Tankvorrichtung zur Speicherung von verdichteten Fluiden mit einer Sen ^¬ sorvorrichtung, Verfahren zur Herstellung einer Sensorvorrichtung der

Tankvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Tankvorrichtung zur Speicherung von verdichte ^¬ ten Fluiden mit einer Sensorvorrichtung, insbesondere für einen Brenn ^¬ stoffzellentank zur Speicherung von Wasserstoff, beispielsweise zur An ^¬ wendung in Fahrzeugen mit Brennstoffzellenantrieb. Ferner betrifft die Er ^¬ findung ein Verfahren zur Herstellung der Sensorvorrichtung und eine

Brennstoffzellenanordnung mit solch einer Tankvorrichtung.

Stand der Technik

Die DE 10 2017 204 240 Al beschreibt eine Tankvorrichtung zur Speicherung von Wasserstoff. Gasförmiger Druckwasserstoff wird u.a. für mobile Anwendun ^¬ gen, bspw. in Kraftfahrzeugen mit einem Druck von 700 bar gespeichert.

Für die Überwachung der Druckverhältnisse in der Tankvorrichtung wer ^¬ den typischerweise Drucksensorvorrichtungen eingesetzt, die aufgrund ih ^¬ res Einsatzbereichs mit Wasserstoff in Kontakt treten. Daher werden die Drucksensorvorrichtungen aus Werkstoffen hergestellt, die in der Regel keine oder nur wenig Anfälligkeit zur Wasserstoff-Versprödung aufweisen.

Heutzutage werden die Sensorvorrichtungen typischerweise aus einem geeigneten Stahl gefertigt, beispielsweise aus der Klasse der Martensite.

Martensite sind kostengünstig und weisen eine hohe mechanische Festig ^¬ keit auf. Dennoch kann auch hier eine Wasserstoff-Versprödung auftreten, was zu einer Beschädigung der Sensorvorrichtung führen kann. Dadurch ist keine präzise Druckangabe mehr möglich, was zu einer Beeinträchtigung der Funktionsweise der Tankvorrichtung führt.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Einrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass durch geeig nete Beschichtungen der Sensorvorrichtung eine Wasserstoff- Diffusions sperre erzeugt wird, so dass der Wasserstoff nicht mehr in direktem Kon takt mit der Sensorvorrichtung steht und so eine höhere Robustheit der Sensorvorrichtung und eine optimierte Funktionsweise der gesamten Tankvorrichtung erzielt wird.

Dazu weist die Tankvorrichtung zur Speicherung von verdichteten Fluiden, insbesondere Wasserstoff, mindestens einen Tankbehälter und eine Sen sorvorrichtung auf. Die Sensorvorrichtung umfasst ein Gewindeanschlus selement mit einer Außenwandung, in welchem Gewindeanschlussele ment eine Druckbohrung ausgebildet ist. Weiterhin weist die Druckboh rung eine Innenwandung auf. Darüber hinaus weist die Innenwandung der Druckbohrung und/oder die Außenwandung des Gewindeanschlussele ments eine Beschichtung auf, wobei das Gewindeanschlusselement Stahl aus der Klasse der Martensite umfasst.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Beschichtung Aluminiumoxid (AI ₂ O3) umfasst.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung umfasst die Beschichtung Chromoxid (Cr203). Vorteilhafterweise kann die Beschichtung Hafniumdioxid (HfCh) umfas ^¬ sen.

Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Be ^¬ schichtung einer in der oben beschriebenen Tankvorrichtung umfassten Sensorvorrichtung mittels eines ALD-Prozesses (atomic layer deposition, Atomlagenabscheidung).

So kann in einfacher Weise die Sensorvorrichtung vor einer Wasserstoff ^¬ versprödung geschützt werden, ohne die Funktionsweise der Sensorvor ^¬ richtung, d.h. die präzise Druckmessung in dem Tankbehälter, zu beein ^¬ trächtigen.

In vorteilhafter Weiterbildung ist es vorgesehen, dass die Beschichtung eine Dicke von 50 nm bis 400 nm aufweist. So ist ein optimaler Schutz der beteiligten Bauteile vor einer Wasserstoff-Versprödung gewährleistet, ohne die Funktionsweise der Sensorvorrichtung zu beeinträchtigen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Druckbohrung mehrstufig ausgebildet ist. Vorteilhafterweise ist die Druck ^¬ bohrung zylinderförmig ausgebildet. Dadurch kann eine konstruktiv einfa ^¬ che und kostengünstige Herstellung erzielt werden.

In vorteilhafter Weiterbildung umfasst die Sensorvorrichtung ein Sensorel ^¬ ement, welches Sensorelement eine drucksensitive Dünnschicht in Form einer Membran aufweist. So kann eine ordentliche Funktionsweise der Sensorvorrichtung erzielt werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Sen ^¬ sorelement mittels einer Schweißnahtverbindung fest mit dem Gewindean ^¬ schlusselement verbunden ist. ln vorteilhafter Weiterbildung ist es vorgesehen, dass das Sensorelement und das Gewindeanschlusselement als einteiliges Bauteil ausgebildet sind, welches einteilige Bauteil mittels eines Siliziumwafer- Prozesses her ^¬ gestellt ist. Dadurch wird ein kompakter Aufbau der gesamten Sensorvor ^¬ richtung erzielt.

In vorteilhafter Weiterbildung ist das Sensorelement aus einem Metall, vor ^¬ zugsweise aus der Klasse der Martensite, hergestellt. So wird neben der Beschichtung der mit Wasserstoff in Kontakt tretenden Stellen des Senso ^¬ relements ein zusätzlicher Schutz vor einer möglichen Wasserstoff-Ver ^¬ sprödung erzielt.

Die beschriebene Tankvorrichtung zur Speicherung von verdichteten Flui ^¬ den eignet sich vorzugsweise in einer Brennstoffzellenanordnung zur Speicherung von Wasserstoff für den Betrieb einer Brennstoffzelle.

Die beschriebene Tankvorrichtung zur Speicherung von verdichteten Flui ^¬ den eignet sich vorzugsweise in einem Fahrzeug mit einem Antrieb mit gasförmigen Kraftstoffen.

Zeichnungen

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele einer Tankvorrichtung zur Speicherung von verdichteten Fluiden mit einer Sensorvorrichtung darge ^¬ stellt. Es zeigt in

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sen ^¬ sorvorrichtung im Längsschnitt,

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sen ^¬ sorvorrichtung im Längsschnitt,

Fig. 3 eine Tankvorrichtung mit einem Ausführungsbeispiel der erfin ^¬ dungsgemäßen Sensorvorrichtung im Längsschnitt. Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Fig.l zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sen ^¬ sorvorrichtung 1 im Längsschnitt. Die Sensorvorrichtung 1 weist ein Sen ^¬ sorelement 2, ein Gewindeanschlusselement 4 und ein Schraubenelement 10 auf. Das Gewindeanschlusselement 4 und das Schraubenelement 10 sind dabei fest miteinander verbunden.

Das Sensorelement 2 weist eine drucksensitive Dünnschicht in Form einer Membran 28 auf und ist mit dem Gewindeanschlusselement 4 über eine Schweißnahtverbindung 8 fest verbunden.

Weiterhin weist das Gewindeanschlusselement 4 eine stufenförmige Druckbohrung 6 mit einer Innenwandung 22 auf, wobei die Druckbohrung 6 an einem dem Schraubenelement 10 abgewandten Ende 32 eine Öff ^¬ nung 30 aufweist. An einem der Öffnung 30 abgewandten Ende der Druckbohrung 6 ist das Sensorelement 2 angeordnet.

Das Gewindeanschlusselement 4 weist eine Außenwandung 24 auf, an der ein Gewinde 26 ausgebildet ist.

Weiterhin sind das Gewindeanschlusselement 4 und das Sensorelement 2 aus einem Metall der Klasse der Martensite, beispielsweise 1.4542, herge ^¬ stellt.

Fig.2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung 1 im Längsschnitt.

Bauteile mit gleicher Funktion wurden mit derselben Bezugsziffer bezeich ^¬ net. Das zweite Ausführungsbeispiel entspricht in Funktion und Aufbau wei ^¬ testgehend dem ersten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist hier das Sensorelement 2 und das Gewindean ^¬ schlusselement 4 als ein einteiliges Bauteil ausgebildet. Dabei wird das Sensorelement 2 mittels Siliziumwafer- Prozesse auf das Gewindean ^¬ schlusselement 4 aufgeglast. So können im Gegensatz zu einer Verwen ^¬ dung mit einer Schweißnahtverbindung höhere Druckbereiche erzielt wer ^¬ den.

Weiterhin ist die Druckbohrung 6 hier zylinderförmig ausgebildet.

In den beiden Ausführungsbeispielen ist die Innenwandung 22 der Druck ^¬ bohrung und Teile der Außenwandung 24 mit Ausnahme des Gewindes 26 mit einer Beschichtung 12 mittels eines ALD-Prozesses (atomic layer deposition, Atomlagenabscheidung) ausgebildet. Dabei handelt es sich um ein Verfahren, das mittels chemischer Reaktionen sehr dünne Schich ^¬ ten eines Ausgangsmaterials auf einem Substratmaterial, hier die Innen ^¬ wandung 22 bzw. die Außenwandung 24, abscheidet.

Es werden insbesondere die Stellen der Sensorvorrichtung 1 mit einer Be ^¬ schichtung 12 behaftet, die mit gasförmigem Medium, beispielsweise Wasserstoff, in Berührung kommen. Die Beschichtung 12 weist dabei eine Dicke von 50 nm bis 400 nm auf. So kann eine Wasserstoff- Diffusions ^¬ sperre erzielt werden, so dass der Wasserstoff nicht durch das Gewinde ^¬ anschlusselement 4 durch diffundieren kann, was zu einem Leck in der Tankvorrichtung 14 führen könnte. Die Beschichtung 12 umfasst hier Alu ^¬ miniumoxid (AI2O3).

Neben Aluminiumoxid (AI2O3) sind auch Beschichtungen möglich, die Chromoxid (Cr203) oder Hafniumdioxid (HfCh) umfassen. Fig.3 zeigt eine Tankvorrichtung 14 zur Speicherung von verdichteten Flu iden, insbesondere Wasserstoff, in schematischer Ansicht. Diese Tankvor richtung 14 findet beispielsweise Anwendung in Fahrzeugen mit Brenn stoffzellenantrieb.

Die Tankvorrichtung 14 weist einen Tankbehälter 18 auf, in dem die Sen sorvorrichtung 1 integriert ist. Weiterhin versorgt die Tankvorrichtung 14 über eine Verbindungsleitung 20 eine Brennstoffzellenanordnung 16 mit Wasserstoff,

Die Anzahl der Tankbehälter 18 kann dabei beliebig gewählt werden, wo bei jeder Tankbehälter 18 jeweils eine Sensorvorrichtung 1 aufweist, durch welche der Druck und die Füllstandshöhe in dem jeweiligen Tankbehälter 18 präzise ermittelt werden kann.