DE10345159A1 - High pressure tank for storing hydrogen in motor vehicle, has inner, middle and outer fiber layers made by thermosetting resin impregnated fibers with specific elongation amount and Young's modulus - Google Patents

High pressure tank for storing hydrogen in motor vehicle, has inner, middle and outer fiber layers made by thermosetting resin impregnated fibers with specific elongation amount and Young's modulus Download PDF

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Abstract

The inner, middle and outer fiber layers (24,25,26) made by hoop, helical and large angle helical winding of thermosetting resin impregnated fibers whose respective elongation amount and Young's modulus, are 0.7% or more, 1.5-2% and 2% or more, and 350 GPa or more, 280-350 GPa and 230-280 GPa. The inner and outer layers are made of highly rigid fiber and reinforcement fiber, respectively. An independent claim is also included for high pressure tank manufacturing method.

Description

Allgemeiner Stand der Technikgeneral State of the art

(1) Bereich der Erfindung(1) Field of the invention

Diese Erfindung betrifft einen Hochdrucktank, der hochsteife Fasern verwendet, und anwendbar für einen Automobilkraftstofftank für Wasserstoff oder Ähnliches ist, und betrifft ein Verfahren zum Herstellen desselben.These This invention relates to a high pressure tank using high stiffness fibers and applicable for an automobile fuel tank for Hydrogen or the like is, and relates to a method for producing the same.

(2) Beschreibung der verwandten Technik(2) description of the related technology

Diese Art von Hochdrucktank wird konstruiert, indem der Außenumfang einer Einlage, hergestellt aus Metall wie z. B. einer Aluminiumlegierung, mit einer verstärkenden Faserschicht, hergestellt aus Kohlefaser oder Ähnlichem, bedeckt wird. Die verstärkende Faserschicht wird gebildet, indem auf den Außenumfang der Einlage Fasern wie z. B. Kohlefasern, die mit einem aushärtenden Harz wie z. B. Epoxidharz imprägniert sind, durch ein Präzisionswickelverfahren gewickelt werden und das aushärtende Harz ausgehärtet wird (siehe zum Beispiel Patentdokument 1).
[Patentdokument 1]
Ungeprüfte Japanische Patentanmeldung Nr. 10-292899 (Seite 3 und 1 und 4)This type of high-pressure tank is constructed by the outer circumference of a liner made of metal such. As an aluminum alloy, with a reinforcing fiber layer, made of carbon fiber or the like, is covered. The reinforcing fiber layer is formed by fibers on the outer periphery of the insert such. As carbon fibers, with a thermosetting resin such. Epoxy resin, are wound by a precision winding method, and the thermosetting resin is cured (see, for example, Patent Document 1).
[Patent Document 1]
Unexamined Japanese Patent Application No. 10-292899 (page 3 and FIG 1 and 4 )

Der obige Hochdrucktank in Patentdokument 1, der zwar als Hochdrucktank bezeichnet wird, gehört eigentlich zu einer Kategorie von Gasfülldrücken in der Größenordnung von höchstens 20 MP. Wenn dieser Tank zum Beispiel als Wasserstofftank in einem Auto angewendet wird, erreicht die Kilometerzahl, die ein Auto, das diesen Tank verwendet, mit einer einzigen Gasfüllung zurück legen kann, kein praktisches Niveau. Der Referenz halber, als der Hochdrucktank mit einem Fassungsvermögen von 100 Liter mit Wasserstoffgas bei 25 MPa gefüllt wurde, erreichte die zurückgelegte Kilometerzahl nur ca. 180 km, weit entfernt von den 500 km, die das praktische Niveau sind.Of the above high-pressure tank in Patent Document 1, although as a high-pressure tank is called, actually belongs to a category of gas filling pressures in of the order of magnitude from at most 20 MP. If this tank, for example, as a hydrogen tank in one Car is applied, the mileage that a car reaches that using this tank, with a single gas filling can put back, no practical Level. For the sake of reference, as the high pressure tank with a capacity of 100 liters was filled with hydrogen gas at 25 MPa, reached the distance Mileage only about 180 km, far from the 500 km, the the practical level are.

Um die Kilometerzahl, die mit einer einzigen Gasfüllung zurückgelegt werden kann, zu erhöhen, ist es notwendig, die Tankkapazität zu erhöhen oder den Gasfülldruck zu erhöhen.Around is to increase the mileage that can be covered with a single gas filling is it necessary, the tank capacity to increase or the gas filling pressure to increase.

Wenn die Tankkapazität erhöht wird, erhöht sich jedoch das Gesamtgewicht des Autos nachteilig, und der Bereich, der von dem Tank belegt wird, vergrößert sich ebenfalls, was ungeeignet für Autos ist, die nur einen begrenzten Einbauplatz zur Verfügung haben.If the tank capacity elevated will be raised However, the total weight of the car is detrimental, and the area which is occupied by the tank, also increases, which is unsuitable for cars is that have only a limited space available.

Um andererseits den Gasfülldruck zu erhöhen, muss die Dicke der Einlage, die den Tankkörper bildet, erhöht werden. Auch in diesem Fall erhöht sich das Gesamtgewicht des Autos nachteilig.Around on the other hand, the gas filling pressure to increase, it is necessary to increase the thickness of the insert forming the shell. Also increased in this case the total weight of the car is detrimental.

Kurzdarstellung der ErfindungSummary the invention

Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der vorgenannten Punkte gemacht, und es ist deshalb ihre Aufgabe, einen Hochdrucktank von leichtem Gewicht und mit hervorragendem Druckwiderstand zu entwickeln.The The present invention has been made in view of the aforementioned points and it is therefore their job to have a high pressure tank of Light weight and with excellent pressure resistance to develop.

Um diese Aufgabe zu erfüllen, ist die vorliegende Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass eine verstärkende Faserschicht zum Bedecken des Außenumfangs einer Einlage verstärkt wird.Around to fulfill this task the present invention is characterized in that a reinforcing Fiber layer is reinforced to cover the outer periphery of a liner.

Spezieller richtet sich die vorliegende Erfindung auf einen Hochdrucktank, der hochsteife Fasern zum Verstärken einer Faserschicht verwendet, und ein Verfahren zum Herstellen desselben, und die folgenden Lösungen sind darin aufgenommen.special The present invention is directed to a high-pressure tank, the highly rigid fibers to reinforce a fibrous layer, and a method of making the same, and the following solutions are included in it.

Um spezifischer zu sein, betreffen die erfinderischen Lösungen der Ansprüche 1 bis 5 den Letzteren, d. h., einen Hochdrucktank, der hochsteife Fasern verwendet.Around To be more specific, the innovative solutions of the claims 1 to 5 the latter, d. h., a high-pressure tank that is highly rigid Fibers used.

Unter diesen Lösungen ist die erfinderische Lösung von Anspruch 1 ein Hochdrucktank, umfassend eine zylindrische Metalleinlage und eine verstärkende Faserschicht, die den Außenumfang der Einlage bedeckt, und ist dadurch gekennzeichnet, dass die verstärkende Faserschicht umfasst: eine innere Faserschicht, gebildet durch Bandwickeln von hochsteifen Fasern, die einen Elastizitätsmodul von 350 GPa oder mehr und eine Dehnung von 0,7 oder mehr am Bruch haben und die mit einem aushärtenden Harz imprägniert und ausgehärtet sind; eine Zwischenfaserschicht, gebildet durch Spiralwickeln von Fasern, die einen Elastizitätsmodul von nicht weniger als 280 GPa aber weniger als 350 GPa und eine Dehnung von nicht weniger als 1,5 % aber weniger als 2 % am Bruch haben und die mit einem aushärtenden Harz imprägniert und ausgehärtet sind; und eine äußere Faserschicht, gebildet durch Steilspiralwickeln von Fasern, die einen Elastizitätsmodul von nicht weniger als 230 GPa aber weniger als 280 GPa und eine Dehnung von 2 % oder mehr am Bruch haben, so dass der Winkel der Fasern in der äußeren Faserschicht in Bezug auf die Mittellinie der Einlage größer wird als derjenige der Fasern in der Zwischenfaserschicht und die mit einem aushärtenden Harz imprägniert und ausgehärtet sind.Among these solutions, the inventive solution of claim 1 is a high pressure tank comprising a cylindrical metal insert and a reinforcing fibrous layer covering the outer periphery of the insert; and characterized in that the reinforcing fibrous layer comprises: an inner fibrous layer formed by tape winding of high-stiffness fibers having a Young's modulus of 350 GPa or more and an elongation of 0 , 7 or more at break and which are impregnated with a hardening resin and cured; an intermediate fiber layer formed by spirally winding fibers having a modulus of elasticity of not less than 280 GPa but less than 350 GPa and an elongation of not less than 1.5% but less than 2% of the fracture and impregnated with a thermosetting resin and cured; and an outer fibrous layer formed by helically winding fibers having a Young's modulus of not less than 230 GPa but less than 280 GPa and an elongation of 2% or more at break, so that the angle of the fibers in the outer fibrous layer with respect to the center line of the insert becomes larger than that of the fibers in the intermediate fiber layer and which are impregnated and cured with a thermosetting resin.

Mit der obigen Struktur, nach der erfinderischen Lösung von Anspruch 1, ist es schwierig, die bandgewickelte innere Faserschicht, hergestellt aus hochsteifen Fasern, die einen Elastizitätsmodul von 350 GPa oder mehr und eine Dehnung von 0,7 % oder mehr am Bruch haben, zu dehnen, auch wenn ein hoher Druck von 35 bis 75 MPa auf die Einlage ausgeübt wird. Deshalb kann die innere Faserschicht, hergestellt aus den hochsteifen Fasern, einer Zugspannung, die an der Einlage in radialer Richtung infolge eines Gasfülldrucks wirkt, ausreichend widerstehen, um die Dauerfestigkeit der Einlage zu verbessern. Während diese weniger dehnbaren hochsteifen Fasern eine schlechte Stoßfestigkeit haben, kann die steilspiralgewickelte äußere Faserschicht, die sich außerhalb der inneren Faserschicht befindet und aus Fasern hergestellt ist, die einen Elastizitätsmodul von nicht weniger als 230 GPa aber weniger als 280 GPa und eine Dehnung von 2,0 % oder mehr am Bruch haben, die Stoßfestigkeit sicherstellen. Weiterhin verbessert die spiralgewickelte Zwischenfaserschicht, hergestellt aus Fasern, die einen Elastizitätsmodul von nicht weniger als 280 GPa aber weniger als 350 GPa und eine Dehnung von nicht weniger als 1,5 % aber weniger als 2 % am Bruch haben, die Dehngrenze der Einlage in Richtung ihrer Mittellinie. Zusätzlich muss die spiralgewickelte Zwischenfaserschicht nur halb so viel Belastung aushalten wie die bandgewickelte innere Faserschicht und braucht deshalb keine sehr hohe Steifigkeit aufzuweisen. Ihre Steifigkeit ist also zwischen denjenigen der inneren Faserschicht und der äußeren Faserschicht im Hinblick auf Wickelbarkeit und Kosten angesiedelt. Deshalb braucht die Dicke der Zwischenfaserschicht nicht unnötig erhöht zu werden. Infolgedessen kann ein Hochdrucktank von kleiner Größe, leichtem Gewicht und hervorragendem Druckwiderstand geschaffen werden, der mit einem Hochdruckgas von 35 bis 75 MPa gefüllt werden kann, auch wenn seine Tankkapazität gering ist und die Einlage eine geringe Dicke hat.With The above structure, according to the inventive solution of claim 1, is difficult, the band-wound inner fiber layer, made from highly rigid fibers having a modulus of elasticity of 350 GPa or more and have an elongation of 0.7% or more at break, to stretch, even if a high pressure of 35 to 75 MPa is applied to the insert. Therefore, the inner fiber layer made of the highly rigid Fibers, a tensile stress on the insert in the radial direction due to a gas filling pressure, Resist sufficiently to improve the fatigue strength of the insert. While these less stretchy, highly stiff fibers have poor impact resistance can have the spiral-wound outer fiber layer, which is outside the inner fiber layer is made of fibers, which has a modulus of elasticity not less than 230 GPa but less than 280 GPa and one Elongation of 2.0% or more at break, the impact resistance to ensure. Furthermore, the spiral-wound intermediate fiber layer improves made of fibers having a modulus of elasticity of not less than 280 GPa but less than 350 GPa and an elongation of not less than 1.5% but less than 2% of the fraction, the yield strength of the Insert towards its midline. In addition, the spiral-wound intermediate fiber layer must can withstand only half as much stress as the band-wound inner Fiber layer and therefore does not need to have a very high rigidity. Their rigidity is thus between those of the inner fiber layer and the outer fiber layer settled in terms of windability and costs. Therefore needs the thickness of the intermediate fiber layer is not increased unnecessarily. Consequently can be a high pressure tank of small size, light weight and outstanding Pressure resistance to be created with a high-pressure gas of 35 to 75 MPa filled can be, even if its tank capacity is low and the deposit has a small thickness.

Die erfinderische Lösung von Anspruch 2 ist dadurch gekennzeichnet, dass in der erfinderischen Lösung von Anspruch 1 die Faserschichten, die die verstärkende Faserschicht bilden, jeweils so strukturiert sind, dass ein Faserband, das entsteht, indem die Fasern zu einem flachen Profil gesammelt werden und die Fasern mit aushärtendem Harz imprägniert werden, in einem Prepreg-Zustand auf die Einlage gewickelt wird und das aushärtende Harz ausgehärtet wird.The inventive solution of claim 2 is characterized in that in the inventive solution of claim 1 the fibrous layers forming the reinforcing fiber layer, are each structured such that a sliver that arises, by collecting the fibers to a flat profile and the Fibers with hardening Resin impregnated be in a prepreg state is wound on the insert and the hardening resin is cured.

Da die hochsteifen Fasern normalerweise hart sind, rutschen diejenigen in Form eines Seils leichter und lassen sich schwierig auf die Einlage wickeln, und verursachen dadurch Schlupf, der es wiederum schwierig macht, eine Zugspannung, die auf die Einlage wirkt, gleichmäßig auf alle Fasern zu verteilen. Mit der obigen Struktur, nach der erfinderischen Lösung von Anspruch 2, werden die hochsteifen Fasern besonders in Form eines flachen Bandes verwendet. Deshalb können die Fasern leicht an die Einlage angepasst werden, können ohne Schlupf auf die Einlage gewickelt werden, und können die oben genannte Zugspannung gleichmäßig auf alle Fasern verteilen, wodurch leicht eine verbesserte Dauerfestigkeit der Einlage geschaffen werden kann.There the highly stiff fibers are usually hard, those slip in the form of a rope easier and can be difficult on the deposit wrap, thereby causing slippage, which in turn makes it difficult makes a tension that acts on the insert evenly to distribute all the fibers. With the above structure, according to the inventive solution of claim 2, the high-stiffness fibers are particularly in the form of a flat ribbon used. Therefore, the fibers can easily adhere to the Deposit can be adjusted without Slip can be wound on the insert, and can provide the above tension evenly on all Distributing fibers, which easily improved fatigue strength the deposit can be created.

Die erfinderische Lösung von Anspruch 3 ist dadurch gekennzeichnet, dass in der erfinderischen Lösung von Anspruch 1 die Einlage so strukturiert ist, dass ein kurzer, hohler Rohling aus Metall plastisch deformiert wird, so dass ein zylindrisches Gasentladesegment von einem Ende eines zylindrischen Mittelsegments durch ein Kuppelsegment herausragt und die Dicke des zylindrischen Gasentladesegments so gewählt wird, dass die drei- oder mehrfach größer ist als die des Mittelsegments, und das Kuppelsegment allmählich in der Dicke von der des Mittelsegments zu der des zylindrischen Gasentladesegments hin erhöht wird, indem vom Mittelsegment zum zylindrischen Gasentladesegment fortgeschritten wird.The inventive solution of claim 3 is characterized in that in the inventive solution of claim 1, the insert is structured such that a short, hollow blank made of metal is plastically deformed, leaving a cylindrical gas discharge segment from one end of a cylindrical Middle segment protrudes through a dome segment and the thickness of the cylindrical Gasentladesegments is selected so that the three- or several times larger as the middle segment, and the dome segment gradually into the thickness of that of the middle segment to that of the cylindrical gas discharge segment increased is, by the middle segment to the cylindrical gas discharge segment is advanced.

Mit der obigen Struktur, nach der erfinderischen Lösung von Anspruch 3, wird die Dicke des zylindrischen Gasentladesegments als drei- oder mehrfach größer als die des Mittelsegments gewählt, und das zylindrische Gasentladesegment setzt sich weiter zum Mittelsegment über das Kuppelsegment hin fort und reduziert allmählich seine Dicke. Dies stellt die Festigkeiten des zylindrischen Gasentladesegments und des Kuppelsegments sicher und schafft dadurch einen Hochdrucktank, der in der Lage ist, hohen Drücken von 35 bis 75 MPa ausreichend zu widerstehen, in Kombination mit verbesserter Dauerfestigkeit und sichergestellter Stoßfestigkeit der Einlage dank der oben beschriebenen verstärkenden Faserschicht. Außerdem, auch wenn die Dicke des Mittelsegments gering ist, ist die Festigkeit der Einlage sichergestellt, indem die Dicken des zylindrischen Gasentladesegments und des Kuppelsegments erhöht werden. Deshalb kann das Gesamtgewicht des Hochdrucktanks durch Reduzieren der Dicke des Mittelsegments reduziert werden, und Materialkosten werden gespart.With the above structure, according to the inventive solution of claim 3, the thickness of the cylindrical gas discharge segment is selected to be three or more times greater than that of the middle segment, and the cylindrical gas discharge segment continues to the middle segment across the dome segment and gradually reduces its thickness , This represents the strengths of the cylindrical gas discharge segment and the Kup pelsegment thereby creating a high pressure tank capable of sufficiently withstanding high pressures of 35 to 75 MPa, in combination with improved fatigue resistance and assured impact resistance of the liner thanks to the reinforcing fiber layer described above. In addition, even if the thickness of the center segment is small, the strength of the liner is ensured by increasing the thicknesses of the cylindrical gas discharge segment and the dome segment. Therefore, by reducing the thickness of the center segment, the total weight of the high-pressure tank can be reduced and material costs are saved.

Die erfinderische Lösung von Anspruch 4 ist dadurch gekennzeichnet, dass in der erfinderischen Lösung von Anspruch 3 ein zylindrischer verstärkender Metallkragen auf der Außenseite der Einlage über deren Flächen von dem zylindrischen Gasentladesegment bis zum Kuppelsegment angebracht wird.The inventive solution of claim 4 is characterized in that in the inventive solution of claim 3, a cylindrical reinforcing metal collar on the outside the deposit over their surfaces from the cylindrical gas discharge segment to the dome segment becomes.

Mit der obigen Struktur, nach der erfinderischen Lösung von Anspruch 4, können die tatsächlichen Dicken des zylindrischen Gasentladesegments und des benachbarten Kuppelsegments, auf denen sich wahrscheinlich die Belastung konzentriert, um die Dicke des Verstärkungskragens erhöht werden können, wodurch die Festigkeiten dieser Segmente noch weiter sichergestellt sind. Demgemäß kann ein Hochdrucktank geschaffen werden, der in der Lage ist, hohen Drücken von 35 bis 75 MPa weiter zu widerstehen. Da der Verstärkungskragen nicht auf dem gesamten Tankkörper angebracht ist sondern teilweise auf dem Kuppelsegment und dem zylindrischen Gasentladesegment, auf denen sich wahrscheinlich die Belastung konzentriert, wird darüber hinaus eine hohe Zunahme des Gewichts des Hochdrucktanks vermieden, um dadurch sein leichtes Gewicht beizubehalten und vereinfachte Herstellung und reduzierte Kosten zu bieten.With the above structure, according to the inventive solution of claim 4, the actual Thicknesses of the cylindrical Gasentladesegments and the adjacent Dome segments, which are likely to concentrate stress, around the thickness of the reinforcing collar elevated can be whereby the strength of these segments even further ensured are. Accordingly, a High-pressure tank can be created, which is able to withstand high pressures 35 to 75 MPa to resist further. Because the reinforcing collar not on the entire tank body is attached but partially on the dome segment and the cylindrical Gas unloading segment, on which the load is likely to concentrate about that In addition, a high increase in the weight of the high-pressure tank avoided thereby maintaining its light weight and simplified Production and reduced costs.

Die erfinderische Lösung von Anspruch 5 ist dadurch gekennzeichnet, dass in der erfinderischen Lösung von Anspruch 4 der Verstärkungskragen ein zylindrisches Teil umfasst, das auf dem zylindrischen Gasentladesegment angebracht wird, und eine Verlängerung, die sich nach außen von einem Ende des zylindrischen Teils erstreckt, und die Rückseite der Verlängerung mit einer Ringwulst, die davon hervorsteht, gebildet wird, und ein Teil des Äußeren der Einlage in der Nähe der Begrenzung zwischen dem Kuppelsegment und dem zylindrischen Gasentladesegment auf dem Umfang mit einer ringförmigen Einpassvertiefung gebildet ist, in die die Wulst eingepasst wird, mit dem Verstärkungskragen auf der Außenseite der Einlage über ihre Bereiche vom zylindrischen Gasentladesegment bis zum Kuppelsegment geschoben.The inventive solution of claim 5 is characterized in that in the inventive solution of claim 4 of the reinforcing collar a cylindrical part comprising, on the cylindrical gas discharge segment is attached, and an extension, which are outward extends from one end of the cylindrical part, and the back the extension with an annular bead protruding from it, and a Part of the exterior of the Deposit nearby the boundary between the dome segment and the cylindrical Gas discharge segment formed on the circumference with an annular fitting recess is, in which the bead is fitted, with the reinforcing collar on the outside the deposit over their areas from the cylindrical gas discharge segment to the dome segment pushed.

Mit der obigen Struktur, nach der erfinderischen Lösung von Anspruch 5, wird die Wulst des Verstärkungskragens in die Einpassvertiefung der Einlage eingepasst, wodurch das Eingreifen zwischen dem Verstärkungskragen und der Einlage sichergestellt ist. Weiterhin erhöht die Bereitstellung der Wulst die Dicke eines entsprechenden Abschnitts des Verstärkungskragens, und die Festigkeit kann dementsprechend erhöht werden.With the above structure, according to the inventive solution of claim 5, the Bead of the reinforcing collar fitted into the fitting recess of the insert, thereby interfering between the reinforcing collar and the deposit is ensured. Further, the deployment increases the bead the thickness of a corresponding portion of the reinforcing collar, and the strength can be increased accordingly.

Die erfinderische Lösung von Anspruch 6 und 7 betrifft das Letztere, d. h., ein Verfahren zum Herstellen eines Hochdrucktanks unter Verwendung von hochsteifen Fasern.The inventive solution of claims 6 and 7 relates to the latter, d. h., a procedure for producing a high pressure tank using high stiffness Fibers.

Unter diesen Lösungen ist die erfinderische Lösung von Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass sie umfasst: Bandwickeln, auf dem Außenumfang einer zylindrischen Metalleinlage, eines Faserbandes im Prepreg-Zustand, erhalten durch Sammeln von hochsteifen Fasern mit einem Elastizitätsmodul von 350 GPa oder mehr und einer Dehnung von 0,7 % oder mehr am Bruch zu einem flachen Profil und Imprägnieren der Fasern mit einem aushärtenden Harz, um dadurch eine innere Faserschicht zu bilden; Spiralwickeln, auf dem Außenumfang der inneren Faserschicht, eines Faserbandes im Prepreg-Zustand, erhalten durch Sammeln von hochsteifen Fasern mit einem Elastizitätsmodul von nicht weniger als 280 GPa aber weniger als 350 GPa und einer Dehnung von nicht weniger als 1,5 % aber weniger als 2,0 % am Bruch zu einem flachen Profil und Imprägnieren der Fasern mit einem aushärtenden Harz, um dadurch eine Zwischenfaserschicht zu bilden; Steilspiralwickeln, auf dem Außenumfang der Zwischenfaserschicht, eines Faserbandes im Prepreg-Zustand, erhalten durch Sammeln von Fasern mit einem Elastizitätsmodul von nicht weniger als 230 GPa aber weniger als 280 GPa und einer Dehnung von 2,0 % oder mehr am Bruch zu einem flachen Profil und Imprägnieren der Fasern mit einem aushärtenden Harz, so dass der Winkel der Fasern in Bezug auf die Mittellinie der Einlage größer wird als derjenige der Fasern in der Zwischenfaserschicht, um dadurch eine äußere Faserschicht zu bilden, Bedecken des Außenumfangs der Einlage mit einer verstärkenden Faserschicht, zusammengesetzt aus der inneren Faserschicht, der Zwischenfaserschicht und der äußeren Faserschicht; und anschließendes Laden der Einlage, die mit der verstärkenden Faserschicht bedeckt ist, in eine Trockenkammer und Erwärmen der Einlage zum Aushärten des aushärtenden Harzes, das die verstärkende Faserschicht durchdringt.Under these solutions is the innovative solution of claim 6, characterized by comprising: tape winding, on the outer circumference a cylindrical metal insert, a sliver in the prepreg state, obtained by collecting highly stiff fibers having a modulus of elasticity of 350 GPa or more and an elongation of 0.7% or more at break to a flat profile and impregnation the fibers with a hardening Resin, thereby forming an inner fibrous layer; Spiral Wrap, on the outer circumference the inner fiber layer, a sliver in the prepreg state, obtained by collecting highly stiff fibers having a modulus of elasticity not less than 280 GPa but less than 350 GPa and one Elongation of not less than 1.5% but less than 2.0% of the fracture to a flat profile and impregnation the fibers with a hardening Resin, thereby forming an intermediate fiber layer; Steep spiral wrap, on the outer circumference of the Intermediate fiber layer, a sliver in the prepreg state obtained by collecting fibers having a modulus of elasticity of not less than 230 GPa but less than 280 GPa and an elongation of 2.0% or more at break to a flat profile and impregnating the fibers with one curing Resin, so the angle of the fibers with respect to the center line the deposit gets bigger as that of the fibers in the intermediate fiber layer to thereby an outer fiber layer to form, covering the outer circumference the insert with a reinforcing Fiber layer composed of the inner fiber layer, the Intermediate fiber layer and the outer fiber layer; and then loading the deposit with the reinforcing Fibrous layer is covered in a drying chamber and heating the Insert for curing of the hardening Resin that reinforcing Fiber layer penetrates.

Mit der obigen Struktur, nach der erfinderischen Lösung von Anspruch 7, werden Fasern in Form eines Bandes gesammelt und in dieser Form auf die Einlage gewickelt. Deshalb kann das Wickelverfahren vereinfacht werden. Wenn Fasern in einem Nassverfahren auf den Außenumfang der Einlage gewickelt werden, kann ein flüssiges aushärtendes Harz auf den Arbeitsplatz tropfen und die Arbeitsumgebung verunreinigen. In dieser Erfindung wird jedoch ein Faserband im Prepreg-Zustand (B-Zustand), ausgehärtet bis zu einem gewissen Grad, mit einem aushärtenden Harz auf die Einlage gewickelt. Darum verhindert die erfinderische Methode ein Verunreinigen der Arbeitsumgebung, da ein aushärtendes Harz nicht auf den Arbeitsplatz tropft.With the above structure, according to the inventive solution of claim 7, fibers in the form of a Bandes collected and wrapped in this form on the insert. Therefore, the winding process can be simplified. When fibers are wrapped in a wet process on the outer circumference of the liner, a liquid hardening resin may drip onto the workplace and contaminate the work environment. However, in this invention, a sliver in the prepreg state (B state), cured to a certain degree, is wound on the insert with a thermosetting resin. Therefore, the inventive method prevents contamination of the working environment because a hardening resin does not drip onto the workstation.

Die erfinderische Lösung von Anspruch 7 ist dadurch gekennzeichnet, dass in der erfinderischen Lösung von Anspruch 6 die Einlage, die in die Trockenkammer geladen ist, sowohl intern als auch extern erwärmt wird.The inventive solution of claim 7 is characterized in that in the inventive solution of claim 6 the insert loaded in the drying chamber is heated both internally and externally.

Wenn das aushärtende Harz in der verstärkenden Faserschicht nur von der Außenseite der Einlage her erwärmt wird, härtet das aushärtende Harz allmählich von seiner Außenseite zu seiner Innenseite hin aus und schrumpft beim Aushärten, Zu diesem Zeitpunkt erhält ein innerer ungehärteter Abschnitt des Harzes eine Druckkraft von einem äußeren gehärteten Abschnitt davon, um eine Verzerrung in den Fasern, die von dem inneren ungehärteten Harz umgeben sind, zu produzieren. Wenn eine solche Verzerrung in den Fasern vorkommt, kann eine Zugspannung, dank eines Gasfülldrucks auf die Einlage wirkt, nicht gleichmäßig auf alle Fasern verteilt werden, was zu vorzeitigem Bruch führt. Mit der obigen Struktur, nach der erfinderischen Lösung von Anspruch 7, beginnt das aushärtende Harz in der verstärkenden Faserschicht erheblich zugleich auf den Innen- und Außenseiten der Schicht zu erhärten. Deshalb kann so weit wie möglich vermieden werden, dass die inneren Fasern eine Verzerrung verursachen, und die Zugspannung kann gleichmäßig auf alle Fasern verteilt werden, um vorzeitigen Bruch zu verhindern.If the hardening Resin in the reinforcing Fiber layer only from the outside the insert heated becomes, hardens the hardening Resin gradually from its outside towards its inside and shrinks when hardened, too receives this date an inner unhardened Section of the resin, a pressing force from an outer hardened portion thereof, to a distortion in the fibers coming from the inner uncured resin are surrounded to produce. If such a distortion in the Fibers can create a tensile stress, thanks to a gas filling pressure acting on the insert, not evenly distributed on all fibers which leads to premature breakage. With the above structure, after the inventive solution of Claim 7, begins the curing Resin in the reinforcing Fiber layer considerably at the same time on the inner and outer sides to harden the layer. Therefore, as far as possible avoid causing the inner fibers to distort, and the tension can be even on all fibers are distributed to prevent premature breakage.

Kurzdarstellung der ZeichnungenSummary the drawings

1 ist eine Querschnittansicht, die in einer Vergrößerung ein zylindrisches Gasentladesegment eines Hochdrucktanks, der hochsteife Fasern nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet, zeigt. 1 Fig. 12 is a cross-sectional view showing in enlargement a cylindrical gas discharge segment of a high-pressure tank using high-stiffness fibers according to a first embodiment of the present invention.

2 ist eine Querschnittansicht des gesamten Hochdrucktanks unter Verwendung hochsteifer Fasern nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2 Fig. 10 is a cross-sectional view of the entire high-pressure tank using high-strength fibers according to the first embodiment of the present invention.

3 zeigt Verfahrensschritte zum Herstellen des Hochdrucktanks unter Verwendung hochsteifer Faser nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 3 shows process steps for manufacturing the high-pressure tank using high-strength fiber according to the first embodiment of the present invention.

4 ist eine entsprechende Ansicht von 1 und zeigt einen Hochdrucktank unter Verwendung hochsteifer Fasern nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 4 is a corresponding view of 1 and shows a high-pressure tank using high-strength fibers according to a second embodiment of the present invention.

Beschreibung der bevorzugten AusführungsformenDescription of the preferred embodiments

Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Verweis auf die Zeichnungen beschrieben.in the Following are embodiments of the present invention with reference to the drawings.

Ausführungsform 1Embodiment 1

1 und 2 zeigen einen Hochdrucktank unter Verwendung hochsteifer Faser nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Hochdrucktank 1 umfasst eine Einlage 2, die ein Tankkörper ist, in den Hochdruckgas wie z. B. Wasserstoffgas von 35 bis 75 MPa eingefüllt wird. Die Einlage 2 ist so geformt, dass ein zylindrisches Gasentladesegment 5 von kleinem Durchmesser und kreisförmigem Querschnitt integral von einem Ende eines zylindrischen Mittelsegments 3 von kreisförmigem Querschnitt durch ein Kuppelsegment 4 herausgeragt wird, und so strukturiert ist, dass Hochdruckgas durch das zylindrische Gasentladesegment 5 in den Hochdrucktank 1 (Einlage 2) gefüllt bzw. aus diesem abgelassen werden kann. Das zylindrische Gasentladesegment ist mit einer Gewindeöffnung 6 gebildet, und eine Ventilvorrichtung 7 ist in die Gewindeöffnung eingepasst. Die Ventilvorrichtung 7 ist ein so genanntes In-Tank-Ventil vom Einbautyp, das so strukturiert ist, dass ein Ventilmechanismus 8, der ein Absperrventil und ein Druckreduzierungsventil, die hier nicht gezeigt sind, umfasst, in einer Kapsel 9 untergebracht ist und ein Flansch 10 auf das Öffnungsende des zylindrischen Gasentladesegments 5 aufgesetzt ist, und die Kapsel 9 (Ventilmechanismus 8) im Hochdrucktank 1 untergebracht ist. Zur Außenseite des Hochdrucktanks 1 hin ragt von einer Ventilvorrichtung 7 ein Rohranschlussteil 11 zum Anschließen eines Niederdruckgasrohres an den Hochdrucktank 1. Auf der anderen Seite ist das Mittelsegment 3 ebenfalls am anderen Ende integral mit einem zylindrischen Segment 13 von kleinem Durchmesser und kreisförmigem Querschnitt durch ein Kuppelsegment 12 geformt. Das zylindrische Segment 13 ist ebenfalls mit einer Gewindeöffnung 14 geformt, und ein Blindstopfen 15 um den Tank gegen Lecks von Hochdruckgas abzudichten ist in die Gewindeöffnung 14 eingepasst. Auf diese Weise ist die Einlage 2 intern mit einem geschlossenen hohlen Teil 16 zur Aufnahme von Hochdruckgas geformt. 1 and 2 show a high-pressure tank using high-strength fiber according to a first embodiment of the present invention. The high pressure tank 1 includes a deposit 2 , which is a tank body, in the high pressure gas such. B. hydrogen gas is introduced from 35 to 75 MPa. The deposit 2 is shaped so that a cylindrical gas discharge segment 5 of small diameter and circular cross section integrally from one end of a cylindrical center segment 3 of circular cross-section through a dome segment 4 is distinguished, and is structured so that high-pressure gas through the cylindrical gas discharge segment 5 in the high pressure tank 1 (Inlay 2 ) can be filled or drained from this. The cylindrical gas discharge segment has a threaded opening 6 formed, and a valve device 7 is fitted in the threaded hole. The valve device 7 is a built-in type in-tank valve that is structured to provide a valve mechanism 8th comprising a check valve and a pressure reducing valve, not shown, in a capsule 9 is housed and a flange 10 on the opening end of the cylindrical Gasentladesegments 5 is attached, and the capsule 9 (Valve mechanism 8th ) in the high-pressure tank 1 is housed. To the outside of the high-pressure tank 1 protrudes from a valve device 7 a pipe connection part 11 for connecting a low pressure gas pipe to the high pressure tank 1 , On the other side is the middle segment 3 also at the other end integral with a cylindrical segment 13 of small diameter and circular cross section through a dome segment 12 shaped. The cylindrical segment 13 is also with a threaded hole 14 shaped, and a blind plug 15 To seal the tank from leaks of high pressure gas is in the threaded opening 14 fitted. This is the insole 2 internally with a closed hollow part 16 shaped to receive high pressure gas.

Der Hochdrucktank 1 ist aus Metall wie z. B. einer Aluminiumlegierung, zum Beispiel JIS A 6061 oder JIS A 6062, hergestellt, geformt durch plastisches Deformieren eines kurzen, hohlen zylindrischen Rohlings und Unterziehen einer Wärmebehandlung wie z. B. einer T6-Behandlung nach dem Formen. Die Kuppelsegmente 4 und 12, das zylindrische Gassegment 5 und das zylindrische Segment 13 sind mit Dicken geformt, die drei oder mehrere Male größer sind als das Mittelsegment 3. Insbesondere wird die Dicke der Kuppelsegmente 4 und 12 allmählich von der des Mittelsegments 3 zu denen des zylindrischen Gasentladesegments 5 und des zylindrischen Segments 13 0hin erhöht, in dem vom Mittelsegment 3 zu dem zylindrischen Gasentladesegment 5 und dem zylindrischen Segment 13 gegangen wird, wodurch die Kuppelsegmente 4 und 12, auf denen sich leicht Belastung konzentriert, verstärkt werden.The high pressure tank 1 is made of metal such. Example, an aluminum alloy, for example, JIS A 6061 or JIS A 6062, formed by plastically deforming a short, hollow cylindrical blank and subjecting a heat treatment such. B. T6 treatment after molding. The dome segments 4 and 12 , the cylindrical gas segment 5 and the cylindrical segment 13 are formed with thicknesses three or more times larger than the middle segment 3 , In particular, the thickness of the dome segments 4 and 12 gradually from that of the middle segment 3 to those of the cylindrical gas discharge segment 5 and the cylindrical segment 13 0hin, in the middle segment 3 to the cylindrical gas discharge segment 5 and the cylindrical segment 13 is gone, causing the dome segments 4 and 12 on which stress is concentrated.

Zylindrische Verstärkungskragen 18 aus Metall greifen integral auf die Außenseite der Einlage 2 über ihre Bereiche von dem zylindrischen Gasentladesegment 5 und dem zylindrischen Segment 13 zu den entsprechenden Kuppelabschnitten 4 und 12 durch Schrumpfeinpassung ein. Der Verstärkungskragen 18 setzt sich zusammen aus einem zylindrischen Teil 19 von kreisförmigem Querschnitt mit im Wesentlichen derselben Dicke wie das zylindrische Gasentladesegment 5 und das zylindrische Segment 13, und einer Verlängerung 20, integral geformt an einem Ende des zylindrischen Teils 19, um sich nach außen zu erstrecken. Die Verlängerung 20 wird bei Annähern ihrer Außenkante allmählich in ihrer Dicke reduziert, so dass die Außenkante der Verlängerung 20 nahtlos in eine entsprechende der Außenseiten der Kuppelsegmente 4 und 12 übergeht. Der Verstärkungskragen 18 ist intern mit einer Einpassöffnung 22 geformt, die senkrecht durch das zylindrische Teil 19 und die Verlängerung 20 geht. Der Verstärkungskragen 18 ist aus Metall hergestellt, wie z. B. einer Stahllegierung, zum Beispiel SNCM440, SCM440 oder SKD61, oder aus einer Titanlegierung, geformt durch Schmieden oder Drehen. Materialien für den Verstärkungskragen sind jedoch nicht auf die oben genannten begrenzt sondern müssen nur jene mit einem höheren Festigkeit-Gewicht-Verhältnis als dem von Aluminium sein. Solche Materialien tragen enorm zur Gewichtsreduzierung bei. Weiterhin sind die zylindrischen Teile 19 des Verstärkungskragens 18 integral eingepasst auf das zylindrische Gasentladesegment 5 und das zylindrische Segment 13 der Einlage durch Schrumpfeinpassung mit dem zylindrischen Gasentladesegment 5 und dem zylindrischen Segment 13, eingefügt in die entsprechenden Einpasslöcher 22, und die Verlängerungen 21 des Verstärkungskragens 18 sind integral mit den Außenseiten der Kuppelsegmente 4 und 12 verbunden.Cylindrical reinforcement collar 18 made of metal integrally grip on the outside of the insert 2 over their areas of the cylindrical gas discharge segment 5 and the cylindrical segment 13 to the corresponding dome sections 4 and 12 by shrink fit. The reinforcing collar 18 is composed of a cylindrical part 19 of circular cross-section of substantially the same thickness as the cylindrical gas discharge segment 5 and the cylindrical segment 13 , and an extension 20 integrally formed at one end of the cylindrical part 19 to extend to the outside. The extension 20 is gradually reduced in thickness as it approaches its outer edge, leaving the outer edge of the extension 20 seamlessly into a corresponding one of the outsides of the dome segments 4 and 12 passes. The reinforcing collar 18 is internal with a fitting opening 22 shaped perpendicular to the cylindrical part 19 and the extension 20 goes. The reinforcing collar 18 is made of metal, such as. A steel alloy, for example SNCM440, SCM440 or SKD61, or a titanium alloy formed by forging or turning. However, materials for the reinforcing collar are not limited to those mentioned above but need only be those having a higher strength-to-weight ratio than that of aluminum. Such materials contribute enormously to the weight reduction. Furthermore, the cylindrical parts 19 of the reinforcing collar 18 integral with the cylindrical gas discharge segment 5 and the cylindrical segment 13 the insert by Schrumpfeinpassung with the cylindrical gas discharge segment 5 and the cylindrical segment 13 , inserted in the corresponding fitting holes 22 , and the extensions 21 of the reinforcing collar 18 are integral with the outsides of the dome segments 4 and 12 connected.

Der Außenumfang der Einlage 2 ist mit einer verstärkenden Faserschicht 23 bedeckt. Die verstärkende Faserschicht 23 wird durch Wickeln von Fasern auf den Außenumfang der Einlage 2 gebildet. Die verstärkende Faserschicht 23 setzt sich zusammen aus einer inneren Faserschicht 24, die Kontakt zum Außenumfang des Mittelsegments 3 der Einlage 3 hat und das Mittelsegment 3 bedeckt, einer Zwischenfaserschicht 25, die Kontakt mit dem Außenumfang der inneren Faserschicht 24 und den zylindrischen Teilen 19 hat und fast die gesamte Einlage 2 bedeckt, und einer äußeren Faserschicht 26, die Kontakt mit dem Außenumfang der Zwischenfaserschicht 25 hat und die Einlage 2 vom Mittelsegment 3 bis teilweise zu den Kuppelabschnitten 4 und 12 bedeckt.The outer circumference of the insert 2 is with a reinforcing fiber layer 23 covered. The reinforcing fiber layer 23 is made by winding fibers on the outer circumference of the insert 2 educated. The reinforcing fiber layer 23 is composed of an inner fiber layer 24 that contact the outer circumference of the middle segment 3 the deposit 3 has and the middle segment 3 covered, an intermediate fiber layer 25 in contact with the outer periphery of the inner fibrous layer 24 and the cylindrical parts 19 has and almost the entire deposit 2 covered, and an outer fiber layer 26 in contact with the outer periphery of the intermediate fiber layer 25 has and the deposit 2 from the middle segment 3 partly to the dome sections 4 and 12 covered.

Als ein Merkmal der vorliegenden Erfindung wird die innere Faserschicht 24 gebildet durch Bandwickeln von hochsteifen Fasern, die einen Elastizitätsmodus von 350 GPa oder mehr und eine Dehnung von 0,7 % oder mehr am Bruch haben und mit einem aushärtenden Harz wie z. B. Epoxidharz imprägniert und gehärtet sind. Ein Beispiel der hochsteifen Faser ist die unten beschriebene Kohlefaser, die als Rohmaterial Polyacrylonitril (PAN) verwendet. Diese hochsteife Faser lässt sich schwer dehnen und kann erheblich hohen Drücken widerstehen. Hochleistungs-Kohlefaser Torayca® M46JB, hergestellt durch Toray Elastizitätsmodus: 436 GPa Zugfestigkeit: 4,2 GPa Dehnung am Bruch: 1,0 As a feature of the present invention, the inner fiber layer 24 formed by tape winding of high-stiffness fibers having a modulus of elasticity of 350 GPa or more and an elongation of 0.7% or more at the break, and having a thermosetting resin such as. B. epoxy resin impregnated and cured. An example of the high stiffness fiber is the carbon fiber described below which uses polyacrylonitrile (PAN) as the raw material. This highly rigid fiber is difficult to stretch and can withstand very high pressures. High-performance carbon fiber Torayca ® M46JB manufactured by Toray Modulus of elasticity: 436 GPa Tensile strenght: 4.2 GPa Elongation at break: 1.0

Die Zwischenfaserschicht wird gebildet durch Spiralwickeln von Fasern, die einen Elastizitätsmodus von nicht weniger als 280 GPa aber weniger als 350 GPa und eine Dehnung von nicht weniger als 1,5 % aber weniger als 2,0 % am Bruch haben und mit einem aushärtenden Harz wie z. B. Epoxidharz imprägniert und gehärtet sind. Ein Beispiel der Faser ist die unten beschriebene Kohlefaser, die als Rohmaterial Polyacrylonitril (PAN) verwendet. Die Steifigkeit der Faser ist geringer als die der oben beschriebenen hochsteifen Faser, um Spiralwickeln zu ermöglichen, aber ist höher eingestellt als die der äußeren Faserschicht 26, um eine unnötig hohe Zunahme in deren Dicke zu vermeiden, wobei hier die Kosten berücksichtigt werden. Denn die spiralgewickelte Zwischenfaserschicht 25 muss nur halb so viel Belastung ertragen wie die bandgewickelte innere Faserschicht 24 und braucht deshalb keine sehr hohe Steifigkeit aufzuweisen. Infolgedessen ist ihre Steifigkeit zwischen denen der inneren Faserschicht 24 und der äußeren Faserschicht 26 im Hinblick auf Wickelbarkeit und Kosten angesiedelt. Hochleistungs-Kohlefaser Torayca® T800HB, hergestellt durch Toray Elastizitätsmodus: 294 GPa Zugfestigkeit: 5,49 GPa Dehnung am Bruch: 1,9 The intermediate fiber layer is formed by spirally winding fibers having a modulus of elasticity of not less than 280 GPa but less than 350 GPa and an elongation of not less than 1.5% have less than 2.0% of the fracture and with a hardening resin such. B. epoxy resin impregnated and cured. An example of the fiber is the carbon fiber described below which uses polyacrylonitrile (PAN) as the raw material. The stiffness of the fiber is less than that of the above-described high-stiffness fiber to allow spiral winding, but is set higher than that of the outer fiber layer 26 in order to avoid an unnecessarily high increase in their thickness, taking into account the costs. Because the spiral wound intermediate fiber layer 25 only has to endure half the load of the band-wound inner fiber layer 24 and therefore does not need to have a very high rigidity. As a result, their rigidity is between those of the inner fibrous layer 24 and the outer fiber layer 26 settled in terms of windability and costs. High-performance carbon fiber Torayca ® T800HB, manufactured by Toray Modulus of elasticity: 294 GPa Tensile strenght: 5.49 GPa Elongation at break: 1.9

Außerdem wird die äußere Faserschicht 26 gebildet durch Steilspiralwickeln von Fasern, die einen Elastizitätsmodus von nicht weniger als 230 GPa aber weniger als 280 GPa und eine Dehnung von 2 % oder mehr am Bruch haben, so dass der Winkel der Fasern in der Schicht in Bezug auf die Mittellinie der Einlage größer wird als der Winkel der Fasern in der Zwischenfaserschicht, und die mit einem aushärtenden Harz wie z. B. Epoxidharz imprägniert und gehärtet sind.. Ein Beispiel der Faser ist die unten beschriebene Kohlefaser, die als Rohmaterial Polyacrylonitril (PAN) verwendet, oder die unten beschriebene Faser, die als Rohmaterial Polyparaphenylen-Benzobis-Oxazol (PBO) verwendet. Diese Fasern haben die Eigenschaft verbesserter Dehnung im Vergleich zu der hochsteifen Faser, die die innere Faserschicht 24 bildet, aber können reduzierte Stoßfestigkeit im Austausch gegen geringere Dehnbarkeit der hochsteifen Faser ausgleichen. Hochleistungs-Kohlefaser Torayca® T700, hergestellt durch Toray Elastizitätsmodus: 230 GPa Zugfestigkeit: 4,9 GPa Dehnung am Bruch: 2,0 % ZYLON-HM®, hergestellt durch Toyobo Elastizitätsmodus: 270 GPa Zugfestigkeit: 5,8 GPa Dehnung am Bruch: 2,5 In addition, the outer fiber layer 26 formed by helically winding fibers having a modulus of elasticity of not less than 230 GPa but less than 280 GPa and an elongation of 2% or more at break, so that the angle of the fibers in the layer becomes larger with respect to the centerline of the liner as the angle of the fibers in the intermediate fiber layer, and with a hardening resin such. An example of the fiber is the carbon fiber described below, which uses polyacrylonitrile (PAN) as the raw material, or the fiber described below, which uses polyparaphenylene-benzobis-oxazole (PBO) as the raw material. These fibers have the property of improved elongation compared to the high stiffness of the inner fiber layer 24 but can compensate for reduced impact resistance in exchange for lower ductility of the high stiffness fiber. High-performance carbon fiber Torayca ® T700, manufactured by Toray Modulus of elasticity: 230 GPa Tensile strenght: 4.9 GPa Elongation at break: 2.0% ZYLON-HM ®, manufactured by Toyobo Modulus of elasticity: 270 GPa Tensile strenght: 5.8 GPa Elongation at break: 2.5

Die innere Faserschicht 24 ist eine Faserschicht, in der Fasern auf den Außenumfang des Mittelsegments 3 der Einlage 2 in einer umkreisenden Richtung, normal zur Richtung der Mittellinien der Einlage bandgewickelt werden. Die Zwischenfaserschicht 25 ist eine Faserschicht, in der Fasern auf fast den gesamten Außenumfang der Einlage 2 in der Richtung der Mittellinie der Einlage spiralgewickelt werden. Die äußere Faserschicht 26 ist eine Faserschicht, in der Fasern auf den Außenumfang der Einlage 2 vom Mittelsegment 3 teilweise zu den Kuppelsegmenten 4 und 12 in einem Winkel von 75 Grad oder um die Mittellinie der Einlage herum steilspiralgewickelt werden.The inner fiber layer 24 is a fiber layer in which fibers are on the outer circumference of the middle segment 3 the deposit 2 in a circling direction, normal to the direction of the centerlines of the liner. The intermediate fiber layer 25 is a fibrous layer in which fibers cover almost the entire outer circumference of the insert 2 be spirally wound in the direction of the centerline of the insert. The outer fiber layer 26 is a fiber layer in which fibers are on the outer circumference of the insert 2 from the middle segment 3 partly to the dome segments 4 and 12 be spiral-wound at an angle of 75 degrees or around the centerline of the insert.

Die Faserschichten 24, 25 und 26, aus denen sich die verstärkende Faserschicht 23 zusammensetzt, sind jeweils so strukturiert, dass ein Faserband, erhalten durch Sammeln von Fasern zu einem flachen Profil und Imprägnieren der Fasern mit dem aushärtenden Harz, in einem Prepreg-Zustand auf die Einlage gewickelt wird und das aushärtende Harz ausgehärtet wird. Der Prepreg-Zustand ist der Zustand, in dem das aushärtende Harz bis zu einem gewissen Grad ausgehärtet worden ist, d. h., dampfgetrocknet, und wird als B-Zustand bezeichnet. Das so erhaltene Prepreg-Faserband wird, um weiteres Trocknen zu verhindern, in einem Kühlraum oder Ähnlichem bis zur Verwendung gelagert.The fiber layers 24 . 25 and 26 that make up the reinforcing fiber layer 23 are each structured such that a sliver obtained by collecting fibers into a flat profile and impregnating the fibers with the thermosetting resin is wound on the insert in a prepreg state and the thermosetting resin is cured. The prepreg state is the state in which the thermosetting resin has been hardened to some extent, ie, steam-dried, and is referred to as a B state. The prepreg sliver thus obtained is stored in a refrigerator or the like until use to prevent further drying.

Als Nächstes wird ein Beispiel der Herstellungsmethoden für den Hochdrucktank 1, der die oben beschriebene Struktur hat, mit Verweis auf 3 beschrieben.Next is an example of the production methods for the high-pressure tank 1 having the structure described above with reference to 3 described.

Zuerst wird in einem Rohrschneideschritt S1 ein verlängertes Rohrmaterial P, hergestellt aus einer Aluminiumlegierung, auf Länge geschnitten, um einen kurzen, hohlen zylindrischen Rohling B zu formen, dessen beide Enden offen sind.First For example, in a pipe cutting step S1, an elongated pipe material P, is produced made of an aluminum alloy, cut to length, around a short, hollow cylindrical blank B to form, both ends open are.

Als Nächstes wird in einem Flussbildungsschritt S2, obwohl nicht gezeigt, der kurze Hohlzylinderrohling B auf einem Dorn angebracht, der Dorn wird auf seiner Achse gedreht, um den kurzen Hohlzylinderrohling B als Einheit zu drehen, und eine Formwalze wird gegen den Außenumfang des kurzen, hohlen, zylindrischen Rohlings B gedrückt, um die Walze zu drehen, während Kraft auf den Außenumfang des kurzen, Hohlzylinderrohlings B in axialer Richtung ausgeübt wird und so der kurze Hohlzylinderrohling B fließgeformt wird. Auf diese Weise wird der kurze Hohlzylinderrohling B plastisch deformiert, um einen verlängerten Hohlzylinderrohling B' zu formen. In diesem Stadium hat ein Abschnitt des länglichen Hohlzylinderrohlings B' außer seiner gewissen Bereiche, beginnend bei seinen Öffnungsenden, dieselbe Dicke wie ein Mittelsegment 3 einer Einlage 2 in einem Hochdrucktank 1 als Endprodukt. Außerdem haben die gewissen Bereiche des länglichen Hohlzylinderrohlings B', beginnend bei beiden Öffnungsenden, eine allmählich zu den Öffnungsenden hin zunehmende Dicke.Next, in a flow forming step S2, although not shown, the short hollow cylinder blank B is mounted on a mandrel, the mandrel is rotated on its axis to turn the short hollow cylinder blank B as a unit, and a forming roll is pressed against the outer circumference of the short hollow , Cylindrical blank B is pressed to rotate the roller, while force is applied to the outer circumference of the short, hollow cylinder blank B in the axial direction, and so the short hollow cylinder blank B is flow formed. In this way, the short hollow cylinder blank B is plastically deformed to form an elongated hollow cylinder blank B '. At this stage, a portion of the elongated hollow cylinder blank B 'has the same thickness as a middle segment except for its certain portions, starting at its opening ends 3 a deposit 2 in a high pressure tank 1 as end product. In addition, the certain areas of the elongated hollow cylinder blank B ', starting at both opening ends, have a gradually increasing toward the opening ends thickness.

Danach wird in einem Drehschritt S3, obwohl nicht gezeigt, ein vorbestimmter Bereich des länglichen, Hohlzylinderrohlings B', beginnend ab der Nähe eines der Öffnungsenden, durch Drehen in einer Weise eingehalst, dass der längliche Hohlzylinderrohling B' durch eine Spannvorrichtung gehalten wird, der längliche Hohlzylinderrohling B' auf seiner Achse gedreht wird, eine Formwalze in geneigter Position gegen den vorbestimmten Bereich, beginnend ab der Nähe eines der Öffnungsenden des länglichen Hohlzylinderrohlings B' zu der einen Öffnung hin gedrückt wird, und die Walze rotiert wird, während sie schräg in Bezug auf die Achse des länglichen Hohlzylinderrohlings B' bewegt wird. Auf diese Weise wird der vorbestimmte Bereich, beginnend ab dem Öffnungsende des länglichen Hohlzylinderrohlings B', plastisch deformiert, wobei ein zylindrisches Gasentladesegment 5 integral von einem Ende eines zylindrischen Mittelsegments 3 durch ein Kuppelsegment 4 hervorgetreten wird. Außerdem wird durch das Einhalsen durch das Drehen wie oben beschrieben das Kuppelsegment 4 so geformt, dass es eine allmählich zunehmende Dicke ausgehend vom Mittelsegment 3 zum zylindrischen Gassegment 5 hin hat, und die Dicke des zylindrischen Gassegments 5 als drei- oder mehrfach größer als die des Mittelsegments 3 gewählt wird. Ein Bereich des länglichen Hohlzylinderrohlings B' zur anderen Öffnung hin wird durch Drehen in derselben Weise eingehalst, wobei ein zylindrisches Segment 13 integral vom anderen Ende des Mittelsegments 3 durch ein Kuppelsegment 12 hindurch herausgeragt wird. Ebenfalls in diesem Bereich wird das Kuppelsegment 12 so gebildet, dass es eine allmählich zunehmende Dicke, ausgehend vom Mittelsegment 3 zum zylindrischen Segment 13 hin hat, und die Dicke des zylindrischen Segments 13 als drei- oder mehrfach größer als die des Mittelsegments 3 gewählt wird. Also wird eine Einlage 2 erhalten, bei der das zylindrische Gasentladesegment 5 von einem Ende und das zylindrische Segment 13 vom anderen Ende herausragt.Thereafter, in a rotation step S3, although not shown, a predetermined area of the elongated hollow cylinder blank B ', starting from the vicinity of one of the opening ends, is necked by turning in a manner that the elongated hollow cylinder blank B' is held by a jig, the elongated one Hollow cylinder blank B 'is rotated on its axis, a forming roller in an inclined position against the predetermined range, starting from the vicinity of one of the opening ends of the elongated hollow cylinder blank B' is pressed to the one opening, and the roller is rotated while obliquely with respect on the axis of the elongated hollow cylinder blank B 'is moved. In this way, the predetermined range, starting from the opening end of the elongated hollow cylinder blank B ', plastically deformed, wherein a cylindrical Gasentladesegment 5 integral from one end of a cylindrical center segment 3 through a dome segment 4 is emerged. In addition, by necking by turning as described above, the dome segment becomes 4 shaped so that there is a gradually increasing thickness starting from the middle segment 3 to the cylindrical gas segment 5 and the thickness of the cylindrical gas segment 5 as three or more times greater than that of the middle segment 3 is selected. A portion of the elongated hollow cylinder blank B 'to the other opening is einalst by rotating in the same manner, wherein a cylindrical segment 13 integral from the other end of the middle segment 3 through a dome segment 12 is distinguished by. Also in this area is the dome segment 12 formed so that there is a gradually increasing thickness, starting from the middle segment 3 to the cylindrical segment 13 and the thickness of the cylindrical segment 13 as three or more times greater than that of the middle segment 3 is selected. So will be a deposit 2 obtained at the cylindrical gas discharge segment 5 from one end and the cylindrical segment 13 sticking out from the other end.

Inzwischen ist ein Verstärkungskragen 18 aus einer Stahllegierung oder einer Titanlegierung mittels eines Schmiede- oder Drehverfahrens vorbereitet worden. Wie oben beschrieben, hat der Verstärkungskragen 18 ein zylindrisches Teil 19 und eine Verlängerung 20, integral geformt an einem Ende des zylindrischen Teils 19, und ist intern mit einer Einpassöffnung 22 geformt, die senkrecht durch den zylindrischen Teil 19 und die Verlängerung 20 geht. Der Innendurchmesser der Einpassöffnung 22 wird gewählt, indem eine Einpasstoleranz für Schrumpfung in Bezug auf den Außendurchmesser des zylindrischen Gasentladesegments 5 und des zylindrischen Segments 13 berücksichtigt wird.Meanwhile, a reinforcing collar 18 from a steel alloy or a titanium alloy by means of a forging or turning process. As described above, the reinforcing collar has 18 a cylindrical part 19 and an extension 20 integrally formed at one end of the cylindrical part 19 , and is internal with a fitting opening 22 shaped perpendicular to the cylindrical part 19 and the extension 20 goes. The inner diameter of the fitting opening 22 is selected by providing a shrink fit tolerance with respect to the outer diameter of the cylindrical gas discharge segment 5 and the cylindrical segment 13 is taken into account.

Als Nächstes werden in einem Verstärkungskragen-Einpassschritt S4 die Verstärkungskragen 18, die die oben beschriebene Struktur haben, auf dem zylindrischen Gasentladesegment 5 bzw. dem zylindrischen Segment 13 der Einlage 2 eingepasst. Dann werden die Verstärkungskragen 18 integral auf der Außenseite der Einlage 3 über ihre Bereiche von sowohl dem zylindrischen Gasentladesegment 5 als auch dem zylindrischen Segment 13 zu den entsprechenden Kuppelsegmenten 4 und 12 durch Schrumpfeinpassung eingerastet.Next, in a reinforcing collar fitting step S4, the reinforcing collars become 18 having the above-described structure on the cylindrical gas discharge segment 5 or the cylindrical segment 13 the deposit 2 fitted. Then the reinforcement collar 18 integral on the outside of the insert 3 over their areas of both the cylindrical gas discharge segment 5 as well as the cylindrical segment 13 to the corresponding dome segments 4 and 12 locked by shrink fit.

Anschließend werden in einem Wickelschritt S5 hochsteife Fasern mit einem Elastizitätsmodul von 350 GPa oder mehr und einer Dehnung von 0,7 % oder mehr am Bruch in einem flachen Profil gesammelt, die gesammelten Fasern werden mit einem aushärtenden Harz wie z. B. Epoxidharz imprägniert, um ein Faserband zu bilden, und das Faserband wird in einem Prepreg-Zustand auf den Außenumfang des Mittelsegments 3 der Einlage 2 bandgewickelt, um eine innere Faserschicht 24 zu bilden.Subsequently, in a winding step S5, high-stiffness fibers having a modulus of elasticity of 350 GPa or more and an elongation of 0.7% or more are collected at the break in a shallow profile, the collected fibers are coated with a thermosetting resin such as. Example, epoxy resin impregnated to form a sliver, and the sliver is in a prepreg state on the outer periphery of the central segment 3 the deposit 2 taped to form an inner fibrous layer 24 to build.

Danach wird ein Faserband von Fasern mit einem Elastizitätsmodus von nicht weniger als 280 GPa aber weniger als 350 GPa und einer Dehnung von nicht weniger als 1,5 % aber weniger als 2,0 % am Bruch auf die innere Faserschicht 25 über fast die gesamte Einlage 2 spiralgewickelt, um eine Zwischenfaserschicht 25 zu bilden.Thereafter, a sliver of fibers having a modulus of elasticity of not less than 280 GPa but less than 350 GPa and an elongation of not less than 1.5% but less than 2.0% of the rupture on the inner fibrous layer 25 over almost the entire deposit 2 spirally wound to form an intermediate fiber layer 25 to build.

Dann wird ein Faserband im Prepreg-Zustand, erhalten durch Sammeln von Fasern mit einem Elastizitätsmodul von nicht weniger als 230 GPa aber weniger als 280 GPa und einer Dehnung von 2,0 % oder mehr am Bruch zu einem flachen Profil und anschließendem Imprägnieren mit einem aushärtenden Harz wie z. B. Expoxidharz, die Zwischenfaserschicht 25 über einen Bereich des Außenumfangs der Einlage 2, von dem Mittelsegment 3 bis teilweise zu den Kuppelsegmenten 4 und 12 in einem steilen Winkel von ungefähr 75 Grad um die Mittellinie der Einlage spiralgewickelt, um eine äußere Faserschicht 26 zu bilden. Dabei wird der Außenumfang der Einlage 2 mit einer verstärkenden Faserschicht 23 bedeckt, zusammengesetzt aus der inneren Faserschicht 24, der Zwischenfaserschicht 25 und der äußeren Faserschicht 26 (alle Faserschichten 24, 24 und 25 sind in 1 gezeigt).Then, a sliver in the prepreg state is obtained by collecting fibers with an elasti modulus of not less than 230 GPa but less than 280 GPa and an elongation of 2.0% or more at break to a flat profile and then impregnated with a thermosetting resin such as. For example, epoxy resin, the intermediate fiber layer 25 over an area of the outer periphery of the insert 2 , from the middle segment 3 partly to the dome segments 4 and 12 spiral wound at a steep angle of about 75 degrees around the centerline of the insert to form an outer fibrous layer 26 to build. This will be the outer circumference of the insert 2 with a reinforcing fiber layer 23 covered, composed of the inner fiber layer 24 , the intermediate fiber layer 25 and the outer fiber layer 26 (all fiber layers 24 . 24 and 25 are in 1 shown).

Die Dicke der verstärkenden Faserschicht 23 wird bestimmt durch die Tankkapazität und den Gasfülldruck. Zum Beispiel beträgt unter den Bedingungen, dass die Tankkapazität ca. 34 Liter, die Dicke des Mittelsegments 3 der Einlage 2 4,0 mm, der Außendurchmesser der Einlage 2 280 mm, die Länge der Einlage 830 mm und der Gasfülldruck 70 MPa ist, die Dicke der verstärkenden Faserschicht 23 ca. 9 mm. Mehrere der inneren Faserschichten 24 und mehrere der Zwischenfaserschichten 25 können nacheinander abgewechselt werden und können dann durch die Bildung der äußeren Faserschicht 26 außerhalb der abgewechselten inneren Faserschichten 24 und Zwischenfaserschicht 25 gefolgt werden.The thickness of the reinforcing fiber layer 23 is determined by the tank capacity and the gas filling pressure. For example, under the conditions that the tank capacity is about 34 liters, the thickness of the middle segment 3 the deposit 2 4.0 mm, the outer diameter of the insert 2 280 mm, the length of the insert 830 mm and the gas filling pressure is 70 MPa, the thickness of the reinforcing fiber layer 23 about 9 mm. Several of the inner fiber layers 24 and a plurality of the intermediate fiber layers 25 can be alternated one after the other and can then by the formation of the outer fiber layer 26 outside the interchanged inner fiber layers 24 and intermediate fiber layer 25 be followed.

Danach wird in einem Trocknungsschritt S6 die Einlage 2, bedeckt mit der verstärkenden Faserschicht 23, in eine Trockenkammer 27 geladen, und die Einlage 2 wird intern und extern unter Drehen erwärmt mit Strahlungswärme von Heizkörpern 28, die innerhalb und außerhalb der Einlage 2 platziert sind, um das aushärtende Harz in der verstärkenden Faserschicht 23 thermisch auszuhärten. So wird ein Hochdrucktank 1 erhalten, bei dem die Fasern auf den Außenumfang der Einlage 2 gewickelt sind und der Außenumfang der Einlage 2 mit der verstärkenden Faserschicht 23 bedeckt ist. Das aushärtende Harz, das die verstärkende Faserschicht 23 durchdringt, kann thermisch ausgehärtet werden, indem, statt die Heizkörper 28 zu verwenden, Heißluft auf das Innere und Äußere der Einlage 2 geführt wird und die Einlage 2 innen und außen unter Drehen erwärmt wird.Thereafter, in a drying step S6, the insert 2 covered with the reinforcing fiber layer 23 , in a drying chamber 27 loaded, and the deposit 2 is heated internally and externally while turning with radiant heat from radiators 28 that are inside and outside the deposit 2 are placed around the thermosetting resin in the reinforcing fiber layer 23 cure thermally. This is how a high-pressure tank is made 1 obtained, in which the fibers on the outer circumference of the insert 2 are wound and the outer circumference of the insert 2 with the reinforcing fiber layer 23 is covered. The hardening resin, which is the reinforcing fiber layer 23 penetrates, can be thermally cured by, instead of the radiator 28 to use hot air on the inside and outside of the insert 2 is guided and the deposit 2 inside and outside is heated while turning.

Der so hergestellte Hochdrucktank ist mit einer Ventilvorrichtung 7 im zylindrischen Gasentladesegment 5 ausgestattet und mit einem Blindstopfen 15 im zylindrischen Segment 13 ausgestattet, wodurch ein Endprodukt geschaffen wird.The high-pressure tank thus produced is equipped with a valve device 7 in the cylindrical gas discharge segment 5 equipped and with a blind plug 15 in the cylindrical segment 13 equipped, creating a final product.

Wie oben beschrieben, ist in dieser Ausführung der Außenumfang der Einlage 2 bedeckt mit der verstärkenden Faserschicht, zusammengesetzt aus: einer bandgewickelten inneren Faserschicht, hergestellt aus hochsteifen Fasern, die einen Elastizitätsmodus von 350 GPa oder mehr und eine Dehnung von 0,7 oder mehr am Bruch haben; einer spiralgewickelten Zwischenfaserschicht 25, hergestellt aus Fasern, die einen Elastizitätsmodus von nicht weniger als 280 GPa aber weniger als 350 GPa und eine Dehnung von nicht weniger als 1,5 aber weniger als 2,0 % am Bruch haben; und einer steilspiralgewickelten äußeren Faserschicht 26, hergestellt aus Fasern, die einen Elastizitätsmodus von nicht weniger als 230 GPa aber weniger als 280 GPa und eine Dehnung von 2,0 % oder mehr am Bruch haben. Deshalb kann die innere Faserschicht 24 der hochsteifen Fasern einer Zugspannung, die auf die Einlage 2 in radialer Richtung infolge eines Gasfülldrucks wirkt, ausreichend widerstehen, um die Dauerfestigkeit der Einlage 2 zu verbessern, und die äußere Faserschicht 26 mit Dehnung kann den Nachteil der geringeren Stoßfestigkeit der inneren Faserschicht ausgleichen. Außerdem kann die spiralgewickelte Zwischenfaserschicht 25 die Zugfestigkeit der Einlage 2 zu deren Mittellinie hin verbessern ohne unnötig ihre Dicke zu erhöhen. Auch wenn der Tank eine geringe Kapazität hat und die Einlage eine geringe Dicke hat, ist der Tank so in der Lage, ein Hochdruckgas von 35 bis 75 MPa einfüllen zu lassen, wodurch ein Hochdrucktank 1 von kleiner Größe, leichtem Gewicht und hervorragendem Druckwiderstand geschaffen wird.As described above, in this embodiment, the outer periphery of the insert 2 covered with the reinforcing fibrous layer composed of: a band-wound inner fibrous layer made of high-stiffness fibers having a modulus of elasticity of 350 GPa or more and an elongation of 0.7 or more at break; a spirally wound intermediate fiber layer 25 made of fibers having a modulus of elasticity of not less than 280 GPa but less than 350 GPa and an elongation of not less than 1.5 but less than 2.0% of the fracture; and a spiral-wound outer fiber layer 26 made of fibers having a modulus of elasticity of not less than 230 GPa but less than 280 GPa and an elongation of 2.0% or more at break. Therefore, the inner fiber layer 24 the highly stiff fibers of a tension acting on the insert 2 acting in the radial direction due to a gas filling pressure, sufficiently withstand the fatigue strength of the insert 2 to improve, and the outer fiber layer 26 Stretching can compensate for the disadvantage of lower impact resistance of the inner fibrous layer. In addition, the spiral-wound intermediate fiber layer 25 the tensile strength of the insert 2 to improve their center line without unnecessarily increasing their thickness. Even if the tank has a small capacity and the insert has a small thickness, the tank is capable of filling a high-pressure gas of 35 to 75 MPa, whereby a high-pressure tank 1 of small size, light weight and excellent pressure resistance is created.

Außerdem werden die Faserschichten 24, 25 und 26, aus denen sich die verstärkende Faserschicht 23 zusammensetzt, jeweils strukturiert, indem Fasern zu einem flachen Profil gesammelt werden und mit einem aushärtenden Harz imprägniert werden, um ein Faserband zu bilden, das Faserband im Prepreg-Zustand auf die Einlage gewickelt wird, und das aushärtende Harz ausgehärtet wird. Verglichen mit dem Fall, wo harte, hochsteife Fasern in Form eines Seils verwendet werden, das wahrscheinlich rutscht und das sich schwer auf die Einlage 2 wickeln lässt, wodurch Schlupf auftritt und es wiederum schwierig ist, eine Zugspannung, die auf die Einlage 2 wirkt, gleichmäßig auf alle Fasern zu verteilen, können daher die hochsteifen Fasern in Form eines flachen Bandes leicht an die Einlage 2 angepasst werden, ohne Schlupf auf die Einlage 2 gewickelt werden, und kann die oben beschriebene Zugspannung gleichmäßig auf alle Fasern verteilt werden, wodurch leicht eine verbesserte Dauerfestigkeit der Einlage 2 geschaffen wird.In addition, the fiber layers become 24 . 25 and 26 that make up the reinforcing fiber layer 23 each structured, in that fibers are collected to a flat profile and impregnated with a thermosetting resin to form a sliver, the sliver is wound in the prepreg state on the insert, and the thermosetting resin is cured. Compared to the case where hard, highly rigid fibers are used in the form of a rope, which is likely to slip and which is difficult on the insert 2 which causes slippage and, in turn, it is difficult to apply tension to the insert 2 acts to distribute evenly across all fibers, therefore, the highly stiff fibers in the form of a flat band can easily to the deposit 2 be adjusted without slipping on the insert 2 be wound, and the tensile stress described above can be evenly distributed to all fibers, thereby easily improved fatigue strength of the liner 2 is created.

Darüber hinaus werden die Dicken des zylindrischen Gasentladesegments 5 und des zylindrischen Segments 13 so gewählt, dass sie drei- oder mehrfach größer sind als die des Mittelsegments 3, und diese Segmente setzen sich fort zum Mittelsegment 3 über die Kuppelsegmente 4 und 12, wobei ihre Dicke allmählich abnimmt. Dies stellt die Festigkeiten des zylindrischen Gasentladesegments 5, des zylindrischen Segments 13 und der Kuppelsegmente 4 und 12 sicher und schafft dadurch einen Hochdrucktank 1, der in der Lage ist, hohen Drücken von 35 bis 75 MPa weiter zu widerstehen, in Kombination mit verbesserter Dauerfestigkeit und sichergestellter Stoßfestigkeit der Einlage 2 dank der oben beschriebenen verstärkenden Faserschicht 23. Außerdem, auch wenn die Dicke im Mittelsegment 3 gering ist, ist die die Festigkeit der Einlage 2 sichergestellt, indem die Dicken des zylindrischen Gasentladesegments 5, des zylindrischen Segments 13 und der Kuppelsegmente 4 und 12 erhöht werden. Darum kann das Gesamtgewicht des Hochdrucktanks 1 durch die Reduzierung der Dicke des Mittelsegments 3 reduziert werden, und es werden Materialkosten gespart.In addition, the thicknesses of the cylindrical Gasentladesegments 5 and the cylindrical one segment 13 chosen so that they are three or more times larger than that of the middle segment 3 , and these segments continue to the middle segment 3 over the dome segments 4 and 12 with its thickness gradually decreasing. This represents the strengths of the cylindrical gas discharge segment 5 , the cylindrical segment 13 and the dome segments 4 and 12 safe and thereby creates a high-pressure tank 1 , which is able to withstand high pressures of 35 to 75 MPa, in combination with improved fatigue resistance and ensured shock resistance of the insert 2 thanks to the reinforcing fiber layer described above 23 , In addition, even if the thickness in the middle segment 3 is low, which is the strength of the insert 2 ensured by the thicknesses of the cylindrical Gasentladesegments 5 , the cylindrical segment 13 and the dome segments 4 and 12 increase. That's why the total weight of the high-pressure tank 1 by reducing the thickness of the middle segment 3 can be reduced, and material costs are saved.

Zusätzlich werden die Verstärkungskragen 18 auf der Außenseite der Einlage 2 über ihren Bereichen ab dem zylindrischen Gasentladesegment 5 und dem zylindrischen Segment 13 zu den Kuppelsegmenten 4 und 12 angebracht. Darum können die tatsächlichen Dicken des zylindrischen Gasentladesegments 5 und der benachbarten Kuppelsegmente 4 und 12, auf denen sich wahrscheinlich die Belastung konzentriert, um die Dicke des Verstärkungskragens 18 erhöht werden, wodurch die Festigkeiten dieser Segmente noch weiter sichergestellt sind. Demgemäß kann ein Hochdrucktank 1 geschaffen werden, der in der Lage ist, hohen Drücken von 35 bis 75 MPa weiter zu widerstehen. Da die Verstärkungskragen 18 nicht auf dem gesamten Tankkörper 2 angebracht sind sondern teilweise auf den Kuppelsegmenten 4 und 12, dem zylindrischen Gasentladesegement 5 und dem zylindrischen Segment 13, auf denen sich wahrscheinlich die Belastung konzentriert, wird darüber hinaus eine hohe Zunahme des Gewichts des Hochdrucktanks vermieden, um dadurch sein leichtes Gewicht beizubehalten und vereinfachte Herstellung und reduzierte Kosten zu bieten.In addition, the reinforcing collar 18 on the outside of the insert 2 over their areas from the cylindrical gas discharge segment 5 and the cylindrical segment 13 to the dome segments 4 and 12 appropriate. Therefore, the actual thicknesses of the cylindrical gas discharge segment 5 and the adjacent dome segments 4 and 12 on which the load is likely to concentrate, around the thickness of the reinforcing collar 18 be increased, whereby the strength of these segments are further ensured. Accordingly, a high-pressure tank 1 which is able to withstand high pressures of 35 to 75 MPa. Because the reinforcing collar 18 not on the entire tank body 2 are attached but partially on the dome segments 4 and 12 , the cylindrical Gasentladesegement 5 and the cylindrical segment 13 In addition, where the load is likely to concentrate, a high increase in the weight of the high pressure tank is avoided, thereby maintaining its light weight and offering simplified manufacturing and reduced costs.

Da außerdem Fasern in Form eines Bandes gesammelt und in dieser Form auf die Einlage 2 gewickelt werden, kann das Wickelverfahren erleichtert werden. Darüber hinaus wird in dieser Erfindung ein Faserband in einem Prepreg-Zustand (B-Zustand), ausgehärtet bis zu einem gewissen Grad mit einem aushärtenden Harz, auf die Einlage 2 gewickelt. Im Gegensatz zu einem Nasswickelverfahren, bei dem ein flüssiges aushärtendes Harz auf den Arbeitsplatz tropfen und die Arbeitsumgebung verunreinigen kann, verhindert darum die erfinderische Methode die Verunreinigung der Arbeitsumgebung, weil ein aushärtendes Harz nicht auf den Arbeitsplatz tropft.In addition, since fibers collected in the form of a band and in this form on the insert 2 can be wrapped, the winding process can be facilitated. Moreover, in this invention, a sliver in a prepreg state (B state) cured to some extent with a thermosetting resin is applied to the insert 2 wound. Therefore, unlike a wet-winding method in which a liquid thermosetting resin drips onto the workplace and can contaminate the working environment, the inventive method prevents contamination of the working environment because a thermosetting resin does not drip onto the workstation.

Da außerdem die in die Trockenkammer 27 geladene Einlage 2 innen wie auch außen erwärmt wird, beginnt das aushärtende Harz in der verstärkenden Faserschicht 23 im Wesentlichen gleichlaufend auf der Innen- und Außenseite der Schicht auszuhärten. Dadurch ist es möglich, nicht wie in dem Fall, wo das aushärtende Harz in der verstärkenden Faserschicht 23 nur von der Außenseite her erwärmt wird, zu vermeiden, dass das aushärtende Harz allmählich aushärtet und von seiner Außenseite zu seiner Innenseite hin schrumpft und dass auf einen inneren ungehärteter Abschnitt des Harzes eine Druckkraft von einem äußeren gehärteten Abschnitt ausgeübt wird, was zu einer Verzerrung in den Fasern führt. Darum kann die Zugspannung, die dank des Gasfülldrucks auf die Einlage 2 wirkt, gleichmäßig auf alle Fasern verteilt werden, um vorzeitigen Bruch zu verhindern.As well as in the drying chamber 27 loaded deposit 2 is heated inside as well as outside, the thermosetting resin begins in the reinforcing fiber layer 23 curing substantially concurrently on the inside and outside of the layer. This makes it possible, not as in the case where the thermosetting resin in the reinforcing fiber layer 23 is heated only from the outside, to avoid that the thermosetting resin gradually cures and shrinks from its outside to its inside and that on an inner uncured portion of the resin, a compressive force is exerted by an outer hardened portion, resulting in a distortion in leads the fibers. That's why the tension can be reduced thanks to the gas filling pressure on the insert 2 acts, evenly distributed on all fibers to prevent premature breakage.

Ausführungsform 2Embodiment 2

4 zeigt einen Hochdrucktank 1, der hochsteife Fasern nach einer zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendet. Dieser Hochdrucktank 1 ist verschieden von der ersten Ausführungsform in der Form des Verstärkungskragens 18. Spezifisch wird auf der Rückseite der Verlängerung 20 des Verstärkungskragens 18 eine Ringwulst 21 integral gebildet, um hiervon hervorzustehen. In dieser Verbindung wird eine ringförmige Einpassvertiefung 17 umkreisend auf der Außenseite der Einlage 2 in der Nähe der Begrenzung zwischen dem Kuppelsegment 4 und dem zylindrischen Gasentladesegment 5 gebildet. Die Verlängerung 20 des Verstärkungskragens 18 ist mit dem Außenumfang des Kuppelsegments 4 durch Schrumpfeinpassen mit der Wulst 21, die in die Einpassvertiefung 17 des Kuppelsegments 4 eingepasst ist, integral verbunden. Obwohl nicht gezeigt, ist der andere Verstärkungskragen 18 genauso auf das zylindrische Segment 13 des Kuppelsegments 12 auf der gegenüberliegenden Seite eingepasst. Die anderen Strukturen sind dieselben wie diejenigen der ersten Ausführungsform. Daher werden dieselben Elemente durch dieselben Verweisziffern bezeichnet, und ausführliche Beschreibungen von diesen sind weggelassen. 4 shows a high pressure tank 1 using high stiffness fibers according to a second embodiment of the present invention. This high pressure tank 1 is different from the first embodiment in the form of the reinforcing collar 18 , Specifically, on the back of the extension 20 of the reinforcing collar 18 a torus 21 integrally formed to protrude from this. In this connection, an annular fitting recess 17 orbiting on the outside of the insert 2 near the boundary between the dome segment 4 and the cylindrical gas discharge segment 5 educated. The extension 20 of the reinforcing collar 18 is with the outer circumference of the dome segment 4 by shrink fitting with the bead 21 in the recess recess 17 of the dome segment 4 is fitted, integrally connected. Although not shown, the other reinforcing collar is 18 as well on the cylindrical segment 13 of the dome segment 12 fitted on the opposite side. The other structures are the same as those of the first embodiment. Therefore, the same elements are denoted by the same reference numerals, and detailed descriptions thereof are omitted.

Deshalb können nach der zweiten Ausführungsform dieselben Wirkungen wie bei jenen der ersten Ausführungsform vorgewiesen werden.Therefore can according to the second embodiment the same effects as those of the first embodiment be presented.

Zusätzlich sind in der zweiten Ausführungsform die Ringwulste 21, die auf den Verlängerungen 20 der Verstärkungskragen 18 davon hervorstehend gebildet sind, in die entsprechenden Einpassvertiefungen 17 der Kuppelsegmente 4 und 12, die auf dem Umfang in der Außenseite der Einlage 2 in der Nähe der Begrenzungen zwischen dem Kuppelsegment 4 und dem zylindrischen Gasentladesegment 5 und zwischen dem Kuppelsegment 12 und dem zylindrischen Segment 13 gebildet sind, eingerastet und integral mit den Kuppelsegmenten 4 und 12 durch Schrumpfeinpassen verbunden. Deshalb können die Verstärkungskragen 18 zuverlässig auf der Einlage 2 angebracht werden. Außerdem erhöht die Bereitstellung der Wulst 21 die Dicke eines entsprechenden Abschnitts des Verstärkungskragens 18, und die Festigkeit kann dementsprechend erhöht werden.In addition, in the second embodiment, the annular beads 21 that on the extensions 20 of the reinforcing collar 18 are protruding formed in the corresponding Einpassvertiefungen 17 the dome segments 4 and 12 on the circumference in the outside of the insert 2 near the boundaries between the dome segment 4 and the cylindrical gas discharge segment 5 and between the dome segment 12 and the cylindrical segment 13 are formed, engaged and integral with the dome segments 4 and 12 connected by shrink fitting. Therefore, the reinforcing collar can 18 reliable on the insert 2 be attached. It also increases the provision of the bead 21 the thickness of a corresponding portion of the reinforcing collar 18 , and the strength can be increased accordingly.

In den obigen ersten und zweiten Ausführungsformen ist ein Hohlzylinder, dessen beide Enden offen sind, als kurzer Hohlzylinderrohling B, bereitgestellt für die Fließformung, veranschaulicht. Der kurze Hohlzylinderrohling B kann jedoch ein an den Enden geschlossener Zylinderrohling sein.In the above first and second embodiments is a hollow cylinder, whose two ends are open, as a short hollow cylinder blank B, provided for the flow forming, illustrated. The short hollow cylinder blank B, however, a be closed cylinder blank at the ends.

Claims (7)

Hochdrucktank, der hochsteife Fasern verwendet, umfassend eine zylindrische Einlage aus Metall und eine verstärkende Faserschicht, die den Außenumfang der Einlage bedeckt, der Hochdrucktank dadurch gekennzeichnet, dass die verstärkende Faserschicht umfasst: eine innere Faserschicht, gebildet durch Bandwickeln von hochsteifen Fasern, die einen Elastizitätsmodul von 350 GPa und eine Dehnung von 0,7 % oder mehr am Bruch haben und die mit einem aushärtendem Harz imprägniert und ausgehärtet sind; eine Zwischenfaserschicht, gebildet durch Spiralwickeln von Fasern, die einer Elastizitätsmodus von nicht weniger als 280 GPa aber weniger als 350 GPa und eine Dehnung von nicht weniger als 1,5 % aber weniger als 2,0 % am Bruch haben und die mit einem aushärtenden Harz imprägniert und ausgehärtet sind; und eine äußere Faserschicht, gebildet durch Steilspiralwickeln von Fasern, die einen Elastizitätsmodus von nicht weniger als 230 GPa aber weniger als 280 GPa und eine Dehnung von 2,0 % oder mehr am Bruch haben, so dass der Winkel der Fasern in der äußeren Faserschicht in Bezug auf die Mittellinie der Einlage größer wird als derjenige der Fasern in der Zwischenfaserschicht, und die mit einem aushärtenden Harz imprägniert und ausgehärtet sind.High pressure tank using high stiffness fibers comprising a cylindrical metal insert and a reinforcing fiber layer, the outer circumference covered by the deposit, the high-pressure tank characterized in that the reinforcing Fiber layer includes: an inner fiber layer formed by Ribbon winding of highly rigid fibers having a modulus of elasticity of 350 GPa and an elongation of 0.7% or more at break and those with a hardening Resin impregnated and cured are; an intermediate fiber layer formed by spiral winding of fibers that have a mode of elasticity not less than 280 GPa but less than 350 GPa and one Elongation of not less than 1.5% but less than 2.0% of the fracture have and with a hardening Resin impregnated and cured are; and an outer fiber layer, formed by helically winding fibers which are a mode of elasticity not less than 230 GPa but less than 280 GPa and one Have elongation of 2.0% or more at break, so the angle of the Fibers in the outer fiber layer in relation to the center line of the deposit becomes larger than that of the Fibers in the intermediate fiber layer, and those with a hardening Resin impregnated and cured are. Hochdrucktank, der hochsteife Fasern verwendet, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserschichten, aus denen sich die verstärkende Faserschicht zusammensetzt, jeweils so strukturiert sind, dass ein Faserband, erhalten durch Sammeln der Fasern zu einem flachen Profil und Imprägnieren der Fasern mit dem aushärtenden Harz, in einem Prepreg-Zu stand auf die Einlage gewickelt werden und das aushärtende Harz ausgehärtet wird.High pressure tank using high stiffness fibers after Claim 1, characterized in that the fiber layers, from which are the reinforcing Fiber layer composed, each structured so that a Sliver obtained by collecting the fibers to a flat profile and impregnating the fibers with the hardening Resin, in a prepreg stand to be wound on the insert and the thermosetting resin hardened becomes. Hochdrucktank, der hochsteife Fasern verwendet, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlage so strukturiert ist, dass ein kurzer Hohlzylinderrohling aus Metall plastisch deformiert wird, um ein zylindrisches Gasentladesegment von einem Ende eines zylindrischen Mittelsegments durch ein Kuppelsegment hervorstehen zu lassen, und die Dicke des zylindrischen Gasentladesegments so gewählt ist, dass sie drei- oder mehrfach größer ist als die des Mittelsegments, und das Kuppelsegment in der Dicke von der des Mittelsegments zu der des zylindrischen Gasentladesegments hin erhöht wird, indem vom Mittelsegment zum zylindrischen Gasentladesegment fortgeschritten wird.High pressure tank using high stiffness fibers after Claim 1, characterized in that the deposit is structured that way is that a short hollow cylinder blank made of metal plastically deformed is to a cylindrical Gasentladesegment of one end of a cylindrical center segment protrude through a dome segment to let, and the thickness of the cylindrical gas discharge segment so chosen is that it is three or more times larger than that of the middle segment, and the dome segment in the thickness of that of the middle segment to of the cylindrical Gasentladesegments is increased by the middle segment to the cylindrical Gasentladesegment is advanced. Hochdrucktank, der hochsteife Fasern verwendet, nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein zylindrischer Verstärkungskragen aus Metall auf der Außenseite der Einlage über ihre Bereiche ab dem zylindrischen Gasentladesegment bis zum Kuppelsegment eingerastet ist.High pressure tank using high stiffness fibers after Claim 3, characterized in that a cylindrical reinforcing collar made of metal on the outside the deposit over their areas from the cylindrical gas discharge segment to the dome segment is engaged. Hochdrucktank, der hochsteife Fasern verwendet, nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärkungskragen ein zylindrisches Teil, das auf dem zylindrischen Gasentladesegment angebracht ist, und eine Verlängerung, die sich nach außen von einem Ende des zylindrischen Teils erstreckt, umfasst, und die Rückseite der Verlängerung mit einer davon herausragenden Wulst geformt ist, und ein Abschnitt der Außenseite der Einlage in der Nähe der Begrenzung zwischen dem Kuppelsegment und dem zylindrischen Gasentladesegment auf dem Umfang mit einer ringförmigen Einpassvertiefung geformt ist, in die die Wulst eingepasst ist, mit dem Verstärkungskragen eingerastet auf der Außenseite der Einlage über ihre Bereiche ab dem zylindrischen Gasentladesegment bis zu dem Kuppelsegment.High pressure tank using high stiffness fibers after Claim 4, characterized in that the reinforcing collar a cylindrical part resting on the cylindrical gas discharge segment appropriate, and an extension, which are outward extends from one end of the cylindrical part comprises, and the back the extension is formed with a protruding bead, and a section the outside the deposit nearby the boundary between the dome segment and the cylindrical Gas unloading segment formed on the circumference with an annular Einfüllvertiefung is, with the bead fitted, engaged with the reinforcing collar on the outside the deposit over their areas from the cylindrical Gasentladesegment up to the Dome segment. Verfahren zum Herstellen eines Hochdrucktanks, der hochsteife Fasern verwendet, dadurch gekennzeichnet, dass es Folgendes umfasst: Bandwickeln, auf dem Außenumfang einer zylindrischen Metalleinlage, eines Faserbandes im Prepreg-Zustand, erhalten durch Sammeln hochsteifer Fasern mit einem Elastizitätsmodus von 350 GPa oder mehr und einer Dehnung von 0,7 % oder mehr am Bruch zu einem flachen Profil und Imprägnieren der Fasern mit einem aushärtenden Harz, um dadurch eine innere Faserschicht zu bilden; Spiralwickeln, auf dem Außenumfang der inneren Faserschicht, eines Faserbandes im Prepreg-Zustand, erhalten durch Sammeln von Fasern mit einem Elastizitätsmodus von nicht weniger als 280 GPa aber weniger als 350 GPa und einer Dehnung von nicht weniger als 1,5 % aber weniger als 2,0 % am Bruch zu einem flachen Profil und imprägnieren der Fasern mit einem aushärtenden Harz, um dadurch eine Zwischenfaserschicht zu bilden; Steilspiralwickeln, auf dem Außenumfang der Zwischenfaserschicht, eines Faserbandes im Prepreg-Zustand, erhalten durch Sammeln von Fasern mit einem Elastizitätsmodus von nicht weniger als 230 GPa aber weniger als 280 GPa und einer Dehnung von 2,0 % oder mehr am Bruch zu einem flachen Profil und Imprägnieren der Fasern mit einem aushärtenden Harz, so dass der Winkel der Fasern in Bezug auf die Mittellinie der Einlage größer wird als derjenige der Fasern in der Zwischenschicht, um dadurch eine äußere Faserschicht zu bilden, und Bedecken des Außenumfangs der Einlage mit einer verstärkenden Faserschicht, zusammengesetzt aus der inneren Faserschicht, der Zwischenfaserschicht und der äußeren Faserschicht; und danach Laden der Einlage, die mit der verstärkenden Faserschicht bedeckt ist, in eine Trockenkammer und Erwärmen der Einlage, um das aushärtende Harz, das die verstärkende Faserschicht durchdringt, auszuhärten.A method of manufacturing a high pressure tank using high stiffness fibers, characterized in that it comprises: Tape winding, on the outer circumference of a cylindrical metal insert, a prepreg fiber sliver obtained by collecting high-stiffness fibers having a modulus of elasticity of 350 GPa or more and an elongation of 0.7% or more at break to a flat profile and impregnating the fibers a thermosetting resin to thereby form an inner fibrous layer; Spiral wound, on the outer circumference of the inner fibrous layer, a prepreg fiber sliver obtained by collecting fibers having a modulus of elasticity of not less than 280 GPa but less than 350 GPa and elongation of not less than 1.5% but less than 2 0% breakage to a flat profile and impregnate the fibers with a thermosetting resin to thereby form an intermediate fiber layer; Spiral spiral winding, on the outer circumference of the intermediate fiber layer, a prepreg-state sliver obtained by collecting fibers having a modulus of elasticity of not less than 230 GPa but less than 280 GPa and elongation of 2.0% or more at break to a flat profile and impregnating the fibers with a thermosetting resin such that the angle of the fibers with respect to the centerline of the liner becomes greater than that of the fibers in the intermediate layer, thereby forming an outer fibrous layer, and covering the outer periphery of the liner with a reinforcing fibrous layer composed of the inner fiber layer, the intermediate fiber layer and the outer fiber layer; and then loading the liner covered with the reinforcing fiber layer into a drying chamber and heating the liner to cure the thermosetting resin that penetrates the reinforcing fiber layer. Verfahren zum Herstellen eines Hochdrucktanks, der hochsteife Fasern verwendet, nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die in die Trockenkammer geladene Einlage sowohl innen als auch außen erwärmt wird.Method for producing a high-pressure tank, the used highly rigid fibers, according to claim 6, characterized that the loaded into the drying chamber liner both inside as also outside heated becomes.
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