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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Liners für einen Tank, insbesondere für einen Wasserstofftank. Die Erfindung betrifft des Weiteren einen derartig hergestellten Liner, einen Tank mit einem solchen Liner sowie ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Tank.
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Ein Tank kommt zum Speichern eines Fluids zum Einsatz. Hierzu gehören insbesondere Wasserstofftanks, welche dem Speichern von Wasserstoff dienen. Zum Speichern des Fluids weist der Tank üblicherweise ein Volumen auf, welches innerhalb des Tanks begrenzt ist. Gewöhnlich weisen derartige Tanks eine Innenhülle sowie eine Außenhülle auf. Die Innenhülle, auch als Liner bekannt, begrenzt dabei das Volumen. Die Außenhülle ist gewöhnlich als eine Faserwicklung um den Liner gewickelt.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit der Aufgabe, für ein Verfahren zur Herstellung eines Liners der eingangs genannten Art sowie für einen solchen Liner, für einen Tank mit einem solchen Liner und für ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Tank verbesserte oder zumindest andere Ausführungsformen anzugeben, welche insbesondere Nachteile aus dem Stand der Technik beseitigen. Insbesondere beschäftigt sich die vorliegende Erfindung mit der Aufgabe, für das Verfahren, für den Liner sowie für den Tank und für das Kraftfahrzeug Ausführungsformen anzugeben, welche sich durch eine präzisere Herstellung und eine erhöhte mechanische Stabilität des Liners auszeichnen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht demnach auf dem allgemeinen Gedanken, eine Innenhülle für einen Tank, nachfolgend auch als Liner bezeichnet, mehrteilig auszuführen, wobei die Linerteile über zugehörige Fügestellen stoffschlüssig miteinander verbunden werden, und wobei die Fügestellen beim Herstellen der stoffschlüssigen Verbindung über im Bereich der Fügestellen am zugehörigen Linerteile ausgebildete Vorsprünge mechanisch gegeneinander beaufschlagt werden. Die mechanische Beaufschlagung der Linerteile über die Vorsprünge führt dazu, dass einen Krafteintrag auf das jeweilige Linerteil lediglich im Bereich der Fügestelle und somit endseitig des Liners erfolgt. Dies führt dazu, dass eine Verformung des Linerteils aufgrund des Krafteintrags verhindert oder zumindest reduziert ist. In der Folge kommt es zu einer präziseren Herstellung des Liners mit einer erhöhten mechanischen Stabilität. Zudem lassen sich die Fügestellen mittels des zumindest einen Vorsprung präziser relativ zueinander ausrichten. Dies resultiert in einer weiter präzisen Herstellung des Liners.
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Der Liner erstreckt sich in einer Axialrichtung und in einer Umfangsrichtung und begrenzt in seinem Inneren ein Volumen. Im Volumen wird in einem zugehörigen Tank ein Fluid gespeichert.
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Dem Erfindungsgedanken entsprechend werden zur Herstellung des Liners die Linerteile bereitgestellt. Die Linerteile weisen zugehörige Fügestelle auf, mittels welche sie stoffschlüssig miteinander verbunden werden. Zumindest eines der Linerteile wird mit einem im Bereich der zugehörigen Fügestelle nach außen abstehenden Vorsprung ausgebildet. Dabei wird das zumindest eine Linerteil mit dem Vorsprung beim stoffschlüssigen Verbinden der Linerteile mittels des Vorsprungs mechanisch in Richtung der Fügestelle des anderen Linerteils beaufschlagt.
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Die vorliegend angegebenen Richtungen beziehen sich auf die Axialrichtung Dabei verläuft „axial“ parallel oder koaxial zur Axialrichtung. Zudem umgibt die Umfangsrichtung die Axialrichtung. Ferner verläuft „radial“ quer zur axial und somit quer zur Axialrichtung.
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Die Fügestelle des jeweiligen Linerteils kann prinzipiell beliebig am zugehörigen Linerteil angeordnet sein.
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Bevorzugt ist die Fügestelle zumindest eines Linerteils, vorzugsweise des jeweiligen Linerteils, axial endseitig des Linerteils angeordnet. Insbesondere ist die Fügestelle zumindest eines Linerteils, bevorzugt des jeweiligen Linerteils, an einer axialen Außenfläche des Linerteils angeordnet. Somit lassen sich die Linerteile mittels des zumindest einen Vorsprungs axial vereinfacht und zuverlässig gegeneinander beaufschlagen. Dies führt zu einer weiter präzisen sowie vereinfachten Herstellung des Liners.
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Der Liner weist vorzugsweise zwei axial gegenüberliegende Stirnseiten auf. Die Stirnseiten des Liners sind bevorzugt axial gegenüberliegend angeordnet. Dabei kann ein fluidischer Zugang zum Volumen über zumindest eine der Stirnseiten erfolgen. Zu diesem Zweck kann in zumindest einer der Stirnseiten eine Öffnung ausgebildet werden.
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Vorteilhaft weist zumindest eines der Linerteile eine der Stirnseiten des Liners auf.
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Als bevorzugt gelten Ausführungsformen, bei welchen der zugehörige Vorsprung axial zur Stirnseite des zugehörigen Liners hin zur zugehörigen Fügestelle beabstandet ist.
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Der Liner kann prinzipiell vier oder mehr Linerteile aufweisen, welche miteinander stoffschlüssig verbunden werden.
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Vorstellbar ist es, dass der Liner drei Linerteile aufweist, welche axial aufeinanderfolgen. Die beiden axial äußeren Linerteile können jeweils eine Stirnseite des Liners umfassen. Das axial mittleren Liner Teil ist zwischen den beiden äußeren Liner teilen angeordnet und mit diesen jeweils mittels zugehörige Fügestellen stoffschlüssig verbunden. Das mittlere Linerteil weist also für das jeweilige äußere Linerteil eine zugehörige Fügestelle und somit zwei Fügestellen auf. Dabei kann es ausreichend sein, dass lediglich die äußeren Linerteile jeweils zumindest einen solchen Vorsprung aufweisen.
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Vorteilhaft weist der Liner zwei Linerteile auf, welche miteinander stoffschlüssig verbunden werden. Das heißt, dass der Liner ein erstes Linerteil und ein zweites Linerteil aufweist. Bevorzugt weist das jeweilige Linerteil eine der Stirnseiten des Liners auf. Vorzugsweise handelt es sich hierbei um zwei Hälften des Liners, also um Liner-Hälften.
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Das jeweilige Linerteil kann auf beliebige Weise mit dem zugehörigen Vorsprung ausgebildet werden.
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Zumindest einer der Vorsprünge, bevorzugt der jeweilige Vorsprung, ist vorzugsweise am zugehörigen Linerteil ausgeformt.
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Der Liner kann prinzipiell aus einem beliebigen Material oder Werkstoff hergestellt sein. Das heißt, dass die Linerteile aus einem beliebigen Material oder Werkstoff hergestellt sein können.
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Bevorzugt ist der Liner aus Kunststoff hergestellt, also ein Kunststoff-Liner. Das heißt, dass die Linerteile jeweils aus Kunststoff sind. Dies führt zu einer vereinfachten und kostengünstigen Herstellung der Linerteile und folglich des Liners.
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Dabei können beliebige Kunststoffe zum Einsatz kommen. Bevorzugt kommt als Kunststoff Polyamid zum Einsatz.
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Vorzugsweise ist das jeweilige Linerteil durch Spritzguss hergestellt, also ein Spritzgussbauteil. Bevorzugt wird dabei zumindest eine der Vorsprünge, vorzugsweise der jeweilige Vorsprung, beim Spritzguss des Linerteils am zugehörigen Linerteil ausgebildet.
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Der jeweilige Vorsprung kann auf beliebige Weise vom zugehörigen Linerteil abstehen.
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Bei vorteilhaften Ausführungsformen wird zumindest eines der Linerteile mit einem radial nach außen abstehenden Vorsprung ausgebildet. Somit lässt sich eine vereinfachte Kraftübertragung auf das Linerteil somit eine vereinfachte Herstellung des Liners erzielen.
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Die Anordnung des jeweiligen Vorsprungs im Bereich der zugehörigen Fügestelle heißt insbesondere, dass der Vorsprung hin zur zugehörigen Fügestelle versetzt angeordnet ist.
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Bei vorteilhaften Ausführungsformen kann zumindest eines der Linerteile mit einem zur zugehörigen Fügestelle beabstandeten Vorsprung ausgebildet werden. Insbesondere ist der Vorsprung zur zugehörigen Fügestelle axial beabstandet.
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Bei bevorzugten Ausführungsformen wird zumindest eines der Linerteile mit einem Vorsprung ausgebildet, welcher die zugehörige Fügestelle enthält. Der Vorsprung kann also einen Fortsatz der zugehörigen Fügestelle bilden. Somit kommt es zu einer Vergrößerung der Fügestelle und somit zu einer verstärkten formschlüssigen Verbindung der Linerteile und folglich zu einer erhöhten mechanischen Stabilität des Liners.
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Vorzugsweise weisen beide Linerteile jeweils einen Vorsprung auf, welcher die zugehörige Fügestelle enthält. Das heißt, dass beide Linerteile mit einem Vorsprung ausgebildet werden, welcher die zugehörige Fügestelle enthält.
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Die stoffschlüssige Verbindung der Linerteile kann prinzipiell auf beliebige Weise erfolgen.
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Bei bevorzugten Ausführungsformen wird zumindest eine der Fügestellen, vorteilhaft die jeweilige Fügestelle, zum stoffschlüssigen Verbinden erhitzt. Somit kommt es zu einer verbesserten mechanischen Verbindung zwischen den Linerteilen. Dabei führt die mechanische Beaufschlagung mittels des Vorsprungs dazu, dass die erhöhte Temperatur des zugehörigen Linerteils dennoch zu keiner Verformung des Linerteils oder zumindest einer reduzierten Verformung des Linerteils führt. Das heißt, dass bei einer erhöhten mechanischen Stabilität des Liners eine erhöhte Präzision bei der Herstellung des Liners erreicht wird.
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Bevorzugt werden die Linerteile mittels der Fügestellen miteinander verschweißt. Vorzugsweise erfolgt dies mittels Schmelzschweißen. In der Folge ist eine stabile mechanische Verbindung der Linerteile erreicht. Zugleich werden Leckagen an den Fügestellen verhindert oder zumindest reduziert, sodass es zu einer verbesserten fluiddichten Herstellung des Liners kommt. Bevorzugt ist dabei das jeweilige Linerteil mit dem damit verbundenen Linerteil mittels einer Schweißnaht verbunden.
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Es ist klar, dass zumindest einer der Liner auch zwei oder mehr zueinander beabstandete solche Vorsprünge und/oder zwei oder mehr zueinander beabstandete solche Fügestellen aufweisen kann. Insbesondere kann zumindest eine der Fügestellen segmentiert ausgebildet sein. Ebenso kann zumindest einer der Vorsprünge segmentiert ausgebildet sein. Die Segmente können dabei insbesondere in Umfangsrichtung zueinander beabstandet sein.
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Es versteht sich, dass neben dem Verfahren zum Herstellen des Liners auch ein derartig hergestellter Liner zum Umfang dieser Erfindung gehört.
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Es versteht sich ferner, dass auch ein Tank mit einem solchen Liner zum Umfang dieser Erfindung gehört.
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Der Tank umfasst vorzugsweise neben dem Liner auch eine um den Liner gewickelte Faserwicklung.
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Vorteilhaft wird der zumindest eine Vorsprung vor dem Umwickeln des Liners entfernt. Dies erfolgt beispielsweise mittels Schneiden und/oder Fräsen und/oder Schleifen. Somit lässt sich die Faserwicklung vereinfacht um den Liner wickeln.
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Die Faserwicklung kann prinzipiell eine solche beliebiger Art sein.
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Bevorzugt kommt als Faserwicklung eine Kohlefaserwicklung zum Einsatz. Dies führt insbesondere zu einer erhöhten mechanischen Stabilität des Tanks.
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Der Tank kann zum Speichern eines beliebigen Fluids zum Einsatz kommen. Dabei kann das Fluid im Tank mit Druck gespeichert sein. Bei dem Tank kann es sich also um einen Hochdrucktank handeln.
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Der Tank kann insbesondere zum Speichern von Wasserstoff zum Einsatz kommen, also ein Wasserstofftank sein. Insbesondere kann der Tank ein Hochdruck-Wasserstofftank sein. Entsprechend ist der Tank, insbesondere hinsichtlich der mechanischen Stabilität und/oder Abdichtung ausgestaltet.
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Der Tank kann in beliebigen Anwendungen zum Speichern eines Fluids, insbesondere von Wasserstoff, zum Einsatz kommen.
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Vorstellbar ist es insbesondere, den Tank in einem Kraftfahrzeug, insbesondere zum Speichern eines Treibstoffs, beispielsweise von Wasserstoff, einzusetzen. Ein entsprechendes Kraftfahrzeug weist also den Tank zum Speichern eines Fluids, insbesondere zum Speichern des Treibstoffs, auf.
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Mit dem im Tank gespeichertem Treibstoff, insbesondere Wasserstoff, kann beispielsweise eine Brennstoffzelle versorgt werden.
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Zum Umfang dieser Erfindung gehört dabei auch ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Tank.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch
- 1 einen vereinfachten Schnitt durch einen Tank mit einem Liner in einem Kraftfahrzeug,
- 2 und 3 jeweils eine vereinfachte Schnittdarstellung bei der Herstellung des Liners,
- 4 und 5 jeweils eine vereinfachte Schnittdarstellung bei der Herstellung des Liners bei einem anderen Ausführungsbeispiel,
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Ein Tank 1, wir er beispielsweise in 1 gezeigt ist, kommt zum Speichern eines Fluids zum Einsatz. Im gezeigten Ausführungsbeispiel kommt der Tank 1 zum Speichern von Wasserstoff zum Einsatz, ist also ein Wasserstofftank 2. Dabei wird das Fluid, insbesondere Wasserstoff, im Tank 1 mit Hochdruck gespeichert. Der Tank 1 kann, wie in 1 angedeutet, in einem Kraftfahrzeug 200 zum Einsatz kommen, um beispielsweise eine angedeutete Brennstoffzelle 201 des Kraftfahrzeugs 200 mit im Tank 1 gespeichertem Wasserstoff zu versorgen.
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Wie beispielweise 1 entnommen werden kann, weist der Tank 1 eine Innenhülle 3 auf, welche auch als Liner 3 bezeichnet wird. Der Liner 3 ist aus Kunststoff, beispielsweise aus Polyamid, und begrenzt in seinem Inneren ein Volumen 4 zum Speichern des Fluids. Der Liner 3 erstreckt sich dabei in einer linearen Richtung 100, welche nachfolgend auch als Axialrichtung 100 bezeichnet wird, sowie in einer die Axialrichtung 100 umgebenden Umfangsrichtung 101 und begrenzt dabei das Volumen 4. Der Liner 3 weist zwei axial gegenüberliegende Stirnseiten 5 auf. Zumindest eine der Stirnseiten 5 kann, wie lediglich in 1 gezeigt ist, eine Öffnung 6 aufweisen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Liner 3 an beiden Stirnseiten 5 jeweils eine zugehörige Öffnung 6 auf. In zumindest einer der Öffnungen 6 ist eine Endkappe 7 aufgenommen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist in der jeweiligen Öffnung 6 eine zugehörige Endkappe 7 aufgenommen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Endkappen 7 rein beispielhaft identisch ausgebildet. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Endkappen 7 aus einem Metall oder einer Metalllegierung hergestellt. Auf der von Volumen 4 abgewandten Seite ist eine Faserwicklung 8, beispielsweise aus Kohlefaser, gewickelt.
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Die Axialrichtung ist vorliegend diejenige Richtung, in welcher die Stirnseiten 5 des Tanks 1 gegenüberliegend angeordnet sind. Dabei verläuft „axial“ parallel oder koaxial zur Axialrichtung 100. Zudem umgibt die Umfangsrichtung 101 die Axialrichtung 100. Zudem verläuft „radial“ quer zur Axialrichtung 100 und somit quer zu axial.
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Der Liner 3 ist, wie in den 1 bis 3 angedeutet, mehrteilig ausgebildet, weist also zumindest zwei Linerteile 9 auf, welche miteinander verbunden sind. In den gezeigten Ausführungsbeispielen ist der Liner 9 zweiteilig ausgebildet, weist also ein erstes Linerteil 9, 9a und ein mit dem ersten Linerteil 9, 9a verbundenes zweites Linerteils 9, 9b auf. Zum Herstellen des Liners 3 wird wie nachfolgend anhand der 2 bis 5 erläutert verfahren. Entsprechend den 2 und 4 werden dabei die Linerteile 9, in den gezeigten Ausführungsbeispielen also das erste Linerteil 9, 9a und das zweite Linerteil 9, 9b, bereitgestellt. Die Linerteile 9 werden zum Herstellen des Liners 3 über zugehörige Fügestellen 10 stoffschlüssig miteinander verbunden. Das jeweilige Linerteil 9 weist also zumindest eine Fügestelle 10 auf, wobei die Fügestellen 10 der Linerteile 9 zum Herstellen des Liners 3 stoffschlüssig miteinander verbunden werden. In den gezeigten Ausführungsbeispielen weist das jeweilige Linerteil 9 eine einzige Fügestelle 10 auf. In den gezeigten Ausführungsbeispielen ist die jeweilige Fügestelle 10 axial endseitig des zugehörigen Linerteils 9 angeordnet.
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Wie beispielsweise den 2 und 4 entnommen werden kann, wird zumindest eines der Linerteile 9 mit einem im Bereich der zugehörigen Fügestelle 10 nach außen abstehenden Vorsprung 11 ausgebildet. Dabei wird zumindest eines der Linerteil 9 mit einem solchen Vorsprung 11 beim stoffschlüssigen Verbinden der Linerteile 9 mittels des Vorsprungs 11 mechanisch in Richtung der Fügestelle 10 des anderen Linerteils 9 beaufschlagt. Das mechanische Beaufschlagung führt zu einer verbesserten stoffschlüssigen Verbindung an den Fügestellen 10 und somit zu einer erhöhten mechanischen Stabilität des Liners 3. Das mechanische Beaufschlagen mittels des zumindest einen Vorsprung 11 verhindert, dass die Linerteile 9 beim mechanischen Beaufschlagen deformiert werden oder reduziert eine solche Verformung zumindest. Folglich werden Beschädigung der Linerteile 9 und folglich des Liners 3 und/oder eine Abweichung der Form des Liners 3 von einer Sollform verhindert oder zumindest reduziert. Dabei zeigen die 2 und 4 die Linerteile 9 vor dem stoffschlüssigen Verbinden und die 3 und 5 die miteinander mittels der Fügestellen 10 stoffschlüssig verbundenen Linerteile 9, welche somit den Liner 3 bilden. Die stoffschlüssige Verbindung ist in den Figuren durch eine Naht 12 angedeutet.
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In den gezeigten Ausführungsbeispielen sind die Linerteile 9 des jeweiligen Liners 3 gleich ausgebildet, bilden also jeweils eine Hälfte des späteren Liners 3. Dabei weist das jeweilige Linerteil 9 eine Stirnseite 5 des späteren Liners 3 auf. Somit weist das jeweilige Linerteil 9 auch einen Vorsprung 11 auf. Der jeweilige Vorsprung 11 ist dabei axial von der zugehörigen Stirnseite 5 hin zur zugehörigen Fügestelle 10 versetzt. In den gezeigten Ausführungsbeispielen steht der jeweilige Vorsprung 11 radial nach außen ab.
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Wie den 2 bis 5 entnommen werden kann, erfolgt die Herstellung des Liners 3 in den gezeigten Ausführungsbeispielen mithilfe einer Anlage 50. Die Anlage 50 weist für das jeweilige Linerteil 9 eine zugehörige Aufnahme 51 auf, in welcher das jeweilige Linerteil 9 mit der zugehörigen Stirnseite 5 aufgenommen ist. Somit lassen sich die Linerteile 9 und folglich auch die Fügestellen 10 vereinfacht und präzise zueinander ausrichten. Zudem weist die Anlage 50 für das jeweilige Linerteil 9 einen auf dem zugehörigen Vorsprung 11 aufliegenden Arm 52 auf. Das mechanische Beaufschlagen erfolgt dabei dadurch, dass die Arme 52, wie in den 2 bis 5 mit Pfeilen angedeutet, den jeweils zugehörigen Vorsprung 11 mechanisch in Richtung der Fügestelle 10 des anderen Linerteils 9 beaufschlagen, sodass in den in den 3 und 5 gezeigten Zuständen die Fügestellen 10 mechanisch gegeneinander beaufschlagt sind. Wie in den 3 und 5 angedeutet, wird in den gezeigten Ausführungsbeispielen das mechanische Beaufschlagen mittels der Vorsprünge 11 auch während der Herstellung der stoffschlüssigen Verbindung aufrechterhalten.
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Bei dem in den 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das jeweilige Linerteil 9 derart ausgebildet, dass der Vorsprung 11 im Bereich der zugehörigen Fügestelle 10 und axial zur Fügestelle 10 beabstandet angeordnet ist. Dabei ist der Vorsprung 11 der zugehörigen Fügestelle 10 axial näher als der zugehörigen Stirnseite 5.
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Das in den 4 und 5 gezeigte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in den 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispiel dadurch, dass der jeweilige Vorsprung 11 die zugehörige Fügestelle 10 enthält. Das heißt, dass das jeweilige Linerteil 9 mit einem die zugehörige Fügestelle 10 enthaltenden Vorsprung 11 ausgebildet wird. Somit kommt es, wie beispielsweise ein Vergleich der 3 und 5 zeigt, zu einer Vergrößerung der Fügestellen 10 und somit zu einer erhöhten mechanischen Stabilität des Liners 3.
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Beim formschlüssigen Verbinden der Linerteile 9 mittels der Fügestellen 10 wird vorzugsweise zumindest eine der Fügestellen 10, bevorzugt die jeweilige Fügestelle 10, erhitzt. Aufgrund der mechanischen Beaufschlagung mittels der Vorsprünge 11 wird dabei eine Verformung der Linerteile 9 aufgrund der erhöhten Temperatur der Linerteile 9 dennoch verhindert oder zumindest reduziert. Die Linerteile 9 werden vorteilhaft mittels der Fügestellen 10 miteinander verschweißt. Vorzugsweise kommt hierbei Schmelzschweißen zum Einsatz.
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Wie ein Vergleich der 3 und 5 mit 1 zeigt, werden die Vorsprünge 11 in den gezeigten Ausführungsbeispielen und bevorzugt vor dem Umwickeln des Liners 3 mit der Faserwicklung 8 entfernt. Dies erfolgt beispielsweise durch ein Schneiden und/oder Fräsen und/oder Schleifen der Vorsprünge 11.
