DE102018109018A1 - Verfahren zur Herstellung eines Druckspeichers - Google Patents

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Gerald Haidenhofer
Kevin Wild
Stefan Spörl
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Druckspeichers (1), insbesondere zur Speicherung von Wasserstoff in Kraftfahrzeugen, wobei zunächst ein Inliner (3) des Druckspeichers (1) hergestellt wird, und wobei anschließend der vorzugsweise aus Polyamid bestehende Inliner (3) außenseitig mit einer Verstärkungsfasern (8) aufweisenden, mehrere Armierungslagen (10, 10', 10", 10'") umfassenden Armierungsschicht (9) umflochten wird, so dass die Verstärkungsfasern (8) aufgrund der mehrlagigen Umflechtung eine Vielzahl von schichtweise übereinander liegenden Kreuzungsbereiche (50) bilden. Erfindungsgemäß wird zur gleichmäßigeren Verteilung der Kreuzungsbereiche (50) innerhalb der Armierungsschicht (9) der Inliner (3) auf einer Achse (x), vorzugsweise auf seiner Rotationsachse, drehbeweglich gelagert und der Inliner (3) während der oder nach der Auftragung einer ersten Armierungslage (10) in eine Drehrichtung um einen Achswinkel (φ) gedreht, so dass beim Flechten einer auf die erste Armierungslage (10) aufzutragenden zweiten Armierungslage (10') Kreuzungsbereiche (50) der benachbarten ersten und zweiten Armierungslage (10, 10') zueinander versetzt angeordnet werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Druckspeichers, insbesondere zur Speicherung von Wasserstoff in Kraftfahrzeugen,
    • - wobei zunächst, vorzugsweise mittels eines Kunststoff-Blasformverfahrens, ein Inliner des Druckspeichers hergestellt wird, und
    • - wobei anschließend der vorzugsweise aus Polyamid bestehende Inliner außenseitig mit einer Verstärkungsfasern aufweisenden, mehrere Armierungslagen umfassenden Armierungsschicht umflochten wird, so dass die Verstärkungsfasern aufgrund der mehrlagigen Umflechtung eine Vielzahl von schichtweise übereinander liegenden Kreuzungsbereiche bilden.
  • Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus der WO 2015/078555 A1 bekannt. Druckspeicher zur Speicherung von Wasserstoff in Kraftfahrzeugen müssen einerseits ein möglichst großes Speichervolumen bei einem vorgegebenen Bauraum bereitstellen und andererseits ein geringes Gewicht aufweisen, um einen niedrigen Kraftstoffverbrauch sicherzustellen. Darüber hinaus besteht selbstredend das Erfordernis, derartige Druckspeicher auch zu wettbewerbsfähigen Kosten herstellen zu können.
  • Gegenüber Wasserstoff-Druckspeichern z.B. aus Metall zeichnen sich Druckspeicher mit einem Inliner aus Kunststoff durch ein geringeres Gewicht aus. Um jedoch den bei der Speicherung einer ausreichend großen Wasserstoffmenge erforderlichen hohen Drücken, üblicherweise ca. 700 bar, standhalten zu können, müssen derartige Kunststoff-Inliner regelmäßig mit einer Armierungsschicht versehen werden. Diese wird beispielsweise mit einem Flecht- oder auch Wickelverfahren auf den Inliner aufgebracht. Mithilfe des Flechtverfahrens können vergleichsweise dünne Armierungsschichten realisiert werden, die den o.g. Belastungen standhalten. Dadurch vergrößert sich bei vorgegebenem Bauraum die Aufnahmekapazität des Druckspeichers und es kann gleichzeitig Armierungsmaterial eingespart werden.
  • Beim Flechten einer mehrlagigen Armierungsschicht besteht zum Teil das Problem, dass die Kreuzungsbereiche der einzelnen Armierungslagen direkt übereinander zu liegen kommen können. Dies kann lokal eine deutliche Erhöhung der Ablagedicke der Armierungsschicht verursachen und insgesamt zu einer Verschlechterung des Bedeckungsgrades des Inliners führen, da die Freiräume der Maschen der Flechtung entsprechend ebenfalls übereinander angeordnet werden. Hierdurch wird einerseits die Performance der Armierungsschicht negativ beeinflusst und andererseits vergrößert sich hierdurch der erforderliche Bauraum des Drucktanks.
  • Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren mit den eingangs beschriebenen Merkmalen anzugeben, das eine gleichmäßigere Verteilung der Kreuzungsbereiche innerhalb der Armierungsschicht gewährleistet.
  • Erfindungsgemäß wird zur gleichmäßigeren Verteilung der Kreuzungsbereiche in der Armierungsschicht der zweckmäßigerweise aus Kunststoff hergestellte Inliner auf einer Achse, vorzugsweise auf seiner Rotationsachse, drehbeweglich gelagert und der Inliner während der oder nach der Auftragung einer ersten Armierungslage in eine Drehrichtung um einen Achswinkel gedreht, so dass beim Flechten einer auf die erste Armierungslage aufzutragenden zweiten Armierungslage Kreuzungsbereiche der benachbarten ersten und zweiten Armierungslage zueinander versetzt angeordnet werden. Bei der vorgenannten ersten Armierungslage kann es sich um die innerste Armierungslage der Armierungsschicht handeln, welche z.B. direkt auf dem Inliner aufliegt. Im Rahmen der Erfindung liegt es aber auch, dass sich unterhalb der vorgenannten „ersten“ Armierungslage bereits eine oder mehrere Armierungslagen befinden. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass durch eine vergleichsweise kleine Drehbewegung des Inliners ein „Aufeinanderstapeln“ der Kreuzungsbereiche verhindert und damit insgesamt die Flechtung vergleichmäßigt werden kann.
  • Zweckmäßigerweise pendelt der Inliner um seine Achse, indem er während der oder nach der Auftragung einer zweiten Armierungslage auf die erste Armierungslage um einen zweiten Achswinkel in Gegendrehrichtung zurückgedreht wird und auf die zweite Armierungslage eine dritte Armierungslage aufgebracht wird. Alternativ hierzu liegt es jedoch auch im Rahmen der Erfindung, dass der Inliner während der oder nach der Auftragung einer zweiten Armierungslage auf die erste Armierungslage um einen zweiten Achswinkel in Drehrichtung gedreht wird und auf die zweite Armierungslage eine dritte Armierungslage aufgebracht wird. Bei beiden Alternativen liegt es im Rahmen der Erfindung, dass die Größe des zweiten Achswinkels der Größe des (ersten) Achswinkels entspricht. Jedoch können der zweite Achswinkel und der (erste) Achswinkel auch unterschiedlich groß sind.
  • Ferner liegt es im Rahmen der Erfindung, dass der Inliner während der oder nach der Auftragung einer dritten Armierungslage auf die zweite Armierungslage um einen dritten Achswinkel in Drehrichtung oder Gegendrehrichtung gedreht wird und auf die dritte Armierungslage eine vierte Armierungslage aufgebracht wird. Hierbei kann die Größe des dritten Achswinkels der Größe des (ersten) Achswinkels entsprechen. Alternativ hierzu können jedoch auch der dritte Achswinkel und der (erste) Achswinkel unterschiedlich groß sein.
  • Zweckmäßigerweise entspricht der mindestens eine Achswinkel an der Flechtoberfläche einer Drehung um weniger als eine Maschenweite der Flechtung entspricht, wobei vorzugsweise die Drehung 10 - 60 % einer Maschenweite, insbesondere 20 - 30 % (z.B. ¼) oder 30 - 40 % (z.B. 1/3) oder 40 - 60 % (z.B. ½) einer Maschenweite entspricht. Die Maschenweite m ist hierbei der Abstand zwischen den Mittelpunkten zweier benachbarter Kreuzungsbereiche der ersten Armierungslage in Umfangsrichtung des Inliners (s.a. 5). Die Armierungslagen können aus bandförmig ausgebildeten, miteinander verflochtenen Armierungssträngen aufgebaut sein, die jeweils eine Vielzahl von, vorzugsweise unidirektional ausgerichteten Verstärkungsfasern aufweisen. Bandförmig meint insbesondere, dass die auf dem Inliner aufliegende Breite eines Armierungsstrangs, z.B. aufgrund der Vielzahl der nebeneinander angeordneten Verstärkungsfasern, mindestens doppelt, vorzugsweise mindestens fünfmal, z.B. mindestens zehnmal so groß ist wie dessen Höhe. Zweckmäßigerweise bedecken aufgrund der Drehung um den Achswinkel die erste Armierungslage und die zweite Armierungslage gemeinsam den Inliner zu mindestens 90 %, vorzugsweise vollständig. Die Verstärkungsfasern können als Carbon- und/oder Glasfasern ausgebildet sein.
  • Die Bestimmung der Größe und/oder der Richtung des ersten und/oder des zweiten und/oder des dritten Achswinkels während der Flechtung kann anhand einer, vorzugsweise automatisierten, optischen Online-Erfassung der Oberflächenstruktur der Flechtung erfolgen, z.B. mittels einer Kamera. So kann/können z.B. mithilfe eines Computerprogramms anhand der von der Kamera ermittelten Daten die Größe und/oder Richtung des/der Achswinkel/s berechnet werden. Im Rahmen der Erfindung liegt es ferner, dass die Armierungsschicht nach deren Auftragung auf den Inliner mit einem Harz, vorzugsweise einem Epoxidharz, getränkt wird. Hierzu wird der Inliner zweckmäßigerweise in ein geeignetes Werkzeug eingelegt. Das Harz kann mittels einer Infiltration (Unterdruckverfahren) oder alternativ mit Hilfe einer Injektion (Überdruckverfahren) in die Armierungsschicht eingebracht werden. Nach vollständiger Aushärtung des Harzes wird der Druckspeicher aus dem Werkzeug entnommen.
  • Der zweckmäßigerweise einen zylindrischen Mittelabschnitt aufweisende Inliner kann mindestens eine Polkappe besitzen, wobei auf die Polkappe vor der Aufbringung der Verstärkungsfasern eine Faservorratskappe aufgebracht werden kann, deren äußere Oberfläche vom Polbereich der Polkappe beabstandet ist. Während der Aufbringung der Armierungsschicht können die Verstärkungsfasern auf den zylindrischen Abschnitt des Inliners und im Polbereich entsprechend auf die äußere Oberfläche der Faservorratskappe aufgebracht werden, so dass aufgrund der Distanz zwischen äußerer Oberfläche der Faservorratskappe und dem Polbereich der Polkappe die von den Verstärkungsfasern gebildeten inneren Armierungslagen der Armierungsschicht im Polbereich mit einem Faservorrat versehen werden. Hierbei können die Faservorratskappe und die Polkappe während der Aufbringung der Armierungsschicht gemeinsam einen Hohlraum bilden. Zweckmäßigerweise wird die Faservorratskappe bei der Aufbringung der Armierungsschicht von einer Fixiervorrichtung fixiert, die während dieses Arbeitsschritts die Beabstandung der Faservorratskappe vom Polbereich sicherstellt. Nach Auftragung der Armierungsschicht kann der Inliner in ein die Armierungsschicht umschließendes Werkzeug eingebracht und mit einem inneren Überdruck beaufschlagt werden, so dass der Druckspeicher unter Presswirkung an der inneren Oberfläche des Werkzeugs anliegt. Die Fixiervorrichtung kann nach der Aufbringung der Armierungsschicht gelöst werden und aufgrund des inneren Überdrucks im Inliner wird die Faservorratskappe zum Polbereich geschoben und hierbei der Faservorrat freigegeben. Auf diese Weise kann insgesamt eine sehr gleichmäßige Beanspruchung der einzelnen Verstärkungsfasern sichergestellt werden, welche die Wirkung der vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Lehre noch weiter unterstützt.
  • Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Druckspeicher, insbesondere zur Speicherung von Wasserstoff, der mit einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wird.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung erläutert. Es zeigen schematisch:
    • 1a, b: einen Druckspeicher während eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens zur Aufbringung einer Armierungsschicht des Druckspeichers in einer Seitenansicht bzw. einer dreidimensionalen Ansicht;
    • 2 a, b: den in 1a, b dargestellten Druckspeicher im fertig hergestellten Zustand,
    • 3: eine ausschnittsweise Querschnittsdarstellung des in den 1a - 2b dargestellten Druckspeichers während des Herstellungsverfahrens,
    • 4: eine Fotografie einer gemäß dem Stand der Technik hergestellten Armierungsschicht in einer ausschnittsweisen Darstellung und
    • 5: eine Fotografie einer erfindungsgemäß hergestellten Armierungsschicht in einer ausschnittsweisen Darstellung
  • Die 1a, b sowie 2a, b zeigen einen Druckspeicher 1 zur Speicherung von Wasserstoff in einem Kraftfahrzeug. Der Druckspeicher 1 besitzt einen zwei Polkappen 2, 2' aufweisenden, aus Kunststoff, vorzugsweise Polyamid hergestellten Inliner 3 mit einem zylindrischen Mittelabschnitt 4. An diesen Mittelabschnitt 4 sind endseitig die beiden Polkappen 2, 2' angeformt. Die Polkappe 2 des Druckspeichers 1 umfasst zur Befüllung bzw. zur Abgabe von Wasserstoff zusätzlich einen auch als Boss bezeichneten Stutzen 5 mit einer Öffnung 6. Die an dem gegenüberliegenden Ende des Druckspeichers 1 vorgesehene Polkappe 2' umfasst zusätzlich einen sog. Blindboss 7, welcher lediglich zur Montage des Druckspeichers 1 im Fahrzeug dient. Auf den Inliner 3 ist außenseitig eine Verstärkungsfasern 8 aufweisende, geflochtene, mehrere Armierungslagen 10, 10', 10", 10'" (s. 3) aufweisende Armierungsschicht 9 aufgebracht. Die Verstärkungsfasern 8 sind im Ausführungsbeispiel als Carbon-Fasern ausgebildet und in den 1a - 2b zwecks Verbesserung der Übersichtlichkeit lediglich einzeln angedeutet. Ebenso ist zum besseren Verständnis der Zeichnungen die Armierungsschicht 9 nur in den 1a und 2a schematisch dargestellt und in 1b und 2b hingegen lediglich durch Verstärkungsfasern 8 angedeutet. Den 1a und 2a ist zu entnehmen, dass zwischen den Polkappen 2, 2' und der Armierungsschicht 9 jeweils eine Faservorratskappe 20, 20' vorgesehen ist, die während der Aufbringung der Verstärkungsfasern 8 auf den Inliner 3 einen Faservorrat 22 (vergl. 3) für die inneren Lagen der Armierungsschicht 9 sicherstellt. Der 3 kann entnommen werden, dass während der Aufbringung der Armierungsschicht 9 die Faservorratskappe 20 und die Polkappe 2 gemeinsam einen Hohlraum 11 bilden und die Faservorratskappe 20 durch eine Fixiervorrichtung 12 in einer entsprechenden Position fixiert ist. Analog sind auch die Faservorratskappe 20' und die Polkappe 2' zueinander positioniert. Die Faservorratskappen 20, 20' sind jeweils dünnwandig mit einer mittleren Wanddicke < 5 mm ausgebildet und aus Kunststoff hergestellt. Insbesondere die 2a und b zeigen, dass im fertig hergestellten Zustand des Druckspeichers 1 die Gestalt der Faservorratskappen 20, 20' an die Außenkontur der Polkappen 2, 2' angepasst ist. Hierzu weisen die Faservorratskappen 20, 20' im Außenbereich 13 eine elastische Verformbarkeit auf, die die Anpassung an die Außenkontur der Polkappen 2, 2' ermöglicht. Dies wird insbesondere aus einer vergleichenden Betrachtung der 1a und 2a ersichtlich.
  • Die Herstellung des Druckspeichers 1 wird anhand der 3 erläutert. Zunächst wird mittels eines Kunststoff-Blasformverfahrens der aus dem zylindrischen Mittelabschnitt 4 mit endseitigen Polkappen 2, 2' aufgebaute Inliner 3 des Druckspeichers 1 hergestellt. Die Polkappen 2, 2' umfassen zusätzlich einen, vorzugsweise jeweils aus Metall hergestellten, Boss 5 bzw. einen Blindboss 7, die nach dem Blasformverfahren montiert werden. Anschließend wird der Inliner 3 außenseitig mit der Verstärkungsfasern 8 aufweisenden, mehrlagigen Armierungsschicht 9 umflochten (zwecks Vereinfachung der Darstellung zeigt die 3 lediglich die innersten Lagen der Armierungsschicht 9, insbesondere die Armierungslagen 10, 10', 10" und 10'", auf die noch im Detail Bezug genommen wird). Auf die beiden Polkappen 2, 2' wird vor der Aufbringung der Verstärkungsfasern 8 jeweils eine Faservorratskappe 20, 20' aufgebracht, deren äußere Oberfläche vom Polbereich 21, 21' der entsprechenden Polkappe 2, 2' beabstandet ist. Während der Aufbringung der Armierungsschicht 9 werden die Verstärkungsfasern 8 auf den Körper des Inliners 3 und in den Polbereichen 21, 21' entsprechend auf die äußere Oberfläche der Faservorratskappen 2, 2' aufgebracht. Aufgrund der Distanz zwischen der äußeren Oberfläche der Faservorratskappen 20, 20' und dem Polbereich 21, 21' der Polkappen 2, 2' werden die von den Verstärkungsfasern 8 gebildeten inneren Lagen, u.a. die Armierungslagen 10, 10', 10" und 10'" der Armierungsschicht 9 in den Polbereichen 21, 21' mit einem Faservorrat 22 versehen.
  • Die 3 zeigt, dass die Faservorratskappe 20 und die Polkappe 2 mit dem Boss 5 während der Aufbringung der Armierungsschicht 9 gemeinsam einen Hohlraum 11 bilden. Die Faservorratskappe 20 wird bei der Aufbringung der Armierungsschicht 9 von einer Fixiervorrichtung 12 fixiert, die während dieses Arbeitsschritts die Beabstandung der Faservorratskappe 20 vom Polbereich 21 sicherstellt. Nach Aufbringung der kompletten Armierungsschicht 9 wird der Druckspeicher 1 in ein nicht dargestelltes, die Armierungsschicht 9 vollständig umschließendes, an die äußere Kontur der Armierungsschicht 9 angepasstes Infiltrations- bzw. Injektionswerkzeug eingebracht (nicht dargestellt), die Fixiervorrichtung 12 gelöst und der Inliner 3 mit einem inneren Überdruck beaufschlagt. Hierbei legt sich die Armierungsschicht 9 unter Presswirkung an der inneren Oberfläche des Werkzeugs an. Aufgrund der Zugspannung der aufgebrachten Verstärkungsfasern 8 verschiebt sich die Faservorratskappe 20 zum Polbereich 21 in Pfeilrichtung z und hierbei wird der Faservorrat 22 freigegeben.
  • Bei der Freigabe des Faservorrates 22 passen sich die Faservorratskappen 20, 20' an die - zum Teil jeweils von Boss 5 bzw. Blindboss 7 gebildete - Außenkontur der Polkappen 2, 2' an (vergl. auch 2a, b). Hierzu ist der Außenbereich 13 der Faservorratskappen 20, 20' elastisch ausgebildet. Im Ausführungsbeispiel entspricht der Übergang vom starren Innenbereich 16 zum elastischen Außenbereich 13 der Faservorratskappe 20 in Bezug auf die äußere Oberfläche der Polkappe 2 im wesentlichen dem Übergang von Boss 5 zum Blasformteil des Inliners 3. D.h. der starre Innenbereich 16 der Faservorratskappe 20 legt sich an der Oberfläche des Boss 5 an, wohingegen sich der Außenbereich 13 unter einer elastischen Verformung an einer umlaufenden Materialschwächung 14 der Faservorratskappe 20 an die angrenzende Oberflächenkontur des Blasformteils des Inliners 3 anpasst. Ferner ist anhand der 3 erkennbar, dass vor der Freigabe des Faservorrats 22 die einzelnen Lagen der Armierungsschicht 9 derart aufgebracht wurden, dass die auf der Faservorratskappe 20 entstehenden Umkehrpunkte 23 am Übergang zwischen den einzelnen Lagen mit zunehmender Schichtdicke axial in Richtung Inliner 3 verschoben sind. Die Faservorratskappe 20 selbst stellt einen vorgegebenen Abstand Δ Z zur Polkappe 2 sicher, der maßgeblich die Größe des Faservorrats 22 bestimmt. Durch die Faservorratskappen 20, 20' können die Faserlängen in allen Lagen exakt vorgehalten und positioniert werden.
  • Nachdem sich die Faservorratskappen 20, 20' an die Polkappen 2, 2' angelegt haben, wird die Armierungsschicht 9 im Infiltrations- bzw. Injektionswerkzeug mit einem (ebenfalls nicht dargestellten) Harz getränkt, um die zwischen den einzelnen Verstärkungsfasern 8 befindlichen Hohlräume aufzufüllen und die Festigkeit der Armierungsschicht 9 hierdurch weiter zu stärken. Aufgrund des inneren Überdrucks im Inliner 3 ist die Armierungsschicht 9 radial verpresst und besitzt hierdurch eine reduzierte Wandstärke. Gleichzeitig reduziert sich durch diese radiale Verpressung das Gesamtvolumen der Hohlräume zwischen den Fasern 8, welches vom Harz aufgefüllt werden muss. Durch die Aushärtung des Harzes bei innerem Überdruck im Inliner 3 bleibt die Gestalt der verpressten Armierungsschicht 9 im fertig hergestellten, unbelasteten Druckspeicher 1 weitgehend erhalten; sie wird sozusagen „eingefroren“. Dies führt einerseits zu einer Gewichts- und Materialersparnis, da weniger Harzmaterial benötigt wird, und gewährleistet andererseits gleichzeitig ein größeres nutzbares Speichervolumen bei vorgegebenen Außenabmessungen des Druckspeichers 1.
  • Im Folgenden wird nun die Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Aufbringung der Armierungsschicht 9 auf den Inliner 3 beschrieben. Anhand einer vergleichenden Betrachtung der 3 mit den 1a - 2b ist erkennbar, dass die Verstärkungsfasern 8 aufgrund der Umflechtung des Inliners 3 mit mehreren übereinander angeordneten Armierungslagen 10, 10', 10", 10'" eine Vielzahl von schichtweise übereinanderliegenden Kreuzungsbereichen 50 bilden. Die Armierungslagen 10, 10', 10", 10'" sind jeweils aus bandförmig ausgebildeten, miteinander verflochtenen Armierungssträngen 60 aufgebaut, die wiederum jeweils eine Vielzahl von im Ausführungsbeispiel unidirektional ausgerichteten Verstärkungsfasern 8 aufweisen (vergl. auch 5). Zur gleichmäßigeren Verteilung der Kreuzungsbereiche 50 der Armierungslagen 10, 10', 10", 10'" in der Armierungsschicht 9 wird der Inliner 3 auf einer Achse, im Ausführungsbeispiel auf seiner Rotationsachse x, drehbeweglich gelagert (s. 1b). Der Inliner 3 wird nun nach der Auftragung einer ersten Armierungslage 10, welche im Ausführungsbeispiel die innerste, direkt auf den Inliner 3 aufgetragene Armierungslage darstellt, in eine in 1b in den Uhrzeigersinn gerichtete Drehrichtung um einen Achswinkel φ um die Achse x gedreht, so dass beim Flechten einer auf die erste Armierungslage 10 aufzutragenden zweiten Armierungslage 10 Kreuzungsbereiche 50 der benachbarten ersten und zweiten Armierungslage 10, 10' zueinander versetzt angeordnet werden. Dies ist insbesondere anhand einer vergleichenden Betrachtung der beiden Fotografien in den 4 und 5 erkennbar. Die 4 zeigt die Aufbringung einer zweiten Armierungslage 10' auf eine erste Armierungslage 10 gemäß dem Stand der Technik. Aufgrund der hier fehlenden, vorstehend beschriebenen Drehung des Inliners 3 zwischen dem Auftrag von erster Armierungslage 10 und zweiter Armierungslage 10' kommen die Kreuzungsbereiche 50 der beiden Lagen 10, 10' praktisch unmittelbar aufeinander zu liegen, während dazwischen Freiräume 70 verbleiben, in denen der Inliner 3 sichtbar bleibt. Bei dem in 5 dargestellten, erfindungsgemäßen Auftrag der zweiten Armierungslage 10' auf die erste Armierungslage 10 hingegen wird nach Aufbringung der ersten Lage 10 der Inliner 3 zunächst um den Achswinkel φ gedreht und hierdurch bedingt die zweite Lage 10' um eine halbe Maschenweite m, also um m/2 versetzt aufgetragen. Dadurch legen sich die Kreuzungsbereiche 50 der zweiten Armierungslage 10' praktisch genau in die Freiräume der ersten Armierungslage 10 und beide Lagen 10, 10' bedecken gemeinsam in 5 den (damit nicht mehr sichtbaren) Inliner 3 vollständig.
  • Im Rahmen der erfindungsgemäßen Lehre kann nun die vorstehend beschriebene Drehung des Inliners 3 um seine Achse x während des Flechtvorgangs mehrfach erfolgen. So kann z.B. der Inliner 3 um seine Achse x pendeln, indem er nach der Auftragung der zweiten Armierungslage 10' auf die erste Armierungslage 10 um einen zweiten Achswinkel φ' in Gegendrehrichtung zurückgedreht wird und sodann auf die zweite Armierungslage 10' eine dritte Armierungslage 10" aufgebracht wird (vergl. 1b, untere Darstellung des Drehwinkels φ'). Alternativ hierzu ist es aber auch möglich, dass der Inliner 3 nach der Auftragung der zweiten Armierungslage 10' auf die erste Armierungslage 10 um einen zweiten Achswinkel φ' wiederum in Drehrichtung gedreht wird und dann auf die zweite Armierungslage 10' die dritte Armierungslage 10" aufgebracht wird (vergl. 1b, obere Darstellung des Drehwinkels φ'). Die Größe des zweiten Achswinkels φ' kann der Größe des Achswinkels φ entsprechen; die beiden Winkel φ' und φ können jedoch auch unterschiedlich groß sein. Nach der Auftragung einer dritten Armierungslage 10" auf die zweite Armierungslage 10' kann der Inliner 3 sodann um einen dritten Achswinkel φ" in Drehrichtung oder Gegendrehrichtung gedreht werden (s. 1b) und daran anschließend auf die dritte Armierungslage 10" eine vierte Armierungslage 10'" aufgebracht werden. Auch hier kann wiederum Größe des dritten Achswinkels φ" der Größe des (ersten) Achswinkels φ entsprechen; die Winkel φ" und φ können jedoch auch unterschiedlich groß sein. Die Bestimmung der Größe und auch der Richtung der Achswinkel φ, φ', φ" kann während der Flechtung anhand einer automatisierten, optischen Online-Erfassung der Oberflächenstruktur der Flechtung erfolgen, z.B. mittels einer (nicht dargestellten) Kamera. Mithilfe eines Computerprogramms können anhand der von der Kamera ermittelten Daten optimale Größe und Richtung (also Drehung in Drehrichtung oder Gegendrehrichtung) der Achswinkel φ, φ', φ" berechnet werden, um eine möglichst gleichmäßige Verteilung der Kreuzungsbereiche 50 innerhalb der Armierungsschicht 9 sicherzustellen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2015/078555 A1 [0002]

Claims (15)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Druckspeichers (1), insbesondere zur Speicherung von Wasserstoff in Kraftfahrzeugen, - wobei zunächst, vorzugsweise mittels eines Kunststoff-Blasformverfahrens, ein Inliner (3) des Druckspeichers (1) hergestellt wird, und - wobei anschließend der Inliner (3) außenseitig mit einer Verstärkungsfasern (8) aufweisenden, mehrere Armierungslagen (10, 10', 10", 10'") umfassenden Armierungsschicht (9) umflochten wird, so dass die Verstärkungsfasern (8) aufgrund der mehrlagigen Umflechtung eine Vielzahl von schichtweise übereinander liegenden Kreuzungsbereichen (50) bilden, dadurch gekennzeichnet, dass zur gleichmäßigeren Verteilung der Kreuzungsbereiche (50) in der Armierungsschicht (9) der Inliner (3) auf einer Achse (x), vorzugsweise auf seiner Rotationsachse, drehbeweglich gelagert wird und der Inliner (3) während der oder nach der Auftragung einer ersten Armierungslage (10) in eine Drehrichtung um einen Achswinkel (φ) gedreht wird, so dass beim Flechten einer auf die erste Armierungslage (10) aufzutragenden zweiten Armierungslage (10') Kreuzungsbereiche (50) der benachbarten ersten und zweiten Armierungslage (10, 10') zueinander versetzt angeordnet werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Inliner (3) um seine Achse (x) pendelt, indem er während der oder nach der Auftragung einer zweiten Armierungslage (10') auf die erste Armierungslage (10) um einen zweiten Achswinkel (φ') in Gegendrehrichtung zurückgedreht wird und auf die zweite Armierungslage (10') eine dritte Armierungslage (10") aufgebracht wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Inliner (3) während der oder nach der Auftragung einer zweiten Armierungslage (10') auf die erste Armierungslage (10) um einen zweiten Achswinkel (φ') in Drehrichtung gedreht wird und auf die zweite Armierungslage (10') eine dritte Armierungslage (10") aufgebracht wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe des zweiten Achswinkels (φ') der Größe des Achswinkels (φ) entspricht.
  5. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Achswinkel (φ') und der Achswinkel (φ) unterschiedlich groß sind.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Inliner (3) während der oder nach der Auftragung einer dritten Armierungslage (10") auf die zweite Armierungslage (10') um einen dritten Achswinkel (φ") in Drehrichtung oder Gegendrehrichtung gedreht wird und auf die dritte Armierungslage (10") eine vierte Armierungslage (10'") aufgebracht wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe des dritten Achswinkels (φ") der Größe des Achswinkels (φ) entspricht.
  8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Achswinkel (φ") und der Achswinkel (φ) unterschiedlich groß sind.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Achswinkel (φ, φ', φ") an der Flechtoberfläche einer Drehung um weniger als eine Maschenweite (m) der Flechtung entspricht, wobei vorzugsweise die Drehung 10 - 60 % einer Maschenweite (m), insbesondere ¼, 1/3, oder ½ einer Maschenweite (m) entspricht.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Armierungslagen (10, 10', 10", 10'") aus bandförmig ausgebildeten, miteinander verflochtenen Armierungssträngen (60) aufgebaut sind, die jeweils eine Vielzahl von, vorzugsweise unidirektional ausgerichteten, Verstärkungsfasern (8) aufweisen.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass aufgrund der Drehung um den Achswinkel (φ) die erste Armierungslage (10) und die zweite Armierungslage (10') gemeinsam den Inliner (3) zu mindestens 90 %, vorzugsweise vollständig bedecken.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung der Größe und/oder der Richtung des mindestens einen Achswinkels (φ, φ', φ") während der Flechtung anhand einer, vorzugsweise automatisierten, optischen Online-Erfassung der Oberflächenstruktur der Flechtung erfolgt.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Inliner mindestens eine Polkappe (2, 2') aufweist und auf die Polkappe (2, 2') vor der Aufbringung der Verstärkungsfasern (8) eine Faservorratskappe (20, 20') aufgebracht wird, deren äußere Oberfläche vom Polbereich (21, 21') der Polkappe (2, 2') beabstandet ist, wobei während der Aufbringung der Armierungsschicht (9) die Verstärkungsfasern (8) auf den Körper des Inliners (3) und im Polbereich (21, 21') entsprechend auf die äußere Oberfläche der Faservorratskappe (20, 20') aufgebracht werden, so dass aufgrund der Distanz zwischen äußerer Oberfläche der Faservorratskappe (20, 20') und dem Polbereich (21, 21') der Polkappe (2, 2') die von den Verstärkungsfasern (8) gebildeten inneren Lagen der Armierungsschicht (9) im Polbereich (21, 21') mit einem Faservorrat (22) versehen werden.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Faservorratskappe (20, 20') und die Polkappe (2, 2') während der Aufbringung der Armierungsschicht (9) gemeinsam einen Hohlraum (11) bilden.
  15. Druckspeicher (1), hergestellt mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14.
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