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DE202024000857U1 - pressure vessel - Google Patents

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DE202024000857U1 DE202024000857.6U DE202024000857U DE202024000857U1 DE 202024000857 U1 DE202024000857 U1 DE 202024000857U1 DE 202024000857 U DE202024000857 U DE 202024000857U DE 202024000857 U1 DE202024000857 U1 DE 202024000857U1
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Abstract

Druckbehälter (1), bestehend aus einem Liner (2) als Innenbehälter, der aus einem thermoplastischen Kunststoff geformt ist, aus einer um den Liner (2) gewickelte, druckbelastbare Umhüllung (8) und aus einer Fixierung 9, wobei der Liner (2) aus einen zylindrischen Mantel (3) und mit an den Stirnseiten (4,5) angeformten konvexförmigen Polkappen (6,7), in die Anschlussstücke (12) einrotiert, sind, besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die um den Liner gewickelte druckbelastete Umhüllung (8), verbindunglos zum Liner (2) ausgebildet ist und aus einem, in mehreren Lagen um den Liner (2) multidirektional gewickelten, Armierungsmaterial (11) besteht, und die druckbelastete Umhüllung (8) mittels einer selbstklebenden Fixierung (9), die um die Umhüllung (8) gewickelt ist, auf der Außenfläche 10 des Liners 2 fixiert ist.

Figure DE202024000857U1_0000
Pressure vessel (1), consisting of a liner (2) as an inner container, which is formed from a thermoplastic material, of a pressure-resistant casing (8) wound around the liner (2) and of a fixing 9, wherein the liner (2) consists of a cylindrical jacket (3) and with convex-shaped pole caps (6, 7) formed on the end faces (4, 5) into which connecting pieces (12) are rotated, characterized in that the pressure-loaded casing (8) wound around the liner is designed without a connection to the liner (2) and consists of a reinforcing material (11) wound multidirectionally in several layers around the liner (2), and the pressure-loaded casing (8) is fixed to the outer surface 10 of the liner 2 by means of a self-adhesive fixing (9) which is wound around the casing (8).
Figure DE202024000857U1_0000

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckbehälter, insbesondere für hohe Drücke >700 bar, wobei der Druckbehälter aus einem Liner als Innenbehälter, aus einer um den Liner gewickelten, druckbelastbaren Umhüllung und aus einer um die Umhüllung gewickelte Fixierung besteht.The invention relates to a pressure vessel, in particular for high pressures >700 bar, wherein the pressure vessel consists of a liner as an inner container, a pressure-resistant casing wound around the liner and a fixation wound around the casing.

Aus dem Stand der Technik sind Druckbehälter für hohe Drücke, die aus einem Liner mit um den Liner gewickelten, mit Epoxid- oder Polyesterharz verklebte Glas- oder Kohlefasern bestehen, bekannt.Pressure vessels for high pressures are known from the state of the art, which consist of a liner with glass or carbon fibers wound around the liner and bonded with epoxy or polyester resin.

Die WO 2012/100 923 A1 bezieht sich auf ein Verfahren zur Verbesserung der Barriereeigenschaften von Verbundgasflaschen für die Speicherung von Gas, indem die Außenfläche einer zusammengesetzten Gasflasche mit einer Kunststofffolie, die ein Barrierematerial umfasst, in einem Wickelverfahren umwickelt wird, wobei die Kunststofffolie als Barrierematerial direkt auf die Innenauskleidung der Verbundgasflasche oder auf eine, um die Innenauskleidung der Verbundgasflasche gewickelte faserverstärkte, drucktragende Schicht gewickelt wird. Die Composite-Gasflasche besteht aus einer Innenauskleidung aus Polyolefin und einer äußeren faserverstärkten, drucktragenden Schicht. Das Barrierematerial kann Polyamid, Polyester, halogensubstituiertes Polymer, EVOH oder eine Metallisierung umfassen. Während des Wickelns der Kunststofffolie, die das Barrierematerial umfasst, werden zusätzlich Klebstoffe verwendet, um die Haftung zu verbessern, wobei es sich um ein Epoxidpolymer oder ein ähnliches Mittel oder eine Schmelzklebstoffmasse oder eine andere lösungsmittelfreie Klebstoffzusammensetzung handelt.The WO 2012/100 923 A1 relates to a method for improving the barrier properties of composite gas cylinders for the storage of gas by wrapping the outer surface of a composite gas cylinder with a plastic film comprising a barrier material in a wrapping process, wherein the plastic film as barrier material is wound directly onto the inner lining of the composite gas cylinder or onto a fiber-reinforced pressure-bearing layer wound around the inner lining of the composite gas cylinder. The composite gas cylinder consists of an inner lining made of polyolefin and an outer fiber-reinforced pressure-bearing layer. The barrier material can comprise polyamide, polyester, halogen-substituted polymer, EVOH or a metallization. During the wrapping of the plastic film comprising the barrier material, adhesives are additionally used to improve adhesion, which is an epoxy polymer or similar agent or a hot melt adhesive compound or other solvent-free adhesive composition.

Die WO 01/96 766 A1 beschreibt einen Hochdruckbehälter für flüssige Stoffe, insbesondere für verflüssigte Gase, aus Verbundwerkstoffen, bestehend aus einer inneren Polymer- Schutzhülle, aus einer um die Polymer-Schutzhülle angeordnete mehrschichtige Grundstruktur aus kreuzweisen verlaufenden unidirektionalen Fasern, die mit einem Kunststoffbinder imprägniert sind, sowie aus einem kapillarporösen Element, das in der Form einer ringförmigen Netzzellstruktur mit tetraedrischen Zellen ausgebildet und zwischen den sich kreuzweise verlaufenden Fasern angeordnet ist, und aus einer zwischen dem kapillarporösen Element angeordneten Schicht aus einem Trennmaterial.The WO 01/96 766 A1 describes a high-pressure vessel for liquid substances, in particular for liquefied gases, made of composite materials, consisting of an inner polymer protective cover, a multilayer base structure arranged around the polymer protective cover made of crosswise unidirectional fibers impregnated with a plastic binder, a capillary-porous element which is designed in the form of an annular network cell structure with tetrahedral cells and arranged between the crosswise fibers, and a layer of a separating material arranged between the capillary-porous element.

In der DE 60 210 364 T2 wird ein Verfahren zur Herstellung eines Hochdruckspeichers, insbesondere für ein Raumfahrzeug beschrieben, der aus einer inneren Haut aus einem Kunststoff aus Polyethylenen und kristallisierten Polyamiden besteht, die an den Polen Zonen eine geringere Dicke aufweisen und die teilweise mit einem metallischen Einsatz abgedeckt sind. Um diese innere Haut ist mit dem metallischen Einsatz eine Verstärkungsstruktur angeordnet, die durch Bewickeln mit einer polymerisierten Harzfaser erhalten wird, wobei die Faser im Voraus mit einem mit einem Harz in einem Anteil von etwa 30 %, das eine Dehnung von vorzugsweise über 8 % besitzt, vorimprägniert ist.In the EN 60 210 364 T2 a method is described for manufacturing a high-pressure accumulator, in particular for a spacecraft, which consists of an inner skin made of a plastic made of polyethylenes and crystallized polyamides, which have a reduced thickness at the pole zones and which are partially covered with a metallic insert. Around this inner skin, with the metallic insert, is arranged a reinforcing structure obtained by winding a polymerized resin fiber, the fiber being pre-impregnated with a resin in a proportion of about 30%, which has an elongation of preferably more than 8%.

Die EP 0 465 252 A1 offenbart einen Behälter für komprimiertes Gas und/oder kryogenes Gas, der aus einem gasundurchlässigen synthetischen Polymer, wie Polyacrylnitril, Polyetherketon, Polyetheretherketon, Polyetheretherketon, Polyetheretherketon, Polyethylen hoher Dichte, Polyethylen mit ultrahohem Molekulargewicht und Polyester, besteht, wobei das Polymer eine Gasbarriere bildet. Der Behälter weist eine strukturelle Umhüllung aus einem Verbundmaterial auf, wobei das Verbundmaterial aus Strukturfasern besteht und die Strukturfasern in eine gewickelte, faserverstärkte, drucktragende Schicht eingebettet sind.The EP 0 465 252 A1 discloses a container for compressed gas and/or cryogenic gas made of a gas impermeable synthetic polymer such as polyacrylonitrile, polyether ketone, polyether ether ketone, polyether ether ketone, high density polyethylene, ultra high molecular weight polyethylene and polyester, wherein the polymer forms a gas barrier. The container has a structural casing made of a composite material, wherein the composite material consists of structural fibers and the structural fibers are embedded in a wound, fiber reinforced, pressure bearing layer.

In der DE 10 2009 040 798 B4 wird ein Speichergefäß beschrieben, das eine Gefäßummantelung umfasst, wobei die Gefäßummantelung eine Innenfläche und eine Außenfläche aufweist und aus einem Synthetikmaterial, wie beispielsweise Kohlefaser, Glasfaser oder eine Komposit- bzw. Verbundfasermatrix besteht. Das Innere des Gefäßes ist zur Aufnahme von Druck beaufschlagtem Gas, beispielsweise Wasserstoff, geeignet.In the EN 10 2009 040 798 B4 describes a storage vessel comprising a vessel casing, the vessel casing having an inner surface and an outer surface and consisting of a synthetic material, such as carbon fiber, glass fiber or a composite fiber matrix. The interior of the vessel is suitable for receiving pressurized gas, for example hydrogen.

Über der Innenfläche der Gefäßummantelung ist eine Auskleidungsschicht aus einem Polymermaterial, beispielsweise hochdichter Polyethylen. angeordnet. Die Gefäßummantelung kann aber auch um die Auskleidungsschicht gewickelt sein. Über der Auskleidungsschicht ist eine Permeationsschutzschicht als eine Beschichtung über der Auskleidungsschicht angeordnet. Die Permeationsschutzschicht besteht aus Glas, SiO2, Titanoxid, amorphem hydriertem diamantartigem Kohlenstoff (DLC), einem Metall aus der vierten bis achten Untergruppe des Periodensystems der Elemente oder einer Kombination von Metallen aus der vierten bis achten Untergruppe des Periodensystems der Elemente. A lining layer made of a polymer material, such as high-density polyethylene, is arranged over the inner surface of the vessel casing. The vessel casing can also be wrapped around the lining layer. A permeation protection layer is arranged above the lining layer as a coating over the lining layer. The permeation protection layer consists of glass, SiO 2 , titanium oxide, amorphous hydrogenated diamond-like carbon (DLC), a metal from the fourth to eighth subgroup of the periodic table of elements or a combination of metals from the fourth to eighth subgroup of the periodic table of elements.

In der DE 10 2018 101 509 B4 wird ein Hochdrucktank offenbart, der aus einer Auskleidung, aus einer Verstärkerschicht und einer Schutzschicht besteht, wobei Mundstücke an der Auskleidung befestigt sind. Die Auskleidung besteht aus Nylonharz und hat eine Eigenschaft, (welche als Gasbarriereneigenschaft bekannt ist) die zur Abdichtung von Wasserstoff oder dergleichen, das einen Innenraum füllt, dient, sodass der Wasserstoff oder dergleichen nicht entweichen kann. Die Auskleidung kann auch aus einem anderen Kunstharz mit der Gasbarriereneigenschaft bestehen, wie beispielsweise auf Polyethylen basiertem Harz, oder aus Metall wie beispielsweise Aluminium oder nichtrostendem Stahl bestehen. Die Verstärkerschicht besteht aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK), welches ein Verbundwerkstoff aus Epoxidharz und Kohlenstofffasern ist und eine Druckfestigkeit aufweist. Die Verstärkerschicht ist als „faserverstärkte Epoxidharzschicht“ ausgebildet. Die Schutzschicht ist auf der Verstärkerschicht angeordnet und besteht aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK), welches ein Verbundwerkstoff aus duroplastischem Harz und Glasfasern ist, und eine höhere Schlagzähigkeit als die Verstärkerschicht aufweist, wobei als Fasern Glasfasern oder Aramidfasern eingesetzt sind.In the EN 10 2018 101 509 B4 discloses a high pressure tank consisting of a liner, a reinforcing layer and a protective layer, with mouthpieces attached to the liner. The liner is made of nylon resin and has a property (known as a gas barrier property) that serves to seal hydrogen or the like filling an interior space so that the hydrogen or the like cannot escape. The liner may also be made of another synthetic resin having the gas barrier property, such as polyethylene-based resin, or metal such as aluminum or stainless steel. The reinforcement layer consists of carbon fiber reinforced plastic (CFRP), which is a composite material made of epoxy resin and carbon fibers and has a compressive strength. The reinforcement layer is designed as a "fiber-reinforced epoxy resin layer." The protective layer is arranged on the reinforcement layer and consists of glass fiber reinforced plastic (GRP), which is a composite material made of thermosetting resin and glass fibers and has a higher impact strength than the reinforcement layer, with glass fibers or aramid fibers being used as fibers.

Die US2009095796A1 beschreibt einen Druckbehälter für die Lagerung von Flüssigkeiten, bestehend aus einem Kern aus Metall oder Polymer, der von außen ganz oder teilweise mit hochfesten Fasern aus Kohlenstoff und Glasfaser, die in einem hochwertigen Harz eingebettet sind, zur Verstärkung umwickelt ist. Um die Verstärkung sind Verstärkungsfasern aus Metalldrähten und/oder Festigkeitskabeln von 2000 MPa bis 6000 MPa gewickelt, wobei der Draht eine plastische Duktilität von über 20 % in der Flächenreduzierung (RA) bei Zugbruch aufweist und der Metalldraht aus Stahl oder Nickel oder Titan oder ihren jeweiligen Legierungen besteht. Die Verstärkung ist mit eine Metalldrahtumwicklung umwickelt, um die beschädigungsempfindliche Kohlenstoffumwicklung zu schützen.The US2009095796A1 describes a pressure vessel for the storage of liquids, consisting of a core made of metal or polymer, which is externally wrapped in whole or in part with high-strength fibers made of carbon and glass fiber embedded in a high-quality resin for reinforcement. Reinforcing fibers made of metal wires and/or strength cables from 2000 MPa to 6000 MPa are wound around the reinforcement, the wire having a plastic ductility of over 20% in area reduction (RA) at tensile failure and the metal wire being made of steel or nickel or titanium or their respective alloys. The reinforcement is wrapped with a metal wire wrap to protect the damage-sensitive carbon wrap.

Die Erfindung gemäß der US 2006 163 261 betrifft einen Druckbehälter mit einem Behälterkörper und einer auf der Oberfläche des Behälterkörpers ausgebildeten Schicht aus faserverstärktem Kunststoff, wobei die Schicht aus faserverstärktem Kunststoff einen faserverstärkten Kunststoff umfasst, bei dem die Verstärkungsfasern mit Kunststoff imprägniert sind. Das Elastizitätsmodul der Stränge der Verstärkungsfasern beträgt 305 GPa oder mehr und die Zugdehnung der Verstärkungsfasern beträgt 1,45 bis 1,70 %. Der Gefäßkörper besteht aus Metall.The invention according to the US$ 2006 163 261 relates to a pressure vessel having a vessel body and a fiber-reinforced plastic layer formed on the surface of the vessel body, wherein the fiber-reinforced plastic layer comprises a fiber-reinforced plastic in which the reinforcing fibers are impregnated with plastic. The elastic modulus of the strands of the reinforcing fibers is 305 GPa or more and the tensile elongation of the reinforcing fibers is 1.45 to 1.70%. The vessel body is made of metal.

Die EP 18 18 596 A1 beschreibt einen Druckbehälter aus Kunststoff mit einem Behältermantel aus einem spritzgußgeformten, aus Linerteilen zusammengesetzten Linerkörper, aus faserverstärktem Polyethylen, Polypropylen oder Polyamid, in dessen Polkappen Anschlußstutzen unverlierbar eingeformt sind, aus einer auf dem Linerkörper angeordneten Armierungsschicht aus Glasfaserband und aus einer auf letzteren angeordneten spritzgußgeformten unverlierbaren Umhüllung aus faserverstärktem Polyethylen, Polypropylen oder Polyamid. Das Armieren des Linerkörpers erfolgt durch Umwickeln mit mehreren Lagen aus mit Kunststoff ummantelten Endlosglasfaserband, wobei die Lagen des Endlosfaserbandes durch Aufschmelzen des umhüllenden Kunststoffes untereinander stoffschlüssig verbunden werden. Die mehrlagige Armierungsschicht besteht aus einem Endlosglasfaserband mit einer Ummantelung aus Polyethylen. Während des Umwickelns des Linerkörpers mit der ersten tangentialen Wickellage A des Endlosglasfaserbands wird die Kunststoffummantelung aus Polyethylen mittels Laser, Lichtbogen o.ä. erhitzt, örtlich aufgeschmolzen und mit der Oberfläche des Linerkörpers verschweißt, so dass Linerkörper und die erste Wickellage A eine stoffschlüssige Einheit bilden. Die nachfolgende zweite und dritte Wickellage B und C des Endlosglasfaserbands wird ebenso aufgebracht, so dass die nebeneinander und übereinander liegenden Ränder des Bands miteinander verschweißt werden. Auf die mehrlagige Armierungsschicht folgt die durch Spritzgießen aufgebrachte Umhüllung, die aus einem, kurze Glasfasern enthaltenen, Polyethylen besteht. Der Polyethylen kann auch mit Treibmitteln versetzt sein. Die Umhüllung sichert die Armierungsschicht in ihrer Funktion und ist zugleich als Schutzschicht ausgebildet, wobei für den Fall eines Zusatzes mit Treibmitteln auch eine Dämmung erreicht wird.The EP 18 18 596 A1 describes a pressure vessel made of plastic with a vessel casing made of an injection-molded liner body composed of liner parts, made of fiber-reinforced polyethylene, polypropylene or polyamide, in the pole caps of which connection pieces are permanently molded, a reinforcing layer made of fiberglass tape arranged on the liner body and an injection-molded, permanent covering made of fiber-reinforced polyethylene, polypropylene or polyamide arranged on the latter. The liner body is reinforced by wrapping several layers of plastic-coated continuous fiberglass tape, with the layers of the continuous fiber tape being bonded to one another by melting the enveloping plastic. The multi-layer reinforcing layer consists of a continuous fiberglass tape with a polyethylene covering. While the liner body is being wrapped with the first tangential winding layer A of the continuous glass fiber tape, the plastic sheath made of polyethylene is heated using a laser, arc or similar, melted locally and welded to the surface of the liner body so that the liner body and the first winding layer A form a cohesive unit. The subsequent second and third winding layers B and C of the continuous glass fiber tape are applied in the same way so that the edges of the tape lying next to and on top of each other are welded together. The multi-layer reinforcement layer is followed by the sheath applied by injection molding, which consists of a polyethylene containing short glass fibers. The polyethylene can also be mixed with blowing agents. The sheath secures the function of the reinforcement layer and is also designed as a protective layer, whereby insulation is also achieved if blowing agents are added.

Hier erfolgt eine Armierung aus Endlosglasfaserband mit einer Ummantelung aus Polyethylen in eine durch Laser oder Lichtbogen erhitzte und örtlich aufgeschmolzenen Oberfläche des Linerkörpers durch Verschweißen des, mit der Ummantelung versehenen, Glasfaserband mit der Oberfläche des Linerkörpers. Here, a reinforcement made of continuous glass fiber tape with a polyethylene coating is placed in a surface of the liner body that has been heated by laser or arc and locally melted by welding the glass fiber tape with the coating to the surface of the liner body.

Durch das Aufschmelzen der Oberfläche des Linerkörpers mittels Laser oder Lichtbögen, wird die Struktur des Polymers verändert bzw. zerstört, so dass der Linerkörper beim Einsatz für hohe Drücke zerstört werden kann und nicht mehr die Anforderung der Gasdichtheit erfüllt.By melting the surface of the liner body using a laser or electric arc, the structure of the polymer is changed or destroyed, so that the liner body can be destroyed when used at high pressures and no longer meets the gas-tightness requirement.

Auch in der DE 10 2020 001 135 B3 wird ein Druckbehälter mit einem Liner aus thermoplastischem Kunststoff mit einer Armierung aus in Epoxid- oder Phenolharz eingebettete Kohlenstoff-, Glas-, Aramid-, Bor oder Al2O3- Fasern beschrieben, wobei die Armierung mit dem Liner durch die Harzmatrix der Fasern mit dem Liner eine feste Verbindung durch Verkleben eingeht.Also in the EN 10 2020 001 135 B3 describes a pressure vessel with a liner made of thermoplastic material with a reinforcement made of carbon, glass, aramid, boron or Al2O3 fibers embedded in epoxy or phenolic resin, whereby the reinforcement forms a firm bond with the liner through the resin matrix of the fibers.

Alle im Stand der Technik bekannten Lösung für Druckbehälter für hohe Drücke beschreiben einen Liner mit einer faserverstärkten Armierung, wobei die Armierung mit dem Liner durch eine feste Verbindung

  • • durch Verkleben mit einer Harzmatrix,
  • • durch Verschweißen einer mit Polyethylen umhüllten Fasern mit dem Liner
oder
  • • durch Einschmelzen von in dem Liner eingebetteten Fasern
verbunden ist, wobei beim Verschweißen mit dem Liner und beim Schmelzen in den Liner die Oberfläche des Liners mit Laser oder Lichtbogen aufgeschmolzen wird. Durch die Behandlung des Liners mit dem Laser oder Lichtbogen wird die Struktur des Liners verändert und es kann bei hohen Drücken, insbesondere für Druckbehälter >700 bar, für die Lagerung und Transport von Wasserstoff zu unerwünschten Leckagen oder Zerstörung des Druckbehälter führen.All known solutions for pressure vessels for high pressures in the state of the art describe a liner with a fiber-reinforced reinforcement, whereby the reinforcement is connected to the liner by a firm connection
  • • by bonding with a resin matrix,
  • • by welding a polyethylene-coated fibre to the liner
or
  • • by melting fibers embedded in the liner
is connected, whereby the surface of the liner is melted with a laser or arc during welding to the liner and during melting into the liner. Treating the liner with the laser or arc changes the structure of the liner and can lead to undesirable leaks or destruction of the pressure vessel at high pressures, particularly for pressure vessels >700 bar, for the storage and transport of hydrogen.

Des Weiteren ist die Ummantelung der Liner mit einer faserverstärkten, in einer Harzmatrix eingebetteten Fasern mit einer Umweltverschmutzung verbunden, die den heutigen Anforderungen an den Umweltschutz nicht mehr genügt.Furthermore, the coating of the liners with fiber-reinforced fibers embedded in a resin matrix is associated with environmental pollution that no longer meets today's environmental protection requirements.

Außerdem ist ein Recycling der Druckbehälter und die Wiederverwendung der Ausgangsmaterialien, wie der eingesetzte thermoplastischen Kunststoff und das Armierungsmaterial, durch die Verwendung einer Harzmatrix für die in der Harzmatrix eingebetteten, gewickelten, faserverstärkten, drucktragenden Schichten sowie durch das Verschweißen der mit Polyethylen umhüllten Fasern mit dem Liner und die Verwendung von in den Liner eingebetteten Fasern der Materialien des Druckbehälter nur unter großen Schwierigkeiten möglich.In addition, recycling of the pressure vessels and reuse of the raw materials, such as the thermoplastic used and the reinforcing material, is only possible with great difficulty by using a resin matrix for the wound, fiber-reinforced, pressure-bearing layers embedded in the resin matrix, as well as by welding the polyethylene-coated fibers to the liner and using fibers of the pressure vessel materials embedded in the liner.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Druckbehälter zu entwickeln, der die Mängel aus dem Stand der Technik beseitigt und ein Recycling der Ausgangsmaterialien ermöglicht.The object of the invention is to develop a pressure vessel that eliminates the deficiencies of the prior art and enables recycling of the starting materials.

Überraschenderweise wurde gefunden, dass eine um einen Liner gewickelte und für den Liner verbindungslose und druckbelastbare Umhüllung, die mit dem Liner keine verklebende, verschweißte oder eingeschmolzenen Verbindung aufweist, den Anforderungen an einen Druckbehälter mit einer hohen Druckfestigkeit (Drücke > 700 bar) und an die Eigenschaften an einen Druckbehälter (keine Lekagen und kein Zerbersten des Druckbehälters) entspricht.Surprisingly, it was found that a casing wrapped around a liner and which is connectionless and pressure-resistant for the liner and which has no adhesive, welded or melted connection to the liner meets the requirements for a pressure vessel with a high pressure resistance (pressures > 700 bar) and the properties of a pressure vessel (no leakage and no bursting of the pressure vessel).

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch Druckbehälter 1 gelöst, der aus einem Liner 2 als Innenbehälter aus einem thermoplastischen Kunststoff und aus einer um den Liner 2 gewickelte, für den Liner 2 verbindunglose und druckbelastbare, Umhüllung 8 besteht, wobei Umhüllung 8 aus, um den Liner 2 in mehreren Lagen, multidirektional gewickelten, Armierungsmaterial 11 besteht. Die Anzahl der Lagen des multidirektional gewickelten Armierungsmaterials 11 für die Umhüllung 8 ist vom Speicherdruck, für den der Druckbehälter 1 ausgelegt wird, abhängig. Mit der Steigerung des Speicherdrucks im Liner 2 steigt die Anzahl der Lagen aus Armierungsmaterial 11 für die Umhüllung 8. Die Umhüllung 8 wird mittels einer selbstklebenden Fixierung 9, die um die Umhüllung 8 gewickelt ist, auf der Außenfläche 10 des Liners 2 fixiert. Der Liner 2 ist aus einem zylindrischen Mantel 3 und mit an den Stirnseiten 4 und 5 angeformten konvexförmigen Polkappen 6 und 7 gebildet, wobei in die Polkappen 6 und 7 des Liners 2 Anschlussstücken 12 als Einlegeteile für ein Kunststoffverarbeitungsverfahren, insbesondere im Blasverfahren, Rotationssintern, Spitzgießen oder Gießen, eingearbeitet sind. Die Anschlussstücke 12 können aus Bau- Stahl, rostfreien Stählen, AluminiumLegierungen, Messing oder anderen Kupfer- Legierungen bestehen. Das Armierungsmaterial 11 der Umhüllung 8 kann aus Gewebe, Bändern oder Fasern oder aus einem Drahtgewebe gebildet sein, wobei die Fasern aus Kohlenstoff-, Glas-, Aramid-, Bor oder Al2O3- Fasern und der Liner aus PE, PE-X, PA6 und POM bestehen.According to the invention, the object is achieved by a pressure vessel 1 which consists of a liner 2 as an inner container made of a thermoplastic material and of a casing 8 wound around the liner 2, which is connectionless for the liner 2 and can withstand pressure, wherein the casing 8 consists of reinforcing material 11 wound multidirectionally around the liner 2 in several layers. The number of layers of the multidirectionally wound reinforcing material 11 for the casing 8 depends on the storage pressure for which the pressure vessel 1 is designed. As the storage pressure in the liner 2 increases, the number of layers of reinforcing material 11 for the casing 8 increases. The casing 8 is fixed to the outer surface 10 of the liner 2 by means of a self-adhesive fixation 9 which is wound around the casing 8. The liner 2 is formed from a cylindrical casing 3 and with convex-shaped pole caps 6 and 7 formed on the end faces 4 and 5, wherein connecting pieces 12 are incorporated into the pole caps 6 and 7 of the liner 2 as inserts for a plastic processing process, in particular by blow molding, rotational sintering, injection molding or casting. The connecting pieces 12 can consist of structural steel, stainless steels, aluminum alloys, brass or other copper alloys. The reinforcing material 11 of the casing 8 can be formed from fabric, tapes or fibers or from a wire mesh, wherein the fibers consist of carbon, glass, aramid, boron or Al 2 O 3 fibers and the liner consists of PE, PE-X, PA6 and POM.

Die Fixierung 9 besteht aus selbstklebenden Endlosbändern oder aus selbstklebender Folie aus Gummi, Kautschuk oder Kunststoff. Die Erfindung wird an einem Beispiel näher beschrieben, wobei die 1 eine schematische Darstellung des Druckbehälters 1, die 2 die Schnittdarstellung A-A, die 3 die Darstellung der Einzelheit C und die 4 eine schematische Darstellung des Druckbehälters 1 mit der Schutzschicht 9 abbilden, wobei

1
Druckbehälter
2
Liner
3
zylindrischer Mantel des Liners 2
4
Stirnseite des Mantels 3
5
Stirnseite des Mantels 3
6
konvex-förmige Polkappe des Liners 2
7
konvex-förmige Polkappe des Liners 2
8
Umhüllung
9
Fixierung
10
Außenfläche des Liners 2
11
Armierungsmaterial
12
Anschlussstück
bedeuten.The fixation 9 consists of self-adhesive endless bands or self-adhesive foil made of rubber, caoutchouc or plastic. The invention is described in more detail using an example, in which the 1 a schematic representation of the pressure vessel 1, the 2 the sectional view AA, the 3 the representation of detail C and the 4 a schematic representation of the pressure vessel 1 with the protective layer 9, where
1
pressure vessel
2
Liners
3
cylindrical shell of liner 2
4
Front side of the jacket 3
5
Front side of the jacket 3
6
convex-shaped polar cap of liner 2
7
convex-shaped polar cap of liner 2
8th
Wrapping
9
Fixation
10
Outer surface of the liner 2
11
Reinforcing material
12
Connector
mean.

Beispiel 1example 1

Der Druckbehälter 1 besteht aus einem Liner 2, wobei der Liner 2 aus einem zylindrischen Mantel 3 mit an den Stirnseiten 4,5 angeformten Polkappen 6,7 in Rotationssinterverfahren aus PE-X geformt ist. In die Polkappen 6,7 sind die Anschlussstücke 12 als Einlegeteile eingeformt. Um den Liner 2 ist eine Umhüllung 8 aus mehreren Lagen, multidirektional gewickelten Armierungsmaterial 11, vorzugsweise Kohlefasern angeordnet, die vor dem Bewickeln des Liners 2 nicht mit einem Epoxid- oder Phenolharz als Harzmatrix getränkt sind, so dass das Armierungsmaterial 11 der Umhüllung 8 ohne eine Verbindung zur Außenfläche 10 des Liners 2 um den Liner 2 gewickelt ist.The pressure vessel 1 consists of a liner 2, whereby the liner 2 is formed from a cylindrical shell 3 with pole caps 6,7 formed on the front sides 4,5 using a rotational sintering process made of PE-X. The connecting pieces 12 are formed as inserts in the pole caps 6,7. A Covering 8 made of several layers of multidirectionally wound reinforcing material 11, preferably carbon fibers, which are not impregnated with an epoxy or phenolic resin as a resin matrix before winding the liner 2, so that the reinforcing material 11 of the covering 8 is wound around the liner 2 without a connection to the outer surface 10 of the liner 2.

Die Anzahl der Lagen des multidirektional gewickelten Armierungsmaterials 11 für die Umhüllung 8 ist vom Speicherdruck, für den der Druckbehälter 1 ausgelegt wird, abhängig und kann beispielweise bei hohen Drücken 100 und mehr Lagen betragen. Um das, multidirektional gewickelte Armierungsmaterial 11 der Umhüllung 8, ist eine Fixierung 9 angeordnet, mit der die Umhüllung 8 an der Außenfläche 10 des Liners 2 fixiert ist.The number of layers of the multidirectionally wound reinforcing material 11 for the casing 8 depends on the storage pressure for which the pressure vessel 1 is designed and can, for example, be 100 or more layers at high pressures. A fixation 9 is arranged around the multidirectionally wound reinforcing material 11 of the casing 8, with which the casing 8 is fixed to the outer surface 10 of the liner 2.

Beispiel 2Example 2

Der Liner 2 mit seinen Polkappen 6 und 7 und den Anschlussstücken 12 wird in einem Rotationssinterverfahren aus PE- X geformt, wobei die Anschlussstücke 12 in die Polkappen als Einlegeteile eingeformt werden. Nach der Fertigung des Liners 2 wird dieser in einer Bewicklungsmaschinen multidirektional mit mehreren Lagen Kohlefasern als Armierungsmaterial 11 bewickelt, wobei das Bewickeln ohne Harzmatrix ausgeführt wird, so dass die Kohlefasern direkt, ohne feste Verbindung zur Außenfläche 10 des Liners 2 um den Liner 2 gewickelt wird. Auf diese multidirektional gewickelte Umhüllung 8 wird eine Bandage als Fixierung 9 aus selbstklebenden Gummibändern zur Fixierung der Umhüllung 8 auf der Außenfläche 10 des Liners gewickelt.The liner 2 with its pole caps 6 and 7 and the connecting pieces 12 is formed from PE-X in a rotational sintering process, with the connecting pieces 12 being molded into the pole caps as inserts. After the liner 2 has been manufactured, it is wound multidirectionally in a winding machine with several layers of carbon fibers as reinforcing material 11, with the winding being carried out without a resin matrix, so that the carbon fibers are wound directly around the liner 2, without a fixed connection to the outer surface 10 of the liner 2. A bandage 9 made of self-adhesive rubber bands is wound onto this multidirectionally wound covering 8 as a fixation for fixing the covering 8 to the outer surface 10 of the liner.

So wurde ein Druckbehälter geschaffen, den Anforderung eines Hochdruckbehälters für Drücke > 700 Bar für die Lagerung verflüssigter Gase, insbesondere Wasserstoff geschaffen, der entspricht und der keine Lekagen an Gas zulässt und keine Umweltschäden verursacht. Durch das verbindungslose Umwickeln des Liners 2 mit dem Armierungsmaterial 11, vorzugsweise Kohlefasern, ist ein leichtes Trennen des Armierungsmaterials 11 von dem, aus einem thermoplastischen Kunststoff bestehenden, Liner 2 möglich und somit ein Recyclen der Ausgangsmaterialien ohne Verunreinigungen möglIn this way, a pressure vessel was created that meets the requirements of a high-pressure vessel for pressures > 700 bar for the storage of liquefied gases, in particular hydrogen, and which does not allow any gas leakage and does not cause any environmental damage. By wrapping the liner 2 with the reinforcement material 11, preferably carbon fibers, without any connection, it is possible to easily separate the reinforcement material 11 from the liner 2, which consists of a thermoplastic material, and thus to recycle the starting materials without contamination.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Claims (9)

Druckbehälter (1), bestehend aus einem Liner (2) als Innenbehälter, der aus einem thermoplastischen Kunststoff geformt ist, aus einer um den Liner (2) gewickelte, druckbelastbare Umhüllung (8) und aus einer Fixierung 9, wobei der Liner (2) aus einen zylindrischen Mantel (3) und mit an den Stirnseiten (4,5) angeformten konvexförmigen Polkappen (6,7), in die Anschlussstücke (12) einrotiert, sind, besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die um den Liner gewickelte druckbelastete Umhüllung (8), verbindunglos zum Liner (2) ausgebildet ist und aus einem, in mehreren Lagen um den Liner (2) multidirektional gewickelten, Armierungsmaterial (11) besteht, und die druckbelastete Umhüllung (8) mittels einer selbstklebenden Fixierung (9), die um die Umhüllung (8) gewickelt ist, auf der Außenfläche 10 des Liners 2 fixiert ist.Pressure vessel (1), consisting of a liner (2) as an inner container, which is formed from a thermoplastic material, of a pressure-resistant casing (8) wound around the liner (2) and of a fixing 9, wherein the liner (2) consists of a cylindrical jacket (3) and with convex-shaped pole caps (6, 7) formed on the end faces (4, 5) into which connecting pieces (12) are rotated, characterized in that the pressure-loaded casing (8) wound around the liner is designed without a connection to the liner (2) and consists of a reinforcing material (11) wound multidirectionally in several layers around the liner (2), and the pressure-loaded casing (8) is fixed to the outer surface 10 of the liner 2 by means of a self-adhesive fixing (9) which is wound around the casing (8). Druckbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Lagen des multidirektional gewickelten Armierungsmaterials (11) für die Umhüllung (8) abhängig vom Speicherdruck, für den der Druckbehälter (1) ausgelegt wird, ist.Pressure vessels according to Claim 1 , characterized in that the number of layers of the multidirectionally wound reinforcing material (11) for the casing (8) depends on the storage pressure for which the pressure vessel (1) is designed. Druckbehälter (1), dadurch gekennzeichnet, dass das Armierungsmaterial (11) aus Gewebe, Bändern oder Fasern besteht.Pressure vessel (1), characterized in that the reinforcing material (11) consists of fabric, tapes or fibers. Druckbehälter (1), dadurch gekennzeichnet, dass der Liner (2) aus PE, PE-X, PA6, PP und POM besteht.Pressure vessel (1), characterized in that the liner (2) consists of PE, PE-X, PA6, PP and POM. Druckbehälter (1) gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Armierungsmaterial (11) Kohlenstoff-, Glas-, Aramid-, Bor oder Al2O3- Fasern oder aus einem Drahtgewebe besteht.Pressure vessel (1) according to Claim 1 and 2 , characterized in that the reinforcing material (11) consists of carbon, glass, aramid, boron or Al 2 O 3 fibres or of a wire mesh. Druckbehälter (1) gemäß Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixierung (9) aus selbstklebenden Endlosbändern oder aus selbstklebender Folie aus Gummi, Kautschuk oder Kunststoff besteht.Pressure vessel (1) according to Claim 1 until 3 , characterized in that the fixation (9) consists of self-adhesive endless tapes or of self-adhesive film made of rubber, caoutchouc or plastic. Druckbehälter (1) nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in die Polkappen (6,7) des Liners (2) Anschlussstücken (12) als Einlegeteile für eine Kunststoffverarbeitung eingearbeitet sind.Pressure vessel (1) according to Claim 1 until 4 , characterized in that connecting pieces (12) are incorporated into the pole caps (6,7) of the liner (2) as inserts for plastic processing. Druckbehälter (1), nach Anspruch 1 und 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussstücke (12) aus Metall bestehen.Pressure vessel (1), according to Claim 1 and 6 characterized in that the connecting pieces (12) are made of metal. Druckbehälter (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussstücke (12) aus Bau- Stahl, rostfreien Stählen, Aluminium- Legierungen, Messing oder anderen Kupfer- Legierungen bestehen.Pressure vessel (1) according to Claim 7 , characterized in that the connecting pieces (12) consist of structural steel, stainless steels, aluminium alloys, brass or other copper alloys.
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