DE102021111561A1 - Hydrogen flat high-pressure tank for mobile and stationary applications, as well as method for manufacturing the hydrogen flat high-pressure tank - Google Patents
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Abstract
Ein Wasserstoffflachhochdrucktank (1) kann für ein Verkehrsmittel (100), insbesondere für ein Auto, Bus, LKW, Traktor, Zug oder Flugzeug oder für eine stationäre Anwendung wie ein Gebäude eingesetzt werden. Es sind eine obere Wand (2), eine untere Wand (3), eine vordere Wand (4), eine hintere Wand (5), eine linke Wand (6) und eine rechte Wand (7) vorgesehen, die einen Speicherraum (8) umgrenzen. Es ist eine Ventilanordnung (10) mit zumindest einem Ventil (11, 12) vorgesehen und dazu ausgebildet, um Wasserstoff unter Druck in den Speicherraum (8) zu füllen und aus dem Speicherraum (8) zu entnehmen. Es ist zumindest ein Stringer (15) vorgesehen und innerhalb des Speicherraums (8) angeordnet. Er zumindest einen Stringer (8) ist an zwei sich gegenüberliegenden Wänden (2, 3 bzw. 4, 5 bzw. 6,7) befestigt und auf Zug belastbar, wodurch die Stabilität des Wasserstoffflachhochdrucktanks (1) auch bei einem hohen Innendruck gewährleistet ist.A flat, high-pressure hydrogen tank (1) can be used for a means of transport (100), in particular for a car, bus, truck, tractor, train or airplane, or for a stationary application such as a building. There is a top wall (2), a bottom wall (3), a front wall (4), a back wall (5), a left wall (6) and a right wall (7) which define a storage space (8th ) delimit. A valve arrangement (10) with at least one valve (11, 12) is provided and designed to fill hydrogen under pressure into the storage space (8) and remove it from the storage space (8). At least one stringer (15) is provided and arranged within the storage space (8). At least one stringer (8) is fastened to two opposite walls (2, 3 or 4, 5 or 6,7) and can be subjected to tensile loads, which ensures the stability of the flat, high-pressure hydrogen tank (1) even at high internal pressure.
Description
Die Erfindung betrifft einen Wasserstoffflachhochdrucktank für mobile und/oder stationäre Anwendungen, sowie ein Verfahren zur Herstellung des Wasserstoffflachhochdrucktanks.The invention relates to a flat, high-pressure hydrogen tank for mobile and/or stationary applications, and to a method for producing the flat, high-pressure hydrogen tank.
Um Klimaziele erreichen zu können sind alternative Antriebsarten unumgänglich. Batteriegetriebene Fahrzeuge sind (allerdings) zu schwer und zu teuer und das Aufladen dauert selbst dann lange, wenn spezielle Ladestationen vorhanden sind, die bei einer Schnellladung die Batterie irreversibel schädigen können. Eine Alternative hierzu sind wasserstoffbetriebene Fahrzeuge, die den Wasserstoff beispielsweise über eine Brennstoffzelle in elektrische Energie und Wärmeenergie umsetzen, mit der das Fahrzeug dann betrieben und beheizt werden kann.In order to be able to achieve climate goals, alternative types of drive are essential. Battery-powered vehicles are (however) too heavy and too expensive and charging takes a long time even when special charging stations are available, which can irreversibly damage the battery if charged quickly. An alternative to this are hydrogen-powered vehicles, which convert the hydrogen into electrical energy and thermal energy using a fuel cell, for example, with which the vehicle can then be operated and heated.
Ein Problem hierbei ist die Speicherung des Wasserstoffs, der bei einem geringen spezifischen Gewicht ein großes Volumen braucht. Der gasförmige Wasserstoff wird unter hohem Druck in einem Tank gespeichert. Dabei werden Arbeitsdrücke von 750 bar, Fülldrücke von 875 bar erreicht. Mit einem Sicherheitsfaktor S von 2,25 muss der Tank eine Festigkeit von 1688 bar erreichen. Um derartige Drücke aushalten zu können, sind hohe Anforderungen an die Konstruktion und Auslegung des Wasserstoffflachhochdrucktanks mit Hochleistungswerkstoffen, wie Faserverbünden notwendig. Diese Tanks sind bisher für technische Gase, mit einer Querschnittsfläche A = r^2*3,14 kreisförmig, was im Gegensatz zu dem Flachtank, das Füllvolumen begrenzt.One problem here is the storage of the hydrogen, which requires a large volume with a low specific weight. The gaseous hydrogen is stored in a tank under high pressure. Working pressures of 750 bar and filling pressures of 875 bar are achieved. With a safety factor S of 2.25, the tank must achieve a strength of 1688 bar. In order to be able to withstand such pressures, high demands are placed on the construction and design of the flat, high-pressure hydrogen tank with high-performance materials such as fiber composites. Until now, these tanks have been circular for technical gases with a cross-sectional area A = r^2*3.14, which, in contrast to the flat tank, limits the filling volume.
Bei einem kreisrunden Querschnitt steht nicht das maximale Füllvolumen zur Verfügung, wie bei einem rechteckigen Querschnitt. Bei Einbau in ein Fahrzeug sind häufig noch zusätzliche Sicherheitshalterahmen oder Haltebänder notwendig was zu einem weiteren geometrischen Verlust des Füllvolumen von mindestens 21,5 % führt. Die Halterahmen oder Haltebänder für den Rundtank brauchen noch einmal einen Bauraum zwischen 0,6 % und 19,5 %. Ein Flachtank hat hier deutliche Vorteile. Bereits bei zwei nebeneinander angeordneten Rundtanks ergibt sich ein Bauraumverlust von bis zu maximal 41 %. Bei X nebeneinanderliegenden Rundtanks, beispielsweise bei 15 Rundtanks, wie diese auf einem Busdach eingesetzt werden können, ergeben sich mehrere 100 % (bis > 600%) Füllraumverlust und damit Fahrtreichweitenverluste für Verkehrsmittel. In den
Es ist daher die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung einen Wasserstoffflachhochdrucktank mit einem möglichst hohen Füllvolumen zu schaffen, welcher alle Stabilitätsanforderungen und Abnahmekriterien mit einem Sicherheitsfaktor von S = 2,25 erfüllt.It is therefore the object of the present invention to create a flat, high-pressure hydrogen tank with the highest possible filling volume, which meets all stability requirements and acceptance criteria with a safety factor of S=2.25.
Die Aufgabe wird durch den erfindungsgemäßen Wasserstoffflachhochdrucktank gemäß des Anspruchs 1 und durch die Verkehrsmittel gemäß den Ansprüchen 19 und 20, sowie durch die stationäre Anwendung gemäß dem Anspruch 21 und durch das Verfahren zur Herstellung des Wasserstoffflachhochdrucktanks gemäß des Anspruchs 22 gelöst. In den Ansprüchen 2 bis 18 sind erfindungsgemäße Weiterbildungen des Wasserstoffflachhochdrucktanks enthalten.The object is achieved by the flat hydrogen high-pressure tank according to
Der erfindungsgemäße Wasserstoffflachhochdrucktank kann sowohl für mobile Verkehrsmittel als auch für stationäre Anwendungen vorteilhaft eingesetzt werden. Zu den mobilen Anwendungen zählen Verkehrsmittel aller Art. Insbesondere zählen hierzu Autos, Busse, LKWs, Traktoren, Züge, Flugzeuge und Schiffe. Er eignet sich allerdings auch sehr gut für stationäre Anwendungen, insbesondere für den Einsatz in einem Gebäude bzw. auf einem Fundament. Das Gebäude kann ein beliebiges Gebäude sein (z.B. Wohnhaus, Fabrik, Kraftwerk, usw.). Der Wasserstoffflachhochdrucktank umfasst eine obere Wand, eine untere Wand, eine vordere Wand, eine hintere Wand, eine linke Wand und eine rechte Wand. Diese dann ebenen Wände mit einem Klöpperboden im den Randbereichen umgrenzen gemeinsam einen Speicherraum. Die Begriffe für die Wände sind zur besseren Unterscheidung gewählt. Sie legen keine räumliche Position am Einbauort fest. Es ist beispielsweise ein Armaturen-System mit Ventilen, Sensoren und elektrisch ansteuerbaren Aktoren vorhanden, mit zumindest einem Ventil und dazu ausgebildet, um den Wasserstofftankinnendruck, die Temperatur und den Füllstand jederzeit bestimmen zu können, um den Speicherraum lückenlos, beim Füllen, während der Arbeitsphase beim schrittweise Entleeren und während der Nutzung kontrollieren zu können. Es ist außerdem zumindest ein Stringer vorgesehen und innerhalb des Speicherraums angeordnet, um die hohe Druckbelastung über die Zuglastaufnahme des Stringers zu reduzieren. Der zumindest ein(e) Stringer ist an zwei sich gegenüberliegenden Wänden befestigt und auf Zug belastbar. Bei diesen sich gegenüberliegenden Wänden handelt es sich beispielsweise um die obere Wand und die untere Wand. Es könnte sich auch um die vordere Wand und die hintere Wand handeln. Es wäre auch denkbar, dass es sich um die linke Wand und die rechte Wand handelt. Durch den Einsatz eines solchen Stringers ist die Stabilität des Wasserstoffflachhochdrucktanks auch bei einem hohen Innendruck gewährleistet.The hydrogen flat high-pressure tank according to the invention can be used advantageously both for mobile means of transport and for stationary applications. Mobile applications include means of transport of all kinds. In particular, these include cars, buses, trucks, tractors, trains, airplanes and ships. However, it is also very suitable for stationary applications, especially for use in a building or on a foundation. The building can be any building (eg residential building, factory, power station, etc.). The flat high-pressure hydrogen tank includes an upper wall, a lower wall, a front wall, a rear wall, a left wall, and a right wall. These then flat walls with a dished bottom in the edge areas together delimit a storage space. The terms for the walls are chosen for better differentiation. They do not specify any spatial position at the installation site. For example, there is a fittings system with valves, sensors and electrically controllable actuators, with at least one valve and designed to be able to determine the internal pressure of the hydrogen tank, the temperature and the fill level at any time in order to ensure that the storage space is uninterrupted, when filling, during the working phase to be able to control during the gradual emptying and during use. At least one stringer is also provided and positioned within the storage space to reduce the high compressive loading via the stringer's tensile load capacity. The at least one stringer is attached to two opposing walls and can be subjected to tensile loads. These opposing walls are, for example, the top wall and the bottom wall. It could also be the front wall and the back wall. It would also be conceivable that it is the left wall and the right wall. Through The use of such a stringer ensures the stability of the flat, high-pressure hydrogen tank even at high internal pressure.
In einer bevorzugten Ausführungsform der hier vorliegenden Erfindung beträgt der mittlere Abstand zwischen der oberen und der unteren Wand weniger als 60%, 50%, 40%, 30% oder weniger als 20% des mittleren Abstands zwischen der linken Wand und der rechten Wand bzw. weniger als 60%, 50%, 40%, 30% oder weniger als 20% des mittleren Abstands zwischen der vorderen Wand und der hinteren Wand. Dadurch unterscheidet sich ein Flachtank wesentlich von einem Rundtank.In a preferred embodiment of the present invention, the average distance between the top and bottom walls is less than 60%, 50%, 40%, 30% or less than 20% of the average distance between the left wall and the right wall or less than 60%, 50%, 40%, 30% or less than 20% of the mean distance between the front wall and the back wall. As a result, a flat tank differs significantly from a round tank.
In einer bevorzugten Ausführungsform der hier vorliegenden Erfindung hat ein Querschnitt durch den Wasserstoffflachhochdrucktank von der linken Wand zur rechten Wand eine von einer runden Form und im Wesentlichen runden Form abweichende Form. Dieser Querschnitt durchsetzt dabei sowohl die linke als auch die rechte Wand und die obere und die untere Wand. Ergänzend oder alternativ hat ein Querschnitt durch den Wasserstoffflachhochdrucktank von der vorderen Wand zur hinteren Wand eine von einer runden Form oder im Wesentlichen runden Form abweichende Form. Dieser Querschnitt durchsetzt dabei sowohl die vordere Wand als auch die hintere Wand und die obere und die untere Wand. Vorzugsweise handelt es sich bei der Form um eine rechteckige Form, wobei die Ecken abgerundet sein können. Vielmehr ist die Erstreckung in zwei Richtungen deutlich größer (2 mal, 3 mal, 4 mal, 5 mal, 6 mal, 7 mal, 8 mal, 9 mal, 10 mal, 11 mal oder 15 mal) als in eine andere Richtung wie insbesondere der Bauhöhe. So kann die Erstreckung von der vorderen Wand zur hinteren Wand (erste Richtung) und von der linken Wand zur rechten Wand (zweite Richtung) jeweils größer sein als die Erstreckung von der oberen Wand hin zur unteren Wand. Dadurch ergibt sich ein flaches Design und der Wasserstoffflachhochdrucktank kann beispielsweise im Unterboden eines Verkehrsmittels mitgeführt werden. Der Wasserstoffflachhochdrucktank kann in diesem Fall ein sehr hohes Füllvolumen aufweisen, weil er als Flachtank den vorhandenen Bauraum bestmöglich ausfüllen kann.In a preferred embodiment of the present invention, a cross section of the flat high-pressure hydrogen tank from the left wall to the right wall has a shape other than a round shape and a substantially round shape. This cross-section penetrates both the left and the right wall and the upper and the lower wall. Additionally or alternatively, a cross section through the flat hydrogen high-pressure tank from the front wall to the rear wall has a shape that deviates from a round shape or a substantially round shape. This cross section passes through both the front wall and the rear wall and the upper and lower wall. The shape is preferably a rectangular shape, and the corners can be rounded. Rather, the extension in two directions is significantly greater (2 times, 3 times, 4 times, 5 times, 6 times, 7 times, 8 times, 9 times, 10 times, 11 times or 15 times) than in another direction such as in particular the construction height. Thus, the extension from the front wall to the rear wall (first direction) and from the left wall to the right wall (second direction) can each be greater than the extension from the top wall to the bottom wall. This results in a flat design and the flat high-pressure hydrogen tank can be carried in the underbody of a means of transport, for example. In this case, the hydrogen flat high-pressure tank can have a very high filling volume because, as a flat tank, it can fill the available installation space in the best possible way.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der zumindest eine Stringer an der oberen und der unteren Wand befestigt, insbesondere mit diesen Wänden verklebt. Vorzugsweise kann hier eine Autoklav-Heißverklebung (80°C bis 180°C), mit oder ohne Blindniet, verwendet werden.In a preferred embodiment of the invention, the at least one stringer is attached to the upper and lower walls, in particular glued to these walls. Autoclave hot-melt bonding (80° C. to 180° C.), with or without a blind rivet, can preferably be used here.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind mehr als 4, 5, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 20 oder mehr als 25 Stringer vorgesehen. Zumindest einige der Stringer sind Querstringer und verlaufen parallel zueinander. Dadurch wird die Stabilität des Wasserstoffflachhochdrucktanks nochmals deutlich erhöht. Bevorzugt sind weiterhin zumindest einige der Stringer, Längsstringer verlaufen parallel zueinander und senkrecht zu den Querstringern. Dies erhöht die Stabilität des Wasserstoffflachhochdrucktanks nochmals erheblich. Obwohl jeder Stringer aber auch Einbauraum und damit Füllvolumen kostet, werden überwiegen die Vorteile deutlich.In a further preferred embodiment of the invention, more than 4, 5, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 20 or more than 25 stringers are provided. At least some of the stringers are transverse stringers and run parallel to one another. This significantly increases the stability of the flat, high-pressure hydrogen tank. At least some of the stringers are also preferred; longitudinal stringers run parallel to one another and perpendicular to the transverse stringers. This again significantly increases the stability of the flat, high-pressure hydrogen tank. Although every stringer also costs installation space and thus filling volume, the advantages clearly outweigh the disadvantages.
Die Stringer, vorzugweise aus einem Faserverbund, sind gemeinsam mit einer thermoplastischen Diffusionsbox über eine Kaltklebeverbindung als Baugruppe I vormontiert. Dadurch kann die Montage des Wasserstoffflachhochdrucktanks einfacher erfolgen, weil bereits vormontierte Baugruppen bezüglich der Qualität für jede Baugruppe separat geprüft werden können.The stringers, preferably made of a fiber composite, are pre-assembled as assembly group I together with a thermoplastic diffusion box using a cold adhesive connection. As a result, the assembly of the flat, high-pressure hydrogen tank can be carried out more easily, because the quality of already pre-assembled assemblies can be checked separately for each assembly.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst der zumindest eine Stringer eine Vielzahl von Prepregs (dünne vorimprägnierte Faserlagen-Harz-Verbundschichten), die sich von der einen Wand, insbesondere oberen Wand, hin zur gegenüberliegenden Wand, insbesondere unteren Wand, erstrecken und hauptsächlich auf Zug belastbar werden.In a further preferred embodiment of the invention, the at least one stringer comprises a multiplicity of prepregs (thin pre-impregnated fiber layer-resin composite layers), which extend from one wall, in particular the upper wall, to the opposite wall, in particular the lower wall, and mainly on become resilient.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Ausrichtung der Fasern einer Prepreg-Schicht zur Ausrichtung der Fasern in der benachbarten Prepreg-Schicht jeweils in verschiedene, Winkellagenrichtungen zur 0° Winkelrichtung und zwar vorzugsweise jeweils um 15° gedreht, sodass ein multidirektionaler Verbund entsteht. Werden beispielsweise acht Schichten verwendet, so hat jede weitere Prepreg Schicht eine Auflage Winkeländerung um 15° gegenüber der vorherigen Schicht Beispielsweis (0°, 15°, 30°, 45°, 60°, 75°, 90°). Die Prepreg- Lagenwinkel werden mit Plus(+) Minus(-) Vorzeichen definiert und zwar jeweils ausgehend von der von 0° bis 90° (ohne + Zeichen) und über die 90° Lage hinausgehend bis 180° (- Zeichen), sodass Lagengenwinkel mit beispielsweise -15°,- 30° usw., bis 180° erreicht sind. Jede Prepegschicht kann z.B. 0,125 mm dünn sein. Das heißt mit acht Lagen erreicht man im Autoklavausgehärtetem Zustand, eine Bauteilwanddicke von 1 mm, wobei kleinere Dicken- Toleranzen zulässig sind.In a further preferred embodiment of the invention, the alignment of the fibers of a prepreg layer is rotated in different angular directions relative to the 0° angular direction, preferably rotated by 15°, to align the fibers in the adjacent prepreg layer, so that a multidirectional composite is formed. For example, if eight layers are used, each additional prepreg layer has an angle change of 15° compared to the previous layer, for example (0°, 15°, 30°, 45°, 60°, 75°, 90°). The prepreg layer angles are defined with plus(+) minus(-) signs, starting from 0° to 90° (without + sign) and going beyond the 90° layer up to 180° (- sign), so that layer angles with for example -15°, - 30° etc. until 180° is reached. For example, each layer of prepreg may be 0.125 mm thick. This means that with eight layers you can achieve a component wall thickness of 1 mm in the autoclave-hardened state, although smaller thickness tolerances are permissible.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung laufen die Prepreg-Schichten des zumindest einen Stringers in den Bereichen, an denen sie an der jeweiligen Wand befestigt sind, in zumindest zwei unterschiedlichen, überwiegend gegenüberliegenden Richtungen auseinander und bilden erste und zweite Befestigungsabschnitte. Dadurch wird die Stabilität erhöht und der Stringer kann besonders gut und flächig an der jeweiligen Wand befestigt werden.In a further preferred embodiment of the invention, the prepreg layers of the at least one stringer in the areas where they are attached to the respective wall diverge in at least two different, predominantly opposite directions and form first and second attachment sections. This increases the stability and the stringer can be attached particularly well and flat to the respective wall.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst der zumindest eine Stringer eine Ausnehmung. Diese Ausnehmung erstreckt sich in Richtung der unteren Wand und endet beabstandet zu der unteren Wand, wodurch eine Barriere im Bereich der unteren Wand gebildet ist. Diese Barriere ist dabei vorzugsweise an derjenigen Wand befestigt, die im Einbauort des Wasserstoffflachhochdrucktanks näher zum Boden hin angeordnet ist. Neben einer erhöhten Stabilität werden auch ruckartige Gewichtsverlagerungen des Wasserstoffs aufgrund der Fahrsituation, über die im Stringer integrierte Kraftstoff-Schwallfunktion gedämpft.In a further preferred embodiment of the invention, the at least one stringer includes a recess. This recess extends in the direction of the bottom wall and ends at a distance from the bottom wall, as a result of which a barrier is formed in the region of the bottom wall. In this case, this barrier is preferably fastened to that wall which is arranged closer to the floor in the installation location of the flat, high-pressure hydrogen tank. In addition to increased stability, jerky weight shifts in the hydrogen due to the driving situation are dampened by the fuel surge function integrated in the stringer.
Vorzugsweise ist der Stringer dabei lediglich an der Innenseite der jeweiligen, sich gegenüberliegenden Wänden (insbesondere obere Wand, untere Wand) befestigt und durchdringt diese Wände nicht.The stringer is preferably only attached to the inside of the respective opposing walls (in particular the upper wall, lower wall) and does not penetrate these walls.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die vordere Wand und/oder die hintere Wand ein stirnseitiger Klöpperboden. Der stirnseitige Klöpperboden ist insbesondere nach DIN 28011 oder nach ASME F&D, für metallisch, verschweißte Klöpperböden definiert. Für Faserverbund-Klöpperböden, wie sie für Flachtanks genutzt werden können, für welche ein Verschweißen nicht möglich ist, gibt es bisher noch keine Definitionen und Normen. In
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst der stirnseitige Klöpperboden der vorderen und/oder hinteren Wand einen Befestigungsabschnitt, der zumindest einen Teil der oberen und unteren Wand überlappt und mit dieser verklebt wird/ist. Dieses Überlappen kann sowohl innen als auch außen sein. Dies bedeutet, dass der Befestigungsabschnitt an der Innenseite der oberen bzw. unteren Wand angelegt bzw. an deren Außenseite bzw. in einer Zwischenlage. Ergänzend oder alternativ umfasst der seitliche Klöpperboden der linken und/oder rechten Wand einen Befestigungsabschnitt, der zumindest einen Teil der oberen und unteren Wand überlappt und mit dieser verklebt ist. Bei der Verklebung kommt vorzugsweise eine Heißverklebung in Betracht.In a further preferred embodiment of the invention, the end dished end of the front and/or rear wall comprises a fastening section which overlaps at least a part of the upper and lower wall and is/is glued to it. This overlap can be both inside and outside. This means that the fastening section is placed on the inside of the upper or lower wall or on the outside thereof or in an intermediate position. Additionally or alternatively, the lateral dished end of the left and/or right wall comprises a fastening section which overlaps at least a part of the upper and lower wall and is glued to it. Hot bonding preferably comes into consideration for the bonding.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, für hohe Druckbelastungen, ist der Befestigungsabschnitt, der mit der oberen bzw. unteren Wand überlappt, mit dieser vernietet.In a further preferred embodiment of the invention, for high pressure loads, the fastening section which overlaps with the upper or lower wall is riveted to it.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist noch eine Diffusionsschicht über eine sogenannte Diffusionsbox aus thermoplastischen Werkstoffen vorzugsweise PPS vorgesehen, welche die innerste Schicht des Wasserstoffflachhochdrucktanks bildet, um die Permeationen zu verringern oder gar zu verhindern. Diese Diffusionsschicht sorgt dafür, dass möglichst wenig Wasserstoff hindurch diffundiert. Die Diffusionsschicht sollte die dichteste Schicht von allen sein, da vor allem gasförmige Kraftstoffe unter hohem Innendruck, wie Wasserstoff, durch die Faserverbundschichten diffundieren können. Besonders groß sind die Diffusionsraten bei Gussvarianten aus Aluminium oder anderen metallischen Varianten. Die Diffusionsschicht wird auch als „Liner“, vor allem für runde Faserverbund- Wickeltanks des Typs II bis IV bezeichnet.In a further preferred embodiment of the invention, a diffusion layer is provided over a so-called diffusion box made of thermoplastic materials, preferably PPS, which forms the innermost layer of the hydrogen flat high-pressure tank in order to reduce or even prevent permeations. This diffusion layer ensures that as little hydrogen as possible diffuses through. The diffusion layer should be the densest layer of all, since gaseous fuels in particular can diffuse through the fiber composite layers under high internal pressure, such as hydrogen. The diffusion rates are particularly high for cast variants made of aluminum or other metallic variants. The diffusion layer is also referred to as a "liner", especially for round fiber composite wound tanks of type II to IV.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die obere Wand eine erste (multidirektionale) Laminatschicht und eine darüber liegende zweite (multidirektionale) Laminatschicht. Die untere Wand umfasst eine erste (multidirektionale) Laminatschicht und eine darüber liegende zweite (multidirektionale) Laminatschicht, welche die Baugruppe III des Wasserstoffflachhochdrucktank darstellen.In another preferred embodiment of the invention, the top wall comprises a first (multidirectional) laminate layer and an overlying second (multidirectional) laminate layer. The bottom wall comprises a first (multidirectional) laminate layer and an overlying second (multidirectional) laminate layer, which represent assembly III of the flat high-pressure hydrogen tank.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist noch eine Armierungswickelstrukturendlage, mit einer bestimmten Dicke vorgesehen. Diese Armierungsanordnung umfasst mehrere Kohlenstofffaserbänder oder besteht aus solchen, wobei die Wände durch die Kohlenstofffaserbänder umwickelt sind. Die Kohlenstofffaserbänder sind in bestimmten bevorzugten Winkeln angeordnet, die von 0° bzw. 90° bezogen auf die Längsachse durch den Wasserstoffflachhochdrucktank verschieden sind. Die Winkel sind vorzugsweise größer als 5°, 10°, 15°, 20°, 25°, 30°, 35°, 40°, 45°, 50°, 55°, 60°, 65°, 70°, 75° oder größer als 80° aber vorzugsweise kleiner als 85°, 80°, 75°, 70°, 65°, 60°, 55°, 50°, 45°, 40°, 35°, 30°, 25°, 20°, 15° oder kleiner als 10°. 0° oder 90°-Winkel, welche zu einem vorzeitigen Faserverbundversagen und damit zu einem Drucktankversagen führen können, dürfen nicht verwendet werden, da die Bruchdehnung der Kohlenstofffasern mit einem hohen erforderlichen E-Modul gering ist. In
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bildet ein Kohlenstofffaserband mit einem anderen Kohlenstofffaserband einen von 0° bzw. 90° verschiedenen Winkel. Der Winkel ist vorzugsweise größer als 25°, 30°, 35°, 40°, 45°.In a further preferred embodiment of the invention, a carbon fiber strip forms an angle different from 0° or 90° with another carbon fiber strip. The angle is preferably greater than 25°, 30°, 35°, 40°, 45°.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die (Flachtankaußenschichtdicke) Armierungsanordnung dicker als 3mm, 4mm, 5mm, 6mm, 7mm, 8mm, 10mm, 15mm, 20mm, 25mm, 30mm, 40mm, 50mm, aber vorzugsweise dünner als 60mm, 55mm, 45mm, 35mm 25mm, 20mm, 16mm, 12mm, 9mm, 6mm oder dünner als 5mm.In another preferred embodiment of the invention, the (flat tank outer layer thickness) armor arrangement is thicker than 3mm, 4mm, 5mm, 6mm, 7mm, 8mm, 10mm, 15mm, 20mm, 25mm, 30mm, 40mm, 50mm, but preferably thinner than 60mm, 55mm, 45mm , 35mm 25mm, 20mm, 16mm, 12mm, 9mm, 6mm or thinner than 5mm.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die (Ventil) Armaturenanordnung ein oder mehrere Ventile sowie vorzugsweise Sensoren und Aktoren, über die der Wasserstoff in den Speicherraum eingefüllt und auch entnommen wird. Vorzugsweise sind sowohl auf der Kraftstoffeinlassseite und Auslassseite je ein Ventil also mindestens zwei Ventilsysteme vorhanden, wobei in der (Ventil) Armaturenanordnung auch Sensoren und Aktoren enthalten sein können. Über ein erstes Ventil wird der Wasserstoff in den Speicherraum eingefüllt und über das zweite Ventil, insbesondere am andern Ende des Drucktanks, wird der Wasserstoff aus dem Speicherraum entnommen.In a further preferred embodiment of the invention, the (valve) fitting arrangement comprises one or more valves and preferably sensors and actuators, via which the hydrogen is filled into the storage space and also removed. Preferably, there is one valve each on the fuel inlet side and the outlet side, ie at least two valve systems, it also being possible for sensors and actuators to be contained in the (valve) fitting arrangement. The hydrogen is filled into the storage space via a first valve and the hydrogen is removed from the storage space via the second valve, in particular at the other end of the pressure tank.
Das erfindungsgemäße Verkehrsmittel ist ein Auto, Bus, Lkw, Traktor oder Zug und umfasst zumindest einen Wasserstoffflachhochdrucktank und zumindest eine Brennstoffzelle, wobei der zumindest eine Wasserstoffflachhochdrucktank gemäß den vorherigen Ausführungen aufgebaut ist. Vorzugsweise umfasst das Verkehrsmittel genau einen Wasserstoffflachhochdrucktank. Dadurch ist dann gewährleistet, dass Energieverluste, die durch Einsatz einer Vielzahl von Ventilen und Verteilsystemen entstehen, vermieden werden. Der erfindungsgemäße Wasserstoffflachhochdrucktank kann bezüglich seiner Form beliebig an den vorhandenen Bauraum auch als Sattel- oder Integraltank angepasst werden, sodass die maximal mögliche Menge Wasserstoff mitgeführt werden kann.The means of transport according to the invention is a car, bus, truck, tractor or train and comprises at least one flat, high-pressure hydrogen tank and at least one fuel cell, the at least one flat, high-pressure hydrogen tank being constructed in accordance with the previous statements. The means of transport preferably comprises exactly one flat, high-pressure hydrogen tank. This then ensures that energy losses that arise through the use of a large number of valves and distribution systems are avoided. In terms of its shape, the flat high-pressure hydrogen tank according to the invention can be adapted as desired to the available installation space, also as a saddle tank or integral tank, so that the maximum possible amount of hydrogen can be carried along.
Das erfindungsgemäße Verkehrsmittel kann auch ein Flugzeug sein, welches zumindest einen Wasserstoffflachhochdrucktank umfasst, der gemäß den vorherigen Ausführungen aufgebaut ist. Dieses Flugzeug umfasst vorzugsweise ein direkt wasserstofftaugliches Triebwerk und wird daher nicht elektrisch über Brennstoffzellen bzw. Hybridsysteme angetrieben, weil Brennstoffzellen für derartige Leistungsbereiche viel zu schwer wären und ohne neue Flügel- und Rumpfkonzeptänderungen nur Kurz- und Mittelstreckenflüge möglich wären. Vorzugsweise wird der Wasserstoffflachhochdrucktank durch mehrere Holme, Stringer und Rippen in der Tragfläche zusätzlich in Position gehalten. Die einzelnen Wasserstoffflachhochdrucktanks (auch Wasserstofftankboxen) werden passend zu den einzelnen Bausegmenten zwischen den Flügel- oder Rumpftragstrukturen eingebaut. Bevorzugt sind Wasserstoffflachhochdrucktanks miteinander verbunden, werden aber getrennt über Ventile angesteuert. Das Flugzeug umfasst vorzugsweise eine Vielzahl von Wasserstoffflachhochdrucktanks in der Form von Faserverbund-Einzelboxen, deren Form an die Einbausituation (z.B. in den Tragflächen oder im Rumpf) angepasst ist.The means of transport according to the invention can also be an aircraft, which includes at least one flat, high-pressure hydrogen tank that is constructed in accordance with the previous statements. This aircraft preferably includes a direct hydrogen-capable engine and is therefore not powered electrically by fuel cells or hybrid systems, because fuel cells would be much too heavy for such power ranges and only short and medium-haul flights would be possible without new wing and fuselage concept changes. Preferably, the flat, high-pressure hydrogen tank is additionally held in position by a plurality of spars, stringers and ribs in the wing. The individual hydrogen flat high-pressure tanks (also hydrogen tank boxes) are installed between the wing or fuselage support structures to match the individual construction segments. Hydrogen flat high-pressure tanks are preferably connected to one another, but are controlled separately via valves. The aircraft preferably comprises a large number of flat, high-pressure hydrogen tanks in the form of individual fiber composite boxes, the shape of which is adapted to the installation situation (e.g. in the wings or in the fuselage).
Auf einem Fundament, z.B. in einem Gebäude, außen (aus Sicherheitsgründen) aber auch im Innenraum, wenn dies zulässig ist, können ebenfalls ein oder mehrere Wasserstoffflachhochdrucktanks eingesetzt werden. Dabei können ein oder mehrere Wasserstoffflachhochdrucktanks das Aufnahmevolumen von Rundtankbündeln, die aus bis zu 12 und mehr Rundtanks bestehen, ersetzen. Dadurch können Betankungszeiten reduziert und damit Logistik- und Transportkosten gespart werden. Aktuell können in Gebäuden bis zu zwei Tankvorgänge im Jahr erforderlich ein. Mit den vorteilhafteren Wasserstoffflachhochdrucktanks sinken die Betankungszeit-intervalle, je nach Verkehrsmittel (PKW, SUV, Bus oder NFZ) mindestens um den Faktor 2,5 bis 4. Satt 12 Armaturen bei einem 12er Flaschenbündel mit je einem Ventil pro Rundtank zu verwenden, ist bei Wasserstoffflachhochdrucktanks nur noch je ein Eingangs- und ein Auslassventil bzw. ein entsprechendes Armaturensystem mit Ventilen, Sensoren und Aktoren erforderlich. In
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des Wasserstofftanks mit einer Vielzahl von Stringern umfasst in einem ersten Verfahrensschritt das Erstellen einer Baugruppe mit der Vielzahl an Stringern und einer Diffusionsschicht und einer ersten und zweiten Laminatschicht als obere und untere Wand. In einem zweiten Verfahrensschritt findet ein Hinzufügen und Verkleben der vorderen Wand, der hinteren Wand, der linken Wand und der rechten Wand mit der Baugruppe statt. In einem dritten Verfahrensschritt findet ein Umwickeln der Wände mit einer Armierungsanordnung statt.The method according to the invention for producing the hydrogen tank with a large number of stringers comprises, in a first method step, the creation of an assembly with the large number of stringers and a diffusion layer and a first and second laminate layer as the upper and lower wall. In a second method step, the front wall, the rear wall, the left wall and the right wall are added and glued to the assembly. In a third method step, the walls are wrapped with a reinforcement arrangement.
Verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beispielhaft beschrieben. Gleiche Gegenstände weisen dieselben Bezugszeichen auf. Die entsprechenden Figuren der Zeichnungen zeigen im Einzelnen:
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1A bis1C : zeigen verschiedene Ausführungsbeispiele für ein Verkehrsmittel; -
2A ,2B : zeigen ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Wasserstoffflachhochdrucktanks zusammen mit mehreren Stringern; -
3A : zeigt einen Querschnitt durch den erfindungsgemäßen Wasserstoffflachhochdrucktank; -
3B : zeigt die Befestigung des Stringers; -
4A ,4B ,4C ,4D ,4E : zeigen den Einsatz eines Klöpperbodens und dessen Befestigung an der oberen und unteren Wand; -
4F ,4G : erläutern wie der Übergang zwischen dem Klöpperboden und der oberen bzw. unteren Wand zu dimensionieren ist; -
5 : zeigt verschiedene Elemente des Wasserstoffflachhochdrucktanks; -
6A ,6B : Zeigen verschiedene Ansichten eines teilweise zusammengesetzten Wasserstoffflachhochdrucktanks mit einigen derElemente aus 5 ; -
7 : zeigt das Anbringen der Armierungsanordnung in einem Wickelprozess; -
8 : zeigt den Einsatz weiterer Klöpperböden; -
9 : zeigt den Einsatz des Wasserstoffflachhochdrucktanks in einer Tragfläche eines Flugzeugs; -
10A ,10B : stationäre Anwendungen des Wasserstoffflachhochdrucktanks; -
11 : ein Ablaufdiagramm zur Herstellung des erfindungsgemäßen Wasserstoffflachhochdrucktanks; -
12A ,12B : verschiedene Baugruppen, um den Wasserstoffflachhochdrucktank zu fertigen; und -
13A ,13B ,13C : Rundtanks aus dem Stand der Technik.
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1A until1C : show various exemplary embodiments of a means of transport; -
2A ,2 B 12: show an exemplary embodiment of the flat, high-pressure hydrogen tank according to the invention together with a plurality of stringers; -
3A : shows a cross section through the flat high-pressure hydrogen tank according to the invention; -
3B : shows the attachment of the stringer; -
4A ,4B ,4C ,4D ,4E : show the use of a dished head and its attachment to the upper and lower wall; -
4F ,4G : explain how the transition between the dished end and the upper or lower wall is to be dimensioned; -
5 : shows various elements of the flat high-pressure hydrogen tank; -
6A ,6B : Showing various views of a partially assembled flat-plate high-pressure hydrogen tank with some of the elements shown5 ; -
7 : shows the attachment of the reinforcement arrangement in a winding process; -
8th : shows the use of other dished ends; -
9 : shows the use of the flat, high-pressure hydrogen tank in a wing of an aircraft; -
10A ,10B : stationary applications of the hydrogen flat high-pressure tank; -
11 : a flow chart for the production of the hydrogen flat high-pressure tank according to the invention; -
12A ,12B : various assemblies to manufacture the flat high-pressure hydrogen tank; and -
13A ,13B ,13C : Round tanks from the state of the art.
In den nachfolgenden Zeichnungsfiguren wird der erfindungsgemäße Wasserstoffflachhochdrucktank 1 beschrieben. Der Wasserstoffflachhochdrucktank 1 kann in einem Verkehrsmittel 100 eingesetzt werden.
Der Brennstoffzelle 101 wird über ein Leitungssystem 102 Luft zugeführt, um die entsprechende chemische Reaktion zur Energiegewinnung zu starten. Das Verkehrsmittel 100, in Form eines Autos, umfasst vorzugsweise noch einen elektrischen Energiespeicher, insbesondere in Form einer Fahrzeugbatterie.Air is supplied to the
Der Wasserstoffflachhochdrucktank 1 kann als Modul vorgefertigt werden, wobei die Brennstoffzelle 101 in den entsprechenden Bauraum im Verkehrsmittel 100 eingeschoben wird. In diesem Fall werden die Anschlüsse von dem Wasserstoffflachhochdrucktank 1 zu Brennstoffzelle 101 (automatisch) miteinander verbunden.The flat, high-
Vorzugsweise umfassen die Verkehrsmittel 100 genau einen Wasserstoffflachhochdrucktank 1.The means of
Es ist eine Ventilanordnung 10 vorgesehen, die zumindest ein erstes Ventil 11 umfasst. Die Ventilanordnung 10 ist dazu ausgebildet, um Wasserstoff unter Druck in den Speicherraum 8 zu füllen und aus dem Speicherraum 8 zu entnehmen. Vorzugsweise gibt es neben einem ersten Ventil 11 noch ein zweites Ventil 12 (siehe
Vorzugsweise ist außerdem zumindest ein Stringer 15 vorgesehen. Der Stringer 15 ist innerhalb des Speicherraums 8 angeordnet. In
Der zumindest eine Stringer 15 umfasst eine Vielzahl von Prepreg-Schichten, die sich von der einen Wand 2 bzw. 4 bzw. 6 hin zur gegenüberliegenden Wand 3 bzw. 5 bzw. 7 erstecken und insbesondere auf Zug belastbar sind. Vorzugsweise umfassen diese Prepreg-Schichten Karbonfasern. Weiter sind vorzugsweise eine Vielzahl von Prepreg-Schichten übereinander angeordnet. Jede Prepreg-Schicht kann beispielsweise nur 0,125mm dünn sein. Abweichungen (+ bzw. -) von weniger als 100% bzw. von weniger als 50% sind denkbar.The at least one
Die Ausrichtung der Fasern einer Prepreg-Schicht ist zur Ausrichtung der Fasern in der benachbarten Prepreg-Schicht verdreht und zwar vorzugsweise um jeweils ungefähr 15°, sodass ein multidirektionaler Verbund vorliegt.The alignment of the fibers of one prepreg layer is twisted to the alignment of the fibers in the adjacent prepreg layer, specifically preferably by approximately 15° in each case, so that a multidirectional bond is present.
Die Prepreg-Schichten des zumindest einen Stringers 15 laufen in den Bereichen, an denen sie an der jeweiligen Wand 2, 3 bzw. 4, 5 bzw. 6, 7 befestigt sind, in zumindest oder genau zwei unterschiedlichen, überwiegend gegenüberliegenden, Richtungen auseinander und bilden erste und zweite Befestigungsabschnitte 18, 19. In der Mitte dieser Befestigungsabschnitte 18, 19 kann ein Kanal 16 ausgebildet sein, der z.B. mit Harz gefüllt ist.The prepreg layers of the at least one
Der zumindest eine Stringer 15 umfasst zumindest eine Ausnehmung 17. Die zumindest eine Ausnehmung 17 erstreckt sich in Richtung der unteren Wand 3 bzw. in Richtung des zweiten Befestigungsabschnitts 19 und endet beabstandet zu der unteren Wand 3 bzw. beabstandet zum zweiten Befestigungsabschnitt 19, wodurch eine Barriere 24 im Bereich der unteren Wand 3 bzw. im Bereich des zweiten Befestigungsabschnitts 19 gebildet ist. Der Stringer 15 umfasst vorzugsweise eine Vielzahl solcher Ausnehmungen 17, die voneinander beabstandet sind. Dadurch gibt es Verbindungsstege 27, die aus den Prepreg-Schichten gebildet sind, die sich von dem ersten Befestigungsabschnitt 18 zum zweiten Befestigungsabschnitt 19 erstrecken und beide Befestigungsabschnitte 18, 19 miteinander verbinden.The at least one
Wie später noch erläutert wird, können mehrere Stringer 15 mit Laminat zu einer Baugruppe vormontiert werden. Vorzugsweise umfasst eine solche Baugruppe 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12 oder mehr als 16 Stringer 15. Zu einer solchen Baugruppe gehört vorzugsweise noch eine thermoplastische Diffusionsbox mit einer Diffusionsschicht.As will be explained later,
In der dargestellten Ausführungsform ist der zumindest eine Stringer 15 an der oberen Wand 2 und an der unteren Wand 3 befestigt. Die Befestigung erfolgt vorzugsweise mittels eines Klebeverfahrens, insbesondere eines Heißklebeverfahrens. Es wird dann ein entsprechender Formschluss hergestellt. Die Erstreckung des Wasserstoffflachhochdrucktanks 1 von der unteren Wand 3 in Richtung der oberen Wand 2 ist vorzugsweise geringer, als die Erstreckung von der linken Wand 6 in Richtung der rechten Wand 7 und/oder von der vorderen Wand 4 in Richtung der hinteren Wand 5.In the illustrated embodiment, the at least one
Der erste Befestigungsabschnitt 18 verläuft vorzugsweise parallel zur oberen Wand 2, wohingegen der zweite Befestigungsabschnitt 19 vorzugsweise parallel zur unteren Wand 3 verläuft. Der Stringer 15 kann über den ersten Befestigungsabschnitt 18 mit der oberen Wand 2 und über den zweiten Befestigungsabschnitt 19 mit der unteren Wand 3 verbunden, insbesondere verklebt werden.The
Die obere Wand 2 umfasst eine Laminatanordnung 20. Selbiges gilt auch für die untere Wand 3. Dies kann auch für eine oder mehrere der anderen Wände 4, 5, 6, 7 gelten. Die Laminatanordnung 20 umfasst vorzugsweise eine erste (multidirektionale) Laminatschicht 21 und eine zweite darüber liegende (multidirektionale) Laminatschicht 2. Die Laminatanordnung 20 und damit die erste und die zweite Laminatschicht 21, 22 sind vorzugsweise ebenes Laminat und weiter vorzugsweise Faserverbundteile.The
Daher umfasst die obere Wand 2 eine erste (multidirektionale) Laminatschicht 21 und eine darüber liegende zweite (multidirektionale) Laminatschicht 22 oder besteht aus solchen Laminatschichten 21, 22. Selbiges gilt auch für die untere Wand 3. Vorzugsweise gilt dies auch für die vordere Wand 4 und weiter vorzugsweise auch für die hintere Wand 5. Auch die linke Wand 6 bzw. die rechte Wand 7 kann eine erste (multidirektionale) Laminatschicht 21 und eine darüber liegende zweite (multidirektionale) Laminatschicht 22 umfassen oder daraus bestehen. Die erste und die zweite Laminatschicht 21, 22 sind vorzugsweise gleich dick. Sie könnten auch unterschiedlich dick sein.Therefore, the
Die erste Laminatschicht 21 ist vorzugsweise dicker als 2 mm, 3 mm, 4 mm, 5 mm, 6 mm, 10 mm, 15 mm, 20 m, 25 mm und weiter vorzugsweise dicker als 30 mm. Die erste Laminatschicht 21 ist allerdings vorzugsweise dünner als 40 mm, 35 mm, 30 mm, 25 mm, 20 mm, 15 mm, 13 mm, 10 mm, 8 mm oder dünner als 6 mm. Selbiges kann auch für die zweite Laminatschicht 22 gelten.The
Jede der Wände 2, 3, 4, 5, 6, 7 kann auch noch weitere Laminatschichten umfassen.Each of the
Im
Die Prepreg-Schichten des zumindest einen Stringers 15 haben vorzugsweise eine Dicke von mehr als 1 mm, 2 mm, 3 mm, 4 mm, 5 mm, 7 mm, 8 mm, 10 mm, 12 mm, 15 mm oder mehr als 20 mm und weiter vorzugsweise von weniger als 30 mm, 25 mm, 20 mm, 15 mm, 10 mm, 8 mm, 6 mm oder weniger als 2 mm. Vorzugsweise umfasst der Stringer 15 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 10, 15, 20 oder mehr als 15 Prepreg-Schichten.The prepreg layers of the at least one
Die Prepreg-Schichten umfassten vorzugsweise Karbonfasern. Dadurch, dass die Prepreg-Schichten am Ende auseinanderlaufen (vom Mittelsteg) verbreitert sich der Stringer 15 zu seinem beiden Enden hin.The prepreg layers preferably comprised carbon fibers. Due to the fact that the prepreg layers diverge at the end (from the middle web), the
Die Prepreg-Schichten des zumindest einen Stringers 15 sind vorzugsweise mit der ersten Laminatschicht 21 verklebt.The prepreg layers of the at least one
In
Der seitliche Klöpperboden der linken und der rechten Wand 6, 7 umfasst einen Befestigungsabschnitt 25, der vorzugsweise parallel zur oberen bzw. unteren Wand 2, 3 verläuft. Der Befestigungsabschnitt 25 überlappt dabei zumindest einen Teil der oberen bzw. unteren Wand 2, 3. Der Befestigungsabschnitt 25 ist mit der oberen bzw. unteren Wand 2, 3 verklebt und vorzugsweise auch vernietet. Eine entsprechende Nietverbindung 26 ist in
Der Befestigungsabschnitt 25 liegt vorzugsweise auf der oberen bzw. unteren Wand 2, 3 auf. Insbesondere liegt der Befestigungsabschnitt 25 auf der ersten Laminatschicht 21 auf, die näher zum Speicherraum 8 hin angeordnet ist. Der Befestigungsabschnitt 25 ist vorzugsweise keilförmig und liegt auf einem ebenfalls keilförmig ausgestalteten Teil der oberen bzw. unteren Wand 2, 3 auf. Vorzugsweise ist die erste Laminatschicht 21 am Ende keilförmig ausgestaltet, an dem der Befestigungsabschnitt 25 aufliegt. Der Befestigungsabschnitt 25 ist mit der ersten und/oder zweiten Laminatschicht 21, 22 vorzugsweise verklebt. Eine solche Klebeschicht 28 ist in
In
In
In
In
In einem weiteren Verfahrensschritt S2 werden die vordere Wand 4, die hintere Wand 5, die linke Wand 6 und die rechte Wand 7 mit der Baugruppe verklebt. Dabei handelt es sich vorzugsweise um Klöpperboden.In a further method step S 2 , the
In einem weiteren Verfahrensschritt S3 findet ein Umwickeln mit einer Armierungsanordnung 30 statt, die verschiedene Kohlenstoffbänder 31, 32 umfasst. Die Winkellage wird vorzugsweise wie beschrieben gewählt.In a further method step S 3 , a
In dem Verfahrensschritt Umwickeln S3 könnte auch ein weiterer Unterverfahrensschritt ausgeführt werden. In diesem Unterverfahrensschritt könnte es sich bei den Wänden 4, 5, 6, 7, die hinzugefügt werden, um Klöpperboden handeln, die auf die zumindest eine erste Laminatschicht 21 aufgebracht bzw. aufgeschoben werden. Daraufhin könnte ein weiterer Unterverfahrensschritt ausgeführt werden, in welchem der Befestigungsabschnitt 25 der Klöpperboden mit der Armierungsschicht 30 umwickelt wird.A further sub-process step could also be carried out in the wrapping process step S 3 . In this sub-process step, the
Es könnte auch ein weiterer Unterverfahrensschritt ausgeführt werden, in welchem der Befestigungsabschnitt 25 der Klöpperboden mit der zumindest einen ersten Laminatschicht 21 verklebt und/oder vernietet wird.A further sub-process step could also be carried out, in which the
Grundsätzlich ist es vorteilhaft, wenn die Stringer 15, die Baugruppe mit der Laminatanordnung 20, die Klöpperböden und der Wasserstoffflachhochdrucktanks 1 jeweils in einem Autoklav thermisch ausgehärtet werden. So sollte die Klebeschicht 28 bei über 120°C ausgehärtet werden. Der Autoklavaushärtung sollte insbesondere bei Temperaturen zwischen 120°C bis 180°C erfolgen.In principle, it is advantageous if the
In den
Eine erste Baugruppe I umfasst eine Vielzahl von Stringern 15 und die Diffusionsschicht 23, die vorzugsweise mit einem Kalt-Fixierkleber zwischen die Stringer 15 eingebracht wurde. Die Diffusionsschicht 23 wird vorzugsweise über eine sogenannte Diffusionsbox aus thermoplastischen Werkstoffen, vorzugsweise PPS, bereitgestellt.A first assembly I comprises a multiplicity of
Eine Baugruppe II umfasst die Klöpperboden. Diese haben entweder ein Ventil 11, 12 oder nicht. Hier können noch Sensoren bzw. Aktoren enthalten sein.A group II includes the dished end. These either have a
Die Baugruppe III umfasst die erste und zweite Laminatschicht 21, 22, die auf die Baugruppe I aufgebracht wurde. Weiterhin wird eine Klebeschicht 28 aufgebracht, um die Klöpperboden, also die Baugruppe II mit der Baugruppe III zu verkleben und damit zu verbinden.Assembly III comprises the first and second laminate layers 21, 22 applied to assembly I. Furthermore, an
Die Baugruppe IV zeigt die Baugruppe III zusammen mit der Baugruppe II.Assembly IV shows assembly III together with assembly II.
Die Baugruppe V zeigt den fertig hergestellten Wasserstoffflachhochdrucktank 1. In diesem Fall ist noch die Armierungsanordnung 30 mit den Kohlenstofffaserbändern 31, 32 aufgebracht. Die Kohlenstofffaserbänder 31, 32 werden um die Baugruppe IV herumgewickelt. Der Wasserstoff im Wasserstoffflachhochdrucktank 1 ist gasförmig bzw. flüssig.Assembly V shows the finished, flat, high-
Nachfolgend werden nochmals einige Merkmale des Wasserstoffflachhochdrucktanks 1 gesondert hervorgehoben.Some features of the flat, high-
Bevorzugt sind alle Stringer 15 an denselben gegenüberliegenden Wänden 2, 3 bzw. 4, 5 bzw. 6, 7 befestigt.All
Selbstverständlich könnte ein unabhängiger Anspruch auch auf den Einsatz eines Klöpperbodens gerichtet werden. In diesem Fall wären die Stringer 15 vorteilhafte Weiterbildungen und könnten in den Unteransprüchen vorgesehen werden. Dabei wäre es ausreichend, wenn eine Wand 2, 3, 4, 5, 6, 7 die Form eines Klöpperbodens aufweist. Vorzugsweise hätte aber zumindest die linke und/oder die rechte Wand 6, 7 eine solche Form. Ergänzend oder alternativ könnte dies auch für die vordere und/oder hintere Wand 4, 5 gelten. Der Verfahrensanspruch müsste dann entsprechend angepasst werden, dass der Stringer erst in einem Unteranspruch aufgeführt wird.Of course, an independent claim could also be directed to the use of a dished end. In this case the
Selbstverständlich könnte ein anderer unabhängiger Anspruch auch auf die Armierungsanordnung 30 mit Kohlenstofffaserbändern 31, 32 gerichtet sein. In diesem Fall wären die Stringer 15 vorteilhafte Weiterbildungen und könnten in den Unteransprüchen vorgesehen werden. Dabei könnte ausgeführt werden, dass die Kohlenstofffaserbänder 30, 31 unabhängig voneinander gewickelt werden und weiter vorzugsweise nicht deckungsgleich übereinander angeordnet sind und weiter vorzugsweise nicht parallel oder senkrecht zur Längsachse 29 des Wasserstoffflachhochdrucktanks 1 orientiert sind.Of course, another independent claim could also be directed to the
Selbstverständlich könnte ein anderer unabhängiger Anspruch auch direkt auf die flache Form gerichtet werden.Of course, another independent claim could also be directed to the flat shape.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Im Rahmen der Erfindung sind alle beschriebenen und/oder gezeichneten Merkmale beliebig miteinander kombinierbar.The invention is not limited to the exemplary embodiments described. Within the scope of the invention, all features described and/or drawn can be combined with one another as desired.
Claims (22)
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DE102021111561.2A DE102021111561B4 (en) | 2021-05-04 | 2021-05-04 | Hydrogen flat high-pressure tank for mobile and stationary applications, as well as method for manufacturing the hydrogen flat high-pressure tank |
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DE102022111085A1 (en) | 2022-05-05 | 2023-11-09 | Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft | Pressure accumulator |
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-
2021
- 2021-05-04 DE DE102021111561.2A patent/DE102021111561B4/en active Active
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