DE102021106231A1 - End piece for a pressure tank system and pressure tank system - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Endstück für ein Drucktanksystem, wobei mindestens zwei Druckrohre durch das Endstück aufnehmbar und/oder axial fixierbar sind, sowie ein Drucktanksystem. Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die mindestens zwei Druckrohre mittels Kanälen im Inneren des Endstücks verbunden sind. Die Erfindung ermöglicht somit durch Anwendung von FKV-Rohren mit gleichem Durchmesser und gleicher Länge eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Ausnutzung des in einem für Druckspeicher vorgesehenen Bauraumvolumens mit nicht kreisförmigem Querschnitt sowie eine Gewichtsoptimierung.

Figure DE102021106231A1_0000
The present invention relates to an end piece for a pressure tank system, wherein at least two pressure pipes can be accommodated and/or fixed axially through the end piece, and a pressure tank system. In the context of the invention, it is proposed that the at least two pressure pipes are connected by means of channels inside the end piece. By using FRP pipes with the same diameter and the same length, the invention thus enables improved utilization of the installation space volume with a non-circular cross section provided for pressure accumulators compared to the prior art, as well as weight optimization.
Figure DE102021106231A1_0000

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Endstück für ein Drucktanksystem, wobei mindestens zwei Druckrohre durch das Endstück aufnehmbar und/oder axial fixierbar sind, sowie ein Drucktanksystem.The present invention relates to an end piece for a pressure tank system, wherein at least two pressure pipes can be accommodated and/or fixed axially through the end piece, and a pressure tank system.

Für unterschiedliche Antriebsarten wie bspw. Brennstoffzellen, Verbrennungsmotoren oder auch pneumatische Antriebe von Transportmitteln wie beispielsweise Autos, Nutz- oder Luftfahrzeugen ist zur Energiebevorratung die Integration von Druckspeichern beispielsweise für Wasserstoff, Erdgas oder Luft erforderlich. Diese Druckbehälter müssen insbesondere kostengünstig, leicht, temperaturbeständig, langlebig und crashbeständig sein und durch einfache Montage in die Umgebungsstruktur der Transportmittel integriert werden können. Vorteilhaft ist außerdem eine möglichst einfache werkstoffliche Rezyklierfähigkeit. Für Transportmittel, die in großer Stückzahl hergestellt werden müssen, sind Fertigungsverfahren der Druckbehälter mit kurzer Taktzeit vorteilhaft. Für konstruktive Freiheitsgrade, die die ökonomische und ökologische Optimierung von Transportmittelarchitekturen im Hinblick auf das Gesamtsystem ermöglichen, besteht ein Bedarf an Speichersystemen mit unterschiedlichen geometrischen Formen, die von der strukturmechanisch optimalen kugelförmigen oder zylindrischen Behältergeometrie erheblich abweichen können. So können z.B. für Automobile flächige Druckspeicherformen nützlich sein. Dies ist insbesondere im Hinblick auf die im Automobilbereich kostengünstige Plattform-Strategie vorteilhaft, da dann gleiche oder ähnliche Fahrzeugplattformen sowohl für rein elektrisch betriebene Fahrzeuge (Batteriebevorratung im Fahrzeugboden) als auch für Brennstoffzellen oder mit Wasserstoff-Verbrennungsmotoren betriebene Fahrzeuge genutzt werden können (Druckspeicher-Bevorratung im gleichen Fahrzeugboden). Derzeit kommen jedoch vornehmlich zylindrische Druckbehälter unterschiedlicher Längen und Durchmesser zum Einsatz, die in metallischer Bauweise oder auch in hybriden Bauweisen, z.B. mit einem inneren Liner aus Kunststoff und einer Verstärkung aus Faser-Kunststoff-Verbund (FKV) ausgeführt werden. Nicht-zylindrische Druckbehälter kommen für Massenanwendungen im Transportwesen üblicherweise nicht zum Einsatz, weil ihre konstruktive Ausführung aufgrund der hohen werkstofflichen Beanspruchung unverhältnismäßig schwer und teuer wäre. Bei dem Versuch der Ausnutzung eines für Druckspeicher verfügbaren Bauraums mit nicht kreisförmigem Querschnitt durch mehrere zylindrische Druckbehälter, deren maximaler Durchmesser je nach Anordnung durch die Ränder des verfügbaren Bauraums begrenzt wird, besteht derzeit das Problem, dass zwischen den einzelnen Druckbehältern relativ viel Bauraum ungenutzt bleibt. Zusätzlich besteht das Problem, dass unterschiedliche Druckbehältergrößen gefertigt werden müssen, was die Kosten erhöht. Außerdem müssen die einzelnen Druckbehälter mit zusätzlichen Elementen (wie z.B. Rohre, Schläuche, Ventile) aufwändig an die Druckversorgung des jeweiligen Antriebes angeschlossen werden. Werden für die Druckbehälter in FKV-Bauweise Carbonfasern verwendet, so sind zwar erhebliche Gewichtsvorteile gegenüber metallischen Bauweisen erzielbar, allerdings zu vergleichsweise hohen Kosten.For different drive types such as fuel cells, internal combustion engines or pneumatic drives of means of transport such as cars, commercial vehicles or aircraft, the integration of pressure accumulators, for example for hydrogen, natural gas or air, is required for energy storage. In particular, these pressure vessels must be cost-effective, light, temperature-resistant, durable and crash-resistant, and they must be able to be integrated into the surrounding structure of the means of transport by means of simple assembly. A material recyclability that is as simple as possible is also advantageous. For means of transport that have to be manufactured in large numbers, manufacturing processes for pressure vessels with short cycle times are advantageous. For constructive degrees of freedom that enable the economic and ecological optimization of transport architectures with regard to the overall system, there is a need for storage systems with different geometric shapes that can deviate significantly from the structurally mechanically optimal spherical or cylindrical container geometry. For example, flat pressure accumulator shapes can be useful for automobiles. This is particularly advantageous with regard to the platform strategy, which is cost-effective in the automotive sector, since the same or similar vehicle platforms can then be used both for purely electrically operated vehicles (battery storage in the vehicle floor) and for fuel cells or vehicles operated with hydrogen combustion engines (pressure accumulator storage). in the same vehicle floor). Currently, however, mainly cylindrical pressure vessels of different lengths and diameters are used, which are made of metal or also in hybrid constructions, e.g. with an inner liner made of plastic and a reinforcement made of fiber-reinforced plastic (FRP). Non-cylindrical pressure vessels are usually not used for mass applications in the transport sector because their structural design would be disproportionately heavy and expensive due to the high material stress. When attempting to utilize the space available for a pressure accumulator with a non-circular cross-section using a plurality of cylindrical pressure vessels whose maximum diameter is limited by the edges of the available space, depending on the arrangement, there is currently the problem that a relatively large amount of space remains unused between the individual pressure vessels. In addition, there is the problem that different pressure vessel sizes have to be manufactured, which increases costs. In addition, the individual pressure vessels with additional elements (e.g. pipes, hoses, valves) have to be connected to the pressure supply of the respective drive in a complex manner. If carbon fibers are used for the pressure vessels in FRP construction, considerable weight advantages can be achieved compared to metallic constructions, but at comparatively high costs.

Aus der DE 10 2016 208 376 A1 ist ein Druckbehälter zur Speicherung von Brennstoff für ein Kraftfahrzeug mit mindestens einem Rohr und zwei Böden bekannt. Das Rohr weist eine faserverstärkte Schicht mit Verstärkungsfasern, die in Umfangsrichtung des Rohres orientiert sind, auf. An den Enden des Rohres ist jeweils ein Boden angeordnet. Mindestens zwei Zugstäbe erstrecken sich von einem Boden zum zweiten Boden. Die Zugstäbe sind ausgebildet, durch den Innendruck des Druckbehälters verursachte Axialkräfte in Richtung der Druckbehälterlängsachse des Druckbehälters aufzunehmen. Nachteilig müssen die Druckbehälter mit zusätzlichen Elementen, wie beispielsweise Schläuche oder Ventile, miteinander oder dem jeweiligen Antrieb verbunden werden.From the DE 10 2016 208 376 A1 a pressure vessel for storing fuel for a motor vehicle with at least one tube and two floors is known. The pipe has a fiber-reinforced layer with reinforcing fibers oriented in the circumferential direction of the pipe. A bottom is arranged at each end of the tube. At least two tie rods extend from one floor to the second floor. The tension rods are designed to absorb axial forces caused by the internal pressure of the pressure vessel in the direction of the longitudinal axis of the pressure vessel. The disadvantage is that the pressure vessels have to be connected to one another or to the respective drive with additional elements, such as hoses or valves.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Drucktanksysteme zu optimieren. Der vorliegenden Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, den für Druckspeicher in Transportmitteln verfügbaren Bauraum mit beliebigem Querschnitt mithilfe einer kostengünstigen, leichten, temperaturbeständigen, in kurzer Taktzeit fertigbaren, einfach zu montierenden, langlebigen und crashbeständigen Faser-Kunststoff-Verbund (FKV)-Bauweise möglichst gut auszunutzen.The object of the present invention is to optimize pressure tank systems. The present invention is based in particular on the object of using the available space for pressure accumulators in means of transport with any cross-section using a cost-effective, lightweight, temperature-resistant, manufacturable in a short cycle time, easy to assemble, durable and crash-resistant fiber-plastic composite (FRP) construction good to use.

Die Aufgabe wird bei einem Endstück für ein Drucktanksystem, wobei mindestens zwei Druckrohre durch das Endstück aufnehmbar und/oder axial fixierbar sind, dadurch gelöst, dass die mindestens zwei Druckrohre mittels Kanälen im Inneren des Endstücks verbunden sind.The object is achieved with an end piece for a pressure tank system, in which at least two pressure pipes can be accommodated and/or fixed axially through the end piece, in that the at least two pressure pipes are connected by means of channels inside the end piece.

An ihren axialen Enden werden die Rohre durch Endstücke aufgenommen und fixiert. Die Endstücke bestehen beispielsweise aus diskontinuierlich faserverstärktem Thermoplast, wahlweise aus kurzfaserverstärktem Spritzguss oder aus langfaserverstärkten Formpressteilen, wahlweise auch mithilfe tapegelegter Einleger bzw. Aufleger lokal endlosfaserverstärkt. Alternativ können die Endstücke auch aus Metall bestehen. Die Endstücke verfügen über Bohrungen, in die die dünnen Rohre passgenau eingesteckt werden können. Alternativ verfügen die Endstücke über integrierte Anschlüsse, auf die die Rohre passgenau aufgesteckt werden. In einer anderen Ausführungsform verfügen die Endstücke über integrierte Zapfen, auf die die Rohre passgenau aufgesteckt, verschweißt und/oder verklebt werden können. Vorteilhaft sind die Zapfen dergestalt, dass sie unter Innendruck ausreichend nachgeben können und sich an den Rohren anlegen, um zusätzliche Dichtwirkung zu erzielen. Im Inneren von mindestens einem der Endstücke befinden sich Kavitäten bzw. Kanäle, beispielsweise durch einen entsprechenden Spritzguss- oder einen alternativen Fertigungsprozess oder durch nachträglich eingebrachte Bohrungen, die für einen Druckausgleich der Rohre sorgen können. Eine vorteilhafte Ausführung der Endstücke ist auch durch additive Fertigungsverfahren möglich, sowohl mit Kunststoff als auch mit Metall, weil dadurch große geometrische Freiheitsgrade insbesondere auch bezüglich der inneren Kanäle ermöglicht werden können. Eine druckdichte Verbindung der Rohre mit den Endstücken kann z.B. über O-Ringe oder insbesondere im Fall von (verstärkten) thermoplastischen Kunststoffausführungen der Endstücke auch über stoffschlüssige Verbindungen wie Verschweißungen gewährleistet werden. Vorteilhaft können durch die Endstücke zusätzliche Schläuche zur Verbindung der Druckrohre eingespart werden.At their axial ends, the tubes are received and fixed by end pieces. The end pieces consist, for example, of discontinuous fibre-reinforced thermoplastic, optionally of short-fibre-reinforced injection molding or of long-fibre-reinforced compression moldings, optionally also locally reinforced with continuous fibers using taped inlays or overlays. Alternatively, the end pieces can also be made of metal. The end pieces have holes into which the thin tubes can be inserted with a precise fit. Alternatively, the end pieces have integrated connections onto which the tubes can be fitted with a precise fit. In In another embodiment, the end pieces have integrated pins onto which the tubes can be fitted, welded and/or glued with a precise fit. The pins are advantageously such that they can yield sufficiently under internal pressure and rest against the pipes in order to achieve an additional sealing effect. Inside at least one of the end pieces are cavities or channels, for example through a corresponding injection molding process or an alternative manufacturing process or through subsequently introduced bores, which can ensure pressure equalization of the tubes. An advantageous design of the end pieces is also possible through additive manufacturing processes, both with plastic and with metal, because this allows large degrees of geometric freedom, in particular with regard to the inner channels. A pressure-tight connection of the pipes to the end pieces can be ensured, for example, by means of O-rings or, particularly in the case of (reinforced) thermoplastic versions of the end pieces, also by materially bonded connections such as welds. Additional hoses for connecting the pressure pipes can advantageously be saved by the end pieces.

Dabei ist zweckmäßig, dass das Endstück ein Anschlussventil aufweist.It is expedient that the end piece has a connection valve.

In dem Endstück kann außerdem ein Anschlussventil für die Befüllung und Entladung des Tanks integriert werden, dies kann metallisch ausgeführt werden. Das Anschlussventil ist dabei über die Kanäle mit den Druckrohren verbunden.A connection valve for filling and discharging the tank can also be integrated into the end piece; this can be made of metal. The connecting valve is connected to the pressure pipes via the channels.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass die Kanäle Sicherheitsventile zum Absperren einzelner oder mehrerer Druckrohre aufweisen.A preferred embodiment of the invention is that the channels have safety valves for shutting off one or more pressure pipes.

Ein weiterer Vorteil der Bauweise ergibt sich aus den zahlreichen diskreten Einzelvolumina der Rohre. In das Endstück können mit dem Spritzguss- oder Fließpress-Prozess während seiner Herstellung oder auch nachträglich Sicherheitsventile in die Verbindungskanäle integriert werden, die bei Überschreitung eines definierten kritischen Volumenstromes absperren. Alternativ ist die Integration solcher Ventile auch in die Druckrohre, vorzugsweise in den Endbereich der Druckrohre möglich. Dadurch kann erreicht werden, dass im Falle einer Undichtigkeit eines oder mehrerer Rohre die intakten Rohre abgeschottet werden, das darin befindliche Medium nicht entweicht und die Funktionsfähigkeit des Drucktanksystems insgesamt aufrechterhalten wird.Another advantage of the design results from the numerous discrete individual volumes of the tubes. In the end piece, safety valves can be integrated into the connection channels using the injection molding or extrusion process during its manufacture or afterwards, which shut off when a defined critical volume flow is exceeded. Alternatively, such valves can also be integrated into the pressure pipes, preferably in the end area of the pressure pipes. In this way it can be achieved that in the event of a leak in one or more pipes, the intact pipes are sealed off, the medium located in them does not escape and the overall functionality of the pressure tank system is maintained.

Die Aufgabe wird auch durch ein Drucktanksystem mit einer Anzahl von Druckrohren zur Aufnahme eines Gases mit mindestens einem erfindungsgemäßen Endstück gelöst.The object is also achieved by a pressure tank system with a number of pressure pipes for receiving a gas with at least one end piece according to the invention.

Dabei können eine Anzahl vergleichsweise dünner, standardisierbarer FKV-Rohre mit jeweils gleichem Durchmesser, vorzugsweise im Bereich von 5 bis 50 mm, insbesondere von 10 bis 20 mm, und gleicher Länge so angeordnet werden, dass der verfügbare Querschnitt eines Bauraums möglichst gut ausgenutzt wird. Die Rohre können in der erforderlichen Länge beispielsweise aus einem endlosfaserverstärkten Thermoplast kostengünstig in Wickel-, Flecht- oder Extrusionsverfahren hergestellt werden. Die Rohre können dabei überwiegend in Umfangsrichtung orientierte Fasern aufweisen. Dabei können Rohre wahlweise mit einem metallischen oder einem Kunststoff-Liner oder ohne Liner hergestellt werden.A number of comparatively thin, standardizable FRP pipes, each with the same diameter, preferably in the range from 5 to 50 mm, in particular from 10 to 20 mm, and the same length can be arranged in such a way that the available cross-section of a construction space is used as well as possible. The pipes can be manufactured cost-effectively in the required length, for example from a continuous fiber-reinforced thermoplastic, using winding, braiding or extrusion processes. The tubes can have fibers that are predominantly oriented in the circumferential direction. Pipes can be manufactured either with a metallic or plastic liner or without a liner.

Die Erfindung ermöglicht somit durch Anwendung von FKV-Rohren mit gleichem Durchmesser und gleicher Länge eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Ausnutzung des in einem für Druckspeicher vorgesehenen Bauraumvolumens mit nicht kreisförmigem Querschnitt sowie eine Gewichtsoptimierung. Die Rohre können bevorzugt in einem kontinuierlichen Verfahren wirtschaftlich hergestellt und in die für die Anwendung passende Länge gebracht werden. Durch die Verwendung von Rohren mit vergleichsweise geringer Wanddicke, vorzugsweise zwischen 0,1 und 2 mm, insbesondere zwischen 0,2 und 1 mm, erhöht sich gegenüber dem Stand der Technik die Werkstoffausnutzung, da bei dickwandigen FKV-Rohren regelmäßig keine gleichmäßige Spannungsverteilung über die Dicke erreicht werden kann. Gegenüber dem Stand der Technik wird außerdem der Aufwand zur Verbindung der rohrförmigen Druckbehälter mit dem Druck- bzw. Antriebssystem des Transportmittels minimiert, indem die Verbindung der Rohre untereinander bereits bei der Herstellung der integrierten Komponente ohne zusätzliche Rohre oder Schläuche erzeugt wird. Dies erhöht zudem die Zuverlässigkeit durch die Reduktion der Anzahl sicherheitskritischer Bauteile. Durch Anpassung von Anzahl und Anordnung der Rohre ergibt sich eine hohe geometrische Flexibilität sowie eine Skalierbarkeit von Druckbehältern basierend auf einer einheitlichen Technologie.By using FRP pipes with the same diameter and the same length, the invention thus enables improved utilization of the installation space volume with a non-circular cross section provided for pressure accumulators compared to the prior art, as well as weight optimization. The tubes can preferably be produced economically in a continuous process and cut to the right length for the application. The use of pipes with a comparatively small wall thickness, preferably between 0.1 and 2 mm, in particular between 0.2 and 1 mm, increases the material utilization compared to the prior art, since with thick-walled FRP pipes there is regularly no uniform stress distribution over the thickness can be achieved. Compared to the prior art, the effort involved in connecting the tubular pressure vessels to the pressure or drive system of the means of transport is also minimized by the fact that the pipes are connected to one another during manufacture of the integrated component without additional pipes or hoses. This also increases reliability by reducing the number of safety-critical components. By adjusting the number and arrangement of the tubes, there is a high degree of geometric flexibility and scalability of pressure vessels based on a uniform technology.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass das Drucktanksystem eine Umschäumung der Druckrohre aufweist.A further embodiment of the invention is that the pressure tank system has foam around the pressure pipes.

Zur Realisierung einer exakten äußeren Kontur, einer einfachen Integration bzw. Montierbarkeit, der erforderlichen bzw. besonders vorteilhaften Crasheigenschaften und der thermischen Anforderungen sowie zur Fixation der Rohre können die mit den Endstücken versehenen Rohre in einer Presse mithilfe eines metallischen Ober- und Unterwerkzeuges in kurzen Zykluszeiten mit thermoplastischem Schaum ummantelt werden.In order to achieve an exact outer contour, simple integration or assembly, the necessary or particularly advantageous crash properties and the thermal requirements as well as for fixing the tubes, the tubes provided with the end pieces can be pressed in a press using a metal upper and lower tool covered with thermoplastic foam in short cycle times.

Dabei ist es erfindungsgemäß, dass die Umschäumung Befestigungsmittel oder -punkte umfasst.It is in accordance with the invention that the encapsulation comprises attachment means or attachment points.

Bei der Umschäumung können dabei metallische, aus FKV oder Kunststoff ausgeführte, Halterungen für die spätere Montage des Druckbehälters im Transportmittel eingebracht werden.During the foaming, metal brackets made of FRP or plastic can be introduced for the later assembly of the pressure vessel in the means of transport.

Dabei ist es zweckmäßig, dass das Drucktanksystem Zuganker zur Aufnahme der durch den Druckrohrinnendruck bedingten axialen Kräfte aufweist.It is expedient here for the pressure tank system to have tie rods for absorbing the axial forces caused by the internal pressure of the pressure pipe.

Das Drucktanksystem kann dabei mithilfe zusätzlich eingebrachter, pultrudierter, unidirektional faserverstärkter Stäbe axial verstärkt werden. Bei Bedruckung der Rohre wirken die pultrudierten Stäbe dann als Zuganker, die die Axialkräfte aufnehmen, da sie mit den Endstücken fest verbunden werden.The pressure tank system can be axially reinforced with the help of additional, pultruded, unidirectional fiber-reinforced rods. When the tubes are printed, the pultruded rods then act as tie rods that absorb the axial forces because they are firmly connected to the end pieces.

Dabei ist zweckmäßig, dass die Zuganker mit den Endstücken verschweißt sind.It is useful that the tie rods are welded to the end pieces.

Das Material und die Prozesstemperatur können für die Umschäumung so gewählt werden, dass die pultrudierten Stäbe mit den Endstücken verschweißt werden, ohne dass es zu einer unerwünschten Erweichung der Rohre kommt. Dies kann beispielsweise durch die Kombination aus Thermoplasten mit unterschiedlichem Schmelzbereich erzielt werden. Beispielsweise können die pultrudierten Stäbe und/oder die Rohre aus faserverstärktem Polyamid 6 bestehen, in den oberflächennahen Bereichen ihrer Enden jedoch aus Polyamid 12, die Endstücke und der Schaum ebenfalls aus Polyamid 12.The material and the process temperature for the encapsulation can be selected in such a way that the pultruded rods are welded to the end pieces without the tubes becoming undesirably softened. This can be achieved, for example, by combining thermoplastics with different melting ranges. For example, the pultruded rods and/or the tubes can be made of fiber-reinforced polyamide 6, but in the near-surface areas of their ends they can be made of polyamide 12, and the end pieces and the foam can also be made of polyamide 12.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass die Zuganker an ihren Enden kegelförmig aufgespreizt sind.A further embodiment of the invention is that the tie rods are spread out conically at their ends.

Die Zuganker können an den Enden kegelförmig aufgespreizt werden, um einen Formschluss mit den Endstücken zu erzielen. Auch ist eine gemeinsame Anwendung von Verschweißen und Aufspreizen möglich.The tie rods can be spread out conically at the ends in order to achieve a form fit with the end pieces. A joint application of welding and spreading is also possible.

Die Rohre können an den Enden zylindrisch oder kegelförmig ausgeführt werden. Insbesondere die kegelförmige Ausführung kann die stoffschlüssige Verbindung durch einen Schweißprozess unterstützen.The ends of the tubes can be cylindrical or conical. In particular, the conical design can support the material connection through a welding process.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass die Druckrohre eine Glasfaserverstärkung aufweisen.A further embodiment of the invention is that the pressure pipes have a glass fiber reinforcement.

Zur Minimierung der Herstellkosten können die Rohre anstelle einer Carbonfaserverstärkung auch mit Glasfaserverstärkung ausgeführt werden. Die gegenüber Carbonfasern größeren Deformationen unter Druck werden durch die flexible Schaumummantelung aufgenommen. Weiterhin ermöglichen Glasfasern eine gleichmäßigere Spannungsverteilung im Werkstoff als Carbonfasern. Außerdem kann es ausreichend sein, die Rohre mit Umfangsverstärkung zu versehen, da die Axialkräfte vollständig durch die Zuganker aufgenommen werden können.To minimize manufacturing costs, the tubes can also be reinforced with glass fiber instead of carbon fiber. The deformations under pressure, which are greater than those of carbon fibers, are absorbed by the flexible foam coating. Furthermore, glass fibers enable a more even stress distribution in the material than carbon fibers. In addition, it may be sufficient to provide the pipes with circumferential reinforcement, since the axial forces can be fully absorbed by the tie rods.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass die Druckrohre hexagonal angeordnet in die Endstücke eingebracht sind.A preferred embodiment of the invention consists in the fact that the pressure pipes are arranged in a hexagonal manner and are introduced into the end pieces.

Eine bevorzugte Bauweise kann derart ausgeführt werden, dass die Rohre hexagonal angeordnet in die Endstücke eingebracht werden. Dabei kann eine mechanisch erforderliche Anzahl von Rohren in regelmäßigen Abständen durch Zuganker gleichen Durchmessers ersetzt werden. Vorteilhaft kann damit eine besonders kompakte Bauweise des Drucktanksystems bei gleichzeitig hohem Speichervolumen umgesetzt werden.A preferred design can be implemented in such a way that the tubes are arranged in a hexagonal manner and are introduced into the end pieces. A mechanically required number of pipes can be replaced at regular intervals by tie rods of the same diameter. A particularly compact design of the pressure tank system can thus advantageously be implemented with a high storage volume at the same time.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass das Drucktanksystem eine Umfangsumwicklung mit Verstärkungsfasern zur Aufnahme der durch den Druckrohrinnendruck bedingten axialen Kräfte aufweist.A further advantageous embodiment of the invention consists in that the pressure tank system has a peripheral wrapping with reinforcing fibers for absorbing the axial forces caused by the internal pressure of the pressure pipe.

Die Aufnahme der Axialkräfte bei Bedruckung kann anstatt durch Zuganker durch eine Umwicklung der Rohre und Endstücke in axialer Richtung mit endlosfaserverstärkten Tapes über die gesamte Breite erfolgen. Die Umwicklung kann auch zusammen mit Zugankern verwendet werden. Vorteilhaft werden mit dieser Ausführungsform die Biegekräfte in den Endstücken minimiert und das Erfordernis der Krafteinleitung in Zuganker umgangen. Der verfügbare Bauraum wird in dieser Ausführungsform durch den Entfall der pultrudierten Stäbe und den dadurch gewonnenen Platz für zusätzliche Druckrohre noch besser ausgenutzt. Die axiale Umwicklung kann beispielsweise vor der Umschäumung erfolgen.The axial forces during printing can be absorbed by wrapping the tubes and end pieces in the axial direction with endless fiber-reinforced tapes over the entire width instead of using tie rods. The wrap can also be used in conjunction with tie rods. With this embodiment, the bending forces in the end pieces are advantageously minimized and the need to introduce forces into tie rods is avoided. In this embodiment, the available installation space is utilized even better due to the omission of the pultruded rods and the resulting space for additional pressure tubes. The axial wrapping can take place, for example, before the foaming.

Im Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to drawings.

Es zeigen

  • 1 einen Querschnitt eines aus dem Stand der Technik bekannten Drucktanksystems,
  • 2 einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Drucktanksystems,
  • 3 einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Endstücks,
  • 4 einen Querschnitt eines weiteren erfindungsgemäßen Endstücks,
  • 5 einen Querschnitt eines weiteren erfindungsgemäßen Endstücks mit integrierten Zapfen,
  • 6 eine perspektivische Ansicht eines weiteren erfindungsgemäßen Drucktanksystems,
  • 7 einen Querschnitt des Drucktanksystems aus 5,
  • 8 eine perspektivische Ansicht eines weiteren erfindungsgemäßen Drucktanksystems.
Show it
  • 1 a cross section of a pressure tank system known from the prior art,
  • 2 a cross section of a pressure tank system according to the invention,
  • 3 a cross section of an end piece according to the invention,
  • 4 a cross section of another end piece according to the invention,
  • 5 a cross section of another end piece according to the invention with integrated pin,
  • 6 a perspective view of another pressure tank system according to the invention,
  • 7 a cross-section of the pressure tank system 5 ,
  • 8th a perspective view of another pressure tank system according to the invention.

In 1 ist ein aus dem Stand der Technik bekanntes Drucktanksystem gezeigt. Das Drucktanksystem besteht aus zylindrischen Druckrohren 3 die parallel in einem Bauraum 9 angeordnet sind. In den Druckrohren 3 kann ein Gas gespeichert werden. Die Druckrohre 3 weisen dabei unterschiedliche Durchmesser auf, um in dem Bauraum 9 ein möglichst großes Speichervolumen zu schaffen. Durch die Anordnung der Druckrohre entstehen Freiräume im Bauraum 9, die nicht zur Speicherung von Gas genutzt werden können.In 1 a pressure tank system known from the prior art is shown. The pressure tank system consists of cylindrical pressure pipes 3 which are arranged in parallel in a construction space 9 . A gas can be stored in the pressure pipes 3 . The pressure pipes 3 have different diameters in order to create the largest possible storage volume in the installation space 9 . The arrangement of the pressure pipes creates spaces in the construction space 9 that cannot be used to store gas.

In 2 ist ein erfindungsgemäßes Drucktanksystem 2 dargestellt. Das Drucktanksystem 2 weist eine Anzahl von Druckrohren 3 auf. Die Druckrohre 3 sind vergleichsweise dünne, standardisierbare FKV-Rohre mit jeweils gleichem Durchmesser, vorzugsweise im Bereich von 5 bis 50 mm, insbesondere von 10 bis 20 mm, und gleicher Länge. Sie sind derart angeordnet, dass der verfügbare Querschnitt eines Bauraums möglichst gut ausgenutzt wird. Die Druckrohre 3 weisen an ihren beiden Enden Endstücke 1 auf.In 2 a pressure tank system 2 according to the invention is shown. The pressure tank system 2 has a number of pressure pipes 3 . The pressure pipes 3 are comparatively thin FRP pipes that can be standardized, each having the same diameter, preferably in the range from 5 to 50 mm, in particular from 10 to 20 mm, and the same length. They are arranged in such a way that the available cross-section of an installation space is used as well as possible. The pressure pipes 3 have end pieces 1 at both of their ends.

In 3 ist ein Ausschnitt des Querschnitts einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Endstücke 1 dargestellt. Das Endstück 1 weist Bohrungen auf, in die die Druckrohre 3 aufgenommen und axial fixiert werden. Die Druckrohre 3 werden dabei durch Dichtungen 7 innerhalb der Bohrungen abgedichtet. Die Druckrohre 3 sind durch Kanäle 4 miteinander verbunden. Durch ein Anschlussventil 5 kann das Drucktanksystem 2 befüllt und entleert werden. Das Anschlussventil 5 ist dabei über die Kanäle 4 mit den Druckrohren 3 verbunden.In 3 a detail of the cross section of an embodiment of the end pieces 1 according to the invention is shown. The end piece 1 has bores in which the pressure pipes 3 are received and fixed axially. The pressure pipes 3 are sealed by seals 7 inside the bores. The pressure pipes 3 are connected to one another by channels 4 . The pressure tank system 2 can be filled and emptied through a connection valve 5 . The connection valve 5 is connected to the pressure pipes 3 via the channels 4 .

In 4 ist ein Ausschnitt des Querschnitts einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Endstücke 1 dargestellt. Das Endstück 1 weist Bohrungen auf, in die die Druckrohre 3 aufgenommen und axial fixiert werden. Die Druckrohre 3 werden dabei durch Dichtungen 7 innerhalb der Bohrungen abgedichtet. Die Druckrohre 3 sind durch Kanäle 4 miteinander verbunden. Das Endstück 1 ist mit einem Zuganker 6 zur Aufnahme der durch den Druckrohrinnendruck bedingten axialen Kräfte verschweißt. Der Zuganker 6 ist an seinem Ende kegelförmig aufgespreizt, um einen Formschluss mit dem Endstück 1 zu erzielen.In 4 a detail of the cross section of a further embodiment of the end pieces 1 according to the invention is shown. The end piece 1 has bores in which the pressure pipes 3 are received and fixed axially. The pressure pipes 3 are sealed by seals 7 inside the bores. The pressure pipes 3 are connected to one another by channels 4 . The end piece 1 is welded to a tie rod 6 to absorb the axial forces caused by the internal pressure of the pressure pipe. The end of the tie rod 6 is spread out conically in order to achieve a form fit with the end piece 1 .

In 5 ist ein Ausschnitt des Querschnitts einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Endstücke 1 mit integrierten Zapfen 10 dargestellt. Das Endstück 1 weist zylinderförmige Zapfen 10 auf, auf die die Druckrohre 3 aufgesteckt und axial fixiert werden. Die Druckrohre 3 werden dabei durch Dichtungen, Verschweißungen oder Verklebungen zu den Außenflächen der Zapfen 10 abgedichtet. Die Druckrohre 3 sind durch Kanäle 4 miteinander verbunden. Die Zapfen 10 können zusätzlich Sicherheitsventile 11 aufweisen, die im Falle einer Undichtigkeit eines oder mehrerer Druckrohre 3 schließen, um ein weiteres Ausströmen des Behälterinhaltes zu verhindern.In 5 a detail of the cross section of a further embodiment of the end pieces 1 according to the invention with integrated pin 10 is shown. The end piece 1 has cylindrical pins 10 onto which the pressure pipes 3 are fitted and fixed axially. The pressure pipes 3 are sealed off from the outer surfaces of the pins 10 by seals, welds or adhesives. The pressure pipes 3 are connected to one another by channels 4 . The spigots 10 can also have safety valves 11, which close in the event of a leak in one or more pressure pipes 3 in order to prevent the contents of the container from escaping further.

In 6 ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Drucktanksystems 2 dargestellt. Das Drucktanksystem 2 weist eine Anzahl paralleler Druckrohre 3 auf. Die Druckrohre 3 sind vergleichsweise dünne, standardisierbare FKV-Rohre mit jeweils gleichem Durchmesser, vorzugsweise im Bereich von 5 bis 50 mm, insbesondere von 10 bis 20 mm, und gleicher Länge. Sie sind derart angeordnet, dass der rechteckige Querschnitt des Bauraums möglichst gut ausgenutzt wird. Die Druckrohre 3 weisen an ihren beiden Enden Endstücke 1 auf. Eines der Endstücke 1 besitzt ein Anschlussventil 5.In 6 an embodiment of the pressure tank system 2 according to the invention is shown. The pressure tank system 2 has a number of parallel pressure pipes 3 . The pressure pipes 3 are comparatively thin FRP pipes that can be standardized, each having the same diameter, preferably in the range from 5 to 50 mm, in particular from 10 to 20 mm, and the same length. They are arranged in such a way that the rectangular cross-section of the installation space is used as well as possible. The pressure pipes 3 have end pieces 1 at both of their ends. One of the end pieces 1 has a connection valve 5.

In 7 ist ein Querschnitt des Drucktanksystems 2 aus 5 dargestellt. Die Druckrohre 3 sind hexagonal angeordnet. Dabei ist eine den Anforderungen entsprechende Anzahl von Druckrohren 3 durch Zuganker 6 mit gleichem Durchmesser ausgetauscht.In 7 1 is a cross section of the pressure tank system 2. FIG 5 shown. The pressure tubes 3 are arranged hexagonally. In this case, a number of pressure pipes 3 that meets the requirements is replaced by tie rods 6 with the same diameter.

In 8 ist eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Drucktanksystems 2 dargestellt. Das Drucktanksystem 2 weist eine Anzahl paralleler Druckrohre 3 auf. Die Druckrohre 3 sind vergleichsweise dünne, standardisierbare FKV-Rohre mit jeweils gleichem Durchmesser, vorzugsweise im Bereich von 5 bis 50 mm, insbesondere von 10 bis 20 mm, und gleicher Länge. Sie sind derart angeordnet, dass der rechteckige Querschnitt des Bauraums möglichst gut ausgenutzt wird. Die Druckrohre 3 weisen an ihren beiden Enden Endstücke 1 auf. Eines der Endstücke 1 besitzt ein Anschlussventil 5. Das Drucktanksystem 2 weist eine Umfangsumwicklung 8 mit Verstärkungsfasern zur Aufnahme der durch den Druckrohrinnendruck bedingten axialen Kräfte auf.In 8th a further embodiment of the pressure tank system 2 according to the invention is shown. The pressure tank system 2 has a number of parallel pressure pipes 3 . The pressure pipes 3 are comparatively thin FRP pipes that can be standardized, each having the same diameter, preferably in the range from 5 to 50 mm, in particular from 10 to 20 mm, and the same length. They are arranged in such a way that the rectangular cross-section of the installation space is used as well as possible. The pressure pipes 3 have end pieces 1 at both of their ends. One of the end pieces 1 has a connection valve 5. The pressure tank system 2 has a peripheral wrapping 8 with reinforcing fibers to absorb the axial forces caused by the internal pressure of the pressure pipe.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • DE 102016208376 A1 [0003]DE 102016208376 A1 [0003]

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Endstück (1) für ein Drucktanksystem (2), wobei mindestens zwei Druckrohre (3) durch das Endstück (1) aufnehmbar und/oder axial fixierbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Druckrohre (3) mittels Kanälen (4) im Inneren des Endstücks (1) verbunden sind.End piece (1) for a pressure tank system (2), wherein at least two pressure pipes (3) can be received and/or fixed axially through the end piece (1), characterized in that the at least two pressure pipes (3) are connected by means of channels (4) in the interior of the end piece (1) are connected. Endstück (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Endstück (1) ein Anschlussventil (5) aufweist.End piece (1) after claim 1 , characterized in that the end piece (1) has a connection valve (5). Endstück (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (4) Sicherheitsventile (11) zum Absperren einzelner oder mehrerer Druckrohre (3) aufweisen.End piece (1) after claim 1 or 2 , characterized in that the channels (4) have safety valves (11) for shutting off one or more pressure pipes (3). Drucktanksystem (2) mit einer Anzahl von Druckrohren (3) zur Aufnahme eines Gases, dadurch gekennzeichnet, dass das Drucktanksystem (2) mindestens ein Endstück (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche aufweist.Pressure tank system (2) with a number of pressure pipes (3) for receiving a gas, characterized in that the pressure tank system (2) has at least one end piece (1) according to one of the preceding claims. Drucktanksystem (2) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Drucktanksystem (2) eine Umschäumung der Druckrohre (3) aufweist.Pressure tank system (2) after claim 4 , characterized in that the pressure tank system (2) has foam around the pressure pipes (3). Drucktanksystem (2) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschäumung Befestigungsmittel umfasst.Pressure tank system (2) after claim 5 , characterized in that the encapsulation comprises fastening means. Drucktanksystem (2) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Drucktanksystem (2) Zuganker (6) zur Aufnahme der durch den Druckrohrinnendruck bedingten axialen Kräfte aufweist.Pressure tank system (2) according to one of the preceding claims, characterized in that the pressure tank system (2) has tie rods (6) for absorbing the axial forces caused by the internal pressure of the pressure pipe. Drucktanksystem (2) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuganker (6) mit den Endstücken (1) verschweißt sind.Pressure tank system (2) after claim 7 , characterized in that the tie rods (6) are welded to the end pieces (1). Drucktanksystem (2) nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuganker (6) an ihren Enden kegelförmig aufgespreizt sind.Pressure tank system (2) according to one of Claims 7 or 8th , characterized in that the tie rods (6) are spread conically at their ends. Drucktanksystem (2) nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckrohre (3) eine Glasfaserverstärkung aufweisen.Pressure tank system (2) according to one of Claims 4 until 9 , characterized in that the pressure pipes (3) have a glass fiber reinforcement. Drucktanksystem (2) nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckrohre (3) hexagonal angeordnet in die Endstücke (1) eingebracht sind.Pressure tank system (2) according to one of Claims 4 until 10 , characterized in that the pressure pipes (3) arranged hexagonally in the end pieces (1) are introduced. Drucktanksystem (2) nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Drucktanksystem (2) eine Umfangsumwicklung (8) mit Verstärkungsfasern zur Aufnahme der durch den Druckrohrinnendruck bedingten axialen Kräfte aufweist.Pressure tank system (2) according to one of Claims 4 until 11 , characterized in that the pressure tank system (2) has a circumferential wrapping (8) with reinforcing fibers to absorb the axial forces caused by the internal pressure of the pressure pipe.
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