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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hochdrucktank.
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2. Beschreibung des verwandten Standes der Technik
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Die japanische Patentanmeldung
JP 2015- 140 830 A beschreibt eine Struktur eines Hochdrucktanks, der eine Auskleidung aus Harz, eine Verstärkungsschicht aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) und eine Kappe aus Metall aufweist. Bei dieser konventionellen Technik ist die Verstärkungsschicht an einer Außenseite eines Flanschabschnitts der Kappe angeordnet. Ein äußeres Ende des Flanschabschnitts der Kappe ist in Kontakt mit zwei Schichten aus einer Auskleidung und der Verstärkungsschicht.
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KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es gibt jedoch ein Problem in der Struktur der konventionellen Technik, dass, wenn die Temperatur des Hochdrucktanks höher wird oder der Innendruck steigt, die Möglichkeit besteht, dass der mit dem äußeren Ende des Flanschabschnitts der Kappe in Kontakt stehende Auskleidungsabschnitt verformt wird und die Auskleidung beschädigt wird.
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Die vorliegende Erfindung kann gemäß dem folgenden Aspekt realisiert werden.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Hochdrucktank bereitgestellt. Der Hochdrucktank umfasst eine Auskleidung, die Gasbarriereeigenschaften aufweist und aus Harz hergestellt ist, eine Verstärkungsschicht, die um die Auskleidung herum angeordnet ist, und eine Kappe, die an einem Ende der Auskleidung angeordnet ist und einen Flanschabschnitt umfasst. Die Verstärkungsschicht umfasst eine erste Verstärkungsschicht, die zwischen der Auskleidung und zumindest einem Teil einer unteren Fläche des Flanschabschnitts angeordnet ist, wobei der Teil der unteren Fläche ein äußeres Ende des Flanschabschnitts umfasst. Gemäß diesem Hochdrucktank ist die erste Verstärkungsschicht zwischen der Auskleidung und zumindest dem Teil der unteren Fläche, der das äußere Ende des Flanschabschnitts enthält, angeordnet, und dementsprechend kann die Möglichkeit, dass die Auskleidung durch das äußere Ende des Flanschabschnitts der Kappe beschädigt wird, reduziert werden.
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Bei dem vorstehend bezeichneten Hochdrucktank kann die Verstärkungsschicht außerdem eine zweite Verstärkungsschicht umfassen, die auf einer oberen Fläche des Flanschabschnitts angeordnet ist. Gemäß diesem Hochdrucktank kann eine ausreichende Verstärkung realisiert werden, ohne dass die Dicke der ersten Verstärkungsschicht übermäßig groß ist.
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Bei dem vorstehend bezeichneten Hochdrucktank kann die Verstärkungsschicht einen Verstärkungsrohrabschnitt und ein Paar von Verstärkungskuppelabschnitten umfassen, die mit Öffnungen an beiden Enden des Verstärkungsrohrabschnitts verbunden sind, wobei jeder der Verstärkungskuppelabschnitte die erste Verstärkungsschicht und die zweite Verstärkungsschicht enthält. Gemäß diesem Hochdrucktank kann der Hochdrucktank mit der ersten Verstärkungsschicht und der zweiten Verstärkungsschicht einfach hergestellt werden.
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Bei dem vorstehend bezeichneten Hochdrucktank kann die erste Verstärkungsschicht in Kontakt mit der gesamten unteren Fläche des Flanschabschnitts angeordnet sein. Gemäß diesem Hochdrucktank kann die Möglichkeit, dass die Auskleidung durch das äußere Ende des Flanschabschnitts der Kappe beschädigt wird, weiter reduziert werden.
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Bei dem vorstehend bezeichneten Hochdrucktank kann die Kappe einen ersten Öffnungsabschnitt aufweisen. Die Auskleidung kann einen zweiten Öffnungsabschnitt aufweisen, der an einem mit der Kappe verbundenen Auskleidungsabschnitt im Durchmesser kleiner ist als der erste Öffnungsabschnitt, und der erste Öffnungsabschnitt und der zweite Öffnungsabschnitt können einen Teil eines Kanals zur Verbindung zwischen dem Inneren des Hochdrucktanks und dem Äußeren des Hochdrucktanks bilden. Gemäß diesem Hochdrucktank können die Auskleidung und die Kappe fest miteinander verbunden sein.
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Es sei angemerkt, dass die vorliegende Erfindung in verschiedenen Formen realisiert werden kann, und zum Beispiel in Form eines Herstellungsverfahrens für einen Hochdrucktank oder dergleichen realisiert werden kann.
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Figurenliste
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Die Merkmale und Vorteile sowie die technische und wirtschaftliche Bedeutung von beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, hierbei zeigt:
- 1 eine Schnittansicht, die eine Konfiguration eines Hochdrucktanks gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt;
- 2 eine vergrößerte Schnittansicht, die ein Ende des Hochdrucktanks zeigt;
- 3 eine erläuternde Darstellung, die die Verformung einer Auskleidung in einem Vergleichsbeispiel darstellt;
- 4 ein Flussdiagramm, das ein Herstellungsverfahren für den Hochdrucktank zeigt;
- 5 eine erläuternde Darstellung, die ein Beispiel für ein Verfahren zum Ausbilden eines Verstärkungsrohrabschnitts zeigt;
- 6 eine erläuternde Darstellung, die ein Beispiel für ein Verfahren zum Ausbilden eines Verstärkungskuppelabschnitts darstellt;
- 7 eine erläuternde Darstellung, die ein Verfahren zum Ausbilden einer äußeren spiralförmigen Schicht veranschaulicht;
- 8 eine Schnittansicht, die eine Konfiguration eines Hochdrucktanks gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt; und
- 9 eine Schnittansicht, die eine Konfiguration eines Hochdrucktanks gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
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A. Erste Ausführungsform
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1 ist eine Schnittansicht, die eine Konfiguration eines Hochdrucktanks 100 gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt, und 2 ist eine vergrößerte Schnittansicht, die einen Teil davon zeigt. Der Hochdrucktank 100 ist ein Speicherbehälter zum Speichern eines Gases, wie z. B. Wasserstoffgas oder dergleichen, und wird zum Speichern von Wasserstoff verwendet, der z. B. einer Brennstoffzelle für ein Fahrzeug oder einer stationären Brennstoffzelle zugeführt werden soll. Im Allgemeinen sind Hochdrucktanks Tanks, die Gas mit einem Druck von 200 kPa oder höher im Manometerdruck bei 20°C speichern. Hochdrucktanks, die für Brennstoffzellen verwendet werden, speichern Wasserstoff typischerweise bei einem Druck von 30 MPa oder höher im Manometerdruck bei 20°C.
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Der Hochdrucktank 100 ist mit einer Harzauskleidung 20 versehen, die Gasbarriereeigenschaften aufweist, einer Verstärkungsschicht 30, die um die Auskleidung 20 herum angeordnet ist, und zwei Kappen 80 und 90, die an jeweiligen Endabschnitten des Hochdrucktanks 100 angeordnet sind. Eine erste Kappe 80 hat eine Verbindungsöffnung 81 zur Verbindung zwischen dem Raum innerhalb der Auskleidung 20 und dem Außenraum sowie einen Flanschabschnitt 82. In der Verbindungsöffnung 81 ist eine Verbindungsvorrichtung mit einem Ventil angeordnet. Der Flanschabschnitt 82 ist ein Abschnitt, der sich in einer im Wesentlichen scheibenartigen Form an der Basis der Kappe 80 erstreckt. Der Flanschabschnitt 82 hat eine obere Fläche 82u und eine untere Fläche 82b, wie in 2 dargestellt. Die obere Fläche 82u des Flanschabschnitts 82 ist die Fläche des Flanschabschnitts 82, die von der Mitte des Hochdrucktanks 100 in dessen Längsrichtung weiter entfernt ist, und die untere Fläche 82b des Flanschabschnitts 82 ist die Fläche des Flanschabschnitts 82, die näher an der Mitte des Hochdrucktanks 100 in dessen Längsrichtung liegt. In der vorliegenden Ausführungsform bildet die untere Fläche 82b des Flanschabschnitts 82 die untere Fläche der gesamten Kappe 80. Die zweite Kappe 90 hat keine Verbindungsöffnung, die mit dem Außenraum kommuniziert, kann aber mit einer Verbindungsöffnung versehen sein. Alternativ kann die zweite Kappe 90 auch weggelassen werden.
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Die Auskleidung 20 besteht aus einem Harz mit Gasbarriereeigenschaften zur Unterdrückung der Übertragung des Gases nach außen. Beispiele für Harze, die zur Herstellung der Auskleidung 20 verwendet werden können, umfassen thermoplastische Harze wie Polyamid, Polyethylen, Ethylen-Vinylalkohol-Copolymerharz (EVOH) und Polyester sowie duroplastische Harze wie Epoxid.
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Die Verstärkungsschicht 30 ist eine faserverstärkte Harzschicht, die die Auskleidung 20 verstärkt und einen Verbundkörper 40 mit Verstärkungskuppelabschnitten 50 und einem Verstärkungsrohrabschnitt 60 sowie eine äußere spiralförmige Schicht 70 aufweist. Die Verstärkungsschicht 30 kann auch als „Verstärkungskörper“ bezeichnet werden. Der Verbundkörper 40 umfasst den Verstärkungsrohrabschnitt 60 und die Verstärkungskuppelabschnitte 50, die jeweils an einem seiner Enden angeordnet sind. In der vorliegenden Ausführungsform umfasst der Verbundkörper 40 ferner die Kappen 80 und 90, die mit den Verstärkungskuppelabschnitten 50 verbunden sind.
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Die Verstärkungskuppelabschnitte 50 haben jeweils einen ersten Kuppelabschnitt 51 und einen zweiten Kuppelabschnitt 52. Der erste Kuppelabschnitt 51 und der zweite Kuppelabschnitt 52 haben beide eine gewölbte Form. Genauer gesagt hat der erste Kuppelabschnitt 51 eine Form, bei der der Außendurchmesser von einem Ende aus allmählich zu einem Öffnungsende am anderen Ende hin zunimmt. Das „Öffnungsende“ ist hier, von beiden Enden des ersten Kuppelabschnitts 51, der Endabschnitt davon, der näher an der Mitte des Hochdrucktanks 100 entlang der axialen Richtung des Hochdrucktanks 100 liegt. Das Ende des ersten Kuppelabschnitts 51 auf der dem Öffnungsende gegenüberliegenden Seite ist in Kontakt mit der Kappe 80. Obwohl der erste Kuppelabschnitt 51 in dem in 1 dargestellten Beispiel eine Form hat, die durch Wegschneiden eines Teils einer im Wesentlichen kugelförmigen Form, die hohl ist, erhalten wird, können auch verschiedene andere Formen verwendet werden. Der zweite Kuppelabschnitt 52 ist auf die gleiche Weise gestaltet. Ein Teil des ersten Kuppelabschnitts 51, der an den Flanschabschnitt 82 angrenzt, ist zwischen der unteren Fläche 82b des Flanschabschnitts 82 und der Auskleidung 20 angeordnet. Wie in 2 dargestellt, ist der erste Kuppelabschnitt 51 in der vorliegenden Ausführungsform so angeordnet, dass er mit der gesamten unteren Fläche 82b des Flanschabschnitts 82 in Kontakt ist. Es sei jedoch angemerkt, dass der erste Kuppelabschnitt 51 so angeordnet sein kann, dass er nur mit einem Teil der unteren Fläche 82b des Flanschabschnitts 82 in Kontakt kommt, wobei der Teil der unteren Fläche das äußere Ende des Flanschabschnitts 82 umfasst. Der Teil des zweiten Kuppelabschnitts 52, der an den Flanschabschnitt 82 angrenzt, ist so angeordnet, dass er mit der oberen Fläche 82u des Flanschabschnitts 82 in Kontakt ist. Außerdem sind der erste Kuppelabschnitt 51 und der zweite Kuppelabschnitt 52 an einem Abschnitt miteinander verbunden, der weiter zur Außenseite hin liegt als das äußere Ende des Flanschabschnitts 82. Der erste Kuppelabschnitt 51 entspricht einer „ersten Verstärkungsschicht“ der vorliegenden Erfindung, und der zweite Kuppelabschnitt 52 entspricht einer „zweiten Verstärkungsschicht“ der vorliegenden Erfindung. Ein Verfahren zur Herstellung der Verstärkungskuppelabschnitte 50 wird später beschrieben.
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Der Verstärkungsrohrabschnitt 60 hat eine gerade Rohrform. Ein Verfahren zur Herstellung des Verstärkungsrohrabschnitts 60 wird später beschrieben. Die Verstärkungskuppelabschnitte 50 sind jeweils mit den Öffnungen an den jeweiligen Enden des Verstärkungsrohrabschnitts 60 verbunden. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Verstärkungskuppelabschnitte 50 so angeordnet, dass sich die Öffnungsenden der Verstärkungskuppelabschnitte 50 an der Außenseite des Verstärkungsrohrabschnitts 60 befinden. Es sei jedoch angemerkt, dass die Verstärkungskuppelabschnitte 50 so angeordnet sein können, dass die Öffnungsenden der Verstärkungskuppelabschnitte 50 an der Innenseite des Verstärkungsrohrabschnitts 60 angeordnet sind.
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Die äußere spiralförmige Schicht 70 ist eine Schicht, die durch spiralförmiges Wickeln von harzimprägnierten Fasern auf die Außenfläche des Verbundkörpers 40 mit den Verstärkungskuppelabschnitten 50 und dem Verstärkungsrohrabschnitt 60 gebildet wird. Die Hauptfunktion der äußeren spiralförmigen Schicht 70 besteht darin, zu verhindern, dass sich die Verstärkungskuppelabschnitte 50 von dem Verstärkungsrohrabschnitt 60 lösen, wenn der Innendruck des Hochdrucktanks 100 erhöht wird. Die Schraffierung der äußeren spiralförmigen Schicht 70 und der Auskleidung 20 ist in 1 der Einfachheit halber weggelassen.
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Beispiele für Harze, die zur Bildung der Verstärkungsschicht 30 verwendet werden können, umfassen wärmehärtende Harze wie Phenolharze, Melaminharze, Harnstoff-Formaldehyd-Harze, Epoxidharze und so weiter, wobei insbesondere Epoxidharze unter dem Gesichtspunkt der mechanischen Festigkeit und so weiter bevorzugt verwendet werden. Beispiele für Fasern, die zum Aufbau der Verstärkungsschicht 30 verwendet werden können, sind Glasfasern, Aramidfasern, Borfasern, Kohlenstofffasern und so weiter. Insbesondere werden Kohlenstofffasern unter dem Gesichtspunkt der Leichtigkeit, der mechanischen Festigkeit und so weiter bevorzugt verwendet.
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Wie in 2 dargestellt, ist die Auskleidung 20 an der Innenfläche der Verstärkungskuppelabschnitte 50 angeordnet, d.h. so, dass sie mit der Innenfläche des ersten Kuppelabschnitts 51 in Kontakt kommt, und ist ferner mit einer Innenfläche 81s der Verbindungsöffnung 81 an der Basis der Kappe 80 verbunden. Durch das Verbinden der Auskleidung 20 mit der Kappe 80 wird das Innere der Auskleidung 20 in einem luftdichten Zustand gehalten. Ein Öffnungsabschnitt der Auskleidung 20 hat einen Innendurchmesser D20 an dem Verbindungsabschnitt der Auskleidung 20 und der Kappe 80. Andererseits hat die Verbindungsöffnung 81 der Kappe 80 einen Innendurchmesser D81 in der Nähe des Auslasses derselben. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Innendurchmesser D20 der Auskleidung 20 kleiner als der Innendurchmesser D81 in der Nähe des Auslasses der Verbindungsöffnung 81 der Kappe 80 eingestellt. Dadurch kann die Verbindungsvorrichtung mit dem Ventil leicht mit der Verbindungsöffnung 81 verbunden werden, und auch die Auskleidung 20 und die Kappe 80 können fest miteinander verbunden werden. Außerdem entspricht der Öffnungsabschnitt der Kappe 80 mit dem Innendurchmesser D81 einem „ersten Öffnungsabschnitt“ der vorliegenden Erfindung, und der Öffnungsabschnitt der Auskleidung 20 mit dem Innendurchmesser D20 entspricht einem „zweiten Öffnungsabschnitt“ der vorliegenden Erfindung. Der erste Öffnungsabschnitt und der zweite Öffnungsabschnitt bilden einen Teil eines Kanals, durch den das Innere des Hochdrucktanks 100 mit dem Äußeren des Hochdrucktanks 100 verbunden ist.
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3 ist eine erläuternde Darstellung, die die Verformung der Auskleidung 20 in einem Vergleichsbeispiel zeigt. Eine Konfiguration eines Vergleichsbeispiels, das in 3 auf der linken Seite dargestellt ist, weist eine Konfiguration auf, bei der der erste Kuppelabschnitt 51 aus der Konfiguration der in 2 dargestellten ersten Ausführungsform weggelassen wurde, wobei das äußere Ende des Flanschabschnitts 82 der Kappe 80 in Kontakt mit den beiden Schichten aus der Auskleidung 20 und dem zweiten Kuppelabschnitt 52 steht. Wenn in diesem Vergleichsbeispiel die Temperatur des Hochdrucktanks 100 ansteigt und sich die Kappe 80 ausdehnt oder der Innendruck des Tanks ansteigt, besteht beispielsweise die Möglichkeit, dass sich der Abschnitt der Auskleidung 20, der mit dem äußeren Ende der Kappe 80 in Kontakt ist, verformt und ein Knick KK entsteht, wie rechts in 3 dargestellt, und die Auskleidung 20 beschädigt wird. Ein Grund für das Auftreten solcher Probleme ist der unterschiedliche Ausdehnungskoeffizient und die unterschiedliche prozentuale Dehnung der drei Teile, d.h. der Auskleidung 20, des zweiten Kuppelabschnitts 52 und der Kappe 80.
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Andererseits ist der erste Kuppelabschnitt 51 zwischen der unteren Fläche 82b des Flanschabschnitts 82 und der Auskleidung 20 in der Konfiguration gemäß der in 2 dargestellten ersten Ausführungsform angeordnet, und dementsprechend kann die Möglichkeit, dass die Auskleidung 20 durch das äußere Ende des Flanschabschnitts 82 der Kappe 80 beschädigt wird, reduziert werden. Es sei angemerkt, dass eine Verstärkungsschicht, die kleiner als der erste Kuppelabschnitt 51 ist, als Verstärkungsschicht verwendet werden kann, die zwischen der unteren Fläche 82b des Flanschabschnitts 82 und der Auskleidung 20 angeordnet ist. Beispielsweise kann eine Anordnung getroffen werden, bei der die Verstärkungskuppelabschnitte 50 nur aus dem zweiten Kuppelabschnitt 52 gebildet werden, wobei anstatt des ersten Kuppelabschnitts 51 eine kleine Verstärkungsschicht verwendet wird, die nur zwischen der unteren Fläche 82b des Flanschabschnitts 82 und der Auskleidung 20 angeordnet ist. Es sei jedoch angemerkt, dass das Anordnen eines Teils des ersten Kuppelabschnitts 51 zwischen der unteren Fläche 82b des Flanschabschnitts 82 und der Auskleidung 20 wie in der vorliegenden Ausführungsform eine einfachere Herstellung des Hochdrucktanks 100 ermöglicht.
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In der vorliegenden Ausführungsform ist ferner der erste Kuppelabschnitt 51 so angeordnet, dass er mit der gesamten unteren Fläche 82b des Flanschabschnitts 82 in Kontakt kommt, und dementsprechend kann die Möglichkeit, dass die Auskleidung 20 durch das äußere Ende des Flanschabschnitts 82 der Kappe 80 beschädigt wird, weiter reduziert werden. Es sei jedoch angemerkt, dass der erste Kuppelabschnitt 51 nur mit einem Teil der unteren Fläche 82b des Flanschabschnitts 82 in Kontakt stehend angeordnet sein kann. Ferner umfassen in der vorliegenden Ausführungsform die Verstärkungskuppelabschnitte 50 den zweiten Kuppelabschnitt 52, der an der oberen Fläche 82u des Flanschabschnitts 82 angeordnet ist, und dementsprechend kann eine ausreichende Verstärkung durchgeführt werden, ohne die Dicke des ersten Kuppelabschnitts 51 übermäßig zu erhöhen.
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4 ist ein Flussdiagramm, das ein Herstellungsverfahren für den Hochdrucktank 100 zeigt. Beispiele für Verfahren, die in den folgenden Schritten verwendet werden, werden später beschrieben. In Schritt S10 wird der Verstärkungsrohrabschnitt 60 ausgebildet. In Schritt S20 werden die Verstärkungskuppelabschnitte 50 ausgebildet. In Schritt S30 werden die Kappen 80 und 90 mit den Verstärkungskuppelabschnitten 50 verbunden. In Schritt S40 wird jeder der beiden Verstärkungskuppelabschnitte 50 mit einem Endabschnitt des Verstärkungsrohrabschnitts 60 verbunden, um den Verbundkörper 40 zu bilden. In Schritt S50 wird die äußere spiralförmige Schicht 70 auf der Außenfläche des Verbundkörpers 40 gebildet. In Schritt S60 wird das ungehärtete Harz der Verstärkungsschicht 30 gehärtet. In Schritt S70 wird die Auskleidung 20 an der Innenseite der Verstärkungsschicht 30 ausgebildet.
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5 ist eine erläuternde Darstellung, ein Beispiel für ein Verfahren zum Ausbilden des Verstärkungsrohrabschnitts 60 in Schritt S10 von 4 zeigt. Der Verstärkungsrohrabschnitt 60 kann durch Filamentwickeln gebildet werden, indem ein Faserbündel FB auf einen im Wesentlichen zylindrischen Dorn 66 gewickelt wird. Beim Filamentwickeln wird das Faserbündel FB auf den Dorn 66 gewickelt, indem eine Faserbündelführung 210 bewegt wird, während der Dorn 66 rotiert. Das Beispiel in 5 zeigt, wie das Faserbündel FB durch Ringwicklung gewickelt wird, es kann aber auch eine Spiralwicklung verwendet werden. Für das Filamentwickelverfahren (FW-Verfahren) kann eines der unten beschriebenen Nass-FW-Verfahren und Trocken-FW-Verfahren verwendet werden.
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Im Allgemeinen gibt es die folgenden Verfahren als typische Verfahren zum Ausbilden von Objekten aus faserverstärktem Harz.
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Nass-FW-Verfahren
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Das Nass-FW-Verfahren ist ein Verfahren, bei dem das Faserbündel FB unmittelbar vor dem Aufwickeln des Faserbündels FB mit flüssigem Harz, dessen Viskosität herabgesetzt wurde, imprägniert wird und das harzgetränkte Faserbündel auf einen Dorn gewickelt wird.
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Trocken-FW-Verfahren
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Das Trocken-FW-Verfahren ist ein Verfahren, bei dem ein Werg-Prepreg, das durch Imprägnieren eines Faserbündels mit Harz und anschließendes Trocknen im Voraus hergestellt wird, vorbereitet wird und das Werg-Prepreg auf einen Dorn gewickelt wird.
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Resin Transfer Molding (RTM)
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Das RTM-Verfahren ist ein Formgebungsverfahren, bei dem die Fasern in ein Paar von Patrizen- und Matrizenformen eingelegt werden, die Form geschlossen wird und anschließend Harz aus einem Harzeinlass eingegossen wird, wodurch die Fasern imprägniert werden.
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Zentrifugalwickeln (CW-Verfahren)
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Das CW-Verfahren ist ein Verfahren, bei dem ein zylindrisches Element geformt wird, indem eine Faserbahn auf die Innenseite einer rotierenden zylindrischen Form aufgebracht wird. Für die Faserbahn kann eine Faserbahn verwendet werden, die zuvor mit Harz imprägniert wurde, oder eine Faserbahn, die nicht mit Harz imprägniert wurde. Im letzteren Fall wird das Harz nach dem zylindrischen Aufwickeln der Faserbahn in die Form gegossen und die Faserbahn somit mit dem Harz imprägniert.
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Obwohl in dem oben beschriebenen Beispiel in 5 zum Ausbilden des Verstärkungsrohrabschnitts 60 das Faserwickeln verwendet wird, kann der Verstärkungsrohrabschnitt 60 auch mit anderen Verfahren, wie RTM oder dergleichen, ausgebildet werden. Das Aushärten des Harzes des Verstärkungsrohrabschnitts 60 kann in Schritt S10 oder in Schritt S60 durchgeführt werden.
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Bei der Durchführung der Aushärtung des Harzes des Verstärkungsrohrabschnitts 60 in Schritt S10 kann die Haupthärtung durchgeführt werden, bei der die Aushärtung vollständig durchgeführt wird, bis die Viskosität des Harzes in einem stabilen Zustand bei einem Zielwert oder höher ist. Alternativ kann auch eine Vorhärtung durchgeführt werden, bei der die Haupthärtung nicht erreicht wird. Im Allgemeinen weist ungehärtetes wärmehärtendes Harz beim Erhitzen zunächst eine niedrigere Viskosität auf, und wenn das Erhitzen danach fortgesetzt wird, steigt die Viskosität an. Wenn die Erwärmung für eine ausreichende Zeit fortgesetzt wird, befindet sich die Viskosität des Harzes in einem stabilen Zustand bei ihrem Zielwert oder höher. Unter der Annahme eines solchen Prozesses wird die Verarbeitung, bei der die Aushärtung an irgendeinem Punkt vor Erreichen der endgültigen Haupthärtung gestoppt wird, die durch Fortsetzen der Aushärtung erreicht wird, nachdem die Viskosität abfällt und dann wieder ansteigt und zur Anfangsviskosität zurückkehrt, als „Vorhärtung“ bezeichnet. Durch die Durchführung der Vorhärtung in Schritt S10 und die anschließende Durchführung der Haupthärtung in dem später beschriebenen Schritt S60 kann der Verstärkungsrohrabschnitt 60 stärker mit den Verstärkungskuppelabschnitten 50 und der äußeren spiralförmigen Schicht 70 verbunden werden.
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6 ist eine erläuternde Darstellung, die ein Beispiel für ein Verfahren zum Ausbilden des ersten Kuppelabschnitts 51 in Schritt S20 in 4 zeigt. Der erste Kuppelabschnitt 51 kann durch Aufwickeln des Faserbündels FB auf einen Dorn 56 durch Filamentwickeln gebildet werden. Der Dorn 56 hat vorzugsweise die äußere Form von zwei aneinander gelegten ersten Kuppelabschnitten 51. Beim Filamentwickeln wird das Faserbündel FB auf den Dorn 56 gewickelt, indem die Faserbündelführung 210 bewegt wird, während der Dorn 56 rotiert. Im Beispiel in 6 wird das Faserbündel FB durch spiralförmiges Wickeln aufgewickelt. Für das Wickeln des Faserbündels kann sowohl das oben beschriebene Nass-FW-Verfahren als auch das Trocken-FW-Verfahren verwendet werden. Nach Beendigung der Wicklung des Faserbündels FB können die beiden ersten Kuppelabschnitte 51 durch Schneiden entlang einer Schnittlinie CL erhalten werden. Es sei angemerkt, dass die ersten Kuppelabschnitte 51 auch mit anderen Methoden wie RTM oder ähnlichem ausgebildet werden können. Der zweite Kuppelabschnitt 52 kann durch ungefähr das gleiche Verfahren wie der erste Kuppelabschnitt 51 ausgebildet werden. Es sei angemerkt, dass das Aushärten des Harzes des ersten Kuppelabschnitts 51 und des zweiten Kuppelabschnitts 52 in Schritt S20 oder in Schritt S60 durchgeführt werden kann.
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In Schritt S30 in 4 werden der erste Kuppelabschnitt 51 und der zweite Kuppelabschnitt 52, die die Verstärkungskuppelabschnitte 50 bilden, und die Kappen 80 und 90 verbunden. In Schritt S40 wird der Verstärkungsrohrabschnitt 60 weiter mit den in Schritt S30 gebildeten Verbundkörpern verbunden, wodurch der in 1 dargestellte Verbundkörper 40 gebildet wird. Das Verbinden in den Schritten S30 und S40 kann z.B. mit einem Klebemittel oder Haftkleber oder ähnlichem durchgeführt werden.
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7 ist eine erläuternde Darstellung, die ein Verfahren zur Ausbildung der äußeren spiralförmigen Schicht 70 in Schritt S50 in 4 zeigt. Die äußere spiralförmige Schicht 70 kann durch Aufwickeln des Faserbündels FB auf die Außenfläche des Verbundkörpers 40 durch Filamentwickeln gebildet werden. Beim Filamentwickeln wird das Faserbündel FB auf den Verbundkörper 40 gewickelt, indem die Faserbündelführung 210 bewegt wird, während der Verbundkörper 40 um eine Mittelachse AX gedreht wird. Für das Filamentwickeln kann entweder Nass-FW-Verfahren oder Trocken-FW-Verfahren verwendet werden. Wie oben beschrieben, besteht die Hauptfunktion der äußeren spiralförmigen Schicht 70 darin, zu verhindern, dass sich die Verstärkungskuppelabschnitte 50 vom Verstärkungsrohrabschnitt 60 lösen, wenn der Innendruck des Hochdrucktanks 100 erhöht wird. Um diese Funktion zu erreichen, ist ein Wickelwinkel α des Faserbündels FB vorzugsweise nicht größer als 45 Grad. Der Wickelwinkel α ist der Winkel des Faserbündels FB in Bezug auf die Mittelachse AX des Verbundkörpers 40.
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In Schritt S60 in 4 wird das ungehärtete Harz der Verstärkungsschicht 30 ausgehärtet. Diese Aushärtung ist die mit Bezug auf 5 beschriebene Haupthärtung. In Schritt S70 wird nach dem Aushärten die Auskleidung 20 auf der Innenseite der Verstärkungsschicht 30 gebildet. Die Ausbildung der Auskleidung in Schritt S70 kann beispielsweise durch Einbringen eines flüssigen Auskleidungsmaterials in die mit Kappen versehene Verstärkungsschicht 30 und Aushärten des Auskleidungsmaterials unter Rotation der Verstärkungsschicht 30 erfolgen. Wenn die Ausbildung der Auskleidung 20 endet, ist der in 1 dargestellte Hochdrucktank 100 somit fertiggestellt.
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Es sei angemerkt, dass die Auskleidung 20 in einem anderen Schritt als Schritt S70 in 4 gebildet werden kann. Beispielsweise kann die Auskleidung 20 getrennt von den Verstärkungskuppelabschnitten 50 und dem Verstärkungsrohrabschnitt 60 gebildet werden, wobei die Auskleidung 20 und die beiden Verstärkungskuppelabschnitte 50 und die Kappen 80 und 90 danach in dem oben beschriebenen Schritt S30 zusammengefügt werden. Eine solche Ausbildung der Auskleidung 20 kann z. B. durch Spritzgießen erfolgen. Zu diesem Zeitpunkt können zwei geteilte Elemente, die durch Teilen der gesamten Auskleidung 20 in der allgemeinen Mitte erhalten werden, separat durch Spritzgießen geformt werden, und die beiden geteilten Elemente, die aus den Spritzgussformen entfernt werden, können verbunden werden, um die Auskleidung 20 zu bilden.
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Wie oben beschrieben, ist bei der vorliegenden Ausführungsform der erste Kuppelabschnitt 51, der als erste Verstärkungsschicht dient, zwischen der unteren Fläche 82b der Kappe 80 und der Auskleidung 20 angeordnet. Dadurch kann die Möglichkeit, dass die Auskleidung 20 durch das äußere Ende des Flanschabschnitts 82 beschädigt wird, im Vergleich dazu verringert werden, wenn keine Verstärkungsschicht zwischen der unteren Fläche 82b des Flanschabschnitts 82 und der Auskleidung 20 angeordnet ist.
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B. Andere Ausführungsformen
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8 ist eine Schnittansicht, die eine Konfiguration eines Hochdrucktanks 100a gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt. Dieser Hochdrucktank 100a unterscheidet sich von der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform nur in Bezug auf die Formen einer Kappe 80a und eines ersten Kuppelabschnitts 51 a von jedem der Verstärkungskuppelabschnitte 50a, und die anderen Konfigurationen sind ungefähr die gleichen wie bei der ersten Ausführungsform.
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Die Kappe 80a hat eine untere Fläche 83 an der Innenseite der unteren Fläche 82b des Flanschabschnitts 82. Die untere Fläche 83 steht in Längsrichtung weiter in Richtung der Mitte des Hochdrucktanks 100a vor als die untere Fläche 82b des Flanschabschnitts 82. Außerdem ist der erste Kuppelabschnitt 51a in Kontakt mit der gesamten unteren Fläche 82b des Flanschabschnitts 82, aber nicht in Kontakt mit der unteren Fläche 83. Diese Konfiguration der zweiten Ausführungsform bringt auch ungefähr die gleichen Vorteile wie die der ersten Ausführungsform.
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9 ist eine Schnittansicht, die eine Konfiguration eines Hochdrucktanks 100b gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt. Dieser Hochdrucktank 100b unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform nur in dem Punkt, dass der zweite Kuppelabschnitt 52 weggelassen ist, und in der Form eines ersten Kuppelabschnitts 51b, und die anderen Konfigurationen sind ungefähr die gleichen wie die der ersten Ausführungsform. Der zweite Kuppelabschnitt 52 wird in der dritten Ausführungsform weggelassen, und dementsprechend wird die Dicke des ersten Kuppelabschnitts 51b größer als die Dicke des ersten Kuppelabschnitts 51 der ersten Ausführungsform eingestellt, um eine ausreichende Verstärkungsfestigkeit sicherzustellen. Diese Konfiguration der dritten Ausführungsform bringt auch ungefähr die gleichen Vorteile wie die der ersten Ausführungsform.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform und deren Modifikationen beschränkt und kann durch verschiedene Konfigurationen realisiert werden, ohne vom Wesen derselben abzuweichen. Beispielsweise können die technischen Merkmale der Ausführungsform und deren Modifikationen, die den technischen Merkmalen der in der KURZFASSUNG DER ERFINDUNG beschriebenen Aspekten entsprechen, in geeigneter Weise ersetzt oder kombiniert werden, um einen Teil oder alle der oben beschriebenen Probleme zu lösen oder einen Teil oder alle der oben beschriebenen Vorteile zu erzielen. Die technischen Merkmale können gegebenenfalls auch weggelassen werden, solange sie in der vorliegenden Beschreibung nicht als wesentlich beschrieben sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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