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Diese
Erfindung betrifft einen Hochdrucktank, der hochsteife Fasern verwendet,
und anwendbar für
einen Automobilkraftstofftank für
Wasserstoff oder Ähnliches
ist, und betrifft ein Verfahren zum Herstellen desselben.
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Diese
Art von Hochdrucktank wird konstruiert, indem der Außenumfang
einer Einlage, hergestellt aus Metall wie z. B. einer Aluminiumlegierung,
mit einer verstärkenden
Faserschicht, hergestellt aus Kohlefaser oder Ähnlichem, bedeckt wird. Die
verstärkende
Faserschicht wird gebildet, indem auf den Außenumfang der Einlage Fasern
wie z. B. Kohlefasern, die mit einem aushärtenden Harz wie z. B. Epoxidharz
imprägniert
sind, durch ein Präzisionswickelverfahren
gewickelt werden und das aushärtende
Harz ausgehärtet
wird.
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Hierzu
wird der Stand der Technik nach der Japanische Patentanmeldung JP
10-292899 genannt.
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Der
dort beschriebene Hochdrucktank, der zwar als Hochdrucktank bezeichnet
wird, gehört
eigentlich zu einer Kategorie von Gasfülldrücken in der Größenordnung
von höchstens
20 MP. Wenn dieser Tank zum Beispiel als Wasserstofftank in einem
Auto angewendet wird, erreicht die Kilometerzahl, die ein Auto,
das diesen Tank verwendet, mit einer einzigen Gasfüllung zurück legen
kann, kein praktisches Niveau. Der Referenz halber, als der Hochdrucktank
mit einem Fassungsvermögen
von 100 Liter mit Wasserstoffgas bei 25 MPa gefüllt wurde, erreichte die zurückgelegte
Kilometerzahl nur ca. 180 km, weit entfernt von den 500 km, die
das praktische Niveau sind.
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Aus
der deutschen Offenlegungsschrift
DE 199 52 611 A1 ist ein Hochdruckbehälter, insbesondere
für die
Hochdruckbehandlung von Lebensmitteln bekannt, der eine metallische
Hülse und
auf diese aufgewickelte Verstärkungsfasern
aufweist. Die Verstärkungsfasern
können
unterschiedliche Elastizitätsmodule
aufweisen und in Spiralen unterschiedlicher Steilheit gewickelt
sein. Aus der Patentschrift
DE
695 30 126 T2 ist ein Druckbehälter mit einer Innenhülle aus
einer Aluminiumlegierung und einer Außenhülle aus faserverstärktem Kunststoff
bekannt. Dabei ist vorgesehen, die Faserschichten spiralförmig und
mit unterschiedlicher her Steilheit zu wickeln. Aus dem deutschen
Gebrauchsmuster
DE
84 08 506 U1 eine Druckgasflasche mit einem Wickelkörper aus
einer Aluminiumlegierung und einem faserverstärkten Kunststoffmantel bekannt.
Die Fasern dieses Behälters
sind kreis- und spiralförmig
gewickelt, wobei das Spiralwickeln kreuzförmig mit gleicher Steilheit
erfolgt.
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Die
Definition der Elastizitätsmodul
ist aus der Literaturstelle: Kuchling, H.; Physik; 18. Auflage,
Leipzig: Fachbuchverlag, 1987, S. 164–166, bekannt.
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Um
die Kilometerzahl, die mit einer einzigen Gasfüllung zurückgelegt werden kann, zu erhöhen, ist
es notwendig, die Tankkapazität
zu erhöhen
oder den Gasfülldruck
zu erhöhen.
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Wenn
die Tankkapazität
erhöht
wird, erhöht
sich jedoch das Gesamtgewicht des Autos nachteilig, und der Bereich,
der von dem Tank belegt wird, vergrößert sich ebenfalls, was ungeeignet
für Autos
ist, die nur einen begrenzten Einbauplatz zur Verfügung haben.
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Um
andererseits den Gasfülldruck
zu erhöhen,
muss die Dicke der Einlage, die den Tankkörper bildet, erhöht werden.
Auch in diesem Fall erhöht
sich das Gesamtgewicht des Autos nachteilig.
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Die
vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der vorgenannten Punkte
gemacht, und es ist deshalb ihre Aufgabe, einen Hochdrucktank von
leichtem Gewicht und mit hervorragendem Druckwiderstand und ein Verfahren
zum Herstellen desselben zu entwickeln.
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Diese
Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und der Merkmalen
des Anspruchs 3 gelöst. Amgesteltungsformen
sind in der Unteransprüchen
angegeben.
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Um
diese Aufgabe zu erfüllen,
ist die vorliegende Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass eine
verstärkende
Faserschicht zum Bedecken des Außenumfangs einer Einlage verstärkt wird.
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Die
vorliegende Erfindung richtet sich auf einen Hochdrucktank, der
hochsteife Fasern zum Verstärken der
Faserschicht verwendet, und ein Verfahren zum Herstellen desselben.
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Um
spezifischer zu sein, betreffen die erfinderischen Lösungen der
Ansprüche
1 bis 2 einen Hochdrucktank, der hochsteife Fasern verwendet.
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Der
erfindungsgemäße Hochdrucktank
nach Anspruch 1 umfasst eine zylindrische Metalleinlage und eine
verstärkende
Faserschicht, die den Außenumfang
der Einlage bedeckt, und ist dadurch gekennzeichnet, dass die verstärkende Faserschicht
umfasst: eine innere Faserschicht, gebildet durch Bandwickeln von
hochsteifen Fasern, die einen Elastizitätsmodul von 350 GPa oder mehr
und eine Dehnung von 0,7 oder mehr am Bruch haben und die mit einem
aushärtenden
Harz imprägniert
und ausgehärtet
sind; eine Zwischenfaserschicht, gebildet durch Spiralwickeln von
Fasern, die einen Elastizitätsmodul
von nicht weniger als 280 GPa aber weniger als 350 GPa und eine
Dehnung von nicht weniger als 1,5% aber weniger als 2% am Bruch
haben und die mit einem aushärtenden
Harz imprägniert
und ausgehärtet
sind; und eine äußere Faserschicht,
gebildet durch Steilspiralwickeln von Fasern, die einen Elastizitätsmodul
von nicht weniger als 230 GPa aber weniger als 280 GPa und eine
Dehnung von 2% oder mehr am Bruch haben, so dass der Winkel der
Fasern in der äußeren Faserschicht
in Bezug auf die Mittellinie der Einlage größer wird als derjenige der
Fasern in der Zwischenfaserschicht und die mit einem aushärtenden
Harz imprägniert
und ausgehärtet
sind.
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Mit
der obigen Struktur nach Anspruch 1 ist es schwierig, die bandgewickelte
innere Faserschicht, hergestellt aus hochsteifen Fasern, die einen
Elastizitätsmodul
von 350 GPa oder mehr und eine Dehnung von 0,7% oder mehr am Bruch
haben, zu dehnen, auch wenn ein hoher Druck von 35 bis 75 MPa auf
die Einlage ausgeübt
wird. Deshalb kann die innere Faserschicht, hergestellt aus den
hochsteifen Fasern, einer Zugspannung, die an der Einlage in radialer
Richtung infolge eines Gasfülldrucks
wirkt, ausreichend widerstehen, um die Dauerfestigkeit der Einlage
zu verbessern. Während
diese weniger dehnbaren hochsteifen Fasern eine schlechte Stoßfestigkeit
haben, kann die steilspiralgewickelte äußere Faserschicht, die sich
außerhalb
der inneren Faserschicht befindet und aus Fasern hergestellt ist,
die einen Elastizitätsmodul
von nicht weniger als 230 GPa aber weniger als 280 GPa und eine
Dehnung von 2,0% oder mehr am Bruch haben, die Stoßfestigkeit sicherstellen.
Weiterhin verbessert die spiralgewickelte Zwischenfaserschicht,
hergestellt aus Fasern, die einen Elastizitätsmodul von nicht weniger als
280 GPa aber weniger als 350 GPa und eine Dehnung von nicht weniger
als 1,5% aber weniger als 2% am Bruch haben, die Dehngrenze der
Einlage in Richtung ihrer Mittellinie. Zusätzlich muss die spiralgewickelte
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Zwischenfaserschicht
nur halb so viel Belastung aushalten wie die bandgewickelte innere
Faserschicht und braucht deshalb keine sehr hohe Steifigkeit aufzuweisen.
Ihre Steifigkeit ist also zwischen denjenigen der inneren Faserschicht
und der äußeren Faserschicht
im Hinblick auf Wickelbarkeit und Kosten angesiedelt. Deshalb braucht
die Dicke der Zwischenfaserschicht nicht unnötig erhöht zu werden. Infolgedessen kann
ein Hochdrucktank von kleiner Größe, leichtem
Gewicht und hervorragendem Druckwiderstand geschaffen werden, der
mit einem Hochdruckgas von 35 bis 75 MPa gefüllt werden kann, auch wenn
seine Tankkapazität
gering ist und die Einlage eine geringe Dicke hat.
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Nach
Anspruch 1 sind weiterhin die Faserschichten, die die verstärkende Faserschicht
bilden, jeweils so strukturiert, dass ein Faserband, das entsteht,
indem die Fasern zu einem flachen Profil gesammelt werden und die
Fasern mit aushärtendem
Harz imprägniert
werden, in einem Prepreg-Zustand
auf die Einlage gewickelt wird und das aushärtende Harz ausgehärtet wird.
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Da
die hochsteifen Fasern normalerweise hart sind, rutschen diejenigen
in Form eines Seils leichter und lassen sich schwierig auf die Einlage
wickeln, und verursachen dadurch Schlupf, der es wiederum schwierig
macht, eine Zugspannung, die auf die Einlage wirkt, gleichmäßig auf
alle Fasern zu verteile Mit der obigen Struktur, nach der erfinderischen
Lösung
von Anspruch 1, werden die hochsteifen Fasern besonders in Form eines
flachen Bandes verwendet. Deshalb können die Fasern leicht an die
Einlage angepasst werden, können ohne
Schlupf auf die Einlage gewickelt werden, und können die oben genannte Zugspannung
gleichmäßig auf alle
Fasern verteilen, wodurch leicht eine verbesserte Dauerfestigkeit
der Einlage geschaffen werden kann.
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Nach
Anspruch 1 ist weiterhin die Einlage so strukturiert, dass ein kurzer,
hohler Rohling aus Metall plastisch deformiert wird, so dass ein
zylindrisches Gasentladesegment von einem Ende eines zylindrischen Mittelsegments
durch ein Kuppelsegment herausragt und die Dicke des zylindrischen
Gasentladesegments so gewählt
wird, dass die drei- oder mehrfach größer ist als die des Mittelsegments,
und das Kuppelsegment allmählich
in der Dicke von der des Mittelsegments zu der des zylindrischen
Gasentladesegments hin erhöht wird,
indem vom Mittelsegment zum zylindrischen Gasentladesegment fortgeschritten
wird.
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Mit
der obigen Struktur, nach Anspruch 1, wird die Dicke des zylindrischen
Gasentladesegments als drei- oder mehrfach größer als die des Mittelsegments
gewählt,
und das zylindrische Gasentladesegment setzt sich weiter zum Mittelsegment über das
Kuppelsegment hin fort und reduziert allmählich seine Dicke. Dies stellt
die Festigkeiten des zylindrischen Gasentladesegments und des Kuppelsegments
sicher und schafft dadurch einen Hochdrucktank, der in der Lage
ist, hohen Drücken
von 35 bis 75 MPa ausreichend zu widerstehen, in Kombination mit
verbesserter Dauerfestigkeit und sichergestellter Stoßfestigkeit
der Einlage dank der oben beschriebenen verstärkenden Faserschicht. Außerdem,
auch wenn die Dicke des Mittelsegments gering ist, ist die Festigkeit
der Einlage sichergestellt, indem die Dicken des zylindrischen Gasentladesegments
und des Kuppelsegments erhöht
werden. Deshalb kann das Gesamtgewicht des Hochdrucktanks durch
Reduzieren der Dicke des Mittelsegments reduziert werden, und Materialkosten
werden gespart.
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Nach
Anspruch 1 wird weiterhin ein zylindrischer verstärkender
Metallkragen auf der Außenseite
der Einlage über
deren Flächen
von dem zylindrischen Gasentladesegment bis zum Kuppelsegment angebracht.
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Mit
der obigen Struktur, nach Anspruch 1, können die tatsächlichen
Dicken des zylindrischen Gasentladesegments und des benachbarten
Kuppelsegments, auf denen sich wahrscheinlich die Belastung konzentriert,
um die Dicke des Verstärkungskragens
erhöht
werden können,
wodurch die Festigkeiten dieser Segmente noch weiter sichergestellt
sind. Demgemäß kann ein
Hochdrucktank geschaffen werden, der in der Lage ist, hohen Drücken von
35 bis 75 MPa weiter zu widerstehen. Da der Verstärkungskragen
nicht auf dem gesamten Tankkörper
angebracht ist sondern teilweise auf dem Kuppelsegment und dem zylindrischen
Gasentladesegment, auf denen sich wahrscheinlich die Belastung konzentriert,
wird darüber
hinaus eine hohe Zunahme des Gewichts des Hochdrucktanks vermieden,
um dadurch sein leichtes Gewicht beizubehalten und vereinfachte Herstellung
und reduzierte Kosten zu bieten.
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Nach
Anspruch 2 umfasst der Verstärkungskragen
von Anspruch 1 ein zylindrisches Teil umfasst, das auf dem zylindrischen
Gasentladesegment angebracht wird, und eine Verlängerung, die sich nach außen von einem
Ende des zylindrischen Teils erstreckt, und die Rückseite
der Verlängerung
mit einer Ringwulst, die davon hervorsteht, gebildet wird, und ein
Teil des Äußeren der
Einlage in der Nähe
der Begrenzung zwischen dem Kuppelsegment und dem zylindrischen
Gasentladesegment auf dem Umfang mit einer ringförmigen Einpassvertiefung gebildet
ist, in die die Wulst eingepasst wird, mit dem Verstärkungskragen
auf der Außenseite der
Einlage über
ihre Bereiche vom zylindrischen Gasentladesegment bis zum Kuppelsegment
geschoben.
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Mit
der obigen Struktur, nach Anspruch 2, wird die Wulst des Verstärkungskragens
in die Einpassvertiefung der Einlage eingepasst, wodurch das Eingreifen
zwischen dem Verstärkungskragen
und der Einlage sichergestellt ist. Weiterhin erhöht die Bereitstellung
der Wulst die Dicke eines entsprechenden Abschnitts des Verstärkungskragens,
und die Festigkeit kann dementsprechend erhöht werden.
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Die
Ansprüche
3 und 4 treffen ein Verfahren zum Herstellen eines Hochdrucktanks
unter Verwendung von hochsteifen Fasern.
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Anspruch
3 umfasst: Bandwickeln, auf dem Außenumfang einer zylindrischen
Metalleinlage, eines Faserbandes im Prepreg-Zustand, erhalten durch
Sammeln von hochsteifen Fasern mit einem Elastizitätsmodul von
350 GPa oder mehr und einer Dehnung von 0,7% oder mehr am Bruch
zu einem flachen Profil und Imprägnieren
der Fasern mit einem aushärtenden
Harz, um dadurch eine innere Faserschicht zu bilden; Spiralwickeln,
auf dem Außenumfang
der inneren Faserschicht, eines Faserbandes im Prepreg-Zustand,
erhalten durch Sammeln von hochsteifen Fasern mit einem Elastizitätsmodul
von nicht weniger als 280 GPa aber weniger als 350 GPa und einer
Dehnung von nicht weniger als 1,5% aber weniger als 2,0% am Bruch
zu einem flachen Profil und Imprägnieren
der Fasern mit einem aushärtenden
Harz, um dadurch eine Zwischenfaserschicht zu bilden; Steilspiralwickeln,
auf dem Außenumfang der
Zwischenfaserschicht, eines Faserbandes im Prepreg-Zustand, erhalten
durch Sammeln von Fasern mit einem Elastizitätsmodul von nicht weniger als
230 GPa aber weniger als 280 GPa und einer Dehnung von 2,0% oder
mehr am Bruch zu einem flachen Profil und Imprägnieren der Fasern mit einem
aushärtenden
Harz, so dass der Winkel der Fasern in Bezug auf die Mittellinie
der Einlage größer wird
als derjenige der Fasern in der Zwischenfaserschicht, um dadurch
eine äußere Faserschicht
zu bilden, Bedecken des Außenumfangs
der Einlage mit einer verstärkenden
Faserschicht, zusammengesetzt aus der inneren Faserschicht, der
Zwischenfaserschicht und der äußeren Faserschicht;
und anschließendes
Laden der Einlage, die mit der verstärkenden Faserschicht bedeckt
ist, in eine Trockenkammer und Erwärmen der Einlage zum Aushärten des
aushärtenden
Harzes, das die verstärkende
Faserschicht durchdringt.
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Mit
der obigen Struktur nach werden Fasern in Form eines Bandes gesammelt
und in dieser Form auf die Einlage gewickelt. Deshalb kann das Wickelverfahren
vereinfacht werden. Wenn Fasern in einem Nassverfahren auf den Außenumfang
der Einlage gewickelt werden, kann ein flüssiges aushärtendes Harz auf den Arbeitsplatz
tropfen und die Arbeitsumgebung verunreinigen. In dieser Erfindung
wird jedoch ein Faserband im Prepreg-Zustand (B-Zustand), ausgehärtet bis
zu einem gewissen Grad, mit einem aushärtenden Harz auf die Einlage
gewickelt. Darum verhindert die erfinderische Methode ein Verunreinigen
der Arbeitsumgebung, da ein aushärtendes
Harz nicht auf den Arbeitsplatz tropft.
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Nach
Anspruch 4 wird die Einlage, die in die Trockenkammer geladen ist,
sowohl intern als auch extern erwärmt.
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Wenn
das aushärtende
Harz in der verstärkenden
Faserschicht nur von der Außenseite
der Einlage her erwärmt
wird, härtet
das aushärtende
Harz allmählich
von seiner Außenseite
zu seiner Innenseite hin aus und schrumpft beim Aushärten, Zu
diesem Zeitpunkt erhält
ein innerer ungehärteter
Abschnitt des Harzes eine Druckkraft von einem äußeren gehärteten Abschnitt davon, um
eine Verzerrung in den Fasern, die von dem inneren ungehärteten Harz
umgeben sind, zu produzieren. Wenn eine solche Verzerrung in den
Fasern vorkommt, kann eine Zugspannung, dank eines Gasfülldrucks
auf die Einlage wirkt, nicht gleichmäßig auf alle Fasern verteilt
werden, was zu vorzeitigem Bruch führt. Mit der obigen Struktur,
nach der erfinderischen Lösung von
Anspruch 4 beginnt das aushärtende
Harz in der verstärkenden
Faserschicht erheblich zugleich auf den Innen- und Außenseiten
der Schicht zu erhärten.
Deshalb kann so weit wie möglich
vermieden werden, dass die inneren Fasern eine Verzerrung verursachen,
und die Zugspannung kann gleichmäßig auf
alle Fasern verteilt werden, um vorzeitigen Bruch zu verhindern.
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Ausführungsformen
der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
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1 eine
Querschnittansicht, die in einer Vergrößerung ein zylindrisches Gasentladesegment
eines Hochdrucktanks, der hochsteife Fasern nach einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verwendet, zeigt
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2 eine
Querschnittansicht des gesamten Hochdrucktanks unter Verwendung
hochsteifer Fasern nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung,
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3 Verfahrensschritte
zum Herstellen des Hochdrucktanks unter Verwendung hochsteifer Faser nach
der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung und
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4 eine
entsprechende Ansicht von 1 und einen
Hochdrucktank unter Verwendung hochsteifer Fasern nach einer zweiten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Ausführungsform
1
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Die 1 und 2 zeigen
einen Hochdrucktank unter Verwendung hochsteifer Faser nach einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Der Hochdrucktank 1 umfasst
eine Einlage 2, die ein Tankkörper ist, in den Hochdruckgas
wie z. B. Wasserstoffgas von 35 bis 75 MPa eingefüllt wird.
Die Einlage 2 ist so geformt, dass ein zylindrisches Gasentladesegment 5 von kleinem
Durchmesser und kreisförmigem
Querschnitt integral von einem Ende eines zylindrischen Mittelsegments 3 von
kreisförmigem
Querschnitt durch ein Kuppelsegment 4 herausgeragt wird,
und so strukturiert ist, dass Hochdruckgas durch das zylindrische
Gasentladesegment 5 in den Hochdrucktank 1 (Einlage 2)
gefüllt
bzw. aus diesem abgelassen werden kann. Das zylindrische Gasentladesegment
ist mit einer Gewindeöffnung 6 gebildet,
und eine Ventilvorrichtung 7 ist in die Gewindeöffnung eingepasst.
Die Ventilvorrichtung 7 ist ein so genanntes In-Tank-Ventil
vom Einbautyp, das so strukturiert ist, dass ein Ventilmechanismus 8,
der ein Absperrventil und ein Druckreduzierungsventil, die hier nicht
gezeigt sind, umfasst, in einer Kapsel 9 untergebracht
ist und ein Flansch 10 auf das Öffnungsende des zylindrischen
Gasentladesegments 5 aufgesetzt ist, und die Kapsel 9 (Ventilmechanismus 8)
im Hochdrucktank 1 untergebracht ist. Zur Außenseite
des Hochdrucktanks 1 hin ragt von einer Ventilvorrichtung 7 ein
Rohranschlussteil 11 zum Anschließen eines Niederdruckgasrohres
an den Hochdrucktank 1. Auf der anderen Seite ist das Mittelsegment 3 ebenfalls
am anderen Ende integral mit einem zylindrischen Segment 13 von
kleinem Durchmesser und kreisförmigem
Querschnitt durch ein Kuppelsegment 12 geformt. Das zylindrische
Segment 13 ist ebenfalls mit einer Gewindeöffnung 14 geformt,
und ein Blindstopfen 15 um den Tank gegen Lecks von Hochdruckgas
abzudichten ist in die Gewindeöffnung 14 eingepasst.
Auf diese Weise ist die Einlage 2 intern mit einem geschlossenen
hohlen Teil 16 zur Aufnahme von Hochdruckgas geformt.
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Der
Hochdrucktank 1 ist aus Metall wie z. B. einer Aluminiumlegierung,
zum Beispiel JIS A 6061 oder JIS A 6062, hergestellt, geformt durch
plastisches Deformieren eines kurzen, hohlen zylindrischen Rohlings und
Unterziehen einer Wärmebehandlung
wie z. B. einer T6-Behandlung nach dem Formen. Die Kuppelsegmente 4 und 12,
das zylindrische Gassegment 5 und das zylindrische Segment 13 sind
mit Dicken geformt, die drei oder mehrere Male größer sind
als das Mittelsegment 3. Insbesondere wird die Dicke der
Kuppelsegmente 4 und 12 allmählich von der des Mittelsegments 3 zu
denen des zylindrischen Gasentladesegments 5 und des zylindrischen
Segments 13 0hin erhöht,
in dem vom Mittelsegment 3 zu dem zylindrischen Gasentladesegment 5 und
dem zylindrischen Segment 13 gegangen wird, wodurch die
Kuppelsegmente 4 und 12, auf denen sich leicht
Belastung konzentriert, verstärkt
werden.
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Zylindrische
Verstärkungskragen 18 aus
Metall greifen integral auf die Außenseite der Einlage 2 über ihre
Bereiche von dem zylindrischen Gasentladesegment 5 und
dem zylindrischen Segment 13 zu den entsprechenden Kuppelabschnitten 4 und 12 durch
Schrumpfeinpassung ein. Der Verstärkungskragen 18 setzt sich
zusammen aus einem zylindrischen Teil 19 von kreisförmigem Querschnitt
mit im Wesentlichen derselben Dicke wie das zylindrische Gasentladesegment 5 und
das zylindrische Segment 13, und einer Verlängerung 20,
integral geformt an einem Ende des zylindrischen Teils 19,
um sich nach außen
zu erstrecken. Die Verlängerung 20 wird
bei Annähern
ihrer Außenkante
allmählich
in ihrer Dicke reduziert, so dass die Außenkante der Verlängerung 20 nahtlos
in eine entsprechende der Außenseiten
der Kuppelsegmente 4 und 12 übergeht. Der Verstärkungskragen 18 ist
intern mit einer Einpassöffnung 22 geformt,
die senkrecht durch das zylindrische Teil 19 und die Verlängerung 20 geht.
Der Verstärkungskragen 18 ist
aus Metall hergestellt, wie z. B. einer Stahllegierung, zum Beispiel
SNCM440, SCM440 oder SKD61, oder aus einer Titanlegierung, geformt
durch Schmieden oder Drehen. Materialien für den Verstärkungskragen sind jedoch nicht
auf die oben genannten begrenzt sondern müssen nur jene mit einem höheren Festigkeit-Gewicht-Verhältnis als
dem von Aluminium sein. Solche Materialien tragen enorm zur Gewichtsreduzierung
bei. Weiterhin sind die zylindrischen Teile 19 des Verstärkungskragens 18 integral
eingepasst auf das zylindrische Gasentladesegment 5 und
das zylindrische Segment 13 der Einlage durch Schrumpfeinpassung
mit dem zylindrischen Gasentladesegment 5 und dem zylindrischen
Segment 13, eingefügt
in die entsprechenden Einpasslöcher 22,
und die Verlängerungen 21 des
Verstärkungskragens 18 sind
integral mit den Außenseiten
der Kuppelsegmente 4 und 12 verbunden.
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Der
Außenumfang
der Einlage 2 ist mit einer verstärkenden Faserschicht 23 bedeckt.
Die verstärkende
Faserschicht 23 wird durch Wickeln von Fasern auf den Außenumfang
der Einlage 2 gebildet. Die verstärkende Faserschicht 23 setzt
sich zusammen aus einer inneren Faserschicht 24, die Kontakt
zum Außenumfang
des Mittelsegments 3 der Einlage 3 hat und das
Mittelsegment 3 bedeckt, einer Zwischenfaserschicht 25, die
Kontakt mit dem Außenumfang
der inneren Faserschicht 24 und den zylindrischen Teilen 19 hat
und fast die gesamte Einlage 2 bedeckt, und einer äußeren Faserschicht 26,
die Kontakt mit dem Außenumfang
der Zwischenfaserschicht 25 hat und die Einlage 2 vom
Mittelsegment 3 bis teilweise zu den Kuppelabschnitten 4 und 12 bedeckt.
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Als
ein Merkmal der vorliegenden Erfindung wird die innere Faserschicht
24 gebildet
durch Bandwickeln von hochsteifen Fasern, die einen Elastizitätsmodus
von 350 GPa oder mehr und eine Dehnung von 0,7% oder mehr am Bruch
haben und mit einem aushärtenden
Harz wie z. B. Epoxidharz imprägniert
und gehärtet
sind. Ein Beispiel der hochsteifen Faser ist die unten beschriebene
Kohlefaser, die als Rohmaterial Polyacrylonitril (PAN) verwendet.
Diese hochsteife Faser lässt
sich schwer dehnen und kann erheblich hohen Drücken widerstehen. Hochleistungs-Kohlefaser
Torayca
® M46JB,
hergestellt durch Toray
| Elastizitätsmodus: | 436
GPa |
| Zugfestigkeit: | 4,2
GPa |
| Dehnung
am Bruch: | 1,0 |
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Die
Zwischenfaserschicht wird gebildet durch Spiralwickeln von Fasern,
die einen Elastizitätsmodus von
nicht weniger als 280 GPa aber weniger als 350 GPa und eine Dehnung
von nicht weniger als 1,5% aber weniger als 2,0% am Bruch haben
und mit einem aushärtenden
Harz wie z. B. Epoxidharz imprägniert
und gehärtet
sind. Ein Beispiel der Faser ist die unten beschriebene Kohlefaser,
die als Rohmaterial Polyacrylonitril (PAN) verwendet. Die Steifigkeit
der Faser ist geringer als die der oben beschriebenen hochsteifen
Faser, um Spiralwickeln zu ermöglichen,
aber ist höher
eingestellt als die der äußeren Faserschicht
26,
um eine unnötig hohe
Zunahme in deren Dicke zu vermeiden, wobei hier die Kosten berücksichtigt
werden. Denn die spiralgewickelte Zwischenfaserschicht
25 muss
nur halb so viel Belastung ertragen wie die bandgewickelte innere
Faserschicht
24 und braucht deshalb keine sehr hohe Steifigkeit
aufzuweisen. Infolgedessen ist ihre Steifigkeit zwischen denen der
inneren Faserschicht
24 und der äußeren Faserschicht
26 im
Hinblick auf Wickelbarkeit und Kosten angesiedelt. Hochleistungs-Kohlefaser
Torayca
® T800HB,
hergestellt durch Toray
| Elastizitätsmodus: | 294
GPa |
| Zugfestigkeit: | 5,49
GPa |
| Dehnung
am Bruch: | 1,9 |
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Außerdem wird
die äußere Faserschicht
26 gebildet
durch Steilspiralwickeln von Fasern, die einen Elastizitätsmodus
von nicht weniger als 230 GPa aber weniger als 280 GPa und eine
Dehnung von 2% oder mehr am Bruch haben, so dass der Winkel der
Fasern in der Schicht in Bezug auf die Mittellinie der Einlage größer wird
als der Winkel der Fasern in der Zwischenfaserschicht, und die mit
einem aushärtenden
Harz wie z. B. Epoxidharz imprägniert
und gehärtet
sind. Ein Beispiel der Faser ist die unten beschriebene Kohlefaser, die
als Rohmaterial Polyacrylonitril (PAN) verwendet, oder die unten
beschriebene Faser, die als Rohmaterial Polyparaphenylen-Benzobis-Oxazol
(PBO) verwendet. Diese Fasern haben die Eigenschaft verbesserter
Dehnung im Vergleich zu der hochsteifen Faser, die die innere Faserschicht
24 bildet,
aber können
reduzierte Stoßfestigkeit
im Austausch gegen geringere Dehnbarkeit der hochsteifen Faser ausgleichen. Hochleistungs-Kohlefaser
Torayca
® T700,
hergestellt durch Toray
| Elastizitätsmodus: | 230
GPa |
| Zugfestigkeit: | 4,9
GPa |
| Dehnung
am Bruch: | 2,0 |
ZYLON-HM
®,
hergestellt durch Toyobo
| Elastizitätsmodus: | 270
GPa |
| Zugfestigkeit: | 5,8
GPa |
| Dehnung
am Bruch: | 2,5 |
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Die
innere Faserschicht 24 ist eine Faserschicht, in der Fasern
auf den Außenumfang
des Mittelsegments 3 der Einlage 2 in einer umkreisenden
Richtung, normal zur Richtung der Mittellinien der Einlage bandgewickelt
werden. Die Zwischenfaserschicht 25 ist eine Faserschicht,
in der Fasern auf fast den gesamten Außenumfang der Einlage 2 in
der Richtung der Mittellinie der Einlage spiralgewickelt werden.
Die äußere Faserschicht 26 ist
eine Faserschicht, in der Fasern auf den Außenumfang der Einlage 2 vom
Mittelsegment 3 teilweise zu den Kuppelsegmenten 4 und 12 in
einem Winkel von 75 Grad oder um die Mittellinie der Einlage herum
steilspiralgewickelt werden.
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Die
Faserschichten 24, 25 und 26, aus denen
sich die verstärkende
Faserschicht 23 zusammensetzt, sind jeweils so strukturiert,
dass ein Faserband, erhalten durch Sammeln von Fasern zu einem flachen
Profil und Imprägnieren
der Fasern mit dem aushärtenden
Harz, in einem Prepreg-Zustand auf die Einlage gewickelt wird und
das aushärtende
Harz ausgehärtet
wird. Der Prepreg-Zustand ist der Zustand, in dem das aushärtende Harz
bis zu einem gewissen Grad ausgehärtet worden ist, d. h., dampfgetrocknet,
und wird als B-Zustand bezeichnet.
Das so erhaltene Prepreg-Faserband wird, um weiteres Trocknen zu
verhindern, in einem Kühlraum
oder Ähnlichem
bis zur Verwendung gelagert.
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Als
Nächstes
wird ein Beispiel der Herstellungsmethoden für den Hochdrucktank 1,
der die oben beschriebene Struktur hat, mit Verweis auf 3 beschrieben.
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Zuerst
wird in einem Rohrschneideschritt S1 ein verlängertes Rohrmaterial P, hergestellt
aus einer Aluminiumlegierung, auf Länge geschnitten, um einen kurzen,
hohlen zylindrischen Rohling B zu formen, dessen beide Enden offen
sind.
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Als
Nächstes
wird in einem Flussbildungsschritt S2, obwohl nicht gezeigt, der
kurze Hohlzylinderrohling B auf einem Dorn angebracht, der Dorn
wird auf seiner Achse gedreht, um den kurzen Hohlzylinderrohling B
als Einheit zu drehen, und eine Formwalze wird gegen den Außenumfang
des kurzen, hohlen, zylindrischen Rohlings B gedrückt, um
die Walze zu drehen, während
Kraft auf den Außenumfang
des kurzen, Hohlzylinderrohlings B in axialer Richtung ausgeübt wird
und so der kurze Hohlzylinderrohling B fließgeformt wird. Auf diese Weise
wird der kurze Hohlzylinderrohling B plastisch deformiert, um einen
verlängerten
Hohlzylinderrohling B' zu
formen. In diesem Stadium hat ein Abschnitt des länglichen
Hohlzylinderrohlings B' außer seiner
gewissen Bereiche, beginnend bei seinen Öffnungsenden, dieselbe Dicke
wie ein Mittelsegment 3 einer Einlage 2 in einem
Hochdrucktank 1 als Endprodukt. Außerdem haben die gewissen Bereiche
des länglichen
Hohlzylinderrohlings B',
beginnend bei beiden Öffnungsenden,
eine allmählich
zu den Öffnungsenden
hin zunehmende Dicke.
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Danach
wird in einem Drehschritt S3, obwohl nicht gezeigt, ein vorbestimmter
Bereich des länglichen, Hohlzylinderrohlings
B', beginnend ab
der Nähe
eines der Öffnungsenden,
durch Drehen in einer Weise eingehalst, dass der längliche
Hohlzylinderrohling B' durch
eine Spannvorrichtung gehalten wird, der längliche Hohlzylinderrohling
B' auf seiner Achse
gedreht wird, eine Formwalze in geneigter Position gegen den vorbestimmten
Bereich, beginnend ab der Nähe
eines der Öffnungsenden
des länglichen
Hohlzylinderrohlings B' zu der
einen Öffnung
hin gedrückt
wird, und die Walze rotiert wird, während sie schräg in Bezug
auf die Achse des länglichen
Hohlzylinderrohlings B' bewegt
wird. Auf diese Weise wird der vorbestimmte Bereich, beginnend ab
dem Öffnungsende
des länglichen
Hohlzylinderrohlings B',
plastisch deformiert, wobei ein zylindrisches Gasentladesegment 5 integral
von einem Ende eines zylindrischen Mittelsegments 3 durch
ein Kuppelsegment 4 hervorgetreten wird. Außerdem wird
durch das Einhalsen durch das Drehen wie oben beschrieben das Kuppelsegment 4 so
geformt, dass es eine allmählich
zunehmende Dicke ausgehend vom Mittelsegment 3 zum zylindrischen
Gassegment 5 hin hat, und die Dicke des zylindrischen Gassegments 5 als
drei- oder mehrfach größer als
die des Mittelsegments 3 gewählt wird. Ein Bereich des länglichen
Hohlzylinderrohlings B' zur
anderen Öffnung
hin wird durch Drehen in derselben Weise eingehalst, wobei ein zylindrisches
Segment 13 integral vom anderen Ende des Mittelsegments 3 durch
ein Kuppelsegment 12 hindurch herausgeragt wird. Ebenfalls
in diesem Bereich wird das Kuppelsegment 12 so gebildet,
dass es eine allmählich
zunehmende Dicke, ausgehend vom Mittelsegment 3 zum zylindrischen
Segment 13 hin hat, und die Dicke des zylindrischen Segments 13 als
drei- oder mehrfach größer als
die des Mittelsegments 3 gewählt wird. Also wird eine Einlage 2 erhalten,
bei der das zylindrische Gasentladesegment 5 von einem
Ende und das zylindrische Segment 13 vom anderen Ende herausragt.
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Inzwischen
ist ein Verstärkungskragen 18 aus
einer Stahllegierung oder einer Titanlegierung mittels eines Schmiede-
oder Drehverfahrens vorbereitet worden. Wie oben beschrieben, hat
der Verstärkungskragen 18 ein
zylindrisches Teil 19 und eine Verlängerung 20, integral
geformt an einem Ende des zylindrischen Teils 19, und ist
intern mit einer Einpassöffnung 22 geformt,
die senkrecht durch den zylindrischen Teil 19 und die Verlängerung 20 geht.
Der Innendurchmesser der Einpassöffnung 22 wird
gewählt,
indem eine Einpasstoleranz für
Schrumpfung in Bezug auf den Außendurchmesser
des zylindrischen Gasentladesegments 5 und des zylindrischen
Segments 13 berücksichtigt
wird.
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Als
Nächstes
werden in einem Verstärkungskragen-Einpassschritt
S4 die Verstärkungskragen 18,
die die oben beschriebene Struktur haben, auf dem zylindrischen
Gasentladesegment 5 bzw. dem zylindrischen Segment 13 der
Einlage 2 eingepasst. Dann werden die Verstärkungskragen 18 integral
auf der Außenseite der
Einlage 3 über
ihre Bereiche von sowohl dem zylindrischen Gasentladesegment 5 als
auch dem zylindrischen Segment 13 zu den entsprechenden
Kuppelsegmenten 4 und 12 durch Schrumpfeinpassung
eingerastet.
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Anschließend werden
in einem Wickelschritt S5 hochsteife Fasern mit einem Elastizitätsmodul
von 350 GPa oder mehr und einer Dehnung von 0,7% oder mehr am Bruch
in einem flachen Profil gesammelt, die gesammelten Fasern werden
mit einem aushärtenden
Harz wie z. B. Epoxidharz imprägniert,
um ein Faserband zu bilden, und das Faserband wird in einem Prepreg-Zustand
auf den Außenumfang
des Mittelsegments 3 der Einlage 2 bandgewickelt,
um eine innere Faserschicht 24 zu bilden.
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Danach
wird ein Faserband von Fasern mit einem Elastizitätsmodus
von nicht weniger als 280 GPa aber weniger als 350 GPa und einer
Dehnung von nicht weniger als 1,5% aber weniger als 2,0% am Bruch
auf die innere Faserschicht 25 über fast die gesamte Einlage 2 spiralgewickelt,
um eine Zwischenfaserschicht 25 zu bilden.
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Dann
wird ein Faserband im Prepreg-Zustand, erhalten durch Sammeln von
Fasern mit einem Elastizitätsmodul
von nicht weniger als 230 GPa aber weniger als 280 GPa und einer
Dehnung von 2,0% oder mehr am Bruch zu einem flachen Profil und
anschließendem
Imprägnieren
mit einem aushärtenden
Harz wie z. B. Expoxidharz, die Zwischenfaserschicht 25 über einen
Bereich des Außenumfangs
der Einlage 2, von dem Mittelsegment 3 bis teilweise
zu den Kuppelsegmenten 4 und 12 in einem steilen
Winkel von ungefähr
75 Grad um die Mittellinie der Einlage spiralgewickelt, um eine äußere Faserschicht 26 zu
bilden. Dabei wird der Außenumfang
der Einlage 2 mit einer verstärkenden Faserschicht 23 bedeckt,
zusammengesetzt aus der inneren Faserschicht 24, der Zwischenfaserschicht 25 und
der äußeren Faserschicht 26 (alle
Faserschichten 24, 24 und 25 sind in 1 gezeigt).
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Die
Dicke der verstärkenden
Faserschicht 23 wird bestimmt durch die Tankkapazität und den
Gasfülldruck.
Zum Beispiel beträgt
unter den Bedingungen, dass die Tankkapazität ca. 34 Liter, die Dicke des
Mittelsegments 3 der Einlage 2 4,0 mm, der Außendurchmesser
der Einlage 2 280 mm, die Länge der Einlage 830 mm und
der Gasfülldruck
70 MPa ist, die Dicke der verstärkenden
Faserschicht 23 ca. 9 mm. Mehrere der inneren Faserschichten 24 und
mehrere der Zwischenfaserschichten 25 können nacheinander abgewechselt werden
und können
dann durch die Bildung der äußeren Faserschicht 26 außerhalb
der abgewechselten inneren Faserschichten 24 und Zwischenfaserschicht 25 gefolgt
werden.
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Danach
wird in einem Trocknungsschritt S6 die Einlage 2, bedeckt
mit der verstärkenden
Faserschicht 23, in eine Trockenkammer 27 geladen,
und die Einlage 2 wird intern und extern unter Drehen erwärmt mit Strahlungswärme von
Heizkörpern 28,
die innerhalb und außerhalb
der Einlage 2 platziert sind, um das aushärtende Harz
in der verstärkenden
Faserschicht 23 thermisch auszuhärten. So wird ein Hochdrucktank 1 erhalten,
bei dem die Fasern auf den Außenumfang
der Einlage 2 gewickelt sind und der Außenumfang der Einlage 2 mit
der verstärkenden
Faserschicht 23 bedeckt ist. Das aushärtende Harz, das die verstärkende Faserschicht 23 durchdringt,
kann thermisch ausgehärtet
werden, indem, statt die Heizkörper 28 zu
verwenden, Heißluft
auf das Innere und Äußere der
Einlage 2 geführt
wird und die Einlage 2 innen und außen unter Drehen erwärmt wird.
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Der
so hergestellte Hochdrucktank ist mit einer Ventilvorrichtung 7 im
zylindrischen Gasentladesegment 5 ausgestattet und mit
einem Blindstopfen 15 im zylindrischen Segment 13 ausgestattet,
wodurch ein Endprodukt geschaffen wird.
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Wie
oben beschrieben, ist in dieser Ausführung der Außenumfang
der Einlage 2 bedeckt mit der verstärkenden Faserschicht, zusammengesetzt
aus: einer bandgewickelten inneren Faserschicht, hergestellt aus hochsteifen
Fasern, die einen Elastizitätsmodus
von 350 GPa oder mehr und eine Dehnung von 0,7% oder mehr am Bruch
haben; einer spiralgewickelten Zwischenfaserschicht 25, hergestellt
aus Fasern, die einen Elastizitätsmodus
von nicht weniger als 280 GPa aber weniger als 350 GPa und eine
Dehnung von nicht weniger als 1,5% aber weniger als 2,0% am Bruch
haben; und einer steilspiralgewickelten äußeren Faserschicht 26,
hergestellt aus Fasern, die einen Elastizitätsmodus von nicht weniger als
230 GPa aber weniger als 280 GPa und eine Dehnung von 2,0% oder
mehr am Bruch haben. Deshalb kann die innere Faserschicht 24 der hochsteifen
Fasern einer Zugspannung, die auf die Einlage 2 in radialer
Richtung infolge eines Gasfülldrucks wirkt,
ausreichend widerstehen, um die Dauerfestigkeit der Einlage 2 zu
verbessern, und die äußere Faserschicht 26 mit
Dehnung kann den Nachteil der geringeren Stoßfestigkeit der inneren Faserschicht
ausgleichen. Außerdem
kann die spiralgewickelte Zwischenfaserschicht 25 die Zugfestigkeit
der Einlage 2 zu deren Mittellinie hin verbessern ohne
unnötig
ihre Dicke zu erhöhen.
Auch wenn der Tank eine geringe Kapazität hat und die Einlage eine
geringe Dicke hat, ist der Tank so in der Lage, ein Hochdruckgas
von 35 bis 75 MPa einfüllen zu
lassen, wodurch ein Hochdrucktank 1 von kleiner Größe, leichtem
Gewicht und hervorragendem Druckwiderstand geschaffen wird.
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Außerdem werden
die Faserschichten 24, 25 und 26, aus
denen sich die verstärkende
Faserschicht 23 zusammensetzt, jeweils strukturiert, indem
Fasern zu einem flachen Profil gesammelt werden und mit einem aushärtenden
Harz imprägniert
werden, um ein Faserband zu bilden, das Faserband im Prepreg-Zustand auf
die Einlage gewickelt wird, und das aushärtende Harz ausgehärtet wird.
Verglichen mit dem Fall, wo harte, hochsteife Fasern in Form eines
Seils verwendet werden, das wahrscheinlich rutscht und das sich
schwer auf die Einlage 2 wickeln lässt, wodurch Schlupf auftritt
und es wiederum schwierig ist, eine Zugspannung, die auf die Einlage 2 wirkt,
gleichmäßig auf
alle Fasern zu verteilen, können
daher die hochsteifen Fasern in Form eines flachen Bandes leicht
an die Einlage 2 angepasst werden, ohne Schlupf auf die
Einlage 2 gewickelt werden, und kann die oben beschriebene
Zugspannung gleichmäßig auf
alle Fasern verteilt werden, wodurch leicht eine verbesserte Dauerfestigkeit
der Einlage 2 geschaffen wird.
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Darüber hinaus
werden die Dicken des zylindrischen Gasentladesegments 5 und
des zylindrischen Segments 13 so gewählt, dass sie drei- oder mehrfach
größer sind
als die des Mittelsegments 3, und diese Segmente setzen
sich fort zum Mittelsegment 3 über die Kuppelsegmente 4 und 12,
wobei ihre Dicke allmählich
abnimmt. Dies stellt die Festigkeiten des zylindrischen Gasentladesegments 5,
des zylindrischen Segments 13 und der Kuppelsegmente 4 und 12 sicher
und schafft dadurch einen Hochdrucktank 1, der in der Lage
ist, hohen Drücken
von 35 bis 75 MPa weiter zu widerstehen, in Kombination mit verbesserter
Dauerfestigkeit und sichergestellter Stoßfestigkeit der Einlage 2 dank
der oben beschriebenen verstärkenden
Faserschicht 23. Außerdem,
auch wenn die Dicke im Mittelsegment 3 gering ist, ist
die die Festigkeit der Einlage 2 sichergestellt, indem
die Dicken des zylindrischen Gasentladesegments 5, des
zylindrischen Segments 13 und der Kuppelsegmente 4 und 12 erhöht werden.
Darum kann das Gesamtgewicht des Hochdrucktanks 1 durch die
Reduzierung der Dicke des Mittelsegments 3 reduziert werden,
und es werden Materialkosten gespart.
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Zusätzlich werden
die Verstärkungskragen 18 auf
der Außenseite
der Einlage 2 über
ihren Bereichen ab dem zylindrischen Gasentladesegment 5 und
dem zylindrischen Segment 13 zu den Kuppelsegmenten 4 und 12 angebracht.
Darum können
die tatsächlichen
Dicken des zylindrischen Gasentladesegments 5 und der benachbarten
Kuppelsegmente 4 und 12, auf denen sich wahrscheinlich
die Belastung konzentriert, um die Dicke des Verstärkungskragens 18 erhöht werden,
wodurch die Festigkeiten dieser Segmente noch weiter sichergestellt
sind. Demgemäß kann ein
Hochdrucktank 1 geschaffen werden, der in der Lage ist,
hohen Drücken
von 35 bis 75 MPa weiter zu widerstehen. Da die Verstärkungskragen 18 nicht
auf dem gesamten Tankkörper 2 angebracht
sind sondern teilweise auf den Kuppelsegmenten 4 und 12,
dem zylindrischen Gasentladesegement 5 und dem zylindrischen
Segment 13, auf denen sich wahrscheinlich die Belastung
konzentriert, wird darüber
hinaus eine hohe Zunahme des Gewichts des Hochdrucktanks vermieden,
um dadurch sein leichtes Gewicht beizubehalten und vereinfachte
Herstellung und reduzierte Kosten zu bieten.
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Da
außerdem
Fasern in Form eines Bandes gesammelt und in dieser Form auf die
Einlage 2 gewickelt werden, kann das Wickelverfahren erleichtert
werden. Darüber
hinaus wird in dieser Erfindung ein Faserband in einem Prepreg-Zustand (B-Zustand),
ausgehärtet
bis zu einem gewissen Grad mit einem aushärtenden Harz, auf die Einlage 2 gewickelt.
Im Gegensatz zu einem Nasswickelverfahren, bei dem ein flüssiges aushärtendes
Harz auf den Arbeitsplatz tropfen und die Arbeitsumgebung verunreinigen
kann, verhindert darum die erfinderische Methode die Verunreinigung
der Arbeitsumgebung, weil ein aushärtendes Harz nicht auf den
Arbeitsplatz tropft.
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Da
außerdem
die in die Trockenkammer 27 geladene Einlage 2 innen
wie auch außen
erwärmt
wird, beginnt das aushärtende
Harz in der verstärkenden
Faserschicht 23 im Wesentlichen gleichlaufend auf der Innen-
und Außenseite
der Schicht auszuhärten.
Dadurch ist es möglich,
nicht wie in dem Fall, wo das aushärtende Harz in der verstärkenden
Faserschicht 23 nur von der Außenseite her erwärmt wird,
zu vermeiden, dass das aushärtende
Harz allmählich
aushärtet
und von seiner Außenseite
zu seiner Innenseite hin schrumpft und dass auf einen inneren ungehärteter Abschnitt
des Harzes eine Druckkraft von einem äußeren gehärteten Abschnitt ausgeübt wird,
was zu einer Verzerrung in den Fasern führt. Darum kann die Zugspannung,
die dank des Gasfülldrucks
auf die Einlage 2 wirkt, gleichmäßig auf alle Fasern verteilt
werden, um vorzeitigen Bruch zu verhindern.
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Ausführungsform 2
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4 zeigt
einen Hochdrucktank 1, der hochsteife Fasern nach einer
zweiten Ausführung
der vorliegenden Erfindung verwendet. Dieser Hochdrucktank 1 ist
verschieden von der ersten Ausführungsform
in der Form des Verstärkungskragens 18.
Spezifisch wird auf der Rückseite
der Verlängerung 20 des
Verstärkungskragens 18 eine
Ringwulst 21 integral gebildet, um hiervon hervorzustehen.
In dieser Verbindung wird eine ringförmige Einpassvertiefung 17 umkreisend
auf der Außenseite
der Einlage 2 in der Nähe
der Begrenzung zwischen dem Kuppelsegment 4 und dem zylindrischen
Gasentladesegment 5 gebildet. Die Verlängerung 20 des Verstärkungskragens 18 ist
mit dem Außenumfang
des Kuppelsegments 4 durch Schrumpfeinpassen mit der Wulst 21,
die in die Einpassvertiefung 17 des Kuppelsegments 4 eingepasst
ist, integral verbunden. Obwohl nicht gezeigt, ist der andere Verstärkungskragen 18 genauso
auf das zylindrische Segment 13 des Kuppelsegments 12 auf
der gegenüberliegenden
Seite eingepasst. Die anderen Strukturen sind dieselben wie diejenigen
der ersten Ausführungsform.
Daher werden dieselben Elemente durch dieselben Verweisziffern bezeichnet,
und ausführliche
Beschreibungen von diesen sind weggelassen.
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Deshalb
können
nach der zweiten Ausführungsform
dieselben Wirkungen wie bei jenen der ersten Ausführungsform
vorgewiesen werden.
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Zusätzlich sind
in der zweiten Ausführungsform
die Ringwulste 21, die auf den Verlängerungen 20 der Verstärkungskragen 18 davon
hervorstehend gebildet sind, in die entsprechenden Einpassvertiefungen 17 der Kuppelsegmente 4 und 12,
die auf dem Umfang in der Außenseite
der Einlage 2 in der Nähe
der Begrenzungen zwischen dem Kuppelsegment 4 und dem zylindrischen
Gasentladesegment 5 und zwischen dem Kuppelsegment 12 und
dem zylindrischen Segment 13 gebildet sind, eingerastet
und integral mit den Kuppelsegmenten 4 und 12 durch
Schrumpfeinpassen verbunden. Deshalb können die Verstärkungskragen 18 zuverlässig auf
der Einlage 2 angebracht werden. Außerdem erhöht die Bereitstellung der Wulst 21 die
Dicke eines entsprechenden Abschnitts des Verstärkungskragens 18,
und die Festigkeit kann dementsprechend erhöht werden.
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In
den obigen ersten und zweiten Ausführungsformen ist ein Hohlzylinder,
dessen beide Enden offen sind, als kurzer Hohlzylinderrohling B,
bereitgestellt für
die Fließformung,
veranschaulicht. Der kurze Hohlzylinderrohling B kann jedoch ein
an den Enden geschlossener Zylinderrohling sein.