DE102014006371A1

DE102014006371A1 - Wasserstoffspeicher-Herstellvorrichtung nebst Verfahren hierzu und Wasserstoffspeicher

Info

Publication number: DE102014006371A1
Application number: DE102014006371.2A
Authority: DE
Inventors: Antonio Casellas; Klaus Dollmeier; Eberhard Ernst; Thomas Schupp
Original assignee: GKN Sinter Metals Engineering GmbH
Current assignee: Gkn Powder Metallurgy De GmbH
Priority date: 2014-05-05
Filing date: 2014-05-05
Publication date: 2015-11-05
Also published as: WO2015169746A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wasserstoffspeicher-Herstellvorrichtung umfassend eine zu befüllende Kavität, zumindest eine erste Materialzuführung eines ersten Materials und eine zweite Materialzuführung eines zweiten Materials, wobei die erste und die zweite Materialzuführung getrennt voneinander angeordnet sind, mit einer Zuführvorrichtung zum Zuführen des zumindest ersten und des zweiten Materials in die zu befüllende Kavität, wobei das erste Material ein primär wasserstoffspeicherndes Material ist, und das zweite Material ein primär wärmeleitendes Material ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wasserstoffspeicher-Herstellvorrichtung umfassend eine zu befüllende Kavität, eine Zuführvorrichtung zur Verwendung in einer Wasserstoffspeicher-Herstellvorrichtung, ein Verfahren zur Herstellung eines Wasserstoffspeichers und ein Wasserstoffspeicher mit einem Verbundmaterial.
Es ist bekannt, dass für einen Wasserstoffspeicher ein wasserstoffspeicherndes Material aber auch ein wärmeleitendes Material benötigt werden, da bei der Nutzung des Wasserstoffspeichers endotherme wie auch exotherme Reaktionen auftreten.
Dieser Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Herstellung eines Wasserstoffspeichers zu vereinfachen
Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Wasserstoffspeicher-Herstellvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, mit einer Zuführvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8, mit einem Verfahren zur Herstellung eines Verbundmaterials eines Wasserstoffspeichers mit den Merkmalen des Anspruchs 11 und einem Wasserstoffspeicher mit den Merkmalen des Anspruchs 18. Vorteilhafte Merkmale, Ausgestaltungen und Weiterbildungen gehen aus der nachfolgenden Beschreibung, den Figuren wie auch aus den Ansprüchen hervor, wobei einzelne Merkmale aus einer Ausgestaltung nicht auf diese beschränkt sind. Vielmehr sind ein oder mehrere Merkmale aus einer Ausgestaltung mit einem oder mehreren Merkmalen einer anderen Ausgestaltung zu weiteren Ausgestaltungen verknüpfbar. Insbesondere sind die jeweiligen unabhängigen Ansprüche auch jeweils miteinander kombinierbar. Auch dienen die Formulierungen der unabhängigen Ansprüche 1, 8, 11 und 18 in ihrer angemeldeten Form nur als ein erster Entwurf der Formulierungen des zu beanspruchenden Gegenstands. Ein oder mehrere Merkmale der Formulierungen können daher ausgetauscht wie auch weggelassen werden, ebenso aber auch zusätzlich ergänzt werden. Auch können die anhand eines speziellen Ausführungsbeispiels angeführten Merkmale auch verallgemeinert beziehungsweise bei anderen Ausführungsbeispielen, insbesondere Anwendungen ebenfalls eingesetzt werden.
Es wird eine Wasserstoffspeicher-Herstellvorrichtung vorgeschlagen umfassend eine zu befüllende Kavität, zumindest eine erste Materialzuführung eines ersten Materials und eine zweite Materialzuführung eines zweiten Materials, wobei die erste und die zweite Materialzuführung getrennt voneinander angeordnet sind, mit einer Zuführvorrichtung zum Zuführen des zumindest ersten und des zweiten Materials in die zu befüllende Kavität, wobei das erste Material ein primär wasserstoffspeicherndes Material ist, und das zweite Material ein primär wärmeleitendes Material ist.
Der Begriff Wasserstoffspeicher beschreibt einen Vorratsbehälter in dem Wasserstoff gespeichert werden kann. Dabei können konventionelle Methoden zur Speicherung und Lagerung von Wasserstoff verwendet werden, beispielsweise Druckgasspeicherung, wie Speicherung in Druckbehältern durch Verdichten mit Kompressoren oder Flüssiggasspeicherung, wie Speicherung in verflüssigter Form durch Kühlung und Verdichten. Weitere alternative Formen der Speicherung von Wasserstoff basieren auf Feststoffen oder Flüssigkeiten, beispielsweise Metallhydridspeicher, wie Speicherung als chemische Verbindung zwischen Wasserstoff und einem Metall bzw. einer Legierung, oder Adsorptionsspeicherung, wie adsorptive Speicherung von Wasserstoff in hochporösen Materialien. Weiterhin sind für Lagerung und Transport von Wasserstoff auch Wasserstoffspeicher möglich, die den Wasserstoff temporär an organische Substanzen binden, wobei flüssige, drucklos speicherbare Verbindungen entstehen, so genannter ”chemisch gebundener Wasserstoff”.
Der Begriff Schichten beschreibt, dass vorzugsweise ein Material, aber auch zwei oder mehr Materialien in einer Lage angeordnet sind und diese sich als Lage von einer direkten Umgebung abgrenzen lässt. So können beispielsweise unterschiedliche Materialien nacheinander lose übereinander aufgeschüttet werden, so dass benachbarte Schichten sich unmittelbar berühren. In einer bevorzugten Ausgestaltung kann die hydrierbare Schicht unmittelbar benachbart zu einer wärmeleitfähigen Schicht angeordnet sein, so dass die entstehende Wärme bei der Wasserstoffaufnahme und/oder Wasserstoffabgabe von dem hydrierbaren Material direkt an die benachbarte Schicht abgegeben werden kann.
Unter der Schwerpunktmäßigkeit zumindest eine der folgenden Funktionen primäre Wasserstoffspeicherung, primäre Wärmeleitung, primäre Dehnungskompensation und/oder primäre Gasdurchführung ist zu verstehen, dass die jeweilige Schicht zumindest diese als eine Hauptaufgabe in dem zweiten Bereich des Verbundmaterials wahrnimmt. So ist es möglich, dass ein eine Schicht primär zur Wasserstoffspeicherung genutzt wird, gleichzeitig aber auch in der Lage ist, zumindest eine gewisse Wärmeleitfähigkeit zur Verfügung zu stellen. Dabei ist es aber beispielsweise vorgesehen, dass zumindest eine andere Schicht vorhanden ist, die primär eine Wärmeleitung übernimmt, das bedeutet, über die die größte Wärmemenge aus dem verpressten Materialverbund abgeleitet wird. Hierbei kann wiederum die primär gasdurchführende Schicht genutzt werden, durch die zum Beispiel der Wasserstoff in den Materialverbund hineingeleitet aber auch zum Beispiel heraus geleitet wird. Hierbei kann über das durchströmende Fluid aber auch Wärme mitgenommen werden.
Das hydrierbare Material kann den Wasserstoff aufnehmen und bei Bedarf wieder abgeben. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Material Partikel, Granulate, Fasern, vorzugsweise geschnittene Fasern, Flakes und/oder sonstige Geometrien. Insbesondere kann das Material auch plattenförmig oder pulverartig ausgebildet sein. Durch eine Vielzahl an unterschiedlichen Geometrien des Materials kann das Material in einer Vielzahl an unterschiedlichen Wasserstoffspeichern verwendet werden. In einer bevorzugten Ausgestaltung kann das Material aus Metall bestehen, insbesondere aus Magnesium, Titan, Eisen und/oder aus einer Metalllegierung umfassend Magnesium, Titan oder Eisen bestehen. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung kann das Material Metall, insbesondere Magnesium, Titan, Eisen und/oder eine Metalllegierung daraus umfassen. So kann neben Magnesium, Titan oder Eisen das Material andere hydrierbare aber auch nichthydrierbare Metalle umfassen bzw. daraus bestehen, beispielweise als Reinmetalle, als Metalllegierungen, als intermetallische Phasen sowie Mischungen daraus. Insbesondere können zum Einsatz kommen:

– Erdalkalimetall- und Alkalimetallalanate,
– Erdalkalimetall- und Alkalimetallborhydride,
– Metal-Organic-Framewoks (MOF's)/Metall-organische Gerüste, und/oder
– Clathrate,

Bezüglich Hydride und deren Eigenschaften wird auf die Tabellen 1 bis 4 in B. Sakietuna et al, International Journal of Energy, 32 (2007), S. 1121–1140 im Rahmen der Offenbarung verwiesen.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass ein Niedertemperaturhydrid mit einem Hochtemperaturhydrid zusammen eingesetzt werden. So kann gemäß einer Ausgestaltung vorgesehen sein, dass beispielweise das Niedertemperaturhydrid und das Hochtemperaturhydrid gemischt in einer Schicht eines zweiten Bereichs vorgesehen sind. Auch können diese jeweils getrennt voneinander in unterschiedlichen Schichten, insbesondere auch in unterschiedlichen zweiten Bereichen angeordnet sein. So kann zum Beispiel vorgesehen sein, dass zwischen diesen zweiten Bereichen ein erster Bereich angeordnet ist. Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass ein erster Bereich eine Mischung aus Nieder- und Hochtemperaturhydrid in der Matrix verteilt aufweist. Auch besteht die Möglichkeit, dass verschiedene erste Bereiche entweder ein Niedertemperaturhydrid oder ein Hochtemperaturhydrid aufweisen.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass der Wasserstoffspeicher einen Hochtemperaturhydridbereich und einen Niedertemperaturhydridbereich aufweist. Die Hochtemperaturhydride können Temperaturen von über 350°C erzeugen, welches abgeführt werden muss. Diese Wärme wird sehr schnell freigesetzt und kann zum Beispiel zu einer Aufheizung von einer Komponente genutzt werden, die in Verbindung mit dem Wasserstoffspeicher steht. Als Hochtemperaturhydrid kann beispielweise Metallpulver auf der Basis von Titan genutzt werden. Das Niedertemperaturhydrid hingegen weist bevorzugt eine Temperatur in einem Bereich vorzugsweise zwischen –55°C und 155°C auf, insbesondere bevorzugt in einem Temperaturbereich zwischen 80°C Und 140°C auf. Ein Niedertemperaturhydrid ist beispielsweise Ti_0,8Zr_0,2CrMn oder Ti_0,98Zr_0,02V_0,43Cr_0,05Mn_1,2. Eine Ausgestaltung sieht vor, dass Wasserstoff vom Hochtemperaturhydridbehälter in den Niedertemperaturhydridbehälter übergeht oder umgekehrt, und jeweils dort gespeichert wird. Beispielhaft und im Rahmen der Offenbarung wird hierfür hiermit auf die DE 36 39 545 C1 verwiesen.
Des Weiteren kann zum Beispiel für eine Matrix eine Carbonmatrix genutzt werden, in die das Niedertemperaturhydrid eingelassen ist. Zum Beispiel geht aus der Dissertation an der Universität Utrecht mit dem Titel „Carbon matrix confined sodium alanate for reversible hydrogen storage" von J. Gao, abrufbar unter http://dspace.library.uu.nl/handle/1874/256764 hervor, wie denn für das zu verwendende hydrierbare Material und die Matrix aufeinander abgestimmt werden können, so dass auch bei niedrigeren Temperaturen der daraus hergestellte Wasserstoffspeicher betrieben werden kann. Im Rahmen der Offenbarung wird auf den diesbezüglichen Inhalt dieser Druckschrift verwiesen.
Weiterhin kann zumindest eine Komponente des Verbundmaterials in einem Sinterprozess hergestellt worden sein. Bei einem Sinterprozess werden feinkörnige, keramische oder metallische Stoffe erhitzt, wobei die Temperaturen jedoch unterhalb der Schmelztemperatur der Hauptkomponenten bleiben, so dass die Gestalt des Werkstückes erhalten bleibt. Dabei kommt es in der Regel zu einer Schwindung, weil sich die Partikel des Ausgangsmaterials verdichten und Porenräume aufgefüllt werden. Man unterscheidet grundsätzlich das Festphasensintern und das Flüssigphasensintern, bei dem es auch zu einer Schmelze kommt. Durch die Temperaturbehandlung des Sinterns wird aus einem fein- oder grobkörnigen Grünkörper, der in einem vorangegangenen Prozessschritt, beispielsweise mittels Extrusion oder axialem Pulverpressen geformt wurde, ein festes Werkstück. Das Sintererzeugnis erhält erst durch die Temperaturbehandlung seine endgültigen Eigenschaften, wie Härte, Festigkeit oder Temperaturleitfähigkeit, die im jeweiligen Einsatz erforderlich sind. So kann auf diese Weise beispielweise eine offenporige Matrix geschaffen werden, in die das hydrierbare Material eingelassen wird. Auch besteht die Möglichkeit, auf diese Weise Kanalstrukturen zu schaffen, die beispielsweise gasführend sind und in den Wasserstoffspeicher eingesetzt werden.
Eine Weiterbildung der Wasserstoffspeicher-Herstellvorrichtung sieht vor, dass die zu befüllende Kavität vorzugsweise rund ist und vorzugsweise eine Kontaktfläche vorgesehen ist, die zumindest auf eine Oberfläche des in die Kavität eingefüllten zumindest ersten und/oder zweiten Material verfahrbar und entlang dieser bewegbar ist, besonders bevorzugt in das zumindest erste und/oder zweite Material verfahrbar und darin bewegbar ist.
Neben einer runden kann auch eine Geometrie, insbesondere eine eckige Geometrie vorliegen. So besteht die Möglichkeit, dass zum Beispiel die Zuführvorrichtung bewegbar in verschiedene Richtungen ist, sei es in einem kartesischen Koordinatensystem oder einem sonstigen orthogonalen Koordinatensystem wie auch zum Beispiel einem polaren Koordinatensystem. Insbesondere kann die Zuführvorrichtung gesteuert bewegt werden und/oder die zu befüllende Kavität, so dass eine gewünschte Materialablage erfolgt.
Weiterhin besteht die Möglichkeit, dass die Zuführvorrichtung der Wasserstoffspeicher-Herstellvorrichtung einen Mündungsquerschnitt mit zumindest einem ersten Bereich für das erste Material und mit einem davon abgetrennten zweiten Bereich für das zweite Material aufweist zum vorzugsweise parallelen, örtlich getrennten Befüllen der Kavität, wobei der erste Bereich vorzugsweise zumindest teilweise, besonders bevorzugt vollständig in den zweiten Bereich eingebettet ist.
Hierdurch lassen sich die unterschiedlichsten Geometrien bei der Ablage des zumindest ersten und des zweiten Materials, insbesondere beim Befüllen der Kavität herstellen. So können nichtebene wie auch ebene Schichtengeometrien gebildet werden. Wird beispielsweise als ein zuzuführendes Material ein vorher hergestellter Materialmix genutzt, kann auf diese Weise auch eine Matrix in unterschiedlichsten Geometrien gebildet werden. Die Matrix beinhaltet zum Beispiel ein wasserstoffspeicherndes Material, ist ansonsten aber auch wärmeleitend und vorzugsweise porös.
Eine weitere Ausgestaltung der Wasserstoffspeicher-Herstellvorrichtung sieht vor, dass die Wasserstoffspeicher-Vorrichtung zumindest einen Antrieb aufweist, mittels dem zumindest eine gesteuerte Relativbewegung zwischen der zu befüllenden Kavität und der Zuführvorrichtung ermöglicht ist. Die Steuerung kann beispielweise eine Bahnkurve vorgegeben werden, entlang der die Zuführvorrichtung und/oder die Kavität verfährt. Beispielweise ist eine computergestützte Steuerung oder Regelung vorgesehen. Diese kann vorzugsweise in eine entsprechende Steuereinheit integrierbar sein, die die Wasserstoffspeicher-Herstellvorrichtung steuert bzw. regelt, insbesondere zum Beispiel auch hinsichtlich des Füllens der Kavitäten.
Eine Weiterbildung der Wasserstoffspeicher-Herstellvorrichtung sieht vor, dass diese eine Drehachse aufweist, um die die Zuführvorrichtung drehbar angeordnet ist und/oder dass die Kavität drehbar angeordnet ist.
Neben dem Füllen der Matrizenkavität mit nur einem einzigen Material, insbesondere einem Pulver, erlaubt nunmehr die vorgeschlagene Wasserstoffspeicher-Herstellvorrichtung das gleiche Material in die erste und auch in die zweite Zuleitung zu führen, aber beispielsweise mit verschiedener Körnung. Dadurch kann zum Beispiel ein gezielter Gradient in dem Wasserstoffspeicher hergestellt werden. Weiterhin ist es möglich, für eine bessere Verteilung des Materials, insbesondere eines Pulvers, zum Beispiel die Zuführvorrichtung mit ein oder mehreren Abstreifelementen zu versehen. Damit kann zum Beispiel eine Ausrichtung des Materials erfolgen. Insbesondere wird ermöglicht, einen Schichtaufbau durch einen gleichmäßigen Helix-Aufbau zu ersetzen oder aber auch zu ergänzen. Weiterhin besteht ebenfalls die Möglichkeit, den Schichtaufbau rechtwinklig zur Maschinenachse ungleichmäßig zu gestalten.
Im Gegensatz zu eventuellen anderen Verfahren erlaubt die Erfindung somit nicht nur einen schichtweisen Aufbau von bevorzugt Pulverschichten, wobei der Schichtaufbau rechtwinklig zur Maschinenachse als konstant angesehen werden kann. Vielmehr können gleichzeitig zumindest zwei oder mehr Schichten erzeugt werden, insbesondere jeweils aus unterschiedlichem Material.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die zu befüllende Kavität der Wasserstoffspeicher-Herstellvorrichtung eine Matrizenkavität und die Zuführvorrichtung ein Füller ist und die Wasserstoffspeicher-Herstellvorrichtung eine Presse umfasst zum Verdichten des zumindest ersten und des zweiten Materials in der Matrizenkavität. Vorzugsweise wird die Presse durch einen Unterstempel wie auch einen Oberstempel gebildet.
Eine andere Wasserstoffspeicher-Herstellvorrichtung, die aber ebenfalls gemäß des Vorschlags aufgebaut sein kann, ist beispielweise ein 3-D-Drucker. Dieser kann zum Beispiel einen rotierenden Füller mit mehreren Kammern für unterschiedliche Materialien, insbesondere Pulver aufweisen. Auch bei dem 3D-Drucker kann der Gedanke verwirklicht werden, dass ein Materialzuführkonzept vorgesehen ist, bei dem der Füller um die Maschinenlängsachse rotiert. Ein Material-, vorzugsweise Pulverreservoir ist hierbei in mindestens zwei Segmente unterteilt, wobei jedes Segment wahlweise mit unterschiedlichen Pulvern befällt werden kann. Die Gestaltung der einzelnen Segmente in Form, Größe und Position ist hierbei nicht festgelegt. Ein Verfestigen kann beispielsweise durch Laserstrahl in dafür vorgesehenen Schächten einer Zuführvorrichtung dem Füllvorgang folgen
Gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung, der unabhängig wie auch abhängig von dieser vorliegen kann, wird eine Zuführvorrichtung zur Verwendung in einer Wasserstoffspeicher-Herstellvorrichtung mit einen Mündungsquerschnitt mit zumindest einem ersten Bereich für das erste Material und mit einem davon abgetrennten zweiten Bereich für das zweite Material zum vorzugsweise parallelen, örtlich getrennten Befüllen der Kavität vorgeschlagen, wobei der erste Bereich vorzugsweise zumindest teilweise, besonders bevorzugt vollständig in den zweiten Bereich eingebettet ist.
Beispielweise ist die Zuführvorrichtung derart, dass diese eine Materialzuführung für das erste Material und eine davon getrennte Materialzuführung für das zweite Material aufweist, wobei eine Mischzonenzuführung vorhanden ist, entlang der das erste und das zweite Material mischbar und zuführbar ist. Dadurch kann ein Gradient, vor allem aber auch eine Matrix gebildet werden.
Der Begriff Matrix beschreibt einen Verbundwerkstoff aus zwei oder mehr verbundenen Materialien. Hierbei nimmt bevorzugt ein Material ein anderes auf. Die Matrix kann offenporig wie auch geschlossen porig sein. Bevorzugt ist die Matrix porös. Durch die Aufnahme des einen Materials durch das andere Material können beispielsweise Werkstoffeigenschaften sich ergänzen, die ansonsten jeweils nur die einzelne Komponente aufweist. Für die Eigenschaften der Verbundwerkstoffe sind stoffliche Eigenschaften und Geometrie der Komponenten von Bedeutung. Insbesondere spielen oft Größeneffekte eine Rolle. Die Verbindung erfolgt zum Beispiel durch Stoff- oder Formschluss oder eine Kombination von beidem. Auf diese Weise kann in der Matrix zum Beispiel eine feste Positionierung des hydrierbaren Materials ermöglicht werden. Weitere Komponenten der Matrix können beispielsweise Materialien für die Wärmeleitung und/oder die Gasdurchführung sein.
Des Weiteren besteht die Möglichkeit, die Zuführvorrichtung mit einer zusätzlichen Streifenzuführung zu versehen, über die ein Materialstreifen in den Mündungsquerschnitt führbar ist. Damit kann beispielweise ein Gewebe, ein Vlies, ein Film, Laminate aus mehreren Materialien oder ein sonstiges streifenähnliches Material mitzugeführt werden, vorzugsweise parallel zum Zuführen des ersten und des zweiten Materials. Ebenfalls können auch Fasern, Drähte oder sonstige einzubettenden Materialien über eine entsprechende Ausgestaltung der Zuführvorrichtung zugeführt und mitabgelegt werden Gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Wasserstoffspeichers mittels zumindest eines ersten Materials, welches ein wasserstoffspeicherndes Material umfasst, und mittels eines zweiten Materials, das wärmeleitend ist, vorgeschlagen, wobei eine erste Materialzufuhr des ersten Material über einen ersten Bereich einer Zuführvorrichtung und eine zur ersten Materialzufuhr parallele zweite Materialzufuhr des zweiten Materials über einen zweiten Bereich der Zuführvorrichtung erfolgt, wobei zumindest das erste und das zweite Material zusammen ein Verbundmaterial des Wasserstoffspeichers bilden.
Die verwendeten Materialien sind insbesondere diejenigen, die schon oben beschrieben wurden.
Der Begriff Verbundmaterial beschreibt hierbei, dass in dem Wasserstoffspeicher verschiedenartige Materialien verwendet werden, um das hydrierbare Material anzuordnen. Das Verbundmaterial wird beispielsweise aus einzelnen Komponenten, wie die Matrix und den einzelnen Schichten ausgebildet. Für die Eigenschaften des Verbundmaterials sind beispielsweise stoffliche Eigenschaften und Geometrien der Komponenten von Bedeutung. Das Verbundmaterial ist bevorzugt kompaktiert.
Eine Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass zumindest eines der beiden Materialen, vorzugweise das erste und das zweite Material, schüttfähig, vorzugsweise pulverförmig zugeführt werden. Beispielsweise ist vorgesehen, dass die Zuführvorrichtung gedreht wird, das erste und das zweite Material aus der Zuführvorrichtung dabei parallel austreten, und ein nichtebenes Verbundmaterial, bevorzugt ein helixförmiges oder ein wellenförmiges Verbundmaterial des Wasserstoffspeichers gebildet wird. Beispielweise kann vorgesehen sein, dass die helixförmige Geometrie im Verbundmaterial durch das die Helix umgebende Material als Struktur gestützt wird.
Bevorzugt ist, dass das erste und das zweite Material eine poröse Struktur im Wasserstoffspeicher bilden, vorzugsweise ein oder mehrere Kanäle im Verbundmaterial mittels ein oder mehreren Dornen, Freihalter und/oder zu entfernendem Material hergestellt werden. Insbesondere kann darüber auch ein Verbundmaterial geschaffen werden, was nach Kompaktierung ohne weitere Nachbehandlung direkt in einen Behälter des Wasserstoffspeichers angeordnet wird.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass das erste und das zweite Material zumindest teilweise örtlich getrennt voneinander angeordnet sind und getrennte Schichten bilden.
Wiederum eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass das erste und das zweite Material in eine Kavität gefüllt werden, wobei das erste und das zweite Material in der Kavität verpresst werden, vorzugsweise mittels eines Verfahrens eines Ober- und/oder eines Unterstempels in der Kavität. Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Kavität durch einen Behälter des Wasserstoffspeichers gebildet wird.
Weiterhin bevorzugt ist es, wenn ein isostatisches Verpressen des Verbundmaterials des Wasserstoffspeichers erfolgt. Durch das Aufprägen von Drücken von oberhalb 500 bar, insbesondere von Drücken in einem Bereich zwischen 1500 und 6000 bar gelingt es, eine besonders enge Verbindung zwischen dem hydrierbaren Material und dem wärmeleitendem Material zu schaffen.
Eine sonstige Kompaktierung kann im Übrigen unter gleichzeitigem Einfluß von Wärme und/oder von zum Beispiel einem Gas erfolgen. Auch kann zum Beispiel eine Absaugung vorgesehen sein, beispielweise zum Absaugen von einem Binder, der eventuell in einem ersten und/oder in einem zweiten Bereich des Verbundkörpers angeordnet ist. Der Binder kann beispielweise vollständig wie auch nur teilweise aus dem Verbundmaterial entfernt werden, beispielweise zur Schaffung einer porösen Struktur. So kann beispielsweise in einem der beiden Bereiche ein Binder angeordnet sein und in dem anderen der beiden Bereich kein Binder. Auch können unterschiedliche Binder Verwendung finden, zum Beispiel ist in dem ersten Bereich ein anderer Binder als in dem zweiten Bereich vorgesehen.
Gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung wird ein Wasserstoffspeicher mit einem Verbundmaterial aufweisend zumindest ein erstes und ein zweites Material vorgeschlagen, wobei das erste Material ein wasserstoffspeicherndes Material umfasst und das zweite Material ein wärmeleitendes Material umfasst, wobei der Wasserstoffspeicher vorzugsweise mit einer Wasserstoffspeicher-Herstellvorrichtung und/oder einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt ist.
Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn im Wasserstoffspeicher das zweite Material sich von einem Inneren des Verbundmaterials zu einem Äußeren des Verbundmaterials des Wasserstoffspeichers durchzieht, wobei das erste und das zweite Material zumindest in einem Bereich getrennt voneinander angeordnet sind.
Der Begriff graduell beschreibt, dass das hydrierbare Material in der Matrix und in den Schichten einen Gradienten aufweist, zum Beispiel so, dass ein Gefälle oder ein Anstieg des hydrierbaren Materials vorhanden ist, beispielsweise in Abhängigkeit des Fluids, welches durch den Wasserstoffspeicher strömt. Bevorzugt ist vorgesehen, dass zwischen dem ersten und dem zweiten Material ein Gradient sich ausbildet, entlang dem ein Übergang von der ersten zu der zweiten Schicht sich vollzieht.
Auch kann vorgesehen sein, dass der Wasserstoffspeicher Komponenten in Form einer Kern-Mantel-Struktur aufweist, bei der der Kern ein erstes Material umfasst und der Mantel ein davon verschiedenes zweites Material umfasst, wobei das erste Material und/oder das zweite Material ein wasserstoffspeicherndes Material aufweisen. Dieses wird zum Beispiel bevorzugt in den Schichten des Verbundmaterials vorgesehen. Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das zweite Material des Mantels ein Polymer aufweist, was zumindest wasserstoffdurchlässig gestaltet ist. Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass der Kern ein wärmeleitendes Material aufweist und der Mantel ein wasserstoffspeicherndes Material. Wiederum kann vorgesehen sein, dass der Kern ein primär wasserstoffspeicherndes Material aufweist und der Mantel ein primär wärmeleitendes Material, wobei das wärmeleitende Material wasserstoffdurchlässig ist.
Des Weiteren kann das Verfahren zur Herstellung des Wasserstoffspeichers vorsehen, dass getrennte Lagen von einem wasserstoffspeicherndem Material und einem wärmeleitenden Material in ein Presswerkzeug gefüllt werden, diese miteinander verpresst werden zur Erzeugung einer Sandwichstruktur, wobei das wärmeleitende Material bei Einsatz der Sandwichstruktur als Wasserstoffspeicher eine Wärmeleitung bevorzugt in einer radialen Richtung des Wasserstoffspeichers übernimmt. Zwischen die getrennten Lagen und/oder benachbart dazu können beispielsweise ein oder mehrere Matrices angeordnet werden, so dass das Verbundmaterial dadurch erste und zweite Bereiche erhält.
Beispielwiese kann vorgesehen sein, dass ein Metallpulver und/oder normaler natürlicher Graphit als wärmeleitendes Material genutzt werden, wobei bei einer Nutzung des normalen, natürlichen, linsenförmigen Graphits oder beispielsweise Flakes aus expandiertem Graphit beim Füllen vorzugsweise horizontal ausgerichtet werden, so dass eine Wärmeleitung in Richtung einer ausgerichteten hexagonalen Gitterstruktur in der Sandwichstruktur genutzt werden kann.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass alternativ oder zusätzlich ein oder mehrere Lagen aus Folien eines gewalzten expandierten Graphits, aus Flocken aus einem gewalzten expandierten Graphit und/oder ein Graphitgewebe als wärmeleitendes Material in die Sandwichstruktur eingebracht werden.
Bevorzugt ist des Weiteren, dass das Verbundmaterial des Wasserstoffspeichers porös ist. Dadurch kann eine Wasserstoffgasführung erleichtert werden.
Insbesondere ist vorgesehen, dass ein drittes Material vorgesehen ist, welches eine funktionale Lage im Wasserstoffspeicher bildet, insbesondere eine poröse, gasdurchlässige Lage.
In einer bevorzugten Ausführungsform weisen eine Matrix und zumindest eine Schicht jeweils Kohlenstoff auf. Auf diese Weise kann die Wärmeleitfähigkeit des Wasserstoffspeichers verbessert werden. Es kann dadurch die entstehende Wärme bei der Aufnahme und/oder Abgabe des Wasserstoffs besser abgeleitet werden.
Es ist bevorzugt, dass die Matrix und/oder eine Schicht eine Mischung aus verschiedenen Kohlenstoffsorten aufweist, umfassend beispielweise expandierten natürlichen Graphit als eine der Kohlenstoffsorten. Bevorzugt wird nichtexpandierter Graphit zusammen mit expandiertem natürlichen Graphit verwendet, wobei gewichtsbezogen mehr nichtexpandierter Graphit denn expandierter Graphit eingesetzt wird. Insbesondere kann die Matrix expandierten natürlichen Graphit aufweisen, in dem zum Beispiel ein hydrierbares Material angeordnet wird.
Vorzugsweise weist das Verbundmaterial eine elastische Eigenschaft in zumindest einem Bereich aufweist. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass beispielsweise bei der Aufnahme von Wasserstoff sich das hydrierbare Material ausdehnen kann, ohne dabei das Verbundmaterial zu beschädigen oder überzustrapazieren.
Im Folgenden wird ein näher auf verschiedene weitere Ausführungen des erfinderischen Gedankes Bezug genommen.
Neben der Möglichkeit, dass die Zuführvorrichtung, auch Füller genannt, in der Maschinenlängsachse rotieren kann, kann beispielweise vorgesehen sein, zum Füllen der Matrizenkavität der Füller über der Matrizenkavität positioniert wird, wobei die Oberseite des Unterstempels mit der Oberseite der Matrize abschließt. Während der Unterstempel in die untere Position bewegt wird, dreht sich der Füller um die Maschinenlängsachse. Durch mehrere Kammern, die mit unterschiedlichen Pulvern gefüllt sind, entsteht somit ein charakteristischer Helix-Aufbau. Die Schichtdicken können durch die Gestaltung der Kammern, die Drehgeschwindigkeit sowie die Geschwindigkeit des Unterstempels gesteuert werden. Der Anteil der einzelnen Schichten rechtwinklig zur Maschinenlängsachse wird jedoch im Wesentlichen durch den Aufbau und die Aufteilung der Kammern festgelegt. Neben den Einbauten zur Aufteilung des Füllers in verschiedene Kammern können weiterhin unterschiedliche Einbauten in den Kammern untergebracht sein, die das Fließverhalten des Pulvers oder ähnliche Eigenschaften beeinflussen. Dieses können beispielsweise radiale Speichen oder auch Gitter oder andere Geometrien sein. Der prinzipielle Aufbau eines Presswerkzeuges wird hierbei nicht eingegrenzt.
Mehrere Werkzeugebenen und Dorne können weiterhin eingesetzt werden. Weiterhin ist es möglich, dass zusätzlich zu dem eingebrachten Pulver Lagen von Folien, Fasern oder Geweben, bspw. Kohlefolie, Kohlefasern oder Kohlegewebe, eingebracht werden. Diese Lagen können sowohl aus zusammenhängender Folie oder Gewebe eingebracht werden, wie auch in Form von Flakes oder allgemeinem Häxelgut. Die Lagen können hierbei zusätzlich zu den bestehenden Materialien eingebracht werden, oder diese teilweise oder vollständig ersetzen.
Neben der Verwendung von unterschiedlichen Pulvern oder Pulvern und Zusätzen, in Form von bspw. Häxelgut, ist es ebenfalls möglich, Pulver der gleichen Legierung mit unterschiedlichen Partikelgrößen und/oder unterschiedlicher Partikelform zu verwenden. Zusätze, die dem Pulver zugesetzt werden können, können beispielsweise das Fließverhalten beeinflussen, sowie Eigenschaften während des Füllens, während des Verdichtens oder während nachfolgender Prozessschritte beeinflussen. Ebenfalls können die in einer Kammer verwendeten Pulver aus Mischungen unterschiedlicher Pulver bestehen.
Bei der Verwendung von Flakes oder Häxelgut können diese durch die zuvor angesprochenen Einbauten entsprechend der gewünschten Eigenschaften des Presslings ausgerichtet werden. So sieht eine Ausführung vor, Kohlefaserflakes so auszurichten, das der Wärmefluss im Pressling vorzugsweise senkrecht zur Längsachse erfolgt.
Eine weitere Ausführung des Füllers sieht vor, diesen mit einer Vorrichtung zu versehen, die den Füller in Vibrationen senkrecht zur Maschinenachse versetzt um so das Fließverhalten des Pulvers bzw. des Häxelgutes oder Schüttgutes zu beeinflussen.
Eine zusätzliche Ausführung sieht einen Aufbau aus drei funktionalen Schichten vor, wobei zum Beispiel eine äußere Schicht der Wärmezufuhr oder Wärmeabfuhr dient, eine mittlere Schicht als Speichermedium dient, und eine innere Schicht der Zufuhr oder Abfuhr des zu speichernden Mediums dient. Hierbei kann die äußere Schicht zur Wärmeübertragung als Graphitschicht ausgeführt sein, die mittlere Schicht als Metallhydrid zur Speicherung von Wasserstoff, sowie die innere Schicht aus einem anderem Material, insbesondere Metalllegierung, vorzugsweise Chrom-Nickel-Pulver, welches der Zufuhr und Abfuhr des Wasserstoffes dient.
Eine weitere Ausführung sieht vor, dass der Füller außerhalb der Matrizen-Füllposition gefüllt wird. Hierbei rotiert der Füller während des Füller-Auffüllvorgangs und rotiert während dem Füllvorgang der Matrize nicht zwangsläufig. Eine Rotation des Füllers beim Füllen der Matrize kann sinnvoll sein, um beispielsweise Füllunterschiede, die bei Verzahnungen auftreten können, entgegenzuwirken. Ein saugendes Füllen der Matrize ist nicht zwingend erforderlich, jedoch sinnvoll, um so unkontrollierbare Vermischungen der einzelnen Pulver zu verhindern. So ist es beispielsweise möglich, den Füller im äußeren Bereich mit einem anderen Pulver als im inneren Bereich zu Füllen, betrachtet von der Rotationsachse des Füllers. Somit ist es beispielsweise möglich, den äußeren Ring des Füllers mit einem Pulver zu füllen, das spezielle Eigenschaften aufweist, beispielsweise zum Härten geeignet ist. Weiterhin ist es möglich, das der Füller aus drei Kammern aufgebaut ist, wobei der innere und der äußere Bereich mit einem Pulver gefüllt ist, in das Presshilfsmittel eingebracht ist, wobei vorzugsweise im mittleren Bereich ein Pulver ohne Presshilfsmittel eingebracht wird. Da das Presshilfsmittel zur Reduzierung der Reibung zwischen Pulver und Werkzeugkomponenten dient, kann so auf Presshilfsmittel verzichtet werden. Weiterhin bedeutet der Zusatz von Presshilfsmittel durch die geringe Dichte des Presshilfsmittels immer auch eine Verringerung der Teiledichte. Diese könnte somit vergrößert werden, ohne die Schmierfunktion zwischen Werkzeugkomponenten und Pulver herabzusetzen.
Mit dem beschriebenen 3-Kammer Füller, bestehend aus einem inneren Bereich und zwei umgebenden Ringen, ist es somit möglich, zum Beispiel auch ein Zahnrad mit einer Innenbohrung zu pressen, bei dem die Matrizenkavität durch den beschrieben Fülleraufbau so gefüllt wird, das das Presshilfsmittel lediglich im inneren und äußeren Bereich, also im Bereich des Dornes und der Außenverzahnung vorhanden ist. Der Kammeraufbau kann hierbei beliebig komplex sein und ist von den zu pressenden Bauteilen unabhängig. Es ist sogar möglich, unterschiedliche Pulver für beispielsweise Durchbrüche zu verwenden. Hierbei muss lediglich die Stellung beim Fahren des Füllers in die Füllstellung der Matrize ausreichend genau positioniert werden. Über ein unterschiedliches Füllen der Bauteilkavität ist es so möglich, verschiedene Bauteileigenschaften, je nach Anforderung der einzelnen Bauteilbereiche oder Funktionsflächen des Bauteils herzustellen. Beispielsweise ist es möglich, bei einem Zahnrad den Bauteilbereich zwischen Innenverzahnung und Aussenverzahnung mit einem Pulver herzustellen, das auf eine sehr geringe Dichte verdichtet wird, um so die dämpfenden Eigenschaften der porösen Struktur sicherzustellen und weiterhin die für die hohe Belastung der inneren und äußeren Bereiche notwendige hohe Dichte zu gewährleisten. Entsprechend können mit dem vorgeschlagenen Füller auch verschiedenste komplexe Geometrien für den Wasserstoffspeicher geschaffen werden.
Beim Fahren des Füllers in eine Füllposition der Matrize ist es beispielsweise möglich, das alle unten angeordneten Werkzeugkomponenten mit der Oberseite in einer Ebene mit der Matrizenoberseite stehen. Hierdurch ist es möglich, Vermischungen der Pulver beim Fahren des Füllers über die Matrize entgegenzuwirken.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist es jedoch auch möglich, dass die Oberkante der Unterstempel nicht mit der Oberkante der Matrize in einer Ebene liegt. Somit ist es möglich, eine Schicht von bevorzugt Pulver auf die Unterstempel aufzubringen, wobei es sich hierbei nicht um ein einzelnes Pulver aus einer einzelnen Kammer handeln muss. Es können auch Pulver aus mehreren Kammern als erste Schicht in die Matrizenkavität eingefüllt werden oder andere Materialien, wie oben beschrieben. Beispielsweise kann ein Füller aus drei Kammern aufgebaut sein, wobei eine Kammer mit Graphit, eine mit einem Metallhydrid und eine weitere mit einem Pulver, das zur Gasleitung gedacht ist, gefüllt sein. Ist die Kammer mit Graphit in dem Moment, in dem sich der Füller in Richtung Füllposition der Matrize begibt, in Richtung der Matrize angeordnet, so ist es durch ein Herunterfahren der unteren Werkzeugkomponente oder der unteren Werkzeugkomponenten vor dem Erreichen des Füllers möglich, die untere Bauteilschicht mit Graphit zu füllen. Befindet sich der Füller über der Matrizenkavität, so kann der Füller dann durch Rotieren beispielweise einen Helixaufbau erzeugen, der unten mit einer Graphitschicht beginnt. Ebenso ist es möglich, mit demselben Verfahren auf der Bauteiloberseite eine einheitliche Pulverschicht mit Graphit zu erzeugen, beziehungsweise eine einheitliche Graphitschicht auf der Oberseite und Unterseite des Presslings herzustellen.
Weiterhin ist es möglich, dass die Rotationsrichtung und die Rotationsgeschwindigkeit während des Füllvorgangs geändert wird, wobei es ebenfalls möglich ist, dass der Füller in einer festgelegten Position stehenbleibt. Ebenfalls ist es möglich, dass sich die Position des gesamten Füllers bezogen auf die zu befüllende Kavität während des Füllvorgangs variiert. Neben den für die spätere Funktion des Presslings beziehungsweise des hieraus entstehenden Fertigprodukt notwendigen Materialien, die über den Füller eingebracht werden können, ist es ebenfalls möglich, dass einzelne Komponenten als Platzhalter eingebracht werden, die in späteren Prozessschritten ersetzt bzw. entfernt werden. Dies kann gegebenenfalls durch einen thermischen oder chemischen Prozess erfolgen.
Ebenfalls ist es denkbar, dass die Form des Bauteils nicht durch das Verpressen aus Pulvern und/oder Hexelgut bzw. Flakes hergestellt wird, sondern durch Extrudieren von unterschiedlichen Extrusionsmedien in eine Form durch Rotieren der selbigen oder durch Rotieren der Einlassgeometrie in eine nicht rotierende Form.
Gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung, der mit dieser zusammen wie auch unabhängig von dieser weiterverfolgt werden kann, wird eine Presse mit einer mit Material zu befüllenden Kavität und mit einem mittels einer Verfahrvorrichtung der Presse verfahrbaren Kamm vorgeschlagen, wobei die Verfahrvorrichtung den Kamm in das Material und entlang des Materials verfahren kann. Beispielsweise ist vorgesehen, dass eine programmierbare Steuerung der Verfahrvorrichtung vorhanden ist, die einen vorgebbaren Weg in eine Bewegung des Kamms umsetzt. Mittels des Kamms oder auch einer Leiste oder ein oder mehreren Zinken kann einerseits eine Glättung, insbesondere eine Ausrichtung eines Materials zumindest im Bereich einer Oberfläche desselben bewirkt werden. Andererseits kann mittels des Kamms oder anderer Komponenten ein Gradient in die Schichten eingebracht werden.
Vorzugsweise ist der Kamm zumindest zum Teil austauschbar. Dadurch kann die Vorrichtung als solches bleiben. Es wird aber je nach herzustellendem Wasserstoffspeicher, zu verwendendem Material ein angepasster Kamm, Leiste oder Zinke oder ähnliches genutzt. Im Übrigen kann der Kamm eine Mehrzahl an Zinken aufweisen. Vorzugsweise hat der Kamm zumindest eine Zinke, die eine Verbreiterung zum Kontaktieren des Materials aufweist. Dieses erlaubt, mittels beispielsweise unterschiedlicher Verbreiterungen gezielte Gradienten einstellen zu können.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass ein Abstand zwischen zwei Zinken eines Kammes veränderbar ist. Dieses kann beispielsweise während des Betriebs erfolgen, d. h. während des Kontakts mit dem Material. Dadurch können beispielweise spiralförmige Muster erzeugt werden wie auch unterschiedliche Gradientenabstände, zum Beispiel angepasst an eine Helix. Weiter bevorzug ist es, wenn zwei oder mehr Kämme parallel verfahrbar sind.
Vorzugsweise sind zumindest zwei Materialien zur Verfüllung in die Kavität der Sinterpresse vorgesehen, wobei der Kamm soweit verfahrbar ist, dass dieser zumindest in das verfüllte erste Material, bevorzugt in das erste und das zweite Material einfährt. Ist das Material in eine Kavität einer Presse eingebracht, wird ein Kamm entlang des verfüllten Materials eine das Material kontaktierende Bewegung ausführen. Auch ist es möglich, dass der Kamm in das verfüllte Material eintaucht und in der Kavität verfahren wird. Der Kamm kann beispielweise unterschiedlich tief eintauchen. Weiterhin besteht die Möglichkeit, dass während ein erstes und ein zweites Material in der Kavität verfüllt werden, der Kamm zumindest in eines der beiden ersten und zweiten Materialien eintaucht und verfahren wird. Vorzugsweise sind der oder die Kämme in die Futtergeometrie integriert.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen wie auch Merkmale gehen aus den nachfolgenden Figuren und der dazugehörigen Beschreibung hervor. Die aus den Figuren und der Beschreibung hervorgehenden einzelnen Merkmale sind nur beispielhaft und nicht auf die jeweilige Ausgestaltung beschränkt. Vielmehr können aus ein oder mehreren Figuren ein oder mehrere Merkmale mit anderen Merkmalen aus anderen Figuren wie auch aus der obigen Beschreibung zu weiteren Ausgestaltungen verbunden werden. Daher sind die Merkmale nicht beschränkend sondern beispielhaft angegeben. Es wird insbesondere im Folgenden gezeigt:

– Einige Ausführungen des Fülleraufbaus, die in den angehangenen Figuren dargestellt sind, die im Folgenden näher erläutert werden.
– Die Figuren zeigen außerdem jeweils eine Draufsicht des Füllers, in den betreffenden Figuren links angeordnet zur Verdeutlichung der Kammern, sowie den Pressling, der rechts oben in den betreffenden Figuren angeordnet sind, und einen Schnitt durch den Pressling, der rechts unten in der jeweiligen Figur angeordnet ist. Zur Verdeutlichung wurde ein zylindrischer Pressling gewählt, bei dem auf Durchbrüche oder andere Geometriedetails verzichtet wurde.

1 zeigt einen Füller mit zwei gleichgroßen Kammern für zwei unterschiedliche Pulver als einen einfacheren Aufbau,
2 zeigt einen Fülleraufbau mit drei Kammern, wobei die flächenmäßige Aufteilung der drei Kammern jeweils unterschiedlich ist.
3 entspricht 2, jedoch mit vier anstelle von drei Kammern,
4 zeigt einen möglichen Kammeraufbau für drei Pulver, mit dem vier Schichten erzeugt werden. Der Werkstoff im Zentrum des Presslings ist hierbei homogen, der Helix-Aufbau ist lediglich an der Außenseite vorhanden.
5 zeigt einen Füller mit drei unterschiedlichen Materialien, wobei Material 1 die von den Materialien 2 und 3 gebildete Helix umschließt.
6 zeigt einen Pressling, der mit Hilfe einer normalen Füllung auf der Ober- und Unterseite sowie mit einem Helixaufbau in der Mitte hergestellt wurde. Hierbei ist es möglich, die im inneren befindlichen Materialien, hier Material 2 und Material 3, vollständig nach außen abzuschotten, hier durch Material 1, Material 4 und Material 5. Der Füller für den Helixaufbau dient hierbei der Herstellung des mittleren Segmentes.
7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel
8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel
9 bis 28 zeigen den prinzipiellen Ablauf beim Füllen mit zwei Füllern. Hierbei ist der Füller 1 mit dem Material 1 befüllt, Füller 2 mit Material 2. Das Beispiel zeigt einen 4-lagigen Aufbau, wobei zwei Lagen von Pulver 1 und zwei Lagen von Pulver 2 verpresst werden. Es ist jedoch auch möglich, mehr als zwei Füller einzusetzen. Hierbei kann die Anzahl, die Reihenfolge und die Dicke der Lagen aufgrund der zu erzielenden Eigenschaften frei gestaltet werden. Nachfolgend wir der jeweilige Ablauf in jeder Figur kurz beschreiben.
9: Unterstempel ist um den Weg nach unten gefahren, der dem Füllraum für das Material 1 entspricht. Der Füller 1 bewegt sich über den Unterstempel.
10: Pulver 1 fällt durch die Schwerkraft in die Matrizenkavität
11: Füller 1 fährt wieder in die Ausgangsposition zurück und streift das Pulver in der Matrizenkavität auf Höhe der Matrizenoberseite ab
12: Der Unterstempel bewegt sich abwärts und gibt so den Füllraum für Pulver 2 vor.
13: Füller 2 bewegt sich über den Unterstempel
14: Material 2 fällt durch die Schwerkraft in die Matrizenkavität auf das Material 1.
15: Füller 2 fährt wieder in die Ausgangsposition und streift dabei das Pulver auf Höhe der Matrizenoberseite ab.
16: Der Unterstempel bewegt sich abwärts, und gibt so den Füllraum für die nächste Lage von Pulver 1 vor. Dabei handelt es sich dann um die zweite Schicht von Pulver 1.
17: Der Füller 1 bewegt sich über die Matrizenkavität
18: Pulver 1 fällt aus Füller 1 durch Schwerkraft in die Matrizenkavität auf Material 2
19: Füller 1 wird in die Ausgangsposition bewegt.
20: Der Unterstempel bewegt sich abwärts, und gibt so den Füllraum für die nächste Lage von Pulver 2 vor.
21: Füller 2 bewegt sich über den Unterstempel
22: Material 2 fällt durch die Schwerkraft in die Matrizenkavität auf das Material 1.
23: Füller 2 fährt wieder in die Ausgangsposition und streift dabei das Pulver auf Höhe der Matrizenoberseite ab.
24: zeigt Matrizenkavität mit 2 Lagen aus 2 Materialien
25: Oberstempel bewegt sich auf Unterstempel zu. Der Unterstempel kann vor dem Pressen durch den Oberstempel wie hier gezeigt leicht nach unten gefahren werden.
26: Oberstempel verpresst die vier Schichten auf die gewünschte Dichte und bewegt sich dann wieder in die Ausgangsposition zurück. Der Unterstempel bleibt in der zuvor eingenommenen Position stehen. Es ist jedoch auch möglich, das der Unterstempel sich nach dem Eintauchen des Oberstempels in die Matrize auf den Oberstempel zu bewegt. Ebenfalls ist es möglich, dass die Matrize in axialer Maschinenachse verfahren wird, wobei diese bei feststehendem Unterstempel vorzugsweise mit halber Oberstempelgeschwindigkeit in gleicher Richtung wie der Oberstempel verfahren wird.
27: Nach dem Pressvorgang wird der Pressling durch den Unterstempel aus der Matrize ausgestoßen. Hier ist es ebenfalls möglich, das der Oberstempel während des Ausstoßens des Presslings mit einer geringen Kraft auf den Pressling drückt und sich erst nach dem vollständigen Ausstoßen des Presslings in die Ausgangsposition bewegt.
28 zeigt den ausgestoßenen Pressling und die Maschinenkomponenten in Ausgangsposition. Der Pressling kann entnommen werden. Der Zyklus kann von vorne beginnen.
29 bis 44. zeigen den prinzipiellen Ablauf des Füllens mit einem Füller mit zwei Kammern, der somit zwei unterschiedliche Pulver bevorraten kann. Hierbei ist es ebenfalls möglich, dass mehr als zwei Pulver verwendet werden.
29: Der Unterstempel bewegt sich in die erste Füllposition und der Füller bewegt sich über die Matrize, bis die erste Kammer mit dem ersten Pulver die Matrizenkavität bedeckt.
30 zeigt den Füller, wobei die erste Kammer über der Matrizenkavität steht, und das Pulver 1 aus Kammer 1 in die Matrizenkavität gefallen ist.
31: Füller wird weiter verfahren, bis die Kammer 2 mit dem Pulver 2 über der Matrizenkavität steht.
32: Unterstempel wird nach unten bewegt, bis die Füllhöhe für die zweite Schicht erreicht ist.
33: Pulver 2 fällt aus Kammer 2 während dem Herunterfahren des Unterstempels in die Matrizenkavität und bildet so die zweite Schicht.
34: Füller wird verfahren, bis die Kammer 1 mit dem Pulver 1 über der Matrizenkavität steht.
35: Unterstempel wird nach unten bewegt, bis die Füllhöhe für die dritte Schicht erreicht ist.
36: Pulver 1 fällt aus Kammer 1 während dem Herunterfahren des Unterstempels in die Matrizenkavität und bildet so die dritte Schicht
37: Füller wird weiter verfahren, bis die Kammer 2 mit dem Pulver 2 über der Matrizenkavität steht.
38: Unterstempel wird nach unten bewegt, bis die Füllhöhe für die zweite Schicht erreicht ist. Pulver 2 fällt aus Kammer 2 während dem Herunterfahren des Unterstempels in die Matrizenkavität und bildet so die vierte Schicht.
39: Der Füller wird wieder in die Ausgangsposition verfahren
40: Oberstempel wird in axialer Richtung in Richtung des Unterstempels verfahren um die einzelnen Lagen zu verpressen.
41 zeigt Oberstempel und Unterstempel in Pressendstellung.
42: Oberstempel wird in Ausgangsposition gefahren, der Unterstempel stößt den Pressling aus.
43 zeigt Werkzeugkomponenten in Ausgangsposition mit ausgestoßenem Pressling.
44 Pressling wird entnommen, Zyklus kann erneut beginnen.
45 bis 54 zeigen den prinzipiellen Ablauf beim Füllen mit einem Rotationsfüller mit zwei Kammern. Hierbei dreht sich der Füller nur während der Abwärtsbewegung des Unterstempels. Es ist jedoch auch denkbar, daß der Füller permanent dreht.
45: Rotationsfüller wird über die Matrizenkavität bewegt.
46: Rotationsfüller befindet sich über Matrizenkavität
47: Rotationsfüller dreht sich um Maschinenlängsachse, Unterstempel bewegt sich in Maschinenlängsachse nach unten.
48. Unterstempel befindet sich in unterer Füllposition. Füller rotiert nicht mehr.
49: Füller wird in die Ausgangsposition bewegt
50. Füller zwischen Füllposition und Ausgangsposition
51: Oberstempel bewegt sich in Richtung Unterstempel, wobei der Rotationsfüller nicht mehr dargestellt ist.
52: Oberstempel und Unterstempel verpressen Pulverschichten zu Grünling. Auch hier ist der Rotationsfüller nicht mehr dargestellt.
53: Oberstempel bewegt sich in Ausgangsposition, Unterstempel bewegt sich in Ausgangsposition und stößt Pressling aus. Der Rotationsfüller ist auch hier nicht mehr dargestellt.
54: Pressling wird entnommen. Im Anschluss kann der Zyklus neu starten, wobei sodann der nicht dargestellte Rotationsfüller dann wieder in Aktion tritt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 3639545 C1 [0012]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

B. Sakietuna et al, International Journal of Energy, 32 (2007), S. 1121–1140 [0010]
Dissertation an der Universität Utrecht mit dem Titel „Carbon matrix confined sodium alanate for reversible hydrogen storage” von J. Gao, abrufbar unter http://dspace.library.uu.nl/handle/1874/256764 [0013]

Claims

Wasserstoffspeicher-Herstellvorrichtung umfassend eine zu befüllende Kavität, zumindest eine erste Materialzuführung eines ersten Materials und eine zweite Materialzuführung eines zweiten Materials, wobei die erste und die zweite Materialzuführung getrennt voneinander angeordnet sind, mit einer Zuführvorrichtung zum Zuführen des zumindest ersten und des zweiten Materials in die zu befüllende Kavität, wobei das erste Material ein primär wasserstoffspeicherndes Material ist, und das zweite Material ein primär wärmeleitendes Material ist.
Wasserstoffspeicher-Herstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zu befüllende Kavität vorzugsweise rund ist und vorzugsweise eine Kontaktfläche vorgesehen ist, die zumindest auf eine Oberfläche des in die Kavität eingefüllten zumindest ersten und/oder zweiten Material verfahrbar und entlang dieser bewegbar ist, besonders bevorzugt in das zumindest erste und/oder zweite Material verfahrbar und darin bewegbar ist.
Wasserstoffspeicher-Herstellvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführvorrichtung einen Mündungsquerschnitt mit zumindest einem ersten Bereich für das erste Material und mit einem davon abgetrennten zweiten Bereich für das zweite Material aufweist zum vorzugsweise parallelen, örtlich getrennten Befüllen der Kavität, wobei der erste Bereich vorzugsweise zumindest teilweise, besonders bevorzugt vollständig in den zweiten Bereich eingebettet ist.
Wasserstoffspeicher-Herstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserstoffspeicher-Herstellvorrichtung zumindest einen Antrieb aufweist, mittels dem zumindest eine gesteuerte Relativbewegung zwischen der zu befüllenden Kavität und der Zuführvorrichtung ermöglicht ist.
Wasserstoffspeicher-Herstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Drehachse aufweist, um die die Zuführvorrichtung drehbar angeordnet ist und/oder dass die Kavität drehbar angeordnet ist.
Wasserstoffspeicher-Herstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zu befüllende Kavität eine Matrizenkavität und die Zuführvorrichtung ein Füller ist und die Wasserstoffspeicher-Herstellvorrichtung eine Presse umfasst zum Verdichten des zumindest ersten und des zweiten Materials in der Matrizenkavität.
Wasserstoffspeicher-Herstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass diese ein 3-D-Drucker ist.
Zuführvorrichtung zur Verwendung in einer Wasserstoffspeicher-Herstellvorrichtung mit einen Mündungsquerschnitt mit zumindest einem ersten Bereich für das erste Material und mit einem davon abgetrennten zweiten Bereich für das zweite Material zum vorzugsweise parallelen, örtlich getrennten Befüllen der Kavität, wobei der erste Bereich vorzugsweise zumindest teilweise, besonders bevorzugt vollständig in den zweiten Bereich eingebettet ist.
Zuführvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Materialzuführung für das erste Material und eine davon getrennte Materialzuführung für das zweite Material aufweist, wobei eine Mischzonenzuführung vorhanden ist, entlang der das erste und das zweite Material mischbar und zuführbar ist.
Zuführvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine zusätzliche Streifenzuführung vorhanden ist, über die ein Materialstreifen in den Mündungsquerschnitt führbar ist.
Verfahren zur Herstellung eines Wasserstoffspeichers mittels zumindest eines ersten Materials, welches ein wasserstoffspeicherndes Material umfasst, und mittels eines zweiten Materials, das wärmeleitend ist, wobei eine erste Materialzufuhr des ersten Material über einen ersten Bereich einer Zuführvorrichtung und eine zur ersten Materialzufuhr parallele zweite Materialzufuhr des zweiten Materials über einen zweiten Bereich der Zuführvorrichtung erfolgt, wobei zumindest das erste und das zweite Material zusammen ein Verbundmaterial des Wasserstoffspeichers bilden.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der beiden Materialen, vorzugweise das erste und das zweite Material, schüttfähig, vorzugsweise pulverförmig, faserförmig oder auch flakeförmig zugeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführvorrichtung gedreht wird, das erste und das zweite Material aus der Zuführvorrichtung dabei parallel austreten, und ein nichtebenes Verbundmaterial, bevorzugt ein helixförmiges oder ein wellenförmiges Verbundmaterial des Wasserstoffspeichers gebildet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Material eine poröse Struktur im Wasserstoffspeicher bilden, vorzugsweise ein oder mehrere Kanäle im Verbundmaterial mittels ein oder mehreren Dornen, Freihalter und/oder zu entfernendem Material hergestellt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Material zumindest teilweise örtlich getrennt voneinander angeordnet und getrennte Schichten bilden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Material in eine Kavität gefüllt werden, wobei das erste und das zweite Material in der Kavität verpresst werden, vorzugsweise mittels eines Verfahrens eines Ober- und eines Unterstempels in der Kavität.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein isostatisches Verpressen des Verbundmaterials des Wasserstoffspeichers erfolgt.
Wasserstoffspeicher mit einem Verbundmaterial aufweisend zumindest ein erstes und ein zweites Material, wobei das erste Material ein wasserstoffspeicherndes Material umfasst und das zweite Material ein wärmeleitendes Material umfasst, wobei der Wasserstoffspeicher vorzugsweise mit einer Wasserstoffspeicher-Herstellvorrichtung und/oder einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt ist.
Wasserstoffspeicher nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Material sich von einem Inneren des Wasserstoffspeichers zu einem Äußeren des Verbundmaterials des Wasserstoffspeichers durchzieht, wobei das erste und das zweite Material zumindest in einem Bereich getrennt voneinander angeordnet sind.
Wasserstoffspeicher nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbundmaterial des Wasserstoffspeichers porös ist.
Wasserstoffspeicher nach Anspruch 18, 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass ein drittes Material vorgesehen ist, welches eine funktionale Lage im Wasserstoffspeicher bildet, insbesondere eine poröse, gasdurchlässige Lage.
Wasserstoffspeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schicht eine Dehnungskompensation des Verbundmaterials wahrnimmt.
Wasserstoffspeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieser ein Niedertemperaturhydrid und ein Hochtemperaturhydrid aufweist.