DE102017108043B4

DE102017108043B4 - Verfahren zur Herstellung eines Hochdruckgastanks

Info

Publication number: DE102017108043B4
Application number: DE102017108043.0A
Authority: DE
Inventors: Hirokazu Otsubo; Masato Nakajima
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-04-14
Filing date: 2017-04-13
Publication date: 2021-02-25
Anticipated expiration: 2037-04-14
Also published as: US20170297259A1; DE102017108043A1; US10538029B2

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Hochdruckgastanks (100), der eine Faserschicht beinhaltet, welche durch Montieren von Düsen (16) auf Scheiteln von Kuppelabschnitten (14) beider Enden eines Liners (10) in einer axialen Richtung und wiederholtes Wickeln eines Faserbündels (ECF) auf eine äußere Oberfläche des Liners (10) gebildet wird, wobei das Verfahren umfasst:Erstellen des Liners (10), welcher Sockelabschnitte (14r) mit Außenflächen, an denen die Kuppelabschnitte (14) entlang einer einheitlichen Spannungsfläche angebracht sind, und konkave Oberflächen, an denen die Düsen (16) auf den Scheiteln der Kuppelabschnitte (14) montiert sind, aufweist;Montieren der Düsen (16), welche in die Sockelabschnitte (14r) eintretende Düsenflansche (16f) und Düsenhauptkörper aufweisen, die von den Düsenflanschen (16f) in Richtung von Stirnseiten des Liners (10) auf den Scheiteln abstehen, so dass die Düsenflansche (16f) in die Sockelabschnitte (14r) eintreten;Montieren von ringförmigen Kappen (18; 18A bis 18F) auf Grenzbereiche zwischen Flanschaußenumfangskanten der in die Sockelabschnitte (14r) eintretenden Düsenflansche (16f) und Innenumfangswänden der Sockelabschnitte (14r), und Bedecken von Grenzspalten (15) der Grenzbereiche mit den Kappen (18; 18A bis 18F); wobei, wenn die Grenzspalten (15) mit den Kappen (18; 18A bis 18F) bedeckt sind, jede der Kappen (18; 18A bis 18F) montiert wird, nachdem ein elastisches Haftmittel auf mindestens eine aus einer Außenfläche des Kuppelabschnitts (14) und einer Außenfläche des Düsenflanschs (16f) aufgebracht wird; undBilden der Faserschicht durch wiederholtes Wickeln des mit einem wärmehärtbaren Harz imprägnierten Faserbündels (ECF) auf eine äußere Oberfläche des Liners (10), wenn die Düsen (16) und die Kappen (18; 18A bis 18F) montiert sind; wobeidie Kappen (18; 18A bis 18F) den gleichen linearen Ausdehnungskoeffizienten wie der Liner (10) besitzen und Innenflächen in einer gekrümmten Oberflächenform von Außenflächen der Kuppelabschnitte (14) und Außenflächen der Düsenflansche (16f) als die ringförmigen Kappen (18; 18A bis 18F) verwendet werden, wenn die Grenzspalten (15) mit den Kappen (18; 18A bis 18F) bedeckt werden, und zuerst eine schraubenförmige Wickelschicht gebildet wird durch Wickeln des Faserbündels (ECF) unter Einbeziehung der Düsenflansche (16f), um die Kuppelabschnitte (14) zu bedecken, so dass das Faserbündel (ECF) auf den Kuppelabschnitten (14) beider Enden in der axialen Richtung angeordnet wird, wenn die Faserschicht gebildet wird.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Hochdruckgastanks.
Beschreibung des verwandten Standes der Technik
Ein Hochdruckgastank wird durch Beschichten eines Liners bzw. Kerns mit kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff oder glasfaserverstärktem Kunststoff (nachstehend werden diese in der Regel als eine faserverstärkte Harzschicht bezeichnet) unter Verwendung des Liners als ein Kernmaterial hergestellt. Herkömmlicherweise ist der Liner im Hinblick auf eine Gewichtsverringerung ein aus einem Harz gebildeter, hohler Behälter mit einer Gassperreigenschaft, und eine Düse ist ein metallischer Formkörper. Aus diesem Grund wurde ein Tankherstellungsverfahren zum Sicherstellen einer Gasabdichtbarkeit zwischen der Düse und dem Liner in einem Tankherstellungsprozess vorgeschlagen (zum Beispiel japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2014-142017 ( JP 2014 - 142017 A )).
US 2015/0338022 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Hochdruckgastanks, der eine Faserschicht beinhaltet, welche durch Montieren von Düsen auf Scheiteln von Kuppelabschnitten beider Enden eines Liners in einer axialen Richtung und wiederholtes Wickeln eines Faserbündels auf eine äußere Oberfläche des Liners gebildet wird. US 2015/0034233 A1 , JP 2016-044792 A , JP 2009-291981 A und EP 1 593 904 A1 beschreiben weitere Verfahren zur Herstellung derartiger Behälter.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
In dem in JP 2014-142017 A vorgeschlagenen Herstellungsverfahren wird ein wärmehärtbares Harz, wie etwa Epoxidharz oder dergleichen, unter Verwendung eines Abdichtelements, wie etwa einer Flüssigdichtung oder dergleichen, daran gehindert, aus einem mit dem wärmehärtbaren Harz imprägnierten Faserbündel zwischen einen Flansch einer Düse und einen Liner zu treten, indem das Abdichtelement vor dem Bilden einer faserverstärkten Harzschicht durch ein Filamentwickelverfahren (nachstehend ein FW-Verfahren) auf einen Grenzbereich zwischen dem Flansch der Düse und dem Liner aufgebracht wird. Im Übrigen gilt, dass das Abdichtelement des Grenzbereichs zwischen dem Flansch der Düse und dem Liner beim Aufbringen eine Flüssigkeit ist und daher das flüssige Abdichtelement ausgehärtet werden sollte, um zu garantieren, dass das Eintreten des Harzes verhindert wird, und dass die Herstellung des Tanks im Umfang der Wartezeit für das Aushärten Zeit in Anspruch nimmt. Darüber hinaus ist das flüssige Abdichtmaterial aufgrund der Notwendigkeit einer künstlichen Anpassung und Behandlung einer Aufbringungsform oder dergleichen neben einem aufwändigen Mischen desselben ursächlich für einen Kostenanstieg. Infolgedessen besteht ein Bedarf an der Bereitstellung eines neuen Tankherstellungsverfahrens, das imstande ist, ein Eintreten des wärmehärtbaren Harzes aus dem mit dem wärmehärtbaren Harz imprägnierten Faserbündel auf zweckmäßige Weise kostengünstig zu unterbinden, ohne das flüssige Abdichtelement zu verwenden.
Die vorliegende Erfindung ist in Form der folgenden Aspekte implementierbar.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Hochdruckgastanks vorgesehen. Das Verfahren zur Herstellung eines Hochdruckgastanks, der eine Faserschicht beinhaltet, welche durch Montieren von Düsen auf Scheiteln von Kuppelabschnitten beider Enden eines Liners in einer axialen Richtung und wiederholtes Wickeln eines Faserbündels auf eine äußere Oberfläche des Liners gebildet wird, beinhaltet: Erstellen des Liners, welcher Sockelabschnitte mit Außenflächen, an denen die Kuppelabschnitte entlang einer einheitlichen Spannungsfläche angebracht sind, und konkave Oberflächen, an denen die Düsen auf den Scheiteln der Kuppelabschnitte montiert sind, aufweist; Montieren der Düsen, welche in die Sockelabschnitte eintretende Düsenflansche und Düsenhauptkörper aufweisen, die von den Düsenflanschen in Richtung von Stirnseiten des Liners auf den Scheiteln abstehen, so dass die Düsenflansche in die Sockelabschnitte eintreten; Montieren von ringförmigen Kappen auf Grenzbereiche zwischen Flanschaußenumfangskanten der in die Sockelabschnitte eintretenden Düsenflansche und Innenumfangswänden der Sockelabschnitte, und Bedecken von Grenzspalten der Grenzbereiche mit den Kappen; und Bilden der Faserschicht durch wiederholtes Wickeln des mit einem wärmehärtbaren Harz imprägnierten Faserbündels auf eine äußere Oberfläche des Liners, wenn die Düsen und die Kappen montiert sind. Dann werden die Kappen, die den gleichen linearen Ausdehnungskoeffizienten wie der Liner sowie Innenflächen in einer gekrümmten Oberflächenform von Außenflächen der Kuppelabschnitte und Außenflächen der Düsenflansche aufweisen, als die ringförmigen Kappen verwendet, wenn die Grenzspalten mit den Kappen bedeckt werden, und zuerst wird eine schraubenförmige Wickelschicht gebildet durch Wickeln des Faserbündels unter Einbeziehung der Düsenflansche, um die Kuppelabschnitte zu bedecken, so dass das Faserbündel auf den Kuppelabschnitten beider Enden in der axialen Richtung angeordnet wird, wenn die Faserschicht gebildet wird.
In dem Verfahren zur Herstellung des Hochdruckgastanks des Aspekts werden die Kappen, welche die Grenzbereiche zwischen den Flanschaußenumfangskanten der Düsenflansche und den Sockelabschnitten bedecken, mit dem Faserbündel der zuerst gebildeten schraubenförmigen Wickelschicht bedeckt. Dementsprechend kann gemäß dem Verfahren zur Herstellung des Hochdruckgastanks des Aspekts ein Eintreten des wärmehärtbaren Harzes aus dem mit dem wärmehärtbaren Harz imprägnierten Faserbündel in die Grenzbereiche auf zweckmäßige Weise durch die Kappen unterbunden werden. Da darüber hinaus gemäß dem Verfahren zur Herstellung des Hochdruckgastanks des Aspekts die ringförmigen Kappen verwendet werden, die durch ein herkömmliches Formbildungsverfahren kostengünstig herstellbar sind, kann ein Eintreten des wärmehärtbaren Harzes in den Grenzbereich kostengünstig unterbunden werden. Da überdies keine Notwendigkeit besteht, das Aushärten des Abdichtmaterials abzuwarten wie beim herkömmlichen Verfahren, ist der Hochdruckgastank, bei dem ein Eintreten des wärmehärtbaren Harzes in den Grenzbereich unterbunden wird, in kurzer Zeit herstellbar.
Da zudem in dem Verfahren zur Herstellung des Hochdruckgastanks des Aspekts die ringförmige Kappe, welche zum Bedecken des Spalts des Grenzbereichs konfiguriert ist, den gleichen linearen Ausdehnungskoeffizienten besitzt wie der Liner, kann beim Erhitzen und Aushärten des wärmehärtbaren Harzes in der aus dem mit wärmehärtbarem Harz imprägnierten Faserbündel gebildeten Faserschicht eine Beschädigung der Kappe aufgrund einer unterschiedlichen thermischen Ausdehnung unterbunden werden. Aus diesem Grund ist es zu bevorzugen, wenn auch ein Eintreten des wärmehärtbaren Harzes in den Grenzbereich aus der beschädigten Stelle unterbunden werden kann. Darüber hinaus kann die Kappe aus dem gleichen Material gebildet sein wie der Liner und den gleichen linearen Ausdehnungskoeffizienten besitzen wie der Liner. Selbstredend sind die Kappe und der Liner nicht darauf beschränkt, aus dem gleichen Material zu bestehen, und der lineare Ausdehnungskoeffizient der Kappe kann gleich jenem des Liners innerhalb eines Bereichs sein, in dem eine Beschädigung der Kappe aufgrund der unterschiedlichen thermischen Ausdehnung beim Erhitzen und Aushärten des wärmehärtbaren Harzes unterbunden werden kann. Da zudem die Kappe eine Innenfläche in einer gekrümmten Oberflächenform der Außenfläche des Kuppelabschnitts und der Außenfläche des Düsenflanschs besitzt, kann aufgrund dessen, dass eine Haftung der Kappe an der Außenfläche des Kuppelabschnitts und der Außenfläche des Düsenflanschs erhöht wird, mit der Kappe ein Eintreten des wärmehärtbaren Harzes aus dem Spalt in den Grenzbereich unterbunden werden.
In dem Verfahren zur Herstellung des Hochdruckgastanks des Aspekts kann beim Bilden der als Erstes gebildeten schraubenförmigen Wickelschicht ein Wickeln des Faserbündels, wenn die schraubenförmige Wickelschicht gebildet wird, derart wiederholt werden, dass eine Abweichung zwischen einer auf der einheitlichen Spannungsfläche in den Kuppelabschnitten definierten theoretischen Linie und einer Mittellinie des Faserbündels innerhalb einer halben Breite des Faserbündels liegt. Da auf diese Weise das Faserbündel, das beim Bilden der schraubenförmigen Wickelschicht so gewickelt wird, dass es den Kuppelabschnitt unter Einbeziehung des Düsenflanschs und der Kappe bedeckt, nur innerhalb einer halben Breite des Faserbündels von einer theoretischen Linie abweicht, die auf der einheitlichen Spannungsfläche im Kuppelabschnitt definiert ist, wird, während die Abweichung des Faserbündels an der Außenfläche des Kuppelabschnitts unterbunden wird, auch das Auftreten von Falten in der Kappe unterbunden. Aus diesem Grund kann ein Eintreten des wärmehärtbaren Harzes aus einem faltigen Areal in der Kappe in den Grenzbereich verhindert werden.
In dem Verfahren zur Herstellung des Hochdruckgastanks des Aspekts kann, wenn das Faserbündel von einer Kamera abgebildet wird, die Abweichung zwischen der Mittellinie des Faserbündels und der theoretischen Linie, die auf der einheitlichen Spannungsfläche definiert ist, erhalten werden, und eine Drehgeschwindigkeit des Liners beim Wickeln des Faserbündels oder eine Hin- und Herbewegungsgeschwindigkeit sowie ein Hin- und Herbewegungs-Schaltzeitpunkt eines Faserzufuhrabschnitts kann basierend auf der Abweichung angepasst werden.
In dem Verfahren zur Herstellung des Hochdruckgastanks des Aspekts kann, wenn die Faserschicht gebildet wird, zuerst eine schraubenförmige Wickelschicht durch Wickeln des Faserbündels, um die Kuppelabschnitte unter Einbeziehung der Düsenflansche und der Kappen zu bedecken, gebildet werden.
In dem Verfahren zur Herstellung des Hochdruckgastanks des Aspekts kann, wenn die Faserschicht gebildet wird, ein Innendruck des Liners nach Bilden der zuerst gebildeten schraubenförmigen Wickelschicht verstärkt werden, und in einem Zustand, in dem der Innendruck verstärkt ist, kann die Faserschicht nach der zuerst gebildeten schraubenförmigen Wickelschicht durch wiederholtes Wickeln des Faserbündels auf die äußere Oberfläche des Liners gebildet werden. Auf diese Weise kann, während von Seiten des Liners ein Druck auf die Kappe aufgebracht wird, die an der Faserschicht angebracht ist, während sie den Spalt des Grenzbereichs zwischen der Flanschaußenumfangskante des Düsenflanschs und dem Sockelabschnitt bedeckt, die Abdichtbarkeit durch die den Spalt des Grenzbereichs mit einem hohen Oberflächendruck bedeckende Kappe, d.h. eine Wirkung des Unterbindens eines Eintretens des wärmehärtbaren Harzes in den Grenzbereich, verstärkt werden.
In dem Verfahren zur Herstellung des Hochdruckgastanks des Aspekts kann das Faserbündel in der Faserschicht, die nach der zuerst gebildeten schraubenförmigen Wickelschicht gebildet wird, eine Liner-Achse in einem Faserwinkel von 11 bis 25° kreuzen.
In dem Verfahren zur Herstellung des Hochdruckgastanks des Aspekts kann ein schraubenförmiges Wickeln, bei dem das Faserbündel die Liner-Achse im Faserwinkel von 30 bis 60° kreuzt, in einem vorbestimmten Intervall unter gleichzeitiger Fortsetzung des schraubenförmigen Wickelns der Faserschicht nach der zuerst gebildeten schraubenförmigen Wickelschicht durchgeführt werden.
In dem Verfahren zur Herstellung des Hochdruckgastanks eines der obengenannten Aspekte kann, wenn die Grenzspalten mit den Kappen bedeckt sind, jede der Kappen am Grenzbereich montiert werden, nachdem ein elastisches Haftmittel auf mindestens eine aus einer Außenfläche des Kuppelabschnitts und einer Außenfläche des Düsenflanschs aufgebracht wird. Auf diese Weise lässt sich eine Stabilisierung einer Kappenmontageposition durch Unterbinden des Abweichens der Kappe nach Montage der Kappe erreichen, und ein Eintreten des wärmehärtbaren Harzes aus dem Spalt in den Grenzbereich kann durch Bedecken des Spalts, der bei Herstellung der Kappe aufgrund einer Überschneidung mit einem elastischen Haftmittel in einer Innenflächenseite der Kappe auftreten kann, verhindert werden.
In dem Verfahren zur Herstellung des Hochdrucktanks eines der obengenannten Aspekte kann jede der Kappen einen kappenseitigen Eingriffsabschnitt aufweisen, der mindestens einen aus einem konvexen Abschnitt und einem konkaven Abschnitt beinhaltet, welcher den Grenzbereich an einer Kappeninnenumfangsfläche umgibt, und der Liner und die Düsen können Eingriffsabschnitte aufweisen, die konfiguriert sind, um mit den kappenseitigen Eingriffsabschnitten in Eingriff zu treten, welche in den Kappen vorgesehen sind. Auf diese Weise kann das wärmehärtbare Harz selbst dann in einem Eingriffsareal zwischen dem kappenseitigen Eingriffsabschnitt und dem Eingriffsabschnitt zurückgehalten werden, wenn das wärmehärtbare Harz aus dem Spalt eintritt, der bei Herstellung der Kappe aufgrund einer Überschneidung in der Innenflächenseite der Kappe auftreten kann, konkret dem Spalt zwischen der Kappe und der Flanschaußenfläche oder dem Spalt zwischen der Kappe und der Liner-Außenfläche. Infolgedessen kann eine Wirkung des Unterbindens eines Eintretens des wärmehärtbaren Harzes in den Grenzbereich erhöht werden. Darüber hinaus kann neben der Möglichkeit, die Kappe durch Eingriff mit dem kappenseitigen Eingriffsabschnitt zu positionieren, auch eine Positionsabweichung der Kappe beim Wickeln des Faserbündels unterbunden werden.
In dem Verfahren zur Herstellung des Hochdruckgastanks eines der obengenannten Aspekte können die Kappen konvexe Abschnitte aufweisen, welche in die Grenzspalten eintreten. Auf diese Weise kann das wärmehärtbare Harz selbst dann in dem konvexen Abschnitt, der in den Grenzspalt eintritt, zurückgehalten werden, wenn das wärmehärtbare Harz aus dem Spalt eintritt, der bei Herstellung der Kappe aufgrund einer Überschneidung in der Innenflächenseite der Kappe auftreten kann. Infolgedessen kann eine Wirkung des Unterbindens eines Eintretens des wärmehärtbaren Harzes in den Grenzbereich erhöht werden. Darüber hinaus kann neben der Möglichkeit, die Kappe durch Einführen des konvexen Abschnitts in den Grenzspalt zu positionieren, auch eine Positionsabweichung der Kappe beim Wickeln des Faserbündels unterbunden werden.
In dem Verfahren zur Herstellung des Hochdruckgastanks des Aspekts können die Grenzspalten durch die Innenumfangswand des Liners und die Flanschaußenumfangskanten der Düsen in konisch zulaufenden Formen gebildet sein, welche sich in Richtung der Kappen verbreitern, und die Kappen können die konvexen Abschnitte als konisch zulaufende konvexe Abschnitte in den konisch zulaufenden Formen der Grenzspalten aufweisen. Auf diese Weise werden die folgenden Vorteile bereitgestellt. Da die Kappen eine Druckkraft von dem auf die äußere Oberfläche des Liners gewickelten Faserbündel aufnehmen, wird die Haftung zwischen dem Grenzspalt der konisch zulaufenden Form und dem darin eintretenden konisch zulaufenden konvexen Abschnitt erhöht. Demgemäß kann eine Wirkung des Unterbindens eines Eintretens des wärmehärtbaren Harzes in den Grenzbereich erhöht werden.
In dem Verfahren zur Herstellung des Hochdruckgastanks eines der vorgenannten Aspekte können die Kappen Führungen aufweisen, die konfiguriert sind, um eine Positionsabweichung in einer Faserbündelbreitenrichtung des Faserbündels, das gewickelt wird, wenn die schraubenförmige Wickelschicht zuerst gebildet wird, entlang eines Wickelpfads des Faserbündels in der schraubenförmigen Wickelschicht zu unterbinden. Wenn die schraubenförmige Wickelschicht zuerst gebildet wird, kann auf diese Weise die Abweichung der Kappe entsprechend der Positionsabweichung des Faserbündels unterbunden werden, da das Faserbündel ohne Positionsabweichung in der Breitenrichtung gewickelt werden kann.
In dem Verfahren zur Herstellung des Hochdruckgastanks des obengenannten Aspekts kann nach dem schraubenförmigen Wickeln der Faserschicht nach der zuerst gebildeten schraubenförmigen Wickelschicht ein Umreifungswickeln („Hoop Winding“) erfolgen.
Ferner ist die vorliegende Erfindung auf diverse Arten realisierbar und ist beispielsweise nach Art etwa einer Vorrichtung zur Herstellung eines Hochdruckgastanks durch Wickeln eines Faserbündels auf eine äußere Oberfläche eines zylindrischen Liners und Bilden einer Faserschicht auf dem Liner realisierbar, oder als ein Hochdruckgastank, der eine Faserschicht beinhaltet, welche durch Montieren von Düsen auf Scheiteln von Kuppelabschnitten beider Enden eines Liners in einer axialen Richtung gebildet ist.
Figurenliste
Merkmale, Vorteile sowie die technische und wirtschaftliche Bedeutung beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, und wobei:

1A eine Ansicht zum Beschreiben eines Äußeren einer Konfiguration eines Hochdruckgastanks ist, der durch ein Tankherstellungsverfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erhalten wurde;
1B eine Querschnittsansicht zum Beschreiben der Konfiguration des Hochdruckgastanks ist, der durch das Tankherstellungsverfahren gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erhalten wurde;
1C eine teilweise vergrößerte Querschnittsansicht zum Beschreiben der Konfiguration des Hochdruckgastanks ist, der durch das Tankherstellungsverfahren gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erhalten wurde;
2A eine halbe Querschnittsansicht zum Beschreiben einer Konfiguration eines Liners ist;
2B eine Vorderansicht zum Beschreiben der Konfiguration des Liners ist;
2C eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs zum Beschreiben der Konfiguration des Liners ist;
3 eine Prozessansicht ist, die eine erste Hälfte eines Prozesses zur Herstellung eines Hochdruckgastanks zeigt;
4 eine Prozessansicht ist, die eine zweite Hälfte des Prozesses zur Herstellung des Hochdruckgastanks zeigt;
5 eine Ansicht zum Beschreiben eines Aspekts eines Erstellungsverfahrens ist, wenn eine faserverstärkte Harzschicht gebildet wird;
6 eine Ansicht zum schematischen Beschreiben eines Aspekts der Bildung einer innersten schraubenförmigen Wickelschicht ist;
7 eine Ansicht zum schematischen Beschreiben eines Aspekts der Bildung der innersten schraubenförmigen Wickelschicht bei Betrachtung aus der Richtung eines Pfeils A von 6 ist;
8 eine Ansicht zum schematischen Beschreiben eines Aspekts des Wickeins von harzimprägnierten Kohlenstofffaserbündeln ist, die bei schraubenförmigem Wickeln mit einem kleinen Winkel als Erstes und als Zweites gewickelt werden;
9A eine halbe Querschnittsansicht zum Beschreiben des Liners ist, der eine Kappe eines ersten modifizierten Beispiels verwendet;
9B eine Vorderansicht und eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs zum Beschreiben des Liners ist, der die Kappe des ersten modifizierten Beispiels verwendet;
9C eine teilweise vergrößerte Ansicht zum Beschreiben des Liners ist, der die Kappe des ersten modifizierten Beispiels verwendet;
10A eine halbe Querschnittsansicht zum Beschreiben eines Liners ist, der eine Kappe eines zweiten modifizierten Beispiels verwendet;
10B eine Vorderansicht zum Beschreiben des Liners ist, der die Kappe des zweiten modifizierten Beispiels verwendet;
10C eine teilweise vergrößerte Ansicht zum Beschreiben des Liners ist, der die Kappe des zweiten modifizierten Beispiels verwendet;
11A eine halbe Querschnittsansicht zum Beschreiben eines Liners ist, der eine Kappe eines dritten modifizierten Beispiels verwendet;
11B eine Vorderansicht zum Beschreiben des Liners ist, der die Kappe des dritten modifizierten Beispiels verwendet;
11C eine teilweise vergrößerte Ansicht zum Beschreiben des Liners ist, der die Kappe des dritten modifizierten Beispiels verwendet;
12A eine halbe Querschnittsansicht zum Beschreiben eines Liners ist, der eine Kappe eines vierten modifizierten Beispiels verwendet;
12B eine Vorderansicht zum Beschreiben des Liners ist, der die Kappe des vierten modifizierten Beispiels verwendet;
12C eine teilweise vergrößerte Ansicht zum Beschreiben des Liners ist, der die Kappe des vierten modifizierten Beispiels verwendet;
13 eine Ansicht zum schematischen Beschreiben eines in der Kappe beinhalteten konvexen Grenzabschnitts ist;
14A eine halbe Querschnittsansicht zum Beschreiben eines Liners ist, der eine Kappe eines fünften modifizierten Beispiels verwendet;
14B eine Vorderansicht zum Beschreiben des Liners ist, der die Kappe des fünften modifizierten Beispiels verwendet;
14C eine teilweise vergrößerte Ansicht zum Beschreiben des Liners ist, der die Kappe des fünften modifizierten Beispiels verwendet;
15 eine perspektivische Ansicht und eine Vorderansicht zum schematischen Beschreiben eines wesentlichen Teils eines Liners ist, der eine Kappe eines sechsten modifizierten Beispiels verwendet; und
16 eine Querschnittsansicht entlang einer gekrümmten Linie 16-16 in 15 zum Beschreiben des Liners ist, an dem die Kappe montiert ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
1A bis 1C sind Ansichten zum Beschreiben einer Konfiguration eines Hochdruckgastanks 100, der durch ein Tankherstellungsverfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erhalten wurde, und zeigen ein Äußeres desselben, eine Querschnittsansicht (einen Querschnitt entlang einer Linie A-A von 1A) und eine teilweise vergrößerte Querschnittsansicht (einen Abschnitt B von 1A), und 2A bis 2C sind Ansichten zum Beschreiben einer Konfiguration eines Liners 10 und zeigen eine halbe Querschnittsansicht, eine Vorderansicht und eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs (eines Bereichs B von 2A).
Wie gezeigt, ist der Hochdruckgastank 100 so konfiguriert, dass der Liner 10 mit einer faserverstärkten Harzschicht 102 überzogen ist und Düsen 16 von beiden Enden desselben abstehen. Die faserverstärkte Harzschicht 102 wird durch Wickeln eines mit einem wärmehärtbaren Harz imprägnierten Faserbündels auf eine Außenfläche des Liners durch ein FW-Verfahren gebildet, was nachstehend beschrieben wird.
Der Liner 10 ist ein hohler Tankbehälter und ein verbundenes Produkt aus einem Paar von Liner-Teilen, welche an einer Mitte in einer Tanklängsrichtung in zwei Hälften geteilt sind. Die beiden geteilten Liner-Teile werden aus einem geeigneten Harz, wie etwa einem nylon-basierten Harz oder dergleichen, pressgeformt, die Liner-Teile des pressgeformten Produkts werden verbunden und die Verbindungsstelle wird zur Bildung des Liners 10 laserverschweißt. Durch das Verbinden der Teile beinhaltet der Liner 10 kugelförmige Kuppelabschnitte 14, die an beiden Seiten eines Zylinderabschnitts 12 mit einer zylindrischen Form gebildet sind. Der Liner 10 beinhaltet Sockelabschnitte (mit Boden versehene, vertiefte Sockelabschnitte) 14r, welche konkave Oberflächen aufweisen, auf denen Düsen auf Scheiteln der Kuppelabschnitte 14 montiert sind, wobei Außenflächen entlang einer einheitlichen Spannungsfläche, d.h. an beiden Enden in einer axialen Richtung entlang einer Achse einer Liner-Achse AX, gebildet sind, und er weist ein Durchgangsloch 14h auf, das in einer Mitte davon koaxial zu der Liner-Achse AX gebildet ist.
Jede der Düsen 16, die auf den Scheiteln der Kuppelabschnitte 14 an beiden Enden in der axialen Richtung entlang der Liner-Achse AX montiert sind, ist aus einem Metall gebildet und beinhaltet einen Düsenflansch 16f, der in den Sockelabschnitt 14r eintritt, einen Düsenhauptkörper 16b, der von dem Flansch zu einer Liner-Stirnseite absteht, einen konvexen Abschnitt 16t, der von dem Düsenflansch 16f in Richtung der Innenseite des Liners absteht, und ein Ventilanschlussloch 16h. Während die Düsen 16 beider Seiten in einer Grundstruktur einschließlich eines Äußeren üblich sind, unterscheiden sich die Düsen 16 insofern voneinander, als eine der Düsen 16 das Ventilanschlussloch 16h als ein Durchgangsloch beinhaltet und die andere Düse 16 das mit Boden versehene Ventilanschlussloch 16h sowie ein mit Boden versehenes Loch 16i aufweist, das zu dem Ventilanschlussloch 16h konzentrisch ist und innerhalb des Liners angeordnet ist. Der konvexe Abschnitt 16t ist in das Durchgangsloch 14h des Kuppelabschnitts 14 eingepasst, um die Düse 16 in Bezug auf den Liner 10 zu positionieren. Ferner weist das Ventilanschlussloch 16h einen konisch zulaufenden Schraubabschnitt auf, der eine Ausführung einer Hochdruckabdichtung besitzt und konfiguriert ist, um mit einer Rohrleitung an einer Öffnungsseite davon verbunden zu werden.
Der Düsenflansch 16f ist derart gebildet, dass eine Flanschbodenfläche eben ist und eine Außenfläche eine Bogenform besitzt. Demgemäß besitzt eine Außenumfangskante 16fe des Düsenflanschs 16f eine Flanschdicke, die nach außen hin abnimmt. Eine konkave Öffnungsstelle 15 ist zwischen dem Düsenflansch 16f und einer konkave-Öffnungsstellen-Innenumfangswand 14rs des Sockelabschnitts 14r gebildet. Die konkave Öffnungsstelle 15 ist eine keilförmige konkave Stelle, die in Richtung einer Liner-Stirnseite breit geöffnet ist, und wird der Düsenflansch 16f, der in den Sockelabschnitt 14r eintritt, d.h. ein Spalt eines Grenzbereichs (ein Grenzspalt) zwischen der Außenumfangskante 16fe des Flanschs und dem Sockelabschnitt 14r. In diesem Fall, wie in 2C gezeigt, ist die konkave-Stellen-Innenumfangswand 14rs des Kuppelabschnitts 14 so gebildet, dass sie in einer Rechteckwellenform um die Achse des Liners 10 mäandert, so dass sie die Liner-Achse AX umgibt, und der Düsenflansch 16f mäandert derart, dass die Außenumfangskante 16fe mit einer Mäanderform der konkave-Stellen-Innenumfangswand 14rs übereinstimmt. Aus diesem Grund umgibt die konkave Öffnungsstelle 15 die Liner-Achse AX mäandernd.
Eine Kappe 18 ist ein pressgeformtes Produkt, das aus dem gleichen Harz wie der Liner 10, beispielsweise einem nylon-basierten Harz, in einer Ringform pressgeformt ist, die einen dünnen Querschnitt mit einer maximalen Dicke von 1 mm oder weniger, vorzugsweise etwa 0,3 bis 0,5 mm aufweist, und besitzt den gleichen linearen Ausdehnungskoeffizienten wie der Liner 10. Die Kappe 18 bedeckt eine Flanschaußenfläche und eine Kuppelaußenfläche ausgehend von der Außenumfangskante 16fe des Düsenflanschs 16f bis hin zum Kuppelabschnitt 14. Der Kuppelabschnitt 14 weist eine Außenfläche (nachstehend als eine Kuppelaußenfläche bezeichnet) auf, die als eine gekrümmte Oberfläche entlang einer einheitlichen Spannungsfläche gebildet ist, und die Düse 16 weist eine Außenfläche (nachstehend als eine Flanschaußenfläche bezeichnet) der Außenumfangskante 16fe des Düsenflanschs 16f innerhalb eines zumindest von der Kappe 18 bedeckten Bereichs auf, welche als eine einheitliche Spannungsfläche gebildet ist, die mit der Kuppelaußenfläche entlang der einheitlichen Spannungsfläche des Kuppelabschnitts 14 durchgängig ist. Die Kappe 18 weist die Kuppelaußenfläche des Kuppelabschnitts 14 entlang der einheitlichen Spannungsfläche sowie eine Innenfläche entlang einer gekrümmten Oberflächenform der Flanschaußenfläche des Düsenflanschs 16f auf, welche mit der Außenfläche entlang der einheitlichen Spannungsfläche durchgängig sind. Demgemäß haftet die Kappe 18 ab der Außenumfangskante 16fe des Düsenflanschs 16f bis zum Kuppelabschnitt 14 in einem Zustand an der Flanschaußenfläche und der Kuppelaußenfläche, in dem die konkave Öffnungsstelle 15, die einen mäandernden Verlauf besitzt, bedeckt ist.
Der Hochdruckgastank 100, der durch das Herstellungsverfahren der Ausführungsform erhalten wird, wird vorgesehen durch Bilden der faserverstärkten Harzschicht 102 auf einer äußeren Oberfläche des Liners 10, einschließlich einer externen Oberfläche der Kappe 18, in einem Zustand, in dem die wie oben beschrieben mäandernde konkave Öffnungsstelle 15, die die Liner-Achse AX umgibt, durch die Ring-(ringförmige) Kappe 18 bedeckt ist. Die faserverstärkte Harzschicht 102 wird separat anhand von Faserwickeln durch Umreifungswickeln und Faserwickeln durch schraubenförmiges Wickeln mit einem kleinen und einem großen Winkel anhand eines FW-Verfahrens gebildet, was nachstehend beschrieben wird. Beim Bilden der faserverstärkten Harzschicht 102 ist, während generell ein Epoxidharz als ein wärmehärtbares Harz verwendet wird, ein wärmehärtbares Harz wie etwa ein Polyesterharz, ein Polyamidharz oder dergleichen verwendbar.
Als Nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung eines Hochdruckgastanks 100 gemäß der Ausführungsform beschrieben. 3 ist eine Prozessansicht, die eine erste Hälfte eines Prozesses zur Herstellung des Hochdruckgastanks 100 zeigt, und 4 ist eine Prozessansicht, die eine zweite Hälfte eines Prozesses zur Herstellung des Hochdruckgastanks 100 zeigt. Zuerst wird der Liner 10 gefertigt und erstellt (Prozess S100). Beim Herstellen des Liners werden in einem Zustand, in dem ein Paar von Liner-Teilen, welche als aus Harz gebildete Produkte dienen, und die Düsen 16 mit der obengenannten Konfiguration erstellt werden, die Düsen 16 mit den Kuppelabschnitten 14 der Liner-Teile zusammengefügt (Schritt S102). Konkret werden in einem Zustand, in dem die Düsenflansche 16f der Düsen 16 in die Sockelabschnitte 14r der Kuppelabschnitte 14 in den Liner-Teilen eintreten, die konvexen Abschnitte 16t der Düsen 16 in die Durchgangslöcher 14h der Kuppelabschnitte 14 eingepasst. Demgemäß werden die Düsen 16 an den Kuppelabschnitten 14 positioniert und auf den Kuppelabschnitten 14 montiert, und die Liner-Teile, welche die Düsen 16 an den Kuppelabschnittsscheiteln aufweisen, werden erhalten. In den Liner-Teilen sind die konkaven Öffnungsstellen 15 zwischen den Außenumfangskanten 16fe der Düsenflansche 16f in den montierten Düsen 16 und den konkave-Stellen-Innenumfangswänden 14rs der Sockelabschnitte 14r gebildet.
Als Nächstes wird das Paar von Liner-Teilen, an dem die Düsen 16 an beiden Stirnseiten montiert sind, durch Verbinden der Liner-Teile mit dem Zylinderabschnitt 12 und Laserverschweißen der verbundenen Stellen zusammengebaut (Prozess S104). Demgemäß wird der Liner 10 mit den an beiden Enden montierten Düsen 16 erhalten. Als Nächstes werden in den Kuppelabschnitten 14 des erhaltenen Liners 10, konkret in Grenzarealen zwischen den Kuppelabschnitten 14 und den Düsenflanschen 16f der Düsen 16, welche in die Sockelabschnitte 14r eintreten, die Kappen 18 montiert (Prozess S106). Bevor jede der Kappen montiert wird, wird ein modifiziertes siliziumbasiertes oder urethanharzbasiertes elastisches Haftmittel auf mindestens eine aus der Kuppelaußenfläche des Kuppelabschnitts 14 um den Sockelabschnitt 14r und der Flanschaußenfläche nahe der Außenumfangskante 16fe im Düsenflansch 16f, der in den Sockelabschnitt 14r eintritt, aufgebracht, und die Kappe 18 wird nach Aufbringen des Haftmittels montiert. Sobald die Kappe montiert ist, wird die konkave Öffnungsstelle 15, die als ein Spalt des Grenzareals zwischen dem Kuppelabschnitt 14 und dem in den Sockelabschnitt 14r eintretenden Düsenflansch 16f der Düse 16 dient, durch die Kappe 18 um die Liner-Achse AX bedeckt. Das aufgebrachte elastische Haftmittel wird etwa mehrere Minuten lang ausgehärtet, um an der Kappe 18 anzuhaften. Gemäß dem obengenannten Liner-Herstellungsprozess sind die Fertigung und Erstellung des Liners 10 abgeschlossen, der erhaltene Liner 10 beinhaltet die Kuppelabschnitte 14 mit kugelförmigen Kuppelau-ßenflächen entlang den an beiden Seiten des Zylinderabschnitts 12 mit einer zylindrischen Form gebildeten einheitlichen Spannungsflächen, und die Düsen 16 sind auf den Scheiteln der Kuppelabschnitte montiert.
Wie in 4 gezeigt, wird, wenn der Liner 10 erhalten ist, die faserverstärkte Harzschicht 102 auf der äußeren Oberfläche des Liners 10 anhand des FW-Verfahrens gebildet (Prozess S200). 5 ist eine Ansicht zum Beschreiben eines Aspekts eines Erstellungsverfahrens, wenn die faserverstärkte Harzschicht 102 gebildet wird. Beim Bilden der faserverstärkten Harzschicht des Prozesses S200 werden zuerst die Düsen 16 auf den Kuppelabschnitten 14 beider Enden montiert, und auch verschiedene Vorrichtungen werden bei dem montierten Liner 10 auf den Kappen 18 montiert. Die montierten Vorrichtungen sind eine lange Lagervorrichtung 200, eine kurze Lagervorrichtung 210 und eine Wälzlagervorrichtung 230.
Die lange Lagervorrichtung 200 wird in das Ventilanschlussloch 16h einer der Düsen 16 eingesetzt und stellt dabei die Abdichtbarkeit sicher, und eine Vorrichtungsspitze tritt in das mit Boden versehene Loch 16i in dem Liner der anderen Düse 16 ein. Die kurze Lagervorrichtung 210 wird in das Ventilanschlussloch 16h außerhalb des Liners der anderen Düse 16 eingesetzt und stellt dabei die Abdichtbarkeit sicher, und die lange Lagervorrichtung 200 sowie die kurze Lagervorrichtung 210 halten den Liner 10 an beiden Enden fest und fungieren als Lager um eine Rotationsachse des Liners 10. Die lange Lagervorrichtung 200 weist eine Mehrzahl von Luftablassöffnungen 201, die in Reihen in einer axialen Richtung in einem röhrenförmigen Areal in dem Liner angeordnet sind, sowie eine außerhalb des Liners installierte Luftkupplung 204 auf. Die Luftkupplung 204 ist mit einem Kompressor (nicht gezeigt) verbunden, und von dem Kompressor gepumpte Druckluft wird aus den Luftablassöffnungen 201 über eine Luftleitung (nicht gezeigt), die in der axialen Richtung der kurzen Lagervorrichtung 210 gebildet ist, in den Liner eingebracht. Die Luftkupplung 204 ist derart an der langen Lagervorrichtung 200 montiert, dass eine Rotation der mit dem Liner 10 und einem Wälzlager integrierten langen Lagervorrichtung 200 nicht beeinflusst wird. Die Zufuhr der Druckluft wird nachstehend beschrieben.
Die Wälzlagervorrichtung 230 beinhaltet einen Lagerschenkel 231; die lange Lagervorrichtung 200 und die kurze Lagervorrichtung 210 beider Seiten des Liners 10 werden durch die Lagerschenkel 231 gelagert, und der Liner 10, der durch Rotation eines Motors (nicht gezeigt) gedreht wird, ist drehbar um die Liner-Achse AX gelagert. Ferner, während in 5 ein Aspekt einer axialen Lagerung der Lagerschenkel 231 schematisch gezeigt ist, lagern die Lagerschenkel 231 den Liner 10 unter Verwendung von Rollenlagern oder dergleichen axial ohne axiale Erschütterung. Somit wird die faserverstärkte Harzschicht 102 durch das FW-Verfahren in der folgenden Reihenfolge auf dem durch verschiedene Vorrichtungen axial gelagerten Liner 10 gebildet.
Beim Bilden der faserverstärkten Harzschicht 102 in Prozess S200, in 4 gezeigt, wird der Liner 10, an dem die lange Lagervorrichtung 200 und die kurze Lagervorrichtung 210 montiert sind, um die Liner-Achse AX gedreht, während er durch die Wälzlagervorrichtung 230 axial gelagert wird, und ein mit einem Epoxidharz EP imprägniertes Kohlenstofffaserbündel CF (nachstehend als ein harzimprägniertes Kohlenstofffaserbündel ECF bezeichnet) wird wiederholt auf die äußere Oberfläche des Liners 10 gewickelt, der gedreht wird. In dem Verfahren zur Herstellung des Hochdruckgastanks 100 der Ausführungsform wird, wenn die faserverstärkte Harzschicht 102 gebildet wird, zuvor eine innerste schraubenförmige Wickelschicht gebildet, die eng an der äußeren Oberfläche des Liners 10 angebracht ist (Prozess S202). Wenn die innerste schraubenförmige Wickelschicht gebildet wird, führt die lange Lagervorrichtung 200 die Druckluft, die durch den Kompressor gepumpt wird, über die Luftkupplung 204 und die Luftablassöffnungen 201 in den Liner 10, welcher gedreht wird, und passt einen Liner-Innendruck an einen anfänglichen Innendruck von 0,1 MPa an. 6 ist eine Ansicht zum schematischen Zeigen eines Aspekts der Bildung der innersten schraubenförmigen Wickelschicht (Prozess S202: Bilden der innersten schraubenförmigen Wickelschicht (schraubenförmiges Wickeln mit einem kleinen Winkel)), und 7 ist eine Ansicht zum schematischen Zeigen des Aspekts der Bildung der innersten schraubenförmigen Wickelschicht bei Betrachtung in der Richtung des Pfeils A von 6. Ferner sind in 7 zum Darstellen einer Abfolge des harzimprägnierten Kohlenstofffaserbündels ECF, das gewickelt wird, Suffixe an das harzimprägnierte Kohlenstofffaserbündel ECF angehängt.
Die in Prozess S202 gebildete innerste schraubenförmige Wickelschicht wird durch schraubenförmiges Wickeln mit einem zwischen dem harzimprägnierten Kohlenstofffaserbündel ECF und der Liner-Achse AX gebildeten kleinen Faserwinkel aLH (beispielsweise etwa 11 bis 25°) gebildet. Genauer gesagt werden beim schraubenförmigen Wickeln mit dem kleinen Winkel zum Bilden der innersten schraubenförmigen Wickelschicht, während der Liner 10 unter Verwendung eines Bereichs der Kuppelaußenfläche entlang der einheitlichen Spannungsfläche des Kuppelabschnitts 14, an dem die Kappe 18 montiert ist (s. 5), und eines Bereichs der Außenfläche des Zylinderabschnitts 12 als ein Ziel des Faserbündelwickelns, um die Liner-Achse AX gedreht wird, eine Drehgeschwindigkeit des Liners und eine Hin- und Herbewegungsgeschwindigkeit des Faserzufuhrabschnitts 132 derart angepasst, dass das harzimprägnierte Kohlenstofffaserbündel ECF, das sich aus einem Faserzufuhrabschnitt 132 erstreckt, welcher als eine Zufuhrquelle des harzimprägnierten Kohlenstofffaserbündels ECF dient, so gewickelt wird, dass es die Liner-Achse AX in dem kleinen Faserwinkel aLH (etwa 11 bis 25°) kreuzt. Überdies wird der Faserzufuhrabschnitt 132 in Richtung der Liner-Achse AX hin- und herbewegt, und das harzimprägnierte Kohlenstofffaserbündel ECF wird wiederholt spiralförmig gewickelt, um auf den Kuppelabschnitten 14 beider Enden des Zylinderabschnitts 12 (überbrückend) angeordnet zu sein. In diesem Fall wird in den Kuppelabschnitten 14 beider Seiten eine Wickelrichtung des Faserbündels entsprechend einem Schalten eines Auswärtspfades und eines Rückführpfades des Faserzufuhrabschnitts 132 gewechselt, und eine Wechselposition ab der Liner-Achse AX wird auch angepasst.
Wenn das Wechseln der Wickelrichtung der Kuppelabschnitte 14 eine Mehrzahl von Malen wiederholt wird, wird die innerste schraubenförmige Wickelschicht, über die das harzimprägnierte Kohlenstofffaserbündel ECF in dem kleinen Faserwinkel aLH gespannt und gewickelt wird, auf der Außenfläche des Liners 10 gebildet. In diesem Fall wird das Wickeln des harzimprägnierten Kohlenstofffaserbündels ECF wiederholt, bis im Wesentlichen die gesamte äußere Oberfläche des Kuppelabschnitts 14, konkret die äußere Oberfläche der montierten Kappe 18, angefangen bei einem harzimprägnierten Kohlenstofffaserbündel ECF1, das zuerst gewickelt wird, bis hin zu einem harzimprägnierten Kohlenstofffaserbündel ECFn, das zuletzt gewickelt wird, mit Kohlenstofffaserbündeln bedeckt ist.
Da das harzimprägnierte Kohlenstofffaserbündel ECF in der innersten schraubenförmigen Wickelschicht in einem kleinen Winkel schraubenförmig gewickelt wird, wird das harzimprägnierte Kohlenstofffaserbündel ECF auf den Kuppelabschnitten 14 so angeordnet, dass es die Kuppelabschnitte 14 einschließlich der Düsenflansche 16f der Düsen 16 und die Kappen 18 bedeckt, und sequenziell so gewickelt, dass es die Kappen 18 gegen die Düsenflansche 16f und die Kuppelabschnitte 14 drückt. Während in dem Verfahren zur Herstellung des Hochdruckgastanks 100 der Ausführungsform eine Drehgeschwindigkeit des Liners 10, eine Hin- und Herbewegungsgeschwindigkeit des Faserzufuhrabschnitts 132 und ein Zeitpunkt eines Hin- und Herbewegungsschaltens angepasst werden, ist das Wickeln des harzimprägnierten Kohlenstofffaserbündels ECF der innersten schraubenförmigen Wickelschicht folgendermaßen definiert. 8 ist eine Ansicht zum schematischen Zeigen eines Aspekts des Wickelns von harzimprägnierten Kohlenstofffaserbündeln, die als Erstes und als Zweites durch schraubenförmiges Wickeln mit einem kleinen Winkel gewickelt werden.
Beim schraubenförmigen Wickeln mit dem kleinen Winkel zum Bilden der innersten schraubenförmigen Wickelschicht kreuzt bei der Herstellung und Gestaltung eines Tanks, an dem die Kappen 18 montiert sind, das harzimprägnierte Kohlenstofffaserbündel ECF die Liner-Achse AX in dem kleinen Faserwinkel aLH (etwa 11 bis 25°), und eine Mittellinie ECFc des harzimprägnierten Kohlenstofffaserbündels ECF stimmt mit einer theoretischen Linie PLc überein, die auf der einheitlichen Spannungsfläche definiert ist (die einheitliche Spannungsfläche ist gezeigt), welche entlang der Außenfläche des Kuppelabschnitts 14 gebildet ist. Auch wenn jedoch die Drehgeschwindigkeit des Liners 10 oder die Hin- und Herbewegungsgeschwindigkeit und der Hin- und Herbewegungs-Schaltzeitpunkt des Faserzufuhrabschnitts 132 während des Faserbündelwickelns angepasst wurde, um mit der theoretischen Linie PLc übereinzustimmen, welche durch die Mittellinie ECFc des harzimprägnierten Kohlenstofffaserbündels ECF und die einheitliche Spannungsfläche definiert wird, geht von Zug, der auf das harzimprägnierte Kohlenstofffaserbündel ECF aufgebracht wird, einer Harzimprägniermenge oder dergleichen ein Einfluss aus, und die Mittellinie ECFc des harzimprägnierten Kohlenstofffaserbündel ECF kann von der theoretischen Linie PLc, die durch die einheitliche Spannungsfläche definiert wird, abweichen. In 8 ist die Mittellinie ECFc des harzimprägnierten Kohlenstofffaserbündels ECF als in Richtung des Äußeren des Liners abweichend gezeigt, wie in den Zeichnungen durch einen weißen Pfeil dargestellt.
Wenn die Mittellinie ECFc des harzimprägnierten Kohlenstofffaserbündels ECF von der theoretischen Linie PLc, die auf der einheitlichen Spannungsfläche definiert ist, abweicht und das harzimprägnierte Kohlenstofffaserbündel ECF beispielsweise wie in 8 gezeigt gewickelt wird, kann das harzimprägnierte Kohlenstofffaserbündel ECF bedingt durch eine Abweichung Cz (s. 8) der Mittellinie selbst beim schraubenförmigen Wickeln mit dem kleinen Winkel nach außen von dem Liner abweichen. Es wird angenommen, dass aufgrund der Abweichung des Faserbündels Falten ab der montierten Kappe 18 auf dem Kuppelabschnitt 14 auftreten können. Demgemäß werden in dem Verfahren zur Herstellung des Hochdruckgastanks 100 der Ausführungsform die Drehgeschwindigkeit des Liners 10 oder die Hin- und Herbewegungsgeschwindigkeit und der Hin- und Herbewegungs-Schaltzeitpunkt des Faserzufuhrabschnitts 132 während des Faserbündelwickelns geeignet angepasst, so dass die Abweichung Cz zwischen der Mittellinie ECFc des harzimprägnierten Kohlenstofffaserbündels ECF und der auf der einheitlichen Spannungsfläche definierten theoretischen Linie PLc innerhalb einer halben Breite (einer Faserbündelbreite ECFw) des harzimprägnierten Kohlenstofffaserbündels ECF liegt (die Abweichung Cz innerhalb einer halben Breite (der Faserbündelbreite ECFw) des harzimprägnierten Kohlenstofffaserbündels ECF liegt), und das schraubenförmige Wickeln mit dem kleinen Winkel wird eine vorbestimmte Anzahl von Malen wiederholt, um kleiner oder gleich der Abweichung Cz (innerhalb der Abweichung Cz) zu sein. Demgemäß werden das harzimprägnierte Kohlenstofffaserbündel ECF1, das als Erstes gewickelt wird, das harzimprägnierte Kohlenstofffaserbündel ECF2, das als Zweites gewickelt wird, und die harzimprägnierten Kohlenstofffaserbündel ECF3 bis ECFn (das Suffix n stellt eine ganze Zahl dar), die danach gewickelt werden, sequentiell derart gewickelt, dass die Abweichung Cz innerhalb einer halben Faserbündelbreite ECFw liegt, und so wird die innerste schraubenförmige Wickelschicht gebildet. Ferner ist es stärker zu bevorzugen, dass die sequentiell gewickelten harzimprägnierten Kohlenstofffaserbündel ECF von einer digitalen optischen Kamera abgebildet werden, um einen Grad der Abweichung Cz zwischen der Mittellinie ECFc des harzimprägnierten Kohlenstofffaserbündels ECF und der auf der einheitlichen Spannungsfläche definierten theoretischen Linie PLc zu erhalten, und dass die Drehgeschwindigkeit des Liners 10 oder die Hin- und Herbewegungsgeschwindigkeit und der Hin- und Herbewegungs-Schaltzeitpunkt des Faserzufuhrabschnitts 132 während des Faserbündelwickelns auf geeignete Weise entsprechend dem Grad der Abweichung angepasst werden.
Nachdem die innerste schraubenförmige Wickelschicht in dem vorgenannten Prozess S202 gewickelt wurde, wird das schraubenförmige Wickeln mit dem kleinen Winkel in einem Zustand fortgesetzt, in dem ein Innendruck des Liners 10 verstärkt wird (Prozess S204), und dann wird ein Umreifungswickeln (Prozess S206) in dem Zustand durchgeführt, in dem der Innendruck weiter verstärkt wird. In Prozess S204 wird die durch den Kompressor gepumpte Druckluft über die Luftkupplung 204 und die Luftablassöffnungen 201 in den Liner 10 geführt, der erneut gedreht wird, der Liner-Innendruck wird angepasst, so dass er auf einen primären Innendruck (0,5 MPa) verstärkt wird, der höher ist als der anfängliche Innendruck (0,1 MPa), und das schraubenförmige Wickeln mit dem kleinen Winkel wird in dem verstärkungsangepassten Zustand fortgesetzt. Dann wird das schraubenförmige Wickeln mit dem großen Winkel in Prozess S204 in einem geeigneten Intervall unter gleichzeitiger Fortsetzung des schraubenförmigen Wickelns mit dem kleinen Winkel angewendet. Das schraubenförmige Wickeln mit dem großen Winkel wird durch geeignetes Anpassen der Drehgeschwindigkeit des Liners 10 oder der Hin- und Herbewegungsgeschwindigkeit und des Hin- und Herbewegungs-Schaltzeitpunkts des Faserzufuhrabschnitts 132 derart durchgeführt, dass ein zwischen dem harzimprägnierten Kohlenstofffaserbündel ECF und der Liner-Achse AX gebildeter Winkel der große Faserwinkel (zum Beispiel etwa 30 bis 60°) wird. Während das schraubenförmige Wickeln mit dem kleinen Winkel zusammen mit dem schraubenförmigen Wickeln mit dem großen Winkel fortgesetzt wird, wird in einem Zustand, in dem der Innendruck des Liners 10, einschließlich des Inneren des Kuppelabschnitts 14, so eingestellt ist, dass er auf den primären Innendruck (0,5 MPa) verstärkt ist, die Kappe 18 des Kuppelabschnitts 14 mit dem harzimprägnierten Kohlenstofffaserbündel ECF bedeckt.
Im Prozess S206, in dem das schraubenförmige Wickeln mit dem kleinen Winkel in Prozess S204 fortgesetzt wird, wird die durch den Kompressor gepumpte Druckluft über die Luftkupplung 204 und die Luftablassöffnungen 201 in den Liner 10 geführt, der erneut gedreht wird, der Liner-Innendruck wird angepasst, so dass er auf einen sekundären Innendruck (0,8 MPa) verstärkt wird, der höher ist als der primäre Innendruck (0,5 MPa), und das Umreifungswickeln wird in dem verstärkungsangepassten Zustand durchgeführt. Dann wird das Umreifungswickeln in Prozess S206 durch geeignetes Anpassen der Drehgeschwindigkeit des Liners 10 oder der Hin- und Herbewegungsgeschwindigkeit und des Hin- und Herbewegungs-Schaltzeitpunkts des Faserzufuhrabschnitts 132 derart durchgeführt, dass das harzimprägnierte Kohlenstofffaserbündel ECF zum Kreuzen der Liner-Achse AX in einem im Wesentlichen senkrechten Wickelwinkel (einem Faserwinkel α0: beispielsweise etwa 89°) gewickelt wird. Wenn das schraubenförmige Wickeln mit dem kleinen Winkel in einem geeigneten Intervall gleichzeitig durchgeführt wird, während das Umreifungswickeln eine vorbestimmte Anzahl von Malen wiederholt wird, werden die Kappen 18 mit dem harzimprägnierten Kohlenstofffaserbündel ECF in dem Zustand bedeckt, in dem der Druck so angepasst wird, dass er an den Seiten der Kuppelabschnitte 14 auf den sekundären Innendruck (0,8 MPa) verstärkt ist. Ferner kann beim Umreifungswickeln von Prozess S206 das schraubenförmige Wickeln mit dem kleinen Winkel entfallen.
Die Anzahl von Windungen des Faserbündels beim schraubenförmigen Wickeln mit dem kleinen Winkel zusammen mit dem schraubenförmigen Wickeln mit dem großen Winkel in Prozess S204 oder die Anzahl von Windungen des Faserbündels des Umreifungswickelns in Prozess S206 sowie der Schaltzeitpunkt des Umreifungswickelns werden unter Berücksichtigung einer Schichtdicke der faserverstärkten Harzschicht 102 festgelegt, welche an dem als ein Endprodukt dienenden Hochdruckgastank 100 erhalten wird. Die faserverstärkte Harzschicht wird auf der äußeren Oberfläche des Liners 10 durch das Wickeln des harzimprägnierten Kohlenstofffaserbündels ECF in den vorgenannten Prozessen S202 bis S206 in einem Zustand gebildet, in dem das Epoxidharz EP in dem harzimprägnierten Kohlenstofffaserbündel ECF nicht ausgehärtet ist, und der als ein Halbfertigprodukt dienende Hochdruckgastank, bei dem die faserverstärkte Harzschicht nicht ausgehärtet ist, wird erhalten. Ferner befindet sich der als das Halbfertigprodukt dienende Hochdruckgastank in einem Zustand, in dem die faserverstärkte Harzschicht nicht ausgehärtet ist, und ein Äußeres des Tanks ist gleich jenem des Hochdruckgastanks 100.
Der erhaltene Hochdruckgastank, der als das Halbfertigprodukt dient, wird einem Prozess des Aushärtens des Epoxidharzes EP zugeführt und einer Harzerwärmungsverarbeitung unterzogen, während er durch die lange Lagervorrichtung 200 oder die kurze Lagervorrichtung 210 und die Wälzlagervorrichtung 230 axial gelagert wird. Entsprechend der Wärmeverarbeitung wird das Epoxidharz EP in dem harzimprägnierten Kohlenstofffaserbündel ECF ausgehärtet, die aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff (CFRP) gebildete faserverstärkte Harzschicht 102 wird gebildet, und der Hochdruckgastank 100 wird durch Aushärten und Abkühlen vervollständigt. Ferner ist beim Durchführen der Harzerwärmungsverarbeitung eine Erwärmungstechnik verwendbar des Durchführens von Induktionserwärmung unter Verwendung einer Induktionsheizspule, die zum Bewirken einer Hochfrequenz-Induktionserwärmung konfiguriert ist, und zusätzlicher Verwendung eines Heizofens, in dem ein Heizkörper installiert ist. Beim Hochfrequenz-Induktionserwärmen lässt sich ein rascher Anstieg der Temperatur des wärmehärtbaren Harzes erreichen.
Wie oben beschrieben, ist in dem Verfahren zur Herstellung des Hochdruckgastanks 100 der Ausführungsform der Düsenflansch 16f der Düse 16, welcher in den Sockelabschnitt 14r des Kuppelabschnitts 14 eintritt, konkret in die konkave Öffnungsstelle 15, welche als ein Spalt eines Grenzbereichs zwischen der Außenumfangskante 16fe des Flanschs und dem Kuppelabschnitt 14 dient, mit der ringförmigen Kappe 18 bedeckt. Überdies ist die Kappe 18 mit den harzimprägnierten Kohlenstofffaserbündeln ECF1 bis ECFn bedeckt, welche durch das schraubenförmige Wickeln mit dem kleinen Winkel wiederholt gewickelt werden, um die innerste schraubenförmige Wickelschicht zu bilden (siehe 7 und 8), und wird gegen die Kuppelaußenfläche und die Flanschaußenfläche gedrückt. Demgemäß kann entsprechend dem Verfahren zur Herstellung des Hochdruckgastanks 100 der Ausführungsform durch die Kappe 18 ein Eintreten des Epoxidharzes EP aus dem harzimprägnierten Kohlenstofffaserbündel ECF in die konkave Öffnungsstelle 15 auf zweckmäßige Weise unterbunden werden.
In dem Verfahren zur Herstellung des Hochdruckgastanks 100 der Ausführungsform kann die ringförmige Kappe 18 verwendet werden, welche kostengünstig durch das herkömmliche Formbilden herstellbar ist, und es besteht keine Notwendigkeit, das Aushärten des Abdichtmaterials wie bei einem herkömmlichen Verfahren abzuwarten. Demgemäß kann entsprechend dem Verfahren zur Herstellung des Hochdruckgastanks 100 der Ausführungsform ein Eintreten des Epoxidharzes EP in den Grenzbereich kostengünstig unterbunden werden, und der Hochdruckgastank 100, bei dem ein Eintreten des Epoxidharzes EP in den Grenzbereich unterbunden wird, ist in kurzer Zeit herstellbar.
In dem Verfahren zur Herstellung des Hochdruckgastanks 100 der Ausführungsform ist die Kappe 18 ein ringförmiges pressgeformtes Produkt mit einem dünnen Querschnitt, das aus dem gleichen nylon-basierten Harz wie der Liner 10 gebildet ist, den gleichen linearen Ausdehnungskoeffizienten besitzt wie der Liner 10 und die Kuppelaußenfläche des Kuppelabschnitts 14 entlang der einheitlichen Spannungsfläche sowie die Innenfläche entlang der gekrümmten Oberflächenform der Flanschaußenfläche des Düsenflanschs 16f aufweist, welche mit der Außenfläche entlang der einheitlichen Spannungsfläche durchgängig sind. Wenn demgemäß das Epoxidharz EP in der nicht ausgehärteten faserverstärkten Harzschicht, welche bereits aus dem harzimprägnierten Kohlenstofffaserbündel ECF gebildet ist, erhitzt und ausgehärtet wird, kann eine Beschädigung der Kappe 18 aufgrund einer von dem Liner 10 verschiedenen thermischen Ausdehnung unterbunden werden und eine Haftung der Kappe 18 an der Kuppelaußenfläche des Kuppelabschnitts 14 und der sich daran anschließenden Flanschaußenfläche des Düsenflanschs 16f kann erhöht werden. Aus diesem Grund kann entsprechend dem Verfahren zur Herstellung des Hochdruckgastanks 100 der Ausführungsform ein Eintreten des nicht ausgehärteten Epoxidharzes EP in die konkave Öffnungsstelle 15, die als der Spalt des Grenzbereichs ab der beschädigten Stelle der Kappe 18 oder als der Spalt zwischen der Kappe 18 und der Kuppelaußenfläche und der Flanschaußenfläche dient, auf zuverlässigere Weise unterbunden werden. Im Übrigen wird der Hochdruckgastank 100 durch ein Verfahren wie etwa Gasentladung aus dem Tank gekühlt, wenn das Epoxidharz EP in der nicht ausgehärteten faserverstärkten Harzschicht erwärmt und ausgehärtet wird. Selbst bei Durchführung des Kühlens ist es zu bevorzugen, wenn eine Beschädigung der Kappe 18 aufgrund einer von dem Liner 10 verschiedenen thermischen Ausdehnung unterbunden werden kann.
In dem Verfahren zur Herstellung des Hochdruckgastanks 100 der Ausführungsform werden beim Bilden der innersten schraubenförmigen Wickelschicht, die zum Drücken der Kappe 18 gegen die Kuppelaußenfläche des Kuppelabschnitts 14 oder die Flanschaußenfläche des Düsenflanschs 16f der Düse 16 konfiguriert ist, unter Verwendung des harzimprägnierten Kohlenstofffaserbündels ECF das zuerst gewickelte harzimprägnierte Kohlenstofffaserbündel ECF1 bis zum harzimprägnierten Kohlenstofffaserbündel ECFn, welches zuletzt gewickelt und auf den Kuppelabschnitten 14 zum Bedecken der Düsenflansche 16f der Düsen 16 und der Kappen 18 angeordnet wird, derart gewickelt, dass die Abweichung Cz zwischen der Mittellinie ECFc des harzimprägnierten Kohlenstofffaserbündels ECF und der theoretischen Linie PLc, die auf der einheitlichen Spannungsfläche definiert ist, innerhalb einer halben Faserbündelbreite ECFw liegt (siehe 8). Wenn die Abweichung auf diese Weise definiert ist, treten Falten, welche vermutlich aufgrund der Abweichung des Faserbündels auftreten, nicht ohne Weiteres in der Kappe 18 auf. Demgemäß wird entsprechend dem Verfahren zur Herstellung des Hochdruckgastanks 100 der Ausführungsform durch Unterbinden der Abweichung des auf die Außenfläche des Kuppelabschnitts 14 gewickelten harzimprägnierten Kohlenstofffaserbündels ECF auch ein Auftreten der Falten in der Kappe 18 unterbunden, und ein Eintreten des nicht ausgehärteten Epoxidharzes EP aus einem Areal der Falten in der Kappe 18 in die konkave Öffnungsstelle 15, welche als der Spalt des Grenzbereichs dient, kann zuverlässig unterbunden werden.
In dem Verfahren zur Herstellung des Hochdruckgastanks 100 der Ausführungsform wird vor Montieren der Kappe 18 zum Bedecken der konkaven Öffnungsstelle 15, welche als der Spalt des Grenzbereichs zwischen dem Kuppelabschnitt 14 und dem Düsenflansch 16f der Düse 16 dient, das elastische Haftmittel auf mindestens eine aus der Kuppelaußenfläche des Kuppelabschnitts 14 und der Flanschaußenfläche des Düsenflanschs 16f aufgebracht, und die Kappe 18 wird nach Aufbringen des Haftmittels montiert. Demgemäß wird entsprechend dem Verfahren zur Herstellung des Hochdruckgastanks 100 der Ausführungsform eine Positionsabweichung der Kappe 18 nach dem Montieren unterbunden, und eine Stabilisierung oder Reproduzierbarkeit einer Kappenmontageposition kann erhöht werden. Darüber hinaus kann entsprechend dem Verfahren zur Herstellung des Hochdruckgastanks 100 der Ausführungsform verhindert werden, dass das nicht ausgehärtete Epoxidharz EP aus dem Spalt in die konkave Öffnungsstelle 15 eintritt, da der Spalt, welcher aufgrund einer Toleranz bei Herstellung der Kappe 18 in einer Kappeninnflächenseite erzeugt werden kann, von einem elastischen Haftmittel verschlossen wird.
In dem Verfahren zur Herstellung des Hochdruckgastanks 100 der Ausführungsform erfolgen nach Bilden der innersten schraubenförmigen Wickelschicht mit den harzimprägnierten Kohlenstofffaserbündeln ECF1 bis ECFn in dem Zustand, in dem der Liner-Innendruck der anfängliche Innendruck (0,1 MPa) ist, eine Fortsetzung des schraubenförmigen Wickelns (Prozess S204) in dem Zustand, in dem der Innendruck des Liners 10 auf den primären Innendruck (0,5 MPa) verstärkt ist, welcher höher ist als der anfängliche Innendruck (0,1 MPa), und das Umreifungswickeln (Prozess S206) in dem Zustand, in dem der Liner-Innendruck auf den sekundären Innendruck (0,8 MPa) verstärkt ist, welcher höher ist als der primäre Innendruck (0,5 MPa), und die Faserschichten (die schraubenförmige Wickelschicht und die Umreifungswickelschicht) werden nach der innersten schraubenförmigen Wickelschicht gebildet. Demgemäß kann entsprechend dem Verfahren zur Herstellung des Hochdruckgastanks 100 der Ausführungsform in einem Zustand, in dem die konkave Öffnungsstelle 15 bedeckt ist, welche als der Spalt des Grenzbereichs zwischen dem Kuppelabschnitt 14 und dem Düsenflansch 16f der Düse 16 dient, während ein hoher Druck, der als der primäre Innendruck (0,5 MPa) oder als der sekundäre Innendruck (0,8 MPa) bezeichnet wird, auf die Kappe 18 aufgebracht wird, welche von der innersten schraubenförmigen Wickelschicht, ausgehend von der Seite des Liners 10, festgehalten wird, eine Wirkung des Erhöhens der Abdichtbarkeit durch Bedecken der konkaven Öffnungsstelle 15 mit der Kappe 18 bei einem hohen Oberflächendruck und des Unterbindens eines Eintretens des nicht ausgehärteten Epoxidharzes EP in die konkave Öffnungsstelle 15 weiter gesteigert werden.
Als Nächstes wird in dem Tankherstellungsverfahren gemäß der obengenannten Ausführungsform eine Kappe eines modifizierten Beispiels beschrieben, die anstelle der Kappe 18 verwendbar ist. 9A bis 9C sind Ansichten zum Beschreiben des Liners 10, der eine Kappe 18A eines ersten modifizierten Beispiels verwendet, und zeigen eine halbe Querschnittsansicht, eine Vorderansicht und eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs (eines Bereichs B von 9A). Die Kappe 18A des modifizierten Beispiels ist so montiert, dass sie die konkave Öffnungsstelle 15 bedeckt, und weist einen ersten kappenseitigen konvexen Abschnitt 21 auf, der an einer linerseitigen Innenumfangsfläche 19a in Berührung mit der Außenfläche des Kuppelabschnitts 14 gebildet ist, sowie einen zweiten kappenseitigen konvexen Abschnitt 31, der an einer düsenflanschseitigen Innenumfangsfläche 19b in Berührung mit der Außenfläche des Düsenflanschs 16f gebildet ist. Entweder die linerseitige Innenumfangsfläche 19a oder die düsenflanschseitige Innenumfangsfläche 19b ist eine Kappeninnenumfangsfläche, und die Kappe 18A weist den ersten kappenseitigen konvexen Abschnitt 21 und den zweiten kappenseitigen konvexen Abschnitt 31 als kappenseitige Eingriffsabschnitte auf.
Der Liner 10, an dem die Kappe 18A montiert ist, weist einen ersten konkaven Eingriffsabschnitt 22 auf, der konfiguriert ist, um mit dem ersten kappenseitigen konvexen Abschnitt 21 am Kuppelabschnitt 14 als ein Eingriffsabschnitt in Eingriff zu treten, der zum Eingriff mit dem kappenseitigen Eingriffsabschnitt konfiguriert ist, und die Düse 16 weist einen zweiten konkaven Eingriffsabschnitt 32 auf, der konfiguriert ist, um mit dem zweiten kappenseitigen konvexen Abschnitt 31 am Düsenflansch 16f als ein Eingriffsabschnitt in Eingriff zu treten, der zum Eingriff mit dem kappenseitigen Eingriffsabschnitt konfiguriert ist. Der erste kappenseitige konvexe Abschnitt 21 und der erste konkave Eingriffsabschnitt 22 sind in einer kreisförmigen Gestalt außerhalb der konkaven Öffnungsstelle 15 gebildet, und ein erstes Kappeneingriffsareal 20, in dem der erste kappenseitige konvexe Abschnitt 21 mit dem ersten konkaven Eingriffsabschnitt 22 in Eingriff steht, umgibt das Äußere der konkaven Öffnungsstelle 15. Der zweite kappenseitige konvexe Abschnitt 31 und der zweite konkave Eingriffsabschnitt 32 sind in einer kreisförmigen Gestalt innerhalb der konkaven Öffnungsstelle 15 gebildet, und ein zweites Kappeneingriffsareal 30, in dem der zweite kappenseitige konvexe Abschnitt 31 mit dem zweiten konkaven Eingriffsabschnitt 32 in Eingriff steht, umgibt das Innere der konkaven Öffnungsstelle 15. Demgemäß werden entsprechend dem Verfahren zur Herstellung des Hochdruckgastanks 100, der die Kappe 18A des ersten modifizierten Beispiels verwendet, die folgenden Vorteile bereitgestellt.
In einem Prozess zum Bilden der faserverstärkten Harzschicht 102 unter Verwendung des harzimprägnierten Kohlenstofffaserbündels ECF kann ein Epoxidharz, das in dem harzimprägnierten Kohlenstofffaserbündel ECF als ein wärmehärtbares Harz dient, aus einem Spalt zwischen der Kappe 18A und der Außenfläche des Kuppelabschnitts 14 oder dem Spalt zwischen der Kappe 18A und der Außenfläche des Düsenflanschs 16f eintreten. Jedoch kann entsprechend dem Verfahren zur Herstellung des Hochdruckgastanks 100, der die Kappe 18A des ersten modifizierten Beispiels verwendet, ein Eintreten des Epoxidharzes in die konkave Öffnungsstelle 15 mit hoher Wirksamkeit unterbunden werden, da das aus dem Spalt eintretende nicht ausgehärtete Epoxidharz in dem ersten Kappeneingriffsareal 20 und dem zweiten Kappeneingriffsareal 30 zurückgehalten wird. Zusätzlich zu der Möglichkeit, dass die Kappe 18A durch das erste Kappeneingriffsareal 20 und das zweite Kappeneingriffsareal 30 positioniert werden kann, kann auch eine Positionsabweichung der Kappe 18A unterbunden werden, wenn das harzimprägnierte Kohlenstofffaserbündel ECF gewickelt wird.
10A bis 10C sind Ansichten zum Beschreiben des Liners 10, der eine Kappe 18B eines zweiten modifizierten Beispiels verwendet, und zeigen eine halbe Querschnittsansicht, eine Vorderansicht und eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs (eines Bereichs B von 10A). Die Kappe 18B des modifizierten Beispiels weist einen ersten kappenseitigen konkaven Abschnitt 23 auf, der in der linerseitigen Innenumfangsseite 19a gebildet ist, und einen zweiten kappenseitigen konkaven Abschnitt 33, der in der düsenflanschseitigen Innenumfangsfläche 19b gebildet ist. Ferner weist der Liner 10, an dem die Kappe 18B montiert ist, einen ersten konvexen Eingriffsabschnitt 24 auf, der zum Eingriff mit dem ersten kappenseitigen konkaven Abschnitt 23 am Kuppelabschnitt 14 konfiguriert ist, und die Düse 16 weist einen zweiten konvexen Eingriffsabschnitt 34 auf, der zum Eingriff mit dem zweiten kappenseitigen konkaven Abschnitt 33 am Düsenflansch 16f konfiguriert ist. Der erste kappenseitige konkave Abschnitt 23 und der erste konvexe Eingriffsabschnitt 24 sind in einer kreisförmigen Gestalt außerhalb der konkaven Öffnungsstelle 15 gebildet, und das erste Kappeneingriffsareal 20, in dem der erste konvexe Eingriffsabschnitt 24 mit dem ersten kappenseitigen konkaven Abschnitt 23 in Eingriff steht, umgibt das Äußere der konkaven Öffnungsstelle 15. Der zweite kappenseitige konkave Abschnitt 33 und der zweite konvexe Eingriffsabschnitt 34 sind in einer kreisförmigen Gestalt innerhalb der konkaven Öffnungsstelle 15 gebildet, und das zweite Kappeneingriffsareal 30, in dem der zweite konvexe Eingriffsabschnitt 34 mit dem zweiten kappenseitigen konkaven Abschnitt 33 in Eingriff steht, umgibt das Innere der konkaven Öffnungsstelle 15. Demgemäß kann selbst durch das Verfahren zur Herstellung des Hochdruckgastanks 100, der die Kappe 18B des zweiten modifizierten Beispiels verwendet, ein Eintreten des Epoxidharzes in die konkave Öffnungsstelle 15 mit hoher Wirksamkeit unterbunden werden, und eine Positionierung der Kappe 18B sowie ein Unterbinden einer Positionsabweichung können auch erreicht werden.
11A bis 11C sind Ansichten zum Beschreiben des Liners 10, der eine Kappe 18C eines dritten modifizierten Beispiels verwendet, und zeigen eine halbe Querschnittsansicht, eine Vorderansicht und eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs (eines Bereichs B von 11A). Die Kappe 18C des modifizierten Beispiels weist den obengenannten ersten kappenseitigen konvexen Abschnitt 21 auf, der an der linerseitigen Innenumfangsfläche 19a gebildet ist, und den vorgenannten zweiten kappenseitigen konkaven Abschnitt 33, der an der düsenflanschseitigen Innenumfangsfläche 19b gebildet ist. Der Liner 10, an dem die Kappe 18C montiert ist, weist den obengenannten ersten konkaven Eingriffsabschnitts 22 auf, der zum Eingriff mit dem ersten kappenseitigen konvexen Abschnitt 21 am Kuppelabschnitt 14 konfiguriert ist, und die Düse 16 weist den obengenannten zweiten konvexen Eingriffsabschnitt 34 auf, der zum Eingriff mit dem zweiten kappenseitigen konkaven Abschnitt 33 am Düsenflansch 16f konfiguriert ist. Das erste Kappeneingriffsareal 20, in dem der erste konkave Eingriffsabschnitt 22 mit dem ersten kappenseitigen konvexen Abschnitt 21 in Eingriff steht, umgibt das Äußere der konkaven Öffnungsstelle 15, und das zweite Kappeneingriffsareal 30, in dem der zweite konvexe Eingriffsabschnitt 34 mit dem zweiten kappenseitigen konkaven Abschnitt 33 in Eingriff steht, umgibt das Innere der konkaven Öffnungsstelle 15. Demgemäß kann selbst durch das Verfahren zur Herstellung des Hochdruckgastanks 100, der die Kappe 18C des dritten modifizierten Beispiels verwendet, ein Eintreten des Epoxidharzes in die konkave Öffnungsstelle 15 mit hoher Wirksamkeit unterbunden werden, und eine Positionierung der Kappe 18B oder ein Unterbinden einer Positionsabweichung ist auch erreichbar. Ferner kann in dem modifizierten Beispiel das erste Kappeneingriffsareal 20 durch den ersten kappenseitigen konkaven Abschnitt 23 und den ersten konvexen Eingriffsabschnitt 24, in 10C gezeigt, gebildet sein, und das zweite Kappeneingriffsareal 30 kann durch den zweiten kappenseitigen konvexen Abschnitt 31 und den zweiten konkaven Eingriffsabschnitt 32, in 9A bis 9C gezeigt, gebildet sein.
12A bis 12C sind Ansichten zum Beschreiben des Liners 10, der eine Kappe 18D eines vierten modifizierten Beispiels verwendet, und zeigen eine halbe Querschnittsansicht, eine Vorderansicht und eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs (eines Bereichs B von 12A). 13 ist eine Ansicht zum schematischen Beschreiben eines konvexen Grenzabschnitts 40, der in der Kappe 18D gebildet ist. Der Liner 10, an dem die Kappe 18D des modifizierten Beispiels montiert ist, beinhaltet die konkave Öffnungsstelle 15 mit einer kreisförmigen Gestalt, welche die Düse 16 umgibt, und die Kappe 18D weist den konvexen Grenzabschnitt 40 auf, der in die konkave Öffnungsstelle 15 eintritt, welche als der Grenzspalt dient. Der konvexe Grenzabschnitt 40 ist ein dünner ringförmiger Körper, der von einer Kappeninnenumfangsoberfläche absteht, welche als eine untere Oberfläche der Kappe 18D dient, und tritt im gesamten Bereich der konkaven Öffnungsstelle 15 in die konkave Öffnungsstelle 15 ein. Selbst durch das Verfahren zur Herstellung des Hochdruckgastanks 100, der die Kappe 18D des vierten modifizierten Beispiels verwendet, kann, da bereits der konvexe Grenzabschnitt 40 in die konkave Öffnungsstelle 15 eintritt, ein Eintreten des Epoxidharzes in die konkave Öffnungsstelle 15 unterbunden werden, und auch eine Positionierung der Kappe 18D sowie ein Unterbinden einer Positionsabweichung kann erreicht werden. Darüber hinaus kann, wenn ein konvexer Abschnitt 41 an dem konvexen Grenzabschnitt 40 gebildet ist, wie in 13 gezeigt, durch den konvexen Abschnitt 41 auch ein Drehen der Kappe 18D um die Liner-Achse AX verhindert werden. Wenn ferner die konkave Öffnungsstelle 15 eine konkave Stelle ist, die die Liner-Achse durch Wiederholen einer Rechteckwellenform wie in der vorgenannten Ausführungsform umgibt, kann der konvexe Grenzabschnitt 40 ein plattenförmiger Körper sein, der gekrümmt ist, um in einen Teilbereich der Rechteckwellenform einzutreten.
14A bis 14C sind Ansichten zum Beschreiben des Liners 10, der eine Kappe 18E eines fünften modifizierten Beispiels verwendet, und zeigen eine halbe Querschnittsansicht, eine Vorderansicht und eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs. Der Liner 10, an dem die Kappe 18E des modifizierten Beispiels montiert ist, und die Düse 16 sind mit der konkave-Stellen-Innenumfangswand 14rs und der Außenumfangskante 16fe in einer konisch zulaufenden Form derart gebildet, dass die konkave Öffnungsstelle 15, welche als der Grenzspalt dient, sich in Richtung der Kappe 18E verbreitert. Die Kappe 18E weist den konvexen Grenzabschnitt 40A als einen konisch zulaufenden konvexen Abschnitt entlang der konisch zulaufenden Form der konkaven Öffnungsstelle 15 auf. Die Kappe 18E des modifizierten Beispiels drückt den konvexen Grenzabschnitt 40A mit hoher Haftung gegen die konkave Öffnungsstelle 15, welche die konisch zulaufende Form besitzt, da von dem harzimprägnierten Kohlenstofffaserbündel ECF, welches auf die äußere Oberfläche des Liners 10 gewickelt wird, eine Druckkraft aufgenommen wird, wie in den Zeichnungen durch einen weißen Pfeil gezeigt. Demgemäß kann entsprechend dem Verfahren zur Herstellung des Hochdruckgastanks 100, der die Kappe 18E des fünften modifizierten Beispiels verwendet, ein Eintreten des Epoxidharzes in die konkave Öffnungsstelle 15 mit höherer Wirksamkeit unterbunden werden. Ferner, wenn die konkave Öffnungsstelle 15 eine konkave Stelle ist, welche die Liner-Achse durch Wiederholen einer Rechteckwellenform umgibt wie in der obengenannten Ausführungsform, kann der konvexe Grenzabschnitt 40A in die konkave Öffnungsstelle 15 des Teilbereichs eintreten, während die konkave Öffnungsstelle 15 in dem Teilbereich der Rechteckwellenform in der konisch zulaufenden Form gebildet ist.
15 ist eine Ansicht zum Beschreiben eines wesentlichen Teils des Liners 10, der eine Kappe 18F eines sechsten modifizierten Beispiels verwendet, und zeigt eine schematische perspektivische Ansicht und eine Vorderansicht. 16 ist eine Ansicht zum Beschreiben des Liners 10, wenn die Kappe 18F montiert ist, und zeigt einen Querschnitt entlang einer gekrümmten Linie 16-16 in 15. Die Kappe 18F des modifizierten Beispiels beinhaltet eine konkave Führung 50, in die das harzimprägnierte Kohlenstofffaserbündel ECF1 eintritt, welches als Erstes mit dem niedrigen Winkel schraubenförmig in dem Faserwinkel aLH (zum Beispiel etwa 11 bis 25°) gewickelt wird, um die anhand von 7 beschriebene innerste schraubenförmige Wickelschicht zu bilden. Die konkave Führung 50 fungiert zum Unterbinden einer Positionsabweichung des harzimprägnierten Kohlenstofffaserbündels ECF1 in der Faserbündelbreitenrichtung aufgrund eines Eintretens des harzimprägnierten Kohlenstofffaserbündels ECF1, ist entlang eines Faserbündelwickelpfads des harzimprägnierten Kohlenstofffaserbündels ECF1, welches als Erstes schraubenförmig gewickelt wird, gewickelt und besitzt eine Tiefe von etwa 0,1 mm derart, dass das harzimprägnierte Kohlenstofffaserbündel ECF1 hineinpasst. Da das harzimprägnierte Kohlenstofffaserbündel ECF1, das als Erstes schraubenförmig gewickelt wird, in dem kleinen Winkel schraubenförmig gewickelt wird, während es in die konkave Führung 50 eingepasst ist, ist das harzimprägnierte Kohlenstofffaserbündel ECF1 auf dem Kuppelabschnitt 14 so angeordnet, dass es den Kuppelabschnitt 14 unter Einbeziehung des Düsenflanschs 16f der Düse 16 und die Kappe 18F bedeckt, und drückt, wie in 16 gezeigt, die Kappe 18F gegen den Düsenflansch 16f und den Kuppelabschnitt 14. Während eine Teilkraft der Druckkraft auf eine Seite aufgebracht werden kann, auf der das harzimprägnierte Kohlenstofffaserbündel ECF1 in der Faserbündelbreitenrichtung von der theoretischen Linie PLc abweicht (siehe 8), welche auf der einheitlichen Spannungsfläche des Kuppelabschnitts 14 definiert ist, wird die Positionsabweichung des Faserbündels vermieden, da das harzimprägnierte Kohlenstofffaserbündel ECF1 in die konkave Führung 50 entlang des Wickelpfads eingepasst ist. Demgemäß kann entsprechend dem Verfahren zur Herstellung des Hochdruckgastanks 100, der die Kappe 18F des sechsten modifizierten Beispiels verwendet, die Abweichung der Kappe 18F gemäß der Positionsabweichung des harzimprägnierten Kohlenstofffaserbündels ECF1 unterbunden werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die obengenannten Ausführungsformen beschränkt, sondern verschiedene Konfigurationen sind realisierbar, ohne vom Geist der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Beispielsweise können technische Merkmale der Ausführungsformen, die technischen Merkmalen in denjenigen Aspekten entsprechen, welche in der Kurzfassung der vorliegenden Erfindung offenbart sind, auf geeignete Weise ersetzt oder kombiniert werden, um alle oder einige der obengenannten Probleme zu lösen, oder um alle oder einige der obengenannten Wirkungen zu erzielen. Darüber hinaus können technische Merkmale, die hierin nicht als wesentliche Elemente beschrieben sind, gegebenenfalls entfallen.
Zwar umgibt die konkave Öffnungsstelle 15 in der obengenannten Ausführungsform die Liner-Achse durch Wiederholen einer Rechteckwellenform, doch kann die konkave Öffnungsstelle 15 so gebildet sein, dass sie die Liner-Achse AX durch Wiederholen einer Sinuswelle, einer Dreieckwelle oder dergleichen umgibt, oder die Liner-Achse AX derart umgibt, dass eine heteromorphe Form in einem Teilbereich bereitgestellt wird. Darüber hinaus kann die konkave Öffnungsstelle 15 in einer kreisförmigen Gestalt gebildet sein, um die Liner-Achse AX zu umgeben, oder die konkave Öffnungsstelle 15 kann in einer bogenförmigen Gestalt gebildet sein, um die Liner-Achse AX teilweise zu umgeben.
Zwar ist die Kappe 18 in der Ausführungsform aus dem gleichen nylonbasierten Harz wie der Liner 10 in Ringform pressgeformt und besitzt den gleichen linearen Ausdehnungskoeffizienten wie der Liner 10, doch kann die Kappe 18 aus einem von dem Liner 10 verschiedenen Harzmaterial in Ringform pressgeformt sein, und in diesem Fall kann der lineare Ausdehnungskoeffizient der erhaltenen Kappe 18 folgendermaßen sein. Die Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung der Kappe aufgrund einer unterschiedlichen thermischen Ausdehnung beim Erwärmen und Aushärten des Epoxidharzes EP, welches die faserverstärkte Harzschicht 102 bildet, kann unterbunden werden, sofern der lineare Ausdehnungskoeffizient der Kappe 18 nicht in hohem Maße von jenem des Liners 10 verschieden ist. Demgemäß kann ein die Kappe bildendes Material derart gewählt werden, dass der lineare Ausdehnungskoeffizient der Kappe 18 gleich jenem des Liners 10 innerhalb eines Bereichs ist, in dem eine Beschädigung der Kappe aufgrund einer unterschiedlichen thermischen Ausdehnung unterbunden werden kann. Alternativ kann selbst dann, wenn der lineare Ausdehnungskoeffizient der Kappe 18 von jenem des Liners 10 verschieden ist, die Festigkeit der Kappe 18 erhöht werden, um eine Beschädigung der Kappe aufgrund der unterschiedlichen thermischen Ausdehnung zu unterbinden.
Zwar wird das elastische Haftmittel auf mindestens eine aus der Kuppelaußenfläche des Kuppelabschnitts 14 und der Flanschaußenfläche des Düsenflanschs 16f aufgebracht, wenn die Kappe 18 in der Ausführungsform montiert wird, doch kann das elastische Haftmittel auf die Innenfläche der Kappe 18 aufgebracht werden, und die Kappe 18, auf die das elastische Haftmittel aufgebracht wird, kann montiert werden. Ferner kann ein Aufbringen des elastischen Haftmittels vor Montieren der Kappe entfallen.
Zwar ist in der Ausführungsform ein Verstärkungsfaserbündel, welches anhand des FW-Verfahrens auf die äußere Oberfläche des Liners gewickelt wird, das harzimprägnierte Kohlenstofffaserbündel ECF, doch ist es neben der Verwendung eines epoxidharzhaltigen Glasfaserbündels, eines Aramidfaserbündels oder dergleichen auch möglich, die faserverstärkte Harzschicht 102 anhand des FW-Verfahrens durch wiederholtes Wickeln eines Faserbündels zu bilden, in dem eine Mehrzahl von Arten von Stapelfasern gebündelt sind, beispielweise eines Faserbündels, in dem Glasfasern und Kohlenstofffasern vermischt sind.
Zwar ist der Liner 10 in der Ausführungsform aus zwei Teilstücken gebildet, doch kann der Liner aus drei von dem Zylinderabschnitt 12 und den Kuppelabschnitten 14 beider Seiten verschiedenen Teilen gebildet sein.
Zwar sind das erste Kappeneingriffsareal 20 und das zweite Kappeneingriffsareal 30, welche die konkave Öffnungsstelle 15 umgeben, in dem ersten bis dritten modifizierten Beispiel außerhalb und innerhalb der konkaven Öffnungsstelle 15 gebildet, doch kann das Kappeneingriffsareal entweder des ersten Kappeneingriffsareals 20 oder des zweiten Kappeneingriffsareals 30 vorgesehen sein.
Zwar ist die konkave Führung 50, in die das als Erstes schraubenförmig gewickelte harzimprägnierte Kohlenstofffaserbündel ECF1 eintritt, in dem sechsten modifizierten Beispiel in der Kappe 18F gebildet, wie in 7 gezeigt, doch kann die Mehrzahl von konkaven Führungen 50 derart gebildet sein, dass das harzimprägnierte Kohlenstofffaserbündel ECF2, das als Zweites gewickelt wird, und das harzimprägnierte Kohlenstofffaserbündel ECF3, das als Drittes gewickelt wird, in die konkaven Führungen 50 eintreten.
Darüber hinaus wird das Unterbinden der Positionsabweichung in der Faserbündelbreitenrichtung des harzimprägnierten Kohlenstofffaserbündels ECF1, welches als Erstes schraubenförmig gewickelt wird, in dem sechsten modifizierten Beispiel zwar durch die konkave Führung 50 erreicht, ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Beispielsweise können eine Mehrzahl von kleinen Erhebungen, die auf beiden Seiten in einer Breitenrichtung des Faserbündels als Punkte vorhanden sind, oder konvexe Abschnitte von kleinen Erhebungen zweier Linien auf beiden Seiten in der Breitenrichtung des Faserbündels derart auf der Außenfläche der Kappe 18F gebildet sein, dass die Positionsabweichung in der Faserbündelbreitenrichtung des harzimprägnierten Kohlenstofffaserbündels ECF1, das als Erstes schraubenförmig gewickelt wird, unterbunden wird.
In dem ersten bis sechsten modifizierten Beispiel kann das Aufbringen des elastischen Haftmittels beim Montieren der Kappe entfallen.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Hochdruckgastanks (100), der eine Faserschicht beinhaltet, welche durch Montieren von Düsen (16) auf Scheiteln von Kuppelabschnitten (14) beider Enden eines Liners (10) in einer axialen Richtung und wiederholtes Wickeln eines Faserbündels (ECF) auf eine äußere Oberfläche des Liners (10) gebildet wird, wobei das Verfahren umfasst: Erstellen des Liners (10), welcher Sockelabschnitte (14r) mit Außenflächen, an denen die Kuppelabschnitte (14) entlang einer einheitlichen Spannungsfläche angebracht sind, und konkave Oberflächen, an denen die Düsen (16) auf den Scheiteln der Kuppelabschnitte (14) montiert sind, aufweist; Montieren der Düsen (16), welche in die Sockelabschnitte (14r) eintretende Düsenflansche (16f) und Düsenhauptkörper aufweisen, die von den Düsenflanschen (16f) in Richtung von Stirnseiten des Liners (10) auf den Scheiteln abstehen, so dass die Düsenflansche (16f) in die Sockelabschnitte (14r) eintreten; Montieren von ringförmigen Kappen (18; 18A bis 18F) auf Grenzbereiche zwischen Flanschaußenumfangskanten der in die Sockelabschnitte (14r) eintretenden Düsenflansche (16f) und Innenumfangswänden der Sockelabschnitte (14r), und Bedecken von Grenzspalten (15) der Grenzbereiche mit den Kappen (18; 18A bis 18F); wobei, wenn die Grenzspalten (15) mit den Kappen (18; 18A bis 18F) bedeckt sind, jede der Kappen (18; 18A bis 18F) montiert wird, nachdem ein elastisches Haftmittel auf mindestens eine aus einer Außenfläche des Kuppelabschnitts (14) und einer Außenfläche des Düsenflanschs (16f) aufgebracht wird; und Bilden der Faserschicht durch wiederholtes Wickeln des mit einem wärmehärtbaren Harz imprägnierten Faserbündels (ECF) auf eine äußere Oberfläche des Liners (10), wenn die Düsen (16) und die Kappen (18; 18A bis 18F) montiert sind; wobei die Kappen (18; 18A bis 18F) den gleichen linearen Ausdehnungskoeffizienten wie der Liner (10) besitzen und Innenflächen in einer gekrümmten Oberflächenform von Außenflächen der Kuppelabschnitte (14) und Außenflächen der Düsenflansche (16f) als die ringförmigen Kappen (18; 18A bis 18F) verwendet werden, wenn die Grenzspalten (15) mit den Kappen (18; 18A bis 18F) bedeckt werden, und zuerst eine schraubenförmige Wickelschicht gebildet wird durch Wickeln des Faserbündels (ECF) unter Einbeziehung der Düsenflansche (16f), um die Kuppelabschnitte (14) zu bedecken, so dass das Faserbündel (ECF) auf den Kuppelabschnitten (14) beider Enden in der axialen Richtung angeordnet wird, wenn die Faserschicht gebildet wird.
Verfahren zur Herstellung eines Hochdruckgastanks (100), der eine Faserschicht beinhaltet, welche durch Montieren von Düsen (16) auf Scheiteln von Kuppelabschnitten (14) beider Enden eines Liners (10) in einer axialen Richtung und wiederholtes Wickeln eines Faserbündels (ECF) auf eine äußere Oberfläche des Liners (10) gebildet wird, wobei das Verfahren umfasst: Erstellen des Liners (10), welcher Sockelabschnitte (14r) mit Außenflächen, an denen die Kuppelabschnitte (14) entlang einer einheitlichen Spannungsfläche angebracht sind, und konkave Oberflächen, an denen die Düsen (16) auf den Scheiteln der Kuppelabschnitte (14) montiert sind, aufweist; Montieren der Düsen (16), welche in die Sockelabschnitte (14r) eintretende Düsenflansche (16f) und Düsenhauptkörper aufweisen, die von den Düsenflanschen (16f) in Richtung von Stirnseiten des Liners (10) auf den Scheiteln abstehen, so dass die Düsenflansche (16f) in die Sockelabschnitte (14r) eintreten; Montieren von ringförmigen Kappen (18; 18A bis 18F) auf Grenzbereiche zwischen Flanschaußenumfangskanten der in die Sockelabschnitte (14r) eintretenden Düsenflansche (16f) und Innenumfangswänden der Sockelabschnitte (14r), und Bedecken von Grenzspalten (15) der Grenzbereiche mit den Kappen (18; 18A bis 18F); und Bilden der Faserschicht durch wiederholtes Wickeln des mit einem wärmehärtbaren Harz imprägnierten Faserbündels (ECF) auf eine äußere Oberfläche des Liners (10), wenn die Düsen (16) und die Kappen (18; 18A bis 18F) montiert sind; wobei die Kappen (18; 18A bis 18F) den gleichen linearen Ausdehnungskoeffizienten wie der Liner (10) besitzen und Innenflächen in einer gekrümmten Oberflächenform von Außenflächen der Kuppelabschnitte (14) und Außenflächen der Düsenflansche (16f) als die ringförmigen Kappen (18; 18A bis 18F) verwendet werden, wenn die Grenzspalten (15) mit den Kappen (18; 18A bis 18F) bedeckt werden, und zuerst eine schraubenförmige Wickelschicht gebildet wird durch Wickeln des Faserbündels (ECF) unter Einbeziehung der Düsenflansche (16f), um die Kuppelabschnitte (14) zu bedecken, so dass das Faserbündel (ECF) auf den Kuppelabschnitten (14) beider Enden in der axialen Richtung angeordnet wird, wenn die Faserschicht gebildet wird, und wobei jede der Kappen (18; 18A bis 18F) einen kappenseitigen Eingriffsabschnitt aufweist, der mindestens einen aus einem konvexen Abschnitt und einem konkaven Abschnitt beinhaltet, welcher den Grenzabschnitt auf einer Kappeninnenumfangsfläche umgibt, und der Liner (10) und die Düsen (16) Eingriffsabschnitte aufweisen, die zum Eingriff mit den in den Kappen vorgesehenen kappenseitigen Eingriffsabschnitten konfiguriert sind.
Verfahren zur Herstellung eines Hochdruckgastanks (100), der eine Faserschicht beinhaltet, welche durch Montieren von Düsen (16) auf Scheiteln von Kuppelabschnitten (14) beider Enden eines Liners (10) in einer axialen Richtung und wiederholtes Wickeln eines Faserbündels (ECF) auf eine äußere Oberfläche des Liners (10) gebildet wird, wobei das Verfahren umfasst: Erstellen des Liners (10), welcher Sockelabschnitte (14r) mit Außenflächen, an denen die Kuppelabschnitte (14) entlang einer einheitlichen Spannungsfläche angebracht sind, und konkave Oberflächen, an denen die Düsen (16) auf den Scheiteln der Kuppelabschnitte (14) montiert sind, aufweist; Montieren der Düsen (16), welche in die Sockelabschnitte (14r) eintretende Düsenflansche (16f) und Düsenhauptkörper aufweisen, die von den Düsenflanschen (16f) in Richtung von Stirnseiten des Liners (10) auf den Scheiteln abstehen, so dass die Düsenflansche (16f) in die Sockelabschnitte (14r) eintreten; Montieren von ringförmigen Kappen (18; 18A bis 18F) auf Grenzbereiche zwischen Flanschaußenumfangskanten der in die Sockelabschnitte (14r) eintretenden Düsenflansche (16f) und Innenumfangswänden der Sockelabschnitte (14r), und Bedecken von Grenzspalten (15) der Grenzbereiche mit den Kappen (18; 18A bis 18F); und Bilden der Faserschicht durch wiederholtes Wickeln des mit einem wärmehärtbaren Harz imprägnierten Faserbündels (ECF) auf eine äußere Oberfläche des Liners (10), wenn die Düsen (16) und die Kappen (18; 18A bis 18F) montiert sind; wobei die Kappen (18; 18A bis 18F) aus dem gleichen Material gebildet sind wie der Liner (10) und Innenflächen in einer gekrümmten Oberflächenform von Außenflächen der Kuppelabschnitte (14) und Außenflächen der Düsenflansche (16f) als die ringförmigen Kappen (18; 18A bis 18F) verwendet werden, wenn die Grenzspalten (15) mit den Kappen (18; 18A bis 18F) bedeckt werden, und zuerst eine schraubenförmige Wickelschicht gebildet wird durch Wickeln des Faserbündels (ECF) unter Einbeziehung der Düsenflansche (16f), um die Kuppelabschnitte (14) zu bedecken, so dass das Faserbündel (ECF) auf den Kuppelabschnitten (14) beider Enden in der axialen Richtung angeordnet wird, wenn die Faserschicht gebildet wird.
Verfahren zur Herstellung des Hochdruckgastanks (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei, wenn die Faserschicht gebildet wird, beim Bilden der zuerst gebildeten schraubenförmigen Wickelschicht ein Wickeln des Faserbündels (ECF) beim Bilden der schraubenförmigen Wickelschicht derart wiederholt wird, dass eine Abweichung (Cz) zwischen einer theoretischen Linie (PLc), die auf der einheitlichen Spannungsfläche in den Kuppelabschnitten (14) definiert ist, und einer Mittellinie (ECFc) des Faserbündels (ECF) innerhalb einer halben Breite des Faserbündels (ECF) liegt.
Verfahren zur Herstellung des Hochdruckgastanks (100) nach Anspruch 4, wobei, wenn das Faserbündel (ECF) mit einer Kamera abgebildet wird, um die Abweichung (Cz) zwischen der Mittellinie (ECFc) des Faserbündels (ECF) und der auf der einheitlichen Spannungsfläche definierten theoretischen Linie (PLc) zu erhalten, eine Drehgeschwindigkeit des Liners (10) beim Wickeln des Faserbündels (ECF) oder eine Hin- und Herbewegungsgeschwindigkeit sowie ein Hin- und Herbewegungs-Schaltzeitpunkt eines Faserzufuhrabschnitts (132) basierend auf der Abweichung (Cz) angepasst werden.
Verfahren zur Herstellung des Hochdruckgastanks (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei, wenn die Faserschicht gebildet wird, zuerst eine schraubenförmige Wickelschicht durch Wickeln des Faserbündels (ECF), um die Kuppelabschnitte (14) unter Einbeziehung der Düsenflansche (16f) und der Kappen (18; 18A bis 18F) zu bedecken, gebildet wird.
Verfahren zur Herstellung des Hochdruckgastanks (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei, wenn die Faserschicht gebildet wird, ein Innendruck des Liners (10) nach Bilden der zuerst gebildeten schraubenförmigen Wickelschicht verstärkt wird, und in einem Zustand, in dem der Innendruck verstärkt ist, die Faserschicht nach der zuerst gebildeten schraubenförmigen Wickelschicht durch wiederholtes Wickeln des Faserbündels (ECF) auf die äußere Oberfläche des Liners (10) gebildet wird.
Verfahren zur Herstellung des Hochdruckgastanks (100) nach Anspruch 7, wobei in der Faserschicht, die nach der zuerst gebildeten schraubenförmigen Wickelschicht gebildet wird, das Faserbündel (ECF) eine Liner-Achse (AX) in einem Faserwinkel (αLH) von 11 bis 25° kreuzt.
Verfahren zur Herstellung des Hochdruckgastanks (100) nach Anspruch 8, wobei ein schraubenförmiges Wickeln, bei dem das Faserbündel (ECF) die Liner-Achse (AX) in dem Faserwinkel (αLH) von 30 bis 60° kreuzt, in einem vorbestimmten Intervall unter gleichzeitiger Fortsetzung des schraubenförmigen Wickelns der Faserschicht nach der zuerst gebildeten schraubenförmigen Wickelschicht durchgeführt wird.
Verfahren zur Herstellung des Hochdruckgastanks (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Kappen (18D; 18E) konvexe Abschnitte aufweisen, die in die Grenzspalten (15) eintreten.
Verfahren zur Herstellung des Hochdruckgastanks (100) nach Anspruch 10, wobei die Grenzspalten (15) durch die Innenumfangswand des Liners (10) und die Flanschaußenumfangskanten der Düsen (16) in konisch zulaufenden Formen gebildet sind, welche sich in Richtung der Kappen (18E) verbreitern, und die Kappen (18E) die konvexen Abschnitte als konisch zulaufende konvexe Abschnitte (40A) in den konisch zulaufenden Formen der Grenzspalten (15) aufweisen.
Verfahren zur Herstellung des Hochdruckgastanks (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Kappen (18F) Führungen (50) aufweisen, die konfiguriert sind, um eine Positionsabweichung in einer Faserbündelbreitenrichtung des Faserbündels (ECF), das gewickelt wird, wenn die schraubenförmige Wickelschicht zuerst gebildet wird, entlang eines Wickelpfades des Faserbündels (ECF) in der schraubenförmigen Wickelschicht zu unterbinden.
Verfahren zur Herstellung des Hochdruckgastanks (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei nach einem schraubenförmigen Wickeln der Faserschicht nach der zuerst gebildeten schraubenförmigen Wickelschicht ein Umreifungswickeln durchgeführt wird.