DE102016201477A1 - Pressure vessel and method for producing a pressure vessel - Google Patents

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Abstract

Die hier offenbarte Technologie betrifft einen Druckbehälter 100 zur Speicherung von Brennstoff. Der Druckbehälter umfasst: 1) eine erste faserverstärkte Schicht 120, wobei sich die erste faserverstärkte Schicht 120 über einen Mantelbereich M und über mindestens einen Endbereich D1, D2 des Druckbehälters 100 erstreckt; 2) mindestens ein Verbindungsrohr 130, wobei das Verbindungsrohr 130 zumindest bereichsweise an der ersten faserverstärkten Schicht 120 anliegt; und 3) eine zweiten faserverstärkte Schicht 140, wobei sich die zweite faserverstärkte Schicht 140 über den Mantelbereich M des Druckbehälters 100 und über einer Rohrmantelaußenoberfläche 132 des Verbindungsrohres 130 erstreckt.The technology disclosed herein relates to a pressure vessel 100 for storing fuel. The pressure vessel comprises: 1) a first fiber reinforced layer 120, wherein the first fiber reinforced layer 120 extends over a cladding region M and over at least one end region D1, D2 of the pressure vessel 100; 2) at least one connecting tube 130, wherein the connecting tube 130 at least partially abuts the first fiber-reinforced layer 120; and 3) a second fiber-reinforced layer 140, wherein the second fiber-reinforced layer 140 extends over the cladding region M of the pressure vessel 100 and over a tube shell outer surface 132 of the connecting tube 130.

Description

Die hier offenbarte Technologie betrifft einen Druckbehälter zur Speicherung von Brennstoff mit einem Verbindungsrohr sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Druckbehälters zur Speicherung von Brennstoff.The technology disclosed herein relates to a pressure vessel for storing fuel with a connection pipe, and to a method of manufacturing a pressure vessel for storing fuel.

Druckbehälter als solche zur Speicherung von unter Umgebungsbedingungen gasförmigen Brennstoffen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Solche Druckbehälter können bspw. durch ein um den Mantelbereich des Druckbehälters gespanntes Spannband (engl.: strap mounting) an der Karosserie befestigt sein. Ferner können die Druckbehälter an beiden Enden des Druckbehälters am Hals (engl.: neck mounting) an die Karosseriestruktur befestigt sein.Pressure vessels as such for storing gaseous fuels under ambient conditions are known in the art. Such pressure vessels may, for example, be fastened to the body by a tensioning strap stretched around the jacket area of the pressure vessel. Further, the pressure vessels may be attached to the body structure at both ends of the pressure vessel neck.

Eine solche Konstruktion benötigt relativ viel Bauraum. Somit verringern diese Formen der Karosserieanbindung das potentielle Speichervolumen des Druckbehälters. Sie sind überdies nur stark eingeschränkt in der Lage, Kräfte und Momente von einem Ende eines Druckbehälters auf ein anderes Ende des Druckbehälters zu übertragen. Somit tragen sie nicht bzw. nur zu einem geringen Teil zur Steifigkeit der Karosserie bei.Such a construction requires a relatively large amount of space. Thus, these forms of body attachment reduce the potential storage volume of the pressure vessel. Moreover, they are only severely limited in their ability to transmit forces and moments from one end of a pressure vessel to another end of the pressure vessel. Thus, they contribute not or only to a small extent to the rigidity of the body.

Es ist eine Aufgabe der hier offenbarten Technologie, die Nachteile der vorbekannten Lösungen zu verringern oder zu beheben. Insbesondere ist es eine Aufgabe der hier offenbarten Technologie, leichtere und kompaktere Wege zur Fahrzeugintegration von einem Druckbehälter bereitzustellen, wobei es sich bevorzugt um einen lasttragenden Druckbehälter handeln kann. Weitere Aufgaben ergeben sich aus den vorteilhaften Effekten der hier offenbarten Technologie. Die Aufgabe(n) wird/werden gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche. Die abhängigen Ansprüche stellen bevorzugte Ausgestaltungen dar.It is an object of the technology disclosed herein to reduce or eliminate the disadvantages of the prior art solutions. In particular, it is an object of the technology disclosed herein to provide lighter and more compact ways of integrating vehicles from a pressure vessel, which may preferably be a load bearing pressure vessel. Other objects arise from the beneficial effects of the technology disclosed herein. The object (s) is / are solved by the subject matter of the independent claims. The dependent claims are preferred embodiments.

Die hier offenbarte Technologie betrifft einen Druckbehälter zur Speicherung von Brennstoff für ein Kraftfahrzeug. Der Druckbehälter kann in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden, das beispielsweise mit komprimiertem („Compressed Natural Gas” = CNG) oder verflüssigtem (LNG) Erdgas oder mit Wasserstoff betrieben wird. Ein solcher Druckbehälter kann beispielsweise ein kryogener Druckbehälter oder ein Hochdruckgasbehälter sein. Hochdruckgasbehältersysteme sind ausgebildet, im Wesentlichen bei Umgebungstemperaturen Brennstoff (z. B. Wasserstoff) dauerhaft bei einem max. Betriebsdruck (auch maximum operating pressure oder MOP genannt) von über ca. 350 barü (= Überdruck gegenüber dem Atmosphärendruck), ferner bevorzugt von über ca. 500 barü und besonders bevorzugt von über ca. 700 barü zu speichern. Der kryogene Druckbehälter kann Brennstoff im flüssigen oder überkritischen Aggregatszustand speichern. Als überkritischer Aggregatszustand wird ein thermodynamischer Zustand eines Stoffes bezeichnet, der eine höhere Temperatur und einen höheren Druck als der kritische Punkt aufweist. Bei Wasserstoff liegt der kritische Punkt bei 33,18 K und 13,0 bar. Ein kryogener Druckbehälter ist insbesondere geeignet, den Brennstoff bei Temperaturen zu speichern, die deutlich unter der Betriebstemperatur (gemeint ist der Temperaturbereich der Fahrzeugumgebung, in dem das Fahrzeug betrieben werden soll) des Kraftfahrzeuges liegen, beispielsweise mind. 50 Kelvin, bevorzugt mindestens 100 Kelvin bzw. mindestens 150 Kelvin unterhalb der Betriebstemperatur des Kraftfahrzeuges (i. d. R. ca. –40°C bis ca. +85°C). Der Brennstoff kann beispielsweise Wasserstoff sein, der bei Temperaturen von ca. 34 K bis 360 K im kryogenen Druckbehälter gespeichert wird. Die hier offenbarte Technologie kann insbesondere auch auf eine Innenbehälteraufhängung eines kryogenen Druckbehälters angewendet werden.The technology disclosed herein relates to a pressure vessel for storing fuel for a motor vehicle. The pressure vessel can be used in a motor vehicle, which is operated for example with compressed ("compressed natural gas" = CNG) or liquefied (LNG) natural gas or with hydrogen. Such a pressure vessel may be, for example, a cryogenic pressure vessel or a high-pressure gas vessel. High pressure gas container systems are designed to substantially permanently store fuel at ambient temperatures (eg, hydrogen) at a max. Operating pressure (also called maximum operating pressure or MOP) of about 350 barü (= overpressure relative to the atmospheric pressure), further preferably of about 500 barü and more preferably of about 700 barü store. The cryogenic pressure vessel may store fuel in the liquid or supercritical state. A supercritical state of aggregation is a thermodynamic state of a substance which has a higher temperature and a higher pressure than the critical point. For hydrogen, the critical point is 33.18 K and 13.0 bar. A cryogenic pressure vessel is particularly suitable for storing the fuel at temperatures significantly below the operating temperature (meaning the temperature range of the vehicle environment in which the vehicle is to be operated) of the motor vehicle, for example at least 50 Kelvin, preferably at least 100 Kelvin or At least 150 Kelvin below the operating temperature of the motor vehicle (usually about -40 ° C to about + 85 ° C). The fuel may be, for example, hydrogen, which is stored at temperatures of about 34 K to 360 K in the cryogenic pressure vessel. In particular, the technology disclosed herein may also be applied to an inner container suspension of a cryogenic pressure vessel.

Der hier offenbarte Druckbehälter kann ebenfalls einen Liner zur Speicherung von Brennstoff umfassen. Der Liner kann aus einem Metall, aus einer Metalllegierung oder aus einem Kunststoff hergestellt sein. Zweckmäßig ist beispielsweise ein Liner aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung. Im Liner wird der Brennstoff gespeichert und der Liner ist i. d. R. für die Dichtheit des Druckbehälters zuständig. Falls beispielsweise Wasserstoff gespeichert wird, ist der Liner i. d. R. ausgebildet, eine Wasserstoffpermeation zu vermeiden. Der Liner kann zudem als Wickel- und/oder Flechtkern dienen. Eine metallische Ausführung kann sowohl lasttragend, als auch, wie ein Polymer-Liner, nicht lasttragend ausgelegt sein. Üblicherweise wird die Linerkontur so dünn wie möglich gewählt, da die Festigkeit des Faserverbunds wesentlich höher ist und somit eine dünnere Gesamtwandstärke erreicht werden kann. Beispielsweise kann die max. Wandstärke des Liners weniger als 30 mm, bevorzugt weniger als 10 mm oder 5 mm betragen. Wie der Druckbehälter weist auch der Liner i. d. R. eine längliche, bevorzugt zylindrische Form mit i. d. R. zumindest bereichsweise gewölbten Endbereichen auf. Die Endbereiche und der dazwischen angeordnete zylindrische Mantelbereich M sind insbesondere vorteilhaft einstückig geformt. In mindestens einer der Polkappen des Liners ist eine Öffnung vorgesehen. Es ist überdies möglich linerloser Druckbehälter mit der hier offenbarten Technologie auszubilden.The pressure vessel disclosed herein may also include a liner for storing fuel. The liner may be made of a metal, a metal alloy or a plastic. For example, a liner made of aluminum or of an aluminum alloy is expedient. The fuel is stored in the liner and the liner is i. d. R. responsible for the tightness of the pressure vessel. For example, if hydrogen is stored, the liner is i. d. R. trained to avoid hydrogen permeation. The liner can also serve as a winding and / or braided core. A metallic design can be load-bearing as well as, like a polymer liner, not load-bearing. Usually, the liner contour is chosen to be as thin as possible, since the strength of the fiber composite is much higher and thus a thinner overall wall thickness can be achieved. For example, the max. Thickness of the liner less than 30 mm, preferably less than 10 mm or 5 mm. Like the pressure vessel, the liner i. d. R. an elongated, preferably cylindrical shape with i. d. R. at least partially curved end portions. The end regions and the cylindrical jacket region M arranged therebetween are in particular advantageously integrally formed. In at least one of the pole caps of the liner, an opening is provided. It is also possible to form linerless pressure vessels with the technology disclosed herein.

Der Druckbehälter umfasst mindestens eine erste faserverstärkte Schicht und mindestens eine zweite faserverstärkte Schicht. Nachstehend können die erste und zweite faserverstärkte Schicht zusammenfassend auch allgemein als „faserverstärkte Schicht” bezeichnet werden. Die faserverstärkte Schicht wird oft auch als Laminat bzw. Ummantelung oder Armierung bezeichnet. Als faserverstärkte Schicht kommen i. d. R. faserverstärkte Kunststoffe (auch FVK bzw. FKV abgekürzt) 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. Kreuz- und Umfangslagen auf. Um axiale Spannungen zu kompensieren, werden über die gesamte Wickelkernoberfläche Kreuzlagen (engl. helical layers) gewickelt bzw. geflochten. In dem zylindrischen Mantelbereich befinden sich i. d. R., zusätzlich zu den Kreuzlagen, die sogenannten Umfangslagen (engl. „hoop layers”), die für eine Verstärkung in Umfangsrichtung sorgen. Die Umfangslagen verlaufen in Umfangsrichtung U des Druckbehälters und sind in einem Winkel von nahe 90° zur Druckbehälterlängsachse A-A orientiert. Vorteilhaft können mindestens zwei Lagen der faserverstärkten Schicht in einem ausgeglichenen Winkelverbund (AWV, engl. „Balanced Ply Laminate”) angeordnet sein. Ein ausgeglichener Winkelverbund kann als ein Verbund aus zwei unidirektionalen Lagen beschrieben werden, wobei neben dem Gelege auch bspw. Gewebe und gewickelte Kreuzlagen dafür infrage kommen. Die Verstärkungsfasern dieser unidirektionalen Lagen weisen Faserwinkel zur Gewebenormale bzw. Längsachse A-A auf, die einen gleichen Betrag aber unterschiedliche Vorzeichen haben.The pressure vessel comprises at least a first fiber-reinforced layer and at least one second fiber-reinforced layer. Hereinafter, the first and second fiber reinforced layers may collectively be referred to as "fiber reinforced layer". The fiber reinforced Layer is often referred to as laminate or sheathing or reinforcement. Fiber reinforced plastics (also known as FRP or FRP abbreviated) are usually used as the fiber reinforced layer, for example carbon fiber reinforced plastics (CFRP) and / or glass fiber reinforced plastics (GRP). The fiber-reinforced layer suitably comprises reinforcing fibers embedded in a plastic matrix. In particular, matrix material, type and proportion of reinforcing fibers and their orientation can be varied so that the desired mechanical and / or chemical properties are established. Preferably, continuous fibers are used as reinforcing fibers, which can be applied by winding and / or braiding. The fiber-reinforced layer usually has cross and peripheral layers. In order to compensate for axial stresses, cross layers (helical layers) are wound or braided over the entire winding core surface. In the cylindrical shell region, as a rule, in addition to the cross-layers, the so-called hoop layers are provided, which provide for reinforcement in the circumferential direction. The circumferential positions extend in the circumferential direction U of the pressure vessel and are oriented at an angle of close to 90 ° to the pressure vessel longitudinal axis AA. Advantageously, at least two layers of the fiber-reinforced layer can be arranged in a balanced angle composite (AWV, English: Balanced Ply Laminate). A balanced angle composite can be described as a composite of two unidirectional layers, whereby in addition to the scrim also, for example, tissue and wound cross-layers come into question. The reinforcing fibers of these unidirectional layers have fiber angles to the tissue normal or longitudinal axis AA, which have an equal amount but different signs.

Die hier offenbarte Technologie betrifft einen Druckbehälter mit einer ersten faserverstärkten Schicht, die sich über einen Mantelbereich M des Druckbehälters und über mindestens einen Endbereich des Druckbehälters erstreckt. Bevorzugt umgibt die erste faserverstärkte Schicht den Mantelbereich und die beiden Endbereiche vollständig, wobei zweckmäßig etwaige Funktionselemente (z. B. Druckbehälteröffnung O, etwaige Bosse) ausgespart sein können. Der Mantelbereich M des Druckbehälters ist der Bereich, in dem der Druckbehälter eine zylindrische Form oder eine im Wesentlichen zylindrische Form aufweist. Falls ein Liner eingesetzt wird, kann bspw. der zylindrische Teil eines Liners den Mantelbereich M ausbilden. Der Druckbehälter umfasst ferner i. d. R. zumindest bereichsweise gewölbte Endbereiche, die sich an den Mantelbereich M anschließen. Ein solcher Endbereich wird auch als Dom bezeichnet. Im Inneren des Mantelbereichs M sowie der Endbereiche ist das Brennstoffspeichervolumen I des Druckbehälters angeordnet. Wird bspw. ein Liner eingesetzt, so bilden der Mantelbereich M des Liners sowie dessen Endbereiche das Brennstoffspeichervolumen I aus.The technology disclosed herein relates to a pressure vessel having a first fiber reinforced layer extending over a jacket region M of the pressure vessel and over at least one end region of the pressure vessel. The first fiber-reinforced layer preferably completely surrounds the jacket region and the two end regions, it being possible for any functional elements (for example pressure vessel opening O, possible bosses) to be expediently recessed. The jacket area M of the pressure vessel is the area in which the pressure vessel has a cylindrical shape or a substantially cylindrical shape. If a liner is used, for example, the cylindrical part of a liner can form the jacket region M. The pressure vessel further comprises i. d. R. at least partially curved end portions, which adjoin the shell region M. Such an end region is also called a dome. Inside the jacket region M and the end regions, the fuel storage volume I of the pressure vessel is arranged. If, for example, a liner is used, the jacket region M of the liner and its end regions form the fuel storage volume I.

Der hier offenbarte Druckbehälter umfasst ferner mindestens ein Verbindungsrohr. Das Verbindungsrohr liegt zumindest bereichsweise an der Außenoberfläche der ersten faserverstärkten Schicht an.The pressure vessel disclosed herein further comprises at least one connecting pipe. The connecting tube is at least partially on the outer surface of the first fiber-reinforced layer.

Das Verbindungsrohr ist zweckmäßig ein Verbindungsrohr zur Karosserieanbindung. Der Druckbehälter (insbesondere das mindestens eine Verbindungsrohr, der Liner und die faserverstärkte Schicht) kann/können ausgebildet sein, Kräfte und/oder Momente zu übertragen, die vom Betrag her größer sind, z. B. mindestens um den Faktor 2,5, 4, 8, 10, 20 oder 100, als die Kräfte und/oder Momente, die aus der schweren oder trägen Masse des Druckbehälters und des darin enthaltenen Brennstoffs im Betrieb resultieren (z. B. Gewichtskraft, Querbeschleunigung, etc.). Bevorzugt ist jeweils ein Verbindungsrohr an jedem Ende des Druckbehälters vorgesehen. Somit lassen sich vorteilhaft Kräfte an einem ersten Ende des Druckbehälters von der Karosserie in den Druckbehälter einleiten und am zweiten Ende des Druckbehälters wieder in die Karosserie ausleiten. Der Druckbehälter kann also als lasttragender Druckbehälter bzw. als Versteifungselement der Karosserie ausgebildet sein. Es lässt sich also somit die Fahrzeugkarosserie versteifen.The connecting tube is expediently a connecting tube to the body connection. The pressure vessel (in particular the at least one connecting tube, the liner and the fiber-reinforced layer) may be configured to transmit forces and / or moments which are greater in magnitude, e.g. At least by a factor of 2.5, 4, 8, 10, 20 or 100, as the forces and / or moments resulting from the heavy or inert mass of the pressure vessel and the fuel contained therein during operation (eg. Weight, lateral acceleration, etc.). Preferably, in each case a connecting tube is provided at each end of the pressure vessel. Thus, it is advantageous to introduce forces at a first end of the pressure vessel from the body into the pressure vessel and to discharge it back into the body at the second end of the pressure vessel. The pressure vessel may thus be designed as a load-bearing pressure vessel or as a stiffening element of the body. So it can thus stiffen the vehicle body.

Die Längsachse des Verbindungsrohrs ist bevorzugt parallel, besonders bevorzugt koaxial zur Druckbehälterlängsachse A-A des Druckbehälters angeordnet. Bevorzugt verläuft die Rohrmantelaußenoberfläche des Verbindungsrohrs im Wesentlichen parallel zur Außenoberfläche der ersten faserverstärkten Schicht im Mantelbereich Ferner bevorzugt kann das Verbindungsrohr über die Endbereiche des Druckbehälters in axialer Richtung vorstehen. Mit anderen Worten sind die Endbereiche und/oder das Anschlusselement des Druckbehälters zurückversetzt gegenüber dem mindestens einen Verbindungsrohr angeordnet. Das Anschlusselement kann zum Anschluss etwaiger Elemente an die Druckbehälteröffnung O des Druckbehälters dienen. Bevorzugt ist das Verbindungsrohr selbst aus einem faserverstärkten Kunststoff hergestellt, wie er hier im Zusammenhang mit der ersten und zweiten faserverstärkten Schicht offenbart ist. Bevorzugt ist der an der ersten faserverstärkten Schicht anliegende Bereich des Verbindungsrohrs als eine gewölbte Fläche ausgebildet (nachstehend auch Verbindungsrohrwölbung W genannt), deren Wölbung im Wesentlichen der Wölbung des mindestens einen Endbereichs des Druckbehälters entsprechen kann. Die Wölbung kann beispielsweise durch einen urformenden Bearbeitungsschritt (Direktformverfahren) oder durch ein spanendes Verfahren, z. B. Dreh- oder Fräsverfahren hergestellt werden. Ferner, je nach Werkstoff, auch Direktformverfahren. Insbesondere ist die Verbindungsrohrwölbung W an dem Ende des Verbindungsrohres vorgesehen, welches an der ersten faserverstärkten Schicht anliegt. Vorteilhaft kann die Wanddicke d des Verbindungsrohres zu dem an der ersten faserverstärkten Schicht anliegenden Ende hin abnehmen, insbesondere im Bereich der Verbindungsrohrwölbung W.The longitudinal axis of the connecting tube is preferably arranged parallel, particularly preferably coaxially to the pressure vessel longitudinal axis AA of the pressure vessel. Preferably, the tubular jacket outer surface of the connecting tube runs essentially parallel to the outer surface of the first fiber-reinforced layer in the jacket region. Furthermore, the connecting tube can preferably project in the axial direction over the end regions of the pressure vessel. In other words, the end regions and / or the connecting element of the pressure vessel are set back in relation to the at least one connecting pipe. The connecting element can serve to connect any elements to the pressure vessel opening O of the pressure vessel. Preferably, the connecting tube itself is made of a fiber-reinforced plastic, as disclosed herein in connection with the first and second fiber-reinforced layer. Preferably, the region of the connecting tube resting against the first fiber-reinforced layer is formed as a curved surface (hereinafter also referred to as connecting tube bulge W) whose curvature can essentially correspond to the curvature of the at least one end region of the pressure vessel. The curvature can, for example, by a primitive processing step (direct molding process) or by a machining process, for. B. turning or milling process can be produced. Further, depending on Material, also direct molding. In particular, the connecting tube bulge W is provided at the end of the connecting tube, which abuts against the first fiber-reinforced layer. Advantageously, the wall thickness d of the connecting tube can decrease towards the end resting against the first fiber-reinforced layer, in particular in the region of the connecting tube curvature W.

In einer bevorzugten Ausgestaltung liegt das Verbindungsrohr zumindest bereichsweise im Übergangsbereich Ü an der ersten faserverstärkten Schicht an. Der Übergangsbereich Ü ist dabei der i. d. R. ringförmige Bereich der ersten faserverstärkten Schicht,

  • – der sich in dem mindestens einem Endbereich des Druckbehälters befindet, und
  • – dessen Abstand von der Druckbehälterlängsachse A-A mindestens 40%, bevorzugt mindestens 45% des mittleren Manteldurchmessers Da der ersten faserverstärkten Schicht beträgt.
In a preferred embodiment, the connecting tube is at least partially in the transition region Ü on the first fiber-reinforced layer. The transition region Ü is the generally annular region of the first fiber-reinforced layer,
  • - Which is located in the at least one end region of the pressure vessel, and
  • - The distance from the pressure vessel longitudinal axis AA at least 40%, preferably at least 45% of the mean cladding diameter Da of the first fiber-reinforced layer.

Der Mantelbereich M selbst zählt jedoch nicht zum Übergangsbereich Ü.However, the cladding region M itself does not count toward the transition region Ü.

In einer Ausgestaltung kann das Verbindungsrohr teilweise im Übergangsbereich Ü und teilweise im Mantelbereich M anliegen. Insbesondere kann das Verbindungsrohr auch in den Mantelbereich M hineinragend an die erste faserverstärkte Schicht anliegen, bevorzugt aber max. 10% oder max. 5% der gesamten axialen Länge des Mantelbereichs M.In one embodiment, the connecting tube can rest partially in the transition region Ü and partially in the jacket region M. In particular, the connecting tube may also protrude into the jacket region M projecting against the first fiber-reinforced layer, but preferably max. 10% or max. 5% of the total axial length of the shell region M.

Somit ist es vorteilhaft möglich, die Kräfte und Momente, die von dem Druckbehälter auf die Karoserie übertragen werden sollen, möglichst weit beabstandet von der Druckbehälterlängsachse A-A zu übertragen. Ferner vorteilhaft wird somit ein Aufbau realisiert, der gleichzeitig vergleichsweise geringe Außendurchmesser aufweist. Somit lässt sich der benötigte Bauraum minimieren und das Speichervolumen maximieren.Thus, it is advantageously possible to transfer the forces and moments that are to be transmitted from the pressure vessel to the body, spaced as far as possible from the pressure vessel longitudinal axis A-A. Further advantageous thus a structure is realized, which has at the same time comparatively small outer diameter. Thus, the required space can be minimized and maximize the storage volume.

Der hier offenbarte Druckbehälter umfasst ferner eine zweite faserverstärkte Schicht. Die zweite faserverstärkte Schicht erstreckt sich über den Mantelbereich M des Druckbehälters und über die Rohrmantelaußenoberfläche des Verbindungsrohrs.The pressure vessel disclosed herein further includes a second fiber reinforced layer. The second fiber-reinforced layer extends over the jacket region M of the pressure vessel and over the tube shell outer surface of the connecting tube.

Man könnte die erste faserverstärkte Schicht auch als untere faserverstärkte Schicht und die zweite faserverstärkte Schicht als die obere faserverstärkte Schicht bezeichnen. Im Mantelbereich M des Druckbehälters liegt also die zweite faserverstärkte Schicht auf der ersten faserverstärkten Schicht auf. Im Mantelbereich sind die faserverstärkten Schichten, i. d. R. also die erste und zweite faserverstärkte Schicht und gegebenenfalls eine hier offenbarte Zwischenschicht, so ausgelegt, dass alle Schichten zusammen die auf den Druckbehälter wirkenden Lasten standhalten können. Es werden also keine zusätzlichen Faserlagen vorgesehen, die das Verbindungsrohr halten. Somit kann eine bauraumneutrale Karosserieanbindung realisiert werden. Die zweite faserverstärkte Schicht liegt bei vorbekannten Lösungen in den Endbereichen an der ersten faserverstärkten Schicht direkt an. Sie nimmt auch mechanische Kräfte und/oder Momente auf, die zumindest teilweise aus der Innendrucklast resultieren. Gemäß der hier offenbarten Technologie ist das Verbindungsrohr ausgebildet, insbesondere im Übergangsbereich auch zumindest teilweise Kräfte und/oder Momente aufzunehmen, die aus der Innendrucklast des Druckbehälters resultieren.The first fiber-reinforced layer could also be referred to as the lower fiber-reinforced layer and the second fiber-reinforced layer as the upper fiber-reinforced layer. In the jacket region M of the pressure vessel, therefore, the second fiber-reinforced layer rests on the first fiber-reinforced layer. In the jacket area, the fiber-reinforced layers, i. d. R. Thus, the first and second fiber-reinforced layer and optionally an intermediate layer disclosed herein, designed so that all layers together can withstand the loads acting on the pressure vessel. Thus, no additional fiber layers are provided which hold the connecting pipe. Thus, a space-neutral body connection can be realized. The second fiber-reinforced layer directly adjoins the first fiber-reinforced layer in previously known solutions in the end regions. It also absorbs mechanical forces and / or moments that result, at least in part, from the internal pressure load. According to the technology disclosed here, the connecting tube is designed to absorb at least partially forces and / or moments, in particular in the transition region, which result from the internal pressure load of the pressure vessel.

Im Mantelbereich M und/oder im Bereich der Verbindungsrohre können ferner Zwischenschichten vorgesehen sein. Im Mantelbereich M beispielsweise zwischen der ersten und zweiten faserverstärkten Schicht und im Bereich des Verbindungsrohres zwischen dem Verbindungsrohr und der zweiten faserverstärkten Schicht.In the jacket region M and / or in the region of the connecting tubes, intermediate layers can furthermore be provided. In the cladding region M, for example between the first and second fiber-reinforced layer and in the region of the connecting tube between the connecting tube and the second fiber-reinforced layer.

Der hier offenbarte Druckbehälter kann ferner mindestens einen Befestigungsring umfassen. Der Befestigungsring dient zur Anbindung des Druckbehälters an die Karosserie eines Kraftfahrzeuges. Der Befestigungsring kann zumindest bereichsweise an einer Rohrmantelinnenoberfläche des Verbindungsrohres direkt oder indirekt anliegen. Der Befestigungsring kann bspw. aus einem faserverstärkten Kunststoff und bevorzugt aus Metall hergestellt sein. Der Befestigungsring umfasst vorteilhaft nach innen ragende Befestigungsabschnitte, die über weitere Elemente direkt oder indirekt an mit der Karosserie des Kraftfahrzeuges verbindbar sind. Der Befestigungsring kann auch einstückig mit dem Verbindungsrohr ausgebildet sein. Beispielsweise kann er in der CFK-Struktur des Verbindungsrohrs mit integriert sein oder stoffschlüssig (z. B.: durch Verkleben, Verschweißen, etc.) mit dem Verbindungsrohr verbunden sein.The pressure vessel disclosed herein may further comprise at least one mounting ring. The fastening ring serves to connect the pressure vessel to the body of a motor vehicle. The fastening ring can abut, at least in regions, directly or indirectly against a pipe jacket inner surface of the connecting pipe. The attachment ring may, for example, be made of a fiber-reinforced plastic and preferably of metal. The attachment ring advantageously comprises inwardly projecting attachment portions, which are directly or indirectly connectable to other elements with the body of the motor vehicle. The fastening ring can also be formed integrally with the connecting pipe. For example, it can be integrated in the CFRP structure of the connecting tube or can be connected to the connecting tube in a material-locking manner (for example by gluing, welding, etc.).

Beispielsweise kann eine Wärmeabbaustrecke vorgesehen sein, wie sie bspw. in der auf die Anmelderin zurückgehenden deutschen Patentanmeldung mit den Anmeldenummern DE 10 2014 226 557 , DE 10 2015 204 623 und DE 10 2014 226 550 offenbart ist. Der Inhalt dieser Schriften, insbesondere bzgl. des Pressverbands und der Anordnung der ineinander liegenden Rohre wird hiermit durch Verweis hier mit aufgenommen. Bevorzugt bilden der Befestigungsring und das Verbindungsrohr also einen Pressverband aus, insbesondere wie er in der Schrift DE 10 2014 226 550 offenbart ist.For example, a heat dissipation section may be provided, as for example. In the back to the applicant German patent application with the application numbers DE 10 2014 226 557 . DE 10 2015 204 623 and DE 10 2014 226 550 is disclosed. The content of these publications, in particular with respect to the press bandage and the arrangement of the tubes lying inside one another, is hereby incorporated by reference. Preferably, the fastening ring and the connecting pipe thus form an interference fit, in particular as described in the document DE 10 2014 226 550 is disclosed.

Bevorzugt weist der Befestigungsring auf seiner äußeren Seite eine raue Oberfläche auf. Bevorzugt weist die Außenoberfläche des Befestigungsrings eine Mikroverzahnung auf. Die Verzahnung bzw. Mikroverzahnung (nachstehend: Mikroverzahnung) kann einen Flankenwinkel von 50 bis 70°, besonders bevorzugt von ca. 60° aufweisen. Eine Verzahnung mit einer solchen Zahngeometrie stellt eine ausreichende Festigkeit der Zähne sicher und ermöglicht zudem das Eindringen der Zähne in das vergleichsweise weiche faserverstärkte Kunststoffmaterial. Kann sich die Verzahnung gut in das faserverstärkte Kunststoffmaterial verankern, so lassen sich die maximal übertragbaren Kräfte deutlich steigern. Ferner bevorzugt weist die Mikroverzahnung eine Höhe (Einstichtiefe) von ca. 0,1 bis 0,1, und besonders bevorzugt von ca. 0,5 mm auf. Die Mikroverzahnung kann einen schraubenförmigen Verlauf aufweisen. Ebenso kann eine Verzahnung aus vielen parallelen Kreiserhebungen gebildet sein. Neben verbesserten mechanischen Belastungswerten verringert eine solche Mikroverzahnung die Herstellungskosten. Die Mikroverzahnung kann mit bekannten Werkzeugen und Verfahren hergestellt werden.The fastening ring preferably has a rough surface on its outer side. Preferably, the outer surface of the Mounting ring on a micro-toothing. The toothing or micro-toothing (hereafter: micro-toothing) can have a flank angle of 50 to 70 °, particularly preferably about 60 °. A toothing with such a tooth geometry ensures sufficient strength of the teeth and also allows the penetration of the teeth into the comparatively soft fiber-reinforced plastic material. If the toothing can anchor well into the fiber-reinforced plastic material, the maximum transferable forces can be significantly increased. Further preferably, the micro-toothing has a height (penetration depth) of about 0.1 to 0.1, and particularly preferably of about 0.5 mm. The micro-toothing can have a helical course. Likewise, a toothing can be formed from many parallel circular elevations. In addition to improved mechanical load values, such micro-toothing reduces the manufacturing costs. The micro-toothing can be made with known tools and methods.

Der Pressverband kann zumindest teilweise dadurch verbessert werden, dass die zweite faserverstärkte Schicht das Verbindungsrohr zumindest bereichsweise versteift bzw. verfestigt. Vorteilhaft ist also vorgesehen, dass der Befestigungsring in das i. d. R. vorgefertigte Verbindungsrohr eingesetzt bzw. eingepresst wird und somit die Mikroverzahnung des Befestigungsrings in die faserverstärkte Schicht des Verbindungsrohres eingedrückt wird, wodurch ein fester Pressverband entsteht. Zusätzlich kann ein weiterer Pressring auf der Außenseite des Verbindungsrohrs direkt oder indirekt aufgebracht werden, der das Verbindungsrohr in radialer Richtung auf den Befestigungsring drückt und somit den Pressverband verbessert.The interference fit can be at least partially improved in that the second fiber-reinforced layer at least partially stiffens or solidifies the connecting tube. Advantageously, it is therefore provided that the fastening ring in the i. d. R. prefabricated connecting tube is inserted or pressed and thus the micro-toothing of the mounting ring is pressed into the fiber-reinforced layer of the connecting tube, whereby a solid interference fit is formed. In addition, a further pressure ring can be applied directly or indirectly on the outside of the connecting tube, which presses the connecting tube in the radial direction onto the fastening ring and thus improves the interference fit.

Das Verbindungsrohr und der Befestigungsring können auch ein einziges Bauteil sein.The connecting tube and the fastening ring can also be a single component.

Vorteilhaft ist im Innenbereich des Verbindungsrohrs das Anschlusselement des Druckbehälters angeordnet. Das Anschlusselement kann bspw. die Befüll- und Entnahmeleitung sein.Advantageously, the connecting element of the pressure vessel is arranged in the inner region of the connecting tube. The connection element may, for example, be the filling and removal line.

Die hier offenbarte Technologie umfasst ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Druckbehälters, insbesondere eines Druckbehälters zur Speicherung von Brennstoff, wie er hier offenbart ist. Das Verfahren umfasst die Schritte:

  • – Herstellen einer faserverstärkten Schicht, insbesondere einer faserverstärkten Schicht wie sie hier offenbart ist;
  • – Bereitstellen von mindestens einem Verbindungsrohr, insbesondere einem Verbindungsrohr wie es hier offenbart ist; und
  • – Herstellen einer zweiten faserverstärkten Schicht des Druckbehälters, insbesondere einer zweiten faserverstärkten Schicht, wie sie hier offenbart ist.
The technology disclosed herein further includes a method of manufacturing a pressure vessel, in particular a pressure vessel for storing fuel, as disclosed herein. The method comprises the steps:
  • - producing a fiber-reinforced layer, in particular a fiber-reinforced layer as disclosed herein;
  • - Providing at least one connecting pipe, in particular a connecting pipe as disclosed herein; and
  • - Producing a second fiber-reinforced layer of the pressure vessel, in particular a second fiber-reinforced layer, as disclosed herein.

Das Bereitstellen des mindestens einen Verbindungsrohrs kann dadurch geschehen, dass das Verbindungsrohr an die erste faserverstärkte Schicht angeklebt und/oder angeschweißt wird. Auch sind weitere Verfahren zum Anlegen des Verbindungsrohrs denkbar. Ebenso ist vorstellbar, dass das Verbindungsrohr mit einer Spannvorrichtung auf einer Wickel- bzw. Flechtanlage positioniert wird. Ebenso wäre es denkbar, nach dem Herstellen der ersten faserverstärkten Schicht in einem separaten Herstellungsschritt das Verbindungsrohr durch dieselbe Wickel- bzw. Flechtvorrichtung herzustellen, wobei das Verbindungsrohr dabei direkt an der ersten faserverstärkten Schicht anliegend ausgebildet werden kann.The provision of the at least one connecting tube can be effected by adhering and / or welding the connecting tube to the first fiber-reinforced layer. Also, other methods for applying the connecting tube are conceivable. It is also conceivable that the connecting tube is positioned with a tensioning device on a winding or braiding system. It would also be conceivable, after the first fiber-reinforced layer has been produced, to produce the connecting tube by the same winding or braiding device in a separate production step, wherein the connecting tube can be formed directly adjacent to the first fiber-reinforced layer.

Das hier offenbarte Verfahren kann den Schritt umfassen, wonach das Verbindungsrohr zumindest bereichsweise in einem Übergangsbereich Ü an der ersten faserverstärkten Schicht anliegt. Das hier offenbarte Verfahren kann den Schritt umfassen: Anbringen eines Befestigungsrings auf einem Rohrmantelinnenoberfläche des Verbindungsrohres. Das hier offenbarte Verfahren kann den Schritt umfassen: Ausbilden eines Pressverbandes bzw. einer teilweise formschlüssigen Pressverbindung, zwischen dem Befestigungsring und dem Verbindungsrohr.The method disclosed here may comprise the step according to which the connecting tube rests against the first fiber-reinforced layer at least in regions in a transition region Ü. The method disclosed herein may include the step of attaching a mounting ring on a pipe jacket inner surface of the connection pipe. The method disclosed herein may include the step of forming a press fit or a partial positive press fit between the attachment ring and the connection tube.

Mit anderen Worten schlägt die hier offenbarte Technologie u. a. vor, alle High-Angle-Helical-Lagen (auch: Knuckle-Lagen) nicht wie üblich über eine gewisse Länge hinein in den End- bzw. Dombereich abzulegen, sondern als einen rohrförmigen Fortsatz mit unverändertem Durchmesser als eine Art Kragen, im Folgenden auch „Skirt” genannt, über den Zylinder des Druckbehälters hinaus zu wickeln bzw. zu flechten. Als Dorn für den Kragen, kann ein vorgefertigtes, rohrförmiges Bauteil (= Verbindungsrohr, im Folgenden auch ”Lasteinleitungskomponente” genannt) dienen, dass nach dem Wickel- und Aushärteprozess weiterhin in der Struktur verbleiben kann und die tragende Funktion der zuvor an dieser Position wirkenden High-Angle-Helical-Lagen übernehmen kann. Mittels dieses vorgefertigten, rohrförmigen Bauteils kann der Druckbehälter über dessen Innenradius mit der umgebenden Struktur mit einer bestimmten Anzahl an Freiheitsgraden verbunden werden. Als Werkstoff der Verbindungsrohre können sowohl vorgefertigte Faserverbundrohre, Metallrohre oder auch Hybridbauweisen gleichermaßen eingesetzt werden. Die Umfangslagen (auch: Hoop-Lagen) mit einem Wickelwinkel von rund 90° und die am Anschlusselement bzw. Port endenden Low-Angle-Helical-Lagen können unverändert übernommen werden. Um zusätzliche Stabilität des Skirts (z. B. gegen beulen) zu schaffen, ist es denkbar, einige wenige Umfangslagen des ursprünglichen Lagenaufbaus des Druckspeichers nach außen zu verlegen. Die Ausstattung eines Druckbehälters mit einem Skirt kann demnach in gewissen Grenzen auch für bereits abgeschlossen ausgelegte Druckbehälter erfolgen. Das Konzept des Skirts kann durch eine Umsortierung der bereits vorhandenen Lagenfolge realisiert werden und erfordert bevorzugt keine Erweiterung der Anzahl, keine Verschiebung der Dickenverhältnisse von Hoop- zu Low-Angle- zu High-Angle-Helical-Lagen und keine Erhöhung der Gesamtdicke des Laminats. Als Aufhängungskonzept bietet die Erfindung den Vorteil, dass sie lediglich die Bauraumtoträume um die Dome des Druckbehälters nutzt und somit eine bauraumneutrale Anbindung an die umgebende Struktur ermöglicht. Wird das Skirt zudem zur Einleitung äußerer mechanischer Lasten in die Druckbehälterarmierung vorgesehen und ausgelegt, kann der Druckbehälter als versteifende und lasttragende Komponente der Karosserie dienen. Die Erfindung kann sowohl eine Gewichtseinsparung bewirken, als auch einen positiven Beitrag zur Karosseriesteifigkeit leisten.In other words, the technology disclosed here suggests, among other things, not all high-angle helical layers (also Knuckle layers) over a certain length into the end or Dombereich deposit, but as a tubular extension with unchanged Diameter as a kind of collar, also referred to below as "skirt" to wrap or braid beyond the cylinder of the pressure vessel. As a mandrel for the collar, a prefabricated, tubular component (= connecting pipe, also referred to below as "load introduction component") serve that after the winding and curing process can remain in the structure and the supporting function of the previously acting at this position high -Angle-Helical layers can take over. By means of this prefabricated, tubular component, the pressure vessel can be connected via its inner radius with the surrounding structure with a certain number of degrees of freedom. As a material of the connecting pipes prefabricated fiber composite pipes, metal pipes or hybrid constructions can equally be used. The circumferential layers (also: hoop layers) with a winding angle of about 90 ° and the connecting element or port ending low-angle helical layers can be adopted unchanged. In order to create additional stability of the Skirt (eg against bumps), it is conceivable, some To move a few peripheral layers of the original layer structure of the pressure accumulator to the outside. The equipment of a pressure vessel with a skirt can therefore be done within certain limits for already completed designed pressure vessel. The concept of the skirts can be realized by rearranging the already existing layer sequence and preferably does not require an increase in the number, no shift in the thickness ratios from hoop to low-angle to high-angle helical layers and no increase in the total thickness of the laminate. As a suspension concept, the invention has the advantage that it uses only the space dead spaces around the dome of the pressure vessel and thus allows a space-neutral connection to the surrounding structure. In addition, if the skirt is designed and configured to introduce external mechanical loads into the pressure vessel reinforcement, the pressure vessel may serve as a stiffening and load-bearing component of the body. The invention can both reduce weight and make a positive contribution to body rigidity.

Die hier offenbarte Technologie wird nun anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:The technology disclosed herein will now be explained with reference to the figures. Show it:

1 eine schematische Querschnittsansicht der hier offenbarten Druckbehälters 100, und 1 a schematic cross-sectional view of the pressure vessel disclosed here 100 , and

2 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Verbindungsrohrs 130. 2 an enlarged cross-sectional view of a connecting pipe 130 ,

Die 1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des hier offenbarten Druckbehälters 100. Der Druckbehälter 100 umfasst einen Liner 110, der hier als Kunststoff-Liner ausgeführt ist. Der hier einstückig ausgebildete Liner 110 umrandet das Brennstoffspeichervolumen I. An dem linken Ende ist die Druckbehälteröffnung O vorgesehen, in der das Anschlusselement 170 hinein ragt. Ferner schraffiert dargestellt ist der Boss 172. Der Druckbehälter 100 kann unterteilt werden in einen zylindrischen Mantelbereich M sowie zwei hier gewölbte Enden D1, D2. Die erste faserverstärkte Schicht 120 des Druckbehälters 100 erstreckt sich kontinuierlich vom ersten Endbereich D1 über den zylindrischen Mantelbereich M in den zweiten Endbereich D2. Die erste faserverstärkte Schicht 120 weist einen Außendurchmesser DA auf. Dieser Manteldurchmesser DA ist über der Manteloberfläche im Mantelbereich M konstant. Die erste faserverstärkte Schicht 120 kann auch als Basiswicklung bezeichnet werden, die bspw. ein Wickellaminat aus Kreuz- und Umfangslagen aufweist. Diese erste faserverstärkte Schicht 120 dient zur Aufnahme der Innendrucklast abzüglich des Anteils, den die zweite faserverstärkte Schicht 140, die Zwischenschicht 122 und das Verbindungsrohr 130 trägt. Die zweite faserverstärkte Schicht 140 ist über der ersten faserverstärkten Schicht 120 angeordnet. Die erste faserverstärkte Schicht 120 stellt somit den Grundkörper bzw. Unterbau bzw. die Basisgeometrie für alle weiteren an ihr an- bzw. aufliegenden Elemente aus.The 1 shows a schematic cross-sectional view of the pressure vessel disclosed here 100 , The pressure vessel 100 includes a liner 110 , which is designed here as a plastic liner. The one-piece liner here 110 surrounds the fuel storage volume I. At the left end of the pressure vessel opening O is provided, in which the connecting element 170 protrudes into it. Also shown hatched is the boss 172 , The pressure vessel 100 can be divided into a cylindrical shell region M and two curved here ends D 1 , D 2 . The first fiber reinforced layer 120 of the pressure vessel 100 extends continuously from the first end portion D 1 on the cylindrical shell portion M in the second end portion D 2nd The first fiber reinforced layer 120 has an outer diameter D A. This cladding diameter D A is constant over the mantle surface in the cladding region M. The first fiber reinforced layer 120 may also be referred to as a base winding having, for example, a winding laminate of cross and peripheral layers. This first fiber reinforced layer 120 serves to absorb the internal pressure load minus the proportion that the second fiber reinforced layer 140 , the intermediate layer 122 and the connecting pipe 130 wearing. The second fiber reinforced layer 140 is above the first fiber reinforced layer 120 arranged. The first fiber reinforced layer 120 thus represents the main body or substructure or the base geometry for all other on her or resting elements.

An der ersten faserverstärkten Schicht 120 liegt jeweils in den beiden Endbereichen D1, D2 ein Verbindungsrohr 130, 130 in den jeweiligen Übergangsbereichen Ü, Ü an der ersten faserverstärkten Schicht 120 des Druckbehälters 100 an. Die Verbindungsrohre 130, 130 sind hier koaxial zur Druckbehälterlängsachse A-A angeordnet. Ebenso verlaufen die Außenmantelflächen 132, 132 der Verbindungsrohre 130, 130 und der ersten faserverstärkten Schicht 120 im Mantelbereich M parallel zueinander. Wie in der 2 gezeigt, umfasst das Verbindungsrohr 130 an dem an der ersten faserverstärkten Schicht 120 anliegendem Ende eine Verbindungsrohrwölbung W, deren Kontur im Wesentlichen der Kontur der ersten faserverstärkten Schicht 120 im Auflagebereich des Verbindungsrohrs 130 entspricht. In der hier dargestellten Ausführungsform liegt das Verbindungsrohr 130 zumindest bereichsweise an der faserverstärkten Schicht 120 an.At the first fiber reinforced layer 120 is in each case in the two end portions D 1 , D 2, a connecting pipe 130 . 130 in the respective transition areas Ü, Ü on the first fiber-reinforced layer 120 of the pressure vessel 100 at. The connecting pipes 130 . 130 are arranged coaxially to the pressure vessel longitudinal axis AA here. Likewise, the outer circumferential surfaces extend 132 . 132 the connecting pipes 130 . 130 and the first fiber reinforced layer 120 in the jacket area M parallel to each other. Like in the 2 shown includes the connecting pipe 130 at the first fiber reinforced layer 120 adjacent end a connecting tube curvature W, whose contour is substantially the contour of the first fiber-reinforced layer 120 in the contact area of the connecting pipe 130 equivalent. In the embodiment shown here is the connecting tube 130 at least partially on the fiber-reinforced layer 120 at.

Insbesondere liegt das Ende 136 des Verbindungsrohrs 130 nicht über seine gesamte Wanddicke d an der ersten faserverstärkten Schicht 120 an. Vielmehr liegt ein äußerer Abschnitt des Verbindungsrohrs 130 hier an einer Zwischenschicht 122 an. Diese Zwischenschicht 122 ist hier im Mantelbereich M zwischen der ersten faserverstärkten Schicht 120 und der zweiten faserverstärkten Schicht 140 angeordnet. Die Zwischenschicht 122 ist bevorzugt ebenfalls aus faserverstärktem Kunststoff ausgebildet. Es handelt sich dabei hier um mindestens eine Hoop-Lage, die ebenfalls zur Aufnahme der Innendrucklast dient. Die Zwischenschicht 122 kann aber auch weggelassen werden.In particular, the end lies 136 of the connecting pipe 130 not over its entire wall thickness d at the first fiber reinforced layer 120 at. Rather, there is an outer portion of the connecting pipe 130 here at an intermediate layer 122 at. This intermediate layer 122 is here in the cladding region M between the first fiber-reinforced layer 120 and the second fiber reinforced layer 140 arranged. The intermediate layer 122 is preferably also formed of fiber reinforced plastic. This is at least one hoop position, which also serves to absorb the internal pressure load. The intermediate layer 122 but can also be omitted.

Die Verbindungsrohre 130, 130 sind hier als Rohr mit ausgeglichenem Winkelverbund ausgebildet. Das Rohr weist hier einen Lagenaufbau mit einem Faserwinkel von +/–45° auf. Zur einfacheren Herstellung des Druckbehälters kann das Verbindungsrohr 130 bereits vorgefertigt sein und über eine entsprechende Spannvorrichtung auf der Wickelachse montiert sein. Das Verbindungsrohr 130 dient hier zusammen mit der zweiten faserverstärkten Schicht 140 zur Aufnahme und Einleitung von Torsionslasten und von Zug-/Drucklasten in den Druckbehälter bzw. aus diesem heraus. Ferner dient das Verbindungsrohr 130 hier als Wickel- bzw. Flechtdorn für die zweite faserverstärkte Schicht 140. Überdies verstärkt die zweite faserverstärkte Schicht 140 das Verbindungsrohr 130 im freien Bereich, also den Bereich, der nicht zum Mantelbereich M gehört und nicht am Druckbehälter anliegt. Das Verbindungsrohr 130 kann auch aus einem anderen Material, bspw. aus einem Metallmaterial (z. B. Aluminium), hergestellt sein.The connecting pipes 130 . 130 are designed here as a tube with balanced angle composite. The tube has here a layer structure with a fiber angle of +/- 45 °. For ease of manufacture of the pressure vessel, the connecting pipe 130 be prefabricated and be mounted on the winding axis via a corresponding clamping device. The connecting pipe 130 serves here together with the second fiber reinforced layer 140 for receiving and introducing torsional loads and tensile / compressive loads into or out of the pressure vessel. Furthermore, the connecting pipe is used 130 here as a winding or braiding mandrel for the second fiber-reinforced layer 140 , Moreover, the second fiber-reinforced layer reinforces 140 the connecting pipe 130 in the free area, so the area that does not belong to the jacket area M and not applied to the pressure vessel. The connecting pipe 130 may also be made of another material, for example of a metal material (eg aluminum).

Das Verbindungsrohr 130 verfügt an seinem Ende 136 über eine umlaufende und an der Rohrmantelaußenoberfläche 132 angrenzende Fase P. Diese Fase P ist so gestaltet, dass sie einen Steifigkeitssprung beim Übergang von der Zwischenschicht 122 auf das Verbindungsrohr 130 vermeidet. Mithin umfasst also das Verbindungsrohr 130 ein im Querschnitt abgeflachtes bzw. abgeschrägtes Ende, das an einem ebenfalls korrespondierend abgeflachten bzw. abgeschrägten Ende der Zwischenschicht 122 anliegt. The connecting pipe 130 has its end 136 over a circumferential and on the tube shell outer surface 132 adjacent chamfer P. This chamfer P is designed to give a stiffness jump in the transition from the intermediate layer 122 on the connecting pipe 130 avoids. Thus, therefore, includes the connecting pipe 130 a flattened in cross-section or beveled end, which at a likewise corresponding flattened or bevelled end of the intermediate layer 122 is applied.

Die zweite faserverstärkte Schicht 140 kann bspw. zwei Unterschichten 142, 144 umfassen, die wiederum mehrere Lagen aufweisen können. Die zweite faserverstärkte Schicht 140 sowie deren Unterschichten 142, 144 verlaufen hier im Querschnitt im Wesentlichen gerade und kontinuierlich über die beiden Verbindungsrohre 130, 130 und über der Zwischenlage 122. Insbesondere sind die Außenoberflächen der Verbindungsrohre 130, 130 und der Zwischenschicht 122 derart ausgebildet und angeordnet, dass eine einzige ebene Mantelfläche entsteht, auf der von einem Ende des Druckbehälters 100 bis zum anderen Ende des Druckbehälters 100 durchgängig Lagen abgelegt werden können. Der Außendurchmesser der Zwischenschicht 122 entspricht also dem Außendurchmesser der Verbindungsrohre 130, 130. Die erste Unterschicht 142 der zweiten faserverstärkten Schicht 140 liegt auf der Außenoberfläche der Verbindungsrohre 130, 130 sowie auf der Zwischenschicht 122 auf. Die erste Unterschicht 142 besteht hier aus einem ausgeglichenen Winkelverbund mit einem +/–70° Lagenaufbau. Sie dient hier im Wesentlichen zur Aufnahme und Einleitung von Zug- und Drucklasten, von Torsionslasten und von Innendrucklasten des Druckbehälters 100. Die Unterschicht 142 kann im Bereich des Verbindungsrohres 130 auch einen anderen Faserwinkel als im Mantelbereich M aufweisen, sofern das der Lasteinleitung dienlich ist. Die zweite Unterschicht 144 umgibt die erste Unterschicht 142 und verläuft ebenfalls kontinuierlich über beide Verbindungsrohre 130, 130 sowie dem Mantelbereich M. Die zweite Unterschicht 144 weist im Vergleich zur ersten Unterschicht 142 eine geringere Schichtdicke auf. Sie kann insbesondere aus Hoop-Lagen aufgebaut sein. Neben der Aufnahme von Innendrucklasten des Druckzylinders vermeidet diese Unterschicht 144 zusätzlich das Knicken und Beulen und versteift in Umfangsrichtung zum Vorteil des Pressverbands zwischen den Befestigungsringen 150, 150 und dem jeweiligen Verbindungsrohr 130, 130.The second fiber reinforced layer 140 can, for example, two sublayers 142 . 144 include, which in turn may have multiple layers. The second fiber reinforced layer 140 and their sublayers 142 . 144 run here in cross section substantially straight and continuously over the two connecting pipes 130 . 130 and over the liner 122 , In particular, the outer surfaces of the connecting pipes 130 . 130 and the intermediate layer 122 formed and arranged so that a single planar lateral surface is formed on the one end of the pressure vessel 100 to the other end of the pressure vessel 100 consistently layers can be stored. The outer diameter of the intermediate layer 122 thus corresponds to the outer diameter of the connecting pipes 130 . 130 , The first lower layer 142 the second fiber reinforced layer 140 lies on the outer surface of the connecting pipes 130 . 130 as well as on the intermediate layer 122 on. The first lower layer 142 consists here of a balanced angle composite with a +/- 70 ° layer structure. It essentially serves to receive and initiate tensile and compressive loads, torsional loads and internal pressure loads of the pressure vessel 100 , The lower class 142 can in the area of the connecting pipe 130 also have a different fiber angle than in the cladding region M, provided that the load application is beneficial. The second lower layer 144 surrounds the first lower layer 142 and also runs continuously over both connecting tubes 130 . 130 and the mantle area M. The second lower layer 144 shows in comparison to the first lower layer 142 a smaller layer thickness. It can be constructed in particular from hoop layers. In addition to the inclusion of internal pressure loads of the printing cylinder avoids this lower layer 144 in addition, the buckling and buckling and stiffened in the circumferential direction to the advantage of the press fit between the fastening rings 150 . 150 and the respective connecting pipe 130 . 130 ,

Die Verbindungsringe 150, 150 sind hier als Pressringe aus Stahl ausgestaltet, die form- und reibschlüssig mit den Verbindungsrohren 130, 130 verbunden sind. Die Befestigungsringe 150, 150 bilden die Schnittstelle zur karosserieseitigen Anbindung des Druckbehälters 100. Sie sind dazu geeignet, Torsions-, Zug- und Drucklasten auf die zweite faserverstärkte Schicht 140 zu übertragen. Die Befestigungsringe 150, 150 weisen hier nach innen ragende umlaufende Stege auf, in denen bspw. Bohrungen zur Befestigung des Druckbehälters 100 an die Karosserie des Kraftfahrzeuges vorgesehen sein können. Es sind aber auch andere vorbekannte Befestigungskonzepte realisierbar, die an diesen Stegen oder anders gestalteten Innenelemente des Befestigungsrings 150, 150 vorgesehen sein können.The connecting rings 150 . 150 are designed here as pressing rings made of steel, the positive and frictional engagement with the connecting pipes 130 . 130 are connected. The fastening rings 150 . 150 form the interface to the body-side connection of the pressure vessel 100 , They are capable of torsion, tensile and compressive loads on the second fiber reinforced layer 140 transferred to. The fastening rings 150 . 150 have here inwardly projecting circumferential webs, in which, for example, holes for attachment of the pressure vessel 100 may be provided to the body of the motor vehicle. But there are also other known fastening concepts realized on these webs or differently shaped inner elements of the mounting ring 150 . 150 can be provided.

Der hier gezeigte Lagenaufbau umfassend die erste faserverstärkte Schicht 120, die Zwischenschicht 122 und die zweite faserverstärkte Schicht 140 sind zumindest im Mantelbereich M so gestaltet, dass sie alle aus dem Innendruck des Druckbehälters 100 resultierenden Lasten sowie alle von außen in den Druckbehälter 100 eingeleiteten Lasten tragen können. Aufgrund des hier dargestellten Lagenaufbaus sowie der hier gezeigten Anordnung und Ausgestaltung der Verbindungsringe 130, 130 können sehr platzsparend die Kräfte und Momente aufgenommen werden, ohne dass einzelne Bereiche hier stark überdimensioniert sind. Es entsteht insgesamt ein kompakter lasttragender Druckbehälteraufbau, der im Vergleich zu vorbekannten Lösungen leichter und kompakter ist bzw. mehr Brennstoff speichern kann.The layer structure shown here comprises the first fiber reinforced layer 120 , the intermediate layer 122 and the second fiber reinforced layer 140 are at least in the shell region M designed so that they all from the internal pressure of the pressure vessel 100 resulting loads as well as all from the outside in the pressure vessel 100 be able to carry introduced loads. Due to the layer structure shown here and the arrangement and design of the connecting rings shown here 130 . 130 The forces and moments can be absorbed in a very space-saving manner, without individual areas being oversized. The overall result is a compact load-bearing pressure vessel structure, which is lighter and more compact in comparison to previously known solutions or can store more fuel.

In der 1 ist ein länglicher Druckbehälter gezeigt, der einen zylindrischen Mantelbereich M mit gewölbten Enden D1, D2 aufweist. Es sind aber auch andere Druckbehälterformen denkbar und von der hier offenbarten Technologie mit umfasst. Der zylindrische Bereich M könnte auch leicht bauchig ausgestaltet sein. Dann könnte der Durchmesser im zylindrischen Bereich M unwesentlich variieren. Auch könnte der Druckbehälter nicht rotationssymmetrisch ausgebildet sein. Auch wenn in den Figuren die beiden Enden des Druckbehälters 100 gleich ausgebildet sind, ist die hier offenbarte Technologie gleichsam auch nur auf ein Ende anwendbar.In the 1 an elongate pressure vessel is shown, which has a cylindrical shell region M with curved ends D 1 , D 2 . However, other forms of pressure vessel are also conceivable and encompassed by the technology disclosed here. The cylindrical region M could also be designed slightly bulbous. Then the diameter in the cylindrical region M could vary insignificantly. Also, the pressure vessel could not be rotationally symmetrical. Even if in the figures the two ends of the pressure vessel 100 are equally developed, the technology disclosed here, so to speak, applies only to one end.

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.The foregoing description of the present invention is for illustrative purposes only, and not for the purpose of limiting the invention. Various changes and modifications are possible within the scope of the invention without departing from the scope of the invention and its equivalents.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

II
BrennstoffspeichervolumenFuel storage volume
OO
DruckbehälteröffnungPressure vessel opening
ÜÜ
ÜbergangsbereichTransition area
dd
Wanddickewall thickness
D1, D2 D 1 , D 2
Endbereichend
MM
Mantelbereichcladding region
PP
Fasechamfer
W W
VerbindungsrohrwölbungConnecting pipe curvature
DA D A
ManteldurchmesserCladding diameter
100100
Druckbehälterpressure vessel
110110
Linerliner
120120
erste faserverstärkten Schichtfirst fiber reinforced layer
122122
Zwischenschichtinterlayer
130130
Verbindungsrohrconnecting pipe
132132
RohrmantelaußenoberflächePipe casing outer surface
134134
RohrmantelinnenoberflächePipe casing inner surface
140140
zweite faserverstärkte Schichtsecond fiber reinforced layer
142142
erste Unterschichtfirst lower layer
144144
zweite Unterschichtsecond sublayer
150150
Befestigungsringfixing ring
170170
Anschlusselementconnecting element
172172
Bossboss

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102014226557 [0020] DE 102014226557 [0020]
  • DE 102015204623 [0020] DE 102015204623 [0020]
  • DE 102014226550 [0020, 0020] DE 102014226550 [0020, 0020]

Claims (11)

Verfahren zur Herstellung eines Druckbehälters (100) zur Speicherung von Brennstoff, umfassend die Schritte: – Herstellen einer ersten faserverstärkten Schicht (120) des Druckbehälters (100), wobei sich die erste faserverstärkte Schicht (120) über einen Mantelbereich (M) und über mindestens einen Endbereich (D1, D2) des Druckbehälters (100) erstreckt; – Bereitstellen von mindestens einem Verbindungsrohr (130), wobei das Verbindungsrohr (130) zumindest bereichsweise an der ersten faserverstärkten Schicht (120) anliegt; und – Herstellen einer zweiten faserverstärkten Schicht (140) des Druckbehälters (100), wobei sich die zweite faserverstärkte Schicht (140) über den Mantelbereich (M) des Druckbehälters (100) und über eine Rohrmantelaußenoberfläche (132) des Verbindungsrohres (130) erstreckt.Method for producing a pressure vessel ( 100 ) for storing fuel, comprising the steps of: - producing a first fiber-reinforced layer ( 120 ) of the pressure vessel ( 100 ), wherein the first fiber-reinforced layer ( 120 ) over a jacket region (M) and over at least one end region (D 1 , D 2 ) of the pressure vessel ( 100 ) extends; Providing at least one connecting tube ( 130 ), wherein the connecting pipe ( 130 ) at least in regions on the first fiber-reinforced layer ( 120 ) is present; and - producing a second fiber-reinforced layer ( 140 ) of the pressure vessel ( 100 ), wherein the second fiber-reinforced layer ( 140 ) over the jacket area (M) of the pressure vessel ( 100 ) and a Rohrmantelaußenoberfläche ( 132 ) of the connecting pipe ( 130 ). Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verbindungsrohr (130) zumindest bereichsweise in einem Übergangsbereich (Ü) zum Mantelbereich (M) an der ersten faserverstärkten Schicht (120) anliegt.Method according to claim 1, wherein the connecting pipe ( 130 ) at least in regions in a transition region (Ü) to the cladding region (M) on the first fiber-reinforced layer ( 120 ) is present. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend den Schritt: – Anbringen eines Befestigungsrings (150) auf einer Rohrmantelinnenoberfläche (134) des Verbindungsrohres (130).The method of claim 1 or 2, further comprising the step of: - attaching a fastening ring ( 150 ) on a pipe jacket inner surface ( 134 ) of the connecting pipe ( 130 ). Verfahren nach Anspruch 3, ferner umfassend den Schritt: – Ausbilden eines Pressverbandes zwischen dem Befestigungsring (150) und dem Verbindungsrohr (130).The method of claim 3, further comprising the step of: - forming a press fit between the mounting ring (10); 150 ) and the connecting tube ( 130 ). Verfahren nach Anspruch 4, wobei die zweite faserverstärkte Schicht (140) das Verbindungsrohr (130) im Bereich des Pressverbandes zumindest bereichsweise versteift.Method according to claim 4, wherein the second fiber-reinforced layer ( 140 ) the connecting pipe ( 130 ) in the area of the interference fit at least partially stiffened. Druckbehälter (100) zur Speicherung von Brennstoff, umfassend: – eine erste faserverstärkte Schicht (120), wobei sich die erste faserverstärkte Schicht (120) über einen Mantelbereich (M) und über mindestens einen Endbereich (D1, D2) des Druckbehälters (100) erstreckt; – mindestens ein Verbindungsrohr (130), wobei das Verbindungsrohr (130) zumindest bereichsweise an der ersten faserverstärkten Schicht (120) anliegt; und – eine zweite faserverstärkte Schicht (140), wobei sich die zweite faserverstärkte Schicht (140) über den Mantelbereich (M) des Druckbehälters (100) und über einer Rohrmantelaußenoberfläche (132) des Verbindungsrohres (130) erstreckt.Pressure vessel ( 100 ) for storing fuel, comprising: - a first fiber-reinforced layer ( 120 ), wherein the first fiber-reinforced layer ( 120 ) over a jacket region (M) and over at least one end region (D1, D2) of the pressure vessel ( 100 ) extends; - at least one connecting pipe ( 130 ), wherein the connecting pipe ( 130 ) at least in regions on the first fiber-reinforced layer ( 120 ) is present; and a second fiber-reinforced layer ( 140 ), wherein the second fiber-reinforced layer ( 140 ) over the jacket area (M) of the pressure vessel ( 100 ) and over a pipe jacket outer surface ( 132 ) of the connecting pipe ( 130 ). Druckbehälter (100) nach Anspruch 6, wobei das Verbindungsrohr (130) zumindest bereichsweise in einem Übergangsbereich (Ü) zum Mantelbereich (M) an der ersten faserverstärkten Schicht (120) anliegt.Pressure vessel ( 100 ) according to claim 6, wherein the connecting pipe ( 130 ) at least in regions in a transition region (Ü) to the cladding region (M) on the first fiber-reinforced layer ( 120 ) is present. Druckbehälter nach Anspruch 6 oder 7, ferner umfassend mindestens einen Befestigungsring (150) zur Anbindung des Druckbehälters (100) an die Karosserie eines Kraftfahrzeuges, wobei der Befestigungsring (150) zumindest bereichsweise an einer Rohrmantelinnenoberfläche (134) des Verbindungsrohres (130) anliegt oder einstückig mit dem Verbindungsrohr (130) ausgebildet ist.Pressure vessel according to claim 6 or 7, further comprising at least one fastening ring ( 150 ) for connecting the pressure vessel ( 100 ) to the body of a motor vehicle, wherein the fastening ring ( 150 ) at least partially on a tubular jacket inner surface ( 134 ) of the connecting pipe ( 130 ) or in one piece with the connecting tube ( 130 ) is trained. Druckbehälter nach Anspruch 8, wobei der Befestigungsring (150) und das Verbindungsrohr (130) einen Pressverband ausbilden.Pressure vessel according to claim 8, wherein the fastening ring ( 150 ) and the connecting tube ( 130 ) form a press fit. Druckbehälter nach Anspruch 9, wobei die zweite faserverstärkte Schicht (140) das Verbindungsrohr (130) im Bereich des Pressverbandes zumindest bereichsweise versteift.A pressure vessel according to claim 9, wherein the second fiber-reinforced layer ( 140 ) the connecting pipe ( 130 ) in the area of the interference fit at least partially stiffened. Druckbehälter nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei im Innenbereich des Verbindungsrohrs (130) ein Anschlusselement (170) des Druckbehälters (100) angeordnet ist.Pressure container according to one of claims 7 to 10, wherein in the inner region of the connecting tube ( 130 ) a connection element ( 170 ) of the pressure vessel ( 100 ) is arranged.
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