DE102017206521A1 - pressure vessel - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Druckbehälter, vorzugsweise eines Fahrzeugs, umfassend einen Liner zum Speichern eines Fluids, vorzugsweise Wasserstoff, mit einem Zylinderbereich und zwei Kappenbereichen an den gegenüberliegenden Enden des Zylinderbereichs; und ein den Liner umgebendes faserverstärktes Laminat mit: einer ersten Faserschicht, die den Zylinderbereich umgibt und die um eine Längsachse des Zylinderbereichs gewickelt ist, und einer zweiten Faserschicht, die den Zylinderbereich und beide Kappenbereiche umgibt und die zumindest im Kappenbereich geflochten ist. The invention relates to a pressure vessel, preferably a vehicle, comprising a liner for storing a fluid, preferably hydrogen, having a cylinder area and two cap areas at the opposite ends of the cylinder area; and a fiber reinforced laminate surrounding the liner, comprising: a first fibrous layer surrounding the cylinder region and wound around a longitudinal axis of the cylindrical region and a second fibrous layer surrounding the cylindrical region and both cap regions and braided at least in the cap region.
Description
Die hier offenbarte Technologie betrifft einen Druckbehälter, insbesondere zur Verwendung in einem Fahrzeug, und ein Verfahren zur Herstellung des Druckbehälters.The technology disclosed herein relates to a pressure vessel, in particular for use in a vehicle, and to a method of manufacturing the pressure vessel.
Bekannte Druckbehälter umfassen üblicherweise einen Liner und ein faserverstärktes Laminat, das den Liner umgibt. Der Liner kann aus einem Metall, aus einer Metalllegierung oder aus einem Kunststoff hergestellt sein. Zweckmäßig ist beispielsweise ein Liner aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung. Im Liner wird der Brennstoff gespeichert und der Liner ist i.d.R. für die Dichtheit des Druckbehälters zuständig. Falls beispielsweise Wasserstoff gespeichert wird, ist der Liner i.d.R. ausgebildet, eine Wasserstoffpermeation zu vermeiden. Eine metallische Ausführung kann sowohl lasttragend, als auch, wie ein Polymer-Liner, nicht lasttragend ausgelegt sein. Üblicherweise wird die Linerdicke so dünn wie möglich gewählt, da die Festigkeit der faserverstärkten Schicht wesentlich höher ist und somit eine dünnere Gesamtwandstärke erreicht werden kannKnown pressure vessels typically include a liner and a fiber reinforced laminate surrounding the liner. The liner may be made of a metal, a metal alloy or a plastic. For example, a liner made of aluminum or of an aluminum alloy is expedient. The fuel is stored in the liner and the liner is i.d.R. responsible for the tightness of the pressure vessel. For example, if storing hydrogen, the liner is i.d.R. designed to avoid hydrogen permeation. A metallic design can be load-bearing as well as, like a polymer liner, not load-bearing. Usually, the liner thickness is chosen to be as thin as possible because the strength of the fiber reinforced layer is much higher and thus a thinner overall wall thickness can be achieved
Die faserverstärkte Schicht weist i.d.R. Kreuz- und Umfangslagen auf. Um axiale Spannungen zu kompensieren, werden Kreuzlagen (engl. helical layers) gewickelt. Im i.d.R. zylindrischen Umfangsbereich sind i.d.R. sogenannte Umfangslagen (engl. „hoop layers“) vorgesehen, die für eine Verstärkung in Umfangsrichtung sorgen. Die Umfangslagen verlaufen in Umfangsrichtung des Druckbehälters und sind in einem Winkel von nahe 90° zur Druckbehälterlängsachse orientiert.The fiber reinforced layer has i.d.R. Cross and peripheral layers on. To compensate for axial stresses, helical layers are wound. In the i.d.R. cylindrical peripheral area are i.d.R. so-called "hoop layers", which provide for a reinforcement in the circumferential direction. The circumferential positions extend in the circumferential direction of the pressure vessel and are oriented at an angle of close to 90 ° to the pressure vessel longitudinal axis.
Es ist eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie, zumindest einen Nachteil von einer vorbekannten Lösung zu verringern oder zu beheben oder eine alternative Lösung vorzuschlagen. Weitere bevorzugte Aufgaben können sich aus den vorteilhaften Effekten der hier offenbarten Technologie ergeben. Die Aufgabe(n) wird/werden gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche. Die abhängigen Ansprüche stellen bevorzugte Ausgestaltungen dar.It is a preferred object of the technology disclosed herein to reduce or eliminate at least one disadvantage of a previously known solution or to suggest an alternative solution. Other preferred objects may result from the beneficial effects of the technology disclosed herein. The object (s) is / are solved by the subject matter of the independent claims. The dependent claims are preferred embodiments.
Somit wird die Aufgabe gelöst durch einen Druckbehälter umfassend einen Liner. Der Liner ist zum Speichern eines Fluids, vorzugsweise Wasserstoff, ausgebildet. Der Druckbehälter wird insbesondere in einem Fahrzeug eingesetzt. Der Liner ist im Wesentlichen zylinderförmig und weist somit einen Zylinderbereich auf. Entsprechend dem Zylinderbereich ist eine Längsachse definiert. Die beiden Enden des Zylinderbereichs sind jeweils mit einem Kappenbereich verschlossen. In zumindest einem der beiden Kappenbereichen kann eine Öffnung für einen Anschluss vorgesehen sein. Die Kappenbereiche und der dazwischen angeordnete Zylinderbereich sind insbesondere vorteilhaft einstückig geformt.Thus, the object is achieved by a pressure vessel comprising a liner. The liner is designed to store a fluid, preferably hydrogen. The pressure vessel is used in particular in a vehicle. The liner is substantially cylindrical and thus has a cylinder area. According to the cylinder area, a longitudinal axis is defined. The two ends of the cylinder area are each closed by a cap area. In at least one of the two cap areas, an opening for a connection can be provided. The cap regions and the cylinder region arranged therebetween are in particular advantageously integrally formed.
Den Liner umgibt ein faserverstärktes Laminat. Für das faserverstärkte Laminat kommen vorzugsweise faserverstärkte Kunststoffe (auch FVK bzw. FKV abgekürzt) zum Einsatz, bspw. kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK) und/oder glasfaserverstärkte Kunststoffe (GFK). Das faserverstärkte Laminat umfasst zweckmäßig in einer Kunststoffmatrix eingebettete Verstärkungsfasern. Insbesondere das Matrixmaterial sowie die Art und der Anteil an Verstärkungsfasern können variiert werden, damit sich die gewünschten mechanischen und/oder chemischen Eigenschaften einstellen. Bevorzugt werden Endlosfasern als Verstärkungsfasern eingesetzt.The liner surrounds a fiber-reinforced laminate. For the fiber-reinforced laminate are preferably fiber-reinforced plastics (also abbreviated FVK or FKV) used, for example. Carbon fiber reinforced plastics (CFRP) and / or glass fiber reinforced plastics (GRP). The fiber reinforced laminate suitably comprises reinforcing fibers embedded in a plastic matrix. In particular, the matrix material and the nature and the proportion of reinforcing fibers can be varied in order to set the desired mechanical and / or chemical properties. Preferably, continuous fibers are used as reinforcing fibers.
Zwischen dem Liner und dem faserverstärkten Laminat kann eine Transportschicht (engl.: breather layer) vorgesehen sein. Die Transportschicht kann insbesondere derart gasdurchlässig ausgebildet sein, dass durch den Liner diffundierter Brennstoff in andere Bereiche strömen kann, beispielsweise in Richtung der Enden des Druckbehälters. Die Transportschicht kann hierzu beispielsweise Mikrokanäle oder Mikrospalte ausbilden. Eine solche Transportschicht muss aber nicht vorgesehen sein.Between the liner and the fiber-reinforced laminate, a transport layer (English: breather layer) may be provided. The transport layer may in particular be designed to be permeable to gas in such a way that fuel diffused through the liner can flow into other regions, for example in the direction of the ends of the pressure vessel. For this purpose, the transport layer can form, for example, microchannels or microcolumns. However, such a transport layer does not have to be provided.
Das faserverstärkte Laminat umfasst eine erste Faserschicht. Die erste Faserschicht umgibt den Zylinderbereich und ist um die Längsachse des Zylinderbereichs gewickelt. Insbesondere ist vorgesehen, dass die erste Faserschicht den vollständigen Zylinderbereich umgibt und die beiden Kappenbereiche, zumindest großteils, freilässt. Die erste Faserschicht ist vorzugsweise senkrecht zur Längsachse gewickelt. Allerdings ist auch vorgesehen, dass die erste Faserschicht mit einem Winkel zwischen -15° und +15° zur Senkrechten zur Längsachse, insbesondere mit einem Winkel zwischen -10° und +10° zur Senkrechten zur Längsachse, gewickelt ist. Die „erste Faserschicht“ ist nicht auf eine einzelne Lage beschränkt. Vielmehr sind vorzugsweise viele Lagen übereinander gewickelt.The fiber reinforced laminate comprises a first fiber layer. The first fiber layer surrounds the cylinder region and is wound around the longitudinal axis of the cylinder region. In particular, it is provided that the first fiber layer surrounds the complete cylinder area and leaves the two cap areas free, at least for the most part. The first fiber layer is preferably wound perpendicular to the longitudinal axis. However, it is also provided that the first fiber layer is wound at an angle between -15 ° and + 15 ° to the perpendicular to the longitudinal axis, in particular at an angle between -10 ° and + 10 ° to the perpendicular to the longitudinal axis. The "first fiber layer" is not limited to a single layer. Rather, many layers are preferably wound on top of each other.
Des Weiteren umfasst das faserverstärkte Laminat eine zweite Faserschicht. Die zweite Faserschicht ist zumindest an den beiden Kappenbereichen geflochten. Das Flechten erfolgt mit zumindest zwei Fasersträngen. Die zweite Faserschicht umgibt die beiden Kappenbereiche und eventuell den Zylinderbereich.Furthermore, the fiber-reinforced laminate comprises a second fiber layer. The second fiber layer is braided at least at the two cap areas. The braiding takes place with at least two fiber strands. The second fiber layer surrounds the two cap areas and possibly the cylinder area.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die erste Faserschicht unter der zweiten Faserschicht liegt. Die erste Faserschicht wird dabei vor der zweiten Faserschicht aufgebracht. Die zweite Faserschicht liegt vorzugsweise auf der ersten Faserschicht auf und umgibt die auf dem Zylinderbereich aufliegende erste Faserschicht und die beiden Kappenbereiche.It is preferably provided that the first fiber layer lies under the second fiber layer. The first fiber layer is applied before the second fiber layer. The second fiber layer preferably rests on the first fiber layer and surrounds the first fiber layer resting on the cylinder region and the two cap regions.
Gemäß einer Alternative ist bevorzugt vorgesehen, dass die zweite Faserschicht unter der ersten Faserschicht liegt. Die zweite Faserschicht wird dabei vor der ersten Faserschicht aufgebracht. Dadurch liegt die zumindest in den Kappenbereichen geflochtene zweite Faserschicht unter der gewickelten ersten Faserschicht. Die erste Faserschicht liegt vorzugsweise auf der zweiten Faserschicht auf und umgibt im Zylinderbereich die auf dem Zylinderbereich und beiden Kappenbereichen aufliegende zweite Faserschicht. According to an alternative, it is preferably provided that the second fiber layer lies under the first fiber layer. The second fiber layer is applied before the first fiber layer. As a result, the second fiber layer, which is braided at least in the cap regions, lies below the wound first fiber layer. The first fiber layer preferably rests on the second fiber layer and surrounds in the cylinder region the second fiber layer resting on the cylinder region and both cap regions.
Zum Flechten der zweiten Faserschicht werden keine fertig geflochtenen Gewebe aufgelegt bzw. gewickelt, sondern die zweite Faserschicht wird unmittelbar aufgeflochten. Die „zweite Faserschicht“ ist nicht auf eine einzelne Lage beschränkt. Vielmehr sind vorzugsweise viele Lagen übereinander geflochten.For braiding the second fiber layer no finished braided fabrics are laid or wound, but the second fiber layer is directly braided. The "second fiber layer" is not limited to a single layer. Rather, many layers are preferably braided one above the other.
Gemäß einer Variante ist die vollständige zweite Faserschicht, also in den Kappenbereichen und im Zylinderbereich, geflochten.According to a variant, the complete second fiber layer, ie in the cap regions and in the cylinder region, is braided.
In einer alternativen Variante ist die zweite Faserschicht in den Kappenbereichen geflochten und im Zylinderbereich gewickelt. Die geflochtenen Faserstränge gehen dabei vorzugsweise direkt in den Zylinderbereich über und sind im Zylinderbereich gewickelt, sodass für die Kappenbereiche und den Zylinderbereich dieselben Faserstränge verwendet werden.In an alternative variant, the second fiber layer is braided in the cap areas and wound in the cylinder area. The braided fiber strands preferably pass directly into the cylinder area and are wound in the cylinder area, so that the same fiber strands are used for the cap areas and the cylinder area.
Durch die hier offenbarte Anordnung der ersten Faserschicht und somit der Umfangslagen innerhalb bzw. unterhalb der zweiten Faserschicht wird sichergestellt, dass die Umfangslagen möglichst nahe am Liner liegen. Dadurch müssen vergleichsweise wenige Umfangslagen für die Aufnahme der Innendruckbelastung verwendet werden, wodurch sich der gesamte Materialeinsatz für das faserverstärkte Laminat reduziert. Dabei wird berücksichtigt, dass die weiter außen liegenden Lagen des faserverstärkten Laminats wesentlich geringer belastet sind. Die weiter innen liegenden Lagen können somit wesentlich mehr Spannung aufnehmen. Die außen liegende geflochtene zweite Faserschicht liegt zumindest in den Kappenbereichen unmittelbar auf dem Liner auf und kann somit ideal die axiale Belastung aufnehmen.The arrangement of the first fiber layer, and thus the circumferential layers within or underneath the second fiber layer, as disclosed herein, ensures that the peripheral layers are as close as possible to the liner. As a result, comparatively few circumferential layers have to be used to absorb the internal pressure load, which reduces the total material input for the fiber-reinforced laminate. It is taken into account that the outer layers of the fiber-reinforced laminate are loaded much less. The layers lying further inwards can thus absorb much more tension. The outer braided second fiber layer is at least in the cap areas directly on the liner and thus can ideally absorb the axial load.
Wenn zuerst gewickelt wird, baut sich eine „Stufe“ im Laminat zwischen der Kappe und dem Zylinderbereich auf. Die Höhe der Stufe entspricht der Dicke der gewickelten Faserschicht. Diese Stufe kann zu Spannungsspitze und Unstetigkeit führen. Dies kann vermieden werden, indem zuerst die geflochtene Faserschicht aufgebracht wird.When first wound, a "step" builds up in the laminate between the cap and the barrel area. The height of the step corresponds to the thickness of the wound fiber layer. This level can lead to spike and discontinuity. This can be avoided by first applying the braided fiber layer.
Ferner ist zu beachten, dass die gewickelte Faserschicht im zylindrischen Bereich mit einer relativ hohen Fadenspannung gewickelt wird. Diese kann zu einer verbesserten Kompaktierung der untenliegenden Faserschicht führen, was zu besseren mechanischen Eigenschaften führen kann, z.B. weniger Poren, hoher Faservolumengehalt, etc.It should also be noted that the wound fiber layer is wound in the cylindrical region with a relatively high yarn tension. This can lead to improved compaction of the underlying fibrous layer, which can lead to better mechanical properties, e.g. less pores, high fiber volume content, etc.
Durch die Kompression der Behälterwand mit zunehmendem Innendruck werden die inneren Lagen in Umfangsrichtung stärker gedehnt als die äußeren Lagen. Um eine gleichmäßigere Belastung aller Faserlagen zu erreichen, ist es deshalb vorteilhaft, die in Umfangsrichtung steiferen Lagen außen zu positionieren, d.h. also Flechtlagen innen, gewickelte Umfanglagen außen.Due to the compression of the container wall with increasing internal pressure, the inner layers are stretched more extensively in the circumferential direction than the outer layers. Therefore, in order to achieve more uniform loading of all fiber layers, it is advantageous to position the circumferentially stiffer layers externally, i. So braiding inside, wrapped peripheral layers outside.
Dem gegenüber ergeben sich auch Vorteile, wenn die gewickelte erste Faserschicht innen und die geflochtene zweite Faserschicht außen angeordnet sind: Die inneren Umfangslagen sind steifer und fester und können die hohen Spannungen (erzeugt von dem Innendruck) besser tragen. Die geflochtenen Fasern haben einen optischen Vorteil, da sie besser aussehen als gewickelte Fasern. Die gesamte Verformung des Druckbehälters in Umfangsrichtung kann geringer sein, da die steifen Schichten innen liegen.On the other hand, there are also advantages in that the wound first fiber layer is arranged inside and the braided second fiber layer outside: The inner peripheral layers are stiffer and stronger and can better support the high stresses (generated from the internal pressure). The braided fibers have an optical advantage because they look better than wound fibers. The overall deformation of the pressure vessel in the circumferential direction may be lower because the rigid layers are inside.
Es können auch mehrere erste und zweite Faserschichten abwechselnd übereinander angeordnet werden. Dadurch befinden sich manche der gewickelten Umfangslagen (erste Faserschichten) zwischen geflochtenen Faserschichten (zweite Faserschichten).It is also possible to arrange a plurality of first and second fiber layers alternately one above the other. As a result, some of the wound circumferential layers (first fiber layers) are located between braided fiber layers (second fiber layers).
In bevorzugter Ausführung ist jedoch vorgesehen, dass sämtliche gewickelten Umfangslagen radial innerhalb der geflochtenen zweiten Faserschicht angeordnet sind. Bzw. ist in der alternativen Ausgestaltung bevorzugt vorgesehen, dass sämtliche gewickelten Umfangslagen radial außerhalb der geflochtenen zweiten Faserschicht angeordnet sind. Das faserverstärkte Laminat umfasst dabei ausschließlich eine erste Faserschicht und eine zweite Faserschicht, sodass gewickelte und geflochtene Lagen nicht abwechselnd angeordnet sind. Dadurch ergibt sich eine sehr einfache Herstellung, da nicht zwischen dem Wickeln und Flechten gewechselt werden muss.In a preferred embodiment, however, it is provided that all wound circumferential layers are arranged radially within the braided second fiber layer. Respectively. In the alternative embodiment, it is preferably provided that all wound circumferential layers are arranged radially outside the braided second fiber layer. The fiber-reinforced laminate comprises only a first fiber layer and a second fiber layer, so that wound and braided layers are not arranged alternately. This results in a very simple production, since there is no need to change between winding and braiding.
Die zweite Faserschicht ist aus zumindest zwei Fasersträngen geflochten ist. Der „Faserstrang“ ist in der einfachsten Ausführung ein einzelner Faden. Allerdings kann der „Faserstrang“ auch eine Vielzahl an parallelen Fäden oder ein Gewebeband sein. Die beiden Faserstränge werden beim Herstellen der zweiten Faserschicht abwechselnd übereinandergelegt, sodass eine geflochtene Faserschicht steht.The second fiber layer is braided from at least two fiber strands. The "fiber strand" is a single thread in its simplest form. However, the "fiber strand" can also be a multiplicity of parallel threads or a fabric band. The two fiber strands are alternately superimposed when producing the second fiber layer, so that a braided fiber layer is.
Vorzugsweise liegen die zwei Faserstränge im Zylinderbereich, wenn im Zylinderbereich geflochten wird, jeweils mit einem Winkel α zwischen 20° und 70° zur Längsachse. Gemessen wird jeweils der kleinere bzw. spitze Winkel. Besonders vorzugsweise liegt der Winkel α zwischen 30° und 60°.Preferably, the two fiber strands are in the cylinder area, if in the cylinder area is braided, each with an angle α between 20 ° and 70 ° to the longitudinal axis. In each case the smaller or acute angle is measured. Particularly preferably, the angle α is between 30 ° and 60 °.
Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass die zweite Faserschicht aus drei Fasersträngen geflochten ist. Der dritte Faserstrang, der zusätzlich zu den beiden oben beschriebenen Fasersträngen verwendet wird, liegt dabei mit einem Winkel β zwischen -15° und 15° zur Längsachse. Gemessen wird wiederum der kleinere bzw. spitze Winkel.Furthermore, it is preferably provided that the second fiber layer is braided from three fiber strands. The third fiber strand, which is used in addition to the two fiber strands described above, lies at an angle β between -15 ° and 15 ° to the longitudinal axis. In turn, the smaller or acute angle is measured.
Die hier offenbarte Technologie umfasst ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Druckbehälters. Dabei handelt es sich insbesondere um den vorab beschriebenen Druckbehälter. Bei dem Verfahren erfolgt zunächst das Bereitstellen eines Liners, der zum Speichern eines Fluids ausgebildet ist. Der Liner weist einen Zylinderbereich und zwei Kappenbereiche an den gegenüberliegenden Enden des Zylinderbereichs auf.The technology disclosed herein further includes a method of manufacturing a pressure vessel. These are in particular the pressure vessel described above. In the method, the first step is to provide a liner which is designed to store a fluid. The liner has a barrel portion and two cap portions at opposite ends of the barrel portion.
Es wird ein den Liner umgebendes, faserverstärktes Laminat erzeugt: Hierzu erfolgt ein Wickeln einer ersten Faserschicht um den Zylinderbereich, wobei die erste Faserschicht um eine Längsachse des Zylinderbereichs gewickelt wird. Die erste Faserschicht wird vorzugsweise senkrecht zur Längsachse gewickelt. Allerdings ist auch vorgesehen, dass die erste Faserschicht mit +/- 15°, insbesondere +/- 10°, Abweichung zur Senkrechten gewickelt wird.A fiber-reinforced laminate surrounding the liner is produced. For this purpose, a first fiber layer is wound around the cylinder region, wherein the first fiber layer is wound around a longitudinal axis of the cylinder region. The first fiber layer is preferably wound perpendicular to the longitudinal axis. However, it is also provided that the first fiber layer is wound with +/- 15 °, in particular +/- 10 °, deviation from the vertical.
Ferner erfolgt ein Aufbringen einer zweiten Faserschicht, die zumindest an den beiden Kappenbereichen geflochten wird. Wie bereits beschrieben, kann die zweite Faserschicht im Zylinderbereich ebenfalls geflochten oder aber gewickelt werdenFurthermore, a second fiber layer is applied, which is braided at least at the two cap areas. As already described, the second fiber layer in the cylinder region can also be braided or wound
Bevorzugt erfolgt das Wickeln der ersten Faserschicht vor dem Aufbringen der zweiten Faserschicht. Alternativ bevorzugt wird zuerst die zweite Faserschicht aufgebracht und anschließend die erste Faserschicht gewickelt, sodass die erste Faserschicht unter der zweiten Faserschicht liegt.The winding of the first fiber layer preferably takes place before the application of the second fiber layer. Alternatively, preferably, the second fiber layer is applied first, and then the first fiber layer is wound so that the first fiber layer lies under the second fiber layer.
In bevorzugter Ausführung ist vorgesehen, dass sämtliche gewickelten Umfangslagen radial innerhalb der geflochtenen zweiten Faserschicht angeordnet werden. In der alternativen Ausführung ist vorgesehen, dass sämtliche gewickelten Umfangslagen radial außerhalb der geflochtenen zweiten Faserschicht angeordnet werden. Das faserverstärkte Laminat umfasst dabei ausschließlich eine erste Faserschicht und eine zweite Faserschicht, sodass gewickelte und geflochtene Lagen nicht abwechselnd angeordnet sind.In a preferred embodiment, it is provided that all wound circumferential layers are arranged radially within the braided second fiber layer. In the alternative embodiment, it is provided that all wound circumferential layers are arranged radially outside the braided second fiber layer. The fiber-reinforced laminate comprises only a first fiber layer and a second fiber layer, so that wound and braided layers are not arranged alternately.
Die zweite Faserschicht wird aus zumindest zwei Fasersträngen geflochten. Der „Faserstrang“ ist in der einfachsten Ausführung ein einzelner Faden. Allerdings kann der „Faserstrang“ auch eine Vielzahl an parallelen Fäden oder ein Gewebeband sein. Die beiden Faserstränge werden beim Herstellen der zweiten Faserschicht abwechselnd übereinandergelegt, sodass eine geflochtene Faserschicht steht.The second fiber layer is braided from at least two fiber strands. The "fiber strand" is a single thread in its simplest form. However, the "fiber strand" can also be a multiplicity of parallel threads or a fabric band. The two fiber strands are alternately superimposed when producing the second fiber layer, so that a braided fiber layer is.
Vorzugsweise liegen die zwei Faserstränge im Zylinderbereich jeweils mit einem Winkel α zwischen 1° und 70°, vorzugsweise zwischen 10° und 60°, zur Längsachse.Preferably, the two fiber strands in the cylinder region are each at an angle α between 1 ° and 70 °, preferably between 10 ° and 60 °, to the longitudinal axis.
Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass die zweite Faserschicht aus drei Fasersträngen geflochten ist. Der dritte Faserstrang, der zusätzlich zu den beiden oben beschriebenen Fasersträngen verwendet wird, liegt dabei mit einem Winkel β zwischen -15° und 15° zur Längsachse.Furthermore, it is preferably provided that the second fiber layer is braided from three fiber strands. The third fiber strand, which is used in addition to the two fiber strands described above, lies at an angle β between -15 ° and 15 ° to the longitudinal axis.
Vorzugsweise wird bei dem Verfahren ein Abreißgewebe auf die zuerst erzeugte Faserschicht gewickelt bzw. aufgelegt. Daraufhin folgen ein Aushärten der dieser Faserschicht und sodann ein Abreißen des Abreißgewebes. Dadurch entsteht eine raue Oberfläche auf der Faserschicht, die sich positiv auf das Haften der weiteren Faserschicht auswirkt.Preferably, in the method, a tear-off fabric is wound on the first-produced fiber layer. This is followed by a curing of this fiber layer and then a tearing of the tear-off fabric. This results in a rough surface on the fiber layer, which has a positive effect on the adhesion of the further fiber layer.
Bei dem Verfahren können unterschiedliche Fasern verwendet werden. Dies ist hier beispielhaft anhand der Variante beschrieben, bei der zuerst die erste Faserschicht gewickelt wird. Die umgekehrte Reihenfolge ergibt sich, wenn zuerst die zweite Faserschicht geflochten wird:
- (i) Vorzugsweise wird die erste Faserschicht mit trockenen, nicht-imprägnierten Fasern gewickelt. Vor dem Aufflechten mit trockenen Fasern der zweiten Faserschicht wird die erste Faserschicht mit Harz infiltriert und ausgehärtet. Nach dem Aufflechten mit trockenen Fasern wird die zweite Faserschicht mit Harz infiltriert und ausgehärtet.
- (ii) Vorzugsweise wird die erste Faserschicht mit pre-imprägnierten (Towpreg) oder nass-imprägnierten (Nasswickeln) Fasern gewickelt. Vor dem Aufflechten der zweiten Faserschicht wird die erste Faserschicht ausgehärtet. Nach dem Aufflechten mit trockenen Fasern wird die zweite Faserschicht mit Harz infiltriert und ausgehärtet.
- (iii) Vorzugsweise wird die erste Faserschicht mit trockenen, nicht-imprägnierten Fasern gewickelt. Nach dem Aufflechten mit trockenen Fasern der zweiten Faserschicht werden beide Faserschichten mit Harz infiltriert und ausgehärtet.
- (iv) Vorzugsweise wird die erste Faserschicht mit, pre-imprägnierten Fasern (Towpreg) gewickelt. Nach dem Aufflechten mit pre-imprägnierten Fasern (Towpreg) der zweiten Faserschicht werden beide Faserschichten ausgehärtet.
- (v) Vorzugsweise wird die erste Faserschicht mit nassen, imprägnierten Fasern gewickelt. Vor dem Aufflechten der zweiten Faserschicht wird die erste Faserschicht ausgehärtet.
- (i) Preferably, the first fibrous layer is wound with dry, non-impregnated fibers. Before braiding with dry fibers of the second fibrous layer, the first fibrous layer is infiltrated with resin and cured. After being braided with dry fibers, the second fibrous layer is infiltrated with resin and cured.
- (ii) Preferably, the first fibrous layer is wound with pre-impregnated (towpreg) or wet-impregnated (wet-winding) fibers. Before the braiding of the second fiber layer, the first fiber layer is cured. After being braided with dry fibers, the second fibrous layer is infiltrated with resin and cured.
- (iii) Preferably, the first fibrous layer is wound with dry, non-impregnated fibers. After braiding with dry fibers of the second fiber layer, both fiber layers are infiltrated with resin and cured.
- (iv) Preferably, the first fibrous layer is wound with preimpregnated fibers (towpreg). After braiding with preimpregnated fibers (towpreg) of the second fiber layer, both fiber layers are cured.
- (v) Preferably, the first fibrous layer is wrapped with wet, impregnated fibers. Before the braiding of the second fiber layer, the first fiber layer is cured.
Die hier offenbarte Technologie wird nun anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:
-
1 einen Liner eines hier offenbarten Druckbehälters, -
2 ein Detail des Druckbehälters mit Liner und faserverstärktem Laminat, -
3 den Druckbehälter beim Wickeln einer ersten Faserschicht, und -
4 den Druckbehälter beim Flechten einer zweiten Faserschicht.
-
1 a liner of a pressure vessel disclosed herein, -
2 a detail of the pressure vessel with liner and fiber reinforced laminate, -
3 the pressure vessel when winding a first fiber layer, and -
4 the pressure vessel when braiding a second fiber layer.
Die
Die zweite Faserschicht
Die vorhergehende Beschreibung der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihrer Äquivalente zu verlassen.The foregoing description of the present invention is for illustrative purposes only, and not for the purpose of limiting the invention. Various changes and modifications are possible within the scope of the invention without departing from the scope of the invention and its equivalents.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Druckbehälterpressure vessel
- 22
- Linerliner
- 33
- Zylinderbereichcylinder area
- 44
- Kappenbereichecap areas
- 55
- Anschlussconnection
- 66
- Verschlussshutter
- 77
- Längsachselongitudinal axis
- 88th
- faserverstärktes Laminatfiber reinforced laminate
- 99
- erste Faserschichtfirst fiber layer
- 1010
- Umfangs-FaserstrangCircumferential fiber strand
- 1111
- zweite Faserschichtsecond fiber layer
- 1212
- erster Faserstrangfirst fiber strand
- 1313
- zweiter Faserstrangsecond fiber strand
- 1414
- dritter Faserstrangthird fiber strand
- 1515
- Verjüngungrejuvenation
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