DE102011105627A1

DE102011105627A1 - Verbund-Druckbehälter und Verfahren zumZusammenbau desselben

Info

Publication number: DE102011105627A1
Application number: DE102011105627A
Authority: DE
Inventors: Richard M. Kleber; John E. Carsley; Hamid G. Kia; Chen-Shih Wang; Ce Sun; Elisabeth J. Berger; Stephan Fell; Valentin Schultheis
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2010-07-02
Filing date: 2011-06-28
Publication date: 2012-01-05
Anticipated expiration: 2031-06-29
Also published as: US20140238597A1; US8757423B2; CN102392934A; US20120000916A1; DE102011105627B4; CN102392934B

Abstract

Ein Zusammenbauverfahren für einen Verbund-Druckbehälter umfasst, dass ein Endabschnitt eines rohrförmigen Elements in einen kreisringförmigen Schlitz gepasst wird, der in einer Endkappe gebildet ist. In dem kreisringförmigen Schlitz kann sich ein Dichtungsmittel befinden. Die Endkappe umfasst eine Ringnut in einer Außenfläche des Endkappenkörperabschnittes. Es wird eine erste Materiallage auf einer Außenfläche des rohrförmigen Elements gebildet. Die erste Materiallage umfasst ein erstes Verbundmaterial mit Fasern, die in Umfangsrichtung zu dem rohrförmigen Element orientiert sind. Es wird eine zweite Materiallage auf der ersten Materiallage gebildet, wobei ein Abschnitt der zweiten Materiallage in die Ringnut hinein angeordnet wird, die ein zweites Verbundmaterial umfasst, welches Fasern, die axial zu dem rohrförmigen Element orientiert sind, umfasst. Es wird eine dritte Materiallage benachbart zu der zweiten Materiallage und in der Ringnut gebildet, welche ein drittes Verbundmaterial mit Fasern umfasst, die eine Orientierung in Umfangsrichtung zu dem rohrförmigen Element aufweisen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenlegung betrifft allgemein einen Verbund-Druckbehälter und ein Verfahren zum Zusammenbau desselben.
Hintergrund
Es können Druckbehälter wie etwa Gasspeicherbehälter und Druckwasserspeicher verwendet werden, um Fluide unter Druck zu enthalten. Es kann wünschenswert sein, über einen Druckbehälter mit relativ dünnen Wänden und geringem Gewicht zu verfügen. Relativ dünne Wände in einem Fahrzeugkraftstofftank lassen beispielsweise eine effizientere Nutzung des zur Verfügung stehenden Raumes zu, und ein relativ geringes Gewicht gestattet die Fortbewegung des Fahrzeuges mit größerer Energieeffizienz.
Zusammenfassung
Es ist hierin ein Zusammenbauverfahren offenbart. Das Verfahren beinhaltet, dass ein Endabschnitt eines rohrförmigen Elements in einen kreisringförmigen Schlitz gepasst wird, der in einem Randbereich eines Körperabschnittes einer Endkappe gebildet ist. Der kreisringförmige Schlitz kann ein Dichtungsmittel aufweisen, das darin angeordnet ist. Die Endkappe umfasst ferner eine Ringnut, die in einer Außenfläche des Körperabschnittes gebildet ist. Die Ringnut ist dem Randbereich entgegengesetzt. Das Verfahren umfasst ferner, dass eine erste Materiallage auf einer kreisringförmigen Außenfläche des rohrförmigen Elements gebildet wird. Die erste Materiallage umfasst ein erstes Verbundmaterial, welches Fasern mit einer Orientierung in Umfangsrichtung zu dem rohrförmigen Element umfasst. Es wird eine zweite Materiallage auf der ersten Materiallage gebildet, wobei ein Abschnitt der zweiten Materiallage in die Ringnut hinein angeordnet wird. Die zweite Materiallage umfasst ein zweites Verbundmaterial, welches Fasern mit einer Orientierung axial zu dem rohrförmigen Element umfasst. Es wird eine dritte Materiallage benachbart zu der zweiten Materiallage und in der Ringnut gebildet. Die dritte Materiallage umfasst ein drittes Verbundmaterial, welches Fasern mit einer Orientierung in Umfangsrichtung zu dem rohrförmigen Element umfasst.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die Merkmale und Vorteile von Beispielen der vorliegenden Offenlegung werden durch Bezugnahme auf die nachfolgende/n detaillierte Beschreibung und Zeichnungen offensichtlich, in denen sich gleiche Bezugsziffern auf ähnliche, wenngleich möglicherweise nicht gleiche Komponenten beziehen. Um sich kurz zu halten, können Bezugsziffern oder Merkmale, die eine bereits beschriebene Funktion aufweisen, in Verbindung mit anderen Zeichnungen, in denen sie aufscheinen, beschrieben sein oder nicht.
1 ist eine aufgeschnittene Explosions-Querschnittsansicht eines Beispiels gemäß der vorliegenden Offenlegung;
2 ist eine aufgeschnittene Querschnittsansicht der Anordnung in 1, nachdem die Teile zusammengebaut wurden;
3 ist eine aufgeschnittene Querschnittsansicht der Anordnung von 2, allerdings mit aufgebrachten Verbundlagen;
4A ist eine perspektivische Darstellung eines Abschnittes einer einzelnen gerollten Faserbahn, wobei Schlitze in einen Rand geschnitten sind, gemäß einem Beispiel der vorliegenden Offenlegung;
4B ist eine perspektivische Darstellung des Abschnittes einer einzelnen gerollten Faserbahn in 4A, welche glatt sortierte Saumlaschen zeigt, gemäß einem Beispiel der vorliegenden Offenlegung;
5 ist eine aufgeschnittene Explosions-Querschnittsansicht, die einen Körperabschnitt der Endkappe mit einer umgedrehten Kuppelform gemäß einem Beispiel der vorliegenden Offenlegung zeigt;
6 ist eine aufgeschnittene Querschnittsansicht der Teile in 5, nachdem die Teile zusammengebaut wurden;
7 ist eine aufgeschnittene Explosions-Querschnittsansicht eines noch weiteren Beispiels der vorliegenden Offenlegung;
8 ist eine aufgeschnittene Querschnittsansicht, die eine Walze zeigt, welche eine Kraft auf ein rohrförmiges Element aufbringt, während das rohrförmige Element gedreht wird, wobei die Kraft das rohrförmige Element derart verformt, dass der Endabschnitt mit der Vielzahl von Nuten übereinstimmt, die in dem Körperabschnitt der Endkappe definiert sind;
8A ist eine vergrößerte Ansicht des Bereiches bei 8A in 8, die ein Dichtungsmittel zeigt;
9 ist eine aufgeschnittene Querschnittsansicht, welche die Teile von 7 nach dem Zusammenbau zeigt;
10 ist eine halbschematische perspektivische Darstellung, welche das Rollformen von Verbundmateriallagen gemäß einem Beispiel der vorliegenden Offenlegung zeigt;
11 ist eine aufgeschnittene perspektivische Darstellung, die Lagen gemäß einem Beispiel der vorliegenden Offenlegung zeigt; und
12 ist ein Flussdiagramm, das ein Zusammenbauverfahren gemäß einem Beispiel der vorliegenden Offenlegung zeigt.
Detaillierte Beschreibung
Beispiele des Verfahrens, wie hierin offenbart, können vorteilhafterweise verwendet werden, um einen Verbund-Druckbehälter zusammenzubauen.
Definitionen
Wie hierin verwendet bedeutet das Wort „Filament” eine einzelne Faser. Ein einzelnes Endlosfilament, das auf einer Spule aufgerollt sein kann, ist ein „Einzelfaden”, wie hierin verwendet. Filamente in einem Bündel werden als ein „Strang” oder eine „Fadenkette” bezeichnet. Wenn die Filamente alle parallel zueinander sind, wird die „Fadenkette” als ein „Vorgarn” bezeichnet, wenngleich Graphit-Vorgarne auch als „Spinnkabel” bezeichnet werden. Wenn die Filamente verdrillt sind, um die Fasern zusammenzuhalten, wird das Bündel als ein „Garn” bezeichnet.
Beide, ein Vorgarn (Spinnkabel) oder ein Garn, können zu einem Gewebe gewebt sein. Wenn ein Vorgarn verwendet wird, wird das Gewebe „Rovinggewebe” genannt; wenn ein Garn verwendet wird, wird das Gewebe „Stoff” genannt. Wenngleich die Begriffe „Garn” und „Vorgarn” nicht austauschbar sind, ist, wenn das Wort „Garn” in diesem Dokument verwendet wird, dies so zu verstehen, dass „Vorgarn” ebenfalls verwendet werden kann. Ein Faservlies ist ein gewebeähnliches Material wie z. B. „Filz”, das aus langen Fasern hergestellt ist, die durch chemische Behandlung, mechanische Behandlung, Wärmebehandlung oder Lösungsmittelbehandlung miteinander verbunden sind.
In einer Geweberolle verlaufen „Kettfäden” in der Richtung des Ballens und sind über die gesamte Länge des Ballens kontinuierlich. „Schussfäden” verlaufen quer zu der Ballenrichtung. Kettfäden werden üblicherweise „Fadenketten” und Schussfäden „Schüsse” genannt. (Die Begriffe beziehen sich gleichermaßen auf Vorgarne, für den Rest der Erläuterung wird der Einfachheit halber jedoch Garn verwendet.)
Die Gewebefadendichte bezieht sich auf die Anzahl von Kettfäden (Fadenketten) und Schussfäden (Schüssen) pro Zoll. Zum Beispiel weist ein 24 × 22 Gewebe 24 Kettfäden in jedem Zoll in Schussrichtung und 22 Schüsse in jedem Zoll in Kettrichtung auf. Man beachte, dass Kettfäden in der Schussrichtung gezählt werden und Schussfäden in der Kettrichtung gezählt werden.
Wenn die Fadenketten- und die Schusszahl annähernd gleich sind, wird das Gewebe als „bidirektional” (BID) angesehen. Wenn die Schusszahl sehr klein ist, verläuft der Großteil der Garne in die Kettrichtung und das Gewebe ist beinahe unidirektional. Manche unidirektionalen Stoffe weisen keine Schussfäden auf; stattdessen werden die Kettfäden durch einen dünnen Klebstoffstrom zusammengehalten. Ein „unidirektionales Prepreg” basiert auf Harzen, um die Fasern zusammenzuhalten.
Die „Bindung” beschreibt, wie die Kett- und Schussfäden verschlungen sind. Beispiele von Bindungen sind „Leinwand” „Körper”, „Harnisch Satin” und „Kreuzkörper”. Die Bindung bestimmt die Drapierfähigkeit und Isotropie der Festigkeit.
„Verbundmaterial” bedeutet einen technischen Werkstoff, der aus zwei oder mehreren Bestandteilmaterialien mit deutlich verschiedenen physikalischen oder chemischen Eigenschaften hergestellt ist, welche innerhalb der fertiggestellten Struktur auf einem makroskopischen Niveau separat und verschiedenartig bleiben. Es gibt zwei Kategorien von Bestandteilmaterialien: Matrix und Verstärkung. Das Matrixmaterial umgibt und stützt das Verstärkungsmaterial durch Aufrechterhalten seiner relativen Positionen. Die Verstärkungen verleihen ihre speziellen mechanischen und physikalischen Eigenschaften, um die Matrixeigenschaften zu verbessern. Ein Synergismus produziert Materialeigenschaften, die von den einzelnen Bestandteilmaterialien nicht zur Verfügung stehen.
Verstärkungsmaterialien umfassen Glasfaser, Kohlefaser, Aramidfaser und dergleichen.
Eine Polymermatrix wird oft als eine Harzlösung bezeichnet. Die allgemein bekanntesten Polymermatrixmaterialen sind Polyester, Vinylester, Epoxide, phenolische Polymere, Polyimide, Polyamide, Polypropylene, Polyether-Etherketon (PEEK) und dergleichen. Es sollte einzusehen sein, dass diese Polymerbeispiele nicht einschränkend sein sollen und dass in Erwägung gezogen wird, dass andere Materialien innerhalb des Geltungsbereiches der vorliegenden Offenlegung liegen.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf die 1 und 12 kann ein Beispiel des hierin offenbarten Verfahrens umfassen, dass ein Endabschnitt 58 eines rohrförmigen Elements 60 in einen kreisringförmigen Schlitz 22 gepasst wird, der in einem Randbereich 14 eines Körperabschnittes 56 einer Endkappe 20 gebildet ist. Der kreisringförmige Schlitz 22 kann komplementär mit dem Endabschnitt 58 dimensioniert sein, um eine leichte Presspassung zu bilden. Es sollte einzusehen sein, dass eine leichte Presspassung, wie hierin verwendet, eine Passungsklasse ist, die mit etwa 0,003 Zoll bis etwa 0,010 Zoll Übermaß definiert ist. Als solches hält die leichte Presspassung eine Position des rohrförmigen Elements 60 relativ zu der Endkappe 20 zur weiteren Bearbeitung aufrecht, trägt jedoch nicht zu der Gesamtdruckspeicherkapazität des zylindrischen Druckeinschlussbehälters 10 bei. Die Endkappe 20 kann an dem rohrförmigen Element 60 durch Pressen, Schrauben, Einziehen, Nieten, Schweißen oder Kleben angebracht werden. Der kreisringförmige Schlitz 22 kann ein Dichtungsmittel 25 aufweisen, das darin angeordnet ist. In einem Beispiel kann das Dichtungsmittel 25 durch Einwirkung eines chemischen Härtungsmittels (nicht gezeigt), Einwirkung eines Härtungsdrucks, Einwirkung einer Härtungstemperatur oder Kombinationen davon ausgehärtet werden. Es sollte einzusehen sein, dass ein beliebiges geeignetes chemisches Härtungsmittel verwendet werden kann. Einige nicht einschränkende Beispiele von Härtungsmitteln, die zur Verwendung in den Beispielen der vorliegenden Offenlegung geeignet sind, umfassen Luft; Zweikomponentenkleber (in denen ein Teil ein Epoxid und der andere Teil ein Härter ist, der ein freies Radikal enthält, welches mit dem Epoxid reagiert, um das Aushärten auszulösen, wobei solche eine Wirkung oft durch die Anwendung von Wärme beschleunigt oder ausgelöst wird); Peroxide; Salze oder andere Komplexe von Platin, Palladium oder Rhodium; Dibutylzinndilaurat; Zinnethylhexoat; und Kombinationen daraus.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf die 1, 2 und 3 gemeinsam kann die Endkappe 20 eine Ringnut 27 aufweisen, die in einer Außenfläche 54 des Körperabschnittes 56 gebildet ist. Die Ringnut 27 ist dem Randbereich 14 entgegengesetzt und eine Wand der Ringnut 27 kann durch einen Sicherungsflansch 26 gebildet sein. Eine erste Materiallage 30 kann auf einer kreisringförmigen Außenfläche 42 des rohrförmigen Elements 60 gebildet sein. Die erste Materiallage 30 umfasst ein erstes Verbundmaterial 44. Das erste Verbundmaterial 44 kann Fasern 46 umfassen, die eine Orientierung in Umfangsrichtung zu dem rohrförmigen Element 60 aufweisen, wie in 11 gezeigt.
Ein Einzelfaden kann in Umfangsrichtung um das rohrförmige Element 60 herum gewickelt sein. Es ist jedoch einzusehen, dass einige Fasern in dem ersten Verbundmaterial 44 in anderen Richtungen als der Umfangsrichtung orientiert sein können. Es kann z. B. ein aus Fasern hergestellter Web- oder Vliesstoff um das rohrförmige Element 60 herum gewickelt sein. Kettfäden im Gewebe können in Umfangsrichtung orientiert sein, Schussfäden können aber quer zu den Kettfäden orientiert sein. Als ein Beispiel kann ein Stoff mit Kettfäden, die in Umfangsrichtung orientiert sind, in der vorliegenden Offenlegung verwendet werden. In einem weiteren Beispiel kann ein Filz verwendet werden, bei dem einige Fasern in der Richtung um den Umfang orientiert sind. In einem Web- und Vliesstoff kann ein Anteil der Fasern in Umfangsrichtung, der zu einem letztendlichen Druckhaltevermögen des zylindrischen Druckeinschlussbehälters 10 beiträgt, zwischen etwa 90 Prozent bis etwa 100 Prozent der Fasern in dem Gewebe liegen.
Verstärkungsfasern in dem ersten Verbundmaterial 44 können Kohlefasern und Glasfasern umfassen. Das erste Verbundmaterial 44 kann auch ein Bindemittel umfassen, das als ein Matrixmaterial dient. In einem Beispiel kann das Matrixmaterial ein Harz sein (einige Beispiele dafür sind oben stehend bereitgestellt, z. B. Polyester, Polypropylene, etc.).
Unter erneuter Bezugnahme auf 3 kann die erste Materiallage 30 einen Außendurchmesser aufweisen, der im Wesentlichen der gleiche wie ein Außendurchmesser des Körperabschnittes der Endkappe 20 ist. Wie hierin verwendet, bedeutet der Ausdruck „im Wesentlichen der gleiche” Durchmesser, dass eine zweite Materiallage 40, die über einer Verbindung zwischen der ersten Materiallage 30 und der Endkappe 20 angeordnet wird, keinen durch eine stufenartige Durchmesseränderung verursachten Knick aufweisen wird, auf dem die zweite Materiallage 40 angeordnet wird.
Die zweite Materiallage 40 kann auf der ersten Materiallage 30 gebildet werden, wobei ein Abschnitt der zweiten Materiallage 40 in die Ringnut 27 hinein angeordnet wird. Die zweite Materiallage 40 kann ein zweites Verbundmaterial 48 umfassen, welches axiale Fasern (in 11 gezeigt) mit einer Orientierung axial zu dem rohrförmigen Element 60 umfasst. Die axialen Fasern können etwa 75 Prozent bis zu etwa 100 Prozent der die zweite Materiallage 40 bildenden Fasern in dem Gewebe ausmachen.
Es kann eine dritte Materiallage 50 benachbart zu der zweiten Materiallage 40 und in der Ringnut 27 gebildet werden. Die dritte Materiallage 50 kann ein drittes Verbundmaterial 52 umfassen. Die Fasern in der dritten Materiallage 50 sind in Umfangsrichtung zu dem rohrförmigen Element 60 orientiert. In einem nicht einschränkenden Beispiel, kann ein Vorgarn oder Spinnkabel an der Ringnut 27 um die zweite Materiallage 40 herum gewickelt werden, um dadurch die dritte Materiallage 50 zu bilden. In einem weiteren Beispiel kann ein Stoffstreifen mit 90 bis 100 Prozent in Umfangsrichtung orientierten Fasern an der Ringnut 27 um die zweite Materiallage 40 herum gewickelt werden, um dadurch die dritte Materiallage 50 zu bilden.
Die erste 30, die zweite 40 und die dritte 50 Materiallage können durch Rollformen gebildet werden, wie in 10 schematisch veranschaulicht. Wie hierin verwendet, ist „Rollformen” ein Prozess, bei dem eine Lage von Verstärkungsfasergewebe 62 von einer Rolle 64 von Verstärkungsfasergewebe durch relative Rotation der zylindrischen Einschlussbehälteranordnung 10 in Bezug auf die Rolle 64 von Verstärkungsfasergewebe 62 auf die zylindrische Einschlussbehälteranordnung 10 übertragen wird. Die zylindrische Einschlussbehälteranordnung 10 kann z. B. um eine Spindel 66 gedreht werden, und das Verstärkungsfasergewebe 62 kann von einer Rolle 64 von Verstärkungsfasergewebe abrollen. In einem weiteren Beispiel kann der zylindrische Einschlussbehälter 10 feststehend gehalten werden, während die Rolle 64 von Verstärkungsfasergewebe um den zylindrischen Einschlussbehälter 10 herum gewickelt wird. In einem noch weiteren Beispiel kann der zylindrische Einschlussbehälter 10 entlang einer Fläche (nicht gezeigt) benachbart zu der Rolle 64 von Verstärkungsfasergewebe 62 gerollt werden, sodass sich das Verstärkungsfasergewebe 62 von der Rolle 64 von Verstärkungsfasergewebe 62 ab- und auf den zylindrischen Einschlussbehälter 10 aufrollt. Somit wird das Verstärkungsfasergewebe 62 in einer oder mehreren Lagen um den zylindrischen Einschlussbehälter 10 gewickelt.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf die 5 und 6 kann der Körperabschnitt 56 der Endkappe 20' eine umgedrehte Kuppelform aufweisen. Wie hierin verwendet, ist eine umgedrehte Kuppelform eine Kuppelform mit einer Konkavität einer Querschnittswölbung, die einer Belastung entgegengesetzt orientiert ist. In einem Beispiel kann die Belastung ein Druck in einem Behälter sein. Wie in 6 gezeigt, würde ein Fluid 94, das von dem zylindrischen Einschlussbehälter 10 eingeschlossen ist, eine mit Druck beaufschlagte Fläche 16 der umgedrehten Kuppel 66 benetzen, und die nicht mit Druck beaufschlagte Fläche 18 ist der mit Druck beaufschlagten Fläche 16 der umgedrehten Kuppel 66 entgegengesetzt.
Das Zusammenbauverfahren kann umfassen, dass Schlitze 34 in einen Rand 41 einer Faserbahn 38 der zweiten Materiallage 40 geschnitten werden, um Saumlaschen 36 zu bilden, wie am besten in 4A zu sehen. Die Saumlaschen 36 können im Wesentlichen glatt in die Ringnut 27 hinein sortiert werden. Wie hierin verwendet, bedeutet im Wesentlichen glatt, dass allgemein keine Falten vorhanden sind, es kann aber, verglichen mit dem Ausmaß an Faltenbildung, das vorhanden gewesen wäre, wenn die Schlitze 34 in dem Rand 41 der Faserbahn 38 nicht gemacht worden wären, ein unwesentliches geringes Ausmaß an Faltenbildung vorhanden sein.
Die zylindrische Einschlussbehälteranordnung 10 kann verwendet werden, um Druckfluid 94 einzuschließen. Es sollte einzusehen sein, dass die von der zylindrischen Einschlussbehälteranordnung 10 eingeschlossenen Fluide Flüssigkeiten, Gase, Gemische, Lösungen und Kombinationen davon sein können. Materialien, welche von den von der zylindrischen Einschlussbehälteranordnung 10 eingeschlossen Fluide berührt werden, können derart gewählt sein, dass sie mit dem Fluid chemisch verträglich sind. In einem Beispiel kann die zylindrische Einschlussbehälteranordnung 10 ein Kraftstofftank sein und das rohrförmige Element 60 kann eine Auskleidung für den Kraftstofftank sein.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf die 7, 8, 8A und 9 wird ein Dichtungsmittel 25' in jeden von einer Vielzahl von kreisringförmigen Schlitzen 74 angeordnet, die in einer Außenfläche 54 des Köperabschnittes 56 einer Endkappe 20'' definiert sind. Die Endkappe 20'' wird mit einem Endabschnitt 58 des rohrförmigen Elements 60' ausgerichtet, sodass die Außenfläche 54 des Körperabschnittes 56 an einer Innenfläche 76 des rohrförmigen Elements 60' anliegt. Es kann eine Kraft F angewendet werden, um das rohrförmige Element 60' zu verformen, sodass der Endabschnitt 58 des rohrförmigen Elements 60' übereinstimmende kreisringförmige Vertiefungen 88 aufweist, die mit der Vielzahl von kreisringförmigen Schlitzen 74 übereinstimmen, welche in dem Körperabschnitt 56 der Endkappe 20'' definiert sind. Es sollte einzusehen sein, dass die übereinstimmenden kreisringförmigen Vertiefungen 88 abdichtend an der Vielzahl von kreisringförmigen Schlitzen 74 anliegen können oder ein Ringspalt 78 zwischen der Innenfläche 76 des rohrförmigen Elements 60' und der Außenfläche 54 des Körperabschnittes 56 der Endkappe 20'' bleiben kann.
Es sollte ferner einzusehen sein, dass die Kraft F durch Quetschen, Einziehen oder andere ähnliche Mittel angewendet werden kann, sodass das rohrförmige Element 60' verformt wird, wie oben stehend offenbart. Das Werkzeug 68 kann mit dem Endabschnitt 58 des rohrförmigen Elements 60' einen Wälzkontakt, einen Gleitkontakt, einen gleitfreien Kontakt oder Kombinationen davon aufweisen. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann die Kraft F durch Drehen einen Werkzeugs 68 um die Endkappe 20'' herum angewendet werden. In einem weiteren Beispiel kann sich das Werkzeug 68 um eine feststehende Drehachse 92 drehen. Ferner kann die Kraft F auf das rohrförmige Element 60' angewendet werden, während das rohrförmige Element 60' gedreht wird.
In einem Beispiel wird das Anwenden der Kraft F dadurch bewerkstelligt, dass ein Formrad 70 gegen das rohrförmige Element 60' gezwungen wird, wobei das Formrad 70 eine Vielzahl von darauf gebildeten Wülsten 72 aufweist, wie in 8 gezeigt. Die Vielzahl von Wülsten 72 kann ausgebildet sein, um mit der Vielzahl von kreisringförmigen Schlitzen 74 ausgerichtet zu sein, die in dem Körperabschnitt 56 der Endkappe 20'' definiert sind.
Wenn die Kraft F angewendet wird, kann das Dichtungsmittel 25' durch den Ringspalt 78, der zwischen der Innenfläche 76 des rohrförmigen Elements 60' und der Außenfläche 54 des Körperabschnittes 56 der Endkappe 20'' gebildet ist, hindurch verteilt werden.
Die Endkappe 20'' kann in dem Endabschnitt 56 des rohrförmigen Elements 60' durch einen Sperrring 80 festgehalten sein. Der Sperrring 80 verhindert im Wesentlichen, dass sich der Endabschnitt 58 des rohrförmigen Elements 60' unter den durch den Druck in dem zylindrischen Einschlussbehälter 10' verursachten Kräften verwindet. Der Sperrring 80 kann in zwei Hälften 82 vorhanden sein, die durch ein Gewindebefestigungselement 84 zusammengezogen sind, wie in 7 schematisch gezeigt. Es sollte einzusehen sein, dass der Sperrring 80 durch mehr als ein Befestigungselement, durch Verblockungsteile oder durch ein anderes ähnliches Mittel sicher in Position gehalten sein kann. Es kann ein einteiliger Sperrring (nicht gezeigt) in Position gepresst sein. Der Sperrring 80 kann kreisringförmige Flächen 86 aufweisen, die mit den kreisringförmigen Vertiefungen 88 in dem Rohr 60' übereinstimmen.
Das Dichtungsmittel 25' kann durch Einwirkung eines chemischen Härtungsmittels, Einwirkung eines Härtungsdruckes, Einwirkung einer Härtungstemperatur oder Kombinationen davon ausgehärtet werden. Es sollte einzusehen sein, dass jedes der oben angeführten Härtungsmittel auch zur Verwendung in diesem Beispiel geeignet ist.
Wie in 9 gezeigt, ist eine weitere Ausführungsform des zylindrischen Einschlussbehälters allgemein mit 10' bezeichnet. Es kann zumindest eine Verbundmateriallage 90 auf einer kreisringförmigen Außenfläche 42 des rohrförmigen Elements 60' gebildet sein. Die Verbundmateriallage 90 kann eine Glas- oder Kohlefaser und ein Bindemittel umfassen.
Während mehrere Beispiele im Detail beschrieben wurden, wird es für Fachleute offensichtlich sein, dass die offenbarten Beispiele abgewandelt werden können. Die obige Beschreibung ist daher als beispielhaft und nicht als einschränkend zu betrachten.
Bezugszeichenliste
zu Fig. 11

1: Einpassen eines Endabschnittes eine rohrförmigen Elements in einen kreisringförmigen Schlitz, der in einem Randbereich eines Körperabschnittes einer Endkappe gebildet ist, wobei der kreisringförmige Schlitz ein darin angeordnetes Dichtungsmittel aufweist, wobei die Endkappe ferner eine Ringnut umfasst, die in einer Außenfläche des Körperabschnittes gebildet ist, wobei die Ringnut dem Randbereich entgegengesetzt ist
2: Bilden einer ersten Materiallage auf einer kreisringförmigen Außenfläche des rohrförmigen Elements, wobei die Lage ein erstes Verbundmaterial umfasst, welches Fasern mit einer Orientierung in Umfangsrichtung zu dem rohrförmigen Element umfasst
3: Bilden einer zweiten Materiallage auf der ersten Materiallage, wobei ein Abschnitt der zweiten Materiallage in die Ringnut angeordnet wird, wobei die zweite Materiallage ein zweites Verbundmaterial umfasst, welches Fasern mit einer Orientierung axial zu dem rohrförmigen Element umfasst
4: Bilden einer dritten Materiallage benachbart zu der zweiten Materiallage und in der Ringnut, wobei die dritte Materiallage ein drittes Verbundmaterial umfasst, welches Fasern mit einer Orientierung in Umfangsrichtung zu dem rohrförmigen Element umfasst

Claims

Verfahren zum Zusammenbau eines Verbund-Druckbehälters, umfassend, dass: ein Endabschnitt eines rohrförmigen Elements in einen kreisringförmigen Schlitz gepasst wird, der in einem Randbereich eines Körperabschnittes einer Endkappe gebildet ist, wobei der kreisringförmige Schlitz ein darin angeordnetes Dichtungsmittel aufweist, wobei die Endkappe ferner eine Ringnut umfasst, die in einer Außenfläche des Körperabschnittes gebildet ist, wobei die Ringnut dem Randbereich entgegengesetzt ist; eine erste Materiallage auf einer kreisringförmigen Außenfläche des rohrförmigen Elements gebildet wird, wobei die Lage ein erstes Verbundmaterial umfasst, welches Fasern mit einer Orientierung in Umfangsrichtung zu dem rohrförmigen Element umfasst; eine zweite Materiallage auf der ersten Materiallage gebildet wird, wobei ein Abschnitt der zweiten Materiallage in der Ringnut angeordnet wird, wobei die zweite Materiallage ein zweites Verbundmaterial umfasst, welches Fasern mit einer Orientierung axial zu dem rohrförmigen Element umfasst; und eine dritte Materiallage benachbart zu der zweiten Materiallage und in der Ringnut gebildet wird, wobei die dritte Materiallage ein drittes Verbundmaterial umfasst, welches Fasern mit einer Orientierung in Umfangsrichtung zu dem rohrförmigen Element umfasst.
Zusammenbauverfahren nach Anspruch 1, wobei die Bildung der ersten, der zweiten und der dritten Materiallage durch Rollformen bewerkstelligt wird, wobei das Einpassen des Endabschnittes des rohrförmigen Elements in den kreisringförmigen Schlitz durch Presspassen, Schrauben, Einziehen, Nieten oder Schweißen bewerkstelligt wird, und wobei das Zusammenbauverfahren ferner umfasst, dass: das Dichtungsmittel durch Einwirkung eines chemischen Härtungsmittels, Einwirkung eines Härtungsdrucks, Einwirkung einer Härtungstemperatur oder Kombinationen davon ausgehärtet wird.
Zusammenbauverfahren nach Anspruch 1, wobei der Körperabschnitt der Endkappe eine umgedrehte Kuppelform aufweist.
Zusammenbauverfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend, dass: Schlitze in einen Rand einer Faserbahn aus der zweiten Materiallage geschnitten werden, um Saumlaschen zu bilden; und die Saumlaschen der Faserbahn im Wesentlichen glatt in die Ringnut hinein sortiert werden.
Nach dem Verfahren von Anspruch 1 gebildeter Verbund-Druckbehälter, wobei der Endabschnitt des rohrförmigen Elements in den kreisringförmigen Schlitz der Endkappe pressgepasst wird, wobei die erste Materiallage an dem Randbereich des Körperabschnittes der Endkappe anliegt, und wobei die Ringnut teilweise durch einen Sicherungsflansch definiert ist.
Verbund-Druckbehälter nach Anspruch 5, wobei das erste, das zweite und das dritte Verbundmaterial einzeln aus Kohlefasern oder Glasfasern, die ein Bindemittel umfassen, gewählt sind, und wobei der Behälter ferner ein Dichtungsmittel umfasst, das in dem kreisringförmigen Schlitz angeordnet ist, wobei das Dichtungsmittel aus einem elastomeren Material gewählt ist.
Verbund-Druckbehälter nach Anspruch 5, wobei die erste Materiallage einen Außendurchmesser aufweist, der im Wesentlichen der gleiche ist wie ein Außendurchmesser des Körperabschnittes der Endkappe, und wobei das rohrförmige Element eine Auskleidung für einen Kraftstofftank ist.
Verfahren zum Zusammenbau eines Verbund-Druckbehälters, umfassend, dass: ein Dichtungsmittel in jedem von einer Vielzahl von kreisringförmigen Schlitzen angeordnet wird, die in einer Außenfläche eines Endkappenkörperabschnittes definiert sind; die Endkappe mit einem Endabschnitt eines rohrförmigen Elements ausgerichtet wird, sodass die Außenfläche des Körperabschnittes an einer Innenfläche des rohrförmigen Elements anliegt; und eine Kraft auf das rohrförmige Element mit der mit dem Endabschnitt desselben ausgerichteten Endkappe angewendet wird, wobei die Kraft angewendet wird, während das rohrförmige Element gedreht wird, wobei die Kraft das rohrförmige Element derart verformt, dass sich der Endabschnitt an die Vielzahl von Nuten anpasst, die in dem Körperabschnitt der Endkappe definiert sind.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Anwenden der Kraft dadurch bewerkstelligt wird, dass ein Formrad gegen das rohrförmige Element gezwungen wird, wobei das Formrad eine Vielzahl von daran gebildeten Wülsten aufweist, wobei die Vielzahl von Wülsten ausgebildet ist, um sich mit der Vielzahl von Nuten auszurichten, die in dem Körperabschnitt der Endkappe definiert sind; und wobei, wenn die Kraft angewendet wird, das Dichtungsmittel durch einen zwischen der Innenfläche des rohrförmigen Elements und der Außenfläche des Körperabschnittes der Endkappe gebildeten Ringspalt hindurch verteilt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend, dass: die Endkappe in dem Endabschnitt des rohrförmigen Elements durch einen Sperrring festgehalten wird; und zumindest eine Verbundmateriallage auf einer kreisringförmigen Außenfläche des rohrförmigen Elements gebildet wird, wobei die zumindest eine Verbundmateriallage Kohlefasern oder Glasfasern und ein Bindemittel umfasst.