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Die
Erfindung bezieht sich auf einen Hochdrucktank nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1, bei dem hochfeste Fasern verwendet werden und der
für einen
Automobil-Wasserstoffkraftstofftank oder ähnliches verwendet werden kann,
und sie bezieht sich des Weiteren auf ein Verfahren für die Herstellung
desselben nach dem Oberbegriff des Anspruchs 3.
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Diese
Art Hochdrucktank wird dadurch hergestellt, daß die äußere Peripherie eines aus Metall,
wie z.B. einer Aluminiumlegierung, hergestellten Liners mit einer
aus Kohlenstoffasern oder ähnlichem
hergestellten Verstärkungsfaserschicht
abgedeckt wird. Die Verstärkungsfaserschicht
wird dadurch ausgebildet, daß auf der äußeren Peripherie
des Liners Fasern, wie z.B. Kohlenstoffasern, aufgewickelt werden,
die mit einem wärmehärtenden
Harz, wie z.B. einem Expoxydharz, durch ein Präzisionswickelverfahren und
Aushärten
des wärmehärtenden
Harzes (siehe beispielsweise Patentdokument JP 10-292899 A ausgebildet
werden.
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Aus
der JP 10-292899 A ist ein als solcher bezeichneter Hochdrucktank
bekannt, der aber tatsächlich zu
einer Klasse von Gasfülldrücken in
der Größenordnung
von höchstens
20 MPa gehört.
Wenn dieser Tank beispielsweise als ein Automobil-Wasserstoffkraftstofftank
verwendet wird, erreicht die Reichweite des diesen Tank nutzenden
Fahrzeuges mit einer einzigen Gasfüllung keinen praktisch nutzbaren
Wert. Zur Erläuterung: Wenn
ein Hochdrucktank mit 100 l Fassungsvermögen mit Wasserstoffgas mit
25 MPa befüllt
wurde, erreichte die Reichweite nur ca. 180 km, was weit von den
500 km entfernt ist, die dem in der Praxis notwendigen Wert entsprechen.
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Aus
der
DE 22 23 852 B2 ist
ein Druckgefäß zum Aufnehmen
von Fluiden bekannt, das eine Innenwand aus Metall aufweist, die
wenigstens einen gewölbten
Abschnitt aufweist, der mit einer Metallkappe verbunden ist. Die
Innenwand ist mit einer faserbewährten
Kunststoffaußenwand
umgeben. Es ist des weiteren eine sich von der Metallkappe bis über den
Verbindungsbereich zwischen Metallkappe und Endabschnitt erstreckende,
elastische Zwischenschicht vorgesehen, die einerseits mit der Metallkappe
bzw. dem Endabschnitt und andererseits mit der Außenwand
fest verbunden ist.
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Aus
der
DE 695 30 126
T2 ist ein Druckbehälter
mit einer Innenhülle
aus einer Aluminiumlegierung und einer Außenhülle aus faserverstärktem Kunststoff
bekannt. Dabei ist vorgesehen, dass die Faserschichten in unterschiedlicher
Steilheit auf die Innenhülle
gewickelt werden.
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Aus
der WO 98/43013 A1 ist ein Druckgasbehälter bekannt, der aus einem
Innenbehälter
und einem diesen umgebenden gewickelten Mantel aus Fasermaterial
besteht, wobei der Innenbehälter
zwei im wesentlichen topfartige Teile mit halbkugelförmigen kalottenartigen
Boden aufweist, von dem einer mit einem Anschlußstück versehen ist, das als separates
Teil durch eine Öffnung
in der betreffenden Kalotte hindurch gesteckt und mit einem Flansch
oder Bund im Inneren des Innenbehälters verankert ist.
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Um
die Reichweite mit einer einzigen Gasfüllung zu vergrößern, ist
es notwendig, das Fassungsvermögen
des Tanks oder den Gasfülldruck
zu erhöhen.
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Wenn
das Fassungsvermögen
des Tanks erhöht
wird, wird jedoch das Fahrzeuggesamtgewicht ungünstig erhöht, und auch der vom Tank beanspruchte
Raum wird vergrößert, was
bei Fahrzeugen, bei denen nur ein begrenzter Einbauraum zur Verfügung steht,
unzweckmäßig ist.
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Auf
der anderen Seite ist es zur Erhöhung
des Gasfülldrucks
notwendig, die Dicke des den Tankkörper bildenden Liners zu vergrößern. Auch
in diesem Fall wird ungünstigerweise
das Fahrzeuggesamtgewicht erhöht.
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Die
vorliegende Erfindung wurde angesichts der vorstehenden Punkte gemacht,
und dementsprechend liegt ihr die Aufgabe zugrunde, einen im Gewicht
leichten und in der Druckfestigkeit ausgezeichneten Hochdrucktank
zu entwickeln.
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Diese
Aufgabe wird mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 3 gelöst.
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Weitere
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Gemäß Anspruch
1 ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß eine Verstärkungsfaserschicht
für die
Abdeckung der äußeren Peripherie
eines Liners verstärkt
wird.
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Insbesondere
hat die vorliegende Erfindung einen Hochdrucktank, bei dem hochfeste
Fasern für
eine Verstärkungsfaserschicht
verwendet werden; und ein Verfahren zur Herstellung desselben zum
Gegenstand, und hierzu werden die folgenden Lösungen zum Einsatz gebracht.
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Genauer
gesagt beziehen sich die erfindungsgemäßen Lösungen nach den Ansprüchen 1 und
2 auf den letztgenannten, d.h. also einen Hochdrucktank, bei dem
hochfeste Fasern zum Einsatz kommen. Bei diesen Lösungen ist
die erfindungsgemäße Lösung nach
Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß sie einen zylindrischen Metalliner
und eine Verstärkungsfaserschicht
aufweist, die die äußere Peripherie
des Liners abdeckt, wobei die Verstärkungsfaserschicht umfaßt: eine
innere Faserschicht, welche aus hochfesten Fasern besteht, die ein
Young-Modul von 300 GPa oder mehr und eine Zugfestigkeit von 3 GPa
oder mehr aufweisen, und mit einem wärmehärtenden Harz imprägniert und
ausgehärtet
wird, und eine äußere Faserschicht,
welche aus Fasern besteht, die eine Bruchdehnung von 2 % aufweisen,
und mit einem wärmehärtenden
Harz imprägniert
und ausgehärtet
wird.
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Angesichts
der vorgenannten Struktur und nach der erfindungsgemäßen Lösung nach
Anspruch 1 sind die hochfesten Fasern, die ein Young-Modul von 300
GPa oder mehr und eine Zugfestigkeit von 3 GPa oder mehr aufweisen,
selbst dann kaum zu dehnen, wenn ein Druck von 35 bis 75 MPa am
Liner angelegt wird. Demzufolge kann die innere, aus hochfesten
Fasern hergestellte Faserschicht einer Dehnbeanspruchung genügend Widerstand
leisten, welche auf den Liner aufgrund eines Gasfülldrucks
ausgeübt
wird, um die Dauerfestigkeit des Liners zu verbessern. Während diese
weniger dehnbaren hochfesten Fasern eine schlechte Stoßfestigkeit
haben, weist die äußere Faserschicht,
welche die äußere Peripherie
der inneren Faserschicht umgibt, Fasern mit einer Bruchdehnung von
2 % oder mehr auf, und die Fasern können die Stoßfestigkeit
sicherstellen.
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Demzufolge
kann ein Hochdrucktank mit geringer Größe, geringem Gewicht und ausgezeichneter Druckfestigkeit
geliefert werden, welcher mit einem Hochdruckgas von 35 bis 75 MPa
auch dann befüllt
werden kann, wenn das Fassungsvermögen des Tanks gering ist und
der Liner eine geringe Dicke aufweist.
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Die
erfindungsgemäße Lösung ist
ferner dadurch gekennzeichnet, daß die innere Faserschicht eine Verbindung
einer ringförmig
gewickelten Faserschicht und einer wendelförmig gewickelten Faserschicht
ist, wobei die äußere Faserschicht
eine mit einem großen
Winkel wendelförmig
gewickelte Faserschicht ist.
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Bei
der obigen Struktur entsprechend der erfindungsgemäßen Lösung nach
Anspruch 1 verbessert die ringförmig
gewickelte Faserschicht die Dehnfestigkeit des Liners in der radialen
Richtung desselben, und die wendelförmig gewickelte Faserschicht
verbessert die Dehnfestigkeit des Liners in der Richtung seiner
Mittellinie. Des weiteren verbessert die mit großem Winkel wendelförmig gewickelte
Faserschicht die Widerstandsfähigkeit
des Liners gegenüber
Stößen von
außen.
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Die
erfindungsgemäße Lösung ist
ferner dadurch gekennzeichnet, daß die die Verstärkungsfaserschicht
bildenden Faserschichten jeweils so strukturiert sind, daß ein Faserband,
welches dadurch erhalten wird, daß die Fasern zu einem flachen
Profil zusammengefaßt
werden und die Fasern mit einem wärmehärtenden Harz imprägniert werden,
in einem Prepregzustand auf den Liner aufgewickelt wird und das
wärmehärtende Harz
ausgehärtet
wird.
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Da
hochfeste Fasern im allgemeinen hart sind, ist es wahrscheinlich,
daß solche,
die die Form eines Seils haben, wahrscheinlich verrutschen und schwer
auf den Liner aufzuwickeln sind und dadurch schlaft werden, was
es wiederum schwierig macht, eine auf den Liner wirkende Dehnbeanspruchung
gleichmäßig auf sämtliche
Fasern zu verteilen. Bei dem obigen Aufbau werden entsprechend der
erfindungsgemäßen Lösung die
hochfesten Fasern insbesondere in Form eines flachen Bandes eingesetzt.
Deshalb können
sich die Fasern leicht an den Liner anpassen, ohne Spielraum auf
den Liner aufgewickelt werden, und sie können die oben genannte Dehnbeanspruchung
auf alle Fasern übertragen,
womit sie mühelos
eine verbesserte Dauerfestigkeit des Liners liefern.
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Die
erfindungsgemäße Lösung ist
des weiteren dadurch gekennzeichnet, daß der Liner so strukturiert ist,
daß ein
kurzes hohles zylindrisches Metallwerkstück plastisch verformt wird,
um einen zylindrischen Gasabgabebereich von einem Ende eines zylindrischen
mittleren Bereiches durch einen Dombereich auskragen zu lassen,
und die Dicke des zylindrischen Gasabgabebereiches so ausgewählt wird,
daß sie
drei- oder mehrfach größer ist
als die des mittleren Bereiches, und der Dombereich in der Dicke
von derjenigen des mittleren Bereiches auf diejenige des zylindrischen
Gasabgabebereiches graduell erhöht
wird, indem von dem mittleren Bereich ausgehend zu dem zylindrischen
Gasabgabebereich vorgegangen wird.
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Bei
der obigen Struktur wird entsprechend der erfindungsgemäßen Lösung die
Dicke des zylindrischen Gasabgabebereiches so gewählt, daß sie drei-
oder mehrfach größer ist
als diejenige des mittleren Bereiches, und der zylindrische Gasabgabebereich
sich zum mittleren Bereich über
den Dombereich bei gradueller Minderung seiner Dicke fortsetzt.
Dies sichert die Festigkeit des zylindrischen Gasabgabebereiches
und des Dombereiches, und dadurch wird ein Hochdrucktank geliefert,
welcher in der Lage ist, in ausreichender Weise hohe Drücke von
35 bis 75 MPa auszuhalten und gleichzeitig verbesserte Dauerfestigkeit
und gesicherte Stoßfestigkeit
des Liners aufgrund der oben beschriebenen Verstärkungsfaserschicht bietet.
Des Weiteren wird, selbst wenn die Dicke des mittleren Bereiches
gering ist, die Festigkeit des Liners dadurch sichergestellt, daß die Dicke
des zylindrischen Gasabgabebereiches und des Dombereiches erhöht wird.
Demzufolge kann das Gesamtgewicht des Hochdrucktanks durch eine
Minderung der Dicke des mittleren Bereiches reduziert werden, und
gleichzeitig können
die Materialkosten gesenkt werden.
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Die
erfindungsgemäße Lösung ist
ferner dadurch gekennzeichnet, daß ein zylindrischer Metallverstärkungskragen
auf die Außenseite
des Liners über
seine Bereiche von dem zylindrischen Gasabgabebereich zum Dombereich
aufgesetzt wird.
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Bei
der obigen Struktur kann entsprechend der erfindungsgemäßen Lösung kann
die effektive Dicke des zylindrischen Gasabgabebereiches und des
benachbarten Dombereichs, bei denen es wahrscheinlich ist, daß die Beanspruchung
sich darauf konzentriert, um die Dicke des Verstärkungskragens erhöht werden,
wodurch eine weitere Sicherstellung der Festigkeit dieser Bereiche
sichergestellt wird. Entsprechend kann ein Hochdrucktank geliefert
werden, welcher des weiteren in der Lage ist, hohe Drücke von
35 bis 75 MPa auszuhalten. Da darüber hinaus der Verstärkungskragen
nicht auf den gesamten Tankkörper,
sondern teilweise auf den Dombereich und den zylindrischen Gasabgabebereich
aufgesetzt wird, bei denen sich wahrscheinlich die Beanspruchung
konzentriert, vermeidet dies eine starke Erhöhung des Gewichts des Hochdrucktanks,
womit sein geringes Gewicht aufrechterhalten wird, und gleichzeitig
ermöglicht
dies eine erleichterte Herstellung und verminderte Kosten.
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Die
erfindungsgemäße Lösung nach
Anspruch 2 ist dadurch gekennzeichnet, daß bei der erfindungsgemäßen Lösung nach
Anspruch 1 der Verstärkungskragen
einen zylindrischen Teil, welcher auf den zylindrischen Gasabgabebereich
aufgesetzt wird, sowie einen Fortsatz aufweist, der sich von einem
Ende des zylindrischen Teils aus nach außen erstreckt und die Rückseite
des Fortsatzes mit einem ringförmigen
Vorsprung ausgebildet wird, der davon auskragt, und ein Teil des Äußeren des
Liners in der Nähe
der Grenze zwischen dem Dombereich und dem zylindrischen Gasabgabebereich
wird in Umfangsrichtung mit einer ringförmigen Montageaussparung versehen,
in die der Vorsprung eingepaßt
wird, wobei der Verstärkungskragen
auf das Äußere des
Liners über
seine Bereiche vom zylindrischen Gasabgabebereich bis zum Dombereich
aufgesetzt wird.
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Bei
der obigen Struktur entsprechend der erfindungsgemäßen Lösung nach
Anspruch 2 wird der Vorsprung des Verstärkungskragens in die Montageaussparung
des Liners eingepaßt,
was die Verbindung zwischen dem Verstärkungskragen und dem Liner
sicherstellt. Darüber
hinaus erhöht
die Anordnung des Vorsprungs die Dicke eines entsprechenden Teils
des Verstärkungskragens,
und die Festigkeit kann entsprechend erhöht werden.
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Die
erfindungsgemäßen Lösungen nach
Anspruch 3 und 4 beziehen sich auf das letztere, d.h. also ein Verfahren
zur Herstellung eines Hochdrucktanks unter Verwendung von hochfesten
Fasern. Unter diesen Lösungen
ist die erfindungsgemäße Lösung nach
Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß sie umfaßt: Aufwickeln auf die äußere Peripherie
eines zylindrischen Metalliners eines Faserbandes im Prepregzustand,
das dadurch erhalten wurde, daß hochfeste
Fasern mit einem Young-Modul von 300 GPa oder mehr und einer Zugfestigkeit
von 3 GPa oder mehr zu einem flachen Profil zusammengefaßt werden
und die Fasern mit einem wärmehärtenden
Harz imprägniert
werden, um dadurch eine innere Faserschicht zu bilden; Aufwickeln
auf die äußere Peripherie
der inneren Faserschicht eines Faserbandes im Prepregzustand, das
dadurch erhalten wurde, daß Fasern
mit einer Bruchdehnung von 2 % oder mehr zu einem flachen Profil
zusammengefaßt
werden und die Fasern mit einem wärmehärtenden Harz imprägniert werden,
um dadurch eine äußere Faserschicht zu
bilden, und Abdecken der äußeren Peripherie
des Liners mit einer Verstärkungsfaserschicht,
die durch die äußere Faserschicht
und die innere Faserschicht gebildet wird, und anschließende Eingabe
des mit der Verstärkungsfaserschicht
abgedeckten Liners in eine Trockenkammer und Erhitzen des Liners
zur Aushärtung des
in die Verstärkungsfaserschicht
eindringenden wärmehärtenden
Harzes.
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Bei
der obigen Struktur entsprechend der erfindungsgemäßen Lösung nach
Anspruch 3 werden Fasern in Form eines Bandes zusammengefaßt und in
dieser Form auf den Liner aufgewickelt. Demzufolge kann der Wickelprozeß erleichtert
werden.
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Wenn
Fasern auf die äußere Peripherie
des Liners durch einen Naßwickelprozeß aufgewickelt
werden, kann ein flüssiges
wärmehärtendes
Harz auf den Arbeitsplatz abtropfen und den Arbeitsplatz beeinträchtigen.
Bei der vorliegenden Erfindung wird jedoch ein Faserband im Prepregzustand
(B-Zustand), das in gewissem Umfang mit einem wärmehärtenden Harz ausgehärtet wurde,
auf den Liner aufgewickelt. Demzufolge verhindert das erfindungsgemäße Verfahren
eine Beein trächtigung
der Arbeitsumgebung, da kein wärmehärtendes
Harz auf den Arbeitsplatz herabtropft.
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Die
erfindungsgemäße Lösung nach
Anspruch 4 ist dadurch gekennzeichnet, daß bei der erfindungsgemäßen Lösung nach
Anspruch 3 der in die Trockenkammer eingegebene Liner sowohl von
innen als auch von außen
beheizt wird.
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Wenn
das wärmehärtende Harz
in der Verstärkungsfaserschicht
lediglich von außerhalb
des Liners her erhitzt wird, härtet
das wärmehärtende Harz
graduell von seiner Außenseite
nach seiner Innenseite und schrumpft mit dem Härten. Zu diesem Zeitpunkt wird
ein nicht ausgehärteter
Teil des Harzes durch eine Kompressionskraft von einem äußeren gehärteten Teil
desselben beaufschlagt und führt
zu einer Verzerrung bei den durch das nicht ausgehärtete innere
Harz umschlossenen Fasern. Wenn eine solche Verzerrung in den Fasern
eintritt, kann eine aufgrund eines Gasfülldrucks auf den Liner ausgeübte Zugbeanspruchung
nicht gleichmäßig auf
alle Fasern verteilt werden, so daß ein frühzeitiger Bruch befördert wird.
Mit der obigen Struktur entsprechend der erfindungsgemäßen Lösung nach
Anspruch 4 beginnt das wärmehärtende Harz
in der Verstärkungsfaserschicht
im wesentlich gleichzeitig sowohl an der Innen- wie auch an der
Außenseite
der Schicht auszuhärten.
Demzufolge kann soweit wie möglich
vermieden werden, daß die
inneren Fasern eine Verzerrung verursachen, und die Zugbeanspruchung
kann gleichmäßig auf
alle Fasern verteilt werden, was einen frühzeitigen Bruch verhindert.
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Weitere
Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung
hervor, in der mit Bezug auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele
erläutert
werden. In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine
Querschnittsansicht mit vergrößerter Darstellung
eines zylindrischen Gasabgabebereiches eines hochfeste Fasern verwendenden
Hochdrucktanks nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
Querschnittsansicht mit der Darstellung des gesamten hochfeste Fasern
verwendenden Hochdrucktanks nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung;
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3 Prozeßschritte
für die
Herstellung des hochfeste Fasern verwendenden Hochdrucktanks nach der
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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4 eine
analoge Ansicht zur 1 mit der Darstellung eines
hochfeste Fasern verwendenden Hochdrucktanks nach der zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
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Im
nachstehenden werden Beschreibungen von Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen gegeben.
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Ausführungsform 1
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Die 1 und 2 zeigen
einen Hochdrucktank, bei dem hochfeste Fasern verwendet werden,
nach der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Der Hochdrucktank 1 weist einen
Liner 2 auf, welcher ein Tankkörper ist, in den Hochdruckgas,
wie z.B. Wasserstoffgas, von 35 bis 75 MPa eingebracht wird. Der Liner 2 ist
so ausgebildet, daß ein
zylindrischer Gasabgabebereich 5 kleinen Durchmessers und
mit kreisförmigem
Querschnitt integral von einem Ende eines zylindrischen mittleren
Bereiches 3 mit kreisförmigem
Querschnitt durch einen Dombereich 4 auskragt, und dieser
ist so strukturiert, daß Hochdruckgas
durch den zylindrischen Gasabgabebereich 5 in den Hochdrucktank 1 (Liner 2)
eingegeben oder von diesem abgegeben werden kann. Der zylindrische
Gasabgabebereich 5 ist mit einer Gewindebohrung 6 ausgebildet,
und eine Ventilvorrichtung 7 wird in die Gewindebohrung 6 eingesetzt.
Die Ventilvorrichtung 7 ist ein sogenanntes Intank-Ventil
des Einbautyps, der so strukturiert ist, daß ein Ventilmechanismus 8 ein
hier nicht gezeigtes Absperrventil aufweist, ein Druckminderungsventil
in einer Kapsel 9 enthalten ist, ein Flansch 10 an
dem Öffnungsende
des zylindri schen Gasabgabebereiches 5 angeschlagen ist
und die Kapsel 9 (Ventilmechanismus 8) im Hochdrucktank 1 enthalten
ist. In der Richtung nach außerhalb
des Hochdrucktanks 1 von der Ventilvorrichtung 7 aus
wird ein Rohrverbindungsteil 11 zur Verbindung des Niederdruckgasrohrs
mit dem Hochdrucktank 1 ausgekragt. Auf der anderen Seite
ist der mittlere Bereich 3 am anderen Ende integral mit
einem zylindrischen Bereich 13 kleinen Durchmessers und
mit kreisförmigem
Querschnitt durch einen Dombereich 12 ausgebildet. Der
zylindrische Bereich 13 wird ebenfalls mit einer Gewindebohrung 14 ausgebildet,
und ein Blindstopfen 15, um den Tank gegen Leckagen von
Hochdruckgas zu schützen,
wird in die Gewindebohrung 14 eingesetzt. Auf diese Weise
ist der Liner 2 innen mit einem geschlossenen hohlen Teil 16 zur
Aufnahme von Hochdruckgas ausgebildet.
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Der
Hochdrucktank 1 besteht aus einem Metall, wie z.B. einer
Aluminiumlegierung, beispielsweise JIS A 6061 oder JIS A 6062, und
wird dadurch ausgebildet, daß ein
kurzes hohles zylindrisches Werkstück plastisch verformt und nach
dem Ausformen einer Wärmebehandlung,
wie z.B. T6, unterzogen wird. Die Dombereiche 4 und 12,
der zylindrische Gasabgabebereich 5 und der zylindrische
Bereich 13 werden so ausgebildet, daß sie Dicken aufweisen, die
drei- oder mehrfach größer sind
als der mittlere Bereich 3. Insbesondere werden die Dombereiche 4 und 12 in
der Dicke ausgehend von der Dicke des mittleren Bereiches 3 bis
auf diejenigen des zylindrischen Gasabgabebereiches 5 und
des zylindrischen Bereiches 13 in dem Maße graduell
erhöht, wie
ausgehend vom mittleren Bereich 3 zum zylindrischen Gasabgabebereich 5 und
zum zylindrischen Bereich 13 verfahren wird, wodurch die
Dombereiche 4 und 12 verstärkt werden, in denen sich vornehmlich
Beanspruchung konzentrieren kann.
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Zylindrische
Metallverstärkungskragen 18 werden
integral auf das Äußere des
Liners 2 über
dessen Flächen
sowohl ausgehend vom zylindrischen Gasabgabebereich 5 wie
auch vom zylindrischen Bereich 13 bis zu den entsprechenden
Dombereichen 4 und 12 durch Schrumpfmontage aufgesetzt.
Der Verstärkungskragen 18 besteht
aus einem zylindrischen Teil 19 mit kreisförmigem Querschnitt,
welcher im wesentlichen die gleiche Dicke wie der zylindrische Gasabgabebereich 5 und
der zylindrische Bereich 13 aufweist, sowie einem Fortsatz 20,
der integral an einem Ende des zylindrischen Teils 19 ausgebildet
wird, um sich nach außen
zu erstrecken. Der Fortsatz 20 wird in dem Maße der Annäherung an
die Außenkante
in der Dicke reduziert, so daß die
Außenkante
des Fortsatzes 20 glatt mit der Entsprechung einer der
Außenseiten
der Dombereiche 4 und 12 übergeht. Der Verstärkungskragen 18 weist
innen eine Montagebohrung 22 auf, die sich vertikal durch den
zylindrischen Teil 19 und den Fortsatz 20 erstreckt.
Der Verstärkungskragen 18 besteht
aus einem Metall, wie z.B. einer Stahllegierung, beispielsweise
SNCM440, SCM440 oder SKD61, oder einer Titanlegierung, und wird
durch Schmieden oder Drehen ausgebildet. Die Materialien für den Verstärkungskragen
sind jedoch nicht auf das Vorstehende beschränkt, es müssen lediglich solche sein,
die im Festigkeits-/Gewichtsverhältnis
besser liegen als Aluminium. Solche Materialien leisten einen großen Beitrag
zur Gewichtsminderung. Des weiteren werden die zylindrischen Teile 19 der
Verstärkungskragen 18 integral
auf dem zylindrischen Gasabgabebereich 5 und dem zylindrischen
Bereich 13 des Liners 2 dadurch montiert, daß eine Schrumpfmontage
mit dem zylindrischen Gasabgabebereich 5 und dem zylindrischen
Bereich 13 erfolgt, die in den entsprechenden Montagebohrungen 22 eingesetzt
sind, und die Fortsätze 21 der
Verstärkungskragen 18 integral
mit den Außenseiten
der Dombereich 4 und 12 verbunden werden.
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Die äußere Peripherie
des Liners 2 wird mit einer Verstärkungsfaserschicht 23 abgedeckt.
Die Verstärkungsfaserschicht 23 wird
dadurch ausgebildet, daß Fasern
auf die äußere Peripherie
des Liners 2 aufgewickelt werden. Die Verstärkungsfaserschicht 23 besteht
aus einer ersten inneren Faserschicht 24, die Kontakt mit
der äußeren Peripherie
des mittleren Bereiches 3 des Liners herstellt und den
mittleren Bereich 3 abdeckt, einer zweiten inneren Faserschicht 25,
die mit der äußeren Peripherie
der ersten inneren Faserschicht 24 und den zylindrischen
Teilen 19 Kontakt herstellt und fast den gesamten Liner 2 abdeckt,
und einer äußeren Faserschicht 26,
die mit der äußeren Peripherie
der zweiten inneren Faserschicht 25 Kontakt herstellt und
den Liner 2 von dem mittleren Bereich 3 teilweise
zu beiden Dombereichen 4 und 12 abdeckt.
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Es
ist ein Merkmal der vorliegenden Erfindung, daß die erste innere Faserschicht 24 und
die zweite innere Faserschicht 25 beide jeweils aus hochfesten
Fasern bestehen, welche ein Young-Modul von 300 GPa oder mehr und
eine Zugfestigkeit von 3 GPa oder mehr aufweisen und mit einem wärmehärtenden
Harz, wie z.B. Epoxidharz, imprägniert
und ausgehärtet
wurden. Ein Beispiel der hochfesten Fasern ist die nachstehend beschriebene
Kohlenstoffaser, welche als Rohmaterial Polyacrylonitril (PAN) verwendet.
Diese hochfeste Faser ist schwer zu dehnen und vermag beträchtlich
hohe Drücke
auszuhalten.
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Hochleistungskohlenstoffaser
Torayca
® M46JB,
hergestellt von Toray:
| Young-Modul | 436
GPa |
| Zugfestigkeit | 4,2
GPa |
| Bruchdehnung | 1,0
% |
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Es
ist ein Merkmal der Erfindung, daß die äußere Faserschicht
26 aus
Fasern mit einer Bruchdehnung von 2 % oder mehr bestehen und mit
einem wärmehärtenden
Harz, wie z.B. Epoxidharz, imprägniert
und ausgehärtet
werden. Ein Beispiel dieser Art Faser wird nachstehend beschrieben.
Diese Faser hat eine Eigenschaft im Vergleich zur oben genannten
hochfesten Faser verbesserter Dehnung, kann jedoch Stoßfestigkeit kompensieren,
die im Austausch für
die Dehnbarkeit der hochfesten Faser reduziert wurde.
| Young-Modul | 230
GPa |
| Zugfestigkeit | 5
Gpa |
| Bruchdehnung | 2,1
% |
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Die
erste innere Faserschicht 24 ist eine ringförmig gewickelte
Faserschicht, bei der Fasern auf die äußere Peripherie des mittleren
Bereiches des Liners 2 in Umfangsrichtung senkrecht zur
Richtung der Mittellinie des Liners aufgewickelt werden. Die zweite
innere Faserschicht 25 ist eine wendelförmig gewickelte Faserschicht,
bei der Fasern auf fast die gesamte äußere Peripherie des Liners 2 wendelförmig in
Richtung der Mittellinie des Liners aufgewickelt werden. Die äußere Faserschicht 26 ist
eine mit großem
Winkel wendelförmig
gewickelt Faserschicht, bei der Fasern auf die äußere Peripherie des Liners 2 vom
mittleren Bereich 3 ausgehend teilweise bis zu den Dombereichen 4 und 12 in
einem Winkel von 75 Grad oder ca. 75 Grad bis zur Mittellinie des
Liners aufgewickelt werden.
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Die
Faserschichten 24, 25 und 26, die die
Verstärkungsfaserschicht 23 bilden,
sind jeweils so strukturiert, daß ein Faserband, das durch
die Zusammenfügung
von Fasern zu einem Profil erhalten wird und die Fasern mit einem
wärmehärtenden
Harz imprägniert
werden, in einem Prepregzustand auf den Liner aufgewickelt wird
und das wärmehärtende Harz
ausgehärtet
wird. Der Prepregzustand ist der Zustand, bei dem das wärmehärtende Harz
bis zu einem gewissen Umfang ausgehärtet wurde, z.B. Trocknen durch
Heißdampf,
und wird B-Zustand genannt. Das Prepreg-Faserband wird, um weiteres
Austrocknen zu vermeiden, bis zum Einsatz in einem Kühlraum oder ähnlichem
eingelagert.
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Als
nächstes
folgt eine Beschreibung hinsichtlich eines Beispiels von Herstellungsverfahren
für den Hochdrucktank 1 mit
der oben beschriebenen Struktur und unter Bezugnahme auf 3.
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Zunächst wird
in einem Verfahrensschritt des Rohrschneidens S1 ein längliches
Rohrmaterial P aus einer Aluminiumlegierung abgelängt, um
ein kurzes hohles zylindrisches Werkstück B zu bilden, dessen beide Enden
geöffnet
werden.
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Als
nächstes
wird in einem Fliessformverfahrensschritt S2, obwohl dies nicht
gezeigt wird, das kurze hohle zylindrische Werkstück B auf
einen Dorn aufgesetzt, der Dorn wird um seine Achse gedreht, um
das kurze hohle zylindrische Werkstück B als einzelne Einheit zu
drehen, und eine Formwalze wird gegen die äußere Peripherie des kurzen
hohlen zylindrischen Werkstücks
B gepreßt,
um die Walze zu drehen, während
in der axialen Richtung auf die äußere Peripherie
des kurzen hohlen zylindrischen Werkstücks B Kraft angelegt wird, so
daß ein
Fliessformen des kurzen hohlen zylindrischen Werkstücks B stattfindet.
Auf diese Weise wird das kurze hohle zylindrische Werkstück B plastisch
verformt, um ein längliches
hohles zylindrisches Werkstück
B' zu bilden. In
diesem Stadium hat in einem Hochdrucktank 1 als Fertigerzeugnis
ein Teil des länglichen
hohlen zylindrischen Werkstücks
B', abgesehen von
seinen bestimmten Bereichen, die mit den Öff nungsenden beginnen, die
gleiche Dicke wie diejenige eines mittleren Bereiches 3 eines
Liners 2. Darüber
hinaus haben die bestimmten Bereiche des länglichen hohlen zylindrischen
Werkstücks
B' in dem Maße, wie
die Annäherung
an die Öffnungsenden
erfolgt, beginnend bei beiden Öffnungsenden
eine graduell zunehmende Dicke.
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Danach
wird in einem Spinnverfahrensschritt S3, obwohl dies nicht gezeigt
wird, ein vorbestimmter Bereich des länglichen hohlen zylindrischen
Werkstücks
B' beginnend mit
der Nähe
eines Öffnungsendes
durch Spinnen in einer solchen Weise eingezogen, daß das längliche
hohle zylindrische Werkstück
B' durch eine Einspannvorrichtung
gehalten wird, es wird das längliche
hohle zylindrische Werkstück
B' um seine Achse
gedreht, es wird beginnend mit der Nähe eines Öffnungsendes des länglichen
hohlen zylindrischen Werkstücks B' eine Formwalze in
einer geneigten Position gegen den vorbestimmten Bereich zu dem
einen Öffnungsende gepreßt, um die
Walze zu drehen, während
sie relativ zur Achse des länglichen
hohlen zylindrischen Werkstücks
B' schräg bewegt
wird. Auf diese Weise wird der vorbestimmte Bereich beginnend mit
dem Öffnungsende
des länglichen
hohlen zylindrischen Werkstücks
B' plastisch verformt,
wodurch ein zylindrischer Gasabgabebereich 5 integral von
einem Ende eines zylindrischen mittleren Bereiches 3 durch
einen Dombereich 4 ausgekragt wird. Darüber hinaus wird durch das Einziehen
durch Spinnen, das vorstehend beschrieben wurde, der Dombereich 4 so
ausgebildet, daß er
bei der Bewegung vom mittleren Bereich 3 zum zylindrischen
Gasabgabebereich 5 eine graduell zunehmende Dicke aufweist,
und die Dicke des zylindrischen Gasabgabebereiches 5 wird
so gewählt,
daß sie
drei- oder mehrfach größer ist
als diejenige des mittleren Bereiches 3. Ein Bereich des
länglichen
hohlen zylindrischen Werkstücks
B' in der Nähe des anderen Öffnungsendes
wird in der gleichen Weise durch Spinnen eingezogen, wodurch ein
zylindrischer Bereich 13 integral vom anderen Ende des
mittleren Bereiches 3 durch einen Dombereich 12 ausgekragt
wird. Auch in diesem Bereich ist der Dombereich 12 so ausgebildet,
daß er
bei der Bewegung vom mittleren Bereich 3 zum zylindrischen
Bereich 13 eine graduell zunehmende Dicke aufweist, und
die Dicke des zylindrischen Bereiches 13 wird so gewählt, daß sie drei-
oder mehrfach größer ist
als diejenige des mittleren Bereiches 3. So wird ein Liner 2 erhalten,
bei dem der zylindrische Gas abgabebereich 5 von einem Ende
ausgekragt wird und der zylindrische Bereich 13 vom anderen
Ende ausgekragt wird.
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Inzwischen
wird ein Verstärkungskragen 18 aus
einer Stahllegierung oder einer Titanlegierung vorbereitet, der
durch einen getrennten Schmiede- oder Drehprozeß erhalten wird. Wie oben beschrieben
weist der Verstärkungskragen 18 einen
zylindrischen Teil 19 und einen Fortsatz 20 auf,
der integral an einem Ende des zylindrischen Teils 19 ausgebildet
wird, und wird innen mit einer Montagebohrung 22 versehen,
welche sich vertikal durch den zylindrischen Teil 19 und
den Fortsatz 20 erstreckt. Der Innendurchmesser der Montagebohrung 22 wird
so ausgewählt,
daß ein
Montagespiel für
das Schrumpfen relativ zum äußeren Durchmesser
des zylindrischen Gasabgabebereiches 5 und des zylindrischen
Bereiches 13 vorgesehen wird.
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Als
nächstes
werden bei einem Verstärkungskragen-Schrumpfmontageverfahrensschritt
S4 die Verstärkungskragen 18,
welche die oben beschriebene Struktur haben, auf dem zylindrischen
Gasabgabebereich 5 bzw. dem zylindrischen Bereich 13 des
Liners 2 aufgesetzt. Anschließend werden die Verstärkungskragen 18 integral
auf der Außenseite
des Liners 2 in seinen Bereichen ausgehend von sowohl dem
zylindrischen Gasabgabebereich 5 wie auch dem zylindrischen
Bereich 13 bis zu den entsprechenden Dombereichen 4 und 12 durch
Schrumpfmontage aufgesetzt.
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Anschließend werden
bei einem Wickelverfahrensschritt S5 die hochfesten Fasern mit einem Young-Modul
von 300 GPa oder mehr und einer Zugfestigkeit von 3 GPa oder mehr
zu einem flachen Profil zusammengefaßt, und die zusammengefaßten Fasern
werden mit einem wärmehärtenden
Harz, wie z.B. Epoxidharz, imprägniert,
um ein Faserband zu bilden, und das Faserband wird in einem Prepregzustand
auf der äußeren Peripherie
des mittleren Bereiches 3 des Liners ringförmige gewickelt,
um eine erste innere Faserschicht 24 zu bilden. Anschließend wird
ein aus den genannten hochfesten Fasern bestehendes Faserband auf
der ersten inneren Faserschicht 24 über nahezu den gesamten Liner 2 wendelförmig aufgewickelt,
um eine zweite innere Faserschicht 25 zu bilden, auf der
ein Faserband im Prepregzustand, das dadurch erhalten wurde, daß Fasern
mit einer Bruchdehnung von 2 % oder mehr in ein flaches Profil zusammengefaßt werden
und die Fasern anschließend
mit einem wärmehärtenden
Harz, wie z.B. Epoxidharz, imprägniert
werden, auf der zweiten inneren Faserschicht 25 über einen
Bereich der äußeren Peripherie
des Liners 2, welcher sich von dem mittleren Bereich 3 teilweise
zu den Dombereichen 4 und 12 erstreckt, in einem
hohen Winkel von 75 Grad oder ca. 75 Grad bis zur Mittellinie des
Liners wendelförmig
gewickelt, um eine äußere Faserschicht 26 zu
bilden. Dadurch wird die äußere Peripherie
des Liners 2 mit einer Verstärkungsfaserschicht 23,
welche durch die äußere Faserschicht 26,
die erste innere Faserschicht 24 und die zweite innere
Faserschicht 25 (sämtliche
Faserschichten 24, 25 und 26 werden in 1 gezeigt)
gebildet werden, abgedeckt. Die Dicke der Verstärkungsfaserschicht 23 wird
durch das Fassungsvermögen
des Tanks und den Gasfülldruck
bestimmt. Beispielsweise betragen unter den Bedingungen, bei denen
das Tankfassungsvermögen
ca. 34 Liter beträgt,
die Dicke des mittleren Bereiches 3 des Liners 2 4,0
mm, der Außendurchmesser
des Liners 2 280 mm, die Länge des Liners 2 830
mm, und der Gasfülldruck
beträgt
70 MPa, die Dicke der Verstärkungsfaserschicht 23 beträgt ca. 9
mm. Der Wickelverfahrensschritt ist nicht auf den Fall beschränkt, bei
dem auf die Ausbildung der ersten inneren Faserschicht 24 die
Ausbildung der zweiten Faserschicht 25 folgt. Alternativ
werden die ersten inneren Faserschichten 24 und die zweiten
Faserschichten 25 nacheinander alternierend angebracht.
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Anschließend wird
bei einem Verfahrensschritt des Trocknens S6 der mit der Verstärkungsfaserschicht 23 bedeckte
Liner in eine Trockenkammer 27 eingegeben, und der Liner 2 wird
durch Strahlungshitze aus innerhalb und außerhalb des Liners 2 plazierten
Heizvorrichtungen 28 innen und außen erhitzt, während er
gedreht wird, um das wärmehärtende Harz
in der Verstärkungsfaserschicht 23 thermisch
zu härten.
Damit wird ein Hochdrucktank 1 erhalten, bei dem die Fasern
auf die äußere Peripherie
des Liners 2 aufgewickelt werden und bei dem die äußere Peripherie
des Liners 2 mit der Verstärkungsfaserschicht 23 abgedeckt
wird. Das in die Verstärkungsfaserschicht 23 eindringende
wärmehärtende Harz
kann anstelle der Verwendung der Heizvorrichtungen 28 dadurch
thermisch gehärtet
wer den, indem Heißluft
in das Innere und das Äußere des
Liners 2 eingeführt
wird und der Liner 2 unter Rotation innen und außen erhitzt
wird.
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Der
so hergestellte Hochdrucktank 1 wird mit einer Ventilvorrichtung
in dem zylindrischen Gasabgabebereich 5 ausgerüstet und
mit einem Blindstopfen 15 in dem zylindrischen Bereich 13 versehen,
wodurch ein Endprodukt geliefert wird.
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Wie
oben beschrieben, ist bei dieser Ausführungsform die äußere Peripherie
des Liners 2 mit der Verstärkungsfaserschicht 23 abgedeckt,
welche aus den ersten und zweiten inneren Faserschichten 24 und 25, welche
aus hochfesten Fasern mit einem Young-Modul von 300 GPa oder mehr
und einer Zugfestigkeit von 3 GPa oder mehr hergestellt werden und
mit einem wärmehärtenden
Harz imprägniert
wurden, und einer äußeren Faserschicht 26 besteht,
welche aus Fasern mit einer Bruchdehnung von 2 % oder mehr hergestellt
wird und mit einem wärmehärtenden
Harz imprägniert
wurde. Demzufolge können
die ersten und zweiten inneren Faserschichten 24 und 25 aus
hochfesten Fasern eine Dehnbeanspruchung ausreichend aushalten,
welche aufgrund des Gasfülldrucks 2 auf
den Liner 2 wirkt, um die Dauerfestigkeit des Liners 2 zu
verstärken,
und die äußere Faserschicht 26 mit
Dehnung kann den Nachteil geringerer Stoßfestigkeit der inneren Faserschichten kompensieren.
So ist, selbst wenn der Tank ein geringes Fassungsvermögen und
der Liner eine geringe Dicke aufweist, der Tank in der Lage, ein
Hochdruckgas von 35 bis 75 MPa aufzunehmen, womit ein Hochdrucktank 1 geringer
Größe, geringen
Gewichts und mit ausgezeichneter Druckfestigkeit geliefert wird.
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Des
weiteren wird die erste innere Faserschicht 24 ringförmig gewickelt,
die zweite innere Faserschicht 25 wird wendelförmig gewickelt,
und die äußere Faserschicht 26 wird
mit einem großen
Winkel wendelförmig
gewickelt. Damit kann die ringförmig
gewickelte erste innere Faserschicht 24 die Dehnfestigkeit
des Liners 2 in dessen radialer Richtung verbessern, und
die wendelförmig
gewickelte zweite innere Faserschicht 25 kann die Dehnfestigkeit
des Liners 2 in der Richtung seiner Mittellinie verbessern.
Darüber
hinaus dann die äußere Faserschicht 26 die
Widerstandsfähigkeit
des Liners 2 gegen externe Stöße verbessern.
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Ferner
sind die die Verstärkungsfaserschicht 23 bildenden
Schichten 24, 25 und 26 jeweils dadurch aufgebaut,
daß Fasern
zu einem Flachprofil zusammengefaßt und mit einem wärmehärtenden
Harz zur Ausbildung eines Faserbandes imprägniert werden, das Faserband
in einem Prepregzustand auf den Liner aufgewickelt wird und das
wärmehärtende Harz
gehärtet
wird. Demzufolge sind im Vergleich zu dem Fall, bei dem harte hochfeste
Fasern herangezogen werden, um ein Seil zu bilden, das leicht rutschen
kann und schwierig auf den Liner 2 aufzuwickeln ist und
dadurch Schlaffstellen verursacht, was es wiederum schwierig macht,
die auf den Liner 2 wirkende Dehnbeanspruchung gleichmäßig auf
alle Fasern zu verteilen, die hochfesten Fasern in Form eines flachen
Bandes leicht an den Liner 2 anzupassen, sie können ohne
Schlaffstellen auf den Liner 2 aufgewickelt werden und
können
die oben beschriebene Dehnbeanspruchung auf sämtliche Fasern verteilen, wodurch
mühelos
die Dauerfestigkeit des Liners 2 verbessert wird.
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Darüber hinaus
werden die Dicken des zylindrischen Gasabgabebereiches 5 und
des zylindrischen Bereiches 13 so ausgewählt, daß sie drei-
oder mehrfach größer sind
als diejenige des mittleren Bereiches 3, und diese Bereiche
setzen sich über
die Dombereiche 4 und 12 bei gradueller Minderung
ihrer Dicken zum mittleren Bereich 3 fort. Dies sichert
die Festigkeit des zylindrischen Gasabgabebereiches 5,
des zylindrischen Bereiches 13 und der Dombereiche 4 und 12 und
liefert damit einen Hochdrucktank 1, welcher in der Lage
ist, besser hohe Drücke
von 35 bis 75 MPa auszuhalten und gleichzeitig eine verbesserte
Dauerfestigkeit sowie eine gesicherte Stoßfestigkeit des Liners 2 aufgrund
der oben beschriebenen Verstärkungsfaserschicht 23 bietet.
Selbst wenn die Dicke des mittleren Bereiches 3 gering
ist, wird des weiteren die Festigkeit des Liners 2 durch
zunehmende Dicke des zylindrischen Gasabgabebereiches 5,
des zylindrischen Bereiches 13 und der Dombereiche 4 und 12 sichergestellt.
Demzufolge kann das Gesamtgewicht des Hochdrucktanks 1 durch
Minderung der Dicke des mittleren Bereiches 3 reduziert
werden, und es müssen
entsprechend geringere Materialkosten ausgewendet werden.
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Darüber hinaus
werden die Verstärkungskragen 18 auf
die Außenseite
des Liners 2 in seinen Bereichen vom zylindrischen Gasabgabebereich 5 und
vom zylindri schen Bereich 13 bis zu den jeweiligen Dombereichen 4 und 12 aufgebracht.
Demzufolge können
die effektiven Dicken des zylindrischen Gasabgabebereiches 5 und
des zylindrischen Bereiches 13 und der benachbarten Dombereiche 4 und 12,
bei denen sich wahrscheinlich die Beanspruchung konzentriert, durch
die Dicken der Verstärkungskragen 18 erhöht werden,
womit in ausreichender Weise die Festigkeit dieser Bereiche sichergestellt
wird. Entsprechend kann ein Hochdrucktank 1 geliefert werden,
welcher in der Lage ist, in verbesserter Weise hohe Drücke von
35 bis 75 MPa auszuhalten. Da darüber hinaus die Verstärkungskragen 18 nicht
auf den gesamten Tankkörper 2,
sondern nur teilweise auf die Dombereiche 5 und 12,
den zylindrischen Gasabgabebereich 4 und den zylindrischen
Bereich 13 aufgesetzt werden, bei denen sich wahrscheinlich
die Beanspruchung konzentriert, vermeidet dies eine starke Erhöhung des
Gewichts des Hochdrucktanks 1, dies bewahrt seine Leichtgewichtigkeit
und bietet erleichterte Herstellung bei verringerten Kosten.
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Da
darüber
hinaus die Fasern in Form eines Bandes zusammengefaßt und in
dieser Form auf den Liner 2 aufgewickelt werden, kann der
Aufwickelprozeß erleichtert
werden. Des weiteren wird erfindungsgemäß ein Faserband im Prepregzustand
(B-Zustand), das in einem gewissen Umfang mit einem wärmehärtenden Harz
gehärtet
wurde, auf den Liner 2 aufgewickelt. Demzufolge wird im
Gegensatz zu einem Naßwickelprozeß, bei dem
ein flüssiges
wärmehärtendes
Harz möglicherweise
auf den Arbeitsplatz tropfen und die Arbeitsumgebung beeinträchtigen
kann, bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
die Beeinträchtigung
der Arbeitsumgebung vermieden, weil das wärmehärtende Harz nicht auf den Arbeitsplatz
tropft.
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Da
darüber
hinaus der in die Trockenkammer 27 eingegebene Liner 2 sowohl
innen wie auch außen beheizt
wird, beginnt das wärmehärtende Harz
in der Verstärkungsfaserschicht 23 sowohl
auf der Innenseite wie auch auf der Außenseite der Schicht im wesentlichen
gleichzeitig auszuhärten.
Demzufolge kann im Gegensatz zu dem Fall, bei dem das wärmehärtende Harz
in der Verstärkungsfaserschicht 23 lediglich
von außen her
beheizt wird, vermieden werden, daß das wärmehärtende Harz von seiner Außenseite
zur Innenseite hin graduell aushärtet
und schrumpft, und daß ein
innerer nicht ausgehärteter
Teil des Harzes durch eine Kompressionskraft vom äußeren ausgehärteten Teil
desselben aus beaufschlagt wird, was zu einer Verzerrung der Fasern
führt.
Demzufolge kann die aufgrund des Gasfülldrucks auf den Liner 2 ausgeübte Dehnbeanspruchung
gleichmäßig auf
alle Fasern verteilt werden, um einen vorzeitigen Bruch zu verhindern.
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Ausführungsbeispiel 2
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4 zeigt
einen Hochdrucktank 1, bei dem hochfeste Fasern verwendet
werden, nach einem zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Der Hochdrucktank 1 unterscheidet
sich von der ersten Ausführungsform
hinsichtlich der Form des Verstärkungskragens 18.
Insbesondere wird auf der Rückseite
des Fortsatzes 20 des Verstärkungskragens 18 ein
ringförmiger
Vorsprung 21 integral ausgeformt, um sich darüber hinaus
auszukragen. In dieser Verbindung wird eine ringförmige Montageaussparung 17 in
Umfangsrichtung auf der Außenseite
des Liners 2 in der Nähe
der Grenze zwischen dem Dombereich 4 und dem zylindrischen Gasabgabebereich 5 ausgebildet.
Der Fortsatz 20 des Verstärkungskragens 18 wird
mit der äußeren Peripherie
des Dombereichs 4 durch Schrumpfmontage integral aufgebracht,
wobei der Vorsprung 21 in die Montageaussparung des Dombereiches 4 eingesetzt
wird. Obwohl dies nicht gezeigt wird, wird der andere Verstärkungskragen 18 analog
auf der entgegengesetzten Seite auf den zylindrischen Bereich 13 des
Dombereiches 12 aufgesetzt. Die anderen Strukturen sind
die gleichen wie bei der ersten Ausführungsform. Demzufolge werden
die gleichen Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und
es erfolgt keine detaillierte Beschreibung derselben.
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Entsprechend
können
nach der zweiten Ausführungsform
die gleichen Wirkungen wie bei der ersten Ausführungsform erreicht werden.
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Zusätzlich werden
bei der zweiten Ausführungsform
die auf dem Fortsatz 20 der Verstärkungskragen 18 ausgebildeten
ringförmigen
Vorsprünge 21,
die sich ausgehend davon erstrecken, in die entsprechenden Montageaussparungen
der Dombereich 4 und 12 eingesetzt, welche in
Umfangsrichtung auf der Außenseite des
Liners 2 in der Nähe
der Grenzen zwischen dem Dombereich 4 und dem zy lindrischen
Gasabgabebereich 5 und zwischen dem Dombereich 12 und
dem zylindrischen Bereich 13 ausgebildet und durch Schrumpfmontage
mit den Dombereichen 4 und 12 integral verbunden.
Demzufolge können
die Verstärkungskragen 18 zuverlässig auf
den Liner 2 montiert werden. Des Weiteren erhöht die Bereitstellung
des Vorsprungs 21 die Dicke eines entsprechenden Teils
des Verstärkungskragens 18,
und die Festigkeit kann entsprechend verbessert werden.
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Bei
den genannten ersten und zweiten Ausführungsformen wird ein hohler
Zylinder, dessen beide Enden offen sind, als das kurze hohle zylindrische
Werkstück
B dargestellt, das für
Fliessformen vorgesehen ist. Das kurze hohle zylindrische Werkstück B kann
jedoch ein am Ende geschlossenes zylindrisches Werkstück sein.