Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren zur Prüfung eines Druckbehälters und eine Prüfanordnung für einen Druckbehälter. Die vorliegende Offenbarung betrifft insbesondere eine Prüfung einer Permeationsbarriere, wie z.B. einer Kunststoffbeschichtung, eines Stahlbehälters während eines Drucktests.

Stand der Technik

Historisch bedingt wird aktuell noch ein beträchtlicher Teil von Kraftfahrzeugen mit einem Verbrennungsmotor betrieben. Aufgrund der begrenzten Verfügbarkeit von fossilen Brennstoffen sowie der Umweltbelastung durch den Schadstoffausstoß solcher Verbrennungsmotoren geht der Trend hin zu alternativen Antriebstechniken, insbesondere dem Elektroantrieb. Elektrofahrzeuge können zum Beispiel mit Lithiumbatterien oder Brennstoffzellen ausgestattet sein, die als Energiequellen für den Elektroantrieb dienen.

Brennstoffzellen wandeln chemische Energie des Wasserstoffs in Strom um, wobei lediglich Wasserdampf entsteht und keine Stickoxide und kein CO2. Brennstoffzellen sind daher im Allgemeinen umweltfreundlich. Eine Herausforderung bei Brennstoffzellen-betriebenen Fahrzeugen ist die Lagerung des Wasserstoffs im Fahrzeug. Hierzu werden Wasserstoffbehälter verwendet, die hohen Sicherheitsanforderungen unterliegen, da die Wasserstoffbehälter oftmals mit bis zu 875 bar gefüllt sind. Zudem ist Wasserstoff ein korrosives Medium, so dass nur wenige Stähle für die Herstellung von Wasserstoffbehältern geeignet sind.

Typischerweise werden Wasserstoffbehälter aus carbonfaserverstärktem Kunststoff (CFK) gefertigt. CFK ist ein robustes Material und wird nicht durch Wasserstoff versprödet. Die Herstellung von Wasserstoffbehältern aus CFK ist jedoch aufwändig und teuer, so dass die Herstellungskosten für solche Wasserstoffbehälter hoch sind. Die JP 2009-133767 A betrifft einen Behälter für die Zufuhr einer medizinischen Flüssigkeit. Der Behälter umfasst einen Behälterkörper, dessen Innenseite mit einem korrosionsbeständigen Material ausgekleidet ist. Ein Widerstandsmessgerät ist in einem Beispiel mit einer Außenseite des Behälterkörpers sowie einer Elektrode einer Leckage-Inspektionsvorrichtung verbunden, um einen Zustand einer Isolationsschicht zu bestimmen.

Die JP 2000-081362 A betrifft eine Leckage-Detektionsvorrichtung für einen Flüssigkeitsbehälter. Eine Innenelektrode ist in einer Flüssigkeit des Flüssigkeitsbehälters, dessen Innenwandfläche mit einer Auskleidungsschicht bedeckt ist, angeordnet.

Offenbarung der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, ein Verfahren zur Prüfung eines Druckbehälters und eine Prüfanordnung für einen Druckbehälter anzugeben, die eine effiziente Qualitätsprüfung eines Druckbehälters ermöglichen. Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine schnelle und zuverlässige Prüfung einer Isolationsbeschichtung eines Stahlbehälters zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Gemäß einem unabhängigen Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Verfahren zur Prüfung eines Druckbehälters, insbesondere eines Stahlbehälters, angegeben. Das Verfahren umfasst ein Anordnen wenigstens einer Elektrode in einem Medium-Speicherraum des Druckbehälters, wobei der Druckbehälter einen metallischen Hohlkörper umfasst und eine Innenwandung des metallischen Hohlkörpers mit einem Isolationsmaterial beschichtet ist, um den Medium-Speicherraum vom metallischen Hohlkörper zu isolieren; ein Befüllen des Medium-Speicherraums mit einer Prüfflüssigkeit, um im Medium-Speicherraum einen Prüfdruck für einen Drucktest zu erzeugen; ein Durchführen, für eine Beschichtungsqualitätsprüfung, einer Strom- und/oder Widerstandsmessung zwischen der wenigstens einen Elektrode und dem metallischen Hohlkörper, während der Medium- Speicherraum mit dem Prüfdruck beaufschlagt ist; und ein Bestimmen einer Isolationseigenschaft des Isolationsmaterials basierend auf einem Ergebnis der Strom- und/oder Widerstandsmessung.

Erfindungsgemäß werden in einem einzigen Prozessschritt sowohl ein Drucktest als auch eine Beschichtungsqualitätsprüfung durchgeführt. Hierzu wird eine Prüfflüssigkeit in den Medium- Speicherraum des Druckbehälters eingefüllt, um einen Prüfdruck für den Drucktest zu erzeugen. Zudem ist eine Elektrode im Medium-Speicherraum angeordnet und somit von der Prüfflüssigkeit umgeben. Zur Prüfung der Beschichtungsqualität wird ein Stromfluss zwischen der Elektrode und dem metallischen Hohlkörper oder ein entsprechender Widerstand gemessen. Insbesondere leitet die Prüfflüssigkeit Strom, so dass bei einer fehlerhaften Beschichtung ein Strom zwischen der Elektrode und dem metallischen Hohlkörper fließt. Bei einer fehlerfreien Beschichtung fließt hingegen im Wesentlichen kein Strom. Somit lassen sich aus der Strom- und/oder Widerstandsmessung Rückschlüsse auf die Qualität der Beschichtung ziehen. Im Ergebnis wird eine effiziente Qualitätsprüfung des Druckbehälters ermöglicht.

Für die Strom- und/oder Widerstandsmessung wird eine definierte Spannung an die wenigstens eine Elektrode und den metallischen Hohlkörper angelegt, so dass der Stromfluss zwischen der wenigstens einen Elektrode und dem metallischen Hohlkörper bzw. ein entsprechender Widerstand gemessen werden kann. Der Strom kann zum Beispiel mit einem Amperemeter gemessen werden, und der Widerstand kann mit einem Ohmmeter gemessen werden.

Vorzugsweise ist der Prüfdruck 1000 bar oder mehr. Der Prüfdruck kann zum Beispiel 1050 bar oder mehr sein.

Vorzugsweise ist die Prüfflüssigkeit Wasser. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht hierauf begrenzt und die Prüfflüssigkeit kann eine andere elektrisch leitende Flüssigkeit sein, die die Strom- und/oder Widerstandsmessung ermöglicht.

Vorzugsweise umfasst das Bestimmen der Isolationseigenschaft des Isolationsmaterials basierend auf einem Ergebnis der Strom- und/oder Widerstandsmessung ein Vergleichen eines Stromflusses zwischen der wenigstens einen Elektrode und dem metallischen Hohlkörper oder eines entsprechenden Widerstandswertes mit einem Schwellwert. In einigen Ausführungsformen kann bestimmt werden, dass der Druckbehälter ein Gutteil ist, wenn der Stromfluss (gleich oder) kleiner als der Schwellwert ist, und dass der Druckbehälter ein Schlechtteil ist, wenn der Stromfluss (gleich oder) größer als der Schwellwert ist. Ähnlich kann bestimmt werden, dass der Druckbehälter ein Gutteil ist, wenn der Widerstandswert (gleich oder) größer als der Schwellwert ist, und dass der Druckbehälter ein Schlechtteil ist, wenn der Widerstandswert (gleich oder) kleiner als der Schwellwert ist. Insbesondere kann der Stromfluss bzw. der entsprechende Widerstandswert ein Vorhandensein von Fehlstellen im Isolationsmaterial anzeigen. Die Fehlstellen können Löcher sein, die den metallischen Hohlkörper zum Medium-Speicherraum hin freilegen und so einen Stromfluss ermöglichen.

Als Gutteil werden im Allgemeinen Bauteile bezeichnet, die bestimmte Qualitätsanforderungen erfüllen. Dementsprechend können Bauteile, die die Qualitätsanforderungen nicht erfüllen, als Schlechtteile bezeichnet werden.

Der Schwellwert kann mittels geeigneter Tests ermittelt werden. Beispielsweise kann der Schwellwert basierend auf Qualitätskriterien, die gesetzlich vorgegeben sein können, festgelegt werden, um zwischen einem Gutteil und einem Schlechtteil zu unterscheiden. In einigen Ausführungsformen können gezielt Löcher in eine Beschichtung eines Druckbehälters eingebracht werden, so dass ermittelt werden kann, bei welchem Stromfluss oder entsprechendem Widerstandswert auf das Vorhandensein von Löchern geschlossen werden kann. Dieser Stromfluss bzw. der entsprechende Widerstandswert kann dann zum Beispiel verwendet werden, um den zuvor erläuterten Schwellwert zur Unterscheidung zwischen einem Gutteil und einem Schlechtteil festzulegen.

Vorzugsweise umfasst die wenigstens eine Elektrode eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode.

Vorzugsweise umfasst das Verfahren weiter ein Durchführen einer ersten Strom- und/oder Widerstandsmessung zwischen der ersten Elektrode und dem metallischen Hohlkörper und einer zweiten Strom- und/oder Widerstandsmessung zwischen der zweiten Elektrode und dem metallischen Hohlkörper; und ein Bestimmen der Isolationseigenschaft des Isolationsmaterials basierend auf einem Ergebnis der ersten Strom- und/oder Widerstandsmessung und einem Ergebnis der zweiten Strom- und/oder Widerstandsmessung. Damit kann eine Redundanz geschaffen werden, um eine Zuverlässigkeit des Prüfergebnisses des Druckbehälters zu verbessern.

Ergänzend oder alternativ kann das Verfahren weiter ein Durchführen einer Strom- und/oder Widerstandsmessung zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode und ein Bestimmen eines Zustands der Prüfflüssigkeit basierend auf einem Ergebnis der Strom- und/oder Widerstandsmessung zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode umfassen. Damit kann das erfindungsgemäße Verfahren ohne Änderung der Hardware eine weitere Funktion bereitstellen, nämlich eine Qualitätsprüfung der Prüfflüssigkeit. Beispielsweise kann sich eine Leitfähigkeit der Prüfflüssigkeit mit zunehmendem Alter aufgrund von Verunreinigungen erhöhen, was durch die Strom- und/oder Widerstandsmessung erkannt werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einigen Ausführungsformen mittels einer geeigneten Software zumindest teilweise automatisiert, und vorzugsweise vollständig automatisiert ausgeführt werden.

Dementsprechend ist gemäß einem weiteren unabhängigen Aspekt der vorliegenden Offenbarung ein Software (SW) Programm angegeben. Das SW Programm kann eingerichtet werden, um auf einem oder mehreren Prozessoren ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren zur Prüfung eines Druckbehälters auszuführen.

Gemäß einem weiteren unabhängigen Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Speichermedium angegeben. Das Speichermedium kann ein SW Programm umfassen, welches eingerichtet ist, um auf einem oder mehreren Prozessoren ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren zur Prüfung eines Druckbehälters auszuführen.

Gemäß einem weiteren unabhängigen Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Software mit Programmcode angegeben. Die Software ist zur Durchführung des Verfahrens zur Prüfung eines Druckbehälters eingerichtet, wenn die Software auf einer oder mehreren softwaregesteuerten Einrichtungen abläuft.

Gemäß einem weiteren unabhängigen Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein System zur Prüfung eines Druckbehälters angegeben. Das System umfasst einen oder mehrere Prozessoren; und wenigstens einen Speicher, der mit dem einen oder den mehreren Prozessoren verbunden ist und Anweisungen enthält, die von dem einen oder den mehreren Prozessoren ausgeführt werden können, um das in diesem Dokument beschriebene Verfahren zur Prüfung eines Druckbehälters auszuführen.

Ein Prozessor bzw. ein Prozessormodul ist ein programmierbares Rechenwerk, also eine Maschine oder eine elektronische Schaltung, die gemäß übergebenen Befehlen andere Elemente steuert und dabei einen Algorithmus (Prozess) vorantreibt.

Vorzugsweise ist der Druckbehälter für einen Einsatz bzw. Einbau in Fahrzeugen eingerichtet. Der Begriff Fahrzeug umfasst PKW, LKW, Busse, Wohnmobile, Krafträder, etc., die der Beförderung von Personen, Gütern, etc. dienen. Insbesondere umfasst der Begriff Kraftfahrzeuge zur Personenbeförderung.

Vorzugsweise ist der metallische Hohlkörper aus Stahl. Der Stahl kann ein hochfester Stahl sein, der zum Beispiel eine Zugfestigkeit von 500 MPa oder mehr, 1000 MPa oder mehr, oder 2000 MPa oder mehr aufweisen kann. In einigen Ausführungsformen kann der Stahl 300M- Stahl oder V132-Stahl sein.

Die Beschichtung der Innenwandung des metallischen Hohlkörpers mit dem Isolationsmaterial schützt das metallische Material vor einer Korrosion durch das gelagerte Medium, so dass auch metallische Druckbehälter zur Lagerung von korrosiven Medien verwendet werden können. Dies kann Kosten für die Lagerung von korrosiven Medien reduzieren, da metallische Druckbehälter kostengünstiger herzustellen sind als z.B. CFK-Behälter. Zudem ist Metall besser recycelbar als z.B. CFK. Des Weiteren kann der metallische Druckbehälter bei gleicher Druckfestigkeit dünnwandiger sein als z.B. ein CFK-Behälter, so dass bei gleicher Größe mehr Medium in den Druckbehälter eingefüllt und dort vorgehalten werden kann. Vorzugsweise ist der Druckbehälter für die Lagerung eines gasförmigen und/oder flüssigen Mediums eingerichtet. Anders gesagt kann das Medium, das im Druckbehälter gespeichert wird, ein Gas und/oder eine Flüssigkeit sein. In einigen Ausführungsformen kann das im Druckbehälter gelagerte Medium ausschließlich ein Gas oder ausschließlich eine Flüssigkeit sein. In anderen Ausführungsformen kann das im Druckbehälter gelagerte Medium einen Gasanteil und einen Flüssigkeitsanteil aufweisen. Beispielsweise kann oberhalb der Flüssigkeit auch gasförmiges Medium vorhanden sein.

Vorzugsweise ist der Druckbehälter ein Wasserstoffbehälter. Die Beschichtung der Innenwandung des metallischen Hohlkörpers mit dem Isolationsmaterial schützt das metallische Material vor einer Korrosion durch den Wasserstoff, so dass zum Beispiel Stahlbehälter zur Lagerung von Wasserstoff verwendet werden können. Dies kann Kosten für die Wasserstofflagerung z.B. in Fahrzeugen reduzieren, insbesondere da Stahlbehälter kostengünstiger herzustellen sind als z.B. CFK-Behälter. Des Weiteren kann der erfindungsgemäße Druckbehälter bei gleicher Druckfestigkeit dünnwandiger sein als z.B. ein CFK-Behälter, so dass bei gleichem Bauraum in einem Fahrzeug mehr Wasserstoff gelagert werden kann, was eine Reichweite des Fahrzeugs erhöhen kann.

Vorzugsweise bildet das Isolationsmaterial eine Permeationsbarriere. Unter dem Begriff „Permeation“ wird im Allgemeinen der Vorgang bezeichnet, bei dem ein Stoff bzw. Permeat einen Festkörper durchdringt oder durchwandert. Dementsprechend verhindert das Isolationsmaterial, dass das Medium im Medium-Speicherraum den metallischen Hohlkörper erreicht und diesen korrodiert. Das Isolationsmaterial kann danach ausgewählt werden, für welches Medium der Druckbehälter bestimmt ist. Falls das im Druckbehälter gelagerte Medium einen Gasanteil und einen Flüssigkeitsanteil aufweist, kann das Isolationsmaterial für das Medium in beiden Aggregatzuständen eine Permeationsbarriere bilden.

In einigen Ausführungsformen kann das Isolationsmaterial eine Wasserstoff- Permeationsbarriere bilden. Vorzugsweise ist das Isolationsmaterial ein Kunststoff. Das Isolationsmaterial kann geeignet ausgewählt werden, um eine Permeation des Mediums, das im Druckbehälter gelagert werden soll, zu verhindern.

Vorzugsweise ist das Isolationsmaterial aus der Gruppe ausgewählt, die Ethylenvinylalkohol (EVOH), Epoxid, Siliziumdioxid, Polytetrafluorethylen (PTFE), Teflon, flüssigkristalline Polymere (LCP) und Kombinationen davon umfasst, oder die daraus besteht.

Vorzugsweise ist die Innenwandung des metallischen Hohlkörpers einschichtig mit dem Isolationsmaterial beschichtet. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht hierauf begrenzt und das Isolationsmaterial kann mehrschichtig z.B. aus verschiedenen Materialien ausgebildet sein.

Vorzugsweise ist eine Schichtdicke des Isolationsmaterials auf der Innenwandung des metallischen Hohlkörpers im Bereich zwischen 10 pm und 500 pm ist, insbesondere zwischen 50 pm und 200 pm.

Gemäß einem weiteren unabhängigen Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Prüfanordnung für einen Druckbehälter angegeben.

Die Prüfanordnung kann eingerichtet sein, um die Aspekte des in diesem Dokument beschriebenen Verfahrens zur Prüfung eines Druckbehälters zu implementieren.

Die Prüfanordnung umfasst wenigstens eine Elektrode, die in einem Medium-Speicherraum des Druckbehälters anordenbar ist, wobei der Druckbehälter einen metallischen Hohlkörper umfasst und eine Innenwandung des metallischen Hohlkörpers mit einem Isolationsmaterial beschichtet ist, um den Medium-Speicherraum vom metallischen Hohlkörper zu isolieren; eine Druckerzeugungsvorrichtung, die eingerichtet ist, um eine Prüfflüssigkeit in den Medium- Speicherraum einzuleiten und im Medium-Speicherraum einen Prüfdruck für einen Drucktest zu erzeugen; und eine Strom- und/oder Widerstandsmessvorrichtung, die mit der wenigstens einen Elektrode und dem metallischen Hohlkörper verbindbar ist, um zur Bestimmung einer Isolationseigenschaft des Isolationsmaterials in einer Beschichtungsqualitätsprüfung eine Strom- und/oder Widerstandsmessung zwischen der wenigstens einen Elektrode und dem metallischen Hohlkörper durchzuführen.

Vorzugsweise umfasst die wenigstens eine Elektrode eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode. Optional können eine oder mehrere weitere Elektroden vorgesehen sein.

Vorzugsweise ist die Strom- und/oder Widerstandsmessvorrichtung eingerichtet, um eine erste Strom- und/oder Widerstandsmessung zwischen der ersten Elektrode und dem metallischen Hohlkörper und eine zweite Strom- und/oder Widerstandsmessung zwischen der zweiten Elektrode und dem metallischen Hohlkörper durchzuführen. Damit kann eine Redundanz geschaffen werden, um eine Zuverlässigkeit des Prüfergebnisses des Druckbehälters zu verbessern.

Ergänzend oder alternativ kann die Strom- und/oder Widerstandsmessvorrichtung eingerichtet sein, um eine Strom- und/oder Widerstandsmessung zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode durchzuführen, um einen Zustand der Prüfflüssigkeit zu bestimmen. Beispielsweise kann sich eine Leitfähigkeit der Prüfflüssigkeit mit zunehmendem Alter aufgrund von Verunreinigungen erhöhen, was durch die Messung des Stromflusses oder Widerstands zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode, die beide von der Prüfflüssigkeit umgeben bzw. in die Prüfflüssigkeit eingetaucht sind, erkannt werden kann.

Vorzugsweise umfasst die Prüfanordnung weiter wenigstens einen Adapter, der eingerichtet ist, um mit wenigstens einer Einlass- und/oder Auslassöffnung des Medium-Speicherraums verbunden zu werden. Beispielsweise kann der wenigstens eine Adapter in die Einlass- und/oder Auslassöffnung des Medium-Speicherraums zumindest teilweise eingesetzt werden. Der wenigstens eine Adapter ist typischerweise im Wesentlichen wasserdicht mit der Einlass- und/oder Auslassöffnung verbindbar. Damit kann verhindert werden, dass Prüfflüssigkeit aus der wenigstens einen Einlass- und/oder Auslassöffnung austritt.

Vorzugsweise ist der wenigstens eine Adapter aus Kunststoff, Keramik oder einem kunststoffbeschichteten Metall ausgebildet. Der wenigstens eine Adapter kann die wenigstens eine Elektrode vom metallischen Hohlkörper elektrisch isolieren, so dass eine zuverlässige Strom- und/oder Widerstandsmessung zwischen der wenigstens einen Elektrode und dem metallischen Hohlkörper möglich ist.

Vorzugsweise ist der wenigstens eine Adapter eingerichtet, um die Prüfflüssigkeit in den Medium-Speicherraum einzuleiten und/oder aus dem Medium-Speicherraum auszuleiten.

In einigen Ausführungsformen kann der wenigstens eine Adapter einen ersten Adapter umfassen, der mit einer Einlassöffnung des Medium-Speicherraums verbindbar ist. Beispielsweise kann der erste Adapter über eine Prüfflüssigkeit-Zuleitung mit der Druckerzeugungsvorrichtung verbunden sein, um die von der Druckerzeugungsvorrichtung bereitgestellte Prüfflüssigkeit in den Medium-Speicherraum einzuleiten.

Ergänzend oder alternativ kann der wenigstens eine Adapter einen zweiten Adapter umfassen, der mit einer Auslassöffnung des Medium-Speicherraums verbindbar ist. Beispielsweise kann der zweite Adapter mit einer Prüfflüssigkeit-Ableitung verbunden sein, so dass die Prüfflüssigkeit nach Beendigung des Prüfvorgangs aus dem Medium-Speicherraum ausgeleitet werden kann.

Die Einlassöffnung des Medium-Speicherraums ist dabei eine Öffnung, durch die die Prüfflüssigkeit in den Medium-Speicherraum eingeleitet wird. Die Auslassöffnung des Medium-Speicherraums kann eine Öffnung sein, durch die die Prüfflüssigkeit aus dem Medium- Speicherraum ausgeleitet wird.

Vorzugsweise sind die Einlassöffnung und die Auslassöffnung an gegenüberliegenden Enden oder Seiten des Medium-Speicherraums angeordnet.

In anderen Ausführungsformen kann eine einzige Öffnung als Einlassöffnung und Auslassöffnung dienen.

Vorzugsweise erstreckt sich die wenigstens eine Elektrode durch den wenigstens einen Adapter. Damit ragt die wenigstens eine Elektrode in den Medium-Speicherraum hinein, wenn der Adapter mit der Einlass- und/oder Auslassöffnung verbunden ist, so dass die wenigstens eine Elektrode während des Prüfvorgangs von der Prüfflüssigkeit umgeben bzw. in die Prüfflüssigkeit eingetaucht ist.

Vorzugsweise ist die wenigstens eine Elektrode stabförmig ausgebildet.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Ausführungsbeispiele der Offenbarung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 ein Flussdiagram eines Verfahrens zur Prüfung eines Druckbehälters gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung,

Figur 2 schematisch eine Prüfanordnung und einen Druckbehälter gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung, und

Figur 3 schematisch eine Prüfanordnung und einen Druckbehälter gemäß weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.

Ausführungsformen der Offenbarung

Im Folgenden werden, sofern nicht anders vermerkt, für gleiche und gleichwirkende Elemente gleiche Bezugszeichen verwendet.

Figur 1 zeigt schematisch ein Flussdiagram eines Verfahrens 100 zur Prüfung eines Druckbehälters gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.

Das Verfahren 100 umfasst im Block 110 ein Anordnen wenigstens einer Elektrode in einem Medium-Speicherraum des Druckbehälters, wobei der Druckbehälter einen metallischen Hohlkörper umfasst und eine Innenwandung des metallischen Hohlkörpers mit einem Isolationsmaterial beschichtet ist, um den Medium-Speicherraum vom metallischen Hohlkörper zu isolieren; im Block 120 ein Befüllen des Medium-Speicherraums mit einer Prüfflüssigkeit, um im Medium- Speicherraum einen Prüfdruck zu erzeugen; im Block 130 ein Durchführen einer Strom- und/oder Widerstandsmessung zwischen der wenigstens einen Elektrode und dem metallischen Hohlkörper, während der Medium-Speicherraum mit dem Prüfdruck beaufschlagt ist; und im Block 140 ein Bestimmen einer Isolationseigenschaft des Isolationsmaterials basierend auf einem Ergebnis der Strom- und/oder Widerstandsmessung.

Das Verfahren 100 kombiniert einen hydraulischen Drucktest und eine Ermittlung einer Beschichtungsqualität in einem einzigen Schritt. Bei einem hydraulischen Drucktest kann der Druckbehälter mit einer Prüfflüssigkeit, wie zum Beispiel Wasser, befüllt werden, wobei sichergestellt wird, dass sich keine Luft mehr im Druckbehälter befindet. Anschließend kann das Wasser auf ca. 150% NWP (z.B. 1,5 x 700 bar = 1050 bar) komprimiert und der Druck eine gewisse Zeit lang gehalten werden.

Während dieser Haltephase wird gleichzeitig die Beschichtungsqualität gemessen, indem über eine in der Prüfflüssigkeit befindliche Elektrode und dem metallischen Hohlkörper eine elektrische Spannung angelegt wird. Bei einer guten Beschichtung ohne Fehlstellen fließt kein (oder kaum) Strom. Beim Vorhandensein einer Fehlstelle ist die Prüfflüssigkeit in Kontakt mit dem metallischen Hohlkörper und bildet damit eine leitfähige Verbindung zwischen der Elektrode und der Behälterwand, so dass ein relativ großer elektrischer Strom fließt. Über Grenzmuster lässt sich ein Schwellwert für den elektrischen Stromfluss bzw. den entsprechenden elektrischen Widerstand definieren, so dass ein Gutteil von einem Schlechtteil unterschieden werden kann.

Nach der Haltephase kann der Prüfdruck reduziert, die Prüfflüssigkeit aus dem Behälter entfernt und ein Trocknungsvorgang durchgeführt werden. Anschließend ist der Druckbehälter fertiggestellt oder er geht zu einem nächsten Prozessschritt einer End-of-Line-Prüfung.

Figur 2 zeigt schematisch eine Prüfanordnung 100 und einen Druckbehälter 10 gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.

Die Prüfanordnung 100 umfasst wenigstens eine Elektrode 110, die in einem Medium- Speicherraum 16 des Druckbehälters 10 angeordnet ist, wobei der Druckbehälter 10 einen metallischen Hohlkörper 12 umfasst und eine Innenwandung des metallischen Hohlkörpers 12 mit einem Isolationsmaterial 14 beschichtet ist, um den Medium-Speicherraum 16 vom metallischen Hohlkörper 12 zu isolieren; eine Druckerzeugungsvorrichtung 120, die eingerichtet ist, um eine Prüfflüssigkeit in den Medium-Speicherraum 16 einzuleiten und im Medium- Speicherraum 16 einen Prüfdruck zu erzeugen; und eine Strom- und/oder Widerstandsmessvorrichtung 130, die mit der wenigstens einen Elektrode 110 und dem metallischen Hohlkörper 12 verbunden ist, um zur Bestimmung einer Isolationseigenschaft des Isolationsmaterials 14 eine Strom- und/oder Widerstandsmessung zwischen der wenigstens einen Elektrode 110 und dem metallischen Hohlkörper 12 durchzuführen.

Für die Strom- und/oder Widerstandsmessung wird eine definierte Spannung an die wenigstens eine Elektrode 110 und den metallischen Hohlkörper 12 angelegt, so dass der Stromfluss zwischen der wenigstens einen Elektrode 110 und dem metallischen Hohlkörper 12 bzw. ein entsprechender Widerstand gemessen werden kann. Der Strom kann zum Beispiel mit einem Amperemeter gemessen werden, und der Widerstand kann mit einem Ohmmeter gemessen werden. Im Beispiel der Figur 2 ist ein Amperemeter dargestellt.

Eine Qualität der Beschichtung bzw. des Isolationsmaterials 14 kann durch einen Vergleich des Stromflusses zwischen der wenigstens einen Elektrode 110 und dem metallischen Hohlkörper 12 oder eines entsprechenden Widerstandswertes mit einem Schwellwert bestimmt werden. Sind zum Beispiel Löcher in der Beschichtung vorhanden, ist der Stromfluss zwischen der wenigstens einen Elektrode 110 und dem metallischen Hohlkörper 12 erhöht bzw. der Widerstand zwischen der wenigstens einen Elektrode 110 und dem metallischen Hohlkörper 12 reduziert.

Wird ein Schwellwert des Stromflusses überschritten bzw. ein Schwellwert des Widerstands unterschritten, kann der Druckbehälter 10 als Schlechtteil bestimmt und zum Beispiel aussortiert werden. Wird der Schwellwert des Stromflusses hingegen unterschritten bzw. ein Schwellwert des Widerstands überschritten, kann der Druckbehälter 10 als Gutteil bestimmt werden. Die Prüfanordnung 100 kann mittels geeigneter Tests kalibriert werden. Beispielsweise können gezielt Löcher in eine Beschichtung eines Druckbehälters eingebracht werden, so dass ermittelt werden kann, bei welchem Stromfluss oder entsprechendem Widerstandswert auf das Vorhandensein von Löchern in der Beschichtung geschlossen werden kann. Dieser Stromfluss bzw. der entsprechende Widerstandswert kann dann zum Beispiel verwendet werden, um den Schwellwert zur Unterscheidung zwischen einem Gutteil und einem Schlechtteil festzulegen.

Der metallische Hohlkörper 12 kann in einigen Ausführungsformen aus Stahl bestehen. Der Stahl kann ein hochfester Stahl sein, der zum Beispiel eine Zugfestigkeit von 500 MPa oder mehr, 1000 MPa oder mehr, oder 2000 MPa oder mehr aufweisen kann. Der Stahl kann beispielsweise 300M-Stahl oder V132-Stahl sein.

In einigen Ausführungsformen ist der Druckbehälter 10 ein Wasserstoffbehälter, beispielsweise zur Verwendung in Brennstoffzellen-betriebenen Fahrzeugen. Die Beschichtung der Innenwandung des metallischen Hohlkörpers 12 mit dem Isolationsmaterial 14 schützt das metallische Material vor einer Korrosion durch den Wasserstoff, so dass zum Beispiel Stahlbehälter zur Lagerung von Wasserstoff verwendet werden können. Dies kann Kosten für die Wasserstofflagerung in Fahrzeugen reduzieren, insbesondere da Stahlbehälter kostengünstiger herzustellen sind als z.B. CFK-Behälter. Des Weiteren kann der erfindungsgemäße Druckbehälter bei gleicher Druckfestigkeit dünnwandiger sein als z.B. ein CFK-Behälter, so dass bei gleichem Bauraum in einem Fahrzeug mehr Wasserstoff gelagert werden kann, was eine Reichweite des Fahrzeugs erhöhen kann.

Typischerweise bildet das Isolationsmaterial 14 eine Permeationsbarriere, wie zum Beispiel eine Wasserstoff-Permeationsbarriere. In einigen Ausführungsformen kann das Isolationsmaterial aus der Gruppe ausgewählt sein, die Ethylenvinylalkohol (EVOH), Epoxid, Siliziumdioxid, Polytetrafluorethylen (PTFE), Teflon, flüssigkristalline Polymere (LCP) und Kombinationen davon umfasst, oder die daraus besteht.

Eine Schichtdicke des Isolationsmaterials 14 auf der Innenwandung des metallischen Hohlkörpers 12 kann im Bereich zwischen 10 pm und 500 pm sein, insbesondere zwischen 50 pm und 200 pm. Figur 3 zeigt schematisch eine Prüfanordnung und einen Druckbehälter 10 gemäß weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Die Prüfanordnung der Figur 3 ist ähnlich der Prüfanordnung der Figur 2 und auf eine Erläuterung von identischen oder ähnlichen Aspekten wird insofern auf die Figur 2 samt zugehöriger Beschreibung verwiesen.

Die Prüfanordnung umfasst eine erste Elektrode 110 und eine zweite Elektrode 112. Optional können eine oder mehrere weitere Elektroden vorgesehen sein. Typischerweise sind die erste Elektrode 110 und die zweite Elektrode 112 jeweils stabförmig ausgebildet.

Die Prüfanordnung umfasst weiter einen ersten Adapter 140, der mit einer Einlassöffnung 20 des Medium-Speicherraums 16 verbunden, insbesondere darin eingesetzt, ist. Beispielsweise kann der erste Adapter 140 über eine Prüfflüssigkeit-Zuleitung (nicht gezeigt) mit der Druckerzeugungsvorrichtung verbunden sein und die von der Druckerzeugungsvorrichtung bereitgestellte Prüfflüssigkeit in den Medium-Speicherraum einleiten (durch den Pfeil 1 dargestellt).

Zudem umfasst die Prüfanordnung einen zweiten Adapter 142, der mit einer Auslassöffnung 22 des Medium-Speicherraums 16 verbunden, insbesondere darin eingesetzt, ist. Beispielsweise kann der zweite Adapter 142 mit einer Prüfflüssigkeit-Ableitung (nicht gezeigt) verbunden sein, so dass die Prüfflüssigkeit nach Beendigung des Prüfvorgangs aus dem Medium-Speicherraum 16 ausgeleitet werden kann (durch den Pfeil 2 dargestellt).

Die Einlassöffnung 20 und die Auslassöffnung 22 können an gegenüberliegenden Enden oder Seiten des Medium-Speicherraums 16 angeordnet sein.

Die erste Elektrode 110 kann sich durch den ersten Adapter 140 erstrecken. Damit ragt die erste Elektrode 110 in den Medium-Speicherraum 16 hinein, wenn der erste Adapter 140 in die Einlassöffnung 20 eingesetzt ist, so dass die erste Elektrode 110 während des Prüfvorgangs von der Prüfflüssigkeit umgeben bzw. in die Prüfflüssigkeit eingetaucht ist. Der erste Adapter 140 kann die erste Elektrode 110 vom metallischen Hohlkörper 12 elektrisch isolieren, so dass eine zuverlässige Strom- und/oder Widerstandsmessung zwischen der ersten Elektrode 110 und dem metallischen Hohlkörper 12 möglich ist.

Die zweite Elektrode 112 kann sich durch den zweiten Adapter 142 erstrecken. Damit ragt die zweite Elektrode 112 in den Medium-Speicherraum 16 hinein, wenn der zweite Adapter 142 in die Auslassöffnung 22 eingesetzt ist, so dass die zweite Elektrode 112 während des Prüfvorgangs von der Prüfflüssigkeit umgeben bzw. in die Prüfflüssigkeit eingetaucht ist. Der zweite Adapter 142 kann die zweite Elektrode 112 vom metallischen Hohlkörper 12 elektrisch isolieren, so dass eine zuverlässige Strom- und/oder Widerstandsmessung zwischen der zweiten Elektrode 112 und dem metallischen Hohlkörper 12 möglich ist.

Die Strom- und/oder Widerstandsmessvorrichtung der Prüfanordnung kann eingerichtet sein, um eine erste Strom- und/oder Widerstandsmessung zwischen der ersten Elektrode 110 und dem metallischen Hohlkörper 12 und eine zweite Strom- und/oder Widerstandsmessung zwischen der zweiten Elektrode 112 und dem metallischen Hohlkörper 12 durchzuführen. Damit kann eine Redundanz geschaffen werden, um eine Zuverlässigkeit der Beschichtungsprüfung zu verbessern.

Ergänzend oder alternativ kann die Strom- und/oder Widerstandsmessvorrichtung eingerichtet sein, um eine Strom- und/oder Widerstandsmessung zwischen der ersten Elektrode 110 und der zweiten Elektrode 120 durchzuführen, um einen Zustand der Prüfflüssigkeit zu bestimmen. Beispielsweise kann sich eine Leitfähigkeit der Prüfflüssigkeit mit zunehmendem Alter aufgrund von Verunreinigungen erhöhen, was durch die Messung des Stromflusses oder des Widerstands zwischen der ersten Elektrode 110 und der zweiten Elektrode 112, die beide von der Prüfflüssigkeit umgeben bzw. in die Prüfflüssigkeit eingetaucht sind, erkannt werden kann.

Erfindungsgemäß werden in einem einzigen Prozessschritt sowohl ein Drucktest als auch eine Beschichtungsqualitätsprüfung durchgeführt. Hierzu wird eine Prüfflüssigkeit in den Medium- Speicherraum des Druckbehälters eingefüllt, um einen Prüfdruck für den Drucktest zu erzeugen. Zudem ist eine Elektrode im Medium-Speicherraum angeordnet und somit von der Prüfflüssigkeit umgeben. Zur Prüfung der Beschichtungsqualität wird ein Stromfluss zwischen der Elektrode und dem metallischen Hohlkörper oder ein entsprechender Widerstand gemessen. Insbesondere leitet die Prüfflüssigkeit Strom, so dass bei einer fehlerhaften Beschichtung ein Strom zwischen der Elektrode und dem metallischen Hohlkörper fließt. Bei einer fehlerfreien Beschichtung fließt hingegen im Wesentlichen kein Strom. Somit lassen sich aus der Strom- und/oder Widerstandsmessung Rückschlüsse auf die Qualität der Beschichtung ziehen. Im Ergebnis wird eine effiziente Qualitätsprüfung des Druckbehälters ermöglicht.

Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen wirklich nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa weitergehenden Erläuterungen in der Beschreibung, definiert wird.