WO2021130098A1 - Method for producing a component for storing or distributing compressed gas, and component for storing or distributing compressed gas - Google Patents

Method for producing a component for storing or distributing compressed gas, and component for storing or distributing compressed gas Download PDF

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core material
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compressed gas
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Torsten Trossmann
Kathrin Bauer-Trossmann
Angelika SCHAUER
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a method for producing a component for storing or distributing compressed gas and a component for storing or distributing compressed gas.
  • a pressure accumulator in particular a hydrogen pressure accumulator, with a container body is known from DE 102010 000966 A1.
  • the container body is enclosed by an enveloping body, an intermediate space being formed between the container body and the enveloping body.
  • the container body is formed from a plastic liner or an aluminum liner.
  • the inventive method for producing a component for storing or distributing compressed gas with the features of the independent claim has the advantage that the lightweight construction potential of aluminum, particularly relevant for mobile compressed gas applications, can be fully exploited, despite the susceptibility of aluminum or many aluminum alloys to stress corrosion cracking.
  • By cladding and / or plating and / or coating any aluminum alloys with ductile and at the same time corrosion-resistant aluminum alloys, such as in particular the aluminum alloy EN AW-1050A, and / or pure aluminum will overcome this application limitation of aluminum or aluminum alloys.
  • an aluminum alloy can be selected for the core material, which is high-strength and mechanically highly stressable, the susceptibility to stress corrosion cracking being irrelevant, while an aluminum alloy of high ductility different from the core material can be selected for the coating, which is low, preferably none , Susceptible to stress corrosion cracking. It is therefore particularly advantageous that the ductile aluminum alloy has a higher ductility than the core material. Due to its high ductility, the ductile aluminum alloy also has the advantage that the aluminum alloy has a high resistance to cracking, even with large deformations of the core material, so that moisture access to the underlying core material is prevented for the entire service life of the component for storing or distributing compressed gas.
  • the core material comprising aluminum or an aluminum alloy is coated on the pressure gas side with a ductile aluminum alloy.
  • the core material is preferably made of aluminum or an aluminum alloy.
  • the core material is a composite material comprising aluminum or an aluminum alloy and a further material, for example glass fibers.
  • a method is advantageous in which the coating, in particular the ductile aluminum alloy, is applied to the core material by means of plating.
  • Plating is a metalworking process in which one or more metal layers, here the ductile aluminum alloy, are applied to a base metal, here the core material, to create an inseparable connection. This can be done, for example, by rolling on the ductile aluminum alloy and / or electroplating, that is to say by electrochemical deposition of the ductile aluminum alloy.
  • a method in which the coating, in particular the ductile aluminum alloy, is applied to the core material by means of build-up welding is particularly advantageous.
  • the ductile aluminum alloy in the form of the filler metal is applied to the core material in a welding process.
  • a method is also advantageous in which the coating, in particular the ductile aluminum alloy, is rolled and / or soldered onto the core material.
  • a ductile aluminum alloy foil is placed on the core material and a connection between the components is established by rolling by means of pressure and / or an increase in temperature.
  • soldering a foil of the ductile aluminum alloy is placed on the core material and connected to the core material by means of solder.
  • a method in which the coating, in particular the ductile aluminum alloy, is applied to the core material by internal high pressure forming is particularly advantageous.
  • the ductile aluminum alloy is inserted into a cavity of the component made from the core material for storing or distributing compressed gas and is pressed against the inner wall of the core material by applying an internal pressure.
  • a method in which the coating, in particular the ductile aluminum alloy, is applied to the core material by co-extrusion is also advantageous.
  • co-extrusion both the core material and the ductile aluminum alloy are pressed through the same extrusion tool to produce a semi-finished product consisting of the core material and the ductile aluminum alloy.
  • the component for storing or distributing compressed gas is made from the semi-finished product, for example by means of a forming process.
  • Wrought aluminum alloys are aluminum alloys with additions of magnesium and / or silicon and / or copper and / or zinc and / or nickel and / or manganese to increase ductility.
  • the aluminum alloy EN AW-1050A preferably has the following composition:
  • the invention also relates to a component for storing or distributing compressed gas with a core material comprising aluminum or an aluminum alloy, the core material being coated on the compressed gas side with a ductile aluminum alloy and / or pure aluminum, the components preferably being produced by the method described above.
  • the components are in particular a pressurized gas tank, in particular a hydrogen pressurized gas tank, and / or a valve, in particular a temperature valve and / or a pressure relief valve and / or a shut-off valve and / or a check valve and / or metering valve, and / or a pipe, in particular a hydrogen pipe.
  • a hydrogen pressurized gas tank is used to store hydrogen as the pressurized gas, a distinction being made between a type I, type II, type III, type IV and type V hydrogen pressurized gas tank, the types differing mainly in the wall material and / or the pressure resistance.
  • the method described is suitable for the production of all types of hydrogen pressure gas tanks having aluminum or an aluminum alloy in the core material.
  • a hydrogen pipe is used to transport and thus distribute hydrogen as the pressurized gas.
  • the component is a plug-in component, the plug-in component consisting of the core material with the coating on the pressure gas side, in particular with the ductile aluminum alloy. Insertion components have the advantage that, by inserting them, workpieces can be equipped quickly and easily with the required material properties, in particular with a low susceptibility to stress corrosion cracking.
  • the components for storing or distributing compressed gas have advantages corresponding to those of the method described above.
  • Fig. 2 shows a pressure gas tank
  • a method for producing a component for storing or distributing compressed gas with a core material comprising aluminum or an aluminum alloy is described below, the core material being coated on the compressed gas side with a ductile aluminum alloy and / or pure aluminum.
  • a component for storing or distributing compressed gas with a core material comprising aluminum or an aluminum alloy is described, in particular a compressed gas tank or a valve, the core material being coated on the compressed gas side with a ductile aluminum alloy and / or pure aluminum.
  • the invention is based on the knowledge that in the case of stationary and mobile gas storage tanks, tank inner liners and tank attachments made of aluminum alloys, which are exposed to a pressurized gas atmosphere in use, sufficient amounts of moisture when filling the gas storage tanks, even if the corresponding purity specifications for pressurized gases, such as hydrogen, are complied with can be entered that condense at low temperatures occurring during operation by falling below the dew point and in connection with the tensile stresses caused by internal pressure can induce stress corrosion cracking and damage the component.
  • the core material is charged and / or plated and / or coated with a ductile aluminum alloy in order to prevent the contact between moisture / condensate and the core material susceptible to stress corrosion cracking.
  • the coating material or the cladding material is co-extruded and / or rolled and / or welded and / or soldered and / or rolled onto the core material.
  • the coating is applied by co-extrusion of core and coating material or by hydroforming. The inside of valves exposed to the compressed gas is coated or the valves are equipped with plug-in components.
  • the implementation of the invention in the case of components for storing or distributing compressed gas can be demonstrated in a destructive manner by a metallographic section or by chemical analysis of the core material and cladding, or also non-destructively if access is available.
  • aluminum liners from pressurized gas tanks in particular of type III and / or pressurized gas cylinders, for example for divers, and / or aluminum components exposed to pressurized gas, for example temperature valves and / or pressure relief valves (Thermal and Pressure Relief Devices / TP RD) and / or shut-off valves (Shut -off valves) and / or check valves and / or metering valves are produced.
  • FIG. 1 shows a method for producing a component for storing or distributing compressed gas.
  • the component for storing or distributing compressed gas is produced from the core material comprising aluminum or an aluminum alloy.
  • the component is in particular a pressurized gas tank, in particular a hydrogen pressurized gas tank, and / or a valve, in particular a temperature valve and / or a pressure relief valve and / or a shut-off valve and / or a check valve and / or a metering valve, and / or a pipeline , especially a hydrogen pipeline.
  • the core material is coated on the compressed gas side with a ductile aluminum alloy.
  • the ductile aluminum alloy is applied to the core material by means of plating. Alternatively or additionally, the ductile aluminum alloy is applied and / or rolled onto the core material in a further variant by means of build-up welding. In a further variant, the ductile aluminum alloy is alternatively or additionally applied to the core material by hydroforming.
  • the component has an insert component, the insert component being produced from the core material.
  • the plug-in component is designed to be installed in a further component for storing or distributing compressed gas, in particular a valve. In this variant, the plug-in component is built into the component for storing or distributing compressed gas, in particular a valve, in a further process step.
  • the ductile aluminum alloy is first applied to the core material, for example by co-extrusion, and then in a further process step the component for storing or distributing compressed gas is made from the semi-finished product thus produced produced.
  • the ductile aluminum alloy and / or the pure aluminum has a higher ductility than the core material and / or that the ductile aluminum alloy is a wrought aluminum alloy, in particular the aluminum alloy EN AW-1050A.
  • FIG. 2 shows a pressurized gas tank 20, for example a hydrogen pressurized gas tank, as a component for storing pressurized gas 34.
  • the pressurized gas tank 20 comprises a core material 22 comprising aluminum or an aluminum alloy and a coating on the pressurized gas side 28 with a ductile aluminum alloy 24
  • Pressurized gas for example hydrogen, exerts an internal pressure 32 against the wall of the pressurized gas tank 20. Due to impurities that are technically not completely avoidable, the compressed gas 34 has moisture 30.
  • the pressurized gas tank 20 also comprises a filler neck 26 for filling the pressurized gas tank 20 with the pressurized gas 34.
  • the pressurized gas tank 20 was produced by a method explained with reference to FIG. 1 for producing a component for storing or distributing pressurized gas 34.
  • FIG. 3 shows a valve 40 as a component for distributing compressed gas 34.
  • the valve 40 is designed as a shut-off valve.
  • the valve 40 comprises a core material 22 comprising aluminum or an aluminum alloy and a coating on the pressure gas side 28 with a ductile aluminum alloy 24.
  • the valve 40 comprises a high pressure side 42 and a low pressure side 44, the high pressure side 42 being opposite the valve disk 50 seated in the valve seat 52 Low pressure side 44 is sealed.
  • the compressed gas 34 for example hydrogen, located on the high pressure side 42 of the valve 40 exerts an internal pressure 32 against the wall of the valve 40. Due to impurities that are technically not completely avoidable, the compressed gas 34 has moisture 30.
  • the core material 22 is coated both on the high pressure side 42 and on the low pressure side 44 with the ductile aluminum alloy 24 and thus on the compressed gas side 28.
  • the valve seat 52 and / or the valve disk 50 is additionally or alternatively coated with the ductile aluminum alloy 24.
  • the valve 40 has a bushing 54, a spindle 48, which is mounted in the bushing 54, and a handwheel 46. The valve 40 is designed to connect the high-pressure side 42 to the low-pressure side 44 in that the valve disk 50 is released from the valve seat 52 by actuating the handwheel 46 via the spindle 48.

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Abstract

The invention relates to a method for producing a component which is intended for storing or distributing compressed gas (34) and has a core material (22) comprising aluminium or an aluminium alloy, wherein the core material (22) is coated on the compressed-gas side (28) with a ductile aluminium alloy (24) and/or pure aluminium. The invention also relates to a component which is intended for storing or distributing compressed gas and has a core material (22) comprising aluminium or an aluminium alloy, wherein the core material (22) is coated on the compressed-gas side (28) with a ductile aluminium alloy (24) and/or pure aluminium.

Description

Beschreibung description
Titel title
Verfahren zur Herstellung einer Komponente zur Speicherung oder Verteilung von Druckgas und Komponente zur Speicherung oder Verteilung von Druckgas Process for producing a component for storing or distributing compressed gas and a component for storing or distributing compressed gas
Stand der Technik State of the art
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Komponente zur Speicherung oder Verteilung von Druckgas und eine Komponente zur Speicherung oder Verteilung von Druckgas. The invention relates to a method for producing a component for storing or distributing compressed gas and a component for storing or distributing compressed gas.
Aus der DE 102010 000966 Al ist ein Druckspeicher, insbesondere ein Wasserstoffdruckspeicher, mit einem Behälterkörper bekannt. Der Behälterkörper ist von einem Hüllkörper umschlossen, wobei zwischen dem Behälterkörper und dem Hüllkörper ein Zwischenraum gebildet ist. Der Behälterkörper ist aus einem Kunststoff-Liner oder einem Aluminium-Liner ausgebildet. A pressure accumulator, in particular a hydrogen pressure accumulator, with a container body is known from DE 102010 000966 A1. The container body is enclosed by an enveloping body, an intermediate space being formed between the container body and the enveloping body. The container body is formed from a plastic liner or an aluminum liner.
Offenbarung der Erfindung Vorteile der Erfindung Disclosure of the Invention Advantages of the Invention
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Komponente zur Speicherung oder Verteilung von Druckgas mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat den Vorteil, dass das, insbesondere für mobile Druckgasanwendungen relevante, Leichtbaupotential von Aluminium voll ausgeschöpft werden kann, trotz der Spannungsrisskorrosionsanfälligkeit von Aluminium oder vieler Aluminiumlegierungen. Durch das Cladden und/oder Plattieren und/oder Beschichten von beliebigen Aluminiumlegierungen mit duktilen und gleichzeitig korrosionsbeständigen Aluminiumlegierungen, wie insbesondere der Aluminiumlegierung EN AW-1050A, und/oder Reinaluminium wird diese Anwendungsbeschränkung von Aluminium oder Aluminiumlegierungen überkommen. Besonders vorteilhaft ist dabei, dass für den Kernwerkstoff eine Aluminiumlegierung gewählt werden kann, die hochfest und mechanisch hochbeanspruchbar ist, wobei die Spannungsrisskorrosionsanfälligkeit unbeachtlich ist, während für die Beschichtung eine von dem Kernwerkstoff verschiedene Aluminiumlegierung hoher Duktilität gewählt werden kann, die eine geringe, vorzugsweise keine, Spannungsrisskorrosionsanfälligkeit aufweist. Besonders vorteilhaft ist somit insbesondere, dass die duktile Aluminiumlegierung eine höhere Duktilität aufweist als der Kernwerkstoff. Die duktile Aluminiumlegierung hat aufgrund der hohen Duktilität ferner den Vorteil, dass die Aluminiumlegierung auch bei großen Verformungen des Kernwerkstoffes einen großen Widerstand gegenüber Rissbildung aufweist, sodass der Feuchtezutritt zum darunterliegenden Kernwerkstoff über die gesamte Einsatzdauer der Komponente zur Speicherung oder Verteilung von Druckgas unterbunden wird. Diese Vorteile werden durch ein Verfahren erreicht, bei dem der Kernwerkstoff aufweisend Aluminium oder eine Aluminiumlegierung druckgasseitig mit einer duktilen Aluminiumlegierung beschichtet wird. Der Kernwerkstoff besteht vorzugsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. In einer Variante ist der Kernwerkstoff ein Verbundwerkstoff aufweisend Aluminium oder eine Aluminiumlegierung und einen weiteren Werkstoff, beispielsweise Glasfasern. The inventive method for producing a component for storing or distributing compressed gas with the features of the independent claim has the advantage that the lightweight construction potential of aluminum, particularly relevant for mobile compressed gas applications, can be fully exploited, despite the susceptibility of aluminum or many aluminum alloys to stress corrosion cracking. By cladding and / or plating and / or coating any aluminum alloys with ductile and at the same time corrosion-resistant aluminum alloys, such as in particular the aluminum alloy EN AW-1050A, and / or pure aluminum will overcome this application limitation of aluminum or aluminum alloys. It is particularly advantageous that an aluminum alloy can be selected for the core material, which is high-strength and mechanically highly stressable, the susceptibility to stress corrosion cracking being irrelevant, while an aluminum alloy of high ductility different from the core material can be selected for the coating, which is low, preferably none , Susceptible to stress corrosion cracking. It is therefore particularly advantageous that the ductile aluminum alloy has a higher ductility than the core material. Due to its high ductility, the ductile aluminum alloy also has the advantage that the aluminum alloy has a high resistance to cracking, even with large deformations of the core material, so that moisture access to the underlying core material is prevented for the entire service life of the component for storing or distributing compressed gas. These advantages are achieved by a method in which the core material comprising aluminum or an aluminum alloy is coated on the pressure gas side with a ductile aluminum alloy. The core material is preferably made of aluminum or an aluminum alloy. In one variant, the core material is a composite material comprising aluminum or an aluminum alloy and a further material, for example glass fibers.
Vorteilhaft ist ein Verfahren, bei dem die Beschichtung, insbesondere die duktile Aluminiumlegierung, mittels Plattieren auf den Kernwerkstoff aufgebracht wird. Plattieren ist ein Verfahren der Metallbearbeitung, bei dem eine oder mehrere Metallauflagen, hier die duktile Aluminiumlegierung, auf einem Grundmetall, hier dem Kernwerkstoff, zur Herstellung einer untrennbaren Verbindung aufgebracht werden. Dies kann beispielsweise durch Aufwalzen der duktilen Aluminiumlegierung und/oder Elektroplattieren, also durch elektrochemische Abscheidung der duktilen Aluminiumlegierung, erfolgen. A method is advantageous in which the coating, in particular the ductile aluminum alloy, is applied to the core material by means of plating. Plating is a metalworking process in which one or more metal layers, here the ductile aluminum alloy, are applied to a base metal, here the core material, to create an inseparable connection. This can be done, for example, by rolling on the ductile aluminum alloy and / or electroplating, that is to say by electrochemical deposition of the ductile aluminum alloy.
Besonders vorteilhaft ist ein Verfahren, bei dem die Beschichtung, insbesondere die duktile Aluminiumlegierung, mittels Auftragsschweißen auf den Kernwerkstoff aufgebracht wird. Beim Auftragsschweißen wird die duktile Aluminiumlegierung in Form des Schweißzusatzwerkstoff auf den Kernwerkstoff durch einen Schweißvorgang aufgetragen. Vorteilhaft ist ferner ein Verfahren, bei dem die Beschichtung, insbesondere die duktile Aluminiumlegierung, auf den Kernwerkstoff aufgewalzt und/oder aufgelötet wird. Beim Aufwalzen wird eine Folie der duktilen Aluminiumlegierung auf den Kernwerkstoff gelegt und durch Druck und/oder Temperaturerhöhung eine Verbindung zwischen den Komponenten durch Walzen hergestellt. Beim Auflöten wird eine Folie der duktilen Aluminiumlegierung auf den Kernwerkstoff gelegt und mittels eines Lots mit dem Kernwerkstoff verbunden. A method in which the coating, in particular the ductile aluminum alloy, is applied to the core material by means of build-up welding is particularly advantageous. During build-up welding, the ductile aluminum alloy in the form of the filler metal is applied to the core material in a welding process. A method is also advantageous in which the coating, in particular the ductile aluminum alloy, is rolled and / or soldered onto the core material. During rolling, a ductile aluminum alloy foil is placed on the core material and a connection between the components is established by rolling by means of pressure and / or an increase in temperature. When soldering, a foil of the ductile aluminum alloy is placed on the core material and connected to the core material by means of solder.
Besonders vorteilhaft ist ein Verfahren bei dem die Beschichtung, insbesondere die duktile Aluminiumlegierung, durch Innenhochdruckumformung auf den Kernwerkstoff aufgebracht wird. Dabei wird die in einen Hohlraum der aus dem Kernwerkstoff hergestellten Komponente zur Speicherung oder Verteilung von Druckgas die duktile Aluminiumlegierung eingelegt und durch Aufbringen eines Innendrucks an die Innenwandung des Kernwerkstoffes angepresst. A method in which the coating, in particular the ductile aluminum alloy, is applied to the core material by internal high pressure forming is particularly advantageous. The ductile aluminum alloy is inserted into a cavity of the component made from the core material for storing or distributing compressed gas and is pressed against the inner wall of the core material by applying an internal pressure.
Vorteilhaft ist ferner ein Verfahren bei dem die Beschichtung, insbesondere die duktile Aluminiumlegierung, durch Co-Extrusion auf den Kernwerkstoff aufgebracht wird. Bei der Co-Extrusion werden sowohl der Kernwerkstoff als auch die duktile Aluminiumlegierung durch das selbe Extrusionswerkzeug zur Herstellung eines Halbzeuges bestehend aus dem Kernwerkstoff und der duktilen Aluminiumlegierung gepresst. In einem anschließenden zweiten Verfahrensschritt wird aus dem hergestellten Halbzeug die Komponente zur Speicherung oder Verteilung von Druckgas beispielsweise durch einen Umformvorgang hergestellt. A method in which the coating, in particular the ductile aluminum alloy, is applied to the core material by co-extrusion is also advantageous. In co-extrusion, both the core material and the ductile aluminum alloy are pressed through the same extrusion tool to produce a semi-finished product consisting of the core material and the ductile aluminum alloy. In a subsequent, second process step, the component for storing or distributing compressed gas is made from the semi-finished product, for example by means of a forming process.
Besonders vorteilhaft ist ein Verfahren bei dem die duktile Aluminiumlegierung eine Aluminiumknetlegierung, insbesondere die Aluminiumlegierung EN AW-1050A, ist. Aluminiumknetlegierungen sind Aluminiumlegierungen mit Zusätzen von Magnesium und/oder Silizium und/oder Kupfer und/oder Zink und/oder Nickel und/oder Mangan zur Erhöhung der Duktilität. Die Aluminiumlegierung EN AW-1050A weist vorzugsweise die folgende Zusammensetzung auf: A method in which the ductile aluminum alloy is a wrought aluminum alloy, in particular the aluminum alloy EN AW-1050A, is particularly advantageous. Wrought aluminum alloys are aluminum alloys with additions of magnesium and / or silicon and / or copper and / or zinc and / or nickel and / or manganese to increase ductility. The aluminum alloy EN AW-1050A preferably has the following composition:
- 0,25 % Silizium - 0.25% silicon
- 0,4 % Eisen - 0.4% iron
- 0,05 % Kupfer - 0,05 % Mangan - 0.05% copper - 0.05% manganese
- 0,05 % Magnesium - 0.05% magnesium
- 0,07 % Zink - 0.07% zinc
- 0,05 % Titan - 0.05% titanium
- Rest: Aluminium - Remainder: aluminum
Die Erfindung betrifft ferner eine Komponente zur Speicherung oder Verteilung von Druckgas mit einem Kernwerkstoff aufweisend Aluminium oder eine Aluminiumlegierung, wobei der Kernwerkstoff druckgasseitig mit einer duktilen Aluminiumlegierung und/oder Reinaluminium beschichtet ist, wobei die Komponenten vorzugsweise durch das vorstehend beschriebene Verfahren hergestellt wurde. Die Komponenten ist insbesondere ein Druckgastank, insbesondere ein Wasserstoffdruckgastank, und/oder ein Ventil, insbesondere Temperaturventil und/oder ein Überdruckventil und/oder ein Absperrventil und/oder ein Rückschlagventil und/oder Dosierventil, und/oder eine Rohrleitung, insbesondere eine Wasserstoffrohrleitung. Ein Wasserstoffdruckgastank dient zur Speicherung von Wasserstoff als dem Druckgas, wobei zwischen einem Typ I, Typ II, Typ III, Typ IV und Typ V Wasserstoffdruckgastank unterschieden wird, wobei sich die Typen im Wesentlichen durch das Wandmaterial und/oder die Druckfestigkeit unterscheiden.The invention also relates to a component for storing or distributing compressed gas with a core material comprising aluminum or an aluminum alloy, the core material being coated on the compressed gas side with a ductile aluminum alloy and / or pure aluminum, the components preferably being produced by the method described above. The components are in particular a pressurized gas tank, in particular a hydrogen pressurized gas tank, and / or a valve, in particular a temperature valve and / or a pressure relief valve and / or a shut-off valve and / or a check valve and / or metering valve, and / or a pipe, in particular a hydrogen pipe. A hydrogen pressurized gas tank is used to store hydrogen as the pressurized gas, a distinction being made between a type I, type II, type III, type IV and type V hydrogen pressurized gas tank, the types differing mainly in the wall material and / or the pressure resistance.
Das beschriebene Verfahren ist für die Herstellung aller Typen von Wasserstoffdruckgastanks aufweisend Aluminium oder eine Aluminiumlegierung im Kernwerkstoff geeignet. Eine Wasserstoffrohrleitung dient zum Transport und damit Verteilung von Wasserstoff als dem Druckgas. In einer Variante ist die Komponente ein Einsteckbauteil, wobei das Einsteckbauteil aus dem Kernwerkstoff mit der druckgasseitigen Beschichtung, insbesondere mit der duktilen Aluminiumlegierung, besteht. Einsteckbauteile haben den Vorteil, dass durch das Einstecken Werkstücke schnell und einfach mit den erforderlichen Materialeigenschaften, insbesondere mit einer geringen Spannungsrisskorrosionsanfälligkeit, ausgestatten werden können. Im Übrigen weisen die Komponenten zur Speicherung oder Verteilung von Druckgas entsprechende Vorteile wie das vorstehend beschriebene Verfahren auf. The method described is suitable for the production of all types of hydrogen pressure gas tanks having aluminum or an aluminum alloy in the core material. A hydrogen pipe is used to transport and thus distribute hydrogen as the pressurized gas. In one variant, the component is a plug-in component, the plug-in component consisting of the core material with the coating on the pressure gas side, in particular with the ductile aluminum alloy. Insertion components have the advantage that, by inserting them, workpieces can be equipped quickly and easily with the required material properties, in particular with a low susceptibility to stress corrosion cracking. In addition, the components for storing or distributing compressed gas have advantages corresponding to those of the method described above.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezug zu den Figuren und aus den abhängigen Ansprüchen. Kurze Beschreibung der Zeichnungen Further advantages emerge from the following description of exemplary embodiments with reference to the figures and from the dependent claims. Brief description of the drawings
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen anhand mehrerer Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawings using several figures and explained in more detail in the description below.
Es zeigen: Show it:
Fig. 1 ein Verfahren zur Herstellung einer Komponente zur Speicherung oder Verteilung von Druckgas, 1 shows a method for producing a component for storing or distributing compressed gas,
Fig. 2 einen Druckgastank, und Fig. 2 shows a pressure gas tank, and
Fig. 3 ein Ventil. 3 shows a valve.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen Description of exemplary embodiments
Nachfolgend wird ein Verfahren zur Herstellung einer Komponente zur Speicherung oder Verteilung von Druckgas mit einem Kernwerkstoff aufweisend Aluminium oder eine Aluminiumlegierung beschrieben, wobei der Kernwerkstoff druckgasseitig mit einer duktilen Aluminiumlegierung und/oder Reinaluminium beschichtet wird. Ferner wird eine Komponente zur Speicherung oder Verteilung von Druckgas mit einem Kernwerkstoff aufweisend Aluminium oder eine Aluminiumlegierung beschrieben, insbesondere ein Druckgastank oder ein Ventil, wobei der Kernwerkstoff druckgasseitig mit einer duktilen Aluminiumlegierung und/oder Reinaluminium beschichtet ist. A method for producing a component for storing or distributing compressed gas with a core material comprising aluminum or an aluminum alloy is described below, the core material being coated on the compressed gas side with a ductile aluminum alloy and / or pure aluminum. Furthermore, a component for storing or distributing compressed gas with a core material comprising aluminum or an aluminum alloy is described, in particular a compressed gas tank or a valve, the core material being coated on the compressed gas side with a ductile aluminum alloy and / or pure aluminum.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei aus Aluminiumlegierungen gefertigte stationäre und mobile Gasspeichertanks, Tankinnenliner und Tankanbauteile, die in der Anwendung einer Druckgasatmosphäre ausgesetzt sind, auch unter Einhaltung der entsprechenden Reinheitsvorgaben für Druckgase, wie beispielsweise Wasserstoff, bei der Befüllung der Gasspeichertanks hinreichende Feuchtigkeitsmengen eingetragen werden können, die bei niedrigen, im Betrieb auftretenden Temperaturen durch Unterschreitung des Taupunkts kondensieren und in Verbindung mit den innendruckbedingten Zugspannungen Spannungsrisskorrosion induzieren und zur Beschädigung der Komponente führen können. The invention is based on the knowledge that in the case of stationary and mobile gas storage tanks, tank inner liners and tank attachments made of aluminum alloys, which are exposed to a pressurized gas atmosphere in use, sufficient amounts of moisture when filling the gas storage tanks, even if the corresponding purity specifications for pressurized gases, such as hydrogen, are complied with can be entered that condense at low temperatures occurring during operation by falling below the dew point and in connection with the tensile stresses caused by internal pressure can induce stress corrosion cracking and damage the component.
Durch die nachfolgend beschriebene Beschichtung des hochfesten Kernwerkstoffes mit dem duktilen, korrosionsbeständigen Beschichtungswerkstoff und der damit vorliegenden Barriere, wird der direkte Kontakt des potentiell spannungsrisskorrosionsanfälligen Kernwerkstoffs mit dem feuchten Druckgas/Kondensat unterbunden. Damit werden zwei (Werkstoff, Medium) der drei notwendigen Komponenten (Werkstoff, Medium,The coating of the high-strength core material with the ductile, corrosion-resistant coating material and the associated barrier, as described below, prevents the core material, which is potentially susceptible to stress corrosion cracking, from coming into direct contact with the moist compressed gas / condensate. This means that two (material, medium) of the three necessary components (material, medium,
Zugspannung), die zur Spannungsrisskorrosion führen, ausgeschaltet. Hierzu wird zur Unterbindungen des Kontakts zwischen Feuchte/Kondensat und dem spannungsrisskorrosionsanfälligen Kernwerkstoff der Kernwerkstoff mit einer duktilen Aluminiumlegierung gecladdet und/oder plattiert und/oder beschichtet. Für Bauteile aus Bandmaterial wird der Beschichtungswerkstoff oder der Plattierwerkstoff auf den Kernwerkstoff co-extrudiert und/oder aufgewalzt und/oder aufgeschweißt und/oder gelötet und/oder gewalzt. Für Tankliner oder Gasflaschen wird die Beschichtung durch Koextrusion von Kern- und Beschichtungswerkstoff oder durch Innenhochdruckumformung aufgebracht. Das dem Druckgas exponierte Innere von Ventilen wird beschichtet oder die Ventile werden mit Einsteckbauteilen ausgestattet. Die Realisierung der Erfindung bei Komponenten zur Speicherung oder Verteilung von Druckgas kann durch einen metallographischen Schliff oder durch chemische Analyse von Kernwerkstoff und Plattierung zerstörend oder bei gegebener Zugänglichkeit auch zerstörungsfrei nachgewiesen werden. Durch das nachfolgend beschriebene Verfahren können Aluminiumliner von Druckgastanks insbesondere des Typs III und/oder Druckgasflaschen, beispielsweise für Taucher, und/oder druckgasexponierte Aluminiumkomponenten, beispielsweise Temperaturventile und/oder Überdruckventile (Thermal and Pressure Relief Devices/TP RD) und/oder Absperrventile (Shut-off valves) und/oder Rückschlagventile (Check valves) und/oder Dosierventile hergestellt werden. Tensile stress), which lead to stress corrosion cracking, are switched off. For this purpose, the core material is charged and / or plated and / or coated with a ductile aluminum alloy in order to prevent the contact between moisture / condensate and the core material susceptible to stress corrosion cracking. For components made from strip material, the coating material or the cladding material is co-extruded and / or rolled and / or welded and / or soldered and / or rolled onto the core material. For tank liners or gas cylinders, the coating is applied by co-extrusion of core and coating material or by hydroforming. The inside of valves exposed to the compressed gas is coated or the valves are equipped with plug-in components. The implementation of the invention in the case of components for storing or distributing compressed gas can be demonstrated in a destructive manner by a metallographic section or by chemical analysis of the core material and cladding, or also non-destructively if access is available. Using the method described below, aluminum liners from pressurized gas tanks, in particular of type III and / or pressurized gas cylinders, for example for divers, and / or aluminum components exposed to pressurized gas, for example temperature valves and / or pressure relief valves (Thermal and Pressure Relief Devices / TP RD) and / or shut-off valves (Shut -off valves) and / or check valves and / or metering valves are produced.
Figur 1 zeigt ein Verfahren zur Herstellung einer Komponente zur Speicherung oder Verteilung von Druckgas. In einem ersten Verfahrensschritt 10 wird die Komponente zur Speicherung oder Verteilung von Druckgas aus dem Kernwerkstoff aufweisend Aluminium oder eine Aluminiumlegierung hergestellt. Bei der Komponente handelt es sich insbesondere um einen Druckgastank, insbesondere einen Wasserstoffdruckgastank, und/oder ein Ventil, insbesondere ein Temperaturventil und/oder ein Überdruckventil und/oder ein Absperrventil und/oder ein Rückschlagventil und/oder ein Dosierventil, und/der eine Rohrleitung, insbesondere eine Wasserstoffrohrleitung. In einem zweiten Verfahrensschritt wird der Kernwerkstoff druckgasseitig mit einer duktilen Aluminiumlegierung beschichtet. In einer ersten Variante wird die duktile Aluminiumlegierung mittels Plattieren auf den Kernwerkstoff aufgebracht. Alternativ oder zusätzlich wird die duktile Aluminiumlegierung in einer weiteren Variante mittels Auftragsschweißen auf den Kernwerkstoff aufgebracht und/oder aufgewalzt. In einer weiteren Variante wird die duktile Aluminiumlegierung alternativ oder zusätzlich durch Innenhochdruckumformung auf den Kernwerkstoff aufgebracht. In einer Variante weist die Komponente ein Einsteckbauteil auf, wobei das Einsteckbauteil aus dem Kernwerkstoff hergestellt wird. Das Einsteckbauteil ist ausgebildet, in eine weitere Komponente zur Speicherung oder Verteilung von Druckgas, insbesondere ein Ventil, eingebaut zu werden. Das Einsteckbauteil wird in dieser Variante in einem weiteren Verfahrensschritt in die Komponente zur Speicherung oder Verteilung von Druckgas, insbesondere ein Ventil, eingebaut. In einer weiteren Variante wird abweichend von dem ersten Verfahrensschritt 10 und dem zweiten Verfahrensschritt 12 zunächst die duktile Aluminiumlegierung auf dem Kernwerkstoff, beispielsweise durch Co- Extrusion, aufgebracht und dann in einem weiteren Verfahrensschritt aus dem so hergestellten Halbzeug die Komponente zur Speicherung oder Verteilung von Druckgas hergestellt. In allen Varianten ist vorzugsweise vorgesehen, dass die duktile Aluminiumlegierung und/oder das Reinaluminium eine höhere Duktilität auf als der Kernwerkstoff aufweist und/oder dass die duktile Aluminiumlegierung eine Aluminiumknetlegierung, insbesondere die Aluminiumlegierung EN AW-1050A, ist. FIG. 1 shows a method for producing a component for storing or distributing compressed gas. In a first method step 10, the component for storing or distributing compressed gas is produced from the core material comprising aluminum or an aluminum alloy. The component is in particular a pressurized gas tank, in particular a hydrogen pressurized gas tank, and / or a valve, in particular a temperature valve and / or a pressure relief valve and / or a shut-off valve and / or a check valve and / or a metering valve, and / or a pipeline , especially a hydrogen pipeline. In a second process step, the core material is coated on the compressed gas side with a ductile aluminum alloy. In a first variant, the ductile aluminum alloy is applied to the core material by means of plating. Alternatively or additionally, the ductile aluminum alloy is applied and / or rolled onto the core material in a further variant by means of build-up welding. In a further variant, the ductile aluminum alloy is alternatively or additionally applied to the core material by hydroforming. In one variant, the component has an insert component, the insert component being produced from the core material. The plug-in component is designed to be installed in a further component for storing or distributing compressed gas, in particular a valve. In this variant, the plug-in component is built into the component for storing or distributing compressed gas, in particular a valve, in a further process step. In a further variant, deviating from the first process step 10 and the second process step 12, the ductile aluminum alloy is first applied to the core material, for example by co-extrusion, and then in a further process step the component for storing or distributing compressed gas is made from the semi-finished product thus produced produced. In all variants it is preferably provided that the ductile aluminum alloy and / or the pure aluminum has a higher ductility than the core material and / or that the ductile aluminum alloy is a wrought aluminum alloy, in particular the aluminum alloy EN AW-1050A.
Figur 2 zeigt einen Druckgastank 20, beispielsweise einen Wasserstoffdruckgastank, als eine Komponente zur Speicherung von Druckgas 34. Der Druckgastank 20 umfasst einen Kernwerkstoff 22 aufweisend Aluminium oder eine Aluminiumlegierung und eine druckgasseitigen 28 Beschichtung mit einer duktilen Aluminiumlegierung 24. Das in dem Druckgastank 20 gespeicherte Druckgas, beispielsweise Wasserstoff, übt gegen die Wandung des Druckgastanks 20 einen Innendruck 32 aus. Aufgrund technisch nicht vollständig vermeidbarer Verunreinigungen weist das Druckgas 34 eine Feuchtigkeit 30 auf. Ferner umfasst der Druckgastank 20 einen Einfüllstutzen 26 zum Befüllen des Druckgastanks 20 mit dem Druckgas 34. Der Druckgastank 20 wurde durch ein mit Bezug auf die Figur 1 erläutertes Verfahren zur Herstellung einer Komponente zur Speicherung oder Verteilung von Druckgas 34 hergestellt. FIG. 2 shows a pressurized gas tank 20, for example a hydrogen pressurized gas tank, as a component for storing pressurized gas 34. The pressurized gas tank 20 comprises a core material 22 comprising aluminum or an aluminum alloy and a coating on the pressurized gas side 28 with a ductile aluminum alloy 24 Pressurized gas, for example hydrogen, exerts an internal pressure 32 against the wall of the pressurized gas tank 20. Due to impurities that are technically not completely avoidable, the compressed gas 34 has moisture 30. The pressurized gas tank 20 also comprises a filler neck 26 for filling the pressurized gas tank 20 with the pressurized gas 34. The pressurized gas tank 20 was produced by a method explained with reference to FIG. 1 for producing a component for storing or distributing pressurized gas 34.
Figur 3 zeigt ein Ventil 40 als eine Komponente zur Verteilung von Druckgas 34. Das Ventil 40 ist als ein Absperrventil ausgebildet. Das Ventil 40 umfasst einen Kernwerkstoff 22 aufweisend Aluminium oder eine Aluminiumlegierung und eine druckgasseitigen 28 Beschichtung mit einer duktilen Aluminiumlegierung 24. Ferner umfasst das Ventil 40 eine Hochdruckseite 42 und eine Niederdruckseite 44, wobei die Hochdruckseite 42 durch einen im Ventilsitz 52 sitzenden Ventilteller 50 gegenüber der Niederdruckseite 44 abgedichtet ist. Das auf der Hochdruckseite 42 des Ventils 40 befindliche Druckgas 34, beispielsweise Wasserstoff, übt gegen die Wandung des Ventils 40 einen Innendruck 32 aus. Aufgrund technisch nicht vollständig vermeidbarer Verunreinigungen weist das Druckgas 34 eine Feuchtigkeit 30 auf. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Kernwerkstoff 22 sowohl auf der Hochdruckseite 42 als auch auf der Niederdruckseite 44 mit der duktilen Aluminiumlegierung 24 und somit druckgasseitig 28 beschichtet. Ferner ist im bevorzugten Ausführungsbeispiel zusätzlich oder alternativ der Ventilsitz 52 und/oder der Ventilteller 50 mit der duktilen Aluminiumlegierung 24 beschichtet. Ferner weist das Ventil 40 eine Buchse 54, eine Spindel 48, die in der Buchse 54 gelagert ist, und ein Handrad 46 auf. Das Ventil 40 ist ausgebildet, die Hochdruckseite 42 mit der Niederdruckseite 44 zu verbinden, indem durch Betätigung des Handrads 46 über die Spindel 48 der Ventilteller 50 vom Ventilsitz 52 gelöst wird. FIG. 3 shows a valve 40 as a component for distributing compressed gas 34. The valve 40 is designed as a shut-off valve. The valve 40 comprises a core material 22 comprising aluminum or an aluminum alloy and a coating on the pressure gas side 28 with a ductile aluminum alloy 24. Furthermore, the valve 40 comprises a high pressure side 42 and a low pressure side 44, the high pressure side 42 being opposite the valve disk 50 seated in the valve seat 52 Low pressure side 44 is sealed. The compressed gas 34, for example hydrogen, located on the high pressure side 42 of the valve 40 exerts an internal pressure 32 against the wall of the valve 40. Due to impurities that are technically not completely avoidable, the compressed gas 34 has moisture 30. In the preferred exemplary embodiment, the core material 22 is coated both on the high pressure side 42 and on the low pressure side 44 with the ductile aluminum alloy 24 and thus on the compressed gas side 28. Furthermore, in the preferred exemplary embodiment, the valve seat 52 and / or the valve disk 50 is additionally or alternatively coated with the ductile aluminum alloy 24. Furthermore, the valve 40 has a bushing 54, a spindle 48, which is mounted in the bushing 54, and a handwheel 46. The valve 40 is designed to connect the high-pressure side 42 to the low-pressure side 44 in that the valve disk 50 is released from the valve seat 52 by actuating the handwheel 46 via the spindle 48.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Verfahren zur Herstellung einer Komponente zur Speicherung oder Verteilung von Druckgas (34) mit einem Kernwerkstoff (22) aufweisend Aluminium oder eine Aluminiumlegierung, dadurch gekennzeichnet, dass der Kernwerkstoff (22) druckgasseitig (28) mit einer duktilen Aluminiumlegierung (24) und/oder Reinaluminium beschichtet wird. 1. A method for producing a component for storing or distributing compressed gas (34) with a core material (22) comprising aluminum or an aluminum alloy, characterized in that the core material (22) on the compressed gas side (28) with a ductile aluminum alloy (24) and / or pure aluminum is coated.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung, insbesondere duktile Aluminiumlegierung (24), mittels Plattieren auf den Kernwerkstoff (22) aufgebracht wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that the coating, in particular ductile aluminum alloy (24), is applied to the core material (22) by means of plating.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung, insbesondere duktile Aluminiumlegierung (24), mittels Auftragsschweißen auf den Kernwerkstoff (22) aufgebracht wird. 3. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the coating, in particular ductile aluminum alloy (24), is applied to the core material (22) by means of build-up welding.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung, insbesondere duktile Aluminiumlegierung (24), auf den Kernwerkstoff (22) aufgewalzt und/oder aufgelötet wird. 4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the coating, in particular ductile aluminum alloy (24), is rolled and / or soldered onto the core material (22).
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung, insbesondere duktile Aluminiumlegierung (24), durch Innenhochdruckumformung auf den Kernwerkstoff (22) aufgebracht wird. 5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the coating, in particular ductile aluminum alloy (24), is applied to the core material (22) by hydroforming.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung, insbesondere duktile Aluminiumlegierung (24), durch Co- Extrusion auf den Kernwerkstoff (22) aufgebracht wird. 6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the coating, in particular ductile aluminum alloy (24), is applied to the core material (22) by co-extrusion.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die duktile Aluminiumlegierung (24) eine Aluminiumknetlegierung, insbesondere die Aluminiumlegierung EN AW-1050A, ist. 7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the ductile aluminum alloy (24) is a wrought aluminum alloy, in particular the aluminum alloy EN AW-1050A.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung, insbesondere die duktile Aluminiumlegierung (24), eine höhere Duktilität aufweist als der Kernwerkstoff (22). 8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the coating, in particular the ductile aluminum alloy (24), has a higher ductility than the core material (22).
9. Komponente zur Speicherung oder Verteilung von Druckgas mit einem Kernwerkstoff (22) aufweisend Aluminium oder eine Aluminiumlegierung, dadurch gekennzeichnet, dass der Kernwerkstoff (22) druckgasseitig (28) mit einer duktilen Aluminiumlegierung (24) und/oder Reinaluminium beschichtet ist. 9. Component for storing or distributing compressed gas with a core material (22) comprising aluminum or an aluminum alloy, characterized in that the core material (22) on the compressed gas side (28) is coated with a ductile aluminum alloy (24) and / or pure aluminum.
10. Komponente nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente 10. Component according to claim 9, characterized in that the component
- ein Druckgastank (20), insbesondere ein Wasserstoffdruckgastank, und/oder - A pressurized gas tank (20), in particular a pressurized hydrogen gas tank, and / or
- ein Ventil (40), insbesondere Temperaturventil und/oder ein Überdruckventil und/oder ein Absperrventil und/oder ein Rückschlagventil und/oder ein Dosierventil, und/der - A valve (40), in particular a temperature valve and / or a pressure relief valve and / or a shut-off valve and / or a check valve and / or a metering valve, and / or
- eine Rohrleitung, insbesondere eine Wasserstoffrohrleitung, ist. - is a pipeline, in particular a hydrogen pipeline.
11. Komponente nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente ein Einsteckbauteil ist, wobei das Einsteckbauteil aus dem Kernwerkstoff (22) mit der druckgasseitigen (28) Beschichtung, insbesondere mit der duktilen Aluminiumlegierung (24), besteht. 11. Component according to one of claims 9 or 10, characterized in that the component is an insert component, the insert component consisting of the core material (22) with the coating on the pressure gas side (28), in particular with the ductile aluminum alloy (24).
12. Komponente nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 hergestellt wird. 12. Component according to one of claims 9 to 11, characterized in that the component is produced by a method according to any one of claims 1 to 8.
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