DE102018101372B4

DE102018101372B4 - Gastank und verfahren zur herstellung des gastanks

Info

Publication number: DE102018101372B4
Application number: DE102018101372.8A
Authority: DE
Inventors: Naoki Ueda; Katsuki IMAI
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-02-10
Filing date: 2018-01-23
Publication date: 2021-07-29
Anticipated expiration: 2038-01-24
Also published as: DE102018101372A1; US10654226B2; JP2018128116A; JP6652087B2; US20180229449A1

Abstract

Gastank (500), umfassend:eine Auskleidung (100), die eine hohlzylindrische Form aufweist; undeine faserverstärkte Harzschicht (200), die außerhalb der Auskleidung gebildet ist und ein mit Harz imprägniertes Faserbündel beinhaltet, wobeidie faserverstärkte Harzschicht beinhaltet:eine erste Schicht (210), die an einem Außenumfang der Auskleidung gebildet ist und ein erstes Faserbündel (10f) beinhaltet; undeine zweite Schicht (260), die außerhalb der ersten Schicht gebildet ist und ein zweites Faserbündel (10s) beinhaltet, wobei:die erste Schicht (210) mehrere Schichten (Schicht a bis Schicht i) beinhaltet, die eine innere Schicht (Schicht a bis Schicht g) sowie eine äußere Schicht (Schicht h und Schicht i) beinhalten, wobeidie innere Schicht (Schicht a bis Schicht g) näher an der Auskleidung ist als die äußere Schicht (Schicht h und Schicht i),die äußere Schicht (Schicht h und Schicht i) außerhalb der inneren Schicht ist, unddie äußere Schicht (Schicht h und Schicht i) eine Schicht beinhaltet, die einen beabstandeten Bereich hat, in dem das erste Faserbündel derart gewickelt ist, dass die benachbarten Abschnitte des ersten Faserbündels voneinander beabstandet sind,die zweite Schicht einen überlappenden Bereich hat, in dem das zweite Faserbündel derart gewickelt ist, dass Abschnitte des zweiten Faserbündels, die in einer zu einer Mittelachse der Auskleidung parallelen Richtung benachbart sind, einander überlappen, undder überlappende Bereich der zweiten Schicht in den beabstandeten Bereich der äußeren Schicht eintritt.

Description

HINTERGRUND
Gebiet
Die folgende Offenbarung betrifft einen Gastank und ein Verfahren zur Herstellung des Gastanks.
Verwandter Stand der Technik
Gemäß der japanischen Patentanmeldung JP 2009- 216 133 A wird zur Herstellung eines Gastanks, der eine um einen Liner bzw. eine Auskleidung vorgesehene Verstärkungsschicht aufweist, ein mit Harz imprägniertes Faserbündel um die Auskleidung gewickelt und das Harz sodann mit Wärme ausgehärtet. Dadurch wird die aus dem faserverstärkten Harz hergestellte Verstärkungsschicht gebildet.
Während des Aushärtens des Harzes mit Wärme wird das dem Faserbündel zugesetzte Harz erst einmal erweicht, um an eine Oberfläche des Gastanks (Verstärkungsschicht) zu dringen. Auf diese Weise wird ein aus dem Harz hergestellter Harzbeschichtungsfilm auf der Oberfläche der Verstärkungsschicht gebildet. Das Enthaltensein des Faserbündels in der Verstärkungsschicht erlaubt es Gas, durch eine Lücke in dem Faserbündel in der Verstärkungsschicht hindurchzutreten, um so aus der Auskleidung heraus zu gelangen. Hingegen verhindert die Abwesenheit eines Faserbündels in dem Harzbeschichtungsfilm ein Durchdringen von Gas. Wenn Gas in diesem Zustand in den Gastank gefüllt wird, dann tritt das Gas aus dem Inneren des Gastanks aus, durchquert die Auskleidung und die Verstärkungsschicht und sammelt sich zwischen der Verstärkungsschicht und dem Harzbeschichtungsfilm an, wodurch ein gasgefülltes Teil herbeigeführt wird. Wenn das gasgefüllte Teil reißt, dann entsteht ein ungewöhnliches Geräusch. Ferner verschlechtert eine durch das Reißen des gasgefüllten Teils bewirkte Fehlstelle das Erscheinungsbild. Gemäß der JP 2009 - 216 133 A ist zum Verringern des Auftretens eines solchen gasgefüllten Teils ein Pfad zwischen dem Liner bzw. der Auskleidung und der Verstärkungsschicht gebildet. Vor Verwendung des Gastanks wird Gas in den Pfad eingeleitet, um einen Riss in dem Harzbeschichtungsfilm zu erzeugen, wodurch das aus dem Gastank austretende Gas veranlasst wird, zum Äußeren des Gastanks zu entweichen. Dieses Verfahren ist leider mit hohem Fertigungsaufwand verbunden, darunter einem Schritt zum Bilden des Pfades zwischen der Auskleidung und der Verstärkungsschicht und einem Schritt des Einströmenlassens von Gas. Daher ist ein einfacheres Verfahren zum Verhindern des Auftretens eines gasgefüllten Teils erwünscht.
Ein Gastank sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Gastanks sind ferner aus der WO 2015 / 162 994 A1 (siehe auch die hieraus hervorgegangene EP 3 135 981 A1 ) bekannt. Weiterer Stand der Technik findet sich in der JP 2014 - 218 031 A sowie der US 2014/0 131 365 A1 .
KURZFASSUNG
Die vorliegende Offenbarung wurde getätigt, um zumindest einige der oben beschriebenen Probleme zu lösen, und ist in Form der folgenden Aspekte ausführbar.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Gastank mit den Merkmalen das Anspruchs 1 vorgeschlagen. Der Gastank umfasst: eine Auskleidung, die eine hohlzylindrische Form aufweist; und eine faserverstärkte Harzschicht, die außerhalb der Auskleidung gebildet ist und ein mit Harz imprägniertes Faserbündel beinhaltet. Die faserverstärkte Harzschicht beinhaltet: eine erste Schicht, die an einem Außenumfang der Auskleidung gebildet ist und ein erstes Faserbündel beinhaltet; und eine zweite Schicht, die außerhalb der ersten Schicht gebildet ist und ein zweites Faserbündel beinhaltet. Die erste Schicht beinhaltet mehrere Schichten, die eine innere Schicht sowie eine äußere Schicht beinhalten, wobei die innere Schicht näher an der Auskleidung ist als die äußere Schicht, die äußere Schicht außerhalb der inneren Schicht ist, und die äußere Schicht eine Schicht beinhaltet, die einen beabstandeten Bereich hat, in dem das erste Faserbündel derart gewickelt ist, dass die benachbarten Abschnitte des ersten Faserbündels voneinander beabstandet sind. Die zweite Schicht hat einen überlappenden Bereich, in dem das zweite Faserbündel derart gewickelt ist, dass Abschnitte des zweiten Faserbündels, die in einer zu einer Mittelachse der Auskleidung parallelen Richtung benachbart sind, einander überlappen. Der überlappende Bereich der zweiten Schicht tritt in den beabstandeten Bereich der äußeren Schicht ein.
Zum Aushärten von Harz mit Wärme wird das Harz erst einmal erweicht und dann ausgehärtet. Gemäß diesem Aspekt enthält der Bereich, in dem die Abschnitte des zweiten Faserbündels einander überlappen, mehr Fasern als ein Bereich ohne eine Überlappung. Wenn das Harz erweicht wird, dringt das Harz in dem Bereich mit der Überlappung somit schwerlich in Richtung einer Oberfläche des Gastanks vor. Infolgedessen wird in dem Bereich, in dem die Abschnitte des zweiten Faserbündels einander überlappen, die Dicke des Harzes außerhalb der zweiten Schicht verringert. Wenn der Gastank anschließend in einem an dem Gastank durchgeführten Dehnversuch mit Gas befüllt wird, wird in diesem Bereich mit dem dünnen Harz ein Riss verursacht, so dass das Gas durch den Riss freigesetzt wird. Infolgedessen ist die Entstehung eines gasgefüllten Teils unwahrscheinlich. Dadurch entfällt ein Schritt des Bildens eines Pfades zwischen der Auskleidung und der ersten Schicht, so dass die Bildung eines gasgefüllten Teils auf einfachere Weise verhindert wird. Ferner ist die Entstehung eines ungewöhnlichen Geräuschs bedingt durch ein Reißen eines gasgefüllten Teils unwahrscheinlich, und das Erscheinungsbild des Gastanks wird nicht verschlechtert.
Dieser Aspekt sieht zudem die Schicht vor, in der das erste Faserbündel derart gewickelt ist, dass eine Lücke in dem ersten Faserbündel gebildet ist. Dies bewirkt, dass der Bereich, in dem die Abschnitte des zweiten Faserbündels einander überlappen, ohne Weiteres in die Lücke eintritt, so dass eine Oberfläche der zweiten Schicht ohne Weiteres geebnet wird.
Dieser Aspekt erreicht weiter eine Verstärkung der Auskleidung an der inneren Schicht. Da das erste Faserbündel in der äußeren Schicht ferner unter Ausbildung der Lücke in dem ersten Faserbündel gewickelt ist, tritt der Bereich in der zweiten Schicht, in dem die Abschnitte des zweiten Faserbündels einander überlappen, ohne Weiteres in die Lücke in dem ersten Faserbündel ein. Infolgedessen wird die Oberfläche des Gastanks ohne Weiteres geebnet.
In dem oben beschriebenen Aspekt kann die äußere Schicht eine Schicht beinhalten, in der Harz in dem ersten Faserbündel einen größeren Volumenanteil aufweist als das Harz in dem ersten Faserbündel in der inneren Schicht.
Dieser Aspekt erreicht eine Verstärkung der Auskleidung an der inneren Schicht. Ferner beinhaltet die äußere Schicht die Schicht, in der das Harz in dem ersten Faserbündel einen größeren Volumenanteil aufweist als das Harz in dem ersten Faserbündel in der inneren Schicht. Dies erlaubt ein Erweichen der äußeren Schicht. Infolgedessen tritt der Bereich in der zweiten Schicht, in dem die Abschnitte des zweiten Faserbündels einander überlappen, ohne Weiteres in die Lücke in dem ersten Faserbündel ein, so dass die Oberfläche des Gastanks ohne Weiteres geebnet wird.
In dem oben beschriebenen Aspekt kann die äußere Schicht eine spiralförmige Schicht beinhalten, in der das erste Faserbündel durch Spiralwickeln gewickelt ist.
In diesem Aspekt ist die äußere Oberfläche unter der zweiten Schicht eine spiralförmige Schicht, die durch Wickeln des ersten Faserbündels durch Spiralwickeln gebildet ist. In der spiralförmigen Schicht bewegt sich das erste Faserbündel ohne Weiteres in einer Umfangsrichtung. Dies veranlasst das zweite Faserbündel, ohne Weiteres in die Lücke in dem ersten Faserbündel einzutreten, so dass die Oberfläche des Gastanks ohne Weiteres geebnet wird.
In dem oben beschriebenen Aspekt kann das erste Faserbündel aus Carbonfasern gebildet sein, und das zweite Faserbündel kann aus Glasfasern gebildet sein.
In diesem Aspekt ist das Faserbündel in der ersten Schicht aus Carbonfasern hoher Festigkeit gebildet. Dadurch wird eine zuverlässigere Verstärkung des Gastanks erreicht. Ferner sind für die zweite Schicht, die keine sehr hohe Festigkeit aufweisen muss, Glasfasern verwendbar, die kostengünstiger sind als Carbonfasern.
In dem oben beschriebenen Aspekt kann ferner ein Etikett zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht vorgesehen sein. Ein Prozentsatz einer Überlappung zwischen den benachbarten Abschnitten des zweiten Faserbündels in der zweiten Schicht kann an einer Stelle über dem Etikett größer sein als an einer von der Stelle über dem Etikett verschiedenen Stelle.
In diesem Aspekt ist der Überlappungsprozentsatz an einer Stelle über dem Etikett größer als an einer von der Stelle über dem Etikett verschiedenen Stelle. Dies ermöglicht es, die Wahrscheinlichkeit eines vorsätzlichen Überschreibens des Etiketts zu verringern.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Gastanks mit den Merkmalen des Anspruchs 6 angegeben. Das Verfahren umfasst die Schritte: einen Schritt (a) des Erstellens einer Auskleidung, die eine hohlzylindrische Form aufweist; einen Schritt (b) des Bildens einer ersten Schicht, die mehrere Schichten beinhaltet, durch Wickeln eines mit Harz imprägnierten ersten Faserbündels um einen Außenumfang der Auskleidung, wobei der Schritt des Bildens der ersten Schicht beinhaltet: einen Schritt (b-1) des Bildens einer inneren Schicht, und einen Schritt (b-2) des Bildens einer äußeren Schicht, wobei die innere Schicht näher an der Auskleidung ist als die äußere Schicht, die äußere Schicht außerhalb der inneren Schicht ist, und wobei, in dem Schritt (b-2) des Bildens der äußeren Schicht, das erste Faserbündel derart gewickelt wird, dass ein beabstandeter Bereich der äußeren Schicht gebildet wird, in dem benachbarte Abschnitte des ersten Faserbündels durch eine Lücke voneinander beabstandet sind; einen Schritt (c) des Bildens einer zweiten Schicht durch Wickeln eines mit Harz imprägnierten zweiten Faserbündels um die Auskleidung mit dem gewickelten ersten Faserbündel derart, dass Abschnitte des zweiten Faserbündels einander in einer zu einer Mittelachse der Auskleidung parallelen Richtung in einem einen überlappenden Bereich überlappen; einen Schritt (d) des Veranlassens des überlappenden Bereichs der zweiten Schicht, in den beabstandeten Bereich der äußeren Schicht einzutreten; und einen Schritt (e) des Aushärtens des Harzes.
Zum Aushärten von Harz mit Wärme wird das Harz erst einmal erweicht und dann ausgehärtet. Gemäß diesem Aspekt enthält der Bereich, in dem die Abschnitte des zweiten Faserbündels einander überlappen, mehr Fasern als ein Bereich ohne eine Überlappung. Wenn das Harz erweicht wird, dringt das Harz in dem Bereich mit der Überlappung somit schwerlich in Richtung einer Oberfläche des Gastanks vor. Infolgedessen wird in dem Bereich, in dem die Abschnitte des zweiten Faserbündels einander überlappen, die Dicke des Harzes außerhalb der zweiten Schicht verringert. Wenn der Gastank anschließend in einem an dem Gastank durchgeführten Dehnversuch mit Gas befüllt wird, dann wird in diesem Bereich mit dem dünnen Harz ein Riss verursacht, so dass das Gas durch den Riss freigesetzt wird. Infolgedessen ist die Entstehung eines gasgefüllten Teils unwahrscheinlich. Dadurch entfällt ein Schritt des Bildens eines Pfades zwischen der Auskleidung und der ersten Schicht, so dass die Bildung eines gasgefüllten Teils auf einfachere Weise verhindert wird. Ferner ist die Entstehung eines ungewöhnlichen Geräuschs bedingt durch ein Reißen eines gasgefüllten Teils unwahrscheinlich, und das Erscheinungsbild des Gastanks wird nicht verschlechtert.
Die vorliegende Offenbarung ist in verschiedenen Aspekten ausführbar. Diese Aspekte beinhalten beispielsweise einen Gastank und ein Verfahren zur Herstellung des Gastanks.
Figurenliste

1 ist eine Schnittansicht, die die Ausgestaltung eines Gastanks im Umriss zeigt;
2 ist eine erläuternde Ansicht, die ein Beispiel für eine Faden- bzw. Filamentwickelvorrichtung zeigt;
3 ist eine erläuternde Ansicht, die beispielhafte Wickelweisen eines Faserbündels um eine Auskleidung zeigt;
4 ist eine erläuternde Ansicht, die beispielhafte Wickelweisen eines ersten Faserbündels in einer Verstärkungsschicht zeigt;
5 ist eine schematische Ansicht, die den Querschnitt eines geraden Abschnitts zeigt, bevor die Verstärkungsschicht und eine Oberflächenschicht mit Wärme ausgehärtet werden;
6 ist eine erläuternde Ansicht, die eine Aushärtvorrichtung zum Aushärten von Harz zeigt;
7 ist eine erläuternde Ansicht, die eine Veränderung des Zustands der Oberflächenschicht ab dem Aushärten von Harz mit Wärme bis zum Befüllen mit Gas zeigt;
8 ist eine erläuternde Ansicht, die eine andere Ausführungsform des Härtens mit Wärme zeigt;
9 ist eine erläuternde Ansicht, welche die Ausgestaltung eines Gastanks gemäß einer zweiten Ausführungsform im Umriss zeigt; und
10 ist ein Prozessdiagramm, das Schritte der Herstellung des Gastanks zeigt.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Erste Ausführungsform
1 ist eine Schnittansicht, welche die Ausgestaltung eines Gastanks 500 im Umriss zeigt. Der Gastank 500 weist eine Form gleich einem Zylinder auf. Im Wesentlichen kugelförmige Dom- bzw. Kuppelformen sind an axial gegenüberliegenden Enden des Zylinders gebildet. Der Gastank 500 beinhaltet einen Liner bzw. eine Auskleidung 100 und eine am Außenumfang der Auskleidung 100 gebildete faserverstärkte Harzschicht 200.
Die Auskleidung 100 weist eine hohlzylindrische Form auf. Die faserverstärkte Harzschicht 200 beinhaltet eine Verstärkungsschicht 210, welche der Auskleidung 100 näher ist, und eine Oberflächenschicht 260, welche sich außerhalb der Verstärkungsschicht 210 und näher an der Außenluft befindet. Die Verstärkungsschicht 210 ist eine erste Schicht, und die Oberflächenschicht 260 ist eine zweite Schicht. Die Verstärkungsschicht 210 beinhaltet ein aus Carbonfasern gebildetes Faserbündel. Die Oberflächenschicht 260 beinhaltet ein aus Glasfasern gebildetes Faserbündel. Das Faserbündel ist ein Bündel einer großen Anzahl von Fasern (Einzelfasern). Die Verstärkungsschicht 210 verstärkt die Auskleidung 100 von außen, um die Festigkeit des Gastanks 500 zu erhöhen. Die Oberflächenschicht 260 schützt die Verstärkungsschicht 210, um das Auftreten eines Kratzers in der Verstärkungsschicht 210 zu verhindern. Selbst das Auftreten eines Kratzers oder eines Risses in der Oberflächenschicht 260 beeinträchtigt nicht die Festigkeit des Gastanks 500, sofern in der Verstärkungsschicht 210 kein Kratzer oder Riss vorliegt.
Ein Mundstück 300 und ein Mundstück 310 sind an den gegenüberliegenden Enden des Gastanks 500 befestigt. Das Mundstück 300 weist ein Loch 305 auf, welches das Innere und das Äußere der Auskleidung 100 verbindet. Das Mundstück 310 weist ein Loch 315 auf. Das Loch 315 verbindet das Innere und das Äußere der Auskleidung 100 nicht. Alternativ kann das Mundstück 310, genau wie das Mundstück 300, ein Loch aufweisen, welches das Innere und das Äußere der Auskleidung 100 verbindet. In diesem Fall kann das Loch in dem Mundstück 310 durch ein Blockierelement verschlossen werden. Eine Komponente zum Befüllen des Gastanks 500 mit Gas oder zum Freisetzen des Gases aus dem Gastank 500 ist an dem Mundstück 300 befestigt. Die Mundstücke 300 und 310 werden an einer Befestigungswelle einer später beschriebenen Filamentwickelvorrichtung befestigt, wenn ein mit Harz imprägniertes Faserbündel um die Auskleidung 100 gewickelt wird. Die Mundstücke 300 und 310 werden für eine Drehung und Bewegung der Auskleidung 100 in verschiedenen Richtungen verwendet. Die hierin erwähnte Drehung beinhaltet eine Drehung um die Befestigungswelle und eine Drehung um eine Drehachse, die sich in einer zu der Befestigungswelle vertikalen Richtung erstreckt. Die hierin erwähnte Bewegung beinhaltet eine Bewegung in der Richtung der Befestigungswelle und eine Bewegung in einer zu der Befestigungswelle vertikalen Richtung.
2 ist eine erläuternde Ansicht, die ein Beispiel für eine Filamentwickelvorrichtung 1000 zeigt. Die Filamentwickelvorrichtung 1000 dient zum Wickeln eines mit Harz imprägnierten Faserbündels 10 um die Auskleidung 100. Die Filamentwickelvorrichtung 1000 ist zum Umwickeln der Auskleidung 100 mit einem Faserbündel für die Verstärkungsschicht 210 unter Verwendung eines ersten Faserbündels 10f als das zuzuführende Faserbündel sowie zum Wickeln eines Faserbündels für die Oberflächenschicht 260 unter Verwendung eines zweiten Faserbündels 10s als das zuzuführende Faserbündel 10 verwendbar.
Die Filamentwickelvorrichtung 1000 beinhaltet: eine Abgabespule 12a, eine Abgabespule 12b, eine Abgabespule 12c und eine Abgabespule 12d; eine Weiterleitungsrolle 14a, eine Weiterleitungsrolle 14b, eine Weiterleitungsrolle 14c, eine Weiterleitungsrolle 14d und eine Weiterleitungsrolle 16; einen Tänzer 18; einen aktiven Tänzer 20; eine Weiterleitungsrolle 22, eine Weiterleitungsrolle 24 und eine Weiterleitungsrolle 26; ein Faserkonvergenzwerkzeug 28; eine Faserzuführvorrichtung 30; eine Befestigungswelle 40; und eine Steuerung 50.
Ein vorimprägnierter Faserstrang bzw. Tow-prepreg 10a, ein Tow-prepreg 10b, ein Tow-prepreg 10c und ein Tow-prepreg 10d sind um die Abgabespulen 12a, 12b, 12c bzw. 12d gewickelt. Die Abgabespulen 12a, 12b, 12c und 12d fungieren als Zuführvorrichtungen zum Zuführen der Tow-prepregs 10a, 10b, 10c bzw. 10d. Jeder der Tow-prepregs 10a, 10b, 10c bzw. 10d ist durch Imprägnieren eines Faserbündels, das etwa zwanzigtausend bis fünfzigtausend Einzelfasern enthält, mit Harz wie etwa Epoxidharz gebildet. Die Tow-prepregs 10a, 10b, 10c und 10d können die gleiche Anzahl von Einzelfasern oder Einzelfasern in verschiedener Anzahl aufweisen. Das Faserbündel in jedem der Tow-prepregs 10a, 10b, 10c und 10d ist ein aus Carbonfasern gebildetes Faserbündel, wenn es zum Bilden der Verstärkungsschicht 210 gewickelt wird, und ist ein aus Glasfasern gebildetes Faserbündel, wenn es zum Bilden der Oberflächenschicht 260 gewickelt wird. Das Faserbündel kann Fasern enthalten, die von Carbonfasern und Glasfasern verschieden sind. Ferner kann ein von Epoxidharz verschiedenes Harz verwendet werden. Ein aus jeder der Spulen 12a, 12b, 12c und 12d zuzuführendes Faserbündel kann nicht mit Harz imprägniert sein. In diesem Fall kann dieses Faserbündel durch Tauchen in ein Harzbad, das auf der Strecke hin zu der Faserzuführvorrichtung 30 vorgesehen ist, mit Harz imprägniert werden.
Die Weiterleitungsrollen 14a, 14b, 14c, 14d, 16, 22, 24 und 26 werden zum Übertragen der Tow-prepregs 10a, 10b, 10c und 10d verwendet. Die Weiterleitungsrollen 14a, 14b, 14c und 14d in einer ersten Stufe sind jeweils eigenständig für die Tow-prepregs 10a, 10b, 10c bzw. 10d vorgesehen. Die Weiterleitungsrollen 16, 22, 24 und 26 in einer zweiten Stufe und deren nachfolgenden Stufen sind nicht jeweils eigenständig für die Tow-prepregs 10a, 10b, 10c und 10d vorgesehen, sondern sind zur gemeinsamen Verwendung vorgesehen.
Der Tänzer 18 weist einen Zylinder 19 auf, der auf einen vorbestimmten Druck eingestellt ist. Der aktive Tänzer 20 weist eine Spulenwelle 21 auf. Der aktive Tänzer 20 bewegt die Spulenwelle 21 derart, dass der Tänzer 18 in eine horizontale Position gebracht wird, wodurch die Spannung jedes der Tow-prepregs 10a, 10b, 10c und 10d angepasst wird. Der vorbestimmte Druck entspricht einer Spannung, die zum Wickeln des Faserbündels 10 um die Auskleidung 100 aufgebracht wird. Wie später beschrieben, variiert eine zum Wickeln eines Faserbündels aufzubringende Spannung zwischen den Schichten. Das Faserkonvergenzwerkzeug 28 richtet die vier Tow-prepregs 10a, 10b, 10c und 10d aus, damit die vier Tow-prepregs 10a, 10b, 10c und 10d ohne Weiteres konvergieren.
Die Faserzuführvorrichtung 30 veranlasst die vier Tow-prepregs 10a, 10b, 10c und 10d, in ein Faserbündel 10 zu konvergieren, und führt der Auskleidung 100 das eine Faserbündel 10 als ein Wickelziel zu. Das aus der Konvergenz resultierende Faserbündel 10 weist eine bandartige Form mit beispielsweise einer Breite von etwa 5 bis etwa 20 mm und einer Dicke von etwa 0,4 bis etwa 0,8 mm auf. Die Breite und die Dicke des Faserbündels 10 betragen typischerweise 16 mm bzw. 0,6 mm. Die Position der Faserzuführvorrichtung 30 relativ zu der Auskleidung 100 ist auf eine Weise beweglich, die von der Position der Auskleidung 100 und der Stelle der Auskleidung 100, an der das Faserbündel 10 zu wickeln ist, abhängt. Wenn ein Faserbündel für die Verstärkungsschicht 210 und ein Faserbündel für die Oberflächenschicht 260 voneinander zu unterscheiden sind, wird das Faserbündel für die Verstärkungsschicht 210 das „erste Faserbündel 10f“ genannt, und das Faserbündel für die Oberflächenschicht 260 wird das „zweite Faserbündel 10s“ genannt.
Die Befestigungswelle 40 ist an den Mundstücken 300 und 310 der Auskleidung 100 befestigt. Die Befestigungswelle 40 fungiert als eine Drehachse, wenn die Auskleidung 100 von einer in den Zeichnungen nicht gezeigten Antriebsvorrichtung um die Befestigungswelle 40 gedreht wird. Die Befestigungswelle 40 erlaubt eine Drehung der Auskleidung 100 um eine zu der Achsrichtung der Befestigungswelle 40 vertikale Achse. Die Befestigungswelle 40 erlaubt ferner eine Bewegung der Auskleidung 100 in der Richtung der Befestigungswelle 40 und erlaubt eine Bewegung der Auskleidung 100 in einer zu der Befestigungswelle 40 vertikalen Richtung. Diese Drehungen und Bewegungen verwirklichen ein später zu beschreibendes Reifenwickeln („Hoop Winding“) und Spiralwickeln.
Die Steuerung 50 steuert einen Betrieb des aktiven Tänzers 20, eine Bewegung der Faserzuführvorrichtung 30 sowie eine Bewegung und Drehung der Auskleidung 100.
3 ist eine erläuternde Ansicht, die beispielhafte Wickelweisen eines Faserbündels um die Auskleidung 100 zeigt. In dieser Ausführungsform ist das Faserbündel 10 (erstes Faserbündel 10f oder zweites Faserbündel 10f) auf zwei Arten, Reifenwickeln und Spiralwickeln, um die Auskleidung 100 gewickelt. Ein Faserbündel 10 kann auf eine von Reifenwickeln und Spiralwickeln verschiedene Art und Weise um die Auskleidung 100 gewickelt sein. Die Auskleidung 100 beinhaltet einen geraden Abschnitt 110 einer im Wesentlichen zylindrischen Form und einen halbkugelförmigen Dom- bzw. Kuppelabschnitt 120 sowie einen halbkugelförmigen Dom- bzw. Kuppelabschnitt 125 auf gegenüberliegenden Seiten des geraden Abschnitts 110. Reifenwickeln ist eine Wickelweise, bei der das Faserbündel 10 entlang des Umfangs des geraden Abschnitts 110 der Auskleidung 100 in eine Kreisform gewickelt wird. Mit anderen Worten ist Reifenwickeln eine Wickelweise, bei der das Faserbündel 10 um eine Mittelachse gewickelt wird, die sich in der Achsrichtung des Zylinders der Auskleidung 100 erstreckt. Reifenwickeln wird auch „Parallelwickeln“ genannt. Spiralwickeln ist eine Wickelweise, bei der ein Faserbündel ausgehend von dem Kuppelabschnitt 120 der Auskleidung 100 derart gewickelt wird, dass es den anderen Kuppelabschnitt 125 über den geraden Abschnitt 110 erreicht. Mit anderen Worten ist Spiralwickeln eine Wickelweise, bei der das Faserbündel um eine Mittelachse gewickelt wird, die sich in einer zu der Achse des Zylinders der Auskleidung 100 vertikalen Richtung erstreckt. Das in 3 gezeigte Spiralwickeln ist ein Niedrigwinkel-Spiralwickeln und wird auch „Etikettenwicklung“ genannt.
4 ist eine erläuternde Ansicht, die beispielhafte Wickelweisen des ersten Faserbündels 10f in der Verstärkungsschicht 210 zeigt. Die Verstärkungsschicht 210 beinhaltet neun Schichten von einer Schicht a bis zu einer Schicht i. Schichten von der Schicht a bis zu einer Schicht g entsprechen einer inneren Schicht, wohingegen eine Schicht h und die Schicht i einer äußeren Schicht entsprechen. Die äußere Schicht ist außerhalb der inneren Schicht gebildet. Die Schicht a beinhaltet, von der Auskleidung 100 aus gesehen, Schichten von einer ersten Schicht bis zu einer (n1)-ten Schicht. Die Schicht a ist durch Spiralwickeln gebildet. Eine durch Spiralwickeln gebildete Schicht wird eine „spiralförmige Schicht“ genannt. Die Schicht a weist einen Bedeckungsanteil von etwa 100% auf. Eine während des Wickelns des ersten Faserbündels 10f zum Bilden der Schicht a aufgebrachte Spannung beträgt etwa 5 bis etwa 15 N. Ein Bedeckungsanteil ist ein Index, der ein Volumen angibt, das von dem ersten Faserbündel 10f bezogen auf das Raumvolumen, in dem das erste Faserbündel 10f zu wickeln ist, belegt wird. Ein Bedeckungsanteil von 100% bedeutet, dass das erste Faserbündel 10f eng gewickelt ist. Der Bedeckungsanteil wird später im Detail beschrieben. Die in 4 gezeigten Zahlen n1 bis n9 sind ganze Zahlen. Die folgende Beziehung gilt zwischen diesen Zahlen: n1 ist größer gleich 1, und n1 < n2 < n3 < n4 < n5 < n6 < n7 < n8 < n9. Falls n1 = 1, dann beinhaltet die Schicht a lediglich eine Schicht.
Die Schicht b beinhaltet, von der Auskleidung 100 aus gesehen, Schichten von einer (n1+1)-ten Schicht bis zu einer (n2)-ten Schicht. Die Schicht b ist durch Reifenwickeln gebildet. Die durch Reifenwickeln gebildete Schicht wird auch eine „Reifenschicht“ genannt. Die Schicht b weist einen Bedeckungsanteil von etwa 100% auf. Eine während des Wickelns des ersten Faserbündels 10f zum Bilden der Schicht b aufgebrachte Spannung beträgt etwa 15 bis etwa 70 N. Die Schichten von der Schicht c bis zur Schicht g werden nicht beschrieben. Die innere Schicht (von der Schicht a bis zur Schicht g) weist einen Bedeckungsanteil von im Wesentlichen 100% auf und ist zum Verstärken der Auskleidung 100 verwendbar.
Die Schicht h beinhaltet, von der Auskleidung 100 aus gesehen, Schichten von einer (n7+1)-ten Schicht bis zu einer (n8)-ten Schicht. Die Schicht h ist durch Schraubenwickeln derart gebildet, dass Abschnitte des ersten Faserbündels 10f, die in einer Richtung des Wickelns um die Mittelachse der Auskleidung 100 benachbart sind, durch eine Lücke voneinander beabstandet sind. Die Schicht h weist einen Bedeckungsanteil von etwa 75% auf. Eine während des Wickelns des ersten Faserbündels 10f zum Bilden der Schicht h aufgebrachte Spannung beträgt etwa 15 bis etwa 30 N. Ein Bedeckungsanteil von 75% bedeutet, dass das erste Faserbündel 10f unter Ausbildung einer Lücke in dem ersten Faserbündel 10f gewickelt ist, und dass das Raumvolumen, in dem das erste Faserbündel 10f gewickelt ist, das erste Faserbündel 10f, welches 75% des Volumens belegt, und eine Lücke, welche 25% des Volumens belegt, beinhaltet. Die äußere Schicht beinhaltet die Schicht h, die durch Wickeln des ersten Faserbündels 10f unter Ausbildung einer Lücke in dem ersten Faserbündel 10f gebildet ist.
Die Schicht i beinhaltet, von der Auskleidung 100 aus gesehen, Schichten von einer (n8+1)-ten Schicht bis zu einer (n9)-ten Schicht. Die Schicht i fungiert zum Fixieren der Form der Oberfläche der Verstärkungsschicht 210 und ist durch Reifenwickeln gebildet. Die Schicht i weist einen Bedeckungsanteil von etwa 100% auf. Eine während des Wickelns des ersten Faserbündels 10f zum Bilden der Schicht i aufgebrachte Spannung beträgt etwa 50 bis etwa 70 N. Die Schicht i kann eine einzelne Schicht sein. In diesem Fall gilt n9 = n8 + 1. Die Schicht i kann entfallen.
5 ist eine schematische Ansicht, welche den Querschnitt des geraden Abschnitts 110 zeigt, bevor die Verstärkungsschicht 210 und die Oberflächenschicht 260 mit Wärme ausgehärtet werden. In 5 sind aus dem ersten Faserbündel 10f Schichten von der Schicht a bis zur Schicht h gebildet. Die Schichten von der Schicht a bis zur Schicht f sind jeweils aus einer einzelnen Schicht oder aus mehreren Schichten gebildet. Zur Vereinfachung der Darstellung sind diese Schichten jedoch einfach als eine einzelne Schicht veranschaulicht.
Der Bedeckungsanteil wird basierend auf dem Anteil des ersten Faserbündels 10f in einem Querschnitt S1 von 5, der mehrere in einer Stapelrichtung des ersten Faserbündels 10f angeordnete Schichten beinhaltet, berechnet. Der Querschnitt S1 ist ein Wert über einen Querschnitt an dem geraden Abschnitt 110 und kein Querschnitt an jedem der Kuppelabschnitte 120 und 125 in 3. Die Anordnung des ersten Faserbündels 10f an dem geraden Abschnitt 110 ist einfacher als an jedem der Kuppelabschnitte 120 und 125, so dass der Bedeckungsanteil an dem geraden Abschnitt 110 leichter zu berechnen ist als jener an jedem der Kuppelabschnitte 120 und 125. Aus diesem Grund wird der Bedeckungsanteil basierend auf der Wickelweise des ersten Faserbündels 10f an dem geraden Abschnitt 110 berechnet. Unter der Annahme, dass die Breite des ersten Faserbündels 10f W1 ist, wird das erste Faserbündel 10f in der Schicht h unter Ausbildung einer Lücke einer Größe WG1 in dem ersten Faserbündel 10f gewickelt. Somit wird der Bedeckungsanteil in der Schicht h als 100*W1/(W1 + WG1) (in Prozent) berechnet. Unter der Annahme, dass die Größe WG1 der Lücke etwa 33,3% der Breite W1 des ersten Faserbündels 10f beträgt, wird der Bedeckungsanteil auf etwa 75% bestimmt.
Die Oberflächenschicht 260 ist aus dem zweiten Faserbündel 10s gebildet und beinhaltet zwei Schichten, eine erste Oberflächenschicht 261 und eine zweite Oberflächenschicht 262. In dieser Ausführungsform beinhaltet die Oberflächenschicht 260 zwei Schichten. Alternativ kann die Oberflächenschicht 260 mehrere Schichten beinhalten, darunter drei oder mehr Schichten. In der Darstellung von 5 ist das zweite Faserbündel 10s in der Oberflächenschicht 260 derart gewickelt, dass Abschnitte des zweiten Faserbündels 10s, die in einer zu der Mittelachse der Auskleidung 100 parallelen Richtung benachbart sind, einander überlappen. Ein Bereich, in dem diese Abschnitte des zweiten Faserbündels 10s einander überlappen, wird ein erster Bereich 261a oder ein erster Bereich 262a genannt. Ein Überlappungsprozentsatz ist ein Index, der einen Grad einer Überlappung zwischen benachbarten Abschnitten des Faserbündels 10 angibt. In der Darstellung von 5 weist das zweite Faserbündel 10s, das die Oberflächenschicht 260 bildet, eine Breite W2 auf, und eine Überlappung zwischen benachbarten Abschnitten des zweiten Faserbündels 10s ist WL2. In diesem Fall ist der Überlappungsprozentsatz des zweiten Faserbündels 10s als 100*WL2/W2 (in Prozent) definiert. In der Darstellung von 5 beträgt der Überlappungsprozentsatz des zweiten Faserbündels 10s etwa 33,3%. In dieser Ausführungsform beträgt die Größe WG1 einer Lücke in dem ersten Faserbündel 10f typischerweise etwa 33,3% der Breite W1 des ersten Faserbündels 10f, und der Überlappungsprozentsatz des zweiten Faserbündels 10s beträgt typischerweise etwa 33,3% der Breite W2 des zweiten Faserbündels 10s. Indes kann die Größe WG1 einer Lücke in dem ersten Faserbündel 10f auf 5 bis 33,3% der Breite W1 des ersten Faserbündels 10f eingestellt werden. Ferner kann der Überlappungsprozentsatz auf 5 bis 33,3% der Breite W2 des zweiten Faserbündels 10s eingestellt werden. Dadurch werden die Schicht i und jeder der ersten Bereiche 261a und 262a in der Oberflächenschicht 260, in denen Abschnitte des zweiten Faserbündels 10s einander überlappen, veranlasst, ohne Weiteres in eine in der Schicht h der Verstärkungsschicht 210 gebildete Lücke einzutreten, so dass eine äußere Oberfläche der Oberflächenschicht 260 ohne Weiteres geebnet wird.
Wie unter Bezugnahme auf 4 beschrieben, ist eine zum Wickeln des ersten Faserbündels 10f zum Bilden der Schicht h aufgebrachte Spannung niedriger als eine zum Wickeln des ersten Faserbündels 10f zum Bilden der inneren Schicht aufgebrachte Spannung. Somit werden die Schicht i und der erste Bereich 261a und 262a in der Oberflächenschicht 260, in dem Abschnitte des zweiten Faserbündels 10s einander überlappen, dazu veranlasst, ohne Weitere in eine in der Schicht h der Verstärkungsschicht 210 gebildete Lücke einzutreten, so dass die äußere Oberfläche der Oberflächenschicht 260 ohne Weiteres geebnet wird.
In dieser Ausführungsform wird der Bedeckungsanteil des ersten Faserbündels 10f in der Schicht h auf unter 100% eingestellt, beispielsweise auf etwa 75%, wodurch die Schicht i und jeder der ersten Bereiche 261a und 262a, in denen Abschnitte des zweiten Faserbündels 10s einander überlappen, veranlasst werden, ohne Weiteres in eine in der Schicht h der Verstärkungsschicht 210 gebildete Lücke einzutreten. Dies kann auch durch Verringern der Windungen und der Dichte des zum Bilden der Schicht h zu wickelnden ersten Faserbündels 10f oder durch Erhöhen des Volumenanteils von Harz in dem ersten Faserbündel 10f erreicht werden.
Um die Schicht i und jeden der ersten Bereiche 261a und 262a, in denen Abschnitte des zweiten Faserbündels 10s einander überlappen, zu veranlassen, ohne Weiteres in eine in der Schicht h der Verstärkungsschicht 210 gebildete Lücke einzutreten, um die äußere Oberfläche der Oberflächenschicht 260 ohne Weiteres zu ebnen, kann während des Wickelns des ersten Faserbündels 10f zum Bilden der Schicht h mindestens eine der drei folgenden Vorgehensweisen befolgt werden: (a) Verringern des Bedeckungsanteils des ersten Faserbündels 10f im Vergleich zu dessen Bedeckungsanteil während des Wickelns zum Bilden der inneren Schicht (Schichten von der Schicht a bis zur Schicht g); (b) Verringern der Windungen und der Dichte des ersten Faserbündels 10f oder Erhöhen des Volumenanteils von Harz in dem ersten Faserbündel 10f; und (c) Verringern einer zum Wickeln des ersten Faserbündels 10f aufzubringenden Spannung im Vergleich zu einer Spannung, die zum Wickeln aufzubringen ist, um die innere Schicht zu bilden.
6 ist eine beispielhafte Ansicht, die eine Aushärtvorrichtung 600 zum Aushärten von Harz zeigt. Die Harzaushärtvorrichtung 600 ist eine Hohlform mit einem Gehäuse 610 zum darin Aufnehmen der Auskleidung 100 mit dem gewickelten Faserbündel 10 (erstes Faserbündel 10f oder zweites Faserbündel 10s) und mit Heizvorrichtungen 620 zum Erwärmen des Gehäuses 610. Die Größe des Gehäuses 610 ist im Wesentlichen gleich jener der Auskleidung 100 mit dem gewickelten Faserbündel 10. In dieser Ausführungsform ist die Auskleidung 100 mit dem gewickelten Faserbündel 10 in dem Gehäuse 610 aufgenommen und wird von den Heizvorrichtungen 620 erwärmt. Die Heizvorrichtungen 620 erwärmen die Auskleidung 100 auf eine Erweichungstemperatur von Harz, um zunächst das Harz in dem Faserbündel 10 zu erweichen. Die Erweichungstemperatur variiert zwischen Harzen und beträgt beispielsweise 50 bis 80 Grad C. Dann erwärmen die Heizvorrichtungen 620 die Auskleidung 100 auf eine Aushärttemperatur, um das Harz auszuhärten. Die Aushärttemperatur variiert zwischen Harzen und beträgt beispielsweise 130 bis 170 Grad C. Das Gehäuse 610 weist eine glatte Innenfläche auf, wodurch die zu bildende Oberfläche des Gastanks 500 geglättet wird (1).
7 ist eine erläuternde Ansicht, die eine Veränderung des Zustands der Oberflächenschicht 260 ab dem Aushärten von Harz mit Wärme bis zum Befüllen mit Gas zeigt. 7 zeigt nur die zweite Oberflächenschicht 262 als eine äußerste Schicht der Oberflächenschicht 260. Die Auskleidung 100 mit dem gewickelten zweiten Faserbündel 10s ist an dem ersten Bereich 262a in der zweiten Oberflächenschicht 262, in dem Abschnitte des ersten Faserbündels 10 einander überlappen, dick und ist an einem zweiten Bereich 262b, an dem Abschnitte des zweiten Faserbündels 10s einander nicht überlappen, dünner als an dem ersten Bereich 262a. Wenn die Auskleidung 100 in der Aushärtvorrichtung 600 aufgenommen wird und die Aushärtvorrichtung 600 dann geschlossen wird, dann wird der innere Bereich 262a mittels der Innenfläche des Gehäuses 610 gedrückt. Dies lässt eine Vorderfläche des ersten Bereichs 262a im Wesentlichen eben werden, so dass sich der erste Bereich 262a in Richtung der in 5 gezeigten Schicht h bewegt.
Als Nächstes wird Wärme zugeführt, um eine Temperatur innerhalb der Aushärtvorrichtung 600 auf die Erweichungstemperatur zu erhöhen. Dies erweicht das Harz in dem ersten Faserbündel 10f, das die Schichten von der ersten Schicht a bis zur Schicht h bildet, sowie das Harz in dem zweiten Faserbündel 10s, um das Harz in Richtung einer äußeren Oberfläche der zweiten Oberflächenschicht 262 vordringen zu lassen, wodurch eine Oberflächenharzschicht 270 gebildet wird. Der erste Bereich 262a ist dicker als der zweite Bereich 262b und enthält mehr Fasern als der zweite Bereich 262b. Somit durchquert das Harz dabei nicht ohne Weiteres den ersten Bereich 262a, so dass die vordringende Menge des Harzes gering ist. Infolgedessen ist eine Oberflächenharzschicht 270a auf der äußeren Oberfläche an dem ersten Bereich 262a dünner als eine Oberflächenharzschicht 270b auf der äußeren Oberfläche an dem zweiten Bereich 262b. Die äußere Oberfläche der Oberflächenharzschicht 270 wird infolge der ebenen Innenfläche der Aushärtvorrichtung 600 zu einer glatten Oberfläche ohne Unebenheiten. Dann führt die Aushärtvorrichtung 600 Wärme zu, um die Temperatur des Gehäuses 610 auf die Aushärttemperatur zu erhöhen, wodurch das Harz ausgehärtet wird. Als Nächstes wird die Aushärtvorrichtung 600 geöffnet und der Gastank 500 wird aus dem Gehäuse 610 entnommen und abgekühlt, womit die Bildung des Gastanks 500 abgeschlossen ist.
Als Nächstes wird eine Komponente zur Gasbefüllung an dem Mundstück 300 befestigt. Dann wird der Gastank 500 mit Gas befüllt und ein Dehnungsversuch wird an dem Gastank 500 durchgeführt. Während des Versuchs wird ein Druck innerhalb des Gastanks 500 erhöht, um einen Riss 271 in der dünnen Oberflächenharzschicht 270a zu bewirken. Wie oben beschrieben, dient die Oberflächenschicht 260 dazu, die Verstärkungsschicht 210 vor einem Kratzer, etc. zu schützen. Somit beeinträchtigt selbst das Auftreten des Risses 271 in der Oberflächenharzschicht 270 nicht die Festigkeit des Gastanks 500.
In dem Gastank 500 der ersten Ausführungsform ist das zweite Faserbündel 10s in der Oberflächenschicht 260 derart gewickelt, dass Abschnitte des zweiten Faserbündels 10s, die in einer zu der Mittelachse der Auskleidung 100 parallelen Richtung benachbart sind, einander überlappen. Jeder der ersten Bereiche 261a und 262a in der Oberflächenschicht 260, in denen diese Abschnitte des zweiten Faserbündels 10s einander überlappen, tritt in die Verstärkungsschicht 210 ein. Fasern in dem zweiten Faserbündel 10s sind in jedem der ersten Bereiche 261a und 262a in der Oberflächenschicht 260, in denen diese Abschnitte des zweiten Faserbündels 10s einander überlappen, dicht angeordnet. Dies erschwert ein Vordringen von Harz in Richtung einer Oberfläche, so dass die Dicke der Oberflächenharzschicht 270 verringert wird. In der resultierenden dünnen Oberflächenharzschicht 270a wird leicht ein Riss bewirkt. Selbst wenn Gas, das aus dem Gastank 500 austritt, zwischen die Oberflächenschicht 260 und die Oberflächenharzschicht 270 gelangt, wird das Auftreten eines gasgefüllten Teils durch das Vorhandensein des Risses 271 in der dünnen Oberflächenharzschicht 270a verhindert. Das Verhindern des Auftretens eines gasgefüllten Teils verhindert das Auftreten eines ungewöhnlichen Geräuschs bedingt durch ein Reißen eines gasgefüllten Teils oder eine Verschlechterung des Erscheinungsbildes des Gastanks bedingt durch eine Bruchstelle. Zusätzlich entsteht keine Notwendigkeit, einen Schritt des Bildens eines Pfades für ein Hindurchtreten eines Gases zwischen der Auskleidung 100 und der Verstärkungsschicht 210 auszuführen.
In der ersten Ausführungsform beinhaltet die Verstärkungsschicht 210 die innere Schicht (beispielsweise Schichten von der Schicht a bis zu der Schicht g), welche der Auskleidung 100 näher ist, und die äußere Schicht (beispielsweise Schicht h), welche der Oberflächenschicht 260 näher ist. In der äußeren Schicht (Schicht h) ist das erste Faserbündel 10f unter Ausbildung einer Lücke in dem ersten Faserbündel 10f gewickelt. Dadurch wird eine Verstärkung der Auskleidung 100 an der inneren Schicht (Schicht von der Schicht a bis zu der Schicht g) erreicht. Da ferner das erste Faserbündel 10f in der äußeren Schicht unter Ausbildung einer Lücke in dem ersten Faserbündel 10f gewickelt ist, tritt jeder der ersten Bereiche 261a und 262a in der Oberflächenschicht 260, in denen Abschnitte des zweiten Faserbündels 10s einander überlappen, ohne Weiteres in eine Lücke in dem ersten Faserbündel 10f in der äußeren Schicht ein. Infolgedessen wird die Oberfläche des Gastanks 500 ohne Weiteres geebnet. Der erste Bereich 262a, in dem die Abschnitte des zweiten Faserbündels 10s einander überlappen, wird während des Aushärtens von Harz mit der Innenfläche des Gehäuses 610 geebnet. Somit ist es nicht erforderlich, das erste Faserbündel 10f so zu wickeln, dass in dem ersten Faserbündel 10f eine Lücke gebildet wird.
In der ersten Ausführungsform ist die äußere Oberfläche (Schicht h) unter der Oberflächenschicht 260 eine spiralförmige Schicht, die durch Wickeln des ersten Faserbündels 10f durch Spiralwickeln unter Ausbildung einer Lücke in dem ersten Faserbündel 10f gebildet ist. In der spiralförmigen Schicht liegt das erste Faserbündel 10f an den beiden Kuppelabschnitten 120 und 125 auf. Ferner weist der gerade Abschnitt 110 eine lange axiale Länge auf, so dass das erste Faserbündel 10f veranlasst wird, sich ohne Weiteres in der Umfangsrichtung zu bewegen. Wenn somit eine radial in Richtung auf die Mitte wirkende Kraft von außerhalb des geraden Abschnitts 110 aufgebracht wird, dann tritt das zweite Faserbündel 10s in der Oberflächenschicht 260 ohne Weiteres in eine Lücke in dem ersten Faserbündel 10f in der Schicht h ein, so dass die Oberfläche des Gastanks 500 ohne Weiteres geebnet wird. Das erste Faserbündel 10f in der Schicht h kann durch eine andere Wickelweise als Spiralwickeln, wie beispielsweise Reifenwickeln, gewickelt sein.
In der ersten Ausführungsform ist das erste Faserbündel 10f in der Verstärkungsschicht 210 aus Carbonfasern hoher Festigkeit gebildet. Dadurch wird eine zuverlässigere Verstärkung des Gastanks 500 erreicht. Ferner sind für das zweite Faserbündel 10s in der Oberflächenschicht 260, die keine sehr hohe Festigkeit aufweisen muss, Glasfasern verwendbar, die kostengünstiger sind als Carbonfasern. Indes kann ein Faserbündel in der Oberflächenschicht 260 aus Carbonfasern gebildet sein.
In der ersten Ausführungsform ist in dem geraden Abschnitt 110 der Auskleidung 100 das erste Faserbündel 10f in der äußeren Schicht der Verstärkungsschicht 210 so gewickelt, dass es eine Lücke einer Größe von 5 bis 33,3% der Breite des ersten Faserbündels 10f bildet. Ferner ist das zweite Faserbündel 10s in der Oberflächenschicht 260 so gewickelt, dass es eine Überlappung mit einem Überlappungsprozentsatz von 5 bis 33,3% bildet. Somit wird der erste Bereich 262a in der Oberflächenschicht 260, in dem Abschnitte des zweiten Faserbündels 10s einander überlappen, veranlasst, ohne Weiteres in eine Lücke in dem ersten Faserbündel 10f in der Verstärkungsschicht 210 einzutreten. Infolgedessen wird die Oberfläche des Gastanks 500 ohne Weiteres geebnet.
Andere Ausführungsform
8 ist eine erläuternde Ansicht, die eine andere Ausführungsform des Aushärtens mit Wärme zeigt. In der ersten Ausführungsform ist die Auskleidung 100 mit dem gewickelten Faserbündel 10 (erstes Faserbündel 10f oder zweites Faserbündel 10f) in dem Gehäuse 610 der Aushärtvorrichtung 600 aufgenommen. Dann wird Harz in der Auskleidung 100 erweicht, um den ersten Bereich 262a, in dem Abschnitte des zweiten Faserbündels 10s einander überlappen, zu veranlassen, in die Verstärkungsschicht 210 einzutreten. Dann wird das Harz ausgehärtet. In einer anderen Ausführungsform wird, während die Auskleidung 100 mit dem gewickelten Faserbündel 10 von Heizvorrichtungen 750 auf eine Erweichungstemperatur erwärmt wird, die Oberfläche der Auskleidung 100 mit dem gewickelten Faserbündel 10 mit einer Walze 700 geglättet, um die Oberfläche zu ebnen. Konkret wird der erste Bereich 262a in der Oberflächenschicht 260, in dem Abschnitte des zweiten Faserbündels 10s einander überlappen, unter Verwendung der Walze 700 veranlasst, in die Verstärkungsschicht 210 einzutreten. Als Nächstes wird die Auskleidung 100 mit dem gewickelten Faserbündel 10 von den Heizvorrichtungen 750 auf eine Aushärttemperatur erwärmt, um das Harz auszuhärten. Dadurch wird eine Aushärtung des Harzes in dem Gastank 500 ohne Verwendung der Aushärtvorrichtung 600 erreicht. Während in dieser Ausführungsform die Walze 700 verwendet wird, kann die Walze 700 durch ein Ebnungswerkzeug wie etwa einen Spatel ersetzt werden. Alternativ kann durch Erhöhen einer zum Wickeln des zweiten Faserbündels 10s aufzubringenden Spannung jeder der ersten Bereiche 261a und 262a in der Oberflächenschicht 260, in denen Abschnitte des zweiten Faserbündels 10s einander überlappen, veranlasst werden, in eine Lücke in dem ersten Faserbündel 10f in der Verstärkungsschicht 210 einzutreten.
Zweite Ausführungsform
9 ist eine erläuternde Ansicht, welche die Ausgestaltung eines Gastanks gemäß einer zweiten Ausführungsform im Umriss zeigt. Ein Gastank 502 der zweiten Ausführungsform weist die gleiche Ausgestaltung wie jene der ersten Ausführungsform auf. 9 zeigt ein Etikett 550. Obzwar in der ersten Ausführungsform nicht beschrieben, ist das Etikett 550 auch an dem Gastank 500 der ersten Ausführungsform vorgesehen. Das Etikett 550 gibt ein Herstellungsdatum des Gastanks 502, ein Verwendbarkeitsdatum des Gastanks 502, einen Verwendungszweck des Gastanks 502, etc. an. Um ein Überschreiben des Etiketts 550 zu verhindern, ist das Etikett 550 zwischen der Verstärkungsschicht 210 und der Oberflächenschicht 260 angebracht. In der ersten Ausführungsform ist zum Bilden der Oberflächenschicht 260 nach Anbringen des Etiketts 550 der Anteil des ersten Bereichs 262a in der Oberflächenschicht 260, in dem Abschnitte des zweiten Faserbündels 10s einander überlappen (Überlappungsprozentsatz), im Wesentlichen konstant, ungeachtet dessen, ob der Überlappungsprozentsatz an einer Stelle über dem Etikett 550 bestimmt wird oder nicht. Hingegen unterscheidet sich die zweite Ausführungsform dahingehend von der ersten Ausführungsform, als zum Bilden der Oberflächenschicht 260 nach Anbringen des Etiketts 550 das zweite Faserbündel 10s in der Oberflächenschicht 260 derart gewickelt wird, dass der Anteil des ersten Bereichs 262a in der Oberflächenschicht 260, in dem Abschnitte des zweiten Faserbündels 10s einander überlappen (Überlappungsprozentsatz), an einer Stelle über dem Etikett 550 größer wird als an einer von der Stelle über dem Etikett 550 verschiedenen Stelle. Ein geringer Überlappungsprozentsatz kann ein Risiko eines Verschiebens des Faserbündels 10 zum Herbeiführen der Überschreibbarkeit des Etiketts 550 bewirken. In der zweiten Ausführungsform ist ein Prozentsatz einer Überlappung zwischen Abschnitten des zweiten Faserbündels 10s in der Oberflächenschicht 260 an einer Stelle über dem Etikett 550 größer als an einer von der Stelle über dem Etikett 550 verschiedenen Stelle. Dies ermöglicht es, die Wahrscheinlichkeit eines vorsätzlichen Überschreibens des Etiketts 550 im Vergleich zu der ersten Ausführungsform zu verringern.
10 ist ein Prozessdiagramm, das Schritte der Herstellung des Gastanks 500 zeigt. In Schritt S100 wird die Auskleidung 100 mit den Mundstücken 300 und 310 erstellt. In Schritt S110 werden die Mundstücke 300 und 310 an der Befestigungswelle 40 befestigt. Als Nächstes wickelt die Steuerung 50 das erste Faserbündel 10f und dreht dabei die Auskleidung 100 um die Befestigungswelle 40, wodurch die Schicht a gebildet wird. Die Schicht a wird durch Spiralwickeln gebildet. Zum Spiralwickeln bewegt die Steuerung 50 die Faserzuführvorrichtung 30 rasch in der Richtung der Befestigungswelle 40 und dreht dabei die Auskleidung 100. Beispielsweise bewegt die Steuerung 50 die Faserzuführvorrichtung 30 vor und zurück von dem Mundstück 300 zu dem anderen Mundstück 310 und dann zu dem Mundstück 300, bevor die Auskleidung 100 eine Umdrehung ausführt. Zwar bewegt die Steuerung 50 in dieser Ausführungsform die Faserzuführvorrichtung 30, doch kann die Steuerung 50 alternativ die Befestigungswelle 40 bewegen. Angesichts des hohen Gewichts der Auskleidung 100 ist jedoch ein Bewegen der Faserzuführvorrichtung 30 stärker zu bevorzugen.
In Schritt S120 bildet die Steuerung 50 die Schicht b. Die Schicht b wird durch Reifenwickeln gebildet. Zum Reifenwickeln dreht die Steuerung 50 die Auskleidung 100 und bewegt dabei die Faserzuführvorrichtung 30 langsam in der Richtung der Befestigungswelle 40. Beispielsweise veranlasst die Steuerung 50 die Auskleidung 100, mehrere Dutzend Umdrehungen oder mehr auszuführen, während sie die Faserzuführvorrichtung 30 von dem Mundstück 300 zu dem anderen Mundstück 310 bewegt. In Schritt S130 werden, genau wie den oben beschriebenen Schritten S110 und S120, Schichten von der Schicht c bis zu der Schicht g durch Befolgen der unter Bezugnahme auf 4 erläuterten Wickelweisen gebildet.
In Schritt S140 wird die Schicht h gebildet. Die Schicht h wird durch Spiralwickeln gebildet. Unter Berücksichtigung der Breite des ersten Faserbündels 10f steuert die Steuerung 50 die Drehgeschwindigkeit der Auskleidung 100 und die Bewegungsgeschwindigkeit der Faserzuführvorrichtung 30 derart, dass benachbarte Abschnitte des ersten Faserbündels 10f durch eine Lücke voneinander beabstandet sind. In Schritt S150 wird die Schicht i gebildet.
In Schritt S160 wird das Etikett 550 auf der Schicht i angebracht. Dieser Schritt kann entfallen, wenn das Etikett 550 nicht angebracht werden soll.
In Schritt S170 wird die Oberflächenschicht 260 unter Verwendung des zweiten Faserbündels 10s gebildet. Unter Berücksichtigung der Breite des zweiten Faserbündels 10s steuert die Steuerung 50 die Drehgeschwindigkeit der Auskleidung 100 und die Bewegungsgeschwindigkeit der Faserzuführvorrichtung 30 derart, dass benachbarte Abschnitte des zweiten Faserbündels 10s einander teilweise überlappen.
In Schritt S180 wird die Oberfläche des zweiten Faserbündels 10s geebnet. Dies veranlasst jeden der ersten Bereiche 261a und 262a in der Oberflächenschicht 260, in denen Abschnitte des zweiten Faserbündels 10s einander überlappen, in die Lücke in dem ersten Faserbündel 10f in der Verstärkungsschicht 210 einzutreten. In Schritt S190 wird Harz in dem Faserbündel 10 ausgehärtet, um die Bildung des Gastanks 500 zu vollenden. Die Schritte S180 und S190 können gleichzeitig ausgeführt werden. Nach Schritt S190 wird ein anschließender Schritt wie etwa ein Testschritt ausgeführt.

Claims

Gastank (500), umfassend: eine Auskleidung (100), die eine hohlzylindrische Form aufweist; und eine faserverstärkte Harzschicht (200), die außerhalb der Auskleidung gebildet ist und ein mit Harz imprägniertes Faserbündel beinhaltet, wobei die faserverstärkte Harzschicht beinhaltet: eine erste Schicht (210), die an einem Außenumfang der Auskleidung gebildet ist und ein erstes Faserbündel (10f) beinhaltet; und eine zweite Schicht (260), die außerhalb der ersten Schicht gebildet ist und ein zweites Faserbündel (10s) beinhaltet, wobei: die erste Schicht (210) mehrere Schichten (Schicht a bis Schicht i) beinhaltet, die eine innere Schicht (Schicht a bis Schicht g) sowie eine äußere Schicht (Schicht h und Schicht i) beinhalten, wobei die innere Schicht (Schicht a bis Schicht g) näher an der Auskleidung ist als die äußere Schicht (Schicht h und Schicht i), die äußere Schicht (Schicht h und Schicht i) außerhalb der inneren Schicht ist, und die äußere Schicht (Schicht h und Schicht i) eine Schicht beinhaltet, die einen beabstandeten Bereich hat, in dem das erste Faserbündel derart gewickelt ist, dass die benachbarten Abschnitte des ersten Faserbündels voneinander beabstandet sind, die zweite Schicht einen überlappenden Bereich hat, in dem das zweite Faserbündel derart gewickelt ist, dass Abschnitte des zweiten Faserbündels, die in einer zu einer Mittelachse der Auskleidung parallelen Richtung benachbart sind, einander überlappen, und der überlappende Bereich der zweiten Schicht in den beabstandeten Bereich der äußeren Schicht eintritt.
Gastank nach Anspruch 1, wobei die äußere Schicht eine Schicht beinhaltet, in der Harz in dem ersten Faserbündel einen größeren Volumenanteil aufweist als das Harz in dem ersten Faserbündel in der inneren Schicht.
Gastank nach Anspruch 1 oder 2, wobei die äußere Schicht eine spiralförmige Schicht beinhaltet, in der das erste Faserbündel durch Spiralwickeln gewickelt ist.
Gastank nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das erste Faserbündel aus Carbonfasern gebildet ist, und das zweite Faserbündel aus Glasfasern gebildet ist.
Gastank nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner umfassend ein Etikett (550), das zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht vorgesehen ist, wobei ein Prozentsatz einer Überlappung zwischen den benachbarten Abschnitten des zweiten Faserbündels in der zweiten Schicht an einer Stelle über dem Etikett größer ist als an einer von der Stelle über dem Etikett verschiedenen Stelle.
Verfahren zur Herstellung eines Gastanks (500), umfassend die Schritte: einen Schritt (a) des Erstellens einer Auskleidung (100), die eine hohlzylindrische Form aufweist; einen Schritt (b) des Bildens einer ersten Schicht (210), die mehrere Schichten (Schicht a bis Schicht i) beinhaltet, durch Wickeln eines mit Harz imprägnierten ersten Faserbündels (10f) um einen Außenumfang der Auskleidung, wobei der Schritt des Bildens der ersten Schicht (210) beinhaltet: einen Schritt (b-1) des Bildens einer inneren Schicht (Schicht a bis Schicht g), und einen Schritt (b-2) des Bildens einer äußeren Schicht (Schicht h und Schicht i), wobei die innere Schicht (Schicht a bis Schicht g) näher an der Auskleidung ist als die äußere Schicht (Schicht h und Schicht i), die äußere Schicht (Schicht h und Schicht i) außerhalb der inneren Schicht ist, und wobei in dem Schritt (b-2) des Bildens der äußeren Schicht (Schicht h und Schicht i) das erste Faserbündel derart gewickelt wird, dass ein beabstandeter Bereich der äußeren Schicht (Schicht h und Schicht i) gebildet wird, in dem benachbarte Abschnitte des ersten Faserbündels durch eine Lücke voneinander beabstandet sind, einen Schritt (c) des Bildens einer zweiten Schicht (260) durch Wickeln eines mit Harz imprägnierten zweiten Faserbündels (10s) um die Auskleidung mit dem gewickelten ersten Faserbündel derart, dass Abschnitte des zweiten Faserbündels einander in einer zu einer Mittelachse der Auskleidung parallelen Richtung in einem einen überlappenden Bereich überlappen; einen Schritt (d) des Veranlassens des überlappenden Bereichs der zweiten Schicht, in den beabstandeten Bereich der äußeren Schicht einzutreten; und einen Schritt (e) des Aushärtens des Harzes.
Verfahren zur Herstellung eines Gastanks nach Anspruch 6, wobei der Schritt (b-2) einen Schritt des Bildens einer Schicht beinhaltet, in der das Harz in dem ersten Faserbündel einen größeren Volumenanteil aufweist als das Harz in dem ersten Faserbündel in der inneren Schicht.
Verfahren zur Herstellung eines Gastanks nach Anspruch 6, wobei der Schritt (b-2) einen Schritt des Wickelns des ersten Faserbündels durch Aufbringen einer Spannung, die niedriger ist als eine in dem Schritt (b-1) auf das erste Faserbündel aufgebrachte Spannung, beinhaltet.
Verfahren zur Herstellung eines Gastanks nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei der Schritt (b-2) einen Schritt des Bildens einer spiralförmigen Schicht durch Wickeln des ersten Faserbündels durch Spiralwickeln beinhaltet.
Verfahren zur Herstellung eines Gastanks nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei das erste Faserbündel aus Carbonfasern gebildet ist, und das zweite Faserbündel aus Glasfasern gebildet ist.
Verfahren zur Herstellung eines Gastanks nach einem der Ansprüche 6 bis 10, umfassend einen zwischen dem Schritt (b) und dem Schritt (c) ausgeführten Schritt des Anbringens eines Etiketts (550) an einem Teil der ersten Schicht, wobei in dem Schritt (c) das zweite Faserbündel derart gewickelt wird, dass ein Prozentsatz einer Überlappung zwischen benachbarten Abschnitten des zweiten Faserbündels in der zweiten Schicht an einer Stelle über dem Etikett größer ist als an einer von der Stelle über dem Etikett verschiedenen Stelle.
Verfahren zur Herstellung eines Gastanks nach einem der Ansprüche 6 bis 11, wobei der Schritt (d) einen Schritt des Aufnehmens der Auskleidung mit dem gewickelten zweiten Faserbündel in einem Gehäuse einer Aushärtvorrichtung, des Zuführens von Wärme bis auf eine Erwärmungstemperatur des Harzes, und des Veranlassens durch Drücken einer Oberfläche der zweiten Schicht mittels einer Innenfläche des Gehäuses, dass der überlappende Bereich der zweiten Schicht, in den beabstandeten Bereich der äußeren Schicht eintritt, beinhaltet.
Verfahren zur Herstellung eines Gastanks nach einem der Ansprüche 6 bis 11, wobei der Schritt (d) einen Schritt des Veranlassens durch Drücken einer Oberfläche der zweiten Schicht mittels eines Ebnungswerkzeugs unter Zuführung von Wärme, dass der überlappende Bereich der zweiten Schicht in den beabstandeten Bereich der äußeren Schicht eintritt, beinhaltet.