DE102022116293A1 - Druckspeicher - Google Patents

Druckspeicher Download PDF

Info

Publication number
DE102022116293A1
DE102022116293A1 DE102022116293.1A DE102022116293A DE102022116293A1 DE 102022116293 A1 DE102022116293 A1 DE 102022116293A1 DE 102022116293 A DE102022116293 A DE 102022116293A DE 102022116293 A1 DE102022116293 A1 DE 102022116293A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
pressure accumulator
individual elements
outer shell
pressure
inner shell
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102022116293.1A
Other languages
English (en)
Inventor
Thomas Leimbach
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dr Ing HCF Porsche AG
Original Assignee
Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dr Ing HCF Porsche AG filed Critical Dr Ing HCF Porsche AG
Priority to DE102022116293.1A priority Critical patent/DE102022116293A1/de
Publication of DE102022116293A1 publication Critical patent/DE102022116293A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K15/00—Arrangement in connection with fuel supply of combustion engines or other fuel consuming energy converters, e.g. fuel cells; Mounting or construction of fuel tanks
    • B60K15/03—Fuel tanks
    • B60K15/03006—Gas tanks
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C1/00—Pressure vessels, e.g. gas cylinder, gas tank, replaceable cartridge
    • F17C1/02—Pressure vessels, e.g. gas cylinder, gas tank, replaceable cartridge involving reinforcing arrangements
    • F17C1/04—Protecting sheathings
    • F17C1/06—Protecting sheathings built-up from wound-on bands or filamentary material, e.g. wires
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C1/00—Pressure vessels, e.g. gas cylinder, gas tank, replaceable cartridge
    • F17C1/14—Pressure vessels, e.g. gas cylinder, gas tank, replaceable cartridge constructed of aluminium; constructed of non-magnetic steel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K15/00—Arrangement in connection with fuel supply of combustion engines or other fuel consuming energy converters, e.g. fuel cells; Mounting or construction of fuel tanks
    • B60K15/03—Fuel tanks
    • B60K2015/03072—Arrangements for reducing evaporation
    • B60K2015/03078—Membranes, layers or the like covering the surface of the fuel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2201/00—Vessel construction, in particular geometry, arrangement or size
    • F17C2201/01—Shape
    • F17C2201/0147—Shape complex
    • F17C2201/0152—Lobes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2201/00—Vessel construction, in particular geometry, arrangement or size
    • F17C2201/05—Size
    • F17C2201/056—Small (<1 m3)
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2203/00—Vessel construction, in particular walls or details thereof
    • F17C2203/01—Reinforcing or suspension means
    • F17C2203/011—Reinforcing means
    • F17C2203/012—Reinforcing means on or in the wall, e.g. ribs
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2203/00—Vessel construction, in particular walls or details thereof
    • F17C2203/06—Materials for walls or layers thereof; Properties or structures of walls or their materials
    • F17C2203/0602—Wall structures; Special features thereof
    • F17C2203/0612—Wall structures
    • F17C2203/0614—Single wall
    • F17C2203/0619—Single wall with two layers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2203/00—Vessel construction, in particular walls or details thereof
    • F17C2203/06—Materials for walls or layers thereof; Properties or structures of walls or their materials
    • F17C2203/0634—Materials for walls or layers thereof
    • F17C2203/0636—Metals
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2203/00—Vessel construction, in particular walls or details thereof
    • F17C2203/06—Materials for walls or layers thereof; Properties or structures of walls or their materials
    • F17C2203/0634—Materials for walls or layers thereof
    • F17C2203/0636—Metals
    • F17C2203/0639—Steels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2203/00—Vessel construction, in particular walls or details thereof
    • F17C2203/06—Materials for walls or layers thereof; Properties or structures of walls or their materials
    • F17C2203/0634—Materials for walls or layers thereof
    • F17C2203/0636—Metals
    • F17C2203/0646—Aluminium
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2203/00—Vessel construction, in particular walls or details thereof
    • F17C2203/06—Materials for walls or layers thereof; Properties or structures of walls or their materials
    • F17C2203/0634—Materials for walls or layers thereof
    • F17C2203/0658—Synthetics
    • F17C2203/0663—Synthetics in form of fibers or filaments
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2209/00—Vessel construction, in particular methods of manufacturing
    • F17C2209/22—Assembling processes
    • F17C2209/221—Welding
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2221/00—Handled fluid, in particular type of fluid
    • F17C2221/01—Pure fluids
    • F17C2221/012—Hydrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2223/00—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel
    • F17C2223/01—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel characterised by the phase
    • F17C2223/0107—Single phase
    • F17C2223/0123—Single phase gaseous, e.g. CNG, GNC
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2223/00—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel
    • F17C2223/03—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel characterised by the pressure level
    • F17C2223/036—Very high pressure (>80 bar)
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2260/00—Purposes of gas storage and gas handling
    • F17C2260/01—Improving mechanical properties or manufacturing
    • F17C2260/018—Adapting dimensions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2270/00—Applications
    • F17C2270/01—Applications for fluid transport or storage
    • F17C2270/0165—Applications for fluid transport or storage on the road
    • F17C2270/0168—Applications for fluid transport or storage on the road by vehicles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Supply Devices, Intensifiers, Converters, And Telemotors (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Druckspeicher (10) zum Speichern eines unter Druck stehenden Fluids, insbesondere Gas. Der erfindungsgemäße Druckspeicher (10) weist eine Außenhülle (11), welche eine Außengeometrie des Druckspeichers (10) definiert, und eine Innenhülle (14) auf, die einen Speicherraum (15) begrenzt. Die Innenhülle (14) ist dabei aus wenigstens zwei kugel- und/oder zylinderförmigen miteinander fluidisch verbundenen Einzelelementen (12) gebildet, wobei sich die Einzelelemente (12) wenigstens abschnittsweise überschneiden und zwischen dadurch gebildeten Schnittstellen (16) wenigstens eine Stabilisierungsstrebe (13) vorgesehen ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Druckspeicher zum Speichern eines unter Druck stehenden Fluids, insbesondere Gas. Sie betrifft ebenso ein Kraftfahrzeug mit dem erfindungsgemäßen Druckspeicher.
  • Insbesondere zur Umsetzung alternativer Antriebskonzepte von Fahrzeugen, wie beispielsweise der Brennstoffzelle, werden Druckspeicher für die Speicherung von Gasen benötigt. Dabei müssen die Druckspeicher in der Lage sein sehr hohen Innendrücken standhalten zu können, was zu klassischen zylindrischen oder kugelförmigen Druckspeicherformen führt.
  • Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Arten von Druckspeichern bekannt. Das Patentdokument US6499287B1 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Integration von Strukturelementen in einem Tank für Flüssigtreibstoff in einem Tauchscooter.
  • Das Patentdokument EP1990249A2 offenbart einen Druckspeicher für Druckluftbremsen zur Montage an einem Fahrzeug, wobei der Druckbehälter kissenförmig (für parallelepipedische Einbauräume optimiert) ausgeführt ist und die abgeflachten Seiten mittels Spannelementen aneinander abgestützt sind. Die Spannelemente sind an den Innenwänden des Druckspeicher angeordnet.
  • Das Patentdokument DE10226530A1 offenbart einen Druckspeicher, welcher mittels Trennwände innerhalb einer Behälterwand unterteilt ist und zur Aufnahme von flüssigen und/oder gasförmigen Medien eingerichtet ist. Die Druckspeicherwand und die Trennwände bilden dabei ein einstückiges, quaderförmiges Grundmodul, welches an den axialen Enden mittels Abdeckungen begrenzt ist.
  • Durch begrenzte Platzverhältnisse in Fahrzeugen, ist durch die Ausnutzung des im Fahrzeug für einen Druckspeicher zur Verfügung stehenden Platzes durch zylindrische oder kugelförmige Druckspeicherformen in der Regel nicht optimal. 1 zeigt einen Druckspeicher 10 gemäß dem Stand der Technik. Dieser setzt sich aus einzelnen miteinander verbundenen Einzelelementen 12 zusammen, welche eine zylindrische Form mit runden Abschlüssen (rundem Zylinderboden/Zylinderdeckel) aufweisen und somit für einen hohen Innendruck ausgelegt sind. In einigen Ausführungsformen werden die Einzelelemente 12 durch eine Außenhülle 11 zusammengehalten. Durch die im Stand der Technik für Druckspeicher vorteilhafte zylindrische Form der Einzelelemente 12 bleibt ein großer Anteil des zur Verfügung stehenden Bauraums ungenutzt. Auch bei Ausführungsformen ohne Außenhülle kann durch die klassischen Druckspeicherformen der zur Verfügung stehenden Bauraum in einem Fahrzeug nicht effektiv ausgenutzt werden.
  • Ebenso sind Druckspeicher beispielsweise aus der DE60015330T2 bekannt, welche sich aus mehreren Einzeltanks zusammensetzen, um so die Raumausnutzung der Tanks zu verbessern. Die Einzeltanks stehen dabei fluidisch nicht miteinander in Verbindung und weichen zumindest an einer Seite von der vorteilhaften zylindrischen oder kugelförmigen Form ab und müssen daher, um dem gleichen Druck Stand halten zu können, höhere Wandstärken oder stabilere Materialien aufweisen, was mit einer Erhöhung des Gewichts und höheren Kosten einhergeht.
  • Vor dem geschilderten Stand der Technik ist es somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Druckspeicher bereit zu stellen, welcher eine höhere Platzausnutzung als die Systeme des Stands der Technik bei gleicher Druckstabilität aufweist. Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.
  • Der erfindungsgemäße Druckspeicher zum Speichern eines unter Druck stehenden Fluids, insbesondere Gas, weist eine Außenhülle auf, welche eine Außengeometrie des Druckspeichers definiert. Zudem weist er eine Innenhülle auf, welche einen Speicherraum begrenzt, in welchem das zu speichernde Fluid vorgesehen ist. Die Innenhülle besteht dabei aus wenigstens zwei kugel- und/oder zylinderförmigen miteinander fluidisch verbundenen Einzelelementen, wobei sich die Einzelelemente wenigstens abschnittsweise miteinander überschneiden. Die Stellen, an denen sich die Einzelelemente überschneiden werden als Schnittstellen bezeichnet. An diesen Schnittstellen ist wenigstens eine Stabilisierungsstrebe vorgesehen, welche wenigstens zwei Schnittstellen zwischen Einzelelementen verbindet. Die Einzelelemente sind dabei vorzugsweise auf den Teil ihrer Form beschränkt, der die Innenhülle definiert. In anderen Worten bedeutet dies, dass innerhalb der Innenhülle, also im Speicherraum, liegende Teile der Einzelelemente nicht vorgesehen sind. Somit sind die sich überschneidenden Teile der Einzelelemente nicht vorhanden.
  • Eine Schnittstelle bezeichnet dabei eine Stelle der Überschneidung der Einzelelemente. Durch die Überschneidung der kugel- und/oder zylinderförmigen Einzelelemente entstehen somit unendlich viele Schnittstellen entlang einer Schnittlinie. Die wenigstens eine Stabilisierungsstrebe verbindet dabei vorzugsweise zwei sich gegenüberliegende Schnittstellen auf dieser Schnittlinie.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Stabilisierungsstrebe vorzugsweise als Zugstab ausgebildet, der die beiden Schnittstellen miteinander verbindet. Der Zugstab wird dabei lediglich in eine Richtung (Zugrichtung) belastet und ist dadurch in der Lage eine große Kraft aufzunehmen. Als Zugstab verbindet die Stabilisierungsstrebe zwei gegenüberliegende Seiten der Innenhülle und kann somit die Druckstabilität des Druckspeichers erhöhen.
  • Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Verwendung eines Zugstabs als Stabilisierungsstrebe beschränkt. Es können ebenso beispielsweise Stäbe, welche nicht ausschließlich auf Zug belastet werden, oder Wände oder andere Geometrieformen, welche entsprechend Löcher aufweisen, um die fluidische Verbindung der Einzelelemente zu gewährleisten, zwischen den Schnittstellen/Schnittlinien eingesetzt werden.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung überschneiden sich die Einzelelemente symmetrisch. Unter einer symmetrischen Überschneidung ist zu verstehen, dass sich die Tangentialspannungen der beiden überschneidenden Einzelelemente aufheben. Insbesondere haben dabei die beiden Einzelelemente eine identische Form. Somit kann erreicht werden, dass die Stabilisierungsstrebe möglichst wenig Kräfte aufnehmen muss und somit möglichst klein, also platzsparend, dimensioniert werden kann.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die wenigstens zwei Einzelelemente in unterschiedlichen Größen ausgebildet. Hierdurch kann der durch die Außenhülle definierte Platz des Druckspeichers möglichst vollständig als nutzbarer Speicherraum verwendet werden und die Platzausnutzung erhöht werden.
  • Bevorzugt ist zumindest ein Teil der Außenhülle als Freiformfläche gebildet, sodass eine sehr unregelmäßige äußere Geometrie des Druckspeichers vorliegt. Als Freiformfläche wird eine gänzlich unsymmetrische Fläche bezeichnet, deren Querschnitte keiner mathematischen Regel folgen. Dabei kann sich die Außenhülle auch aus einer Regelgeometrie wie beispielsweise eine Quader zusammensetzen, wobei lediglich eine Seite des Quaders als Freiformfläche ausgebildet ist. Derartige Ausführungsformen sind insbesondere deswegen vorteilhaft, da sich der Druckspeicher auf diese Weise besonders gut vorgegebenen Konturen und Platzverhältnissen anpassen kann.
  • Vorzugsweise weist der Druckspeicher weiterhin zwischen seiner Außenhülle und seiner Innenhülle eine formstabile Struktur auf. Als formstabile Struktur kann dabei sowohl eine Struktur wie beispielsweise ein Fachwerk oder ähnliches verstanden werden als auch ein definiertes Material, insbesondere ein poröses Material, welches in diesem Zwischenraum vorgesehen ist. Dies verstärkt weiterhin die Struktur des Druckspeichers insgesamt, sodass dieser höheren Druckbelastungen standhält.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung besteht der Druckspeicher zumindest teilweise aus Stahl, Aluminium und/oder Titan und ist dabei insbesondere durch ein 3D-Druckverfahren hergestellt. Die genannten Materialien haben den Vorteil, dass Sie in 3D-Druckverfahren eingesetzt werden können und im Bau von Druckspeichern bereits erprobt sind. Durch ein 3D-Druckverfahren können insbesondere komplizierte Geometrien vergleichsweise unkompliziert hergestellt werden, weshalb ein derartiges Verfahren bevorzugt ist.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Druckspeicher zumindest teilweise aus Faserverbundwerkstoffen hergestellt. Diese Werkstoffe weisen eine hohe Festigkeit, insbesondere in den Faserrichtungen, bei einem gleichzeitig geringen Gewicht auf. Diese Eigenschaften eignen sie insbesondere für die Herstellung der Stabilisierungsstreben, insbesondere dann, wenn diese als Zugstäbe ausgeführt sind bzw. hauptsächlich Zugkräfte aufnehmen müssen.
  • Weiterhin vorteilhaft ist eine Ausführungsform bei der der Druckspeicher zumindest zum Teil mittels zerspanender Fertigung und/oder anschließendem Fügen, insbesondere mittels Reib- oder Laserstrahlschweißen, hergestellt ist. Derartige Herstellungsverfahren sind bereits im Stand der Technik gut bekannt und erlauben eine einfache und günstige Herstellung des Druckspeichers.
  • Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug weist wenigstens einen erfindungsgemäßen Druckspeicher auf.
  • Im Folgenden werden vorteilhafte Ausführungsformen und Aspekte der Erfindung anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Sie zeigen:
    • 1 eine schematische Darstellung eines Druckspeichers 10 gemäß dem Stand der Technik
    • 2a eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Druckspeichers 10 in einer ersten Ausführungsform
    • 2b eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Druckspeichers 10 in einer zweiten Ausführungsform
    • 3 eine schematische Darstellung einer Schnittstelle zwischen zwei Einzelelementen 12 in einer Detailansicht
    • 4a eine schematische Darstellung eines Druckspeichers 10 gemäß dem Stand der Technik
    • 4b eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Druckspeichers 10 in einer dritten Ausführungsform
    • 4c eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Druckspeichers 10 in einer vierten Ausführungsform
  • 1 wurde bereits bei den Erläuterungen zum Stand der Technik näher beschrieben. Daher wird auf eine weitere Beschreibung an dieser Stelle verzichtet.
  • 2a zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Druckspeichers 10 in einer ersten Ausführungsform in einer Schnittansicht. Der Druckspeicher 10 setzt sich aus einer Außenhülle 11 und einer Innenhülle 14 zusammen. Die Innenhülle 14 wiederum wird durch mehrere nebeneinander angeordnete zylinderförmige Einzelelementen 12 gebildet, welche in der gezeigten Darstellung ebenfalls in Querrichtung geschnitten sind, sodass lediglich ihre runden Querschnitte erkennbar sind. Wie durch die gestrichelten Linien angedeutet, überschneiden sich dabei die Einzelelemente 12 leicht. Der sich überschneidende Teil der Einzelelemente 12 ist lediglich in der Figur zum besseren Verständnis angedeutet, existiert in Realität aber nicht. Somit sind die Einzelelemente 12 auf den Teil beschränkt, welcher die Innenhülle 14 definiert. An den Schnittstellen zwischen den Einzelelementen 12 sind diese miteinander verbunden, sodass eine geschlossene Innenhülle 14 vorliegt. Die Innenhülle 14 definiert den Speicherraum 15, in dem das zu speichernde Fluid aufgenommen wird.
  • Die sich leicht überschneidenden Einzelelemente 12 bilden durch ihre zylindrische Form Schnittlinien, welche in der dargestellten Ausführungsform in die Zeichenebene hinein verlaufen und in der dargestellten Perspektive als Schnittstellen zu erkennen sind. Diese sind in der gezeigten Ausführungsform gut erkennbar, da an diesen Stellen die beiden Seiten der Innenhülle 14 näher aneinander angeordnet sind als an den übrigen Stellen. Sich gegenüberliegende Schnittstellen sind dabei durch Stabilisierungsstreben 13 verbunden. Diese verbinden also eine Oberseite der Innenhülle 14 mit einer Unterseite.
  • 2b zeigt eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Druckspeichers 10. Sie entspricht dabei im Wesentlichen der in 2a gezeigten Ausführungsform, weshalb lediglich auf die Unterschiede eingegangen wird. In der Ausführungsform der 2b ist bei gleich dimensionierten Einzelelementen 12 und gleichdimensionierter Außenhülle 11 ein Einzelelement 12 mehr vorgesehen. Dadurch wird die Überschneidung zwischen den Einzelelementen 12 größer. Durch die größere Überschneidung kann der Raum zwischen der Außenhülle 11 und der Innenhülle 14 kleiner gestaltet werden als beim zuvor erläuterten Ausführungsbeispiel. Dadurch wird die Raumausnutzung innerhalb der Außenhülle 11 weiter erhöht. Der entsprechende Raum zwischen Außenhülle 11 und Innenhülle 14 kann dabei durch eine definierte formstabile Struktur ausgefüllt sein. Durch die Formstabilität kann somit die Strukturfestigkeit, also die Widerstandsfähigkeit gegen Druck, des Druckspeichers 10 erhöht werden.
  • Die Strukturfestigkeit bzw. Druckbeständigkeit des erfindungsgemäßen Druckspeichers 10 wird anhand der beigefügten 3 näher erläutert. Sie zeigt eine schematische Darstellung einer Schnittstelle zwischen zwei Einzelelementen 12 in einer Detailansicht. Eine Stabilisierungsstrebe 13 ist auf der Schnittstelle zwischen den Einzelelementen 12 vorgesehen. Dargestellt ist dabei lediglich eine Detailansicht einer Oberseite der in der 2b dargestellten Innenhülle 14. Beide Einzelelemente 12 sind gleich groß, wodurch eine symmetrische Struktur zwischen den Einzelelementen12 und der Stabilisierungsstrebe 13 vorliegt.
  • Befindet sich im Speicherraum 15 ein unter Druck gesetztes Fluid, so wird eine radiale Kraft Frad auf die Einzelelemente 12 ausgeübt, welche in radialer Richtung nach außen wirkt. Durch die symmetrische Anordnung der Einzelelemente 12 heben sich Umfangskräfte FUmf bzw. Tangentialkräfte im Schnittpunkt gegenseitig auf, sodass die Stabilisierungsstrebe 13 im Schnittpunkt lediglich in eine Richtung belastet wird. Durch die spiegelverkehrt angeordnete exakt gleiche Anordnung an der Unterseite der in der 2b dargestellten Innenhülle 14, wirkt auf die Stabilisierungsstrebe 13 durch die Oberseite der Innenhülle 14 eine Kraft in die eine und durch die Unterseite der Innenhülle 14 eine Kraft in die exakt entgegengesetzte Richtung. Der Stabilisierungsstrebe 13 wird also durch die sich gegenseitig aufhebenden Umfangskräfte FUmf ausschließlich auf Zug beansprucht und kann dementsprechend schlank ausgelegt werden.
  • Die 4a bis 4c zeigen jeweils verschiedene Ausführungsformen von Druckspeichern 10, wobei die Außenhülle 11 der Druckspeicher 10 stets die identische Form aufweist. 4a zeigt dabei eine Ausführungsform gemäß dem Stand der Technik, wobei die Außenhülle 11 durch zwei Einzelelemente 12 ausgefüllt ist und der Speicherraum 15 innerhalb der Einzelelemente 12 angeordnet ist.
  • 4b zeigt dahingegen eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines Druckspeichers 10, bei der sich die identischen Einzelelemente 12 überschneiden, wodurch eine deutlich bessere Platzausnutzung der Außenhülle 11 erreicht werden kann als in der in 4a gezeigten Ausführungsform gemäß dem Stand der Technik. Dabei sind sowohl in horizontaler Richtung des Druckspeichers 10, also auch in vertikaler Richtung Einzelelemente 12 nebeneinander angeordnet. Um die Strukturfestigkeit des Druckspeichers 10 zu gewährleisten, sind dabei Stabilisierungsstreben 13 zwischen Schnittstellen zweier Einzelelemente 12 vorgesehen. Durch die gezeigte symmetrische Anordnung der Einzelelemente 12 verlaufen die Stabilisierungsstreben 13 in dieser Ausführungsform lediglich horizontal und vertikal und verbinden dabei die jeweils gegenüberliegenden Seiten der Innenhülle 14 miteinander, welche durch die Einzelelemente 12 gebildet wird. Somit verbinden die Stabilisierungsstreben 13 nicht in jeder Ausführungsform der Erfindung Schnittstellen zweier gleicher Einzelelemente 12, sondern, wie in der in 4b gezeigten Ausführungsform, auch zwei Schnittstellen, welche jeweils durch zwei andere Einzelelemente 12 gebildet werden.
  • 4c zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines Druckspeichers 10, wobei in der Außenhülle 11 Einzelelemente 12 unterschiedlicher Größe angeordnet sind, die sich ebenfalls, wie in 4b, überschneiden und somit die Außenhülle 11 möglichst vollständig ausfüllen. Auch hier sind entsprechend an den Schnittstellen der Einzelelemente 12 Stabilisierungsstreben 13 vorgesehen, um die Druckfestigkeit des Druckspeichers 10 zu gewährleisten. Durch die Verwendung unterschiedlich großer Einzelelemente 12 können auch Druckspeicher 10 mit kompliziert geformten Außenhüllen 11 zu einem großen Anteil ausgefüllt werden, sodass eine hohe Platzausnutzung des Druckspeichers 10 gewährleistet ist.
  • 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
    • US 6499287 B1 [0003]
    • EP 1990249 A2 [0004]
    • DE 10226530 A1 [0005]
    • DE 60015330 T2 [0007]

Claims (10)

  1. Druckspeicher (10) zum Speichern eines unter Druck stehenden Fluids, aufweisend, eine Außenhülle (11), welche eine Außengeometrie des Druckspeichers (10) definiert, eine Innenhülle (14), die einen Speicherraum (15) begrenzt, wobei die Innenhülle (14) aus wenigstens zwei kugel- und/oder zylinderförmigen miteinander fluidisch verbundenen Einzelelementen (12) gebildet ist und sich die Einzelelemente (12) wenigstens abschnittsweise überschneiden und zwischen dadurch gebildeten Schnittstellen (16) wenigstens eine Stabilisierungsstrebe (13) vorgesehen ist.
  2. Druckspeicher (10) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei die wenigstens eine Stabilisierungsstrebe (13) als Zugstrebe ausgebildet ist.
  3. Druckspeicher gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die sich die Einzelelemente (12) symmetrisch überschneiden.
  4. Druckspeicher (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens zwei Einzelelemente (12) unterschiedlicher Größe vorgesehen sind.
  5. Druckspeicher (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens ein Teil der Außenhülle (11) als Freiformfläche ausgebildet ist.
  6. Druckspeicher (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen der Außenhülle (11) und der Innenhülle (14) eine formstabile Struktur vorgesehen ist.
  7. Druckspeicher (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Druckspeicher (10) zumindest teilweise aus Stahl, Aluminium und/oder Titan besteht und insbesondere durch ein 3D-Druckverfahren hergestellt ist.
  8. Druckspeicher (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Druckspeicher (10), insbesondere die Stabilisierungsstreben (13), zumindest teilweise aus einem Faserverbundwerkstoff besteht.
  9. Druckspeicher (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Druckspeicher (10) zumindest teilweise mittels zerspanender Fertigung und anschließendem Fügen, insbesondere mittels Reib- oder Laserstrahlschweißen, hergestellt ist.
  10. Kraftfahrzeug aufweisend einen Druckspeicher (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
DE102022116293.1A 2022-06-30 2022-06-30 Druckspeicher Pending DE102022116293A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022116293.1A DE102022116293A1 (de) 2022-06-30 2022-06-30 Druckspeicher

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022116293.1A DE102022116293A1 (de) 2022-06-30 2022-06-30 Druckspeicher

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102022116293A1 true DE102022116293A1 (de) 2024-01-04

Family

ID=89167501

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102022116293.1A Pending DE102022116293A1 (de) 2022-06-30 2022-06-30 Druckspeicher

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102022116293A1 (de)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19725369A1 (de) 1997-06-16 1998-02-05 Mathias Braune Nichtzylindrischer Verbundstoffdruckbehälter
US6499287B1 (en) 1999-05-25 2002-12-31 Zachary R. Taylor Integrated tankage for propulsion vehicles and the like
DE69622022T2 (de) 1995-02-02 2003-01-16 Alliant Techsystems Inc., Edina Ein zusammengesetzter und anpassungsfähiger druckbehälter
DE10226530A1 (de) 2002-06-14 2003-12-24 Daimler Chrysler Ag Mehrkammerdruckbehälter
DE60015330T2 (de) 1999-05-03 2005-10-20 Alliant Techsystems Inc., Hopkins Abschlussmodule für vielzellige Druckgefäße und diese beinhaltende Druckgefäße und Fahrzeuge
EP1990249A2 (de) 2007-05-10 2008-11-12 Alutech Gesellschaft m.b.H. Druckbehälter zur Montage an einem Fahrzeug
DE102020123303A1 (de) 2020-09-07 2022-03-10 Audi Aktiengesellschaft Speicheranordnung für ein Fahrzeug zum Speichern und Abgeben eines Druckgases sowie ein Fahrzeug mit einer solchen Speicheranordnung

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69622022T2 (de) 1995-02-02 2003-01-16 Alliant Techsystems Inc., Edina Ein zusammengesetzter und anpassungsfähiger druckbehälter
DE19725369A1 (de) 1997-06-16 1998-02-05 Mathias Braune Nichtzylindrischer Verbundstoffdruckbehälter
DE60015330T2 (de) 1999-05-03 2005-10-20 Alliant Techsystems Inc., Hopkins Abschlussmodule für vielzellige Druckgefäße und diese beinhaltende Druckgefäße und Fahrzeuge
US6499287B1 (en) 1999-05-25 2002-12-31 Zachary R. Taylor Integrated tankage for propulsion vehicles and the like
DE10226530A1 (de) 2002-06-14 2003-12-24 Daimler Chrysler Ag Mehrkammerdruckbehälter
EP1990249A2 (de) 2007-05-10 2008-11-12 Alutech Gesellschaft m.b.H. Druckbehälter zur Montage an einem Fahrzeug
DE102020123303A1 (de) 2020-09-07 2022-03-10 Audi Aktiengesellschaft Speicheranordnung für ein Fahrzeug zum Speichern und Abgeben eines Druckgases sowie ein Fahrzeug mit einer solchen Speicheranordnung

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69805688T2 (de) Keramische Wabenkörperstruktur mit verschiedenen Wandstärken
DD292689A5 (de) Gummifederelement
DE102013007284A1 (de) Verbindungsstrebe und Verfahren zur Herstellung derselben
DE4105787A1 (de) Druckbehaelter zum speichern eines druckmediums
DE102015221749A1 (de) Vorrichtung zum befestigen eines druckbehälters eines fahrzeugs und druckbehälter-befestigungssystem
DE1072845B (de) Elastische Abstützvorrichtung
DE112017006800T5 (de) Verbindungsverfahren für Elemente und Verbindungskörper
DE102016210391A1 (de) Druckbelastetes Bauteil sowie Verfahren zu dessen Herstellung
DE2129900B2 (de) Fitting
DE69402302T2 (de) Honigwaben mit im winkel stehender i-foermiger struktur
DE102017002211B4 (de) Abstandselement zur Verwendung in einer Halteanordnung, Halteanordnung und diese Halteanordnung umfassendes Fahrzeug
DE10140058A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Kraftstoffhochdruckspeichers
DE102022116293A1 (de) Druckspeicher
DE2916073A1 (de) Druckkoerper fuer unterwasser-fahrzeuge oder -behaelter
DE102019127599A1 (de) Hochdrucktank
DE102004060591B4 (de) Tank für kryogene Medien sowie Verfahren und Vorrichtung zu dessen Zusammenbau
WO2019096693A1 (de) Vorrichtung zur verstärkung, abdichtung oder dämpfung eines strukturelementes
DE1081037B (de) Luftfeder fuer Fahrzeuge
DE29909827U1 (de) Druckbehälter
DE102020212623A1 (de) Mehrpunktlenker für ein Fahrwerk eines Fahrzeugs
DE102016006993B4 (de) Strukturbauteil für ein Fahrzeug und Fahrzeugstruktur
EP1447322A1 (de) Unterseeboot mit einem Flüssiggasbehälter
DE3807316A1 (de) Hochdruckspeicher fuer hydraulische systeme
DE3220062C2 (de) Druckbehälter für fließfähige Stoffe
DE102020213911A1 (de) Tankeinrichtung für ein Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Herstellen einer Tankeinrichtung für ein Brennstoffzellensystem

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication