DE102018122957B4

DE102018122957B4 - Herstellungsverfahren und herstellungsvorrichtung für drucktank

Info

Publication number: DE102018122957B4
Application number: DE102018122957.7A
Authority: DE
Inventors: Ken Hatta
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-09-21
Filing date: 2018-09-19
Publication date: 2021-02-18
Anticipated expiration: 2038-09-20
Also published as: CN109532057B; JP2019056415A; JP6874614B2; CA3017885A1; US11318686B2; KR102076538B1; DE102018122957A1; KR20190033445A; US20190084249A1; CN109532057A; CA3017885C

Abstract

Herstellungsverfahren für einen Drucktank, wobei das Herstellungsverfahren Folgendes aufweist:Anordnen einer Vorform (100), in der eine Faserschicht auf einer äußeren Oberfläche einer Auskleidung ausgebildet ist, die einen Innenraum eines Drucktanks ausbildet, innerhalb eines Formwerkzeugs (25); undRotieren der Vorform (100) in einer Umfangsrichtung innerhalb des Formwerkzeugs (25) mit einer Mittelachse (O) der Vorform (100) als Rotationszentrum, während Harz (J) von einem Einlauf (24) zu der Vorform (100), die innerhalb des Formwerkzeugs (25) angeordnet ist, eingespritzt wird.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Offenbarung JP 2008 - 132 717 A bezieht sich auf ein Herstellungsverfahren und eine Herstellungsvorrichtung für einen Drucktank, der durch Fasern verstärkt ist, und insbesondere auf eine Imprägnierung und Aushärtung Fasern mit Harz.
Beschreibung des Stands der Technik
Die japanische Offenlegungsschrift offenbart ein Herstellungsverfahren für einen Tank, der aus einem faserverstärkten Kunststoff (Fiber Reinforced Plastics, FRP) besteht. Bei dem Herstellungsverfahren wird ein Imprägnierschritt zur Imprägnierung von Fasern mit Harz durchgeführt, nachdem ein Beschichtungsschritt durchgeführt wurde, bei dem Fasern um einen metallischen Kern gewunden wird, um den Kern zu bedecken. Danach wird das Harz ausgehärtet, indem die Fasern, mit denen das Harz imprägniert ist, erwärmt werden. Eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung langgestreckter Hohlkörper aus verstärktem Kunstharz ist Gegenstand der EP 3 181 321 A1 Die US 3 875 275 A offenbart zudem ein Verfahren zum Formen von Verbundgegenständen, indem zunächst ein schalenartiger Körper mit einem Verstärkungselement oder Rahmen, das sich durch den Körper erstreckt und von den Wänden einer Form getragen wird, rotierend geformt wird. Die hohle Schale wird aus einem flüssigen oder pulverförmigen Harz oder einem anderen geeigneten Material gebildet, das in der Form an sich angeordnet ist oder Verstärkungselemente enthält, die in das Formmaterial eingekapselt werden. Ein zweites Formmaterial kann in die hohle Schale eingespritzt werden, um das Volumen im Inneren der Schale teilweise oder vollständig auszufüllen. Das zweite Material kann aus einem Harz bestehen, das ein Treibmittel enthält, das das Harz dazu veranlasst, sich auszudehnen und eine zelluläre Masse zu bilden, die den Hohlkörper ausfüllt oder gegen diesen eine Schale bildet, wenn die Form gedreht wird. Das Füllmaterial kann durch eines oder mehrere der Verstärkungselemente eingebracht werden, die innerhalb oder quer zum Formhohlraum angeordnet sind.
Kurzfassung der Erfindung
Es wird angenommen, dass das oben beschriebene Verfahren angewandt wird, um einen Drucktank herzustellen. Insbesondere wird als Beschichtungsschritt eine Vorform bzw. ein Rohling vorbereitet, indem die Fasern auf einer Auskleidung dick laminiert werden und die Faserschicht, die als Vorform dient, mit dem Harz imprägniert wird. Wenn die Fasern hier dick laminiert werden, können die Fasern an einer tiefen Position von der Oberfläche des Rohlings bzw. der Vorform nicht leicht mit Harz imprägniert werden. Um die Imprägnierung zu fördern, wird in Betracht gezogen, das Harz mit hohem Druck einzuspritzen. Wenn allerdings das Harz mit hohem Druck eingespritzt wird, können Probleme auftreten, wie zum Beispiel, dass der hohe Druck auf einen Punkt direkt unter einem Einlauf aufgebracht wird und die Auskleidung deformiert wird.
Die vorliegende Offenbarung schafft ein Herstellungsverfahren und eine Herstellungsvorrichtung für einen Drucktank, die Probleme unterbinden können, die durch einen Druck verursacht werden, der aus einem Einspritzen des Harzes in einem Fall resultiert, in dem mit dem Harz eine Vorform, in der die Fasern dick laminiert sind, imprägniert wird, um einen Drucktank herzustellen.
Ein erster Aspekt der vorliegenden Offenbarung bezieht sich auf ein Herstellungsverfahren für einen Drucktank. Das Herstellungsverfahren umfasst das Anordnen einer Vorform, in der eine Faserschicht auf einer äußeren Oberfläche einer Auskleidung ausgebildet ist, die einen Innenraum eines Drucktanks ausbildet, innerhalb eines Formwerkzeugs; und Rotieren der Vorform in einer Umfangsrichtung innerhalb des Formwerkzeugs mit einer Mittelachse der Vorform als Rotationszentrum, während Harz von einem Einlauf zu der Vorform, die innerhalb des Formwerkzeugs angeordnet ist, eingespritzt wird. Gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, zu verhindern, dass der Druck des von dem Einlauf eingespritzten Harzes sich auf eine bestimmte Stelle der Vorform konzentriert, da die Vorform während dem Einspritzen des Harzes rotiert wird. Ferner, da die Vorform während des Einspritzens des Harzes rotiert wird, wird die Fließweglänge des Harzes kurz (in dieser Beschreibung bedeutet „Fließweglänge“ auch „wesentliche Fließweglänge“). Folglich kann das Harz zwischen dem Formwerkzeug und der Vorform selbst bei einem noch niedrigeren Einspritzdruck eingefüllt werden. Zudem wird ein Problem unterbunden, das durch den Druck des von dem Einlauf eingespritzten Harzes entsteht.
Bei dem Herstellungsverfahren gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung liegt die Mittelachse möglicherweise nicht auf einer Richtung des Einspritzens. Eine Richtung einer Geschwindigkeitskomponente, die aus dem Einspritzen des Harzes in einer Richtung einer Tangentialebene der Vorform an einer Position resultiert, an der das eingespritzte Harz auf eine Oberfläche der Vorform trifft, kann eine Richtung sein, die einer Geschwindigkeit in der Umfangsrichtung entgegengesetzt ist, welche aus der Rotation der Vorform resultiert. Gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird mit dem Harz, das von dem Einlauf eingespritzt wird, leicht die Faserschicht an einer Stelle tief imprägniert, an der das Harz auf die Oberfläche der Vorform auftrifft. Ferner wird die Erzeugung einer Fließnaht bzw. eines Grats unterbunden, da das von dem Einlauf eingespritzte Harz sich leicht auf der Oberfläche der Vorform verteilt.
Bei dem Herstellungsverfahren gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann das Formwerkzeug ein erstes Formwerkzeug und ein zweites Formwerkzeug umfassen. Der Einlauf kann in dem ersten Formwerkzeug ausgebildet sein. Ein Spalt, der größer ist als ein Spalt zwischen dem zweiten Formwerkzeug und der Vorform, kann während dem Einspritzen zwischen dem ersten Formwerkzeug und der Vorform ausgebildet werden. Gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung fließt das Harz leicht von dem Einlauf zwischen das erste Formwerkzeug und die Vorform. Zudem kann das Harz selbst bei einem noch niedrigeren Einspritzdruck auch zwischen dem Formwerkzeug und der Vorform eingefüllt werden.
Bei dem Herstellungsverfahren gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann der Spalt, der zwischen dem ersten Formwerkzeug und der Vorform während dem Einspritzen ausgebildet wird, ein erster Spalt sein. Das erste Formwerkzeug kann so verengt werden, dass der Spalt, der zwischen dem ersten Formwerkzeug und der Vorform ausgebildet wird, als zweiter Spalt enger ausgebildet wird als der erste Spalt, nachdem das Einfüllen des Harzes in das Formwerkzeug abgeschlossen ist. Gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann, nachdem das Einfüllen des Harzes in das Formwerkzeug abgeschlossen ist, die Imprägnierung durch eine Drucksteigerung vorangebracht werden, die aus dem Verengen des ersten Formwerkzeugs entsteht. Zudem kann die Oberfläche der Vorform, die mit dem Harz imprägniert ist, entlang den ersten und zweiten Formwerkzeugen geglättet werden.
Bei dem Herstellungsverfahren gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann das Harz ein duroplastisches Harz bzw. ein Duroplast sein. Eine Temperatur des Formwerkzeugs kann so eingestellt werden, dass sie während dem Einspritzen des Harzes in das Formwerkzeug größer gleich einer Aushärtungstemperatur des Harzes ist. Gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann das Harz nach dem Einspritzen innerhalb einer kurzen Zeit ausgehärtet werden.
Bei dem Herstellungsverfahren gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann das Harz ein duroplastisches Harz bzw. ein Duroplast sein. Eine Temperatur des Formwerkzeugs zur Startzeit des Einspritzens von dem Harz in das Formwerkzeug kann niedriger eingestellt werden als eine Aushärtungstemperatur des Harzes. Die Temperatur des Formwerkzeugs nach Abschluss des Einfüllens des Harzes in das Formwerkzeug kann so eingestellt werden, dass sie größer gleich der Aushärtungstemperatur des Harzes ist. Gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann das Harz auch zwischen dem Formwerkzeug und der Vorform mit einem noch niedrigeren Einspritzdruck eingefüllt werden, da es möglich ist, eine Erhöhung der Zähflüssigkeit des Harzes während des Einspritzens zu unterbinden.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Offenbarung bezieht sich auf eine Herstellungsvorrichtung für einen Drucktank. Die Herstellungsvorrichtung umfasst ein Formwerkzeug, das eingerichtet ist, eine Vorform, in der eine Faserschicht auf einer äußeren Oberfläche einer Auskleidung ausgebildet ist, die einen Innenraum eines Drucktanks ausbildet, mit Harz zu imprägnieren; eine Temperatursteuervorrichtung, die eingerichtet ist, eine Temperatur des Formwerkzeugs zu steuern; einen Haltemechanismus, der eingerichtet ist, die Vorform innerhalb des Formwerkzeugs zu halten; eine Vakuumpumpe, die eingerichtet ist, ein Inneres eines Formwerkzeugs unter Vakuum zu setzen und zu entgasen; eine Druckbeaufschlagungsvorrichtung, die eingerichtet ist, das Harz von einem Einlauf, der in dem Formwerkzeug ausgebildet ist, zu der Vorform hin einzuspritzen, indem das Harz unter Druck gesetzt wird; und einen Rotationsmechanismus, der eingerichtet ist, die Vorform, die von dem Haltemechanismus gehalten wird, während dem Einspritzen des Harzes in einer Umfangsrichtung zu rotieren, wobei eine Mittelachse der Vorform ein Rotationszentrum ist.
Bei der Herstellungsvorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung liegt die Mittelachse möglicherweise nicht auf einer Einspritzrichtung. Eine Richtung einer Geschwindigkeitskomponente, die aus dem Einspritzen des Harzes in einer Richtung einer Tangentialebene der Vorform an einer Position resultiert, an der das eingespritzte Harz auf eine Oberfläche der Vorform trifft, kann eine Richtung sein, die einer Geschwindigkeit in der Umfangsrichtung entgegengesetzt ist, welche aus der Rotation der Vorform resultiert.
Bei der Herstellungsvorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann das Formwerkzeug ein erstes Formwerkzeug und ein zweites Formwerkzeug umfassen. Der Einlauf kann in dem ersten Formwerkzeug ausgebildet sein. Die Herstellungsvorrichtung kann einen Antriebsmechanismus umfassen, der eingerichtet ist, das erste Formwerkzeug von einem Zustand, in dem das erste Formwerkzeug offen ist, so zu verengen, dass sich während dem Einspritzen des Harzes in das Formwerkzeug ein Spalt, der größer ist als ein Spalt zwischen dem zweiten Formwerkzeug und der Vorform, zwischen dem ersten Formwerkzeug und der Vorform bildet.
Bei der Herstellungsvorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann der Spalt, der zwischen dem ersten Formwerkzeug und der Vorform während dem Einspritzen ausgebildet wird, ein erster Spalt sein. Der Antriebsmechanismus kann das erste Formwerkzeug so verengen, dass der Spalt, der zwischen dem ersten Formwerkzeug und der Vorform ausgebildet wird, als zweiter Spalt enger ausgebildet wird, als der erste Spalt, nachdem das Einfüllen des Harzes in das Formwerkzeug abgeschlossen ist.
Bei der Herstellungsvorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann das Harz ein duroplastisches Harz sein. Eine Temperatursteuervorrichtung kann eine Temperatur des Formwerkzeugs so einstellen, dass sie während dem Einspritzen des Harzes in das Formwerkzeug größer gleich einer Aushärtungstemperatur des Harzes ist.
Bei der Herstellungsvorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann das Harz ein duroplastisches Harz sein. Die Temperatursteuervorrichtung kann eine Temperatur des Formwerkzeugs zur Startzeit des Einspritzens von dem Harz in das Formwerkzeug so einstellen, dass sie niedriger ist als eine Aushärtungstemperatur des Harzes, und eine Temperatur des Formwerkzeugs nach Abschluss des Einfüllens von dem Harz in das Formwerkzeug so einstellen, dass sie größer gleich einer Aushärtungstemperatur des Harzes ist.
Die vorliegende Offenbarung kann auf verschiedene andere Art und Weise als die obige realisiert werden. Zum Beispiel kann die vorliegende Offenbarung in Form von Herstellungsvorrichtungen realisiert werden, die das Herstellungsverfahren ausführen.
Figurenliste
Merkmale, Vorteile und technische und gewerbliche Bedeutung beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend mit Bezug auf die beiliegende Zeichnung beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen und:

1 eine Schnittansicht ist, die einen Zustand darstellt, in dem eine Vorform in einer Herstellungsvorrichtung für einen Hochdrucktank angeordnet ist;
2 ein Flussdiagramm ist, das ein Herstellungsverfahren für einen Hochdrucktank darstellt;
3 eine Schnittansicht ist, die einen Zustand darstellt, in dem die Vorform während dem Einspritzen von Harz rotiert wird;
4 eine IV-IV-Schnittansicht ist, die in 3 dargestellt ist;
5 eine Ansicht ist, die einen Zustand darstellt, in dem das Harz, das auf die Vorform auftrifft, verteilt wird;
6 eine Schnittansicht ist, die einen Zustand darstellt, in dem ein oberes Formwerkzeug verengt wird; und
7 ein Flussdiagramm ist, das ein Herstellungsverfahren für einen Hochdrucktank der zweiten Ausführungsform darstellt.

Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen
1 ist eine Schnittansicht, die schematisch einen Zustand darstellt, in dem eine Vorform 100 in einer Herstellungsvorrichtung 10 angeordnet ist. Hier wird die Vorform 100 durch eine Oberfläche, nicht einen Schnitt dargestellt. Die Herstellungsvorrichtung 10 ist eine Vorrichtung, die einen Hochdrucktank aus der Vorform 100 herstellt.
Die Vorform 100 umfasst eine Auskleidung und eine Faserschicht, die auf einer äußeren Oberfläche der Auskleidung ausgebildet ist und mit der Auskleidung integral ist. Die Auskleidung ist ein hohles Element, das einen Innenraum des Hochdrucktanks ausbildet. Die Faserschicht hat eine Dicke von etwa 15 mm bis 30 mm. Die Faserschicht wird ausgebildet, indem Fasern mehrmals durch eine Filamentwickelvorrichtung um eine äußere Oberfläche der Auskleidung gewickelt werden.
Die Herstellungsvorrichtung 10 stellt den Hochdrucktank unter Verwendung eines Harzinjektionsverfahrens (RTM) her, indem mit dem Harz J (Bezugszeichen wird in 3 und dergleichen dargestellt) die Faserschicht, die die Vorform 100 ausbildet, imprägniert wird und das imprägnierte Harz J ausgehärtet wird. RTM ist ein Akronym und steht für Resin Transfer Molding (deutsch: Harzinjektionsverfahren).
Die Herstellungsvorrichtung 10 umfasst ein Formwerkzeug 25, einen Rotationsmechanismus 32, einen Haltemechanismus 34, eine Temperatursteuervorrichtung 40, eine Vakuumpumpe 50, eine Druckbeaufschlagungsvorrichtung 60, ein Ventil 62, ein Harzreservoir 64, eine Steuervorrichtung 70 und einen Antriebsmechanismus 80. Das Formwerkzeug 25 umfasst ein oberes Formwerkzeug 20 und ein unteres Formwerkzeug 30. Die oben beschriebenen Komponenten werden zusammen mit dem Herstellungsverfahren für einen Hochdrucktank beschrieben.
2 ist ein Flussdiagramm, das ein Herstellungsverfahren für einen Hochdrucktank darstellt. Zuerst hält die Temperatursteuervorrichtung 40 das Formwerkzeug 25 bei einer vorgegebenen Temperatur (S205). Die vorgegebene Temperatur ist eine Temperatur, die größer gleich der Aushärtungstemperatur des Harzes J ist. Das Harz J ist ein duroplastisches Epoxidharz, das auf zwei Flüssigkeiten basiert.
Das in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beschriebene Herstellungsverfahren ist ein Verfahren für die Massenfertigung und ein in 2 dargestellter Ablauf an Prozessen wird wiederholt ausgeführt. Obwohl S205 als ein Schritt dargestellt wird, wird S205 kontinuierlich ausgeführt, während der Ablauf an Prozessen wiederholt ausgeführt wird. Da der Ablauf an Prozessen wiederholt in einem Zustand ausgeführt wird, in dem die vorgegebene Temperatur wie oben beschrieben gehalten wird, kann die Herstellung des nächsten Hochdrucktanks sofort gestartet werden, nachdem eine Herstellung eines Hochdrucktanks abgeschlossen ist. Folglich kann die Anzahl an Hochdrucktanks erhöht werden, die pro Zeiteinheit hergestellt werden können.
Ein Arbeiter ordnet die Vorform 100 innerhalb der Formwerkzeugs 25 an (S210). Insbesondere veranlasst der Arbeiter, dass der Haltemechanismus 34 die Vorform 100 hält. Der Haltemechanismus 34 wird bezüglich des unteren Formwerkzeugs 30 drehbar gehalten. Der Haltemechanismus 34 umfasst ein Dichtelement aus Gummi, um das Harz J daran zu hindern, zwischen dem oberen Formwerkzeug 20 und dem unteren Formwerkzeug 30 auszulaufen. Zur Zeit der Ausführung von S210 ist das obere Formwerkzeug 20 offen, anders als in dem in 1 dargestellten Zustand.
Der Antriebsmechanismus 80 verengt vorübergehend das obere Formwerkzeug 20 entsprechend der Steuerung der Steuervorrichtung 70 (S220). Der Arbeiter betätigt einen Schalter, der in der Steuervorrichtung 70 platziert ist, nach S210. Die Steuervorrichtung 70 führt S220 bis S280 automatisch aus, indem einzelne Teile der Herstellungsvorrichtung 10 gesteuert werden, wenn der Schalter betätigt wird.
Die vorübergehende Verengung ist ein Zwischenzustand zwischen einem Zustand, in dem das obere Formwerkzeug 20 offen ist, und einem endgültigen verengten Zustand, und soll das Harz J in eine Position bewegen, wo ein Spalt zwischen dem oberen Formwerkzeug 20 und einer Vorform 100 wie in 1 dargestellt vorhanden ist. Der Spalt ist größer als ein Spalt zwischen dem unteren Formwerkzeug 30 und der Vorform 100.
Selbst wenn das obere Formwerkzeug 20 letztendlich in S260, der unten beschrieben wird, verengt wird, wird ein Spalt zwischen dem oberen Formwerkzeug 20 und der Vorform 100 ausgebildet. Die Größe des Spalts ist im Wesentlichen die gleiche wie die Größe des Spalts zwischen dem unteren Formwerkzeug 30 und der Vorform 100. Die oben beschriebenen Größenordnungen der Spalten werden unter der Berücksichtigung gestaltet, dass das Volumen des fertigen Hochdrucktanks größer wird als das Volumen der Vorform 100, indem das Harz J eingefüllt und imprägniert wird.
Die Vakuumpumpe 50 beginnt ein Vakuumentgasen entsprechend der Steuerung der Steuervorrichtung 70 (S230). Eine Steuerzeit, bei der das Vakuumentgasen beendet wird, ist im Wesentlichen die gleiche wie die Endsteuerzeit eines Einspritzens von dem Harz, die unten beschrieben wird. Wie in 3 dargestellt, startet der Drehmechanismus 32 entsprechend der Steuerung der Steuervorrichtung 70 zu rotieren (S240).
Wenn der Drehmechanismus 32 rotiert, rotiert die Vorform 100, die von dem Haltemechanismus 34 gehalten wird, in Umfangsrichtung. Das Rotationszentrum der Vorform 100 ist eine Mittelachse O der Vorform 100. Die Vorform 100 kann in einem Zustand rotieren, in dem die Vorform 100 innerhalb des Formwerkzeugs 25 angeordnet ist, da die äußere Gestalt eines Querschnitts rechtwinklig zu der Mittelachse O im Wesentlichen kreisförmig ist. Wie oben beschrieben werden die Vorform 100 und das untere Formwerkzeug 30 kaum gerieben, selbst wenn die Vorform 100 rotiert, da der Spalt zwischen dem unteren Formwerkzeug 30 und der Vorform 100 vorhanden ist.
Das Harz J wird in das Formwerkzeug 25 eingespritzt (S250). Insbesondere öffnet die Steuervorrichtung 70 das Ventil 62 und setzt das Harz J, das in dem Harzreservoir 64 gespeichert ist, mit der Druckbeaufschlagungsvorrichtung 60 unter Druck. Von oben fließt das Harz J durch einen Eingusskanal 22, der in dem oberen Formwerkzeug 20 ausgebildet ist, und das Harz J wird zu der Vorform 100 von einem Einlauf 24 eingespritzt.
Da die Vorform 100 zum Zeitpunkt des Einspritzens von dem Harz J rotiert, wird das Erzeugen einer Fließnaht bzw. eines Grats unterbunden im Vergleich zu einem Fall, in dem die Vorform 100 nicht rotiert. Dies liegt daran, dass die Fließweglänge des Harzes J im Vergleich zu einem Fall, in dem die Vorform 100 nicht rotiert, kürzer wird. In einem Fall, in dem die Vorform 100 nicht rotiert, wird die Fließweglänge der Vorform 100 in der Umfangsrichtung etwa die Hälfte einer äußeren Umfangsfläche der Vorform 100.
Bezüglich der obigen Beschreibung wird das Harz J durch die Rotation bewegt, wenn die Vorform 100 rotiert. Daher wird die Fließweglänge um ein Maß, das der Bewegung entspricht, kürzer. Wenn die Fließweglänge kurz wird, vereinigen sich ferner Harze J miteinander, die nach ihrem Einspritzen aus dem Einlauf 24 in unterschiedliche Richtungen flossen, bevor das Aushärten des Harzes J fortschreitet. Daher wird das Erzeugen des Grats unterbunden.
Ferner kann das Harz J ausreichend in das Formwerkzeug eingefüllt werden, selbst wenn der Einspritzdruck in dem Einlauf 24 auf einen noch niedrigeren Einspritzdruckwert eingestellt wird, da die Fließweglänge kurz wird. Folglich werden Probleme, wie beispielsweise das Verformen der Faserschicht oder der Auskleidung, in einem Bereich unterbunden, in dem das Harz J, das aus dem Einlauf 24 eingespritzt wurde, auf die Vorform 100 trifft.
4 ist eine IV-IV-Schnittansicht, die in 3 dargestellt ist. In 1 und 3 ist der Einlauf 24 für eine einfache Darstellung so dargestellt, dass er sich unmittelbar über der Mittelachse O befindet. Allerdings befindet sich in der Praxis, wie in 4 dargestellt, der Einlauf 24 an einer Position, die von unmittelbar über der Mittelachse abweicht. Ferner ist eine Richtung, in die das Harz J von dem Einlauf 24 eingespritzt wird, wie in 4 dargestellt eine vertikale Richtung. Das untere Formwerkzeug 30 ist auf einer horizontalen Ebene angebracht. Aus diesem Grund, liegt die Einspritzrichtung an einer Position, die von der Mittelachse O gekrümmt ist. Die Mittelachse O ist keine Richtung des Einspritzens. Konkret wird das Harz J nicht zu der Mittelachse O eingespritzt.
Da die Einspritzrichtung an einer von der Mittelachse O gekrümmten Position liegt, trifft das Harz J, das von dem Einlauf 24 eingespritzt wird, schräg auf die Oberfläche der Vorform 100 auf. Das heißt, das von dem Einlauf 24 eingespritzte Harz J weist eine Geschwindigkeitskomponente in einer Richtung einer Tangentialebene T der Vorform 100 auf, wenn es auf die Vorform 100 trifft. Die Geschwindigkeit der ersten Ausführungsform ist eine Vektorquantität. Wie in 4 dargestellt, ist die Richtung der Geschwindigkeitskomponente eine Richtung, die zu der Geschwindigkeit in der Umfangsrichtung der Vorform 100 entgegengesetzt ist und die durch die Rotation entsteht. Nachfolgend wird die Beziehung der Geschwindigkeit, die oben beschrieben wurde, als Gegenstrom beschrieben.
Aufgrund des Gegenstroms wird die relative Geschwindigkeit zwischen der Geschwindigkeit der Oberfläche der Vorform 100 und der Geschwindigkeit des eingespritzten Harzes J erhöht. Folglich wird mit dem Harz J, das aus dem Einlauf 24 eingespritzt wird, leicht bis zu der Faser imprägniert, die sich tief in der Faserschicht befindet, wenn es auf die Oberfläche der Vorform 100 auftrifft.
5 stellt einen Zustand dar, in dem das Harz J, das auf die Vorform 100 auftrifft, verteilt wird. Wie oben beschrieben wird mit einem Teil des Harzes J, das auf die Vorform 100 auftrifft, innerhalb der Faserschicht imprägniert, während das verbleibende Harz J zwischen der Vorform 100 und dem oberen Formwerkzeug 20 fließt. Da das Harz J, das zwischen der Vorform 100 und dem oberen Formwerkzeugen 20 fließt, der Gegenstrom ist, wird das Harz J in einen Strom in einer Richtung entlang der Rotation der Vorform 100 und einen Strom in einer Richtung entgegengesetzt zu der Rotation der Vorform 100 aufgeteilt und fließt zwischen die Vorform 100 und das untere Formwerkzeug 30 hinein. Der Strom in die zu der Rotation der Vorform 100 entgegengesetzte Richtung wird in 5 dargestellt.
Der Grund für die Verteilung des Harzes J wie in 5 ist, dass, wenn das Harz J in die der Rotation der Vorform 100 entgegengesetzten Richtung fließt, der Impuls zu dem unteren Formwerkzeug 30 schwach wird, Druck aufgrund des später eingespritzten Harzes J erhalten wird und folglich das Harz J leicht zu beiden Enden der Mittelachse O hinfließt.
Da das Harz J wie oben beschrieben verteilt wird, wird das Erzeugen des Grats weiter unterbunden. Dies rührt daher, dass, selbst wenn sich das verteilte Harz J und das Harz J, das in Rotationsrichtung fließt und sich nicht verteilt, miteinander vereinigen, Verteilungsgrad oder Fließgeschwindigkeiten unterschiedlich sind, sodass der Grat nicht leicht ausgebildet wird.
Da das obere Formwerkzeug 20 während dem Einspritzen des Harzes J wie oben beschrieben vorübergehend verengt wird, ist der Strömungswiderstand eines Spalts zwischen dem oberen Formwerkzeug 20 und der Vorform 100 gering. Aus diesem Grund wird der gesamte Spalt zwischen dem oberen Formwerkzeug 20 und der Vorform 100 schnell mit dem eingespritzten Harz J gefüllt. Folglich wird das Erzeugen des Grats weiter unterbunden und der gesamte Spalt zwischen der Vorform 100 und dem Formwerkzeug 25 wird leicht und einheitlich mit dem Harz befüllt, da das Einfüllen des Harzes J in das Formwerkzeug abgeschlossen ist, bevor das Aushärten des Harzes J fortschreitet.
Nachdem das Einfüllen des Harzes J in das Formwerkzeug abgeschlossen ist, treibt die Steuervorrichtung 70 den Antriebsmechanismus 80 an, um das obere Formwerkzeug 20 endgültig zu verengen (S260). Das heißt, das obere Formwerkzeug 20 wird weiter von dem vorübergehend verengten Zustand verengt. 6 stellt einen Zustand dar, in dem das obere Formwerkzeug 20 endgültig verengt ist. Der Druck des Harzes J, der von dem Formwerkzeug 25 erhalten wird, wird durch die Ausführung von S260 erhöht. Aufgrund der Erhöhung des Drucks, wird das Imprägnieren gefördert, das Harz J, das sich in der Nähe der Oberfläche der Faserschicht befindet, wird geebnet und die Oberfläche wird glatt.
Danach hält die Steuervorrichtung 70 die Rotation der Vorform 100 an, bevor das Aushärten des Harzes J abgeschlossen ist (S270). Danach, nachdem das Harz J ausgehärtet ist, treibt die Steuervorrichtung 70 den Antriebsmechanismus 80 an, um das obere Formwerkzeug 20 zu öffnen (S280). Steuerzeiten, an denen S260, S270 und S280 ausgeführt werden, werden anhand der abgelaufenen Zeiten ab dem Start von S250 reguliert.
Wenn das Aushärten des Harzes J abgeschlossen ist, wird ein Hochdrucktank erhalten. Schließlich nimmt der Arbeiter den Hochdrucktank heraus (S290).
Wie oben beschrieben, wird gemäß der ersten Ausführungsform ein Unterbinden eines Problems realisiert, das dadurch entsteht, dass sich der Druck des eingespritzten Harzes J auf einen Punkt unmittelbar unterhalb des Einlaufes 24 konzentriert, sowie das Unterbinden der Erzeugung des Grats, das Verkürzen der Herstellungszeit, das einheitliche Einfüllen des Harzes J in das Formwerkzeug und die Imprägnierung der Faserschicht mit dem Harz J realisiert.
Nun wird die zweite Ausführungsform beschrieben. Die Beschreibung der zweiten Ausführungsform befasst sich hauptsächlich mit Punkten, die sich von jenen der ersten Ausführungsform unterscheiden. Insbesondere sind die Punkte, die nicht speziell beschrieben werden, die gleichen wie jene in der ersten Ausführungsform.
7 ist ein Flussdiagramm, das ein Herstellungsverfahren für einen Hochdrucktank der zweiten Ausführungsform darstellt. Punkte, die sich von der ersten Ausführungsform unterscheiden, sind, dass S205 abgeändert wird und S265 hinzugefügt wird.
In S205 der zweiten Ausführungsform stellt die Temperatursteuervorrichtung 40 die Temperatur des Formwerkzeugs 25 auf eine Temperatur ein, die kleiner gleich der Aushärtungstemperatur des Harzes J ist.
S265 wird nach S260 und vor S270 ausgeführt. In S265 wird die Temperatur des Formwerkzeugs 25 auf eine Temperatur eingestellt, die größer gleich der Aushärtungstemperatur des Harzes J ist.
Aus diesem Grund ist die Temperatur des Formwerkzeugs 25 zu der Zeit des Einfüllens des Harzes J (S250) niedriger als die Aushärtungstemperatur des Harzes J und die Temperatur des Formwerkzeugs 25 nach Abschluss des Einfüllens des Harzes J in das Formwerkzeug ist größer gleich der Aushärtungstemperatur des Harzes J. Der Ausdruck „nach Abschluss des Einfüllens des Harzes in das Formwerkzeug“, wie er in der zweiten Ausführungsform verwendet wird, bedeutet nicht, unmittelbar nachdem das Einfüllen abgeschlossen ist, sondern bedeutet einen Zeitpunkt, an dem eine vorgegebene Zeit seit dem Einfüllen des Harzes J in das Formwerkzeug abgelaufen ist. Bei der zweiten Ausführungsform ist die Temperatur des Formwerkzeugs 25 unmittelbar nachdem das Einfüllen des Harzes J in das Formwerkzeug abgeschlossen ist, niedriger als die Aushärtungstemperatur des Harzes J. Bei anderen Ausführungsformen kann die Temperatur des Formwerkzeugs 25 unmittelbar nachdem ein Erhöhen der Temperatur des Formwerkzeugs 25 begonnen wurde und das Einfüllen des Harzes J in das Formwerkzeug seit Beginn des Einspritzens des Harzes J abgeschlossen ist, größer gleich der Aushärtungstemperatur des Harzes J sein. Bei der zweiten Ausführungsform wird die Steuerzeit von S270 und S280 anhand der abgelaufenen Zeit ab S265 reguliert.
Gemäß der zweiten Ausführungsform ist es möglich, eine Erhöhung der Viskosität des Harzes J zur Zeit des Eingießens des Harzes J zu unterbinden. Folglich kann ein noch niedrigerer Einspritzdruck eingestellt werden und das Erzeugen des Grats kann weiter unterbunden werden.
Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die Ausführungsformen der konkreten Spezifikation beschränkt und kann in Form verschiedener Konfigurationen innerhalb eines Schutzumfangs realisiert werden, der nicht von dem Geiste der vorliegenden Offenbarung abweicht. Zum Beispiel ist es möglich, bei den technischen Merkmalen der Ausführungsformen, die den technischen Merkmalen der einzelnen Aspekte entsprechen, die in dem Abschnitt „Kurzfassung der Erfindung“ beschrieben wurden, auf zweckmäßige Weise Ersetzungen oder Kombinationen durchzuführen um einige oder alle der oben beschriebenen Probleme zu lösen oder um einige oder alle der oben beschriebenen Effekte zu erzielen. Außer die oben beschriebenen technischen Merkmale werden in der vorliegenden Spezifikation als unabdinglich beschrieben, können diese technischen Merkmale zudem zweckmäßig entfernt werden. Zum Beispiel werden die nachfolgenden Ausführungsformen beispielhaft gegeben.
Der Einlauf 24 kann sich unmittelbar über der Mittelachse O befinden und die Einspritzrichtung des Harzes J kann die Mittelachse O schneiden.
Eine Richtung, in der das Harz von dem Einlauf 24 aus eingespritzt wird, muss nicht die vertikale Richtung sein. Das heißt, die Richtung, in der das Harz von dem Einlauf 24 eingespritzt wird, kann schräg verlaufen.
Das Harz J kann in einem Zustand eingespritzt werden, in dem das obere Formwerkzeug 20 endgültig verengt wird. Alternativ kann das obere Formwerkzeug 20 zum Einspritzstartpunkt des Harzes J vorübergehend verengt werden und das obere Formwerkzeug 20 kann vor Abschluss des Einfüllens endgültig verengt werden.
Der Eingusskanal 22 und der Einlauf 24 können in dem unteren Formwerkzeug 30 ausgebildet sein.
Das untere Formwerkzeug 30 ist möglicherweise nicht auf der horizontalen Ebene angebracht.
Die Richtung der Geschwindigkeitskomponente in der Richtung der Tangentialebene T einer Vorform 100 kann die gleiche Richtung sein wie die Umfangsgeschwindigkeit der Vorform 100, die aus der Drehung resultiert.
Das Harz ist möglicherweise nicht das duroplastische Harz und kann beispielsweise ein thermoplastisches Harz oder ein lichthärtbares Harz sein.

Claims

Herstellungsverfahren für einen Drucktank, wobei das Herstellungsverfahren Folgendes aufweist: Anordnen einer Vorform (100), in der eine Faserschicht auf einer äußeren Oberfläche einer Auskleidung ausgebildet ist, die einen Innenraum eines Drucktanks ausbildet, innerhalb eines Formwerkzeugs (25); und Rotieren der Vorform (100) in einer Umfangsrichtung innerhalb des Formwerkzeugs (25) mit einer Mittelachse (O) der Vorform (100) als Rotationszentrum, während Harz (J) von einem Einlauf (24) zu der Vorform (100), die innerhalb des Formwerkzeugs (25) angeordnet ist, eingespritzt wird.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, wobei: die Mittelachse (O) keine Richtung des Einspritzens ist; und eine Richtung einer Geschwindigkeitskomponente, die aus dem Einspritzen des Harzes (J) in einer Richtung einer Tangentialebene (T) der Vorform (100) an einer Position resultiert, an der das eingespritzte Harz (J) auf eine Oberfläche der Vorform (100) trifft, eine Richtung ist, die einer Geschwindigkeit der Umfangsrichtung entgegengesetzt ist, welche aus der Rotation der Vorform (100) resultiert.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei: das Formwerkzeug (25) ein erstes Formwerkzeug (20) und ein zweites Formwerkzeug (30) umfasst; der Einlauf (24) in dem ersten Formwerkzeug (20) ausgebildet ist; und ein Spalt, der größer ist als ein Spalt zwischen dem zweiten Formwerkzeug (30) und der Vorform (100), während dem Einspritzen zwischen dem ersten Formwerkzeug (20) und der Vorform (100) ausgebildet ist.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 3, wobei: Spalt, der zwischen dem ersten Formwerkzeug (20) und der Vorform (100) während dem Einspritzen ausgebildet wird, ein erster Spalt ist; und das erste Formwerkzeug (20) so verengt wird, dass der Spalt, der zwischen dem ersten Formwerkzeug (20) und der Vorform (100) ausgebildet ist, als zweiter Spalt enger ausgebildet wird als der erste Spalt, nachdem das Einfüllen des Harzes (J) in das Formwerkzeug (25) abgeschlossen ist.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei: das Harz (J) ein duroplastisches Harz ist; und eine Temperatur des Formwerkzeugs (25) so eingestellt wird, dass sie während dem Einspritzen des Harzes (J) in das Formwerkzeug (25) größer gleich einer Aushärtungstemperatur des Harzes (J) ist.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei: das Harz (J) ein duroplastisches Harz ist; eine Temperatur des Formwerkzeugs (25) zur Startzeit des Einspritzens von dem Harz (J) in das Formwerkzeug (25) niedriger eingestellt wird als eine Aushärtungstemperatur des Harzes (J); und die Temperatur des Formwerkzeugs (25) nach Abschluss des Einfüllens des Harzes (J) in das Formwerkzeug (25) so eingestellt wird, dass sie größer gleich der Aushärtungstemperatur des Harzes (J) ist.
Herstellungsvorrichtung für einen Drucktank, wobei die Herstellungsvorrichtung Folgendes aufweist: ein Formwerkzeug (25), das eingerichtet ist, mit Harz (J) eine Vorform (100) zu imprägnieren, in der eine Faserschicht auf einer äußeren Oberfläche einer Auskleidung ausgebildet ist, die einen Innenraum eines Drucktanks ausbildet; eine Temperatursteuervorrichtung (40), die eingerichtet ist, eine Temperatur des Formwerkzeugs (25) zu steuern; einen Haltemechanismus (34), der eingerichtet ist, die Vorform (100) innerhalb des Formwerkzeugs (25) zu halten; eine Vakuumpumpe (50), die eingerichtet ist, ein Inneres eines Formwerkzeugs (25) unter Vakuum zu setzen und zu entgasen; eine Druckbeaufschlagungsvorrichtung (60), die eingerichtet ist, das Harz (J) von einem Einlauf (24), der in dem Formwerkzeugs (25) ausgebildet ist, zu der Vorform (100) hin einzuspritzen, indem das Harz (J) unter Druck gesetzt wird; und einen Rotationsmechanismus (32), der eingerichtet ist, die Vorform (100), die von dem Haltemechanismus (34) gehalten wird, während dem Einspritzen des Harzes (J) in einer Umfangsrichtung zu rotieren, wobei eine Mittelachse (O) der Vorform (100) ein Rotationszentrum ist.
Herstellungsvorrichtung nach Anspruch 7, wobei: die Mittelachse (O) keine Richtung des Einspritzens ist; und eine Richtung einer Geschwindigkeitskomponente, die aus dem Einspritzen des Harzes (J) in einer Richtung einer Tangentialebene (T) der Vorform (100) an einer Position resultiert, an der das eingespritzte Harz (J) auf eine Oberfläche der Vorform (100) trifft, eine Richtung ist, die einer Geschwindigkeit der Umfangsrichtung entgegengesetzt ist, welche aus der Rotation der Vorform (100) resultiert.
Herstellungsvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, wobei: das Formwerkzeug (25) ein erstes Formwerkzeug (20) und ein zweites Formwerkzeug (30) umfasst; der Einlauf (24) in dem ersten Formwerkzeug (20) ausgebildet ist; und die Herstellungsvorrichtung einen Antriebsmechanismus (80) umfasst, der eingerichtet ist, das erste Formwerkzeug (20) von einem Zustand, in dem das erste Formwerkzeug (20) offen ist, so zu verengen, dass sich während dem Einspritzen des Harzes (J) in das Formwerkzeug (25) zwischen dem ersten Formwerkzeug (20) und der Vorform (100) ein Spalt bildet, der größer ist als ein Spalt zwischen dem zweiten Formwerkzeug (30) und der Vorform (100).
Herstellungsvorrichtung nach Anspruch 9, wobei: der Spalt, der zwischen dem ersten Formwerkzeug (20) und der Vorform (100) während dem Einspritzen ausgebildet wird, ein erster Spalt ist; und der Antriebsmechanismus (80) das erste Formwerkzeug (20) so verengt, dass der Spalt, der zwischen dem ersten Formwerkzeug (20) und der Vorform (100) ausgebildet wird, als zweiter Spalt enger ausgebildet wird als der erste Spalt, nachdem das Einfüllen des Harzes (J) in das Formwerkzeug (25) abgeschlossen ist.
Herstellungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei: das Harz (J) ein duroplastisches Harz ist; und eine Temperatursteuervorrichtung (40) eine Temperatur des Formwerkzeugs (25) so einstellt, dass sie während dem Einspritzen des Harzes (J) in das Formwerkzeug (25) größer gleich einer Aushärtungstemperatur des Harzes (J) ist.
Herstellungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei: das Harz (J) ein duroplastisches Harz ist; und die Temperatursteuervorrichtung (40) eine Temperatur des Formwerkzeugs (25) zu einer Startzeit des Einspritzens von dem Harz (J) in das Formwerkzeug (25) so einstellt, dass sie niedriger ist als eine Aushärtungstemperatur des Harzes (J), und eine Temperatur des Formwerkzeugs (25) nach Abschluss des Einfüllens von dem Harz (J) in das Formwerkzeug (25) so einstellt, dass sie größer gleich einer Aushärtungstemperatur des Harzes (J) ist.