CN107850259B - 加强封头的压力容器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有加强的封头(22)的压力容器(1)和制造所述压力容器(1)的方法，所述压力容器包括由筒状中部(21)形成的内容器(2)、两个分别在两侧封闭所述中部(21)的拱形封头(22)和缠绕在所述内容器(2)上的外层(3)，所述外层用于加强所述内容器(2)以抵抗压力负荷，其中，所述外层(3)包括由纤维复合材料(FVM)制成的至少一个封头加强层(31)和压力容器加强层(32)，其中，所述封头加强层(31)至少部分覆盖所述封头(22)，所述压力容器加强层(32)覆盖所述封头(22)和中部(21)，并且用做所述封头加强层(31)的轮廓稳定的预制件(5)被设置在至少一个所述封头(22)上，优选地，在两个所述封头(22)上。

Description

加强封头的压力容器
技术领域
本发明涉及一种具有加强的封头的压力容器和制造这种压力容器的方法。
背景技术
由纤维复合材料制成的纤维加强的压力容器的市场在持续扩大。对天然气和水力压裂气(Fracking-Gas)的不断增长的需求，使得在压力容器中的储存成为必须，尤其是在没有相关管路系统的国家中。在着力发展燃料电池车的汽车领域也同样如此，其中在燃料电池车上，燃料会以气态氢的形式被高压储存在压力容器中。因为运输重体积的压力容器需要消耗许多不必要的能量，并由此产生高运输成本，所以在运输方面期待轻型的压力容器。
目前使用的压力容器具有筒状中部，在其两侧设有封头用以封闭中部，并例如通过纤维缠绕技术制造。其中使用了内容器(压力容器的内容器)，它一方面被用做缠绕核芯，另一方面也确保容器的气密性。此内容器将随后在制造压力容器时被纤维复合材料缠绕，以达到加强的目的，由此使得制造的压力容器具备稳定性。压力容器3型使用了铝制或者钢制的金属内容器，压力容器4型使用了塑料的内容器。
与缠绕技术相竞争的，还有所称的外编织技术。在该技术中，干燥的或者预浸渍的纤维(大多为碳纤维)被编织在内容器上，其中，内容器被不断地前后编织，直到达到所需的纤维加强效果。上述两种制造方法中，压层结构明显不同。
在外编织技术中，因为编织筒管的数量和所使用的纤维的厚度会形成确定的纤维角度，且该纤维角度只能在很小的范围内变化，所以纤维角度的变化可能性明显受限。外编织技术的缺点是，纤维摇摆和根据纤维放置方向(尤其是从小直径编织到大直径还是反而行之时形成的区别)而形成不同的压层质量。在这里，纤维摇摆是指，在其纤维束被交织并且通过经纱绑束在一起的织物(诸如纤维复合材料)中，发生纤维偏转。其中，可以由于经纱而引起纤维束的偏差，从而降低了织物的纤维平行强度。
缠绕技术被分为周向缠绕和径向缠绕。周向缠绕具有相对于容器轴为80-90°的纤维放置角度，轴向放置具有相对于轴为10-70°的角度。理论上，在压力容器筒状部分适用于所有0-90°之间的角度，但是这在实际中却没有任何意义，因为应力比预置出了特定的压层结构。在缠绕的压力容器的压层结构中存在着弱点，即在封头区域不可能实现周向方向上的加强，因为在周向方向上缠绕的纤维会滑脱，并且只有当内容器负载时才能保持住。该缺失的周向加强必须通过相应的径向缠绕来进行抵偿，否则该容器会在封头区域发生过早的损坏。由此带来的缺点是，所需的径向缠绕只是部分为封头区域所需，且其在压力容器的筒状区域的部分是多余的。尤其是在长形的容器上会由此被加工上许多不必要的纤维，从而增加了容器的成本和重量。
由此期待提供一种压力容器，它的制造材料消耗少，并且具有尽可能轻的重量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在具有同等强度性能的情况下制造成本较低的压力容器。
上述目的通过一种压力容器实现，该压力容器包括由筒状中部形成的内容器、两个分别在两侧封闭该中部的拱形封头和缠绕在内容器上的外层，该外层用于加强内容器以抵抗压力负荷，其中，该外层包括由纤维复合材料制成的至少一个封头加强层和压力容器加强层，其中，该封头加强层至少部分覆盖该封头，该压力容器加强层覆盖该封头和该中部。
该筒状的压力容器包括筒状部分(这里被称为中部)，该部分具有垂直于筒轴的圆形的横截面。为了能够在压力下将气体储存在该压力容器中，使用拱形的端面封闭该中部的筒状面。这样的几何理念同样适用于由内容器和缠绕在其上以加强其强度的外层组成的压力容器，例如具有由塑料制成的内容器的压力容器。这样的容器一方面具有很轻的重量，这点例如在运输工具的应用上很重要，另外一方面，因为塑料具有非常小的氢气渗透性，并且能够通过纤维复合材料制成的外层提供所需的强度，所以诸如氢气等气体在高压下储存的损失少。因此，根据本发明的压力容器包括具有拱形端面的内容器，优选地，该拱形端面为非半圆的形状，该形状在与内容器的筒状中部邻接的端面边缘区域具有比半圆表面更大的弯曲度，而在端面的中心区域具有比半圆表面较小的弯曲度。此类尤其合适的拱形端面也被称为等张力体。这里，等张力体是指一种形状，该形状使得在缠绕在其上的由纤维复合材料制成的外层中，作用在纤维中的所有点的张力都相同。“覆盖”这个概念是指将封头加强层和压力容器加强层分别从外设置在内容器上。
在这种情况下，该纤维复合材料通常由两种主要成分组成，这里由纤维组成，这些纤维嵌入在基体材料中，该基体材料在纤维之间形成固定连接。此时，该纤维复合材料可以由一种或者多种纤维缠绕和或编织而成，其中，此(些)纤维被相互接触地紧密相邻地缠绕和/或紧密交织地编织在一起。由此形成纤维层，另一个纤维层的纤维被缠绕和/或编织在该纤维层上，直到该纤维复合材料达到所需的厚度，并且形成具有该厚度的外层。在一个实施例中，该外层在多个纤维层中包括第一纤维和其他纤维(例如第二纤维)。通过这种连接，该纤维复合材料获得高价值的特性，例如它可以具有比两个组成成分中每个成分所能提供的更高的强度。当纤维的弹性模量在纵向方向上大于基体材料的弹性模量时，当基体材料的断裂伸长率大于纤维的断裂伸长率时，以及当纤维的断裂强度大于基体材料的断裂强度时，在纤维方向上出现纤维的加强作用。所有类型的纤维都可以用作纤维，例如，玻璃纤维、碳纤维、陶瓷纤维、钢纤维、自然纤维或者合成纤维。基体材料可以例如使用热固性材料、弹性体或者热塑性材料。这些纤维和基体材料的材料特性为专业人员所知，从而使得专业人员能够根据所需选出合适的纤维和基体材料的组合用来制造纤维复合材料。在这种情况下，在纤维复合区域中的每个纤维层可以包括一种纤维或者多种相同或者不同的纤维。
由于只有封头包括封头加强层，该封头加强层不延伸到中部，并且压力容器在中部的强度只有通过压力容器加强层来实现，这通过最优化于筒状中部的几何的纤维复合层(在周向和径向的比例为2:1的纤维层)形成，因此，避免使用在封头几何上最优化的纤维复合层(附加径向方向上的纤维层)来缠绕中部。
由此，为了还具有与其他压力容器相同的强度，根据本发明的压力容器需要比缠绕内容器更少的纤维复合材料来制造外层。因而，可以在实现相同强度特性的情况下，更加低成本地制造根据本发明的压力容器。
这种优点可以例如借助于缠绕技术和借助于使用被放置在封头上的所称的预制件来实现。
在这种情况下，用做封头加强层的轮廓稳定的预制件被设置在至少一个封头上，优选地，在两个封头上。该预制件为纺织的纤维预制件，在缠绕压力容器加强层之前或者在其缠绕过程中，该预制件被设置在封头上，并且在周向上将其加强。其中，可以借助于编织技术或者借助于所称的“纤维铺放技术”制造该预制件，并且将其设置在封头上。其中，“轮廓稳定”的描述是指，该预制件具有足够的固有刚性，以使得它在后续的缠绕中不被推移或者被压紧。
在一个实施例中，该轮廓稳定的预制件由纤维材料编织而成，它在封头边缘的纤维材料的编织角度至少为140°，优选至少为150°，尤其优选至少为160°。这里，编织角度指的是位于相交的纤维之间的夹角，它的角平分线基本上平行于筒状中部的筒轴。“基本上”这个概念是指相对于给出值的最大误差为±5°。“编织物”(编织的预制件是由以编织角度相交的纤维或者纤维编织物制成的预制件)这个概念是指由至少两个纤维相互缠绕而成的产品，这些纤维由可弯曲材料制成，并形成编织物层。用做总编织物的预制件还可以包括多个这样的编织物层。由此，编织物可以不是仅由唯一的一条纤维制成，并因此而形成与缠绕物相反的情况。在编织物层中，此(些)纤维以编织角度相交，其中，此(些)并排延伸的纤维交替地与相交的彼(些)纤维上下交织，并且每个相邻的纤维进行镜像相反地上交织和下交织。其中，该由纤维材料制成的编织物可以被制作成不同的紧密度，以使得在单个纤维之间产生在数量和尺寸上可以改变的空间，该空间例如可以随后被基体材料填充。在一个实施例中，该编织物包括多个由以编织角度相交的纤维制成的层。
在一个实施例中，在编织的预制件中织入一个或者多个加强筋，其方向基本上平行于筒状中部的筒轴。该加强筋有利于封头区域的弯曲强度。在编织预制件时，可以容易地织入所称的0°填隙纤维用做加强筋，其中，0°角度相应于平行于筒轴的方向。“基本上”这个概念是指相对于给出值的最大误差为±5°。如果将编织机配置选择为，其在封头边缘区域的编织角度是大致160°，则使用0°填隙纤维制造出(径向：轴向)比例为2:1的近似理想的纤维复合材料，这在应力方面符合管公式(Kesselformel)。在封头区域，编织角度在封头中心的方向上随着相对于筒轴的距离进行改变，然而这在递减的应力的情况下是没有问题的。这样构成的封头加强层避免了纤维摇摆和根据纤维放置方向(区别在于，是否从小直径编织到大直径，或者反而行之)而形成不同的压层质量。可以使用例如碳纤维作为加强筋。
在一个实施例中，轮廓稳定的预制件是由被缝合在能覆布的载体材料上的纤维材料制成，优选地，该载体材料为纤维网。“能覆布”这个概念是指填覆空间形状的能力。通过缝合，纤维材料被固定在所需的方向上。在一个实施例中，纤维材料被螺旋状地缝合在载体材料上。
在另外一个实施例中，一个或者多个加强筋被一起缝合在载体材料上，该加强筋的方向基本上平行于筒状中部的筒轴。对于该加强筋适用如前所述的关于编织预制件中加强筋的描述。例如，该加强筋同样被缝合，并且在轴向方向上(平行于筒轴)加强封头。
在另外一个实施例中，载体材料通过粘附层被直接固定在封头上。在将带有被缝合的纤维材料的载体层推上封头后，该粘附层(例如，环氧树脂层被作为喷覆层涂覆在载体层上)将其牢固地粘附在封头上，并且由此防止了在随后的制造步骤中发生脱落。
在另外一个实施例中，该预制件被推入压力容器加强层的至少部分的缠绕在封头上并且还是湿的纤维复合材料上，并且被压力容器加强层的基体材料固定在封头区域。“湿的”这个概念是指一种尚未硬透的纤维复合材料，这时，基体材料依然能够与外部涂覆的材料交联。在这种情况下，在压力容器加强层上必须存在足够的基体材料(如树脂)，以使得本身干燥的预制件能够通过足够的基体材料被浸透，以实现预制件的轮廓稳定性和交联。优选地，该预制件已经单独被热固性的基体材料浸渍或者浸润过。在该实施例中，封头加强层被加工压在力容器加强层中而形成共同的复合。
在另外一个实施例中，压力容器加强层覆盖了封头加强层，并且为了形成轮廓稳定性，预制件被固定在封头上。由此可以避免在预制件中另外涂覆粘附层。在一个实施例中，该预制件由热塑性基体制成，并且与由塑料材料(例如热塑性材料)制成的封头至少被点焊在一起。热塑性的材料使得与塑料材料的焊接成为可能。
在另外一个实施例中，预制件为硬化预制件，其中，该预制件的内轮廓与封头相配合，该预制件的外轮廓被设计为，其上可以放置压力容器加强层，其中，该外轮廓在封头的边缘区域呈现为内容器中部的延长，其中，其他的压力容器加强层还包括径向缠绕的内层，该内层作为持续的层，被缠绕在中部上，并且它被直接缠绕在边缘区域的外轮廓上，用于在其上继续缠绕压力容器加强层的外层，优选地，该预制件包括连接凸起部作为其上缠绕着压力容器加强层的外轮廓在封头边缘区域上的边界。径向缠绕是指将这样的纤维走向作为压力容器加强层的纤维角度，即纤维复合材料中的纤维方向相对于压力容器中部的筒轴成近似90°。
根据本发明的压力容器可以例如用做压缩天然气(CNG)压力容器、氢气压力容器、气缸和其他压力容器。
根据本发明的压力容器包括由筒状中部形成的内容器和两个分别在两侧封闭该中部的拱形封头，它可以例如这样被制成，即在该封头和该内容器上缠绕外层，用于加强内容器以抵抗压力负荷，其中，该外层包括由纤维复合材料形成的至少一个封头加强层和压力容器加强层，并通过这样的方式将封头加强层放置在封头上，即：使得该封头加强层至少部分覆盖该封头，并且使得该压力容器加强层覆盖该封头和该中部，其中，优选地，该压力容器加强层被从外放置在封头加强层上。
在这种情况下，用做封头加强层的轮廓稳定的预制件被设置在至少一个封头上，优选地，在两个封头上。该预制件为纺织的纤维预制件，在缠绕压力容器加强层之前或者在其缠绕过程中，该预制件被设置在封头上，并且在周向方向上加强了该封头。这里，可以借助于编织技术或者借助于所称的“纤维铺放技术”制造该预制件，并且将其设置在封头上。
在一个实施例中，被用做封头加强层的轮廓稳定的预制件由纤维材料F1编织而成，其中，该预制件的编织角度FLW在封头边缘处至少为140°，优选至少为150°，尤其优选至少为160°。其中，在附加的步骤中，可以以基本上平行于筒状中部的筒轴的方向织入一个或者多个加强筋。
在一个变体实施例中，为了制造轮廓稳定的预制件，纤维材料被缝合在能覆布的载体材料上(所称的定制化纤维铺放技术，TFP)，优选地，该载体材料为纤维网。在这种情况下，纤维材料可以被螺旋状地缝合在载体材料上。此外，可以将一个或者多个加强筋以基本上平行于筒状中部的筒轴的方向一起缝合在载体上。该定制化纤维铺放技术(TFP)还能够使得不同纤维(如碳纤维、玻璃纤维或者凯夫拉(Kevlar)纤维)这样相互组合，以能够例如提高封头区域的能量吸收，正如当容器跌落在固体平面上所需的那样。该载体材料可以通过粘附层被直接固定在封头上。粘贴的变体可以是，该预制件被推入压力容器加强层的至少部分的缠绕在封头上并且还是湿的纤维复合材料上，并且通过压力容器加强层的基体材料被固定在封头区域。可替换地，压力容器加强层被覆置在封头加强层上，其中，该预制件被预先地固定在封头上，以形成轮廓稳定性。为此，该预制件可以由热塑性材料制成，并且可以与由塑料材料制成的封头至少点焊在一起。
可替换地，在将这样制造的封头加强层设置在内容器的封头区域之前，该TFP预制件或者编织预制件可以在接下来的工艺中，例如通过所称的树脂传递模塑(RTM)，被热固性树脂浸渍和固化成一种形状加强层。其中，该形状被设计为，使得封头加强层的内轮廓与该内容器的封头相配合，并且外轮廓呈现为适于轴向缠绕的负载放置的表面。
在另外一个实施例中，该封头加强层的外轮廓可以是压力容器中部的筒轴区域在封头的边缘区域的延伸区域，并且由此使得压力容器加强层的内层在封头区域的放置能够是径向缠绕的形式。
在另外一个实施例中，该预制件与压力连接管以形状锁定式的方式连接。由此，与压力容器加强层一起，将压力连接管的高转矩引入压层，而不会负载压力连接管与内容器的连接，其中，该压力容器加强层被缠绕其上，并且在硬透之后形成与该预制件的连接。
附图说明
本发明的上述和其他观点将在下面结合附图进行进一步的说明。
图1示出根据本发明的压力容器的一个实施例的侧截面图。
图2示出根据本发明的压力容器的一个实施例的封头区域的侧截面图，该压力容器具有由编织的纤维复合材料制成的预制件。
图3示出根据本发明的压力容器的一个实施例的封头区域的(a)封头上的俯视图和(b)通过预制件的侧截面图，该压力容器具有由被缝合在载体材料上的纤维材料制成的预制件。
图4示出根据本发明的压力容器的一个实施例的封头区域的侧截面图，该压力容器具有由被缝合在载体材料上的纤维材料制成的预制件，该预制件被覆布在封头上。
图5示出根据本发明的压力容器的一个实施例的封头区域的侧截面图，该压力容器具有预制件。
图6示出根据本发明的用于制造根据本发明的压力容器的方法的一个实施例。
图7示出根据本发明的用于制造根据本发明的压力容器的方法的另外一个实施例。
具体实施方式
图1示出根据本发明的压力容器1的一个实施例的侧截面图。该压力容器1包括一个由筒状中部21形成的内容器2、两个分别在两侧封闭该中部21的拱形封头22和一个缠绕在内容器2上的外层3，该外层用于加强内容器2以抵抗压力负荷，其中，该外层3包括由纤维复合材料FVM制成的至少一个封头加强层31和一个压力容器加强层32，其中，该封头加强层31至少部分覆盖该封头22，该压力容器加强层32覆盖该封头22和该中部21。此时的纤维角度FW2相对于该中部的筒轴Z形成接近90°的角度，优选地，FW2大于80°。
图2示出根据本发明的压力容器1的一个实施例的封头22区域的侧截面图，该压力容器具有由编织的纤维复合材料FVW制成的预制件5。作为封头加强层31，该轮廓稳定的预制件5被设置在至少一个封头22上，优选地，它被设置在两个封头22上。在这种情况下，该预制件5是由纤维材料F1编织而成的轮廓稳定的预制件51，并且该纤维材料F1在封头边缘25的编织角度FLW至少为140°，优选至少150°，尤其优选至少160°。直至封头中心26，该编织角度FLW明显地减小。本实施例中，在该编织的预制件51中织入了多个加强筋52，这些加强筋的方向基本平行于该筒状中部21的筒轴Z，为了简明表示，这里只示出了两根加强筋。同样为了简明表示，对于交织的纤维也同样只是示出几根以代表此外的纤维。
图3示出根据本发明的压力容器1的一个实施例的封头22区域的(a)封头上的俯视图和(b)通过预制件的侧截面图，该压力容器具有由被缝合在载体材料54上的纤维材料F1制成的预制件53。作为封头加强层31，该示出的预制件53被设置在至少一个封头22上，优选地，它被设置在两个封头22上。在这种情况下，该纤维材料F1可以是被螺旋状地缝合在该载体材料54上。本实施例中，多个加强筋55被缝合在该载体材料54上，这些加强筋的方向基本平行于该筒状中部21的筒轴Z。如图3b所示，除了纤维复合材料F1、FVM和载体层54，该预制件53还包括粘附层56。其中，该载体材料54被粘附层56直接固定在封头上。在这种情况下，该加强筋55可以再次滑动，从而实现在封头轮廓上的变形。
图4示出根据本发明的压力容器1的一个实施例的封头22区域的侧截面图，该压力容器具有由被缝合在载体材料54上的纤维材料FVM制成的预制件53，该预制件被覆布在封头22上。
图2至图4中示出的封头加强层5、51和53可以被推入至少一部分的缠绕在该封头22上、并且还是湿的加强层压力容器加强层32的纤维复合材料F2中，并且通过压力容器加强层32的基体材料被固定在封头22区域。为此，该封头加强层5、51和53包括热固性材料作为基体材料，从而可以与压力容器加强层32形成很好的交联。
与之相反，只要该封头加强层5、51和53应该被压力容器加强层32覆盖，并且该封头加强层5、51和53应该被固定在封头22上用以实现轮廓稳定，那么，该封头加强层5、51和53则包括热塑性材料作为基体材料，从而可以与封头22形成很好的焊接，优选地，仅通过热塑性材料就可以形成很好的焊接。
图5示出压力容器1的另外一个实施例，该压力容器具有预制件5作为封头22的嵌入部件。在该TFP预制件或者编织预制件5被作为封头加强层31而设置在内容器2的封头区域22之前，它将在接下来的工艺中，例如通过所称的树脂传递模塑(RTM)，被热固性树脂浸渍和固化成一种形状。由此而制成的封头加强层31的形状被设计为，使得该预制件5的内轮廓5i与该封头22相配合，并且外轮廓5a呈现为适于压力容器加强层32的轴向纤维缠绕F2的负载放置的表面。在这种情况下，该外轮廓5a可以是内容器2的中部21在封头22的边缘区域25的延伸区域，并且由此能够使得内层F2i作为压力容器加强层32的径向缠绕(周向方向上的缠绕)被放置在伸入封头区域的位置，直至连接凸起部57。其中，该预制件5可以与压力连接管4形状锁定式连接。由此，与压力容器加强层32一起，可以将压力连接管4的高转矩引入压层，而不会负载压力连接管4与内容器2的连接，其中，该压力容器加强层被缠绕其上，并且在硬透之后形成与该预制件5的连接。
图6示出根据本发明的用于制造如图1所示的压力容器的方法100的一个实施例，包括制造步骤110，借助于编织技术112或者借助于将纤维材料缝合116在能覆布的载体54上，制造轮廓稳定的预制件5、51、53，该预制件被用做至少一个(优选两个)封头22的封头加强层31；加强层将封头加强层31设置在封头22上的步骤120，以使得该封头加强层31至少部分覆盖封头22；以及加强层将压力容器加强层32覆置在封头22和中部21上的步骤130，其中优选地，该压力容器加强层32被从外设置在封头加强层22上。
图7示出根据本发明的用于制造如图1所示的压力容器的方法100的另外一个实施例，制造步骤110用于制造轮廓稳定的预制件5，和预制件的硬化步骤140以及缠绕步骤150用来设置封头加强层的步骤120，其中在硬化步骤140，预制件具有与封头22相配合的内轮廓5i和压力容器加强层32能够被放置其上的外轮廓5a，此时，该外轮廓5a在封头22的边缘区域25呈现为内容器2的中部21的延长，其中在缠绕步骤150，内层F2i作为压力容器加强层32的径向缠绕被缠绕在中部21上，并且被直接缠绕在边缘区域25的外轮廓5a上，优选地，直至该预制件5的连接凸起部57，作为被压力容器加强层32缠绕着的外轮廓5a在封头22的边缘区域25上的边界；随后为缠绕步骤130，其中，压力容器加强层32的一个或者多个外层F2a被缠绕在整个预制件5上。
这里示出的实施例只展示了本发明的例子，因此不应该被理解为仅限于此。专业人员考虑到的实施例的变种同样被包括在本发明的保护范围中。
附图标记列表
1 压力容器
2 内容器
21 内容器的筒状中部
22 内容器的拱形封头
25 封头或者延长区域的边缘区域
26 封头中心
3 由纤维复合材料制成的外层
31 外层的封头加强层
32 外层的压力容器加强层
4 阀门/压力连接管
5 轮廓稳定的预制件作为封头加强层
5a 预制件的外轮廓
5i 预制件的内轮廓
51 由纤维材料编织成的轮廓稳定的预制件
52 编织物的加强筋
53 由被缝合在载体材料上的纤维材料制成的轮廓稳定的预制件
54 载体材料
55 预制件的加强筋
56 粘附层
57 压力容器加强层的连接凸起部
100 根据本发明的压力容器
110 制造轮廓稳定的预制件
112 借助于编织技术进行制造
114 附加织入一个或者多个加强筋
116 借助于缝合进行制造
118 将预制件与封头进行点焊
120 将封头加强层设置在封头上
130 将压力容器加强层设置在封头上
140 硬化具有与封头相配合的内轮廓的预制件
150 将压力容器加强层的内层直接缠绕在边缘区域的预制件外轮廓上
F1 封头加强层的纤维或者纤维材料
F2 压力容器加强层的纤维或者纤维材料
F2i 压力加强层的内层
F2a 压力加强层的外层
FW1 封头加强层的纤维角度
FLW 封头加强层的编织角度
FW2 压力容器加强层的纤维角度
FVM 外层、封头加强层和/或压力容器加强层的纤维复合材料
Z 筒状中部的筒轴

Claims (13)

1.一种压力容器，包括由筒状中部形成的内容器、两个分别在两侧封闭所述中部的拱形封头和缠绕在所述内容器上的外层，所述外层用于加强所述内容器以抵抗压力负荷，其中，所述外层包括由纤维复合材料制成的至少一个封头加强层和压力容器加强层，其中，所述封头加强层至少部分覆盖所述封头，所述压力容器加强层覆盖所述封头和中部，并且用做所述封头加强层的轮廓稳定的预制件被设置在至少一个所述封头上；其中，所述的轮廓稳定的预制件由纤维材料编织而成，所述预制件在封头边缘的纤维材料的编织角度为160°，其中在所述的编织的预制件中织入一个或者多个加强筋，所述加强筋的方向基本上平行于所述筒状中部的筒轴。
2.根据权利要求1所述的压力容器，其特征在于，所述的轮廓稳定的预制件是由被缝合在能覆布的载体材料上的纤维材料制成。
3.根据权利要求2所述的压力容器，其特征在于，一个或者多个加强筋被一起缝合在所述载体材料上，所述加强筋的方向基本上平行于所述筒状中部的筒轴。
4.根据权利要求2或者3所述的压力容器，其特征在于，所述载体材料通过粘附层被直接固定在封头上。
5.根据权利要求1所述的压力容器，其特征在于，所述预制件被推入所述压力容器加强层的至少部分的缠绕在所述封头上的还是湿的纤维复合材料上，并且被所述压力容器加强层的基体材料固定在所述封头区域。
6.根据权利要求1所述的压力容器，其特征在于，所述压力容器加强层覆盖所述封头加强层，并且为了形成轮廓稳定性，所述预制件被固定在所述封头上。
7.根据权利要求1所述的压力容器，其特征在于，所述预制件为硬化预制件，用以设置在所述封头上，其中，所述预制件的内轮廓与所述封头相配合，所述预制件的外轮廓被设计为，其上可以放置所述压力容器加强层，其中，所述外轮廓在所述封头的边缘区域呈现为所述内容器中部的延长，其中，其他的所述压力容器加强层还包括径向缠绕的内层，所述内层作为持续的层，被缠绕在所述中部上，并且被直接缠绕在边缘区域的所述外轮廓上，用于在其上通过一个或者多个所述压力容器加强层的所述外层继续缠绕整个的所述预制件。
8.一种用于制造如权利要求1所述的压力容器的方法，所述压力容器包括由筒状中部形成的内容器、两个分别在两侧封闭所述中部的拱形封头、以及缠绕在所述封头和所述内容器上的外层，所述外层用于加强所述内容器以抵抗压力负荷，其中，所述外层包括由纤维复合材料制成的至少一个封头加强层和压力容器加强层；
所述方法包括以下步骤：
- 制造步骤，借助于编织技术或者借助于将纤维材料缝合在能覆布的载体材料上，制造轮廓稳定的预制件，所述预制件被用做至少一个所述封头的所述封头加强层；
- 设置步骤，将所述封头加强层设置在所述封头上，以使得所述封头加强层至少部分覆盖所述封头；
设置步骤，将所述压力容器加强层设置在所述封头和所述中部上，其中所述压力容器加强层被从外设置在所述封头加强层上。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述轮廓稳定的预制件的制造步骤包括编织由纤维材料编织而成的轮廓稳定的所述预制件，并且所述预制件的编织角度在封头边缘至少为140°。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述编织还包括附加地织入一个或者多个加强筋的步骤，所述加强筋的方向基本上平行于所述筒状中部的筒轴。
11.根据权利要求8所述的方法，其中，借助于缝合制造所述的轮廓稳定的预制件的步骤中包括将所述纤维材料螺旋形地缝合在所述载体材料上。
12.根据权利要求8-11中任意一项所述的方法，包括将由热塑性基体制成的预制件与所述封头至少进行点焊的附加步骤，以将所述预制件固定在所述封头上。
13.根据权利要求8-11中任意一项所述的方法，包括如下附加步骤：
- 预制件的硬化步骤，所述预制件具有与所述封头相配合的内轮廓和所述压力容器加强层能够被放置其上的外轮廓，其中，所述外轮廓在所述封头的边缘区域呈现为所述内容器的中部的延长；
- 缠绕步骤，其中，内层作为所述压力容器加强层的径向缠绕被缠绕在所述中部上，并且被直接缠绕在所述边缘区域的所述外轮廓上；
随后缠绕步骤，其中，所述压力容器加强层的一个或者多个外层被缠绕在整个的所述预制件上。
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