- Was ist eine Wasserstofftank Inner Liner?
- Was ist die Hauptfunktion des Wasserstofftank Inner Liners?
- Welche verschiedenen Arten von Wasserstofftank Inner Liner gibt es?
- Welche Materialien werden üblicherweise für Wasserstofftank Inner Liners verwendet?
- Wie werden Wasserstofftank Inner Liner normalerweise hergestellt?
- Welches sind die wichtigsten Leistungsmerkmale eines Wasserstofftank Inner Liners?
- Welche Faktoren sollten bei der Auswahl eines Wasserstofftank Inner Liner berücksichtigt werden?
- Welchem Druck oder welcher Temperatur kann ein Innenbehälter maximal standhalten?
- Auf welche Weise kann der Innerliner beschädigt werden?
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Was ist eine Wasserstofftank Inner Liner?
Eine Wasserstofftank Inner Liner ist ein wichtiger Bestandteil eines Wasserstoffspeichersystems. Der Innenbehälter ist im Wesentlichen die innerste Schicht des Wasserstofftanks und dient der Aufnahme des Wasserstoffs. Der Innenbehälter eines Wasserstofftanks dient als Basis für einen Verbunddruckbehälter und ist das zentrale Bauteil des Druckbehälters. Die Innenauskleidung besteht in der Regel aus einem Material, das das unter hohem Druck stehende Wasserstoffgas sicher aufnehmen kann. Sie dient als innere Hülle des Tanks, nimmt den Wasserstoff auf, schließt ihn ein und dichtet den Inhalt des Druckbehälters gegen die Umgebung ab. Durch die Umwicklung des Innenbehälters mit Kohlefasern erhält der Wasserstofftank seine Steifigkeit gegen Drücke bis zu 700 bar.
Was ist die Hauptfunktion des Wasserstofftank Inner Liners?
Die Hauptfunktion einer Wasserstofftank Inner Liner besteht darin, einen gasdichten Speicherraum für den Wasserstoffbrennstoff zu schaffen, um das im Zylinder gespeicherte Wasserstoffgas einzuschließen und zu schützen. Da es sich bei Wasserstoff um ein sehr flüchtiges Gas handelt, ist ein hohes Maß an Sicherheitsvorkehrungen erforderlich, um ein Auslaufen oder Entweichen des Gases zu verhindern. Die innere Auskleidung spielt eine entscheidende Rolle bei der Erfüllung dieser Funktion, indem sie eine Barriere bildet, die das Eindringen von Wasserstoff und den Verlust während der Lagerung über einen langen Zeitraum minimiert.
Inner Liner, insbesondere aus Polyamid, Polyethylen und Cross-Polyethylen, haben den Vorteil einer minimalen Durchlässigkeit für Wasserstoff. Das bedeutet, dass sie eine sehr gute Barriere gegen das flüchtige Gas bilden können, was zu minimalen Verlusten während der Lagerung führt.
- Polymer-Innenbehälter: Die thermoplastische Innenauskleidung dient als gasdichter Speicher. Bei der Auswahl der Materialien für die Innenauskleidung ist es wichtig, die Barriereeigenschaften des Materials zu berücksichtigen, um sicherzustellen, dass es den Wasserstoffbrennstoff wirksam einschließen kann.
- Verbundwerkstoff: Der Verbundwerkstoff ist der tragende Teil des Verbunddruckbehälters und dient zur Aufnahme der Last.
- Nippel: Das Nippelteil aus Metall stellt die Verbindungsstelle zwischen dem Liner und dem Füll- und Auslassventil dar.
Welche verschiedenen Arten von Wasserstofftank Inner Liner gibt es?
Typ I: Die Inner Liner eines Druckbehälters vom Typ I besteht hauptsächlich aus einer metallischen Wand (in der Regel aus Stahl). Die Nenndrücke für diesen Behältertyp liegen in der Regel im Bereich von 200 bar und werden häufig in der Gasindustrie verwendet. Dort werden solche Behälter sowohl als Transportbehälter als auch für stationäre Anwendungen eingesetzt.
Typ II: Druckbehälter vom Typ II haben zusätzlich zur Metallwand eine Beschichtung aus harzimprägnierten Glas- oder Kohlenstofffasern. Bei Druckbehältern des Typs II wird diese Beschichtung vollständig um den zylindrischen Teil des Behälters herum angebracht. Dies führt zum einen zu einem leichten Gewichtsvorteil aufgrund der geringeren Wandstärken, die angegeben werden können. Darüber hinaus können Drücke von bis zu 1000 bar erreicht werden, so dass Druckbehälter vom Typ II vor allem in stationären Anwendungen wie z. B. als Speichertanks an Wasserstofftankstellen eingesetzt werden.
Typ III: Gefäße des Typs III haben eine Inner Liner aus Metall (in der Regel Aluminium) und in der Regel eine Kohlefaserumhüllung um das gesamte Gefäß. In diesem Fall trägt die Kohlefaserumwicklung den größten Teil der Last. Dieser Typ unterscheidet sich von den Typen I und II durch seine besonders hohe gravimetrische Energiedichte, so dass er heute vor allem für mobile Anwendungen, zum Beispiel in Brennstoffzellenfahrzeugen, eingesetzt wird. Typische Drücke in mobilen Anwendungen sind 350 oder 700 bar. Er ist natürlich auch für stationäre Anwendungen geeignet, allerdings sind die höheren Materialkosten gegenüber den Typen I und II zu berücksichtigen.
Typ IV: Der Druckbehälter vom Typ IV ist der jüngste Druckbehälter, der derzeit in Serie hergestellt wird. Die Liner Liner besteht aus Kunststoff (in der Regel Polyamid oder Polyethylen), und der Mantel ist in der Regel aus Kohlefaser, wie beim Typ III-Behälter. Diese Bauweise verleiht dem Druckbehälter einen weiteren Gewichtsvorteil gegenüber den anderen drei Typen. Der Druckbehälter des Typs IV wird sowohl im Transportsektor als auch im mobilen Bereich eingesetzt.
Welche Materialien werden üblicherweise für Wasserstofftank Inner Liners verwendet?
Die für die Wasserstofftank Inner Liner verwendeten Materialien hängen von der Art des Tanks ab. Die für die einzelnen Behältertypen üblicherweise verwendeten Materialien sind folgende:
- Typ I: In der Regel wird für die Wasserstofftank Inner Liner des Typs I Stahl verwendet. Diese Tanks bestehen aus einer einzigen Stahlschicht ohne Verstärkungsfasern.
- Typ II: In der Regel wird auch für die Wasserstofftank Inner Liner des Typs II Stahl verwendet. Im Gegensatz zu Typ I verfügen Tanks des Typs II jedoch über eine Schicht aus Verstärkungsfasern wie Glas oder Kohlenstoff, die in eine Harzmatrix eingebettet sind, um die Festigkeit des Tanks zu erhöhen.
- Typ III: In der Regel wird für die Wasserstofftank Inner Liner des Typs III Aluminium verwendet. Diese Tanks haben eine Schicht aus einer Aluminiumlegierung, die mit verstärkenden Fasern, wie Kohlenstoff oder Glas, und einer Harzmatrix umwickelt ist.
- Typ IV: Polyamid, PE, XPE werden üblicherweise für die Wasserstofftank Inner Liner des Typs IV verwendet. Diese Tanks bestehen aus einer Kunststoffauskleidung, in der Regel aus Polyamid, die mit Lagen von Verstärkungsfasern, wie Kohlenstoff oder Glas, und einer Harzmatrix umhüllt ist. Die Kunststoffauskleidung dient als Barriere für das Wasserstoffgas, während die Verstärkungsfasern dem Tank Festigkeit verleihen.
Es ist wichtig zu wissen, dass die für die Wasserstofftank Inner Liner verwendeten Materialien mit dem Wasserstoffgas kompatibel sein müssen, da es bei bestimmten Materialien zu Versprödung oder Spannungsrissen führen kann. Daher ist die Auswahl der Materialien für Wasserstofftankauskleidungen ein entscheidender Aspekt für die Sicherheit und Zuverlässigkeit von Wasserstoffspeichersystemen.
Wie werden Wasserstofftank Inner Liner normalerweise hergestellt?
Das Herstellungsverfahren für Wasserstofftank Inner Liner hängt von der Art des Tanks und dem verwendeten Material ab.
- Bei Tanks des Typs I und II, für die in der Regel Stahl oder Aluminium verwendet wird, umfasst das Herstellungsverfahren in der Regel Tiefziehen, Walzen oder Schweißen. Diese Verfahren werden eingesetzt, um das Metall in die gewünschte Form des Innenbehälters zu bringen.
- Bei Tanks des Typs III, für die ebenfalls Aluminium verwendet wird, wird die Innenauskleidung in der Regel durch Wickeln eines Blechs aus einer Aluminiumlegierung um einen Dorn und anschließendes Umwickeln der Aluminiumauskleidung mit Verstärkungsfasern und einer Harzmatrix hergestellt. Der entstandene Liner wird dann ausgehärtet und bildet eine starre Struktur.
- Für Tanks des Typs IV, bei denen eine Kunststoffliner mit Verstärkungsfasern und einer Harzmatrix verwendet wird, gibt es zwei wichtige Herstellungsverfahren für die Innenauskleidung: Rotationsformen und Extrusionsblasformen. Beim Rotationsgießen wird ein Kunststoff in einer Form erhitzt, die langsam um mehrere Achsen gedreht wird, um den Kunststoff gleichmäßig zu verteilen und eine hohle Auskleidung zu schaffen. Beim Extrusionsblasformen wird ein Kunststoffschlauch extrudiert, der dann wie ein Ballon aufgeblasen wird und die gewünschte Form des Innenbehälters annimmt.
Insgesamt erfordert der Herstellungsprozess von Wasserstofftank-Innenbehältern viel Liebe zum Detail und eine strenge Qualitätskontrolle, um sicherzustellen, dass das Endprodukt für die Speicherung von Wasserstoffgas sicher und zuverlässig ist.
Welches sind die wichtigsten Leistungsmerkmale eines Wasserstofftank Inner Liners?
Zu den wichtigsten Leistungsmerkmalen eines Wasserstofftank Inner Liners gehören:
- Widerstand gegen Wasserstoffpermeation: Die Wasserstofftank Inner Liners muss eine geringe Permeabilität aufweisen, um das Austreten von Wasserstoffgas zu verhindern. Das für die Innenauskleidung verwendete Material sollte eine hohe Beständigkeit gegen Wasserstoffpermeation aufweisen.
- Mechanische Festigkeit: Der Innenbehälter muss in der Lage sein, den Belastungen standzuhalten, die beim Befüllen, Lagern und Entleeren des Tanks auftreten. Das Material sollte eine hohe mechanische Festigkeit, Haltbarkeit und Beständigkeit gegen Rissbildung, Reißen und Durchstoßen aufweisen.
- Kompatibilität mit Wasserstoff: Das Material des Innenbehälters muss mit Wasserstoffgas verträglich sein und darf nicht chemisch mit ihm reagieren. Dies ist wichtig, um zu verhindern, dass sich das Material des Innenbehälters im Laufe der Zeit zersetzt, was zu einem Wasserstoffaustritt führen könnte.
- Beständigkeit gegen hohe Temperaturen und hohen Druck: Wasserstoffgas wird unter hohem Druck und bei niedrigen Temperaturen gespeichert. Der Innenbehälter muss diesen Bedingungen ohne Beschädigung oder Verformung standhalten können.
- Geringes Gewicht: Um die Menge an Wasserstoff, die in einem Tank gespeichert werden kann, zu maximieren, sollte das Material der Innenauskleidung leicht sein. Dies ist besonders wichtig für Anwendungen, bei denen das Gewicht ein kritischer Faktor ist, wie z. B. in der Luft- und Raumfahrt oder in der Automobilindustrie.
- Herstellung und Verarbeitung: Das Material des Innenbehälters sollte sich leicht herstellen und in der gewünschten Form und Größe verarbeiten lassen. Außerdem sollte es kostengünstig und leicht verfügbar sein.
Welche Faktoren sollten bei der Auswahl eines Wasserstofftank Inner Liner berücksichtigt werden?
Bei der Auswahl eines Wasserstofftank Inner Liner sollten mehrere Faktoren berücksichtigt werden, um sicherzustellen, dass der Innenbehälter die spezifischen Anforderungen der Anwendung erfüllt. Bei der Auswahl eines Innenfutters sind unter anderem folgende Faktoren zu berücksichtigen:
- Kosten und Gewicht: Die Kosten und das Gewicht des Innenbehälters können wichtige Faktoren sein, vor allem bei Anwendungen, bei denen Gewicht und Kosten kritische Designüberlegungen sind.
- Auswahl der Materialien: Die funktionellen Eigenschaften der für die Wasserstofftank Inner Liner verwendeten Materialien sollten auf die spezifischen Anforderungen der Anwendung abgestimmt sein. So sind beispielsweise die thermischen Eigenschaften der Auskleidung, wie Wärmealterungsbeständigkeit und Beständigkeit gegen extreme Temperaturen, wichtige Faktoren.
- Typ, Druckstufe und Permeation: Bei der Auswahl eines Innenbehälters sollten auch die Art des Behälters, die Druckstufe und die Anforderungen an die Permeation berücksichtigt werden. Verschiedene Arten von Tanks können unterschiedliche Materialien oder Auskleidungskonstruktionen erfordern, und die Anforderungen an Druck und Permeation können bestimmte Auskleidungseigenschaften oder -konfigurationen vorschreiben.
Welchem Druck oder welcher Temperatur kann ein Innenbehälter maximal standhalten?
Der maximale Druck oder die maximale Temperatur, die ein Innenbehälter aushalten kann, hängt von mehreren Faktoren ab, darunter das verwendete Material, die Konstruktion des Tanks und die spezifischen Betriebsbedingungen.
So können beispielsweise Innenbehälter des Typs IV aus Kunststoffen wie Polyamid, PE und XPE im Allgemeinen Temperaturen von -40°C bis 125°C standhalten.
Was die Druckstufen betrifft, so kann ein Druckbehälter des Typs IV (mit Kohlenstofffasern umwickelt) normalerweise einem Betriebsdruck von 350 oder 700 bar ausgesetzt werden, wobei der Berstdruck bei etwa 1.750 bar liegt. Die Umhüllung des Innenbehälters ist so konzipiert, dass sie den Druck aufnimmt und der gesamten Tankstruktur zusätzliche Festigkeit verleiht.
Es ist wichtig zu beachten, dass der maximale Druck oder die maximale Temperatur, die ein Innenbehälter aushalten kann, immer innerhalb der vom Hersteller angegebenen Betriebsgrenzen liegen und für die jeweilige Anwendung geeignet sein sollte. Jede Abweichung von den festgelegten Grenzwerten kann die Sicherheit und Zuverlässigkeit des Wasserstoffspeichersystems beeinträchtigen.
Auf welche Weise kann der Innerliner beschädigt werden?
Es gibt mehrere Möglichkeiten, wie die Wasserstofftank Inner Liner beschädigt werden kann, unter anderem:
- Mechanische Schäden: Der Liner kann durch Stöße, Kratzer, Abrieb oder andere Formen von physischen Schäden beschädigt werden. Dies kann bei der Handhabung, dem Transport, der Installation oder während des Betriebs des Tanks geschehen.
- Chemische Schäden: Der Kontakt mit bestimmten Chemikalien oder Gasen kann das Auskleidungsmaterial beschädigen und zu Zersetzung, Aufquellen oder anderen Formen chemischer Schäden führen.
- Thermische Schäden: Übermäßige Hitze oder Kälte kann dazu führen, dass sich das Auskleidungsmaterial ausdehnt oder zusammenzieht, was zu Rissen, Brüchen oder anderen Formen von thermischen Schäden führt.
- Ermüdungsschäden: Im Laufe der Zeit können die wiederholten Zyklen von Druck- und Temperaturänderungen Ermüdungsschäden am Auskleidungsmaterial verursachen, die zu Rissen, Brüchen oder anderen Formen von Ermüdungsschäden führen.
Inhaltbeigetragen von Elkamet
Elkamet ist Experte auf dem Gebiet der Entwicklung und Herstellung von Tanks. In den vergangenen Jahren haben sie ihre Entwicklungskompetenz in die Entwicklung von Kunststoffinnenschichten für eine Vielzahl von Anwendungen eingebracht und sich zu Spezialisten auf diesem Gebiet entwickelt. Elkamet ist seit vielen Jahren Lieferant für die Innenauskleidung von CNG-Tanks und in den letzten Jahren auch stark an vielen Projekten für H2-Liner beteiligt. Von den Produktionsstätten in Wilhelmshütte (GER), Myslinka (CZ) und East Flat Rock (US) aus liefert Elkamet jedes Jahr mehr als 700.000 im Rotations- und Blasformverfahren hergestellte Teile an seine Kunden. Alle ihre Standorte sind nach IATF 16949 zertifiziert.
Letzte Aktualisierung: 24.05.2023