DE102021116426A1 - Drucktank für das Speichern von Wasserstoff - Google Patents

Drucktank für das Speichern von Wasserstoff Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Drucktank (1) für das Speichern von Wasserstoff, aufweisendeine Wandung (2) mit einer variablen Wandstärke (3), welche einen Druckraum (4) für Wasserstoff umschließt und von welcher eine Außenform (5) definiert ist. Der Drucktank (1) ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass die Außenform (5) der Wandung (2) eine Freiform ist,und zumindest eine Zugstrebe (6) innerhalb des Druckraums (4) zwischen zwei Bereichen der Wandung (2) angeordnet ist.Mit dem hier verwendetem Drucktank ist eine Speicherung von Wasserstoff in einem Bauraum für einen konventionellen Fahrzeugtank schaffbar.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Drucktank für das Speichern von Wasserstoff oder anderen unter Druck stehenden, gasförmigen Medien, ein Konstruktionsverfahren für einen solchen Drucktank, sowie ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Drucktank.
  • Die Entcarbonisierung des Straßenverkehrs ist ein großes Bestreben der Politik. Wasserstoff spielt aufgrund seiner leichten Verfügbarkeit und seiner emissionsfreien Energiewandlung deshalb dabei eine zentrale Rolle. Nachteilig an Wasserstoff ist bisher seine geringe Lagerfähigkeit aufgrund seines geringen Energiegehalts pro Volumen. Daher muss Wasserstoff unter hohem Druck, bevorzugt flüssig, gelagert werden. Für Drücke von über 700 bar [siebenhundert bar] werden Hochdruckbehältnisse in Kesselform eingesetzt. Jedoch ist in Kraftfahrzeugen der Bauraum begrenzt und muss effizient ausgenutzt werden.
  • Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Die erfindungsgemäßen Merkmale ergeben sich aus den unabhängigen Ansprüchen, zu denen vorteilhafte Ausgestaltungen in den abhängigen Ansprüchen aufgezeigt werden. Die Merkmale der Ansprüche können in jeglicher technisch sinnvollen Art und Weise kombiniert werden, wobei hierzu auch die Erläuterungen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie Merkmale aus den Figuren hinzugezogen werden können, welche ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen.
  • Die Erfindung betrifft einen Drucktank für das Speichern von Wasserstoff oder andere unter Druck stehenden gasförmigen Medien, aufweisend eine Wandung mit einer variablen Wandstärke, welche einen Druckraum für das unter Druck stehende Medium umschließt und von welcher eine Außenform definiert ist.
  • Der Drucktank ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass die Außenform der Wandung eine Freiform ist, und zumindest eine Zugstrebe innerhalb des Druckraums zwischen zwei Bereichen der Wandung angeordnet ist.
  • In der vorhergehenden und nachfolgenden Beschreibung verwendete Ordinalzahlen dienen, sofern nicht explizit auf das Gegenteilige hingewiesen wird, lediglich der eindeutigen Unterscheidbarkeit und geben keine Reihenfolge oder Rangfolge der bezeichneten Komponenten wieder. Eine Ordinalzahl größer eins bedingt nicht, dass zwangsläufig eine weitere derartige Komponente vorhanden sein muss.
  • Eine Reichweiten-orientierte Speicherung von Wasserstoff oder anderen unter Druck stehenden Medien in einem Kraftfahrzeug erfolgt meist erst ab einem Druck von mindestens 700 bar [siebenhundert bar], daher ist hier ein Drucktank für z.B. Wasserstoff vorgeschlagen, welcher für diesen hohen Druck geeignet ist. Die Wandung ist derart eingerichtet, dass sie eine Einhüllende für einen Druckraum des unter Druck stehenden Gases darstellt, sodass der es von der Umgebung gegen Ausgasen abgetrennt ist. Dabei ist in der Regel mittels der Wandung für ein vorbestimmtes Volumen des Drucktanks eine Außenform des Drucktanks definiert. Alternativ ist ein vorhandener Bauraum (beispielsweise maximal) für ein möglichst großes oder vorbestimmtes Volumen auszunutzen. Die Außenform des Drucktanks weist daher eine Freiform auf. Eine Freiform ist in einem besonders einfachen Anwendungsfall ein Quader. In den meisten Fällen ist die Freiform eine Annäherung an einen Quader mit zumindest einem Versprung in einer der Außenflächen. Es sei darauf hingewiesen, dass eine Innenform von dem Drucktank von der Außenform (meist deutlich) abweicht.
  • Aufgrund der Freiform des Drucktanks ergeben sich in manchen Bereichen der Wandung unterschiedliche räumliche Gradienten, wodurch (zumindest unter der Annahme einer gleichen Wandstärke) Spannungsspitzen innerhalb der Spannungsverteilung in der Wandung in diesem Bereich induziert sind. Der Drucktank weist dafür eine Wandung auf, welche eine variable Wandstärke aufweist, welche beispielsweise bei räumlichen Gradienten des Drucktanks (beispielsweise eine Krümmung) dicker oder dünner als angrenzend beziehungsweise im Durchschnitt ist. Hierbei ist in einer vorteilhaften Ausführungsform eine gleichmäßige Spannungsverteilung in der Wandung angestrebt. Aufgrund des sehr hohen Drucks ist aber eine unterschiedliche Wandstärke unter der hier aufgezeigten Aufgabenstellung nicht ausreichend.
  • Daher ist hier vorgeschlagen, zumindest eine Zugstrebe innerhalb des Druckraums anzuordnen, welche der auf die Wandung wirkenden Druckkraft des unter Druck stehenden Gases eine antagonistische Zugkraft entgegenbringt. Die Zugstrebe ist dabei zumindest zwischen zwei Bereichen innerhalb des Druckraums positioniert. Die Wandstärke ist in einem Bereich mit einem großen räumlichen Gradienten in Verbindung mit der Zugstrebe reduzierbar, im Vergleich zu einem Bereich mit einem gleich großen räumlichen Gradienten ohne Zugstrebe. In einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Wandstärke der Wandung und die zugeordnete Zugstrebe so aufeinander abgestimmt, dass eine (annäherungsweise) gleichmäßige Spannungsverteilung in der Wandung des Drucktanks erzielt ist. Es sei darauf hingewiesen, dass die Freiform keine Kesselform ist, jedoch an eine Kesselform angenähert sein kann, wobei zumindest ein (schwächender) Versprung im Bereich des zylindrischen Abschnitts und/oder im Bereich zumindest einer der Endkappen im Vergleich zu einer Kesselform vorgesehen ist. Nicht berücksichtigt sind hierbei Anpassungen für Anschlüsse. Die Freiform betrifft also ausschließlich solche Bereiche, welche frei von einem Anschluss sind. (Übergangs-) Bereiche mit einem Anschluss sind beispielsweise konventionell ausgeführt. Der Drucktank umfasst also zumindest einen Bereich mit der Wandung (in einer Freiform) und zumindest einen Bereich mit einem Anschluss, also zumindest einen Anschlussbereich.
  • Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Drucktanks vorgeschlagen, dass die Außenform der Wandung der Form eines konventionellen Fahrzeugtanks für einen Flüssigtreibstoff entspricht.
  • Bei konventionellen Kraftfahrzeugen ergibt sich für einen Fahrzeugtank für einen konventionellen Flüssigtreibstoff, wie beispielsweise Benzin, aufgrund von vielseitigen Anforderungen an das Kraftfahrzeug (beispielsweise Crash-sichere Struktur, mechanische Bauteile wie eine Kardanwelle und Weiteres) eine komplexe Freiform für den Fahrzeugtank. Wenn man diesen Fahrzeugtank durch eine konventionelle Kesselform ersetzen möchte, so muss unter Umständen die gesamte Struktur des Kraftfahrzeugs neu durchdacht und ausgelegt werden. Weiters ist es angestrebt, eine einzige Plattform für Kraftfahrzeuge mit unterschiedlichen Antriebsmaschinen beziehungsweise Treibstoffen anzubieten. Bekannt ist beispielsweise ein Kraftfahrzeug in einer Konfiguration mit einer Otto-Verbrennungskraftmaschine und einer Diesel-Verbrennungskraftmaschine, sowie die Umrüstung auf Flüssiggas-Treibstoffe, wie beispielsweise Flüssigerdgas [LNG: Liquified Natural Gas]. Eine Anwendung ist daher möglich, eine Plattform mit Flüssiggas und alternativ mit Wasserstoff als Treibstoff anzubieten. Dazu ist es nicht notwendig, die Plattform zu verändern.
  • Daher ist hier vorgeschlagen, dass die Außenform des Drucktanks derart ausgeführt ist, dass die Außenform der Form eines konventionell ausgelegten Fahrzeugtanks entspricht. Dieser vorhandene Bauraum ist also mit dem hier vorgeschlagenen Drucktank wie konventionell mittels seiner Außenform ausnutzbar. Die Außenform der Wandung ist somit auch für Bereiche des Bauraums eingerichtet, welche einen großen räumlichen Gradienten aufweist und (vor allem) eine Abweichung von der konventionellen Kesselform darstellt.
  • Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Drucktanks vorgeschlagen, dass die Wandung und/oder die zumindest eine Zugstrebe mittels zumindest eines der folgenden Herstellverfahren erzeugt ist:
    • - 3D-Drucken, bevorzugt Laserstrahl-Schmelzen;
    • - Faserverbund-Fertigung; und
    • - Gießen, bevorzugt unter Verwendung von Aluminium, Stahl und/oder Titan.
  • Komplexe Geometrien der Außenform der Wandung sind mittels konventioneller kostengünstiger Herstellverfahren beispielsweise Trennen und/oder Blech-Umformen nur bedingt abbildbar.
  • Die zumindest eine Zugstrebe und/oder die Wandung ist beispielsweise in einem sogenannten generativen Herstellverfahren erzeugt. Generative Herstellverfahren sind Verfahren in denen Schicht um Schicht ein Materialauftrag derart erfolgt, dass auch komplexe Geometrien der Wandung und/oder der Zugstrebe erzeugbar sind. Mittels der schichtweise erfolgenden Auftragung des Materials ist zudem eine Anbindung der Zugstrebe an die Wandung derart realisierbar, dass keine zusätzlichen konstruktiven Elemente benötigt sind beispielsweise Schrauben oder Bolzen. Der Einsatz von zusätzlichen konstruktiven Elementen ist nicht ausgeschlossen, jedoch führen sie in der Regel zu ungewollten Spannungsspitzen in der Spannungsverteilung in der Wandung. Mittels der generativen Herstellverfahren ist eine stetige Krafteinleitung in die Wandung und/oder die Zugstrebe realisierbar.
  • Beispiele für generative Herstellverfahren sind das sogenannte 3D-Drucken. Dabei ist bevorzugt das Laserstrahl-Schmelzen zum Erzeugen der Wandung und/oder der Zugstrebe eingesetzt. Beim selektiven Laserstrahl-Schmelzen ist (schichtweise) Material in Pulverform bereitgestellt und des wird (selektiv) nur Bereiche, welche der zu fertigenden Struktur entsprechen, aufgeschmolzen und so miteinander verbunden. Alternativ oder zusätzlich ist mittels Laserspritzen pulverförmiges Material in einer gewünschten Geometrie aufgebracht. In beiden Verfahren wird mittels eines Laserstrahls das Pulver derart vollständig aufgeschmolzen, dass eine dichte geschlossene Oberfläche erzeugt ist. Die dichte geschlossene Oberfläche stellt sicher, dass eine Ausgasung des Wasserstoffs verhindert ist. Zudem ist mittels des dieser Herstellverfahren jegliche Geometrie der Wandung und/oder der Zugstrebe erzeugbar, ohne dass dabei eine Negativ-Form benötigt ist.
  • Ein alternatives Herstellverfahren in der (für eine möglichst gleichmäßige Spannungsverteilung) eine stetige Krafteinleitung zwischen Wandung und Zugstrebe sichergestellt ist, ist die Faserverbund-Fertigung. In der Faserverbund-Fertigung sind Fasern (beispielsweise Kohlefasern und/oder Glasfasern) in eine Negativ-Form der Außenform der Wandung ausgelegt und mit einem Kunststoff getränkt, mittels welchem nach dem Aushärten eine derart geschlossene Oberfläche erzeugbar ist, dass ein Ausgasen des Wasserstoffs sicher verhindert ist. Zudem sind die Fasern entsprechend der jeweils anliegenden Zugkraft orientiert, welche aus der Druckkraft des Wasserstoffs auf die Wandung resultiert, sodass die Fasern sparsam hinsichtlich Masse und Volumen einsetzbar sind. Auch in der Wandung sind in einer vorteilhaften Ausführungsform die Fasern verstärkend zu einem Gewebe oder Gelege oder allein gemäß des jeweiligen (Zug-) Spannungsverlaufs orientiert. Ein weiterer Vorteil von Faserverbund ist, dass der Kunststoff meist nicht-reaktiv und somit vor einer sogenannten Wasserstoffversprödung geschützt ist.
  • Ein weiteres alternatives Herstellverfahren, in welcher eine stetige Krafteinleitung zwischen Wandung und Zugstrebe sichergestellt ist, ist das konventionelle Gießen, bevorzugt unter der Verwendung von Aluminium, Stahl und/oder Titan. Dabei ist eine Negativ-Form der Wandung und der zumindest einen Zugstrebe zu erzeugen. Das Gießen ist bevorzugt als ein Sandgussverfahren (bevorzugt unter Einsatz von zumindest einer Positiv-Form, wie beispielsweise einer Wachsform) oder wiederverwendbare Matrizen (bevorzugt unter Einsatz von verlorenen Kernen) derart ausgeführt, dass auch eine komplexe Geometrie der Anbindung zwischen Zugstrebe und Wandung abbildbar ist und damit eine gleichmäßige Spannungsverteilung in der Wandung sichergestellt ist.
  • Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Drucktanks vorgeschlagen, dass die Wandung rein kraftaufnehmende Bereiche und zusätzlich dichtende Bereiche umfasst.
  • Die Wandung des Drucktanks ist derart ausgeführt, dass die Wandung unterschiedliche Bereiche umfasst. Es muss einerseits eine ausreichende Gasdichtheit sichergestellt sein. Andererseits ist es aber nicht notwendig, dass Bereiche, welche allein zur Aufnahme von Kräften beziehungsweise Spannungen eingerichtet sind, selbst gasdicht sind. Beispielsweise sind solche Bereiche porös beziehungsweise nicht sicher gasdicht.
  • Die dichtenden Bereiche der Wandung unterbinden ein Ausgasen des kleinstmolekülen Wasserstoffs aus dem Druckraum hinaus. Bevorzugt sind diese dichtenden Bereiche zudem derart ausgeführt, dass nur eine (für eine angestrebte Lebensdauer ausreichend) geringe bis keine Wasserstoffversprödung auftritt. Beispielsweise ist zum Schutz gegen eine Wasserstoffversprödung die Wandung innenseitig zumindest in diesen dichtenden Bereichen nachbehandelt, beispielsweise mit einer Lackierung und/oder einer Opferschicht versehen. Diese dichtenden Bereiche sind derart ausgeführt, dass eine kritische Materialermüdung aufgrund des Wasserstoffs und des hohen Drucks innerhalb einer angestrebten Lebensdauer ausgeschlossen ist.
  • In einer alternativen Ausführungsform sind die kraftaufnehmenden Bereiche und die dichtenden Bereiche mittels unterschiedlicher Herstellverfahren erzeugt und/oder (nicht oder unterschiedlich) nachbehandelt. Beispielsweise ist eine Zugstrebe derart ausgeführt, dass ihr Herstellverfahren auf eine reine kraftaufnehmende Wirkweise ausgelegt ist. So ist in einer alternativen Ausführungsform eine Zugstrebe mittels eines Metall-Sinter-Verfahrens (bevorzugt selektives Lasersintern [SLS]) derart erzeugt, dass die Bearbeitungszeit geringer ist als bei einem Laserstrahl-Schmelzen bei gleichzeitiger ähnlichen bis gleichen strukturellen Belastbarkeit der Zugstrebe.
  • Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Drucktanks vorgeschlagen, dass die Zugstrebe hin zu der und/oder innenseitig der Wandung eine Verästelung umfasst.
  • Konventionelle Anbindungen von Zugstreben an eine Wandung kleinflächig (entsprechend dem Querschnitt der Zugstrebe) angebunden, gegebenenfalls plus einen Flächenanteil, welcher sich aus dem Einsatz geeigneter Rundungsradien ergibt.
  • Hier ist daher eine Anbindung der zumindest einen Zugstrebe an die Wandung innerhalb des Druckraums derart vorgeschlagen, dass die zumindest eine Zugstrebe eine Verästelung hin zu der innenseitigen Wandung aufweist. Die Verästelung ist dabei derart ausgeführt, dass die Zugstrebe hin zur Wandung und quer zur eigenen (Haupt-) Erstreckung zumindest einmal, bevorzugt mehrmals, weiter aufgeteilt ist. Diese Aufteilung erzeugt eine weiter verteilte und/oder großflächigere Anbindung an die Wandung. Zudem ist eine Verringerung und/oder Verkleinerung von solchen Flächenanteilen der Wandung erzielbar, welche keine unmittelbare Anbindung an eine Zugstrebe aufweisen.
  • Die Verästelung ist also mit einer fraktalen Struktur an die innenseitige Wandung angeschlossen. Die zu der Druckkraft des unter Druck stehenden Gases antagonistische Zugkraft der Zugstrebe, ist mittels der Verästelung also über eine größere Fläche auf die Wandung aufbringbar und stellt damit eine gleichmäßige Spannungsverteilung innerhalb der Wandung sicher.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Konstruktionsverfahren für einen Drucktank nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung vorgeschlagen, wobei die Wandstärke und/oder die Anzahl und/oder Form der Zugstreben mittels eines evolutionären Algorithmus iterativ bestimmt sind,
    wobei bevorzugt das Volumen des Druckraums konstant ist,
    wobei besonders bevorzugt die Außenform innerhalb eines vorbestimmten Bauraums veränderlich ist.
  • Iterative Konstruktionsverfahren sind computergestützte Methoden zur gezielten Optimierung eines Pflichtenhefts an ein Bauteil. Dabei werden dem Konstruktionsverfahren Zielsetzungen und Vorgaben implementiert, wobei die Zielsetzungen am Ende eines jeden Iterationsschritts überprüft werden und eine eventuelle Anpassung unter Einhaltung der Vorgaben in einem anschließenden Iterationsschritt erfolgt. Somit sind konstruktive Lösungen mittels Variation verschiedener Ausführungen unter Einhaltung der Vorgaben und einer Überprüfung der Zielsetzung erzeugbar.
  • Der evolutionäre Algorithmus führt diese iterativen Schritte selbsttätig aus, wobei unter Umständen von dem Algorithmus mehrere Varianten infolge einer Entscheidungsbaumstruktur ermittelt werden, und (gegebenenfalls unter Konvergenzen) selbsttätig Varianten ausgeschlossen werden.
  • Das hier vorgeschlagene Konstruktionsverfahren für einen Drucktank ist derart ausgeführt, dass gewisse Freiheitsgrade in der Konstruktion iterativ, also nach dem sogenannten Versuch und Irrtum-Prinzip [englisch: Trial-and-Error] errechnet werden. So ist eine Vorgabe des Konstruktionsverfahrens, dass (unter der Bedingung einer möglichst gleichmäßigen Spannungsverteilung und/oder geringen Spannung innerhalb der Wandung und dem Widerstehen der Druckkraft) die Wandstärke, für beispielsweise eine gute Bauraumausnutzung und/oder geringe Materialkosten, möglichst klein zu halten ist. Nach einer weiteren kommutierenden Vorgabe des Konstruktionsverfahrens ist die Anzahl und/oder die Form der Zugstreben so auszuführen, dass ein Widerstehen der Druckkraft und eine gleichmäßige Spannungsverteilung innerhalb der Wandung sichergestellt ist.
  • Zusätzlich ist eine weitere bevorzugte Vorgabe an das Konstruktionsverfahren, dass die Außenform innerhalb eines vorbestimmten Bauraums veränderlich ist. Der Bauraum für einen Fahrzeugtank ist mehr oder weniger fest vorgegeben, das heißt es sind teilweise Bauvolumenerweiterungen möglich, um ein angestrebtes (Tank-) Volumen erreichen zu können.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist die zumindest eine Zielsetzung des Konstruktionsverfahrens derart gewählt, dass das (Tank-) Volumen des Druckraums konstant ist. Dabei ergibt sich aus dem Volumen des Drucktanks und der Energiedichte pro Volumen des (verflüssigten) Wasserstoffs bzw. eines alternativen Gases eine maximale Reichweite des Kraftfahrzeugs. Alle anderen Vorgaben des Konstruktionsverfahrens sind iterativ derart zu ermitteln, dass die Wandstärke und/oder die Anzahl und/oder die Form der Zugstreben ein vorbestimmtes Volumen innerhalb des vorbestimmten Bauraums nicht zu unterschreiten ist.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, aufweisend zumindest ein Vortriebsrad, eine Drehmoment-erzeugende Antriebsmaschine zum Vortrieb des Kraftfahrzeugs über das zumindest eine Vortriebsrad, und einen Drucktank nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung, mittels welchem die Antriebsenergie in Form von Wasserstoff vorgehalten ist.
  • Hier ist nun ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, dass (zumindest) eine Antriebsmaschine umfasst, welche ein Drehmoment erzeugt, indem es die im Treibstoff, bevorzugt Wasserstoff, gebundene Energie aus einem Drucktank in Drehmoment umwandelt. Das Drehmoment der Antriebsmaschine ist über ein Getriebe an zumindest ein Vortriebsrad übertragbar. Das zumindest eine Vortriebsrad ist zum Vortrieb des Kraftfahrzeugs eingerichtet. Die Antriebsmaschine ist einer Ausführungsform eine elektrische Antriebsmaschine, welche mittelbar oder unmittelbar von einer Brennstoffzelle mit elektrischer (Antriebs-) Energie versorgt wird. Die Antriebsmaschine ist in einer anderen Ausführungsform eine Verbrennungskraftmaschine, welche z.B. gasförmigen Wasserstoff zur expansiven Verbrennung als Treibstoff (Antriebsenergie) erhält.
  • Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, welche bevorzugte Ausgestaltungen zeigen, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematischen Zeichnungen in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass die Zeichnungen nicht maßhaltig sind und zur Definition von Größenverhältnissen nicht geeignet sind. Es wird dargestellt in
    • 1: ein Drucktank mit Zugstreben; und
    • 2: ein Kraftfahrzeug mit einem Drucktank.
  • In 1 ist ein Drucktank 1 mit Zugstreben 6 in einer rein schematischen Schnittansicht dargestellt. Dabei weist der Drucktank 1 eine Außenform 5 einer Wandung 2 auf, welche in dieser Ausführungsform der Außenform 5 eines konventionellen Fahrzeugtanks 7 entspricht. Die Wandung 2 umschließt einen Druckraum 4 des Drucktanks 1. Innerhalb des Druckraums 4 ist Wasserstoff unter einem hohen Druck (beispielsweise 700 bar [siebenhundert bar]) eingebracht. Dabei generiert der Wasserstoff eine Druckkraft auf die Wandung 2 des Drucktanks 1. Der Drucktank 1 ist derart ausgeführt, dass dieser in Bereichen der Wandung 2, vor allem bei unterschiedlichen räumlichen Gradienten der Außenform 5, eine variable Wandstärke 3 aufweist (in der Darstellung nicht zu erkennen).
  • Am darstellungsgemäß linken unteren Ende, weist die Wandung 2 eine starke Rundung auf, daher ist in diesem Bereich die Wandung 2 derart ausgeführt, dass eine Verdickung der Wandstärke 3 eine Vergleichmäßigung der Spannungsverteilung in diesem Bereich sicherstellt. Alternativ oder zusätzlich zu der Verdickung der Wandstärke 3 sind in dieser Ausführungsform eine Mehrzahl von Zugstreben 6 innerhalb des Drucktanks 1 derart eingebracht, dass die Zugstreben 6 eine antagonistische Zugkraft entgegen der Druckkraft des Wasserstoffs auf die Wandung 2 aufbringt. Die Zugstreben 6 sind dabei derart positioniert, dass eine gleichmäßige Spannungsverteilung in der Wandung 2 des Drucktanks 1 sichergestellt ist. Die Zugkraft der Zugstreben 6 ist hier so in die Wandung 2 eingeleitet, dass eine stetige Kraftverteilung auf die Wandung 2 einwirkt. Dabei sind die Zugstreben 6 derart ausgeführt, dass diese an ihren hin zu der Wandung 2 zeigenden Enden eine Verästelung 8 aufweisen. Mittels dieser Verästelung 8 ist eine größere Verteilung der Krafteinleitung sowie eine Verkleinerung der Flächenbereiche der Wandung 2 ohne Anschluss an eine Zugstrebe 6 (beziehungsweise deren Verästelung 8) erzielt ist.
  • In 2 ist ein Kraftfahrzeug 10 mit einem Drucktank 1 gezeigt. Das Kraftfahrzeug 10 umfasst in dieser Ausführungsform zwei Antriebsmaschinen 13. Die Antriebsmaschinen 13 sind derart zur Drehmomenterzeugung eingerichtet, dass dieses Drehmoment (hinten parallel über ein Getriebe 14 und vorne koaxial) an die Vortriebsräder 11,12 zum Vortrieb des Kraftfahrzeugs 10 übertragbar ist.
  • In dem Kraftfahrzeug 10 ist ein Bauraum 9 zur Aufnahme eines Fahrzeugtanks 7 vorgehalten. Dort ist der Drucktank 1 mit einer Außenform 5 von einem konventionellen Fahrzeugtank 7 angeordnet, wobei der Drucktank 1 beispielsweise wie in 1 ausgeführt ist. Der Bauraum 9 ist in diesem Ausführungsbeispiel von dem Drucktank 1 gut ausgenutzt.
  • Mit dem hier verwendetem Drucktank ist eine Speicherung von Wasserstoff in einem Bauraum für einen konventionellen Fahrzeugtank schaffbar.

Claims (7)

  1. Drucktank (1) für das Speichern von unter Druck stehenden, gasförmigen Medien wie Wasserstoff, aufweisend eine Wandung (2) mit einer variablen Wandstärke (3), welche einen Druckraum (4) für das Gas umschließt und von welcher eine Außenform (5) definiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenform (5) der Wandung (2) eine Freiform ist, und zumindest eine Zugstrebe (6) innerhalb des Druckraums (4) zwischen zwei Bereichen der Wandung (2) angeordnet ist.
  2. Drucktank (1) nach Anspruch 1, wobei die Außenform (5) der Wandung (2) der Form eines konventionellen Fahrzeugtanks (7) für einen Flüssigtreibstoff entspricht.
  3. Drucktank (1) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Wandung (2) und/oder die zumindest eine Zugstrebe (6) mittels zumindest eines der folgenden Herstellverfahren erzeugt ist: - 3D-Drucken, bevorzugt Laserstrahl-Schmelzen; - Faserverbund-Fertigung; und - Gießen, bevorzugt unter Verwendung von Aluminium, Stahl und/oder Titan.
  4. Drucktank (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wandung (2) rein kraftaufnehmende Bereiche und zusätzlich dichtende Bereiche umfasst.
  5. Drucktank (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zugstrebe (6) hin zu der und/oder innenseitig der Wandung (2) eine Verästelung (8) umfasst.
  6. Konstruktionsverfahren für einen Drucktank (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wandstärke (3) und/oder die Anzahl und/oder Form der Zugstreben (6) mittels eines evolutionären Algorithmus iterativ bestimmt sind, wobei bevorzugt das Volumen des Druckraums (4) konstant ist, wobei besonders bevorzugt die Außenform (5) innerhalb eines vorbestimmten Bauraums (9) veränderlich ist.
  7. Kraftfahrzeug (10), aufweisend zumindest ein Vortriebsrad (11,12), eine Drehmoment-erzeugende Antriebsmaschine (13) zum Vortrieb des Kraftfahrzeugs (10) über das zumindest eine Vortriebsrad (11,12), und einen Drucktank (1) nach einem von Anspruch 1 bis Anspruch 5, mittels welchem die Antriebsenergie in Form von Wasserstoff vorgehalten ist.
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