WO2017080723A1 - Druckbehälter mit einem lastring, kraftfahrzeug und verfahren zur herstellung eines druckbehälters - Google Patents

Druckbehälter mit einem lastring, kraftfahrzeug und verfahren zur herstellung eines druckbehälters Download PDF

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liner
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Timo Christ
Olivier Cousigne
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/32—Hydrogen storage

Definitions

  • the technology disclosed herein relates to a pressure vessel having a load ring, a motor vehicle, and a method of manufacturing a pressure vessel.
  • Pressure vessels expand depending on factors such as the internal pressure p or the temperature T of the pressure vessel. For this reason, pressure vessels are connected to the body of a motor vehicle after the fixed bearing floating bearing principle. Such a construction requires a relatively large amount of space. It is also incapable of transmitting forces and moments from one end of a pressure vessel to another end of the pressure vessel. Thus, they contribute not or only to a small extent to the rigidity of the body.
  • DE 1993551 6A1 a bottle for pressurized gases with a Garrungsringflansch at the respective ends of the bottle is known. Furthermore, DE 10 2010 053874 A1 discloses a mounting system for a pressure vessel with two safety caps.
  • a pressure vessel for storing fuel for a motor vehicle.
  • a pressure vessel may be, for example, a cryogenic pressure vessel or a high-pressure gas vessel.
  • High-pressure gas containers are formed, essentially at
  • Ambient temperatures fuel e.g., hydrogen
  • Operating pressure also called maximum operating pressure or MOP
  • MOP maximum operating pressure
  • High-pressure gas containers are defined, for example, in the EN13445 standard.
  • Type 111 or type IV pressure vessels have, for example, an inner liner of aluminum or of plastic and a fiber-reinforced layer or sheath of fiber-reinforced plastic (FRP).
  • FRP fiber-reinforced plastic
  • a so-called type-V high-pressure gas container may also be provided, that is to say a linerless pressure container.
  • a cryogenic pressure vessel may be fuel in the liquid or
  • Aggregate state is a thermodynamic state of a substance that has a higher temperature and a higher pressure than the critical point.
  • a cryogenic pressure vessel is particularly suitable to store the fuel at temperatures well below the operating temperature (meaning the temperature range of the
  • Vehicle environment in which the vehicle is to be operated) of the motor vehicle are, for example at least 50 Kelvin, preferably at least 100 Kelvin or at least 150 Kelvin below the
  • the fuel may be, for example, hydrogen, which is stored at temperatures of about 34 K to 360 K in the cryogenic pressure vessel.
  • a pressure vessel with the best possible distribution of stress and low in terms of vehicle integration is an elongated pressure vessel with domed (preferably semi-elliptical) pole caps on both lateral ends, also called domes.
  • a pressure vessel may for example be integrated centrally in the vehicle tunnel.
  • the pressure vessel for storing fuel in a motor vehicle comprises a liner and a fiber-reinforced layer which at least partially surrounds the liner.
  • Fiber-reinforced plastics for example carbon fiber-reinforced plastics (CFRP) and glass-fiber reinforced plastics (GRP)
  • CFRP carbon fiber-reinforced plastics
  • GRP glass-fiber reinforced plastics
  • Pressure vessel acts reinforcing by fibers embedded in a plastic matrix.
  • An FRP comprises fibers and matrix material that
  • the fiber reinforced layer is i.d.R. a layer having cross and circumferential layers. You manage i.d.R. the entire resulting from the internal pressure
  • Circumferential layers that provide reinforcement in the tangential direction.
  • the Peripheral layers extend in the circumferential direction U of the pressure vessel.
  • the circumferential positions are oriented at a 90 ° angle to the pressure vessel longitudinal axis AA.
  • the technology disclosed herein also relates to a liner for one
  • the liner may be made of a metal, a metal alloy or a plastic.
  • a liner made of aluminum or of an aluminum alloy is expedient.
  • the fuel is stored in the liner and the liner is i.d.R. responsible for the tightness of the pressure vessel. For example, if storing hydrogen, the liner is i.d.R. trained, one
  • the liner also serves as a wrap and / or braid core.
  • a metallic design can be load-bearing as well as, like a polymer liner, not load-bearing.
  • the ünerkontur is chosen as thin as possible, since the strength of the fiber composite is much higher and thus a thinner overall wall thickness can be achieved.
  • the max. Thickness of the liner less than 30 mm, preferably less than 10 mm or 5 mm.
  • the liner i.d.R. an elongated shape with domed polar caps on.
  • the pole caps and the cylindrical jacket region M arranged therebetween are in particular advantageously integrally formed. In at least one of the pole caps of the liner, an opening is provided.
  • the pressure vessels with metal liner usually have no additional boss. They have so-called ports.
  • the boss is usually from one Made of steel or aluminum alloy.
  • the boss is advantageously at least partially covered by the fiber reinforced layer.
  • the boss can serve to connect any fuel lines to the pressure vessel.
  • the boss may, for example, a neck, also called neck, to which a fuel line can be flanged.
  • other components for example by a
  • this connection portion rests on the liner.
  • the technology disclosed herein further comprises at least one load ring or load transfer ring (hereinafter:
  • the load ring may be made of a metal, of a plastic or of a metal alloy.
  • the load ring may be arranged in the transition regions from the cylinder to the dome of the pressure vessel.
  • the transition region Ü can be the region in which the liner already has at least 80%, preferably at least 90%, of the mean diameter Di which the liner has in the (essentially cylindrical) jacket region M.
  • the load ring may be disposed immediately laterally in the axial direction adjacent to a peripheral layer region of the fiber reinforced layer. In the circumferential layer region of the fiber-reinforced layer, at least one fiber layer runs in the circumferential direction (hoop position).
  • the peripheral layer area is expediently arranged in the jacket region M. In particular, the load ring is adjacent to the area of
  • fiber reinforced layer is higher due to the peripheral layers than in the region in which the load ring is arranged.
  • the load ring may be formed, for example, as solid material, e.g. as a ring plate or clamp.
  • the load ring may have recesses.
  • the recesses provided in the load ring can be designed so that a truss structure is formed.
  • a wire structure for example wire mesh
  • a grid structure forms the load ring, from the surface of which the connecting pins or bolts extend away.
  • the framework could be realized differently than by punching.
  • the truss and / or the wire or grid structure for example, on metallic material and / or on
  • the wires, grids and / or fibers are advantageously oriented in such a way that, when transmitting forces and / or moments between the connecting pins and the bolts (see below), they act for the most part on the principle of tension or compression rods.
  • the load ring itself comprises at least one
  • Laminate layer of a fiber-reinforced plastic Preferably, the fibers of at least one (in particular unidirectional) layer of the laminate layer are arranged in the circumferential direction (hoop layers). Other layers of the laminate layer may be oriented differently.
  • the laminate layer can on the one hand the forces and / or moments between the
  • a load ring may have at least 2, preferably at least 4 connecting pins.
  • the load ring may have at least 2, preferably at least 4 connecting pins.
  • Connecting pins are designed and arranged such that between two circumferentially adjacent connecting pins
  • Reinforcement fibers of the fiber reinforced layer can run.
  • the load ring and the polar caps can be easily wrapped or
  • the connecting pins can be firmly attached to the load ring, for example by
  • a support reinforcement may be provided, which may be materially connected to the load ring. Preferably, it is a material thickening in the region of the connecting pins, which form the transition to the dome cap.
  • the support reinforcements are shaped such that forces acting on the connecting pins can be introduced well into the liner and / or into the fiber-reinforced layer.
  • the support reinforcement widens towards the surface of the load ring.
  • the connecting pin thus at its free end to a smaller thickness than at its foot, which is connected to the load ring.
  • notch effects in the transition from the connecting pins to the load ring can be reduced.
  • the connecting pins but not in the radial direction with respect to the maximum outer circumference of the impression cylinder.
  • the required space can be further limited. Furthermore, the risk of unwanted and possibly unnoticed damage during transport of the pressure vessel is reduced.
  • At least one connecting pin is designed to transmit external loads from a vehicle body of the motor vehicle into the liner and / or into the fiber-reinforced layer of the pressure vessel.
  • at least a portion of at least one connecting pin is coupled directly or indirectly to the body, so that forces can be transmitted.
  • the connecting pin for this purpose have an external thread and / or an internal thread.
  • a locking mechanism may be provided for coupling the at least one connecting pin, as in the German going back to the Applicant
  • Patent application with the application number DE 10 2015 206825.0 is disclosed.
  • the technology disclosed herein further relates to a motor vehicle
  • the connecting pins of the pressure vessel may advantageously be provided with body attachment elements (e.g., the aforementioned
  • the pressure vessel (in particular the at least one load ring, the liner and the fiber reinforced layer) may be configured to transmit forces and / or moments that are greater in magnitude, e.g. at least by a factor of 2.5, 4, 8, 10, 20, or 100, as the forces and / or moments resulting from the mass of the pressure vessel and the fuel contained therein during operation (e.g., gravity,
  • a load ring is provided in the two transitional regions Ü to the ends of the at least one pressure vessel.
  • the pressure vessel may thus be designed as a load-bearing pressure vessel or as a stiffening element of the body. It can therefore be stiffened without additional efforts the vehicle body.
  • the load ring may further comprise bolts which also project outwardly from the surface of the load ring.
  • the bolts do not protrude from the fiber reinforced layer.
  • the bolts may serve to introduce the forces into the fiber-reinforced layer which have been introduced into the load ring via the connecting pins.
  • the bolts are preferably shorter and / or thinner than the connecting pins. Thus, it is advantageous to reduce weight and material costs of the load ring.
  • the connecting pins and / or the bolts are preferably arranged in such a way that more reinforcing fibers of the fiber-reinforced layer can be deposited at the end (s) in the circumferential direction U than in one
  • the connecting pins and / or bolts can be designed and arranged such that they function as winding and / or braiding aids by laterally supporting reinforcing fibers or rovings and thus preventing them from slipping off, for example in the case of non-geodesic deposition.
  • the connecting pins and / or the bolts are preferred
  • the bolts and / or the connecting pins are arranged at a distance from the opening of the pressure vessel. If the bolts and / or connecting pins are arranged at a distance, forces and / or moments can be introduced into the pressure vessel particularly well.
  • the load ring has an inner diameter which corresponds to about 80% to 120% of the average outer diameter of the liner in the jacket region M.
  • the load ring has an annular width of from 5 mm to 200 mm, further preferably from 10 mm to 100 mm and particularly preferably from 15 mm to about 50 mm. If the load ring has a certain width, the tilting moments are reduced. However, if the load ring is too wide, the weight increases and assembly is difficult.
  • the load ring itself preferably has a thickness of from 0.1 mm to 10 mm, more preferably of 0.25. mm to 5 mm and more preferably from 0.5 mm to about 2 mm.
  • the load ring may in particular be arranged in a recessed area of the liner, for example in a groove or in a ring seat.
  • the groove and the load ring may be formed such that the surface of the Lastrings flush with the surface of the liner.
  • the connecting pins and / or bolts may also have other cross-sectional geometries (e.g., oval or oblong cross-sectional geometries) in addition to a circular cross-sectional geometry.
  • they are designed and arranged such that fibers of the fiber-reinforced layer can run between adjacent bolts and connecting pins.
  • the load ring may in particular be formed integrally with a boss or port of the pressure vessel.
  • the load ring can at least partially on the liner and / or possibly on the boss or port directly or indirectly on or rest.
  • Indirect means in this context that at least one intermediate layer between the load ring and the liner and / or possibly boss or port can be arranged. This can serve, for example, to prevent contact corrosion between two metal materials.
  • an intermediate layer can serve to fix the load ring during the braiding and / or winding process.
  • a fiber-reinforced layer could also be used as an intermediate layer.
  • the load ring can therefore also be applied to a few layers of fiber material of the fiber-reinforced layer. He does not necessarily have to rest on the liner.
  • the technology disclosed herein further relates to a method of manufacturing a pressure vessel. The method comprises the steps:
  • load ring and the liner are implemented as disclosed herein;
  • the fiber-reinforced layer or sheathing is usually produced in a winding process and / or in a braiding process. At least in some areas, the thickness of the fiber-reinforced layer is preferably less than the length of at least two connecting pins, so that the
  • Connecting pins in the installation position of the pressure tank to the body can be coupled directly or indirectly.
  • the technology disclosed herein relates to a component for initiation
  • Connecting pins made of solid material which may protrude in length over the surface of the laminate possibly with a thread.
  • connection pins for Force application can be further shorter and thinner bolts arranged in a similar arrangement as the connecting pins on the ring. The other bolts guide the load evenly over the entire circumference of the ring into the CFRP reinforcement, thus reducing the load
  • the load ring may be made of a metallic, a fiber composite or other suitable material.
  • the load ring may be designed so that it caused by the internal pressure circumferential and
  • the connecting pins can be designed space- or diameter-neutral by being positioned next to the end of the circumferential layers of the CFRP reinforcement. It is also conceivable that the load ring is sunk in a groove in the liner to allow a smooth transition between liner and load ring and a smaller diameter.
  • Fig. 1 is a cross-sectional view of a pressure vessel
  • Fig. 2 is an enlarged cross-sectional view of the detail A according to the
  • FIG. 3 is a further enlarged cross-sectional view of the detail A according to FIG. 1; FIG.
  • FIG. 4 is a further enlarged cross-sectional view of the detail A according to FIG. 1;
  • FIG. 5 is a sectional view taken along the line BB of Fig. 2nd Fig. 1 shows a partial cross section of a pressure vessel with a liner 1 10 and a fiber reinforced layer 120.
  • the liner 1 10 forms a storage volume I for the fuel.
  • an outlet or opening O is provided for the stored fuel.
  • This opening O and the boss 140 are not to be regarded as a connecting pin 132.
  • From the surface 138 (see Fig. 5) of the load ring 130 are the connecting pins 132 from.
  • the connecting pins 132 may have a support reinforcement at the foot of the connecting pins 132 (not shown).
  • the connecting pins 132 are here formed integrally with the load ring 130, which bears directly on the liner 1 10 here.
  • the load ring 130 protrudes here into the jacket area M of the pressure vessel or of the liner 1 10.
  • the load ring 130 is here completely covered by the fiber reinforced layer 120.
  • Only the connecting pins 132 protrude from the fiber-reinforced layer 120.
  • the protruding part of the connecting pins 132 is advantageously used for coupling the pressure vessel to the vehicle body.
  • the boss 140 has a neck 142 in which a further connection element 170 is inserted here.
  • bolts 134 Adjacent to the connecting pins 132, bolts 134 may also be disposed radially spaced from the boss (not shown here, see Fig. 5). If forces and moments are now transmitted to the connecting pins 132 by the body (not shown), these are partially introduced directly into the fiber-reinforced layer 120.
  • the load ring portion 137 (not shown here, see Fig. 5) between the respective connecting pins 132 and bolt 134 can transmit these forces and moments also to the bolts 134.
  • the bolts 134 then direct the forces and / or moments into the fiber reinforced layer 120
  • the load-bearing section 137 cohesively introduces a part of the forces and moments into the fiber-reinforced layer 120.
  • the transmitted from the body forces and moments are thus partially by the connecting pins 132 and bolts 134 each form-fitting and by the surface of the Lastringabitess 137 material fit in the fiber reinforced layer 120 introduced.
  • the forces and moments are thus introduced comparatively flat in the fiber-reinforced layer 120. Point-shaped loads are reduced.
  • overall comparatively high forces and moments can be at the same time low
  • Transfer pressure vessel weight Furthermore, the structure disclosed here is relatively simple and thus inexpensive to produce.
  • the load ring 130 itself also reinforces the container with respect to forces that from the
  • Tank internal pressure results.
  • a load ring 130 made of a fiber-reinforced plastic is used, then the fibers in the laminate can advantageously be arranged in the circumferential direction U (see FIG. At the second end P2, a blind boss is provided.
  • the load rings 130, 1 30' can here be made of aluminum or an aluminum alloy, for example.
  • FIG. 2 shows the detail A of FIG. 1.
  • the peripheral layer region 126 has a greater thickness than an adjacent fiber region 128 due to the additional peripheral layers 122.
  • the adjacent fiber region 128 is disposed in the axial direction of the pressure vessel immediately adjacent to and adjacent to the peripheral layer region 126. This transition from
  • the load ring 130 includes several
  • Connecting pins 132 are perpendicular to the outside of the surface 138 of the load ring 130.
  • the load ring 130 also has pins 134, which are arranged offset in the circumferential direction (not shown here, see Fig. 5).
  • the load ring 130 itself has at least one laminate layer 133, the fibers of which extend in the circumferential direction U.
  • the load ring 130 is capable, similar to the circumferential layers 122 in the peripheral layer region 126, of absorbing forces that cause the pressure vessel internal pressure.
  • FIG. 3 shows a further embodiment of detail A. Only the differences in comparison with the embodiment according to FIG. 2 will be explained below. All other features are essentially the same.
  • the pressure vessel shown here has a load ring 130, which in a
  • recessed area 1 12 (here an annular groove) is inserted.
  • the connecting pins 132 and the bolts 134 do not protrude beyond the outer diameter Da of the pressure vessel.
  • the bolts 134 and the connecting pins 132 are here offset from one another in the axial direction. Also shown here are two rows of bolts that also protrude from the fiber reinforced layer, but neither is necessary.
  • the load ring is made wider here than in the embodiment according to FIG. 2.
  • the load ring 130 is here formed from an aluminum sheet. However, other materials can be used as well.
  • the bolts can be hidden 100% in the fiber reinforced layer 120.
  • the connecting pins 132 suitably look out of the fiber reinforced layer to a
  • Fig. 4. shows a further embodiment of the detail A.
  • the load ring is not completely in here
  • Mantle area M arranged, but also extends into the
  • Pole cap Pi Especially in the polar cap area, it is difficult
  • the load ring 1 30 can be manufactured separately. It may be easier in the load ring 1 30
  • the contact surface of the load ring 1 30 is correspondingly shaped to an annular seat of the liner 1 1 0.
  • the support surface and the ring seat are designed so that the load ring 130 can slide laterally from one end of the liner forth on the ring seat.
  • the load ring can be easily mounted or positioned prior to application of the fiber reinforced layer 120.
  • the surface 1 38 of the load ring 130 terminates flush with the adjacent surface portions of the liner 1 1 0.
  • Fig. 5 shows a sectional view taken along the line B-B of Fig. 2.
  • Pressure tank is formed here in cross-section circular.
  • the load ring 1 30 is here directly on the liner 1 1 0.
  • From the surface 1 38 of the load ring 130 are here in the radial direction of connecting pins 1 32 and bolt 134 from.
  • the adjacent bolts 1 34 and connecting pins 1 32 are here in the circumferential direction in each case spaced from each other. If a force FA or a moment is then picked up via a connecting pin 132, the connecting pin 1 32 transmits part of this load directly to the fiber-reinforced layer 1 20 (arrow F132).
  • the other part of this load is introduced into the load ring 130.
  • the load ring or the load ring sections 1 37 transmit this other part to the bolts 1 34, which in turn divided the load into the fiber-reinforced layer 1 20.
  • the load ring can also be used on some
  • Fiber layers are attached. It does not necessarily have to be fixed on the liner.
  • an elongate pressure vessel which has a cylindrical portion M and correspondingly curved ends Pi, P2.
  • the pressure vessel may have an elliptical basic shape.
  • the cylindrical portion M may be bulged. Then the diameter could vary in the cylindrical region M.
  • the pressure vessel could not have a elliptical basic shape.
  • Laminate layer 133 Laminate layer 133

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Abstract

Die hier offenbarte Technologie betrifft einen Druckbehälter zur Speicherung von Brennstoff. Der Druckbehälter umfasst einen Liner (110) zur Speicherung von Brennstoff; eine faserverstärkte Schicht (120), die den Liner (110) zumindest bereichsweise umgibt; und mindestens einen Lastring (130, 130'). Von der Oberfläche (138) des Lastrings (130, 130') stehen Verbindungsstifte (132, 132') ab, wobei die Verbindungsstifte (132, 132') aus der faserverstärkten Schicht (120) vorstehen. Ferner betrifft die hier offenbarte Technologie ein Kraftfahrzeug und ein Herstellungsverfahren für einen solchen Druckbehälter.

Description

Druckbehälter mit einem Lastring, Kraftfahrzeug und Verfahren zur Herstellung eines Druckbehälters
Die hier offenbarte Technologie betrifft einen Druckbehälter mit einem Lastring, ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Druckbehälters.
Druckbehälter dehnen sich abhängig von Faktoren wie dem Innendruck p oder der Temperatur T des Druckbehälters aus. Aus diesem Grund werden Druckbehälter nach dem Festlager-Loslager-Prinzip an die Karosserie eines Kraftfahrzeuges angebunden. Eine solche Konstruktion benötigt relativ viel Bauraum. Sie ist überdies nicht in der Lage, Kräfte und Momente von einem Ende eines Druckbehälters auf ein anderes Ende des Druckbehälters zu übertragen. Somit tragen sie nicht bzw. nur zu einem geringen Teil zur Steifigkeit der Karosserie bei.
Aus der DE 1993551 6A1 ist eine Flasche für druckbeaufschlagte Gase mit einem Halterungsringflansch an den jeweiligen Enden der Flasche bekannt. Ferner offenbart die DE 10 2010 053874 A1 ein Halterungssystem für einen Druckbehälter mit zwei Sicherungskappen.
Es ist eine Aufgabe der hier offenbarten Technologie, die Nachteile der vorbekannten Lösungen zu verringern oder zu beheben. Insbesondere ist es eine Aufgabe der hier offenbarten Technologie, leichtere und kompaktere Wege zur Fahrzeugintegration von einem Druckbehälter bereitzustellen, wobei es sich insbesondere um einen lasttragenden Druckbehälter handeln kann. Weitere Aufgaben ergeben sich aus den vorteilhaften Effekten der hier offenbarten Technologie. Die Aufgabe(n) wird/werden gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche. Die abhängigen Ansprüche stellen bevorzugte
Ausgestaltungen dar.
Die hier offenbarte Technologie betrifft einen Druckbehälter zur Speicherung von Brennstoff für ein Kraftfahrzeug. Ein solcher Druckbehälter kann beispielsweise ein kryogener Druckbehälter oder ein Hochdruckgasbehälter sein.
Hochdruckgasbehälter sind ausgebildet, im Wesentlichen bei
Umgebungstemperaturen Brennstoff (z.B. Wasserstoff) dauerhaft bei einem max. Betriebsdruck (auch maximum operating pressure oder MOP genannt) von über ca. 350 barü, ferner bevorzugt von über ca. 500 barü und besonders bevorzugt von über ca. 700 barü zu speichern.
Hochdruckgasbehälter sind beispielsweise in der Richtlinie EN13445 definiert. Typ- 111 bzw. Typ-IV Druckbehälter haben beispielsweise einen Innenliner aus Aluminium bzw. aus Kunststoff und eine faserverstärkte Schicht oder Ummantelung aus faserverstärktem Kunststoff (FVK).
Vorteilhaft kann auch ein sogenannter Typ-V Hochdruckgasbehälter vorgesehen sein, also ein linerloser Druckbehälter.
Ein kryogener Druckbehälter kann Brennstoff im flüssigen oder
überkritischen Aggregatszustand speichern. Als überkritischer
Aggregatszustand wird ein thermodynamischer Zustand eines Stoffes bezeichnet, der eine höhere Temperatur und einen höheren Druck als der kritische Punkt aufweist. Ein kryogener Druckbehälter ist insbesondere geeignet, den Brennstoff bei Temperaturen zu speichern, die deutlich unter der Betriebstemperatur (gemeint ist der Temperaturbereich der
Fahrzeugumgebung, in dem das Fahrzeug betrieben werden soll) des Kraftfahrzeuges liegen, beispielsweise mind. 50 Kelvin, bevorzugt mindestens 100 Kelvin bzw. mindestens 150 Kelvin unterhalb der
Betriebstemperatur des Kraftfahrzeuges (i.d.R. ca. -40 °C bis ca. +85 °C). Der Brennstoff kann beispielsweise Wasserstoff sein, der bei Temperaturen von ca. 34 K bis 360 K im kryogenen Druckbehälter gespeichert wird.
Um einen Druckbehälter mit möglichst günstiger Spannungsverteilung zu erhalten und hinsichtlich der Fahrzeugintegration günstig ist ein länglicher Druckbehälter mit gewölbten (bevorzugt halbelliptischförmigen) Polkappen an beiden seitlichen Enden, auch Dome genannt. Ein solcher Druckbehälter kann beispielsweise mittig im Fahrzeugtunnel integriert sein.
Der hier offenbarte Druckbehälter zur Speicherung von Brennstoff in einem Kraftfahrzeug umfasst einen Liner und eine faserverstärkte Schicht, die zumindest bereichsweise den Liner umgibt. Als faserverstärkte Schicht bzw. Ummantelung oder Armierung (nachstehend wird meistens der Begriff „faserverstärkte Schicht" verwendet) kommen faserverstärkte Kunststoffe (FVK) zum Einsatz, bspw. kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK) und glasfaserverstärkte Kunststoffe (GFK). Die FVK-Struktur eines
Druckbehälters wirkt verstärkend durch Fasern, die in einer Kunststoffmatrix eingebettet sind. Ein FVK umfasst Fasern und Matrixmaterial, die
belastungsorientiert kombiniert sein müssen, damit sich die gewünschten mechanischen und chemischen Eigenschaften ergeben. Die faserverstärkte Schicht ist i.d.R. eine Schicht, die Kreuz- und Umfangslagen aufweist. Sie bewältigen i.d.R. die gesamten aus dem Innendruck resultierenden
Spannungen. Um axiale Spannungen zu kompensieren, werden über die gesamte Linerfläche Kreuzlagen gewickelt bzw. geflochten. In dem zylindrischen Mantelbereich M befinden sich die sogenannten
Umfangslagen, die für eine Verstärkung in tangentialer Richtung sorgen. Die Umfangslagen verlaufen in Umfangsrichtung U des Druckbehälters. Die Umfangslagen sind in einem 90° Winkel zur Druckbehälterlängsachse A-A orientiert.
Die hier offenbarte Technologie betrifft ebenfalls einen Liner für einen
Druckbehälter zur Speicherung von Brennstoff. Der Liner kann aus einem Metall, aus einer Metalllegierung oder aus einem Kunststoff hergestellt sein. Zweckmäßig ist beispielsweise ein Liner aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung. Im Liner wird der Brennstoff gespeichert und der Liner ist i.d.R. für die Dichtheit des Druckbehälters zuständig. Falls beispielsweise Wasserstoff gespeichert wird, ist der Liner i.d.R. ausgebildet, eine
Wasserstoffpermeation zu vermeiden. I.d.R. dient der Liner zudem als Wickel- und/oder Flechtkern. Eine metallische Ausführung kann sowohl lasttragend, als auch, wie ein Polymer-Liner, nicht lasttragend ausgelegt sein. Üblicherweise wird die ünerkontur so dünn wie möglich gewählt, da die Festigkeit des Faserverbunds wesentlich höher ist und somit eine dünnere Gesamtwandstärke erreicht werden kann. Beispielsweise kann die max. Wandstärke des Liners weniger als 30 mm, bevorzugt weniger als 10 mm oder 5 mm betragen. Wie der Druckbehälter weist auch der Liner i.d.R. eine längliche Form mit gewölbten Polkappen auf. Die Polkappen und der dazwischen angeordnete zylindrische Mantelbereich M sind insbesondere vorteilhaft einstückig geformt. In mindestens einer der Polkappen des Liners ist eine Öffnung vorgesehen.
An der Öffnung des Liners ist ein Stutzen, auch Boss oder Port genannt, vorgesehen. Druckbehälter mit Kunststoffliner haben i.d.R. einen
metallischen Boss. Die Druckbehälter mit Metallliner haben i.d.R. keinen zusätzlichen Boss. Sie haben sogenannte Ports. Der Boss ist i.d.R. aus einer Stahl- oder Aluminiumlegierung hergestellt. Der Boss wird vorteilhaft zumindest teilweise von der faserverstärkten Schicht abgedeckt. Der Boss kann dazu dienen, etwaige Brennstoffleitungen an den Druckbehälter anzuschließen. Der Boss kann beispielsweise einen Hals, auch Neck genannt, aufweisen, an den eine Brennstoffleitung angeflanscht werden kann. Hierzu können weitere Bauteile, beispielsweise durch ein
Innengewinde, in den Boss eingesetzt werden. An dem den Neck
gegenüberliegenden Ende kann ein sich verbreiternd ausgestalteter
Verbindungsabschnitt vorgesehen sein, der vorteilhaft zumindest
bereichsweise dieselbe Kontur aufweist wie die Polkappe des Liners.
Bevorzugt liegt dieser Verbindungsabschnitt auf dem Liner auf.
Die hier offenbarte Technologie umfasst ferner mindestens einen Lastring bzw. Lastübertragungsring bzw. Lasteinleitungsring (nachstehend:
„Lastring"), der den Liner zumindest bereichsweise umgibt. Mit anderen Worten umschließt der Lastring die äu ßere Oberfläche des Liners zumindest an einer Stelle. Ein Lastring ist dabei ein ringförmiges Element, welches ausgebildet ist, Kräfte und/oder Momente (=Lasten) in den Druckbehälter einzuleiten bzw. zu übertragen. Der Lastring kann aus einem Metall, aus einem Kunststoff oder aus einer Metalllegierung hergestellt sein.
Insbesondere kann der Lastring in den Übergangsbereichen vom Zylinder zum Dom des Druckbehälters angeordnet sein. Der Übergangsbereich Ü kann dabei der Bereich sein, in dem der Liner bereits mindestens 80%, bevorzugt mindestens 90%, des mittleren Durchmessers Di aufweist, den der Liner im (im Wesentlichen zylindrischen) Mantelbereich M aufweist.
Insbesondere kann der Übergangsbereich in den Mantelbereich M
hineinragen. Beispielsweise kann der Übergangsbereich Ü max. 10% oder max. 5% der gesamten axialen Länge des Mantelbereichs M in den Mantelbereich M hineinragen. Der Lastring kann unmittelbar seitlich in axialer Richtung benachbart zu einem Umfangslagenbereich der faserverstärkten Schicht angeordnet sein. Im Umfangslagenbereich der faserverstärkten Schicht verläuft mindestens eine Faserlage in Umfangsrichtung (Hoop-Lage). Der Umfangslagenbereich ist zweckmäßig im Mantelbereich M angeordnet. Insbesondere ist der Lastring benachbart zu dem Bereich der
faserverstärkten Schicht angeordnet, in dem die Schichtdicke der
faserverstärkten Schicht aufgrund der Umfangslagen höher ist als in dem Bereich, in dem der Lastring angeordnet ist.
Der Lastring kann beispielsweise als Vollmaterial ausgebildet sein, z.B. als Ringblech bzw. Schelle. Beispielsweise kann der Lastring Aussparungen aufweisen. Vorteilhaft können die im Lastring vorgesehenen Aussparungen so gestaltet sein, dass eine Fachwerkstruktur entsteht. Ferner ist vorstellbar, dass eine Drahtstruktur (z.B. Drahtgeflecht) bzw. eine Gitterstruktur den Lastring ausbildet, von dessen Oberfläche sich die Verbindungsstifte bzw. Bolzen weg erstrecken. Auch könnte das Fachwerk anders realisiert sein als durch Ausstanzungen. Das Fachwerk und/oder die Draht- bzw. Gitterstruktur können beispielsweise auf metallischem Werkstoff und/oder auf
Faserverbundwerkstoff basieren. Vorteilhaft sind dabei die Drähte, Gitter und/oder Fasern derart orientiert, dass sie bei der Übertragung von Kräften und/oder Momenten zwischen den Verbindungsstiften und den Bolzen (siehe unten) zum größten Teil nach dem Prinzip von Zug- oder Druckstäben wirken. Bevorzugt umfasst der Lastring selbst mindestens eine
Laminatschicht aus einem faserverstärkten Kunststoff. Bevorzugt sind die Fasern von zumindest einer (insbesondere unidirektionalen) Lage der Laminatschicht in Umfangsrichtung angeordnet (Hoop-Lagen). Weitere Lagen der Laminatschicht können anders orientiert sein. Die Laminatschicht kann einerseits die Kräfte und/oder Momente zwischen den
Verbindungsstiften und Bolzen übertragen und andererseits auch bezüglich den aus den Behälterinnendruck resultierenden Kräften die faserverstärkte Schicht in den Polbereichen unterstützen.
Von der Oberfläche des Lastrings stehen Verbindungsstifte nach außen gerichtet ab. Die Verbindungsstifte stehen bzw. ragen aus der
faserverstärkten Schicht hervor. Ein Lastring kann mindestens 2, bevorzugt mindestens 4 Verbindungsstifte aufweisen. Insbesondere können die
Verbindungsstifte derart ausgebildet und angeordnet sein, dass zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten Verbindungsstiften
Verstärkungsfasern der faserverstärkten Schicht verlaufen können. Somit lassen sich der Lastring und die Polkappen einfach umwickeln bzw.
umflechten. Ferner können die von der Fahrzeugkarosserie übertragenen Kräfte und Momente besser in die faserverstärkte Schicht eingeleitet werden. Spannungsspitzen werden dabei reduziert. Die Verbindungsstifte können stoffschlüssig an dem Lastring befestigt sein, beispielsweise durch
Schweißen, Kleben Löten und/oder umspritzen. Ferner bevorzugt können die Verbindungsstifte und der Lastring durch ein urformendes
Herstellungsverfahren einstückig produziert werden. Am Fuß von mindestens einem Verbindungsstift (bevorzugt von jedem lasttragenden Verbindungsstift) kann eine Auflageverstärkung vorgesehen sein, die mit dem Lastring stoffschlüssig verbunden sein kann. Bevorzugt handelt es sich um eine Materialverdickung in dem Bereich der Verbindungsstifte, die den Übergang zur Domkappe ausbilden. Bevorzugt sind die Auflageverstärkungen derart geformt, dass auf die Verbindungsstifte einwirkende Kräfte gut in den Liner und/oder in die faserverstärkte Schicht eingeleitet werden können. Vorteilhaft verbreitert sich die Auflageverstärkung zur Oberfläche des Lastrings hin. Mithin weist der Verbindungsstift also an seinem freien Ende eine geringere Dicke auf als an seinem Fuß, der mit dem Lastring verbunden ist. Somit lassen sich Kerbwirkungen im Übergang von den Verbindungsstiften zum Lastring reduzieren. Besonders bevorzugt stehen die Verbindungsstifte jedoch nicht in radialer Richtung in Bezug auf den maximalen Außenumfang des Druckzylinders hervor. Somit lässt sich der benötigte Bauraum weiter einschränken. Ferner verringert sich die Gefahr von ungewollten und evtl. unbemerkten Beschädigungen während des Transportes der Druckbehälter.
Besonders bevorzugt ist zumindest ein Verbindungsstift ausgebildet, externe Lasten von einer Fahrzeugkarosserie des Kraftfahrzeuges in den Liner und/oder in die faserverstärkte Schicht des Druckbehälters zu übertragen. Bevorzugt ist dazu in der Einbaulage des Druckbehälters zumindest ein Teilbereich von zumindest einem Verbindungsstift mit der Karosserie direkt oder indirekt gekoppelt, so dass Kräfte übertragen werden können.
Beispielsweise kann der Verbindungsstift hierzu ein Außengewinde und/oder ein Innengewinde aufweisen. Ferner bevorzugt kann zur Kopplung des mindestens einen Verbindungsstiftes ein Feststellmechanismus vorgesehen sein, wie er in der auf die Anmelderin zurückgehenden deutschen
Patentanmeldung mit der Anmeldenummer DE 10 2015 206825.0 offenbart ist. Der Feststellmechanismus der DE 10 2015 206825.0 (dort
Bezugszeichen 143, 144; 143', 144') sowie dessen funktionale Anordnung und die Interaktion mit dem Verbindungsstift sowie der Verbindungsstift selbst wird hiermit mittels Verweis mit in diese Patentanmeldung
aufgenommen. Ebenso wird hiermit die Befestigungsvorrichtung der auf die Anmelderin zurückgehenden deutschen Patentanmeldung DE
102015206826.9 (dort Bezugszeichen 140, 140') mittels Verweis mit in diese Patentanmeldung aufgenommen.
Mit der hier offenbarten Technologie ist es vorteilhaft möglich, Kräfte und Momente von der Karosserie in den Druckbehälter zu übertragen. Die Gesamtsteifigkeit des Kraftfahrzeuges kann somit kostengünstig, annähernd gewichtsneutral und mit wenig Bauraumbedarf signifikant gesteigert werden. Die hier offenbarte Technologie betrifft ferner ein Kraftfahrzeug,
insbesondere ein zweispuriges Kraftfahrzeug, mit einem Druckbehälter wie er hier offenbart ist. Die Verbindungsstifte des Druckbehälters können vorteilhaft mit Karosserieanbindungselemente (z.B. der vorgenannte
Feststellmechanismus) des Kraftfahrzeuges derart gekoppelt sein, dass Kräfte und/oder Momente von der Karosserie in den Druckbehälter übertragbar sind. Der Druckbehälter (insbesondere der mindestens eine Lastring, der Liner und die faserverstärkte Schicht) kann ausgebildet sein, Kräfte und/oder Momente zu übertragen, die vom Betrag her größer sind, z.B. mindestens um den Faktor 2,5, 4, 8, 10, 20 oder 100, als die Kräfte und/oder Momente, die aus der Masse des Druckbehälters und des darin enthaltenen Brennstoffs im Betrieb resultieren (z.B. Gewichtskraft,
Querbeschleunigung, etc.). Bevorzugt ist in den beiden Übergangsbereichen Ü zu den Enden des mindestens einen Druckbehälters jeweils ein Lastring vorgesehen. Somit lassen sich vorteilhaft Kräfte an einem ersten Ende Pi des Druckbehälters von der Karosserie in den Druckbehälter einleiten und am zweiten Ende P2 des Druckbehälters wieder in die Karosserie ausleiten. Der Druckbehälter kann also als lasttragender Druckbehälter bzw. als Versteifungselement der Karosserie ausgebildet sein. Es lässt sich also ohne zusätzliche Streben die Fahrzeugkarosserie versteifen.
Der Lastring kann ferner Bolzen umfassen, die ebenfalls von der Oberfläche des Lastrings nach außen abstehen. Bevorzugt ragen die Bolzen nicht aus der faserverstärkten Schicht hervor. Die Bolzen können insbesondere dazu dienen, die Kräfte in die faserverstärkte Schicht einzuleiten, die über die Verbindungsstifte in der Lastring eingeleitet wurden. Die Bolzen sind bevorzugt kürzer und/oder dünner als die Verbindungsstifte. Somit lassen sich vorteilhaft Gewicht und Materialkosten des Lastrings verringern. Bevorzugt sind die Verbindungsstifte und/oder die Bolzen derart angeordnet, dass mehr Verstärkungsfasern der faserverstärkten Schicht an dem/den Ende(n) in Umfangsrichtung U abgelegt werden können als bei einer
Ausgestaltung ohne Verbindungsstiften und/oder Bolzen. Mit anderen Worten können die Verbindungsstifte und/oder Bolzen derart ausgebildet und angeordnet sein, dass sie als Wickel- und/oder Flechthilfen fungieren, indem Verstärkungsfasern bzw. Rovings lateral gestützt und somit auch bei beispielsweise nicht geodätischer Ablage vor dem Abrutschen bewahrt werden. Bevorzugt sind die Verbindungsstifte und/oder die Bolzen
konzentrisch oder im Wesentlichen konzentrisch um die Öffnung des Liners angeordnet.
Besonders bevorzugt sind die Bolzen und/oder die Verbindungsstifte beabstandet von der Öffnung des Druckbehälters angeordnet. Sind die Bolzen und/oder Verbindungsstifte beabstandet angeordnet, so lassen sich besonders gut Kräfte und/oder Momente in den Druckbehälter einleiten. Bevorzugt weist der Lastring einen Innendurchmesser auf, der ca. 80% bis 120% des mittleren Außendurchmessers des Liners im Mantelbereich M entspricht. Bevorzugt weist der Lastring eine Ringbreite auf von 5 mm bis 200 mm, ferner bevorzugt von 10 mm bis 100 mm und besonders bevorzugt von 15 mm bis ca. 50 mm. Weist der Lastring eine gewisse Breite auf, reduzieren sich die Kippmomente. Ist der Lastring indes zu breit, so erhöht sich das Gewicht und die Montage ist erschwert. Der Lastring selbst (ohne Bolzen bzw. Verbindungsstifte) weist bevorzugt eine Dicke auf von 0,1 mm bis 10 mm, ferner bevorzugt von 0,25. mm bis 5 mm und besonders bevorzugt von 0,5 mm bis ca. 2 mm.
Der Lastring kann insbesondere in einem ausgesparten Bereich des Liners angeordnet sein, beispielsweise in einer Nut oder in einem Ringsitz. Die Nut und der Lastring können derart ausgebildet sein, dass die Oberfläche des Lastrings bündig mit der Oberfläche des Liners abschließt. Somit lassen sich vorteilhaft Spannungsspitzen in der faserverstärkten Schicht reduzieren.
Die Verbindungsstifte und/oder Bolzen können neben einer kreisrunden Querschnittsgeometrie auch andere Querschnittsgeometrien (z.B. ovale oder längliche Querschnittsgeometrien) aufweisen. Sie sind insbesondere derart ausgebildet und angeordnet, dass zwischen benachbarten Bolzen und Verbindungsstiften Fasern der faserverstärkten Schicht verlaufen können.
Der Lastring kann insbesondere einstückig mit einem Boss bzw. Port des Druckbehälters ausgebildet sein.
Der Lastring kann zumindest bereichsweise an dem Liner und/oder ggf. an dem Boss bzw. Port direkt oder indirekt an- bzw. aufliegen. Indirekt meint in diesem Zusammenhang, dass mindestens eine Zwischenschicht zwischen dem Lastring und dem Liner und/oder ggf. Boss bzw. Port angeordnet sein kann. Diese kann beispielsweise dazu dienen, Kontaktkorrosion zwischen zwei Metallmaterialien zu verhindern. Auch kann eine Zwischenschicht dazu dienen, den Lastring während des Flecht- und/oder Wickelprozesses zu fixieren. Als Zwischenschicht könnte ebenfalls eine faserverstärkte Schicht eingesetzt werden. Der Lastring kann also auch auf einige Schichten aus Fasermaterial der faserverstärkten Schicht angebracht werden. Er muss nicht unbedingt auf dem Liner anliegen. Beispielsweise könnten zunächst ein paar Lagen der faserverstärkten Schicht aufgebracht werden, dann der Lastring auf diese Lagen positioniert werden, bevor anschließend weitere Lagen der faserverstärkten Schicht abgelegt werden. Die hier offenbarte Technologie betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Druckbehälters. Das Verfahren umfasst die Schritte:
- Bereitstellen eines Liners zur Speicherung von Brennstoff;
- Bereitstellen mindestens eines Lastrings,
wobei der Lastring und der Liner so ausgeführt sind, wie sie hier offenbart sind; und
- Aufbringen einer faserverstärkten Schicht wobei die faserverstärkte
Schicht den Lastring zumindest teilweise bedeckt, und wobei die
Verbindungsstifte des Lastrings aus der faserverstärkten Schicht vorstehen.
Die faserverstärkte Schicht bzw. Ummantelung wird in der Regel in einem Wickelprozess und/oder in einem Flechtprozess hergestellt. Zumindest bereichsweise ist die Dicke der faserverstärkten Schicht bevorzugt geringer ist als die Länge von mindestens zwei Verbindungsstifte, so dass die
Verbindungsstifte in der Einbaulage des Drucktanks an die Karosserie direkt oder indirekt koppelbar sind.
Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Bauteil zur Einleitung
mechanischer Lasten in die Faserverbundwerkstoff-Armierung eines
Druckbehälters, insbesondere im Übergangsbereich zwischen Zylinder und Dom. Der Druckbehälter umfasst eine ringförmige Krone (= Lastring oder Ring) mit parallel zum Radius nach außen angeordneten Verbindungsstiften, die das Laminat über seine gesamte Dicke von innen nach außen
durchdringen. Anhand der Verbindungsstifte kann von außen mechanische Last in den Druckbehälter eingeleitet werden. Zweckmäßig sind die
Verbindungsstifte aus Vollmaterial, die in ihrer Länge über die Oberfläche des Laminats eventuell mit einem Gewinde hinausragen. Somit kann über einen formschlüssigen und verschraubten Aufsatz die Einleitung von Zug-, Druck- und Torsionslasten erfolgen. Zusätzlich zu den Verbindungsstiften zur Krafteinleitung können weitere kürzere und dünnere Bolzen in ähnlicher Anordnung wie die Verbindungsstifte auf dem Ring angebracht sein. Die weiteren Bolzen leiten die Last gleichmäßig über den gesamten Umfang des Rings verteilt in die CFK-Armierung ein und reduzieren somit die
Spannungsspitzen an den Lasteinleitungspunkten. Zu hohe
Spannungsspitzen können zur Schädigung des Werkstoffes führen. Der Lastring kann aus einem metallischen, einem Faserverbund- oder einem anderen geeigneten Werkstoff gefertigt sein. Der Lastring kann derart ausgelegt sein, dass er vom Innendruck verursachte Umfangs- und
Biegespannungen mitträgt und somit die charakteristischen
Spannungsspitzen in diesem Bereich glättet. Die Verbindungsstifte können bauraum- bzw. durchmesserneutral ausgelegt werden, indem sie neben dem Ende der Umfangslagen der CFK-Armierung positioniert werden. Zudem ist vorstellbar, dass der Lastring in einer Nut im Liner versenkt wird, um einen stufenlosen Übergang zwischen Liner und Lastring sowie einen geringeren Durchmesser zu ermöglichen.
Die hier offenbarte Technologie wird nun anhand der schematischen Figuren erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines Druckbehälters;
Fig. 2 eine vergrößerte Querschnittsansicht des Details A gemäß der
Fig. 1 ;
Fig. 3 eine weitere vergrößerte Querschnittsansicht des Details A gemäß der Fig. 1 ;
Fig. 4 eine weitere vergrößerte Querschnittsansicht des Details A gemäß der Fig. 1 ; und
Fig. 5 eine Schnittansicht entlang der Linie B-B der Fig. 2. Die Fig. 1 zeigt einen teilweisen Querschnitt von einem Druckbehälter mit einem Liner 1 10 und einer faserverstärkten Schicht 120. Der Liner 1 10 bildet ein Speichervolumen I für den Brennstoff aus. Am vorderen Ende Pi ist ein Auslass bzw. eine Öffnung O für den gespeicherten Brennstoff vorgesehen. Diese Öffnung O sowie der Boss 140 sind nicht als Verbindungsstift 132 anzusehen. Von der Oberfläche 138 (vgl. Fig. 5) des Lastrings 130 stehen die Verbindungsstifte 132 ab. Die Verbindungsstifte 132 können am Fuß der Verbindungsstifte 132 eine Auflageverstärkung aufweisen (nicht dargestellt). Die Verbindungsstifte 132 sind hier einstückig mit dem Lastring 130 ausgebildet, der hier an dem Liner 1 10 direkt anliegt. Der Lastring 130 ragt hier in den Mantelbereich M des Druckbehälters bzw. des Liners 1 10 hinein. Der Lastring 130 ist hier gänzlich von der faserverstärkten Schicht 120 bedeckt. Lediglich die Verbindungsstifte 132 ragen aus der faserverstärkten Schicht 120 hervor. Der herausragende Teil der Verbindungsstifte 132 dient vorteilhaft zur Kopplung des Druckbehälters an die Fahrzeugkarosserie. Der Boss 140 weist ein Neck 142 auf, in dem hier ein weiteres Anschlusselement 170 eingesetzt ist. Benachbart zu den Verbindungsstiften 132 können Bolzen 134 ebenfalls radial beabstandet zum Boss angeordnet sein (hier nicht gezeigt; vgl. Fig. 5). Werden nun von der Karosserie (nicht gezeigt) Kräfte und Momente auf die Verbindungsstifte 132 übertragen, so werden diese teilweise direkt in die faserverstärkte Schicht 120 eingeleitet. Zumindest teilweise kann der Lastringabschnitt 137 (hier nicht gezeigt; vgl. Fig. 5) zwischen den jeweiligen Verbindungsstiften 132 und Bolzen 134 diese Kräfte und Momente auch auf die Bolzen 134 übertragen. Die Bolzen 134 leiten die Kräfte und/oder Momente dann in die faserverstärkte Schicht 120
kraftschlüssig ein. Ferner leitet der Lastringabschnitt 137 stoffschlüssig einen Teil der Kräfte und Momente in die faserverstärkte Schicht 120 ein. Die von der Karosserie übertragenen Kräfte und Momente werden also teilweise durch die Verbindungsstifte 132 und Bolzen 134 jeweils formschlüssig und durch die Oberfläche des Lastringabschnitts137 stoffschlüssig in die faserverstärkte Schicht 120 eingebracht. Die Kräfte und Momente werden somit vergleichsweise flächig in die faserverstärkte Schicht 120 eingebracht. Punktförmige Lasten werden reduziert. Somit lassen sich insgesamt vergleichsweise hohe Kräfte und Momente bei gleichzeitig geringem
Druckbehältergewicht übertragen. Ferner ist der hier offenbarte Aufbau vergleichsweise einfach und somit kostengünstig herstellbar. Der Lastring 130 selbst verstärkt den Behälter zudem bzgl. Kräfte, die aus dem
Behälterinnendruck resultieren. Wird beispielsweise ein Lastring 130 aus einem faserverstärkten Kunststoff eingesetzt, so können die Fasern im Laminat vorteilhaft in Umfangsrichtung U (vgl. Fig. 5) angeordnet sein. Am zweiten Ende P2 ist ein Blindboss vorgesehen. Der Lastring 130' liegt hier überwiegend am Liner 1 10 an. Ansonsten entspricht der Lastring 130' im Wesentlichen dem Lastring 130. Die Lastringe 130, 1 30' können hier beispielsweise auch aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellt sein.
Die Fig. 2 zeigt das Detail A der Fig. 1 . Im Mantelbereich M sind in der faserverstärkten Schicht 120 im Umfangslagenbereich 126 Umfangslagen (=hoop-layers) 122 vorgesehen, die in Umfangsrichtung U, also senkrecht aus der Zeichenebene heraus (d.h. senkrecht zur axialen und radialen Richtung) verlaufen. Der Umfanglagenbereich 126 weist aufgrund der zusätzlichen Umfangslagen 122 eine größere Dicke auf als ein benachbarter Faserbereich 128. Der benachbarte Faserbereich 128 ist in axialer Richtung des Druckbehälters unmittelbar neben dem Umfangslagenbereich 126 und an diesen angrenzend angeordnet. Dieser Übergang vom
Umfangslagenbereich 126 zum benachbarten Faserbereich 128 macht hier den Übergangsbereich Ü aus. Der Lastring 130 umfasst mehrere
Verbindungsstifte 132, von denen hier nur einer gezeigt ist. Die
Verbindungsstifte 132 stehen senkrecht nach außen von der Oberfläche 138 des Lastrings 130 ab. Der Lastring 130 verfügt ferner über Bolzen 134, die hier in Umfangsrichtung versetzt angeordnet sind (hier nicht gezeigt; vgl. Fig. 5). Der Lastring 130 selbst weist mindestens eine Laminatschicht 133 auf, deren Fasern in Umfangsrichtung U verlaufen. Somit ist der Lastring 130 in der Lage, ähnlich wie die Umfangslagen 122 im Umfangslagenbereich 126 Kräfte aufzunehmen, die der Druckbehälterinnendruck verursacht.
Die Fig. 3. zeigt eine weitere Ausgestaltung des Details A. Nachstehend werden nur die Unterschiede im Vergleich zur Ausführungsform gemäß der Fig. 2 erläutert. Alle anderen Merkmale sind im Wesentlichen gleich. Der hier gezeigte Druckbehälter weist einen Lastring 130 auf, der in einem
ausgesparten Bereich 1 12 (hier eine Ringnut) eingelassen ist. Die
Oberfläche 138 (vgl. Fig. 5) des Lastrings ist hier bündig mit den
benachbarten Oberflächen des Liners 1 10 ausgeführt. Die Verbindungsstifte 132 und die Bolzen 134 ragen ferner nicht über den äußeren Durchmesser Da des Druckbehälters hinaus. Die Bolzen 134 und die Verbindungsstifte 132 sind hier in axialer Richtung versetzt zueinander angeordnet. Hier sind ferner zwei Reihen von Bolzen gezeigt, die überdies aus der faserverstärkten Schicht herausragen, beides muss aber nicht sein. Der Lastring ist hier breiter ausgeführt als in der Ausgestaltung gemäß der Fig. 2. Der Lastring 130 ist hier aus einem Aluminiumblech geformt. Es können aber ebenso andere Materialien eingesetzt werden. Die Bolzen können 100% in der faserverstärkten Schicht 120 versteckt werden. Die Verbindungsstifte 132 schauen zweckmäßig aus der faserverstärkten Schicht raus, um eine
Verbindung zur Karosserie zu ermöglichen.
Die Fig. 4. zeigt eine weitere Ausgestaltung des Details A. Nachstehend werden nur die Unterschiede im Vergleich zu den Ausführungsformen gemäß der Fig. 2 und 3 erläutert. Der Lastring ist hier nicht vollständig im
Mantelbereich M angeordnet, sondern erstreckt sich ebenfalls in die
Polkappe Pi . Besonders im Polkappenbereich ist es schwierig,
Verstärkungsfasern in Umfangsrichtung U abzulegen. Der Lastring 1 30 kann separat gefertigt werden. Es kann leichter sein, im Lastring 1 30
Umfangslagen vorzusehen, die in der Einbauposition im Drucktank dann Spannungsspitzen vermeiden. Die Auflagefläche des Lastrings 1 30 ist korrespondierend geformt zu einem Ringsitz des Liners 1 1 0. Insbesondere sind die Auflagefläche und der Ringsitz so gestaltet, dass sich der Lastring 130 von einem Ende des Liners her lateral auf den Ringsitz schieben lässt. Somit lässt sich der Lastring vor dem Auftrag der faserverstärkten Schicht 120 leicht montieren bzw. positionieren. Die Oberfläche 1 38 des Lastrings 130 schließt bündig mit den benachbarten Oberflächenabschnitten des Liners 1 1 0 ab.
Fig. 5 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie B-B der Fig. 2. Der
Drucktank ist hier im Querschnitt kreisrund ausgebildet. Der Lastring 1 30 liegt hier direkt auf dem Liner 1 1 0 auf. Von der Oberfläche 1 38 des Lastrings 130 stehen hier in radialer Richtung Verbindungsstifte 1 32 und Bolzen 134 ab. Die benachbarten Bolzen 1 34 und Verbindungstifte 1 32 sind hier in Umfangsrichtung jeweils beabstandet zueinander angeordnet. Wird nun eine Kraft FA oder ein Moment über einen Verbindungsstift 132 aufgenommen, so überträgt der Verbindungsstift 1 32 einen Teil dieser Last direkt auf die faserverstärkte Schicht 1 20 (Pfeil F132). Der andere Teil dieser Last wird in den Lastring 130 eingeleitet. Der Lastring bzw. die Lastringabschnitte 1 37 übertragen diesen anderen Teil an die Bolzen 1 34, die die Last wiederum in die faserverstärkte Schicht 1 20 einteilten. Nicht weiter dargestellt ist die stoffschlüssige Lasteinleitung vom Lastringabschnitt 1 37 in die
faserverstärkte Schicht 1 20 an der Oberfläche 1 38 des jeweiligen Lastringabschnittes 137. Der Lastring kann ebenso auch auf einige
Faserlagen angebracht werden. Er muss nicht unbedingt auf dem Liner fixiert werden.
In den Figuren 1 bis 5 ist ein länglicher Druckbehälter gezeigt, der einen zylindrischen Bereich M und entsprechend gewölbten Enden Pi , P2 aufweist. Es sind aber auch andere Druckbehälterformen denkbar und von der hier offenbarten Technologie mit umfasst. Beispielsweise kann der Druckbehälter eine elliptische Grundform aufweisen. Auch kann der zylindrische Bereich M bauchiger ausgestaltet sein. Dann könnte der Durchmesser im zylindrischen Bereich M variieren. Auch könnte der Druckbehälter nicht
rotationssymmetrisch ausgebildet sein.
Die vorhergehende Beschreibung der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der
Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihrer
Äquivalente zu verlassen.
Bezugszeichenliste
Liner 1 10
Nut 1 12 faserverstärkte Schicht 120
Umfangslagen 122
Umfangslagenbereich 126 benachbarter Faserbereich 128
Lastring 130
Verbindungsstifte 132
Laminatschicht 133
Bolzen 134
Kappenöffnung 136
Lastringabschnitt 137
Oberfläche 138
Boss 140
Neck 142
Verbindungsabschnitt 144
Anschlusselement 170
Öffnung O
Druckbehälterlängsachse A-A
Umfangsrichtung U
Mantelbereich M
Ende, Polkappenbereich Pi , P2
Übergangsbereich Ü
Linerdurchmesser Di

Claims

Patentansprüche
1 . Druckbehälter zur Speicherung von Brennstoff, umfassend:
- einen Liner (1 10) zur Speicherung von Brennstoff;
- eine faserverstärkte Schicht (120), die den Liner (1 10) zumindest bereichsweise umgibt; und
- mindestens einen Lastring (130, 130'), der den Liner (1 10)
umschließt;
wobei von der Oberfläche (138) des Lastrings (130, 130')
Verbindungsstifte (132, 132') abstehen, wobei die Verbindungsstifte (132, 132') aus der faserverstärkten Schicht (120) vorstehen.
2. Druckbehälter nach Anspruch 1 , wobei der Lastring (130, 130') ferner Bolzen (134, 134') umfasst, die ebenfalls von der Oberfläche (138) des Lastrings (130, 130') abstehen.
3. Druckbehälter nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Lastring (130, 130') mindestens eine Laminatschicht (133) aufweist, wobei Fasern von zumindest einer Lage der Laminatschicht (133) in Umfangsrichtung (U) ausgerichtet sind.
4. Druckbehälter nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der
Lastring (130, 130') zumindest bereichsweise an dem Liner (1 10), an einem Boss (140) und/oder an einem Port (140) direkt oder indirekt anliegt.
5. Druckbehälter nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der
Lastring (130, 130') in einem ausgesparten Bereich (1 12) des Liners (1 10) angeordnet ist.
6. Druckbehälter nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Lastring (130, 130') in einem Übergangsbereich (Ü) des
Druckbehälters angeordnet ist.
7. Druckbehälter nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Lastring (130, 130') unmittelbar benachbart zu einem
Umfangslagenbereich (122) der faserverstärkten Schicht (120) angeordnet ist, in der mindestens eine Faserlage in Umfangsrichtung (U) verläuft.
8. Kraftfahrzeug, umfassend mindestens einen Druckbehälter nach
einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Verbindungsstifte (132, 132') des Druckbehälters mit Karosserieanbindungselementen des Kraftfahrzeuges derart gekoppelt sind, dass Kräfte und/oder Momente von der Karosserie in den Druckbehälter übertragbar sind.
9. Kraftfahrzeug nach Anspruch 8, wobei am mindestens einen
Druckbehälter zwei Lastringe (130, 130') vorgesehen sind.
10. Verfahren zur Herstellung eines Druckbehälters, umfassend die
Schritte:
- Bereitstellen eines Liners (1 10) zur Speicherung von Brennstoff;
- Bereitstellen mindestens eines Lastrings (130, 130'), wobei der Lastring (130, 130') den Liner (1 10) umschließt; und
- Aufbringen einer faserverstärkten Schicht (120) wobei die
faserverstärkte Schicht (120) den Lastring (130, 130') zumindest teilweise bedeckt, und wobei Verbindungsstifte (132, 132') des Lastrings (130, 130') aus der faserverstärkten Schicht (120) vorstehen.
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Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015206825A1 (de) * 2015-03-17 2016-09-22 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Druckbehälter für ein Kraftfahrzeug
DE102017011492B4 (de) 2017-12-13 2019-09-26 Audi Ag Lasttragender Drucktank zur Speicherung von Brennstoff und Kraftfahrzeug
DE102018204806A1 (de) 2018-03-28 2019-07-25 Audi Ag Druckbehälter sowie Karosseriestruktur für ein Fahrzeug
DE102018204803B4 (de) * 2018-03-28 2019-12-05 Audi Ag Druckbehälter sowie Druckbehälteranordnung für ein Fahrzeug
DE102018110049B4 (de) * 2018-04-26 2020-07-02 Nproxx B.V. Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Druckbehälters mit Polkappenverstärkung
CN109237301A (zh) * 2018-09-11 2019-01-18 中车西安车辆有限公司 一种立式低温气罐的底部总成
EP3786513A1 (de) * 2019-08-30 2021-03-03 Nproxx B.V. Faserverstärkter druckbehälter
JP7230775B2 (ja) * 2019-10-25 2023-03-01 トヨタ自動車株式会社 高圧タンク、および高圧タンクを備える車両
USD949283S1 (en) * 2019-11-27 2022-04-19 Worthington Industries, Inc. Tank
GB2601013B (en) * 2021-02-11 2023-09-06 Viritech Ltd Tanks for storing volatile gas under pressure and structures comprising such tanks
DE102021110452A1 (de) 2021-04-23 2022-10-27 Airbus Operations Gmbh Fluidkryogendruckbehälter sowie Luftfahrzeug
LU102847B1 (en) * 2021-07-16 2023-01-16 Plastic Omnium New Energies France Reinforced pressure vessel
DE102021124236A1 (de) 2021-07-28 2023-02-02 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Druckbehälter, Druckbehältersystem, Kraftfahrzeug und Verfahren zum Ausbilden von Rippen

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19935516A1 (de) 1999-07-28 2001-02-08 Bayerische Motoren Werke Ag Flasche für druckbeaufschlagte Gase
JP2010276059A (ja) * 2009-05-27 2010-12-09 Toyota Motor Corp 高圧ガスタンクとこれを搭載した車両
DE102010053874A1 (de) 2009-12-15 2011-08-25 GM Global Technology Operations LLC, ( n. d. Ges. d. Staates Delaware ), Mich. Hochdruckbehälter mit integrierten Halterungsmerkmalen
DE102015206826A1 (de) 2015-03-17 2016-09-22 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Druckbehälter für ein Kraftfahrzeug

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3027039A (en) * 1958-06-25 1962-03-27 Thompson Nuclear Energy Co Ltd Pressure vessels
DE20102209U1 (de) * 2001-02-07 2002-06-13 Sachsenring Automobiltechnik AG, 08058 Zwickau Druckbehälter, insbesondere gasdichter Kunststoffbehälter
FR2880673B1 (fr) * 2005-01-11 2007-04-27 Air Liquide Reservoir de gaz sous pression
EP1710486A1 (de) * 2005-04-07 2006-10-11 mcs International GmbH Druckbehälter und Verfahren zur Herstellung eines Druckbehälters
US8356786B2 (en) * 2008-06-12 2013-01-22 GM Global Technology Operations LLC Flexible laminated suspension bracket for composite type 4 tanks
CN101614319B (zh) * 2008-06-23 2013-03-27 南通中集罐式储运设备制造有限公司 低温多层绝热容器
US8523002B2 (en) * 2010-02-26 2013-09-03 GM Global Technology Operations LLC Embedded reinforcement sleeve for a pressure vessel
CN202281033U (zh) * 2011-10-31 2012-06-20 沈阳斯林达安科新技术有限公司 带固定结构的气瓶

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19935516A1 (de) 1999-07-28 2001-02-08 Bayerische Motoren Werke Ag Flasche für druckbeaufschlagte Gase
JP2010276059A (ja) * 2009-05-27 2010-12-09 Toyota Motor Corp 高圧ガスタンクとこれを搭載した車両
DE102010053874A1 (de) 2009-12-15 2011-08-25 GM Global Technology Operations LLC, ( n. d. Ges. d. Staates Delaware ), Mich. Hochdruckbehälter mit integrierten Halterungsmerkmalen
DE102015206826A1 (de) 2015-03-17 2016-09-22 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Druckbehälter für ein Kraftfahrzeug
DE102015206825A1 (de) 2015-03-17 2016-09-22 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Druckbehälter für ein Kraftfahrzeug

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US20180259125A1 (en) 2018-09-13
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