DE102018115540A1 - Druckspeichersystem mit Überwachung - Google Patents

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Abstract

Bei einem Druckspeichersystem, das in ein Fahrzeug und Flugzeug einbaubar, tragbar oder immobil installiert ist, soll eine Lösung geschaffen werden, mit der Situationen und Ereignisse auf der Oberfläche erfasst werden. Insbesondere Impact, mögliche Schadensereignisse und Betriebszustände sollen detektiert, elektronisch erfasst und visualisiert werden. Der Zeitpunkt, Ort und Größe des Ereignisses sollen dokumentiert werden und eine Struktur- und Zustandsüberwachung soll möglich sein. Dies wird dadurch erreicht, dass das Druckspeichersystem eine situationserfassende Hülle, und eine Struktur mit Ortauflösung aufweist und Kontakte, Kontaktpositionen, Belastungen, Drücke, Temperaturen und Dehnungen ortsauflösend erfasst, auswertet, darstellt, dokumentiert und speichert. Weiterhin richtet sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung eines Druckspeichersystems mit Überwachung, das, einen Oberflächen bildenden Mehrschichtverbund mit strukturierten resistiven und detektierenden Schichten aufweist. Ebenfalls betrifft die Erfindung ein Druckspeichersystem in einem Kraftfahrzeug, zur Speicherung von komprimierten Gasen oder Wasserstoff. Ergänzend richtet sich die Erfindung auf ein Speichersystem mit Überwachung, das einen Behälter aufweist.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die Erfindung richtet sich auf ein Druckspeichersystem mit Überwachung, das Druckspeicher und Anschlusskomponenten umfasst, das in ein Kraftfahrzeug, Schienenfahrzeug, Wasserfahrzeug und Flugzeug einbaubar, tragbar oder immobil installiert ist und das eine situationserfassende Hülle mit resistiven und detektierenden Eigenschaften, eine Struktur mit Ortsauflösung, und Energieversorgung, Signalführung, Signalverarbeitung und Software aufweist.
  • Weiterhin richtet sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung eines Druckspeichersystems mit Überwachung, das Druckspeicher und Anschlusskomponenten umfasst, einen Oberflächen bildenden Mehrschichtverbund mit strukturierten resistiven und detektierenden Schichten aufweist.
  • Ebenfalls zielt die Erfindung auf ein Druckspeichersystem in einem Kraftfahrzeug, das zur Speicherung von komprimierten Gasen oder Wasserstoff dient.
  • Ergänzend richtet sich die Erfindung auf ein Speichersystem mit Überwachung, das einen Behälter aufweist.
  • Stand der Technik
  • Druckspeichersysteme werden zur Gas- und Wasserstoffspeicherung für die Anwendungsgebiete Kraftfahrzeuge, Schienenfahrzeuge, Wasserfahrzeuge, Flugzeuge, Industrie und Medizin eingesetzt. Hierfür ist es unerlässlich, große Mengen an Gasen und Wasserstoff, auf engstem Raum, bei geringem Gewicht und bei hohen Drücken in Druckspeicher zu speichern. Diese Druckspeichersysteme weisen mindestens einen Druckspeicher und Anschlusskomponenten auf. Der Begriff „Situation“ umfasst in diesem Dokument Lasten, Ereignisse, Zustände, Einflüsse und Bedingungen.
  • Druckspeichersysteme für den mobilen Einsatz unterliegen besonderen Herausforderungen. Während konventionelle Tanksysteme fossile Kraftstoffe bei Umgebungsbedingungen speichern, erfolgt die Speicherung von Gasen und Wasserstoff hauptsächlich komprimiert bei sehr hohem Druck. Dies stellt eine große Herausforderung an die Entwicklung alternativer Kraftstoffspeichersysteme dar. Für Fahrzeuge und Flugzeuge werden, wegen des Gewichtes und des Volumens, Druckspeichersysteme mit hohem Betriebsdruck verwendet. Hierzu sind extrem leichte und gleichzeitig robuste Druckspeichersysteme mit optimaler Raumausnutzung und hohem Sicherheitsstandard erforderlich. Diese Bedingungen führen zu hohen Anforderungen an die Auslegung, verwendeten Materialien, Herstellung und insbesondere Betriebssicherheit der Druckspeichersysteme.
  • Aufgrund der Treibstoffverknappung, Schadstoffemissionen und den steigenden Energiekosten besteht eine wachsende Nachfrage für alternativ angetriebene Kraftfahrzeuge, Schienenfahrzeuge, Wasserfahrzeuge und Flugzeuge. Die Speicherung von Gasen oder Wasserstoff als alternativer Kraftstoff bei Umgebungsbedingungen ist unter energetischen Gesichtspunkten und um eine akzeptable Reichweite zu erzielen nicht sinnvoll. Gase und Wasserstoff werden auf Grund seiner physikalischen Eigenschaften bevorzugt als hochkomprimiertes Gas gespeichert. Die Druckspeichersysteme für diese hochkomprimierten Medien sind extrem hohen Belastungen ausgesetzt. Sie müssen das Medium mit möglichst hoher Dichte speichern, müssen zum Teil hohe Temperaturunterschiede und Lastwechsel aufnehmen. Druckspeichersysteme zur Speicherung von Gasen und Wasserstoff in verschiedenen Größen werden aktuell im Druckbereich bis über 700 bar eingesetzt und eine Nutzung bis 1200 bar ist derzeit realisierbar.
  • Insbesondere in Flugzeugen und Fahrzeugen werden Druckspeichersysteme unter unterschiedlichsten Umweltbedingungen genutzt und unterliegen vielen Einflüssen. Druckspeichersysteme werden stark beansprucht und die Lastfälle unterscheiden sich in der Anwendung. Druckspeichersysteme für Fahrzeuge und Flugzeuge sind so beschaffen, dass einem Maximum an Kraftstoffvolumen ein Minimum an Behältergewicht und -größe gegenübersteht. Die Druckspeichersysteme müssen den mechanischen, thermischen und chemischen Belastungen in den möglichen Betriebsmodi widerstehen. Die gas- und wasserstoffberührenden Werkstoffen müssen eine Permeationssperre aufweisen und resistent sein. Wasserstoff-Druckspeichersysteme werden nach dem aktuellen Stand der Technik für Arbeitsdrücke bis über 700 bar bei Umgebungstemperatur ausgelegt, um akzeptable Energiedichten bei Vollbetankung zu erreichen.
  • Die Bauarten der Druckspeicher unterscheiden sich in der Konstruktion und in den verwendeten Werkstoffen. Man unterscheidet Stahl- oder Aluminiumzylinder- sowohl ohne Compositeumwicklung als auch teilumwickelt. Eine wesentliche Reduzierung des Gewichts erreicht man durch eine weitergehende Substitution des Metalls durch den Faserverbundwerkstoff auch Composite genannt, mittels Vollumwicklung eines Metallliners bis hin zur Vollumwicklung eines nichttragenden Kunststoffliners. Die Druckspeicher werden unterteilt nach verschiedenen Bauarten. Es gibt Druckspeicher vom Typ I als monolithische Metallkonstruktion, Typ II als Metall-Liner mit zylindrischer Compositeumwickelung, Typ III als Metall-Liner mit Compositevollumwickelung, Typ IV als Kunststoff-Liner mit Compositevollumwickelung und Typ V ohne Liner mit Compositevollwickelung.
  • Des Weiteren werden Druckspeicher nach dem Speichermedium und der Anwendung bezeichnet. Hierzu gehören LPG-Behälter (Liquified Petroleum Gas) für Campinggas oder Flüssiggas, CNG-Behälter (Compressed Natural Gas) für komprimiertes Erdgas, CHG-Behälter (Compressed Hydrogene Gas) für komprimierten Wasserstoff, Gasdruckbehälter, Industriegas Druckbehälter, Tauchflaschen, Atemluft Druckbehälter, Flüssiggasbehälter, Kolbenspeicher, Tanks für erdgasbetriebene Fahrzeuge, Druck-Wasserstoffspeicher, Großbehälter für den globalen Energiemarkt zur Speicherung von Erdgas und Hydraulik-Behälter zur Speicherung von Flüssigkeiten unter Druck. Für mobile Anwendungen werden aus Gewichtsgründen überwiegend Gas- und Wasserstoffdruckspeicher vom Typ III oder Typ IV verwendet. Diese beiden Druckspeichertypen besitzen hinsichtlich einer Gewichtsreduzierung das höchste Potential. Die Compositeumwicklung besteht bei Typ III und Typ IV Druckspeicher in der Regel aus einem Werkstoffverbund aus beispielsweise Kohlenstofffaser und Duroplast aufgrund der hohen Anforderungen an die gewichtsspezifischen Festigkeitseigenschaften des Speichers. Die Faserumwicklung nimmt die hohen Beanspruchungen aus der Innendruckbelastung auf, während der Liner im Betrieb die Aufgabe einer Permeationssperre übernimmt.
  • Die Hybridstruktur von Druckspeichern muss für eine hohe Betriebssicherheit bei Langzeitbelastung und zyklisch wechselnder Belastung ausgelegt sein. Für die Betriebssicherheit unter Langzeitbelastung wird die Abminderung der statischen Festigkeit des Composites einbezogen. Diese Eigenschaft bestimmt maßgeblich die Definition des Sicherheitsfaktors für geplante Situationen. Gleichzeitig richtet sich die Menge der verwendeten Fasern und somit auch der Kostenaufwand nach der Höhe des theoretischen Sicherheitsfaktors. Für die Herstellung von Composite-Druckspeichern hat sich der Wickelprozess als erprobtes Verfahren etabliert. Im Design von Druckspeichersystemen sind die Kenntnisse der Betreiber im Umgang mit Gas und Wasserstoff zu berücksichtigen.
  • Zum Schutz der hochbeanspruchten Druckspeicher werden sogenannte Schutzhüllen beispielsweise aus Gewebe für Atemluftflaschen eingesetzt. Gleichzeitig dienen derartige Schutzhüllen zur Kennzeichnung und Farbgebung. Schwer entflammbare, feuerresistente und gleichzeitig atmungsaktive, isolierende und antistatische Materialien aus Kunststoff, Kautschuk, Metall und Naturmaterialien schützen begrenzt die Oberfläche der Druckspeicher vor mechanischen Beschädigungen, Verschmutzungen und Kratzschäden. Die Schutzhüllen verfügen auch über einen Stoßschutz in Form einer Polsterung. Die Schutzhüllen können Wasser und flüssige Chemikalien abweisen. Diese Schutzhüllen werden dem Druckspeicher angepasst, der dann einen dem Druckspeicher umhüllenden Mantel ausbildet, Quelle: https://www.gfdkatalog.com/schmitt_feuerwehrtechnik/druckluftflaschen/12574-12579, W. SCHMITT GmbH Feuerwehrtechnik, Rheinstraße 182, D- 56564 Neuwied und http://www.helpi.com/Feuerwehr/Atemschutz/AS-Flaschen.htm HELPI, Herrleinstrasse 1, 90513 Zirndorf.
  • Bei Fahrzeugen werden Druckspeichersysteme ungeschützt eingesetzt, durch die Fahrzeugstruktur oder beispielsweise durch zusätzliche Schutzbleche und Gestelle geschützt, Quelle: http://www.magna.com/de/kompetenzen/fahrzeugentwicklung-undauftragsfertigung/innovation-technologie/energiespeichersysteme/alternative-energystorage-systems, Magna Steyr AG & Co KG, Liebenauer Hauptstraße 317, 8041 Graz, Österreich.
  • Für den Transport werden Träger zur Aufnahme und Sicherung der Druckspeicher verwandt.
  • Speichertanks werden zur Überwachung des Gasdrucks mit Gas-Drucksensoren ausgestattet und überwacht.
  • Zur Überwachung des Belastungszustandes eines Druckspeichers aus transparent gehaltenem Faserverbundwerkstoff werden Sensoren direkt in das Faserverbundbauteil laminiert und integriert. Quelle: Die Recherche nach Überwachungssystemen für Druckspeicher ergab folgendes Ergebnis. In der DE 10 2006 035 274 B4 ist ein Faserverbundbauteil, beispielsweise ein Druckbehälter mit mindestens einer Sensoreinheit beschrieben, die im Bauteil zwischen den Faserverbundlagen vollständig integriert ist. Die DE 10 2005 009 823 B4 beschreibt ein System für gasförmigen Treibstoff für Kraftfahrzeuge mit einem Speichertank und Drucksensor zur Überwachung des Drucks in dem Speichertank und einem Controller zum Empfang des Gasdrucksignals. In der EP 1 428 089 B1 und EP 1 669 830 A2 werden ein Überwachungssystem für einen Druckbehälter, der eine Hilfsvorrichtung und einen Sensor hat und der funktionell in dem Druckbehälter angeordnet ist, beschrieben.
  • Druckspeichersysteme und Druckspeicher der Typen I, II, III, IV und V zur Gas- und Wasserstoffspeicherung für die Anwendungsgebiete Kraftfahrzeuge, Schienenfahrzeuge, Wasserfahrzeuge, Flugzeuge, Industrie und Medizin sind bekannt. Beschädigte und fehlerhafte Bauteile mindern die Sicherheit von Druckspeichersystemen und Druckspeichern. Die Einflussfaktoren sind sehr unterschiedlich, umfassend und betreffen die Sicherheit insbesondere von Personen aber auch von Sachen.
  • Problematisch bei der Verwendung von Druckspeichersystemen ist die Summe möglicher Einflüsse die auf das hochbelastete und sicherheitsrelevante System wirken können, bei gleichzeitiger Bauraum- und Gewichtsminimierung. Insbesondere in Flugzeugen und Fahrzeugen werden Druckspeichersysteme unter unterschiedlichsten Umweltbedingungen genutzt und unterliegen vielen Einflüssen. Druckspeichersysteme werden stark beansprucht und die Lastfälle unterscheiden sich in der Anwendung. Nicht alle dieser Einflüsse und Lastfälle sind bekannt oder können eindeutig spezifiziert werden.
  • Druckspeichersysteme für Fahrzeuge und Flugzeuge sind so beschaffen, dass einem Maximum an Kraftstoffvolumen ein Minimum an Behältergewicht und -größe gegenübersteht. Die Notwendigkeit zur effizienten Nutzung von Fahrzeugen und Flugzeugen führt zur fortlaufenden Struktur- und Gewichtsoptimierung der Druckspeichersysteme und verhält sich zwangsläufig ambivalent zu dem Ziel hoher Sicherheit. Zwar können Druckspeichersysteme hinsichtlich definierter Randbedingungen und Lasten optimiert und vermeintlich sicher ausgeführt werden, ungeplante, unerwartete, überraschende und außergewöhnliche Einflüsse und Bedingungen werden jedoch nicht ausreichend berücksichtigt. Mögliche Betriebsmodi können angenommen werden. Insbesondere die Herstellung, die Beanspruchung, Nutzung, Materialermüdung und - kombinationen, Alterung, Umwelteinflüsse, Wartung, ungeplante Situationen und Sonstiges stellen hohe Anforderungen und ein Restrisiko dar. Der wesentlichste Punkt ist die Erfüllung der Sicherheit. Inspektions- und Wartungsintervalle können diese Problematik nur unzureichend lösen. Im Design von Druckspeichersystemen für Kraftfahrzeuge ist zu beachten, dass die Betreiber von Fahrzeugen im allgemeinen keine Kenntnis im Umgang mit Gas und Wasserstoff haben. Dies bedingt die Entwicklung neuer Sicherheitskonzepte, die alle erdenklichen Situationen im Betrieb eines Fahrzeuges berücksichtigen. Dies bedingt die Entwicklung neuer Sicherheitskonzepte, die alle erdenklichen Situationen im Betrieb eines Fahrzeuges berücksichtigen. Allerdings sind die Gefährdungen wegen der derzeit nur beschränkten Anwendung teilweise noch unbekannt. Einerseits ist der Betankungsvorgang und der Umgang mit dem Druckspeichersystem bei Wartung und Reparatur relevant. Von besonderer Bedeutung ist das sichere Verhalten von Gas- und Wasserstoff-Druckspeichersystemen bei Fahrzeugunfällen, Kontakt oder Kollisionen und die Beständigkeit gegen äußere Einflüsse. Auch die Schadenstoleranz bei Transport, Handhabung und der Montage ist zu berücksichtigen. Die Hochentzündlichkeit der Gase und des Wasserstoffes sowie seine Eigenschaft, explosives Knallgas zu bilden, gilt es technisch zu berücksichtigen.
  • Die Druckspeicher der Typen II, III und IV bestehen zum Teil oder ganz aus einer Composite-Umwickelung. Die Fasern sind bspw. in einer duromerischen oder thermoplastischen Kunststoffmatrix eingebettet sind. Hochleistungsfähige und hochbeanspruchbare Fasern wie Kohlenstoff-, Keramik-, Glas- oder Basaltfasern haben ein sprödes Bruchverhalten und einen anderes Wärmedehnungsverhalten als die Liner aus Metall oder Kunststoff. Werkstoffbedingt ergeben sich bei den Kunststoffen Grenzen hinsichtlich ihrer Beständig- und Belastbarkeit. Die Matrixsysteme sind folglich nur begrenzt mechanisch, thermisch und chemisch belastbar. Die Einsatztemperatur muss sich in engen Grenzen bewegen, da sonst die Materialeigenschaften wesentlich verändern. Niedrige Temperaturen neigen zur Versprödung und zu hohe Temperaturen über die Glasübergangstemperatur zum deutlichen Abbau der Festigkeits- und Steifigkeitswerte. Auch kann der Matrixwerkstoff bleibend geschädigt werden. Gleiches gilt für Kunststofffasern wir beispielsweise Aramid. Die Compositewerkstoffe mit den Hochleistungsfasern der Druckspeicher sind stark stoß- und bruchempfindlich und stellen ein Sicherheitsrisiko dar. Überlastungen, Stöße und Einschläge, sogenannte Impacts, auf die Fasern, den Verbundwerkstoff oder Schichtverbund können zu schwer detektierbaren Faserbrüchen und Delaminationen führen.
  • Zusätzlich sind Schädigungen des Materials nur im ausgebauten Zustand, mit hohem technischen Aufwand und durch Fachpersonal zuverlässig detektierbar. Ebenfalls ist das Wissen darüber, ob, wann und wo genau eine kritische Situation auf das Druckspeichersystem gewirkt und zu einer Überbeanspruchung geführt hat oder die zulässigen Lastzyklen herabsetzt werden müssen, möglicherweise unbekannt. Die sind nicht erkennbare und kritische Situationen. Beispielsweise kann ein unsachgemäßer Transport oder Einbau bereits eine solche Situation herbeiführen. Auch Kollisionen, Schnittverletzungen, aufprallende Gegenstände, das Aufliegen des Fahrzeuges und vieles mehr kann bis zur planmäßigen Inspektion unentdeckt bleiben.
  • Neben dem Druckspeicher sind zusätzlich Anschlusskomponenten wie Ventile, Verrohrungen, Messtechnik, Energie- und Signalleitungen sicherheitsrelevant. Das gesamte Druckspeichersystem mit seinen Komponenten ist sicherheitsrelevant. Zuvor genannte Schädigungen durch ungewöhnliche Situationen oder unsachgemäßen Umgang kann neben den Druckspeicher auch die übrigen Bauteile des Druckspeichersystems und die Schnittstellen schädigen.
  • Werden Druckspeichersysteme wie beispielsweise Atemluftflaschen bei Übungen oder im Einsatz fallen gelassen oder erhalten sie aus anderen Gründen einen harten Schlag, so kann dies unter bestimmten Umständen dazu führen, dass das Druckventil - eventuell auch erst zu einem späteren Zeitpunkt - unvorhergesehen abbricht. Dies kann zu einer Absprengung des Ventilbereichs eines Druckspeichersystems führen. Auch können Kunststoffliner in Brand geraten und der Druckspeicher kann als Folge der Temperaturerhöhung bersten. Druckspeichersysteme sind nach kritischen Situationen sofort aus dem Verkehr zu ziehen, vorsichtig zu leeren und einer Untersuchung auf Wiederverwendbarkeit zu unterziehen. Umwelteinflüsse und ungeeignete Reinigungsmittel können beispielsweise die Druckspeicher mit Compositeumwicklung signifikant schädigen und den Berstdruck und Lebensdauer reduzieren. Auch das Langzeit- und Korrosionsverhalten ist zu berücksichtigen. Wechselnde Temperaturen und Luftfeuchtigkeit haben Einfluss auf den Werkstoff und kann zu Feuchtigkeitsablagerungen, Quelldehnungen, Frostschäden und Korrosionen führen. Auch die Kombination unterschiedlicher Materialien, verschiedenem Ausdehnungs- und Korrosionsverhalten ist insbesondere bei Flug- und Fahrzeugen, die stark wechselnden Umwelteinflüssen ausgesetzt sind, zu berücksichtigen.
  • Druckspeicher des Typ II, III und IV sind aufgrund der Bauweise und Materialien als besonders gefährdet anzusehen. Die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von kritischen Fehlern ist in einem akzeptierbaren Niveau zu bringen. Grundsätzlich sollten für Passagiere und andere Personen die Risiken beim Umgang mit gas- oder wasserstoffbetriebenen Fahrzeugen nicht größer sein als die Risiken bei konventionellen Fahrzeugen. Daher müssen kritische Situationen verhindert, Druckspeichersysteme überwacht, Situationen erkannt, kritische Situationen detektiert und dokumentiert werden. Vor diesem Hintergrund ist es vorteilhaft die W-Fragen, was, wo, wann, wie, warum und weshalb zur Überwachung und zur Analyse der Druckspeicher zu erfassen. Es gilt die Anforderungen an Druck- und Zeitfestigkeit, Beständigkeit, Crashsicherheit, Schadenstoleranz für einen sicheren Gebrauch zu erfüllen und Lastzyklen aus Betankung und äußere Einflüsse zu erfassen und zu dokumentieren. Die Druckspeichersysteme sollten über die gesamte Prozesskette und den Produktlebenszyklus überwacht werden. Hierdurch können besonders leichte, zuverlässige und sichere Druckspeicher realisiert werden. Druckspeichersysteme finden, durch Gefahren und Unfälle die von ihnen ausgehen, nur eingeschränkte Akzeptanz.
  • Problematisch bei den bekannten Schutzhüllen für Druckspeicher ist, dass diese nur einen begrenzten Schutz gegen äußere Belastungen und Einflüsse aufweisen. Derartige Schutzhüllen schützen nicht ausreichend vor kritischen Situationen und Schädigungen durch äußere Belastungen und Situationen werden nicht erfasst, ausgewertet und dokumentiert. Die Schutzmaßnahmen schützen lediglich einen Teil des Druckspeichersystems und dies in unzureichendem Maße.
  • Bei Fahrzeugen werden Druckspeichersysteme auch vollkommen und zumindest bereichsweise ungeschützt eingesetzt. Die aus der Recherche bekannten Systeme erfassen den Innendruck des Druckspeichers und nutzen die Daten zur Weiterverarbeitung. Derartige System erkennen den Gasdruck und können Aussagen zur inneren Belastung und den Druckverlauf machen. Die Situationen, Einflüsse und Bedingungen, welche von außen auf das Druckspeichersystem wirken, werden nicht erfasst. Es werden keine Kennwerte durch äußere Einflüsse, zur Situationserfassung oder zur Beurteilung der Schädigung und Lokalisierung der Situation erfasst, verarbeitet, ausgewertet und mit den Struktureigenschaften verglichen.
  • Das aus der Recherche bekannte System, welches als transparenten Druckbehälter als Faserverbundbauteil, mit mindestens einer Sensoreinheit mit Dehnungssensor beschrieben wird, die im Bauteil zwischen den Faserverbundlagen vollständig integriert ist und Schädigungen erfassen kann, ist für Druckspeichersysteme der Typen I, II, III, IV und V mit C-Fasern sowie für viele etablierte Druckspeicher ungeeignet. Ein derartiges System schränkt sich auf transparente Druckspeicher und zusätzlich auf Faserverbundbauteile ein. Der Sensor ist ein strukturfremdes Element und stellt eine Fehlstelle dar. Ein derartiges System ist im Werkstoff integriert und kann keine äußeren Situationen direkt und präzise erkennen. Auch ist eine genaue Lokalisierung nicht möglich. Durch die Einbettung der Sensoreinheit können nur Kennwerte aus dem Werkstoffinneren erfasst werden. Die Erfassung von Randschichtereignissen ist nicht möglich. Mechanische, chemische und thermische Belastungen können auch hier die Druckspeichersysteme kritisch schädigen und unerkannt bleiben. Das beschriebene System kann kein Gesamtsystem überwachen.
  • Die genannten Maßnahmen verhindern nicht, dass das Druckspeichersystem den unterschiedlichsten Temperatur- und Umwelteinflüssen ausgesetzt ist. Mechanische, chemische und thermische Belastungen können die Druckspeichersysteme kritisch schädigen und unentdeckt bleiben. Insbesondere die Eigenschaften der Composites und der Werkstoffverbunde mit der geringen Schadenstoleranz gegen Stöße, Kollisionen, Schnitte, Temperatur- und Feuchtigkeitseinwirkung werden nicht ausreichend berücksichtigt. Unerkannte Situationen vor und nach den planmäßigen Inspektions- und Wartungsintervallen stellen ein Sicherheitsrisiko dar. Gleiches gilt für Druckspeichersysteme, die durch die Fahrzeugstruktur oder zusätzliche Schutzbleche und Gestelle geschützt werden. Für den Transport derartiger Druckspeicher werden Träger zur Aufnahme und Sicherung verwandt und stellen vergleichbare Risiken schon vor dem Einbau dar. Das Druckspeichersystem bleibt, bei den derzeitigen Maßnahmen nach einer Einzeldruckprüfung bis zum nächsten Service- und Wartungsintervall, unbeobachtet. Schädigende und kritische Situationen während des Transportes, der Lagerung, Montage und Nutzung bleiben zwangsläufig unerkannt. Die Situationen, Einflüsse und Bedingungen, welche auf das Druckspeichersystem wirken, werden nicht erfasst. Es werden keine Kennwerte zur Situationserfassung oder zur Beurteilung der Schädigung und Lokalisierung der Situationen erfasst, verarbeitet, ausgewertet und mit den Struktureigenschaften verglichen.
  • Die derzeitigen Schutzmaßnahmen berücksichtigen ebenfalls nicht das gesamte Druckspeichersystem. Sicherheitsrelevante Teile wie Druckspeicher, Ventile und Anschlusskomponenten des Gesamtsystems werden nicht geschützt oder überwacht und stellen ein weiteres Sicherheitsrisiko dar. Die bisher bekannten Druckspeichersysteme und Druckspeicher weisen noch eine unbefriedigende Schadensdetektion und Sicherheit auf.
  • Aufgabenstellung
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lösung zu schaffen, die es ermöglicht, Situationen, die auf gattungsgemäße Druckspeichersysteme wirken, zu erfassen, lokalisieren, dokumentieren und auszuwerten.
  • Darstellung der Erfindung
  • Bei einem Druckspeichersystem der eingangs bezeichneten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Druckspeichersystem zumindest bereichsweise mit einer situationserfassenden Hülle, die zumindest bereichsweise mindestens einer eine fest zu den Bauteilen verbundenen Außenoberfläche bildenden Schicht mit piezoresistiven Eigenschaften aus einem Widerstandswerkstoff mit Kontaktierung (elektrischer Kontaktierung), aufweist. Hierdurch werden Last, Druck, Dehnung und Temperatur, die auf das Druckspeichersystem wirken, erfasst, dokumentieren und ausgewertet. Die resistive Schicht der Außenoberfläche reagiert auf Druck-, Zug-, Kraft-, Dehnungs- und Temperatureintrag, wodurch sich der elektrische Widerstand messbar ändert. Zur Kontakt- und Schnitterkennung, Lastidentifikation und Impactdetektion wird der Widerstand gemessen und ausgewertet. Es kann eine zeitweise und permanente Überwachung wie auch eine Ruhezustandsüberwachung erfolgen. Die situationserfassende Hülle ist fest mit den Bauteilen verbunden und kann Bereiche der äußeren Oberfläche einzelner Bauteile, die gesamte äußere Oberfläche einzelner Bauteile und ebenfalls das gesamte Druckspeichersystem umfassen. Dadurch, dass das System variabel auf Oberflächen aufgebracht werden kann, ist der Umfang der Überwachung anpassbar. Das System kann flexibel an die Form und Größe der Bauteile angepasst werden. Durch die elektronische Datenerfassung kann die Auswertung digital erfolgen und grafisch ausgewertet werden. Das System ermöglicht eine schnelle und zuverlässige Kontakt- und Lasterkennung mit hohem Sicherheitsstandard. Zur Außenoberfläche hin entstehen die meisten kritischen Ereignisse. Randschichtereignisse werden mit diesem System direkt auf der äußeren Oberfläche erfasst und ermöglichen eine hohe Schnelligkeit, Präzision und Zuverlässigkeit. Das System ist unabhängig von dem Typ und den Werkstoffen des Druckspeichers anwendbar. Beim Integrieren von Sensoren in ein Laminat ist dies nicht der Fall. Die feste Anbindung zu den Bauteilen garantiert einen hohen Manipulationsschutz. Durch den Widerstandswerkstoff und der festen Anbindung können neben Last, Druck auch Dehnungen und Temperaturmessungen erfasst werden. Die innendruck belasteten Bauteile werden je nach Druck und Zustand unterschiedlich gedehnt. Durch die Erfassung der Dehnung auf der äußeren Oberfläche der Bauteile können Rückschlüsse auf den bestehenden Innendruck, Druckzyklen, dem Materialverhalten und Veränderungen erkannt werden. Die piezoresistive Schicht kann bei einer hohen Empfindlichkeit selbst schwache Ereignisse aber anderseits auch hohe und dynamische Belastungen bei geeigneter Auslegung der Signalführung und - verarbeitung erfassen. Das Überschreiten von Lasten bedingt einen Lastanstieg und wird zuverlässig vor einem Versagen erkannt. Die situationserfassende Hülle ist robust und kann zusätzlich mit einem Schutz ausgestattet werden. Dieser Schutz kann weiterhin der Abminderung von Ereignissen auf das Druckspeichersystem dienen.
  • Des Weiteren wird die oben stehende Aufgabe durch eine besonders flexible Art ein Druckspeichersystem mit einer Überwachung auszustatten oder nachzurüsten, und den Überwachungsraum zu erweitern, dadurch gelöst, dass das Druckspeichersystem zumindest bereichsweise mit einer situationserfassenden und trennbaren Hülle, die mindestens eine Oberfläche bildendende Schicht mit piezoresistiven Eigenschaften aus einem Widerstandswerkstoff mit Kontaktierung (elektrischer Kontaktierung) aufweist, umgeben ist.
  • Aufgrund der Innendruckbelastung ist eine Ausgestaltung des Druckspeichersystems sinnvoll, so dass das Druckspeichersystem eine situationserfassende Hülle, die zumindest bereichsweise mindestens einer eine fest zum Bauteil verbundenen Innenoberfläche bildenden Schicht mit piezoresistiven Eigenschaften aus einem Widerstandswerkstoff mit Kontaktierung (elektrischer Kontaktierung), aufweist. Dies ist vorteilhaft, wenn nicht nur der Innendruck, sondern die tatsächliche Belastung der inneren Oberfläche von Bedeutung ist, die zusätzlich einer Dehnung und Temperaturänderung ausgesetzt ist.
  • Wechselnde Umwelteinflüsse können Kunststoffe, durch eingedrungene Feuchtigkeit in Kombination mit Frost, schädigen. Anderseits brechen bei bereits relativ niedrigen Temperaturen, beim Überschreiten der Glasübergangstemperatur von Polymeren, die Werkstoffkennwerte ein. Dies ist bei der Matrix der hochbelasteten CompositeUmwicklung der Fall. Dieser Nachteil tritt bei metallischen Druckbehälter erst bei wesentlich höheren Temperaturen auf. Aufgrund der begrenzten Umwelt- und Temperaturbeständigkeit und dem damit bedingten Einbruch mechanischer Werkstoffkennwerte ist es von Bedeutung, die Temperatur direkt an der Oberfläche zu überwachen, so dass die Erfindung in Ausgestaltung sich weiterhin durch eine situationserfassende Hülle, die zumindest bereichsweise mindestens einer eine Oberfläche bildenden Schicht mit thermoresistiven Eigenschaften mit Kontaktierung (elektrischer Kontaktierung), auszeichnet.
  • Um Feuchtigkeit beispielsweise durch Kondensation direkt an der Oberfläche zu erfassen und Korrosionen, Quelldehnungen und durch Feuchtigkeit bedingte Frostschäden zu vermeiden, zeichnet sich die Erfindung in Ausgestaltung weiterhin dadurch aus, dass das Druckspeichersystem mit einer situationserfassenden Hülle mit Kontaktierung (elektrischer Kontaktierung), die zumindest bereichsweise mindestens einer eine Oberfläche bildenden Schicht mit feuchtigkeitsdetektierenden Eigenschaften, aufweist.
  • Für den Fall eines Gasaustritts ist eine schnelle Detektion sicherheitsrelevant, so dass eine erfindungsgemäße Ausgestaltung ein Druckspeichersystem mit einer situationserfassenden Hülle mit Kontaktierung (elektrischer Kontaktierung), die zumindest bereichsweise mindestens einer eine Oberfläche bildenden Schicht mit gasdetektierenden Eigenschaften, aufweist.
  • Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung, die die Erfindung hervorbringt, ist die Positionserfassung in Form einer ortsauflösenden Erfassung von Kennwerten wie Last, Druck, Temperatur und Dehnung auf der Oberfläche. Mit der Strukturierung der piezoresistiven und detektierenden Schichten mit Kontaktierung (elektrischer Kontaktierung) beispielsweise in Form von Bahnen, Lamellen, Netzen, Gitter, Geweben oder Matrixstrukturen mit Kreuzungspunkten kann nicht nur ein Ereignis erkannt, sondern zusätzlich die Kontaktpositionen, flächige und sogar räumliche Druck- und Lastverteilungen, für die Oberflächen-, Strukturzustandsüberwachung, der Ereignis-, Schadens- und Kontakterkennung erfasst werden. Die Auflösung und Gestaltung der resistiven und detektierenden Strukturen kann an die Anwendung angepasst werden. Die Erfindung sieht daher eine Ausgestaltung vor, die dadurch gekennzeichnet ist, dass mindestens eine Oberfläche bildendende Schicht der situationserfassenden Hülle des Druckspeichersystems, eine Struktur, und eine Kontaktierung, aufweist.
  • Um eine Regelung, Steuerung und Signalverarbeitung für das Druckspeichersystem zu ermöglichen und aufgrund der umfangreichen Datenerfassung ist es besonders zweckmäßig, wenn die Erfindung in ihrer Ausgestaltung, mindestens eine Energieversorgung, Signalführung, einen Prozessor zur Signalverarbeitung und Software zur Verarbeitung sowie Visualisierung des Druckspeichersystems und ortsauflösenden Darstellung, aufweist. Die Oberflächen bildenden, piezoresistiven und detektierenden Schichten, der situationserfassenden Hülle mit Kontaktierung (elektrischer Kontaktierung) erfassen und liefern umfangreiche Kennwerte zu Druck, Last, Dehnung, Temperatur und Feuchtigkeit mit einer Ortsauflösung. Situationen, Belastungen, Ereignisse und Schäden können ausgewertet und den Positionen auf dem Druckspeichersystem zugeordnet werden. Diese Ausgestaltung lässt die Visualisierung von Kontaktverläufen, Bewegungen, Lastenverteilungen, Schwingungen, Stößen und mechanische Belastungen, Dehnungsverteilungen, Feuchtigkeits- und Temperaturverteilungen, Kollisionsverläufe und direkte Befehlseingaben über die Oberfläche zu. Über eine Zeitkoppelung können Belastungszyklen, Schadensverläufe analysiert und eine Situations- und Ereignisdokumentation realisiert werden. Service- und Wartungsintervalle können situationsgerecht angepasst werden. Das Druckspeichersystem wird digitalisiert, Situationen und Ereignisse werden elektronisch erfasst und digital ausgewertet. Erfasste Situationen können zur Steuerung- und Regelung und für zustandsgerechte Service- und Wartungsintervalle genutzt werden.
  • Um eine zeitweise und permanente Überwachung des Druckspeichersystems oder von Bauteilen und Bereichen auch im Ruhezustand, bei Transport, Lagerung und Einbau sowie bei fehlender Energieversorgung zu ermöglichen, weist das Druckspeichersystem gemäß der Ausgestaltung der Erfindung, eine zumindest zeitweise autarke Energieversorgung der resistiven und detektierbaren Schichten mit Kontaktierung (elektrischer Kontaktierung)und Elektronik über einen Energiespeicher, auf.
  • Besonders wichtig ist die Überwachung mit einer situationserfassenden Hülle bei hochbelasteten Druckspeichern mit Composite-Umwickelung. Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht daher vor, dass der Druckspeicher mindestens bereichsweise einen Faserverbundwerkstoff, aufweist.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung, die flexibel an das Druckspeichersystem angepasst wird, die die Erfindung hervorbringt ist, dass der Oberflächen bildende Schichtverbund mit integrierter Sensorik als piezoresistiver Sensor der situationserfassenden Hülle des Druckspeichersystems, mindestens eine leitfähige Polymerverbund-Schicht aus Widerstandswerkstoff, eine Strukturierung mit Kreuzungspunkten der Elektroden, einen Spannungsteiler an dem der elektrische Widerstand gemessen und die Kontaktposition erfasst wird, und mindestens eine Schutzschicht, aufweist.
  • Des Weiteren wird die oben stehende Aufgabe besonders gut durch ein Verfahren zur Herstellung eines Druckspeichersystem mit Überwachung gelöst. Dieses Verfahren ermöglicht neben der wirtschaftlichen Herstellung kompakter und robuster Oberflächen bildende Schichten eine sehr feine komplexe Strukturierung und Kontaktierung auf selbst 3D-Formen. Die Erfindung sieht daher auch ein Verfahren zur Herstellung eines Druckspeichersystems mit Überwachung vor, die dadurch gekennzeichnet ist, dass zumindest Teile des Druckspeichersystems mindestens bereichsweise und zeitweise abgedeckt und anschließend schrittweise die piezoresistiven, thermoresistiven, gasdetektierenden und feuchtigkeitsdetektierenden Dünnschichten aus der Gasphase direkt auf das Bauteil, mit einer Dicke der Einzelschichten im Bereich von einem Nanometer bis vierhundert Mikrometer, aufgetragen werden, derart, dass mindestens eine Schicht eine Struktur bildet welche kontaktiert (elektrische kontaktiert) wird.
  • Besonders geeignet ist das Druckspeichersystem mit situationserfassender Hülle für den mobilen Einsatz in Kraftfahrzeugen, denn die Druckspeichersysteme unterliegen hier besonderen Herausforderungen. Die Speicherung von Gasen und Wasserstoff erfolgt hauptsächlich komprimiert bei sehr hohem Druck. Dies stellt eine große Herausforderung an die Entwicklung und Sicherheit derartiger Kraftstoffspeichersysteme dar, so dass die Erfindung zur Lösung der oben genannten Aufgabe weiterhin eine Verwendung eines Druckspeichersystems in einem Kraftfahrzeug, zur Speicherung von Kraftstoff, insbesondere Gas und Wasserstoff, vorsieht, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Druckspeicher einen Innendruck von 180 bis 1250 bar, aufweist.
  • Schließlich ist die Überwachung auch besonders gut einzusetzen bei atmosphärischen Drücken und Vakuum und erfolgt gemäß der Aufgabe dadurch, dass bei einem Druckspeichersystem mit situationserfassender Hülle, der Druckspeicher insbesondere ein Behälter für atmosphärischen Druck und Vakuum mit mindestens einer verschließbaren Öffnung, ist. Die Ausführung weist bei Behältern wie Tanks, Fässer, Tresore, Verpackungen und Container, zur Sicherung, Lagerung und dem Transport von Stoffen, eine situationserfassende Hülle auf. Eine weitere Ausführung der Behälter mit situationserfassender Hülle betrifft Kastorbehälter für die Lagerung und den Transport von atomar strahlenden Stoffen. In einer weiteren Ausführung weist die Erfindung ein Batteriegehäuse mit einer situationserfassenden Hülle auf.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung ist, die situationserfassende Hülle als Außenoberfläche bildende Schicht mit piezoresistiven Eigenschaften aus einem Widerstandswerkstoff als Leiter ρ<100Ω·mm2/m bei T=20°C oder bevorzugt als Halbleiter ρ=100 bis 1012 Ω·mm2/m bei T=20°C auszubilden.
  • Besonders geeignet ist das Druckspeichersystem mit Überwachung, wenn mindestens eine Oberfläche bildendende Schicht der situationserfassenden Hülle des Druckspeichersystems, eine Struktur mit einer Teilung von 0,01 bis 100mm, bevorzugt 2 bis 25mm, aufweist.
  • Indem das Druckspeichersystem ein zeilen- und spaltenweises Auslesen der situationserfassenden Struktur bei 1 bis 1000 Hz, bevorzugt bei ≤ 100 Hz ermöglicht, kann das System überwacht werden.
  • Das Druckspeichersystem mit Überwachung ist mit einer Flächenabdeckung der Druckspeicheraußenflächen von ≥30% der situationserfassenden Hülle als Außenoberfläche bildende Schicht besonders geeignet.
  • Durch eine Verbindung mit dem Bordnetz von Fahrzeugen und Nennspannungen von ≤ 420V, bevorzugt von ≤ 48V kann die situationserfassende Hülle mit Energie versorgt werden und interagieren.
  • Des Weiteren ist die Überwachung besonders geeignet für Druckspeicher vom Typ 1 bis 5, bevorzugt von Typ 3 und Typ 4.
  • Das Druckspeichersystem mit Überwachung, bietet sich für einen Druckspeicher an, der ein Volumen von ≤ 100.000 dm3, bevorzugt von 5 dm3 bis 1.000 dm3, aufweist.
  • In einer Ausgestaltung weist das Druckspeichersystem mit Überwachung eine situationserfassende Hülle aus mindestens einer polymeren Schicht und mindestens einer Leiterschicht mit ρ<100Ω·mm2/m bei T=20°C oder Halbleiterschicht mit ρ=100 bis 1012 Ω·mm2/m bei T=20°C, auf.
  • Schließlich ist die Überwachung auch besonders gut einzusetzen für den Einsatz, Transport, die Handhabung und die Lagerung von Fahrzeugen, Fahrzeugbaugruppen und Transportvorrichtungen.
  • Die Überwachung ist schließlich auch besonders gut einzusetzen für den Transport, Einsatz, die Handhabung und Lagerung von Waffen, Munition und Waffensystemen und erfolgt gemäß der Aufgabe dadurch, dass das Druckspeichersystem bestehend aus Druckspeicher und Anschlußkomponenten durch Waffen, Munition und Waffensysteme in Form von Treibladungen, Patronen, Sprengköpfen, Granaten, Raketen, Flugkörpern, Lenkwaffen, Bomben, Torpedos, Gefechtsköpfe, Schusswaffen, Minen sowie atomare, chemische und biologische Kampfstoffe oder Waffen substituiert wird. Durch die Anwendung auf Waffen, können die Lagerung der Transport, der Zugriff, Kontakt, Lager- und Transportsituationen, der Zustand und die Nutzung überwacht werden. Die Ausführungen können um ein System zur Ortsbestimmung und zum Datenaustausch ergänzt werden.
  • Vorteile der Erfindung
  • Ein solches Druckspeichersystem mit Überwachung ermöglicht eine zeitweise und permanente Überwachung der Situationen auf der Oberfläche. Es können Situationen überwacht und kritische Ereignisse mit der Schadenstoleranz der Bauteilstrukturen verglichen werden. Die Strukturierung der resistiven und detektierenden Schichten lässt eine Auflösung und Lokalisierung der Situationen zu. Mit einer zeitlichen Koppelung können selbst umfangreiche Ereignisse digital erfasst und dargestellt werden. Die Erfindung ermöglicht eine kompakte und leichte Zustandsüberwachung hinsichtlich der Größe, Position, des Bereiches und Verlaufes der Belastungen mit präziser Lokalisierung und Dokumentation sämtlicher mechanischer Ereignisse. Dieses Überwachungssystem erkennt Ereignisse wie Impact, Schnitte, Kontakte, Drücke, Kontaktpositionen, Berührungen, Druck- und Kollisionsbereiche. Das System ist weiterhin in der Lage neben den äußeren Belastungen auch das Bauteilverhalten als Auswirkung von Beanspruchungen, Alterung, Materialermüdung und Überlast der Bauteile ortsauflösend über die Dehnung zu erfassen und auszuwerten. Das System kann komplexe Auswertungen des Bauteilzustandes, der Situationen, Ereignisse und Dehnungen visuell darstellen und klassifizieren. Die Situationen können ausgewertet und dokumentiert werden. Die Digitalisierung des Druckspeichersystems ermöglicht schadens- und ereignisabhängige Service- und Wartungsintervalle, trägt zur Erhöhung der Sicherheit und Reduzierung des Gewichtes bei.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung weist das Druckspeichersystem zumindest bereichsweise eine situationserfassende Hülle, die zumindest bereichsweise mindestens einer eine fest zu den Bauteilen verbundenen Außenoberfläche bildenden Schicht mit piezoresistiven Eigenschaften aus einem Widerstandswerkstoff mit Kontaktierung (elektrischer Kontaktierung), auf. Vorteil dieser Ausführung ist, dass die feste Schicht mit piezoresistiven Eigenschaften die Situationen auf der äußeren Oberfläche zur Überwachung erfasst und kritische Ereignisse für den Druckspeicher wie Impact, Schnitte, Kontakte, Kollisionen und Druck detektiert. Die feste Hülle kann neben äußere Belastungen auch Dehnungen der Außenhaut erfassen und so Informationen zum Innendruck, der Belastung und dem Zustand der Bauteile liefern. Die Daten der situationserfassenden Hülle können weitergeleitet und verarbeitet werden. Die Hülle ist sicher mit dem Druckspeichersystem verbunden und zugeordnet.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Druckspeichersystem zumindest bereichsweise mit einer situationserfassenden und trennbaren Hülle, die mindestens eine Oberfläche bildendende Schicht mit piezoresistiven Eigenschaften aus einem Widerstandswerkstoff mit Kontaktierung (elektrischer Kontaktierung) aufweist, umgeben. Vorteil dieser Ausführung ist, dass die situationserfassende Hülle trennbar zum Druckspeichersystem ist. Die situationserfassende Hülle kann losgelöst vom Druckspeichersystem hergestellt und nachgerüstet werden. Die Schicht mit piezoresistiven Eigenschaften erfasst die Situationen auf der äußeren Oberfläche zur Überwachung und kritische Ereignisse für den Druckspeicher wie Impact, Schnitte, Kontakte, Kollisionen und Druck. Die trennbare Hülle kann neben äußere Belastungen auch Dehnungen der Außenhaut erfassen und so Informationen zum Innendruck, der Belastung und dem Zustand der Bauteile liefern. Die Daten der situationserfassenden Hülle können weitergeleitet und verarbeitet werden. Die Hülle ist wechsel-, tausch- und wartbar.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung weist das Druckspeichersystem eine situationserfassende Hülle, die zumindest bereichsweise mindestens einer eine fest zum Bauteil verbundenen Innenoberfläche bildenden Schicht mit piezoresistiven Eigenschaften aus einem Widerstandswerkstoff mit Kontaktierung (elektrischer Kontaktierung), auf. Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass die feste innere Schicht mit piezoresistiven Eigenschaften die Situationen im Bauteilinneren zur Überwachung erfasst und Druck detektiert. Die innere Hülle kann neben innere Belastungen auch Dehnungen der Innenhaut des Druckspeichers erfassen und so Informationen zu der Belastung und dem Zustand der Bauteile liefern. Die Daten der situationserfassenden Hülle können weitergeleitet und verarbeitet werden. Die Hülle ist fest mit dem Druckspeichersystem verbunden und zugeordnet.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung weist das Druckspeichersystem eine situationserfassende Hülle, die zumindest bereichsweise mindestens einer eine Oberfläche bildenden Schicht mit thermoresistiven Eigenschaften und Kontaktierung (elektrischer Kontaktierung), auf. Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass die thermoresistive Schicht schnell und direkt auf der Oberfläche des Druckspeichers Informationen zur Temperaturbelastung liefert. So können Umwelteinflüsse, kritische Veränderungen und die Gefahr von Materialschädigungen erfasst werden. Die Daten der situationserfassenden Hülle können weitergeleitet und verarbeitet werden.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung weist das Druckspeichersystem mit einer situationserfassenden Hülle, die zumindest bereichsweise mindestens einer eine Oberfläche bildenden Schicht mit feuchtigkeitsdetektierenden Eigenschaften und Kontaktierung (elektrischer Kontaktierung), auf. Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass die feuchtigkeitsdetektierende Schicht schnell und direkt auf der Oberfläche des Druckspeichers Informationen zur Feuchtigkeitsbelastung liefert. So können Umwelteinflüsse, kritische Veränderungen und die Gefahr von Quelldehnungen, Frostschäden oder Korrosion erfasst werden. Die Daten der situationserfassenden Hülle können weitergeleitet und verarbeitet werden.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung weist das Druckspeichersystem eine situationserfassende Hülle, die zumindest bereichsweise mindestens einer eine Oberfläche bildenden Schicht mit gasdetektierenden Eigenschaften und Kontaktierung (elektrischer Kontaktierung), auf. Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass die gasdetektierende Schicht schnell und direkt auf der Oberfläche des Druckspeichers Informationen zur Gasbelastung liefert. So können Leckagen, kritische Veränderungen und die Gefahr von Explosionen erfasst werden. Die Daten der situationserfassenden Hülle können weitergeleitet und verarbeitet werden.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung weist mindestens eine Oberfläche bildendende Schicht der situationserfassenden Hülle des Druckspeichersystems, eine Struktur, und eine der Struktur zugeordneten Kontaktierung (elektrische Kontaktierung), aufweist. Besonderer Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass die Struktur eine ortsauflösende Erfassung der Situationen auf der äußeren Oberfläche erfasst und kritische Ereignisse für den Druckspeicher wie Impact, Schnitte, Kontakte, Kollisionen und Druck lokalisiert. Die Struktur ermöglicht auch die Erfassung von Kontakt- und Belastungsbereichen. Durch die zeitliche Datenverlaufserfassung können Belastungssituationen und - verläufe erfasst werden. Die Struktur kann neben ortsauflösenden äußeren Belastungen auch Dehnungen der Außenhaut in einer Auflösung liefern und so Informationen zum Innendruck, der lokalen Belastung und dem Zustand der Bauteile ortsauflösend liefern. Dies unterscheidet das System deutlich zu Systemen mit globaler und indirekter Erfassung. Die Daten der Kontaktpositionen und Belastungsbereiche können weitergeleitet und zur Last- und Zustandsüberwachung, Situations- und Ereignisdokumentation verarbeitet werden.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung weist das Druckspeichersystem eine situationserfassende Hülle, mindestens eine Energieversorgung, Signalführung, einen Prozessor zur Signalverarbeitung und Software zur Verarbeitung sowie Visualisierung des Druckspeichersystems und ortsauflösenden Darstellung, auf. Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass die Daten der situationserfassenden Hülle verarbeitet, zur Steuerung und Regelung genutzt, dargestellt, ausgewertet und dokumentiert werden können. Die Ausgestaltung dient weiterhin der online Überwachung, Zustands-, Wartungs- und Serviceberechnung.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung weist das Druckspeichersystem eine situationserfassende Hülle, eine zumindest zeitweise autarke Energieversorgung der resistiven und detektierbaren Schichten und Elektronik über einen Energiespeicher, auf. Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass die situationserfassende Hülle permanent und über den gesamten Produktlebenszyklus, unabhängig von einer externen Energieversorgung, eine Überwachung ermöglicht. Die Montage, der Transport, die Lagerung, der Einbau und Ausbau des Druckspeichersystems können permanent überwacht werden. Situationen, Ereignisse uns Schädigungen können so lückenlos erfasst und gespeichert werden.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung weist der Druckspeicher mindestens bereichsweise einen Faserverbundwerkstoff, aufweist. Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass Druckbehälter mit Verstärkungen aus Faserverbundwerkstoff durch die situationserfassende Hülle überwacht werden. Insbesondere Druckspeichersystemen mit Compositeumwicklung weisen eine geringe Schadenstoleranz gegen Impact, thermischer und chemischer Belastung, auf.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung weist der Oberflächen bildende Schichtverbund mit integrierter Sensorik als piezoresistiver Sensor der situationserfassenden Hülle des Druckspeichersystems, aus mindestens einer leitfähigen Polymerverbund-Schicht aus Widerstandswerkstoff, eine Strukturierung mit Kreuzungspunkten der Elektroden, einen Spannungsteiler an dem der elektrische Widerstand gemessen und die Kontaktposition erfasst wird, und mindestens eine Schutzschicht, auf. Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass der Schichtverbund mit integrierter Sensorik aus einer leitfähigen Polymerverbund-Schicht mit Kreuzungspunkten eine Ortsauflösung und große Flexibilität bietet.
  • Weiterhin bevorzugt werden in Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zumindest Teile des Druckspeichersystems mindestens bereichsweise und zeitweise abgedeckt und anschließend schrittweise die isolierenden, piezoresistiven, thermoresistiven, gasdetektierenden, feuchtigkeitsdetektierenden und schützenden Dünnschichten aus der Gasphase direkt auf das Bauteil, mit einer Dicke der Einzelschichten im Bereich von einem Nanometer bis vierhundert Mikrometer, aufgetragen, derart, dass mindestens eine Schicht eine Struktur bildet. Vorteil dieser Ausführung ist eine umfassende und hohe Auflösung mit schadenstoleranten Schichten auf engstem Bauraum. Komplexe Strukturierungen und Kontaktierungen können direkt auf das Druckspeichersystem oder Bestandteilen von diesem aufgebracht werden. Die Überwachung kann neben dem Druckspeicher selbst auf komplexe 3D-Strukturen etwa auf Anschlusskomponenten wie Ventile, Verschraubungen, Abdeckungen und Verrohrungen des Druckspeichersystems mit hoher Auflösung, besonders leicht und zuverlässig ausgeführt werden.
  • In einer weiteren Ausführung der Erfindung erfolgt die Verwendung eines solchen Druckspeichersystems in einem Kraftfahrzeug, zur Speicherung von Kraftstoff, insbesondere Gas oder Wasserstoff, das einen Innendruck von 180 bis 1250 bar aufweist. Vorteil dieser Ausführung ist, dass Druckspeicher für Kraftfahrzeuge mit Gas- oder Wasserstoff und einem hohen Innendruck ein erhöhtes Gefahrenpotential bieten. Die unterschiedlichsten Umwelteinflüsse, Situationen und Ereignisse können mit dem Druckspeichersystem mit Überwachung erfasst und die Sicherheit von Personen erhöht werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Druckspeichersystem für atmosphärischen Druck, insbesondere einen Behälter mit mindestens einer verschließbaren Öffnung und eine situationserfassende Hülle auf. Vorteil dieser Ausführung ist, dass Behälter unter atmosphärischen Druck mit ihren gespeicherten Inhalten überwacht werden können. Behälter sind mechanischen, thermischen und chemischen Einflüsse und äußeren Belastungen ausgesetzt. Schädigungen stellen ein hohes Sicherheitsrisiko dar und werden durch die situationserfassende Hülle erfasst.
  • Die vorgenannten sowie beanspruchten und in den Ausführungsbeispielen beschriebenen erfindungsgemäß zu verwendenden Bauteile unterliegen in ihrer Größe, Form, Gestaltung, Materialauswahl und technischen Konzeptionen keinen besonderen Ausnahmebedingungen, so dass die in dem Anwendungsgebiet bekannten Auswahlkriterien uneingeschränkt Anwendung finden können.
  • Figurenliste
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand von Zeichnungen erläutert, es zeigen:
    • 1: Druckspeichersystem mit bereichsweiser situationserfassender Hülle auf der Mantelfläche
    • 2: Druckspeichersystem mit situationserfassender Hülle auf der Mantelfläche
    • 3: Druckspeichersystem mit situationserfassender Hülle auf dem Druckspeicher
    • 4: Druckspeichersystem mit situationserfassender Hülle
    • 5: Druckspeichersystem mit situationserfassender Hülle
    • 6: Stirnseitenansicht zweier Druckspeichersysteme mit Schutzvorrichtung
    • 7: Situationserfassende Hülle mit Musterung
    • 8: Schichtaufbau einer situationserfassenden Hülle
    • 9: Schichtaufbau einer situationserfassenden Hülle
    • 10: Schichtaufbau einer situationserfassenden Hülle
    • 11: Schichtaufbau einer situationserfassenden Hülle
    • 12: Schichtaufbau einer situationserfassenden Hülle
    • 13: Schichtaufbau einer situationserfassenden Hülle
    • 14: Schichtaufbau einer situationserfassenden Hülle
    • 15: Schichtaufbau einer situationserfassenden Hülle
    • 16: Schichtaufbau einer situationserfassenden Hülle
    • 17: Schichtaufbau einer situationserfassenden Hülle
    • 18: Schichtaufbau einer situationserfassenden Hülle
    • 19: Schichtaufbau einer situationserfassenden Hülle
    • 20: Resistive Struktur
    • 21: Druckspeicher Typ I
    • 22: Druckspeicher Typ II
    • 23: Druckspeicher Typ III
    • 24: Druckspeicher Typ IV
    • 25: Druckspeicher Typ IV
    • 26: Druckspeicher
    • 27: Lösbare situationserfassende Hülle
    • 28: Druckspeicher mit situationserfassender Hülle
    • 29: Beispielhafte Struktur und Kontaktierung
    • 30: Beispielhafte Struktur und Kontaktierung
    • 31: Beispielhafte Struktur und Kontaktierung
    • 32: Beispielhafte Struktur und Kontaktierung
    • 33: Beispielhafte Struktur und Kontaktierung
    • 34: Druckspeichersystem
    • 35: Speichersystem
    • 36: Druckspeichersystem mit Struktur
    • 37: Herstellung der situationserfassenden Hülle mit Struktur auf einen Druckspeicher
    • 38: Herstellung der situationserfassenden Hülle auf einen Druckspeicher
  • Ausführung der Erfindung
  • Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnungen, in der - beispielhaft - bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind. Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnungen beispielhaft näher erläutert.
  • Die 1 zeigt die Ansicht auf ein insgesamt mit (1) bezeichnetes Druckspeichersystem mit Überwachung, das einen Druckspeicher (2) und Anschlusskomponenten (3) umfasst. Der Druckspeicher (2) weist bereichsweise eine situationserfassende Hülle (4) auf, die fest mit der Mantelfläche des Druckspeichers (2) verbunden ist. Die situationserfassende Hülle (4) besteht aus einer Trägerschicht (8) und Schichten mit piezoresistiven Eigenschaften (9), die aus einem elektrisch leitfähigen Polymerverbund als Widerstandswerkstoff ausgeführt sind. Die Strukturierungen (15) bilden Kreuzungspunkte (17) der Elektroden und somit einen Spannungsteiler an dem der elektrische Widerstand gemessen und die Kontaktposition erfasst wird. Die situationserfassende Hülle (4) besteht aus Schichten mit thermoresistiven Eigenschaften (10) sowie gas- und feuchtigkeitsdetektierenden Eigenschaften.
  • Die 2 zeigt die Ansicht auf ein insgesamt mit (1) bezeichnetes Druckspeichersystem mit Überwachung, das einen Druckspeicher (2) und Anschlusskomponenten (3) in Form eines Drucksensors, eines Ventiles und Verrohrung umfasst. Der Druckspeicher (2) weist eine situationserfassende Hülle (4) auf der Zylindermantelfläche auf, die fest mit dem Druckspeicher (2) verbunden ist.
  • Die 3 zeigt die Ansicht auf ein insgesamt mit (1) bezeichnetes Druckspeichersystem mit Überwachung, das einen Druckspeicher (2) umfasst. Der Druckspeicher (2) weist eine situationserfassende Hülle (4) auf, die den Druckspeicher (2) bedeckt und fest mit diesem verbunden ist.
  • Die 4 zeigt die Ansicht auf ein insgesamt mit (1) bezeichnetes Druckspeichersystem mit Überwachung, das einen Druckspeicher (2) und Anschlusskomponenten (3) in Form eines Drucksensors, eines Ventiles und Verrohrung umfasst. Das Druckspeichersystem (1) weist eine situationserfassende Hülle (4) auf den äußeren Oberflächen auf, die fest mit den Bauteilen verbunden sind.
  • Die 5 zeigt die Ansicht auf ein insgesamt mit (1) bezeichnetes Druckspeichersystem mit Überwachung, das mehrere Druckspeicher (2) und Anschlusskomponenten (3) in Form von Ventilen und Verrohrung umfasst. Das Druckspeichersystem (1) weist eine situationserfassende Hülle (4) auf den äußeren Oberflächen auf, die fest mit den Bauteilen verbunden ist.
  • Die 6 zeigt die Seitenansicht auf ein insgesamt mit (1) bezeichnetes Druckspeichersystem mit Überwachung, das mehrere Druckspeicher (2) umfasst. Das Druckspeichersystem (1) weist Schutzvorrichtungen (5) in Form von Schutzblechen auf, die mit situationserfassenden Hüllen (4) verbunden sind und die äußeren Oberflächen der Schutzbleche bilden.
  • Die 7 zeigt die Ansicht auf einen mit (2) bezeichneten Druckspeicher mit Überwachung, der eine situationserfassende Hülle (4) mit einem Muster (6) auf der äußeren Oberfläche des Druckspeichers (2) aufweist, dass zur Lokalisierung der erfassten Sensordaten dient. Anhand eines Koordinatensystems können die Positionen der Ereignisse aus der elektronischen Datenerfassung auf dem Bauteil leicht gefunden und zugeordnet werden.
  • Die 8 zeigt den Schichtaufbau eines Druckspeichersystems (1) anhand eines Druckspeichers (2). Der Druckspeicher (2) mit äußerer Überwachung, weist auf der inneren Oberfläche (14) einen Liner (7) auf. Die äußere Oberfläche (13) ist mit einer situationserfassenden Hülle (4) ausgestattet und besteht aus einer piezoresisitiven Schicht (9) und einer äußeren Schutzschicht (11).
  • Die 9 zeigt den Schichtaufbau eines Druckspeichersystems (1) anhand eines Druckspeichers (2). Der Druckspeicher (2) mit äußerer Überwachung, weist auf der inneren Oberfläche (14) einen Liner (7) auf. Die äußere Oberfläche (13) ist mit einer situationserfassenden Hülle (4) ausgestattet und besteht aus einer Trägerschicht (8) und zwei piezoresisitiven Schichten (9), die jeweils eine Strukturierung (15) und Kreuzungspunkte (17) der Elektroden und somit einen Spannungsteiler an dem der elektrische Widerstand gemessen und die Kontaktposition erfasst wird, bilden.
  • Die situationserfassende Hülle (4) schließt zur äußeren Oberfläche (13) mit einer Schutzschicht (11) ab.
  • Die 10 zeigt den Schichtaufbau eines Druckspeichersystems (1) anhand eines Druckspeichers (2). Der Druckspeicher (2) mit innerer Überwachung, weist auf der inneren Oberfläche (14) zunächst einen Liner (7) auf. Die innere Oberfläche (14) ist mit einer situationserfassenden Hülle (4) ausgestattet und besteht aus einer Trägerschicht (8) und zwei piezoresisitiven Schichten (9), die jeweils eine Strukturierung (15) und Kreuzungspunkte (17) der Elektroden und somit einen Spannungsteiler an dem der elektrische Widerstand gemessen und die Kontaktposition erfasst wird, bilden. Die situationserfassende Hülle (4) schließt zur inneren Oberfläche (14) mit einer Schutzschicht (11) ab.
  • Die 11 zeigt den Schichtaufbau eines Druckspeichersystems (1) anhand eines Druckspeichers (2). Der Druckspeicher (2) mit äußerer Überwachung, weist auf der inneren Oberfläche (14) einen Liner (7) auf. Die äußere Oberfläche (13) ist mit einer situationserfassenden Hülle (4) ausgestattet.
  • Die 12 zeigt den Schichtaufbau eines Druckspeichersystems (1) anhand eines Druckspeichers (2). Der Druckspeicher (2) mit innerer Überwachung, weist auf der inneren Oberfläche (14) einen Liner (7) auf. Die innere Oberfläche (14) ist mit einer situationserfassenden Hülle (4) ausgestattet.
  • Die 13 zeigt den Schichtaufbau eines Druckspeichersystems (1) anhand eines Druckspeichers (2). Der Druckspeicher (2) mit äußerer Überwachung, weist auf der inneren Oberfläche (14) einen Liner (7) auf. Die äußere Oberfläche (13) ist mit einer situationserfassenden Hülle (4) ausgestattet und besteht aus einer Trägerschicht (8), einer thermoresistiven Schicht (10) und zwei piezoresisitiven Schichten (9), die jeweils eine Strukturierung (15) und Kreuzungspunkte (17) der Elektroden und somit einen Spannungsteiler an dem der elektrische Widerstand gemessen und die Kontaktposition erfasst wird, bilden.
  • Die situationserfassende Hülle (4) schließt zur äußeren Oberfläche (13) mit einer Schutzschicht (11) ab.
  • Die 14 zeigt den Schichtaufbau eines Druckspeichersystems (1) anhand eines Druckspeichers (2). Der Druckspeicher (2) mit äußerer Überwachung, weist auf der inneren Oberfläche (14) einen Liner (7) auf. Die äußere Oberfläche (13) ist mit einer situationserfassenden Hülle (4) ausgestattet und besteht aus einer Trägerschicht (8), einer thermoresistiven Schicht (10) mit einer Strukturierung (15), einer isolierenden Schicht (12) einer piezoresisitiven Schicht (9), die eine Strukturierung (15) aufweist und einer isolierenden Schicht (12). Die situationserfassende Hülle (4) schließt zur äußeren Oberfläche (13) mit einer Schutzschicht (11) ab.
  • Die 15 zeigt den Schichtaufbau eines Druckspeichersystems (1) anhand eines Druckspeichers (2). Der Druckspeicher (2) mit äußerer und innerer Überwachung, weist auf der inneren Oberfläche (14) zunächst einen Liner (7) auf. Die innere Oberfläche (14) ist mit einer situationserfassenden Hülle (4) ausgestattet und besteht aus einer Trägerschicht (8) und zwei piezoresisitiven Schichten (9), die jeweils eine Strukturierung (15) und Kreuzungspunkte (17) der Elektroden und somit einen Spannungsteiler an dem der elektrische Widerstand gemessen und die Kontaktposition erfasst wird, bilden. Die situationserfassende Hülle (4) schließt zur inneren Oberfläche (14) mit einer Schutzschicht (11) ab. Der Druckspeicher (2) ist auf der äußeren Oberfläche (13) mit einer situationserfassenden Hülle (4) ausgestattet und besteht aus einer Trägerschicht (8) und zwei piezoresisitiven Schichten (9), die jeweils eine Strukturierung (15) und Kreuzungspunkte (17) der Elektroden und somit einen Spannungsteiler an dem der elektrische Widerstand gemessen und die Kontaktposition erfasst wird, bilden. Die situationserfassende Hülle (4) schließt zur äußeren Oberfläche (13) mit einer Schutzschicht (11) ab.
  • Die 16 zeigt den Dünnschichtaufbau eines Druckspeichersystems (1) anhand eines Druckspeichers (2) bei dem die Dünnschichten aus der Gasphase direkt auf das Bauteil, mit einer Dicke der Einzelschichten im Bereich von sechs Nanometer bis 10 Mikrometer, aufgetragen wurden. Der Druckspeicher (2) mit äußerer Überwachung, weist auf der inneren Oberfläche (14) einen Liner (7) auf. Die äußere Oberfläche (13) des Druckspeichers (2) ist mit einer situationserfassenden Hülle (4) ausgestattet und besteht aus einer Isolationsschicht (12), einer piezoresistiven Schicht (9), die eine Strukturierung (15) aufweist an der der elektrische Widerstand gemessen wird und einer Isolationsschicht (12). Die situationserfassende Hülle (4) schließt zur äußeren Oberfläche (13) mit einer Schutzschicht (11) ab.
  • Die 17 zeigt den Dünnschichtaufbau eines Druckspeichersystems (1) anhand eines Druckspeichers (2) bei dem die Dünnschichten aus der Gasphase direkt auf das Bauteil, mit einer Dicke der Einzelschichten im Bereich von sechs Nanometer bis 50 Mikrometer, aufgetragen wurden. Der Druckspeicher (2) mit äußerer Überwachung ist auf der äußeren Oberfläche (13) des Druckspeichers (2) mit einer situationserfassenden Hülle (4) ausgestattet und besteht aus einer Schutzschicht (9), einer Isolationsschicht (12), die eine Strukturierung aufweist und eine leitende Schicht (16). Die situationserfassende Hülle (4) schließt zur äußeren Oberfläche (13) mit einer Isolationsschicht (16) ab.
  • Die 18 zeigt den Dünnschichtaufbau eines Druckspeichersystems (1) anhand eines Druckspeichers (2) bei dem die Dünnschichten aus der Gasphase direkt auf das Bauteil, mit einer Dicke der Einzelschichten im Bereich von sechs Nanometer bis 50 Mikrometer, aufgetragen wurden. Der Druckspeicher (2) mit äußerer und innerer Überwachung ist auf der äußeren Oberfläche (13) des Druckspeichers (2) mit einer situationserfassenden Hülle (4) ausgestattet und besteht aus einer Schutzschicht (9), einer Isolationsschicht (12), die eine Strukturierung aufweist und eine leitende Schicht (16). Die situationserfassende Hülle (4) schließt zur äußeren Oberfläche (13) mit einer Isolationsschicht (16) ab. Der Druckspeicher (2) ist auf der inneren Oberfläche (14) des Druckspeichers (2) ebenfalls mit einer situationserfassenden Hülle (4) ausgestattet und besteht aus einer Schutzschicht (9), einer Isolationsschicht (12), die eine Strukturierung aufweist und eine leitende Schicht (16). Die situationserfassende Hülle (4) schließt zur inneren Oberfläche (14) mit einer Isolationsschicht (16) ab.
  • Die 19 zeigt den Schichtaufbau eines Druckspeichersystems (1) anhand eines Druckspeichers (2). Der Druckspeicher (2) mit äußerer Überwachung, weist auf der inneren Oberfläche (14) einen Liner (7) auf. Die äußere Oberfläche (13) ist mit einer situationserfassenden Hülle ausgestattet und besteht aus einer Trägerschicht (8) und zwei piezoresisitiven Schichten (9), die jeweils eine Strukturierung (15) und Kreuzungspunkte (17) der Elektroden und somit einen Spannungsteiler an dem der elektrische Widerstand gemessen und die Kontaktposition erfasst wird, bilden.
  • Die situationserfassende Hülle (4) schließt zur äußeren Oberfläche (13) mit einer Isolations- und Schutzschicht (11) ab.
  • Die 20 zeigt die Wirkungsweise der sich kreuzenden Elektroden zur Erfassung des elektrischen Widerstandes in Abhängigkeit der Belastungen und der Kontaktposition. Das System besteht aus zwei piezoresisitiven Schichten, die jeweils eine Strukturierung zu Elektroden aufweist und Kreuzungspunkte der Elektroden und somit einen Spannungsteiler an dem der elektrische Widerstand gemessen und die Kontaktposition erfasst wird, bilden.
  • Die 21 zeigt einen Druckspeicher (2) der Bauart vom Typ I (18) als monolithische Metallkonstruktion (23).
  • Die 22 zeigt einen Druckspeicher (2) der Bauart vom Typ II (19) als Metall-Liner (24) mit zylindrischer Compositeumwickelung (25).
  • Die 23 zeigt einen Druckspeicher (2) der Bauart vom Typ III (20) als Metall-Liner (24) mit Compositevollumwickelung (26).
  • Die 24 zeigt einen Druckspeicher (2) der Bauart vom Typ IV (21) als Kunststoff-Liner (27) mit Compositevollumwickelung (26).
  • Die 25 zeigt einen Druckspeicher (2) der Bauart vom Typ V (22) als monolithische Compositekonstruktion (28).
  • Die 26 zeigt einen Druckspeicher (2).
  • Die 27 zeigt eine lösbare Hülle (33) mit einer lösbaren Verbindung (34) die als situationserfassende Hülle (4) ausgeführt ist und eine Struktur (15) enthält.
  • Die 28 zeigt einen Druckspeichersystem (1), dass den Druckspeicher (2) enthält und mit einer lösbaren Hülle (33) über eine lösbare Verbindung (34) die als situationserfassende Hülle (4) ausgeführt ist und eine Struktur (15) enthält, den Druckspeicher (2) ummantelt und trennbar befestigt ist.
  • Die 29; 30; 31; 32; 33 zeigt eine Struktur (15) mit Kontaktierung (35) der resistiven und detektierenden Oberflächen (29) der situationserfassenden Hülle (6).
  • Die 34 zeigt die Ansicht auf ein insgesamt mit (1) bezeichnetes Druckspeichersystem mit Überwachung, das einen Druckspeicher (2) für Wasserstoff mit einem Innendruck von 700 bar und Anschlusskomponenten (3) umfasst. Der Druckspeicher (2) weist eine situationserfassende Hülle (4) auf, die sich auf den äußeren Oberflächen des Druckspeichers (2) und Anschlusskomponenten (3) befindet. Die situationserfassende Hülle (4) besteht aus einem piezoresistiven, thermoresistiven, feuchtigkeits- und gasdetektierenden Schichtverbund (9), mit dem Situationen und Ereignisse auf der Oberfläche erfasst werden. Das System weist eine autarke Energieversorgung der resistiven und detektierbaren Schichten und Elektronik über eine Batterie auf. Das Druckspeichersystem ist mit einer Signalführung und Steuerung mit Monitor (30) zur Signalverarbeitung, einer Software (31) zur Verarbeitung sowie Visualisierung des Druckspeichersystems und ortsauflösenden Darstellung, ausgestattet. Die Daten werden dokumentiert und in einem Datenspeicher (32) gesichert.
  • Die 35 zeigt die Ansicht auf ein insgesamt mit (1) bezeichnetes Druckspeichersystem mit Überwachung, das einen Behälter (40) und eine Öffnung (41) umfasst. Der Behälter (2) weist eine situationserfassende Hülle (4) auf, die sich auf den äußeren Oberflächen des Behälters (40) befindet. Die situationserfassende Hülle (4) besteht aus einem piezoresistiven, thermoresistiven, feuchtigkeits- und gasdetektierenden Schichtverbund (9), mit dem Situationen und Ereignisse auf der Oberfläche erfasst werden. Das System weist eine Energieversorgung, Signalführung und eine Steuerung mit Monitor (30) zur Signalverarbeitung und Software (31) zur Verarbeitung sowie Visualisierung des Druckspeichersystems und ortsauflösenden Darstellung, auf. Die Daten werden dokumentiert und in einem Datenspeicher (32) gesichert.
  • Die 36 zeigt die Ansicht auf ein insgesamt mit (1) bezeichnetes Druckspeichersystem mit Überwachung, das einen Druckspeicher (2) und Anschlusskomponenten (3) umfasst. Der Druckspeicher (2) weist Dünnschichten aus einer Gasphasenabscheidung, eine piezoresistive Schicht (9), thermoresistive Schicht (10), Schutzschicht (11) und Isolationsschicht (12) mit einer Strukturierung (15) der piezoresistiven und detektierenden Oberfläche (29) auf.
  • Die Figur (37) zeigt eine Vakuumkammer (36) zur Herstellung der isolierenden, resistiven, detektierenden und schützenden Schichten auf den Druckspeicher (2) durch eine Gasphasen-Abscheidung (37). Der Druckspeicher (2) mit einer zeitweisen Abdeckung (38) wird bereichsweise und schrittweise mit Dünnschichten direkt auf den Druckspeicher (2), mit einer Dicke der Einzelschichten von einem Nanometer bis vierhundert Mikrometer, aufgetragen werden, derart, dass sich flächige Schichten mit und ohne Struktur bilden.
  • Die Figur (38) zeigt eine Vakuumkammer (36) in der durch eine Gasphasen-Abscheidung (37) ein Druckspeicher (2) mit einer Abdeckung (38) bereichsweise und schrittweise mit Dünnschichten direkt auf den Druckspeicher (2), mit einer Dicke der Einzelschichten von einem Nanometer bis vierhundert Mikrometer, aufgetragen werden, derart, dass sich flächige Schichten bilden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Druckspeichersystem
    2
    Druckspeicher
    3
    Anschlußkomponente
    4
    Situationserfassende Hülle
    5
    Schutzvorrichtung
    6
    Muster
    7
    Liner
    8
    Trägerschicht
    9
    Piezoresisitive Schicht
    10
    Thermoresistive Schicht
    11
    Schutzschicht
    12
    Isolationsschicht
    13
    Äußere Oberfläche
    14
    Innere Oberfläche
    15
    Struktur
    16
    Leitende Schicht
    17
    Kreuzngspunkt
    18
    Druckbehälter Typ I
    19
    Druckbehälter Typ II
    20
    Druckbehälter Typ III
    21
    Druckbehälter Typ IV
    22
    Druckbehälter Typ V
    23
    Monolithische Metallkonstruktion
    24
    Metall-Liner
    25
    Compositeumwickelung
    26
    Compositevollumwickelung
    27
    Kunststoff-Liner
    28
    Monolithische Compositekonstruktion
    29
    Resistive und detektierende Oberflächen
    30
    Steuerung, Monitor, I/O
    31
    Software, Visualisierung
    32
    Datenspeicher
    33
    Lösbare Hülle
    34
    Lösbare Verbindung
    35
    Kontaktierung
    36
    Vakuumkammer
    37
    Gasphasen-Abscheidung
    38
    Abdeckung
    39
    Dünnschicht
    40
    Behälter
    41
    Öffnung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102006035274 B4 [0016]
    • DE 102005009823 B4 [0016]
    • EP 1428089 B1 [0016]
    • EP 1669830 A2 [0016]

Claims (11)

  1. Druckspeichersystem (1) mit Überwachung, das zumindest einen Druckspeicher (2) sowie Anschlusskomponenten (3) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass es zumindest bereichsweise eine situationserfassende Hülle (4) umfasst, die zumindest bereichsweise mindestens eine zur Bildung einer fest mit den Bauteilen verbundenen Außen- (13) oder Innenoberfläche (14) vorgesehene Schicht (9) mit piezoresistiven Eigenschaften aus einem Widerstandswerkstoff mit einer Kontaktierung aufweist, mittels derer Last, Druck, Dehnung und/oder Temperatur, die auf das Druckspeichersystem (1) wirken, erfasst, dokumentieren und ausgewertet werden.
  2. Druckspeichersystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (9, 10) thermoresistive, feuchtigkeitsdetektierende und/oder gasdetektierende Eigenschaften aufweist.
  3. Druckspeichersystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Oberfläche bildendende Schicht (9, 10) der situationserfassenden Hülle des Druckspeichersystems, eine Struktur aufweist.
  4. Druckspeichersystem (1) mit Überwachung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens eine Energieversorgung, eine Signalführung, einen Prozessor zur Signalverarbeitung und eine Software zur Verarbeitung sowie zur Visualisierung des Druckspeichersystems (1) und ortsauflösenden Darstellung aufweist.
  5. Druckspeichersystem mit Überwachung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zumindest zeitweise autarke Energieversorgung der resistiven und detektierbaren Schichten und der Elektronik über einen elektrischen Energiespeicher, aufweist.
  6. Druckspeichersystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckspeicher (2) mindestens bereichsweise einen Faserverbundwerkstoff aufweist.
  7. Druckspeichersystem (1) mit Überwachung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Oberflächen bildende Schichtverbund mit integrierter Sensorik als piezoresistiver Sensor der situationserfassenden Hülle des Druckspeichersystems, aus mindestens einer leitfähigen Polymerverbund-Schicht aus Widerstandswerkstoff, eine Strukturierung mit Kontaktierung und Kreuzungspunkten der Elektroden, einen Spannungsteiler an dem der elektrische Widerstand gemessen und die Kontaktposition erfasst wird und mindestens eine Schutzschicht aufweist.
  8. Verfahren zur Herstellung eines Druckspeichersystems (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest Teile des Druckspeichersystems (1) mindestens bereichsweise und zeitweise abgedeckt und anschließend schrittweise die isolierenden, piezoresistiven, thermoresistiven, gasdetektierenden, feuchtigkeitsdetektierenden und schützenden Dünnschichten aus der Gasphase direkt auf das Bauteil, mit einer Dicke der Einzelschichten im Bereich von einem Nanometer bis vierhundert Mikrometer, aufgetragen werden, derart, dass mindestens eine Schicht eine Struktur bildet.
  9. Verwendung eines Druckspeichersystems nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 8 in einem Kraftfahrzeug zur Speicherung von Kraftstoff, insbesondere Gas oder Wasserstoff, das einen Innendruck von 180 bis 1250 bar aufweist.
  10. Druckspeichersystem (1) mit Überwachung, das zumindest einen Druckspeicher (2) sowie Anschlusskomponenten (3) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass es zumindest bereichsweise eine situationserfassende und trennbare Hülle (33) umfasst, die zumindest bereichsweise mindestens eine lösbare Verbindung (34) zur Bildung einer Außenoberfläche (13) vorgesehene Schicht (9) mit piezoresistiven Eigenschaften aus einem Widerstandswerkstoff mit einer Kontaktierung aufweist, mittels derer Last, Druck, Dehnung und/oder Temperatur, die auf das Druckspeichersystem (1) wirken, erfasst, dokumentieren und ausgewertet werden.
  11. Druckspeichersystem (1) für atmosphärischen Druck, das zumindest einen Behälter (40) sowie mindestens eine Öffnung (41) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass es zumindest bereichsweise eine situationserfassende Hülle (4) umfasst, die zumindest bereichsweise mindestens eine Außenoberfläche (13) vorgesehene Schicht (9) mit piezoresistiven Eigenschaften aus einem Widerstandswerkstoff mit einer Kontaktierung aufweist, mittels derer Last, Druck, Dehnung und/oder Temperatur, die auf das Druckspeichersystem (1) wirken, erfasst, dokumentiert und ausgewertet werden.
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