger zusammengelegten oder nicht zusammengelegten Zustand vorgesehen (nachstehend wird dieser Zustand vereinfachend auch als zweiter Zustand bzw. expandierter Zustand bezeichnet). „Weniger zusammengelegter Zustand“ bedeutet in diesem Zusammenhang, dass sich durch das Berstereignis nicht alle übereinander angeordneten Lagen vollständig entpackt haben. „Nicht zusammengelegte Zustand“ bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Schutzschicht sich vollständig entpackt hat und durch den Druck des entweichenden Gases gestreckt wird bzw. wurde.The protective layer is provided before the bursting event in a collapsed first state on the pressure vessel. The protective layer is provided during and / or immediately after the bursting event in a less collapsed or non-collapsed state (hereinafter, for convenience, this state will also be referred to as a second state). In this context, "less collapsed state" means that not all the layers arranged one above the other have completely unpacked due to the bursting event. "Unclipped state" in this context means that the protective layer has completely unpacked and is stretched by the pressure of the escaping gas.

Mit anderen Worten ist die zusammenlegbare Schutzschicht derart am Druckbehälter zusammengelegt vorgesehen, dass die Schutzschicht während und/oder unmittelbar nach dem Berstereignis einen funktionsgemäß weniger zusammengelegten oder nicht zusammengelegten Zustand annehmen kann, sodass die Schutzschicht Kraftfahrzeugteile vom Druckbehältersystem und/oder vom Kraftfahrzeug selbst zumindest abbremsen kann und/oder sodass die Schutzschicht die Geschwindigkeit vom entweichenden Brennstoff reduzieren kann. Insbesondere ist die Schutzschicht also eingerichtet, während des Berstereignisses durch die Berstenergie beschleunigte Kraftfahrzeugteile aufzufangen und/oder zumindest zu verzögern.In other words, the collapsible protective layer is provided folded on the pressure vessel such that the protective layer can assume a functionally less collapsed or unfolded state during and / or immediately after the bursting event so that the protective layer can at least brake motor vehicle parts from the pressure vessel system and / or from the motor vehicle itself and / or so that the protective layer can reduce the velocity of escaping fuel. In particular, the protective layer is thus set up to absorb and / or at least delay accelerated motor vehicle parts during the bursting event by the burst energy.

Mit Bersten bzw. einem Berstereignis wird das plötzliche, schlagartige Versagen eines Druckbehälters bezeichnet.Bursting or a burst event refers to the sudden, sudden failure of a pressure vessel.

„Unmittelbar nach dem Berstereignis“ umfasst dabei zweckmäßig zumindest den Zeitraum, in dem der überwiegende Teil des Brenngases aus dem Druckbehälter (z.B. mindestens 50% oder 75% oder 90%) ausströmt bzw. der überwiegende Teil des Druckbehälterinnendrucks (z.B. mindestens 50% oder 75% oder 90%) abgebaut ist, z.B. 1 Sekunde oder 5 Sekunden. "Immediately after the bursting event" expediently comprises at least the period in which the majority of the fuel gas flows out of the pressure vessel (eg at least 50% or 75% or 90%) or the predominant part of the pressure vessel internal pressure (eg at least 50% or 75%) % or 90%) is degraded, eg 1 second or 5 seconds.

„Vollständig umgeben“ bedeutet in diesem Zusammenhang, dass in zumindest einem Querschnitt (nicht zwangsläufig senkrecht) des Druckbehälters die Außenoberfläche des Druckbehälters vollständig innerhalb der Schutzschicht angeordnet ist. Der Druckbehälter kann in nur einem Bereich vollständig umgeben sein oder aber in mehreren oder sämtlichen Bereichen."Completely surrounded" in this context means that in at least one cross-section (not necessarily perpendicular) of the pressure vessel, the outer surface of the pressure vessel is disposed completely within the protective layer. The pressure vessel may be completely surrounded in only one area or in several or all areas.

Insbesondere kann die Schutzschicht zumindest im Mittenbereich vom Druckbehälter angeordnet sein. Im Mittenbereich vom Druckbehälter treten in der Regel die größten Spannungen auf.In particular, the protective layer can be arranged at least in the middle region of the pressure vessel. In the middle region of the pressure vessel, the greatest stresses usually occur.

Die Schutzschicht bildet zumindest im Mittenbereich eine geschlossene Ringstruktur aus, in deren Inneren der Druckbehälter vor, während und nach dem Berstereignis angeordnet ist.At least in the middle region, the protective layer forms a closed ring structure, in the interior of which the pressure vessel is arranged before, during and after the bursting event.

Bevorzugt ist die Ringstruktur bzw. die Hülle im ersten und/oder zweiten Zustand im Querschnitt rund oder elliptisch ausgebildet. Ferner bevorzugt entspricht die Querschnittskontur im Wesentlichen der Querschnittskontur der Druckbehälterwand. Besonders bevorzugt sind die Schutzschicht und die Druckbehälterwand konzentrisch angeordnet. Dies muss aber nicht so sein. Beispielsweise kann in einer alternativen Ausgestaltung die Ringstruktur im Querschnitt vieleckig sein (z.B. rechteckig).Preferably, the ring structure or the shell in the first and / or second state in cross section is round or elliptical. Further preferably, the cross-sectional contour substantially corresponds to the cross-sectional contour of the pressure vessel wall. Particularly preferably, the protective layer and the pressure vessel wall are arranged concentrically. But that does not have to be this way. For example, in an alternative embodiment, the ring structure may be polygonal in cross-section (e.g., rectangular).

Besonders bevorzugt ist der Druckbehälter im Wesentlichen vollständig im Inneren der Schutzschicht ausgebildet, die in diesem Fall einen Sack bzw. Hülle ausbildet. In diesem Sack bzw. in dieser Hülle kann der Druckbehälter aufgenommen sein. Mit anderen Worten umgibt die Hülle die Außenoberfläche vom Druckbehälter im Wesentlichen vollständig. „Im Wesentlichen vollständig“ bedeutet in diesem Zusammenhang, dass einige Anschlussbereiche (z.B. für Ventile oder Brennstoffleitungen) oder sonst schlecht zugängliche Bereiche ausgespart sein können.Particularly preferably, the pressure vessel is substantially completely formed in the interior of the protective layer, which in this case forms a bag or sheath. In this bag or in this case, the pressure vessel can be accommodated. In other words, the shell substantially completely surrounds the outer surface of the pressure vessel. "Substantially complete" in this context means that some connection areas (e.g., for valves or fuel lines) or otherwise inaccessible areas may be recessed.

Besonders bevorzugt ist die Schutzschicht an der Außenoberfläche bzw. unmittelbar benachbart zur Außenoberfläche des Druckbehälters vorgesehen. Besonders bevorzugt liegt die Schutzschicht an der Außenoberfläche des Druckbehälters an.Particularly preferably, the protective layer is provided on the outer surface or directly adjacent to the outer surface of the pressure vessel. Particularly preferably, the protective layer is applied to the outer surface of the pressure vessel.

Die Schutzschicht kann besonders bevorzugt ein einlagiges oder mehrlagiges Fasermaterial sein. Bevorzugt wird die Schutzschicht zumindest bereichsweise von einem Gewebe, Gewirke, Geflecht und/oder Gelege ausgebildet. Hierzu können andere Fasern eingesetzt werden als für die faserverstärkte Schicht. Besonders bevorzugt sind die einzelnen Fasern nicht oder nicht vollständig durch ein Harzmaterial fixiert, das beispielsweise als Harzmaterial von faserverstärkten Schicht dient.The protective layer may particularly preferably be a single-layer or multi-layer fiber material his. Preferably, the protective layer is at least partially formed by a woven, knitted fabric, braid and / or scrim. For this purpose, other fibers can be used than for the fiber-reinforced layer. Particularly preferably, the individual fibers are not or not completely fixed by a resin material which serves, for example, as a resin material of fiber-reinforced layer.

Bevorzugt ist die Schutzschicht aus einem Material hoher Zugfestigkeit, beispielsweise Polyaramide, Polyamide, Polyethylen (z.B. Kevlar®, Twaron®, Nylon®, Perlon® oder Dyneema®, Spectra®) hergestellt.Preferably, the protective layer is made of a high tensile strength material such as polyaramides, polyamides, polyethylene (e.g., Kevlar®, Twaron®, Nylon®, Perlon® or Dyneema®, Spectra®).

Besonders bevorzugt ist die Schutzschicht auch während eines Berstereignisses ausreichend brennstoffdurchlässig ausgebildet, so dass die Schutzschicht nicht durch das Berstereignis zerstört wird. Hierzu kann die Schutzschicht im nicht zusammengelegten Zustand in der Draufsicht bzw. im expandierten Zustand eine Oberfläche aufweisen, die zumindest zu 2% oder 5% oder 10 % oder 20 % oder 30 % aus Gasdurchlässen besteht. Particularly preferably, the protective layer is sufficiently fuel-permeable during a bursting event, so that the protective layer is not destroyed by the bursting event. For this purpose, the protective layer in the uncoupled state in the plan view or in the expanded state may have a surface which is at least 2% or 5% or 10% or 20% or 30% from gas passages.

Zweckmäßig ist die Schutzschicht im unbelasteten Zustand unter Umgebungsbedingungen nicht formstabil ausgebildet, sondern flexibel. Dies muss aber nicht so sein. Beispielsweise kann die Schutzschicht ein Fixiermaterial aufweisen, welches unter Umgebungsbedingungen im unbelasteten Zustand (keine Druckdifferenz zwischen den beiden Seiten der Schutzschicht) formstabil ist, und welches während des Berstereignisses derart belastet wird, dass es sich verformt. Das Fixiermaterial kann ein sehr sprödes (und somit leicht zerbrechliches) oder ein gummielastisches Material sein.Suitably, the protective layer is not dimensionally stable under ambient conditions in the unloaded state, but flexible. But that does not have to be this way. For example, the protective layer may have a fixing material which is dimensionally stable under ambient conditions in the unloaded state (no pressure difference between the two sides of the protective layer) and which is loaded during the bursting event in such a way that it deforms. The fixing material can be a very brittle (and thus easily breakable) or a rubber-elastic material.

Die hier offenbarte Schutzschicht kann mindestens eine Sollbruchstelle umfassen. Zusammengelegte Bereiche der Schutzschicht können an mindestens einer Sollbruchstelle an andere Bereiche der Schutzschicht befestigt sein. Die Sollbruchstelle kann insbesondere derart gestaltet sein, dass die Sollbruchstelle im bestimmungsgemäßen Fahrzeugbetrieb nicht aufbricht. Zweckmäßig ist die Sollbruchstelle der Gestalt, dass sie während eines Berstereignisses aufbricht.The protective layer disclosed herein may comprise at least one predetermined breaking point. Merged regions of the protective layer may be attached to other regions of the protective layer at at least one predetermined breaking point. The predetermined breaking point can in particular be designed such that the predetermined breaking point does not break up in the intended vehicle operation. Suitably, the predetermined breaking point of the shape is that breaks up during a bursting event.

Die Schutzschicht kann hierzu beispielsweise mindestens einen Klettverschluss, Reißverschluss, und/oder eine Klebestelle aufweisen, wobei eines oder mehrere dieser Elemente derart an der Schutzschicht vorgesehen sein können, dass sie verschiedene Bereiche der Schutzschicht miteinander verbinden. Besonders bevorzugt kann eines oder mehrere dieser Elemente bzw. die vorgenannte Sollbruchstelle derart ausgebildet sein, dass sie während der Montage der Schutzschicht an den Druckbehälter verschiedene Bereiche der Schutzschicht miteinander in Verbindung bringt/bringen und gleichzeitig dadurch die Schutzschicht an den Druckbehälter bevorzugt unter Vorspannung angebracht wird.For this purpose, the protective layer may comprise, for example, at least one Velcro fastener, zipper, and / or a splice, wherein one or more of these elements may be provided on the protective layer in such a way that they connect different regions of the protective layer to one another. Particularly preferably, one or more of these elements or the aforementioned predetermined breaking point can be designed such that during assembly of the protective layer to the pressure vessel, different regions of the protective layer are brought into contact, and at the same time the protective layer is preferably attached to the pressure vessel under prestressing ,

Die hier offenbarte Schutzschicht kann insbesondere eingerichtet sein, dass die Schutzschicht im expandierten Zustand ein

  • - mindestens um den Faktor 2 oder
  • - mindestens um den Faktor 5 oder
  • - mindestens um den Faktor 10 oder
  • - mindestens um den Faktor 15
größeres Innenvolumen aufweist als im zusammengelegten Zustand. Die hier offenbarte Schutzschicht kann insbesondere eingerichtet sein, dass die Schutzschicht im expandierten Zustand ein
  • - mindestens um den Faktor 2 oder
  • - mindestens um den Faktor 5 oder
  • - mindestens um den Faktor 10 oder
  • - mindestens um den Faktor 15
größeren Durchmesser/Querschnittsfläche im Mittenbereich aufweist als im zusammengelegten Zustand.The protective layer disclosed here can be set up in particular in that the protective layer in the expanded state
  • - at least by the factor 2 or
  • - at least by the factor 5 or
  • - at least by the factor 10 or
  • - at least by the factor 15
larger internal volume than in the collapsed state. The protective layer disclosed here can be set up in particular in that the protective layer in the expanded state
  • - at least by the factor 2 or
  • - at least by the factor 5 or
  • - at least by the factor 10 or
  • - at least by the factor 15
larger diameter / cross-sectional area in the center region than in the collapsed state.

Das hier offenbarte Druckbehältersystem kann insbesondere derart ausgebildet sein, dass in einem zusammengelegten Zustand die Schutzschicht in mindestens einem Umfangsbereich vom Druckbehälter einschichtig vorgesehen ist und in mindestens einem weiteren Umfangsbereich mehrschichtig bzw. mehrfach zusammengelegt vorgesehen ist. Vorteilhaft kann somit sichergestellt werden, dass der Einbauraum besser genutzt wird. Druckbehälter sind in der Regel im Querschnitt kreisrund ausgebildet und werden in nicht kreisrunde Einbauräume verbaut. Somit können insbesondere im Bereich der Unterbodenverkleidung Bauräume vorhanden sein, in denen gemäß der hier offenbarten Technologie die zusammengelegten Bereiche zweckmäßig angeordnet werden können.The pressure vessel system disclosed here may in particular be designed in such a way that in a collapsed state the protective layer is provided as a single layer in at least one peripheral area of the pressure vessel and is provided in at least one further peripheral area in a multi-layered or multiple-folded manner. Advantageously, it can thus be ensured that the installation space is used better. Pressure vessels are generally circular in cross-section and are installed in non-circular installation spaces. Thus, in particular in the area of the underbody cladding construction spaces may be present, in which, according to the technology disclosed here, the collapsed areas can be expediently arranged.

Die hier offenbarte Technologie umfasst gleichsam ein Verfahren zur Montage des hier offenbarten Druckbehältersystems in das hier offenbarte Kraftfahrzeug. Das Verfahren umfasst die Schritte:

  • - Bereitstellen des Druckbehälters und der Schutzschicht;
  • - Anbringen der Schutzschicht an den Druckbehälter, sodass die Schutzschicht den Druckbehälter zumindest bereichsweise vollständig umgibt; und
  • - anschließende Montage des Druckbehälters samt Schutzschicht an das Kraftfahrzeug.
The technology disclosed herein includes, as it were, a method for assembling the pressure vessel system disclosed herein into the motor vehicle disclosed herein. The method comprises the steps:
  • - Providing the pressure vessel and the protective layer;
  • - Attaching the protective layer to the pressure vessel, so that the protective layer completely surrounds the pressure vessel at least partially; and
  • - Subsequent assembly of the pressure vessel together with protective layer to the motor vehicle.

Mit anderen Worten wird also zunächst die Schutzschicht an den Druckbehälter angebracht, bevor die dadurch entstehende Einheit in das Kraftfahrzeug verbaut wird. In other words, therefore, first the protective layer is attached to the pressure vessel before the resulting unit is installed in the motor vehicle.

Mit anderen Worten umfasst die hier offenbarte Technologie den Gedanken, ein Auffanggewebe aus hochreißfesten Fasern (z.B. Kevlar) um den Druckbehälter anzubringen. Dieses wird, ähnlich wie bei einem Fallschirm, platz- und entfaltungsoptimiert gefaltet bzw. komprimiert und um den Druckbehälter herum platziert. Im Falle eines Berstens entfaltet sich das Gewebe (ausgelöst durch die entstehende Druckwelle und die „Ausdehnung“ des Behälters) und fängt umherfliegenden „Unrat“ auf, wodurch der Gefahrradius reduziert wird.In other words, the technology disclosed herein includes the idea of attaching a containment web of high tensile strength fibers (e.g., Kevlar) around the pressure vessel. This is, similar to a parachute, space and unfolding optimized folded or compressed and placed around the pressure vessel around. In the event of a rupture, the tissue unfolds (triggered by the resulting blast and "expansion" of the container) and traps flying "debris", thereby reducing the danger radius.

Die hier offenbarte Technologie wird nun anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:

  • 1 eine schematische Querschnittsansicht eines Druckbehälters 100 gemäß der hier offenbarten Technologie entlang der Linie B-B der 2;
  • 2 eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linie C-C der 1; und
  • 3 die schematische Querschnittsansicht gemäß der 2 vor und während eines Bestereignisses.
The technology disclosed herein will now be explained with reference to the figures. Show it:
  • 1 a schematic cross-sectional view of a pressure vessel 100 according to the technology disclosed herein along the line B - B the 2 ;
  • 2 a schematic cross-sectional view along the line C - C the 1 ; and
  • 3 the schematic cross-sectional view according to the 2 before and during a best event.

In der 1 ist ein Druckbehälter 100 zur Speicherung von Brennstoff im Querschnitt gezeigt. Im Inneren I des Druckbehälters 100 kann der Brennstoff gespeichert werden. Das Speichervolumen wird hier von dem Liner 110 ausgebildet. Der Liner 110 wird hier von einer faserverstärkten Schicht 120 umgeben, die im Betrieb des Druckbehälters 100 die wesentlichen Drucklasten trägt. In einer Öffnung des Druckbehälters 100 ist hier ein On-Tank-Valve 170 eingesetzt. Die Schutzschicht 130 liegt hier unmittelbar an der Außenoberfläche 122 der faserverstärkten Schicht 120 an. Die Schutzschicht 130 ist also als Hülle 130 ausgebildet, die sich über den Mittenbereich M und die Polbereiche P1 , P2 erstreckt. In der 1 sind etwaige zusammengelegte Bereiche vereinfachend weggelassen worden.In the 1 is a pressure vessel 100 shown for storing fuel in cross section. Inside I of the pressure vessel 100 the fuel can be stored. The storage volume is here from the liner 110 educated. The liner 110 Here is a fiber reinforced layer 120 surrounded during operation of the pressure vessel 100 carries the essential pressure loads. In an opening of the pressure vessel 100 here is an on-tank valve 170 used. The protective layer 130 here lies directly on the outer surface 122 the fiber reinforced layer 120 on. The protective layer 130 is therefore as a shell 130 formed over the center region M and the Polbereiche P 1 . P 2 extends. In the 1 any merged areas have been omitted for simplicity.

In der 2 ist die Schutzschicht 130 vor einem Berstereignis gezeigt. Die Schutzschicht 130 umfasst hier vier einschichtige Umfangsbereiche, von denen zwei durch die Bezugszeichen U12 und U11 spezifiziert werden. Diese Bereiche sind hier durchmesserkritisch. Dies bedeutet, dass in diesen Bereichen übereinander liegende Bereiche der Schutzschicht (=zusammengelegte Bereiche) entweder den benötigten Bauraum vergrößern würden oder aber das erzielbare Brennstoffspeichervolumen verringern würden. In der Regel handelt es sich hierbei um die Bereiche, die in oder unmittelbar benachbart zu den Ebenen liegen, die die Fahrzeuglängsachse A-A mit der Horizontalen oder mit der Vertikalen (bei waagerecht eingebauten Druckbehälter) ausbildet. In einem Winkel von ca. 45° rotationsversetzt um die Druckbehälterlängsachse A-A sind hier vier zusammengelegten Bereiche bzw. mehrschichtige Bereiche der Schutzschicht 130 angeordnet, von denen zwei mit den Bezugszeichen U21 , U22 versehen wurden. Vorteilhaft an dieser Ausgestaltung ist, dass sie besonders platzsparend ist. Es sind aber ebenso auch andere Anordnung denkbar. Beispielsweise können sich die mehrschichtigen bzw. zusammengelegten Bereiche auch über einen großen Teil der Umfangsoberfläche des Druckbehälters 100 erstrecken.In the 2 is the protective layer 130 shown before a bursting event. The protective layer 130 here comprises four single-layer peripheral regions, two of which are denoted by the reference numerals U 12 and U 11 be specified. These areas are diameter critical here. This means that in these areas superimposed areas of the protective layer (= merged areas) would either increase the required installation space or would reduce the achievable fuel storage volume. Typically these are the areas that lie in or immediately adjacent to the planes that make up the vehicle's longitudinal axis A - A with the horizontal or with the vertical (at horizontally installed pressure vessel) trains. At an angle of approx. 45 °, offset in rotation around the pressure vessel's longitudinal axis A - A Here are four merged areas or multi-layered areas of the protective layer 130 arranged, two of which are denoted by the reference numerals U 21 . U 22 were provided. An advantage of this design is that it is particularly space-saving. But there are also other arrangement conceivable. For example, the multi-layered regions may also extend over a large part of the peripheral surface of the pressure vessel 100 extend.

Die 3 zeigt hier denselben Querschnitt des Druckbehälters 100 wie in 2. nachstehend werden lediglich die Unterschiede erläutert. In der 3 zusätzlich gezeigt ist die Schutzschicht 130' im zweiten bzw. expandierten Zustand, den die Schutzschicht 130 während eines Berstereignisses oder kurz danach einnimmt. Die Schutzschicht 130' wird hier vom entweichenden Brenngas aufgebläht bzw. aufgespannt wie ein Ballon.The 3 shows here the same cross section of the pressure vessel 100 as in 2 , below, only the differences are explained. In the 3 additionally shown is the protective layer 130 ' in the second or expanded state, the protective layer 130 during a burst event or shortly afterwards. The protective layer 130 ' is inflated or spanned by the escaping fuel gas like a balloon.

Die Schutzschicht 130, 130' ist derart brennstoffdurchlässig, dass einerseits genügend Kräfte an der Schutzschicht 130' angreifen, um diese zu expandieren, und andererseits der Brennstoff im expandierten Zustand der Schutzschicht 130' ausreichend entweichen kann, so eine Zerstörung der Schutzschicht 130' unterbleibt. Dabei ist es vorteilhaft, dass die Schutzhülle 130' im expandierten Zustand ein um ein Vielfaches größere Volumen aufweist als im zusammengelegten Zustand.The protective layer 130 . 130 ' is so fuel permeable that on the one hand enough forces on the protective layer 130 ' attack to expand them, and on the other hand, the fuel in the expanded state of the protective layer 130 ' can escape sufficiently, so a destruction of the protective layer 130 ' omitted. It is advantageous that the protective cover 130 ' in the expanded state has a much greater volume than in the collapsed state.

An einem zusammengelegten Bereich der Schutzschicht 130 ist hier exemplarisch eine Sollbruchstelle 132 angedeutet, die übereinanderliegende Bereiche der Schutzschicht 130 hier aneinander befestigt.At a collapsed area of the protective layer 130 Here is an example of a predetermined breaking point 132 indicated, the superimposed areas of the protective layer 130 attached to each other here.

Aus Gründen der Leserlichkeit wurde vereinfachend der Ausdruck „mindestens ein(e)“ teilweise weggelassen. Sofern ein Merkmal der hier offenbarten Technologie in der Einzahl bzw. unbestimmt beschrieben ist (z.B. der/ein Druckbehälter, die/eine Schutzschicht, die/eine faserverstärkte Schicht; die/eine Hülle, die/eine Ringstruktur, etc.) so soll gleichzeitig auch deren Mehrzahl mit offenbart sein (z.B. der mindestens eine Druckbehälter, die mindestens eine Schutzschicht, die mindestens eine faserverstärkte Schicht; die mindestens eine Hülle, die mindestens eine Ringstruktur, etc.).For the sake of legibility, the term "at least one" has been omitted for simplicity. If a feature of the technology disclosed herein is described in singular form (eg, the pressure vessel, the protective layer, the fiber reinforced layer, the sheath, the ring structure, etc.), then so too the majority of which are disclosed (eg the at least one pressure vessel, the at least one protective layer, the at least one fiber-reinforced layer, the at least one shell, the at least one ring structure, etc.).

Die vorhergehende Beschreibung der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihrer Äquivalente zu verlassen.The foregoing description of the present invention is for illustrative purposes only, and not for the purpose of limiting the invention. Various changes and modifications are possible within the scope of the invention without departing from the scope of the invention and its equivalents.

Claims (12)

Druckbehältersystem, umfassend: - mindestens einen Druckbehälter (100) zur Speicherung von Brennstoff; und - mindestens eine zusammenlegbare Schutzschicht (130), die den Druckbehälter (100) zumindest bereichsweise vollständig umgibt; wobei die Schutzschicht (130) vor einem Berstereignis in einem zusammengelegten Zustand vorgesehen ist; und wobei die Schutzschicht (130) während und/oder unmittelbar nach dem Berstereignis in einem weniger zusammengelegten oder nicht zusammengelegten Zustand vorgesehen ist.Pressure vessel system comprising: - At least one pressure vessel (100) for storing fuel; and - At least one collapsible protective layer (130) which surrounds the pressure vessel (100) at least partially completely; wherein the protective layer (130) is provided in a collapsed state prior to a bursting event; and wherein the protective layer (130) is provided in a less folded or unfolded state during and / or immediately after the bursting event. Druckbehältersystem nach Anspruch 1, wobei die Schutzschicht (130) eingerichtet ist, sich während des Bestereignisses durch Berstenergie beschleunigte Kraftfahrzeugteile aufzufangen und/oder zumindest zu verzögern.Pressure vessel system after Claim 1 wherein the protective layer (130) is arranged to catch and / or at least to delay motor vehicle parts accelerated by rupture energy during the best event. Druckbehältersystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Schutzschicht (130) zumindest im Mittenbereich (M) vom Druckbehälter (100) angeordnet ist.Pressure vessel system after Claim 1 or 2 , wherein the protective layer (130) is arranged at least in the middle region (M) of the pressure vessel (100). Druckbehältersystem nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Schutzschicht (130) zumindest im Mittenbereich (M) vom Druckbehälter (100) eine geschlossene Ringstruktur ausbildet, in deren Inneren der Druckbehälter (100) angeordnet ist.Pressure vessel system according to one of the preceding claims, wherein the protective layer (130) at least in the central region (M) of the pressure vessel (100) forms a closed ring structure, in the interior of which the pressure vessel (100) is arranged. Druckbehältersystem nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Schutzschicht (130) eine Hülle (130) ausbildet, und wobei die Hülle (130) die Außenoberfläche (122) vom Druckbehälter (100) im Wesentlichen vollständig umgibt.A pressure vessel system according to any one of the preceding claims, wherein the protective layer (130) forms a sheath (130), and wherein the sheath (130) substantially completely surrounds the outer surface (122) of the pressure vessel (100). Druckbehältersystem nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Schutzschicht (130) unmittelbar an der Außenoberfläche (122) des Druckbehälters (100) anliegt.Pressure vessel system according to one of the preceding claims, wherein the protective layer (130) rests directly on the outer surface (122) of the pressure vessel (100). Druckbehältersystem nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Schutzschicht (130) zumindest bereichsweise von einem Gewebe, Gewirke, Geflecht und/oder Gelege ausgebildet wird.Pressure vessel system according to one of the preceding claims, wherein the protective layer (130) is at least partially formed by a woven, knitted fabric, braid and / or scrim. Druckbehältersystem nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Schutzschicht (130) Aramidfasern umfasst.A pressure vessel system according to any one of the preceding claims, wherein the protective layer (130) comprises aramid fibers. Druckbehältersystem nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Schutzschicht (130) brennstoffdurchlässig ist.Pressure vessel system according to one of the preceding claims, wherein the protective layer (130) is fuel-permeable. Druckbehältersystem nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei zusammengelegte Bereiche der Schutzschicht (130) über mindestens eine Sollbruchstelle (132) an andere Bereiche der Schutzschicht (130) befestigt sind.Pressure vessel system according to one of the preceding claims, wherein collapsed areas of the protective layer (130) via at least one predetermined breaking point (132) are attached to other areas of the protective layer (130). Druckbehältersystem nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei in einem zusammengelegten Zustand die Schutzschicht (130) in mindestens einem Umfangsbereich (U11,U12) vom Druckbehälter (100) einschichtig vorgesehen ist und in mindestens einem weiteren Umfangsbereich (U21,U22) mehrschichtig vorgesehen ist.Pressure vessel system according to one of the preceding claims, wherein in a collapsed state, the protective layer (130) in at least one peripheral region (U 11 , U 12 ) of the pressure vessel (100) is provided as a single layer and in at least one other peripheral region (U 21 , U 22 ) multi-layered is provided. Verfahren zur Montage eines Druckbehältersystems nach einem der vorherigen Ansprüche, umfassend die Schritte: - Bereitstellen des Druckbehälters (100) und der Schutzschicht (130); - Anbringen der Schutzschicht (130) an den Druckbehälter (100), so dass die Schutzschicht (130) den Druckbehälter (100) zumindest bereichsweise vollständig umgibt; und - anschließende Montage des Druckbehälters (100) samt Schutzschicht (130) an das Kraftfahrzeug.Method for assembling a pressure vessel system according to one of the preceding claims, comprising the steps: - Providing the pressure vessel (100) and the protective layer (130); - Attaching the protective layer (130) to the pressure vessel (100), so that the protective layer (130) the pressure vessel (100) at least partially completely surrounds; and - Subsequent assembly of the pressure vessel (100) together with protective layer (130) to the motor vehicle.
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