DE102021131050A1

DE102021131050A1 - Hochdrucktank und verfahren zur herstellung eines hochdrucktanks

Info

Publication number: DE102021131050A1
Application number: DE102021131050.4A
Authority: DE
Inventors: Naoki Ueda
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2021-01-26
Filing date: 2021-11-26
Publication date: 2022-07-28
Also published as: JP2022114200A; US20220235904A1; JP7359167B2; US11619349B2; CN114791082A

Abstract

Ein Hochdrucktank (1) weist eine erste Verstärkungsschicht (30) und eine zweite Verstärkungsschicht (34) auf. Die erste Verstärkungsschicht (30) ist eine Schicht, die durch Verbinden von Kuppelelementen (32, 33) mit jeweiligen Endabschnitten (31a) eines Zylinderelements (31) erzielt wird, wobei die Kuppelelemente (32, 33) ein Paar bilden und eine Innenumfangsfläche (31b) des Zylinderelements (31) zu einem Speicherraum (5) hin freiliegt, der Gas speichert. Eine erste Harzschicht (21) bedeckt das Zylinderelement (31) zwischen der ersten Verstärkungsschicht (30) und der zweiten Verstärkungsschicht (34). Die erste Harzschicht (21) ist in einer Dickenrichtung weniger durchlässig für das Gas als die erste Verstärkungsschicht (30).

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft einen Hochdrucktank und ein Verfahren zur Herstellung eines Hochdrucktanks.
Ein Hochdrucktank zum Speichern von brennbarem Gas wird zum Beispiel in Erdgasfahrzeugen, Brennstoffzellenfahrzeugen usw. verwendet. Diese Art von Hochdrucktank hat eine Verstärkungsschicht, die aus einem faserverstärkten Harz besteht, und einen Speicherraum, der Gas speichert.
Die JP 2012 - 149 739 A schlägt als einen solchen Hochdrucktank zum Beispiel einen Hochdrucktank vor, der eine erste Verstärkungsschicht, die aus einem faserverstärkten Harz besteht und auf der Außenfläche einer Auskleidung ausgebildet ist, und eine zweite Verstärkungsschicht hat, die aus einem faserverstärkten Harz besteht und die erste Verstärkungsschicht bedeckt. In dem Hochdrucktank, der in der JP 2012 - 149 739 A beschrieben wird, bildet die Auskleidung, die Gasbarriereeigenschaften hat, einen Speicherraum aus, der Gas speichert.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Für Hochdrucktanks wird vor dem Verschiffen eine Druckfestigkeitsprüfung durchgeführt, bei der der Speicherraum des Hochdrucktanks mit Wasser gefüllt wird. Allerdings wird das Wasser manchmal nach der Prüfung nicht ausreichend aus dem Speicherraum entfernt, wobei das Wasser, das nicht entfernt worden ist, in dem Speicherraum zurückbleiben kann. Außerdem kondensiert manchmal Wasser aufgrund von Temperaturänderungen im Speicherraum, wenn ein Hochdrucktank in Gebrauch ist. Solches Wasser tendiert während des Gebrauchs aufgrund der Stellung des Hochdrucktanks dazu, sich auf der Innenfläche des Zylinderabschnitts (Körperabschnitts) des Hochdrucktanks zu sammeln.
Da in dem Hochdrucktank, der in der JP 2012 - 149 739 A beschrieben wird, auf dem Körperabschnitt jedoch die Auskleidung (Harzschicht) ausgebildet ist, die den Durchgang von Gas reduziert, wird die Auskleidung auf dem Körperabschnitt direkt mit dem Wasser in Kontakt kommen. Abhängig vom Material der Auskleidung (Harzschicht) kann die Auskleidung durch das Wasser beschädigt werden.
Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung stellen einen Hochdrucktank, der verhindert, dass eine Harzschicht, die den Durchgang von Gas reduziert, durch Kontakt mit Wasser beschädigt wird, und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Hochdrucktanks zur Verfügung.
Eine erste Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung betrifft einen Hochdrucktank, der Folgendes aufweist: eine erste Verstärkungsschicht, die aus einem ersten faserverstärkten Harz besteht; und eine zweite Verstärkungsschicht, die aus einem zweiten faserverstärkten Harz besteht und die erste Verstärkungsschicht bedeckt, wobei der Hochdrucktank einen Speicherraum hat, der Gas speichert. Die erste Verstärkungsschicht ist eine Schicht, die mit einem Zylinderelement und einem Paar Kuppelelementen versehen ist, wobei die Kuppelelemente mit jeweiligen Endabschnitten des Zylinderelements verbunden sind und eine Innenumfangsfläche des Zylinderelements zum Speicherraum hin freiliegt. Die zweite Verstärkungsschicht ist eine Schicht, die aus einem Faserbündel besteht, das mit einem Harz getränkt ist, wobei das Faserbündel spiralförmig über die Kuppelelemente der ersten Verstärkungsschicht gewickelt ist. Der Hochdrucktank weist außerdem eine Harzschicht auf, die das Zylinderelement zwischen der ersten Verstärkungsschicht und der zweiten Verstärkungsschicht bedeckt. Die Harzschicht ist in einer Dickenrichtung weniger durchlässig für das Gas als die erste Verstärkungsschicht.
Gemäß dieser Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die Harzschicht, die das Zylinderelement bedeckt, in der Dickenrichtung weniger durchlässig für das Gas (d. h. es hat bessere Gasbarriereeigenschaften) als die erste Verstärkungsschicht. Diese Konfiguration reduziert eine Leckage des Gases, das durch das Zylinderelement der ersten Verstärkungsschicht geht, durch die zweite Verstärkungsschicht nach außen. Darüber hinaus bildet die Harzschicht nicht den Speicherraum aus. Selbst wenn es in dem Speicherraum Wasser gibt, wird dieses Wasser dementsprechend nicht direkt mit der Harzschicht in Kontakt kommen. Diese Konfiguration reduziert eine Beschädigung der Harzschicht durch Kontakt mit Wasser.
Die Kuppelelemente können von einer Außenseite des Zylinderelements auf das Zylinderelement gepasst sein. In jedem Passabschnitt, in dem die Kuppelelemente auf das Zylinderelement gepasst sind, kann sich zwischen dem Zylinderelement und dem Kuppelelement ein Teil der Harzschicht befinden.
Das Gas im Speicherraum leckt wahrscheinlich durch die Passabschnitte, in denen die Kuppelelemente auf das Zylinderelement gepasst sind. Gemäß dieser Ausgestaltung ist in den Passabschnitten zwischen dem Zylinderelement und dem Kuppelelement jedoch ein Teil der Harzschicht ausgebildet. Diese Konfiguration reduziert somit eine Gasleckage zwischen dem Zylinderelement und den Kuppelelementen.
Diese Beschreibung offenbart ein Verfahren zur Herstellung des obigen Hochdrucktanks. Eine zweite Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Hochdrucktanks, der eine erste Verstärkungsschicht, die aus einem ersten faserverstärkten Harz besteht, und eine zweite Verstärkungsschicht aufweist, die aus einem zweiten faserverstärkten Harz besteht und die erste Verstärkungsschicht bedeckt, wobei der Hochdrucktank einen Speicherraum hat, der Gas speichert. Das Verfahren beinhaltet Folgendes: Anfertigen eines verbundenen Elements, das als die erste Verstärkungsschicht dient, indem ein Paar Kuppelelemente derart mit einem Zylinderelement, das zwei Endabschnitte hat, verbunden wird, dass eines der Kuppelelemente mit einem der zwei Endabschnitte des Zylinderelements verbunden ist und das andere der Kuppelelemente mit dem anderen der zwei Endabschnitte des Zylinderelements verbunden ist; und Ausbilden der zweiten Verstärkungsschicht, indem ein Faserbündel, das mit einem Harz getränkt ist, spiralförmig über die Kuppelelemente um das angefertigte verbundene Element gewickelt wird. Beim Anfertigen des verbundenen Elements wird das verbundene Element angefertigt, in dem eine Harzschicht das Zylinderelement bedeckt und in dem eine Innenumfangsfläche des Zylinderelements zum Speicherraum hin freiliegt, wobei die Harzschicht in einer Dickenrichtung weniger durchlässig für das Gas als die erste Verstärkungsschicht ist.
Gemäß der obigen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die Harzschicht, die das Zylinderelement bedeckt, in der Dickenrichtung weniger durchlässig für das Gas als die erste Verstärkungsschicht. Es ist daher möglich, einen Hochdrucktank herzustellen, der eine Leckage des Gases, das durch das Zylinderelement der ersten Verstärkungsschicht geht, durch die zweite Verstärkungsschicht nach außen reduziert. Dementsprechend ist es nicht notwendig, auf der Innenumfangsfläche des Zylinderelements eine Auskleidung auszubilden, die gute Gasbarriereeigenschaften hat. Darüber hinaus bildet die Harzschicht nicht den Speicherraum aus. Selbst wenn es in dem Speicherraum Wasser gibt, wird dieses Wasser dementsprechend nicht direkt mit der Harzschicht in Kontakt kommen. Da diese Konfiguration eine Beschädigung der Harzschicht durch Kontakt mit Wasser reduziert, können für die Harzschicht auch Harze usw. verwendet werden, die leicht durch Wasser beschädigt werden. Damit wird die Anzahl an Wahlmöglichkeiten für das Material der Harzschicht erhöht.
Beim Anfertigen des verbundenen Elements kann in jedem Passabschnitt, in dem die Kuppelelemente auf das Zylinderelement gepasst sind, zwischen dem Zylinderelement und dem Kuppelelement ein Teil der Harzschicht ausgebildet sein, wobei die Passabschnitte ausgebildet werden, indem die Kuppelelemente von einer Außenseite des Zylinderelements auf das Zylinderelement gepasst werden, dessen Außenumfangsfläche mit der Harzschicht bedeckt ist.
Gemäß diesem Verfahren kann der Hochdrucktank erzielt werden, in dem zwischen dem Zylinderelement und jedem Kuppelelement ein Teil der Harzschicht ausgebildet ist. Dieser Hochdrucktank reduziert somit eine Gasleckage zwischen dem Zylinderelement und jedem Kuppelelement.
Mit dem Hochdrucktank und dem Verfahren zur Herstellung eines Hochdrucktanks gemäß den obigen Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung lässt sich verhindern, dass die Harzschicht, die den Durchgang des Gases reduziert, durch Kontakt mit Wasser beschädigt wird.
Figurenliste
Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, werden unten die Merkmale, die Vorteile und die technische und gewerbliche Bedeutung exemplarischer Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Es zeigen:

1 eine schematische Schnittansicht, die einen Aufbau eines Hochdrucktanks gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
2 eine Teilschnittansicht, die den Aufbau des in 1 gezeigten Hochdrucktanks zeigt;
3 ein Ablaufdiagramm, das Schritte eines Verfahrens zur Herstellung des in 1 gezeigten Hochdrucktanks darstellt;
4 eine Schnittansicht, die ein Verfahren zum Ausbilden eines Zylinderelements in einem in 3 gezeigten Elementausbildungsschritt darstellt;
5 eine Teilschnittansicht, die ein Verfahren zum Ausbilden eines Paars Kuppelelemente in dem in 3 gezeigten Elementausbildungsschritt darstellt;
6 eine Schnittansicht der Kuppelelemente, die in dem in 3 gezeigten Elementausbildungsschritt ausgebildet wurden;
7 eine Schnittansicht der Kuppelelemente von 6 mit einer zweiten Harzschicht, die in dem in 3 gezeigten Elementausbildungsschritt auf ihnen ausgebildet wurde;
8 eine Schnittansicht, die einen in 3 gezeigten Ausbildungsschritt für die erste Harzschicht darstellt;
9 eine schematische Perspektivansicht, die einen in 3 dargestellten Ausbildungsschritt für die erste Verstärkungsschicht darstellt;
10 eine Schnittansicht eines verbundenen Elements, das in dem in 3 gezeigten Ausbildungsschritt für die erste Verstärkungsschicht ausgebildet wurde;
11 eine Schnittansicht, die den Aufbau einer Abwandlung des in 1 gezeigten Hochdrucktanks zeigt;
12 eine Teilschnittansicht, die den Aufbau des in 11 gezeigten Hochdrucktanks zeigt;
13 ein Ablaufdiagramm, das Schritte eines Verfahrens zur Herstellung des in 11 gezeigten Hochdrucktanks darstellt;
14 eine schematische Perspektivansicht, die einen in 13 gezeigten Ausbildungsschritt für die erste Verstärkungsschicht darstellt; und
15 eine Schnittansicht eines verbundenen Elements, das in dem in 13 gezeigten Ausbildungsschritt für die erste Verstärkungsschicht ausgebildet wurde.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die 1 bis 15 ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel und eine Abwandlung von ihm beschrieben.
1. Hochdrucktank 1
Es wird hier ein Hochdrucktank 1 als ein Tank beschrieben, der in einem Brennstoffzellenfahrzeug eingebaut ist und der mit einem Hochdruckwasserstoffgas gefüllt wird. Allerdings kann der Hochdrucktank 1 auch für andere Zwecke genutzt werden. Das Gas, das für den Hochdrucktank 1 verwendet wird, ist nicht auf Hochdruckwasserstoffgas beschränkt. Beispiele für das Gas, das für den Hochdrucktank 1 verwendet werden kann, schließen verschiedene komprimierte Gase wie komprimiertes Erdgas (CNG), verschiedene verflüssigte Gase wie Flüssigerdgas (LNG) und Autogas (LPG) sowie andere Gase ein.
Wie in 1 gezeigt ist, ist der Hochdrucktank 1 ein allgemein zylinderförmiger Hochdruckgasspeicherbehälter mit kuppelförmigen abgerundeten Enden. Der Hochdrucktank 1 weist einen Gasbarriereabschnitt 2 mit Gasbarriereeigenschaften und einen Verstärkungsabschnitt 3 aus einem faserverstärkten Harz auf. Der Gasbarriereabschnitt 2 hat eine erste Harzschicht 21 und zweite Harzschichten 22, 23. Der Verstärkungsabschnitt 3 hat eine erste Verstärkungsschicht 30 und eine zweite Verstärkungsschicht 34. Der Hochdrucktank 1 hat in seinem einen Ende eine Öffnung und er hat um die Öffnung herum einen Stutzen 4 angebracht. Der Hochdrucktank 1 hat auch einen Speicherraum 5, der Gas speichert. Der Hochdrucktank 1 wird zum Gebrauch derart horizontal montiert, dass sich die Achse (ein Zylinderelement 31, das unten beschrieben wird) des Hochdrucktanks 1 in der horizontalen Richtung erstreckt.
Der Stutzen 4 wird ausgebildet, indem ein Metallwerkstoff wie Aluminium oder eine Aluminiumlegierung in eine vorbestimmte Form gearbeitet wird. An dem Stutzen 4 ist ein Ventil 6 angebracht, das den Strom an Wasserstoffgas in den und aus dem Speicherraum 5 steuert. Das Ventil 6 ist mit einem Dichtungselement 6a versehen. Das Dichtungselement 6a ist mit dem Gasbarriereabschnitt 2 in einem vorstehenden Abschnitt 32b eines Kuppelelements 32, das später beschrieben wird, in Kontakt und dichtet den Speicherraum 5 des Hochdrucktanks 1 ab.
Der Gasbarriereabschnitt 2 ist eine Schicht, die eine Leckage des Gases, das in dem Speicherraum 5 gespeichert wird, nach außen reduziert. Wie oben beschrieben wurde, hat der Gasbarriereabschnitt 2 die erste Harzschicht 21 und die zweiten Harzschichten 22, 23. Die erste Harzschicht 21 dieses Ausführungsbeispiels kann als die erfindungsgemäße „Harzschicht“ angesehen werden. Die erste Harzschicht 21 und die zweiten Harzschichten 22, 23 werden später beschrieben.
Der Verstärkungsabschnitt 3 arbeitet so, dass er die mechanische Festigkeit des Hochdrucktanks 1, etwa die Steifigkeit und Druckfestigkeit, verbessert, wobei er aus einem faserverstärkten Harz besteht, und zwar aus harzgetränkten Verstärkungsfasern (Endlosfasern). Der Verstärkungsabschnitt 3 weist die erste Verstärkungsschicht 30 und die zweite Verstärkungsschicht 34 auf, die die Außenfläche der ersten Verstärkungsschicht 30 bedeckt. Die erste Verstärkungsschicht 30 hat das zylinderförmige Zylinderelement 31 und ein Paar Kuppelelemente 32, 33. Die Kuppelelemente 32, 33 sind mit jeweiligen Endabschnitten 31a des Zylinderelements 31 verbunden. Die erste Verstärkungsschicht 30 ist durch Verbinden des Zylinderelements 31 und der Kuppelelemente 32, 33 als ein einzelnes Stück ausgebildet.
Die erste Verstärkungsschicht 30 setzt sich aus einer Vielzahl von faserverstärkten Harzschichten zusammen, die aus (matrix-)harzgetränkten Verstärkungsfasern bestehen. Die Verstärkungsfasern des Zylinderelements 31 sind entlang des Umfangs des Zylinderelements 31 in einem Winkel orientiert, der im Wesentlichen senkrecht zur Achsenrichtung X des Zylinderelements 31 ist. Mit anderen Worten sind die Verstärkungsfasern im Zylinderelement 31 in der Umfangsrichtung des Zylinderelements 31 orientiert. Die Verstärkungsfasern der Kuppelelemente 32, 33 sind nicht in der Umfangsrichtung des Zylinderelements 31 orientiert, sondern sie erstrecken sich in verschiedenen Richtungen, die die Umfangsrichtung kreuzen, von nahe an den Kopfenden der Kuppelelemente 32, 33 zu Umfangsendabschnitten 32a, 33a der Kuppelelemente 32, 33 hin.
Die Verstärkungsfasern des Zylinderelements 31 und die Verstärkungsfasern der Kuppelelemente 32, 33 sind in diesem Ausführungsbeispiel nicht kontinuierlich (nicht verbunden). Wie später beschrieben wird, liegt dies daran, weil das Zylinderelement 31 und die Kuppelelemente 32, 33 separat ausgebildet werden und die Kuppelelemente 32, 33 dann an jeweiligen Enden des Zylinderelements 31 angebracht werden.
Beispiele für die Verstärkungsfasern der ersten Verstärkungsschicht 30 (das heißt des Zylinderelements 31 und der Kuppelelemente 32, 33) schließen Glasfasern, Aramidfasern, Borfasern und Kohlenstofffasern ein. Kohlenstofffasern sind hinsichtlich Leichtigkeit, mechanischer Festigkeit usw. besonders zu bevorzugen.
Das Matrixharz, mit dem die Verstärkungsfasern für die erste Verstärkungsschicht 30 getränkt sind, ist, ohne besonders darauf beschränkt zu sein, ein thermoplastisches Harz oder ein Reaktionsharz. Beispiele des thermoplastischen Harzes schließen Polyetheretherketon, Polyphenylensulfid, Polyacrylester, Polyimid, Polyamid, Nylon 6 und Nylon 6,6 ein. Beispiele für das Reaktionsharz schließen ein Phenolharz, ein Melaminharz, ein Harnstoffharz und ein Epoxidharz ein. Ein Epoxidharz ist angesichts von mechanischer Festigkeit usw. besonders zu bevorzugen. Epoxidharze sind, wenn sie unausgehärtet sind, flüssig und bilden, wenn sie thermisch ausgehärtet sind, einen starken, vernetzen Aufbau.
Die zweite Verstärkungsschicht 34 setzt sich aus einer Vielzahl von faserverstärkten Harzschichten aus (matrix-)harzgetränkten Verstärkungsfasern zusammen. In diesem Ausführungsbeispiel bedeckt die zweite Verstärkungsschicht 34 die erste Harzschicht 21, die auf der Oberfläche des Zylinderelements 31 ausgebildet ist, und die Außenflächen der Kuppelelemente 32, 33.
Im Einzelnen ist die zweite Verstärkungsschicht 34 eine Schicht aus einem faserverstärkten Harz, wobei die Verstärkungsfasern über den Kuppelelementen 32, 33 orientiert sind. Die Verstärkungsfasern der zweiten Verstärkungsschicht 34 sind durch spiralförmiges Wickeln eines harzgetränkten Faserbündels so orientiert, dass sie bezüglich der Achsenrichtung X des Zylinderelements 31 geneigt sind. Die Kuppelelemente 32, 33 können durch die Verstärkungsfasern am Zylinderelement 31 gehalten werden. Dies verhindert, dass sich die Kuppelelemente 32, 33 durch den Gasdruck in der Achsenrichtung X vom Zylinderelement 31 nach außen hin ablösen, wenn der Hochdrucktank 1 in Gebrauch ist.
Beispiele für die Verstärkungsfasern der zweiten Verstärkungsschicht 34 schließen ähnliche Materialien ein, wie die, die oben als Beispiele für die Verstärkungsfasern der ersten Verstärkungsschicht 30 erwähnt worden sind, während Beispiele für das Matrixharz, mit dem die Verstärkungsfasern für die zweite Verstärkungsschicht 34 getränkt sind, ähnliche Materialien einschließen, wie die, die oben als Beispiele für das Matrixharz der ersten Verstärkungsschicht 30 erwähnt worden sind.
In diesem Ausführungsbeispiel ist zwischen der ersten Verstärkungsschicht 30 und der zweiten Verstärkungsschicht 34 die erste Harzschicht 21 des Gasbarriereabschnitts 2 ausgebildet, sodass sie das Zylinderelement 31 bedeckt. Die erste Harzschicht 21 ist zum Beispiel dünner als die erste Verstärkungsschicht 30. Die Dicke der ersten Harzschicht 21 kann 0,05 mm bis 5 mm betragen, während die Dicke der ersten Verstärkungsschicht 30 10 mm oder mehr betragen kann. Die erste Harzschicht 21 hat in der Dickenrichtung eine geringere Gasdurchlässigkeit (d. h. bessere Gasbarriereeigenschaften) als die erste Verstärkungsschicht 30.
Dies reduziert eine Leckage des Gases, das durch die erste Verstärkungsschicht 30 geht, durch die zweite Verstärkungsschicht 34 nach außen. Insbesondere nimmt mit zunehmender Oberfläche des Hochdrucktanks 1 die Gaspermeationsmenge zu. Da in diesem Ausführungsbeispiel die Oberfläche des Zylinderelements 31 größer als die Gesamtoberfläche der Kuppelelemente 32, 33 ist, geht eine größere Menge Gas durch das Zylinderelement 31 hindurch als durch die Kuppelelemente 32, 33. Dementsprechend ist auf dem Zylinderelement 31 die erste Harzschicht 21 ausgebildet. Dies reduziert wirksam eine Leckage des Gases, das durch die erste Verstärkungsschicht 30 geht, durch die zweite Verstärkungsschicht 34 nach außen.
Die Angabe „die erste Harzschicht 21 hat in der Dickenrichtung eine geringere Gasdurchlässigkeit als die erste Verstärkungsschicht 30“ bedeutet hier, dass die erste Harzschicht 21 in der Radialrichtung des Zylinderelements 31 weniger durchlässig für Gas ist (bessere Gasbarriereeigenschaften hat) als die erste Verstärkungsschicht 30. Der Zusammenhang der Gasdurchlässigkeit zwischen der ersten Harzschicht 21 und der ersten Verstärkungsschicht 30 kann überprüft werden, indem Probekörper mit der gleichen Dicke wie die erste Harzschicht 21 und Probekörper mit der gleichen Dicke wie die erste Verstärkungsschicht 30 hergestellt werden und die Mengen an Gas (an gespeichertem Gas), das durch die Probekörper gegangen ist, gemessen werden. Zum Beispiel kann für die erste Harzschicht 21 ein Harz verwendet werden, das eine geringere Gasdurchlässigkeit als das Matrixharz hat, mit dem die Verstärkungsfasern für die erste Verstärkungsschicht 30 getränkt sind.
Es ist vorzuziehen, dass die erste Harzschicht 21 Haftvermögen gegenüber der ersten Verstärkungsschicht 30 und der zweiten Verstärkungsschicht 34 hat. Dies kann eine Trennung zwischen der ersten Harzschicht 30 und der zweiten Harzschicht 34 verhindern, wenn der Hochdrucktank 1 im Gebrauch ist, und dadurch kann die Ermüdungsfestigkeit des Hochdrucktanks 1 aufrechterhalten werden.
Es ist zum Beispiel vorzuziehen, dass das Harz der ersten Harzschicht 21 und das faserverstärkte Harz der ersten Verstärkungsschicht 30 durch eine chemische Reaktion, etwa eine Vernetzungsreaktion oder Polymerisationsreaktion, chemisch verbunden sind.
Als Material für die erste Harzschicht 21 kann ein Harzmaterial verwendet werden, das als Grundmaterial ein Kunstharz mit Gasbarriereeigenschaften und ein Elastomer enthält. Das Kunstharz mit Gasbarriereeigenschaften ist nicht besonders beschränkt, solange es bessere Gasbarriereeigenschaften als das Matrixharz hat. Das Kunstharz mit Gasbarriereeigenschaften kann zum Beispiel ein thermoplastisches Harz sein. Beispiele für das thermoplastische Harz schließen Polyesterharze und Polyvinylalkoholharze ein. In Anbetracht guter Gasbarriereeigenschaften ist als Polyesterharz Polyethylennaphthalat (PEN) und als Polyvinylalkoholharz Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer (EVOH) vorzuziehen.
Das Elastomer ist nicht besonders beschränkt, solange es das Haftvermögen verbessert. Das Elastomer kann zum Beispiel Kautschuk oder modifizierter Kautschuk sein, und zwar Kautschuk, der so modifiziert ist, dass er auf seiner Oberfläche funktionale Gruppen hat. Beispiele für den Kautschuk schließen Ethylen-Buten-Copolymer (EBR), Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR) und Nitrilkautschuk (NBR) ein.
Die funktionalen Gruppen des modifizierten Kautschuks sind nicht besonders beschränkt, solange sie funktionale Gruppen sind, die das Haftvermögen gegenüber der ersten Verstärkungsschicht 30 und der zweiten Verstärkungsschicht 34 verbessern. Wenn das Matrixharz für die erste Verstärkungsschicht 30 und die zweite Verstärkungsschicht 34 zum Beispiel ein Epoxidharz ist, können die funktionalen Gruppen des modifizierten Kautschuks zum Beispiel beliebige funktionale Gruppen sein, die mit Epoxidgruppen reagieren, wobei sie zum Beispiel Carboxylgruppen, Hydroxylgruppen oder Aminogruppen sein können.
Beispiele für ein solches Harzmaterial schließen ein Harzmaterial, das PEN und modifizierten Kautschuk mit Carboxylgruppen oder Aminogruppen enthält, und ein Harzmaterial ein, das EVOH und modifizierten Kautschuk mit Carboxylgruppen oder Aminogruppen enthält.
Alternativ kann als Material für die erste Harzschicht 21 ein Bogenmaterial oder Filmmaterial mit einem dreilagigen Aufbau verwendet werden. Im Einzelnen kann als Material für die erste Harzschicht 21 ein Bogenmaterial oder Filmmaterial verwendet werden, das sich aus einer Barriereschicht, die Gasbarriereeigenschaften hat, und Haftvermittlerschichten, die Haftvermögen haben und auf beiden Oberflächen der Barriereschicht ausgebildet sind, zusammensetzt. Ein Harz für die Barriereschicht kann ein ähnliches Harz wie das oben beschriebene Kunstharz mit Gasbarriereeigenschaften sein. Beispiele für das Harz der Barriereschicht schließen EVOH und PEN ein. Ein Harz für die Haftvermittlerschichten kann zum Beispiel ein thermoplastisches Harz wie Polypropylenharz (PP) oder Polyamidharz (PA) sein.
Beispiele für ein solches Bogenmaterial oder Filmmaterial schließen Bogenmaterialien oder Filmmaterialien ein, die sich aus einer Barriereschicht, die aus EVOH besteht, und Haftvermittlerschichten, die aus PP bestehen und auf beiden Oberflächen der Barriereschicht ausgebildet sind, zusammensetzen. Weitere Beispiele schließen Bogen- oder Filmmaterialien ein, die sich aus einer Barriereschicht, die aus EVOH besteht, und Haftvermittlerschichten, die aus PA bestehen und auf beiden Oberflächen der Barriereschicht ausgebildet sind, zusammensetzen.
Alternativ kann als Material für die erste Harzschicht 21 ein Haftvermittlermaterial verwendet werden, das sich aus einem Urethanharz und einem Füllstoff, etwa einen anorganischen Material, zusammensetzt. Die Verwendung eines Urethanharzes bewirkt, dass die erste Harzschicht 21 bei niedrigen Temperaturen eine hohe Dehnungsfähigkeit zeigt. Die Zugabe des Füllstoffs verbessert die Gasbarriereeigenschaften der ersten Harzschicht 21. Ein weiteres Haftvermittlermaterial, das als Material für die erste Harzschicht 21 verwendet werden kann, ist ein modifiziertes Epoxidharz, da es gute Gasbarriereeigenschaften und eine hohe Dehnungsfähigkeit bei niedrigen Temperaturen hat.
Wie in 1 gezeigt ist, sind in diesem Ausführungsbeispiel die zweiten Harzschichten 22, 23 so ausgebildet, dass sie Innenflächen 32f, 33f (siehe 6) der Kuppelelemente 32, 33 bedecken, und zwar die Oberflächen der Kuppelelemente 32, 33, die sich jeweils auf der Innenseite der Hochdrucktanks 1 befinden. Allerdings müssen die zweiten Harzschichten 22, 23 nicht unbedingt auf die 1 gezeigte Weise ausgebildet sein. Die zweiten Harzschichten 22, 23 können so zwischen der ersten Verstärkungsschicht 30 und der zweiten Verstärkungsschicht 34 ausgebildet sein, dass sie jeweils die Kuppelelemente 32, 33 bedecken.
Als Material für die zweiten Harzschichten 22, 23 kann das Harzmaterial, das Bogen- oder Filmmaterial oder das Haftvermittlermaterial verwendet werden, das oben als Beispiel für das Material der ersten Harzschicht 21 erwähnt worden ist. Das Material für die erste Harzschicht 21 und das Material für die zweiten Harzschichten 22, 23 können entweder gleich oder verschieden sein.
Wie 1 gezeigt ist, liegt in dem Hochdrucktank 1 dieses Ausführungsbeispiels eine Innenumfangsfläche 31b des Zylinderelements 31 zum Speicherraum 5 hin frei, wobei der Speicherraum 5 durch die Innenumfangsfläche 31b des Zylinderelements 31 und die zweiten Harzschichten 22, 23 ausgebildet wird. Die erste Harzschicht 21 bildet den Speicherraum 5 nicht aus. Selbst wenn sich an der Innenumfangsfläche 31b des Zylinderelements 31 des sogenannten horizontalen Hochdrucktanks 1 Wasser sammelt, wird dieses Wasser dementsprechend nicht direkt mit der ersten Harzschicht 21 in Kontakt kommen. Diese Konfiguration reduziert eine Beschädigung der ersten Harzschicht 21 aufgrund von Kontakt mit Wasser.
Zum Beispiel haben Harze mit guten Gasbarriereeigenschaften wie PEN und EVOH in ihren Molekülen polare Gruppen. Diese Harze werden aufgrund der polaren Gruppen leicht durch Wasser hydrolisiert oder schwellen an und können daher reduzierte Gasbarriereeigenschaften haben. In diesem Ausführungsbeispiel kommt die erste Harzschicht 21 jedoch, wie oben beschrieben wurde, nicht direkt mit Wasser in Kontakt. Die erste Harzschicht 21 hat daher gute Gasbarriereeigenschaften.
Wie in den 1 und 2 gezeigt ist, sind in dem Hochdrucktank 1 dieses Ausführungsbeispiels die Kuppelelemente 32, 33 von der Außenseite des Zylinderelements 31 auf das Zylinderelement 31 gepasst. Im Einzelnen sind die Umfangsendabschnitte 32a, 33a der Kuppelelemente 32, 33 von der Außenseite des Zylinderelements 31 auf die Endabschnitte 31a des Zylinderelements 31 gepasst. Eine Außenumfangsfläche 31c (siehe 4) des Zylinderelements 31 ist mit der ersten Harzschicht 21 bedeckt.
In jedem Passabschnitt 30a, in dem die Kuppelelemente 32, 33 auf das Zylinderelement 31 gepasst sind, ist zwischen dem Zylinderelement 31 und jedem Kuppelelement 32, 33 ein Teil der ersten Harzschicht 21 ausgebildet. Obwohl das im Speicherraum 5 gespeicherte Gas dazu tendiert, durch die Passabschnitte 30a zu lecken, in denen die Kuppelelemente 32, 33 auf das Zylinderelement 31 gepasst sind, reduziert diese Konfiguration eine Leckage zwischen dem Zylinderelement 31 und jedem Kuppelelement 32, 33.
In diesem Ausführungsbeispiel sind die Innenflächen 32f, 33f der Kuppelelemente 32, 33 jeweils mit den zweiten Harzschichten 22, 23 bedeckt. In jedem der Passabschnitte 30a sind zwischen dem Zylinderelement 31 und jedem Kuppelelement 32, 33 ein Teil der ersten Harzschicht 21 und ein Teil der zweiten Harzschichten 22, 23 ausgebildet, wobei der Teil der ersten Harzschicht 21 und der Teil der zweiten Harzschichten 22, 23 aufeinanderliegen (miteinander verbunden sind). Diese Konfiguration reduziert wirksam eine Gasleckage zwischen dem Zylinderelement 31 und jedem Kuppelelement 32, 33.
2. Herstellungsverfahren Hochdrucktank 1
Als Nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung des Hochdrucktanks 1 gemäß dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel beschrieben. 3 ist ein Ablaufdiagramm, das Schritte des Verfahrens zur Herstellung des Hochdrucktanks 1 darstellt. Wie in 3 gezeigt ist, beinhaltet das Verfahren zur Herstellung des Hochdrucktanks 1 einen Elementausbildungsschritt S11, einen Ausbildungsschritt für die erste Harzschicht S12, einen Ausbildungsschritt für die erste Verstärkungsschicht S13 und einen Ausbildungsschritt für die zweite Verstärkungsschicht S14. Der Elementausbildungsschritt S11, der Ausbildungsschritt für die erste Harzschicht S12 und der Ausbildungsschritt für die erste Verstärkungsschicht S13 können bei der Erfindung als „Anfertigen eines verbundenen Elements“ angesehen werden.
2-1. Elementausbildungsschritt S11
Wie in 3 gezeigt ist, wird in dem Verfahren zur Herstellung des Hochdrucktanks 1 zunächst der Elementausbildungsschritt S11 durchgeführt. In diesem Schritt wird das Zylinderelement 31 ausgebildet und es werden die mit den zweiten Harzschichten 22, 23 bedeckten Kuppelelemente 32, 33 ausgebildet. Dieser Schritt kann entfallen, wobei das Zylinderelement 31 und die mit den zweiten Harzschichten 22, 23 bedeckten Kuppelelemente 32, 33 separat angefertigt werden können.
Verfahren zum Ausbilden des Zylinderelements 31
Wie in 4 gezeigt ist, wird das Zylinderelement 31 in einem Verfahren zum Ausbilden des Zylinderelements 31 ausgebildet, indem zum Beispiel ein Faserbogen F1 um einen zylinderförmigen Dorn 100 gewickelt wird. Der Außendurchmesser D1 des Dorns 100 ist ein Außendurchmesser, der dem Innendurchmesser des Zylinderelements 31 entspricht, und er wird vorzugsweise auf solch einen Wert eingestellt, dass die Kuppelelemente 32, 33 von der Außenseite des Zylinderelements 31 auf das Zylinderelement 31 gepasst werden können.
Wenn das Zylinderelement 31 ausgebildet wird, wird der Faserbogen F1, der ausgegeben wird, mehrmals um den Dorn 100 gewickelt, während der Dorn 100 durch einen (nicht gezeigten) Drehmechanismus in der Umfangsrichtung des Dorns 100 gedreht wird. Der Faserbogen F1 ist ein Bogen, der aus Verstärkungsfasern besteht, die in einer Richtung ausgerichtet sind und mit einem Matrixharz getränkt sind. Der Faserbogen F1 wird derart um den Dorn 100 gewickelt, dass die Verstärkungsfasern in der Umfangsrichtung des Dorns 100 orientiert sind. Auf diese Weise wird das Zylinderelement 31 ausgebildet, in dem die Verstärkungsfasern in der Umfangsrichtung orientiert sind.
Als Verstärkungsfasern für den Faserbogen F1 können ähnliche Materialien verwendet werden, wie die, die oben als Beispiele für die Verstärkungsfasern der ersten Verstärkungsschicht 30 erwähnt worden sind, während als Matrixharz, mit dem die Verstärkungsfasern für den Faserbogen F1 getränkt sind, ähnliche Materialien wie die verwendet werden können, die oben als Beispiele für das Matrixharz der ersten Verstärkungsschicht 30 erwähnt worden sind.
Wie in 4 gezeigt ist, werden die Endabschnitte 31a des Zylinderelements 31 in der Achsenrichtung X zu den Enden des Zylinderelements 31 in der Achsenrichtung X hin allmählich dünner. Mit solch einer Form ist es weniger wahrscheinlich, dass an den Verbindungsabschnitten zwischen der Außenfläche des Zylinderelements 31 und den Außenflächen der Kuppelelemente 32, 33 Stufen ausgebildet werden, wenn die Umfangsendabschnitte 32a, 33a der Kuppelelemente 32, 33 auf den Endabschnitten 31a des Zylinderelements 31 platziert werden.
Um die Endabschnitte 31a des Zylinderelements 31 in der Achsenrichtung X zu den Enden des Zylinderelements 31 in der Achsenrichtung X hin allmählich dünner zu machen, kann die Wickelbreite des Faserbogens F1 allmählich reduziert werden. Alternativ können die Endabschnitte 31a des Zylinderelements 31 in der Achsenrichtung X zu den Enden des Zylinderelements 31 in der Achsenrichtung X hin allmählich dünner gemacht werden, indem die beiden Endabschnitte 31a durch eine Walze usw. gepresst werden.
In dem oben beschriebenen Beispiel wird das Zylinderelement 31 ausgebildet, indem der Faserbogen F1 um den Dorn 100 gewickelt wird. Allerdings kann das Zylinderelement 31 ausgebildet werden, indem durch Filamentwickeln (FW-Vorgang) ein matrixharzgetränktes Faserbündel um den Dorn 100 herumgewickelt wird. Alternativ kann das Zylinderelement 31 durch sogenanntes Zentrifugalwickeln (CW-Vorgang) ausgebildet werden, nämlich durch Anbringen eines Faserbogens an der Innenfläche des sich drehenden Dorns 100.
Wenn das Matrixharz ein Reaktionsharz ist, wird der um den Dorn 100 gewickelte Faserbogen F1 erhitzt, um das unausgehärtete Reaktionsharz auszuhärten. Wenn das Matrixharz dagegen ein thermoplastisches Harz ist, wird das thermoplastische Harz im erweichten Zustand abgekühlt, um das Harz im Faserbogen F1 fest werden zu lassen. Nachdem das Harz ausgehärtet oder fest geworden ist, wird das Zylinderelement 31 vom Dorn 100 entfernt. Wenn ein Reaktionsharz verwendet wird, kann das Matrixharz nach dem Ausbildungsschritt für die erste Harzschicht S12, der später beschrieben wird, ausgehärtet und mit dem Harz der ersten Harzschicht 21 reagieren gelassen (vernetzt oder polymerisiert) werden. Dies erhöht das Haftvermögen zwischen dem Zylinderelement 31 und der ersten Harzschicht 21.
Verfahren zum Ausbilden der Kuppelelemente 32, 33 mit zweiten Harzschichten
In einem Verfahren zum Ausbilden der mit den zweiten Harzschichten 22, 23 bedeckten Kuppelelemente 32, 33 werden zunächst die in 6 gezeigten Kuppelelemente 32, 33 ausgebildet. Wie in 5 gezeigt ist, wird in diesem Verfahren ein mit einem Matrixharz getränktes Faserbündel F2 durch Filamentwickeln (FW-Vorgang) um einen Dorn 200 gewickelt. Im Einzelnen weist der Dorn 200 einen Körperabschnitt 201 und einen Wellenabschnitt 202 auf, der sich von einem Ende des Körperabschnitts 201 nach außen erstreckt.
Der Körperabschnitt 201 hat in der Achsenrichtung des Wellenabschnitts 202 gesehen eine Kreisform. Der Körperabschnitt 201 hat in der Achsenrichtung in der Mitte eine Nut 201a. Die Nut 201a ist in der Außenumfangsfläche des Körperabschnitts 201 ausgebildet und erstreckt sich entlang des gesamten Umfangs des Körperabschnitts 201. Der Dorn 200 hat eine Form, die den miteinander verbundenen Kuppelelementen 32, 33 entspricht. Der Dorn 200 hat die Nut 201a an einer Stelle, die der Verbindung zwischen den Kuppelelementen 32, 33 entspricht. Der Wellenabschnitt 202 wird drehbar von einem (nicht gezeigten) Drehmechanismus getragen.
Wenn die Kuppelelemente 32, 33 ausgebildet werden, wird zunächst der Dorn 200 gedreht, um das Faserbündel F2 derart zu wickeln, dass das Faserbündel F2 die Außenfläche des Dorns 200 bedeckt, wodurch ein Wickelkörper 35 ausgebildet wird. Dabei wird das Faserbündel F2 auch um den Wellenabschnitt 202 gewickelt, um, wie 6 gezeigt ist, den zylinderförmigen vorstehenden Abschnitt 32b mit einem Durchgangsloch 32c auszubilden. Das Faserbündel F2 wird in einem Winkel von z. B. 30 bis 50 Grad bezüglich der Achsenrichtung des Wellenabschnitts 202 gewickelt.
Als Verstärkungsfasern für das Faserbündel F2 können ähnliche Materialien wie die verwendet werden, die oben als Beispiele für die Verstärkungsfasern der ersten Verstärkungsschicht 30 erwähnt worden sind, während als Matrixharz, mit dem die Verstärkungsfasern für das Faserbündel F2 getränkt sind, ähnliche Materialien wie die verwendet werden können, die oben als Beispiele für das Matrixharz der ersten Verstärkungsschicht 30 erwähnt worden sind. Wenn das Matrixharz für das Faserbündel F2 ein thermoplastisches Harz ist, wird das Faserbündel F2 um den Dorn 200 gewickelt, während das thermoplastische Harz durch Erhitzen erweicht ist. Wenn das Matrixharz für das Faserbündel F2 dagegen ein Reaktionsharz ist, wird das Faserbündel F2 um den Dorn 200 gewickelt, während das Reaktionsharz ungehärtet ist.
Der Wickelkörper 35 kann nahe der Stelle auf dem Wickelkörper 35, die der Verbindung zwischen den Kuppelelementen 32, 33 entspricht, derart durch eine Walze usw. gepresst werden, dass die Umfangsendabschnitte 32a, 33a der Kuppelelemente 32, 33 des Zylinderelements 31 in der Achsenrichtung X zu den Enden hin allmählich dünner werden.
Als Nächstes wird der Wickelkörper 35, der auf der Außenfläche des Dorns 200 ausgebildet wurde, mittels eines Schneiders 210 in zwei Teile geteilt (siehe 5). Wie in 6 gezeigt ist, werden dann die zwei Teile des Wickelkörpers 35 vom Dorn 200 entfernt. Auf diese Weise werden die Kuppelelemente 32, 33 ausgebildet.
In dem in 5 gezeigten Zustand wird im Einzelnen der Stutzen 4 an der Außenfläche des vorstehenden Abschnitts 32b angebracht. Wenn das Harz, mit dem das Faserbündel F2 des Wickelkörpers 35 getränkt ist, ein Reaktionsharz ist, wird der Wickelkörper 35 ausgehärtet. Wenn das Harz, mit dem das Faserbündel F2 des Wickelkörpers 35 getränkt ist, ein thermoplastisches Harz ist, wird das thermoplastische Harz im erweichten Zustand abgekühlt, um das Harz im Faserbündel F2 erstarren zu lassen.
Ist das Harz, mit dem das Faserbündel F2 getränkt ist, wie oben beschrieben ausgehärtet oder erstarrt, wird eine Klinge des Schneiders 210 in die Nut 201a des Dorns 200 eingeführt, während der Dorn 200 gedreht wird.
Das Faserbündel F2 wird auf diese Weise durch den Schneider 210 geschnitten. Der Wickelkörper kann auf diese Weise in zwei Teile geteilt werden. Die auf diese Weise erzielten zwei Teile werden dann vom Dorn 200 entfernt. Auf diese Weise werden die Kuppelelemente 32, 33 ausgebildet.
Wie in den 6 und 7 gezeigt ist, werden als Nächstes auf den Innenflächen 32f, 33f der Kuppelelemente 32, 33 jeweils die zweiten Harzschichten 22, 23 ausgebildet. Insbesondere wenn das Harzmaterial oder Haftvermittlermaterial verwendet wird, das als Beispiel für das Material der ersten Harzschicht 21 erwähnt worden ist, können die zweiten Harzschichten 22, 23 ausgebildet werden, indem das Harzmaterial oder Haftvermittlermaterial verflüssigt oder erweicht wird, das verflüssigte oder erweichte Harzmaterial oder Haftvermittlermaterial auf die Innenflächen 32f, 33f aufgebracht wird und das aufgebrachte Harzmaterial oder Haftvermittlermaterial ausgehärtet oder fest werden gelassen wird. Wenn alternativ das Bogen- oder Filmmaterial usw. verwendet wird, das als Beispiel für das Material der ersten Harzschicht 21 erwähnt worden ist, können die zweiten Harzschichten 22, 23 ausgebildet werden, indem das Bogen- oder Filmmaterial an die Innenflächen 32f, 33f gebunden wird.
In diesem Ausführungsbeispiel erfolgt die Ausbildung der Kuppelelemente 32, 33 und die Beschichtung der Kuppelelemente 32, 33 mit den zweiten Harzschichten 22, 23 separat. Allerdings können das Ausbilden der Kuppelelemente 32, 33 und das Beschichten der Kuppelelemente 32, 33 mit den zweiten Harzschichten 22, 23 gleichzeitig erfolgen. In diesem Fall können auf der Oberfläche des in 5 gezeigten Dorns 200 zum Beispiel Harzschichten ausgebildet werden, die als die zweiten Harzschichten 22, 23 dienen, wobei der Wickelkörper 35 dann auf diesen Harzschichten ausgebildet werden kann. Danach kann der Wickelkörper 35 in zwei Teile geschnitten werden. Auf diese Weise können die Kuppelelemente 32, 33 mit den zweiten Harzschichten 22, 23 ausgebildet werden.
In dem oben beschriebenen Beispiel werden die zweiten Harzschichten 22, 23 jeweils auf den Innenflächen 32f, 33f der Kuppelelemente 32, 33 ausgebildet. Allerdings ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, und die zweiten Harzschichten 22, 23 können auf Außenflächen 32g, 33g (siehe 6) der Kuppelelemente 32, 33 ausgebildet werden, und zwar auf den Oberflächen der Kuppelelemente 32, 33, die sich jeweils auf der Außenseite des Hochdrucktanks 1 befinden. In diesen Fall können die Innenflächen 32f, 33f der Kuppelelemente 32, 33 zum Speicherraum 5 hin freiliegen.
2-2. Ausbildungsschritt für erste Harzschicht S12
Wie in 3 gezeigt ist, wird als Nächstes der Ausbildungsschritt für die erste Harzschicht S12 durchgeführt. Wie in den 4 und 8 gezeigt ist, wird die erste Harzschicht 21 in diesem Schritt so ausgebildet, dass sie die Außenumfangsfläche 31c des angefertigten Zylinderelements 31 bedeckt. Die erste Harzschicht 21 hat in der Dickenrichtung eine geringere Gasdurchlässigkeit als die erste Verstärkungsschicht 30. Es ist vorzuziehen, dass die erste Harzschicht 21 gegenüber der ersten Verstärkungsschicht 30 und der zweiten Verstärkungsschicht 34 Haftvermögen hat.
Wenn als Material für die erste Harzschicht 21 wie oben beschrieben ein Harzmaterial verwendet wird, das als Grundmaterial ein Kunstharz mit Gasbarriereeigenschaften und ein Elastomer, das das Haftvermögen verbessert, enthält, kann das Harzmaterial verflüssigt oder erweicht werden und auf die Außenumfangsfläche 31c des Zylinderelements 31 aufgebracht werden, um die erste Harzschicht 21 auszubilden.
Wenn die erste Harzschicht 21 (oder das Kunstharz als Grundmaterial) ein thermoplastisches Harz ist und das Matrixharz der zweiten Verstärkungsschicht 34 ein Reaktionsharz ist, ist es vorzuziehen, dass die Glasübergangstemperatur (Tg) des Harzes der ersten Harzschicht 21 niedriger als die Aushärtetemperatur des Matrixharzes der zweiten Verstärkungsschicht 34 ist.
Wenn das Matrixharz der zweiten Verstärkungsschicht 34, die später beschrieben wird, durch Erhitzen ausgehärtet wird, wird dadurch das thermoplastische Harz der ersten Harzschicht 21 erweicht (geschmolzen). Daher haftet die erste Harzschicht 21 an der zweiten Verstärkungsschicht 34 an. Die erste Harzschicht 21 und das Matrixharz der zweiten Verstärkungsschicht 34 können durch eine chemische Reaktion wie eine Vernetzungsreaktion oder Polymerisationsreaktion chemisch verbunden werden. Dadurch kann das Haftvermögen zwischen der ersten Verstärkungsschicht 30 und der zweiten Verstärkungsschicht 34 über die erste Harzschicht 21 verbessert werden. Die Glasübergangstemperatur Tg kann bei einem thermoplastischen Harz auf einen gewünschten Wert eingestellt werden, indem das mittlere Molekulargewicht von Monomeren, der Polymerisationsgrad des Harzes von Monomeren zu Polymeren und dergleichen eingestellt werden.
Wenn das Matrixharz der zweiten Verstärkungsschicht 34 ein Epoxidharz ist, ist es vorzuziehen, dass das Elastomer, das in dem oben beschriebenen Harzmaterial enthalten ist, modifizierter Kautschuk ist, und zwar Kautschuk, der so modifiziert ist, dass er auf seiner Oberfläche funktionale Gruppen hat, die mit Epoxidgruppen des Epoxidharzes reagieren. Die funktionalen Gruppen können zum Beispiel Carboxylgruppen, Hydroxylgruppen oder Aminogruppen sein. Wenn das Matrixharz der zweiten Verstärkungsschicht 34 durch Erhitzen ausgehärtet wird, werden dementsprechend das Epoxidharz der zweiten Verstärkungsschicht 34 und die funktionalen Gruppen des modifizierten Kautschuks chemisch verbunden. Dadurch kann das Haftvermögen zwischen der ersten Verstärkungsschicht 30 und der zweiten Verstärkungsschicht 34 verbessert werden.
Wie oben beschrieben wurde, kann als Material für die erste Harzschicht 21 ein Bogenmaterial oder Filmmaterial verwendet werden, das sich aus einer Barriereschicht mit Gasbarriereeigenschaften und Haftvermittlerschichten, die Haftvermögen haben und auf beiden Oberflächen der Barriereschicht ausgebildet sind, zusammensetzt. Wenn die erste Harzschicht 21 ausgebildet wird, kann das Bogenmaterial oder das Filmmaterial in diesem Fall mindestens einmal um das Zylinderelement 31 herumgewickelt und an der Außenumfangsfläche 31c des Zylinderelements 31 angebracht werden.
Wenn die Haftvermittlerschicht ein thermoplastisches Harz ist und das Matrixharz der zweiten Verstärkungsschicht 34 ein Reaktionsharz ist, ist es vorzuziehen, dass das thermoplastische Harz unter solch einer Temperaturbedingung mit dem Matrixharz chemisch verbunden wird, dass das Matrixharz der zweiten Verstärkungsschicht 34 ausgehärtet wird.
Wenn das oben erwähnte Haftvermittlermaterial als Material verwendet wird, das zu der ersten Harzschicht 21 wird, kann das Haftvermittlermaterial auf der Außenumfangsfläche 31c aufgebracht werden. Wenn das Harzmaterial oder Haftvermittlermaterial, das in dem Material der ersten Harzschicht 21 enthalten ist, ein Reaktionsharz ist, kann das Harz durch Erhitzen ausgehärtet werden. Wenn ein Reaktionsharz verwendet wird, kann das Reaktionsharz der ersten Harzschicht 21 im Ausbildungsschritt für die zweite Verstärkungsschicht S14 zusammen mit dem Matrixharz der zweiten Verstärkungsschicht 34 ausgehärtet werden. Dadurch kann das Haftvermögen zwischen der ersten Harzschicht 21 und der zweiten Harzschicht 34 verbessert werden.
In diesem Ausführungsbeispiel wird die erste Harzschicht 21 ausgebildet, während das Zylinderelement 31 auf dem Dorn 100 verbleibt. Allerdings kann die erste Harzschicht 21 zum Beispiel nach dem Entfernen des Zylinderelements 31 vom Dorn 100 ausgebildet werden.
2-3. Ausbildungsschritt für erste Verstärkungsschicht S13
Wie in 3 gezeigt ist, wird dann der Ausbildungsschritt für die erste Verstärkungsschicht S13 durchgeführt. Wie in den 9 und 10 gezeigt ist, werden in diesem Schritt die Kuppelelemente 32, 33 mit den Endabschnitten 31a des Zylinderelements 31 verbunden. Im Einzelnen werden die Umfangsendabschnitte 32a, 33a der Kuppelelemente 32, 33 mit den Endabschnitten 31a des Zylinderelements 31 verbunden. Auf diese Weise kann ein verbundenes Element 30A ausgebildet werden, das als die erste Verstärkungsschicht 30 dient.
In diesem Ausführungsbeispiel hat das Zylinderelement 31 auf seiner Außenumfangsfläche 31c die erste Harzschicht 21 ausgebildet, während die Kuppelelemente 32, 33 auf ihren Innenflächen 32f, 33f die zweiten Harzschichten 22, 23 ausgebildet haben. Indem solch ein Zylinderelement 31 und solche Kuppelelemente 32, 33 verbunden werden, kann, wie in 10 gezeigt ist, das verbundene Element 30A ausgebildet werden, das die erste Verstärkungsschicht 30 und den Gasbarriereabschnitt 2 hat.
Wenn das Zylinderelement 31 und die Kuppelelemente 32, 33 verbunden werden, werden die Kuppelelemente 32, 33 von der Außenseite des Zylinderelements 31 auf das Zylinderelement 31 gepasst, wobei seine Außenumfangsfläche 31c mit der ersten Harzschicht 21 bedeckt ist. In jedem der Passabschnitte 30a (siehe 2), in denen die Kuppelelemente 32, 33 auf das Zylinderelement 31 gepasst sind, ist zwischen dem Zylinderelement 31 und jedem Kuppelelement 32, 33 dementsprechend ein Teil der ersten Harzschicht 21 ausgebildet. Dadurch kann der Hochruckspeicher 1 erzielt werden, in dem zwischen dem Zylinderelement 31 und jedem Kuppelelement 32, 33 ein Teil der ersten Harzschicht 21 ausgebildet ist. Der Hochdrucktank 1 reduziert eine Gasleckage zwischen dem Zylinderelement 31 und jedem Kuppelelement 32, 33.
In diesem Ausführungsbeispiel sind in jedem der Passabschnitte 30a zwischen dem Zylinderelement 31 und jedem Kuppelelement 32, 33 ein Teil der ersten Harzschicht 21 und ein Teil der zweiten Harzschichten 22, 23 ausgebildet. Wenn das Zylinderelement 31 und die Kuppelelemente 32, 33 verbunden werden, werden daher der Teil der ersten Harzschicht 21 und der Teil der zweiten Harzschichten 22, 23 so miteinander verbunden, dass sie aufeinanderliegen.
Das Zylinderelement 31 und die Kuppelelemente 32, 33 können über die ersten und zweiten Harzschichten 21 bis 23, die in den Passabschnitten 30a ausgebildeten sind, verbunden werden. Wenn die Harze, die die ersten und zweiten Harzschichten 21 bis 23 ausbilden, thermoplastische Harze sind, können die Passabschnitte 30a heißversiegelt (verbunden) werden, indem die Passabschnitte 30a erhitzt und die thermoplastischen Harze geschmolzen werden. Wenn die Harze, die die ersten und zweiten Harzschichten 21 bis 23 ausbilden, dagegen Reaktionsharze sind, können die Passabschnitte 30a verbunden werden, indem die Passabschnitte 30a durch Erhitzen ausgehärtet werden.
Wenn die Matrixharze, die das Zylinderelement 31 und die Kuppelelemente 32, 33 ausbilden, thermoplastische Harze sind, können alternativ die Endabschnitte 31a des Zylinderelements 31 und die Umfangsendabschnitte 32a, 33a der Kuppelelemente 32, 33 heißversiegelt (verbunden) werden, indem die Endabschnitte 31a des Zylinderelements 31 und die Umfangsendabschnitte 32a, 33a der Kuppelelemente 32, 33 erhitzt werden, um die thermoplastischen Harze zu schmelzen, während die Umfangsendabschnitte 32a, 33a der Kuppelelemente 32, 33 auf die Endabschnitte 31a das Zylinderelements 31 gepasst werden. Wenn die Matrixharze, die das Zylinderelement 31 und die Kuppelelemente 32, 33 ausbilden, dagegen Reaktionsharze sind, können das Zylinderelement 31 und die Kuppelelemente 32, 33 verbunden werden, indem die Kuppelelemente 32, 33 auf das Zylinderelement 31 gepasst werden und die Reaktionsharze durch Erhitzen ausgehärtet werden.
Wie 10 gezeigt ist, liegt in dem verbundenen Element 30A, das auf diese Weise angefertigt wurde, die Innenumfangsfläche 31b des Zylinderelements 31 zum Speicherraum 5 hin frei und wird der Speicherraum 5 durch die Innenumfangsfläche 31b des Zylinderelements 31 und die zweiten Harzschichten 22, 23 ausgebildet. Das heißt, dass die erste Harzschicht 21 nicht den Speicherraum 5 ausbildet.
In dem verbundenen Element 30A ist die Außenumfangsfläche 31c des Zylinderelements 31 mit der ersten Harzschicht 21 bedeckt. Wenn die zweite Verstärkungsschicht 34 ausgebildet wird, die später beschrieben wird, kann die erste Harzschicht 21 dementsprechend zwischen der ersten Verstärkungsschicht 30 und der zweiten Verstärkungsschicht 34 ausgebildet werden, sodass sie das Zylinderelement 31 bedeckt. Wie oben beschrieben wurde, hat solch eine erste Harzschicht 21 in der Dickenrichtung eine geringere Gasdurchlässigkeit als die erste Verstärkungsschicht 30.
2-4. Ausbildungsschritt für zweite Verstärkungsschicht S14
Wie in 3 gezeigt ist wird danach der Ausbildungsschritt für die zweite Verstärkungsschicht S14 durchgeführt. Wie in den 10 und 1 gezeigt ist, wird in diesem Schritt die zweite Verstärkungsschicht 34 ausgebildet, indem ein mit einem Harz (Matrixharz) getränktes Faserbündel spiralförmig über die Kuppelelemente 32, 33 um das angefertigte verbundene Element 30A herumgewickelt wird.
Im Einzelnen wird das mit dem Matrixharz getränkte Faserbündel, das die zweite Verstärkungsschicht 34 wird, durch einen FW-Vorgang spiralförmig in Lagen um die Oberfläche des verbundenen Elements 30A gewickelt. Wie oben beschrieben wurde, ist in diesem Ausführungsbeispiel die Außenumfangsfläche 31c des Zylinderelements 31 in dem verbundenen Element 30A mit der ersten Harzschicht 21 bedeckt. Dementsprechend wird das Faserbündel um die Oberfläche der ersten Harzschicht 21 und die Außenflächen 32g, 33g der Kuppelelemente 32, 33 gewickelt.
Das spiralförmige Wickeln ist ein Wickelverfahren, bei dem das Faserbündel bezüglich der Achsenrichtung X des Zylinderelements 31 schräg (im Bereich von 10° oder mehr und 60° oder weniger) über die Kuppelelemente 32, 33 gewickelt wird. Die Anzahl an Lagen des gewickelten Faserbündels beträgt zum Beispiel etwa 2 bis 10. Allerdings ist die Anzahl an Lagen des gewickelten Faserbündels nicht besonders beschränkt, solange die zweite Verstärkungsschicht 34 fest genug ist.
Als Verstärkungsfasern für das Faserbündel können ähnliche Materialien wie die verwendet werden, die oben als Beispiele für die Verstärkungsfasern der ersten Verstärkungsschicht 30 erwähnt worden sind, während als Matrixharz, mit dem die Verstärkungsfasern für die Faserbündel getränkt sind, ähnliche Materialien wie die verwendet werden können, die oben als Beispiele für das Matrixharz der ersten Verstärkungsschicht 30 erwähnt worden sind.
Wenn das Matrixharz, mit dem das Faserbündel getränkt ist, ein Reaktionsharz ist, wird dieses Harz ausgehärtet, nachdem das Faserbündel um das verbundene Element 30A gewickelt worden ist. Wenn das Matrixharz der ersten Verstärkungsschicht 30 und die Harze der ersten und zweiten Harzschicht 21 bis 23 Reaktionsharze sind und nicht vollständig ausgehärtet worden sind, werden zu diesem Zeitpunkt auch diese Harze ausgehärtet. Wenn das Matrixharz, mit dem das Faserbündel getränkt ist, ein thermoplastisches Harz ist, wird dieses Harz abkühlen gelassen oder zwangsweise gekühlt und fest werden gelassen. Wenn das Matrixharz der ersten Verstärkungsschicht 30 und die Harze der ersten und zweiten Harzschichten 21 bis 23 thermoplastische Harze sind und nicht vollständig fest geworden sind, werden diese Harze ebenfalls abgekühlt und fest werden gelassen.
Indem die zweite Verstärkungsschicht 34 auf diese Weise ausgebildet wird, kann der Verstärkungsabschnitt 3 mit der ersten Verstärkungsschicht 30 und der zweiten Verstärkungsschicht 34 ausgebildet werden. In dem Verstärkungsabschnitt 3 ist die erste Harzschicht 21 so zwischen der ersten Verstärkungsschicht 30 und der zweiten Verstärkungsschicht 34 ausgebildet, dass sie das Zylinderelement 31 bedeckt. Da das Haftvermögen zwischen der ersten Verstärkungsschicht 30 und der zweiten Verstärkungsschicht 34 über die erste Harzschicht 21 verbessert werden kann, ist es weniger wahrscheinlich, dass sich zwischen der ersten Verstärkungsschicht 30 und der zweiten Verstärkungsschicht 34 Lücken bilden.
Nachdem die zweite Verstärkungsschicht 34 wie oben beschrieben ausgebildet worden ist, wird der Hochdrucktank 1 fertiggestellt, indem, wie in 1 gezeigt ist, das Ventil 6 am Stutzen 4 angebracht wird.
Wie oben beschrieben wurde, hat bei diesem Ausführungsbeispiel die Harzschicht 21, die das Zylinderelement 31 zwischen der ersten Verstärkungsschicht 30 und der zweiten Verstärkungsschicht 34 bedeckt, in der Dickenrichtung eine geringere Gasdurchlässigkeit als die erste Verstärkungsschicht 30. Dementsprechend kann der Hochdrucktank 1 hergestellt werden, der eine Leckage des Gases, das durch die erste Verstärkungsschicht 30 geht, durch die zweite Verstärkungsschicht 34 nach außen reduziert. Es ist daher nicht notwendig, auf der Innenumfangsfläche 31b des Zylinderelements 31 eine Auskleidung auszubilden, die gute Gasbarriereeigenschaften hat.
Darüber hinaus bildet die erste Harzschicht 21, wie oben beschrieben wurde, nicht den Speicherraum 5 aus. Selbst wenn es in dem Speicherraum 5 Wasser gibt, wird die erste Harzschicht 21 dementsprechend nicht mit diesem Wasser in direkten Kontakt kommen. Da diese Konfiguration eine Beschädigung der ersten Harzschicht 21 durch Kontakt mit Wasser reduziert, können für die erste Harzschicht 21 auch Harze usw. verwendet werden, die leicht durch Wasser beschädigt werden. Es wird daher die Anzahl an Wahlmöglichkeiten für das Material der Harzschicht erhöht. Zum Beispiel kann geeignet ein Harz mit hydrophilen Gruppen als funktionale Gruppen (z. B. PEN, EVOH oder Urethan) usw. verwendet werden.
3. Abwandlung Ausführungsbeispiel
Unter Bezugnahme auf die 11 bis 15 wird eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels beschrieben. Die folgende Beschreibung konzentriert sich auf die Unterschiede gegenüber dem obigen Ausführungsbeispiel. Die gleichen Elemente und Abschnitte wie die im obigen Ausführungsbeispiel sind mit den gleichen Zeichen bezeichnet, wobei eine ausführliche Beschreibung von ihnen weggelassen wird.
In dem Hochdrucktank 1 des obigen Ausführungsbeispiels ist in jedem Passabschnitt 30a zwischen dem Zylinderelement 31 und jedem Kuppelelement 32, 33 ein Teil der ersten Harzschicht 21 ausgebildet. Allerdings ist der Aufbau des Passabschnitts 30a nicht darauf beschränkt.
Zum Beispiel kann die erste Harzschicht 21 wie in dem Hochdrucktank 1 der in den 11 und 12 gezeigten Abwandlung durchgängig ausgebildet sein, sodass sie in Passabschnitten 30b zumindest einen Teil von jeder der Außenflächen 32g, 33g der Kuppelelemente 32, 33 bedeckt. Im Einzelnen erstreckt sich die erste Harzschicht 21 auf der Außenumfangsfläche eines verbundenen Elements 30B (siehe 15) des Zylinderelements 31 und der Kuppelelemente 32, 33, das später beschrieben wird, so, dass sie die Grenzabschnitte zwischen dem Zylinderelement 31 und dem Kuppelelementen 32, 33 bedeckt. Diese Konfiguration reduziert durch die erste Harzschicht 21 eine Gasleckage aus den Grenzabschnitten.
Wie in 13 gezeigt ist, ist in einem Verfahren zur Herstellung des Hochdrucktanks 1 der Abwandlung die Reihenfolge des Ausbildungsschritts für die erste Verstärkungsschicht und des Ausbildungsschritts für die erste Harzschicht von der des obigen Ausführungsbeispiels verschieden. Die folgende Beschreibung konzentriert sich auf die Unterschiede gegenüber dem obigen Ausführungsbeispiel. Ein Elementausbildungsschritt S21, ein Ausbildungsschritt für die erste Verstärkungsschicht S22 und ein Ausbildungsschritt für die erste Harzschicht S23 entsprechen bei der Erfindung dem „Anfertigen eines verbundenen Elements“.
In dem Verfahren zur Herstellung des Hochdrucktanks 1 der Abwandlung ähnelt der Elementausbildungsschritt S21 dem Elementausbildungsschritt S11 des obigen Ausführungsbeispiels. Wie in 14 gezeigt ist, werden in dem Ausbildungsschritt für die erste Verstärkungsschicht S22 die Kuppelelemente 32, 33 mit den Endabschnitten 31a des Zylinderelements 31 verbunden, um das verbundene Element 30B auszubilden, bevor die erste Harzschicht 21 ausgebildet wird.
Wie in 13 gezeigt ist, wird dann der Ausbildungsschritt für die erste Harzschicht S23 durchgeführt. Wie in 15 gezeigt ist, wird in diesem Schritt die erste Harzschicht 21 auf der Außenumfangsfläche 31c des Zylinderelements 31 in der Form des verbundenen Elementes 30B auf eine ähnliche Weise wie die des Ausbildungsschritts für die erste Harzschicht S12 des obigen Ausführungsbeispiels ausgebildet. Im Einzelnen wird die erste Harzschicht 21 so ausgebildet, dass sie die Außenumfangsfläche 31c des Zylinderelements 31 und die Außenumfangsflächen der Umfangsendabschnitte 32a, 33a der Kuppelelemente 32, 33 bedeckt.
Wie in 13 gezeigt ist, wird danach der Ausbildungsschritt für die zweite Harzschicht S24 durchgeführt. Wie in den 15 und 11 gezeigt ist, wird in diesem Schritt die zweite Verstärkungsschicht 34 auf eine ähnliche Weise wie die des Ausbildungsschritts für die zweite Verstärkungsschicht S14 des obigen Ausführungsbeispiels ausgebildet. Auf diese Weise kann der Hochdrucktank 1 gemäß der Abwandlung erzielt werden.
Obwohl oben ausführlich das Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben worden ist, ist die Erfindung nicht auf das Ausführungsbeispiel beschränkt und es können verschiedene Gestaltungsänderungen vorgenommen werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2012 [0003, 0005]
JP 149739 A [0003, 0005]

Claims

Hochdrucktank, der Folgendes umfasst: eine erste Verstärkungsschicht (30), die aus einem ersten faserverstärkten Harz besteht; und eine zweite Verstärkungsschicht (34), die aus einem zweiten faserverstärkten Harz besteht und die erste Verstärkungsschicht (30) bedeckt, wobei der Hochdrucktank einen Speicherraum (5) hat, der Gas speichert, wobei: die erste Verstärkungsschicht (30) eine Schicht ist, die mit einem Zylinderelement (31) und einem Paar Kuppelelementen (32, 33) versehen ist, wobei die Kuppelelemente (32, 33) mit jeweiligen Endabschnitten des Zylinderelements (31) verbunden sind und eine Innenumfangsfläche des Zylinderelements (31) zum Speicherraum (5) hin freiliegt; die zweite Verstärkungsschicht (34) eine Schicht ist, die aus einem Faserbündel besteht, das mit einem Harz getränkt ist, wobei das Faserbündel spiralförmig über die Kuppelelemente (32, 33) der ersten Verstärkungsschicht (30) gewickelt ist; der Hochdrucktank außerdem eine Harzschicht aufweist, die das Zylinderelement (31) zwischen der ersten Verstärkungsschicht (30) und der zweiten Verstärkungsschicht (34) bedeckt; und die Harzschicht (21) in einer Dickenrichtung weniger durchlässig für das Gas als die erste Verstärkungsschicht (30) ist.
Hochdrucktank nach Anspruch 1, wobei: die Kuppelelemente (32, 33) von einer Außenseite des Zylinderelements (31) auf das Zylinderelement (31) gepasst sind; und sich in jedem Passabschnitt, in dem die Kuppelelemente (32, 33) auf das Zylinderelement (31) gepasst sind, zwischen dem Zylinderelement (31) und dem Kuppelelement (32, 33) ein Teil der Harzschicht (21) befindet.
Verfahren zur Herstellung eines Hochdrucktanks, der eine erste Verstärkungsschicht (30), die aus einem ersten faserverstärkten Harz besteht, und eine zweite Verstärkungsschicht (34) aufweist, die aus einem zweiten faserverstärkten Harz besteht und die erste Verstärkungsschicht (30) bedeckt, wobei der Hochdrucktank einen Speicherraum (5) hat, der Gas speichert, und das Verfahren Folgendes umfasst: Anfertigen eines verbundenen Elements, das als die erste Verstärkungsschicht (30) dient, indem ein Paar Kuppelelemente (32, 33) derart mit einem Zylinderelement (31), das zwei Endabschnitte hat, verbunden wird, dass eines der Kuppelelemente (32, 33) mit einem der zwei Endabschnitte des Zylinderelements (31) verbunden ist und das andere der Kuppelelemente (32, 33) mit dem anderen der zwei Endabschnitte des Zylinderelements (31) verbunden ist; und Ausbilden der zweiten Verstärkungsschicht (34), indem ein Faserbündel, das mit einem Harz getränkt ist, spiralförmig über die Kuppelelemente (32, 33) um das angefertigte verbundene Element gewickelt wird, wobei beim Anfertigen des verbundenen Elements das verbundene Element angefertigt wird, in dem eine Harzschicht (21) das Zylinderelement (31) bedeckt und eine Innenumfangsfläche des Zylinderelements (31) zum Speicherraum (5) hin freiliegt, und die Harzschicht (21) in einer Dickenrichtung weniger durchlässig für das Gas als die erste Verstärkungsschicht (30) ist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei beim Anfertigen des verbundenen Elements in jedem Passabschnitt, in dem die Kuppelelemente (32, 33) auf das Zylinderelement (31) gepasst sind, zwischen dem Zylinderelement (31) und dem Kuppelelement (32, 33) ein Teil der Harzschicht (21) ausgebildet ist, wobei die Passabschnitte ausgebildet werden, indem die Kuppelelemente (32, 33) von einer Außenseite des Zylinderelements (31) auf das Zylinderelement (31) gepasst werden, dessen Außenumfangsfläche mit der Harzschicht (21) bedeckt ist.