WO2018082808A1

WO2018082808A1 - Verfahren zur herstellung eines druckspeichers

Info

Publication number: WO2018082808A1
Application number: PCT/EP2017/001270
Authority: WO
Inventors: Thomas Lanzl; Peter Stadthalter; Stefan Spörl; Stefan Horn; Markus FRIEDERICH; Patrick Simeth; Rico Schippan; Dominik Linster; Kevin Wild
Original assignee: Rehau Ag + Co
Priority date: 2016-11-02
Filing date: 2017-11-02
Publication date: 2018-05-11
Also published as: DE102016120893A1; CN109906142A; US20210276284A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Druckspeichers (1), insbesondere zur Speicherung von Wasserstoff in Kraftfahrzeugen, wobei zunächst, vorzugsweise mittels eines Kunststoff-Blasformverfahrens, ein Inliner (3) des Druckspeichers (1) hergestellt wird, wobei anschließend der Inliner (3) außenseitig mit einer Verstärkungsfasern (8) aufweisenden, mehrlagigen Armierungsschicht (9) versehen, vorzugsweise umflochten wird, und wobei hiernach die Armierungsschicht (9) mit einem Harz, vorzugsweise einem Epoxidharz, getränkt wird, welches nach seiner Aushärtung die Lage der Verstärkungsfasern (8) in der Armierungsschicht (9) fixiert. Erfindungsgemäß erfolgt die Tränkung beginnend vom Kontaktbereich (K) der Außenoberfläche des Inliners (3) mit der Armierungsschicht (9) hin zum Außenbereich der Armierungsschicht (9).

Description

Verfahren zur Herstellung eines Druckspeichers

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Druckspeichers, insbesondere zur Speicherung von Wasserstoff in Kraftfahrzeugen,

- wobei zunächst, vorzugsweise mittels eines Kunststoff-Blasformverfahrens, ein Inliner des Druckspeichers hergestellt wird,

- wobei anschließend der Inliner außenseitig mit einer Verstärkungsfasern aufweisenden, mehrlagigen Armierungsschicht versehen, vorzugsweise umflochten wird und - wobei hiernach die Armierungsschicht mit einem Harz, vorzugsweise einem Epoxidharz getränkt wird, welches nach seiner Aushärtung die Lage der Verstärkungsfasern in der Armierungsschicht fixiert.

Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise aus der WO 2015/078555 A1 bekannt. Druck- Speicher zur Speicherung von Wasserstoff in Kraftfahrzeugen müssen einerseits ein möglichst großes Speichervolumen bei einem vorgegebenen Bauraum bereitstellen und andererseits ein geringes Gewicht aufweisen, um einen niedrigen Kraftstoffverbrauch sicherzustellen. Darüber hinaus besteht selbstredend das Erfordernis, derartige Druckspeicher auch zu wettbewerbsfähigen Kosten herstellen zu können.

Gegenüber Wasserstoff-Druckspeichern z.B. aus Metall zeichnen sich Druckspeicher mit einem Inliner aus Kunststoff durch ein geringeres Gewicht aus. Um jedoch den bei der Speicherung einer ausreichend großen Wasserstoffmenge erforderlichen hohen Drücken, üblicherweise ca. 700 bar, standhalten zu können, müssen derartige Kunststoff-Inliner re- gelmäßig mit einer Armierungsschicht versehen werden. Diese wird beispielsweise in einem Flecht- oder auch Wickelverfahren auf den Inliner aufgebracht. Ein Ziel bei der Herstellung der Armierungsschicht ist es, die einzelnen Verstärkungsfasern der Armierungsschicht, welche z.B. als Carbon- und / oder Glasfasern ausgebildet sein können, im Betrieb möglichst gleichmäßig zu belasten. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die mechanische Belastbarkeit der einzelnen Verstärkungsfasern möglichst gut ausgenutzt wird. Nach Aufbringung der Armierungsschicht wird der im Herstellungsprozess befindliche Druckspeicher (auch Preform genannt) hierzu in ein geeignetes Werkzeug eingebracht und mit einem Harz, vor- zugsweise einem Epoxidharz getränkt, welches nach seiner Aushärtung die Lage der Verstärkungsfasern in der Armierungsschicht fixiert. Das Harz kann mittels eines vakuumunterstützten RTM-Verfahrens (Resin-Transfer-Moulding) in die Armierungsschicht eingebracht werden. Um ein Kollabieren des Inliners während der Tränkung, der sog. Infiltration zu vermeiden, wird der Druckspeicher mit einem inneren Überdruck beaufschlagt, so dass er un- ter Presswirkung an der inneren Oberfläche des Werkzeugs anliegt. Zur vollständigen Aushärtung des Harzes wird der Inliner entlastet und der Druckspeicher aus dem Werkzeug entnommen.

Durch das ausgehärtete Harz ist sichergestellt, dass die einzelnen Armierungsfasern der Armierungsschicht sich während des Betriebs nicht bzw. lediglich geringfügig verschieben können, also die Armierungsschicht in einem sozusagen eingefrorenen Zustand verbleibt. Hierdurch wird eine dauerhaft hohe Performance der Armierungsschicht während des ggf. jahrzehntelangen Einsatzes des Druckspeichers gewährleistet. Üblicherweise erfolgt die Einbringung des Harzes von einer Seite des Werkzeugs, d.h. von einem oder mehreren An- gusspunkten wird das Harz in die Werkzeugkavität eingebracht und soll von dort aus gesehen die ganze Armierungsschicht möglichst gleichmäßig durchtränken. Dies Vorgehen ist zwar bei dünnwandigen Bauteilen unproblematisch, nicht aber bei der Armierung eines gattungsgemäßen Hohlkörpers. Wie bereits erläutert, wird der Inliner während der Harztränkung der Armierungsschicht mit einem inneren Überdruck beaufschlagt. Dies führt jedoch dazu, dass insbesondere im Kontaktbereich der äußeren Oberfläche des Inliners mit der Armierungsschicht die dort befindlichen Verstärkungsfasem sehr stark komprimiert werden und somit die Zwischenräume zwischen diesen verkleinert werden. Dies erschwert die Tränkung dieser innenliegenden Bereiche der Armierungsschicht. Dieser Effekt verstärkt sich mit zunehmender Anzahl an Verstärkungsfaserlagen. So sind z.B. bei einem zur Spei- cherung von Wasserstoff bei mehreren hundert bar geeigneten Druckspeicher in der Regel mindestens 30 Verstärkungsfaserlagen vorgesehen. Wenn die Fließfront des Harzes nun von außen nach innen vordringt, werden die inneren, noch ungetränkten Lagen durch den Harzdruck weiter komprimiert. Im Ergebnis verbleiben in der Praxis an verschiedenen Stellen, insbesondere im inneren Bereich der Armierungsschicht Lufteinschlüsse bzw, unge- tränkte Bereiche, welche lokal zu einer fehlenden Fixierung der Armierungsschicht durch das Harz führen. Dies beeinträchtigt im erheblichen Maße die Performance der Armierungsschicht.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren mit den eingangs beschriebenen Merkmalen anzugeben, welches eine gleichmäßige Tränkung der Armierungsschicht mit dem Harz ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Tränkung beginnend vom Kontaktbereich der Außenoberfläche des Inliners mit der Armierungsschicht hin zum Au- ßenbereich der Armierungsschicht erfolgt. Erfindungsgemäß wird also vom üblichen Verfahren Abstand genommen, die Tränkung an der Außenoberfläche der Armierungsschicht zu starten. Durch die Harztränkung der Armierungsschicht von innen nach außen, beispielsweise durch das vakuumunterstütze RTM-Verfahren, wird erfindungsgemäß sichergestellt, dass insbesondere auch die im genannten Kontaktbereich befindlichen Verstärkungsfasern gleichmäßig mit dem Harz getränkt, die Zwischenräume zwischen den Fasern somit vom Harz geschlossen und entsprechend nach der Harzaushärtung die Fasern relativ zueinander genau fixiert werden. Dieser Kontaktbereich wird durch das erfindungsgemäße Verfahren während der Tränkung von Beginn an und dauerhaft mit dem Harz beaufschlagt, so dass sich auch die kleinen Zwischenräume zwischen den Verstärkungsfasern in diesem Be- reich ausreichend, vorzugsweise vollständig, mit Harz füllen können. Dies führt insgesamt zu einer deutlich verbesserten Performance der Armierungsschicht, da eine Fixierung der Armierungsfasern zueinander durch das Harz homogen über den gesamten Querschnittsbereich der Armierungsschicht gewährleistet ist. Zweckmäßigerweise wird zur Unterstützung des Fließvorgangs des Harzes im genannten Kontaktbereich die äußere Oberfläche des Inliners mit mehreren, z.B. mindestens 8, insbesondere mindestens 16, bahnförmigen Vertiefungen versehen. Die Vertiefungen sind vorzugsweise gleichmäßig über den Umfang des Inliners verteilt angeordnet. Zweckmäßigerweise verlaufen sie in einem zylindrischen Bereich des Inliners zumindest im Wesentlichen parallel zur Rotationsachse des Druckspeichers. Die Vertiefungen können eine Tiefe von 0,2 - 10 mm, z.B. 0,5 - 5 mm aufweisen. Die Breite der Vertiefungen beträgt zweckmäßigerweise 1 - 20 mm, z.B. 2 - 10 mm. Durch die Vertiefungen wird der Fluss des Harzes entlang der Außenoberfläche des Inliners im Kontaktbereich mit der Armierungsschicht er- leichtert. Zweckmäßigerweise erstrecken sich die Vertiefungen bis in die in einer Seitenansicht gekrümmten Polbereiche des Inliners. Somit ist auch im Polbereich eine Unterstützung des Fließprozesses des Harzes entlang der äußeren Oberfläche des Inliners gewährleistet. Vorzugsweise ist der Inliner in mindestens einem Polbereich mit einem Polkappenanbauteil versehen, in das mindestens ein Fließkanal eingebracht ist, durch den das Harz zum genannten Kontaktbereich geleitet wird. Bei diesem Polkappenanbauteil kann es sich beispielsweise um eine später noch im Einzelnen erläuterte Faservorratskappe und/oder um einen Anschlussstutzen, insbesondere einen sog.„Boss" handeln. Ein als Boss bezeichne- ter Anschlussstutzen des Druckspeichers ist mit einer Öffnung versehen, die zur Befüllung bzw. zur Abgabe von Wasserstoff dient. Die an dem gegenüberliegenden Ende des Druckspeichers vorgesehene Polkappe kann ferner einen sog. Blindboss (vorzugsweise ohne Öffnung) aufweisen, welcher lediglich zur Montage des Druckspeichers im Fahrzeug dient. Mittels des Fließkanals ist es möglich, das Harz zunächst gezielt über das entsprechend ausgerüstete Polkappenanbauteil zum Kontaktbereich zu leiten und entsprechend dort mit der Harztränkung der Armierungsschicht zu beginnen. Zweckmäßigerweise weist das Polkappenanbauteil mehrere, z.B. mindestens vier, insbesondere mindestens zehn, Fließkanäle auf, die vorzugsweise gleichmäßig über den Umfang verteilt sind. Alternativ zur gleichmäßigen Verteilung über den Umfang können die Fließkanäle auch in Gruppen zusammen- gefasst am Umfang verteilt sein, d.h. z.B. nach einer Gruppe in Umfangrichtung gleichmäßig beabstandeter Fließkanäle (= Fließkanal-Gruppe) folgt ein Umfangsabschnitt frei von Fließkanälen, an den sich wiederum eine Fließkanal-Gruppe anschließt. Die von Fließkanälen freien Umfangsabschnitte können z.B. zur Anordnung von Versteifungselementen, insbesondere Versteifungsrippen, des Polkappenanbauteils dienen.

Zweckmäßigerweise wird der Inliner aus einem steifen, sich nur geringfügig elastisch verformenden Kunststoff gefertigt, z.B. Polyamid. Dies hat den Vorteil, dass bei einer Beaufschlagung des Inliners mit einem inneren Überdruck die vorbeschriebene Kompression der Verstärkungsfasern insbesondere im Kontaktbereich weniger stark ausgeprägt ist als bei einem Inliner, der sich bei einer inneren Druckbeaufschlagung stark verformt.

Wie bereits erläutert, kann der im Herstellungsverfahren befindliche Druckspeicher nach Auftragung der Armierungsschicht zur Durchführung der Harztänkung in ein die Armierungsschicht umschließendes Werkzeug eingebracht werden. Dieses Werkzeug ist zweck- mäßigerweise mit mindestens einem Absaugstutzen versehen, durch den während der Tränkung innerhalb des Werkzeuges ein Unterdruck aufrechterhalten wird. Die Tränkung erfolgt vorzugsweise mittels eines vakuumunterstützten RTM-Verfahrens. Wie ebenfalls bereits erläutert, kann der Inliner zweckmäßigerweise während der Tränkung mit einem inneren Überdruck beaufschlagt werden, so dass der Druckspeicher unter Presswirkung an der inneren Oberfläche des Werkzeugs anliegt. Vorzugsweise wird die Armierungsschicht durch die Aushärtung des Harzes in dem durch den inneren Überdruck aufgeweiteten Zustand eingefroren.

Im Rahmen der Erfindung liegt es ferner, dass die Armierungsschicht vor der Einbringung in das Werkzeug mit einer Beschichtung, vorzugsweise einem Vlies umgeben wird, welches Toleranzen zur inneren Oberfläche des Werkzeuges hin ausgleicht. Hierdurch wird ein Fluss des Harzes in einem Spalt zwischen Armierungsschicht und innerer Werkzeugoberfläche, ein sogenanntes direktes Überschießen von Harz in diesen Ringspalt verhindert. Eine derartige Beschichtung hat weiterhin den Vorteil, dass sie durch die Tränkung mit Harz dauerhaft am Druckspeicher verbleibt und somit als äußere Schutzschicht des Druckspeichers dienen kann. Im Rahmen der Erfindung liegt es ferner insbesondere, dass in mindestens einem Polbereich des Inliners mindestens ein zwischen Armierungsschicht und Werkzeug angeordneter Dichtring an die innere Oberfläche des Werkzeugs angepresst wird, der während der Tränkung das Harz zum Kontaktbereich hin lenkt. Auch durch diese Maß- nähme wird verhindert, dass das Harz vorzeitig in den Außenbereich der Armierungsschicht wandert, bevor eine vollständige Tränkung des inneren Bereiches, insbesondere im Kontaktbereich vorliegt. Dieser Dichtring kann nach Beendigung des Herstellungsprozesses dauerhaft am Druckspeicher verbleiben. Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Druckspeicher, welcher mit einem der vorbeschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde. Wie bereits erläutert, dient der erfindungsgemäß hergestellte Druckspeicher insbesondere zur Speicherung von Wasserstoff in Kraftfahrzeugen, z.B. bei 500 bar Überdruck und mehr. Andere Anwendungsfälle werden hierdurch jedoch nicht ausgeschlossen.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlich erläutert. Es zeigen schematisch:

Fig. 1a, b: einen erfindungsgemäß hergestellten Druckspeicher im fertig hergestellten

Zustand; Fig. 2a, b: den in den Fig. 1a, b gezeigten Druckspeicher während der Aufbringung von Verstärkungsfasern in einer ausschnittsweisen Querschnittsdarstellung bzw. in einer Seitenansicht;

Fig. 3: den in den Fig. 1a, b gezeigten Druckspeicher während der erfindungsgemäßen Tränkung der Verstärkungsfasern mit einem Harz;

Fig. 4a,b: den in den Fig. 1- 3 schematisch gezeigten Inliner in einer in einer dreidimen- sionalen Einzeldarstellung sowie in einer Einzelseitenansicht;

Fig. 5a, b: zwei verschiedene Ausführungsformen eines in den Fig. 1 - 3 grundsätzlich bereits dargestellten Boss, welcher zur Betankung bzw. zur Entnahme von Wasserstoff dient, und

Fig. 6: den in Fig. 5b dargestellten Boss in einer Querschnittsdarstellung.

Die Figuren 1a, b zeigen einen Druckspeicher 1 zur Speicherung von Wasserstoff in einem Kraftfahrzeug. Der Druckspeicher 1 besitzt einen zwei Polkappen 2, 2' aufweisenden, aus Kunststoff hergestellten Inliner 3 mit einem zylindrischen Mittelabschnitt 4. An diesen Mittelabschnitt 4 sind endseitig die beiden Polkappen 2, 2' angeformt. Die Polkappe 2 des Druckspeichers 1 umfasst zur Befüllung bzw. zur Abgabe von Wasserstoff zusätzlich einen auch als Boss bezeichneten Stutzen 5 mit einer Öffnung 6. Die an dem gegenüberliegenden Ende des Druckspeichers 1 vorgesehene Polkappe 2' umfasst im Ausführungsbeispiel zu- sätzlich einen sog. Blindboss 7, also einen Boss ohne Öffnung, welcher lediglich zur Montage des Druckspeichers 1 im Fahrzeug dient. Auf den Inliner 3 ist außenseitig eine Verstärkungsfasern 8 aufweisende, geflochtene, mehrlagige Armierungsschicht 9 aufgebracht. Die Verstärkungsfasern 8 sind im Ausführungsbeispiels als Carbon-Fasern ausgebildet und in den Fig. 1a, b zwecks Verbesserung der Übersichtlichkeit lediglich einzeln angedeutet. Ebenso ist zum besseren Verständnis die mehrlagige, z.B. mehr als 30 Verstärkungsfaserlagen aufweisende Armierungsschicht 9 in der Fig. 1a nur schematisch dargestellt. Den Fig. 1a, b ist zu entnehmen, dass zwischen den Polkappen 2, 2' und der Armierungsschicht 9 jeweils seine sogenannte Faservorratskappe 10, 10' vorgesehen ist, die während der Aufbringung der Verstärkungsfasern 8 auf den Inliner einen Faservorrat 22 (vgl. Fig. 2a) für die inneren Lagen der Armierungsschicht 9 sicherstellt. Der Fig. 2a kann entnommen werden, dass während der Aufbringung der Armierungsschicht 9 die Vorratskappe 10 und die Polkappe 2 gemeinsam einen Hohlraum 11 bilden und die Faservorratskappe 10 durch eine Fixiervorrichtung 12 in einer entsprechenden Position fixiert ist. Analog sind auch die Faservorratskappe 10' und die Polkappe 2' zueinander positioniert (s. Fig. 2b). Die Faservorrats- kappen 10, 10' sind jeweils dünnwandig mit einer mittleren Wanddicke < 5 mm ausgebildet und aus Kunststoff hergestellt. Die Fig. 1a und b zeigen, dass - im Gegensatz zu den Fig. 2a, b - im fertig hergestellten Zustand des Druckspeichers 1 die Gestalt der Faservorratskappen 10, 10' an die Außenkontur der Polkappen 2, 2' angepasst ist. Hierzu weisen die Faservorratskappen 10, 10' im Außenbereich 13 (Fig. 2a) eine elastische Verformbarkeit auf, die die Anpassung an die Außenkontur der Polkappe 2, 2' ermöglicht.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des Druckspeichers 1 wird nun anhand der Fig. 2a, 2b und 3 erläutert. Zunächst wird mittels eines Kunststoff-Blasformverfahrens der aus einem zylindrischen Mittelabschnitt 4 mit endseitigen Polkappen 2, 2' aufgebaute Inliner 3 (s. Fig. 4a, 4b) des Druckspeichers 1 hergestellt. An den Polkappen 2, 2' ist jeweils ein Polkappenanbauteil in Form eines, vorzugsweise jeweils aus Metall hergestellten, Boss 5 bzw. einen Blindboss 7 angebracht, die nach dem Blasformverfahren montiert wurden (s. Fig. 1a, 1b). Anschließend wird der Inliner 3 außenseitig mit der Verstärkungsfasern 8 aufweisenden, mehrlagigen Armierungsschicht 9 umflochten. An den beiden Polkappen 2, 2' werden vor der Aufbringung der Verstärkungsfasern 8 weitere Polkappenanbauteile in Form von jeweils einer Faservorratskappe 10, 10' angebracht, deren äußere Oberfläche vom Polbereich 21 , 21' der entsprechenden Polkappe 2, 2' beabstandet ist (s. Fig. 2b). Während der Aufbringung der Armierungsschichten 9 werden die Verstärkungsfasern 8 auf den Körper des Inliners 3 und in den Polbereichen 21 , 21' entsprechend auf die äußere Oberfläche der Faservorratskappen 10, 10' aufgebracht. Aufgrund der Distanz zwischen der äußeren Oberfläche der Faservorratskappen 10, 10' und dem Polbereich 21 , 21' der Polkappen 2, 2' werden die von den Verstärkungsfasern 8 gebildeten inneren Lagen der Armierungsschicht 9 in den Polbereichen 21 , 21 ' mit einem Faservorrat 22 versehen (Fig. 2a). Die Faservorratskappe 10 und die Polkappe 2 mit dem Boss 5 bilden während der Aufbringung der Ar- mierungsschicht 9 gemeinsam einen Hohlraum 11. Die Faservorratskappe 10 wird bei der Aufbringung der Armierungsschicht 9 von einer Fixiervorrichtung 12 fixiert, die während dieses Arbeitsschrittes die Beabstandung der Faservorratskappe 10 vom Polbereich 21 sicherstellt. Nach Aufbringen der kompletten Armierungsschicht 9 wird der im Herstellungsverfahren befindliche Druckspeicher 1 in ein in Fig. 3 dargestelltes, die Armierungsschicht 9 vollständig umschließendes, an die äußere Kontur der Armierungsschicht 9 angepasstes, zwei Werkzeughälften 31 , 32 aufweisendes Werkzeug 30 eingebracht, welches zur Tränkung der Ar- mierungsschicht mit einem Harz H im vakuumunterstützten RTM-Verfahren dient. Die Fixiervorrichtung 12 wird gelöst und der Inliner 3 mit einem inneren Überdruck p, beaufschlagt. Hierbei legt sich die Armierungsschicht 9 unter Presswirkung an der inneren Oberfläche der beiden Werkzeug hälften 31 , 32 des Werkzeugs 30 an. Aufgrund der Zugspannung der aufgebrachten Verstärkungsfasern 8 verschiebt sich die Faservorratskappe 10 zum Polbereich 21 in Pfeilrichtung X (Fig. 2a) und hierbei wird der Faservorrat 22 freigegeben. Bei der Freigabe des Faservorrats 22 passen sich die Faservorratskappen 10, 10' an die - zum Teil jeweils vom Boss 5 bzw. Blindboss 7 gebildete - Außenkontur der Polkappen 2, 2' an (vgl. auch Fig. 1a, b). Hierzu ist der Außenbereich 13 der Faservorratskappen 10, 10' elastisch ausgebildet. Im Ausführungsbeispiel entspricht der Übergang vom starren In- nenbereich 16 zum elastischen Außenbereich der Faservorratskappe 10 in Bezug auf die äußere Oberfläche der Polkappe im Wesentlichen den Übergang vom Boss zum Blasformteil des Inliners. D.h., der starre Innenbereich 16 der Faservorratskappe legt sich an die Oberfläche des Boss 5 an, wohingegen sich der Außenbereich 13 unter einer elastischen Verformung einer umlaufenden Materialschwächung 14 der Faservorratskappen 10, 10' an die angrenzende Oberflächenkontur des Blasformteils des Inliners 3 anpasst. Die umlaufende Materialschwächung 14 dient während der Anpassung der Faservorratskappe 10, 10' an die Außenkontur der Polkappe 2 bzw. 2' als Drehgelenk für den Außenbereich 13 der Faservorratskappe 10, 10'. Die Materialschwächung 14 wird im Ausführungsbeispiel aus mehreren Umfangsschlitzen 15 gebildet. Die Umfangsschlitze 15 sind gleichmäßig über den Umfang verteilt. Sie durchdringen das Material des Faservorratskappe 10 vollständig. Die Umfangsschlitze 15 können mit zum Inliner 3 zeigenden (nicht näher dargestellten) Abstandshaltern versehen sein, die ein flächiges Anlegen der Faservorratskappe 10, 10' am Boss 5 verhindern und somit den Schmelzefluss des Harzes H unter der Faservorratskappe 10, 10' erleichtern. Die Abstandshalter können als an die Berandung der Umfangsschlitze 15 angeformte Nasen ausgebildet sein.

Ferner ist anhand der Fig. 2a erkennbar, dass vor der Freigabe des Faservorrats 22 die einzelnen Lagen der Armierungsschicht 9 derart aufgebracht wurden, dass die auf der Faservorratskappe 10 entstehenden Umkehrpunkte 23 am Übergang zwischen den einzelnen La- gen mit zunehmender Schichtdicke axial in Richtung Inliner 3 verschoben sind. Die Faservorratskappe 10 selbst stellt einen vorgegebenen Abstand Δ X zur Polkappe 2 sicher, der maßgeblich die Größe des Faservorrats 22 bestimmt. Durch die Faservorratskappen 10, 10' können die Faserlängen in allen Lagen exakt vorgehalten und positioniert werden.

Nachdem sich die Faservorratskappen 10, 10' an die Polkappen 2, 2' angelegt haben, wird die Armierungsschicht 9 im Werkzeug 30 mit dem Harz H getränkt, um die zwischen den einzelnen Verstärkungsfasern 8 befindlichen Freiräume aufzufüllen und die Festigkeit der Armierungsschicht 9 hierdurch weiter zu stärken. Erfindungsgemäß beginnt nun die Trän- kung in Form einer Injektion beginnend vom Kontaktbereich K der Außenoberfläche des In- liners 3 mit einer Armierungsschicht 9 hin zum Außenbereich der Armierungsschicht 9. Dies wird in Fig. 3 durch die den Fluss des Harzes H darstellenden Pfeile dargestellt. Die Pfeile zeigen, dass das Harz H während der Tränkung der Armierungsschicht 9 zunächst entlang des Kontaktbereiches K fließt und von dort mit einer radialen Strömungskomponente nach außen wandert. Hierzu wird das Harz H zunächst durch sowohl im Boss 5 als auch im Blindboss 7 vorgesehene, jeweils gleichmäßig über den Umfang verteilte Fließkanäle 40 eingebracht, durch die das Harz H zum Kontaktbereich K geleitet wird. In den Polbereichen 21 , 21 ' erreicht die Fließfront des Harzes H hierbei in der Regel früher den Außenbereich der Armierungsschicht 9 als dies im Bereich des zylindrischen Mittelabschnitts 4 des Inli- ners 3 der Fall ist. Die Tränkung der Armierungsschicht 9 im Kontaktbereich K wird ferner dadurch unterstützt, dass die äußere Oberfläche des Inliners 3 während des Blasformverfahrens mit bahnförmigen Vertiefungen 50 versehen wurde (Fig. 4a, b), die gleichmäßig über den Umfang des Inliners 3 verteilt angeordnet sind. Im zylindrischen Bereich des Inliners 3 verlaufen die Vertiefungen 50 parallel zur Rotationsachse x des Druckspeichers 1. Anhand der Fig. 4a, b ist erkennbar, dass sich die Vertiefungen 50 bis in die in einer Seitenansicht gekrümmten Polbereiche 21 , 21' des Inliners 3 erstrecken. Der Inliner 3 ist aus Polyamid gefertigt und verformt sich daher nur geringfügig aufgrund des inneren Überdrucks p, elastisch. Das Werkzeug 30 ist mit einem Absaugstutzen 33 versehen, durch den während der Infiltration innerhalb des Werkzeugs 30 ein Unterdruck aufrechterhalten wird. Aufgrund des inneren Überdrucks p, im Inliner 3 liegt der Druckspeicher 1 unter Presswirkung an der inneren Oberfläche des Werkzeugs 30 an. Bei der Aushärtung des Harzes H wird die Armierungsschicht 9 in dem durch den inneren Überdruck p, etwas aufgeweiteten Zustand eingefroren. Vor der Einbringung in das Werkzeug 30 wurde die Armierungsschicht 9 mit einem Vlies 70 umgeben, welches Toleranzen zur inneren Oberfläche der beiden Werk- zeughälften 31 , 32 des Werkzeugs 30 hin ausgleicht und somit ein direktes Überschießen von Harz H in diesen Bereich verhindert. Anhand der Fig. 3 ist ferner erkennbar, dass beim Zusammenfügen der beiden Werkzeughälften 31 , 32 in beiden Polbereichen 21 , 21' des In- liners 3 jeweils ein Dichtring 60 an die innere Oberfläche des Werkzeugs 30 angepresst wird, die während der nachfolgenden Tränkung des Harzes H das Harz zum Kontaktbereich K hin lenken.

Das vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine sehr gleichmäßige Tränkung der Armierungsschicht 9 mit dem Harz H, so dass sich insbesondere auch die Zwischenräume zwischen den einzelnen Verstärkungsfasern 8 im Kontaktbereich K mit Harz füllen können. Dadurch sind die einzelnen Verstärkungsfasern 8 innerhalb der gesamten Armierungsschicht 9 sehr gut relativ zueinander fixiert, wodurch eine hohe Performance der Armierungsschicht 9 gewährleistet ist.

Patentansprüche

Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Herstellung eines Druckspeichers (1 ), insbesondere zur Speicherung von Wasserstoff in Kraftfahrzeugen,

- wobei zunächst, vorzugsweise mittels eines Kunststoff-Blasformverfahrens, ein Inliner (3) des Druckspeichers (1) hergestellt wird,

- wobei anschließend der Inliner (3) außenseitig mit einer Verstärkungsfasern (8) aufweisenden, mehrlagigen Armierungsschicht (9) versehen, vorzugsweise umflochten wird, und

- wobei hiernach die Armierungsschicht (9) mit einem Harz, vorzugsweise einem Epoxidharz, getränkt wird, welches nach seiner Aushärtung die Lage der Verstärkungsfasern (8) in der Armierungsschicht (9) fixiert, dadurch gekennzeichnet, dass die Tränkung beginnend vom Kontaktbereich (K) der Außenoberfläche des Inliners (3) mit der Armierungsschicht (9) hin zum Außenbereich der Armierungsschicht (9) erfolgt.

Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zur Unterstützung des Fließvorgangs des Harzes (H) im Kontaktbereich (K) die äußere Oberfläche des Inliners (3) mit bahnförmigen Vertiefungen (50) versehen wird, die vorzugsweise gleichmäßig über den Umfang des Inliners (3) verteilt verlaufen.

Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Vertiefungen (50) bis in die in einer Seitenansicht gekrümmten Polbereiche (21 , 21 ') des Inliners (3) erstrecken.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Inliner (3) in mindestens einem Polbereich (21 , 21 ') mit einem Polkappenanbauteil (5, 7, 10, 10') versehen wird, in das mindestens ein Fließkanal (40) eingebracht ist, durch den das Harz (H) zum Kontaktbereich (K) geleitet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der In- liner (3) aus Polyamid gefertigt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der im Herstellungsverfahren befindliche Druckspeicher (1) nach Auftragung der Armierungsschicht (9) zur Durchführung der Harztränkung in ein die Armierungsschicht (9) umschließendes Werkzeug (30) eingebracht wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug (30) mit einem Absaugstutzen (33) versehen ist, durch den während der Tränkung innerhalb des Werkzeugs (30) ein Unterdruck aufrecht erhalten wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Inliner (3) während der Tränkung mit einem inneren Überdruck (p,) beaufschlagt wird, so dass der Druckspeicher (1) unter Presswirkung an der inneren Oberfläche des Werkzeugs (30) anliegt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Armierungsschicht (9) durch die Aushärtung des Harzes (H) im durch den inneren Überdruck (p,) aufgeweiteten Zustand eingefroren wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Armierungsschicht (9) vor der Einbringung in das Werkzeug (30) mit einer Beschich- tung (70), vorzugsweise einem Vlies umgeben wird, welches Toleranzen zur inneren Oberfläche des Werkzeugs (30) hin ausgleicht.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einem Polbereich (21 , 21') des Inliners (3) mindestens ein zwischen Armierungsschicht (9) und Werkzeug (30) angeordneter Dichtring (60) an die innere Oberfläche des Werkzeugs (30) angepresst wird, der während der Tränkung das Harz (H) zum Kontaktbereich (K) hin lenkt.

12. Druckspeicher (1), hergestellt mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11.