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Hintergrund
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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf einen Hochdrucktank und ein Verfahren zum Herstellen des Tanks.
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Stand der Technik
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Erdgas- oder Brennstoffzellenfahrzeuge verwenden zum Beispiel einen Hochdrucktank zum Speichern eines Brennstoffgases. Ein Hochdrucktank dieser Art weist einen Mantel zum Aufnehmen eines Fluids als ein Hochdruckgas und eine Verstärkungsschicht auf, die aus einem faserverstärkten Harz ausgebildet ist, das die Außenumfangsfläche des Mantels abdeckt.
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Zum Herstellen eines Hochdrucktanks wird ein Mantel, der aus einem thermoplastischen Harz ausgebildet wird/ist, zunächst vorbereitet. Der Mantel weist einen Körperabschnitt, in dem ein Aufnahmeraum zum Aufnehmen eines Hochdruckgases ausgebildet ist, und einen Hals auf, der kontinuierlich zu/mit einem Ende des Körperabschnitts ausgebildet ist. Eine Verstärkungsschicht, die aus einem faserverstärkten Harz ausgebildet ist, wird an der Außenumfangsfläche des Körperabschnitts und des Halses des vorbereiteten Mantels ausgebildet.
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Zitierungsliste
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Patentdokumente
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Patentdokument 1:
JP 2020 - 112 189 A -
Zusammenfassung
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Nachstehend wird es zum Beispiel in
JP 2020 - 112 189 A erwartet, dass ein rohrförmiger Metallkörper zwischen dem Mantel und der Verstärkungsschicht in dem Hals des Mantels mit der Aufgabe zum Sicherstellen der Dichtungseigenschaft des Hochdrucktanks oder der Festigkeit des Halses angeordnet wird. Jedoch gibt es einige Fälle, in denen der rohrförmige Körper nicht in dem Mantel und der Verstärkungsschicht aufgrund der Differenz einer thermischen Beanspruchung zwischen dem Mantel und dem rohrförmigen Körper oder einer Schwankung des Innendrucks des Tanks bei seiner Verwendung gehalten (gesichert) wird, was die Festigkeit des Hochdrucktanks beeinflussen kann.
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Die vorliegende Offenbarung ist in Anbetracht des Vorstehenden gemacht worden und sieht einen Hochdrucktank vor, der in der Lage ist, einen rohrförmigen Metallkörper in einem Hals eines Mantels stabil zu halten (sichern), und sieht ein Verfahren zum Herstellen des Tanks vor.
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In Anbetracht des vorstehend Genannten sieht die vorliegende Offenbarung Folgendes vor: ein Verfahren zum Herstellen eines Hochdrucktanks mit einem Mantel, in dem ein Aufnahmeraum zum Aufnehmen eines Fluids ausgebildet ist, wobei der Mantel eine Öffnung hat, die an zumindest einer Endseite davon ausgebildet ist, und einer Verstärkungsschicht, die aus einem faserverstärkten Harz ausgebildet ist, wobei die Verstärkungsschicht eine Außenfläche des Mantels abdeckt, wobei das Verfahren zumindest Folgendes aufweist: Vorbereiten des Mantels, der aus einem thermoplastischen Harz ausgebildet wird, wobei der Mantel einen Körperabschnitt, in dem der Aufnahmeraum ausgebildet ist, und einen Hals hat, der zu dem Körperabschnitt kontinuierlich ist und die Öffnung hat, die darin ausgebildet ist; Einsetzen des Halses in einen rohrförmigen Metallkörper, der einen vorstehenden oder ausgesparten Arretierungsabschnitt hat, der an einer Innenumfangsfläche des rohrförmigen Metallkörpers ausgebildet ist, um den rohrförmigen Metallkörper in dem Hals anzuordnen; Heißpressformen des Halses aus einer Innenumfangsfläche des Halses in Richtung des rohrförmigen Körpers, derart, dass der Hals der Innenumfangsfläche des rohrförmigen Körpers folgt, um den Hals in dem Arretierungsabschnitt zu arretieren; und an dem Mantel Ausbilden der Verstärkungsschicht gemeinsam mit dem rohrförmigen Körper.
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Gemäß der vorliegenden Offenbarung wird mit dem rohrförmigen Körper, der in dem Hals angeordnet ist, der Hals aus der Innenumfangsfläche des Halses in Richtung des rohrförmigen Körpers derart heißpressgeformt, dass der Hals der Innenumfangsfläche des Körpers folgt. Auf diese Weise kann der Hals in dem Arretierungsabschnitt (Befestigungsabschnitt) an der Innenumfangsfläche des rohrförmigen Körpers arretiert (befestigt, angebracht) werden. Somit kann der rohrförmige Metallkörper stabil in dem Hals des Mantels gehalten (gesichert) werden, sodass eine Reduktion der Festigkeit des Hochdrucktanks aufgrund des ungesicherten, rohrförmigen Metallkörpers verhindert werden kann.
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Solange der rohrförmige Körper in dem Hals des Arretierungsabschnitts arretiert werden kann, sind die Anzahl und Anordnung der Arretierungsabschnitte und dergleichen nicht besonders beschränkt. Jedoch weist in einem bevorzugten Gesichtspunkt der Arretierungsabschnitt eine Vielzahl von Vorsprüngen oder eine Vielzahl von Aussparungen auf, die in einem Abstand zueinander in der Umfangsrichtung an der Innenumfangsfläche des rohrförmigen Metallkörpers ausgebildet sind.
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Gemäß diesem Gesichtspunkt wird der rohrförmige Körper in dem Hals des Mantels mittels einer Vielzahl von Vorsprüngen oder Aussparungen gehalten (gesichert), die in der Umfangsrichtung an der Innenumfangsfläche des rohrförmigen Körpers ausgebildet sind. Somit kann die Drehung des rohrförmigen Körpers um die Achse relativ zu dem Mantel verhindert werden.
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In einem weiteren bevorzugten Gesichtspunkt ist eine Innenumfangsfläche eines Endes, das an einer Seite der Öffnung von entgegengesetzten Enden des rohrförmigen Körpers angeordnet ist, in einer Form ausgebildet, die sich in der radialen Richtung des rohrförmigen Körpers ausweitet (erweitert). In einem Schritt zum Arretieren des Halses wird der Hals heißpressgeformt, um der Innenumfangsfläche des Endes zu folgen. Gemäß diesem Gesichtspunkt kann, da der Hals des Mantels heißpressgeformt wird, um der Innenumfangsfläche des Endes, das an der Seite der Öffnung des rohrförmigen Körpers angeordnet ist, zu folgen, sicher verhindert werden, dass der rohrförmige Körper von der Öffnungsseite des Mantels abrutscht (herausfällt).
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Ein Hochdrucktank ist des Weiteren als die vorliegende Offenbarung offenbart. Der Hochdrucktank gemäß der vorliegenden Offenbarung weist Folgendes auf: einen Mantel, in dem ein Aufnahmeraum zum Aufnehmen eines Fluids ausgebildet ist, wobei der Mantel eine Öffnung hat, die an zumindest einer Endseite davon ausgebildet ist; und eine Verstärkungsschicht, die aus einem faserverstärkten Harz ausgebildet ist, wobei die Verstärkungsschicht eine Außenfläche des Mantels abdeckt, wobei der Mantel aus einem thermoplastischen Harz ausgebildet ist, wobei der Mantel einen Körperabschnitt, in dem der Aufnahmeraum ausgebildet ist, und einen Hals hat, der die Öffnung hat, die darin ausgebildet ist, und ein rohrförmiger Metallkörper, der einen vorstehenden oder ausgesparten Arretierungsabschnitt hat, der an einer Innenumfangsfläche des rohrförmigen Metallkörpers ausgebildet ist, zwischen dem Hals und der Verstärkungsschicht angeordnet ist, um den Hals in dem Arretierungsabschnitt zu arretieren.
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Gemäß der vorliegenden Offenbarung kann der Hals in dem Arretierungsabschnitt (Befestigungsabschnitt) an der Innenumfangsfläche des rohrförmigen Körpers arretiert (befestigt, angebracht) werden. Somit kann der rohrförmige Metallkörper stabil in dem Hals des Mantels gehalten (gesichert) werden, sodass eine Reduktion der Festigkeit des Hochdrucktanks aufgrund des ungesicherten, rohrförmigen Metallkörpers verhindert werden kann.
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Solange der rohrförmige Körper in dem Hals mittels des Arretierungsabschnitts gehalten (gesichert) werden kann, sind die Anzahl und die Anordnung der Arretierungsabschnitte und dergleichen nicht besonders beschränkt. Jedoch weist in einem bevorzugten Gesichtspunkt der Arretierungsabschnitt eine Vielzahl von Vorsprüngen oder eine Vielzahl von Aussparungen auf, die in Abstand zueinander in der Umfangsrichtung an der Innenumfangsfläche des rohrförmigen Metallkörpers ausgebildet sind. Gemäß diesem Gesichtspunkt ist, da die Vielzahl von Vorsprüngen oder Aussparungen, die in der Umfangsrichtung an der Innenumfangsfläche des rohrförmigen Körpers ausgebildet sind, in dem Hals arretiert ist, der rohrförmige Körper in dem Hals des Mantels gehalten (gesichert). Somit kann die Drehung des rohrförmigen Körpers um die Achse relativ zu dem Mantel verhindert werden.
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In einem weiteren Gesichtspunkt ist eine Innenumfangsfläche eines Endes, das an einer Seite der Öffnung von entgegengesetzten Enden des rohrförmigen Körpers angeordnet ist, in einer Form ausgebildet ist, die sich in der radialen Richtung des rohrförmigen Körpers ausweitet (erweitert). Der Hals weitet sich in radialer Richtung aus, um der Innenumfangsfläche des Endes zu folgen.
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Gemäß diesem Gesichtspunkt kann, da sich der Hals des Mantels radial ausweitet, um der Innenumfangsfläche des Endes, das an der Öffnungsseite des rohrförmigen Seite des Körpers angeordnet ist zu folgen, sicher verhindert werden, dass der rohrförmige Körper von der Öffnungsseite des Mantels abrutscht (herausfällt).
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Gemäß der vorliegenden Offenbarung kann der rohrförmige Metallkörper stabil in dem Hals des Mantels gehalten (gesichert) werden.
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Figurenliste
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- 1 ist eine Perspektivansicht, die die Struktur einer Tankeinheit mit einem Hochdrucktank gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zeigt;
- 2 ist eine Schnittansicht des Tanks entlang einer Linie A-A von 1;
- 3A ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Hauptteils an einer Halterungsseite der Tankeinheit, die in 2 gezeigt ist;
- 3B ist eine vergrößerte Schnittansicht des Hauptteils an einer Verteilerseite der Tankeinheit, die in 2 gezeigt ist;
- 4A ist eine Schnittansicht des Hochdrucktanks entlang einer Linie B-B von 3A;
- 4B ist eine Schnittansicht einer Modifikation des Hochdrucktanks, der in 4A gezeigt ist;
- 5A ist eine Schnittansicht zum Erläutern eines Schritts zum Vorbereiten eines Mantels und eines Schritts zum Anordnen eines rohrförmigen Körpers in einem Verfahren zum Herstellen des Hochdrucktanks, der in 3A gezeigt ist;
- 5B ist eine schematische Schnittansicht des Hochdrucktanks entlang einer Linie C-C von 5A;
- 6A ist eine Schnittansicht zum Erläutern eines Schritts zum Arretieren des Halses des Hochdrucktanks, der in 5A gezeigt ist;
- 6B ist eine schematische Schnittansicht des Hochdrucktanks entlang einer Linie D-D von 6A; und
- 7 ist eine Schnittansicht zum Erläutern eines Schritts zum Ausbilden einer Verstärkungsschicht an dem Mantel des Hochdrucktanks, der in 6A gezeigt ist.
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Ausführliche Beschreibung
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1. Hochdrucktank 10
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Ein Ausführungsbeispiel einer Tankeinheit 1 mit einem Hochdrucktank 10 ist nachstehend mit Bezug auf 1 bis 4B beschrieben. Wie in 1 und 2 gezeigt ist, weist die Tankeinheit 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel den Hochdrucktank 10 und ein Paar Verbindungsbauteile 30, 30 auf, die mit den entgegengesetzten Enden des Hochdrucktanks 10 verbunden sind.
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Der Hochdrucktank 10 ist ein Tank, der in einem Brennstoffzellenfahrzeug zu montieren ist und mit einem Hochdruckwasserstoffgas füllbar ist. Das Gas, das zum Füllen des Hochdrucktanks 10 zur Verfügung steht, ist nicht auf ein Hochdruckwasserstoffgas beschränkt, sondern es können verdichtete Gase wie zum Beispiel CNG (verdichtetes Erdgas), verschiedene Arten von verflüssigten Gasen wie zum Beispiel LNG (verflüssigtes Erdgas) und LPG (verflüssigtes Autogas) und andere Gase (Fluide) zum Füllen verwendet werden, und es kann ein Fluid wie zum Beispiel eine Flüssigkeit zum temporären Füllen für einen Drucktest verwendet werden.
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Der Hochdrucktank 10 weist einen Mantel 11 mit Öffnungen 13, die an seinen entgegengesetzten Enden ausgebildet sind, in denen ein Aufnahmeraum S zum Aufnehmen eines Wasserstoffgases ausgebildet ist, und eine Verstärkungsschicht 12 auf, die auf den Mantel 11 geschichtet ist, um eine Außenumfangsfläche 11a des Mantels 11 abzudecken. Der Mantel 11 ist aus einem Material ausgebildet, das eine Gasbarriereeigenschaft hat, und die Verstärkungsschicht 12 ist aus einem faserverstärkten Harz ausgebildet.
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Der Mantel 11 weist einen Körperabschnitt 14 mit dem vorstehend erwähnten Aufnahmeraum S und ein Paar Hälse 15, 15 auf, wobei jeder Hals 15 die Öffnung 13 hat und kontinuierlich zu jedem der Enden des Körperabschnitts 14 ausgebildet ist. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Hälse 15, 15 an den entgegengesetzten Seiten des Mantels 11 ausgebildet, jedoch kann der Hochdrucktank 10 eine Flaschenformstruktur haben, in der der Hals 15 nur an einer Seite ausgebildet ist.
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Die Verstärkungsschicht 12 ist auf den Körperabschnitt 14 und den Hals 15 geschichtet. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein rohrförmiger Metallkörper 40, der nachstehend beschrieben ist, als eine Zwischenschicht zwischen dem Hals 15 und der Verstärkungsschicht 12 angeordnet. Es sollte angemerkt werden, dass der rohrförmige Körper 40, der nachstehend beschrieben ist, teilweise eine Außenumfangsfläche 15b des Halses 15 abdeckt. Jedoch kann, solange die Dichtungseigenschaft, die nachstehend beschrieben ist, sichergestellt werden kann, der rohrförmige Körper 40 die Außenumfangsfläche 15b des Halses 15 teilweise abdecken und kann die restliche Fläche (insbesondere die Außenumfangsfläche an der Seite der Öffnung 13) mit der Verstärkungsschicht 12 abgedeckt sein.
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In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist als eine beispielhafte zylindrische Form der Körperabschnitt 14 einen zylindrischen Hauptkörper 14a und eine Schulter 14b auf, deren Innen- und Außendurchmesser von dem Hauptkörper 14a zu dem Ende des Körperabschnitts 14 hin reduziert sind. Die Schulter 14b ist ein zylindrischer Abschnitt in einer Kegelstumpfform und der Hals 15 ist kontinuierlich zu der Schulter 14b ausgebildet.
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In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein ringförmiger Deckel 20 an einer Außenumfangsfläche 12a der Verstärkungsschicht 12 angebracht, der den Hals 15 abdeckt. Eine Vielzahl von Vorsprüngen ist an einer Innenumfangsfläche 22 des Deckels 20 ausgebildet, und die Verstärkungsschicht 12 ist ausgebildet, um in die Innenumfangsfläche 22 einzudringen (insbesondere in Räume zwischen den Vorsprüngen einzudringen). Auf diese Weise kann der Deckel 20 in der Verstärkungsschicht 12 arretiert (befestigt) werden/sein. Ein Außengewinde ist an einer Außenumfangsfläche 21 des Deckels 20 ausgebildet und kann in ein Innengewinde, das an einer Innenumfangsfläche 34 des Verbindungsbauteils 30 ausgebildet ist, geschraubt werden, was nachstehend beschrieben ist.
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In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann das Harz zum Ausbilden des Mantels 11 eine außerordentliche Gasbarriereeigenschaft haben. Beispiele eines derartigen Harzes können ein thermoplastisches Harz wie zum Beispiel Polypropylenharz, ein Nylonharz (zum Beispiel 6-Nylonharz oder 6,6-Nylonharz), ein Polycarbonatharz, ein Acrylharz, ein ABS-Harz, ein Polyamidharz, ein Polyethylenharz, ein Ethylen-Vinylalkoholcopolymer (EVOH) oder ein Polyesterharz umfassen.
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Die Verstärkungsschicht 12 weist Verstärkungsfasern auf, die mit einem thermoplastischen Harz oder einem Duroplast als ein Matrixharz imprägniert sind. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel bilden die Verstärkungsfasern ein Faserbündel aus. Beispiele der Verstärkungsfasern, die verwendet werden können, können Glasfaser, Alamidofaser, Borfaser und Karbonfaser umfassen. Insbesondere werden Karbonfasern bevorzugt hinsichtlich ihres leichten Gewichts, ihrer mechanischen Festigkeit oder dergleichen verwendet. Das Duroplast wird bevorzugt als das Matrixharz verwendet. Beispiele des Duroplastes, das zu verwenden ist, können ein Phenolharz, ein Melaminharz, ein Harnstoffharz oder ein Epoxidharz umfassen, und ein Epoxidharzvorprodukt wird bevorzugt hinsichtlich der mechanischen Festigkeit oder dergleichen verwendet. Das Epoxidharz ist in einem nicht ausgehärteten Zustand ein Fluid und bildet eine feste, querverlinkte („crosslinked“) Struktur aus, wenn es thermisch ausgehärtet ist.
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Die Verstärkungsschicht 12 wird mittels des Präzisionswickelverfahrens oder des Blattwickelverfahrens derart ausgebildet, dass ein Faserbündel, das mit einem Matrixharz imprägniert ist, um die Außenumfangsfläche 11a des Mantels 11 gewickelt wird. Die Verstärkungsschlicht 12 kann eine schraubenförmige Schicht sein, die mit dem Faserbündel ausgebildet wird, das mit einer Neigung relativ zu einer Achslinie CL des Hochdrucktanks 10 gewickelt wird, zum Beispiel eine Schicht, die mit dem Faserbündel ausgebildet wird, das in einer Neigung (schräg) relativ zu der Achslinie CL des Hochdrucktanks 10 gefaltet wird.
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Jedes von dem Paar Verbindungsbauteile 30, 30 ist ein Bauteil, dass aus dem Metall hergestellt ist, wie zum Beispiel aus Aluminium oder Stahl, und weist eine Halterung 30A oder einen Verteiler 30B auf. Die Halterung 30A ist ein Bauteil zum Halten (Sichern) einer Vielzahl von Hochdrucktanks 10, 10, ... als eine Einheit und zum Montieren dieser in einem Fahrzeug.
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Der Verteiler 30B ist ein Bauteil mit einem Gasströmungskanal, der darin ausgebildet ist, wobei der Gasströmungskanal angepasst ist, um ein Wasserstoffgas in den Aufnahmeraum S des Hochdrucktanks 10 einzubringen und das Wasserstoffgas aus dem Aufnahmeraum S abzugeben. Wie in 3A und 3B dargestellt ist, ist, da die Halterung 30A und der Verteiler 30B sich vor allem darin unterscheiden, ob der Gasströmungskanal ausgebildet ist oder nicht, die Struktur des Verteilers 30B als das Verbindungsbauteil 30 in Bezug auf 3B beschrieben.
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Der Verteiler 30B ist ausgebildet, um +die Öffnung 13, die an einem Ende in der Richtung der Achslinie CL des Hochdrucktanks 10 ausgebildet ist, abzudecken, und weist einen Einsetzabschnitt 31 und einen Deckelabschnitt 32 auf. Der Deckelabschnitt 32 ist in den Deckel 20 an der Außenumfangsseite 21 des Deckels 20 geschraubt und deckt ferner eine Endfläche des Hochdrucktanks 10 ab, wobei der Deckelabschnitt 32 einen Einsetzabschnitt 31 hat, der in dessen Mitte ausgebildet ist.
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Der Einsetzabschnitt 31 ist ein steckerartiger Abschnitt, der durch die Öffnung 31 in den Hals 15 entlang der Innenumfangsfläche 15a des Halses 15 einzusetzen ist. Eine ringförmige Nut 35 ist an einer Außenumfangsfläche 31a des Einsetzabschnitts 31 entlang der Umfangsrichtung ausgebildet. Ringförmige Dichtungsbauteile 31, 32 zum Abdichten des Aufnahmeraums S sind in der ringförmigen Nut 35 angeordnet. Die ringförmigen Dichtungsbauteile 61, 62 sind aus einem elastischen Material mit einer Gasbarriereeigenschaft wie zum Beispiel einem Harzmaterial oder einem Gummimaterial ausgebildet.
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In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist der Hochdruckstank 10 den rohrförmigen Körper 40 zwischen dem Hals 15 und der Verstärkungsschicht 12 in einer Position auf, die zu den Dichtungsbauteilen 61, 62 zugewandt ist, derart, dass der rohrförmige Körper 40 die Außenumfangsfläche 15b des Mantels 11 umgibt. Der rohrförmige Körper 40 ist ein Bauteil zum Halten (Begrenzen) der radial sich ausweitenden Verformung der Innenumfangsfläche 15a des Halses 15.
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Das Material des rohrförmigen Körpers 40 ist ein Metall wie zum Beispiel rostfreier Stahl und Aluminiumstahl, jedoch ist es darauf nicht besonders begrenzt, solange die radiale sich ausweitende Verformung der Innenumfangsfläche 15a des Halses 15 begrenzt werden kann.
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Nachstehend bedeutet die „radiale sich ausweitende Verformung der Innenumfangsfläche 15a des Halses 15“ die radial sich ausweitende Verformung aufgrund der Druckbelastung (Ringspannung), die auf den Hals 15 durch den Druck des Wasserstoffes ausgeübt wird, der die radial sich ausweitende Verformung des Mantels 11 bewirkt (insbesondere an einem Abschnitt des Mantels 11, an dem die Dichtungsbauteile 61, 62 anliegen), der den Hals 15 ausbildet.
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Des Weiteren liegt eine Innenumfangsfläche (zugewandte Fläche) 41 des rohrförmigen Körpers 40 an der Außenumfangsfläche 15b des Halses 15 an. Wie in 4A gezeigt ist, sind ausgesparte Arretierungsabschnitte 43 an der Innenumfangsfläche 41 des rohrförmigen Körpers 40 zwischen dem Hals 15 und der Verstärkungsschicht 12 ausgebildet. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Hals 15 in den Arretierungsabschnitten 43 arretiert (aufgenommen).
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Insbesondere ist der Arretierungsabschnitt 43 eine Aussparung 43A, die in einer Nutform entlang der Achslinie CL in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ausgebildet ist. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Aussparungen 43A teilweise entlang der Achslinie CL ausgebildet, um eine Region zu umfassen, die zu den Dichtungsbauteilen 61, 62 zugewandt ist, jedoch können sie zum Beispiel so ausgebildet sein, um sich von einem Ende zu dem anderen Ende des rohrförmigen Körpers 40 entlang der Achslinie CL zu erstrecken. Wie in 4A gezeigt ist, ist die Vielzahl von Arretierungsabschnitten 43 (Aussparungen 43A) in einem Abstand zueinander in der Umfangsrichtung in der Innenumfangsfläche 41 des rohrförmigen Körpers 40 ausgebildet.
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In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel dringt ein Vorsprung 17 des Halses 15 als ein Teil des Mantels 11 in jede Aussparung 43A als der Arretierungsabschnitt 43 ein und füllt diesen aus. Auf diese Weise kann der Hals 15 fest mittels des Arretierungsabschnitts 43 arretiert (befestigt) werden.
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In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erstreckt sich der rohrförmige Körper 40 von der Endfläche des Hochdrucktanks 10 zu einem Abschnitt der Schulter 14b des Körperabschnitts 14. Eine Innenumfangsfläche 48a des Endes 48A, das an der Seite der Öffnung 13 der entgegengesetzten Enden 48A und 48B des rohrförmigen Körpers 40 angeordnet ist, ist in einer Form ausgebildet, die sich in der radialen Richtung des rohrförmigen Körpers 40 ausweitet (erweitert), und der Hals 15 weitet sich in radialer Richtung aus, um der Innenumfangsfläche 48a des Endes 48A zu folgen. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weitet sich ein Abschnitt mit dem Ende 48B, das an der Seite des Körperabschnitts 14 der entgegengesetzten Enden 48A und 48B des rohrförmigen Körpers 40 angeordnet ist, in radialer Richtung in Übereinstimmung mit der Form der Außenumfangsfläche der Schulter 14b aus.
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Auf diese Weise kann gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Hals 15 des Mantels 11 in dem Arretierungsabschnitt 43 (der Aussparung 43A) in der Innenumfangsfläche 41 des rohrförmigen Körpers 40 arretiert werden, wodurch eine stabile Halterung des rohrförmigen Metallkörpers 40 in dem Hals 15 des Mantels 11 erhalten wird. Als Ergebnis kann eine Reduktion der Festigkeit des Hochdrucktanks 10 aufgrund des ungesicherten, rohrförmigen Metallkörpers 40 verhindert werden.
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Insbesondere wird, da die Vielzahl von Arretierungsabschnitten 43 (Aussparungen 43A), die in der Umfangsrichtung an der Innenumfangsfläche 41 des rohrförmigen Körpers 40 ausgebildet sind, in dem Hals 15 arretiert ist, der rohrförmige Körper 40 in dem Hals 15 des Mantels 11 gehalten (gesichert). Somit kann die Drehung des rohrförmigen Körpers 40 um die Achse relativ zu dem Mantel 11 verhindert werden.
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Des Weiteren kann in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, da der Hals 15 des Mantels 11 sich radial ausweitet, um der Innenumfangsfläche 14a des Endes 14A zu folgen, das an der Seite der Öffnung 13 des rohrförmigen Körpers 40 angeordnet ist, sicher verhindert werden, dass der rohrförmige Körper 40 von der Seite der Öffnung 13 des Mantels 11 abrutscht (herausfällt).
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In 4A weist der Arretierungsabschnitt 43 eine Vielzahl von nutförmigen Aussparungen (ausgesparten Nuten) 43A auf, die entlang der Achslinie CL ausgebildet sind. Jedoch kann zum Beispiel, solange der Hals 15 des Mantels 11 mittels der Aussparungen 43A arretiert werden kann, der Arretierungsabschnitt 43 eine Vielzahl von nutförmigen Aussparungen, die ausgebildet sind, um die Achslinie CL zu schneiden, oder eine Vielzahl von punktartigen Aussparungen aufweisen, die in einem Abstand zueinander entlang der Umfangsrichtung und der Achslinie CL ausgebildet sind.
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Zum Beispiel weist, wie in 4B gezeigt ist, der Arretierungsabschnitt 43 eine Vielzahl von streifenförmigen Vorsprüngen (Vorsprungsstreifen) 43B auf, die zu der Achslinie CL hin vorstehen. Der Hals 15 des Mantels 11 deckt die Innenumfangsfläche 41 des rohrförmigen Körpers 40 mit den Vorsprüngen 43B ab und die Außenumfangsfläche des Halses 15 ist an den Vorsprüngen 43B arretiert.
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Auf diese Weise kann, solange der Hals 15 des Mantels 11 mittels der Vorsprünge 43B arretiert werden kann, der Arretierungsabschnitt 43 eine Vielzahl von Vorsprungsstreifen aufweisen, die ausgebildet sind, um die Achslinie CL zu schneiden, oder eine Vielzahl von punktartigen Vorsprüngen aufweisen, die in einem Abstand zueinander entlang der Umfangsrichtung und der Achslinie CL ausgebildet sind.
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2. Verfahren zum Herstellen des Hochdrucktanks 10
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2-1. Vorbereitungsschritt
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Ein Verfahren zum Herstellen des Hochdrucktanks 10 ist nachstehend in Bezug auf 5A bis 7 beschrieben. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird zunächst in dem Vorbereitungsschritt der Mantel 11 (ein Mantel als ein einzelner Körper) mit dem Körperabschnitt 14, in dem der Aufnahmeraum S ausgebildet ist, und dem Hals 15, der kontinuierlich zu dem Körperabschnitt 14 ausgebildet ist und die Öffnung 13 hat, die darin ausgebildet ist, vorbereitet, wie in 2 und 5A und 5B gezeigt ist. Der Hals 15 ist in einer zylindrischen Form ausgebildet und seine Endseite ist radial nicht aufgeweitet.
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Der Mantel 11, der vorzubereiten ist, ist aus einem thermoplastischen Harz ausgebildet und ist in der vorstehend erwähnten Form ausgebildet. Jedoch ist in diesem Stadium der Vorsprung 17, der in 4A gezeigt ist, noch nicht an der Fläche der Außenumfangsfläche 15b des Halses 15 des Mantels 11 ausgebildet.
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In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann der Mantel 11 durch eine Extrusion eines geschmolzenen thermoplastischen Harzes oder durch Vorbereiten eines zylindrischen Körpers, der aus einem thermoplastischen Harz ausgebildet ist und denselben Durchmesser hat wie der des Hauptkörpers 14a und des Körperteils 14, und durch Verengen der entgegengesetzten Enden des zylindrischen Körpers hergestellt werden, um den Hals 15 zu formen. Als eine andere Art der Herstellung kann der Mantel 11 derart hergestellt werden, dass ein Bauteil korrespondierend zu dem Hauptkörper 14a des Körperabschnitts 14 und ein Paar Bauteile, die zu der Schulter 14b des Hauptkörpers 14 und dem Hals 15 korrespondieren, vorbereitet werden und dann die Bauteile geschmolzen und gemeinsam zusammengefügt werden.
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Des Weiteren wird in diesem Vorbereitungsschritt der rohrförmige Metallkörper 40 mit dem ausgesparten Arretierungsabschnitt 43 (insbesondere der Aussparung 43A), der (die) an der Innenumfangsfläche 41 ausgebildet ist, vorbereitet. Insbesondere wird, wie in 4A gezeigt ist, eine Vielzahl von Aussparungen 43A in einem Abstand zueinander in der Umfangsrichtung in der Innenumfangsfläche 41 des rohrförmigen Körpers 40 ausgebildet. Es ist anzumerken, dass in einer Modifikation, wie in 4B gezeigt ist, eine Vielzahl von Vorsprüngen 43B in einem Abstand zueinander in der Umfangsrichtung an der Innenumfangsfläche 41 ausgebildet ist.
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In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Innenumfangsfläche 48a des Endes 48A, das an der Seite der Öffnung 13 der entgegengesetzten Enden 48A und 48B des rohrförmigen Körpers 40 angeordnet ist, in einer Form ausgebildet, die sich in der radialen Richtung des rohrförmigen Körpers 40 ausweitet. Unterdessen ist ein Abschnitt (eine Innenumfangsfläche) mit dem Ende 48B des rohrförmigen Körpers 40 in einer Form ausgebildet, die der Außenumfangsfläche der Schulter 14b des Körperabschnitts 14 des Mantels 11 folgt.
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2-2. Anordnungsschritt
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In diesem Schritt wird, wie in 5A und 5B gezeigt ist, der Hals 15 in dem rohrförmigen Metallkörper 40 so eingesetzt, dass der rohrförmige Körper 40 in dem Hals 15 angeordnet wird. Insbesondere wird der Hals 15 in den rohrförmigen Körper 40 von dem Ende des Mantels 11 so eingesetzt, dass der Abschnitt mit dem Ende 48B des rohrförmigen Körpers 40 an der Schulter 14b des rohrförmigen Körpers 40 des Mantels 11 anliegt.
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In diesem Zustand wird/ist, da das thermoplastische Harz des Halses 15 nicht in die Aussparung 43A des rohrförmigen Körpers 40 eintritt, ein Spalt S1 ausgebildet. Des Weiteren wird/ist, da das Ende des Halses 15 des Mantels 11, der vorbereitet ist, nicht radial ausgeweitet ist, auch ein Spalt S2 zwischen der Innenumfangsfläche 48a des Endes 48A des rohrförmigen Körpers 40 und der Außenumfangsfläche 15b des Halses 15 ausgebildet.
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2-3. Arretierungsschritt (Heißpressformschritt)
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In diesem Schritt wird der Hals 15 von der Innenumfangsfläche 15a des Halses 15 in Richtung des rohrförmigen Körpers 40 derart heißgepresst, dass der Hals 15 der Innenumfangsfläche 41 des rohrförmigen Körpers 40 folgt und der Hals 15 in dem Arretierungsabschnitt 43 (insbesondere der Aussparung 43A) arretiert (befestigt) wird. Des Weiteren ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Innenumfangsfläche 48a des Endes 48A, das an der Seite der Öffnung 13 angeordnet ist, in einer Form ausgebildet, die sich in der radialen Richtung des rohrförmigen Körpers 40 ausweitet, und wird der Hals 15 heißgepresst, um der Innenumfangsfläche 48a des Endes 48A zu folgen.
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Insbesondere wird, wie in 6A und 6B gezeigt ist, der Hals 15 des Mantels 11 derart heißgepresst, dass eine Heizwalze 90 mit einer Form, die zu der der Innenumfangsfläche 41 des rohrförmigen Körpers 40 korrespondiert, durch die Öffnung 13 des Mantels 11 eingesetzt wird, um den Mantel 11 zwischen der Heizwalze 90 und dem rohrförmigen Körper 40 anzuordnen. Insbesondere wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, während die Heizwalze 90, die auf eine Temperatur geheizt wird, die höher ist als die Weichmachtemperatur des thermoplastischen Harzes des Mantels 11, auf die Innenumfangsfläche 15a des Halses 15 drückt, die Heizwalze 90 um eine Drehachse RL entlang der Innenumfangsfläche 15a des Halses 15 gedreht.
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Auf diese Weise wird, da der Hals 15 durch die Heizwalze 90 gedrückt und auf eine Temperatur geheizt (gebracht) wird, die höher ist als die Weichmachtemperatur des thermoplastischen Harzes, das thermoplastische Harz des Halses 15 weichgemacht und wird auch der Hals 15 verformt, um der Innenumfangsfläche 41 des rohrförmigen Körpers 40 zu folgen. Somit wird die Aussparung 43A (der Spalt S1), die an der Innenumfangsfläche 41 ausgebildet ist, mit dem thermoplastischen Harz des Halses 15 gefüllt. Als Ergebnis kann der Hals 15 in dem Arretierungsabschnitt 43 (der Aussparung 43A) an der Innenumfangsfläche 41 des rohrförmigen Körpers 40 arretiert (befestigt) werden. Insbesondere wird der rohrförmige Körper 40 in dem Hals 15 des Mantels 11 mittels der Vielzahl von Aussparungen 43A, die in der Umfangsrichtung an der Innenumfangsfläche 41 des rohrförmigen Körpers 40 ausgebildet sind, gehalten (gesichert). Somit kann die Drehung des rohrförmigen Körpers 40 um die Achse relativ zu dem Mantel 11 verhindert werden.
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Gleichzeitig wird auch das Harz des Endes des Halses 15, das zu der Innenumfangsfläche 48a des Endes 48A zugewandt ist, durch die Wärme der Heizwalze 90 so weichgemacht, dass sich das Ende des Halses 15 verformt, um der Innenumfangsfläche 41 des rohrförmigen Körpers 40 zu folgen. Auf diese Weise kann, da der Hals 15 des Mantels 11 heißgepresst wird, um der Innenumfangsfläche 48a des Endes 48A des rohrförmigen Körpers 40, das an der Seite der Öffnung 13 des Mantels 11 angeordnet ist, zu folgen, sicher verhindert werden, dass der rohrförmige Körper 40 von der Seite der Öffnung 13 des Mantels 11 abrutscht (herausfällt).
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2-4. Verstärkungsschichtausbildungsschritt
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In diesem Schritt wird, wie in 7 gezeigt ist, die Verstärkungsschicht 12 gemeinsam mit dem rohrförmigen Körper 40 an dem Mantel 11 ausgebildet. Insbesondere wird ein Faserbündel, das mit einem Matrixharz (Duroplast) imprägniert ist, um die Außenumfangsfläche 11a des Mantels 11 mittels zum Beispiel des Präzisionswickelverfahrens gewickelt, sodass die Verstärkungsschicht 12 gemeinsam mit dem rohrförmigen Körper 40 an dem Mantel 11 ausgebildet wird.
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Die Verstärkungsschicht 12 kann durch schraubenförmiges Wickeln des Faserbündels mit einer Neigung relativ zu der Achslinie CL des Hochdrucktanks 10 ausgebildet werden oder sie kann durch Falten des Faserbündels mit einer Neigung (schräges Falten) relativ zu der Achslinie CL des Hochdrucktanks 10 ausgebildet werden. Dann wird vor einem thermischen Aushärten des Duroplastes als das Matrixharz der Verstärkungsschicht 12 der Deckel 20 an jeden Hals 15 an den entgegengesetzten Enden angebracht und anschließend wird das Duroplast thermisch ausgehärtet. Auf diese Weise kann der Hochdrucktank 10 hergestellt werden, wie in 3A gezeigt ist.
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Da der erhaltene Hochdrucktank 10 in der Lage ist, den rohrförmigen Metallkörper 40 in dem Hals 15 des Mantels 11 stabil zu halten (sichern), kann eine Reduktion der Festigkeit des Hochdrucktanks 10 aufgrund des ungesicherten, rohrförmigen Metallkörpers 40 verhindert werden.
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Obwohl die Ausgangsbeispiele der vorliegenden Offenbarung vorstehend ausführlich beschrieben worden sind, ist die vorliegende Offenbarung nicht darauf beschränkt und es können verschiedene Gestaltungsänderungen innerhalb des Umfangs gemacht werden, ohne von dem Geist der vorliegenden Offenbarung, wie er in den Ansprüchen beschrieben ist, abzuweichen.
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Ein Verfahren zum Herstellen eines Hochdrucktanks ist vorgesehen, das in der Lage ist, einen rohrförmigen Metallkörper in einem Hals eines Mantels stabil zu halten. Das Verfahren zum Herstellen eines Hochdrucktanks 10 weist Folgendes auf: Vorbereiten eines Mantels 11, der aus einem thermoplastischen Harz ausgebildet ist, wobei der Mantel 11 einen Körperabschnitt 14, in dem ein Aufnahmeraum S ausgebildet ist, und einen Hals 15 hat, der kontinuierlich zu dem Körperabschnitt 14 ausgebildet ist und eine Öffnung 13 hat, die darin ausgebildet ist; Einsetzen des Halses 15 in einen rohrförmigen Metallkörper 40, der einen ausgesparten Arretierungsabschnitt 43 hat, der an einer Innenumfangsfläche 41 ausgebildet ist, um den rohrförmigen Metallkörper 40 in dem Hals 15 anzuordnen; Heißpressformen des Halses 15 aus einer Innenumfangsfläche 15a des Halses 15 in Richtung des rohrförmigen Körpers 40 derart, dass der Hals 15 der Innenumfangsfläche 41 des rohrförmigen Körpers 40 folgt, um den Hals 15 in dem Arretierungsabschnitt 43 zu arretieren; und an dem Mantel 11 Ausbilden einer Verstärkungsschicht 12 gemeinsam mit dem rohrförmigen Körper 40.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Hochdrucktank
- 11
- Mantel
- 12
- Verstärkungsschicht
- 13
- Öffnung
- 14
- Körperabschnitt
- 15
- Hals
- 30
- Verbindungsbauteil
- 31
- Einsetzabschnitt
- 40
- Rohrförmiger Körper
- 41
- Innenumfangsfläche
- 43
- Arretierungsabschnitt (Befestigungsabschnitt)
- 43A
- Aussparung
- 43B
- Vorsprung
- S
- Aufnahmeraum
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2020112189 A [0004, 0005]
