WO2015169746A1 - Hydrogen-storage-element production device together with method therefor and hydrogen storage element - Google Patents

Hydrogen-storage-element production device together with method therefor and hydrogen storage element Download PDF

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WO2015169746A1
WO2015169746A1 PCT/EP2015/059716 EP2015059716W WO2015169746A1 WO 2015169746 A1 WO2015169746 A1 WO 2015169746A1 EP 2015059716 W EP2015059716 W EP 2015059716W WO 2015169746 A1 WO2015169746 A1 WO 2015169746A1
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hydrogen storage
cavity
storage element
materials
filling
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PCT/EP2015/059716
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Antonio Casellas
Klaus Dollmeier
Eberhard Ernst
Thomas Schupp
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Gkn Sinter Metals Engineering Gmbh
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    • Y02E60/32Hydrogen storage

Definitions

  • the present invention relates to a hydrogen storage element manufacturing apparatus comprising a cavity which can be filled with a flowable material for the production of a hydrogen storage element blank. Further, the invention relates to a feeder for use in the hydrogen storage element manufacturing apparatus, a method for producing a hydrogen storage element blank and a hydrogen storage element blank, preferably composite material. It is known that for a hydrogen storage in addition to hydrogen storage material and thermally conductive material is required because when using the hydrogen storage endothermic as well as exothermic reactions occur. This invention has for its object to simplify the production of a hydrogen storage element.
  • a hydrogen storage element production device comprising a cavity to be filled, at least a first material supply of a first material and a second material supply of a second material, wherein the first and the second material supply are arranged separately from one another, with a supply device for feeding the at least two materials in the cavity.
  • hydrogen storage describes a reservoir in which hydrogen can be stored.
  • conventional methods for storage and storage of hydrogen may be used, such as.
  • As storage of compressed gas ie storage in pressure vessels by compression with compressors or liquefied gas storage or storage in liquefied form by cooling and compression.
  • Other alternative forms of hydrogen storage are based on solids or liquids, for example, metal hydride storage, ie, the principle of storage as a chemical bond between hydrogen and a metal or alloy, or adsorptive storage; H . adsorptive storage of hydrogen in highly porous materials.
  • hydrogen storage is also possible for storage and transport of hydrogen, which temporarily bind the hydrogen to organic substances, with liquid, pressure-less storable compounds (so-called "chemically bound hydrogen”) arise.
  • layers describes that preferably one material, but also two or more materials are arranged in one layer and this can be delimited as a layer from its direct environment. For example, different materials can be poured one after another loosely one over the other, so that adjacent layers touch each other directly.
  • the layer of hydrogenatable material (hydrogenatable layer) may be arranged immediately adjacent to a thermally conductive layer. Such an arrangement allows the resulting heat in the hydrogen absorption and / or the required heat in the hydrogen release from the hydrogenatable material can be discharged directly from the adjacent layer or absorbed by the latter.
  • primary hydrogen storage By at least one of the following functions "primary hydrogen storage”, “primary heat conduction”, “primary expansion compensation” and / or “primary gas feedthrough” is meant that the respective layer perceives at least this as a major task in the second region of the composite material.
  • a layer is used primarily for hydrogen storage, but at the same time is also able to provide at least some thermal conductivity.
  • at least one other layer is present, which primarily assumes heat conduction, that is to say via which the major part of the heat quantity is derived from or fed to the compressed composite material.
  • the primary gas-permeable layer can be used, through which, for example, the hydrogen is conducted into the material composite but also, for example, channeled out. In this case, heat energy can also be transported via the fluid flowing through.
  • the hydrogenatable material can take up the hydrogen and release it again when needed.
  • the material comprises particulate materials in any 3-dimensional configuration, such as particles, granules, fibers, preferably cut fibers, flakes and / or other geometries.
  • the material may also be plate-shaped or powder-like. It is not necessary that the material has a uniform configuration. Rather, the design may be regular or irregular. Particles in the sense of the present invention are, for example, approximately spherical particles as well as particles with an irregular, angular outer shape.
  • the surface may be smooth, but it is also possible that the surface of the material is rough and / or has bumps and / or depressions and / or elevations.
  • a hydrogen storage may comprise the material in only one specific 3-dimensional configuration, so that all particles of the material have the same spatial extent.
  • a hydrogen storage it is also possible for a hydrogen storage to comprise the material in different configurations / geometries.
  • the material can be used in a variety of different hydrogen storage.
  • the material comprises hollow bodies, for example particles with one or more cavities and / or with a hollow mold, for example a hollow fiber or an extrusion body with a hollow channel.
  • the term hollow fiber describes a cylindrical fiber which has one or more continuous cavities in cross-section.
  • the hydrogenatable material preferably has a bimodal size distribution. In this way, a higher bulk density and thus a higher density of the hydrogenatable material in the hydrogen storage can be made possible, whereby the hydrogen storage capacity, that is, the amount of hydrogen that can be stored in the memory is increased.
  • the hydrogenatable material may comprise at least one hydrogenatable metal and / or at least one hydrogenatable metal alloy, preferably consisting thereof.
  • hydrogenatable materials can also be used: - alkaline earth metal and alkali metal alanates,
  • MOF's Metal-Organic-Frameworks
  • Metal-Organic Frameworks Metal-Organic Frameworks
  • the material according to the invention may also comprise non-hydrogenatable metals or metal alloys.
  • the hydrogenatable material according to the invention may comprise a low-temperature hydride and / or a high-temperature hydride.
  • the term hydride refers to the hydrogenatable material, regardless of whether it is present in the hydrogenated form or the non-hydrogenated form.
  • Low-temperature hydrides preferably hydrogen in a temperature range between -55 ° C to 180 ° C, in particular between -20 ° C and 150 ° C, especially between 0 ° C and 140 ° C.
  • High-temperature hydrides preferably store hydrogen in a temperature range from 280 ° C and more, in particular from 300 ° C and more. At the stated temperatures, the hydrides can not only store hydrogen but also give off, so they are functional in these temperature ranges.
  • Hydrogenatable materials in their hydrogenated or nonhydrogenated form can be used according to the invention in the production of hydrogen storages.
  • the hydrogen storage can take place at room temperature.
  • the hydrogenation is an exothermic reaction.
  • the resulting heat of reaction can be dissipated.
  • energy must be supplied to the hydride in the form of heat for dehydration.
  • Dehydration is an endothermic reaction.
  • a low-temperature hydride is used together with a high-temperature hydride.
  • the low-temperature hydride and the high-temperature hydride are mixed in a layer of a second region.
  • These can also be arranged separately from one another in different layers or regions, in particular also in different second regions.
  • a first region is arranged between these second regions.
  • a further embodiment provides that a first region has a mixture of low and high temperature hydride distributed in the matrix.
  • different first regions have either a low-temperature hydride or a high-temperature hydride.
  • the hydrogenatable material comprises a metal selected from magnesium, titanium, iron, nickel, manganese, nickel, lanthanum, zirconium, vanadium, chromium, or a mixture of two or more of these metals.
  • the hydrogenatable material may also comprise a metal alloy comprising at least one of said metals.
  • the hydrogenatable material comprises at least one metal alloy which is at a temperature of 150 ° C or less, in particular in a temperature range from -20 ° C to 140 ° C, in particular from 0 ° C to 100 ° C in is able to store and release hydrogen.
  • the at least one metal alloy is preferably selected from an alloy of the AB 5 type, the AB type and / or the AB 2 type.
  • a and B respectively denote metals different from each other, wherein A and / or B are especially selected from the group comprising magnesium, titanium, iron, nickel, manganese, nickel, lanthanum, zirconium, vanadium and chromium.
  • the indices represent the stoichiometric ratio of the metals in the respective alloy Alloys according to the invention may be doped with foreign atoms.
  • the degree of doping may according to the invention up to 50 atomic%, in particular up to 40 atomic% or up to 35 atomic%, preferably up to 30 atomic% or up to 25 atomic%, especially up to 20 atomic% or until to 15 at%, preferably up to 10 at% or up to 5 at% of A and / or B.
  • the doping can be carried out, for example, with magnesium, titanium, iron, nickel, manganese, nickel, lanthanum or other lanthanides, zirconium, vanadium and / or chromium.
  • Alloys of the AB 5 type are easily activated, that is, the conditions that are necessary for activation, similar to those in the operation of the hydrogen storage. They also have a higher ductility than alloys of the AB or AB 2 type. By contrast, alloys of the AB 2 or the AB type have a higher mechanical stability and hardness compared to alloys of the AB 5 type.
  • the hydrogenatable material (hydrogen storage material) comprises a mixture of at least two hydrogenatable alloys, wherein at least one AB 5 -type alloy and the second alloy is an AB-type and / or AB 2 -type alloy.
  • the proportion of the alloy of the AB 5 type is in particular 1 wt .-% to 50 wt .-%, in particular 2 wt .-% to 40 wt .-%, particularly preferably 5 wt .-% to 30 wt .-% and in particular 5% by weight to 20% by weight, based on the total weight of the hydrogenatable material.
  • the hydrogenatable material is preferably present in particulate form (particles, particles).
  • the particles have a particle size x 50 of from 20 pm to 700 pm, preferably from 25 pm to 500 pm, especially from 30 pm to 400 pm, in particular from 50 pm to 300 pm.
  • x 50 means that 50% of the particles have an average particle size that is equal to or less than the stated value.
  • Particle size was determined by laser diffraction but can also be done for example by sieve analysis.
  • the mean particle size here is the weight-based particle size, wherein the volume-based particle size is the same here.
  • Indicated here is the particle size of the hydrogenatable material before it is subjected for the first time to hydrogenation. While the hydrogen storage stresses in the material occurs, which may cause during a plurality of cycles occurs a reduction in the particle size of x 50.
  • the hydrogenatable material is so firmly integrated in the matrix that it comminutes when storing hydrogen. Preference is therefore given to using particles as a hydrogenatable material, which breaks up, while the matrix remains at least predominantly undestroyed. This result is surprising, since it was considered that the matrix would tend to rupture when stretched by volume increase of the hydrogenatable material during storage of hydrogen when high elongation due to volume growth occurs. It is currently believed that the external forces acting on the particles from the outside as a result of the attachment in the matrix in the increase in volume together with the tensions within the particles due to the volume increase lead to a breakup. A break-up of the particles could be found particularly clearly when incorporated into polymer material in the matrix.
  • a binder content may preferably be between 2% and 3% by volume of the matrix volume.
  • a particle size change due to breakage of the particles occurs by the storage of hydrogen by a factor of 0.6, more preferably by a factor of 0.4, based on the x 50 particle size at the beginning and after 100 times of storage.
  • a carbon matrix in which the low-temperature hydride is embedded can be used as the matrix material.
  • At least one component of the composite material can be produced in a sintering process.
  • a sintering process fine-grained, ceramic or metallic materials are heated, but the temperatures remain below the melting temperature of the main components of the substance, so that the shape of the workpiece is maintained. It usually comes to a shrinkage, because the particles of the starting material compact and pore spaces are filled.
  • solid phase sintering and liquid phase sintering, which also results in a melt.
  • the sintered product receives its final properties, such as hardness, strength or thermal conductivity, which are required in the respective application only by the temperature treatment.
  • an open-pored matrix can be created in this way, in which the hydrogenatable material is embedded. It is also possible in this way to create channel structures which are, for example, gas-conducting and can be used in the hydrogen storage element.
  • the cavity to be filled is preferably round and preferably a contact element with a contact surface is provided which, at least on the surface of the at least first and / or second material filled into the cavity.
  • movable and along this is movable, more preferably in the at least first and / or second material movable and within this or this is movable.
  • the feeder is movable in different directions, be it in a Cartesian coordinate system or other orthogonal coordinate system as well as, for example, a polar coordinate system.
  • the supply device and / or the cavity to be filled can be moved in a controlled manner so that a desired material deposit takes place.
  • the feed device of the hydrogen storage element production device has an orifice cross section with at least one first region for the first material and with a second region for the second material different therefrom, for preferably parallel, locally separate filling of the cavity, wherein the first region is preferably at least partially, particularly preferably completely embedded in the second region.
  • a matrix in a wide variety of geometries can also be formed in this way.
  • the matrix includes, for example, a hydrogen-storing material, but is otherwise also thermally conductive and / or preferably porous.
  • a further embodiment of the hydrogen storage element production device according to the invention provides that the device has at least one drive, by means of which at least one controlled relative movement between the cavity to be filled and the supply device is made possible. For example, a trajectory can be preset by the controller.
  • a computerized control of the movement is provided.
  • This can preferably be integrated into a corresponding control unit which controls or regulates the hydrogen storage production device, in particular, for example, also with regard to the filling of the cavities.
  • a further development of the hydrogen storage element production device provides that the supply device (or filler) and / or the cavity is or are arranged to be rotatable relative to one another.
  • the proposed hydrogen storage element manufacturing device In addition to filling the cavity (the die of a press) with only a single material, in particular a powder, now allows the proposed hydrogen storage element manufacturing device to lead the same material in the first and in the second supply line, but for example, with different grain size. As a result, for example, a targeted gradient can be produced in the hydrogen storage element. Furthermore, it is possible to provide for a better distribution of the material, in particular a powder, for example, the feeding device with one or more stripping elements. This can be done, for example, an alignment of the material. In particular, it is possible to replace a layer structure by a uniform helical structure or even to supplement. Furthermore, it is also possible to make the layer structure in the machine axis perpendicular extent uneven.
  • the invention thus not only allows a layered structure of preferably powder layers, wherein the layer structure perpendicular to the machine axis can be regarded as constant. Rather, at least two or more layers can be produced at the same time, in particular in each case from different materials.
  • the cavity to be filled of the hydrogen storage element production device has a die cavity and the feed cavity.
  • Device is a filler and the hydrogen storage element manufacturing device comprises a press for compressing the at least first and second material in the Matrizenkavtician.
  • the press is formed by a lower punch as well as an upper punch.
  • Another hydrogen storage element manufacturing apparatus which may also be constructed according to the proposal, is, for example, a 3-D printer.
  • This may, for example, have a rotating filler with a plurality of chambers for different materials, in particular powders.
  • a material feeding concept is provided in which the filler rotates about the machine longitudinal axis (i.e., about the axis along which upper and / or lower punches shift / shift).
  • a material reservoir, preferably for powder is in this case subdivided into at least two segments, wherein each segment can optionally be filled with different powder. The design of the individual segments in shape, size and position is not defined here.
  • a solidification can follow the filling process, for example by means of a laser beam in shafts of a feed device provided for this purpose.
  • a feeding device for use in a hydrogen storage device having an orifice cross-section with at least a first region for the first material and a second region separated therefrom for the second material for preferably parallel spatially separate filling of the cavity Area is preferably at least partially, particularly preferably completely embedded in the second area.
  • the feeding device is designed such that it has a material feed for the first material and a material supply for the second material separate therefrom, wherein a mixing zone feed is provided. is along which the first and the second material is miscible and feedable.
  • a gradient but above all a matrix, can also be formed.
  • matrix as used above describes a composite of two or more interconnected materials. In this case, one material preferably takes on another. In the present case, the hydrogenatable material is embedded in the matrix.
  • the matrix can be porous as well as closed. Preferably, the matrix is porous.
  • connection takes place, for example, by material or positive connection or a combination of both.
  • Other components of the matrix may be, for example, materials for the heat conduction and / or the gas feedthrough.
  • the matrix may have one or more further components, such as, for example, materials for the heat conduction and / or the gas feedthrough.
  • the matrix may comprise one or more polymers according to the invention and is therefore referred to as a polymeric matrix.
  • the matrix may therefore comprise a polymer or mixtures of two or more polymers.
  • the matrix comprises only one polymer.
  • the matrix itself may be hydrogen storage.
  • ethylene polyethylene, PE
  • PE polyethylene
  • a titanium-ethylene compound is used. This can, according to a preferred embodiment, store up to 14% by weight of hydrogen.
  • polymer describes a chemical compound of chain or branched molecules, so-called macromolecules, which in turn consist of or similar units, the so-called constitutional repetitive units or repeating units.
  • Synthetic polymers are usually plastics.
  • good optical, mechanical, thermal and / or chemical properties can be assigned to the material by the matrix.
  • the hydrogen storage by the polymer may have good temperature resistance, resistance to the surrounding medium (oxidation resistance, corrosion resistance), good conductivity, good hydrogen uptake and storage ability, or other properties such as mechanical strength, which would otherwise be absent the polymer would not be possible.
  • polymers which, for example, do not allow storage of hydrogen but permit high elongation, such as, for example, polyamide or polyvinyl acetates.
  • the polymer may be a homopolymer or a copolymer.
  • Copolymers are polymers composed of two or more different monomer units. Copolymers consisting of three different monomers are called terpolymers.
  • the polymer may also comprise a terpolymer.
  • the polymer preferably has a monomer unit which preferably contains at least one heteroatom selected from sulfur, oxygen, nitrogen and phosphorus in addition to carbon and hydrogen, so that the polymer obtained is not completely nonpolar in contrast to, for example, polyethylene.
  • at least one halogen atom selected from chlorine, bromine, fluorine, iodine and astatine may be present.
  • the polymer is a copolymer and / or a terpolymer in which at least one monomer unit in addition to carbon and hydrogen further at least one heteroatom selected from sulfur, oxygen, nitrogen and phosphorus and / or at least one halogen atom selected from chlorine, bromine , Flour, Iodine and Astatine, is present. It is possible that two or more monomer units a corresponding heteroatom and / or halogen atom.
  • the polymer preferably has adhesive properties with respect to the hydrogen storage material. This means that it adheres well to the hydrogen storage material itself and thus forms a matrix that stably adheres to the hydrogen storage material even under conditions such as those encountered during hydrogen storage.
  • the adhesive properties of the polymer enable stable incorporation of the material into a hydrogen reservoir and positioning of the material at a defined location in the hydrogen reservoir for as long a period as possible, ie, over several cycles of hydrogen storage and hydrogen release.
  • One cycle describes the process of a single hydrogenation and subsequent dehydration.
  • the hydrogen storage material should preferably be stable over at least 500 cycles, in particular over at least 1000 cycles, in order to be able to use the material economically.
  • Stable in the sense of the present invention means that the amount of hydrogen that can be stored and the rate at which the hydrogen is stored, even after 500 or 1000 cycles, substantially corresponds to the values at the beginning of the use of the hydrogen storage.
  • stable means that the hydrogenatable material is maintained at least approximately at the position within the hydrogen storage where it was originally placed in the reservoir.
  • Stable in particular, is to be understood as meaning that no demixing effects occur during the cycles in which finer particles separate and remove themselves from coarser particles.
  • the hydrogen storage material of the present invention is particularly a low-temperature hydrogen storage material.
  • hydrogen storage which is an exothermic process, temperatures of up to 150 ° C occur.
  • a polymer which is used for the matrix of a corresponding hydrogen storage material must be stable at these temperatures.
  • a preferred polymer therefore does not decompose to a temperature of 180 ° C., in particular up to a temperature of 165 ° C., in particular of up to 145 ° C.
  • the polymer is a polymer having a melting point of 100 ° C or more, especially 105 ° C or more, but less than 150 ° C, especially less than 140 ° C, especially 135 ° C or less.
  • the density of the polymer, determined according to ISO 1183 at 20 ° C. is preferably 0.7 g / cm 3 or more, in particular 0.8 g / cm 3 or more, preferably 0.9 g / cm 3 or more but not more than 1 , 3 g / cm 3 , preferably not more than 1.25 g / cm 3 , in particular 1.20 g / cm 3 or less.
  • the tensile strength according to ISO 527 is preferably in the range from 10 MPa to 100 MPa, in particular in the range from 15 MPa to 90 MPa, particularly preferably in the range from 15 MPa to 80 MPa.
  • the tensile modulus according to ISO 527 is preferably in the range from 50 MPa to 5000 MPa, in particular in the range from 55 MPa to 4500 MPa, particularly preferably in the range from 60 MPa to 4000 MPa.
  • the polymer is selected from EVA, PMMA, EEAMA and mixtures of these polymers.
  • EVA ethyl vinyl acetate
  • Typical EVA are solid at room temperature and have a tensile elongation of up to 750%.
  • EVA are resistant to stress cracking.
  • EVA has the following general formula (I): (Formula (I))
  • EVA preferably has a density of 0.9 g / cm 3 to 1.0 g / cm 3 (according to ISO 1183).
  • the yield stress according to ISO 527 is in particular from 4 to 12 MPa, preferably from 5 MPa to 10 MPa, especially from 5 to 8 MPa.
  • Particularly suitable are those EVA which have a tensile strength (according to ISO 527) of more than 12 MPa, in particular more than 15 MPa, and less than 50 MPa, in particular less than 40 MPa, in particular of 25 MPa or less.
  • the elongation at break (according to ISO 527) is in particular> 30% or> 35%, especially> 40% or 45%, preferably> 50%.
  • the tensile modulus of elasticity is preferably in the range from 35 MPa to 120 MPA, especially from 40 MPa to 100 MPa, preferably from 45 MPa to 90 MPa, in particular from 50 MPa to 80 MPa.
  • Suitable EVA are registered names, for example, by the company axalta Coating Systems LLC under the Han Coathylene ® CB 3547 sold.
  • Polymethyl methacrylate is a synthetic, transparent, thermoplastic material having the following general structural formula (II):
  • the glass transition temperature is dependent on the molecular weight at about 45 ° C to 130 ° C.
  • the softening temperature is preferably 80 ° C to 120 ° C, especially 90 ° C to 110 ° C.
  • the thermoplastic copolymer is distinguished due to its resistance to weather, light and UV radiation.
  • PMMA preferably has a density of 0.9 to 1.5 g / cm 3 (according to ISO 1183), in particular from 1.0 g / cm 3 to 1.25 g / cm 3 .
  • Particularly suitable are those PMMA which have a tensile strength (according to ISO 527) of more than 30 MPa, preferably of more than 40 MPa, in particular more than 50 MPa, and less than 90 MPa, in particular less than 85 MPa, especially of 80 MPa or have less.
  • the elongation at break (according to ISO 527) is in particular ⁇ 10%, especially ⁇ 8%, preferably ⁇ 5%.
  • the tensile modulus of elasticity is preferably in the range from 900 MPa to 5000 MPa, preferably from 1200 to 4500 MPa, in particular from 2000 MPa to 4000 MPa.
  • Suitable PMMA are offered for example by the company Ter Hell Plastics GmbH, Bochum, Germany, under the trade name 7M Plexiglas ® granules.
  • EEAMA is a terpolymer of ethylene, acrylic ester and maleic anhydride monomer units.
  • EEAMA has a melting point of about 102 ° C, depending on the molecular weight. It preferably has a relative density at 20 ° C. (DIN 53217 / ISO 2811) of 1.0 g / cm 3 or less and 0.85 g / cm 3 or more.
  • Suitable EEAMA be marketed under the trade name Coathylene ® TB3580 by the company axalta Coating Systems LLC.
  • the composite material essentially comprises the hydrogen storage material and the matrix.
  • the weight fraction of the matrix based on the total weight of the composite material is preferably 10% by weight or less, in particular 8% by weight or less, more preferably 5% by weight or less, and is preferably at least 1% by weight and in particular at least 2 wt .-% to 3 wt .-%. It is desirable to keep the proportion by weight of the matrix as low as possible.
  • the matrix is capable of storing hydrogen, the hydrogen storage capacity is still not as pronounced as that of the hydrogen storage material itself. However, the matrix is necessary to minimize or completely avoid any oxidation of the hydrogen storage material that may occur and to prevent hydrogen storage Cohesion between the particles of the material to ensure.
  • the matrix is a polymer having a low crystallinity.
  • the crystallinity of the polymer can significantly change the properties of a material.
  • the properties of a semi-crystalline material are determined by both the crystalline and the amorphous regions of the polymer. This shows a certain correlation with composite materials, which are also made up of several substances. For example, as the density increases, the stretchability of the matrix decreases.
  • the matrix can also be in the form of prepregs.
  • Prepreg is the English short form for preimpregnated fibers (American: preimpregnated fibers), in English: "preimpregnated fibers”.
  • Prepregs are semi-finished with a polymer pre-impregnated (semi-finished), which are cured for the production of components under temperature and pressure.
  • Suitable polymers are those having a high viscosity but not polymerized thermoset plastic matrix.
  • the preferred polymers according to the present invention may also be in the form of a prepreg.
  • the fibers contained in the prepreg can be in the form of a pure unidirectional layer, as a fabric or a scrim.
  • the prepregs according to the invention can also be comminuted and processed as flakes or chips together with the hydrogenatable material to form a composite material.
  • the polymer can either be in the form of a liquid which is brought into contact with the hydrogenatable material. Liquid means that either the polymer is melted. However, according to the invention, it is also included that the polymer is dissolved in a suitable solvent, the solvent being removed again after preparation of the composite material, for example by evaporation. However, it is also possible that the polymer is in the form of a granulate which is mixed with the hydrogenatable material. By compacting the composite material, the polymer softens, allowing it to form the matrix comes, in which the hydrogenatable material is embedded.
  • the polymer is used in the form of particles, ie as granules, they preferably have an x 50 particle size (volume-based particle size) in the range from 30 ⁇ m to 60 ⁇ m, in particular from 40 ⁇ m to 45 ⁇ m.
  • the x 90 particle size is 90 m or less, preferably 80 m or less.
  • the feeding device with an additional unit for feeding strip, strip or plate-shaped material over which a strip of material can be guided into the mouth cross-section.
  • a fabric, a nonwoven fabric, a film, laminates of multiple materials, or other strip material may be supplied with the other at least two materials, preferably parallel to the feeding of the first and second materials.
  • fibers, wires or other materials to be embedded can also be supplied via a corresponding design of the feeder and mitabrob
  • a method of making a hydrogen storage element blank by means of at least a first material comprising a hydrogen storage material and a second material having thermal conductivity, wherein a first material supply of the first material over a first region a feed device and a second material supply of the second material parallel to the first material supply via a second region of the feed device, wherein at least the first and the second material together form a composite material of the hydrogen storage element.
  • composite material here describes that various materials are used in the hydrogen storage element, in addition to hydrogenatable material and other materials may be arranged with other functionalities.
  • the composite material is made, for example, from individual components components, such as the matrix and the individual layers. For example, material properties and geometries of the components are important for the properties of the composite material.
  • the composite material is preferably compacted.
  • a development of the method provides that at least one of the two materials, preferably the first and the second material, pourable, free-flowing and thus flowable, preferably supplied in powder form.
  • the supply device is rotated, the first and the second material from the supply device thereby emerge in parallel, and a composite material is formed as a hydrogen storage element.
  • the at least two materials are preferably arranged one above the other in a layered manner, with a material, for example, being arranged in a helical or wavy manner at least in one section. It is advantageous in this case that the helical geometry in the composite material is supported as a structure by the material surrounding the helix.
  • the layers in this way extend adjacent to one another in the Z direction of the extension, preferably arranged around an axis of rotation.
  • inner layers can be built on top of each other, which co-curl upwards about an axis, while an outer area forms a cylinder enclosure of the inner layers.
  • the first and second materials form a continuous porous structure in the hydrogen storage element, preferably one or more channels in the composite material are made by means of one or more mandrels, free holders and / or material to be removed.
  • one or more channels in the composite material are made by means of one or more mandrels, free holders and / or material to be removed.
  • a further embodiment provides that the cavity is formed by a container of the hydrogen storage.
  • other compacting can be effected under the simultaneous influence of heat and / or of, for example, a gas.
  • a suction for example for suction of binder, which is possibly arranged in a first and / or in a second region of the composite body.
  • the binder can be completely or partially removed from the composite, for example, to provide a porous structure.
  • one binder may be arranged in one of the two regions and no binder in another of the two regions.
  • Different binders can also be used, for example by introducing a different binder in the first area than in the second area.
  • a hydrogen storage element comprising a composite material having at least a first and a second material
  • the first material comprises a hydrogen-storing material
  • the second material comprises a heat-conducting material
  • the hydrogen storage element preferably with a production device and / or Method is prepared as described above. It has proved to be advantageous if in the hydrogen storage element, the second material extends from an interior of the composite material to an exterior of the composite material, wherein the first and the second material are arranged at least in a region separated from each other.
  • the composite material preferably has a matrix in the first material.
  • further components may be contained in the matrix.
  • These components have at least one of the following functions: primary hydrogen storage, primary heat conduction and / or primary gas feedthrough.
  • primary hydrogen storage By this is meant that the respective component performs at least this function as the main task in the composite. So it is possible that a component is used primarily for hydrogen storage, but at the same time is also able to provide at least some thermal conductivity available. However, it is provided that at least one other component is present, which primarily assumes a heat conduction, which means that over this the largest amount of heat is derived compared to the other components of the compressed composite material.
  • the primary gas-carrying component can be used, through which, for example, hydrogen (fluid) is introduced into the composite of materials but is also conducted out, for example.
  • heat can also be taken along via the fluid flowing through.
  • the fluid flowing through in the sense of the present invention is hydrogen or a gas mixture which contains hydrogen in a proportion of 50% by volume or more, preferably of 60% by volume or more, in particular of 70% by volume or more, preferably of 80% by volume or more, especially 90% by volume or 95% by volume or more.
  • the hydrogenatable material stores only hydrogen, so that even when using gas mixtures as a fluid substantially only hydrogen is stored.
  • the hydrogen storage device preferably has at least 2, preferably more than 2, mutually different layers, one layer of the composite material and one layer different therefrom being at least one of the following Features primary hydrogen storage, primary heat conduction and / or primary gas feedthrough.
  • layers describes that preferably one material, but also two or more materials are arranged in one layer and this can be delimited as a layer from a direct environment. For example, different materials can be poured one after another loosely one over the other so that adjacent layers are in direct contact.
  • the hydrogenatable layer can be arranged directly adjacent to a thermally conductive layer, so that the resulting heat in the hydrogen uptake and / or release of hydrogen from the hydrogenatable material can be delivered directly to the adjacent layer.
  • At least one of the following functions of primary hydrogen storage, primary heat conduction and / or primary gas feedthrough is to be understood as meaning that the respective layer perceives at least one of these as a main task in the second region of the composite material.
  • a layer is used primarily for hydrogen storage, but at the same time is also able to provide a thermal conductivity available.
  • at least one other layer is present, which primarily assumes a heat conduction, which means that the largest amount of heat is derived from the compressed composite material in this layer over the other layers in the hydrogen storage.
  • the primary gas-carrying layer can be used, through which, for example, hydrogen (fluid) is introduced into the composite of materials but is also conducted out, for example. In this case, however, heat can also be taken along via the fluid flowing through.
  • a thermally conductive layer according to the invention may comprise at least one thermally conductive metal and / or graphite. These materials can also be used as a heat-conducting component.
  • the thermally conductive material should be a good thermal conductivity on the one hand, on the other hand, but also a have as low a weight as possible to keep the total weight of the hydrogen storage as low as possible.
  • the metal preferably has a thermal conductivity ⁇ of 100 W / (m-K) or more, in particular of 120 W / (mK) or more, preferably of 180 W / (mK) or more, especially of 200 or more.
  • the heat-conducting metal according to the invention may also be a metal alloy or a mixture of different metals.
  • the thermally conductive metal is selected from silver, copper, gold, aluminum and mixtures of these metals or alloys comprising these metals.
  • Silver is particularly preferred since this has a very high thermal conductivity of more than 400 W / (mK).
  • Aluminum is also preferred since, in addition to the high heat conductivity of 236 W / (m-K), it has a low density and thus a low weight.
  • graphite comprises both expanded and unexpanded graphite.
  • expanded or expandable graphite is used.
  • carbon nanotubes single-walled, double-walled or multi-walled
  • they also have a very high thermal conductivity. Due to the high cost of the nanotubes, it is preferable to use expanded graphite or mixtures of expanded graphite and unexpanded graphite. If mixtures are present, more unexpanded graphite is used by weight than expanded graphite.
  • metal hydride-based hydrogen storage preferably uses graphite grades based on expanded graphite. This is produced in particular from natural graphite and has a significantly lower density than unexpanded graphite, but adheres well in the composite, so that a stable composite material can be obtained. However, if one were to use exclusively expanded graphite in uncompacted form, the volume of the hydrogen storage medium could become too large to be able to operate it economically. Therefore, preferably, mixtures of expanded and unexpanded Graphite used.
  • expanded graphite results in an oriented layer which can conduct heat particularly well.
  • the graphite layers (hexagonal planes) in expanded graphite are shifted by the pressure during pressing against each other, so that lamellae or layers form. These hexagonal planes of the graphite are then transverse (approximately perpendicular to the compression direction during an axial pressing operation), so that the hydrogen can then be easily introduced into the composite material and the heat can be well in or out.
  • the expanded graphite can be processed, for example, by means of calendar rolls into films. These films will then be ground again. The flakes or flakes thus obtained can then be used as a heat-conducting material. Due to the rolling, a preferred direction in the carbon lattice results here, as a result of which a particularly good transfer of heat and fluid is made possible.
  • graphite is used as the heat-conducting material, for example when a high-temperature hydride is contained as a hydrogenatable material in the composite material.
  • a heat-conducting metal in particular aluminum, is preferred.
  • this combination is particularly preferred when the two layers directly adjoin one another.
  • a first layer which represents the first area
  • the composite material according to the invention comprising a high-temperature hydride
  • a second layer comprising graphite.
  • This second layer can in turn immediately adjoin a third layer, comprising a heat-conducting metal, which in turn adjoins a fourth, graphite-containing layer.
  • a first layer, comprising the composite material, can then be directly connected to this fourth layer.
  • Any layer sequences are according to the invention possible.
  • “comprising” means that not only the said materials but also other constituents can be contained; preferred means comprise but consist of.
  • the density of the hydrogenatable material in the matrix and in the layers has a gradient, for example such that a gradient or an increase in the amount and / or density of the hydrogenatable material is present, for example depending on the fluid, which flows through the hydrogen storage element. It is preferably provided that a gradient is formed between the first and the second material, along which a transition takes place from the first to the second layer.
  • the hydrogen storage element comprises components in the form of a core-shell structure in which the core comprises a first material and the shell comprises a second material different therefrom, wherein the first material and / or the second material comprise a hydrogen-storing material , For example, this is preferably as layers of the composite material.
  • the second material of the shell comprises a polymer, which is at least hydrogen-permeable.
  • the core has a heat-conducting material and the jacket has a hydrogen-storing material. Again, it can be provided that the core has a primary hydrogen-storing material and the jacket is a primary heat-conducting material, wherein the heat-conductive material is hydrogen-permeable.
  • the method for producing the hydrogen storage element can provide that separate layers of a hydrogen storage material and a thermally conductive material are filled in a pressing tool and these are pressed together to produce a sandwich structure, wherein the heat conductive material when using the sandwich structure for hydrogen storage, a heat conduction preferably takes over in the direction of the layer extension. Between the separated layers and / or adjacent, one or more matrices may be arranged so that the composite material thereby obtains first and second regions.
  • a metal powder and / or normal natural graphite are used as heat-conducting material, wherein when using the normal natural, lenticular graphite or, for example, flakes of expanded graphite during filling are preferably aligned horizontally, so that a heat conduction in the direction of aligned hexagonal lattice structure in the sandwich structure can be used.
  • one or more layers of foils of a rolled expanded graphite, of flakes of a rolled expanded graphite and / or a graphite fabric are introduced as heat-conducting material in the sandwich structure.
  • the composite material of the hydrogen storage element is porous. Thereby, a hydrogen gas guide can be facilitated.
  • a third material is provided, which forms a functional position in the hydrogen storage element, in particular a porous, gas-permeable layer.
  • a matrix and at least one layer each have carbon.
  • the matrix and / or a layer comprise a mixture of different types of carbon including, for example, expanded natural graphite as one of the carbon species.
  • Non-expanded graphite is preferably used together with expanded natural graphite. wherein weight-related more unexpanded graphite is used as expanded graphite.
  • the matrix may comprise expanded natural graphite in which, for example, a hydrogenatable material is arranged.
  • the composite material has an extensibility, preferably an elastic property in at least one area. In this way it can be ensured that the hydrogenatable material can expand, for example, when taking up hydrogen, without damaging or excessively stressing the composite material.
  • the feeding device also called filling device, filling shoe or filler
  • the feeding device can rotate in the machine longitudinal axis
  • it can be provided, for example, to position the filler for filling the Matrizenkavmaschine on this, the upper side of the lower punch terminates with the upper side of the die.
  • the filler rotates around the machine axis as the materials are dispensed.
  • the layer thicknesses can be controlled by the design of the chambers, the speed of rotation and the speed of the lower punch.
  • the proportion of the individual layers perpendicular to the machine longitudinal axis is determined essentially by the structure and the division of the chambers.
  • different internals may be accommodated in the chambers, which influence the flow behavior of the powder or similar properties. These may be, for example, radial spokes or else gratings or other geometries.
  • the basic structure of a pressing tool is not limited in this case. Several tool levels and mandrels can still be used.
  • An additional embodiment of the invention provides a structure of three functional layers, wherein, for example, an outer layer of the heat supply or heat dissipation is used, a middle layer serves as a storage medium, and an inner layer of the supply or removal of the medium to be stored is used.
  • the outer layer for heat transfer as graphite Be performed layer
  • the middle layer as a metal hydride for storing hydrogen
  • the inner layer of another material in particular metal alloy, preferably chromium-nickel powder, which serves to supply and removal of hydrogen.
  • the filler is filled outside the Matrizen- filling position.
  • the filler rotates during the filler filling process, whereas it does not necessarily rotate during the filling of the matrix cavity.
  • a rotation of the filler when filling the die may be useful, for example, to counteract filling differences that can occur in cavities for the production of components with teeth.
  • a sucking filling of the die is not absolutely necessary, but may be useful so as to prevent uncontrollable mixing of the individual powders. For example, it is possible to fill the filler in the outer region with a different powder than in the inner region, with reference to the center axis or the axis of rotation of the filler.
  • the filler has three or more chambers, wherein the inner and the outer region is filled with a powder, is introduced into the pressing aid, preferably in the middle region, a powder is introduced without pressing aid. Since the pressing aid serves to reduce the friction between powder and tool components, pressing aids can be dispensed with in the middle range. Furthermore, the addition of pressing aids, despite its low density always means a reduction in part density. This partial density reduction can thus be further reduced without reducing the lubricating function between tool components and powder.
  • the described three- or multi-chamber filler consisting of an inner region and at least two surrounding annular regions, it is thus possible, for example, to press a gear with an inner bore, in which the die cavity is filled by the described filler structure, that the pressing aid is only used in internal and external rich, so in the area of the mandrel and the external toothing is present.
  • the chamber structure can be arbitrarily complex and is independent of the components to be pressed. It is even possible to use different powders for, for example, breakthroughs. In this case, only the position when transferring the filler into the filling position of the die must be positioned sufficiently accurately. Different filling of the component cavity makes it possible to produce different component properties, depending on the requirements of the individual component regions or functional surfaces of the component.
  • a gear it is possible for a gear to produce the component area between internal teeth and external teeth with a powder that is compacted to a very low density, so as to ensure the damping properties of the porous structure and further necessary for the high load on the inner and outer regions to ensure high density.
  • the proposed filler can also be used to create a wide variety of complex geometries for the hydrogen storage element.
  • the top of the lower punch is not with the top of the die in a plane, but below it.
  • a layer of preferably powder on lower punch which need not be a single powder from a single chamber.
  • powders from a plurality of chambers as a first layer into the die cavity or other materials as described above.
  • a filler may be composed of three chambers, one chamber filled with graphite, one with a metal hydride and another with a powder intended for gas supply.
  • the shape of the component is not produced by the pressing of powders and / or shreds or flakes, but by extruding different extrusion media into a mold by rotating the same or by rotating the inlet geometry into a non-rotating one Shape.
  • a press with a material is added filling cavity and proposed with a movable by means of a displacement device of the press comb, wherein the traversing device can move the comb in the material and on this.
  • a programmable control of the displacement device is present, which converts a predeterminable path into a movement of the comb.
  • a smoothing, in particular an alignment of a material, at least in the region of a surface thereof, can be effected by means of the comb or even a strip or one or more prongs.
  • a gradient can be introduced into the layers by means of the comb or other components.
  • the comb is at least partially interchangeable. This allows the device to remain as such.
  • an adapted comb, a strip or a prong or the like is used.
  • the comb may have a plurality of prongs.
  • the comb has at least one prong which has a widening for contacting the material. This allows to set targeted gradients by means of, for example, different broadening.
  • a further embodiment provides that a distance between two prongs of the comb is variable. This can be done, for example, during operation, i. during contact of the tines with the material. As a result, helical patterns can be generated, for example, as well as different gradient distances, for example adapted to a helix. It is further preferred if two or more combs are movable in parallel.
  • At least two materials are provided for the disposal of the cavity of the sintering press, wherein the comb is movable so far that it enters at least in the filled first material, preferably in the first and the second material.
  • the comb performs a movement contacting the material. It is also possible that the comb is immersed in the filled material and is moved in the cavity. For example, the comb can dip in different depths. Furthermore, there is the possibility that the comb is immersed in the filling of the cavity with first and second material at least in one of the two first and second materials and is moved.
  • the combs can be integrated into the filler geometry.
  • FIGS. 45 to 54 show in principle the procedure when filling a Matrizenkavmaschine with a rotary filler
  • Fig. 1 shows a filler 11 with two equal chambers 5, 6 for two different powders 1, 2, and the corresponding compact. 9
  • FIG. 2 shows a filler 11 with three chambers 5, 6, 7, the areal distribution of the three chambers 5, 6, 7 being different in each case, and the corresponding compact 9.
  • FIG. 3 shows a filler 11 similar to that of FIG. 2 but with four chambers 5, 6, 7, 8 instead of three chambers, and the associated compact 9.
  • Fig. 4 shows a possible chamber structure of a filler 11 for three powders 1, 2, 3, with which four layers of the compact 9 also shown are produced, wherein the material in the center of the compact 9 is homogeneous and a helical structure is present on the outside.
  • FIG. 5 shows a filler 11 for three different materials, material 1 enclosing the helix of the compact 9 also shown formed by the materials 2 and 3.
  • Fig. 6 shows a filler 11 and the compact 9, which by means of a normal filling on the top and bottom and with a helical structure in the middle whereby it is possible to completely seal off the internal materials, in this case material 2 and material 3, to the outside, here by material 1, material 4 and material in the chamber 5, and the filler 11 for producing the middle segment of the compact 9 in the form of a helix is used.
  • FIG. 7 shows a further embodiment of a filler 11 and the compact 9 which can be produced with it.
  • FIG. 8 shows a next embodiment of a filler 11 and the compact 9 that can be produced with it.
  • Figs. 1 through 8 In the filler top views on the left in Figs. 1 through 8 are filler port outlet port arrangements which result in a helical layered layup of powder material in a press cavity when the filler rotates in its fill position above the press cavity and the bottom of the cavity attaches Relative twist from the filler farther and farther away.
  • the outlet openings of at least two chambers are arranged offset in the radial direction and rotational direction of the filler considered, thus sweeping concentric surface areas that overlap or one of which is disposed within the other.
  • Fig. 9 to FIG. 28 show the basic procedure when filling a die cavity with two fillers.
  • the filler 18 is filled with the material 1, filler 24 with material 2.
  • the example shows a 4-layer structure in which two layers of powder 1 and two layers of powder 2 are pressed.
  • the number, the order and the thickness of the layers can be made free due to the properties to be achieved. Below we briefly describe the respective process in each figure.
  • FIG. 9 The lower punch 10 has moved downwards by the respective path, which corresponds to the height of the partial filling space 12 (the cavity 14) for the first material 16.
  • the first filler 18 moves over the cavity 14.
  • Fig. 10 The first (powder) material 16 falls by gravity into the die cavity 14.
  • FIG. 11 The filler 18 returns to the starting position and wipes the (powder) material 16 in the die cavity 14 at the level of the die top 20 off.
  • Fig. 12 The lower punch 10 moves downwards, thus providing the one further partial filling space 12 '(the cavity 14) for a second (powder) material 22.
  • FIG. 13 The second filler 24 moves over the cavity 14.
  • Fig. 14 The (powder) material 22 falls by gravity into the Matrizenkavmaschine 14 on the (powder) material 16th
  • Fig. 15 The filler 24 moves back to the starting position and thereby strips the (powder) material 22 at the height of the die top 20 from.
  • Fig. 16 The lower punch 10 gradually moves further downwards, thus providing a further partial filling space 12 "for the next layer of first (powder material 16), which is then the second layer of (powder material 16, FIG The filler 18 moves over the die cavity 14.
  • Fig. 18 The (powder) material 16 falls from the filler 18 by gravity into the Matrizenkavmaschine 14 on the (powder) material 22.
  • Fig. 19 The filler 18 is moved back to the starting position.
  • FIG. 20 The lower punch 10 continues to move stepwise downwards, thus providing a further partial filling space for the next layer of second (powder material 22).
  • FIG. 21 The filler 24 moves over the cavity 14.
  • Fig. 22 The (powder) material 22 falls by gravity into the Matrizenkavmaschine 14 on the upper (powder) material sixteenth
  • Fig. 23 The filler 24 moves back to the starting position and thereby strips the (powder) material 22 at the height of the die top 20 from.
  • Fig. 24 The Matrizenkavtician 14 is filled with two layers of two materials which are alternately stacked.
  • FIG. 25 The upper punch 26 moves toward the lower punch 10.
  • the lower punch 10 can be driven down slightly before the compression of the material layers in the cavity 14 by the upper punch, as shown here (to produce a so-called underfilling).
  • Fig. 26 The upper punch 26 compresses the four layers to the desired density and then moves back to the starting position.
  • the lower stamp 10 remains in the previously assumed position.
  • the lower punch 10 moves after immersion of the upper punch 26 in the Matrizenkavtician 14 on the upper punch 26.
  • the die cavity 14 it is also possible for the die cavity 14 to be moved linearly in the machine longitudinal axis 30, whereby it is preferably moved in the same direction as the upper punch 26 at a fixed lower punch 10 at half the punching rate.
  • Fig. 27 After the pressing operation, the compact 32 is ejected from the die 28 by the lower punch 10.
  • the upper punch 26 acts during the ejection of the compact 32 with a small force on the compact 32 and moves back only after the complete ejection of the compact 32 to the starting position.
  • Fig. 28 shows the ejected compact 32 and the machine components in starting position.
  • the compact 32 can be removed.
  • the working cycle can start from the beginning to produce a next compact.
  • Fig. 29 to 44 show the basic sequence of filling with a (single) filler 18 with two chambers 34, 36, which can thus store two different powders. It is also possible that more than two different chambers are used for correspondingly more than two powders.
  • Fig. 30 The filler 18 is located with its first chamber 34 above the Matrizenkavmaschine 14 and the (powder) material 16 has fallen from the chamber 34 into the Matrizenkavmaschine.
  • FIG. 31 The filler 18 is moved further until its chamber 36 with the (powder) material 22 is above the die cavity 14.
  • Fig. 32 The lower punch 10 is moved down until the filling level for the second layer of (powder) material 22 is reached.
  • Fig. 33 The (powder) material 22 falls from the chamber 36, during the lowering of the lower punch 10, in the Matrizenkavtician 14 and thus forms the second layer.
  • the lower punch 10 can just as well have shut down (completely) when the chamber 36 is above the cavity 14.
  • Fig. 34 The filler 18 is moved until the chamber 34 with the (powder material 16 is above the Matrizenkavtician 14.
  • Fig. 35 The lower punch 10 is moved down until the filling level for the third layer is reached.
  • Fig. 36 The (powdery) material 16 falls out of the chamber 34, during the lowering of the lower punch 10 in the Matrizenkavtician 14 and thus forms the third layer.
  • Fig. 37 The filler 18 is moved on until the chamber 36 with the (powder) material 22 is above the die cavity 14.
  • Fig. 38 The lower punch 10 is moved down until the filling level for the second layer is reached.
  • the (powdery) material 22 drops out of the chamber 36 during lowering of the lower punch 10 into the Matrizenkavtician 14, thus forming the fourth layer.
  • Fig. 39 The filler 18 is moved to the starting position.
  • Fig. 40 The upper punch 26 is moved in the axial direction in the direction of the lower punch 10 in order to press the individual layers.
  • Fig. 41 The upper punch 26 and lower punch 10 are in Pressend ein.
  • Fig. 42 The upper punch 26 is moved to the starting position and the lower punch 10 ejects the compact 32 from.
  • Fig. 43 The tool components are in their home position with ejected compact 32.
  • FIGS. 45 to FIG. 54 show the basic procedure for filling the cavity with a rotary filler with two or more chambers. In this case, the filler only needs to rotate during the downward movement of the lower punch or during the filling of the cavity. However, it is also conceivable that the filler rotates permanently.
  • Fig. 45 The rotary filler 18 'is moved over the Matrizenkavmaschine 14.
  • FIG. 46 The rotary filler 18 'is located above die cavity 14.
  • Rotary filler 18 rotates about machine longitudinal axis 30 as lower punch 10 moves down machine longitudinal axis 30 to gradually release cavity 14 for introduction of material.
  • Fig. 48 The lower punch 10 is in its lower filling position.
  • the rotary filler 18 'no longer rotates.
  • Fig. 49 The rotary filler 18 'is moved back to the starting position.
  • Fig. 50 The rotary filler 18 'is located between the filling position and the starting position.
  • Fig. 51 The upper punch 26 moves toward the lower punch 10 with the rotary filler 18 'not shown.
  • FIG. 52 Upper punch 26 and lower punch 10 press the (powder material, which is double helix-shaped in cavity 14) into a compact 32.
  • the rotary filler 18 ' is not shown.
  • Fig. 53 The upper punch 26 moves to its starting position. Also, the lower punch 10 moves to the starting position and ejects the compact 32 from. The rotary filler 18 'is also not shown here.
  • Fig. 54 The compact 32 is removed. Subsequently, the cycle can restart, in which case the unillustrated rotary filler 18 'again comes into action.
  • the press 100 for producing a blank of, in this case, three different powder materials which are twisted into each other and helically arranged in the blank.
  • the press 100 has a die 110 with a cavity 112.
  • the cavity 112 is formed in this embodiment as a through hole of the die 110 and is closed at its bottom by an axially along the center axis 114 movable lower punch 116.
  • the upper punch 119 can also be moved back and forth along the center axis 114 of the cavity 112. In this way, as is generally known, powder material introduced into the cavity 112 can be pressed into a blank (possibly with the additional use of heat).
  • fillers 118 are used, which can also generally be referred to as filling devices 120.
  • the filling device 120 includes a rotary filler 118 which, when located above the opening 122 of the cavity 112, rotates about the central axis 114 relative to the cavity 112.
  • the rotary filler 118 is shown in its filling position in Fig. 55, in which in this embodiment three free-flowing (eg powder) materials 124, 126, 128 are introduced into three separate chambers 130, 132, 134 of the rotary filler 118.
  • the rotary filler 118 is filled during its movement and in particular during the dispensing of material.
  • the material supply lines are moved translationally with the rotary filler 118 in order to be able to top up the rotary filler 118 during the discharge of material.
  • the rotary filler 118 is located above the cavity 112 (filling position) and fills therein the three powder materials under rotation.
  • the lower punch 116 is initially in its uppermost position.
  • the lower punch 116 is then moved downward accordingly, so that he releases so per unit time exactly the Kavticianssteilvolumen, which is filled by powder material from the rotary filler 118 into the cavity 112.
  • the more detailed construction of the embodiment of the rotary filler 118 described herein is shown in Figs. 57 and 58 are shown.
  • the rotary filler 118 rotationally driven by a driver 136 has a substantially cylindrical outer shape similar to a sleeve.
  • the filler 118 has an inlet opening arrangement 138 with three concentric inlet openings 140, 142, 144 in this exemplary embodiment.
  • the central opening 144 is penetrated by the axis of rotation and is concentric with this.
  • the two openings 140 and 142 extend annularly around each other and are therefore arranged concentrically.
  • the three chambers 130, 132, 134 are delimited from each other by chamber walls 146, 148, 150 and limited to the outside, wherein these three chamber walls 146, 148, 150 form concentric rings in the region of the inlet opening arrangement 138.
  • the inner chamber walls 148, 150 are deformed to the lower, the cavity 112 facing outlet end, so that in this embodiment at the lower end of the rotary filler 118, the Auslrawö Stammsan extract 152 results according to FIG. D.
  • the outer chamber wall 146 is substantially cylindrical along its entire axial length, while the next inner chamber wall 148 has a neck 154 (similar to a heart shape) at the outlet end of the rotary filler 118.
  • the V-shaped constriction 154 points toward the center of the rotary filler 118 and thus to the innermost chamber wall 134, which has a radially extending forming collar at the outlet end of the rotary filler 118.
  • an outlet opening 156 of the chamber 130 is formed, while the next inner chamber 132 has an outlet opening 158 formed by the chamber wall 148 with constriction 154 on the one hand and by the chamber wall 134 with its radially elongated shape.
  • the third, innermost chamber 134 has an outlet opening 160 which is directed radially outwardly and extends partially around the center axis 162 of the filler 118.
  • the chamber Walls or comb structures 164, 166 serve to grade the powder materials exiting the chambers at their respective interfaces.
  • the rotary filler 118 may be used to deposit into the cavity 112 three powder materials that form three intertwined partial or full helical assemblies.
  • the powder material 126 emerging from the middle chamber 132 is present in the blank or in the cavity 112 as the middle helix 168 (see FIG. 59).
  • the powder material 124 exiting the outer chamber 130 forms a cylindrical shape with a helix extending inside the cylinder wall.
  • the powder material 128 emerging from the inner chamber 134 is located in the core of the blank as a solid cylinder with an external helical projection. The situation is shown for a partial section of the blank in FIG. 59.
  • Fig. 60 shows the situation when, during the rotation of the filler 118 in its inner chamber 134, there is a mandrel (not shown) as a spacer which holds the center 169 of the blank free of powder material.
  • a mandrel not shown
  • Such an arrangement is advantageous, for example, to provide the blank with a channel for a gas supply.
  • the rotary filler can be used in particular for producing a blank for use as a hydrogen-storing component or a hydrogen-storing component.
  • the material 126 supplied via the middle chamber 132 and recessed into the cavity 112 can be hydrogenated, while the material 124, which passes into the cavity 112 via the outer chamber 130 of the rotary filler 118, has heat-conducting properties.
  • the interior of the blank is then gas-permeable material 128.
  • the inner material of the blank thus provides for the supply and thus the porosity of the blank, so that in this hydrogen can be introduced, which then binds to the hydrogenatable material.
  • the resulting heat is dissipated via the material 124 to the outside.
  • Outside of the hydrogen storage (blank) is located around a (pressure) container, which is in thermal contact with the hydrogen storage component.
  • FIG. 61 shows in perspective or in FIG. 62 from above a further embodiment of a rotary filler 170.
  • the rotary filler 170 on three ring chambers which, however, unlike the Fign. 55 to 60 are arranged substantially continuously concentric.
  • An inner partition wall 172 defines an inner chamber 173, while a centrally located further cylindrical wall 174 defines a second chamber 176. Outside is a third cylindrical wall 178 defining the outer chamber 180.
  • the special feature of the rotary filler 170 is that an additional chamber 182 is formed on the outlet side, into which wall-wet material passes on both sides of the middle chamber wall 174.
  • Flow inlet of the chamber 182 are deflecting elements 184, which provide for a local mixing of the two near-wall material flows.
  • a hydrogen storage element manufacturing apparatus comprising a cavity to be filled, at least a first material supply of a first material and a second material supply of a second material, wherein the first and the second material supply are arranged separately from each other, with a feeding device for supplying the at least first and the second material in the to be filled cavity, wherein the first material is a primary hydrogen storage material, and the second material is a primary heat-conducting material.
  • Hydrogen storage element manufacturing device wherein the cavity to be filled is preferably round and preferably a contact surface is provided which is movable at least on a surface of the at least first and / or second material filled in the cavity and movable along this, particularly preferably in the at least first and / or second material is movable and movable therein.
  • the hydrogen storage element manufacturing apparatus according to item 1 or 2, wherein the supply device has an orifice cross section with at least a first region for the first material and a second region separated therefrom for the second material for preferably parallel, spatially separate filling of the cavity, wherein the first region preferably at least partially, more preferably completely embedded in the second region.
  • a hydrogen storage element manufacturing apparatus according to any one of the preceding figures, wherein the hydrogen storage element manufacturing device has at least one drive by means of which at least one controlled relative movement between the cavity to be filled and the supply device is made possible.
  • Hydrogen storage element production device according to one of the preceding figures, wherein it has an axis of rotation about which the supply device is rotatably arranged and / or that the cavity is rotatable. bar is arranged.
  • a hydrogen storage device manufacturing apparatus wherein the cavity to be filled is a die cavity and the feeder is a filler and the hydrogen storage element manufacturing apparatus comprises a press for compacting the at least first and second materials in the die cavity.
  • a hydrogen storage device manufacturing apparatus according to any one of the preceding figures, which is a 3-D printer.
  • a delivery device for use in a hydrogen storage device manufacturing apparatus having an orifice cross section with at least a first region for the first material and a second region separated therefrom for the second material for preferably parallel, spatially separate filling of the cavity, the first region preferably at least partially, especially preferably completely embedded in the second region.
  • Feeding device wherein it has a material supply for the first material and a separate material supply for the second material, wherein a mixing zone supply is provided, along which the first and the second material is miscible and can be fed.
  • Feeding device according to item 8 or 9, wherein an additional strip feed is provided, over which a strip of material in the mouth cross-section is feasible.
  • Feeding device according to any one of the items 8 to 10, wherein the outlet opening (160) of the first chamber (134) extends transversely to the orientation of the center axis (114), in particular to one side of the center axis (114), and within the outlet opening (158 ) of the second chamber (132) is arranged, which in turn about the center axis (114) extends around.
  • a delivery device according to any one of 8 to 11, wherein the filling means (120) comprises a third chamber (130), the third chamber (130) extending outwardly around the second chamber (132) and having an outlet opening (156) extends around the second outlet opening (158), wherein the second outlet opening (158) has a substantially V-shaped, in the direction of the center axis (114) facing constriction (154).
  • a hydrogen storage element comprising a composite material comprising at least a first and a second material, wherein the first material comprises a hydrogen storage material and the second material comprises a thermally conductive material, wherein the hydrogen storage device preferably with a hydrogen storage manufacturing apparatus and / or a method according to any one of 14 to 20 is made.
  • Hydrogen storage element according to item 21 or 22, wherein the Ver Bundmaterial the hydrogen storage element is porous.
  • Hydrogen storage element according to any one of the numbers 21 to 23, wherein a third material is provided which forms a functional position in the hydrogen storage, in particular a porous, gas-permeable layer.
  • 26. A hydrogen storage device having a plurality of hydrogen storage elements according to any one of items 21 to 25, wherein it has a low-temperature hydride and a high-temperature hydride.

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Abstract

The invention relates to a hydrogen-storage-element production device, comprising a cavity to be filled and at least a first material feed of a first material and a second material feed of a second material, wherein the first and the second material feed are arranged separated from each other, with a feeding device for feeding the first and the second material into the cavity to be filled, wherein the first material is a primarily hydrogen-storing material and the second material is a primarily heat-conducting and/or gas-conducting material.

Description

Wasserstoffspeicherelement-Herstellvorrichtunq nebst Verfahren hierzu und Wasserstoffspeicherelement  A hydrogen storage element manufacturing apparatus and method and hydrogen storage element
Die vorliegende Patentanmeldung nimmt die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2014 006 371.2 vom 5. Mai 2014 in Anspruch, deren Inhalt hiermit durch Bezugnahme zum Gegenstand der vorliegenden Patentanmel- dung gehören. The present patent application claims the benefit of German Patent Application 10 2014 006 371.2 of May 5, 2014, the contents of which are hereby incorporated by reference into the subject matter of the present patent application.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wasserstoffspeicherelement- Herstellvorrichtung umfassend eine Kavität, die mit einem rieselfähigen Material für die Herstellung eines Wasserstoffspeicherelement-Rohlings befüllbar ist. Ferner betrifft die Erfindung eine Zuführvorrichtung zur Verwendung in der Wasserstoffspeicherelement-Herstellvorrichtung, ein Verfahren zur Herstellung eines Wasserstoffspeicherelement-Rohlings und einen Wasserstoffspeicherelement-Rohling, vorzugsweise aus Verbundmaterial. Es ist bekannt, dass für einen Wasserstoffspeicher neben wasserstoffspeicherndem Material auch wärmeleitendes Material benötigt wird, da bei der Nutzung des Wasserstoffspeichers endotherme wie auch exotherme Reaktionen auftreten. Dieser Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Herstellung eines Wasserstoffspeicherelements zu vereinfachen. The present invention relates to a hydrogen storage element manufacturing apparatus comprising a cavity which can be filled with a flowable material for the production of a hydrogen storage element blank. Further, the invention relates to a feeder for use in the hydrogen storage element manufacturing apparatus, a method for producing a hydrogen storage element blank and a hydrogen storage element blank, preferably composite material. It is known that for a hydrogen storage in addition to hydrogen storage material and thermally conductive material is required because when using the hydrogen storage endothermic as well as exothermic reactions occur. This invention has for its object to simplify the production of a hydrogen storage element.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Herstellvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, mit mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 23, mit einer Verwendung nach Anspruch 31, mit einem Rohling mit den Merkmalen des Anspruchs 32 und mit einer Zuführvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 34. Vorteilhafte Merkmale, Ausgestaltungen und Weiterbildungen gehen aus der nachfolgenden Beschreibung, den Figuren wie auch aus den Ansprüchen hervor, wobei einzelne Merkmale aus einer Ausgestaltung nicht auf diese beschränkt sind . Vielmehr sind ein oder mehrere Merkmale aus einer Ausgestaltung mit einem oder mehreren Merkmalen einer anderen Ausgestaltung zu weiteren Ausgestaltungen verknüpfbar. Insbesondere sind die jeweiligen unabhängigen Ansprüche auch jeweils miteinander kombinierbar. Auch sollen die Formulierungen der unabhängigen Ansprüche nicht als Ein- schränkung des zu beanspruchenden Gegenstands dienen. Ein oder mehrere Merkmale der Anspruchsformulierungen können daher ausgetauscht wie auch weggelassen werden, ebenso aber auch zusätzlich ergänzt werden. Auch können die anhand eines speziellen Ausführungsbeispiels angeführten Merkmale auch verallgemeinert beziehungsweise bei anderen Ausführungsbeispielen, insbesondere Anwendungen ebenfalls eingesetzt werden. This object is achieved with a manufacturing device having the features of claim 1, with a method having the features of claim 23, with a use according to claim 31, with a blank with the features of claim 32 and with a feeding device with the features of the claim 34. Advantageous features, embodiments and developments will become apparent from the following description, the figures as well as from the claims, wherein individual features of an embodiment are not limited to these. Rather, one or more features are off an embodiment with one or more features of another embodiment to further embodiments linked. In particular, the respective independent claims can also be combined with each other. Nor should the wording of the independent claims serve as a restriction of the subject matter to be claimed. One or more features of the claims can therefore be exchanged as well as omitted, but also be supplemented in addition. Also, the features cited with reference to a specific embodiment can also be generalized or used in other embodiments, in particular applications as well.
Es wird eine Wasserstoffspeicherelement-Herstellvorrichtung vorgeschlagen, umfassend eine zu befüllende Kavität, zumindest eine erste Materialzuführung eines ersten Materials und eine zweite Materialzuführung eines zweiten Mate- rials, wobei die erste und die zweite Materialzuführung getrennt voneinander angeordnet sind, mit einer Zuführvorrichtung zum Zuführen der zumindest zwei Materialien in die Kavität. A hydrogen storage element production device is proposed, comprising a cavity to be filled, at least a first material supply of a first material and a second material supply of a second material, wherein the first and the second material supply are arranged separately from one another, with a supply device for feeding the at least two materials in the cavity.
Der Begriff Wasserstoffspeicher beschreibt einen Vorratsbehälter, in dem Was- serstoff gespeichert werden kann. Dabei können konventionelle Methoden zur Speicherung und Lagerung von Wasserstoff verwendet werden, wie z. B. Druckgasspeicherung, d.h. Speicherung in Druckbehältern durch Verdichten mit Kompressoren oder Flüssiggasspeicherung oder Speicherung in verflüssigter Form durch Kühlung und Verdichten. Weitere alternative Formen der Spei- cherung von Wasserstoff basieren auf Feststoffen oder Flüssigkeiten, beispielsweise Metallhydridspeicher, d. h. auf dem Prinzip der Speicherung als chemische Verbindung zwischen Wasserstoff und einem Metall bzw. einer Legierung, oder auf Adsorptionsspeicherung, d. h . adsorptive Speicherung von Wasserstoff in hochporösen Materialien. Weiterhin sind für Lagerung und Transport von Wasserstoff auch Wasserstoffspeicher möglich, die den Wasserstoff temporär an organische Substanzen binden, wobei flüssige, drucklos speicherbare Verbindungen (so genannter "chemisch gebundener Wasserstoff") entstehen. Der Begriff Schichten beschreibt, dass vorzugsweise ein Material, aber auch zwei oder mehr Materialien in einer Lage angeordnet sind und diese sich als Lage von ihrer direkten Umgebung abgrenzen lässt. So können beispielsweise unterschiedliche Materialien nacheinander lose übereinander geschüttet wer- den, so dass benachbarte Schichten sich unmittelbar berühren. In einer bevorzugten Ausgestaltung kann die Schicht aus hydrierbarem Material (hydrierbare Schicht) unmittelbar benachbart zu einer wärmeleitfähigen Schicht angeordnet sein. Eine solche Anordnung erlaubt es, dass die entstehende Wärme bei der Wasserstoffaufnahme und/oder die benötigte Wärme bei der Wasserstoffabga- be von dem hydrierbaren Material direkt an die benachbarte Schicht abgegeben bzw. von dieser aufgenommen werden kann. The term hydrogen storage describes a reservoir in which hydrogen can be stored. In this case, conventional methods for storage and storage of hydrogen may be used, such as. As storage of compressed gas, ie storage in pressure vessels by compression with compressors or liquefied gas storage or storage in liquefied form by cooling and compression. Other alternative forms of hydrogen storage are based on solids or liquids, for example, metal hydride storage, ie, the principle of storage as a chemical bond between hydrogen and a metal or alloy, or adsorptive storage; H . adsorptive storage of hydrogen in highly porous materials. Furthermore, hydrogen storage is also possible for storage and transport of hydrogen, which temporarily bind the hydrogen to organic substances, with liquid, pressure-less storable compounds (so-called "chemically bound hydrogen") arise. The term layers describes that preferably one material, but also two or more materials are arranged in one layer and this can be delimited as a layer from its direct environment. For example, different materials can be poured one after another loosely one over the other, so that adjacent layers touch each other directly. In a preferred embodiment, the layer of hydrogenatable material (hydrogenatable layer) may be arranged immediately adjacent to a thermally conductive layer. Such an arrangement allows the resulting heat in the hydrogen absorption and / or the required heat in the hydrogen release from the hydrogenatable material can be discharged directly from the adjacent layer or absorbed by the latter.
Unter zumindest einer der folgenden Funktionen "primäre Wasserstoffspeiche- rung", "primäre Wärmeleitung", "primäre Dehnungskompensation" und/ oder "primäre Gasdurchführung" ist zu verstehen, dass die jeweilige Schicht zumindest diese als eine Hauptaufgabe in dem zweiten Bereich des Verbundmaterials wahrnimmt. So ist es möglich, dass eine Schicht primär zur Wasserstoff- speicherung genutzt wird, gleichzeitig aber auch in der Lage ist, zumindest eine gewisse Wärmeleitfähigkeit zur Verfügung zu stellen. Dabei ist aber bei- spielsweise vorgesehen, dass zumindest eine andere Schicht vorhanden ist, die primär eine Wärmeleitung übernimmt, das bedeutet, über die der Großteil der Wärmemenge aus dem verpressten Materialverbund abgeleitet bzw. diesem zugeführt wird. Hierbei kann wiederum die primär gasdurchlässige Schicht genutzt werden, durch die zum Beispiel der Wasserstoff in den Materi- alverbund hinein geleitet aber auch zum Beispiel heraus geleitet wird. Hierbei kann über das durchströmende Fluid aber auch Wärmeenergie transportiert werden. By at least one of the following functions "primary hydrogen storage", "primary heat conduction", "primary expansion compensation" and / or "primary gas feedthrough" is meant that the respective layer perceives at least this as a major task in the second region of the composite material. Thus, it is possible that a layer is used primarily for hydrogen storage, but at the same time is also able to provide at least some thermal conductivity. However, it is provided, for example, that at least one other layer is present, which primarily assumes heat conduction, that is to say via which the major part of the heat quantity is derived from or fed to the compressed composite material. In this case, once again, the primary gas-permeable layer can be used, through which, for example, the hydrogen is conducted into the material composite but also, for example, channeled out. In this case, heat energy can also be transported via the fluid flowing through.
Das hydrierbare Material kann den Wasserstoff aufnehmen und bei Bedarf wieder abgeben. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Material partikuläre Materialien in einer beliebigen 3-dimensionalen Ausgestaltung, wie Partikel, Granulate, Fasern, vorzugsweise geschnittene Fasern, Flakes und/oder sonstige Geometrien. Insbesondere kann das Material auch platten- förmig oder pulverartig ausgebildet sein. Dabei ist es nicht notwendig, dass das Material eine gleichmäßige Ausgestaltung aufweist. Vielmehr kann die Ausgestaltung regelmäßig oder unregelmäßig sein. Partikel im Sinne der vorliegenden Erfindung sind beispielsweise annähernd sphärische Partikel ebenso wie Partikel mit einer unregelmäßigen, eckigen äußeren Gestalt. Die Oberflä- che kann glatt sein, es ist jedoch auch möglich, dass die Oberfläche des Materials rau ist und/oder Unebenheiten und/oder Vertiefungen und/oder Erhebungen aufweist. Erfindungsgemäß kann ein Wasserstoffspeicher das Material in nur einer spezifischen 3-dimensionalen Ausgestaltung aufweisen, so dass alle Partikel des Materials die gleiche räumliche Ausdehnung aufweisen. Es ist je- doch auch möglich, dass ein Wasserstoffspeicher das Material in unterschiedlichen Ausgestaltungen/Geometrien umfasst. Durch eine Vielzahl an unterschiedlichen Geometrien oder Ausgestaltungen des Materials kann das Material in einer Vielzahl an unterschiedlichen Wasserstoffspeichern verwendet werden. Vorzugsweise weist das Material Hohlkörper auf, zum Beispiel Partikel mit ein oder mehreren Aushöhlungen und oder mit einer Hohlform, beispielsweise eine Hohlfaser oder einen Extrusionskörper mit Hohlkanal. Der Begriff Hohlfaser beschreibt eine zylinderförmige Faser, die im Querschnitt einen oder mehrere durchgängige Hohlräume aufweist. Durch die Verwendung einer Hohlfaser, können mehrere Hohlfasern zu einer Hohlfasermembran zusammengefasst werden, wodurch eine Aufnahme und/oder Abgabe des Wasserstoffs aus dem Material auf Grund der hohen Porosität erleichtert werden kann. The hydrogenatable material can take up the hydrogen and release it again when needed. In a preferred embodiment, the material comprises particulate materials in any 3-dimensional configuration, such as particles, granules, fibers, preferably cut fibers, flakes and / or other geometries. In particular, the material may also be plate-shaped or powder-like. It is not necessary that the material has a uniform configuration. Rather, the design may be regular or irregular. Particles in the sense of the present invention are, for example, approximately spherical particles as well as particles with an irregular, angular outer shape. The surface may be smooth, but it is also possible that the surface of the material is rough and / or has bumps and / or depressions and / or elevations. According to the invention, a hydrogen storage may comprise the material in only one specific 3-dimensional configuration, so that all particles of the material have the same spatial extent. However, it is also possible for a hydrogen storage to comprise the material in different configurations / geometries. By a variety of different geometries or configurations of the material, the material can be used in a variety of different hydrogen storage. Preferably, the material comprises hollow bodies, for example particles with one or more cavities and / or with a hollow mold, for example a hollow fiber or an extrusion body with a hollow channel. The term hollow fiber describes a cylindrical fiber which has one or more continuous cavities in cross-section. By using a hollow fiber, several hollow fibers can be combined to form a hollow fiber membrane, whereby absorption and / or release of the hydrogen from the material can be facilitated due to the high porosity.
Bevorzugt weist das hydrierbare Material eine bimodale Größenverteilung auf. Hierdurch kann eine höhere Schüttdichte und damit eine höhere Dichte des hydrierbaren Materials im Wasserstoffspeicher ermöglicht werden, wodurch die Wasserstoffspeicherkapazität, also die Menge an Wasserstoff, die im Speicher gespeichert werden kann, erhöht wird. Das hydrierbare Material kann erfindungsgemäß wenigstens ein hydrierbares Metall und/oder wenigstens eine hydrierbare Metalllegierung umfassen, vorzugsweise daraus bestehen. The hydrogenatable material preferably has a bimodal size distribution. In this way, a higher bulk density and thus a higher density of the hydrogenatable material in the hydrogen storage can be made possible, whereby the hydrogen storage capacity, that is, the amount of hydrogen that can be stored in the memory is increased. According to the invention, the hydrogenatable material may comprise at least one hydrogenatable metal and / or at least one hydrogenatable metal alloy, preferably consisting thereof.
Als hydrierbare Materialien können auch zum Einsatz kommen : - Erdalkalimetall- und Alkalimetallalanate, As hydrogenatable materials can also be used: - alkaline earth metal and alkali metal alanates,
- Erdalkalimetall- und Alkalimetallborhydride,  - alkaline earth metal and alkali metal borohydrides,
- Metal-Organic-Frameworks (MOF's) / Metall-organische Gerüste, und/oder  - Metal-Organic-Frameworks (MOF's) / Metal-Organic Frameworks, and / or
- Clathrate,  - Clathrates,
sowie natürlich jeweilige Kombinationen aus den jeweiligen Materialien. as well as of course respective combinations of the respective materials.
Das Material kann erfindungsgemäß auch nichthydrierbare Metalle oder Metalllegierungen umfassen. The material according to the invention may also comprise non-hydrogenatable metals or metal alloys.
Das hydrierbare Material kann erfindungsgemäß ein Niedertemperaturhydrid und/oder ein Hochtemperaturhydrid umfassen. Der Begriff Hydrid bezeichnet dabei das hydrierbare Material, unabhängig davon, ob es in der hydrierten Form oder der nicht-hydrierten Form vorliegt. Niedertemperaturhydride spei- ehern Wasserstoff vorzugsweise in einem Temperaturbereich zwischen -55°C bis 180°C, insbesondere zwischen -20 °C und 150 °C, besonders zwischen 0 °C und 140 °C. Hochtemperaturhydride speichern Wasserstoff vorzugsweise in einen Temperaturbereich ab 280°C und mehr, insbesondere ab 300 °C und mehr. Bei den genannten Temperaturen können die Hydride nicht nur Wasser- stoff speichern sondern auch abgegeben, sind also in diesen Temperaturbereichen funktionsfähig . The hydrogenatable material according to the invention may comprise a low-temperature hydride and / or a high-temperature hydride. The term hydride refers to the hydrogenatable material, regardless of whether it is present in the hydrogenated form or the non-hydrogenated form. Low-temperature hydrides preferably hydrogen in a temperature range between -55 ° C to 180 ° C, in particular between -20 ° C and 150 ° C, especially between 0 ° C and 140 ° C. High-temperature hydrides preferably store hydrogen in a temperature range from 280 ° C and more, in particular from 300 ° C and more. At the stated temperatures, the hydrides can not only store hydrogen but also give off, so they are functional in these temperature ranges.
Werden in diesem Zusammenhang 'Hydride' beschrieben, so ist hierunter das hydrierbare Material in seiner hydrierten Form als auch in seiner nicht- hydrierten Form zu verstehen. Erfindungsgemäß können bei der Herstellung von Wasserstoffspeichern hydrierbare Materialien in ihrer hydrierten oder nicht-hydrierten Form eingesetzt werden. If "hydrides" are described in this context, this is to be understood as meaning the hydrogenatable material in its hydrogenated form as well as in its non-hydrogenated form. Hydrogenatable materials in their hydrogenated or nonhydrogenated form can be used according to the invention in the production of hydrogen storages.
Bezüglich Hydride und deren Eigenschaften wird auf die Tabellen 1 bis 4 in B. Sakietuna et.al ., International Journal of Energy, 32 (2007), S. 1121-1140 verwiesen, deren Inhalt hiermit zur Offenbarung dieser Erfindung gehört. With regard to hydrides and their properties, reference is made to Tables 1 to 4 in B. Sakietuna et al., International Journal of Energy, 32 (2007), pp. 1121-1140, the contents of which are hereby incorporated by disclosure of this invention.
Die Wasserstoffspeicherung (Hydrierung) kann bei Raumtemperatur erfolgen. Die Hydrierung ist eine exotherme Reaktion. Die entstehende Reaktionswärme kann abgeführt werden. Im Gegensatz hierzu muss für die Dehydrierung Energie in Form von Wärme dem Hydrid zugeführt werden. Die Dehydrierung ist eine endotherme Reaktion. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass ein Niedertemperaturhydrid mit einem Hochtemperaturhydrid zusammen eingesetzt wird. So kann gemäß einer Ausgestaltung vorgesehen sein, dass beispielweise das Niedertemperaturhydrid und das Hochtemperaturhydrid gemischt in einer Schicht eines zweiten Bereichs vorgesehen sind. Auch können diese jeweils getrennt voneinander in unterschiedlichen Schichten oder Bereichen, insbesondere auch in unterschiedlichen zweiten Bereichen angeordnet sein. So kann zum Beispiel vorgesehen sein, dass zwischen diesen zweiten Bereichen ein erster Bereich angeordnet ist. Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass ein erster Bereich eine Mischung aus Nieder- und Hochtemperaturhydrid in der Matrix verteilt auf- weist. Auch besteht die Möglichkeit, dass verschiedene erste Bereiche entweder ein Niedertemperaturhydrid oder ein Hochtemperaturhydrid aufweisen. The hydrogen storage (hydrogenation) can take place at room temperature. The hydrogenation is an exothermic reaction. The resulting heat of reaction can be dissipated. In contrast, energy must be supplied to the hydride in the form of heat for dehydration. Dehydration is an endothermic reaction. For example, it can be provided that a low-temperature hydride is used together with a high-temperature hydride. Thus, according to one embodiment, it can be provided that, for example, the low-temperature hydride and the high-temperature hydride are mixed in a layer of a second region. These can also be arranged separately from one another in different layers or regions, in particular also in different second regions. For example, it may be provided that a first region is arranged between these second regions. A further embodiment provides that a first region has a mixture of low and high temperature hydride distributed in the matrix. There is also the possibility that different first regions have either a low-temperature hydride or a high-temperature hydride.
Bevorzugt umfasst das hydrierbare Material ein Metall, ausgewählt aus Magnesium, Titan, Eisen, Nickel, Mangan, Nickel, Lanthan, Zirkonium, Vanadium, Chrom, oder eine Mischung aus zwei oder mehreren aus diesem Metallen. Das hydrierbare Material kann auch eine Metalllegierung aufweisen, die wenigstens eines der genannten Metalle umfasst. Preferably, the hydrogenatable material comprises a metal selected from magnesium, titanium, iron, nickel, manganese, nickel, lanthanum, zirconium, vanadium, chromium, or a mixture of two or more of these metals. The hydrogenatable material may also comprise a metal alloy comprising at least one of said metals.
Besonders bevorzugt umfasst das hydrierbare Material (Wasserstoffspeicher- material) wenigstens eine Metalllegierung, die bei einer Temperaturen von 150 °C oder weniger, insbesondere in einem Temperaturbereich von -20°C bis 140°C, insbesondere von 0°C bis 100 °C in der Lage ist, Wasserstoff zu speichern und wieder abzugeben. Die wenigstens eine Metalllegierung ist dabei vorzugsweise ausgewählt aus einer Legierung des AB5-Typs, des AB-Typs und/oder des AB2-Typs. Dabei bezeichnen A und B jeweils voneinander verschiedene Metalle, wobei A und/oder B insbesondere ausgewählt sind aus der Gruppe, welche Magnesium, Titan, Eisen, Nickel, Mangan, Nickel, Lanthan, Zirkonium, Vanadium und Chrom aufweist. Die Indizes stellen das stöchiomet- rische Verhältnis der Metalle in der jeweiligen Legierung dar. Dabei können die Legierungen erfindungsgemäß mit Fremdatomen dotiert sein. Der Dotierungsgrad kann erfindungsgemäß bis zu 50 Atom-%, insbesondere bis zu 40 Atom- % oder bis zu 35 Atom-%, vorzugsweise bis zu 30 Atom-% oder bis zu 25 Atom-%, besonders bis zu 20 Atom-% oder bis zu 15 Atom-%, bevorzugt bis zu 10 Atom-%oder bis zu 5 Atom-% von A und/oder B betragen. Die Dotierung kann beispielsweise mit Magnesium, Titan, Eisen, Nickel, Mangan, Nickel, Lanthan oder andere Lanthanide, Zirkonium, Vanadium und/oder Chrom erfolgen. Dabei kann die Dotierung mit einem oder mehreren unterschiedlichen Fremdatome erfolgen. Legierungen des AB5-Typs sind leicht aktivierbar, das heißt die Bedingungen, welche zur Aktivierung notwendig sind, ähneln denen im Betrieb des Wasserstoffspeichers. Sie weisen zudem eine höhere Duktilität auf als Legierungen des AB- oder AB2-Typs. Legierungen des AB2 beziehungsweise des AB-Typs weisen hingegen eine höhere mechanische Stabilität und Härte gegenüber Legierungen des AB5-Typs auf. Beispielhaft können hier FeTi als Legierung des AB-Typs, TiMn2 als Legierung des AB2-Typs und LaNi5 als Legierung des AB5-Typs genannt werden. Particularly preferably, the hydrogenatable material (hydrogen storage material) comprises at least one metal alloy which is at a temperature of 150 ° C or less, in particular in a temperature range from -20 ° C to 140 ° C, in particular from 0 ° C to 100 ° C in is able to store and release hydrogen. The at least one metal alloy is preferably selected from an alloy of the AB 5 type, the AB type and / or the AB 2 type. Here, A and B respectively denote metals different from each other, wherein A and / or B are especially selected from the group comprising magnesium, titanium, iron, nickel, manganese, nickel, lanthanum, zirconium, vanadium and chromium. The indices represent the stoichiometric ratio of the metals in the respective alloy Alloys according to the invention may be doped with foreign atoms. The degree of doping may according to the invention up to 50 atomic%, in particular up to 40 atomic% or up to 35 atomic%, preferably up to 30 atomic% or up to 25 atomic%, especially up to 20 atomic% or until to 15 at%, preferably up to 10 at% or up to 5 at% of A and / or B. The doping can be carried out, for example, with magnesium, titanium, iron, nickel, manganese, nickel, lanthanum or other lanthanides, zirconium, vanadium and / or chromium. The doping can take place with one or more different foreign atoms. Alloys of the AB 5 type are easily activated, that is, the conditions that are necessary for activation, similar to those in the operation of the hydrogen storage. They also have a higher ductility than alloys of the AB or AB 2 type. By contrast, alloys of the AB 2 or the AB type have a higher mechanical stability and hardness compared to alloys of the AB 5 type. By way of example, mention may be made here of FeTi as the AB-type alloy, TiMn 2 as the AB 2 -type alloy, and LaNi 5 as the AB 5 -type alloy.
Besonders bevorzugt umfasst das hydrierbare Material (Wasserstoffspeichermaterial) eine Mischung aus wenigstens zwei hydrierbaren Legierungen, wobei wenigstens eine Legierung des AB5-Typs und die zweite Legierung eine Legierung des AB-Typs und/oder des AB2-Typs ist. Der Anteil der Legierung des AB5-Typs beträgt insbesondere 1 Gew.-% bis 50 Gew.-%, insbesondere 2 Gew.-% bis 40 Gew.-%, besonders bevorzugt 5 Gew.-% bis 30 Gew.-% und besonders 5 Gew.-% bis 20 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht des hydrierbaren Materials. Particularly preferably, the hydrogenatable material (hydrogen storage material) comprises a mixture of at least two hydrogenatable alloys, wherein at least one AB 5 -type alloy and the second alloy is an AB-type and / or AB 2 -type alloy. The proportion of the alloy of the AB 5 type is in particular 1 wt .-% to 50 wt .-%, in particular 2 wt .-% to 40 wt .-%, particularly preferably 5 wt .-% to 30 wt .-% and in particular 5% by weight to 20% by weight, based on the total weight of the hydrogenatable material.
Das hydrierbare Material (Wasserstoffspeichermaterial) liegt vorzugsweise in partikulärer Form (Partikel, Teilchen) vor. Die Teilchen weisen insbesondere eine Teilchengröße x50 von 20 pm bis 700 pm, bevorzugt von 25pm bis 500 pm, besonders von 30pm bis 400 pm, insbesondere von 50 pm bis 300 pm auf. Dabei bedeutet x50, dass 50% der Teilchen eine mittlere Partikelgröße aufweisen, die gleich oder kleiner dem genannten Wert ist. Die Teilchengröße wurde mittels Laserbeugung bestimmt, kann aber beispielsweise auch durch Siebanalyse erfolgen. Die mittlere Partikelgröße ist vorliegend die Gewichtsbasierte Partikelgröße, wobei die Volumenbasierte Partikelgröße vorliegend gleich ist. Angegeben ist hier die Teilchengröße des hydrierbaren Materials bevor es zum ersten Mal einer Hydrie- rung unterworfen wird. Während der Wasserstoffspeicherung treten Spannungen im Material auf, was dazu führen kann, dass während mehrerer Zyklen eine Verringerung der x50 Teilchengröße erfolgt. The hydrogenatable material (hydrogen storage material) is preferably present in particulate form (particles, particles). In particular, the particles have a particle size x 50 of from 20 pm to 700 pm, preferably from 25 pm to 500 pm, especially from 30 pm to 400 pm, in particular from 50 pm to 300 pm. Here, x 50 means that 50% of the particles have an average particle size that is equal to or less than the stated value. Particle size was determined by laser diffraction but can also be done for example by sieve analysis. The mean particle size here is the weight-based particle size, wherein the volume-based particle size is the same here. Indicated here is the particle size of the hydrogenatable material before it is subjected for the first time to hydrogenation. While the hydrogen storage stresses in the material occurs, which may cause during a plurality of cycles occurs a reduction in the particle size of x 50.
Vorzugsweise ist das hydrierbare Material derart fest eingebunden in der Mat- rix, dass es sich bei einer Speicherung von Wasserstoff zerkleinert. Bevorzugt werden daher Partikel als hydrierbares Material eingesetzt, welches aufbricht, während die Matrix zumindest zum überwiegenden Teil unzerstört bleibt. Dieses Ergebnis ist überraschend, da davon ausgegangen war, dass die Matrix bei einer Dehnung durch Volumenzuwachs des hydrierbaren Materials während der Speicherung von Wasserstoff eher zum Zerreißen neigen würde, wenn eine hohe Dehnung aufgrund des Volumenzuwaches erfolgt. Es wird momentan davon ausgegangen, dass die auf die Partikel einwirkenden Kräfte von außen durch die Anbindung in der Matrix bei der Volumenzunahme zusammen mit den Spannungen innerhalb der Partikel durch die Volumenzunahme zu einem Aufbrechen führen. Ein Aufbrechen der Partikel konnte bei Einbindung in Polymermaterial in der Matrix besonders deutlich aufgefunden werden. Die Matrix aus Polymermaterial war in der Lage, auch die derart aufgebrochenen Patikel stabil ortsfest positioniert zu halten. Tests haben im Übrigen ergeben, dass bei Nutzung eines Binders, insbesondere eines Klebebinders in der Matrix zur Fixierung dieser Partikel eine besonders gute ortsfeste Positionierung innerhalb der Matrix ermöglicht wird . Ein Bindergehalt kann vorzugsweise zwischen 2 Vol-% und 3 Vol-% des Matrixvolumens betragen. Preferably, the hydrogenatable material is so firmly integrated in the matrix that it comminutes when storing hydrogen. Preference is therefore given to using particles as a hydrogenatable material, which breaks up, while the matrix remains at least predominantly undestroyed. This result is surprising, since it was considered that the matrix would tend to rupture when stretched by volume increase of the hydrogenatable material during storage of hydrogen when high elongation due to volume growth occurs. It is currently believed that the external forces acting on the particles from the outside as a result of the attachment in the matrix in the increase in volume together with the tensions within the particles due to the volume increase lead to a breakup. A break-up of the particles could be found particularly clearly when incorporated into polymer material in the matrix. The matrix of polymer material was able to hold the thus broken up paticles stable stationary. Incidentally, tests have shown that, when a binder, in particular an adhesive binder, is used in the matrix for fixing these particles, a particularly good stationary positioning within the matrix is made possible. A binder content may preferably be between 2% and 3% by volume of the matrix volume.
Bevorzugt erfolgt eine Änderung einer Partikelgröße aufgrund von Aufbrechen der Partikel durch die Speicherung von Wasserstoff um den Faktor 0,6, mehr bevorzugt um den Faktor 0,4, bezogen auf die x50 Teilchengröße zu Beginn und nach 100 Speichervorgängen. Des Weiteren kann zum Beispiel als Matrixmaterial eine Carbonmatrix genutzt werden, in die das Niedertemperaturhydrid eingelassen ist. Zum Beispiel geht aus der Dissertation an der Universität Utrecht mit dem Titel„Carbon matrix confined sodium alanate for reversible hydrogen storage" von J. Gao, abrufbar unter http ://dspace.library.uu.nl/handle/1874/256764 hervor, wie das zu verwendende hydrierbare Material und die Matrix aufeinander abgestimmt werden können, so dass auch bei niedrigeren Temperaturen der daraus hergestellte Wasserstoffspeicher betrieben werden kann. Der Inhalt dieser Dissertation ge- hört hiermit durch Bezugnahme zum Inhalt der vorliegenden Anmeldung . Preferably, a particle size change due to breakage of the particles occurs by the storage of hydrogen by a factor of 0.6, more preferably by a factor of 0.4, based on the x 50 particle size at the beginning and after 100 times of storage. Furthermore, for example, a carbon matrix in which the low-temperature hydride is embedded can be used as the matrix material. For example, from the thesis at the University of Utrecht titled "Carbon matrix confined sodium alanate for reversible hydrogen storage" by J. Gao, available at http://dspace.library.uu.nl/handle/1874/256764, How the hydrogenatable material to be used and the matrix can be coordinated so that the hydrogen storage device produced therefrom can be operated even at lower temperatures The content of this dissertation is hereby incorporated by reference into the content of the present application.
Weiterhin kann zumindest eine Komponente des Verbundmaterials in einem Sinterprozess hergestellt werden bzw. worden sein. Bei einem Sinterprozess werden feinkörnige, keramische oder metallische Stoffe erhitzt, wobei die Temperaturen jedoch unterhalb der Schmelztemperatur der Hauptkomponenten des Stoffes bleiben, so dass die Gestalt des Werkstückes erhalten bleibt. Dabei kommt es in der Regel zu einer Schwindung, weil sich die Partikel des Ausgangsmaterials verdichten und Porenräume aufgefüllt werden. Man unterscheidet grundsätzlich das Festphasensintern und das Flüssigphasensintern, bei dem es auch zu einer Schmelze kommt. Durch die Temperaturbehandlung wird beim Sintern aus einem fein- oder grobkörnigen Grünkörper, der in einem vorangegangenen Prozessschritt, beispielsweise mittels Extrusion oder Pulverpressen geformt wurde, ein festes Werkstück. Das Sintererzeugnis erhält erst durch die Temperaturbehandlung seine endgültigen Eigenschaften, wie Härte, Festigkeit oder Temperaturleitfähigkeit, die im jeweiligen Einsatz erforderlich sind. So kann auf diese Weise beispielweise eine offenporige Matrix geschaffen werden, in die das hydrierbare Material eingelassen ist. Auch besteht die Möglichkeit, auf diese Weise Kanalstrukturen zu schaffen, die beispielsweise gasführend sind und in dem Wasserstoffspeicherelement genutzt werden können . Furthermore, at least one component of the composite material can be produced in a sintering process. In a sintering process, fine-grained, ceramic or metallic materials are heated, but the temperatures remain below the melting temperature of the main components of the substance, so that the shape of the workpiece is maintained. It usually comes to a shrinkage, because the particles of the starting material compact and pore spaces are filled. In principle, a distinction is made between solid phase sintering and liquid phase sintering, which also results in a melt. By the temperature treatment, a solid workpiece is produced during sintering from a fine or coarse-grained green body which has been formed in a preceding process step, for example by means of extrusion or powder pressing. The sintered product receives its final properties, such as hardness, strength or thermal conductivity, which are required in the respective application only by the temperature treatment. Thus, for example, an open-pored matrix can be created in this way, in which the hydrogenatable material is embedded. It is also possible in this way to create channel structures which are, for example, gas-conducting and can be used in the hydrogen storage element.
Eine Weiterbildung der Wasserstoffspeicherelement-Herstellvorrichtung sieht vor, dass die zu befüllende Kavität vorzugsweise rund ist und vorzugsweise ein Einwirkelement mit Kontaktfläche vorgesehen ist, das zumindest auf der Oberfläche des in die Kavität eingefüllten zumindest ersten und/oder zweiten Mate- rial verfahrbar und entlang dieser bewegbar ist, besonders bevorzugt in das zumindest erste und/oder zweite Material verfahrbar und innerhalb dieses bzw. dieser bewegbar ist. Neben einer runden Geometrie kann auch eine Geometrie, insbesondere eine eckige Geometrie der Kavität vorliegen. So besteht die Möglichkeit, dass zum Beispiel die Zuführvorrichtung bewegbar in verschiedene Richtungen ist, sei es in einem kartesischen Koordinatensystem oder einem sonstigen orthogonalen Koordinatensystem wie auch zum Beispiel einem polaren Koordinatensystem. Insbesondere kann die Zuführvorrichtung und/oder die zu befüllende Kavität gesteuert bewegtwerden , so dass eine gewünschte Materialablage erfolgt. A further development of the hydrogen storage element production device provides that the cavity to be filled is preferably round and preferably a contact element with a contact surface is provided which, at least on the surface of the at least first and / or second material filled into the cavity. movable and along this is movable, more preferably in the at least first and / or second material movable and within this or this is movable. In addition to a round geometry, there may also be a geometry, in particular an angular geometry of the cavity. Thus, there is a possibility that, for example, the feeder is movable in different directions, be it in a Cartesian coordinate system or other orthogonal coordinate system as well as, for example, a polar coordinate system. In particular, the supply device and / or the cavity to be filled can be moved in a controlled manner so that a desired material deposit takes place.
Weiterhin besteht die Möglichkeit, dass die Zuführvorrichtung der Wasserstoffspeicherelement-Herstellvorrichtung einen Mündungsquerschnitt mit zumin- dest einem ersten Bereich für das erste Material und mit einem davon verschiedenen zweiten Bereich für das zweite Material aufweist, und zwar zum vorzugsweise parallelen, örtlich getrennten Befüllen der Kavität, wobei der erste Bereich vorzugsweise zumindest teilweise, besonders bevorzugt vollständig in den zweiten Bereich eingebettet ist. Furthermore, there is the possibility that the feed device of the hydrogen storage element production device has an orifice cross section with at least one first region for the first material and with a second region for the second material different therefrom, for preferably parallel, locally separate filling of the cavity, wherein the first region is preferably at least partially, particularly preferably completely embedded in the second region.
Hierdurch lassen sich die unterschiedlichsten Geometrien bei der Ablage der mindestens zwei Materialien, insbesondere beim Befüllen der Kavität herstellen. So können nichtebene wie auch ebene Schichtengeometrien gebildet werden. Wird beispielsweise als ein zuzuführendes Material ein vorher hergestell- ter Materialmix genutzt, kann auf diese Weise auch eine Matrix in unterschiedlichsten Geometrien gebildet werden. Die Matrix beinhaltet zum Beispiel ein wasserstoffspeicherndes Material, ist ansonsten aber auch wärmeleitend und/oder vorzugsweise porös. Eine weitere Ausgestaltung der Wasserstoffspeicherelement- Herstellvorrichtung nach der Erfindung sieht vor, dass die Vorrichtung zumindest einen Antrieb aufweist, mittels dessen zumindest eine gesteuerte Relativbewegung zwischen der zu befüllenden Kavität und der Zuführvorrichtung ermöglicht ist. Durch die Steuerung kann beispielweise eine Bahnkurve vorgege- ben werden, entlang derer die Zuführvorrichtung und/oder die Kavität verfahren wird . Beispielweise ist eine computergestützte Steuerung oder Regelung der Bewegung vorgesehen. Diese kann vorzugsweise in eine entsprechende Steuereinheit integrierbar sein, die die Wasserstoffspeicher-Herstellvorrichtung steuert bzw. regelt, insbesondere zum Beispiel auch hinsichtlich des Füllens der Kavitäten. This makes it possible to produce a wide variety of geometries when depositing the at least two materials, in particular when filling the cavity. Thus, non-planar as well as flat layer geometries can be formed. If, for example, a previously produced material mix is used as a material to be supplied, a matrix in a wide variety of geometries can also be formed in this way. The matrix includes, for example, a hydrogen-storing material, but is otherwise also thermally conductive and / or preferably porous. A further embodiment of the hydrogen storage element production device according to the invention provides that the device has at least one drive, by means of which at least one controlled relative movement between the cavity to be filled and the supply device is made possible. For example, a trajectory can be preset by the controller. ben along which the feeding device and / or the cavity is moved. For example, a computerized control of the movement is provided. This can preferably be integrated into a corresponding control unit which controls or regulates the hydrogen storage production device, in particular, for example, also with regard to the filling of the cavities.
Eine Weiterbildung der Wasserstoffspeicherelement-Herstellvorrichtung sieht vor, dass die Zuführvorrichtung (bzw. Füller) und/oder die Kavität relativ zuei- nander drehbar angeordnet ist/sind. A further development of the hydrogen storage element production device provides that the supply device (or filler) and / or the cavity is or are arranged to be rotatable relative to one another.
Neben dem Füllen der Kavität (der Matrize einer Presse) mit nur einem einzigen Material, insbesondere einem Pulver, erlaubt nunmehr die vorgeschlagene Wasserstoffspeicherelement-Herstellvorrichtung das gleiche Material in die erste und auch in die zweite Zuleitung zu führen, aber beispielsweise mit verschiedener Körnung. Dadurch kann zum Beispiel ein gezielter Gradient in dem Wasserstoffspeicherelement hergestellt werden. Weiterhin ist es möglich, für eine bessere Verteilung des Materials, insbesondere eines Pulvers, zum Beispiel die Zuführvorrichtung mit ein oder mehreren Abstreifelementen zu ver- sehen. Damit kann zum Beispiel eine Ausrichtung des Materials erfolgen. Insbesondere wird ermöglicht, einen Schichtaufbau durch einen gleichmäßigen Helix-Aufbau zu ersetzen oder aber auch zu ergänzen. Weiterhin besteht ebenfalls die Möglichkeit, den Schichtaufbau in zur Maschinenachse rechtwinkliger Erstreckung ungleichmäßig zu gestalten. In addition to filling the cavity (the die of a press) with only a single material, in particular a powder, now allows the proposed hydrogen storage element manufacturing device to lead the same material in the first and in the second supply line, but for example, with different grain size. As a result, for example, a targeted gradient can be produced in the hydrogen storage element. Furthermore, it is possible to provide for a better distribution of the material, in particular a powder, for example, the feeding device with one or more stripping elements. This can be done, for example, an alignment of the material. In particular, it is possible to replace a layer structure by a uniform helical structure or even to supplement. Furthermore, it is also possible to make the layer structure in the machine axis perpendicular extent uneven.
Im Gegensatz zu anderen Verfahren erlaubt die Erfindung somit nicht nur einen schichtweisen Aufbau von aus bevorzugt Pulver bestehenden Schichten, wobei der Schichtaufbau rechtwinklig zur Maschinenachse als konstant angesehen werden kann. Vielmehr können gleichzeitig zumindest zwei oder mehr Schichten erzeugt werden, insbesondere jeweils aus unterschiedlichem Material . In contrast to other methods, the invention thus not only allows a layered structure of preferably powder layers, wherein the layer structure perpendicular to the machine axis can be regarded as constant. Rather, at least two or more layers can be produced at the same time, in particular in each case from different materials.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die zu befüllende Kavität der Wasserstoffspeicherelement-Herstellvorrichtung eine Matrizenkavität und die Zuführ- Vorrichtung ein Füller ist und die Wasserstoffspeicherelement- Herstellvorrichtung eine Presse zum Verdichten des zumindest ersten und des zweiten Materials in der Matrizenkavität umfasst. Vorzugsweise wird die Presse durch einen Unterstempel wie auch einen Oberstempel gebildet. Furthermore, it may be provided that the cavity to be filled of the hydrogen storage element production device has a die cavity and the feed cavity. Device is a filler and the hydrogen storage element manufacturing device comprises a press for compressing the at least first and second material in the Matrizenkavität. Preferably, the press is formed by a lower punch as well as an upper punch.
Eine andere Wasserstoffspeicherelement-Herstellvorrichtung, die aber ebenfalls gemäß des Vorschlags aufgebaut sein kann, ist beispielweise ein 3-D- Drucker. Dieser kann zum Beispiel einen rotierenden Füller mit mehreren Kammern für unterschiedliche Materialien, insbesondere Pulver aufweisen. Auch bei dem 3D-Drucker kann der Gedanke verwirklicht werden, dass ein Materialzuführkonzept vorgesehen ist, bei dem der Füller um die Maschinenlängsachse (d.h. um die Achse, längs derer sich Ober- und/oder Unterstempel verschiebt/verschieben) rotiert. Ein Materialreservoir, vorzugsweise für Pulver, ist hierbei in mindestens zwei Segmente unterteilt, wobei jedes Segment wahlweise mit unterschiedlichem Pulver befüllt werden kann. Die Gestaltung der einzelnen Segmente in Form, Größe und Position ist hierbei nicht festgelegt. Another hydrogen storage element manufacturing apparatus, which may also be constructed according to the proposal, is, for example, a 3-D printer. This may, for example, have a rotating filler with a plurality of chambers for different materials, in particular powders. Also in the case of the 3D printer, the idea can be realized that a material feeding concept is provided in which the filler rotates about the machine longitudinal axis (i.e., about the axis along which upper and / or lower punches shift / shift). A material reservoir, preferably for powder, is in this case subdivided into at least two segments, wherein each segment can optionally be filled with different powder. The design of the individual segments in shape, size and position is not defined here.
Ein Verfestigen kann beispielsweise durch Laserstrahl in dafür vorgesehenen Schächten einer Zuführvorrichtung dem Füllvorgang folgen. A solidification can follow the filling process, for example by means of a laser beam in shafts of a feed device provided for this purpose.
Gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung, der unabhängig wie auch abhängig von dieser vorliegen kann, wird eine Zuführvorrichtung vorgeschlagen. Es wird eine Zuführvorrichtung zur Verwendung in einer Wasserstoffspeicher- element-Herstellvorrichtung mit einem Mündungsquerschnitt mit zumindest einem ersten Bereich für das erste Material und mit einem davon abgetrennten zweiten Bereich für das zweite Material zum vorzugsweise parallelen, örtlich getrennten Befüllen der Kavität vorgeschlagen, wobei der erste Bereich vorzugsweise zumindest teilweise, besonders bevorzugt vollständig in den zwei- ten Bereich eingebettet ist. According to a further aspect of the invention, which may be independent as well as dependent on this, a feeding device is proposed. The invention relates to a delivery device for use in a hydrogen storage device having an orifice cross-section with at least a first region for the first material and a second region separated therefrom for the second material for preferably parallel spatially separate filling of the cavity Area is preferably at least partially, particularly preferably completely embedded in the second area.
Beispielweise ist die Zuführvorrichtung derart ausgebildet, dass diese eine Materialzuführung für das erste Material und eine davon getrennte Materialzuführung für das zweite Material aufweist, wobei eine Mischzonenzuführung vor- handen ist, entlang der das erste und das zweite Material mischbar und zuführbar ist. Dadurch kann ein Gradient, vor allem aber auch eine Matrix gebildet werden. Der bereits oben verwendete Begriff "Matrix" beschreibt einen Verbundwerkstoff aus zwei oder mehr untereinander verbundenen Materialien. Hierbei nimmt bevorzugt ein Material ein anderes auf. Vorliegend ist das hydrierbare Material in die Matrix eingebettet. Die Matrix kann offenporig wie auch geschlossen porig sein. Bevorzugt ist die Matrix porös. Durch die Aufnahme des einen Materials durch das andere Material können sich beispielsweise Werkstoffeigenschaften ergänzen, die ansonsten jeweils nur die einzelne Komponente aufweist. Für die Eigenschaften der Verbundwerkstoffe sind stoffliche Eigenschaften und Geometrie der Komponenten von Bedeutung . Insbesondere spielen oft Größeneffekte eine Rolle. Die Verbindung erfolgt zum Beispiel durch Stoff- oder Formschluss oder eine Kombination von beidem. Auf diese Weise kann in der Matrix zum Beispiel eine feste Positionierung des hydrierbaren Materials ermöglicht werden. Weitere Komponenten der Matrix können beispielsweise Materialien für die Wärmeleitung und/oder die Gasdurchführung sein. Neben dem wenigstens einen Polymer kann die Matrix eine oder mehrere weitere Komponenten wie beispielsweise Materialien für die Wärmeleitung und/oder die Gasdurchführung, aufweisen. For example, the feeding device is designed such that it has a material feed for the first material and a material supply for the second material separate therefrom, wherein a mixing zone feed is provided. is along which the first and the second material is miscible and feedable. As a result, a gradient, but above all a matrix, can also be formed. The term "matrix" as used above describes a composite of two or more interconnected materials. In this case, one material preferably takes on another. In the present case, the hydrogenatable material is embedded in the matrix. The matrix can be porous as well as closed. Preferably, the matrix is porous. By the inclusion of one material by the other material, for example, material properties can complement each other, which otherwise has only the individual component. Material properties and geometry of the components are important for the properties of the composites. In particular, size effects often play a role. The connection takes place, for example, by material or positive connection or a combination of both. In this way, for example, a fixed positioning of the hydrogenatable material can be made possible in the matrix. Other components of the matrix may be, for example, materials for the heat conduction and / or the gas feedthrough. In addition to the at least one polymer, the matrix may have one or more further components, such as, for example, materials for the heat conduction and / or the gas feedthrough.
Die Matrix kann erfindungsgemäß ein oder mehrere Polymere umfassen und wird daher als polymere Matrix bezeichnet. Die Matrix kann daher ein Polymer oder Mischungen von zwei oder mehr Polymeren umfassen. Bevorzugt umfasst die Matrix nur ein Polymer. Insbesondere kann die Matrix selbst wasserstoffspeichernd sein. So kann zum Beispiel Ethylen (Polyethylen, PE) eingesetzt werden. Bevorzugt wird eine Titan-Ethylen-Verbindung genutzt. Diese kann gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung bis zu 14 Gew.-% Wasserstoff speichern. The matrix may comprise one or more polymers according to the invention and is therefore referred to as a polymeric matrix. The matrix may therefore comprise a polymer or mixtures of two or more polymers. Preferably, the matrix comprises only one polymer. In particular, the matrix itself may be hydrogen storage. For example, ethylene (polyethylene, PE) can be used. Preferably, a titanium-ethylene compound is used. This can, according to a preferred embodiment, store up to 14% by weight of hydrogen.
Der Begriff Polymer beschreibt eine chemische Verbindung aus Ketten- oder verzweigten Molekülen, sogenannte Makromoleküle, die wiederum aus glei- chen oder gleichartigen Einheiten, den sogenannten konstitutionellen Repetiereinheiten oder Wiederholeinheiten, bestehen. Synthetische Polymere sind in der Regel Kunststoffe. Durch die Verwendung mindestens eines Polymers können durch die Matrix dem Material gute optische, mechanische, thermische und/oder chemische Eigenschaften zugewiesen werden. Beispielsweise kann der Wasserstoffspeicher durch das Polymer eine gute Temperaturbeständigkeit, eine Resistenz gegenüber das umgebende Medium (Oxidationsbeständigkeit, Korrosionsbe- ständigkeit), eine gute Leitfähigkeit, eine gute Wasserstoffaufnahme- und - Speicherfähigkeit oder andere Eigenschaften, wie beispielsweise eine mechanische Festigkeit aufweisen, welche sonst ohne das Polymer nicht möglich wären. Es können auch Polymere zum Einsatz kommen, die zum Beispiel keine Speicherung von Wasserstoff aber dafür eine hohe Dehnung ermöglichen, wie beispielsweise Polyamid oder Polyvinylacetate. The term polymer describes a chemical compound of chain or branched molecules, so-called macromolecules, which in turn consist of or similar units, the so-called constitutional repetitive units or repeating units. Synthetic polymers are usually plastics. By using at least one polymer, good optical, mechanical, thermal and / or chemical properties can be assigned to the material by the matrix. For example, the hydrogen storage by the polymer may have good temperature resistance, resistance to the surrounding medium (oxidation resistance, corrosion resistance), good conductivity, good hydrogen uptake and storage ability, or other properties such as mechanical strength, which would otherwise be absent the polymer would not be possible. It is also possible to use polymers which, for example, do not allow storage of hydrogen but permit high elongation, such as, for example, polyamide or polyvinyl acetates.
Erfindungsgemäß kann das Polymer ein Homopolymer oder ein Copolymer sein. Copolymere sind Polymere, die aus zwei oder mehr verschiedenartigen Monomereinheiten zusammengesetzt sind. Copolymere, die aus drei verschie- denen Monomeren bestehen, nennt man Terpolymere. Erfindungsgemäß kann das Polymer beispielsweise auch ein Terpolymer umfassen. In the invention, the polymer may be a homopolymer or a copolymer. Copolymers are polymers composed of two or more different monomer units. Copolymers consisting of three different monomers are called terpolymers. For example, according to the invention, the polymer may also comprise a terpolymer.
Bevorzugt weist das Polymer (Homopolymer) eine Monomereinheit auf, die vorzugsweise neben Kohlenstoff und Wasserstoff weiterhin wenigstens ein He- teroatom, ausgewählt aus Schwefel, Sauerstoff, Stickstoff und Phosphor aufweist, so dass das erhaltene Polymer im Gegensatz beispielsweise zu Polyethylen nicht vollständig unpolar ist. Auch kann wenigstens ein Halogenatom, ausgewählt aus Chlor, Brom, Flour, Jod und Astat, vorhanden sein. Bevorzugt ist das Polymer ein Copolymer und/oder ein Terpolymer, in welchem wenigs- tens eine Monomereinheit neben Kohlenstoff und Wasserstoff weiterhin wenigstens ein Heteroatom, ausgewählt aus Schwefel, Sauerstoff, Stickstoff und Phosphor aufweist und/oder wenigstens ein Halogenatom, ausgewählt aus Chlor, Brom, Flour, Jod und Astat, vorhanden ist. Dabei ist es möglich, dass auch zwei oder mehr Monomereinheiten ein entsprechendes Heteroatom und/oder Halogenatom aufweisen. The polymer (homopolymer) preferably has a monomer unit which preferably contains at least one heteroatom selected from sulfur, oxygen, nitrogen and phosphorus in addition to carbon and hydrogen, so that the polymer obtained is not completely nonpolar in contrast to, for example, polyethylene. Also, at least one halogen atom selected from chlorine, bromine, fluorine, iodine and astatine may be present. Preferably, the polymer is a copolymer and / or a terpolymer in which at least one monomer unit in addition to carbon and hydrogen further at least one heteroatom selected from sulfur, oxygen, nitrogen and phosphorus and / or at least one halogen atom selected from chlorine, bromine , Flour, Iodine and Astatine, is present. It is possible that two or more monomer units a corresponding heteroatom and / or halogen atom.
Das Polymer weist bevorzugt hinsichtlich des Wasserstoffspeichermaterials adhäsive Eigenschaften auf. Dies bedeutet, dass es am Wasserstoffspeicher- material selbst gut haftet und damit eine Matrix ausbildet, die auch unter Belastungen, wie sie während der Wasserstoffspeicherung auftreten, stabil am Wasserstoffspeichermaterial haften. The polymer preferably has adhesive properties with respect to the hydrogen storage material. This means that it adheres well to the hydrogen storage material itself and thus forms a matrix that stably adheres to the hydrogen storage material even under conditions such as those encountered during hydrogen storage.
Die adhäsiven Eigenschaften des Polymers ermöglichen ein stabiles Einbringen des Materials in einen Wasserstoffspeicher und das Positionieren des Materials an einer definierten Stelle im Wasserstoffspeicher über einen möglichst langen Zeitraum, also über mehrere Zyklen der Wasserstoffspeicherung und Wasserstoffabgabe hinweg . Ein Zyklus beschreibt dabei den Vorgang einer einmaligen Hydrierung und anschließenden Dehydrierung. Dabei sollte das Wasserstoff- speichermaterial bevorzugt über wenigstens 500 Zyklen, insbesondere über wenigstens 1000 Zyklen stabil sein, um das Material wirtschaftlich einsetzen zu können. Stabil im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet, dass die Menge an Wasserstoff, die gespeichert werden kann, und die Geschwindigkeit, mit der der Wasserstoff gespeichert wird, auch nach 500 beziehungsweise 1000 Zyklen im Wesentlichen den Werten zu Beginn des Einsatzes des Wasserstoffspeichers entspricht. Insbesondere bedeutet stabil, dass das hydrierbare Material zumindest in etwa an der Position innerhalb des Wasserstoffspeichers gehalten wird, an der es ursprünglich in den Speicher eingebracht wurde. Stabil ist insbesondere dahingehend zu verstehen, dass es keine Ent- mischungseffekte während der Zyklen auftreten, bei denen feinere Partikel sich von gröberen Partikeln abtrennen und entfernen . The adhesive properties of the polymer enable stable incorporation of the material into a hydrogen reservoir and positioning of the material at a defined location in the hydrogen reservoir for as long a period as possible, ie, over several cycles of hydrogen storage and hydrogen release. One cycle describes the process of a single hydrogenation and subsequent dehydration. In this case, the hydrogen storage material should preferably be stable over at least 500 cycles, in particular over at least 1000 cycles, in order to be able to use the material economically. Stable in the sense of the present invention means that the amount of hydrogen that can be stored and the rate at which the hydrogen is stored, even after 500 or 1000 cycles, substantially corresponds to the values at the beginning of the use of the hydrogen storage. In particular, stable means that the hydrogenatable material is maintained at least approximately at the position within the hydrogen storage where it was originally placed in the reservoir. Stable, in particular, is to be understood as meaning that no demixing effects occur during the cycles in which finer particles separate and remove themselves from coarser particles.
Das Wasserstoffspeichermaterial der vorliegenden Erfindung ist insbesondere ein Niedertemperaturwasserstoffspeichermaterial . Bei der Wasserstoffspeiche- rung, welche ein exothermer Prozess ist, treten daher Temperaturen von bis zu 150 °C auf. Ein Polymer, welches zur Matrix eines entsprechenden Wasserstoffspeichermaterials eingesetzt wird, muss bei diesen Temperaturen stabil sein. Ein bevorzugtes Polymer zersetzt sich daher nicht bis zu einer Temperatur von 180 °C, insbesondere bis zu einer Temperatur von 165 °C, insbeson- dere von bis zu 145 °C. The hydrogen storage material of the present invention is particularly a low-temperature hydrogen storage material. In hydrogen storage, which is an exothermic process, temperatures of up to 150 ° C occur. A polymer which is used for the matrix of a corresponding hydrogen storage material must be stable at these temperatures. A preferred polymer therefore does not decompose to a temperature of 180 ° C., in particular up to a temperature of 165 ° C., in particular of up to 145 ° C.
Insbesondere ist das Polymer ein Polymer, welches einen Schmelzpunkt von 100 °C oder mehr, insbesondere von 105 °C oder mehr, aber weniger als 150 °C, insbesondere von weniger als 140 °C, besonders von 135°C oder weniger aufweist. Bevorzugt beträgt die Dichte des Polymers, bestimmt gemäß ISO 1183 bei 20 °C, 0,7 g/cm3 oder mehr, insbesondere 0,8 g/cm3 oder mehr, bevorzugt 0,9 g/cm3 oder mehr jedoch maximal 1,3 g/cm3, bevorzugt nicht mehr als 1,25 g/cm3, insbesondere 1,20 g/cm3 oder weniger. Die Zugfestigkeit nach ISO 527 liegt vorzugsweise im Bereich von 10 MPa bis 100 MPa, insbesondere im Bereich von 15 MPa bis 90 MPa, besonders bevorzugt im Bereich von 15 MPa bis 80 MPa. Das Zug-E-Modul nach ISO 527 liegt bevorzugt im Bereich von 50 MPa bis 5000 MPa, insbesondere im Beriech von 55 MPa bis 4500 MPa, besonders bevorzugt im Bereich von 60 MPa bis 4000 MPa. Überraschender- weise hat sich gezeigt, dass Polymere mit diesen mechanischen Eigenschaften besonders stabil und gut zu verarbeiten sind. Insbesondere ermöglichen sie einen stabilen Zusammenhalt zwischen der Matrix und dem darin eingebetteten hydrierbaren Material, so dass das hydrierbare Material über mehrere Zyklen hinweg lange an der gleichen Position innerhalb des Wasserstoffspeichers bleibt. Hierdurch wird eine lange Lebensdauer des Wasserstoffspeichers ermöglicht. In particular, the polymer is a polymer having a melting point of 100 ° C or more, especially 105 ° C or more, but less than 150 ° C, especially less than 140 ° C, especially 135 ° C or less. The density of the polymer, determined according to ISO 1183 at 20 ° C., is preferably 0.7 g / cm 3 or more, in particular 0.8 g / cm 3 or more, preferably 0.9 g / cm 3 or more but not more than 1 , 3 g / cm 3 , preferably not more than 1.25 g / cm 3 , in particular 1.20 g / cm 3 or less. The tensile strength according to ISO 527 is preferably in the range from 10 MPa to 100 MPa, in particular in the range from 15 MPa to 90 MPa, particularly preferably in the range from 15 MPa to 80 MPa. The tensile modulus according to ISO 527 is preferably in the range from 50 MPa to 5000 MPa, in particular in the range from 55 MPa to 4500 MPa, particularly preferably in the range from 60 MPa to 4000 MPa. Surprisingly, it has been shown that polymers with these mechanical properties are particularly stable and easy to process. In particular, they allow stable cohesion between the matrix and the hydrogenatable material embedded therein so that the hydrogenatable material remains in the same position within the hydrogen storage for many cycles for a long time. This allows a long life of the hydrogen storage.
Besonders bevorzugt im Sinne der vorliegenden Erfindung ist das Polymer ausgewählt aus EVA, PMMA, EEAMA sowie Mischungen dieser Polymere. For the purposes of the present invention, the polymer is selected from EVA, PMMA, EEAMA and mixtures of these polymers.
Mit EVA (Ethylvinylacetat) wird eine Gruppe von Copolymeren aus Ethylen und Vinylacetat bezeichnet, welche einen Anteil von Vinylacetat im Bereich von 2 Gew.-% bis 50 Gew.-% aufweisen. Geringere Anteile an Vinylacetat führen zur Ausbildung von harten Filmen, während höhere Anteile zu einer größeren Adhäsivität des Polymers führen. Typische EVA sind bei Raumtemperatur fest und weisen eine Zugdehnung von bis zu 750% auf. Zudem sind EVA span- nungsrissbeständig. EVA weist die folgende allgemeine Formel (I) auf:
Figure imgf000018_0001
(Formel (I))
By EVA (ethyl vinyl acetate) is meant a group of copolymers of ethylene and vinyl acetate which have a vinyl acetate content in the range of 2% to 50% by weight. Lower levels of vinyl acetate result in the formation of hard films, while higher levels result in greater polymer adhesiveness. Typical EVA are solid at room temperature and have a tensile elongation of up to 750%. In addition, EVA are resistant to stress cracking. EVA has the following general formula (I):
Figure imgf000018_0001
(Formula (I))
EVA im Sinne der vorliegenden Erfindung weist bevorzugt eine Dichte von 0,9 g/cm3 bis 1,0 g/cm3 (nach ISO 1183) auf. Die Streckspannung nach ISO 527 liegt insbesondere bei 4 bis 12 MPa, bevorzugt im Bereich von 5 MPa bis 10 MPa, besonders von 5 bis 8 MPa. Insbesondere geeignet sind solche EVA, welche eine Zugfestigkeit (nach ISO 527) von mehr als 12 MPa, insbesondere mehr als 15 MPa, und weniger als 50 MPa, insbesondere weniger als 40 MPa, besonders von 25 MPa oder weniger aufweisen. Die Reißdehnung (nach ISO 527) liegt insbesondere bei >30% oder >35%, besonders bei >40% oder 45%, bevorzugt bei >50%. Dabei liegt der Zug-E-Modul bevorzugt im Bereich von 35 MPa bis 120 MPA, besonders von 40 MPa bis 100 MPa, bevorzugt von 45 MPa bis 90 MPa, insbesondere von 50 MPa bis 80 MPa. Geeignete EVA werden beispielsweise von der Firma Axalta Coating Systems LLC unter dem Han- delsnamen Coathylene® CB 3547 vertrieben. For the purposes of the present invention, EVA preferably has a density of 0.9 g / cm 3 to 1.0 g / cm 3 (according to ISO 1183). The yield stress according to ISO 527 is in particular from 4 to 12 MPa, preferably from 5 MPa to 10 MPa, especially from 5 to 8 MPa. Particularly suitable are those EVA which have a tensile strength (according to ISO 527) of more than 12 MPa, in particular more than 15 MPa, and less than 50 MPa, in particular less than 40 MPa, in particular of 25 MPa or less. The elongation at break (according to ISO 527) is in particular> 30% or> 35%, especially> 40% or 45%, preferably> 50%. In this case, the tensile modulus of elasticity is preferably in the range from 35 MPa to 120 MPA, especially from 40 MPa to 100 MPa, preferably from 45 MPa to 90 MPa, in particular from 50 MPa to 80 MPa. Suitable EVA are registered names, for example, by the company axalta Coating Systems LLC under the Han Coathylene ® CB 3547 sold.
Polymethylmethacrylat (PMMA) ist ein synthetischer, transparenter, thermoplastischer Kunststoff mit der folgenden allgemeinen Struktuformel (II) : Polymethyl methacrylate (PMMA) is a synthetic, transparent, thermoplastic material having the following general structural formula (II):
Figure imgf000018_0002
(Formel (II))
Figure imgf000018_0002
(Formula (II))
Die Glasübergangstemperatur liegt abhängig von der Molmasse bei etwa 45 °C bis 130°C. Die Erweichungstemperatur beträgt bevorzugt 80 °C bis 120 °C, insbesondere 90 °C bis 110 °C. Das thermoplastische Copolymer zeichnet sich durch seine Beständigkeit gegenüber Witterung, Licht und UV-Strahlung aus. The glass transition temperature is dependent on the molecular weight at about 45 ° C to 130 ° C. The softening temperature is preferably 80 ° C to 120 ° C, especially 90 ° C to 110 ° C. The thermoplastic copolymer is distinguished due to its resistance to weather, light and UV radiation.
PMMA im Sinne der vorliegenden Erfindung weist bevorzugt eine Dichte von 0,9 bis 1,5 g/cm3 (nach ISO 1183), insbesondere von 1,0 g/cm3 bis 1,25 g/cm3 auf. Insbesondere geeignet sind solche PMMA, welche eine Zugfestigkeit (nach ISO 527) von mehr als 30 MPa, bevorzugt von mehr als 40 MPa, insbesondere mehr als 50 MPa, und weniger als 90 MPa, insbesondere weniger als 85 MPa, besonders von 80 MPa oder weniger aufweisen. Die Reißdehnung (nach ISO 527) liegt insbesondere bei < 10%, besonders bei <8%, bevorzugt bei <5%. Dabei liegt der Zug-E-Modul bevorzugt im Bereich von 900 MPa bis 5000 MPa, bevorzugt von 1200 bis 4500 MPa, insbesondere von 2000 MPa bis 4000 MPa. Geeignete PMMA werden beispielsweise von der Firma Ter Hell Plastics GmbH, Bochum, Deutschland, unter dem Handelsnamen 7M Plexiglas® Granulat angeboten. For the purposes of the present invention, PMMA preferably has a density of 0.9 to 1.5 g / cm 3 (according to ISO 1183), in particular from 1.0 g / cm 3 to 1.25 g / cm 3 . Particularly suitable are those PMMA which have a tensile strength (according to ISO 527) of more than 30 MPa, preferably of more than 40 MPa, in particular more than 50 MPa, and less than 90 MPa, in particular less than 85 MPa, especially of 80 MPa or have less. The elongation at break (according to ISO 527) is in particular <10%, especially <8%, preferably <5%. In this case, the tensile modulus of elasticity is preferably in the range from 900 MPa to 5000 MPa, preferably from 1200 to 4500 MPa, in particular from 2000 MPa to 4000 MPa. Suitable PMMA are offered for example by the company Ter Hell Plastics GmbH, Bochum, Germany, under the trade name 7M Plexiglas ® granules.
EEAMA ist ein Terpolymer aus Ethylen-, Acrylester- und Maleinsäureanhydrid- Monomereinheiten. EEAMA weist einen Schmelzpunkt von etwa 102°C auf, in Abhängigkeit von der Molmasse. Bevorzugt weist es eine relative Dichte bei 20 °C (DIN 53217/ISO 2811) von 1,0 g/cm3 oder weniger und 0,85 g/cm3 oder mehr auf. Geeignete EEAMA werden beispielsweise unter dem Handelsnamen Coathylene® TB3580 von der Firma Axalta Coating Systems LLC vertrieben. EEAMA is a terpolymer of ethylene, acrylic ester and maleic anhydride monomer units. EEAMA has a melting point of about 102 ° C, depending on the molecular weight. It preferably has a relative density at 20 ° C. (DIN 53217 / ISO 2811) of 1.0 g / cm 3 or less and 0.85 g / cm 3 or more. Suitable EEAMA be marketed under the trade name Coathylene ® TB3580 by the company axalta Coating Systems LLC.
Bevorzugt umfasst das Verbundmaterial im Wesentlichen das Wasserstoffspeichermaterial sowie die Matrix. Der Gewichtsanteil der Matrix bezogen auf das Gesamtgewicht des Verbundmaterials beträgt bevorzugt 10 Gew.-% oder weniger, insbesondere 8 Gew.-% oder weniger, besonders bevorzugt 5 Gew.-% oder weniger und beträgt vorzugsweise wenigstens 1 Gew.-% und insbesondere wenigstens 2 Gew.-% bis 3 Gew.-%. Es ist wünschenswert, den Gewichtsanteil an der Matrix möglichst gering zu halten . Auch wenn die Matrix in der Lage ist, Wasserstoff zu speichern, so ist die Wasserstoffspeicherfähigkeit dennoch nicht so ausgeprägt wie die des Wasserstoffspeichermaterials selbst. Die Matrix ist jedoch notwendig, um einerseits eine gegebenenfalls auftretende Oxidation des Wasserstoffspeichermaterials gering zu halten oder vollständig zu vermeiden und einen Zusammenhalt zwischen den Partikeln des Materials zu gewährleisten. Preferably, the composite material essentially comprises the hydrogen storage material and the matrix. The weight fraction of the matrix based on the total weight of the composite material is preferably 10% by weight or less, in particular 8% by weight or less, more preferably 5% by weight or less, and is preferably at least 1% by weight and in particular at least 2 wt .-% to 3 wt .-%. It is desirable to keep the proportion by weight of the matrix as low as possible. Although the matrix is capable of storing hydrogen, the hydrogen storage capacity is still not as pronounced as that of the hydrogen storage material itself. However, the matrix is necessary to minimize or completely avoid any oxidation of the hydrogen storage material that may occur and to prevent hydrogen storage Cohesion between the particles of the material to ensure.
Es ist bevorzugt, dass die Matrix ein Polymer mit einer geringen Kristallinität ist. Durch die Kristallinität des Polymers können sich die Eigenschaften eines Materials erheblich verändern. Die Eigenschaften eines teilkristallinen Werkstoffes werden sowohl von den kristallinen als auch von den amorphen Bereichen des Polymers bestimmt. Dadurch ist ein gewisser Zusammenhang mit Kompositmaterialien zu sehen, die ebenfalls aus mehreren Substanzen aufgebaut sind. Beispielsweise nimmt bei Zunahme der Dichte die Dehnungsfähig- keit der Matrix ab. It is preferable that the matrix is a polymer having a low crystallinity. The crystallinity of the polymer can significantly change the properties of a material. The properties of a semi-crystalline material are determined by both the crystalline and the amorphous regions of the polymer. This shows a certain correlation with composite materials, which are also made up of several substances. For example, as the density increases, the stretchability of the matrix decreases.
Die Matrix kann auch in Form von Prepregs vorliegen. Prepreg ist die englische Kurzform für preimpregnated fibres (amerikanisch : preimpregnated fibers), zu Deutsch : "vorimprägnierte Fasern". Prepregs sind mit einem Polymer vorim- prägnierte (englisch : pre-impregnated) textile Halbzeuge, die zur Herstellung von Bauteilen unter Temperatur und Druck ausgehärtet werden. Geeignete Polymere sind solche mit einer hochviskosen, jedoch nicht polymerisierten duroplastischen Kunststoffmatrix. Die gemäß der vorliegenden Erfindung bevorzugten Polymere können auch in Form eines Prepregs vorliegen. The matrix can also be in the form of prepregs. Prepreg is the English short form for preimpregnated fibers (American: preimpregnated fibers), in English: "preimpregnated fibers". Prepregs are semi-finished with a polymer pre-impregnated (semi-finished), which are cured for the production of components under temperature and pressure. Suitable polymers are those having a high viscosity but not polymerized thermoset plastic matrix. The preferred polymers according to the present invention may also be in the form of a prepreg.
Die im Prepreg enthaltenen Fasern können als reine unidirektionale Schicht, als Gewebe oder Gelege vorliegen. Die Prepregs können erfindungsgemäß auch zerkleinert werden und als Flakes oder Schnipsel zusammen mit dem hydrierbaren Material zu einem Verbundwerkstoff verarbeitet werden. The fibers contained in the prepreg can be in the form of a pure unidirectional layer, as a fabric or a scrim. The prepregs according to the invention can also be comminuted and processed as flakes or chips together with the hydrogenatable material to form a composite material.
Das Polymer kann erfindungsgemäß entweder in Form einer Flüssigkeit vorliegen, welche mit dem hydrierbaren Material in Kontakt gebracht wird. Flüssigkeit bedeutet dabei, dass entweder das Polymer geschmolzen wird. Erfindungsgemäß ist jedoch auch umfasst, dass das Polymer in einem geeigneten Lösungsmittel gelöst wird, wobei das Lösungsmittel nach Herstellung des Verbundmaterials wieder entfernt wird, zum Beispiel durch Verdunstung. Es ist jedoch auch möglich, dass das Polymer in Form eines Granulats vorliegt, welches mit dem hydrierbaren Material gemischt wird. Durch das Verdichten des Verbundmaterials erweicht das Polymer, so dass es zur Ausbildung der Matrix kommt, in welche das hydrierbare Material eingebettet ist. Wird das Polymer in Form von Teilchen, also als Granulat, eingesetzt, so weisen diese bevorzugt eine x50-Teilchengröße (Volumenbasierte Teilchengröße) im Bereich von 30 μηι bis 60 pm, insbesondere von 40pm bis 45 μηι auf. Die x90 Teilchengröße liegt insbesondere bei 90 m oder weniger, bevorzugt bei 80 m oder weniger. According to the invention, the polymer can either be in the form of a liquid which is brought into contact with the hydrogenatable material. Liquid means that either the polymer is melted. However, according to the invention, it is also included that the polymer is dissolved in a suitable solvent, the solvent being removed again after preparation of the composite material, for example by evaporation. However, it is also possible that the polymer is in the form of a granulate which is mixed with the hydrogenatable material. By compacting the composite material, the polymer softens, allowing it to form the matrix comes, in which the hydrogenatable material is embedded. If the polymer is used in the form of particles, ie as granules, they preferably have an x 50 particle size (volume-based particle size) in the range from 30 μm to 60 μm, in particular from 40 μm to 45 μm. In particular, the x 90 particle size is 90 m or less, preferably 80 m or less.
Des Weiteren besteht die Möglichkeit, die Zuführvorrichtung mit einer zusätzlichen Einheit zur Zuführung von sträng-, streifen- oder plattenförmigem Material zu versehen, über die ein Materialstreifen in den Mündungsquerschnitt führbar ist. Damit kann beispielweise ein Gewebe, ein Vlies, ein Film, Laminate aus mehreren Materialien oder ein sonstiges in Streifenform vorliegendes Material mit den anderen mindestens zwei Materialien zugeführt werden, vorzugsweise parallel zum Zuführen des ersten und des zweiten Materials. Ebenfalls können auch Fasern, Drähte oder sonstige einzubettenden Materialien über eine entsprechende Ausgestaltung der Zuführvorrichtung zugeführt und mitabgelegt werden Furthermore, it is possible to provide the feeding device with an additional unit for feeding strip, strip or plate-shaped material over which a strip of material can be guided into the mouth cross-section. Thus, for example, a fabric, a nonwoven fabric, a film, laminates of multiple materials, or other strip material may be supplied with the other at least two materials, preferably parallel to the feeding of the first and second materials. Likewise, fibers, wires or other materials to be embedded can also be supplied via a corresponding design of the feeder and mitabgelegt
Gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Wasserstoffspeicherelement-Rohlings mittels zumindest eines ersten Materials, welches ein wasserstoffspeicherndes Material umfasst, und mittels eines zweiten Materials, das wärmeleitend ist, vorgeschlagen, wobei eine erste Materialzufuhr des ersten Materials über einen ersten Bereich einer Zuführvorrichtung und eine zur ersten Materialzufuhr parallele zweite Materialzufuhr des zweiten Materials über einen zweiten Bereich der Zuführvorrichtung erfolgt, wobei zumindest das erste und das zweite Material zusammen ein Verbundmaterial des Wasserstoffspeicherelements bilden. According to another aspect of the invention, there is provided a method of making a hydrogen storage element blank by means of at least a first material comprising a hydrogen storage material and a second material having thermal conductivity, wherein a first material supply of the first material over a first region a feed device and a second material supply of the second material parallel to the first material supply via a second region of the feed device, wherein at least the first and the second material together form a composite material of the hydrogen storage element.
Die verwendeten Materialien sind insbesondere diejenigen, die schon oben beschrieben wurden. The materials used are in particular those already described above.
Der Begriff Verbundmaterial beschreibt hierbei, dass in dem Wasserstoffspeicherelement verschiedenartige Materialien verwendet werden, um neben hydrierbarem Material auch andere Materialien ggf. mit anderen Funktionalitäten anzuordnen. Das Verbundmaterial wird beispielsweise aus einzelnen Kom- ponenten, wie die Matrix und den einzelnen Schichten ausgebildet. Für die Eigenschaften des Verbundmaterials sind beispielsweise stoffliche Eigenschaften und Geometrien der Komponenten von Bedeutung . Das Verbundmaterial ist bevorzugt kompaktiert. The term composite material here describes that various materials are used in the hydrogen storage element, in addition to hydrogenatable material and other materials may be arranged with other functionalities. The composite material is made, for example, from individual components components, such as the matrix and the individual layers. For example, material properties and geometries of the components are important for the properties of the composite material. The composite material is preferably compacted.
Eine Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass zumindest eines der beiden Materialen, vorzugweise das erste und das zweite Material, schüttfähig, rieselfähig und damit fließfähig, vorzugsweise pulverförmig zugeführt werden. Beispielsweise ist vorgesehen, dass die Zuführvorrichtung gedreht wird, das erste und das zweite Material aus der Zuführvorrichtung dabei parallel austreten, und ein Verbundmaterial als Wasserstoffspeicherelement gebildet wird . Vorzugsweise werden die mindestens zwei Materialien schichtwiese übereinander angeordnet, wobei ein Material zum Beispiel zumindest in einem Abschnitt Schraubenlinien- bzw. helixförmig oder wellenförmig angeordnet ist. Es ist da- bei von Vorteil, dass die helixförmige Geometrie im Verbundmaterial durch das die Helix umgebende Material als Struktur gestützt wird . Die Schichten erstrecken sich auf diese Weise benachbart zueinander in die Z-Richtung der Erstre- ckung, bevorzugt um eine Drehachse herum angeordnet. Auf diese Weise können zum Beispiel innere Schichten übereinander aufgebaut werden, die sich um eine Achse herum gemeinsam nach oben winden, während ein Außenbereich eine Zylindereinfassung der inneren Schichten bildet. A development of the method provides that at least one of the two materials, preferably the first and the second material, pourable, free-flowing and thus flowable, preferably supplied in powder form. For example, it is provided that the supply device is rotated, the first and the second material from the supply device thereby emerge in parallel, and a composite material is formed as a hydrogen storage element. The at least two materials are preferably arranged one above the other in a layered manner, with a material, for example, being arranged in a helical or wavy manner at least in one section. It is advantageous in this case that the helical geometry in the composite material is supported as a structure by the material surrounding the helix. The layers in this way extend adjacent to one another in the Z direction of the extension, preferably arranged around an axis of rotation. In this way, for example, inner layers can be built on top of each other, which co-curl upwards about an axis, while an outer area forms a cylinder enclosure of the inner layers.
Bevorzugt ist, dass das erste und das zweite Material eine durchgehende poröse Struktur im Wasserstoffspeicherelement bilden, vorzugsweise ein oder mehrere Kanäle im Verbundmaterial mittels ein oder mehrerer Dorne, Freihalter und/oder zu entfernenden Materials hergestellt werden . Insbesondere kann darüber auch ein Verbundmaterial geschaffen werden, das nach Kompaktierung ohne weitere Nachbehandlung direkt in einen Behälter eines Wasserstoffspeichers angeordnet wird. It is preferred that the first and second materials form a continuous porous structure in the hydrogen storage element, preferably one or more channels in the composite material are made by means of one or more mandrels, free holders and / or material to be removed. In particular, it is also possible to create a composite material which, after compaction, is arranged directly in a container of a hydrogen storage unit without further aftertreatment.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass das erste und das zweite Material zumindest teilweise örtlich getrennt voneinander angeordnet sind und getrennte Schichten oder allgemein Bereiche des Wasserstoffspeicherelements bilden. Wiederum eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass das erste und das zweite Material in eine Kavität gefüllt werden, wobei das erste und das zweite Material in der Kavität verpresst werden, vorzugsweise durch Ver- fahren eines Ober- und/oder eines Unterstempels in der Kavität. Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Kavität durch einen Behälter des Wasserstoffspeichers gebildet wird. A further embodiment provides that the first and the second material are arranged at least partially locally separated from one another and form separate layers or generally regions of the hydrogen storage element. Yet another embodiment of the method provides that the first and the second material are filled into a cavity, wherein the first and the second material are pressed in the cavity, preferably by methods of an upper and / or lower punch in the cavity Cavity. A further embodiment provides that the cavity is formed by a container of the hydrogen storage.
Weiterhin bevorzugt ist es, wenn ein isostatisches Verpressen des Verbundma- terials für das Wasserstoffspeicherelement erfolgt. Durch das Aufprägen von Drücken von oberhalb 500 bar, insbesondere von Drücken in einem Bereich zwischen 1500 und 6000 bar gelingt es, eine besonders enge Verbindung zwischen einem hydrierbaren Material und einem z. B. wärmeleitenden Material zu schaffen. It is further preferred if an isostatic pressing of the composite material for the hydrogen storage element takes place. By imposing pressures of above 500 bar, in particular of pressures in a range between 1500 and 6000 bar, it is possible to achieve a particularly close connection between a hydrogenatable material and a z. B. heat conductive material to create.
Eine sonstige Kompaktierung kann im Übrigen unter gleichzeitigem Einfluß von Wärme und/oder von zum Beispiel einem Gas erfolgen. Auch kann zum Beispiel eine Absaugung vorgesehen sein, beispielweise zum Absaugen von Binder, der eventuell in einem ersten und/oder in einem zweiten Bereich des Ver- bundkörpers angeordnet ist. Der Binder kann beispielweise vollständig wie auch nur teilweise aus dem Verbundmaterial entfernt werden, beispielweise zur Schaffung einer porösen Struktur. So kann beispielsweise in einem der beiden Bereiche ein Binder angeordnet sein und in einem anderen der beiden Bereiche kein Binder. Auch können unterschiedliche Binder Verwendung fin- den, indem zum Beispiel in dem ersten Bereich ein anderer Binder als in dem zweiten Bereich eingebracht wird . Incidentally, other compacting can be effected under the simultaneous influence of heat and / or of, for example, a gas. It is also possible, for example, to provide a suction, for example for suction of binder, which is possibly arranged in a first and / or in a second region of the composite body. For example, the binder can be completely or partially removed from the composite, for example, to provide a porous structure. For example, one binder may be arranged in one of the two regions and no binder in another of the two regions. Different binders can also be used, for example by introducing a different binder in the first area than in the second area.
Gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung wird ein Wasserstoffspeicherelement mit einem Verbundmaterial mit zumindest einem ersten und einem zweiten Material vorgeschlagen, wobei das erste Material ein wasserstoffspeicherndes Material umfasst und das zweite Material ein wärmeleitendes Material umfasst, wobei das Wasserstoffspeicherelement vorzugsweise mit einer Herstellvorrichtung und/oder einem Verfahren wie oben beschrieben hergestellt ist. Es hat sich dabei als vorteilhaft erwiesen, wenn sich im Wasserstoffspeicherelement das zweite Material von einem Inneren des Verbundmaterials zu einem Äußeren des Verbundmaterials erstreckt, wobei das erste und das zweite Material zumindest in einem Bereich getrennt voneinander angeordnet sind . According to a further aspect of the invention, a hydrogen storage element comprising a composite material having at least a first and a second material is proposed, wherein the first material comprises a hydrogen-storing material and the second material comprises a heat-conducting material, wherein the hydrogen storage element preferably with a production device and / or Method is prepared as described above. It has proved to be advantageous if in the hydrogen storage element, the second material extends from an interior of the composite material to an exterior of the composite material, wherein the first and the second material are arranged at least in a region separated from each other.
Das Verbundmaterial weist vorzugsweise eine Matrix im ersten Material auf. In der Matrix können beispielsweise neben dem wenigstens einen Polymer weitere Komponenten enthalten sein. Diese Komponenten weisen schwerpunktmä- ßig zumindest eine der folgenden Funktionen auf: primäre Wasserstoffspeicherung, primäre Wärmeleitung und/ oder primäre Gasdurchführung . Hierunter ist zu verstehen, dass die jeweilige Komponente zumindest diese Funktion als Hauptaufgabe in dem Verbundstoff wahrnimmt. So ist es möglich, dass eine Komponente primär zur Wasserstoffspeicherung genutzt wird, gleichzeitig aber auch in der Lage ist, zumindest eine gewisse Wärmeleitfähigkeit zur Verfügung zu stellen. Dabei ist es aber vorgesehen, dass zumindest eine andere Komponente vorhanden ist, die primär eine Wärmeleitung übernimmt, das bedeutet, dass über diese die größte Wärmemenge verglichen mit den anderen Komponenten aus dem verpressten Materialverbund abgeleitet wird. Hierbei kann wiederum die primär gasdurchführende Komponente genutzt werden, durch die zum Beispiel Wasserstoff (Fluid) in den Materialverbund hineingeleitet aber auch zum Beispiel heraus geleitet wird . Hierbei kann über das durchströmende Fluid aber auch Wärme mitgenommen werden. Das durchströmende Fluid im Sinne der vorliegenden Erfindung ist Wasserstoff oder ein Gasgemisch, wel- ches Wasserstoff in einem Anteil von 50 Vol .-% oder mehr, vorzugsweise von 60 Vol .-% oder mehr, insbesondere von 70 Vol .-% oder mehr, bevorzugt von 80 Vol .-% oder mehr, besonders von 90 Vol .-% oder 95 Vol .-% oder mehr aufweist, umfasst. Bevorzugt speichert das hydrierbare Material ausschließlich Wasserstoff, so dass auch bei der Verwendung von Gasgemischen als Fluid im Wesentlichen nur Wasserstoff gespeichert wird. The composite material preferably has a matrix in the first material. For example, in addition to the at least one polymer, further components may be contained in the matrix. These components have at least one of the following functions: primary hydrogen storage, primary heat conduction and / or primary gas feedthrough. By this is meant that the respective component performs at least this function as the main task in the composite. So it is possible that a component is used primarily for hydrogen storage, but at the same time is also able to provide at least some thermal conductivity available. However, it is provided that at least one other component is present, which primarily assumes a heat conduction, which means that over this the largest amount of heat is derived compared to the other components of the compressed composite material. In this case, in turn, the primary gas-carrying component can be used, through which, for example, hydrogen (fluid) is introduced into the composite of materials but is also conducted out, for example. In this case, however, heat can also be taken along via the fluid flowing through. The fluid flowing through in the sense of the present invention is hydrogen or a gas mixture which contains hydrogen in a proportion of 50% by volume or more, preferably of 60% by volume or more, in particular of 70% by volume or more, preferably of 80% by volume or more, especially 90% by volume or 95% by volume or more. Preferably, the hydrogenatable material stores only hydrogen, so that even when using gas mixtures as a fluid substantially only hydrogen is stored.
Der Wasserstoffspeicher weist vorzugsweise wenigstens 2, bevorzugt mehr als 2 voneinander verschiedene Schichten auf, wobei eine Schicht der Verbundwerkstoff und eine davon verschiedene Schicht zumindest eine der folgenden Funktionen primäre Wasserstoffspeicherung, primäre Wärmeleitung und/oder primäre Gasdurchführung aufweist. The hydrogen storage device preferably has at least 2, preferably more than 2, mutually different layers, one layer of the composite material and one layer different therefrom being at least one of the following Features primary hydrogen storage, primary heat conduction and / or primary gas feedthrough.
Der Begriff Schichten beschreibt, dass vorzugsweise ein Material, aber auch zwei oder mehr Materialien in einer Lage angeordnet sind und diese sich als Lage von einer direkten Umgebung abgrenzen lässt. So können beispielsweise unterschiedliche Materialien nacheinander lose übereinander aufgeschüttet werden, so dass benachbarte Schichten sich unmittelbar berühren. In einer bevorzugten Ausgestaltung kann die hydrierbare Schicht unmittelbar benach- bart zu einer wärmeleitfähigen Schicht angeordnet sein, so dass die entstehende Wärme bei der Wasserstoffaufnahme und/oder Wasserstoffabgabe von dem hydrierbaren Material direkt an die benachbarte Schicht abgegeben werden kann. Unter der Schwerpunktmäßigkeit zumindest eine der folgenden Funktionen primäre Wasserstoffspeicherung, primäre Wärmeleitung und/ oder primäre Gasdurchführung ist zu verstehen, dass die jeweilige Schicht zumindest diese als eine Hauptaufgabe in dem zweiten Bereich des Verbundmaterials wahrnimmt. So ist es möglich, dass eine Schicht primär zur Wasserstoffspeicherung genutzt wird, gleichzeitig aber auch in der Lage ist, eine Wärmeleitfähigkeit zur Verfügung zu stellen. Dabei ist es in einem solchen Fall vorzugsweise vorgesehen, dass zumindest eine andere Schicht vorhanden ist, die primär eine Wärmeleitung übernimmt, das bedeutet, dass über diese Schicht die größte Wärmemenge im Vergleich zu anderen Schichten im Wasserstoffspeicher aus dem verpressten Materialverbund abgeleitet wird. Hierbei kann wiederum die primär gasdurchführende Schicht genutzt werden, durch die zum Beispiel Wasserstoff (Fluid) in den Materialverbund hineingeleitet aber auch zum Beispiel heraus geleitet wird. Hierbei kann über das durchströmende Fluid aber auch Wärme mitgenommen werden. The term layers describes that preferably one material, but also two or more materials are arranged in one layer and this can be delimited as a layer from a direct environment. For example, different materials can be poured one after another loosely one over the other so that adjacent layers are in direct contact. In a preferred embodiment, the hydrogenatable layer can be arranged directly adjacent to a thermally conductive layer, so that the resulting heat in the hydrogen uptake and / or release of hydrogen from the hydrogenatable material can be delivered directly to the adjacent layer. At least one of the following functions of primary hydrogen storage, primary heat conduction and / or primary gas feedthrough is to be understood as meaning that the respective layer perceives at least one of these as a main task in the second region of the composite material. So it is possible that a layer is used primarily for hydrogen storage, but at the same time is also able to provide a thermal conductivity available. In such a case, it is preferably provided that at least one other layer is present, which primarily assumes a heat conduction, which means that the largest amount of heat is derived from the compressed composite material in this layer over the other layers in the hydrogen storage. In this case, in turn, the primary gas-carrying layer can be used, through which, for example, hydrogen (fluid) is introduced into the composite of materials but is also conducted out, for example. In this case, however, heat can also be taken along via the fluid flowing through.
Eine wärmeleitende Schicht kann erfindungsgemäß wenigstens ein wärmeleitendes Metall und/oder Graphit umfassen. Diese Materialien können auch als wärmeleitende Komponente eingesetzt werden. Das wärmeleitende Material soll dabei eine gute Wärmeleitfähigkeit einerseits, andererseits aber auch ein möglichst geringes Gewicht aufweisen, um das Gesamtgewicht des Wasserstoffspeichers möglichst gering zu halten. Das Metall weist bevorzugt eine Wärmeleitfähigkeit λ von 100 W/(m - K) oder mehr, insbesondere von 120 W/(m-K) oder mehr, bevorzugt von 180 W/(m-K) oder mehr, besonders von 200 oder mehr auf. Das wärmeleitende Metall kann erfindungsgemäß auch eine Metalllegierung oder eine Mischung unterschiedlicher Metalle sein. Bevorzugt ist das wärmeleitende Metall ausgewählt aus Silber, Kupfer, Gold, Aluminium sowie Mischungen aus diesen Metallen oder Legierungen, die diese Metalle umfassen. Besonders bevorzugt ist Silber, da dies eine sehr hohe Wärme- leitfähigkeit von über 400 W/(m-K) aufweist. Bevorzugt ist ebenfalls Aluminium, da dieses neben der hohen Wärmeleitfähigkeit von 236 W/(m- K) eine geringe Dichte und damit ein geringes Gewicht aufweist. A thermally conductive layer according to the invention may comprise at least one thermally conductive metal and / or graphite. These materials can also be used as a heat-conducting component. The thermally conductive material should be a good thermal conductivity on the one hand, on the other hand, but also a have as low a weight as possible to keep the total weight of the hydrogen storage as low as possible. The metal preferably has a thermal conductivity λ of 100 W / (m-K) or more, in particular of 120 W / (mK) or more, preferably of 180 W / (mK) or more, especially of 200 or more. The heat-conducting metal according to the invention may also be a metal alloy or a mixture of different metals. Preferably, the thermally conductive metal is selected from silver, copper, gold, aluminum and mixtures of these metals or alloys comprising these metals. Silver is particularly preferred since this has a very high thermal conductivity of more than 400 W / (mK). Aluminum is also preferred since, in addition to the high heat conductivity of 236 W / (m-K), it has a low density and thus a low weight.
Graphit umfasst erfindungsgemäß sowohl expandierten als auch nicht- expandierten Graphit. Bevorzugt wird expandierter bzw. expandierbarer Graphit eingesetzt. Alternativ können auch Kohlenstoffnanoröhrchen (einwandig, doppelwandig oder mehrwandig) eingesetzt werden, da diese ebenfalls eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Auf Grund der hohen Kosten der Na- noröhrchen ist es bevorzugt expandierten Graphit oder Mischungen aus ex- pandiertem Graphit und nicht expandiertem Graphit einzusetzen. Liegen Mischungen vor, wird gewichtsbezogen mehr nichtexpandierter Graphit als expandierter Graphit eingesetzt. According to the invention, graphite comprises both expanded and unexpanded graphite. Preferably, expanded or expandable graphite is used. Alternatively, carbon nanotubes (single-walled, double-walled or multi-walled) can also be used, since these also have a very high thermal conductivity. Due to the high cost of the nanotubes, it is preferable to use expanded graphite or mixtures of expanded graphite and unexpanded graphite. If mixtures are present, more unexpanded graphite is used by weight than expanded graphite.
Naturgraphit in gemahlener Form (nicht-expandierter Graphit) haftet schlecht im Verbundmaterial und lässt sich nur schwer zu einem dauerhaften, stabilen Verbund verarbeiten. Daher werden bei der Metallhydrid-basierten Wasser- stoffspeicherung bevorzugt solche Graphitqualitäten genutzt, die auf expandiertem Graphit basieren. Dieser wird insbesondere aus Naturgraphit hergestellt und hat eine deutliche geringere Dichte als nicht-expandierter Graphit, haftet aber gut im Verbund, so dass ein stabiler Verbundwerkstoff erhalten werden kann. Würde man jedoch ausschließlich expandierten Graphit in unkompaktierter Form einsetzen, könnte das Volumen des Wasserstoffspeichers zu groß werden, um diesen wirtschaftlich betreiben zu können. Daher werden vorzugsweise Mischungen aus expandiertem und nicht-expandiertem Graphit eingesetzt. Natural graphite in ground form (non-expanded graphite) is poorly adherent in the composite material and difficult to process into a durable, stable composite. Therefore, metal hydride-based hydrogen storage preferably uses graphite grades based on expanded graphite. This is produced in particular from natural graphite and has a significantly lower density than unexpanded graphite, but adheres well in the composite, so that a stable composite material can be obtained. However, if one were to use exclusively expanded graphite in uncompacted form, the volume of the hydrogen storage medium could become too large to be able to operate it economically. Therefore, preferably, mixtures of expanded and unexpanded Graphite used.
Wird das Wasserstoffspeichermaterial während der Herstellung mittels Pressen kompaktiert, so entsteht durch expandierten Graphit eine orientierte Schicht, welche besonders gut Wärme leiten kann. Die Graphitschichten (hexagonale Ebenen) in expandiertem Graphit werden durch den Druck beim Verpressen gegeneinander verschoben, so dass sich Lamellen oder Schichten ausbilden. Diese hexagonalen Ebenen des Graphits liegen dann quer (annähernd senkrecht zur Druckrichtung während eines axialen Pressvorgangs), so dass der Wasserstoff anschließend leicht in das Verbundmaterial eingebracht werden kann und die Wärme gut heraus- oder hereingeleitet werden kann. Hierdurch kann nicht nur eine Wärmeleitung sondern auch eine Gasdurchführung beziehungsweise eine Fluiddurchführung ermöglicht werden. Alternativ kann der expandierte Graphit beispielsweise mittels Kalenderwalzen zu Folien verarbeitet werden. Diese Folien werden anschließend wieder vermählen. Die so erhaltenen Flocken oder Flakes können dann als wärmeleitendes Material eingesetzt werden. Auf Grund des Walzens ergibt sich auch hier eine Vorzugsrichtung im Kohlenstoffgitter, wodurch eine besonders gute Wär- me- und Fluidweiterleitung ermöglicht wird. If the hydrogen storage material is compacted by means of pressing during production, expanded graphite results in an oriented layer which can conduct heat particularly well. The graphite layers (hexagonal planes) in expanded graphite are shifted by the pressure during pressing against each other, so that lamellae or layers form. These hexagonal planes of the graphite are then transverse (approximately perpendicular to the compression direction during an axial pressing operation), so that the hydrogen can then be easily introduced into the composite material and the heat can be well in or out. As a result, not only a heat conduction but also a gas passage or a fluid passage can be made possible. Alternatively, the expanded graphite can be processed, for example, by means of calendar rolls into films. These films will then be ground again. The flakes or flakes thus obtained can then be used as a heat-conducting material. Due to the rolling, a preferred direction in the carbon lattice results here, as a result of which a particularly good transfer of heat and fluid is made possible.
Bevorzugt wird Graphit als wärmeleitendes Material eingesetzt, zum Beispiel wenn ein Hochtemperaturhydrid als hydrierbares Material im Werkstoffverbund enthalten ist. Bei Niedertemperaturhydriden ist ein wärmeleitendes Metall, insbesondere Aluminium, bevorzugt. Dabei ist diese Kombination insbesondere dann bevorzugt, wenn die beiden Schichten unmittelbar aneinander grenzen. Erfindungsgemäß ist es beispielsweise möglich, dass eine erste Schicht, welche den ersten Bereich darstellt, den erfindungsgemäßen Werkstoffverbund, umfassend ein Hochtemperaturhydrid, unmittelbar an eine zweite Schicht, um- fassend Graphit, angrenzt. Diese zweite Schicht kann dann wiederum unmittelbar an eine dritte Schicht, umfassend ein wärmeleitendes Metall, angrenzen, welche dann wieder an eine vierte, Graphit aufweisende Schicht angrenzt. An diese vierte Schicht kann sich dann wieder unmittelbar eine erste Schicht, umfassend den Werkstoffverbund, anschließen. Beliebige Schichtfolgen sind erfindungsgemäß möglich. Dabei bedeutet umfassen im Sinne der vorliegenden Erfindung, dass nicht nur die genannten Materialien sondern auch weitere Bestandteile enthalten sein können; bevorzugt bedeutet umfassen jedoch bestehen aus. Preferably, graphite is used as the heat-conducting material, for example when a high-temperature hydride is contained as a hydrogenatable material in the composite material. In the case of low-temperature hydrides, a heat-conducting metal, in particular aluminum, is preferred. In this case, this combination is particularly preferred when the two layers directly adjoin one another. According to the invention, it is possible, for example, for a first layer, which represents the first area, to adjoin the composite material according to the invention, comprising a high-temperature hydride, directly to a second layer, comprising graphite. This second layer can in turn immediately adjoin a third layer, comprising a heat-conducting metal, which in turn adjoins a fourth, graphite-containing layer. A first layer, comprising the composite material, can then be directly connected to this fourth layer. Any layer sequences are according to the invention possible. In the context of the present invention, "comprising" means that not only the said materials but also other constituents can be contained; preferred means comprise but consist of.
Der Begriff graduell beschreibt, dass die Dichte des hydrierbaren Materials in der Matrix und in den Schichten einen Gradienten aufweist, zum Beispiel so, dass ein Gefälle oder ein Anstieg der Menge und/oder Dichte des hydrierbaren Materials vorhanden ist, beispielsweise in Abhängigkeit des Fluids, welches durch das Wasserstoffspeicherelement strömt. Bevorzugt ist vorgesehen, dass zwischen dem ersten und dem zweiten Material ein Gradient ausgebildet ist, entlang dessen sich ein Übergang von der ersten zu der zweiten Schicht vollzieht. Auch kann vorgesehen sein, dass das Wasserstoffspeicherelement Komponenten in Form einer Kern-Mantel-Struktur aufweist, bei der der Kern ein erstes Material und der Mantel ein davon verschiedenes zweites Material umfasst, wobei das erste Material und/oder das zweite Material ein wasserstoffspeicherndes Material aufweisen. Dieses liegt zum Beispiel bevorzugt als Schichten des Verbundmaterials vor. Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das zweite Material des Mantels ein Polymer aufweist, was zumindest wasserstoffdurchlässig ausgebildet ist. Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass der Kern ein wärmeleitendes Material und der Mantel ein wasserstoffspeicherndes Material aufweist. Wiederum kann vorgesehen sein, dass der Kern ein primär wasser- stoffspeicherndes Material aufweist und der Mantel ein primär wärmeleitendes Material, wobei das wärme-leitende Material wasserstoffdurchlässig ist. The term gradual describes that the density of the hydrogenatable material in the matrix and in the layers has a gradient, for example such that a gradient or an increase in the amount and / or density of the hydrogenatable material is present, for example depending on the fluid, which flows through the hydrogen storage element. It is preferably provided that a gradient is formed between the first and the second material, along which a transition takes place from the first to the second layer. It can also be provided that the hydrogen storage element comprises components in the form of a core-shell structure in which the core comprises a first material and the shell comprises a second material different therefrom, wherein the first material and / or the second material comprise a hydrogen-storing material , For example, this is preferably as layers of the composite material. An embodiment provides that the second material of the shell comprises a polymer, which is at least hydrogen-permeable. A further embodiment provides that the core has a heat-conducting material and the jacket has a hydrogen-storing material. Again, it can be provided that the core has a primary hydrogen-storing material and the jacket is a primary heat-conducting material, wherein the heat-conductive material is hydrogen-permeable.
Des Weiteren kann das Verfahren zur Herstellung des Wasserstoffspeicherelements vorsehen, dass getrennte Lagen eines wasserstoffspeichernden Materi- als und eines wärmeleitenden Materials in ein Presswerkzeug gefüllt werden und diese zur Erzeugung einer Sandwichstruktur miteinander verpresst werden, wobei das wärmeleitende Material bei Einsatz der Sandwichstruktur zur Wasserstoffspeicherung eine Wärmeleitung bevorzugt in Richtung der Lagenerstreckung übernimmt. Zwischen die getrennten Lagen und/oder benachbart dazu können beispielsweise ein oder mehrere Matrixen angeordnet werden, so dass das Verbundmaterial dadurch erste und zweite Bereiche erhält. Furthermore, the method for producing the hydrogen storage element can provide that separate layers of a hydrogen storage material and a thermally conductive material are filled in a pressing tool and these are pressed together to produce a sandwich structure, wherein the heat conductive material when using the sandwich structure for hydrogen storage, a heat conduction preferably takes over in the direction of the layer extension. Between the separated layers and / or adjacent For example, one or more matrices may be arranged so that the composite material thereby obtains first and second regions.
Beispielwiese kann vorgesehen sein, dass ein Metallpulver und/oder normaler natürlicher Graphit als wärmeleitendes Material genutzt werden, wobei bei einer Nutzung des normalen natürlichen, linsenförmigen Graphits oder beispielsweise Flakes aus expandiertem Graphit beim Füllen vorzugsweise horizontal ausgerichtet werden, so dass eine Wärmeleitung in Richtung einer ausgerichteten hexagonalen Gitterstruktur in der Sandwichstruktur genutzt wer- den kann. For example, it can be provided that a metal powder and / or normal natural graphite are used as heat-conducting material, wherein when using the normal natural, lenticular graphite or, for example, flakes of expanded graphite during filling are preferably aligned horizontally, so that a heat conduction in the direction of aligned hexagonal lattice structure in the sandwich structure can be used.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass alternativ oder zusätzlich ein oder mehrere Lagen aus Folien eines gewalzten expandierten Graphits, aus Flocken aus einem gewalzten expandierten Graphit und/oder ein Graphitgewebe als wär- meleitendes Material in die Sandwichstruktur eingebracht werden. Furthermore, it can be provided that, alternatively or additionally, one or more layers of foils of a rolled expanded graphite, of flakes of a rolled expanded graphite and / or a graphite fabric are introduced as heat-conducting material in the sandwich structure.
Bevorzugt ist des Weiteren, dass das Verbundmaterial des Wasserstoffspeicherelements porös ist. Dadurch kann eine Wasserstoffgasführung erleichtert werden. It is further preferable that the composite material of the hydrogen storage element is porous. Thereby, a hydrogen gas guide can be facilitated.
Insbesondere ist vorgesehen, dass ein drittes Material vorgesehen ist, welches eine funktionale Lage im Wasserstoffspeicherelement bildet, insbesondere eine poröse, gasdurchlässige Lage. In einer bevorzugten Ausführungsform weisen eine Matrix und zumindest eine Schicht jeweils Kohlenstoff auf. Auf diese Weise kann die Wärmeleitfähigkeit des Wasserstoffspeicherelements verbessert werden. Es kann dadurch die entstehende Wärme bei der Aufnahme und/oder Abgabe des Wasserstoffs besser abgeleitet bzw. zugeführt werden. In particular, it is provided that a third material is provided, which forms a functional position in the hydrogen storage element, in particular a porous, gas-permeable layer. In a preferred embodiment, a matrix and at least one layer each have carbon. In this way, the thermal conductivity of the hydrogen storage element can be improved. It can thereby be derived or supplied better the resulting heat in the absorption and / or release of hydrogen.
Es ist bevorzugt, dass die Matrix und/oder eine Schicht eine Mischung aus verschiedenen Kohlenstoffarten aufweist, umfassend beispielweise expandierten natürlichen Graphit als eine der Kohlenstoffarten. Bevorzugt wird nichtexpan- dierter Graphit zusammen mit expandiertem natürlichen Graphit verwendet, wobei gewichtsbezogen mehr nichtexpandierter Graphit als expandierter Graphit eingesetzt wird. Insbesondere kann die Matrix expandierten natürlichen Graphit aufweisen, in dem zum Beispiel ein hydrierbares Material angeordnet wird. It is preferred that the matrix and / or a layer comprise a mixture of different types of carbon including, for example, expanded natural graphite as one of the carbon species. Non-expanded graphite is preferably used together with expanded natural graphite. wherein weight-related more unexpanded graphite is used as expanded graphite. In particular, the matrix may comprise expanded natural graphite in which, for example, a hydrogenatable material is arranged.
Vorzugsweise weist das Verbundmaterial eine Dehnungsfähigkeit, vorzugsweise eine elastische Eigenschaft in zumindest einem Bereich aufweist. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass sich das hydrierbare Material beispielsweise bei der Aufnahme von Wasserstoff ausdehnen kann, ohne dabei das Verbundmaterial zu beschädigen oder übermäßig zu strapazieren. Preferably, the composite material has an extensibility, preferably an elastic property in at least one area. In this way it can be ensured that the hydrogenatable material can expand, for example, when taking up hydrogen, without damaging or excessively stressing the composite material.
Im Folgenden wird näher auf verschiedene weitere Ausführungen des erfinderischen Gedankens Bezug genommen. Neben der Möglichkeit, dass die Zuführvorrichtung, auch Befülleinrichtung, Füllschuh oder Füller genannt, in der Maschinenlängsachse rotieren kann, kann beispielweise vorgesehen sein, den Füller zum Füllen der Matrizenkavität über dieser zu positionieren, wobei die Oberseite des Unterstempels mit der Oberseite der Matrize abschließt. Während der Unterstempel in die untere Position bewegt wird, dreht sich der Füller bei Abgabe der Materialien um die Maschinenlängsachse. Durch mehrere Kammern bzw. Materialzuführschächte an der Auslassöffnung des Füllers, die mit unterschiedlichen Pulvern gefüllt sind, entsteht somit ein charakteristischer Helix-Aufbau. Die Schichtdicken können durch die Gestaltung der Kammern, die Drehgeschwindigkeit sowie die Ge- schwindigkeit des Unterstempels gesteuert werden. Der Anteil der einzelnen Schichten rechtwinklig zur Maschinenlängsachse wird jedoch im Wesentlichen durch den Aufbau und die Aufteilung der Kammern festgelegt. Neben den Einbauten zur Aufteilung des Füllers in verschiedene Kammern können weiterhin unterschiedliche Einbauten in den Kammern untergebracht sein, die das Fließ- verhalten des Pulvers oder ähnliche Eigenschaften beeinflussen. Dieses können beispielsweise radiale Speichen oder auch Gitter oder andere Geometrien sein. Der prinzipielle Aufbau eines Presswerkzeuges wird hierbei nicht eingegrenzt. Mehrere Werkzeugebenen und Dorne können weiterhin eingesetzt werden. Weiterhin ist es möglich, dass zusätzlich zu dem eingebrachten Pulver Einbauten in Form von Lagen von Folien, Fasern oder Geweben, bspw. Kohlefolie, Kohlefasern oder Kohlegewebe, in die Matrizenkavität eingebracht werden. Diese Lagen können sowohl als zusammenhängende Folien oder Gewebe eingebracht werden, wie auch in Form von Flakes oder Häxelgut. Die Lagen können hierbei zusätzlich zu den bestehenden Materialien eingebracht werden, oder diese teilweise oder vollständig ersetzen. Neben der Verwendung von unterschiedlichen Pulvern oder Pulvern und Zusätzen, in Form von bspw. Häckselgut, ist es ebenfalls möglich, Pulver der gleichen Legierung mit unterschiedlichen Partikelgrößen und/oder unterschiedlicher Partikelform zu verwenden. Zusätze, die dem Pulver zugesetzt werden können, können beispielsweise das Fließverhalten sowie Eigenschaften wäh- rend des Füllens, während des Verdichtens oder während nachfolgender Prozessschritte beeinflussen. Ebenfalls können die in einer Kammer verwendeten Pulver aus Mischungen unterschiedlicher Pulver bestehen. In the following, reference will be made in detail to various further embodiments of the inventive concept. In addition to the possibility that the feeding device, also called filling device, filling shoe or filler, can rotate in the machine longitudinal axis, it can be provided, for example, to position the filler for filling the Matrizenkavität on this, the upper side of the lower punch terminates with the upper side of the die. As the lower punch is moved to the lower position, the filler rotates around the machine axis as the materials are dispensed. Through a plurality of chambers or Materialzuführschächte at the outlet of the filler, which are filled with different powders, thus creating a characteristic helical structure. The layer thicknesses can be controlled by the design of the chambers, the speed of rotation and the speed of the lower punch. However, the proportion of the individual layers perpendicular to the machine longitudinal axis is determined essentially by the structure and the division of the chambers. In addition to the internals for dividing the filler into different chambers, it is also possible for different internals to be accommodated in the chambers, which influence the flow behavior of the powder or similar properties. These may be, for example, radial spokes or else gratings or other geometries. The basic structure of a pressing tool is not limited in this case. Several tool levels and mandrels can still be used. Furthermore, it is possible that in addition to the introduced powder internals in the form of layers of films, fibers or fabrics, for example. Carbon film, carbon fibers or carbon fabrics, are introduced into the Matrizenkavität. These layers can be introduced both as coherent films or fabrics, as well as in the form of flakes or Häxelgut. The layers can in this case be introduced in addition to the existing materials, or replace them partially or completely. In addition to the use of different powders or powders and additives, in the form of, for example, shredded material, it is likewise possible to use powders of the same alloy having different particle sizes and / or different particle shapes. Additives that can be added to the powder can, for example, influence the flow behavior and properties during filling, during compaction or during subsequent process steps. Also, the powders used in a chamber may consist of mixtures of different powders.
Bei der Verwendung von Flakes oder Häckselgut können diese durch die zuvor angesprochenen Einbauten entsprechend der gewünschten Eigenschaften des Presslings ausgerichtet werden. So sieht eine Ausführung vor, Kohlefaserflakes so auszurichten, dass der Wärmefluss im Pressiing vorzugsweise senkrecht zur Längsachse erfolgt. Eine weitere Ausführung des Füllers sieht vor, diesen mit einer Vorrichtung zu versehen, die den Füller in Vibrationen senkrecht zur Maschinenachse versetzt, um so das Fließverhalten des Pulvers bzw. des Häxelgutes oder Schüttgutes zu beeinflussen. Eine zusätzliche Ausführung der Erfindung sieht einen Aufbau aus drei funktionalen Schichten vor, wobei zum Beispiel eine äußere Schicht der Wärmezufuhr oder Wärmeabfuhr dient, eine mittlere Schicht als Speichermedium dient, und eine innere Schicht der Zufuhr oder Abfuhr des zu speichernden Mediums dient. Hierbei kann die äußere Schicht zur Wärmeübertragung als Graphit- Schicht ausgeführt sein, die mittlere Schicht als Metallhydrid zur Speicherung von Wasserstoff sowie die innere Schicht aus einem anderem Material, insbesondere Metalllegierung, vorzugsweise Chrom-Nickel-Pulver, welches der Zufuhr und Abfuhr des Wasserstoffes dient. When using flakes or shredded material they can be aligned by the previously mentioned internals according to the desired properties of the compact. One embodiment, for example, aligns carbon fiber flakes so that the heat flow in the pressing ring is preferably perpendicular to the longitudinal axis. Another embodiment of the filler envisages providing it with a device which causes the filler to vibrate perpendicularly to the machine axis in order to influence the flow behavior of the powder or the hemp or bulk material. An additional embodiment of the invention provides a structure of three functional layers, wherein, for example, an outer layer of the heat supply or heat dissipation is used, a middle layer serves as a storage medium, and an inner layer of the supply or removal of the medium to be stored is used. Here, the outer layer for heat transfer as graphite Be performed layer, the middle layer as a metal hydride for storing hydrogen and the inner layer of another material, in particular metal alloy, preferably chromium-nickel powder, which serves to supply and removal of hydrogen.
Eine weitere Ausführung sieht vor, dass der Füller außerhalb der Matrizen- Füllposition gefüllt wird. Hierbei rotiert der Füller während des Füller- Auffüllvorgangs, wohingegen er während des Befüllens der Matrizenkavität nicht zwangsläufig rotiert. Eine Rotation des Füllers beim Füllen der Matrize kann sinnvoll sein, um beispielsweise Füllunterschiede, die bei Kavitäten zur Herstellung von Bauteilen mit Verzahnungen auftreten können, entgegenzuwirken. Ein saugendes Füllen der Matrize ist nicht zwingend erforderlich, kann jedoch sinnvoll sein, um so unkontrollierbare Vermischungen der einzelnen Pulver zu verhindern. So ist es beispielsweise möglich, den Füller im äußeren Bereich mit einem anderen Pulver als im inneren Bereich zu Füllen, betrachtet unter Bezugnahme auf die Mittelachse bzw. die Rotationsachse des Füllers. Somit ist es beispielsweise möglich, den äußeren Ring des Füllers mit einem Pulver zu füllen, das spezielle Eigenschaften aufweist, beispielsweise zum Härten geeignet ist. Weiterhin ist es möglich, dass der Füller drei oder mehr Kammern aufweist, wobei der innere und der äußere Bereich mit einem Pulver gefüllt ist, in das Presshilfsmittel eingebracht ist, wobei vorzugsweise im mittleren Bereich ein Pulver ohne Presshilfsmittel eingebracht wird. Da das Presshilfsmittel zur Reduzierung der Reibung zwischen Pulver und Werkzeugkomponenten dient, kann im mittleren Bereich auf Presshilfsmittel verzichtet werden. Weiterhin bedeutet der Zusatz von Presshilfsmittel trotz dessen geringer Dichte immer auch eine Verringerung der Teiledichte. Diese Teildichteverringerung kann somit weiter reduziert werden, ohne die Schmierfunktion zwischen Werkzeugkomponenten und Pulver herabzusetzen. Mit dem beschriebenen Drei- oder auch Mehrkammer-Füller, bestehend aus einem inneren Bereich und mindestens zwei umgebenden Ringbereichen, ist es somit möglich, zum Beispiel auch ein Zahnrad mit einer Innenbohrung zu pressen, bei dem die Matrizenkavität durch den beschrieben Fülleraufbau so gefüllt wird, dass das Presshilfsmittel lediglich im inneren und äußeren Be- reich, also im Bereich des Dornes und der Außenverzahnung vorhanden ist. Der Kammeraufbau kann hierbei beliebig komplex sein und ist von den zu pressenden Bauteilen unabhängig . Es ist sogar möglich, unterschiedliche Pulver für beispielsweise Durchbrüche zu verwenden. Hierbei muss lediglich die Stellung beim Überführen des Füllers in die Füllstellung der Matrize ausreichend genau positioniert werden. Über ein unterschiedliches Füllen der Bau- teilkavität ist es so möglich, verschiedene Bauteileigenschaften, je nach Anforderung der einzelnen Bauteilbereiche oder Funktionsflächen des Bauteils herzustellen . Beispielsweise ist es möglich, bei einem Zahnrad den Bauteilbereich zwischen Innenverzahnung und Aussenverzahnung mit einem Pulver herzustellen, das auf eine sehr geringe Dichte verdichtet wird, um so die dämpfenden Eigenschaften der porösen Struktur sicherzustellen und weiterhin die für die hohe Belastung der inneren und äußeren Bereiche notwendige hohe Dichte zu gewährleisten. Entsprechend können mit dem vorgeschlagenen Füller auch verschiedenste komplexe Geometrien für das Wasserstoffspeicherelement geschaffen werden. Another embodiment provides that the filler is filled outside the Matrizen- filling position. In this case, the filler rotates during the filler filling process, whereas it does not necessarily rotate during the filling of the matrix cavity. A rotation of the filler when filling the die may be useful, for example, to counteract filling differences that can occur in cavities for the production of components with teeth. A sucking filling of the die is not absolutely necessary, but may be useful so as to prevent uncontrollable mixing of the individual powders. For example, it is possible to fill the filler in the outer region with a different powder than in the inner region, with reference to the center axis or the axis of rotation of the filler. Thus, it is possible, for example, to fill the outer ring of the filler with a powder having special properties, for example, suitable for curing. Furthermore, it is possible that the filler has three or more chambers, wherein the inner and the outer region is filled with a powder, is introduced into the pressing aid, preferably in the middle region, a powder is introduced without pressing aid. Since the pressing aid serves to reduce the friction between powder and tool components, pressing aids can be dispensed with in the middle range. Furthermore, the addition of pressing aids, despite its low density always means a reduction in part density. This partial density reduction can thus be further reduced without reducing the lubricating function between tool components and powder. With the described three- or multi-chamber filler, consisting of an inner region and at least two surrounding annular regions, it is thus possible, for example, to press a gear with an inner bore, in which the die cavity is filled by the described filler structure, that the pressing aid is only used in internal and external rich, so in the area of the mandrel and the external toothing is present. The chamber structure can be arbitrarily complex and is independent of the components to be pressed. It is even possible to use different powders for, for example, breakthroughs. In this case, only the position when transferring the filler into the filling position of the die must be positioned sufficiently accurately. Different filling of the component cavity makes it possible to produce different component properties, depending on the requirements of the individual component regions or functional surfaces of the component. For example, it is possible for a gear to produce the component area between internal teeth and external teeth with a powder that is compacted to a very low density, so as to ensure the damping properties of the porous structure and further necessary for the high load on the inner and outer regions to ensure high density. Accordingly, the proposed filler can also be used to create a wide variety of complex geometries for the hydrogen storage element.
Beim Verfahren des Füllers in die Füllposition zur Befüllung der Matrize ist es beispielsweise möglich, dass alle unten angeordneten Werkzeugkomponenten an ihren Oberseiten in einer Ebene mit der Matrizenoberseite positioniert sind. Hierdurch ist es möglich, Vermischungen der Pulver beim Verfahren des Füllers über die Matrize entgegenzuwirken. By moving the filler into the filling position for filling the die, it is possible, for example, for all the downwardly arranged tool components to be positioned on their upper sides in a plane with the die top side. This makes it possible to counteract mixing of the powder during the process of the filler over the die.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist es jedoch auch möglich, dass die Oberseite des Unterstempels nicht mit der Oberseite der Matrize in einer Ebene, sondern unterhalb dieser liegt. Somit ist es möglich, eine Schicht von bevorzugt Pulver auf Unterstempel aufzubringen, wobei es sich hierbei nicht um ein einzelnes Pulver aus einer einzelnen Kammer handeln muss. Es können auch Pulver aus mehreren Kammern als erste Schicht in die Matrizenkavität eingefüllt werden oder andere Materialien, wie oben beschrieben. Beispielsweise kann ein Füller aus drei Kammern aufgebaut sein, wobei eine Kammer mit Graphit, eine mit einem Metallhydrid und eine weitere mit einem Pulver, das zur Gasleitung gedacht ist, gefüllt sein. Liegt die mit Graphit versehene Kammer des Füllers in dem Moment, in dem sich der Füller in Richtung Füllposition der Matrize begibt, der Matrize gegenüber, so ist es durch ein Herunterfahren der unteren Werkzeugkomponente oder der unteren Werkzeugkomponenten vor dem Erreichen des Füllers möglich, den unteren Bereich der Matrizenkavi- tät mit Graphit zu füllen. Befindet sich der Füller über der Matrizenkavität, so kann der Füller dann durch Rotieren beispielweise einen Helixaufbau auf der Graphitschicht in der Kavität erzeugen, der also unten mit einer Graphitschicht beginnt. Ebenso ist es möglich, mit demselben Verfahren oben in der zu verpressenden Materialanordnung in der Kavität eine einheitliche Pulverschicht mit Graphit zu erzeugen, um beziehungsweise eine einheitliche Graphitschicht an der Oberseite und der Unterseite des Presslings herzustellen. In a further embodiment, however, it is also possible that the top of the lower punch is not with the top of the die in a plane, but below it. Thus, it is possible to apply a layer of preferably powder on lower punch, which need not be a single powder from a single chamber. It is also possible to fill powders from a plurality of chambers as a first layer into the die cavity or other materials as described above. For example, a filler may be composed of three chambers, one chamber filled with graphite, one with a metal hydride and another with a powder intended for gas supply. Is the graphite chamber of the filler in the moment in which the filler in the direction of filling position As the die advances toward the die, by lowering the lower die component or lower die components prior to reaching the filler, it is possible to fill the lower portion of the die cavity with graphite. If the filler is located above the die cavity, the filler can then by rotating, for example, produce a helical structure on the graphite layer in the cavity, which thus begins at the bottom with a graphite layer. It is also possible to produce a uniform powder layer with graphite at the top of the material arrangement to be pressed in the cavity in order to produce a uniform graphite layer on the top side and the bottom side of the compact.
Weiterhin ist es möglich, dass die Rotationsrichtung und/oder die Rotationsgeschwindigkeit während des Füllvorgangs geändert wird, wobei es ebenfalls möglich ist, dass der Füller in einer festgelegten Position stehenbleibt. Furthermore, it is possible that the direction of rotation and / or the rotational speed is changed during the filling process, wherein it is also possible that the filler stops in a fixed position.
Ebenfalls ist es möglich, dass die Position des gesamten Füllers bezogen auf die zu befüllende Kavität während des Füllvorgangs variiert. It is also possible that the position of the entire filler varies with respect to the cavity to be filled during the filling process.
Neben der Einbringung der für die spätere Funktion des Presslings bezie- hungsweise des hieraus entstehenden Fertigprodukts notwendigen Materialien, die über den Füller eingebracht werden können, ist es ebenfalls möglich, dass einzelne Komponenten als Platzhalter in die Kavität eingebracht werden, die in späteren Prozessschritten ersetzt bzw. entfernt werden. Dies kann gegebenenfalls durch einen thermischen oder chemischen Prozess erfolgen. In addition to the incorporation of the necessary for the subsequent function of the compact or the resulting resulting finished product materials that can be introduced via the filler, it is also possible that individual components are introduced as a placeholder in the cavity, which in later process steps replaced or be removed. This can optionally be done by a thermal or chemical process.
Ebenfalls ist es denkbar, dass die Form des Bauteils nicht durch das Verpres- sen aus Pulvern und/oder Häckselgut bzw. Flakes hergestellt wird, sondern durch Extrudieren von unterschiedlichen Extrusionsmedien in eine Form durch Rotieren der selbigen oder durch Rotieren der Einlassgeometrie in eine nicht rotierende Form. It is also conceivable that the shape of the component is not produced by the pressing of powders and / or shreds or flakes, but by extruding different extrusion media into a mold by rotating the same or by rotating the inlet geometry into a non-rotating one Shape.
Gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung, der mit einer oder mehreren der oben beschriebenen Varianten zusammen aber auch unabhängig von dieser verwirklicht werden kann, wird eine Presse mit einer mit Material zu befüllenden Kavität und mit einem mittels einer Verfahrvorrichtung der Presse verfahrbaren Kamm vorgeschlagen, wobei die Verfahrvorrichtung den Kamm in das Material und über dieses verfahren kann. Beispielsweise ist vorgesehen, dass eine programmierbare Steuerung der Verfahrvorrichtung vorhanden ist, die einen vorgebbaren Weg in eine Bewegung des Kamms umsetzt. Mittels des Kamms oder auch einer Leiste oder ein oder mehreren Zinken kann einerseits eine Glättung, insbesondere eine Ausrichtung eines Materials zumindest im Bereich einer Oberfläche desselben bewirkt werden. Andererseits kann mittels des Kamms oder anderer Komponenten ein Gradient in die Schichten einge- bracht werden. According to a further aspect of the invention, which can be realized together with one or more of the variants described above, but also independently thereof, a press with a material is added filling cavity and proposed with a movable by means of a displacement device of the press comb, wherein the traversing device can move the comb in the material and on this. For example, it is provided that a programmable control of the displacement device is present, which converts a predeterminable path into a movement of the comb. On the one hand, a smoothing, in particular an alignment of a material, at least in the region of a surface thereof, can be effected by means of the comb or even a strip or one or more prongs. On the other hand, a gradient can be introduced into the layers by means of the comb or other components.
Vorzugsweise ist der Kamm zumindest zum Teil austauschbar. Dadurch kann die Vorrichtung als solches bleiben. Es wird aber je nach herzustellendem Wasserstoffspeicherelement-Rohling und/oder zu verwendendem Material ein angepasster Kamm, eine Leiste oder eine Zinke oder ähnliches genutzt. Im Übrigen kann der Kamm eine Mehrzahl an Zinken aufweisen. Vorzugsweise hat der Kamm zumindest eine Zinke, die eine Verbreiterung zum Kontaktieren des Materials aufweist. Dieses erlaubt, mittels beispielsweise unterschiedlicher Verbreiterungen gezielte Gradienten einstellen zu können. Preferably, the comb is at least partially interchangeable. This allows the device to remain as such. However, depending on the hydrogen storage element blank to be produced and / or the material to be used, an adapted comb, a strip or a prong or the like is used. Incidentally, the comb may have a plurality of prongs. Preferably, the comb has at least one prong which has a widening for contacting the material. This allows to set targeted gradients by means of, for example, different broadening.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass ein Abstand zwischen zwei Zinken des Kammes veränderbar ist. Dies kann beispielsweise während des Betriebs erfolgen, d.h. während des Kontakts der Zinken mit dem Material . Dadurch können beispielweise spiralförmige Muster erzeugt werden wie auch unterschiedli- che Gradientenabstände, zum Beispiel angepasst an eine Helix. Weiter bevorzug ist es, wenn zwei oder mehr Kämme parallel verfahrbar sind . A further embodiment provides that a distance between two prongs of the comb is variable. This can be done, for example, during operation, i. during contact of the tines with the material. As a result, helical patterns can be generated, for example, as well as different gradient distances, for example adapted to a helix. It is further preferred if two or more combs are movable in parallel.
Vorzugsweise sind zumindest zwei Materialien zur Verfüiiung der Kavität der Sinterpresse vorgesehen, wobei der Kamm soweit verfahrbar ist, dass dieser zumindest in das verfüllte erste Material, bevorzugt in das erste und das zweite Material einfährt. Ist das Material in eine Kavität einer Presse eingebracht, führt der Kamm eine das Material kontaktierende Bewegung aus. Auch ist es möglich, dass der Kamm in das verfüllte Material eintaucht und in der Kavität verfahren wird. Der Kamm kann beispielweise unterschiedlich tief eintauchen. Weiterhin besteht die Möglichkeit, dass der Kamm beim Füllen der Kavität mit erstem und zweitem Material zumindest in eines der beiden ersten und zweiten Materialien eintaucht und verfahren wird . Die Kämme können in die Füllergeometrie integriert sein. Preferably, at least two materials are provided for the disposal of the cavity of the sintering press, wherein the comb is movable so far that it enters at least in the filled first material, preferably in the first and the second material. If the material is introduced into a cavity of a press, the comb performs a movement contacting the material. It is also possible that the comb is immersed in the filled material and is moved in the cavity. For example, the comb can dip in different depths. Furthermore, there is the possibility that the comb is immersed in the filling of the cavity with first and second material at least in one of the two first and second materials and is moved. The combs can be integrated into the filler geometry.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen wie auch Merkmale gehen aus den nachfolgenden Figuren und der dazugehörigen Beschreibung hervor. Die aus den Figuren und der Beschreibung hervorgehenden einzelnen Merkmale sind nur beispielhaft und nicht auf die jeweilige Ausgestaltung beschränkt. Vielmehr können aus ein oder mehreren Figuren ein oder mehrere Merkmale mit anderen Merkmalen aus anderen Figuren wie auch aus der obigen Beschreibung zu weiteren Ausgestaltungen verbunden werden. Daher sind die Merkmale nicht beschränkend sondern beispielhaft angegeben. Es werden insbesondere einige Ausführungen des Fülleraufbaus dargestellt: Further advantageous embodiments as well as features will become apparent from the following figures and the associated description. The resulting from the figures and the description of individual features are exemplary only and not limited to the particular embodiment. Rather, from one or more figures, one or more features may be combined with other features from other figures as well as from the above description to further embodiments. Therefore, the features are not limiting but exemplified. In particular, some embodiments of the filler structure are shown:
Fign. 1 bis 8 FIGS. 1 to 8
zeigen jeweils drei Darstellungen, nämlich links eine Draufsicht des Füllers zur Verdeutlichung von dessen Kammer- und insbesondere Kam- merauslassöffnungsanordnung und oben rechts eine perspektivische Ansicht auf den Pressling sowie unten rechts einen Schnitt durch den Pressling, der sich mittels des Füllers und einer nicht gezeigten Presse herstellen lässt, wobei zur Verdeutlichung jeweils ein zylindrischer Pressling gewählt und auf die Darstellung von Durchbrüche oder andere Geometriedetails verzichtet ist,  each show three representations, namely on the left a plan view of the filler to illustrate its chamber and in particular chamber merauslassöffnungsanordnung and top right a perspective view of the compact and bottom right a section through the compact, which by means of the filler and a press, not shown can be produced, wherein for clarity, each selected a cylindrical compact and is dispensed with the representation of breakthroughs or other geometrical details,
Fign. 9 bis 28 FIGS. 9 to 28
zeigen prinzipiell den Ablauf beim Befüllen einer Matrizenkavität mit zwei Füllern in verschiedenen Prozessstadien, Fign. 29 bis 44  show in principle the procedure when filling a Matrizenkavität with two fillers in different stages of the process, Figs. 29 to 44
zeigen prinzipiell den Ablauf des Befüllens einer Matrizenkavität mit einem Füller mit zwei Kammern,  show in principle the procedure of filling a Matrizenkavität with a filler with two chambers,
Fign. 45 bis 54 zeigen prinzipiell den Ablauf beim Befüllen einer Matrizenkavität mit einem Rotationsfüller, FIGS. 45 to 54 show in principle the procedure when filling a Matrizenkavität with a rotary filler,
Fign. 55 bis 60 FIGS. 55 to 60
ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Rotationsfüllers mit drei Kammern sowie eine Darstellung eines Rohlings, der durch Verpressen von mittels des Rotationsfüllers in eine Matrizenkavität eingebrachten Pulvermaterialien hergestellt ist und Fign. 61 bis 63  a further embodiment of a rotary filler with three chambers and a representation of a blank, which is produced by compression of introduced by means of the rotary filler in a Matrizenkavität powder materials and Fign. 61 to 63
ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Rotationsfüllers.  Another embodiment of a rotary filler.
Fig. 1 zeigt einen Füller 11 mit zwei gleichgroßen Kammern 5, 6 für zwei unterschiedliche Pulver 1, 2, und den entsprechenden Pressling 9. Fig. 1 shows a filler 11 with two equal chambers 5, 6 for two different powders 1, 2, and the corresponding compact. 9
Fig . 2 zeigt einen Füller 11 mit drei Kammern 5, 6, 7, wobei die flächenmäßige Aufteilung der drei Kammern 5, 6, 7 jeweils unterschiedlich ist, und den entsprechenden Pressling 9. Fig. 3 zeigt einen Füller auf 11 ähnlich demjenigen der Fig. 2, jedoch mit vier Kammern 5, 6, 7, 8 anstelle von drei Kammern, und dem dazugehörigen Pressling 9. Fig. 2 shows a filler 11 with three chambers 5, 6, 7, the areal distribution of the three chambers 5, 6, 7 being different in each case, and the corresponding compact 9. FIG. 3 shows a filler 11 similar to that of FIG. 2 but with four chambers 5, 6, 7, 8 instead of three chambers, and the associated compact 9.
Fig . 4 zeigt einen möglichen Kammeraufbau eines Füllers 11 für drei Pulver 1, 2, 3, mit dem vier Schichten des ebenfalls gezeigten Presslings 9 erzeugt werden, wobei der Werkstoff im Zentrum des Presslings 9 hierbei homogen ist und eine Helixstruktur an der Außenseite vorhanden ist. Fig. 4 shows a possible chamber structure of a filler 11 for three powders 1, 2, 3, with which four layers of the compact 9 also shown are produced, wherein the material in the center of the compact 9 is homogeneous and a helical structure is present on the outside.
Fig . 5 zeigt einen Füller 11 für drei unterschiedliche Materialien, wobei Material 1 die von den Materialien 2 und 3 gebildete Helix des ebenfalls gezeigten Presslings 9 umschließt. Fig. FIG. 5 shows a filler 11 for three different materials, material 1 enclosing the helix of the compact 9 also shown formed by the materials 2 and 3.
Fig. 6 zeigt einen Füller 11 und den Pressling 9, der mit Hilfe einer normalen Füllung auf der Ober- und Unterseite sowie mit einer Helixstruktur in der Mitte hergestellt wird, wobei es möglich ist, die im inneren befindlichen Materialien, hier Material 2 und Material 3, vollständig nach außen abzuschotten, hier durch Material 1, Material 4 und Material in der Kammer 5, und wobei der Füller 11 der Herstellung des mittleren Segmentes des Presslings 9 in Form einer Helix dient. Fig. 6 shows a filler 11 and the compact 9, which by means of a normal filling on the top and bottom and with a helical structure in the middle whereby it is possible to completely seal off the internal materials, in this case material 2 and material 3, to the outside, here by material 1, material 4 and material in the chamber 5, and the filler 11 for producing the middle segment of the compact 9 in the form of a helix is used.
Fig . 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Füllers 11 und das mit diesem herstellbaren Presslings 9. Fig . 8 zeigt ein nächstes Ausführungsbeispiel eines Füllers 11 und das mit diesem herstellbaren Presslings 9. Fig. FIG. 7 shows a further embodiment of a filler 11 and the compact 9 which can be produced with it. FIG. 8 shows a next embodiment of a filler 11 and the compact 9 that can be produced with it.
In den Füllerdraufsichten jeweils links in den Fign. 1 bis 8 sind Auslassöff- nungsanordnungen für die Füllerkammern gezeigt, die zu einer ineinander ver- schlungenen helixförmigen Schichtenablage von Pulvermaterial in einer Pres- senkavität führen, wenn sich der Füller in seiner Füllposition über der Pressen- kavität dreht und sich der Boden der Kavität bei Relativverdrehung vom Füller immer weiter entfernt. Die Auslassöffnungen mindestens zweier Kammern sind in Radial- und Drehrichtung des Füllers betrachtet versetzt zueinander angeordnet, überstreichen also konzentrische Flächenbereiche, die einander überlappen oder von denen der eine innerhalb des anderen angeordnet ist. In the filler top views on the left in Figs. 1 through 8 are filler port outlet port arrangements which result in a helical layered layup of powder material in a press cavity when the filler rotates in its fill position above the press cavity and the bottom of the cavity attaches Relative twist from the filler farther and farther away. The outlet openings of at least two chambers are arranged offset in the radial direction and rotational direction of the filler considered, thus sweeping concentric surface areas that overlap or one of which is disposed within the other.
Fig . 9 bis Fig . 28 zeigen den prinzipiellen Ablauf beim Füllen einer Matrizenka- vität mit zwei Füllern. Hierbei ist der Füller 18 mit dem Material 1 befüllt, Fül- ler 24 mit Material 2. Das Beispiel zeigt einen 4-lagigen Aufbau, wobei zwei Lagen von Pulver 1 und zwei Lagen von Pulver 2 verpresst werden. Es ist jedoch auch möglich, mehr als zwei Füller einzusetzen. Hierbei kann die Anzahl, die Reihenfolge und die Dicke der Lagen aufgrund der zu erzielenden Eigenschaften frei gestaltet werden. Nachfolgend wir der jeweilige Ablauf in jeder Figur kurz beschreiben. Fig. 9 to FIG. 28 show the basic procedure when filling a die cavity with two fillers. In this case, the filler 18 is filled with the material 1, filler 24 with material 2. The example shows a 4-layer structure in which two layers of powder 1 and two layers of powder 2 are pressed. However, it is also possible to use more than two fillers. In this case, the number, the order and the thickness of the layers can be made free due to the properties to be achieved. Below we briefly describe the respective process in each figure.
Fig. 9 : Der Unterstempel 10 ist um den jeweiligen Weg nach unten gefahren, der der Höhe des Teilfüllraums 12 (der Kavität 14) für das erste Material 16 entspricht. Der erste Füller 18 bewegt sich über die Kavität 14. Fig . 10 : Das erste (Pulver-)Material 16 fällt durch Schwerkraft in die Matrizen- kavität 14. Fig. 11 : Der Füller 18 fährt wieder in die Ausgangsposition zurück und streift das (Pulver-)Material 16 in der Matrizenkavität 14 auf Höhe der Matrizenoberseite 20 ab. FIG. 9: The lower punch 10 has moved downwards by the respective path, which corresponds to the height of the partial filling space 12 (the cavity 14) for the first material 16. The first filler 18 moves over the cavity 14. Fig. 10: The first (powder) material 16 falls by gravity into the die cavity 14. FIG. 11: The filler 18 returns to the starting position and wipes the (powder) material 16 in the die cavity 14 at the level of the die top 20 off.
Fig . 12 : Der Unterstempel 10 bewegt sich abwärts und gibt so den einen wei- teren Teilfüllraum 12' (der Kavität 14) für ein zweites (Pulver-)Material 22 vor. Fig. 12: The lower punch 10 moves downwards, thus providing the one further partial filling space 12 '(the cavity 14) for a second (powder) material 22.
Fig. 13 : Der zweite Füller 24 bewegt sich über die Kavität 14. FIG. 13: The second filler 24 moves over the cavity 14.
Fig . 14: Das (Pulver-)Material 22 fällt durch Schwerkraft in die Matrizenkavität 14 auf das (Pulver-)Material 16. Fig. 14: The (powder) material 22 falls by gravity into the Matrizenkavität 14 on the (powder) material 16th
Fig. 15 : Der Füller 24 fährt wieder in die Ausgangsposition und streift dabei das (Pulver-)Material 22 auf Höhe der Matrizenoberseite 20 ab. Fig . 16: Der Unterstempel 10 bewegt sich schrittweise weiter abwärts und gibt so einen weiteren Teilfüllraum 12" für die nächste Lage von erstem (Pulver- Material 16 vor. Dabei handelt es sich dann um die zweite Schicht von (Pulver-Material 16. Fig. 17 : Der Füller 18 bewegt sich über die Matrizenkavität 14. Fig. 15: The filler 24 moves back to the starting position and thereby strips the (powder) material 22 at the height of the die top 20 from. Fig. 16: The lower punch 10 gradually moves further downwards, thus providing a further partial filling space 12 "for the next layer of first (powder material 16), which is then the second layer of (powder material 16, FIG The filler 18 moves over the die cavity 14.
Fig. 18: Das (Pulver-)Material 16 fällt aus dem Füller 18 durch Schwerkraft in die Matrizenkavität 14 auf das (Pulver-)Material 22. Fig. 19 : Der Füller 18 wird in die Ausgangsposition zurückbewegt. Fig. 18: The (powder) material 16 falls from the filler 18 by gravity into the Matrizenkavität 14 on the (powder) material 22. Fig. 19: The filler 18 is moved back to the starting position.
Fig . 20 : Der Unterstempel 10 bewegt sich weiter schrittweise abwärts und gibt so einen weiteren Teilfüllraum für die nächste Lage von zweitem (Pulver- Material 22 vor. Fig. 21 : Der Füller 24 bewegt sich über die Kavität 14. Fig. 20: The lower punch 10 continues to move stepwise downwards, thus providing a further partial filling space for the next layer of second (powder material 22). FIG. 21: The filler 24 moves over the cavity 14.
Fig . 22 : Das (Pulver-)Material 22 fällt durch Schwerkraft in die Matrizenkavität 14 auf das obere (Pulver-)Material 16. Fig. 22: The (powder) material 22 falls by gravity into the Matrizenkavität 14 on the upper (powder) material sixteenth
Fig. 23 : Der Füller 24 fährt wieder in die Ausgangsposition und streift dabei das (Pulver-)Material 22 auf Höhe der Matrizenoberseite 20 ab. Fig. 24: Die Matrizenkavität 14 ist mit zwei Lagen aus zwei Materialien, die wechselweise übereinander angeordnet sind, gefüllt. Fig. 23: The filler 24 moves back to the starting position and thereby strips the (powder) material 22 at the height of the die top 20 from. Fig. 24: The Matrizenkavität 14 is filled with two layers of two materials which are alternately stacked.
Fig. 25 : Der Oberstempel 26 bewegt sich auf den Unterstempel 10 zu. Der Unterstempel 10 kann vor dem Verpressen der Materiallagen in der Kavität 14 durch den Oberstempel, wie hier gezeigt, leicht nach unten gefahren werden (zur Erzeugung eines sogenannten Unterfüllung). FIG. 25: The upper punch 26 moves toward the lower punch 10. The lower punch 10 can be driven down slightly before the compression of the material layers in the cavity 14 by the upper punch, as shown here (to produce a so-called underfilling).
Fig. 26: Der Oberstempel 26 verpresst die vier Schichten auf die gewünschte Dichte und bewegt sich dann wieder in die Ausgangsposition zurück. Der Un- terstempel 10 bleibt in der zuvor eingenommenen Position stehen. Es ist jedoch auch möglich, dass der Unterstempel 10 sich nach dem Eintauchen des Oberstempels 26 in die Matrizenkavität 14 auf den Oberstempel 26 zu bewegt. Ebenfalls ist es möglich, dass die Matrizenkavität 14 linear in Maschinenlängsachse 30 verfahren wird, wobei diese bei feststehendem Unterstempel 10 vor- zugsweise mit halber Oberstempelgeschwindigkeit in gleicher Richtung wie der Oberstempel 26 verfahren wird . Fig. 26: The upper punch 26 compresses the four layers to the desired density and then moves back to the starting position. The lower stamp 10 remains in the previously assumed position. However, it is also possible that the lower punch 10 moves after immersion of the upper punch 26 in the Matrizenkavität 14 on the upper punch 26. It is also possible for the die cavity 14 to be moved linearly in the machine longitudinal axis 30, whereby it is preferably moved in the same direction as the upper punch 26 at a fixed lower punch 10 at half the punching rate.
Fig . 27 : Nach dem Pressvorgang wird der Pressling 32 durch den Unterstempel 10 aus der Matrize 28 ausgestoßen. Hier ist es ebenfalls möglich, dass der Oberstempel 26 während des Ausstoßens des Presslings 32 mit einer geringen Kraft auf den Pressling 32 einwirkt und sich erst nach dem vollständigen Ausstoßen des Presslings 32 in die Ausgangsposition zurückbewegt. Fig. 27: After the pressing operation, the compact 32 is ejected from the die 28 by the lower punch 10. Here, it is also possible that the upper punch 26 acts during the ejection of the compact 32 with a small force on the compact 32 and moves back only after the complete ejection of the compact 32 to the starting position.
Fig. 28 zeigt den ausgestoßenen Pressling 32 und die Maschinenkomponenten in Ausgangsposition. Der Pressling 32 kann entnommen werden. Der Arbeitszyklus kann zur Herstellung eines nächsten Presslings von vorne beginnen. Fig. 28 shows the ejected compact 32 and the machine components in starting position. The compact 32 can be removed. The working cycle can start from the beginning to produce a next compact.
Fig . 29 bis Fig. 44. zeigen den prinzipiellen Ablauf des Füllens mit einem (ein- zigen) Füller 18 mit zwei Kammern 34, 36, der somit zwei unterschiedliche Pulver bevorraten kann. Hierbei ist es ebenfalls möglich, dass mehr als zwei unterschiedliche Kammern für dementsprechend mehr als zwei Pulver verwendet werden. Fig . 29 : Der Unterstempel 10 bewegt sich in die erste Füllposition und der Füller 18 bewegt sich über die Matrize 28, bis die erste Kammer 34 mit dem ersten (Pulver-)Material 16 die Matrizenkavität 14 überfährt. Fig. 29 to 44 show the basic sequence of filling with a (single) filler 18 with two chambers 34, 36, which can thus store two different powders. It is also possible that more than two different chambers are used for correspondingly more than two powders. Fig. 29: The lower punch 10 moves to the first filling position and the filler 18 moves over the die 28 until the first chamber 34 with the first (powder) material 16 passes over the Matrizenkavität 14.
Fig. 30 : Der Füller 18 befindet sich mit seiner ersten Kammer 34 über der Matrizenkavität 14 und das (Pulver-)Material 16 ist aus der Kammer 34 in die Matrizenkavität gefallen. Fig. 30: The filler 18 is located with its first chamber 34 above the Matrizenkavität 14 and the (powder) material 16 has fallen from the chamber 34 into the Matrizenkavität.
Fig. 31 : Der Füller 18 wird weiter verfahren, bis seine Kammer 36 mit dem (Pulver-)Material 22 über der Matrizenkavität 14 steht. FIG. 31: The filler 18 is moved further until its chamber 36 with the (powder) material 22 is above the die cavity 14.
Fig . 32 : Der Unterstempel 10 wird nach unten bewegt, bis die Füllhöhe für die zweite Schicht von (Pulver-)Material 22 erreicht ist. Fig. 32: The lower punch 10 is moved down until the filling level for the second layer of (powder) material 22 is reached.
Fig. 33 : Das (Pulver-)Material 22 fällt aus der Kammer 36, und zwar während des Herunterfahrens des Unterstempels 10, in die Matrizenkavität 14 und bildet so die zweite Schicht. Der Unterstempel 10 kann aber ebenso gut bereits (vollständig) heruntergefahren sein, wenn die Kammer 36 über der Kavität 14 steht. Fig. 34: Der Füller 18 wird verfahren, bis die Kammer 34 mit dem (Pulver- Material 16 über der Matrizenkavität 14 steht. Fig. 33: The (powder) material 22 falls from the chamber 36, during the lowering of the lower punch 10, in the Matrizenkavität 14 and thus forms the second layer. The lower punch 10 can just as well have shut down (completely) when the chamber 36 is above the cavity 14. Fig. 34: The filler 18 is moved until the chamber 34 with the (powder material 16 is above the Matrizenkavität 14.
Fig . 35 : Der Unterstempel 10 wird nach unten bewegt, bis die Füllhöhe für die dritte Schicht erreicht ist. Fig. 36 : Das (Pulver-)Material 16 fällt aus der Kammer 34, und zwar während des Herunterfahrens des Unterstempels 10 in die Matrizenkavität 14 und bildet so die dritte Schicht. Fig. 35: The lower punch 10 is moved down until the filling level for the third layer is reached. Fig. 36: The (powdery) material 16 falls out of the chamber 34, during the lowering of the lower punch 10 in the Matrizenkavität 14 and thus forms the third layer.
Fig . 37 : Der Füller 18 wird weiter verfahren, bis die Kammer 36 mit dem (Pul- ver-)Material 22 über der Matrizenkavität 14 steht. Fig. 37: The filler 18 is moved on until the chamber 36 with the (powder) material 22 is above the die cavity 14.
Fig . 38: Der Unterstempel 10 wird nach unten bewegt, bis die Füllhöhe für die zweite Schicht erreicht ist. Das (Pulver-)Material 22 fällt aus der Kammer 36 während des Herunterfahrens des Unterstempels 10 in die Matrizenkavität 14 und bildet so die vierte Schicht. Fig. 38: The lower punch 10 is moved down until the filling level for the second layer is reached. The (powdery) material 22 drops out of the chamber 36 during lowering of the lower punch 10 into the Matrizenkavität 14, thus forming the fourth layer.
Fig. 39 : Der Füller 18 wird in die Ausgangsposition verfahren. Fig. 39: The filler 18 is moved to the starting position.
Fig. 40 : Der Oberstempel 26 wird in axialer Richtung in Richtung des Unterstempels 10 verfahren um die einzelnen Lagen zu verpressen. Fig. 40: The upper punch 26 is moved in the axial direction in the direction of the lower punch 10 in order to press the individual layers.
Fig. 41 : Der Oberstempel 26 und Unterstempel 10 sind in Pressendstellung. Fig. 41: The upper punch 26 and lower punch 10 are in Pressendstellung.
Fig. 42 : Der Oberstempel 26 wird in Ausgangsposition gefahren und der Unterstempel 10 stößt den Pressling 32 aus. Fig. 42: The upper punch 26 is moved to the starting position and the lower punch 10 ejects the compact 32 from.
Fig . 43 : Die Werkzeugkomponenten sind in ihren Ausgangspositionen mit aus- gestoßenem Pressling 32. Fig. 43: The tool components are in their home position with ejected compact 32.
Fig. 44: Der Pressling 32 wird entnommen, der Arbeitszyklus kann erneut beginnen. Fig. 45 bis Fig . 54 zeigen den prinzipiellen Ablauf beim Füllen der Kavität mit einem Rotationsfüller mit zwei oder mehr Kammern. Hierbei braucht sich der Füller lediglich während der Abwärtsbewegung des Unterstempels oder während der Befüllung der Kavität zu drehen . Es ist jedoch auch denkbar, dass sich der Füller permanent dreht. Fig. 45 : Der Rotationsfüller 18' wird über die Matrizenkavität 14 bewegt. Fig. 46: Der Rotationsfüller 18' befindet sich über Matrizenkavität 14. Fig. 44: The compact 32 is removed, the working cycle can start again. FIGS. 45 to FIG. 54 show the basic procedure for filling the cavity with a rotary filler with two or more chambers. In this case, the filler only needs to rotate during the downward movement of the lower punch or during the filling of the cavity. However, it is also conceivable that the filler rotates permanently. Fig. 45: The rotary filler 18 'is moved over the Matrizenkavität 14. FIG. 46: The rotary filler 18 'is located above die cavity 14.
Fig. 47 : Der Rotationsfüller 18' dreht sich um die Maschinenlängsachse 30, während sich der Unterstempel 10 entlang der Maschinenlängsachse 30 nach unten bewegt, um die Kavität 14 nach und nach zur Einbringung von Material freizugeben. Fig. 47: Rotary filler 18 'rotates about machine longitudinal axis 30 as lower punch 10 moves down machine longitudinal axis 30 to gradually release cavity 14 for introduction of material.
Fig. 48: Der Unterstempel 10 befindet sich in seiner unteren Füllposition. Der Rotationsfüller 18' rotiert nicht mehr. Fig. 48: The lower punch 10 is in its lower filling position. The rotary filler 18 'no longer rotates.
Fig. 49 : Der Rotationsfüller 18' wird in die Ausgangsposition zurückbewegt. Fig. 49: The rotary filler 18 'is moved back to the starting position.
Fig. 50 : Der Rotationsfüller 18' befindet sich zwischen Füllposition und Ausgangsposition. Fig. 50: The rotary filler 18 'is located between the filling position and the starting position.
Fig . 51 : Der Oberstempel 26 bewegt sich in Richtung auf den Unterstempel 10 zu, wobei der Rotationsfüller 18' nicht dargestellt ist. Fig. 51: The upper punch 26 moves toward the lower punch 10 with the rotary filler 18 'not shown.
Fig. 52 : Oberstempel 26 und Unterstempel 10 verpressen das (Pulver- Material, das sich doppelhelixförmig in der Kavität 14 befindet, zu einem Pressling 32. Auch hier ist der Rotationsfüller 18' nicht dargestellt. FIG. 52: Upper punch 26 and lower punch 10 press the (powder material, which is double helix-shaped in cavity 14) into a compact 32. Here, too, the rotary filler 18 'is not shown.
Fig. 53 : Der Oberstempel 26 bewegt sich in seine Ausgangsposition. Auch der Unterstempel 10 bewegt sich in Ausgangsposition und stößt den Pressling 32 aus. Der Rotationsfüller 18' ist auch hier nicht dargestellt. Fig . 54: Der Pressling 32 wird entnommen. Im Anschluss daran kann der Zyklus neu starten, wobei sodann der nicht dargestellte Rotationsfüller 18' wieder in Aktion tritt. Fig. 53: The upper punch 26 moves to its starting position. Also, the lower punch 10 moves to the starting position and ejects the compact 32 from. The rotary filler 18 'is also not shown here. Fig. 54: The compact 32 is removed. Subsequently, the cycle can restart, in which case the unillustrated rotary filler 18 'again comes into action.
In den Fign. 55 bis 60 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Presse 100 zur Erzeugung eines Rohlings aus in diesem Fall drei verschiedenen Pulvermaterialien, die ineinander verdreht und schraubenlinienförmig im Rohling angeordnet sind, gezeigt. Gemäß Fig. 55 weist die Presse 100 eine Matrize 110 mit einer Kavität 112 auf. Die Kavität 112 ist in diesem Ausführungsbeispiel als Durchgangsöffnung der Matrize 110 ausgebildet und wird an ihrem Boden durch einen axial längs der Mittenachse 114 verfahrbaren Unterstempel 116 verschlossen. Der Oberstempel 119 ist ebenfalls längs der Mittenachse 114 der Kavität 112 vor- und zurückverfahrbar. Auf diese Weise lässt sich, wie allgemein bekannt, in die Kavität 112 eingebrachtes Pulvermaterial zu einem Roh- ling verpressen (ggf. unter zusätzlicher Verwendung von Wärme). In the Fign. 55 to 60 is another embodiment of a press 100 for producing a blank of, in this case, three different powder materials which are twisted into each other and helically arranged in the blank. According to FIG. 55, the press 100 has a die 110 with a cavity 112. The cavity 112 is formed in this embodiment as a through hole of the die 110 and is closed at its bottom by an axially along the center axis 114 movable lower punch 116. The upper punch 119 can also be moved back and forth along the center axis 114 of the cavity 112. In this way, as is generally known, powder material introduced into the cavity 112 can be pressed into a blank (possibly with the additional use of heat).
Zum Einbringen des Pulvermaterials in die Kavität 112 werden sogenannte Füller 118 eingesetzt, die allgemein auch als Befülleinrichtungen 120 bezeichnet werden können. In diesem Ausführungsbeispiel weist die Befülleinrichtung 120 einen Rotationsfüller 118 auf, der, wenn er sich über der Öffnung 122 der Kavität 112 befindet, relativ zur Kavität 112 um die Mittenachse 114 rotiert. For introducing the powder material into the cavity 112, so-called fillers 118 are used, which can also generally be referred to as filling devices 120. In this embodiment, the filling device 120 includes a rotary filler 118 which, when located above the opening 122 of the cavity 112, rotates about the central axis 114 relative to the cavity 112.
Der Rotationsfüller 118 ist in Fig. 55 in seiner Befüllposition gezeigt, in der in diesem Ausführungsbeispiel drei rieselfähige (z. B. Pulver-)Materialien 124, 126, 128 in drei voneinander getrennte Kammer 130, 132, 134 des Rotationsfüllers 118 eingebracht werden. Alternativ ist es auch möglich, dass der Rotationsfüller 118 während seiner Bewegung und insbesondere auch während der Abgabe von Material befüllt wird. Hierzu werden die Material-Zuführleitungen mit dem Rotationsfüller 118 translatorisch mitbewegt, um während der Abga- be von Material den Rotationsfüller 118 nachfüllen zu können. The rotary filler 118 is shown in its filling position in Fig. 55, in which in this embodiment three free-flowing (eg powder) materials 124, 126, 128 are introduced into three separate chambers 130, 132, 134 of the rotary filler 118. Alternatively, it is also possible that the rotary filler 118 is filled during its movement and in particular during the dispensing of material. For this purpose, the material supply lines are moved translationally with the rotary filler 118 in order to be able to top up the rotary filler 118 during the discharge of material.
In Fig . 56 befindet sich der Rotationsfüller 118 über der Kavität 112 (Füllposition) und füllt in diese unter Rotation die drei Pulvermaterialien ein. Dabei befindet sich der Unterstempel 116 zunächst in seiner obersten Stellung. Um das Volumen des eingebrachten Materials pro Zeiteinheit wird nun der Unterstempel 116 entsprechend abwärts bewegt, so dass er also pro Zeiteinheit genau das Kavitätsteilvolumen freigibt, das durch Pulvermaterial aus dem Rotationsfüller 118 in die Kavität 112 eingefüllt wird. Die genauere Konstruktion des hier beschriebenen Ausführungsbeispiels des Rotationsfüllers 118 ist in den Fign. 57 und 58 gezeigt. Gemäß Fig. 57 weist der Rotationsfüller 118, der von einem Antrieb 136 drehend angetrieben wird, eine im Wesentlichen zylindrische äußere Gestalt auf, die ähnlich einer Hülse bzw. eines Rohres ist. An seinem der Kavität 112 abgewandten oberen Ende weist der Füller 118 eine Einlassöffnungsanordnung 138 mit in diesem Ausführungsbeispiel drei konzentrischen Einlassöffnungen 140, 142, 144 auf. Die zentrische Öffnung 144 wird von der Rotationsachse durchdrungen und ist konzentrisch zu dieser. Die beiden Öffnungen 140 und 142 verlaufen ringför- mig umeinander jeweils herum und sind demzufolge konzentrisch angeordnet. Die drei Kammern 130, 132, 134 werden durch Kammerwände 146, 148, 150 gegeneinander abgegrenzt und nach außen begrenzt, wobei diese drei Kammerwände 146, 148, 150 im Bereich der Einlassöffnungsanordnung 138 konzentrische Ringe bilden. In Fig. 56, the rotary filler 118 is located above the cavity 112 (filling position) and fills therein the three powder materials under rotation. In this case, the lower punch 116 is initially in its uppermost position. To the volume of the introduced material per unit of time, the lower punch 116 is then moved downward accordingly, so that he releases so per unit time exactly the Kavitätssteilvolumen, which is filled by powder material from the rotary filler 118 into the cavity 112. The more detailed construction of the embodiment of the rotary filler 118 described herein is shown in Figs. 57 and 58 are shown. As shown in FIG. 57, the rotary filler 118 rotationally driven by a driver 136 has a substantially cylindrical outer shape similar to a sleeve. At its upper end facing away from the cavity 112, the filler 118 has an inlet opening arrangement 138 with three concentric inlet openings 140, 142, 144 in this exemplary embodiment. The central opening 144 is penetrated by the axis of rotation and is concentric with this. The two openings 140 and 142 extend annularly around each other and are therefore arranged concentrically. The three chambers 130, 132, 134 are delimited from each other by chamber walls 146, 148, 150 and limited to the outside, wherein these three chamber walls 146, 148, 150 form concentric rings in the region of the inlet opening arrangement 138.
Die inneren Kammerwände 148, 150 sind zum unteren, der Kavität 112 zugewandten Auslassende verformt, so dass sich in diesem Ausführungsbeispiel am unteren Ende des Rotationsfüllers 118 die Auslassöffnungsanordnung 152 gemäß Fig. d ergibt. Die äußere Kammerwand 146 ist über ihre gesamte axiale Länge im Wesentlichen zylindrisch, während die nächstinnere Kammerwand 148 am Auslassende des Rotationsfüllers 118 eine Einschnürung 154 (ähnlich einer Herzform) aufweist. Die V-förmige Einschnürung 154 weist zum Zentrum des Rotationsfüllers 118 und damit zur innersten Kammerwand 134, die am Auslassende des Rotationsfüllers 118 eine sich radial erstreckende Formge- bund aufweist. Zwischen der äußeren Kammerwand 146 und der nächstinneren Kammerwand 148 bildet sich eine Auslassöffnung 156 der Kammer 130, während die nächstinnere Kammer 132 eine von der Kammerwand 148 mit Einschnürung 154 einerseits und von der Kammerwand 134 mit deren radial länglicher Ausformung gebildete Auslassöffnung 158 aufweist. Schließlich weist die dritte, innerste Kammer 134 eine Auslassöffnung 160 auf, die radial auswärts gerichtet ist und sich teilweise um die Mittenachse 162 des Füllers 118 erstreckt. The inner chamber walls 148, 150 are deformed to the lower, the cavity 112 facing outlet end, so that in this embodiment at the lower end of the rotary filler 118, the Auslaßöffnungsanordnung 152 results according to FIG. D. The outer chamber wall 146 is substantially cylindrical along its entire axial length, while the next inner chamber wall 148 has a neck 154 (similar to a heart shape) at the outlet end of the rotary filler 118. The V-shaped constriction 154 points toward the center of the rotary filler 118 and thus to the innermost chamber wall 134, which has a radially extending forming collar at the outlet end of the rotary filler 118. Between the outer chamber wall 146 and the next inner chamber wall 148, an outlet opening 156 of the chamber 130 is formed, while the next inner chamber 132 has an outlet opening 158 formed by the chamber wall 148 with constriction 154 on the one hand and by the chamber wall 134 with its radially elongated shape. Finally, the third, innermost chamber 134 has an outlet opening 160 which is directed radially outwardly and extends partially around the center axis 162 of the filler 118.
Wie insbesondere anhand von Fig. 58 zu erkennen ist, weisen die Kammer- wände Zacken bzw. Kammstrukturen 164, 166 auf. Diese Kammstrukturen 164, 166 dienen zur Gradierung der aus den Kammern austretenden Pulvermaterialien an ihren jeweiligen Grenzflächen. Mit der in den Fign. 57 und 58 gezeigten Konfiguration lässt sich der Rotationsfüller 118 einsetzen, um in die Kavität 112 drei Pulvermaterialien abzulegen, die drei ineinander verschlungene Teil- bzw. Vollhelixanordnungen bilden. Das aus der mittleren Kammer 132 austretende Pulvermaterial 126 liegt im Rohling bzw. in der Kavität 112 als mittlere Helix 168 vor (siehe Fig . 59). Das aus der äußeren Kammer 130 austretende Pulvermaterial 124 bildet eine zylindrische Form mit innen an der Zylinderwand verlaufender Schraubenlinie. Das aus der inneren Kammer 134 austretende Pulvermaterial 128 befindet sich im Kern des Rohlings als Vollzylinder mit außenliegendem wendeiförmigen Vorsprung. Die Situation ist für einen Teilabschnitt des Rohlings in Fig. 59 ge- zeigt. As can be seen in particular with reference to FIG. 58, the chamber Walls or comb structures 164, 166. These comb structures 164, 166 serve to grade the powder materials exiting the chambers at their respective interfaces. With the in the Fign. 57 and 58, the rotary filler 118 may be used to deposit into the cavity 112 three powder materials that form three intertwined partial or full helical assemblies. The powder material 126 emerging from the middle chamber 132 is present in the blank or in the cavity 112 as the middle helix 168 (see FIG. 59). The powder material 124 exiting the outer chamber 130 forms a cylindrical shape with a helix extending inside the cylinder wall. The powder material 128 emerging from the inner chamber 134 is located in the core of the blank as a solid cylinder with an external helical projection. The situation is shown for a partial section of the blank in FIG. 59.
Fig. 60 zeigt die Situation, wenn sich bei der Rotation des Füllers 118 in dessen inneren Kammer 134 ein Dorn (nicht dargestellt) als Platzhalter befindet, der das Zentrum 169 des Rohlings frei von Pulvermaterial hält. Eine derartige Anordnung ist beispielsweise von Vorteil, um den Rohling mit einem Kanal für eine Gaszufuhr zu versehen. Fig. 60 shows the situation when, during the rotation of the filler 118 in its inner chamber 134, there is a mandrel (not shown) as a spacer which holds the center 169 of the blank free of powder material. Such an arrangement is advantageous, for example, to provide the blank with a channel for a gas supply.
Wie bereits oben erwähnt, lässt sich der Rotationsfüller insbesondere zur Herstellung eines Rohlings zur Verwendung als wasserstoffspeichernde Kompo- nente bzw. eines wasserstoffspeichernden Bauteils einsetzen. Hierbei ist beispielsweise das über die mittlere Kammer 132 zugeführte und die Kavität 112 eingelassene Material 126 hydrierbar, während das Material 124, das über die äußere Kammer 130 des Rotationsfüllers 118 in die Kavität 112 gelangt, wärmeleitende Eigenschaften aufweist. Im Inneren des Rohlings befindet sich dann gasdurchlässiges Material 128. Das innere Material des Rohlings sorgt also für die Zufuhr und die damit die Porosität des Rohlings, so dass in diesen Wasserstoff eingeleitet werden kann, der dann am hydrierbaren Material bindet. Die dabei entstehende Wärme wird über das Material 124 nach außen abgeführt. Außen um das Wasserstoffspeicherbauteil (Rohling) herum befindet sich ein (Druck-)Behälter, der in thermischem Kontakt mit dem wasserstoffspeichernden Bauteil steht. As already mentioned above, the rotary filler can be used in particular for producing a blank for use as a hydrogen-storing component or a hydrogen-storing component. In this case, for example, the material 126 supplied via the middle chamber 132 and recessed into the cavity 112 can be hydrogenated, while the material 124, which passes into the cavity 112 via the outer chamber 130 of the rotary filler 118, has heat-conducting properties. In the interior of the blank is then gas-permeable material 128. The inner material of the blank thus provides for the supply and thus the porosity of the blank, so that in this hydrogen can be introduced, which then binds to the hydrogenatable material. The resulting heat is dissipated via the material 124 to the outside. Outside of the hydrogen storage (blank) is located around a (pressure) container, which is in thermal contact with the hydrogen storage component.
Ganz allgemein sei im Zusammenhang mit der Erfindung noch darauf hinge- wiesen, dass neben einem Verbund der Partikel der pulverförmigen Materialien untereinander durch Verpressung (ggf. zusätzlich unter Einwirkung von Wärme) auch zusätzlich noch mit additiven Verfahren gearbeitet werden kann, wie beispielsweise Laserschmelzen. Dazu wird beispielsweise über Hohlwände des Füllers ein oder mehrere Laserstrahlenbündel eingeleitet, die über Prismen umgelenkt und über transparente Öffnungen in den Hohlwänden des Füllers in das gerade ausgegebene Pulvermaterial eintreten, wo es zu einer örtlichen Verschmelzung des Pulvers kommt. Quite generally, it should be pointed out in connection with the invention that in addition to a composite of the particles of the powdery materials with each other by pressing (possibly additionally by the action of heat) can also be used in addition with additive methods, such as laser melting. For this purpose, for example, via hollow walls of the filler one or more laser beams are introduced, which are deflected via prisms and enter through transparent openings in the hollow walls of the filler in the just issued powder material, where there is a local fusion of the powder.
In Fig. 61 ist perspektivisch bzw. in Fig. 62 von oben ein weiteres Ausfüh- rungsbeispiel eines Rotationsfüllers 170 gezeigt. Wie beim Ausführungsbeispiel der Fign. 55 bis 60 weist der Rotationsfüller 170 drei Ring-Kammern auf, die allerdings im Unterschied zu den Fign. 55 bis 60 im Wesentlichen durchgehend konzentrisch angeordnet sind. Eine innere Trennwand 172 begrenzt eine innere Kammer 173, während eine mittig angeordnete weitere zylindrische Wand 174 eine zweite Kammer 176 begrenzt. Außen befindet sich eine dritte zylindrische Wand 178, die die Außenkammer 180 definiert. Das besondere an dem Rotationsfüller 170 besteht nun darin, dass sich auslassseitig eine weitere Kammer 182 bildet, in die wandnahrieselndes Material beidseitig der mittleren Kammerwand 174 gelangt. Strömungseingangs der Kammer 182 befinden sich Umlenkelemente 184, die für eine örtliche Vermischung der beiden wandnahen Materialströme sorgen. FIG. 61 shows in perspective or in FIG. 62 from above a further embodiment of a rotary filler 170. As in the embodiment of FIGS. 55 to 60, the rotary filler 170 on three ring chambers, which, however, unlike the Fign. 55 to 60 are arranged substantially continuously concentric. An inner partition wall 172 defines an inner chamber 173, while a centrally located further cylindrical wall 174 defines a second chamber 176. Outside is a third cylindrical wall 178 defining the outer chamber 180. The special feature of the rotary filler 170 is that an additional chamber 182 is formed on the outlet side, into which wall-wet material passes on both sides of the middle chamber wall 174. Flow inlet of the chamber 182 are deflecting elements 184, which provide for a local mixing of the two near-wall material flows.
Die Merkmale einzelner Ausgestaltungen der Erfindung werden beispielhaft nachfolgend nochmals gruppiert angegeben, wobei die Merkmale einzelner Gruppen miteinander sowie auch mit Merkmalen der weiter oben beschriebenen Ausführungsbeispiele, Ausgestaltungen und Varianten der Erfindung kombiniert werden können, und zwar durch Hinzufügung oder Weglassen einzelner Merkmale. Wasserstoffspeicherelement-Herstellvorrichtung umfassend eine zu befüllende Kavität, zumindest eine erste Materialzuführung eines ersten Materials und eine zweite Materialzuführung eines zweiten Materials, wobei die erste und die zweite Materialzuführung getrennt voneinander angeordnet sind, mit einer Zuführvorrichtung zum Zuführen des zumindest ersten und des zweiten Materials in die zu befüllende Kavität, wobei das erste Material ein primär wasserstoffspeicherndes Material ist, und das zweite Material ein primär wärmeleitendes Material ist. The features of individual embodiments of the invention are exemplified below grouped again, the features of individual groups can be combined with each other and with features of the embodiments described above, embodiments and variants of the invention, by adding or omitting individual features. A hydrogen storage element manufacturing apparatus comprising a cavity to be filled, at least a first material supply of a first material and a second material supply of a second material, wherein the first and the second material supply are arranged separately from each other, with a feeding device for supplying the at least first and the second material in the to be filled cavity, wherein the first material is a primary hydrogen storage material, and the second material is a primary heat-conducting material.
Wasserstoffspeicherelement-Herstellvorrichtung nach Ziffer 1, wobei die zu befüllende Kavität vorzugsweise rund ist und vorzugsweise eine Kontaktfläche vorgesehen ist, die zumindest auf eine Oberfläche des in die Kavität eingefüllten zumindest ersten und/oder zweiten Material verfahrbar und entlang dieser bewegbar ist, besonders bevorzugt in das zumindest erste und/oder zweite Material verfahrbar und darin bewegbar ist. Hydrogen storage element manufacturing device according to item 1, wherein the cavity to be filled is preferably round and preferably a contact surface is provided which is movable at least on a surface of the at least first and / or second material filled in the cavity and movable along this, particularly preferably in the at least first and / or second material is movable and movable therein.
Wasserstoffspeicherelement-Herstellvorrichtung nach Ziffer 1 oder 2, wobei die Zuführvorrichtung einen Mündungsquerschnitt mit zumindest einem ersten Bereich für das erste Material und mit einem davon abgetrennten zweiten Bereich für das zweite Material aufweist zum vorzugsweise parallelen, örtlich getrennten Befüllen der Kavität, wobei der erste Bereich vorzugsweise zumindest teilweise, besonders bevorzugt vollständig in den zweiten Bereich eingebettet ist. The hydrogen storage element manufacturing apparatus according to item 1 or 2, wherein the supply device has an orifice cross section with at least a first region for the first material and a second region separated therefrom for the second material for preferably parallel, spatially separate filling of the cavity, wherein the first region preferably at least partially, more preferably completely embedded in the second region.
Wasserstoffspeicherelement-Herstellvorrichtung nach einer der vorhergehenden Ziffern, wobei die Wasserstoffspeicherelement- Herstellvorrichtung zumindest einen Antrieb aufweist, mittels dem zumindest eine gesteuerte Relativbewegung zwischen der zu befüllenden Kavität und der Zuführvorrichtung ermöglicht ist. A hydrogen storage element manufacturing apparatus according to any one of the preceding figures, wherein the hydrogen storage element manufacturing device has at least one drive by means of which at least one controlled relative movement between the cavity to be filled and the supply device is made possible.
Wasserstoffspeicherelement-Herstellvorrichtung nach einer der vorhergehenden Ziffern, wobei diese eine Drehachse aufweist, um die die Zuführvorrichtung drehbar angeordnet ist und/oder dass die Kavität dreh- bar angeordnet ist. Hydrogen storage element production device according to one of the preceding figures, wherein it has an axis of rotation about which the supply device is rotatably arranged and / or that the cavity is rotatable. bar is arranged.
Wasserstoffspeichelement-Herstellvorrichtung nach einer der vorhergehenden Ziffern, wobei die zu befüllende Kavität eine Matrizenkavität und die Zuführvorrichtung ein Füller ist und die Wasserstoffspeicherelement- Herstellvorrichtung eine Presse umfasst zum Verdichten des zumindest ersten und des zweiten Materials in der Matrizenkavität. A hydrogen storage device manufacturing apparatus according to any preceding claim, wherein the cavity to be filled is a die cavity and the feeder is a filler and the hydrogen storage element manufacturing apparatus comprises a press for compacting the at least first and second materials in the die cavity.
Wasserstoffspeicherelement-Herstellvorrichtung nach einer der vorhergehenden Ziffern, wobei diese ein 3-D-Drucker ist. A hydrogen storage device manufacturing apparatus according to any one of the preceding figures, which is a 3-D printer.
Zuführvorrichtung zur Verwendung in einer Wasserstoffspeicherelement-Herstellvorrichtung mit einen Mündungsquerschnitt mit zumindest einem ersten Bereich für das erste Material und mit einem davon abgetrennten zweiten Bereich für das zweite Material zum vorzugsweise parallelen, örtlich getrennten Befüllen der Kavität, wobei der erste Bereich vorzugsweise zumindest teilweise, besonders bevorzugt vollständig in den zweiten Bereich eingebettet ist. A delivery device for use in a hydrogen storage device manufacturing apparatus having an orifice cross section with at least a first region for the first material and a second region separated therefrom for the second material for preferably parallel, spatially separate filling of the cavity, the first region preferably at least partially, especially preferably completely embedded in the second region.
Zuführvorrichtung nach Ziffer 8, wobei diese eine Materialzuführung für das erste Material und eine davon getrennte Materialzuführung für das zweite Material aufweist, wobei eine Mischzonenzuführung vorhanden ist, entlang der das erste und das zweite Material mischbar und zuführbar ist. Feeding device according to item 8, wherein it has a material supply for the first material and a separate material supply for the second material, wherein a mixing zone supply is provided, along which the first and the second material is miscible and can be fed.
Zuführvorrichtung nach Ziffer 8 oder 9, wobei eine zusätzliche Streifenzuführung vorhanden ist, über die ein Materialstreifen in den Mündungsquerschnitt führbar ist. Feeding device according to item 8 or 9, wherein an additional strip feed is provided, over which a strip of material in the mouth cross-section is feasible.
Zuführvorrichtung nach einer der Ziffern 8 bis 10, wobei die Auslassöffnung (160) der ersten Kammer (134) sich quer zur Ausrichtung der Mittenachse (114) erstreckt, und zwar insbesondere zu einer Seite der Mittenachse (114), und innerhalb der Auslassöffnung (158) der zweiten Kammer (132) angeordnet ist, die sich ihrerseits um die Mittenachse (114) herum erstreckt. Feeding device according to any one of the items 8 to 10, wherein the outlet opening (160) of the first chamber (134) extends transversely to the orientation of the center axis (114), in particular to one side of the center axis (114), and within the outlet opening (158 ) of the second chamber (132) is arranged, which in turn about the center axis (114) extends around.
Zuführvorrichtung nach einer der Ziffern 8 bis 11, wobei die Befülleinrichtung (120) eine dritte Kammer (130) aufweist, wobei die dritte Kammer (130) sich außen um die zweite Kammer (132) herum erstreckt und eine Auslassöffnung (156) aufweist, die sich um die zweite Auslassöffnung (158) herum erstreckt, wobei die zweite Auslassöffnung (158) eine im Wesentlichen V-förmige, in Richtung auf die Mittenachse (114) weisende Einschnürung (154) aufweist. A delivery device according to any one of 8 to 11, wherein the filling means (120) comprises a third chamber (130), the third chamber (130) extending outwardly around the second chamber (132) and having an outlet opening (156) extends around the second outlet opening (158), wherein the second outlet opening (158) has a substantially V-shaped, in the direction of the center axis (114) facing constriction (154).
13. Zuführvorrichtung nach einer der Ziffern 8 bis 12, wobei die Position der Einschnürung (154) der Position der ersten Auslassöffnung (160), bezogen auf die Mittenachse (114), im Wesentlichen diametral gegenüberliegt. 13. The feeding device according to any one of items 8 to 12, wherein the position of the constriction (154) of the position of the first outlet opening (160), with respect to the center axis (114), substantially diametrically opposite.
14. Verfahren zur Herstellung eines Wasserstoffspeicherelements mittels zumindest eines ersten Materials, welches ein wasserstoffspeicherndes Material umfasst, und mittels eines zweiten Materials, das wärmeleitend ist, wobei eine erste Materialzufuhr des ersten Material über einen ers- ten Bereich einer Zuführvorrichtung und eine zur ersten Materialzufuhr parallele zweite Materialzufuhr des zweiten Materials über einen zweiten Bereich der Zuführvorrichtung erfolgt, wobei zumindest das erste und das zweite Material zusammen ein Verbundmaterial des Wasserstoffspeichers bilden. 14. A method of producing a hydrogen storage element using at least a first material comprising a hydrogen storage material and a second material having thermal conductivity, wherein a first material supply of the first material over a first region of a delivery device and a parallel to the first material supply second material supply of the second material via a second region of the supply device takes place, wherein at least the first and the second material together form a composite material of the hydrogen storage.
15. Verfahren nach Ziffer 14, wobei zumindest eines der beiden Materialien, vorzugweise das erste und das zweite Material, schüttfähig, vorzugsweise pulverförmig, faserförmig oder auch flakeförmig zugeführt werden. 16. Verfahren nach Ziffer 14 oder 15, wobei die Zuführvorrichtung gedreht wird, das erste und das zweite Material aus der Zuführvorrichtung dabei parallel austreten, und ein nichtebenes Verbundmaterial, bevorzugt ein helixförmiges oder ein wellenförmiges Verbundmaterial des Wasserstoffspeichers gebildet wird . Verfahren nach einer der Ziffern 14 bis 16, wobei das erste und das zweite Material eine poröse Struktur im Wasserstoffspeicher bilden, vorzugsweise ein oder mehrere Kanäle im Verbundmaterial mittels ein oder mehreren Dornen, Freihalter und/oder zu entfernendem Material hergestellt werden. 15. The method according to item 14, wherein at least one of the two materials, preferably the first and the second material, pourable, preferably powdered, fibrous or flake-shaped are supplied. 16. The method of item 14 or 15, wherein the feeder is rotated, the first and second materials exit from the feeder in parallel, and a non-planar composite, preferably helical or corrugated hydrogen storage composite material, is formed. A method according to any one of items 14 to 16, wherein the first and second materials form a porous structure in the hydrogen storage, preferably one or more channels in the composite are made by means of one or more mandrels, free holders and / or material to be removed.
Verfahren nach einer der Ziffern 14 bis 17, wobei das erste und das zweite Material zumindest teilweise örtlich getrennt voneinander angeordnet werden und getrennte Schichten bilden. A method according to any one of items 14 to 17, wherein the first and second materials are at least partially disposed apart from one another and form separate layers.
Verfahren nach einer der Ziffern 14 bis 18, wobei das erste und das zweite Material in eine Kavität gefüllt werden, wobei das erste und das zweite Material in der Kavität verpresst werden, vorzugsweise mittels eines Verfahrens eines Ober- und eines Unterstempels in der Kavität. A method according to any one of items 14 to 18, wherein the first and second materials are filled into a cavity, wherein the first and second materials are pressed in the cavity, preferably by a method of an upper and a lower punch in the cavity.
Verfahren nach einer der Ziffern 14 bis 19, wobei ein isostatisches Ver- pressen des Verbundmaterials des Wasserstoffspeichers erfolgt. Method according to one of the numbers 14 to 19, wherein an isostatic pressing of the composite material of the hydrogen storage takes place.
Wasserstoffspeicherelement mit einem Verbundmaterial aufweisend zumindest ein erstes und ein zweites Material, wobei das erste Material ein wasserstoffspeicherndes Material umfasst und das zweite Material ein wärmeleitendes Material umfasst, wobei der Wasserstoffspeicher vorzugsweise mit einer Wasserstoffspeicher-Herstellvorrichtung und/oder einem Verfahren nach einer der Ziffern 14 bis 20 hergestellt ist. A hydrogen storage element comprising a composite material comprising at least a first and a second material, wherein the first material comprises a hydrogen storage material and the second material comprises a thermally conductive material, wherein the hydrogen storage device preferably with a hydrogen storage manufacturing apparatus and / or a method according to any one of 14 to 20 is made.
Wasserstoffspeicherelement nach Ziffer 21, wobei sich das zweite Material von einem Inneren des Wasserstoffspeicherelements zu einem Äußeren des Verbundmaterials des Wasserstoffspeicherelements durchzieht, wobei das erste und das zweite Material zumindest in einem Bereich getrennt voneinander angeordnet sind. The hydrogen storage element of item 21, wherein the second material extends from an interior of the hydrogen storage element to an exterior of the composite material of the hydrogen storage element, wherein the first and second materials are disposed at least in a region separate from one another.
Wasserstoffspeicherelement nach Ziffer 21 oder 22, wobei das Ver bundmaterial des Wasserstoffspeicherelements porös ist. Hydrogen storage element according to item 21 or 22, wherein the Ver Bundmaterial the hydrogen storage element is porous.
24. Wasserstoffspeicherelement nach einer der Ziffern 21 bis 23, wobei ein drittes Material vorgesehen ist, welches eine funktionale Lage im Was- serstoffspeicher bildet, insbesondere eine poröse, gasdurchlässige Lage. 24. Hydrogen storage element according to any one of the numbers 21 to 23, wherein a third material is provided which forms a functional position in the hydrogen storage, in particular a porous, gas-permeable layer.
25. Wasserstoffspeicherelement nach einer der Ziffern 21 bis 24, wobei eine Schicht eine Dehnungskompensation des Verbundmaterials wahrnimmt. 26. Wasserstoffspeicher mit mehreren Wasserstoffspeicherelementen nach einer der Ziffern 21 bis 25, wobei dieser ein Niedertemperaturhydrid und ein Hochtemperaturhydrid aufweist. 25. A hydrogen storage element according to any one of items 21 to 24, wherein a layer performs a strain compensation of the composite material. 26. A hydrogen storage device having a plurality of hydrogen storage elements according to any one of items 21 to 25, wherein it has a low-temperature hydride and a high-temperature hydride.
BEZUGSZEICH E N LISTE REFERENCE ID LIST
1 Pulvermaterial 1 powder material
2 Pulvermaterial  2 powder material
3 Pulvermaterial  3 powder material
4 Pulvermaterial  4 powder material
5 Kammer  5 chamber
6 Kammer  6 chamber
7 Kammer  7 chamber
8 Kammer  8 chamber
9 Pressling  9 compact
10 Unterstempel 10 lower stamp
12 Teilfüllraum  12 partial filling space
12' Teilfüllraum  12 'partial filling space
12" Teilfüllraum  12 "partial filling space
14 Matrizenkavität  14 die cavity
16 Material 16 material
18 Füller  18 fillers
18' Rotationsfüller  18 'rotary filler
20 Matrizenoberseite  20 die top
22 Material  22 material
24 Füller 24 fillers
26 Oberstempel  26 upper punches
28 Matrize  28 matrix
30 Maschinenlängsachse  30 machine longitudinal axis
32 Pressling  32 compact
34 Kammer 34 chamber
36 Kammer  36 chamber
100 Presse  100 press
110 Matrize  110 matrix
112 Kavität  112 cavity
114 Mittenachse 114 center axis
116 Unterstempel  116 lower stamp
118 Rotationsfüller  118 Rotary filler
119 Oberstempel  119 upper cancel
120 Befülleinrichtung  120 filling device
122 Öffnung 122 opening
124 Pulvermaterial  124 powder material
126 Pulvermaterial  126 powder material
128 Pulvermaterial  128 powder material
130 Kammer  130 chamber
132 Kammer 132 chamber
134 Kammer  134 chamber
136 Antrieb  136 drive
138 Einlassanordnung  138 inlet arrangement
140 Einlassöffnung  140 inlet opening
142 Einlassöffnung 142 inlet opening
144 Einlassöffnung  144 inlet opening
146 Kammerwand  146 chamber wall
148 Kammerwand 150 Kammerwand 148 chamber wall 150 chamber wall
152 Auslassöffnungsanordnung 152 outlet opening arrangement
154 Einschnürung 154 constriction
156 Auslassöffnung  156 outlet opening
158 Auslassöffnung  158 outlet opening
160 Auslassöffnung  160 outlet opening
162 Mittenachse  162 center axis
164 Kammstruktur  164 comb structure
166 Kammstruktur  166 comb structure
168 Helix  168 Helix
169 Zentrum  169 center
170 Rotationsfüller  170 rotary filler
172 Trennwand  172 partition
173 Kammer  173 chamber
174 Kammerwand  174 chamber wall
176 Kammerwand  176 chamber wall
178 Kammerwand  178 chamber wall
180 Außenkammer  180 outer chamber
182 Kammer  182 chamber
184 Umlenkelement  184 deflecting element

Claims

Ansprüche claims
Wasserstoffspeicherelement- Herstellvorrichtung mit Hydrogen storage element manufacturing device with
einer mit mindestens zwei Materialien (124, 126, 128) zu befüllenden Kavität (112).  a cavity (112) to be filled with at least two materials (124, 126, 128).
wobei das erste Material ein primär einer Wasserstoffspeicherung dienendes Material und das zweite Material ein primär einer Wärmeleitung und/oder einer Gasleitung dienendes Material ist, und einer Befüiieinrichtung (120) zum Auslassen der mindestens zwei Materialien (124, 126, 128) zwecks Einbringung dieser Materialien (124, 126, 128) in unterschiedliche Bereiche der Kavität (112),  wherein the first material is a primary hydrogen storage material and the second material is a primary thermal conduction and / or gas supply material, and a firing device (120) for discharging the at least two materials (124, 126, 128) to incorporate these materials (124, 126, 128) into different regions of the cavity (112),
wobei die Befüiieinrichtung (120) mindestens zwei getrennte Kammern (130, 132, 134) oder mindestens zwei Kammerbereiche einer gemeinsamen Kammer zur gleichzeitigen oder zeitlich versetzten Zuführung der mindestens zwei Materialien (124, 126, 128), direkt aneinander angrenzend oder örtlich getrennt voneinander, zur Einbringung derselben in die Kavität (112) als Schichten aufweist.  wherein the Befüiieinrichtung (120) at least two separate chambers (130, 132, 134) or at least two chamber portions of a common chamber for simultaneous or staggered feeding of the at least two materials (124, 126, 128), directly adjacent to each other or spatially separated from each other, for introducing them into the cavity (112) as layers.
Wasserstoffspeicherelement-Herstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Befüiieinrichtung (120) und die Kavität (112) zum Befüllen der Kavität (112) relativ zueinander translatorisch oder rotatorisch bewegbar sind. A hydrogen storage element production apparatus according to claim 1, characterized in that the Befüiieinrichtung (120) and the cavity (112) for filling the cavity (112) relative to each other are translationally or rotationally movable.
Wasserstoffspeicherelement-Herstellvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Befüiieinrichtung (120) und die Kavität (112) um eine Mittenachse (114) relativ zueinander drehbar sind . A hydrogen storage element manufacturing apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the Befüiieinrichtung (120) and the cavity (112) about a central axis (114) are rotatable relative to each other.
Wasserstoffspeicherelement-Herstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Befüiieinrichtung (120) und die Kavität (112) und/oder ein Boden der Kavität (112) während des Befüllvorgangs relativ zueinander längs einer Mittenachse (114) voneinander wegbewegbar sind. Wasserstoffspeicherelement-Herstellvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich eine erste der Kammern (130, 132, 134) zumindest teilweise um die Mittenachse (114) herum erstreckt und dass sich mindestens eine zweite der Kammern (130, 132, 134) um die erste Kammer (134) herum erstreckt. A hydrogen storage element manufacturing apparatus according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the Befüiieinrichtung (120) and the cavity (112) and / or a bottom of the cavity (112) during the filling process relative to each other along a central axis (114) are movable away from each other , A hydrogen storage element manufacturing apparatus according to claim 3 or 4, characterized in that a first one of the chambers (130, 132, 134) extends at least partially around the central axis (114) and at least one second one of the chambers (130, 132, 134). extends around the first chamber (134).
Wasserstoffspeicherelement-Herstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Befülleinrichtung ( 120) eine der Kavität (112) zugewandte Auslassöffnungsanordnung (152) aufweist, die für jede Kammer (130, 132, 134) mit einer Auslassöffnung (156, 158, 160) versehen ist. A hydrogen storage element manufacturing apparatus according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the filling device (120) has an outlet opening arrangement (152) facing the cavity (112), which is provided for each chamber (130, 132, 134) with an outlet opening (156, 158, 160) is provided.
Wasserstoffspeicherelement-Herstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassöffnungen (156, 158, 160) mindestens zweier Kammern (130, 132, 134) in Drehrichtung und/oder Radialrichtung betrachtet versetzt zueinander und einander zumindest teilweise überlappend angeordnet sind, und zwar insbesondere derart, dass die Auslassöffnungen (156, 158, 160) bei Relativdrehung Flächenbereiche überstreichen, von denen der eine versetzt zum anderen und mit diesem überlappend oder innerhalb dieses positioniert ist. The hydrogen storage element production device according to one of claims 3 to 6, characterized in that the outlet openings (156, 158, 160) of at least two chambers (130, 132, 134) are arranged offset in relation to one another and at least partially overlapping one another in the direction of rotation and / or radial direction in particular in such a way that the outlet openings (156, 158, 160), when relatively rotated, cover surface areas, one of which is offset from the other and positioned with or overlapping it.
Wasserstoffspeicherelement-Herstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Befülleinrichtung (120) mindestens drei Kammern (130, 132, 134) oder drei Kammerbereiche für drei verschiedene Materialien aufweist, von denen das erste Material ein primär einer Wasserstoffspeicherung dienendes Material und das zweite Material ein primär einer Wärmeleitung dienendes Material und das dritte Material ein primär einer Gasleitung dienendes Material ist. A hydrogen storage element manufacturing apparatus according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the filling means (120) comprises at least three chambers (130, 132, 134) or three chamber sections for three different materials, of which the first material is a primary hydrogen storage material and the second material is a material primarily for heat conduction, and the third material is a material primarily serving as a gas pipe.
Wasserstoffspeicherelement-Herstellvorrichtung nach Anspruch 7, da durch gekennzeichnet dass die Kammern zumindest teilweise konzent risch zueinander angeordnet sind, wobei vorzugsweise zumindest Kam mereinlässe der Kammern konzentrisch zueinander angeordnet sind. Wasserstoffspeicherelement-Herstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Befülleinrichtung (120) Befüllöffnungen (140, 142, 144) für die einzelnen Kammern (130, 132, 134) aufweist und dass die Mittenachse (114) durch eine der ersten Kammer zugeordnete erste Einlassöffnung (144) hindurch verläuft und sich eine der zweiten Kammer zugeordnete zweite Einlassöffnung (142) ringförmig um die erste Einlassöffnung (144) erstreckt. Hydrogen storage element manufacturing apparatus according to claim 7, characterized in that the chambers are at least partially concentric risch arranged to each other, preferably at least Kam inlets of the chambers are arranged concentrically to each other. A hydrogen storage element manufacturing apparatus according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the filling device (120) has filling openings (140, 142, 144) for the individual chambers (130, 132, 134) and in that the center axis (114) passes through one of the The first chamber associated first inlet opening (144) passes therethrough and a second chamber associated with the second inlet opening (142) extends annularly around the first inlet opening (144).
Wasserstoffspeicherelement-Herstellvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer dritten Kammer (130) deren Einlassöffnung (140) sich außen um die zweite Einlassöffnung (142) ringförmig erstreckt. A hydrogen storage element manufacturing apparatus according to claim 10, characterized in that in a third chamber (130) whose inlet opening (140) extends annularly around the outside of the second inlet opening (142).
Wasserstoffspeicherelement-Herstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Kammern (130, 132, 134) voneinander durch jeweils eine Wand (146, 148, 150) getrennt sind und dass die Wände (146, 148, 150) in ihren in den Auslassöffnungen (156, 158, 160) liegenden Randbereichen mindestens eine Randaussparung oder einen Randvorsprung, insbesondere eine gezackte oder Kammstruktur (164, 166) aufweisen. A hydrogen storage element manufacturing apparatus according to any one of claims 1 to 11, characterized in that the individual chambers (130, 132, 134) are separated from each other by a respective wall (146, 148, 150) and that the walls (146, 148, 150) In their lying in the outlet openings (156, 158, 160) edge regions at least one edge recess or edge projection, in particular a serrated or comb structure (164, 166).
Wasserstoffspeicherelement-Herstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Befülleinrichtung (18, 24, 120) mindestens ein rieselfähiges Material, vorzugsweise mehrere rieselfähige Materialien, das bzw. die insbesondere in Pulverform vorliegt/vorliegen, ausgibt. Hydrogen storage element production device according to one of claims 1 to 12, characterized in that the filling device (18, 24, 120) at least one free-flowing material, preferably a plurality of free-flowing materials, the or in particular is present in powder form / outputs.
Wasserstoffspeicherelement-Herstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Befülleinrichtung (18, 24, 120) einen Einlass zum Einbringen eines sträng-, streifen- oder bandförmigen Materials in die Kavität (14, 112) aufweist, wobei das eingebrachte sträng-, streifen- oder bandförmige Material über eine der Kammern und deren Auslass oder über einen separaten Auslass führbar ist. A hydrogen storage element manufacturing apparatus according to any one of claims 1 to 13, characterized in that the filling device (18, 24, 120) has an inlet for introducing a strip, strip or band-shaped material into the cavity (14, 112) sträng-, strip or band-shaped material over one of the chambers and whose outlet or via a separate outlet is feasible.
15. Wasserstoffspeicherelement-Herstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Befülleinrichtung (18, 24, 120) ein Einwirkelement wie z. B. ein Rakel, einen Kamm, einen Abstreifer, eine Rolle, eine Leiste oder dergleichen zur Interaktion mit zumindest einem in die Kavität (14, 112) eingebrachten Material, insbesondere zur Interaktion zwecks Ausrichtens mindestens eines nicht-kugeligen Materials und/oder eines nicht-kugeligen Bestandteils dieses Materials und/oder zur Beeinflussung der Verteilung des mindestens einen Materials und/oder eines Bestandteils dieses Materials zur Erzeugung eines Verteilungsgradienten aufweist. 15. Hydrogen storage element production device according to one of claims 1 to 14, characterized in that the filling device (18, 24, 120) an acting element such. As a squeegee, a comb, a scraper, a roller, a bar or the like for interaction with at least one introduced into the cavity (14, 112) material, in particular for the interaction for aligning at least one non-spherical material and / or not spherical component of this material and / or for influencing the distribution of the at least one material and / or a component of this material for generating a distribution gradient.
16. Wasserstoffspeicherelement-Herstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die unterschiedlichen, mit den Materialien (16, 22) zu befüllenden Bereiche der Kavität (14, 112) zumindest teilweise oder vollständig aneinandergrenzen. 16. Hydrogen storage element production device according to one of claims 1 to 15, characterized in that the different, with the materials (16, 22) to be filled areas of the cavity (14, 112) adjoin at least partially or completely.
17. Wasserstoffspeicherelement-Herstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Befülleinrichtung (18, 24, 120) eine Mischzone zum Vermischen der mindestens zwei Materialien (16, 22) aufweist. 17. Hydrogen storage element production device according to one of claims 1 to 16, characterized in that the filling device (18, 24, 120) has a mixing zone for mixing the at least two materials (16, 22).
18. Wasserstoffspeicherelement-Herstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Befülleinrichtung (18, 24, 120) und die Kavität (14, 112) bei Positionierung der Befülleinrichtung (18, 24, 120) mit deren Auslassanordnung über der Kavität (14, 112) zur helixförmigen Einbringung mindestens eines der Materialien (16, 22) um eine gemeinsame Achse relativ zueinander rotatorisch in einer Richtung bewegbar oder rotatorisch vor- und zurückbewegbar sind. 18. A hydrogen storage element manufacturing apparatus according to any one of claims 1 to 17, characterized in that the filling device (18, 24, 120) and the cavity (14, 112) in positioning the filling device (18, 24, 120) with the outlet arrangement on the Cavity (14, 112) for the helical introduction of at least one of the materials (16, 22) about a common axis relative to each other rotatory in one direction movable or rotationally movable back and forth.
19. Wasserstoffspeicherelement-Herstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Materi- alien (16, 22) porös ist oder eine poröse Struktur bildet und/oder dass durch mindestens eines in die Kavität (14, 112) eingebrachten Elements (16, 22), insbesondere in Form von Dornen, eine von mindestens einem Kanal durchzogene Struktur gebildet ist. 19. Hydrogen storage element production device according to one of claims 1 to 18, characterized in that at least one of the materials alien (16, 22) is porous or forms a porous structure and / or that formed by at least one in the cavity (14, 112) introduced element (16, 22), in particular in the form of spikes, a traversed by at least one channel structure is.
Wasserstoffspeicherelement- Herstellvorrichtung ferner gekennzeichnet durch eine Verdichteinrichtung zur Verdichtung von Material (16, 22) innerhalb der Kavität (14, 112). A hydrogen storage element manufacturing apparatus further characterized by compacting means for compressing material (16, 22) within the cavity (14, 112).
Wasserstoffspeicherelement-Herstellvorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichteinrichtung mindestens einen in die Kavität (14, 112) eintauchbaren Stempel (10, 26, 116, 119) aufweist. Hydrogen storage element production device according to claim 20, characterized in that the compression device at least one in the cavity (14, 112) plungable punch (10, 26, 116, 119).
Wasserstoffspeicherelement-Herstellvorrichtung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Kavität (14, 112) aus einer Durchgangsöffnung in einer Matrize (28, 110) und einem die Durchgangsöffnung zu einer Seite hin verschließenden ersten Stempel (10, 116) gebildet ist und dass ein zweiter Stempel (26, 119) vorgesehen ist, wobei mindestens der zweite Stempel (26, 119) in Richtung auf den ersten Stempel (10, 116) in die Kavität (14, 112) bzw. innerhalb der Kavität (14, 112) verfahrbar ist. A hydrogen storage element manufacturing apparatus according to claim 20 or 21, characterized in that the cavity (14, 112) from a through hole in a die (28, 110) and the through opening to a side closing first punch (10, 116) is formed and a second punch (26, 119) is provided, wherein at least the second punch (26, 119) in the direction of the first punch (10, 116) into the cavity (14, 112) or within the cavity (14, 112 ) is movable.
Verfahren zur Herstellung eines Wasserstoffspeicherelements, insbesondere unter Verwendung einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei dem Verfahren A method for producing a hydrogen storage element, in particular using a device according to any one of the preceding claims, wherein in the method
mindestens zwei verschiedene Materialien (16, 22) zur Befüllung einer Kavität (14, 112) ausgegeben und in die Kavität (14, 112) eingebracht werden,  at least two different materials (16, 22) for filling a cavity (14, 112) are output and introduced into the cavity (14, 112),
wobei das erste Material ein primär einer Wasserstoffspeicherung dienendes Material und das zweite Material ein primär einer Wärmeleitung und/oder einer Gasleitung dienendes Material ist und  wherein the first material is a primary hydrogen storage material and the second material is a primary heat pipe and / or gas line material;
wobei die mindestens zwei Materialien (16, 22) aus verschiedenen Bereichen einer Befülleinrichtung (18, 24, 120) gleichzeitig oder zeit- lieh getrennt ausgegeben sowie in verschiedene Bereiche der Kavität (14, 112) eingebracht werden. wherein the at least two materials (16, 22) from different regions of a filling device (18, 24, 120) simultaneously or temporarily borrowed separately and introduced into different areas of the cavity (14, 112).
Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Befülleinrichtung (18 24, 120) und die Kavität (14, 112) bei deren Befüllung relativ zueinander bewegt werden. A method according to claim 23, characterized in that the filling device (18 24, 120) and the cavity (14, 112) are moved relative to each other during their filling.
Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Befülleinrichtung (120) und die Kavität (112) um eine Mittenachse (114) relativ zueinander drehbar sind. A method according to claim 23 or 24, characterized in that the filling device (120) and the cavity (112) about a central axis (114) are rotatable relative to each other.
Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialien (16, 22) zeitgleich als nebeneinander verlaufende Materialströme intermittierend oder kontinuierlich austreten und dass die Materialströme unter Verdrehung um eine durch die Anordnung der Materialströme sowie in Richtung der Fließrichtung der Materialströme verlaufenden Achse zur Bildung einer Schraubenlinien- und/oder wellenförmigen Struktur mindestens eines der Materialien (16, 22) in die Kavität (14, 112) eingebracht werden. A method according to claim 25, characterized in that the materials (16, 22) at the same time intermittently or continuously emerge as juxtaposed streams of material and that the material flows under rotation about an axis passing through the arrangement of the material streams and in the direction of the flow of material streams axis to form a Helical and / or wavy structure of at least one of the materials (16, 22) are introduced into the cavity (14, 112).
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialien (16, 22) rieselfähig sind und es sich insbesondere um Pulvermaterialien handelt. Method according to one of claims 23 to 26, characterized in that the materials (16, 22) are free-flowing and are in particular powder materials.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass neben rieselfähigen Materialien (16, 22) auch Materialien mit eigen- formstabiler Struktur in z. B. Strang-, Streifen- oder Bandform in die Kavität (14, 112) eingebracht werden. Method according to one of claims 23 to 27, characterized in that in addition to free-flowing materials (16, 22) and materials with intrinsically stable structure in z. B. strand, strip or tape shape in the cavity (14, 112) are introduced.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Material innerhalb der Kavität (14, 112) verdichtet wird . Method according to one of claims 23 to 28, characterized in that the material within the cavity (14, 112) is compressed.
30. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdich- tung mittels mindestens eines Stempels (10, 26, 116, 119) erfolgt oder dass eine isostatische Verdichtung erfolgt. 30. Method according to claim 29, characterized in that the compaction tion by means of at least one stamp (10, 26, 116, 119) or that an isostatic compaction takes place.
31. Verwendung einer Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 22 und/oder einem Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche31. Use of a device according to at least one of claims 1 to 22 and / or a method according to at least one of the claims
23 bis 30 zur Herstellung eines Wasserstoffspeicherelements in Form eines bei Einsatz als Wasserstoffspeicher formstabilen, Scheiben-, block-, tabletten-, pallett- odgl. -förmigen Verbundmaterials. 32. Rohling, insbesondere erhältlich unter Verwendung einer Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 22 und/oder einem Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 23 bis 30 mit 23 to 30 for producing a hydrogen storage element in the form of a form-stable when used as a hydrogen storage, disc, block, tablet, pallet or the like. -shaped composite material. 32. Blank, in particular obtainable using a device according to at least one of claims 1 to 22 and / or a method according to at least one of claims 23 to 30 with
einem Körper, der mindestens zwei unterschiedliche Materialien aufweist, die in verschiedenen Bereichen des Körpers und insoweit ge- trennt angeordnet sind, wobei die Materialien an den Grenzen der Bereiche des Körpers, in denen sie angeordnet sind, aneinandergrenzen und  a body comprising at least two different materials arranged in different regions of the body and so far separated, the materials contiguous with each other at the boundaries of the regions of the body in which they are disposed;
wobei das erste Material ein primär einer Wasserstoffspeicherung dienendes Material und das zweite Material ein primär einer Wärme- leitung und/oder einer Gasleitung dienendes Material ist.  wherein the first material is a primary hydrogen storage material and the second material is primarily a thermal line and / or gas line material.
Rohling nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Material innerhalb des Körpers helixförmig angeordnet ist. Blank according to claim 32, characterized in that at least one material is arranged helically within the body.
Rohling nach Anspruch 32 oder 33, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper mindestens ein drittes Material, wobei mindestens zwei, vorzugsweise drei bzw. insbesondere sämtliche Materialien in Pulverform hergestellt sind oder mindestens eines der Materialien, z. B. das dritte Material, Strang-, Streifen- oder Bandform aufweist, wobei dieses dritte Material insbesondere schraubenlinienförmig angeordnet und in die anderen Materialien des Körpers eingebettet ist, wobei das erste Material ein primär einer Wasserstoffspeicherung dienendes Material und das zweite Material ein primär einer Gasleitung dienendes Material ist das dritte Material ein primär einer Wärmeleitung dienendes Material ist. Blank according to claim 32 or 33, characterized in that the body is at least a third material, wherein at least two, preferably three or in particular all materials are made in powder form or at least one of the materials, for. B. the third material, strand, strip or tape shape, said third material is in particular arranged helically and embedded in the other materials of the body, wherein the first material is primarily a hydrogen storage serving material and the second material is a primary gas line serving material is the third material is primarily a heat conduction serving material.
35. Zuführvorrichtung für eine Wasserstoffspeicherelement-Vorrichtung, insbesondere einer Presse, nach einem der Ansprüche 1 bis 22 zum Zufüh- ren von zumindest einem ersten und einem zweiten Material, mit einem35. Feeding device for a hydrogen storage element device, in particular a press, according to one of claims 1 to 22 for supplying at least a first and a second material, with a
Mündungsquerschnitt der Zuführvorrichtung, der zumindest einen ersten Bereich und einen davon abgetrennten zweiten Bereich zum parallelen, getrennten Zuführen des ersten und des zweiten Materials in eine Kavität aufweist, wobei die Zuführvorrichtung eine Drehachse aufweist, um der die Zuführvorrichtung drehbar während des Zuführens ist. An orifice cross-section of the feeder comprising at least a first portion and a second portion separated therefrom for feeding the first and second materials in parallel, separately, into a cavity, the feeder having an axis of rotation about which the feeder is rotatable during feeding.
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