DE102019112321B4 - Hochdrucktank - Google Patents

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Abstract

Hochdrucktank (1), aufweisend:einen zylindrischen Hohlbehälter (2);eine Außenhülle (3), die aus einem faserverstärkten Kunststoffband gebildet ist, das auf einen Außenumfang des Hohlbehälters (2) gewickelt ist, um den Außenumfang abzudecken; undeine Kappe (5, 6), die an einer Innenseite von zumindest einem von einem axialen Ende und einem anderen axialen Ende der Außenhülle (3) befestigt ist,wobei der Hohlbehälter (2) aus einem luftdichten Material gebildet ist, das sich in axialer Richtung und radialer Richtung innerhalb der Außenhülle (3) ausdehnen und zusammenziehen kann, und ein Reibungsabschnitt (7) in einem axialen Zwischenabschnitt auf einer äußeren Umfangsfläche des Hohlbehälters (2) ausgebildet ist,dadurch gekennzeichnet, dassder Reibungsabschnitt (7) vorgesehen ist, um die Position des axialen Zwischenabschnitts der äußeren Umfangsfläche des Hohlbehälters (2) so zu fixieren, dass der axiale Zwischenabschnitt nicht in axialer Richtung in Bezug auf die äußere Hülle (3) verformt wird, indem ein Reibungswiderstand des axialen Zwischenabschnitts auf der äußeren Umfangsfläche des Hohlbehälters (2) in Bezug auf die innere Umfangsfläche der äußeren Hülle (3) so eingestellt wird, dass er größer ist als derjenige in dem anderen Bereich,der Reibungsabschnitt (7) eine Mehrzahl von Unebenheiten beinhaltet, die kontinuierlich über die gesamte Fläche des axialen Zwischenabschnitts auf der äußeren Umfangsfläche des Hohlbehälters (2) in Umfangsrichtung punktförmig verteilt sind.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Hochdrucktank mit einer doppelwandigen Struktur, bei der ein Außenumfang eines zylindrischen Hohlbehälters mit einer Außenhülle aus faserverstärktem Kunststoff abgedeckt ist.
  • 2. Beschreibung des Standes der Technik
  • So besagt beispielsweise die japanische Patentanmeldung JP 2008- 164 131 A , dass ein Außenumfang eines aus einer Auskleidung gebildeten Hohlbehälters mit einer Verstärkungsmaterialschicht aus faserverstärktem Kunststoff abgedeckt ist und der Hohlbehälter und die Verstärkungsmaterialschicht durch einen Klebstoff miteinander verbunden sind.
  • Das japanische Patent JP 5 999 039 B (japanische Patentanmeldung JP 2015- 017 641 A ) besagt beispielsweise, dass ein Außenumfang einer Auskleidung, an deren beiden Enden eine Kappe befestigt ist, mit einer Verstärkungsschicht aus faserverstärktem Kunststoff bedeckt ist und im gesamten Bereich zwischen der Auskleidung und der Verstärkungsschicht (siehe Absatz [0019]) eine Trennmittelschicht gebildet ist, und dass in einem Teilbereich (einem Kuppelabschnitt der Auskleidung) zwischen der Auskleidung und der Verstärkungsschicht (siehe Absätze [0006] und [0031]) eine Trennmittelschicht gebildet werden kann.
  • Ein Gastank sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Gastanks mit einer Harzauskleidung und einer Schicht aus faserverstärktem Kunststoff, bei dem ein hohler Abschnitt in einer Dicke der Auskleidung in einer axialen Richtung des Tanks ausgebildet ist, ist aus der US 2010/0072209 A1 bekannt. Zudem offenbart die US 2009/0152278 A1 einen Druckbehälter mit einer hohlen Innenschale, die angepasst ist, um ein Fluid zu speichern, wobei die Innenschale eine Vielzahl von in ihrer Außenwand geformten Vertiefungen aufweist, und einer Außenschale, die um die Innenschale geformt ist und eine Vielzahl von Hohlräumen zwischen der Innenschale und der Außenschale benachbart zu den Vertiefungen formt.
  • KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Da der Hohlbehälter und die Verstärkungsmaterialschicht in der JP 2008-164131 A durch Klebstoff miteinander verbunden sind, wird normalerweise eine Belastung bzw. Spannung auf die Auskleidung aufgebracht.
  • Wenn hingegen die Trennmittelschicht im gesamten Bereich zwischen der Auskleidung und der Verstärkungsschicht gebildet wird, wie in Absatz [0019] des japanischen Patents JP 5 999 039 B ( JP 2015 - 017 641 A ) beschrieben, dehnt sich die Auskleidung aufgrund einer Änderung des Innendrucks innerhalb der Verstärkungsschicht frei aus und zieht sich zusammen, was der JP 2008 - 164 131 A hinsichtlich einer Abnahme der Spannung überlegen ist. Da jedoch ein Expansions-/Kontraktionsstartpunkt der Auskleidung in Bezug auf die Verstärkungsschicht nicht bestimmt wird, wenn sich die Auskleidung in axialer Richtung ausdehnt und zusammenzieht, kann nicht gesagt werden, dass die Konzentration einer Spannung auf eine Fläche (siehe F in 4 im japanischen Patent JP 5 999 039 B ( JP 2015 - 017 641 A )), die einen Kuppelabschnitt an einem Ende in axialer Richtung der Auskleidung mit der Kappe verbindet, vermieden werden kann.
  • Die Absätze [0006] und [0031] des japanischen Patents JP 5 999 039 B ( JP 2015-017 641 A ) besagen, dass „wenn die Trennmittelschicht auf der Außenfläche des gekrümmten Kuppelabschnitts der Auskleidung gebildet wird, die Konzentration einer Spannung auf einen lokalen Bereich der Auskleidung verringert werden kann“, aber eine „Position, an der die Trennmittelschicht nicht zwischen der Auskleidung und der Verstärkungsschicht gebildet wird“, ist im japanischen Patent JP 5 999 039 B ( JP 2015 - 017 641 A ) nicht beschrieben. Wenn also die Position, an der die Trennmittelschicht nicht gebildet wird, nicht geeignet ist, besteht die Befürchtung, dass sich eine Spannung auf einen Bereich konzentrieren könnte (siehe F in 4 im japanischen Patent JP 5 999 039 B ( JP 2015 - 017 641 A )), der den Kuppelabschnitt an einem Ende in axialer Richtung der Auskleidung mit der Kappe verbindet. In diesem Punkt gibt es noch Verbesserungsmöglichkeiten.
  • Die Erfindung schafft einen Hochdrucktank, der die Konzentration einer Belastung bzw. Spannung an einem Ende in axialer Richtung eines Hohlbehälters aufgrund einer Änderung des Innendrucks des Hohlbehälters oder dergleichen verringern kann.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist ein Hochdrucktank vorgesehen, umfassend: einen zylindrischen Hohlbehälter; eine Außenhülle, die aus einem faserverstärkten Kunststoffband gebildet ist, das auf einen Außenumfang des Hohlbehälters gewickelt ist, um den Außenumfang abzudecken; und eine Kappe, die an einer Innenseite von zumindest einem von einem axialen Ende und einem anderen axialen Ende der Außenhülle befestigt ist, wobei der Hohlbehälter aus einem luftdichten Material gebildet ist, das sich in axialer Richtung und radialer Richtung innerhalb der Außenhülle ausdehnen und zusammenziehen kann, und ein Reibungsabschnitt in einem axialen Zwischenabschnitt auf einer äußeren Umfangsfläche des Hohlbehälters ausgebildet ist. Der Reibungsabschnitt ist vorgesehen, um die Position des axialen Zwischenabschnitts der äußeren Umfangsfläche des Hohlbehälters so zu fixieren, dass der axiale Zwischenabschnitt nicht in axialer Richtung in Bezug auf die äußere Hülle verformt wird, indem ein Reibungswiderstand des axialen Zwischenabschnitts auf der äußeren Umfangsfläche des Hohlbehälters in Bezug auf die innere Umfangsfläche der äußeren Hülle so eingestellt wird, dass er größer ist als derjenige in dem anderen Bereich, wobei der Reibungsabschnitt eine Mehrzahl von Unebenheiten beinhaltet, die kontinuierlich über die gesamte Fläche des axialen Zwischenabschnitts auf der äußeren Umfangsfläche des Hohlbehälters in Umfangsrichtung punktförmig verteilt sind.
  • Gemäß dieser Konfiguration wird, wenn sich der Hohlbehälter in axialer Richtung in der Außenhülle ausdehnt oder zusammenzieht, z.B. durch Änderung des Innendrucks des Hohlbehälters, der Reibungsabschnitt des Hohlbehälters in axialer Richtung gegenüber der Außenhülle weniger verformt als die anderen Bereiche und somit dehnen sich ein axiales Ende und das andere axiale Ende des Hohlbehälters in axialer Richtung mit dem Reibungsabschnitt als Ausgangspunkt aus oder ziehen sich zusammen.
  • Dementsprechend ist es möglich, die Konzentration einer Spannung auf das eine (lokale Gebiet) von dem einen axialen Ende und dem anderen axialen Ende des Hohlbehälters zu begrenzen oder zu verhindern.
  • Der Begriff „Reibungsabschnitt“ bezieht sich auf einen Abschnitt mit der Funktion, einen Betrag zu begrenzen, um den der axiale Zwischenabschnitt auf der äußeren Umfangsfläche des Hohlbehälters in axialer Richtung relativ zur inneren Umfangsfläche der äußeren Hülle verformt wird, und bezieht sich auch auf einen Abschnitt mit der Funktion, die Verformung des axialen Zwischenabschnitts auf der äußeren Umfangsfläche des Hohlbehälters in axialer Richtung relativ zur inneren Umfangsfläche der äußeren Hülle zu begrenzen.
  • Darüber hinaus ist es denkbar, wenn eine Verformung wie vorstehend beschrieben nicht erwünscht ist, dass der Reibungswiderstand des axialen Zwischenabschnitts an der äußeren Umfangsfläche des Hohlbehälters gegenüber der inneren Umfangsfläche der Außenhülle durch Verbinden des axialen Zwischenabschnitts an der äußeren Umfangsfläche des Hohlbehälters mit der inneren Umfangsfläche der Außenhülle stufenlos erhöht wird.
  • Zudem dringen, durch Wickeln der aus dem faserverstärkten Kunststoffband gebildeten Außenhülle auf den Hohlbehälter, die Mehrzahl von Unebenheiten, die als Reibungsabschnitt des Hohlbehälters dienen, in die innere Umfangsfläche der Außenhülle ein.
  • Da der Reibungswiderstand des Reibungsabschnitts im axialen Zwischenabschnitt auf der äußeren Umfangsfläche des Hohlbehälters gegenüber der inneren Umfangsfläche der Außenhülle so stark wie möglich zunimmt, ist die Verformung des axialen Zwischenabschnitts des Hohlbehälters in axialer Richtung relativ zur inneren Umfangsfläche der Außenhülle begrenzt.
  • Im Hochdrucktank kann an zumindest einem Ende in axialer Richtung des Hohlbehälters eine Entlüftungsbohrung ausgebildet sein, und in der Kappe, die auf einer Seite, auf der die Entlüftungsbohrung ausgebildet ist, angeordnet ist, kann ein Entlüftungsrohr bzw. -schlauch, der verschiebbar in die Entlüftungsbohrung eingesetzt ist, ausgebildet sein.
  • Gemäß dieser Konfiguration wird eine Beziehung zwischen dem Hohlbehälter und der Kappe festgelegt. Gemäß dieser Spezifikation ist es klar, dass, wenn sich ein axiales Ende und das andere axiale Ende des Hohlbehälters in axialer Richtung ausdehnen oder zusammenziehen, ein axiales Ende und das andere axiale Ende in Bezug auf die Kappe verformt werden.
  • Im Hochdrucktank kann der Reibungsabschnitt nur in dem axialen Zwischenabschnitt auf der äußeren Umfangsfläche des Hohlbehälters ausgebildet ist.
  • Gemäß dem Aspekt der Erfindung ist es möglich, einen Hochdrucktank zu schaffen, der die Konzentration einer Belastung bzw. Spannung an einem Ende in axialer Richtung eines Hohlbehälters aufgrund einer Änderung des Innendrucks des Hohlbehälters oder dergleichen verringern kann.
  • Figurenliste
  • Die Merkmale und Vorteile sowie die technische und wirtschaftliche Bedeutung beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in der gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen; hierbei zeigt:
    • 1 eine Seitenansicht, die einen Hochdrucktank gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt und einen Teil eines anderen Abschnitts als einem axialen Zwischenabschnitt eines Hohlbehälters zeigt;
    • 2 eine Seitenansicht, die einen Hochdrucktank gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung zeigt und einen Teil eines anderen Abschnitts als einem axialen Zwischenabschnitt eines Hohlbehälters zeigt;
    • 3 eine Seitenansicht, die einen Hochdrucktank gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung zeigt und einen Teil eines anderen Abschnitts als einem axialen Zwischenabschnitt eines Hohlbehälters zeigt; und
    • 4 eine Seitenansicht, die einen Hochdrucktank gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung zeigt und einen Teil eines anderen Abschnitts als einem axialen Zwischenabschnitt eines Hohlbehälters zeigt.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Nachstehend werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben.
  • Eine Ausführungsform der Erfindung ist in 1 dargestellt. In 1 ist ein Hochdrucktank 1 als Ganzes dargestellt. Der Hochdrucktank 1 dient beispielsweise zum Speichern von Wasserstoff oder dergleichen, der für ein fahrzeugseitiges Brennstoffzellensystem verwendet wird, und hat eine doppelwandige Struktur, bei der ein Außenumfang eines Hohlbehälters 2 mit einer Außenhülle 3 abgedeckt ist.
  • Der Hohlbehälter 2 ist beispielsweise in einer zylindrischen Form ausgebildet, deren Größe in axialer Richtung größer ist als ein Außendurchmesser. Ein erster Kuppelabschnitt 2a ist an einem Ende in axialer Richtung vorgesehen und ein zweiter Kuppelabschnitt 2b am anderen Ende in axialer Richtung vorgesehen.
  • Der Hohlbehälter 2 besteht aus einem Material, das eine ausgezeichnete Luftdichtigkeit aufweist und relativ flexibel ist und sich in axialer und radialer Richtung ausdehnt und zusammenzieht. Der Hohlbehälter 2 kann aus einem Polyimidharz, wie beispielsweise Nylon, gebildet werden. Polyimidharz weist eine ausgezeichnete Luftdichtigkeit, wie beispielsweise eine Gasbarriereeigenschaft gegenüber dem Wasserstoff, auf und weist einen großen thermischen Ausdehnungskoeffizienten bzw. Wärmeausdehnungskoeffizienten auf.
  • In der Mitte des ersten Kuppelabschnitts 2a des Hohlbehälters 2 ist eine erste Entlüftungsbohrung 2c derart ausgebildet, dass diese den Hohlbehälter 2 entlang seiner Mittelachse durchdringt.
  • Die erste Entlüftungsbohrung 2c ist als Innenloch eines zylindrischen Abschnitts ausgebildet, der so vorgesehen ist, dass er vom ersten Kuppelabschnitt 2a des Hohlbehälters 2 nach innen ragt.
  • Da die Außenhülle 3 eine hohe Festigkeit aufweist, um die Festigkeit des Hochdrucktanks 1 zu gewährleisten, kann die Außenhülle 3 aus faserverstärktem Kunststoff gebildet werden, bei dem ein wärmehärtendes Harz in eine Verstärkungsfaser imprägniert wird.
  • Insbesondere kann die Außenhülle 3 gebildet werden, indem ein Trennmittel 4 auf die Außenfläche des Hohlbehälters 2 aufgebracht, das Trennmittel 4 in Form eines Films bzw. einer Folie ausgehärtet wird und die Folie mit einem Filamentwickelverfahren (im Folgenden auch als FW-Verfahren bezeichnet) um den Hohlbehälter 2 gewickelt wird.
  • Als wärmehärtendes Harz kann beispielsweise ein Epoxidharz verwendet werden. Beispielsweise kann eine Kohlefaser als Verstärkungsfaser verwendet werden. Beispielsweise kann ein Trennmittel auf Fluorbasis oder ein Trennmittel auf Silikonbasis als Trennmittel 4 verwendet werden.
  • Eine erste Kappe 5 ist innerhalb eines axialen Endes der Außenhülle 3 angeordnet, und eine zweite Kappe 6 ist innerhalb des anderen axialen Endes der Außenhülle 3 angeordnet.
  • An der ersten Kappe 5 ist eine Befülldüse (nicht dargestellt) zum Befüllen des Hohlbehälters 2 mit Wasserstoff und dergleichen oder eine Auslassdüse (nicht dargestellt) zum Austragen von Wasserstoff und dergleichen aus dem Hohlbehälter 2 nach außen angebracht.
  • Die erste Kappe 5 weist eine Konfiguration auf, bei der ein ringförmiger Plattenabschnitt 5b, der sich in radialer Richtung nach außen erstreckt, integral in einem axialen Zwischenabschnitt eines ersten Entlüftungsrohrs 5a ausgebildet ist. Das erste Entlüftungsrohr 5a besteht beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung und wird verschiebbar in die erste Entlüftungsbohrung 2c des Hohlbehälters 2 eingesetzt. Die zweite Kappe 6 ist aus einer ringförmigen Platte gebildet.
  • Die Außenflächen des ringförmigen Plattenabschnitts 5b der ersten Kappe 5 und der zweiten Kappe 6, die aus einer ringförmigen Platte gebildet ist, sind mit den Innenflächen eines axialen Endes und des anderen axialen Endes der Außenhülle 3 verbunden, aber die Innenfläche des ringförmigen Plattenabschnitts 5b der ersten Kappe 5 ist nicht mit der Außenfläche des ersten Kuppelabschnitts 2a des Hohlbehälters 2 verbunden, und die Innenfläche der zweiten Kappe 6, die aus einer ringförmigen Platte gebildet ist, ist nicht mit der Außenfläche des zweiten Kuppelabschnitts 2b des Hohlbehälters 2 verbunden und kann davon getrennt werden.
  • In dieser Ausführungsform ist ein Reibungsabschnitt 7 in einem axialen Zwischenabschnitt auf der äußeren Umfangsfläche des Hohlbehälters 2 vorgesehen.
  • Der Reibungsabschnitt 7 ist vorgesehen, um die Position des axialen Zwischenabschnitts der äußeren Umfangsfläche des Hohlbehälters 2 so zu fixieren, dass der axiale Zwischenabschnitt nicht in axialer Richtung in Bezug auf die äußere Hülle 3 verformt wird, indem der Reibungswiderstand des axialen Zwischenabschnitts auf der äußeren Umfangsfläche des Hohlbehälters 2 in Bezug auf die innere Umfangsfläche der äußeren Hülle 3 so eingestellt wird, dass er größer als derjenige des anderen Bereichs ist.
  • Insbesondere beinhaltet der Reibungsabschnitt 7 in dieser Ausführungsform eine Mehrzahl von Unebenheiten bzw. Wellen (EN: undulations). Die Mehrzahl von Unebenheiten, die als Reibungsabschnitt 7 dienen, sind insbesondere kontinuierlich über die gesamte Fläche des axialen Zwischenabschnitts auf der äußeren Umfangsfläche des Hohlbehälters 2 in Umfangsrichtung punktförmig verteilt.
  • Nur der Reibungsabschnitt 7 auf der äußeren Umfangsfläche des Hohlbehälters 2 ist mit dem die Außenhülle 3 bildenden wärmehärtenden Harz verbunden, und der andere Bereich als der Reibungsabschnitt 7 auf der äußeren Umfangsfläche des Hohlbehälters 2 ist nicht mit dem die Außenhülle 3 bildenden wärmehärtenden Harz verbunden. Ein Verfahren zur Bereitstellung einer solchen Konfiguration wird im Folgenden beschrieben.
  • Nachfolgend wird eine Prozessabfolge zur Herstellung des Hochdrucktanks 1 beschrieben.
  • Zunächst wird ein Hohlbehälter 2 mit einem darauf ausgebildeten Reibungsabschnitt 7 hergestellt. Insbesondere wird der Hohlbehälter 2 im Spritzgussverfahren hergestellt, und in einer Form, die für das Spritzgießen verwendet wird, ist eine dem Reibungsabschnitt 7 entsprechende Wellengruppe bzw. Gruppe von Unebenheiten vorgesehen, so dass die Gruppe von Unebenheiten an eine vorgegebene Position des Hohlbehälters 2 übertragen wird, der Spritzgussverfahren unterzogen wurde, um den Reibungsabschnitt 7 zu bilden.
  • Durch Auftragen eines Trennmittels 4 auf die gesamte Außenfläche des so hergestellten Hohlbehälters 2, z.B. mit einem Spray oder einer Bürste und Trocknen des Trennmittels 4 mit Heißluft oder dergleichen, wird das Trennmittel 4 auf der Außenfläche des Hohlbehälters 2 filmförmig ausgebildet.
  • Die erste Kappe 5 und die zweite Kappe 6 werden an beiden Enden in axialer Richtung des Hohlbehälters 2 vorübergehend befestigt. Insbesondere wird ein nach innen vorstehender Abschnitt des ersten Entlüftungsrohrs 5a der ersten Kappe 5 in die erste Entlüftungsbohrung 2c des Hohlbehälters 2 eingesetzt. In diesem Zustand sind, da das Trennmittel 4 zwischen den Außenflächen des ersten Kuppelabschnitts 2a und des zweiten Kuppelabschnitts 2b des Hohlbehälters 2 und den Innenflächen der ersten Kappe 5 und der zweiten Kappe 6 sowie zwischen der ersten Entlüftungsbohrung 2c des Hohlbehälters 2 und dem nach innen vorstehenden Abschnitt des ersten Entlüftungsrohrs 5a der ersten Kappe 5 angeordnet ist, der Hohlbehälter 2 und die erste Kappe 5 relativ verformbar, der Hohlbehälter 2 und die zweite Kappe 6 sind relativ verformbar und der nach innen vorstehende Abschnitt des ersten Entlüftungsrohrs 5a der ersten Kappe 5 ist in die erste Entlüftungsbohrung 2c des Hohlbehälters 2 verschiebbar.
  • Anschließend wird, nachdem der Innendruck erhöht wurde, um den Hohlbehälter 2 auszudehnen und seine Festigkeit zu erhöhen, indem der Hohlbehälter 2 mit einer geeigneten Menge Gas (z.B. Stickstoff oder Luft) befüllt wird, das erste Entlüftungsrohr 5a der ersten Kappe 5 geschlossen.
  • Dann wird eine Außenhülle 3 gebildet, indem ein faserverstärktes Kunststoffband, in dem ein wärmehärtendes Harz in eine Verstärkungsfaser imprägniert ist, um den Außenumfang des Hohlbehälters 2, der ersten Kappe 5 und der zweiten Kappe 6 nach dem FW-Verfahren gewickelt wird, und das wärmehärtende Harz thermisch ausgehärtet wird.
  • Als Bandwickelmuster kann ein Reifenwickelmuster, ein schraubenförmiges Wickelmuster mit einem niedrigen Winkel oder einem hohen Winkel oder dergleichen verwendet werden. Durch thermisches Aushärten des wärmehärtenden Harzes wird das wärmehärtende Harz an die Außenflächen des ringförmigen Plattenabschnitts 5b der ersten Kappe 5 und die zweiten Kappe 6, die aus einer ringförmigen Platte gebildet ist, gebunden, aber das wärmehärtende Harz wird nicht an die äußeren Umfangsfläche des Hohlbehälters 2 gebunden, da das Trennmittel 4 an der äußeren Umfangsfläche des Hohlbehälters 2 ausgebildet ist.
  • Da hier das Trennmittel 4, das an Vorsprüngen des Reibungsabschnitts 7 angebracht ist, der eine Gruppe einer Mehrzahl von Unebenheiten umfasst, die im axialen Zwischenabschnitt des Hohlbehälters 2 vorgesehen sind, durch einen Druck beim Aufwickeln des faserverstärkten Kunststoffbandes entfernt wird, ist die als Reibungsabschnitt 7 des Hohlbehälters 2 dienende Wellengruppe bzw. Gruppe von Unebenheiten in einem eingedrungenen Zustand mit der inneren Umfangsfläche der Außenhülle 3 verbunden. Dementsprechend erhöht sich der Reibungswiderstand des Reibungsabschnitts 7 des Hohlbehälters 2 gegenüber der Außenhülle 3 so weit wie möglich.
  • Danach wird das in den Hohlbehälter 2 gefüllte Gas durch Kühlung des Hohlbehälters 2 entnommen. Da der thermische Ausdehnungskoeffizient des Hohlbehälters 2 größer ist als der thermische Ausdehnungskoeffizient der Außenhülle 3, zieht sich der Hohlbehälter 2 mehr zusammen als die Außenhülle 3, so dass ein Spalt zwischen dem anderen Bereich als dem Reibungsabschnitt 7 auf der äußeren Umfangsfläche des Hohlbehälters 2 und der inneren Umfangsfläche der Außenhülle 3 gebildet wird, ein Spalt zwischen den Außenflächen des ersten Kuppelabschnitts 2a und der Innenfläche des ringförmigen Plattenabschnitts 5b der ersten Kappe 5 gebildet wird, und ein Spalt zwischen dem zweiten Kuppelabschnitt 2b und der Innenfläche der zweiten Kappe 6, die aus einer ringförmigen Platte gebildet ist, gebildet wird.
  • Wenn der so hergestellte Hochdrucktank 1 mit Wasserstoff oder dergleichen gefüllt ist, dehnt sich der Hohlbehälter 2 elastisch in radialer Richtung und in axialer Richtung aus, aber der axiale Zwischenabschnitt des Hohlbehälters 2 ist gegenüber der inneren Umfangsfläche der Außenhülle 3 so positioniert, dass er in axialer Richtung nicht verformbar ist, da der Reibungsabschnitt 7 mit der Gruppe von Unebenheiten mit der Außenhülle 3 verbunden ist.
  • Wenn sich der Hohlbehälter 2 in axialer Richtung ausdehnt, dehnen sich dementsprechend ein axiales Ende und das andere axiale Ende des Hohlbehälters 2 mit dem Reibungsabschnitt 7 im axialen Zwischenabschnitt des Hohlbehälters 2 als Ausgangspunkt aus, und somit wird eine Ausdehnung des Hohlbehälters 2 zu einem axialen Ende gleich einer Ausdehnung des Hohlbehälters 2 zum anderen axialen Ende.
  • Dadurch ist es möglich, die Konzentration einer Belastung bzw. Spannung auf eines (einen lokalen Bereich) von einem axialen Ende und dem anderen axialen Ende des Hohlbehälters 2 zu begrenzen oder zu verhindern.
  • Da in dieser Ausführungsform der Reibungsabschnitt 7 mit einer Gruppe von Unebenheiten kontinuierlich über die gesamte Fläche des axialen Zwischenabschnitts auf der äußeren Umfangsfläche des Hohlbehälters 2 in Umfangsrichtung vorgesehen ist, ist es möglich zu verhindern, dass eine Last lokal aufgebracht wird.
  • Die Erfindung ist nicht auf die oben genannte Ausführungsform beschränkt und kann im Rahmen der beigefügten Ansprüche und in einem dem Umfang entsprechenden Bereich entsprechend modifiziert werden.
    1. (1) Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist beispielsweise in 2 dargestellt. Diese Ausführungsform ist ein modifiziertes Beispiel der in 1 dargestellten Ausführungsform. In dieser Ausführungsform ist in der Mitte des ersten Kuppelabschnitts 2a des Hohlbehälters 2 eine erste Entlüftungsbohrung 2c vorgesehen, die den Hohlbehälter 2 entlang seiner Mittelachse durchdringt, und in der Mitte des zweiten Kuppelabschnitts 2b des Hohlbehälters 2 ist eine zweite Entlüftungsbohrung 2d vorgesehen, die den Hohlbehälter 2 entlang seiner Mittellinie durchdringt.
  • Ähnlich wie die erste Kappe 5 weist die zweite Kappe 6 eine Konfiguration auf, bei der ein ringförmiger Plattenabschnitt 6b, der sich in radialer Richtung nach außen erstreckt, im axialen Zwischenabschnitt eines Entlüftungsrohres 6a integral ausgebildet ist. Das Entlüftungsrohr 6a der zweiten Kappe 6 wird verschiebbar in die zweite Entlüftungsbohrung 2d des zweiten Kuppelabschnitts 2b eingesetzt.
  • Die Konfiguration ist ansonsten im Wesentlichen gleich jener der in 1 dargestellten Ausführungsform. In dieser Ausführungsform werden die gleichen Vorgänge und Vorteile wie in der oben genannten Ausführungsform erzielt.
    • (2) In den vorgenannten Ausführungsformen ist der Reibungsabschnitt 7 mit der Gruppe von Unebenheiten kontinuierlich über die gesamte Fläche des axialen Zwischenabschnitts auf der äußeren Umfangsfläche des Hohlbehälters 2 in Umfangsrichtung vorgesehen, die Erfindung ist jedoch hierauf nicht beschränkt.
  • So kann beispielsweise der Reibungsabschnitt 7 einschließlich der Gruppe von Unebenheiten teilweise in vorbestimmten Abständen im axialen Zwischenabschnitt auf der äußeren Umfangsfläche des Hohlbehälters 2 in Umfangsrichtung vorgesehen werden, und diese Konfiguration gilt als von der Erfindung umfasst. Wenn die Abstände auf gleiche Abstände eingestellt sind, kann vorteilhaft verhindert werden, dass eine Last lokal aufgebracht wird.
    • (3) Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist beispielsweise in 3 dargestellt. Diese Ausführungsform ist ein modifiziertes Beispiel der in 1 dargestellten Ausführungsform. In dieser Ausführungsform ist der Reibungsabschnitt 7 aus einem Abschnitt mit großem Durchmesser gebildet, der in radialer Richtung nach außen ragt.
  • Insbesondere ist der als Reibungsabschnitt 7 dienende Abschnitt mit großem Durchmesser ein Abschnitt mit einem Außendurchmesser, der größer ist als die Außendurchmesser eines Bereichs auf der Seite eines axialen Endes und eines Bereichs auf der Seite des anderen axialen Endes auf der äußeren Umfangsfläche des Hohlbehälters 2, und ist im axialen Zwischenabschnitt, insbesondere in der Mitte in axialer Richtung, des Hohlbehälters 2 vorgesehen.
  • Der Bereich auf der Seite des einen axialen Endes vom Reibungsabschnitt 7 zum ersten Kuppelabschnitt 2a und der Bereich auf der Seite des anderen axialen Endes vom Reibungsabschnitt 7 zum zweiten Kuppelabschnitt 2b sind in einer konischen Form so ausgebildet, dass der Außendurchmesser vom Reibungsabschnitt 7 zum ersten Kuppelabschnitt 2a und zum zweiten Kuppelabschnitt 2b allmählich abnimmt.
  • Da ein Kontakt- bzw. Anpressdruck des Reibungsabschnitts 7 des Hohlbehälters 2 mit der inneren Umfangsfläche der Außenhülle 3 größer ist als ein Anpressdruck des Bereichs auf der Seite des einen axialen Endes und des Bereichs auf der Seite des anderen axialen Endes des Hohlbehälters 2 mit der inneren Umfangsfläche der Außenhülle 3, ist der Reibungswiderstand des Reibungsabschnitts 7 des Hohlbehälters 2 in Bezug auf die innere Umfangsfläche der Außenhülle 3 größer als der Reibungswiderstand des Bereichs auf der Seite des einen axialen Endes und des Bereichs auf der Seite des anderen axialen Endes des Hohlbehälters 2 in Bezug auf die innere Umfangsfläche der Außenhülle 3.
  • Das Verfahren zur Herstellung des Hochdrucktanks 1 gemäß dieser Ausführungsform ist das gleiche wie bei der oben genannten Ausführungsform.
  • Bei diesem Herstellungsverfahren wird bei der Wicklung des faserverstärkten Kunststoffbandes auf den Außenumfang des Hohlbehälters 2 der als Reibungsabschnitt 7 dienende Abschnitt mit großem Durchmesser, der im axialen Zwischenabschnitt des Hohlbehälters 2 vorgesehen ist, durch den Wickeldruck stark gegen die inneren Umfangsfläche der Außenhülle 3 gedrückt. Dementsprechend ist, selbst wenn das Trennmittel 4 im Reibungsabschnitt 7 gebildet wird, der Reibungswiderstand des Reibungsabschnitts 7 in Bezug auf die innere Umfangsfläche der Außenhülle 3 größer als der Reibungswiderstand des anderen Bereichs als des Reibungsabschnitts 7 in Bezug auf die innere Umfangsfläche der Außenhülle 3.
  • Bei der Entnahme des in den Hohlbehälter 2 gefüllten Gases durch Kühlung des Hohlbehälters 2, zieht sich der Hohlbehälter 2 mehr zusammen als die Außenhülle 3, da der thermische Ausdehnungskoeffizient des Hohlbehälters 2 größer ist als der thermische Ausdehnungskoeffizient der Außenhülle 3, und es entsteht jeweils ein Spalt zwischen dem Bereich (dem konischen Abschnitt), der sich Reibungsabschnitt 7 auf der äußeren Umfangsfläche des Hohlbehälters 2 unterscheidet, und der Außenhülle 3, zwischen dem ersten Kuppelabschnitt 2a und der ersten Kappe 5 und zwischen dem zweiten Kuppelabschnitt 2b und der zweiten Kappe 6.
  • Wenn der nach dem vorgenannten Herstellungsverfahren hergestellte Hochdrucktank 1 mit Wasserstoff oder dergleichen gefüllt wird, dehnt sich der Hohlbehälter 2 elastisch in radialer Richtung und in axialer Richtung aus, da aber der als Reibungsabschnitt 7 dienende Abschnitt mit großem Durchmesser zu diesem Zeitpunkt stark gegen die innere Umfangsfläche der Außenhülle 3 gedrückt wird, wird der axiale Zwischenabschnitt des Hohlbehälters 2 nicht in axialer Richtung gegenüber der inneren Umfangsfläche der Außenhülle 3 verformt.
  • Dementsprechend dehnen sich, wenn sich der Hohlbehälter 2 in axialer Richtung ausdehnt, ein axiales Ende und das andere axiale Ende des Hohlbehälters 2 mit dem Reibungsabschnitt 7 im axialen Zwischenabschnitt des Hohlbehälters 2 als Ausgangspunkt aus und somit wird eine Ausdehnung des Hohlbehälters 2 zu einem axialen Ende gleich einer Ausdehnung des Hohlbehälters 2 zum anderen axialen Ende.
  • Dadurch ist es möglich, die Konzentration einer Spannung auf eines (einen lokalen Bereich) von einem axialen Ende und dem anderen axialen Ende des Hohlbehälters 2 zu begrenzen oder zu verhindern.
  • Insbesondere wenn der Bereich auf der Seite des einen axialen Endes und der Bereich auf der Seite des anderen axialen Endes auf der äußeren Umfangsfläche des Hohlbehälters 2 wie in dieser Ausführungsform konisch ausgebildet sind, ist es wahrscheinlich, dass sich der Bereich auf der Seite des einen axialen Endes und der Bereich auf der Seite des anderen axialen Endes des Hohlbehälters 2 in axialer Richtung ausdehnen, wenn der Innendruck durch das Befüllen des Hohlbehälters 2 mit einem Gas steigt.
  • Andererseits sind in dieser Ausführungsform der Bereich auf der Seite des einen axialen Endes und der Bereich auf der Seite des anderen axialen Endes des Hohlbehälters 2 in Bezug auf den Reibungsabschnitt 7 nicht konisch geformt, sondern können als zylindrischer Abschnitt mit kleinem Durchmesser mit einem Außendurchmesser kleiner als der des als Reibungsabschnitt 7 dienenden Abschnitts mit großem Durchmesser ausgebildet werden, oder der Reibungsabschnitts 7 kann mit einer großen Breite in axialer Richtung ausgebildet werden.
    • (4) Zum Beispiel ist eine weitere Ausführungsform in 4 dargestellt. Diese Ausführungsform ist ein modifiziertes Beispiel der in 3 dargestellten Ausführungsform. In dieser Ausführungsform ist die erste Entlüftungsbohrung 2c in der Mitte des ersten Kuppelabschnitts 2a des Hohlbehälters 2 vorgesehen, um den Hohlbehälter 2 entlang seiner Mittelachse zu durchdringen, und die zweite Entlüftungsbohrung 2d ist in der Mitte des zweiten Kuppelabschnitts 2b des Hohlbehälters vorgesehen 2, um den Hohlbehälter 2 entlang seiner Mittelachse zu durchdringen.
  • Ähnlich wie die erste Kappe 5 weist die zweite Kappe 6 eine Konfiguration auf, bei der ein ringförmiger Plattenabschnitt 6b, der sich in radialer Richtung nach außen erstreckt, integral mit dem axialen Zwischenabschnitt des Entlüftungsrohrs 6a ausgebildet ist. Das Entlüftungsrohr 6a der zweiten Kappe 6 ist verschiebbar in die zweite Entlüftungsbohrung 2d des zweiten Kuppelabschnitts 2b eingesetzt.
  • Der übrige Aufbau ist im Wesentlichen gleich dem der in 3 dargestellten Ausführungsform. Gemäß dieser Ausführungsform werden die gleichen Vorgänge und Vorteile wie bei den oben genannten Ausführungsformen erzielt.
    • (5) In den vorgenannten Ausführungsformen ist der Reibungsabschnitt 7, der im axialen Zwischenabschnitt auf der äußeren Umfangsfläche des Hohlbehälters 2 vorgesehen ist, als Gruppe aus einer Mehrzahl von Unebenheiten oder als Abschnitt mit großem Durchmesser ausgebildet, aber die Erfindung ist hierauf nicht beschränkt.
  • So kann beispielsweise, obwohl nicht veranschaulicht, das Trennmittel 4 nicht im axialen Zwischenabschnitt auf der äußeren Umfangsfläche des Hohlbehälters 2 gebildet werden, sondern ein wärmehärtendes Harz aus faserverstärktem Kunststoff, das als Außenhülle 3 dient, kann mit dem Abschnitt verbunden werden, in dem das Trennmittel 4 nicht gebildet ist.
  • In diesem Fall ist der Reibungswiderstand des Abschnitts (der als ohne Trennmittel geformter Abschnitt bezeichnet wird), in dem das Trennmittel 4 nicht im axialen Zwischenabschnitt gebildet ist und der mit der Außenhülle 3 verbunden ist, deutlich größer als in dem Bereich auf der Seite des einen axialen Endes und dem Bereich auf der Seite des anderen axialen Endes, in dem das Trennmittel 4 auf der äußeren Umfangsfläche des Hohlbehälters 2 gebildet ist. Insofern entspricht der ohne Trennmittel geformte Abschnitt im axialen Zwischenabschnitt auf der äußeren Umfangsfläche des Hohlbehälters 2 einem Beispiel für den Reibungsabschnitt der Erfindung.
  • Insbesondere wird bei der Bildung des Trennmittels 4 auf der äußeren Umfangsfläche des Hohlbehälters 2 der axiale Zwischenabschnitt auf der äußeren Umfangsfläche des Hohlbehälters 2 bandförmig in einer vorgegebenen Breite in Axialrichtung durchgängig auf der Umfangsfläche maskiert, das Trennmittel 4 wird auf die gesamte äußeren Umfangsfläche des Hohlbehälters 2 aufgebracht, und dann wird im axialen Zwischenabschnitt auf der äußeren Umfangsfläche des Hohlbehälters 2 durch Entfernen der Maske ein bandförmiger, ohne Trennmittel geformter Abschnitt gebildet.
  • Gemäß dieser Konfiguration wird beim Wickeln eines faserverstärkten Kunststoffbandes auf die äußeren Umfangsfläche des Hohlbehälters 2 zur Bildung der Außenhülle 3 das wärmehärtende Harz aus faserverstärktem Kunststoff, das die Außenhülle 3 bildet, mit dem als Reibungsabschnitt 7 im axialen Zwischenabschnitt auf der äußeren Umfangsfläche des Hohlbehälters 2 dienenden, ohne Trennmittel geformten Abschnitt verbunden.
  • Gemäß dieser Ausführungsform werden die gleichen Vorgänge und Vorteile wie bei den oben genannten Ausführungsformen erzielt.
    • (6) In den vorgenannten Ausführungsformen ist die Länge in axialer Richtung des Hohlbehälters 2 größer als sein Außendurchmesser, aber die Erfindung ist darauf nicht beschränkt. So kann beispielsweise der Außendurchmesser des Hohlbehälters 2 so eingestellt werden, dass er gleich oder größer als die Länge in axialer Richtung ist. Dieses Beispiel gilt auch als von der Erfindung umfasst.

Claims (3)

  1. Hochdrucktank (1), aufweisend: einen zylindrischen Hohlbehälter (2); eine Außenhülle (3), die aus einem faserverstärkten Kunststoffband gebildet ist, das auf einen Außenumfang des Hohlbehälters (2) gewickelt ist, um den Außenumfang abzudecken; und eine Kappe (5, 6), die an einer Innenseite von zumindest einem von einem axialen Ende und einem anderen axialen Ende der Außenhülle (3) befestigt ist, wobei der Hohlbehälter (2) aus einem luftdichten Material gebildet ist, das sich in axialer Richtung und radialer Richtung innerhalb der Außenhülle (3) ausdehnen und zusammenziehen kann, und ein Reibungsabschnitt (7) in einem axialen Zwischenabschnitt auf einer äußeren Umfangsfläche des Hohlbehälters (2) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibungsabschnitt (7) vorgesehen ist, um die Position des axialen Zwischenabschnitts der äußeren Umfangsfläche des Hohlbehälters (2) so zu fixieren, dass der axiale Zwischenabschnitt nicht in axialer Richtung in Bezug auf die äußere Hülle (3) verformt wird, indem ein Reibungswiderstand des axialen Zwischenabschnitts auf der äußeren Umfangsfläche des Hohlbehälters (2) in Bezug auf die innere Umfangsfläche der äußeren Hülle (3) so eingestellt wird, dass er größer ist als derjenige in dem anderen Bereich, der Reibungsabschnitt (7) eine Mehrzahl von Unebenheiten beinhaltet, die kontinuierlich über die gesamte Fläche des axialen Zwischenabschnitts auf der äußeren Umfangsfläche des Hohlbehälters (2) in Umfangsrichtung punktförmig verteilt sind.
  2. Hochdrucktank (1) nach Anspruch 1, wobei an zumindest einem Ende in axialer Richtung des Hohlbehälters (2) eine Entlüftungsbohrung (2c, 2d) ausgebildet ist und in der Kappe (5, 6), die auf einer Seite, auf der die Entlüftungsbohrung (2c, 2d) ausgebildet ist, ein in die Entlüftungsbohrung (2c, 2d) verschiebbar eingesetztes Entlüftungsrohr (5a, 6a) ausgebildet ist.
  3. Hochdrucktank (1) nach Anspruch 1, wobei der Reibungsabschnitt (7) nur im dem axialen Zwischenabschnitt auf der äußeren Umfangsfläche des Hohlbehälters (2) ausgebildet ist.
DE102019112321.6A 2018-07-25 2019-05-10 Hochdrucktank Active DE102019112321B4 (de)

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