WO2020193262A1 - Verfahren zur herstellung einer sperrschicht eines druckbehälters sowie druckbehälter - Google Patents

Verfahren zur herstellung einer sperrschicht eines druckbehälters sowie druckbehälter Download PDF

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    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/32—Hydrogen storage

Definitions

  • the technology disclosed here relates to a method for producing a barrier layer of a pressure vessel and a pressure vessel.
  • Pressure vessels for storing fuel which is gaseous under ambient conditions are known.
  • Methods for the chemical or electrochemical production of metal coatings are also known from the prior art. It is also known that metal coatings can be used as permeation barriers, for example to reduce the permeation of hydrogen. If such a metal coating is applied to the outside of the pressure vessel, the layer could become detached if hydrogen collects underneath. Furthermore, the permeation effect of the metal layer could be reduced by cracks. Such cracks could, for example, through
  • the pressure vessel is used to store fuel, which is gaseous under ambient conditions, in an internal volume of the pressure vessel.
  • the pressure vessel can be, for example, a cryogenic pressure vessel or a high pressure gas vessel.
  • NWP nominal working pressure
  • a cryogenic pressure vessel is suitable for storing the fuel at the aforementioned operating pressures even at temperatures that are well below the operating temperature of the motor vehicle.
  • Such a pressure vessel can, for example, from a
  • Pipe storage system can be formed that has a plurality of
  • Has storage tubes each having a length-to-diameter ratio with a value between 5 and 40, preferably between 7 and 25, and particularly preferably between 9 and 15.
  • the length-to-diameter ratio is the quotient of the length of the storage pipe in the numerator and the outer diameter of the storage pipe in the denominator.
  • the storage tubes are expediently arranged parallel to one another and / or fluidly connected to one another at their ends. Typically they are Storage tubes connected in series and can expediently be manufactured in a continuous production process. Between
  • Fluid connection elements can be provided for storage tubes. By fluid connectors between the storage tubes are also provided.
  • the pressure vessel can comprise a liner.
  • the liner forms the
  • the liner is preferably one made from a plastic
  • a linerless pressure vessel can also be used
  • the pressure vessel comprises at least one fiber-reinforced layer.
  • the fiber-reinforced layer can preferably completely surround a liner at least in some areas.
  • the fiber-reinforced layer is often referred to as a laminate or sheathing or reinforcement.
  • the term “fiber-reinforced layer” is mostly used.
  • CFRP carbon fiber reinforced plastics
  • GFRP glass fiber reinforced plastics
  • the fiber-reinforced layer expediently comprises reinforcing fibers embedded in a plastic matrix.
  • Continuous fibers are preferably used as reinforcing fibers, which can be applied by winding and / or braiding.
  • the fiber-reinforced layer usually has several layers.
  • the pressure vessel comprises at least one barrier layer.
  • the barrier layer serves to reduce and preferably to avoid
  • the barrier layer is thus set up to at least reduce the escape of fuel stored in the interior volume into the pressure vessel wall and / or to the environment, and preferably in the
  • the barrier layer can be set up to make diffusion more difficult of the three permeation-determining sub-steps sorption, diffusion and desorption, specifically.
  • the barrier layer can offer the smallest possible free volume, i.e. in the case of polymers, for example, only a small amount of free space between the molecular chains.
  • a high filler content or high crystallinity of a thermoplastic and a high degree of crosslinking in elastomers and thermosets inhibit diffusion.
  • the barrier layer expediently surrounds at least 70% or at least 90% or at least 99% of the interior volume.
  • a surface coating can advantageously form the barrier layer.
  • the barrier layer can be designed as a metal layer, in particular made of aluminum, steel and / or copper and their alloys.
  • the barrier layer can alternatively consist of a
  • the barrier layer preferably has a layer thickness of approx. 0.001 mm to 0.2 mm and particularly preferably between approx. 0.005 mm and 0.1 mm.
  • the barrier layer can be the same, for example
  • the barrier layer can lie directly or indirectly on the liner or on the fiber-reinforced layer on the inside or the outside.
  • the barrier layer can particularly preferably be provided on the inside relative to the fiber-reinforced layer and / or relative to the liner. It can expediently be provided that an adhesion-promoting layer (also called primer) is provided between the barrier layer and the liner or the fiber-reinforced layer.
  • the barrier layer is useful in the unpressurized state of the
  • Pressure vessel in the axial direction Z of the pressure vessel and / or in
  • the circumferential direction U of the pressure vessel is compressed or upset.
  • the barrier layer is in the unpressurized state
  • the internal pressure-free state is the state in which the internal pressure of the pressure vessel essentially corresponds to the ambient pressure or atmospheric pressure.
  • the barrier layer can be set up to transition from the compressed state (in particular in the axial direction or in the circumferential direction) to a state of expansion if the pressure in the internal volume increases
  • the internal limit pressure of the pressure vessel exceeds, the internal limit pressure having a value within
  • the barrier layer In the compressed state, the barrier layer can prevent permeation better than in the stretched state. Thus, the locking effect can be improved. Furthermore, the probability of cracking decreases.
  • the disclosed technology further relates to a method for producing a barrier layer of a (or the here disclosed) pressure vessel with an internal volume, comprising the step of after which a barrier layer for Reduction in fuel permeation is applied to a liner and / or to a fiber-reinforced layer while between the
  • the barrier layer can be applied using any suitable coating process, for example an electrical process, an electrochemical process and / or a galvanic process.
  • the barrier layer can expediently by chemical
  • the pressure difference can advantageously be at least 1% or at least 20% or at least 30% or at least 40% at least 50% or at least 60% or at least 70% or at least 80% or at least 90% or at least 100% or at least 110% or at least 130% or at least 150% of the nominal operating pressure of the pressure vessel (100).
  • the pressure difference can advantageously be chosen so that it leads to at least 10% or at least 50% or at least 125% of the elongation of the surface to be coated, as would occur at the nominal operating pressure of the pressure vessel (100). It can also be provided that the pressure difference is at least 10% or at least 20% or at least 30% or at least 40% at least 50% or at least 60% or at least 70% or at least 80% or at least 90% of the bursting pressure of the plastic liner (100).
  • the barrier layer can thus be generated particularly easily, quickly and inexpensively, which in the unpressurized state of the
  • Pressure vessel is compressed in the axial direction and / or in the circumferential direction.
  • the material of the barrier layer can also be pressed into any pores or gaps in the liner or the fiber-reinforced layer due to the pressure difference, whereby the barrier effect is further increased.
  • the method can include the step of providing the barrier layer on the inside relative to the fiber-reinforced layer and / or relative to the liner.
  • the barrier layer is particularly preferably applied to a plastic liner or else directly to the fiber-reinforced layer. It can expediently be provided that an adhesion-promoting layer (also called a primer) is provided between the barrier layer and the liner or the fiber-reinforced layer.
  • the technology disclosed here relates to a pressure vessel or liner for storing fuel which is gaseous under ambient conditions and which was produced by one of the methods disclosed here.
  • the technology disclosed here relates to a method for producing a permeation barrier layer.
  • a chemical and / or electrochemical deposition of a metal layer can preferably take place on the inner surface of the container while the container is in the expanded state.
  • the fluid with which the container is filled during the coating can under a pressure that is higher than the ambient pressure of the container can be maintained.
  • a liner can also be coated in this way. If this is done before the reinforcement has been applied, only a relatively small internal pressure is expediently required in order to cause a sufficiently strong expansion during the coating.
  • the resulting layer is at pressures that are lower than the pressure
  • 1 is a schematic longitudinal sectional view of a pressure vessel
  • FIG. 2 shows a schematic cross-sectional view of the pressure vessel 100 along the section line C-C of FIG. 1.
  • FIG. 1 shows a pressure vessel 100 according to that disclosed here
  • the pressure vessel 100 comprises a plastic liner 110 (generally also referred to here as a liner), which is surrounded by a fiber-reinforced layer 120, also called reinforcement. Coaxial to A pressure vessel outlet is provided here along the pressure vessel longitudinal axis AA, in which the tank valve 170 is inserted. In a central area M, the pressure vessel 100 comprises a cylindrical jacket surface, on each of the two edges of which a cap-shaped end P1, P2 is provided. The pressure vessel 100 is cylindrical here. But this does not have to be the case. Other forms are also conceivable.
  • the barrier layer 130 is provided here on the inside of the liner 110. The barrier layer 130 could also be referred to as a permeation barrier layer.
  • Barrier layer 130 or the liner 110 here surround the inner volume I of the pressure vessel 100, which is used to store fuel.
  • the barrier layer 130 is formed here from metal. It is also conceivable that the barrier layer 130 is made of a different material. Only one barrier layer 130 is shown here. It is also conceivable that several barrier layers 130 are provided on top of one another or at different points on the pressure vessel 100. It is also conceivable that the barrier layer 130 is not located on the inside, but within the
  • Pressure vessel wall e.g. outside of the plastic liner 1
  • the outer surface of the pressure vessel 100 e.g. on the outer surface of the fiber-reinforced layer 120.
  • the inner diameter d of the liner 110 is also shown. This now becomes the inner volume I during the production of the barrier layer 130
  • the liner 110 when pressurized, the liner 110 expands (not shown here) and the inner diameter d increases.
  • the barrier layer 130 is now applied in this stretched state. After the barrier layer 130
  • the internal pressure is reduced again.
  • the inner diameter d also decreases and the barrier layer 130 is upset.
  • the barrier layer 130 is applied before the fiber-reinforced layer 120 is provided on the liner 110.
  • the barrier layer 130 compressed in the unpressurized state can advantageously be produced at lower internal pressures.
  • FIG. 2 shows a cross section through the pressure vessel 100 with the inner barrier layer 130, which here adheres to the liner 110 via an adhesion-promoting primer (not shown).

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Abstract

Die offenbarte Technologie betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Sperrschicht (130) eines Druckbehälters (100). Das Verfahren umfasst den Schritt, wonach die Sperrschicht (130) auf den Liner (110) und/oder auf die faserverstärkte Schicht (120) des Druckbehälters (100) aufgebracht wird, während zwischen dem Innenvolumen I und der Umgebung U eine Druckdifferenz vorliegt.

Description

Verfahren zur Herstellung einer Sperrschicht eines Druckbehälters sowie Druckbehälter
Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Sperrschicht eines Druckbehälters sowie einen Druckbehälter.
Druckbehälter zur Speicherung von unter Umgebungsbedingungen gasförmigen Kraftstoff sind bekannt. Aus dem Stand der Technik sind ferner Verfahren zur chemischen bzw. elektrochemischen Erzeugung von Metall- Beschichtungen bekannt. Es ist auch bekannt, dass Metallbeschichtungen als Permeationssperren eingesetzt werden können, beispielsweise um die Permeation von Wasserstoff zu reduzieren. Bei der Anbringung einer solchen Metallbeschichtung auf der Außenseite des Druckbehälters könnte es zur Ablösung der Schicht kommen, wenn sich darunter Wasserstoff sammelt. Ferner könnte die Permeationswirkung der Metallschicht durch Risse verringert werden. Solche Risse könnten beispielsweise durch
funktionsbedingtes Ausdehnen des Druckbehälters entstehen.
Es ist eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie,
zumindest einen Nachteil von einer vorbekannten Lösung zu verringern oder zu beheben oder eine alternative Lösung vorzuschlagen. Es ist insbesondere eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie, die Sperrschicht eines Druckbehälters sowie deren Herstellung zu verbessern. Weitere bevorzugte Aufgaben können sich aus den vorteilhaften Effekten der hier offenbarten Technologie ergeben. 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 für ein
Kraftfahrzeug (z.B. Personenkraftwagen, Krafträder, Nutzfahrzeuge). Der Druckbehälter dient zur Speicherung von unter Umgebungsbedingungen gasförmigen Brennstoff in einem Innenvolumen des Druckbehälters. Der Druckbehälter kann beispielsweise in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden, das mit komprimiertem („Compressed Natural Gas“ = CNG) oder verflüssigtem (LNG) Erdgas oder mit Wasserstoff betrieben wird.
Ein solcher Druckbehälter wird auch als composite overwrapped pressure vessel (=COPV) bezeichnet. Der Druckbehälter kann beispielsweise ein kryogener Druckbehälter oder ein Hochdruckgasbehälter sein.
Hochdruckgasbehälter sind ausgebildet, bei Umgebungstemperaturen Brennstoff dauerhaft bei einem nominalen Betriebsdruck (auch nominal working pressure oder NWP genannt) von ca. 350 barü (= Überdruck gegenüber dem Atmosphärendruck), ferner bevorzugt von ca. 700 barü oder mehr zu speichern. Ein kryogener Druckbehälter ist geeignet, den Brennstoff bei den vorgenannten Betriebsdrücken auch bei Temperaturen zu speichern, die deutlich unter der Betriebstemperatur des Kraftfahrzeuges liegen.
Ein solcher Druckbehälter kann beispielsweise von einem
Rohrspeichersystem ausgebildet werden, das eine Mehrzahl an
Speicherrohren aufweist, die jeweils ein Länge-zu-Durchmesser-Verhältnis mit einem Wert zwischen 5 und 40, bevorzugt zwischen 7 und 25, und besonders bevorzugt zwischen 9 und 15 aufweisen. Das Länge-zu- Durchmesser-Verhältnis ist der Quotient aus der Länge des Speicherrohrs im Zähler und dem Außendurchmesser des Speicherrohrs im Nenner.
Zweckmäßig sind die Speicherrohre parallel zueinander angeordnet und/oder an deren Enden miteinander fluidverbunden. Typischerweise sind die Speicherrohre in Serie geschaltet und können zweckmäßig in einem kontinuierlichen Fertigungsprozess hergestellt sein. Zwischen den
Speicherrohren können Fluidverbindungselemente vorgesehen sein. Durch Fluidverbindungselemente zwischen den Speicherrohren sind auch
Parallelschaltung und/oder Kombinationen von Parallel- und Serien- Schaltung möglich.
Der Druckbehälter kann einen Liner umfassen. Der Liner bildet den
Hohlkörper bzw. das Innenvolumen aus, in dem der Brennstoff gespeichert ist. Der Liner ist bevorzugt ein aus einem Kunststoff hergestellter
Kunststoffliner. Es kann ebenso auch ein linerloser Druckbehälter
vorgesehen sein.
Der Druckbehälter umfasst mindestens eine faserverstärkte Schicht. Die faserverstärkte Schicht kann einen Liner zumindest bereichsweise bevorzugt vollständig umgeben. Die faserverstärkte Schicht wird oft auch als Laminat bzw. Ummantelung oder Armierung bezeichnet. Nachstehend wird meistens der Begriff„faserverstärkte Schicht“ verwendet. Als faserverstärkte Schicht kommen i.d.R. faserverstärkte Kunststoffe (=FVK bzw. FKV oder carbon fibre reinforced plastics bzw. CFRP) zum Einsatz, bspw.
kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (=CFK) und/oder glasfaserverstärkte Kunststoffe (=GFK). Die faserverstärkte Schicht umfasst zweckmäßig in einer Kunststoffmatrix eingebettete Verstärkungsfasern. Insbesondere Matrixmaterial, Art und Anteil an Verstärkungsfasern sowie deren
Orientierung können variiert werden, damit sich die gewünschten
mechanischen und/oder chemischen Eigenschaften einstellen. Bevorzugt werden Endlosfasern als Verstärkungsfasern eingesetzt, die durch Wickeln und/oder Flechten aufgebracht werden können. Die faserverstärkte Schicht weist i.d.R. mehrere Schichtlagen auf. Der Druckbehälter umfasst mindestens eine Sperrschicht. Die Sperrschicht dient zur Verringerung und bevorzugt zur Vermeidung von
Brennstoffpermeation. Die Sperrschicht ist also eingerichtet, das Entweichen von im Innenvolumen gespeicherten Brennstoff in die Druckbehälterwand und/oder zur Umgebung zumindest zu verringern und bevorzugt im
Wesentlichen ganz zu verhindern. Beispielsweise kann die Sperrschicht eingerichtet sein, von den drei permeationsbestimmenden Teilschritten Sorption, Diffusion und Desorption, speziell die Diffusion zu erschweren. Dazu kann die Sperrschicht ein möglichst geringes freies Volumen, also beispielsweise im Fall von Polymeren nur wenig freien Platz zwischen den Molekülketten bieten. Allgemein gilt, dass ein hoher Füllstoffgehalt oder eine hohe Kristallinität eines Thermoplasten und ein hoher Vernetzungsgrad bei Elastomeren und Duroplasten die Diffusion hemmt. Zweckmäßig umgibt die Sperrschicht mindestens 70% oder mindestens 90% oder mindestens 99% des Innenvolumens. Vorteilhaft kann eine Oberflächenbeschichtung die Sperrschicht ausbilden. Die Sperrschicht kann als Metallschicht ausgebildet sein, insbesondere aus Aluminium, Stahl und/oder Kupfer sowie deren Legierungen. Die Sperrschicht kann alternativ aus einem
brennstoffsperrenden Kunststoff, z.B. Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer (EVOH) hergestellt sein. Bevorzugt weist die Sperrschicht eine Schichtdicke von ca. 0,001 mm bis 0,2 mm und besonders bevorzugt zwischen ca. 0,005 mm und 0,1 mm auf.
Die Sperrschicht kann beispielsweise denselben
Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen wie der Liner und/oder die faserverstärkte Schicht. Die Sperrschicht kann direkt oder indirekt an dem Liner bzw. an der faserverstärkten Schicht auf der Innenseite oder der Außenseite anliegen. Die Sperrschicht kann besonders bevorzugt relativ zur faserverstärkten Schicht und/oder relativ zum Liner innenliegend vorgesehen sein. Zweckmäßig kann vorgesehen sein, dass eine haftvermittelnde Schicht (auch Primer genannt) zwischen der Sperrschicht und dem Liner bzw. der faserverstärkten Schicht vorgesehen ist.
Die Sperrschicht ist zweckmäßig im innendrucklosen Zustand des
Druckbehälters in Axialrichtung Z des Druckbehälters und/oder in
Umfangsrichtung U des Druckbehälters komprimiert bzw. gestaucht. Mit andern Worten steht die Sperrschicht im innendrucklosen Zustand in
Axialrichtung Z des Zugbehälters und/oder in Umfangsrichtung U des Druckbehälters unter Druckspannung. Der innendrucklose Zustand ist der Zustand, bei dem der Innendruck des Druckbehälters im Wesentlichen dem Umgebungsdruck bzw. Atmosphärendruck entspricht.
Die Sperrschicht kann eingerichtet sein, vom (insbesondere in Axialrichtung bzw. in Umfangsrichtung) komprimierten Zustand in einen Zustand der Dehnung überzugehen, falls der Druck im Innenvolumen einen
Grenzinnendruck des Druckbehälters übersteigt, wobei der Grenzinnendruck einen Wert aufweist innerhalb von
- 1 % bis 150% vom nominalen Betriebsdruck des Druckbehälters (100), oder
- 20% bis 140% vom nominalen Betriebsdruck des Druckbehälters (100), oder
- 50% bis 130% vom nominalen Betriebsdruck des Druckbehälters (100).
Im komprimierten Zustand kann die Sperrschicht die Permeation besser unterbinden als im gedehnten Zustand. Somit kann die Sperrwirkung verbessert werden. Ferner sinkt die Wahrscheinlichkeit der Rissbildung.
Die offenbarte Technologie betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Sperrschicht eines (bzw. des hier offenbarten) Druckbehälters mit einem Innenvolumen, umfassend den Schritt, wonach eine Sperrschicht zur Verringerung der Brennstoffpermeation auf einen Liner und/oder auf eine faserverstärkte Schicht aufgebracht wird, während zwischen dem
Innenvolumen und der Umgebung des Liners bzw. der faserverstärkten Schicht bzw. des Druckbehälters eine Druckdifferenz vorliegt.
Die Sperrschicht kann mit jedem geeigneten Beschichtungsverfahren aufgebracht werden, beispielsweise einem elektrischen Verfahren, einem elektrochemischen Verfahren und/oder einem galvanischem Verfahren. Zweckmäßig kann die Sperrschicht durch chemische
Gasphasenabscheidung (englisch: Chemical vapour deposition, CVD) oder durch physikalische Gasphasenabscheidung (englisch: physical vapour deposition, PVD) hergestellt werden.
Vorteilhaft kann die Druckdifferenz mindestens 1 % oder mindestens 20% oder mindestens 30% oder mindestens 40% mindestens 50% oder mindestens 60% oder mindestens 70% oder mindestens 80% oder mindestens 90% oder mindestens 100% oder mindestens 110% oder mindestens 130% oder mindestens 150% vom nominalen Betriebsdruck des Druckbehälters (100) betragen. Vorteilhaft kann die Druckdifferenz so gewählt sein, dass sie zu mindestens 10% oder mindestens 50% oder mindestens 125% der Dehnung der zu beschichtenden Oberfläche führt, wie sie beim nominalen Betriebsdruck des Druckbehälters (100) aufträte. Ferner kann vorgesehen sein, die Druckdifferenz mindestens 10% oder mindestens 20% oder mindestens 30% oder mindestens 40% mindestens 50% oder mindestens 60% oder mindestens 70% oder mindestens 80% oder mindestens 90% vom Berstdruck des Kunststoffliners (100) beträgt.
Vorteilhaft kann somit besonders einfach, schnell und kostengünstig die Sperrschicht erzeugt werden, die im innendrucklosen Zustand des
Druckbehälters in Axialrichtung und/oder in Umfangsrichtung komprimiert ist. Während der Herstellung kann ferner bei einer innenliegenden Sperrschicht das Material der Sperrschicht durch die Druckdifferenz in etwaige Poren bzw. Lücken des Liners bzw. der faserverstärkten Schicht hineingedrückt werden, wodurch die Sperrwirkung weiter gesteigert wird.
Gemäß der hier offenbarten Technologie kann das Verfahren den Schritt umfassen, wonach die Sperrschicht relativ zur faserverstärkten Schicht und/oder relativ zum Liner innenliegend vorgesehen wird. Besonders bevorzugt wird die Sperrschicht auf einen Kunststoffliner oder aber direkt auf die faserverstärkte Schicht aufgebracht. Zweckmäßig kann vorgesehen sein, dass eine haftvermittelnde Schicht (auch Primer genannt) zwischen der Sperrschicht und dem Liner bzw. der faserverstärkten Schicht vorgesehen wird.
Insbesondere betrifft die hier offenbarte Technologie einen Druckbehälter bzw. Liner zur Speicherung von unter Umgebungsbedingungen gasförmigen Brennstoff, der nach einem der hier offenbarten Verfahren hergestellt wurde.
Mit anderen Worten betrifft die hier offenbarte Technologie ein Verfahren zur Herstellung einer Permeationssperrschicht. Wird die Beschichtung
aufgebracht, während der Druckbehälter stark ausgedehnt ist, weil er unter hohem Innendruck steht, dann ist die Rissbildung bzw. Ausdehnung des Metallgitters reduziert. Die Permeationssperrwirkung ist vorteilhaft deutlich verbessert. Bevorzugt kann eine chemische und/oder elektrochemische Abscheidung einer Metallschicht auf der Behälterinnenfläche stattfinden, während der Behälter sich im ausgedehnten Zustand befindet. Hierzu kann das Fluid, mit dem der Behälter während der Beschichtung gefüllt ist, unter einem gegenüber dem Umgebungsdruck des Behälters erhöhten Druck gehalten werden. Auch ein Liner kann auf diese Weise beschichtet werden. Wenn dies erfolgt, bevor die Armierung aufgebracht wurde, wird zweckmäßig nur ein relativ kleiner Innendruck benötigt, um eine ausreichend starke Dehnung während der Beschichtung hervorzurufen. Die so entstandene Schicht befindet sich bei Drücken, die geringer sind als der Druck
(- 'Entstehungsdruck") bei dem sie aufgebracht wurde, in einem lateral komprimiertem Zustand. In Umfangsrichtung U und Axialrichtung Z liegt in der Schicht also ein Druckzustand vor, wenn der Innendruck geringer als der Entstehungsdruck bei der Herstellung der Beschichtung ist, beispielsweise, wenn der Behälter drucklos ist. Ein weiterer Vorteil ist, dass sich durch den Innendruck Risse öffnen können, die dann durch die Beschichtung gefüllt und quasi abgedichtet werden können. Wird stattdessen dem Stand der Technik entsprechend ohne Innendruck abgeschieden, könnten unter Druck Risse entstehen (bzw. sich öffnen), die zu einem Aufreißen der Beschichtung führen.
Die hier offenbarte Technologie wird nun anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Längsschnittansicht eines Druckbehälters
100 entlang der Schnittlinie B-B der Fig. 2, und
Fig. 2 eine schematische Querschnittsansicht des Druckbehälters 100 entlang der Schnittlinie C-C der Fig. 1.
In der Fig. 1 ist ein Druckbehälter 100 gemäß der hier offenbarten
Technologie gezeigt. Der Druckbehälter 100 umfasst einen Kunststoffliner 110 (generell hier auch als Liner bezeichnet), der von einer faserverstärkten Schicht 120, auch Armierung genannt, umgeben ist. Koaxial zur Druckbehälterlängsachse A-A ist hier ein Druckbehälterauslass vorgesehen, in dem das Tankventil 170 eingesetzt ist. In einem Mittenbereich M umfasst der Druckbehälter 100 eine zylindrische Mantelfläche, an deren beiden Rändern jeweils ein kappenförmiges Ende P1 , P2 vorgesehen ist. Der Druckbehälter 100 ist hier zylindrisch ausgebildet. Dies muss aber nicht so sein. Gleichsam sind andere Formen vorstellbar. Auf der Innenseite des Liners 110 ist hier die Sperrschicht 130 vorgesehen. Die Sperrschicht 130 könnte auch als Permeationssperrschicht bezeichnet werden. Die
Sperrschicht 130 bzw. der Liner 110 umgeben hier das Innenvolumen I des Druckbehälters 100, welches zur Speicherung von Brennstoff dient. Die Sperrschicht 130 ist hier aus Metall ausgebildet. Gleichsam ist vorstellbar, dass die Sperrschicht 130 aus einem anderen Material hergestellt ist. Hier gezeigt ist lediglich eine Sperrschicht 130. Gleichsam ist vorstellbar, dass mehrere Sperrschichten 130 übereinander oder an verschiedenen Stellen des Druckbehälters 100 vorgesehen sind. Ebenso ist vorstellbar, dass die Sperrschicht 130 nicht innenliegend, sondern innerhalb der
Druckbehälterwand (z.B. außerhalb vom Kunststoffliner 1 10) oder auf der Außenoberfläche des Druckbehälters 100 (z.B. auf der Außenoberfläche von der faserverstärkten Schicht 120) aufgebracht ist.
Ferner gezeigt ist der Innendurchmesser d des Liners 110. Wird nun das Innenvolumen I während der Herstellung der Sperrschicht 130
druckbeaufschlagt, so dehnt sich der Liner 110 aus (hier nicht gezeigt) und der Innendurchmesser d nimmt zu. In diesem gedehnten Zustand wird nun die Sperrschicht 130 aufgebracht. Nachdem die Sperrschicht 130
aufgebracht wurde, wird der Innendruck wieder reduziert. Folglich verringert sich auch der Innendurchmesser d und die Sperrschicht 130 wird gestaucht. In einer bevorzugten Ausgestaltung wird die Sperrschicht 130 aufgebracht, bevor an dem Liner 110 die faserverstärkte Schicht 120 vorgesehen wird. Vorteilhaft lässt sich die im drucklosen Zustand komprimierte Sperrschicht 130 bei geringeren Innendrücken hersteilen.
Die Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch den Druckbehälter 100 mit der innenliegenden Sperrschicht 130, die hier über einen haftvermittelnden Primer (nicht gezeigt) an den Liner 110 haftet.
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.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Herstellung einer Sperrschicht (130) eines ein
Innenvolumen (I) aufweisenden Druckbehälters (100), umfassend den Schritt, wonach die Sperrschicht (130) auf einen Liner (110) und/oder auf eine faserverstärkte Schicht (120) aufgebracht wird, während zwischen dem Innenvolumen (I) und der Umgebung (U) eine
Druckdifferenz vorliegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die Druckdifferenz mindestens 10% oder mindestens 50% oder mindestens 100% vom nominalen Betriebsdruck des Druckbehälters (100) beträgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Druckdifferenz so
gewählt ist, dass sie zu mindestens 10% oder mindestens 50% oder mindestens 125% der Dehnung der zu beschichtenden Oberfläche führt, wie sie beim nominalen Betriebsdruck des Druckbehälters (100) aufträte.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die
Sperrschicht (130) relativ zur faserverstärkten Schicht (120) und/oder relativ zum Liner (110) innenliegend vorgesehen wird.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die
Sperrschicht (130) auf einen Kunststoffliner (110) aufgebracht wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Druckdifferenz mindestens 10% oder mindestens 50% oder mindestens 75% vom Berstdruck des Kunststoffliners (100) beträgt.
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Sperrschicht (130) eine Metallschicht ist.
8. Druckbehälter (100) oder Liner (110) zur Speicherung von unter
Umgebungsbedingungen gasförmigen Brennstoff, hergestellt nach einem der vorherigen Verfahren.
9. Druckbehälter (100) zur Speicherung von unter
Umgebungsbedingungen gasförmigen Brennstoff, umfassend mindestens eine Sperrschicht (130) zur Verringerung der
Brennstoffpermeation, wobei die Sperrschicht (130) im
innendrucklosen Zustand des Druckbehälters (100) in Axialrichtung (Z) und/oder in Umfangsrichtung (U) komprimiert ist.
10. Druckbehälter (100) nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Sperrschicht (130) von einem in Umfangs- und Axialrichtung komprimierten
Zustand in einen Zustand der Dehnung übergeht, falls der Druck im Innenvolumen (I) größer ist als ein Grenzinnendruck, wobei der Grenzinnendruck einen Wert aufweist innerhalb von
- 1 % bis 150% vom nominalen Betriebsdruck des Druckbehälters (100), oder
- 20% bis 140% vom nominalen Betriebsdruck des Druckbehälters (100), oder
- 50% bis 130% vom nominalen Betriebsdruck des Druckbehälters (100).
11. Druckbehälter (100) nach Anspruch 8 bis 10, wobei die Sperrschicht (130) relativ zur faserverstärkten Schicht (120) und/oder relativ zum Liner (110) innenliegend vorgesehen ist.
12. Druckbehälter (100) nach einem der vorherigen Ansprüche 8 bis 11 , wobei die Sperrschicht (130) auf einen Kunststoffliner (110)
aufgebracht wird.
13. Druckbehälter nach einem der vorherigen Ansprüche 8 bis 12, wobei die Sperrschicht (130) eine Metallschicht ist.
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