DE10325598A1 - Hochdrucktank, bei dem hochfeste Fasern verwendet werden und Verfahren zur Herstellung desselben - Google Patents

Hochdrucktank, bei dem hochfeste Fasern verwendet werden und Verfahren zur Herstellung desselben Download PDF

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Abstract

Eine Verstärkungsfaserschicht 23 zur Abdeckung der äußeren Peripherie eines Liners 2 eines Hochdrucktanks 1 wird durch eine erste innere Faserschicht 24 und eine zweite innere Faserschicht 25, welche jeweils aus hochfesten Fasern mit einem Young-Modul von 300 GPa oder mehr und einer Zugfestigkeit von 3 GPa oder mehr hergestellt und mit einem wärmehärtenden Harz imprägniert und ausgehärtet werden, und eine äußere Faserschicht 26 gebildet, welche aus Fasern mit einer Bruchdehnung von 2% hergestellt und mit einem wärmehärtenden Harz imprägniert und ausgehärtet wird. Dies liefert einen Hochdrucktank mit geringer Größe, geringem Gewicht und ausgezeichneter Druckfestigkeit.

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • (1) Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Hochdrucktank, bei dem hochfeste Fasern eingesetzt werden und der für einen Automobil-Wasserstoffkraftstofftank oder ähnliches verwendet werden kann, und sie bezieht sich des weiteren auf ein Verfahren für die Herstellung desselben.
  • (2) Beschreibung des Standes der Technik
  • Diese Art Hochdrucktank wird dadurch hergestellt, daß die äußere Peripherie eines aus Metall, wie z.B. einer Aluminiumlegierung, hergestellten Liners mit einer aus Kohlenstoffasern oder ähnlichem hergestellten Verstärkungsfaserschicht abgedeckt wird. Die Verstärkungsfaserschicht wird dadurch ausgebildet, daß auf der äußeren Peripherie des Liners Fasern, wie z.B. Kohlenstoffasern, aufgewickelt werden, die mit einem wärmehärtenden Harz, wie z.B. einem Expoxydharz, durch ein Präzisionswickelverfahren und Aushärten des wärmehärtenden Harzes (siehe beispielsweise Patentdokument 1) ausgebildet werden.
  • [Patentdokument 1]
  • Nicht geprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 10-292899 (Seite 3 und 1 und 4) Der oben genannte Hochdrucktank nach dem Patentdokument 1 wird zwar als ein Hochdrucktank bezeichnet, gehört aber tatsächlich zu einer Klasse von Gasfülldrücken in der Größenordnung von höchstens 20 MPa. Wenn dieser Tank beispielsweise als ein Automobil-Wasserstoffkraftstofftank verwendet wird, erreicht die Reichweite des diesen Tank nutzenden Fahrzeuges mit einer einzigen Gasfüllung keinen praktisch nutzbaren Wert. Zur Erläuterung: Wenn ein Hochdrucktank mit 100 l Fassungsvermögen mit Wasserstoffgas mit 25 MPa befüllt wurde, erreichte die Reichweite nur ca. 180 km, was weit von den 500 km entfernt ist, die dem in der Praxis notwendigen Wert entsprechen.
  • Um die Reichweite mit einer einzigen Gasfüllung zu vergrößern, ist es notwendig, das Fassungsvermögen des Tanks oder den Gasfülldruck zu erhöhen.
  • Wenn das Fassungsvermögen des Tanks erhöht wird, wird jedoch das Fahrzeuggesamtgewicht ungünstig erhöht, und auch der vom Tank beanspruchte Raum wird vergrößert, was bei Fahrzeugen, bei denen nur ein begrenzter Einbauraum zur Verfügung steht, unzweckmäßig ist.
  • Auf der anderen Seite ist es zur Erhöhung des Gasfülldrucks notwendig, die Dicke des den Tankkörper bildenden Liners zu vergrößern. Auch in diesem Fall wird ungünstigerweise das Fahrzeuggesamtgewicht erhöht.
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  • Zusammenfassung der Erfindung
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  • Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der vorstehenden Punkte gemacht, und dementsprechend liegt ihr die Aufgabe zugrunde, einen im Gewicht leichten und in der Druckfestigkeit ausgezeichneten Hochdrucktank zu entwickeln.
  • Zur Lösung der vorstehenden Aufgabe ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß eine Verstärkungsfaserschicht für die Abdeckung der äußeren Peripherie eines Liners verstärkt wird.
  • Insbesondere hat die vorliegende Erfindung einen Hochdrucktank, bei dem hochfeste Fasern für eine Verstärkungsfaserschicht verwendet werden, und ein Verfahren zur Herstellung desselben zum Gegenstand, und hierzu werden die folgenden Lösungen zum Einsatz gebracht.
  • Genauer gesagt beziehen sich die erfindungsgemäßen Lösungen nach den Ansprüchen 1 bis 6 auf den letztgenannten, d.h. also einen Hochdrucktank, bei dem hochfeste Fasern zum Einsatz kommen. Bei diesen Lösungen ist die erfindungsgemäße Lösung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß sie einen zylindrischen Metalliner und eine Verstärkungsfaserschicht aufweist, die die äußere Peripherie des Liners abdeckt, wobei die Verstärkungsfaserschicht umfaßt: eine innere Faserschicht, welche aus hochfesten Fasern besteht, die ein Young-Modul von 300 GPa oder mehr und eine Zugfestigkeit von 3 GPa oder mehr aufweisen, und mit einem wärmehärtenden Harz imprägniert und ausgehärtet wird, und eine äußere Faserschicht, welche aus Fasern besteht, die eine Bruchdehnung von 2 % aufweisen, und mit einem wärmehärtenden Harz imprägniert und ausgehärtet wird.
  • Angesichts der vorgenannten Struktur und nach der erfindungsgemäßen Lösung nach Anspruch 1 sind die hochfesten Fasern, die ein Young-Modul von 300 GPa oder mehr und eine Zugfestigkeit von 3 GPa oder mehr aufweisen, selbst dann kaum zu dehnen, wenn ein Druck von 35 bis 75 MPa am Liner angelegt wird. Demzufolge kann die innere, aus hochfesten Fasern hergestellte Faserschicht einer Dehnbeanspruchung genügend Widerstand leisten, welche auf den Liner aufgrund eines Gasfülldrucks ausgeübt wird, um die Dauerfestigkeit des Liners zu verbessern. Während diese weniger dehnbaren hochfesten Fasern eine schlechte Stoßfestigkeit haben, weist die äußere Faserschicht, welche die äußere Peripherie der inneren Faserschicht umgibt, Fasern mit einer Bruchdehnung von 2 % oder mehr auf, und die Fasern können die Stoßfestigkeit sicherstellen.
  • Demzufolge kann ein Hochdrucktank mit geringer Größe, geringem Gewicht und ausgezeichneter Druckfestigkeit geliefert werden, welcher mit einem Hochdruckgas von 35 bis 75 MPa auch dann befüllt werden kann, wenn das Fassungsvermögen des Tanks gering ist und der Liner eine geringe Dicke aufweist.
  • Die erfindungsgemäße Lösung nach Anspruch 2 ist dadurch gekennzeichnet, daß bei der erfindungsgemäßen Lösung nach Anspruch 1 die innere Faserschicht eine Verbindung einer ringförmig gewickelten Faserschicht und einer wendelförmig gewickelten Faserschicht ist, wobei die äußere Faserschicht eine mit einem großen Winkel wendelförmig gewickelte Faserschicht ist.
  • Bei der obigen Struktur entsprechend der erfindungsgemäßen Lösung nach Anspruch 2 verbessert die ringförmig gewickelte Faserschicht die Dehnfestigkeit des Liners in der radialen Richtung desselben, und die wendelförmig gewickelte Faserschicht verbessert die Dehnfestigkeit des Liners in der Richtung seiner Mittellinie. Des weiteren verbessert die mit großem Winkel wendelförmig gewickelte Faserschicht die Widerstandsfähigkeit des Liners gegenüber Stößen von außen.
  • Die erfindungsgemäße Lösung nach Anspruch 3 ist dadurch gekennzeichnet, daß bei der erfindungsgemäßen Lösung nach Anspruch 1 oder 2 die die Verstärkungsfaserschicht bildenden Faserschichten jeweils so strukturiert sind, daß ein Faserband, welches dadurch erhalten wird, daß die Fasern zu einem flachen Profil zusammengefaßt werden und die Fasern mit einem wärmehärtenden Harz imprägniert werden, in einem Prepregzustand auf den Liner aufgewickelt wird und das wärmehärtende Harz ausgehärtet wird.
  • Da hochfeste Fasern im allgemeinen hart sind, ist es wahrscheinlich, daß solche, die die Form eines Seils haben, wahrscheinlich verrutschen und schwer auf den Liner aufzuwickeln sind und dadurch schlaff werden, was es wiederum schwierig macht, eine auf den Liner wirkende Dehnbeanspruchung gleichmäßig auf sämtliche Fasern zu verteilen. Bei dem obigen Aufbau werden entsprechend der erfindungsgemäßen Lösung nach Anspruch 3 die hochfesten Fasern insbesondere in Form eines flachen Bandes eingesetzt. Deshalb können sich die Fasern leicht an den Liner anpassen, ohne Spielraum auf den Liner aufgewickelt werden, und sie können die oben genannte Dehnbeanspruchung auf alle Fasern übertragen, womit sie mühelos eine verbesserte Dauerfestigkeit des Liners liefern.
  • Die erfindungsgemäße Lösung nach Anspruch 4 ist dadurch gekennzeichnet, daß der Liner bei der erfindungsgemäßen Lösung nach Anspruch 1 so strukturiert ist, daß ein kurzes hohles zylindrisches Metallwerkstück plastisch verformt wird, um einen zylindrischen Gasabgabebereich von einem Ende eines zylindrischen mittleren Bereiches durch einen Dombereich auskragen zu lassen, und die Dicke des zylindrischen Gasabgabebereiches so ausgewählt wird, daß sie drei- oder mehrfach größer ist als die des mittleren Bereiches, und der Dombereich in der Dicke von derjenigen des mittleren Bereiches auf diejenige des zylindrischen Gasabgabebereiches graduell erhöht wird, indem von dem mittleren Bereich ausgehend zu dem zylindrischen Gasabgabebereich vorgegangen wird.
  • Bei der obigen Struktur wird entsprechend der erfindungsgemäßen Lösung nach Anspruch 4 die Dicke des zylindrischen Gasabgabebereiches so gewählt, daß sie drei- oder mehrfach größer ist als diejenige des mittleren Bereiches, und der zylindrische Gasabgabebereich sich zum mittleren Bereich über den Dombereich bei gradueller Minderung seiner Dicke fortsetzt. Dies sichert die Festigkeit des zylindrischen Gasabgabebereiches und des Dombereiches, und dadurch wird ein Hochdrucktank geliefert, welcher in der Lage ist, in ausreichender Weise hohe Drücke von 35 bis 75 MPa auszuhalten und gleichzeitig verbesserte Dauerfestigkeit und gesicherte Stoßfestigkeit des Liners aufgrund der oben beschriebenen Verstärkungsfaserschicht bietet. Des weiteren wird, selbst wenn die Dicke des mittleren Bereiches gering ist, die Festigkeit des Liners dadurch sichergestellt, daß die Dicke des zylindrischen Gasabgabebereiches und des Dombereiches erhöht wird. Demzufolge kann das Gesamtgewicht des Hochdrucktanks durch eine Minderung der Dicke des mittleren Bereiches reduziert werden, und gleichzeitig können die Materialkosten gesenkt werden.
  • Die erfindungsgemäße Lösung nach Anspruch 5 ist dadurch gekennzeichnet, daß bei der erfindungsgemäßen Lösung nach Anspruch 4 ein zylindrischer Metallverstärkungskragen auf die Außenseite des Liners über seine Bereiche von dem zylindrischen Gasabgabebereich zum Dombereich aufgesetzt wird.
  • Bei der obigen Struktur kann entsprechend der erfindungsgemäßen Lösung nach Anspruch 5 kann die effektive Dicke des zylindrischen Gasabgabebereiches und des benachbarten Dombereichs, bei denen es wahrscheinlich ist, daß die Beanspruchung sich darauf konzentriert, um die Dicke des Verstärkungskragens erhöht werden, wodurch eine weitere Sicherstellung der Festigkeit dieser Bereiche sichergestellt wird. Entsprechend kann ein Hochdrucktank geliefert werden, welcher des weiteren in der Lage ist, hohe Drücke von 35 bis 75 MPa auszuhalten. Da darüber hinaus der Verstärkungskragen nicht auf den gesamten Tankkörper, sondern teilweise auf den Dombereich und den zylindrischen Gasabgabebereich aufgesetzt wird, bei denen sich wahrscheinlich die Beanspruchung konzentriert, vermeidet dies eine starke Erhöhung des Gewichts des Hochdrucktanks, womit sein geringes Gewicht aufrechterhalten wird, und gleichzeitig ermöglicht dies eine erleichterte Herstellung und verminderte Kosten.
  • Die erfindungsgemäße Lösung nach Anspruch 6 ist dadurch gekennzeichnet, daß bei der erfindungsgemäßen Lösung nach Anspruch 5 der Verstärkungskragen einen zylindrischen Teil, welcher auf den zylindrischen Gasabgabebereich aufgesetzt wird, sowie einen Fortsatz aufweist, der sich von einem Ende des zylindrischen Teils aus nach außen erstreckt und die Rückseite des Fortsatzes mit einem ringförmigen Vorsprung ausgebildet wird, der davon auskragt, und ein Teil des Äußeren des Liners in der Nähe der Grenze zwischen dem Dombereich und dem zylindrischen Gasabgabebereich wird in Umfangsrichtung mit einer ringförmigen Montageaussparung versehen, in die der Vorsprung eingepaßt wird, wobei der Verstärkungskragen auf das Äußere des Liners über seine Bereiche vom zylindrischen Gasabgabebereich bis zum Dombereich aufgesetzt wird.
  • Bei der obigen Struktur entsprechend der erfindungsgemäßen Lösung nach Anspruch 6 wird der Vorsprung des Verstärkungskragens in die Montageaussparung des Liners eingepaßt, was die Verbindung zwischen dem Verstärkungskragen und dem Liner sicherstellt. Darüber hinaus erhöht die Anordnung des Vorsprungs die Dicke eines entsprechenden Teils des Verstärkungskragens, und die Festigkeit kann entsprechend erhöht werden.
  • Die erfindungsgemäßen Lösungen nach Anspruch 7 und 8 beziehen sich auf das letztere, d.h. also ein Verfahren zur Herstellung eines Hochdrucktanks unter Verwendung von hochfesten Fasern. Unter diesen Lösungen ist die erfindungsgemäße Lösung nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, daß sie umfaßt: Aufwickeln auf die äußere Peripherie eines zylindrischen Metalliners eines Faserbandes im Prepregzustand, das dadurch erhalten wurde, daß hochfeste Fasern mit einem Young-Modul von 300 GPa oder mehr und einer Zugfestigkeit von 3 GPa oder mehr zu einem flachen Profil zusammengefaßt werden und die Fasern mit einem wärmehärtenden Harz imprägniert werden, um dadurch eine innere Faserschicht zu bilden; Aufwickeln auf die äußere Peripherie der inneren Faserschicht eines Faserbandes im Prepregzustand, das dadurch erhalten wurde, daß Fasern mit einer Bruchdehnung von 2 % oder mehr zu einem flachen Profil zusammengefaßt werden und die Fasern mit einem wärmehärtenden Harz imprägniert werden, um dadurch eine äußere Faserschicht zu bilden, und Abdecken der äußeren Peripherie des Liners mit einer Verstärkungsfaserschicht, die durch die äußere Faserschicht und die innere Faserschicht gebildet wird, und anschließende Eingabe des mit der Verstärkungsfaserschicht abgedeckten Liners in eine Trockenkammer und Erhitzen des Liners zur Aushärtung des in die Verstärkungsfaserschicht eindringenden wärmehärtenden Harzes.
  • Bei der obigen Struktur entsprechend der erfindungsgemäßen Lösung nach Anspruch 7 werden Fasern in Form eines Bandes zusammengefaßt und in dieser Form auf den Liner aufgewickelt. Demzufolge kann der Wickelprozeß erleichtert werden.
  • Wenn Fasern auf die äußere Peripherie des Liners durch einen Naßwickelprozeß aufgewickelt werden, kann ein flüssiges wärmehärtendes Harz auf den Arbeitsplatz abtropfen und den Arbeitsplatz beeinträchtigen. Bei der vorliegenden Erfin dung wird jedoch ein Faserband im Prepregzustand (B-Zustand), das in gewissem Umfang mit einem wärmehärtenden Harz ausgehärtet wurde, auf den Liner aufgewickelt. Demzufolge verhindert das erfindungsgemäße Verfahren eine Beeinträchtigung der Arbeitsumgebung, da kein wärmehärtendes Harz auf den Arbeitsplatz herabtropft.
  • Die erfindungsgemäße Lösung nach Anspruch 8 ist dadurch gekennzeichnet, daß bei der erfindungsgemäßen Lösung nach Anspruch 7 der in die Trockenkammer eingegebene Liner sowohl von innen als auch von außen beheizt wird.
  • Wenn das wärmehärtende Harz in der Verstärkungsfaserschicht lediglich von außerhalb des Liners her erhitzt wird, härtet das wärmehärtende Harz graduell von seiner Außenseite nach seiner Innenseite und schrumpft mit dem Härten. Zu diesem Zeitpunkt wird ein nicht ausgehärteter Teil des Harzes durch eine Kompressionskraft von einem äußeren gehärteten Teil desselben beaufschlagt und führt zu einer Verzerrung bei den durch das nicht ausgehärtete innere Harz umschlossenen Fasern. Wenn eine solche Verzerrung in den Fasern eintritt, kann eine aufgrund eines Gasfülldrucks auf den Liner ausgeübte Zugbeanspruchung nicht gleichmäßig auf alle Fasern verteilt werden, so daß ein frühzeitiger Bruch befördert wird. Mit der obigen Struktur entsprechend der erfindungsgemäßen Lösung nach Anspruch 8 beginnt das wärmehärtende Harz in der Verstärkungsfaserschicht im wesentlich gleichzeitig sowohl an der Innen- wie auch an der Außenseite der Schicht auszuhärten. Demzufolge kann soweit wie möglich vermieden werden, daß die inneren Fasern eine Verzerrung verursachen, und die Zugbeanspruchung kann gleichmäßig auf alle Fasern verteilt werden, was einen frühzeitigen Bruch verhindert.
  • Weitere erfindungswesentliche Merkmale gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, in der mit Bezug auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele erläutert werden. In den Zeichnungen zeigen:
  • 1 eine Querschnittsansicht mit vergrößerter Darstellung eines zylindrischen Gasabgabebereiches eines hochfeste Fasern verwendenden Hochdrucktanks nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 2 eine Querschnittsansicht mit der Darstellung des gesamten hochfeste Fasern verwendenden Hochdrucktanks nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 3 Prozeßschritte für die Herstellung des hochfeste Fasern verwendenden Hochdrucktanks nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 4 eine analoge Ansicht zur 1 mit der Darstellung eines hochfeste Fasern verwendenden Hochdrucktanks nach der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • Im nachstehenden werden Beschreibungen von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen gegeben.
  • Ausführungsform 1
  • Die 1 und 2 zeigen einen Hochdrucktank, bei dem hochfeste Fasern verwendet werden, nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Hochdrucktank 1 weist einen Liner 2 auf, welcher ein Tankkörper ist, in den Hochdruckgas, wie z.B. Wasserstoffgas, von 35 bis 75 MPa eingebracht wird. Der Liner 2 ist so ausgebildet, daß ein zylindrischer Gasabgabebereich 5 kleinen Durchmessers und mit kreisförmigem Querschnitt integral von einem Ende eines zylindrischen mittleren Bereiches 3 mit kreisförmigem Querschnitt durch einen Dombereich 4 auskragt, und dieser ist so strukturiert, daß Hochdruckgas durch den zylindrischen Gasabgabebereich 5 in den Hochdrucktank 1 (Liner 2) eingegeben oder von diesem abgegeben werden kann. Der zylindrische Gasabgabebereich 5 ist mit einer Gewindebohrung 6 ausgebildet, und eine Ventilvorrichtung 7 wird in die Gewindebohrung 6 eingesetzt. Die Ventilvorrichtung 7 ist ein sogenanntes Intank-Ventil des Einbautyps, der so strukturiert ist, daß ein Ventilmechanismus 8 ein hier nicht gezeigtes Absperrventil aufweist, ein Druckminderungsventil in einer Kapsel 9 enthalten ist, ein Flansch 10 an dem Öffnungsende des zylindrischen Gasabgabebereiches 5 angeschlagen ist und die Kapsel 9 (Ventilmechanismus 8) im Hochdrucktank 1 enthalten ist. In der Richtung nach außerhalb des Hochdrucktanks 1 von der Ventilvorrichtung 7 aus wird ein Rohrverbindungsteil 11 zur Verbindung des Niederdruckgasrohrs mit dem Hochdrucktank 1 ausgekragt. Auf der anderen Seite ist der mittlere Bereich 3 am anderen Ende integral mit einem zylindrischen Bereich 13 kleinen Durchmessers und mit kreisförmigem Querschnitt durch einen Dombereich 12 ausgebildet. Der zylindrische Bereich 13 wird ebenfalls mit einer Gewindebohrung 14 ausgebildet, und ein Blindstopfen 15, um den Tank gegen Leckagen von Hochdruckgas zu schützen, wird in die Gewindebohrung 14 eingesetzt. Auf diese Weise ist der Liner 2 innen mit einem geschlossenen hohlen Teil 16 zur Aufnahme von Hochdruckgas ausgebildet.
  • Der Hochdrucktank 1 besteht aus einem Metall, wie z.B. einer Aluminiumlegierung, beispielsweise JIS A 6061 oder JIS A 6062, und wird dadurch ausgebildet, daß ein kurzes hohles zylindrisches Werkstück plastisch verformt und nach dem Ausformen einer Wärmebehandlung, wie z.B. T6, unterzogen wird. Die Dombereiche 4 und 12, der zylindrische Gasabgabebereich 5 und der zylindrische Bereich 13 werden so ausgebildet, daß sie Dicken aufweisen, die drei- oder mehrfach größer sind als der mittlere Bereich 3. Insbesondere werden die Dombereiche 4 und 12 in der Dicke ausgehend von der Dicke des mittleren Bereiches 3 bis auf diejenigen des zylindrischen Gasabgabebereiches 5 und des zylindrischen Bereiches 13 in dem Maße graduell erhöht, wie ausgehend vom mittleren Bereich 3 zum zylindrischen Gasabgabebereich 5 und zum zylindrischen Bereich 13 verfahren wird, wodurch die Dombereiche 4 und 12 verstärkt werden, in denen sich vornehmlich Beanspruchung konzentrieren kann.
  • Zylindrische Metallverstärkungskragen 18 werden integral auf das Äußere des Liners 2 über dessen Flächen sowohl ausgehend vom zylindrischen Gasabgabebereich 5 wie auch vom zylindrischen Bereich 13 bis zu den entsprechenden Dombereichen 4 und 12 durch Schrumpfmontage aufgesetzt. Der Verstärkungskragen 18 besteht aus einem zylindrischen Teil 19 mit kreisförmigem Querschnitt, welcher im wesentlichen die gleiche Dicke wie der zylindrische Gasabgabebereich 5 und der zylindrische Bereich 13 aufweist, sowie einem Fortsatz 20, der integral an einem Ende des zylindrischen Teils 19 ausgebildet wird, um sich nach außen zu erstrecken. Der Fortsatz 20 wird in dem Maße der Annäherung an die Außenkante in der Dicke reduziert, so daß die Außenkante des Fortsatzes 20 glatt mit der Entsprechung einer der Außenseiten der Dombereiche 4 und 12 übergeht. Der Verstärkungskragen 18 weist innen eine Montagebohrung 22 auf, die sich vertikal durch den zylindrischen Teil 19 und den Fortsatz 20 erstreckt. Der Verstärkungskragen 18 besteht aus einem Metall, wie z.B. einer Stahllegierung, beispielsweise SNCM440, SCM440 oder SKD61, oder einer Titanlegierung, und wird durch Schmieden oder Drehen ausgebildet. Die Materialien für den Verstärkungskragen sind jedoch nicht auf das Vorstehende beschränkt, es müssen lediglich solche sein, die im Festigkeits-/Gewichtsverhältnis besser liegen als Aluminium. Solche Materialien leisten einen großen Beitrag zur Gewichtsminderung. Des weiteren werden die zylindrischen Teile 19 der Verstärkungskragen 18 integral auf dem zylindrischen Gasabgabebereich 5 und dem zylindrischen Bereich 13 des Liners 2 dadurch montiert, daß eine Schrumpfmontage mit dem zylindrischen Gasabgabebereich 5 und dem zylindrischen Bereich 13 erfolgt, die in den entsprechenden Montagebohrungen 22 eingesetzt sind, und die Fortsätze 21 der Verstärkungskragen 18 integral mit den Außenseiten der Dombereich 4 und 12 verbunden werden.
  • Die äußere Peripherie des Liners 2 wird mit einer Verstärkungsfaserschicht 23 abgedeckt. Die Verstärkungsfaserschicht 23 wird dadurch ausgebildet, daß Fasern auf die äußere Peripherie des Liners 2 aufgewickelt werden. Die Verstärkungsfaserschicht 23 besteht aus einer ersten inneren Faserschicht 24, die Kontakt mit der äußeren Peripherie des mittleren Bereiches 3 des Liners herstellt und den mittleren Bereich 3 abdeckt, einer zweiten inneren Faserschicht 25, die mit der äußeren Peripherie der ersten inneren Faserschicht 24 und den zylindrischen Teilen 19 Kontakt herstellt und fast den gesamten Liner 2 abdeckt, und einer äußeren Faserschicht 26, die mit der äußeren Peripherie der zweiten inneren Faser schicht 25 Kontakt herstellt und den Liner 2 von dem mittleren Bereich 3 teilweise zu beiden Dombereichen 4 und 12 abdeckt.
  • Es ist ein Merkmal der vorliegenden Erfindung, daß die erste innere Faserschicht 24 und die zweite innere Faserschicht 25 beide jeweils aus hochfesten Fasern bestehen, welche ein Young-Modul von 300 GPa oder mehr und eine Zugfestigkeit von 3 GPa oder mehr aufweisen und mit einem wärmehärtenden Harz, wie z.B. Epoxidharz, imprägniert und ausgehärtet wurden. Ein Beispiel der hochfesten Fasern ist die nachstehend beschriebene Kohlenstoffaser, welche als Rohmaterial Polyacrylonitril (PAN) verwendet. Diese hochfeste Faser ist schwer zu dehnen und vermag beträchtlich hohe Drücke auszuhalten.
  • Hochleistungskohlenstoffaser Torayca® M46JB, hergestellt von Toray:
    Young-Modul 436 GPa
    Zugfestigkeit 4,2 GPa
    Bruchdehnung 1,0 %
  • Es ist ein Merkmal der Erfindung, daß die äußere Faserschicht 26 aus Fasern mit einer Bruchdehnung von 2 % oder mehr bestehen und mit einem wärmehärtenden Harz, wie z.B. Epoxidharz, imprägniert und ausgehärtet werden. Ein Beispiel dieser Art Faser wird nachstehend beschrieben. Diese Faser hat eine Eigenschaft im Vergleich zur oben genannten hochfesten Faser verbesserter Dehnung, kann jedoch Stoßfestigkeit kompensieren, die im Austausch für die Dehnbarkeit der hochfesten Faser reduziert wurde.
  • Young-Modul 230 GPa
    Zugfestigkeit 5 Gpa
    Bruchdehnung 2,1 %
  • Die erste innere Faserschicht 24 ist eine ringförmig gewickelte Faserschicht, bei der Fasern auf die äußere Peripherie des mittleren Bereiches des Liners 2 in Umfangsrichtung senkrecht zur Richtung der Mittellinie des Liners aufgewickelt wer den. Die zweite innere Faserschicht 25 ist eine wendelförmig gewickelte Faserschicht, bei der Fasern auf fast die gesamte äußere Peripherie des Liners 2 wendelförmig in Richtung der Mittellinie des Liners aufgewickelt werden. Die äußere Faserschicht 26 ist eine mit großem Winkel wendelförmig gewickelt Faserschicht, bei der Fasern auf die äußere Peripherie des Liners 2 vom mittleren Bereich 3 ausgehend teilweise bis zu den Dombereichen 4 und 12 in einem Winkel von 75 Grad oder ca. 75 Grad bis zur Mittellinie des Liners aufgewickelt werden.
  • Die Faserschichten 24, 25 und 26, die die Verstärkungsfaserschicht 23 bilden, sind jeweils so strukturiert, daß ein Faserband, das durch die Zusammenfügung von Fasern zu einem Profil erhalten wird und die Fasern mit einem wärmehärtenden Harz imprägniert werden, in einem Prepregzustand auf den Liner aufgewickelt wird und das wärmehärtende Harz ausgehärtet wird. Der Prepregzustand ist der Zustand, bei dem das wärmehärtende Harz bis zu einem gewissen Umfang ausgehärtet wurde, z.B. Trocknen durch Heißdampf, und wird B-Zustand genannt. Das Prepreg-Faserband wird, um weiteres Austrocknen zu vermeiden, bis zum Einsatz in einem Kühlraum oder ähnlichem eingelagert.
  • Als nächstes folgt eine Beschreibung hinsichtlich eines Beispiels von Herstellungsverfahren für den Hochdrucktank 1 mit der oben beschriebenen Struktur und unter Bezugnahme auf 3.
  • Zunächst wird in einem Verfahrensschritt des Rohrschneidens S1 ein längliches Rohrmaterial P aus einer Aluminiumlegierung abgelängt, um ein kurzes hohles zylindrisches Werkstück B zu bilden, dessen beide Enden geöffnet werden.
  • Als nächstes wird in einem Fliessformverfahrensschritt S2, obwohl dies nicht gezeigt wird, das kurze hohle zylindrische Werkstück B auf einen Dorn aufgesetzt, der Dorn wird um seine Achse gedreht, um das kurze hohle zylindrische Werkstück B als einzelne Einheit zu drehen, und eine Formwalze wird gegen die äußere Peripherie des kurzen hohlen zylindrischen Werkstücks B gepreßt, um die Walze zu drehen, während in der axialen Richtung auf die äußere Peripherie des kurzen hohlen zylindrischen Werkstücks B Kraft angelegt wird, so daß ein Fliessfor men des kurzen hohlen zylindrischen Werkstücks B stattfindet. Auf diese Weise wird das kurze hohle zylindrische Werkstück B plastisch verformt, um ein längliches hohles zylindrisches Werkstück B' zu bilden. In diesem Stadium hat in einem Hochdrucktank 1 als Fertigerzeugnis ein Teil des länglichen hohlen zylindrischen Werkstücks B', abgesehen von seinen bestimmten Bereichen, die mit den Öffnungsenden beginnen, die gleiche Dicke wie diejenige eines mittleren Bereiches 3 eines Liners 2. Darüber hinaus haben die bestimmten Bereiche des länglichen hohlen zylindrischen Werkstücks B' in dem Maße, wie die Annäherung an die Öffnungsenden erfolgt, beginnend bei beiden Öffnungsenden eine graduell zunehmende Dicke.
  • Danach wird in einem Spinnverfahrensschritt S3, obwohl dies nicht gezeigt wird, ein vorbestimmter Bereich des länglichen hohlen zylindrischen Werkstücks B' beginnend mit der Nähe eines Öffnungsendes durch Spinnen in einer solchen Weise eingezogen, daß das längliche hohle zylindrische Werkstück B' durch eine Einspannvorrichtung gehalten wird, es wird das längliche hohle zylindrische Werkstück B' um seine Achse gedreht, es wird beginnend mit der Nähe eines Öffnungsendes des länglichen hohlen zylindrischen Werkstücks B' eine Formwalze in einer geneigten Position gegen den vorbestimmten Bereich zu dem einen Öffnungsende gepreßt, um die Walze zu drehen, während sie relativ zur Achse des länglichen hohlen zylindrischen Werkstücks B' schräg bewegt wird. Auf diese Weise wird der vorbestimmte Bereich beginnend mit dem Öffnungsende des länglichen hohlen zylindrischen Werkstücks B' plastisch verformt, wodurch ein zylindrischer Gasabgabebereich 5 integral von einem Ende eines zylindrischen mittleren Bereiches 3 durch einen Dombereich 4 ausgekragt wird. Darüber hinaus wird durch das Einziehen durch Spinnen, das vorstehend beschrieben wurde, der Dombereich 4 so ausgebildet, daß er bei der Bewegung vom mittleren Bereich 3 zum zylindrischen Gasabgabebereich 5 eine graduell zunehmende Dicke aufweist, und die Dicke des zylindrischen Gasabgabebereiches 5 wird so gewählt, daß sie drei- oder mehrfach größer ist als diejenige des mittleren Bereiches 3. Ein Bereich des länglichen hohlen zylindrischen Werkstücks B' in der Nähe des anderen Öffnungsendes wird in der gleichen Weise durch Spinnen eingezogen, wodurch ein zylindrischer Bereich 13 integral vom anderen Ende des mittleren Bereiches 3 durch einen Dombereich 12 ausgekragt wird. Auch in diesem Bereich ist der Dombereich 12 so ausgebildet, daß er bei der Bewegung vom mittleren Bereich 3 zum zylindrischen Bereich 13 eine graduell zunehmende Dicke aufweist, und die Dicke des zylindrischen Bereiches 13 wird so gewählt, daß sie drei- oder mehrfach größer ist als diejenige des mittleren Bereiches 3. So wird ein Liner 2 erhalten, bei dem der zylindrische Gasabgabebereich 5 von einem Ende ausgekragt wird und der zylindrische Bereich 13 vom anderen Ende ausgekragt wird.
  • Inzwischen wird ein Verstärkungskragen 18 aus einer Stahllegierung oder einer Titanlegierung vorbereitet, der durch einen getrennten Schmiede- oder Drehprozeß erhalten wird. Wie oben beschrieben weist der Verstärkungskragen 18 einen zylindrischen Teil 19 und einen Fortsatz 20 auf, der integral an einem Ende des zylindrischen Teils 19 ausgebildet wird, und wird innen mit einer Montagebohrung 22 versehen, welche sich vertikal durch den zylindrischen Teil 19 und den Fortsatz 20 erstreckt. Der Innendurchmesser der Montagebohrung 22 wird so ausgewählt, daß ein Montagespiel für das Schrumpfen relativ zum äußeren Durchmesser des zylindrischen Gasabgabebereiches 5 und des zylindrischen Bereiches 13 vorgesehen wird.
  • Als nächstes werden bei einem Verstärkungskragen-Schrumpfmontageverfahrensschritt S4 die Verstärkungskragen 18, welche die oben beschriebene Struktur haben, auf dem zylindrischen Gasabgabebereich 5 bzw. dem zylindrischen Bereich 13 des Liners 2 aufgesetzt. Anschließend werden die Verstärkungskragen 18 integral auf der Außenseite des Liners 2 in seinen Bereichen ausgehend von sowohl dem zylindrischen Gasabgabebereich 5 wie auch dem zylindrischen Bereich 13 bis zu den entsprechenden Dombereichen 4 und 12 durch Schrumpfmontage aufgesetzt.
  • Anschließend werden bei einem Wickelverfahrensschritt S5 die hochfesten Fasern mit einem Young-Modul von 300 GPa oder mehr und einer Zugfestigkeit von 3 GPa oder mehr zu einem flachen Profil zusammengefaßt, und die zusammengefaßten Fasern werden mit einem wärmehärtenden Harz, wie z.B. Epoxidharz, imprägniert, um ein Faserband zu bilden, und das Faserband wird in einem Prepreg zustand auf der äußeren Peripherie des mittleren Bereiches 3 des Liners ringförmige gewickelt, um eine erste innere Faserschicht 24 zu bilden. Anschließend wird ein aus den genannten hochfesten Fasern bestehendes Faserband auf der ersten inneren Faserschicht 24 über nahezu den gesamten Liner 2 wendelförmig aufgewickelt, um eine zweite innere Faserschicht 25 zu bilden, auf der ein Faserband im Prepregzustand, das dadurch erhalten wurde, daß Fasern mit einer Bruchdehnung von 2 % oder mehr in ein flaches Profil zusammengefaßt werden und die Fasern anschließend mit einem wärmehärtenden Harz, wie z.B. Epoxidharz, imprägniert werden, auf der zweiten inneren Faserschicht 25 über einen Bereich der äußeren Peripherie des Liners 2, welcher sich von dem mittleren Bereich 3 teilweise zu den Dombereichen 4 und 12 erstreckt, in einem hohen Winkel von 75 Grad oder ca. 75 Grad bis zur Mittellinie des Liners wendelförmig gewickelt, um eine äußere Faserschicht 26 zu bilden. Dadurch wird die äußere Peripherie des Liners 2 mit einer Verstärkungsfaserschicht 23, welche durch die äußere Faserschicht 26, die erste innere Faserschicht 24 und die zweite innere Faserschicht 25 (sämtliche Faserschichten 24, 25 und 26 werden in 1 gezeigt) gebildet werden, abgedeckt. Die Dicke der Verstärkungsfaserschicht 23 wird durch das Fassungsvermögen des Tanks und den Gasfülldruck bestimmt. Beispielsweise betragen unter den Bedingungen, bei denen das Tankfassungsvermögen ca. 34 Liter beträgt, die Dicke des mittleren Bereiches 3 des Liners 2 4,0 mm, der Außendurchmesser des Liners 2 280 mm, die Länge des Liners 2 830 mm, und der Gasfülldruck beträgt 70 MPa, die Dicke der Verstärkungsfaserschicht 23 beträgt ca. 9 mm. Der Wickelverfahrensschritt ist nicht auf den Fall beschränkt, bei dem auf die Ausbildung der ersten inneren Faserschicht 24 die Ausbildung der zweiten Faserschicht 25 folgt. Alternativ werden die ersten inneren Faserschichten 24 und die zweiten Faserschichten 25 nacheinander alternierend angebracht.
  • Anschließend wird bei einem Verfahrensschritt des Trocknens S6 der mit der Verstärkungsfaserschicht 23 bedeckte Liner in eine Trockenkammer 27 eingegeben, und der Liner 2 wird durch Strahlungshitze aus innerhalb und außerhalb des Liners 2 plazierten Heizvorrichtungen 28 innen und außen erhitzt, während er gedreht wird, um das wärmehärtende Harz in der Verstärkungsfaserschicht 23 thermisch zu härten. Damit wird ein Hochdrucktank 1 erhalten, bei dem die Fasern auf die äußere Peripherie des Liners 2 aufgewickelt werden und bei dem die äußere Peripherie des Liners 2 mit der Verstärkungsfaserschicht 23 abgedeckt wird. Das in die Verstärkungsfaserschicht 23 eindringende wärmehärtende Harz kann anstelle der Verwendung der Heizvorrichtungen 28 dadurch thermisch gehärtet werden, indem Heißluft in das Innere und das Äußere des Liners 2 eingeführt wird und der Liner 2 unter Rotation innen und außen erhitzt wird.
  • Der so hergestellte Hochdrucktank 1 wird mit einer Ventilvorrichtung in dem zylindrischen Gasabgabebereich 5 ausgerüstet und mit einem Blindstopfen 15 in dem zylindrischen Bereich 13 versehen, wodurch ein Endprodukt geliefert wird.
  • Wie oben beschrieben, ist bei dieser Ausführungsform die äußere Peripherie des Liners 2 mit der Verstärkungsfaserschicht 23 abgedeckt, welche aus den ersten und zweiten inneren Faserschichten 24 und 25, welche aus hochfesten Fasern mit einem Young-Modul von 300 GPa oder mehr und einer Zugfestigkeit von 3 GPa oder mehr hergestellt werden und mit einem wärmehärtenden Harz imprägniert wurden, und einer äußeren Faserschicht 26 besteht, welche aus Fasern mit einer Bruchdehnung von 2 % oder mehr hergestellt wird und mit einem wärmehärtenden Harz imprägniert wurde. Demzufolge können die ersten und zweiten inneren Faserschichten 24 und 25 aus hochfesten Fasern eine Dehnbeanspruchung ausreichend aushalten, welche aufgrund des Gasfülldrucks 2 auf den Liner 2 wirkt, um die Dauerfestigkeit des Liners 2 zu verstärken, und die äußere Faserschicht 26 mit Dehnung kann den Nachteil geringerer Stoßfestigkeit der inneren Faserschichten kompensieren. So ist, selbst wenn der Tank ein geringes Fassungsvermögen und der Liner eine geringe Dicke aufweist, der Tank in der Lage, ein Hochdruckgas von 35 bis 75 MPa aufzunehmen, womit ein Hochdrucktank 1 geringer Größe, geringen Gewichts und mit ausgezeichneter Druckfestigkeit geliefert wird.
  • Des weiteren wird die erste innere Faserschicht 24 ringförmig gewickelt, die zweite innere Faserschicht 25 wird wendelförmig gewickelt, und die äußere Faserschicht 26 wird mit einem großen Winkel wendelförmig gewickelt. Damit kann die ringförmig gewickelte erste innere Faserschicht 24 die Dehnfestigkeit des Liners 2 in dessen radialer Richtung verbessern, und die wendelförmig gewickelte zweite in nere Faserschicht 25 kann die Dehnfestigkeit des Liners 2 in der Richtung seiner Mittellinie verbessern. Darüber hinaus dann die äußere Faserschicht 26 die Widerstandsfähigkeit des Liners 2 gegen externe Stöße verbessern.
  • Ferner sind die die Verstärkungsfaserschicht 23 bildenden Schichten 24, 25 und 26 jeweils dadurch aufgebaut, daß Fasern zu einem Flachprofil zusammengefaßt und mit einem wärmehärtenden Harz zur Ausbildung eines Faserbandes imprägniert werden, das Faserband in einem Prepregzustand auf den Liner aufgewickelt wird und das wärmehärtende Harz gehärtet wird. Demzufolge sind im Vergleich zu dem Fall, bei dem harte hochfeste Fasern herangezogen werden, um ein Seil zu bilden, das leicht rutschen kann und schwierig auf den Liner 2 aufzuwickeln ist und dadurch Schlaffstellen verursacht, was es wiederum schwierig macht, die auf den Liner 2 wirkende Dehnbeanspruchung gleichmäßig auf alle Fasern zu verteilen, die hochfesten Fasern in Form eines flachen Bandes leicht an den Liner 2 anzupassen, sie können ohne Schlaffstellen auf den Liner 2 aufgewickelt werden und können die oben beschriebene Dehnbeanspruchung auf sämtliche Fasern verteilen, wodurch mühelos die Dauerfestigkeit des Liners 2 verbessert wird.
  • Darüber hinaus werden die Dicken des zylindrischen Gasabgabebereiches 5 und des zylindrischen Bereiches 13 so ausgewählt, daß sie drei- oder mehrfach größer sind als diejenige des mittleren Bereiches 3, und diese Bereiche setzen sich über die Dombereiche 4 und 12 bei gradueller Minderung ihrer Dicken zum mittleren Bereich 3 fort. Dies sichert die Festigkeit des zylindrischen Gasabgabebereiches 5, des zylindrischen Bereiches 13 und der Dombereiche 4 und 12 und liefert damit einen Hochdrucktank 1, welcher in der Lage ist, besser hohe Drücke von 35 bis 75 MPa auszuhalten und gleichzeitig eine verbesserte Dauerfestigkeit sowie eine gesicherte Stoßfestigkeit des Liners 2 aufgrund der oben beschriebenen Verstärkungsfaserschicht 23 bietet. Selbst wenn die Dicke des mittleren Bereiches 3 gering ist, wird des weiteren die Festigkeit des Liners 2 durch zunehmende Dicke des zylindrischen Gasabgabebereiches 5, des zylindrischen Bereiches 13 und der Dombereiche 4 und 12 sichergestellt. Demzufolge kann das Gesamtgewicht des Hochdrucktanks 1 durch Minderung der Dicke des mittleren Bereiches 3 reduziert werden, und es müssen entsprechend geringere Materialkosten ausgewendet werden.
  • Darüber hinaus werden die Verstärkungskragen 18 auf die Außenseite des Liners 2 in seinen Bereichen vom zylindrischen Gasabgabebereich 5 und vom zylindrischen Bereich 13 bis zu den jeweiligen Dombereichen 4 und 12 aufgebracht. Demzufolge können die effektiven Dicken des zylindrischen Gasabgabebereiches 5 und des zylindrischen Bereiches 13 und der benachbarten Dombereiche 4 und 12, bei denen sich wahrscheinlich die Beanspruchung konzentriert, durch die Dicken der Verstärkungskragen 18 erhöht werden, womit in ausreichender Weise die Festigkeit dieser Bereiche sichergestellt wird. Entsprechend kann ein Hochdrucktank 1 geliefert werden, welcher in der Lage ist, in verbesserter Weise hohe Drücke von 35 bis 75 MPa auszuhalten. Da darüber hinaus die Verstärkungskragen 18 nicht auf den gesamten Tankkörper 2, sondern nur teilweise auf die Dombereiche 5 und 12, den zylindrischen Gasabgabebereich 4 und den zylindrischen Bereich 13 aufgesetzt werden, bei denen sich wahrscheinlich die Beanspruchung konzentriert, vermeidet dies eine starke Erhöhung des Gewichts des Hochdrucktanks 1, dies bewahrt seine Leichtgewichtigkeit und bietet erleichterte Herstellung bei verringerten Kosten.
  • Da darüber hinaus die Fasern in Form eines Bandes zusammengefaßt und in dieser Form auf den Liner 2 aufgewickelt werden, kann der Aufwickelprozeß erleichtert werden. Des weiteren wird erfindungsgemäß ein Faserband im Prepregzustand (B-Zustand), das in einem gewissen Umfang mit einem wärmehärtenden Harz gehärtet wurde, auf den Liner 2 aufgewickelt. Demzufolge wird im Gegensatz zu einem Naßwickelprozeß, bei dem ein flüssiges wärmehärtendes Harz möglicherweise auf den Arbeitsplatz tropfen und die Arbeitsumgebung beeinträchtigen kann, bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Beeinträchtigung der Arbeitsumgebung vermieden, weil das wärmehärtende Harz nicht auf den Arbeitsplatz tropft.
  • Da darüber hinaus der in die Trockenkammer 27 eingegebene Liner 2 sowohl innen wie auch außen beheizt wird, beginnt das wärmehärtende Harz in der Verstärkungsfaserschicht 23 sowohl auf der Innenseite wie auch auf der Außenseite der Schicht im wesentlichen gleichzeitig auszuhärten. Demzufolge kann im Gegensatz zu dem Fall, bei dem das wärmehärtende Harz in der Verstärkungsfaserschicht 23 lediglich von außen her beheizt wird, vermieden werden, daß das wärmehärtende Harz von seiner Außenseite zur Innenseite hin graduell aushärtet und schrumpft, und daß ein innerer nicht ausgehärteter Teil des Harzes durch eine Kompressionskraft vom äußeren ausgehärteten Teil desselben aus beaufschlagt wird, was zu einer Verzerrung der Fasern führt. Demzufolge kann die aufgrund des Gasfülldrucks auf den Liner 2 ausgeübte Dehnbeanspruchung gleichmäßig auf alle Fasern verteilt werden, um einen vorzeitigen Bruch zu verhindern.
  • Ausführungsbeispiel 2
  • 4 zeigt einen Hochdrucktank 1, bei dem hochfeste Fasern verwendet werden, nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Hochdrucktank 1 unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform hinsichtlich der Form des Verstärkungskragens 18. Insbesondere wird auf der Rückseite des Fortsatzes 20 des Verstärkungskragens 18 ein ringförmiger Vorsprung 21 integral ausgeformt, um sich darüber hinaus auszukragen. In dieser Verbindung wird eine ringförmige Montageaussparung 17 in Umfangsrichtung auf der Außenseite des Liners 2 in der Nähe der Grenze zwischen dem Dombereich 4 und dem zylindrischen Gasabgabebereich 5 ausgebildet. Der Fortsatz 20 des Verstärkungskragens 18 wird mit der äußeren Peripherie des Dombereichs 4 durch Schrumpfmontage integral aufgebracht, wobei der Vorsprung 21 in die Montageaussparung des Dombereiches 4 eingesetzt wird. Obwohl dies nicht gezeigt wird, wird der andere Verstärkungskragen 18 analog auf der entgegengesetzten Seite auf den zylindrischen Bereich 13 des Dombereiches 12 aufgesetzt. Die anderen Strukturen sind die gleichen wie bei der ersten Ausführungsform. Demzufolge werden die gleichen Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und es erfolgt keine detaillierte Beschreibung derselben.
  • Entsprechend können nach der zweiten Ausführungsform die gleichen Wirkungen wie bei der ersten Ausführungsform erreicht werden.
  • Zusätzlich werden bei der zweiten Ausführungsform die auf dem Fortsatz 20 der Verstärkungskragen 18 ausgebildeten ringförmigen Vorsprünge 21, die sich ausgehend davon erstrecken, in die entsprechenden Montageaussparungen der Dombereich 4 und 12 eingesetzt, welche in Umfangsrichtung auf der Außenseite des Liners 2 in der Nähe der Grenzen zwischen dem Dombereich 4 und dem zylindrischen Gasabgabebereich 5 und zwischen dem Dombereich 12 und dem zylindrischen Bereich 13 ausgebildet und durch Schrumpfmontage mit den Dombereichen 4 und 12 integral verbunden. Demzufolge können die Verstärkungskragen 18 zuverlässig auf den Liner 2 montiert werden. Des weiteren erhöht die Bereitstellung des Vorsprungs 21 die Dicke eines entsprechenden Teils des Verstärkungskragens 18, und die Festigkeit kann entsprechend verbessert werden.
  • Bei den genannten ersten und zweiten Ausführungsformen wird ein hohler Zylinder, dessen beide Enden offen sind, als das kurze hohle zylindrische Werkstück B dargestellt, das für Fliessformen vorgesehen ist. Das kurze hohle zylindrische Werkstück B kann jedoch ein am Ende geschlossenes zylindrisches Werkstück sein.

Claims (8)

  1. Hochdrucktank, welcher hochfeste Fasern verwendet, dadurch gekennzeichnet, daß er einen zylindrischen Metalliner und eine Verstärkungsfaserschicht umfaßt, welche die äußere Peripherie des Liners abdeckt, wobei die Verstärkungsfaserschicht umfaßt: eine innere Faserschicht, die aus hochfesten Fasern mit einem Young-Modul von 300 GPa oder mehr und eine Zugfestigkeit von 3 GPa und mehr hergestellt und mit einem wärmehärtenden Harz imprägniert und ausgehärtet wird, und eine äußere Faserschicht, die aus Fasern mit einer Bruchdehnung von 2 % hergestellt und mit einem wärmehärtenden Harz imprägniert und ausgehärtet wird.
  2. Hochdrucktank, welcher hochfeste Fasern verwendet, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Faserschicht eine Verbindung einer ringförmig gewickelten Faserschicht und einer wendelförmig gewickelten Faserschicht ist, und die äußere Faserschicht eine mit hohem Winkel wendelförmig gewickelte Faserschicht ist.
  3. Hochdrucktank, welcher hochfeste Fasern verwendet, nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Verstärkungsfaserschicht bildenden Faserschichten jeweils so strukturiert sind, daß ein Faserband, welches dadurch erhalten wird, daß die Fasern zu einem flachen Profil zusammengefaßt werden und die Fasern mit einem wärmehärtenden Harz imprägniert werden, in einem Prepregzustand auf den Liner aufgewickelt wird und das wärmehärtende Harz ausgehärtet wird.
  4. Hochdrucktank, welcher hochfeste Fasern verwendet, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Liner so strukturiert ist, daß ein kurzes hohlen zylindrisches Metallwerkstück plastisch verformt wird, um einen zylindrischen Gasabgabebereich von einem Ende eines zylindrischen mittleren Bereiches durch einen Dombereich auskragen zu lassen, und die Dicke des zylindrischen Gasabgabebereiches so ausgewählt wird, daß sie drei- oder mehrfach größer ist als diejenige des mittleren Bereiches, und der Dombereich in der Dicke von derjenigen des mittleren Bereiches auf diejenige des zylindrischen Gasabgabebereiches graduell erhöht wird, indem ausgehend vom mittleren Bereich zum zylindrischen Gasabgabebereich vorgegangen wird.
  5. Hochdrucktank, welcher hochfeste Fasern verwendet, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zylindrischer Metallverstärkungskragen auf die Außenseite des Liners über seine Bereiche von dem zylindrischen Gasabgabebereich zum Dombereich aufgesetzt wird.
  6. Hochdrucktank, welcher hochfeste Fasern verwendet, nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkungskragen einen zylindrischen Teil, welcher auf den zylindrischen Gasabgabebereich aufgesetzt wird, sowie einen Fortsatz aufweist, der sich von einem Ende des zylindrischen Teils aus nach außen erstreckt und die Rückseite des Fortsatzes mit einem ringförmigen Vorsprung ausgebildet wird, der davon auskragt, und ein Teil des Äußeren des Liners in der Nähe der Grenze zwischen dem Dombereich und dem zylindrischen Gasabgabebereich in Umfangsrichtung mit einer ringförmigen Montageaussparung versehen wird, in die der Vorsprung eingepaßt wird, wobei der Verstärkungskragen auf das Äußere des Liners über seine Bereiche vom zylindrischen Gasabgabebereich bis zum Dombereich aufgesetzt wird.
  7. Verfahren zur Herstellung eines Hochdrucktanks, welcher hochfeste Fasern verwendet, dadurch gekennzeichnet daß es umfaßt: Aufwickeln auf die äußere Peripherie eines zylindrischen Metalliners eines Faserbandes im Prepregzustand, das dadurch erhalten wurde, daß hochfeste Fasern mit einem Young-Modul von 300 GPa oder mehr und einer Zugfestigkeit von 3 GPa oder mehr zu einem flachen Profil zusammengefaßt werden und die Fasern mit einem wärmehärtenden Harz imprägniert werden, um dadurch eine innere Faserschicht zu bilden; Aufwickeln auf die äußere Peripherie der inneren Faserschicht eines Faserbandes im Prepregzustand, das dadurch erhalten wurde, daß Fasern mit einer Bruchdehnung von 2 % oder mehr zu einem flachen Profil zusammengefaßt werden und die Fasern mit einem wärmehärtenden Harz imprägniert werden, um dadurch eine äußere Faserschicht zu bilden, und Abdecken der äußeren Peripherie des Liners mit einer Verstärkungsfaserschicht, die durch die äußere Faserschicht und die innere Faserschicht gebildet wird, und anschließende Eingabe des mit der Verstärkungsfaserschicht abgedeckten Liners in eine Trockenkammer und Erhitzen des Liners zur Aushärtung des in die Verstärkungsfaserschicht eindringenden wärmehärtenden Harzes.
  8. Verfahren zur Herstellung eines Hochdrucktanks, welcher hochfeste Fasern verwendet, nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der in die Trockenkammer eingegebene Liner sowohl von innen als auch von außen erhitzt wird.
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