DE102019114333A1

DE102019114333A1 - Herstellungsverfahren für einen Tank

Info

Publication number: DE102019114333A1
Application number: DE102019114333.0A
Authority: DE
Inventors: Yasuhiro Iida
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-08-31
Filing date: 2019-05-28
Publication date: 2020-03-05
Also published as: US11400640B2; JP2020034125A; CN110871577A; CN110871577B; US20200070401A1

Abstract

Ein Herstellungsverfahren für einen Tank (1) ist ein Verfahren zur Herstellung des Tanks (1) durch Wickeln von mit einem Epoxidharz imprägnierten Fasern (15) in einer Mehrzahl von Lagen bzw. Schichten um einen Außenumfang einer Auskleidung (10) mit einem Körperteil (11) und Kuppelteilen (12), die an beiden Enden des Körperteils (11) angeordnet sind. Das Herstellungsverfahren beinhaltet das sequentielle Laminieren einer Mehrzahl von Band- bzw. Reifenschichten (21) durch Band- bzw. Reifenwickeln der Fasern (15) von einer Seite, die näher an einem Außenumfang des Körperteils (11) liegt, zu einer Seite, die weiter vom Außenumfang des Körperteils (11) entfernt ist. Beim Laminieren der Reifenschichten (21) wird eine Temperatur von Endabschnitten des Körperteils (11) benachbart zu den Kuppelteilen (12) niedriger eingestellt als eine Temperatur eines verbleibenden Abschnitts des Körperteils (11), wobei der verbleibende Abschnitt ein anderer Abschnitt des Körperteils (11) als die Endabschnitte ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Herstellungsverfahren für einen Tank, das einen Tank durch Wickeln von mit einem Harz imprägnierten Fasern in einer Mehrzahl von Lagen bzw. Schichten um einen Außenumfang einer Auskleidung herstellt.
Beschreibung des Standes der Technik
Tanks wie Wasserstofftanks, die in Brennstoffzellenfahrzeugen installiert sind, müssen eine hohe Druckkapazität bzw. -beständigkeit usw. aufweisen, um die Sicherheit zu gewährleisten. Als Verfahren zur Herstellung solcher Tanks ist ein Faser- bzw. Filamentwickelverfahren (FW) bekannt. Insbesondere werden, während eine Auskleidung mit einem Körperteil und Kuppelteilen, die an beiden Enden des Körperteils angeordnet sind, gedreht wird, mit einem ungehärteten, duroplastischen bzw. wärmehärtenden Harz imprägnierte Fasern wiederholt mit konstanter Spannung (d.h. der Kraft zum Aufwickeln der Fasern) um den Außenumfang der Auskleidung gewickelt, um eine Verstärkungsschicht, die aus Band- bzw. Reifenschichten und Spiralschichten besteht, auszubilden, und danach wird das wärmehärtende Harz wärmegehärtet.
Als Beispiel offenbart die WO 2010/116526 A ein Verfahren zur Herstellung eines Tanks, mit dem die Effizienz der Festigkeitsentwicklung durch die Verwendung von gewickelten Fasern durch Optimierung der Laminierform der Reifenschichten und der Spiralschichten verbessert werden kann, und die Reifenschichten, die durch Reifenwickeln der Fasern ausgebildet werden, werden sequentiell von einer Seite, die näher an einem Außenumfang des Körperteils der Auskleidung liegt, zu einer Seite, die weiter vom Außenumfang des Körperteils entfernt ist, laminiert.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Wenn jedoch die Mehrzahl von Band- bzw. Reifenschichten nacheinander auf den Außenumfang des Körperteils von der Seite, die näher am Außenumfang des Körperteils liegt, zu der Seite, die weiter vom Außenumfang des Körperteils entfernt ist, laminiert werden, werden, weil die Kraft zum Aufwickeln der Fasern der äußeren Reifenschichten (i.e. die Reifenschichten, die weiter vom Außenumfang der Auskleidung entfernt sind), einen Druck auf die Fasern der inneren Reifenschichten (d.h. die Reifenschichten, die näher am Außenumfang der Auskleidung liegen) aufbringt, die Fasern der inneren Reifenschichten in axialer Richtung der Mittelachse der Auskleidung nach außen gedrückt. Dadurch können die Fasern der inneren Reifenschichten rutschen und ihre Anordnung kann abweichen. Insbesondere neigt eine derartige Positionsverschiebung der Fasern dazu, an den Endabschnitten des Körperteils, die an die Kuppelteile angrenzen, aufzutreten. Wenn es zu einer Positionsverschiebung der Faser kommt, verschlechtern sich die Anfangsfestigkeit und die Dauerfestigkeit des Tanks.
Die vorliegende Erfindung ist ein Herstellungsverfahren für einen Tank, wobei das Herstellungsverfahren in der Lage ist, die Positionsverschiebung von Fasern an Endabschnitten eines Körperteils, die an die Kuppelteile angrenzen, während der Reifenwicklung zu reduzieren.
Ein Herstellungsverfahren für einen Tank gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Herstellungsverfahren für einen Tank, bei dem der Tank durch Wickeln von Fasern, die mit einem Harz imprägniert sind, in einer Mehrzahl von Schichten um einen Außenumfang einer Auskleidung mit einem Körperteil und Kuppelteilen, die an beiden Enden des Körperteils angeordnet sind, hergestellt wird, und das Herstellungsverfahren beinhaltet: sequentielles Laminieren einer Mehrzahl von Reifenschichten durch Reifenwickeln der Fasern von einer Seite, die näher an einem Außenumfang des Körperteils liegt, zu einer Seite, die weiter vom Außenumfang des Körperteils entfernt ist, wobei beim Laminieren der Reifenschichten eine Temperatur von Endabschnitten des Körperteils, die an die Kuppelteile angrenzen, niedriger eingestellt wird als eine Temperatur eines verbleibenden Abschnitts des Körperteils, wobei der verbleibende Abschnitt ein anderer Abschnitt des Körperteils als die Endabschnitte ist.
Bei dem Herstellungsverfahren für einen Tank nach dem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es beim Laminieren der Reifenschichten möglich, die Viskosität des Harzes, mit dem die um die Endabschnitte gewickelten Fasern imprägniert werden, zu erhöhen, indem die Temperatur der Endabschnitte des an die Kuppelteile angrenzenden Körperteils niedriger als die Temperatur des verbleibenden Abschnitts des Körperteils eingestellt wird; dadurch kann die Klebrigkeit des Harzes erhöht werden. Dementsprechend ist es möglich, die Positionsverschiebung der Fasern an den Endabschnitten des Körperteils, die an die Kuppelteile angrenzen, zu reduzieren.
Bei dem Herstellungsverfahren für einen Tank gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann das Harz ein Epoxidharz sein. Mit dieser Konfiguration ist es möglich, durch die Nutzung der hervorragenden Haftung des Epoxidharzes, den Effekt der Reduzierung der Positionsverschiebung der Fasern an den Endabschnitten des Körperteils, die an die Kuppelteile angrenzen, zu verstärken.
Bei dem Herstellungsverfahren für einen Tank gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann beim Laminieren der Reifenschichten die Temperatur der Endabschnitte des Körperteils, die an die Kuppelteile angrenzen, auf 16°C oder weniger eingestellt werden. Mit dieser Konfiguration kann der Betrag der Positionsverschiebung der Fasern an den Endabschnitten des Körperteils, die an die Kuppelteile angrenzen, auf 2 mm oder weniger reduziert werden.
Bei dem Herstellungsverfahren für einen Tank gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann beim Laminieren der Reifenschichten die Temperatur der Endabschnitte des Körperteils, die an die Kuppelteile angrenzen, auf 16°C oder weniger und 5°C oder mehr eingestellt werden.
Bei dem Herstellungsverfahren für einen Tank gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann beim Laminieren der Reifenschichten die Temperatur des verbleibenden Abschnitts des Körperteils auf 20°C oder mehr und 25°C oder weniger eingestellt werden.
Bei dem Herstellungsverfahren für einen Tank gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung können beim Laminieren der Reifenschichten die Fasern von einem ersten Endabschnitt der Endabschnitte des Körperteils zu einem zweiten Endabschnitt der Endabschnitte des Körperteils derart reifengewickelt werden, dass eine N-te Reifenschicht ausgebildet wird, wobei N eine ganze Zahl von 1 oder mehr ist, und die Fasern können am zweiten Endabschnitt umgekehrt und so reifengewickelt werden, dass eine (N+1)-te Reifenschicht auf einer Außenseite der N-ten Reifenschicht ausgebildet wird.
Gemäß den obigen Aspekten ist es möglich, die Positionsverschiebung der Fasern an den Endabschnitten des Körperteils, die an die Kuppelteile angrenzen, während der Reifenwicklung zu reduzieren.
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 denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen; hierbei zeigt:

1 eine Schnittansicht, die einen Aufbau eines Tanks zeigt;
2 eine schematische Darstellung, die ein Herstellungsverfahren für den Tank gemäß einer Ausführungsform erklärt;
3 eine Ansicht, die einen Zusammenhang zwischen einer Haftkraft und einer Temperatur eines Harzes zeigt;
4 eine Ansicht, die einen Zusammenhang zwischen dem Betrag der Positionsverschiebung von Fasern und einer Temperatur zeigt;
5 eine Ansicht, die Messergebnisse eines Berstdrucks eines Tanks eines Ausführungsbeispiels und eines Tanks eines Vergleichsbeispiels zeigt;
6A eine schematische Darstellung, die die Ausbildung von Reifenschichten durch Reifenwicklung erklärt; und
6B eine schematische Darstellung, die die Ausbildung von Spiralschichten durch Spiralwicklung erklärt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachfolgend wird eine Ausführungsform eines Herstellungsverfahrens für einen Tank anhand der Zeichnungen erläutert, und vor der Erklärung wird der Aufbau eines Tanks 1 basierend auf 1 beschrieben.
1 ist eine Schnittansicht, die einen Aufbau des Tanks 1 zeigt. Der Tank 1 ist ein Hochdrucktank, der beispielsweise in einem Brennstoffzellenfahrzeug installiert ist und dort Hochdruckwasserstoff speichern kann. Der Tank 1 ist mit einer Auskleidung 10 mit einem Fluidspeicherraum und einer FRP-Schicht (faserverstärkte Kunststoffschicht) 20 in engem Kontakt mit einem Außenumfang der Auskleidung 10 ausgebildet.
Die Auskleidung 10 hat eine Gasbarriereeigenschaft gegenüber Wasserstoffgas. Die Auskleidung 10 ist ein hohler Behälter mit einem im Wesentlichen zylindrischen Körperteil 11 und im Wesentlichen halbkugelförmigen Kuppelteilen 12, die jeweils am linken und rechten Ende des Körperteils 11 angeordnet sind. An den jeweiligen Oberseiten der beiden Kuppelteile 12 sind Öffnungen ausgebildet, und in eine dieser Öffnungen ist ein ventilseitiger Anschlussring 13 eingesetzt, während in die andere dieser Öffnungen ein endseitiger Anschlussring 14 eingesetzt ist.
Die Auskleidung 10 wird integral durch ein Rotationsblasformverfahren ausgebildet, das beispielsweise ein Harzelement, wie Polyethylen und Nylon, verwendet. Weiterhin kann die Auskleidung 10 anstelle des Harzelements aus einem Leichtmetall, wie beispielsweise Aluminium, ausgebildet werden. Darüber hinaus kann die Auskleidung 10 anstelle eines integralen Herstellungsverfahrens, wie beispielsweise eines Rotationsblasformverfahrens, durch Verbinden einer Mehrzahl von separaten Elementen ausgebildet werden, die durch Spritzgießen oder dergleichen ausgebildet werden.
Die FRP-Schicht 20 beinhaltet eine Mehrzahl von Band- bzw. Reifenschichten 21, die derart laminiert sind, dass sie den Außenumfang des Körperteils 11 der Auskleidung 10 abdecken, und eine Mehrzahl von Spiralschichten 22, die die Auskleidung 10 vollständig abdecken, so dass sie die Reifenschichten 21 und die Kuppelteile 12 umschließen.
Wie in 6A dargestellt, sind die Reifenschichten 21 Faserschichten, die ausgebildet werden, indem Fasern 15, die mit einem Epoxidharz imprägniert sind, in Umfangsrichtung des Körperteils 11 in einem Wickelwinkel, der im Wesentlichen senkrecht zur Mittelachse L der Auskleidung 10 verläuft, reifengewickelt werden. Hierbei umfasst der Ausdruck „im Wesentlichen vertikal“ sowohl einen Winkel von 90° als auch einen Winkel von etwa 90°, der erzeugt werden kann, wenn Wickelpositionen der Fasern 15 so verschoben werden, dass sich die Fasern 15 nicht überlappen.
Andererseits werden, wie in 6B dargestellt, die Spiralschichten 22 ausgebildet, indem die Fasern 15 in Umfangsrichtung des Körperteils 11 und der Kuppelteile 12 in einem Wickelwinkel von 0° oder mehr und weniger als 90° relativ zur Mittelachse L der Auskleidung 10 spiralförmig gewickelt werden. Die Spiralwicklung kann je nach Wickelwinkel in eine niedrigwinkelige Spiralwicklung und eine hochwinkelige Spiralwicklung unterteilt werden. Die niedrigwinkelige Spiralwicklung ist eine Spiralwicklung, wenn der Wickelwinkel klein ist (z.B. mehr als 0° und weniger als 30°), und ist ein Verfahren, bei dem eine Umkehrung der Wickelrichtung der Fasern 15 im Kuppelteil 12 erfolgt, bevor die Fasern 15 um eine Runde um die Mittelachse L gewickelt werden. Die hochwinkelige Spiralwicklung ist eine Spiralwicklung, wenn der Wickelwinkel groß ist (z.B. größer als 30° und kleiner als 90°), und ist ein Wickelverfahren, bei dem die Fasern 15 um mindestens eine Runde im Körperteil 11 um die Mittelachse L gewickelt werden, bis im Kuppelteil 12 eine Umkehrung der Fasern 15 in Wickelrichtung erfolgt. Es sei angemerkt, dass 6B die niedrigwinkelige Spiralwicklung darstellt.
Das Herstellungsverfahren für den Tank 1 mit dem oben beschriebenen Aufbau beinhaltet hauptsächlich: einen Reifenschicht-Laminierschritt zum sequentiellen Laminieren einer Mehrzahl von Reifenschichten 21 um den Außenumfang des Körperteils 11; einen Spiralschicht-Laminierschritt zum Laminieren einer Mehrzahl von Spiralschichten 22, die die Auskleidung 10 vollständig bedecken; und einen Wärmehärtschritt zum Wärmehärten der Reifenschichten 21 und der Spiralschichten 22, die beide laminiert sind.
Im Reifenschicht-Laminierschritt werden, wie in 2 dargestellt, die mit dem Epoxidharz imprägnierten Fasern 15 von einer Seite, die näher am Außenumfang des Körperteils 11 der Auskleidung 10 liegt, zu einer Seite, die weiter vom Außenumfang des Körperteils 11 entfernt ist, reifengewickelt, um sequentiell die Mehrzahl der Reifenschichten 21 zu laminieren. Insbesondere wird in einem Zustand, in dem die Auskleidung 10 an einer Drehantriebseinheit (nicht dargestellt) befestigt ist, die Auskleidung 10 um die Mittelachse L der Auskleidung 10 gedreht und die Fasern 15 werden der Auskleidung 10 zugeführt, während eine Spule (nicht dargestellt), um die die mit dem Epoxidharz imprägnierten Fasern 15 gewickelt sind, entlang der Richtung der Mittelachse L hin und her bewegt wird.
Anschließend wird, durch Aufwickeln der Fasern 15 von einem Endabschnitt (erster Endabschnitt) zum anderen Endabschnitt (zweiter Endabschnitt) des Körperteils 11, eine erste Reifenschicht 21 am Außenumfang des Körperteils 11 ausgebildet. Der eine Endabschnitt des Körperteils 11 ist beispielsweise ein Endabschnitt, der sich auf der rechten Seite der Zeichenfläche in 2 befindet, und der andere Endabschnitt ist beispielsweise ein Endabschnitt, der sich auf der linken Seite der Zeichenfläche in 2 befindet. Anschließend werden die Fasern 15 am anderen Endabschnitt des Körperteils 11 umgekehrt und vom anderen Endabschnitt zum einen Endabschnitt des Körperteils 11 reifengewickelt, wodurch eine zweite Reifenschicht 21 auf der Außenseite der ersten Schicht der Reifenschicht 21 (d.h. auf die Seite, die weiter vom Außenumfang der Auskleidung 10 entfernt ist) laminiert wird. Dann wird eine dritte Reifenschicht 21 auf die Außenseite der zweiten Reifenschicht 21 laminiert, eine vierte Reifenschicht 21 wird auf die Außenseite der dritten Reifenschicht 21 laminiert, .... und dann wird eine N+1te Reifenschicht 21 auf die Außenseite einer N-ten Reifenschicht 21 laminiert. Nachstehend können ein Endabschnitt und der andere Endabschnitt des Körperteils 11 in einigen Fällen gemeinsam als „die Endabschnitte des Körperteils 11“ bezeichnet werden. Der eine Endabschnitt und der andere Endabschnitt des Körperteils 11 grenzen an die Kuppelteile 12 an.
Um Stufenunterschiede an den jeweiligen Grenzen zwischen dem Körperteil 11 und den Kuppelteilen 12 zu reduzieren, ist bevorzugt, eine Mehrzahl von Band- bzw. Reifenschichten 21 so zu laminieren, dass das linke und rechte Ende der laminierten Reifenschichten 21 nach innen verschoben und schrittweise in Richtung zur Mittelachse L geneigt sind. Das heißt, die Länge eines Querschnitts, der entlang der Mittelachse L der N+1ten Schicht 21 geschnitten ist, ist kürzer als die Länge eines Querschnitts, der entlang der Mittelachse L der N-ten Reifenschicht 21 geschnitten ist.
Weiterhin werden im Reifenschicht-Laminierschritt die Mehrzahl der Reifenschichten 21 in einem Zustand laminiert, in dem eine Temperatur der Endabschnitte des an die Kuppelteile 12 angrenzenden Körperteils 11 niedriger eingestellt ist als eine Temperatur eines verbleibenden Abschnitts des Körperteils 11. Der verbleibende Abschnitt ist ein anderer Abschnitt des Körperteils 11 als die Endabschnitte. Insbesondere ist, wie in 2 dargestellt, ein Kaltluftgebläse 30 über der Auskleidung 10 an einer Position angeordnet, die jedem von dem einen Endabschnitt und dem anderen Endabschnitt des Körperteils 11, die an die Kuppelteile 12 angrenzen, entspricht, und ein Warmluftgebläse 31 ist an einer Position angeordnet, die dem verbleibenden Abschnitt des Körperteils 11 entspricht.
Jedes der Kaltluftgebläse 30 weist eine Düse zum Einblasen von Kaltluft auf die Oberfläche jedes der Endabschnitte des Körperteils 11 auf. Das Warmluftgebläse 31 ist in einem vorbestimmten Intervall entlang der Richtung der Mittelachse L der Auskleidung 10 angeordnet und weist eine Mehrzahl von Düsen zum Einblasen von Warmluft auf die Oberflächen des verbleibenden Abschnitts des Körperteils 11 auf. Im Reifenschicht-Laminierschritt wird die Temperatur der an die Kuppelteile 12 angrenzenden Endabschnitte des Körperteils 11 mit den Kaltluftgebläsen 30 gesteuert, und die Temperatur des restlichen Abschnitts des Körperteils 11 wird mit dem Warmluftgebläse 31 gesteuert, um dadurch Temperaturunterschiede zwischen den Endabschnitten des Körperteils 11 und dem verbleibenden Abschnitt des Körperteils 11 zu erreichen.
Hier ist es aus folgendem Grund bevorzugt, die Temperatur der Endabschnitte des Körperteils 11, die an die Kuppelteile 12 angrenzen, auf 16°C oder weniger einzustellen. Das heißt, das Auftreten einer Positionsverschiebung der Fasern während des Laminierens der Reifenschichten wird stark von der Viskosität des Harzes, mit dem die Fasern imprägniert sind, und der Klebrigkeit des Harzes beeinflusst, und insbesondere ist der Einfluss der Klebrigkeit des Harzes am größten. Es sei angemerkt, dass sich die hier genannte Temperatur auf eine Oberflächentemperatur des Tanks 1 bezieht.
3 ist eine Ansicht, die einen Zusammenhang zwischen einer Klebkraft und einer Temperatur eines Harzes zeigt, und 4 ist eine Ansicht, die einen Zusammenhang zwischen dem Betrag einer Positionsverschiebung der Fasern und einer Temperatur zeigt. Wie in 3 dargestellt, ist, wenn ein normales FW (Faserwickeln) bei Raumtemperatur (ca. 20°C) durchgeführt wird, die Haftkraft zu diesem Zeitpunkt 1500 gF oder weniger, und wenn die Temperatur 16°C oder weniger beträgt, beträgt die Haftkraft mehr als 1500 gF. Weiterhin ist, wie in 4 dargestellt, wenn die Temperatur 16°C oder weniger beträgt, der Betrag bzw. Umfang der Positionsverschiebung der Fasern 2 mm oder weniger, was kleiner als die Standardbreite der Faserbreite ist; daher kann davon ausgegangen werden, dass der Betrag der Positionsverschiebung der Fasern bei diesem Gradmaß als nahezu Null angesehen werden kann. Durch Einstellen der Temperatur der Endabschnitte des Körperteils 11, die an die Kuppelteile 12 angrenzen, auf 16°C oder weniger ist es daher möglich, die Positionsverschiebung der Fasern an den Endabschnitten zu reduzieren.
Hier ist es besonders bevorzugt, die Temperatur der Endabschnitte des Körperteils 11, die an die Kuppelteile 12 angrenzen, auf 5°C bis 16°C einzustellen. Wie vorstehend beschrieben, kann durch Einstellen der Temperatur der Endabschnitte des Körperteils 11, die an die Kuppelteile 12 angrenzen, auf 16°C oder weniger die Positionsverschiebung der Fasern an den Endabschnitten reduziert werden; daher können die Temperaturen an den linken und rechten Endabschnitten beispielsweise auf 0°C oder weniger als Null eingestellt werden, aber in diesem Fall ist eine Änderung oder Ergänzung der Ausrüstung zum Einstellen der Temperatur auf 0°C oder weniger als Null erforderlich, was ein Problem der Kostenerhöhung darstellt. In Anbetracht der Tatsache, dass nur mit bestehenden Einrichtungen gearbeitet wird, ist es vorzuziehen, die Temperatur der Endabschnitte des Körperteils 11, die an die Kuppelteile 12 angrenzen, auf 5°C oder mehr einzustellen.
Währenddessen wird im Reifenschicht-Laminierschritt die Temperatur des verbleibenden Abschnitts des Körperteils 11 auf 20°C bis 25°C eingestellt. Diese Temperatureinstellung senkt die Viskosität des Harzes, mit dem die Fasern 15 imprägniert sind, und es ist somit möglich, die Permeationseigenschaft des Harzes zu erhöhen; dadurch kann die Anzahl der verbleibenden Hohlräume in allen Reifenschichten 21 reduziert werden. Dadurch ist es möglich, die Rissausbreitung durch die Hohlräume zu verhindern und die Druckkapazität des Tanks 1 zu verbessern.
Im Spiralschicht-Laminierschritt nach dem Reifenschicht-Laminierschritt wird die Mehrzahl von Spiralschichten 22 so laminiert, dass sie die Auskleidung 10 vollständig abdecken, so dass sie die Reifenschichten 21 und die Kuppelteile 12, die beide laminiert wurden, umhüllen.
Im Wärmehärtschritt nach dem Spiralschicht-Laminierschritt wird die Auskleidung 10 mit den Reifenschichten 21 und den Spiralschichten 22, die laminiert wurden, in einen Ofen mit konstanter Temperatur gestellt und beispielsweise auf eine Temperatur von etwa 85°C erhitzt, um das Epoxidharz in den Fasern 15 wärmehärten zu lassen. Der Tank 1 wird auf diese Weise hergestellt.
Bei dem Herstellungsverfahren für den Tank 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird im Reifenschicht-Laminierschritt die Temperatur der Endabschnitte des Körperteils 11, die an die Kuppelteile 12 angrenzen, niedriger eingestellt als die Temperatur des restlichen Abschnitts des Körperteils 11, um dadurch die Viskosität des Harzes (Epoxidharz in der vorliegenden Ausführungsform) zu erhöhen, mit dem die um den Endabschnitt gewickelten Fasern 15 imprägniert sind; daher ist es möglich, die Klebrigkeit (d.h. die Haftkraft) des Harzes zu erhöhen. Damit ist es möglich, die Positionsverschiebung der Fasern an den Endabschnitten des Körperteils 11, die an die Kuppelteile 12 angrenzen, zu reduzieren; dadurch kann die Druckkapazität des Tanks 1 verbessert werden, wodurch es möglich wird, den Tank 1 in hoher Qualität herzustellen.
Weiterhin ist es bei dem Herstellungsverfahren für den Tank der vorliegenden Ausführungsform möglich, da es sich bei dem Harz um ein Epoxidharz handelt, durch die Nutzung der hervorragenden Klebkraft des Epoxidharzes den Effekt zu verstärken, um die Positionsverschiebung der Fasern an den Endabschnitten des Körperteils 11, die an die Kuppelteile 12 angrenzen, zu reduzieren. Da die Temperatur der Endabschnitte des Körperteils 11, die an die Kuppelteile 12 angrenzen, auf 16°C oder weniger eingestellt ist, kann beim Reifenschicht-Laminierschritt die Positionsverschiebung der Fasern am rechten und linken Endabschnitt auf 2 mm oder weniger reduziert werden.
Es sei angemerkt, dass der Erfinder der vorliegenden Anwendung experimentell Tanks eines Ausführungsbeispiels nach dem Herstellungsverfahren für den Tank gemäß der vorliegenden Ausführungsform hergestellt hat und Berstdrücke mit denen von Tanks eines Vergleichsbeispiels verglichen und bewertet hat. Die Ergebnisse sind in 5 dargestellt. In 5 sind die Daten auf der rechten Seite Messergebnisse von Berstdrücken von Tanks des Ausführungsbeispiels, d.h. von Tanks, die in einem Zustand hergestellt wurden, in dem die Temperatur (16°C oder weniger) der Endabschnitte des Körperteils, die an die Kuppelteile angrenzen, niedriger eingestellt wurde als die Temperatur des verbleibenden Abschnitts des Körperteils. Auf der anderen Seite sind die Daten auf der linken Seite Messergebnisse von Berstdrücken von Tanks des Vergleichsbeispiels, d.h. von Tanks, die in einem Zustand hergestellt wurden, in dem die Temperatur im gesamten Körperteil gleich war. Wie aus 5 ersichtlich ist nimmt, wenn die Temperatur der Endabschnitte des Körperteils, die an die Kuppelteile angrenzen, auf 16°C oder weniger eingestellt wird, die Positionsverschiebung der Fasern ab und der Berstdruck (d.h. die Druckkapazität) steigt.
Obwohl die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vorstehend ausführlich beschrieben wurden, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, und verschiedene Konstruktionsänderungen können vorgenommen werden, ohne von der Idee der in den Ansprüchen beschriebenen Erfindung abzuweichen. So wurde beispielsweise in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform beispielhaft das Epoxidharz als Harz genannt, mit dem Fasern imprägniert werden, wobei jedoch ein Polyesterharz, ein Polyamidharz oder dergleichen verwendet werden kann.
In der obigen Ausführungsform wurden die Temperatur der Endabschnitte Körperteils, die an die Kuppelteile angrenzen, und die Temperatur des restlichen Abschnitts des Körperteils jeweils mit den Kaltluftgebläsen und dem Warmluftgebläse geregelt. Alternativ können anstelle der Gebläse Klimaanlagen eingesetzt werden, oder die Temperatur der Endabschnitte kann durch die Verwendung von Kohlendioxidgas geregelt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2010/116526 A [0003]

Claims

Herstellungsverfahren für einen Tank, wobei das Herstellungsverfahren den Tank (1) durch Wickeln von Fasern (15), die mit einem Harz imprägniert sind, in einer Mehrzahl von Schichten um einen Außenumfang einer Auskleidung (10) mit einem Körperteil (11) und Kuppelteilen (12), die an beiden Enden des Körperteils (11) angeordnet sind, herstellt, wobei das Herstellungsverfahren aufweist: sequentielles Laminieren einer Mehrzahl von Reifenschichten (21) durch Reifenwickeln der Fasern von einer Seite, die näher an einem Außenumfang des Körperteils (11) liegt, zu einer Seite, die weiter vom Außenumfang des Körperteils (11) entfernt ist, wobei beim Laminieren der Reifenschichten (21) eine Temperatur von Endabschnitten des Körperteils (11), die an die Kuppelteile (12) angrenzen, niedriger eingestellt wird als eine Temperatur eines verbleibenden Abschnitts des Körperteils (11), wobei der verbleibende Abschnitt ein anderer Abschnitt des Körperteils (11) als die Endabschnitte ist.
Herstellungsverfahren für einen Tank nach Anspruch 1, wobei das Harz ein Epoxidharz ist.
Herstellungsverfahren für einen Tank nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei beim Laminieren der Reifenschichten (21) die Temperatur der Endabschnitte des Körperteils (11), die an die Kuppelteile (12) angrenzen, auf 16°C oder weniger eingestellt wird.
Herstellungsverfahren für einen Tank nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei beim Laminieren der Reifenschichten (21) die Temperatur der Endabschnitte des Körperteils (11), die an die Kuppelteile (12) angrenzen, auf 16°C oder weniger und 5°C oder mehr eingestellt wird.
Herstellungsverfahren für einen Tank nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei beim Laminieren der Reifenschichten (21) die Temperatur des verbleibenden Abschnitts des Körperteils (11) auf 20°C oder mehr und 25°C oder weniger eingestellt wird.
Herstellungsverfahren für einen Tank nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei: beim Laminieren der Reifenschichten (21) die Fasern (15) von einem ersten Endabschnitt der Endabschnitte des Körperteils (11) zu einem zweiten Endabschnitt der Endabschnitte des Körperteils (11) derart reifengewickelt werden, dass eine N-te Reifenschicht (21) ausgebildet wird, wobei N eine ganze Zahl von 1 oder mehr ist; und die Fasern (15) am zweiten Endabschnitt umgekehrt und so reifengewickelt werden, dass eine (N+1)-te Reifenschicht (21) auf einer Außenseite der N-ten Reifenschicht (21) ausgebildet wird.