Die hier offenbarte Technologie betrifft einen Druckbehälter zur Lagerung von gasförmigem Brennstoff, ein Druckbehältersystem mit zwei oder mehr solchen Druckbehältern, ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zum Ausbilden von Rippen an einer Behälterwand eines Druckbehälters.

Druckbehälter werden typischerweise verwendet, um gasförmigen Brennstoff in mobilen oder stationären Einheiten, beispielsweise in Kraftfahrzeugen, bereitzustellen. Mit dem gasförmigen Brennstoff kann beispielsweise ein gasbetriebener Verbrennungsmotor oder eine Brennstoffzelle angetrieben werden.

Es ist eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie, zumindest einen Nachteil von einer vorbekannten Lösung zu verringern oder zu beheben oder eine alternative Lösung vorzuschlagen. Es ist insbesondere eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie, einen Druckbehälter mit verbesserter Stabilität bereitzustellen. Weitere bevorzugte Aufgaben können sich aus den vorteilhaften Effekten der hier offenbarten Technologie ergeben. Die Aufgaben werden gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche. Die abhängigen Ansprüche stellen bevorzugte Ausgestaltungen dar. Die hier offenbarte Technologie betrifft einen Druckbehälter zur Lagerung von gasförmigem Brennstoff. Der Druckbehälter umfasst eine Behälterwand, die einen Innenraum umschließt. An der Behälterwand sind eine oder mehrere Rippen ausgebildet.

Mittels derartiger Rippen kann eine Stabilität des Druckbehälters erhöht werden. Insbesondere können die Rippen gezielt als strukturelle Elemente zur Verbesserung der Steifigkeit des Druckbehälters eingesetzt werden, um ihn beispielsweise für höhere Drücke oder besondere Anforderungen auszulegen. Auch weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind möglich, welche beispielsweise weiter unten näher beschrieben werden.

Unter einer Behälterwand kann insbesondere eine Wand verstanden werden, welche den Innenraum umschließt. In dem Innenraum wird typischerweise der gasförmige Brennstoff unter Druck und/oder bei besonders tiefen Temperaturen gelagert. Unter Rippen sind insbesondere Vorsprünge zu verstehen, welche von einer umgebenden Fläche aus vorstehen. Diese sind typischerweise visuell als solche erkennbar und aufgrund ihres vorstehenden Charakters abgrenzbar. Sollte aufgrund von fließenden Übergängen einer Struktur eine Rippe nicht exakt definierbar sein, stellt dies deren Eigenschaften als Rippe nicht in Abrede. Vielmehr kann eine geeignete Definition gewählt werden, beispielsweise eine Mindesterhebung über eine umgebende Fläche oder eine umgebende Senke.

Gemäß einer Ausführung sind eine, einige oder alle Rippen aus dem gleichen Material wie die Behälterwand ausgebildet. Dies erlaubt insbesondere eine einfache Herstellung sowie eine stabile stoffschlüssige Verbindung zwischen Rippen und den sonstigen Teilen der Behälterwand. Gemäß einer Ausführung sind eine, einige oder alle Rippen aus einem anderen Material als die Behälterwand ausgebildet. Dadurch können die Rippen mittels einer geeigneten Materialwahl besondere Eigenschaften erhalten.

Die Ausführungen der Rippen aus dem gleichen Material wie die Behälterwand und aus einem anderen Material als die Behälterwand können auch kombiniert werden, so dass beispielsweise einige Rippen aus dem gleichen Material und einige Rippen aus einem anderen Material ausgebildet sein können. Dadurch können spezifische Eigenschaften durch Materialkombinationen erzielt werden.

Gemäß einer Ausführung sind eine, einige oder alle Rippen aus Metall und/oder aus kohlefaserverstärktem Kunststoff ausgebildet. Derartige Materialien haben sich aufgrund ihrer Festigkeit als vorteilhaft erwiesen.

Auch andere Materialien können jedoch verwendet werden.

Insbesondere können begrenzende Ebenen einiger oder aller Rippen parallel zueinander ausgerichtet sein. Dies erlaubt eine einfache Ausführung und eine vorteilhafte und gleichmäßige Erhöhung der Stabilität.

Die Rippen können insbesondere gleich breit sein und/oder gleiche Abstände zu jeweils unmittelbar benachbarten Rippen haben. Axial endseitige Rippen können insbesondere nur eine benachbarte Rippe, also auf einer Seite, haben. Dies erlaubt eine einfache Ausführung mit einer gleichmäßigen Beeinflussung der Stabilität. Auch ungleichförmige Ausführungen sind jedoch möglich.

Nachfolgend werden Bemaßungen angegeben, welche sich für typische Einsatzzwecke als vorteilhaft herausgestellt haben. Insbesondere gilt dies für die Verwendung in einem Einbauraum unterhalb eines Fahrgastraums eines Kraftfahrzeugs, wobei ein solcher Einbauraum typischerweise verhältnismäßig flach ist und somit für den Einbau von mehreren Druckbehältern nebeneinander geeignet ist. Diese Druckbehälter können beispielsweise zu einem Druckbehältersystem zusammengefasst sein, wie dies weiter unten beschrieben wird. Ein solches Druckbehältersystem kann insbesondere eine gemeinsame Anschlussleitung für alle Druckbehälter haben, welche insbesondere einen Druckausgleich zwischen den Druckbehältern jederzeit ermöglichen kann.

Eine Wandstärke des Druckbehälters kann insbesondere zwischen den Rippen mindestens 5,4 mm und/oder höchstens 7,5 mm betragen. Dies bezieht sich typischerweise auf Bereiche, welche axial zwischen den Rippen liegen. Die Wandstärke wird jedoch typischerweise radial gemessen.

Insbesondere kann eine Länge eines Druckbehälter axial mindestens 1.500 mm und/oder höchstens 2.000 mm betragen. Ein Durchmesser eines Druckbehälters kann insbesondere mindestens 120 mm und/oder höchstens 175 mm betragen.

Eine Höhe der Rippen relativ zur unmittelbar umgebenden Behälterwand kann insbesondere mindestens 1 mm, mindestens 2 mm, mindestens 4 mm oder mindestens 6 mm betragen. Sie kann insbesondere höchstens 2 mm, höchstens 3 mm, höchstens 4 mm, höchstens 6 mm oder höchstens 7 mm betragen. Die Höhe kann dabei insbesondere als Überstand über die unmittelbar benachbarte Behälterwand gemessen werden. Dies kann sowohl innenseitig wie auch außenseitig gelten.

Eine Breite der Rippen kann insbesondere mindestens 20 mm, mindestens 25 mm, mindestens 30 mm oder mindestens 35 mm betragen. Sie kann insbesondere höchstens 25 mm, höchstens 30 mm, höchstens 35 mm oder höchstens 40 mm betragen. Die Breite kann insbesondere axial, also entlang einer Längsrichtung des Druckbehälters, gemessen werden.

Ein Abstand unmittelbar benachbarter Rippen kann insbesondere mindestens 10 mm oder mindestens 15 mm betragen. Er kann insbesondere höchstens 15 mm oder höchstens 20 mm betragen. Ein Abstand kann insbesondere axial, also entlang einer Längsrichtung des Druckbehälters, gemessen werden.

Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass zwischen unmittelbar benachbarten äußeren Rippen eine oder mehrere umlaufende Verstärkungslagen ausgebildet sind. Diese können sich insbesondere in Zwischenräumen zwischen den Rippen befinden. Sie können insbesondere den jeweiligen Zwischenraum axial ausfüllen. Die Rippen können insbesondere im Vergleich zu den Verstärkungslagen weiter vorstehen. Dadurch können sie einen mechanischen Schutz für die Verstärkungslagen bilden.

Die Verstärkungslagen können insbesondere aus kohlefaserverstärktem Kunststoff ausgebildet sein. Dadurch wird eine vorteilhafte zusätzliche Stabilität erreicht. Insbesondere kann die Stabilität mit weniger Material erreicht werden als bei reiner Verwendung von Stahl. Kohlefaserverstärkter Kunststoff kann auch als CFK bezeichnet werden.

Die Verstärkungslagen können insbesondere unidirektional ausgebildet sein. Sie können sich insbesondere entlang eines Umfangs erstrecken. Dadurch wird eine vorteilhafte Aufnahme nach außen gerichteter Kräfte erreicht. Eine Höhe der Rippen kann insbesondere um mindestens 20 % und/oder um höchstens 30 % größer sein als eine Höhe der Verstärkungslagen. Eine Höhe kann insbesondere relativ zu einer umgebenden (im Falle der Rippen) oder darunterliegenden (im Falle der Verstärkungslagen) Behälterwand gemessen werden. Insbesondere kann die Höhe der Rippen um 25 % höher sein als die Höhe der Verstärkungslagen. Damit kann der Tatsache Rechnung getragen werden, dass die Festigkeit von CFK-Material beispielsweise um etwa 25 % höher sein kann als diejenige von Stahl. Beispielsweise kann die Festigkeit von Stahl 2.000 MPa betragen und die Festigkeit von CFK-Material kann 2.500 MPa betragen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführung ist zwischen Behälterwand und Innenraum eine Sperrschicht ausgebildet. Diese Sperrschicht kann insbesondere dazu beitragen, eine Eindiffusion von gasförmigem Brennstoff, insbesondere von Wasserstoff, in die Behälterwand zu verringern oder zu unterbinden. Dies kann sich vorteilhaft auf die langfristigen Eigenschaften der Behälterwand auswirken.

Die Sperrschicht kann insbesondere die Behälterwand vollständig innenseitig auskleiden. Dadurch wird ein lückenloser Schutz der Behälterwand durch die Sperrschicht erreicht. Die Sperrschicht kann auch mindestens 70 %, mindestens 80 % oder mindestens 90 % der Behälterwand innenseitig auskleiden.

Die Sperrschicht kann insbesondere aus Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer (EVOH) ausgebildet sein. Dies hat sich zur Unterbindung von Wasserstoffeindiffusion in die Behälterwand als besonders vorteilhaft erwiesen. Auch andere Materialien können jedoch verwendet werden. Vorteilhaft kann die Sperrschicht einen Ethylengehalt zwischen 20 mol% und 28 mol%, oder insbesondere bevorzugt von 24 mol%, aufweisen. Derartige Ethylengehalte sorgen für eine gute Herstellbarkeit und gleichzeitig für eine gute Unterbindung von Wasserstoffeindiffusion. Auch andere Werten können jedoch verwendet werden. Insbesondere sind diese Werte bevorzugt, wenn die Sperrschicht aus Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer verwendet wird.

Die Sperrschicht kann insbesondere eine Dicke zwischen 80 Dm und 250 □ m aufweisen. Derartige Werte haben sich als vorteilhaft herausgestellt. Es kann beispielsweise eine Dicke von 200 Dm angestrebt werden, um unter Berücksichtigung von Unebenheiten eine Dicke von 130 Dm sicher überall zu erreichen.

Zwischen Sperrschicht und Behälterwand kann vorteilhaft ferner eine Metallschicht angeordnet sein. Diese kann zusätzlich zur Unterbindung von Wasserstoffpermeation beitragen.

Die Metallschicht kann beispielsweise aus Kupfer oder einer Kupferlegierung ausgebildet sein. Sie kann auch aus einem anderen Metall oder einer Metalllegierung ausgebildet sein. Sie kann insbesondere mit einer Sperrschicht aus Kunststoff, beispielsweise wie weiter oben erwähnt, kombiniert werden.

Insbesondere kann bei Verwendung einer Sperrschicht und/oder Metallschicht vorgesehen sein, dass alle Rippen an der Behälterwand außenseitig ausgebildet sind. Diese Kombination hat sich als besonders vorteilhaft im Hinblick auf die Haltbarkeit der Behälterwand erwiesen, insbesondere bei Verwendung von Wasserstoff als gasförmigem Brennstoff. Die Eindiffusion von Wasserstoff wird wirkungsvoll verhindert und gleichzeitig wird über die mittels der außenseitigen Rippen vergrößerte Außenoberfläche eine bessere Abgabe von dennoch eingedrungenem Wasserstoff erreicht.

Des Weiteren kann außenseitig auf der Behälterwand eine Korrosionsschutzschicht aufgebracht sein. Dies kann eine etwaige Korrosion verhindern oder verlangsamen.

Die Korrosionsschutzschicht kann insbesondere aus einer Zink-Nickel- Legierung ausgebildet sein. Dieses Material hat sich für typische Anwendungsfälle als vorteilhaft erwiesen. Insbesondere ermöglicht es eine Ausdiffusion von Wasserstoff zur Umgebung. Auch andere Materialien können jedoch verwendet werden.

Die Korrosionsschicht ist insbesondere vorteilhaft, wenn der Druckbehälter ohne wasserdichtes Gehäuse verwendet wird.

Gemäß einer Ausführung sind eine, einige oder alle Rippen der Behälterwand innenseitig ausgebildet. Die Rippen sind somit zum Innenraum hin ausgebildet und kommen dabei insbesondere mit einem in dem Druckbehälter gelagerten gasförmigen Brennstoff in Kontakt.

Gemäß einer Ausführung sind eine, einige oder alle Rippen an der Behälterwand außenseitig ausgebildet. Diese Rippen kommen typischerweise nicht mit dem im Innenraum gelagerten gasförmigen Brennstoff in Kontakt, sondern kommen mit einer umgebenden Atmosphäre in Kontakt.

Innenseitige und außenseitige Rippen können auch miteinander kombiniert werden. Insbesondere können diese alternierend ausgebildet werden. Dies kann insbesondere bedeuten, dass entlang einer Längsachse des Druckbehälters sich außenseitige und innenseitige Rippen kontinuierlich abwechseln. Insbesondere können die außenseitigen und innenseitigen Rippen entlang der Längsachse unmittelbar aufeinanderfolgen. Sie können jedoch auch bestimmte Abstände zueinander haben.

Die hier offenbarte Technologie betrifft ferner ein Druckbehältersystem. Dieses umfasst zwei oder mehr Druckbehälter wie hierin beschrieben.

Rippen eines, einiger oder aller Druckbehälter greifen dabei in Zwischenräume zwischen Rippen von einem oder mehreren unmittelbar benachbarten Druckbehältern ein.

Durch ein solches Druckbehältersystem können mehrere Vorteile erzielt werden. Durch das Eingreifen der Rippen in Zwischenräume kann insbesondere Platz gespart werden. Durch ein geeignetes Verklemmen der Rippen gegeneinander kann eine stabile Lage der Druckbehälter zueinander festgelegt werden. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine Halteeinrichtung vorhanden sein, welche eine solche Konstellation bewirkt.

Die Längsachsen der Druckbehälter können insbesondere parallel zueinander ausgerichtet sein. Dies ermöglicht eine einfache Ausführung, welche beispielsweise besonders geeignet ist für den Einbau in einen Unterflurbereich eines Kraftfahrzeugs.

Die Rippen unmittelbar benachbarter Druckbehälter können insbesondere ohne axialen Versatz zueinander relativ zu mindestens einem Längsende des Druckbehälters ausgeführt sein. Unmittelbar benachbarte Druckbehälter können insbesondere axial versetzt zueinander angeordnet sein. Dadurch ergibt sich eine Ausführung, in welcher identische Druckbehälter verwendet werden können, wobei ein leichter axialer Versatz der Druckbehälter in Kauf genommen wird. Außerhalb der Rippen können auch Unterschiede zwischen den Druckbehältern bestehen, was der hier relevanten Funktionalität nicht schadet. Unter einer Ausführung der Rippen ohne axialen Versatz zueinander relativ zu mindestens einem Längsende des Druckbehälters kann insbesondere verstanden werden, dass ausgehend von einem jeweiligen Längsende der mindestens zwei betrachteten Druckbehälter die Rippen den gleichen Abstand zu diesem Längsende haben. Dem wird im Druckbehältersystem dann durch einen axialen Versatz der Druckbehälter zueinander Rechnung getragen.

Gemäß einer Ausführung sind die Rippen unmittelbar benachbarter Druckbehälter axial versetzt zum unmittelbar benachbarten Druckbehälter ausgeführt. Unmittelbar benachbarte Druckbehälter sind dabei insbesondere bezüglich eines Längsendes oder beider Längsenden axial unversetzt zueinander angeordnet. Dadurch kann erreicht werden, dass die Druckbehälter sich gleichmäßig entlang ihrer jeweiligen Längsrichtung erstrecken, hierin also keinen Unterschied zu benachbarten Druckbehältern aufweisen. Dies kann eine bessere Bauraumausnutzung und/oder eine bessere Lastenverteilung ermöglichen. Typischerweise sind für eine solche Ausführung zwei unterschiedliche Druckbehälter erforderlich, so dass diese alternierend verwendet werden können und jeweilige Rippen in Zwischenräume benachbarter Druckbehälter eingreifen können.

In Rippen unmittelbar benachbarter Druckbehälter können insbesondere fluchtende Durchgangsbohrungen ausgebildet sein, durch welche ein Befestigungsmittel verläuft. Dadurch kann die Sicherheit des Druckbehältersystems gegen ein eventuelles Verrutschen erhöht werden. Beispielsweise kann es sich bei dem Befestigungsmittel um einen Draht handeln, welcher durch die Durchgangsbohrungen verlaufen kann. Rippen unmittelbar benachbarter Druckbehälter können insbesondere kraftschlüssig miteinander verbunden sein. Dadurch wird eine einfache und zuverlässige Befestigung der Druckbehälter aneinander erreicht.

Die Druckbehälter können insbesondere durch eine gemeinsame Anschlussleitung verbunden sein, wobei ein Druckausgleich zwischen den Druckbehältern zu keinem Zeitpunkt durch Ventile beeinträchtigt wird. Die Anschlussleitung kann beispielsweise ein Tankabsperrventil aufweisen, mit welchem alle Druckbehälter gleichzeitig abgesperrt oder freigegeben werden können. Durch die gemeinsame Anschlussleitung wird sichergestellt, dass zwischen den Druckbehältern jederzeit ein Druckausgleich möglich ist. Dadurch weisen diese den gleichen Innendruck auf. Dies führt im Betrieb, bei schwankenden Drücken, dazu, dass sich die Druckbehälter immer gleich ausdehnen. Und es führt dazu, dass die ineinander verzahnten Rippen immer den gleichen Spalt zur Nachbarrippe beibehalten.

Die hier offenbarte Technologie betrifft ferner ein Kraftfahrzeug mit einem Druckbehältersystem wie hierin beschrieben, wobei das Druckbehältersystem in einem Unterflurbauraum des Kraftfahrzeugs eingebaut ist. Bezüglich des Druckbehältersystems können alle hierin beschriebenen Varianten verwendet werden. Der Einbau eines solchen Druckbehältersystems in einen Unterflurbauraum eines Kraftfahrzeugs bringt insbesondere die Vorteile mit sich, dass das hierin beschriebene Druckbehältersystem besonders gut an eine flache Bauform angepasst ist und dabei sehr kompakt und einfach handzuhaben ist. Ein Unterflurbauraum ist typischerweise ein Bauraum unterhalb der Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeugs, welcher typischerweise relativ flach ist.

Die hier offenbarte Technologie betrifft ferner ein Verfahren zum Ausbilden von Rippen von einer Behälterwand eines Druckbehälters. Für dieses Verfahren werden nachfolgend drei unterschiedliche Vorgehensweisen beschrieben.

Gemäß einer Ausführung erfolgt ein separates Herstellen der Rippen und ein kraftschlüssiges Aufbringen der Rippen auf die Behälterwand mittels Kaltumformen. Dadurch können die Rippen separat hergestellt werden, beispielsweise aus einem anderen Material, oder auch aus dem gleichen Material wie die Behälterwand.

Gemäß einer Ausführung erfolgt ein Beaufschlagen des Druckbehälters mit einem Innendruck, wobei ein Kaltumformen des Druckbehälters zum Ausbilden der Rippen erfolgt. Dazu kann auf das bekannte Verfahren des Kaltumformens zurückgegriffen werden. Dies kann insbesondere angewendet werden, wenn die Rippen aus dem gleichen Material ausgebildet werden sollen wie die Behälterwand.

Gemäß einer Ausführung erfolgt ein separates Herstellen der Rippen und ein thermisches Aufschrumpfen der Rippen auf die Behälterwand. Dadurch können die Rippen separat hergestellt werden, beispielsweise aus einem anderen Material als die Behälterwand, oder auch aus dem gleichen Material. Das Aufschrumpfen stellt eine zuverlässige Technologie zur Verbindung der Rippen mit der Behälterwand dar.

Das Verfahren kann ferner einen Schritt des Einbringens einer Sperrschicht innenseitig an die Behälterwand aufweisen. Dieser kann insbesondere durch Rotomoulding, Blasformen oder Extrusion ausgeführt werden. Derartige Vorgehensweisen haben sich für das Einbringen einer Sperrschicht als vorteilhaft erwiesen. Die Sperrschicht kann insbesondere wie weiter oben beschrieben ausgebildet sein. Ein Rotomoulding-Verfahren kann insbesondere bei einer Temperatur von 190° C bis 270° C durchgeführt werden. Dadurch wird ein geeignetes Material wie EVOH geschmolzen, jedoch nicht hinsichtlich seiner Eigenschaften verschlechtert.

Die Dichtigkeit einer Sperrschicht kann beispielsweise nach der Herstellung mittels Endoskop überprüft werden.

Unter einem Druckbehältersystem kann insbesondere eine Brennstoffversorgungsanlage verstanden werden, welche mehrere Druckbehälter sowie zugehörige Ventile wie beispielsweise Absperrventile, Rückschlagventile und thermische Druckentlastungseinrichtungen beinhaltet, welche zum Separieren und Lagern von gasförmigem Brennstoff, welcher typischerweise unter hohem Druck steht und/oder besonders kalt gelagert wird, in einem Fahrzeug erforderlich sind.

Das Druckbehältersystem kann beispielsweise für ein Kraftfahrzeug (zum Beispiel Personenkraftwagen, Krafträder, Nutzfahrzeuge) verwendet werden. Das Druckbehältersystem dient insbesondere zur Speicherung von unter Umgebungsbedingungen gasförmigem Brennstoff. Das Druckbehältersystem kann beispielsweise in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden, das mit komprimiertem (auch Compressed Natural Gas oder CNG genannt) oder verflüssigtem (auch Liquid Natural Gas oder LNG genannt) Erdgas oder mit Wasserstoff betrieben wird. Das Druckbehältersystem ist typischerweise mit mindestens einem Energiewandler fluidverbunden, der eingerichtet ist, die chemische Energie des Brennstoffs in andere Energieformen umzuwandeln.

Ein solches Druckbehältersystem umfasst typischerweise mindestens einen Druckbehälter, insbesondere einen Composite Overwrapped Pressure Vessel. Der Druckbehälter kann beispielsweise ein kryogener Druckbehälter oder ein Hochdruckgasbehälter sein.

Hochdruckgasbehälter sind ausgebildet, bei Umgebungstemperaturen Brennstoff dauerhaft bei einem nominalen Betriebsdruck (auch Nominal Working Pressure oder NWP genannt) von mindestens 350 barü (= Überdruck gegenüber dem Atmosphärendruck) oder mindestens 700 barü zu speichern. Ein kryogener Druckbehälter ist geeignet, den Brennstoff bei den vorgenannten Betriebsdrücken auch bei Temperaturen zu speichern, die deutlich (zum Beispiel mehr als 50 K oder mehr als 100 K) unter der Betriebstemperatur des Kraftfahrzeugs liegen.

Die Druckbehälter können insbesondere kreisförmige oder ovale Querschnitte aufweisen. Sie können insbesondere ein gemeinsames Absperrventil aufweisen oder sie können separate Absperrventile aufweisen.

Das Tankabsperrventil ist typischerweise ein Ventil, dessen Eingangsdruck (im Wesentlichen) dem Behälterdruck entspricht. Das Tankabsperrventil ist insbesondere ein steuerbares bzw. regelbares und insbesondere stromlos geschlossenes Ventil. In der Verordnung (EU) Nr. 406/2010 der Kommission vom 26. April 2010 zur Durchführung der Verordnung (EG) Nr. 79/2009 des Europäischen Parlaments und des Rates über die Typgenehmigung von wasserstoffbetriebenen Kraftfahrzeugen wird ein solches Tankabsperrventil auch als erstes Ventil bezeichnet.

Mit anderen Worten sind beispielsweise Stahltanks üblicherweise als glatte Zylinder ausgeführt. Es können Rippen an der zylindrischen Tankwand vorgesehen werden. Die Rippen können im Tankinneren oder an der Außenoberfläche angebracht werden. Sie fungieren insbesondere als Verstärkungselemente und ermöglichen es, die Wandstärke (ohne Rippen) zu reduzieren. Dies kann durch FEM-Simulationen bestätigt werden.

Beispielsweise kann ein Stahltank eine Wandstärke von 4,5 mm (ohne Rippen) haben. Dieser kann an der Innenfläche die gleiche maximale Spannung wie ein rippenloser Tank mit 5 mm Wandstärke aufnehmen. Die Rippen können innen, außen oder auch sowohl innen wie auch außen ausgebildet sein.

Die Rippen können beispielsweise aus Metall oder aus CFK (kohlefaserverstärkter Kunststoff) ausgebildet sein. Vor allem bei den äußeren Rippen können vorteilhaft CFK-Umfangswicklungen verwendet werden. Dort ist ein hoher Faservolumengehalt erreichbar und die Carbonfasern werden in Zugrichtung belastet, dort wo sie ihre besten Festigkeitseigenschaften haben. Äußere Rippen aus Metall können als Ringe hergestellt werden und mittels Kaltumformung von außen kraftschlüssig mit dem Tank verbunden werden. Der Tank kann auch mittels Innendruck beaufschlagt werden, so dass er sie plastisch dehnt und damit von innen kaltverformt wird. Denkbar ist auch, dass die Ringe thermisch aufgeschrumpft werden. Über diese Flerstellungsmethoden ist es auch möglich, eine leichte elastische Vorspannung in die Tankwand einzubringen, die der Innendruckbelastung entgegenwirkt und damit die Betriebsfestigkeit verbessert. Mehrere gleiche Tanks können in einem Unterflurtanksystem so angeordnet werden, dass die Rippen versetzt zueinander sind. Eine solche Anordnung hat den Vorteil, dass der Abstand zwischen den Mittelachsen der Tanks kleiner ist, als wenn Tanks ohne Rippen verwendet werden. Wenn man gleiche Tanks verwendet, können sie in Längsrichtung um den Rippenabstand versetzt sein. Alternativ dazu verwendet man zwei unterschiedliche Tanks, deren Rippen versetzt hergestellt sind. Dadurch kann beispielsweise ein Neck-Mounting vereinfacht werden. Auch können die äußeren Rippen dazu genutzt werden, um die Tanks aneinander zu befestigen. In Bohrungen der Rippen kann ein Metalldraht gesteckt werden. Eine solche Befestigung hat einen verbleibenden rotatorischen Freiheitsgrad, der mit einer Momentenabstützung anderweitig ergänzt werden kann. Alternativ dazu können die Rippen kraftschlüssig miteinander verbunden werden, dann haben sie den rotatorischen Freiheitsgrad nicht mehr.

Ein Nenndruck eines Druckbehälters kann beispielsweise 700 bar betragen.

Das Material der Druckbehälter kann beispielsweise nach der Wärmebehandlung folgende Eigenschaften aufweisen:

Zugfestigkeit von mindestens 1.500 MPa, vorzugsweise mindestens 1.700 MPa, besonders vorzugsweise mindestens 1.900 MPa, und/oder 0,2 % Streckgrenze von mindestens 1.100 MPa, vorzugsweise mindestens 1.300 MPa, besonders vorzugsweise mindestens 1.500 MPa, und/oder Bruchdehnung von höchstens 10 %, vorzugsweise höchstens 8 %, besonders vorzugsweise höchstens 6 %.

Die hier offenbarte Technologie wird nun anhand der Figuren beschrieben. Dabei zeigen:

Fig. 1 : einen Druckbehälter gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 2: einen Druckbehälter gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,

Fig. 3: einen Druckbehälter gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,

Fig. 4: ein Druckbehältersystem gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, Fig. 5: ein Druckbehältersystem gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, Fig. 6: ein Druckbehältersystem gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, Fig. 7: das Druckbehältersystem von Fig. 6 in einer anderen Ansicht, und Fig. 8: einen Druckbehälter gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel.

Fig. 1 zeigt rein schematisch einen Druckbehälter 10. Dieser weist eine Behälterwand 20 auf, welche einen Innenraum 15 umschließt. Die Behälterwand 20 weist einen ersten Anschluss 25 und einen zweiten Anschluss 26 auf, durch welche der Innenraum 15 befüllt und entleert werden kann.

Der Druckbehälter 10 ist vorliegend als länglicher, im Querschnitt kreisförmiger Behälter ausgebildet. Der Querschnitt ist dabei quer zur Papierebene von Fig. 1 zu sehen.

Außenseitig sind auf der Behälterwand 20 mehrere Rippen 30 ausgebildet. Diese Rippen 30 stehen nach außen ab. Sie verlaufen im bereits erwähnten Querschnitt, sind parallel zueinander, gleich lang und haben identische Abschnitte zueinander. Mittels dieser außenseitigen Rippen 30 wird der Druckbehälter 10 verstärkt, so dass beispielsweise ein größerer Innendruck verwendet werden kann.

Fig. 2 zeigt rein schematisch einen Druckbehälter 10 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Nachfolgend wird im Wesentlichen lediglich auf die Unterschiede zum ersten Ausführungsbeispiel eingegangen. Bezüglich der sonstigen Elemente sei auf die Beschreibung von Fig. 1 verwiesen. Dies gilt auch für die weiter unten beschriebenen Figuren.

Bei dem Druckbehälter 10 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel sind anstelle der außenseitigen Rippen 30 innenseitige Rippen 40 ausgebildet. Auch diese verlaufen parallel zueinander in jeweiligen Ebenen quer zur Papierebene von Fig. 2, auch diese haben identische Ausdehnungen in Längsrichtung des Druckbehälters 10 und identische Abstände zueinander. Dadurch kann in ähnlicher Weise eine Verstärkung des Druckbehälters 10 erreicht werden.

Fig. 3 zeigt einen Druckbehälter 10 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Dabei sind sowohl außenseitige Rippen 30 wie auch innenseitige Rippen 40 ausgebildet. Wie gezeigt sind die Rippen 30, 40 axial alternierend zueinander, so dass immer eine außenseitige Rippe 30 unmittelbar auf eine innenseitige Rippe 40 folgt. Auch dadurch kann die Festigkeit in vorteilhafter Weise erhöht werden. Alternativ wäre es beispielsweise auch möglich, axiale Abstände zwischen den innenseitigen Rippen 40 und den außenseitigen Rippen 30 vorzusehen.

Fig. 4 zeigt ein Druckbehältersystem 5 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Dabei sind insgesamt vier Druckbehälter 10 gezeigt, bezüglich deren Beschreibung auf Fig. 1 verwiesen sei.

Wie gezeigt sind die Druckbehälter 10 so angeordnet, dass jeweilige außenseitige Rippen 30 in jeweilige Zwischenräume 35 zwischen außenseitigen Rippen 30 der jeweils benachbarten Druckbehälter 10 eingreifen. Da die Druckbehälter 10 alle identisch zueinander ausgeführt sind, erfordert dies einen leichten Versatz entlang der Längsrichtungen der Druckbehälter 10. Dadurch können identische Druckbehälter 10 verwendet werden. Durch das Eingreifen der Rippen 30 in Zwischenräume 35 kann der Platzbedarf verringert werden und es kann eine Stabilität dadurch erreicht werden, dass sich die Rippen 30 mit den sie berührenden Rippen 30 eines jeweiligen benachbarten Druckbehälters 10 formschlüssig verklemmen. Dadurch kann auch eine gewisse kraftschlüssige Verbindung aufgebaut werden, durch welche das Druckbehältersystem 5 stabilisiert wird. Fig. 5 zeigt ein Druckbehältersystem 5 rein schematisch gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Im Gegensatz zur Ausführung von Fig. 4 werden dabei zwei unterschiedliche Typen von Druckbehältern 10 verwendet, nämlich Typ A und Typ B. Diese sind in Fig. 5 eingezeichnet. Die Typen von Druckbehältern 10 unterscheiden sich lediglich insofern, als die außenseitigen Rippen 30 so versetzt zueinander sind, dass die ansonsten identischen Druckbehälter 10 bezüglich ihrer Längsrichtungen ohne axialen Versatz und unmittelbar benachbart zueinander angeordnet werden können und dabei trotzdem jeweilige außenseitige Rippen 30 in jeweilige Zwischenräume 35 benachbarter Druckbehälter 10 eingreifen. Dies erlaubt insbesondere ein einfacheres Neck-Mounting, also eine Lagerung der Druckbehälter 10 an ihren jeweiligen Längsenden.

Die Druckbehälter 10 sind bei der Ausführung von Fig. 5 durch eine gemeinsame Anschlussleitung 7 verbunden. Diese ermöglicht einen jederzeitigen Druckausgleich zwischen den Druckbehältern 10, welcher nicht durch Ventile beeinträchtigt wird. Dadurch haben die Druckbehälter 10 jederzeit den gleichen Innendruck. Im Fall von Druckschwankungen dehnen sie sich somit gleichmäßig aus und ziehen sich gleichmäßig zusammen. Gegenüberliegend zur Anschlussleitung 7 können die Druckbehälter 10 beispielsweise einzeln verschlossen sein, oder sie können anderweitig angeschlossen sein.

Fig. 6 zeigt eine Abwandlung der Ausführung von Fig. 5 dahingehend, dass in den außenseitigen Rippen 30 jeweilige fluchtende Durchgangsbohrungen 32 vorhanden sind, durch welche ein Befestigungsmittel 6 in Form eines länglichen Drahts verläuft. Durch diese Befestigungsmittel 6 können die beiden Druckbehälter 10 formschlüssig miteinander verbunden werden, so dass es unmöglich wird, diese voneinander zu entfernen, ohne vorher das Befestigungsmittel 6 zu lösen. Bei dieser Art der Verbindung verbleibt typischerweise ein Freiheitsgrad in Form einer Drehung um das Befestigungsmittel 6. Dieser Freiheitsgrad kann beispielsweise durch geeignete Stützelemente derart kompensiert werden, dass die Druckbehälter 10 eine definierte Lage zueinander haben.

Fig. 7 zeigt das Druckbehältersystem 5 von Fig. 6 in einer schematischen Querschnittsansicht. Dabei ist zu sehen, dass die Durchgangsbohrungen 32 außenseitig in einer jeweiligen außenseitigen Rippe 30 ausgebildet sind. Die Rippen 30 greifen in jeweilige Zwischenräume 35 der benachbarten Druckbehälter 10 ein und die Durchgangsbohrungen 32 fluchten, so dass das Befestigungsmittel 6 in Form eines länglichen Drahts problemlos durchgeschoben werden kann.

Fig. 8 zeigt einen Druckbehälter 10 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel. Dabei sind zwischen den außenseitig angeordneten Rippen 30 umlaufende Verstärkungslagen 37 aus kohlefaserverstärktem Kunststoff (CFK) angeordnet. Diese haben eine höhere Festigkeit als der vorliegend ansonsten verwendete Stahl und können deshalb einen geringeren Außendurchmesser als die Rippen 30 aufweisen. Die Rippen 30 wirken in diesem Fall als mechanischer Schutz für die Verstärkungslagen 37.

Aus Gründen der Leserlichkeit wurde vereinfachend der Ausdruck „mindestens ein(e)“ teilweise weggelassen. Sofern ein Merkmal der hier offenbarten Technologie in der Einzahl bzw. unbestimmt beschrieben ist (z.B. der/ein Druckbehälter, die/eine Rippe, etc.) so soll gleichzeitig auch deren Mehrzahl mit offenbart sein (z.B. der mindestens eine Druckbehälter, die mindestens eine Rippe, etc.).

Die vorhergehende Beschreibung der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihrer Äquivalente zu verlassen.

Bezugszeichenliste

5 Druckbehältersystem

6 Befestigungsmittel

7 Anschlussleitung

8 Ventil

10 Druckbehälter

15 Innenraum

20 Behälterwand

25 erster Anschluss

26 zweiter Anschluss

30 außenseitige Rippe

32 Durchgangsbohrungen 35 Zwischenräume

37 Verstärkungslagen

40 innenseitige Rippen