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Gebiet der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ziehen eines Faserzuflusses bzw. eines Faserbeschickungsmaterials, der bzw. das auf einer Spule gehalten wird.
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Technischer Hintergrund
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Ein Hochdruckgastank wird dadurch hergestellt, dass Kohlefaser, bei der es sich um ein Bündel aus mehreren Tausend, aus sehr dünnen Filamenten (beispielsweise aus Filamenten mit einem Faserdurchmesser von etwa 1 bis 5 μm) bestehenden Faserzuflüssen handelt, auf einen Harzeinsatz gewickelt wird (
JP S63-296925A ). Die Faserzuflüsse der Kohlefaser weisen eine hohe gegenseitige Klebkraft auf, so dass die Faser, die von der Spule abgezogen wird, verdreht oder beschädigt werden kann. Um einer solchen Verdrehung oder Beschädigung der Faser entgegenzuwirken, wird beispielsweise in einem Endlosfaserwickelsystem, das in
JP 2011-245780A beschrieben ist, ein Spannungssteuerungsmechanismus vorgesehen, um die Spannung der Faser im Beförderungsweg der Faser zu steuern. Eine in
JP 2005-262504A beschriebene Endlosfaserwickelanlage weist einen Führungsmechanismus auf, der in der Nähe einer Spule angeordnet ist, um die Faser, die von der Spule abgezogen wird, zu führen.
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KURZDARSTELLUNG
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Technisches Problem
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Der oben beschriebene Stand der Technik ist so gestaltet, dass er einen separaten Mechanismus aufweist, um einer Verdrehung oder Beschädigung der Faser im Zuge der Beförderung der Faser, die von der Spule abgezogen wird, entgegenzuwirken.
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Es besteht ein Bedarf daran, eine Technik zu schaffen, die einer Verdrehung oder Beschädigung der von der Spule abgezogenen Faser entgegengewirkt, ohne dass dafür ein separater Mechanismus notwendig ist.
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Lösung des Problems
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Um die oben beschriebenen Probleme zumindest zum Teil zu lösen, kann die Erfindung durch die folgenden Aspekte implementiert werden.
- (1) Gemäß einem Aspekt wird eine Faserhaltevorrichtung geschaffen. Die Faserhaltevorrichtung weist auf: eine Spule, die so gelagert ist, dass sie sich um eine Achse drehen kann, und die so gestaltet ist, dass sie eine Faser hält, mit der sie bewickelt ist; ein Löseelement, das so gestaltet ist, dass es eine Kraft in einer Richtung von einer Spulenachse zu einem Außenrand auf die von der Spule abgezogene Faser ausübt; ein Spannungsausübungselement, das so gestaltet ist, dass es eine Spannung auf die von der Spule abgezogene Faser ausübt; und einen vorstehenden Abschnitt, der von der Spule vorsteht und so angeordnet ist, dass er das Löseelement und das Spannungsausübungselement integral und in Faserabziehrichtung gesehen nach unten hält, wobei das Löseelement vor dem Spannungsausübungselement liegt.
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In der Faserhaltevorrichtung dieses Aspekts werden das Löseelement, das so gestaltet ist, dass es die Kraft in Richtung von der Spulenachse zum Außenrand auf die Faser ausübt, und das Spannungsausübungselement, das so gestaltet ist, dass es die Spannung auf die abgezogene Faser ausübt, vom vorstehenden Abschnitt, der von der Spule vorsteht, integral gehalten. Die geschaffene Faserhaltevorrichtung kann somit einer Verdrehung oder Beschädigung der Faser entgegenwirken, ohne dass dafür ein separater Mechanismus nötig ist. Im Vergleich zu der Vorrichtung des Standes der Technik, die einen separaten Mechanismus verwendet, um einer Verdrehung oder Beschädigung der Faser entgegenzuwirken und diese zu korrigieren, braucht die Faserhaltevorrichtung dieses Aspekts somit weniger Platz.
- (2) In der Faserhaltevorrichtung des oben genannten Aspekts kann der vorstehende Abschnitt in Richtung von der Spulenachse zum Außenrand verlaufen.
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In der Faserhaltevorrichtung dieses Aspekts verläuft der vorstehende Abschnitt in Richtung der Spulenachse zum Außenrand so, dass das Löseelement und das Spannungsausübungselement auf ein und demselben Element angeordnet sein können.
- (3) In der Faserhaltevorrichtung des oben genannten Aspekts können das Löseelement und das Spannungsausübungselement so angeordnet sein, dass sie ungefähr parallel zur Spulenachse sind, und das Spannungsausübungselement kann in einer axialen Richtung eine Länge L2 ausüben, die größer ist als eine Länge L1 der Achse.
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In der Faserhaltevorrichtung dieses Aspekts sind das Löseelement und das Spannungsausübungselement so angeordnet, dass sie ungefähr parallel zur Spulenachse sind. Diese Anordnung ermöglicht eine gleichmäßige Ausübung der Kraft auf die von der Spule abgezogene Faser. Die Länge des Spannungsausübungselement übertrifft die Länge der Spulenachse. Durch diese Gestaltung kann die Spannung unabhängig von der Wickelposition der auf die Spule gewickelten Faser auf die abgezogene Faser ausgeübt werden.
- (4) Die Faserhaltevorrichtung des oben genannten Aspekts kann ferner ein Unterstützungselement aufweisen, dass so gestaltet ist, dass es das Abziehen der Faser von der Spule unterstützt, wenn der vorstehende Abschnitt in eine vorgegebene Position gedreht wird.
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Wenn in der Faserhaltevorrichtung dieses Aspekts das Spannungsausübungselement Spannung von der abgezogenen Faser aufnimmt, beispielsweise wegen eines Haltens der auf die Spule gewickelten Faser, und der vorstehende Abschnitt, der so gestaltet ist, dass er das Spannungsausübungselement hält, in die vorgegebene Position gedreht wird, dann unterstützt das Unterstützungselement das Abziehen der Faser von der Spule. Das Unterstützungselement wird nur dann betätigt, wenn der vorstehende Abschnitt in die vorgegebene Position gedreht wird. Dadurch wird die Energie verringert, die nötig ist, um das Unterstützungselement zu betätigen.
- (5) In der Faserhaltevorrichtung des oben genannten Aspekts kann das Löseelement so gestaltet sein, dass es ein Gas in Richtung auf die Spule ausstößt, so dass es als Unterstützungselement dient.
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In der Faserhaltevorrichtung dieses Aspekts stößt das Löseelement das Gas in Richtung auf die Spule aus. Dadurch wird die Loslösung der auf die Spule gewickelten Faser erleichtert. Das Löseelement dient demzufolge als das Unterstützungselement, um ein Abziehen der Faser von der Spule zu unterstützen.
- (6) In der Faserhaltevorrichtung des oben genannten Aspekts kann das Löseelement aus einem porösen Metall bestehen, das hohl auszubilden ist, und kann so gestaltet sein, dass es das Gas durch die Poren des porösen Metalls in allen Richtung zur Außenseite des Löseelements ausstößt, so dass es als das Unterstützungselement dient.
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In der Faserhaltevorrichtung dieses Aspekts stößt das Löseelement das Gas durch die Poren des porösen Metalls in allen Richtungen zur Außenseite des Löseelements aus. Dadurch wird die Loslösung der auf die Spule gewickelten Faser erleichtert. Das Löseelement dient demzufolge als das Unterstützungselement, um das Abziehen der Faser von der Spule zu unterstützen.
- (7) In der Faserhaltevorrichtung des oben genannten Aspekts kann das Löseelement vibrieren gelassen werden, damit es als Unterstützungselement dient.
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In der Faserhaltevorrichtung dieses Aspekts wird das Löseelement vibrieren gelassen. Dadurch wird die Loslösung der auf die Spule gewickelten Faser erleichtert. Das Löseelement dient demzufolge als das Unterstützungselement, um das Abziehen der Faser von der Spule zu unterstützen.
- (8) In der Faserhaltevorrichtung des oben genannten Aspekts können das Löseelement und das Spannungsausübungselement in stangenähnlicher Form so ausgebildet sein, dass sie ungefähr parallel zur Achse verlaufen, und der vorstehende Abschnitt kann so vorgesehen sein, dass er von einer Stirnseite der Spule vorsteht, um ein Ende des Löseelements und ein Ende des Spannungsausübungselements zu halten.
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In der Faserhaltevorrichtung dieses Aspekts hält der vorstehende Abschnitt jeweils ein Ende des Löseelements und des Spannungsausübungselements, die ungefähr parallel zur Spulenachse verlaufen. Anders ausgedrückt sind die jeweils anderen Enden des Löseelements und des Spannungsausübungselements freie Enden. Durch diese Gestaltung wird die Arbeit des Wickelns der Faser auf die Spule erleichtert.
- (9) In der Faserhaltevorrichtung des oben genannten Aspekts können das Löseelement und das Spannungsausübungselement in stangenähnlicher Form so ausgebildet sein, dass sie ungefähr parallel zur Achse verlaufen, und vorstehende Abschnitt können so vorgesehen sein, dass sie von beiden Stirnseiten der Spule vorstehen, so dass ein vorstehender Abschnitt so angeordnet ist, dass er ein Ende des Löseelements und ein Ende des Spannungsausübungselements hält, und der andere vorstehende Abschnitt so angeordnet ist, dass er das andere Ende des Löseelements und des Spannungsausübungselements hält.
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In der Faserhaltevorrichtung dieses Aspekts hält der vorstehende Abschnitt jeweils beide Ende des Löseelements und des Spannungsausübungselements, die ungefähr parallel zur Spulenachse verlaufen. Der vorstehende Abschnitt kann somit das Löseelement und das Spannungsausübungselement in einem stabilen Zustand halten.
- (10) Ein anderer Aspekt betrifft eine Tankherstellungsanlage, die aufweist: die Faserhaltevorrichtung gemäß einem der oben genannten Aspekte.
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Die Tankherstellungsanlage wirkt der Verdrehung oder Beschädigung der von der Spule abgezogenen Faser entgegen. Dementsprechend ist die Qualität des hergestellten Tanks verbessert.
- (11) Gemäß einem anderen Aspekt wird ein Tankherstellungsverfahren geschaffen. Das Tankherstellungsverfahren beinhaltet: Bereitstellen eines Einsatzes in ungefähr zylindrischer Form; Wickeln einer Faser auf den Einsatz, wobei die Faser mit einem duroplastischen Harz imprägniert ist, auf eine Spule gewickelt ist, die so gelagert ist, dass sie sich um eine Achse drehen kann, und von der Spule aus zugeführt wird, wobei ein Löseelement, das so gestaltet ist, dass es eine Kraft in einer Richtung von der Spulenachse zum Außenrand auf die von der Spule abgezogene Faser ausübt, und ein Spannungsausübungselement, das so gestaltet ist, dass es eine Spannung auf die von der Spule abgezogene Faser ausübt, integral und in Faserabziehrichtung gesehen nach unten gehalten werden, wobei das Löseelement vor dem Spannungsausübungselement liegt; und Erwärmen des duroplastischen Harzes, das in der Faser enthalten ist, um das duroplastische Harz zu härten.
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Das Tankherstellungsverfahren dieses Aspekts der Erfindung wickelt die Faser, die von der Spule zugeführt wird, auf den Einsatz. An der Spule werden das Löseelement, das so gestaltet ist, dass es die Kraft in Richtung von der Spulenachse zum Außenrand auf die Faser ausübt, und das Spannungsausübungselement, das so gestaltet ist, dass es die Spannung auf die abgezogene Faser ausübt, integral gehalten. Die Faserhaltevorrichtung, die weniger Platz braucht und durch die es möglich ist, der Verdrehung oder Beschädigung der Faser entgegenzuwirken und diese zu korrigieren, kann demgemäß verwendet werden, um Tanks herzustellen. Dadurch wird die Produktivität bei der Tankherstellung verbessert.
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Die Erfindung kann durch irgendeinen bzw. irgendwelche von verschiedenen Aspekten außer der oben genannten Vorrichtung implementiert werden: zum Beispiel von einem System, das die Funktionen der Faserhaltevorrichtung erfüllt, einem Steuerverfahren für die Faserhaltevorrichtung, einem Computerprogramm, das ein solches Steuerverfahren implementiert, und einem nicht-transitorischen Speichermedium, in dem ein solches Computerprogramm aufgezeichnet ist.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist ein Diagramm, das schematisch die Gestaltung einer Hochdruckgastank-Herstellungsanlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt.
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2 ist eine perspektivische Ansicht, die den Aufbau einer Spulenvorrichtung darstellt;
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3 ist eine Seitenansicht, die den Aufbau der Spulenvorrichtung darstellt;
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4 ist ein Diagramm, das die Funktionen einer Lösestange darstellt;
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5 ist eine vergrößerte Ansicht, die einen Abschnitt einer Lösestange gemäß einer zweiten Ausführungsform darstellt;
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6 ist ein Diagramm, das schematisch einen Querschnitt A-A in 5 darstellt;
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7 ist ein Diagramm, das den Aufbau eines vorstehenden Abschnitts gemäß einer Modifikation darstellt; und
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8 ist ein Ablaufschema, das einen Ablauf eines Tankherstellungsverfahrens darstellt.
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BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
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A. Erste Ausführungsform
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A-1. Gestaltung einer Hochdruckgastank-Herstellungsanlage
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1 ist ein Diagramm, das schematisch die Gestaltung einer Hochdruckgastank-Herstellungsanlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt. Die Hochdruckgastank-Herstellungsanlage 500 wickelt Kohlefasern auf einen Harzeinsatz von ungefähr zylindrischer Form anhand eines Endlosfaser- bzw. Filamentwickel-(FW) Verfahrens, um einen Hochdruckgastank herzustellen. Der hergestellte Hochdruckgastank kann beispielsweise als Speichertank für Wasserstoffgas verwendet werden, bei dem es sich um ein Brenngas in einem Brennstoffzellenfahrzeug handelt.
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Die Hochdruckgastank-Herstellungsanlage 500 weist vier Spulenvorrichtungen 100A bis 100D, elf Führungswalzen r1 bis r11, einen Spannungsregler 30, einen Faserabzieher 40, eine Führungswelle 42 und eine Faserwickeleinheit 50 auf.
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Die vier Spulenvorrichtungen 100A bis 100D sind vorab jeweils mit gleichen Kohlefasern bewickelt worden. Die Kohlefaser wird durch Bündeln einer großen Zahl von Endlosfasern cf (zum Beispiel zwanzigtausend) von etwa 1 μm Faserdurchmesser gebildet und vorab mit einem Epoxidharz, bei dem es sich um ein duroplastisches Harz handelt, vorimprägniert. Verfügbare Beispiele für eine solche Kohlefaser beinhalten Kohlefasern auf Rayonbasis, Kohlefasern auf Basis von Polyacrylnitril (PAN) und Kohlefasern auf Pechbasis. Der Kohlefaserzufluss weist einen ungefähr kreisförmigen Querschnitt auf. Um die Erklärung zu vereinfachen, werden die Kohlefasern, die auf die vier Spulenvorrichtungen 100A bis 100D gewickelt sind, in der folgenden Beschreibung jeweils Kohlefaserzuflüsse f1 bis f4 genannt.
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Die Spulenvorrichtungen 100A bis 100D sind jeweils mit dem Faserabzieher 40 verbunden, um die Kohlefaserzuflüsse f1 bis f4 gemäß den Mengen an Kohlefaserzuflüssen f1 bis f4, die auf einen Harzeinsatz 200 gewickelt werden, abzuziehen. In der nachstehenden Beschreibung werden die Spulenvorrichtungen 100A bis 100D einfach als „Spulenvorrichtung 100” bezeichnet, wenn die Erläuterung keine Unterscheidung verlangt. Die Spulenvorrichtung 100 dient als die „Faserhaltevorrichtung”.
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Die elf Führungswalzen r1 bis r11 sind jeweils so angeordnet, dass sie frei drehbar sind und die Kohlefaserzuflüsse f1 bis f4, die von den vier Spulenvorrichtungen 100A bis 100D abgezogen werden, zum Faserabzieher 40 befördern. Acht Führungswalzen r1 bis r8 legen während der Beförderung Spannung an die Kohlefaserzuflüsse f1 bis f4 an. Zum Beispiel können Elemente, die aus einem Harz oder einem Metall in zylindrischer Form ausgebildet sind, als diese Führungswalzen r1 bis r8 verwendet werden. Der Spannungsregler 30 ist mit der Führungswalze r6 verbunden, um die Führungswalze r6 auszustellen und dadurch die Spannungen der Kohlefaserzuflüsse f1 bis f4 während der Beförderung zu regulieren.
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Der Faserabzieher 40 zieht die Kohlefaserzuflüsse f1 bis f4 ab, die von der Führungswalze r11 herkommend befördert werden, um auf den Harzeinsatz 200 gewickelt zu werden, der an der Faserwickeleinheit 50 angeordnet ist. Der Faserabzieher 40 bewegt sich entlang der Führungswelle 42 hin und her, um die Kohlefaserzuflüsse f1 bis f4 auf die Frontfläche des Harzeinsatzes 200 zu wickeln. Die Führungswelle 42 ist parallel zu einer Achse CX des Harzeinsatzes 200 angeordnet. Zum Beispiel kann eine Reifenwicklung oder eine Spiralwicklung als Wickeltechnik für die Kohlefaserzuflüsse f1 bis f4 verwendet werden.
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Die Faserwickeleinheit 50 weist eine Basis 51, ein Paar Trägerplatten 53 und 54 und ein Drehungsstellglied 52 auf. Die beiden Trägerplatten 53 und 54 sind über einen vorgegebenen Abstand hinweg an der Basis 51 angeordnet, um den Harzeinsatz 200 so zu lagern, dass dieser sich frei drehen kann. Das Drehungsstellglied 52 ist außerhalb der Trägerplatte 53 angeordnet, um den Harzeinsatz 200 um die Achse CX des Harzeinsatzes 200 als Mittelachse zu drehen. Der Harzeinsatz 200 besteht aus Nylonharz und weist einen hohlen Aufbau auf.
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A-2 Aufbau der Faserhaltevorrichtung
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2 ist eine perspektivische Ansicht, die den Aufbau einer Spulenvorrichtung darstellt. Im Folgenden wird die Spulenvorrichtung 100A als ein Beispiel beschrieben. Die Spulenvorrichtungen 100A bis 100D sind gleich aufgebaut.
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Die Spulenvorrichtung 100A hält den Kohlefaserzufluss f1 im aufgewickelten Zustand. Die Spulenvorrichtung 100A weist eine Haupteinheit 71, zwei kreisförmige Platten 72, ein Spulenstellglied 73, einen vorstehenden Abschnitt 74, eine Lösestange 80 und eine Straffungsstange 90 auf. Die Haupteinheit 71 und die beiden kreisförmigen Platten 72 können zusammen als „Spule” bezeichnet werden.
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Die Haupteinheit 71 ist ein Element, das dafür vorgesehen ist, den Kohlefaserzufluss f1 im aufgewickelten Zustand zu halten. Die Haupteinheit 71 dieser Ausführungsform hat eine zylindrische Form und besteht beispielsweise aus Harz oder Metall. Die kreisrunden Platten 72 sind Elemente, die auf beiden Stirnseiten der Haupteinheit 71 angeordnet sind. Die kreisrunden Platten 72 haben die Form von ungefähr kreisrunden Platten und bestehen beispielsweise aus Harz oder Metall. Das Spulenstellglied 73 ist mit der Haupteinheit 71 verbunden. Das Spulenstellglied 73 nimmt die Antriebskraft eines internen Motors auf, um die Haupteinheit 71 entgegen dem Uhrzeigersinn CS um eine Achse CY der Haupteinheit 71 zu drehen und dadurch den Kohlefaserzufluss f1 von der Haupteinheit 71 abzuziehen. Das Spulenstellglied 73 ist so gestaltet, dass es die Antriebskraft nur auf die Haupteinheit 71 überträgt und die kreisförmigen Platten 72 nicht dreht.
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Der vorstehende Abschnitt 74 ist ein Element, das so vorgesehen ist, dass es die Lösestange 80 und die Straffungsstange 90 integral und in Abziehrichtung DF des Kohlefaserzuflusses f1 gesehen nach unten hält, wobei das Löseelement 80 vor dem Spannungsausübungselement 90 liegt. Der vorstehende Abschnitt 74 ist ein Element, das so vorgesehen ist, dass es von einer der kreisförmigen Platten 72 vorsteht und die Form einer abgeschrägten, gleichschenklig-dreieckigen Platte hat. Ein Teil des vorstehenden Abschnitts 74, welcher der Basis des gleichschenkligen Dreiecks entspricht, ist an einen Kreisbogen der kreisförmigen Platte 72 angefügt. Ein Teil des vorstehenden Abschnitts 74, der den beiden gleichen Seiten des gleichschenkligen Dreiecks entspricht, steht in einer Richtung der Achse CY der Spule zum Außenrand (anders ausgedrückt in einer Richtung von der Achse CY der Haupteinheit 71 zum Außenrand) vor. Der vorstehende Abschnitt 74 besteht beispielsweise aus Harz oder Metall. Gemäß dieser Ausführungsform werden, wie in 2 dargestellt, sowohl die Lösestange 80 als auch die Straffungsstange 90 von dem einen vorstehenden Abschnitt 74 gehalten. Somit weisen die Lösestange 80 und die Straffungsstange 90 jeweils ein fixiertes Ende EL und ein anderes nichtfixiertes Ende ER auf. Diese Anordnung erleichtert die Arbeit während des Wickelns eines Kohlefaserzuflusses auf die Spuleneinheit 100A. Alternativ dazu kann eine Gestaltung verwendet werden, die zwei vorstehende Abschnitte 74 aufweist, die jeweils von den beiden kreisförmigen Platten 72 vorstehen, anders ausgedrückt eine Gestaltung, wo sowohl die Enden EL als auch die Enden ER der Lösestange 80 und der Straffungsstange 90 von den vorstehenden Abschnitten 74 gehalten werden. Diese Anordnung macht es möglich, dass die jeweiligen Enden sowohl der Lösestange 80 als auch der Straffungsstange 90 von den vorstehenden Abschnitten 74 stabil gehalten werden.
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3 ist eine Seitenansicht, die den Aufbau der Spulenvorrichtung darstellt. Die Lösestange 80 weist eine Stangenform (eine lange zylindrische Form) auf und ist mit dem vorstehenden Abschnitt 74 an einer Position in der Nähe von dessen Basis und auf der Seite, von wo der Kohlefaserzufluss f1 abgezogen wird, verbunden. Das Ende EL der Lösestange 80 ist an der oben genannten Position mit dem vorstehenden Abschnitt 74 verbunden, so dass die Lösestange 80 in dem Zustand gehalten wird, in dem sie ungefähr parallel ist zur Achse CY der Haupteinheit 71 (2). Die Lösestange 80 besteht beispielsweise aus Harz oder Metall.
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Die Straffungsstange 90 weist eine Stangenform (eine lange zylindrische Form) auf und ist mit dem vorstehenden Abschnitt an der Position in der Nähe von dessen Scheitelwinkel verbunden. Das Ende EL der Straffungsstange 90 ist an der oben genannten Position mit dem vorstehenden Abschnitt 74 verbunden, so dass die Straffungsstange 90 in dem Zustand gehalten wird, in dem sie ungefähr parallel ist zur Achse CY der Haupteinheit 71 (2). Es ist außerdem bevorzugt, dass ein Länge L2 der Straffungsstange 71 in der Längsrichtung (in der Richtung der Achse CY der Haupteinheit 71) länger ist als eine Länge L1 der Achse CY der Haupteinheit 71. Die Straffungsstange 90 besteht beispielsweise aus Harz oder Metall.
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Eine Außenseite des Kohlefaserzuflusses f1, wenn dieser in dem Zustand auf die Haupteinheit 71 gewickelten Zustand ist (die Seite, die der Außenluft ausgesetzt ist) wird als „Faseraußenseite” bezeichnet. Eine Innenseite des Kohlefaserzuflusses f1 in dem Zustand, in dem dieser auf die Haupteinheit 71 gewickelt ist (die Seite, die mit der unteren Schicht des Kohlefaserzuflusses f1 in Kontakt steht), wird als „Faserinnenseite” bezeichnet. Die Faserinnenseite des Kohlefaserzuflusses f1, der von der Haupteinheit 71 abgezogen wird, kommt mit der Lösestange 80 in Kontakt. Die Faseraußenseite des Kohlefaserzuflusses f1, der von der Haupteinheit 71 abgezogen wird, kommt mit der Straffungsstange 90 in Kontakt. Anders ausgedrückt halten die Lösestange 80 und die Straffungsstange 90 die Faser abwechselnd.
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Die kreisrunde Platte 72 ist an der Trägerwelle fixiert, um die Spulenvorrichtung 100A über ein elastisches Element wie eine Spiralfeder zu lagern. Diese Feder bewirkt, dass ständig eine Federkraft entgegen dem Uhrzeigersinn CS um die Achse CY der Haupteinheit 71 auf die kreisförmige Platte 72 und den vorstehenden Abschnitt 74 ausgeübt wird. Der vorstehende Abschnitt 74 wird demgemäß von der Federkraft in Bezug auf eine vertikale Richtung VD in der Drehrichtung (d. h. entgegen dem Uhrzeigersinn CS) geneigt gehalten. Die Straffungsstange 90, die an der Position in der Nähe des Scheitelwinkels mit dem vorstehenden Abschnitt 74 verbunden ist, übt demgemäß in einer Richtung PU, die der Abziehrichtung des Kohlefaserzuflusses f1 entgegengesetzt ist, einen Zug auf den Kohlefaserzufluss f1 aus, der von der Haupteinheit 71 abgezogen wird und in der Abziehrichtung abwärts von der Straffungsstange 90 angeordnet ist. Infolgedessen übt die Straffungsstange 90 eine Spannung an den abgezogenen Kohlefaserzufluss f1 aus. Die Stärke der Spannung, die von der Straffungsstange 90 auf den Kohlefaserzufluss f1 ausgeübt wird, kann durch die Feder beliebig angepasst werden.
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4 ist ein Diagramm, das die Funktion der Lösestange 80 darstellt. Wie 3 zeigt 4 die Seitenansicht der Spulenvorrichtung 100.
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Die durchgezogene Linie in 4 stellt die Seitenansicht in dem Zustand dar, wo die Kohlefaserzufluss f1 störungsfrei von der Haupteinheit 71 abgezogen wird, ohne zu bewirken, dass die Endlosfasern cf des aufgewickelten Kohlefaserzuflusses f1 aneinander kleben. In der nachstehenden Beschreibung wird das Kleben der Endlosfasern cf des Kohlefaserzuflusses f1 als „Haftung des Kohlefaserzuflusses f1” bezeichnet. Wenn der Kohlefaserzufluss f1 in einem Zustand ist, in der er nicht haftet, kommt die Lösestange 80 nur mit dem Kohlefaserzufluss f1 in Kontakt, der von der Haupteinheit 71 angezogen wird. Die Straffungsstange 90 übt eine Spannung auf den abgezogenen Kohlefaserzufluss f1 aus. Die Einzelheiten wurden oben mit Bezug auf 3 beschrieben.
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Die gestrichelte Linie in 4 stellt die Seitenansicht in dem Zustand dar, wo die Endlosfasern cf des aufgewickelten Kohlefaserzuflusses 11, die aneinander kleben, das störungsfreie Abziehen des Kohlefaserzuflusses f1 von der Haupteinheit 71 behindern. Wenn der Kohlefaserzufluss f1 in einem Zustand ist, wo er haftet, und nicht störungsfrei abgezogen wird, wird ein Teil der Federkraft, die entgegen dem Uhrzeigersinn CS um die Achse CY wirkt, durch die Klebkraft (Haftkraft) der Endlosfasern cf aufgehoben. In diesem Zustand wird der Kohlefaserzufluss f1 nicht neu von der Haupteinheit 71 abgezogen, so dass vom haftenden Abschnitt des Kohlefaserzuflusses f1 und durch die Spannung des Kohlefaserzuflusses f1, der auf den Faserabzieher 40 gezogen wird, Druck auf die Straffungsstange 90 ausgeübt wird. Infolgedessen wird der vorstehende Abschnitt 74 ungefähr parallel zur vertikalen Richtung VD.
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Die Lösestange 80, die an der Position in der Nähe der Basis des vorstehenden Abschnitts 74 und auf der Seite angeordnet ist, von wo der Kohlefaserzufluss f1 abgezogen wird, wirkt dann so, dass sie den abgezogenen Kohlefaserzufluss f1 in Richtung auf eine Außenseite PS schiebt, wobei es sich um die Richtung von der Achse CY der Spule zum Außenrand handelt (anders ausgedrückt, die Richtung von der Achse CY der Haupteinheit 71 zum Außenrand). In dem Zustand, in dem der vorstehende Abschnitt 74 ungefähr parallel zur vertikalen Richtung VD wird, übt die Lösestange 80 die Kraft an die nahe Umgebung der Basis des abgezogenen Kohlefaserzuflusses f1 in Richtung auf die Außenseite PS aus, wobei es sich um die Richtung von der Achse CY der Spule zum Außenrand handelt (anders ausgedrückt, die Richtung von der Achse CY der Haupteinheit 71 zum Außenrand). Die Lösestange 80 wirkt daher daraufhin, den haftenden Kohlefaserzufluss f1 zu locker.
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Die Lösestange dient als „Löseelement”, und die Straffungsstange dient als „Spannungsausübungselement”.
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Wie oben beschrieben weist die Spulenvorrichtung 100A (die Faserhaltevorrichtung) der ersten Ausführungsform die Lösestange 80 (das Löseelement), die so gestaltet ist, dass sie die Kraft in der Richtung von der Achse CY der Spule zum Außenrand auf den abgezogenen Kohlefaserzufluss f1 (die Faser) ausübt, und die Straffungsstange 90 (das Spannungsausübungselement) auf, die so gestaltet ist, dass sie die Spannung an den abgezogenen Kohlefaserzufluss f1 ausübt. Die Lösestange 80 und die Straffungsstange 90 werden durch den vorstehenden Abschnitt 74, der von der kreisförmigen Platte 72 der Spule vorsteht, in der Abziehrichtung DF des Kohlefaserzuflusses f1 gesehen abwärts integral gehalten (2). Die geschaffene Faserhaltevorrichtung 100A kann somit einer Verdrehung oder Beschädigung des von der Haupteinheit 71 abgezogenen Kohlefaserzuflusses f1 entgegenwirken, ohne dass dafür ein separater Mechanismus nötig ist. Im Vergleich zu der Vorrichtung des Standes der Technik, die einen separaten Mechanismus verwendet, um einer Verdrehung oder Beschädigung der Faser entgegenzuwirken und diese zu korrigieren, braucht die geschaffene Spulenvorrichtung 100A weniger Platz.
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Außerdem synchronisiert die Spulenvorrichtung 100A (die Faserhaltevorrichtung) der ersten Ausführungsform die beiden Stangen mit ihren verschiedenen Funktionen, d. h. die Lösestange 80 (welche die Kraft für die Loslösung des Kohlefaserzuflusses f1 von der Haupteinheit 71) ausübt) und die Straffungsstange 90 (welche die Spannung an den abgezogenen Kohlefaserzufluss f1 ausübt), während sie ermöglicht, dass beide Funktionen gleichzeitig durchgeführt werden können. Diese Gestaltung kann somit einem möglichen Durchhängen des Kohlefaserzuflusses f1 und einem möglichen Versagen einer Loslösung des Kohlefaserzuflusses f1 gleichzeitig entgegenwirken.
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Ferner sind in der Spulenvorrichtung 100A (der Faserhaltevorrichtung) der ersten Ausführungsform die Lösestange 80 (das Löseelement) und die Straffungsstange 90 (das Spannungsausübungselement) in der stangenähnlichen Form ausgebildet und so angeordnet, dass sie ungefähr parallel sind zur Achse CY der Spule (2). Diese Anordnung ermöglicht eine gleichmäßige Ausübung der Kraft auf den Kohlefaserzufluss f1 (den Zufluss), der von der Haupteinheit 71 abgezogen wird. Anders ausgedrückt wird durch diese Anordnung eine gleichmäßige Ausübung der Kraft auf den abgezogenen Kohlefaserzufluss f1 unabhängig von der Wicklungsposition des Kohlefaserzuflusses f1, der auf die Haupteinheit 71 gewickelt ist, ermöglicht. Die Länge L2 der Straffungsstange 90 übertrifft die Länge L1 der Achse CY der Spule (L2 > L1, 2). Diese Anordnung ermöglicht eine Ausübung der Spannung auf den abgezogenen Kohlefaserzufluss f1 unabhängig von der Wicklungsposition des Kohlefaserzuflusses f1, der auf die Haupteinheit 71 gewickelt ist.
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Darüber hinaus führt die Hochdruckgastank-Herstellungsanlage 500 der oben beschriebenen ersten Ausführungsform den Kohlefaserzufluss 11 entlang einer stabilen Bahnkurve zu, während sie einer Verdrehung oder Beschädigung des von der Haupteinheit 71 abgezogenen Kohlefaserzuflusses f1 (des Zuflusses) entgegengewirkt. Dadurch werden die Festigkeit und die Abmessungen eines Hochdruckgastanks, der durch die Hochdruckgastank-Herstellungsanlage 500 hergestellt wird, stabilisiert, und die Qualität des hergestellten Hochdruckgastanks wird verbessert. In den einzelnen Spulenvorrichtungen 100A (den Faserhaltevorrichtungen) werden die Lösestange 80 (das Löseelement) und die Straffungsstange 90 (das Spannungsausübungselement) durch den vorstehenden Abschnitt 74, der von der Spule vorsteht, integral gehalten. Diese Gestaltung ermöglicht eine Verkleinerung der Hochdruckgastank-Herstellungsanlage, bei der Fasern von der Mehrzahl von Spulenvorrichtungen 100A zugeführt werden.
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B. Zweite Ausführungsform
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Eine zweite Ausführungsform der Erfindung beschreibt eine Gestaltung, mit welcher der haftende Kohlefaserzufluss in der Hochdruckgastank-Herstellungsanlage der ersten Ausführungsform noch schneller gelockert wird. Im Folgenden werden nur Komponenten beschrieben, die Strukturen und Funktionen aufweisen, die sich von denen der ersten Ausführungsform unterscheiden. Gleiche Komponenten wie in der ersten Ausführungsform werden in der Abbildung von gleichen Symbolen dargestellt wie diejenigen der ersten Ausführungsform, und sie werden hierin nicht eigens beschrieben.
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B-1. Gestaltung einer Hochdruckgastank-Herstellungsanlage
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Eine Hochdruckgastank-Herstellungsanlage 500 der zweiten Ausführungsform weist die allgemeine Gestaltung auf, die derjenigen der ersten Ausführungsform ähnlich ist, die in 1 dargestellt ist.
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B-2. Aufbau der Faserhaltevorrichtung
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Eine Spulenvorrichtung 100A der zweiten Ausführungsform weist einen Aufbau auf, der demjenigen der ersten Ausführungsform, die in 2 bis 4 dargestellt ist, im Wesentlichen ähnlich ist. Die Spulenvorrichtung 100A der zweiten Ausführungsform weist jedoch ein Spulenstellglied 73x und eine Lösestange 80x anstelle des Spulenstellglieds 73 und der Lösestange 80 auf. Die Lösestange 80x hat die Funktion, das Abziehen des Kohlefaserzuflusses f1 von der Haupteinheit 71 zu unterstützen.
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5 ist eine vergrößerte Ansicht, die einen Abschnitt der Lösestange 80x gemäß der zweiten Ausführungsform darstellt; Die Lösestange 80x ist in einer hohlzylindrischen Form ausgebildet. Die Lösestange 80x weist einen Außenmantelabschnitt 82 und einen Abdeckungsabschnitt 81 auf. Der Außenmantelabschnitt 82 besteht beispielsweise aus porösem Metall und weist eine große Anzahl an Mikroporen 83 auf. Um einem Verstopfen der Poren 83 durch das Harz, mit dem der Kohlefaserzufluss f1 imprägniert ist, entgegenzuwirken, weisen die entsprechenden Poren 83 vorzugsweise einen Porendurchmesser von beispielsweise 500 μm oder weniger auf. Der Abdeckungsabschnitt 81 ist an einer Stirnfläche des Außenmantelabschnitts 82 angeordnet. Der Abdeckungsabschnitt 81 ist mit einer Leitung 85 verbunden und führt die Luft, die über die Leitung 85 geliefert wird, einem Innenraum des Außenmantelabschnitts 82 zu.
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Das Spulenstellglied 73x der zweiten Ausführungsform weist einen eingebauten Luftkompressor auf. Der Luftkompressor ist über die Leitung 85 mit der Lösestange 80x verbunden, um die Luft in das Innere der Lösestange 80x zu einzuführen. In dieser Ausführungsform wird die Luft vom Luftkompressor auf einen Druck von 1 MPa oder weniger verdichtet und weist eine normale Temperatur (etwa 25°C) auf,
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6 ist ein Diagramm, das schematisch einen Querschnitt A-A in 5 darstellt. Die im Außenmantelabschnitt 82 vorgesehenen Poren 83 verlaufen entlang der Dickenrichtung des Außenmantelabschnitts 82, so dass der Innenraum der Lösestange 80x mit der Außenfläche des Außenmantelabschnitts 82 in Verbindung steht. Demgemäß wird die Luft, die in den Innenraum der Lösestange 80x eingeführt wird, aus dem Innenraum der Lösestange 80x in allen Richtungen zur Außenfläche des Außenmantelabschnitts 82 geblasen. Von der Luft, die in allen Richtungen zur Außenseite des Außenmantelabschnitts 82 ausgestoßen wird, wirkt die Luft, die in den Richtungen des abgezogenen Kohlefaserzuflusses f1 ausgestoßen wird, einem Kleben der Endlosfasern cf an der Außenfläche des Außenmantelabschnitts 82 entgegen. Von der Luft, die in allen Richtungen zur Außenseite des Außenmantelabschnitts 82 ausgestoßen wird, wirkt die Luft, die in den Richtungen der Haupteinheit 72 der Spule ausgestoßen wird, einem gegenseitigen Verkleben der Endlosfasern cf des Kohlefaserzuflusses f1 (einem Haften des Kohlefaserzuflusses f1) entgegen.
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Die Luftzufuhr durch den Luftkompressor kann kontinuierlich durchgeführt werden oder kann durch irgendeinen Auslöser durchgeführt werden. Zum Beispiel kann es sein, dass die Luft nur dann zugeführt wird, wenn es zu einer Haftung des Kohlefaserzuflusses f1 kommt. „Wenn es zu einer Haftung des Kohlefaserzuflusses f1 kommt” bedeutet den Zustand, dass vom haftenden Abschnitt des Kohlefaserzuflusses f1 und der Spannung des Kohlefaserzuflusses f1, der zum Faserabzieher 40 abgezogen wird, Druck auf die Straffungsstange 90 ausgeübt wird und der vorstehende Abschnitt 74 in die vorgegebene Position gedreht wird. Zum Beispiel kann ein Grenzschalter zwischen dem Spulenstellglied 73x und der kreisförmigen Platte 72 vorgesehen sein, um ein Haften des Kohlefaserzuflusses f1 zu erfassen und die Betätigung des Luftkompressors auszulösen. Durch die Gestaltung, mit welcher nur im Falle einer Drehung des vorstehenden Abschnitts 74 in die vorgegebene Position der Luftkompressor betätigt wird und ermöglicht wird, dass die Lösestange 80x als Unterstützungselement dient, wird der Energieverbrauch gesenkt.
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Die Lösestange 80x der zweiten Ausführungsform dient als „Unterstützungselement”.
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Wie oben beschrieben weist die Spulenvorrichtung 100A (die Faserhaltevorrichtung) der zweiten Ausführungsform ähnliche vorteilhafte Wirkungen auf wie die Spulenvorrichtung 100A der ersten Ausführungsform. Außerdem dient in der Spulenvorrichtung 100A der zweiten Ausführungsform die Lösestange 80x als Unterstützungselement, um das Abziehen des Kohlefaserzuflusses f1 (der Faser) von der Spule zu unterstützen.
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Genauer besteht die Lösestange 80x (das Löseelement) aus dem porösen Metall, das hohl auszubilden ist, und das Gas in allen Richtungen zur Außenseite der Lösestange 80x ausstößt. Dadurch wird die Loslösung des um die Haupteinheit 71 gewickelten Kohlefaserzuflusses f1 (der Faser) erleichtert. Das Löseelement 80x dient demzufolge als das Unterstützungselement, um ein Abziehen der Faser von der Spule zu unterstützen.
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D. Dritte Ausführungsform
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Eine dritte Ausführungsform der Erfindung beschreibt ein Tankherstellungsverfahren unter Verwendung der in der obigen Ausführungsform beschriebenen Hochdruckgastank-Herstellungsanlage. Im Folgenden werden nur Komponenten beschrieben, die Strukturen und Funktionen aufweisen, die sich von denen der ersten Ausführungsform unterscheiden.
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8 ist ein Ablaufschema, das einen Ablauf des Tankherstellungsverfahrens darstellt. In Schritt S10 des Ablaufs wird der Harzeinsatz 200 in der ungefähr zylindrischen Form bereitgestellt, und der Harzeinsatz 200 wird in die Hochdruckgastank-Herstellungsanlage 500 eingesetzt (1).
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In Schritt S12 des Ablaufs wird der Kohlefaserzufluss f1 auf den Harzeinsatz 200 gewickelt. Dieser Kohlefaserzufluss f1 ist auf die Spule (Haupteinheit 71 und zwei kreisförmige Platten 72, 2) gewickelt, die so gelagert ist, dass sie sich um die Achse CY drehen kann, und wird von der Spule aus dem Harzeinsatz 200 zugeführt. Der vorstehende Abschnitt 74, der an der kreisförmigen Platte 72 der Spule vorgesehen ist, hält auf integrale Weise das Löseelement (die Lösestange 80), das so gestaltet ist, dass es die Kraft in Richtung von der Achse CY der Haupteinheit 71 der Spule zum Außenrand auf den von der Spule abgezogenen Kohlefaserzufluss f1 ausübt, und das Spannungsausübungselement (die Straffungsstange 90), das so gestaltet ist, dass es die Spannung auf den von der Spule abgezogene Kohlefaserzufluss f1 ausübt, und in Abziehrichtung des Kohlefaserzuflusses f1 gesehen nach unten, wobei das Löseelement vor dem Spannungsausübungselements liegt (3). Die Technik, die angewandt wird, um die Faser im Schritt S12 auf den Harzeinsatz 200 zu wickeln, kann beispielsweise eine Reifenwicklung oder eine Spiralwicklung sein.
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In Schritt S14 des Ablaufs wird der Harzeinsatz 200 nach Abschluss des Wickelns der Kohlenstofffaser in einem Heizofen erwärmt, um das duroplastische Harz, das in der Kohlenstofffaser enthalten ist, zu härten.
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Der Tank wird anhand des oben geschilderten Ablaufs hergestellt. Das in der dritten Ausführungsform beschriebene Tankherstellungsverfahren bewirkt, dass die Faser (der Kohlefaserzufluss f1), die von der Spule aus zugeführt wird, in der das Löseelement (die Lösestange 80), das so gestaltet ist, dass es die Kraft in Richtung von der Achse CY der Haupteinheit 71 der Spule zum Außenrand an die abgezogene Faser (den Kohlefaserzufluss f1) ausübt, und das Spannungsausübungselement (die Straffungsstange 90), das so gestaltet ist, dass es die Spannung auf die abgezogene Faser (den Kohlefaserzufluss f1) ausübt, integral gehalten werden, auf den Harzeinsatz 200 gewickelt wird. Die Faserhaltevorrichtung (Spulenvorrichtung 100), die weniger Platz braucht und durch die es möglich ist, der Verdrehung oder Beschädigung der Faser entgegenzuwirken, kann demgemäß verwendet werden, um Tanks herzustellen. Dadurch wird die Produktivität bei der Tankherstellung verbessert.
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C. Modifikationen
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Unter den Komponenten jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen sind alle Komponenten außer denen, die in den unabhängigen Ansprüchen beschrieben werden, zusätzliche Komponenten und können gegebenenfalls weggelassen werden. Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann durch eine Vielfalt anderer Aspekte implementiert werden, ohne vom Bereich der Erfindung abzuweichen. Einige Beispiele für eine mögliche Modifikation sind nachstehend angegeben.
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*1. Modifikation
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In den obigen Ausführungsformen werden Beispiele für den Aufbau der Spulenvorrichtung beschrieben. Der Aufbau der Spulenvorrichtung kann jedoch auf vielfältige Weise modifiziert werden, ohne vom Bereich der Erfindung abzuweichen. Einige Beispiele für solche Modifikationen beinhalten die Weglassung eines Teils der Komponenten, die Hinzufügung neuer Komponenten und die Ersetzung der Komponenten.
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Zum Beispiel weist die Spule der oben beschriebenen Ausführungsform die kreisförmigen Platten auf, die an beiden Stirnflächen der zylindrischen Haupteinheit angeordnet sind. Der Aufbau der Spule ist nur ein Beispiel und kann auf vielfältige Weise modifiziert werden. Zum Beispiel kann die Spule nur durch das zylindrische Element unter Weglassung der kreisförmigen Platten gebildet werden. In einem anderen Beispiel kann die zylindrische Form durch eine hohle, polygonale Säulenform ersetzt werden. In einem noch anderen Beispiel können zwei kreisförmige Platten verwendet werden, um die jeweiligen Enden einer Mehrzahl von stabförmigen Elementen in einer Kreisform oder einer polygonalen Form zu fixieren.
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Als weiteres Beispiel: der vorstehende Abschnitt ist in der obigen Ausführungsform so vorgesehen, dass er von der kreisförmigen Platte vorsteht. In dem modifizierten Aufbau ohne kreisförmige Platten kann der vorstehende Abschnitt beispielsweise so vorgesehen sein, dass er von einer Stirnfläche der Haupteinheit vorsteht. Bei dieser Modifikation kann das Spulenstellglied so gestaltet sein, dass es die Antriebskraft nur auf die Haupteinheit ausübt, und dabei den vorstehenden Abschnitt nicht dreht.
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Als weiteres Beispiel: der vorstehende Abschnitt ist in der obigen Ausführungsform als Element in Form eines abgeschrägten gleichschenkligen Dreiecks vorgesehen. Der vorstehende Abschnitt kann jedoch irgendeine andere geeignete Form aufweisen, die ein integrales Halten der Lösestange und der Straffungsstange ermöglicht. Zum Beispiel kann der vorstehende Abschnitt aus einer Mehrzahl von Elementen bestehen. 7 ist ein Diagramm, das den Aufbau eines vorstehenden Abschnitts gemäß einer Modifikation darstellt. Wie in 7 dargestellt, können ein vorstehender Abschnitt 74a zum Lager der Lösestange 80 und ein vorstehender Abschnitt 74b zum Lager der Straffungsstange 90 separat von der Spule vorstehen, und die Lösestange 80 und die Straffungsstange 90 können von den vorstehenden Abschnitten 74a und 7b integral gehalten werden. Bei diesem modifizierten Aufbau dienen die vorstehenden Abschnitte 74a und 74b als der „vorstehende Abschnitt”.
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Die Form des vorstehenden Abschnitts ist nicht auf die Form eines gleichschenkligen Dreiecks beschränkt, sondern kann beispielsweise eine rechtwinklige Form oder eine elliptische Form sein.
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*2. Modifikation
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Die obige zweite Ausführungsform beschreibt ein Beispiel für eine Gestaltung, die bewirkt, dass die Lösestange als Unterstützungselement dient. Die Gestaltung der obigen zweiten Ausführungsform ist jedoch nur ein Beispiel und kann auf irgendeine von verschiedenen Arten modifiziert werden.
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Zum Beispiel besteht der Außenmantelabschnitt der Lösestange aus dem porösen Metall. Statt des porösen Metalls kann das Material des Außenmantelabschnitts der Lösestange jedoch eine dünne Metallplatte (beispielsweise eine Edelstahlplatte) oder ein Metallgitter mit einer großen Zahl von Öffnungen sein. Bei der Modifikation, bei welcher der Außenmantelabschnitt aus der dünnen Metallplatte mit der großen Zahl von Öffnungen besteht, können die Öffnungen beispielsweise eine kreisförmige Querschnittsform aufweisen. In einem anderen Beispiel können die Öffnungen eine rechteckige Querschnittsform aufweisen, die in der Breitenrichtung des Außenmantelabschnitts verläuft, und können als schlitzähnliche Öffnungen angeordnet sein.
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In der obigen Ausführungsform besteht der Außenmantelabschnitt der Lösestange aus dem porösen Metall. Statt aus dem porösen Metall kann der Außenmantelabschnitt jedoch aus einer dünnen Metallplatte (beispielsweise einer Edelstahlplatte) bestehen und kann einen Schlitz aufweisen, der an einer gewünschten Position in der Metallplatte ausgebildet ist. Die Position des Schlitzes im Außenmantelabschnitt ist vorzugsweise eine Position, die ein Ausstoßen von Luft von der Lösestange zumindest in Richtung auf die Haupteinheit gestattet. Bei dieser modifizierten Gestaltung kann die Lösestange (das Löseelement) das Gas in Richtung auf die Spule ausstoßen. Dadurch wird die Loslösung des Kohlefaserzuflusses f1 (der Faser), der um die Haupteinheit der Spule gewickelt ist, erleichtert. Das Löseelement dient demzufolge als das Unterstützungselement, um ein Abziehen des Kohlefaserzuflusses f1 von der Haupteinheit zu unterstützen.
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In der obigen Ausführungsform stößt die Lösestange die Luft in Richtung der Spule oder in Richtung des abgezogenen Kohlefaserzufluss f1 aus, um als Unterstützungselement zu dienen. Die Lösestange kann alternativ dazu so gestaltet sein, dass sie das Abziehen des Kohlefaserzuflusses f1 von der Spule anhand einer Technik unterstützt, bei der es sich nicht um das Ausstoßen von Luft handelt. Genauer kann die Lösestange einen eingebauten Ultraschallmesswandler aufweisen, und die Lösestange kann durch einen bestimmten Auslöser (wie oben in der zweiten Ausführungsform ausführlich beschrieben worden ist) vibrieren gelassen werden. Dieses Vibrieren der Lösestange (des Löseelements) erleichtert die Loslösung des Kohlefaserzuflusses f1 (der Faser), der um die Haupteinheit der Spule gewickelt ist. Die Lösestange dient demzufolge als das Unterstützungselement, um ein Abziehen des Kohlefaserzuflusses f1 von der Spule zu unterstützen.
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*3. Modifikation
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Die obige zweite Ausführungsform beschreibt ein Beispiel für eine Gestaltung, die bewirkt, dass die Lösestange als Unterstützungselement dient. Die Gestaltung der obigen zweiten Ausführungsform ist jedoch nur ein Beispiel und kann auf vielfältige Weise modifiziert werden.
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Die Luft, die vom Luftkompressor zugeführt wird, weist in der obigen Ausführungsform eine normale Temperatur auf (zum Beispiel 25°C, aber es kann auch Luft mit einer höheren Temperatur ausgestoßen werden. Zum Beispiel ist eine Heizkammer mit einem darin angeordneten Heizdraht innerhalb des Luftkompressors vorgesehen, und die Luft, die in der Heizkammer erwärmt wird, kann in die Innenseite der Lösestange eingeführt werden. In einem anderen Beispiel kann die Lösestange einen eingebauten Heizdraht aufweisen, und die Luft kann innerhalb der Lösestange erwärmt werden. Im Allgemeinen weist das duroplastische Harz, das in den Kohlefaserzuflüssen f1 bis f4 enthalten ist, eine Viskosität auf, die durch Erwärmen geringer wird. Das Ausstoßen der heißen Luft verbessert somit die Wirkungen, dass einem Aneinanderkleben der Endlosfasern cf entgegengewirkt wird und dass einem Kleben der Endlosfasern cf an der Oberfläche der Lösestange entgegengewirkt wird. Die Temperatur der erwärmten Luft liegt zum Beispiel vorzugsweise im Bereich von 130°C bis 180°C. Der Grund dafür ist, dass in diesem Bereich von 130°C bis 180°C darauf hingewirkt wird, dass das duroplastische Harz weicher wird. Dieser Bereich von 130°C bis 180°C ist jedoch nicht beschränkend, und die Luft kann auf höhere Temperaturen erwärmt werden.
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In der obigen Ausführungsform ist das Gas, das vom Luftkompressor zugeführt wird, Luft. Jedes andere geeignete Gas, beispielsweise Stickstoffgas, kann statt Luft verwendet werden.
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*4. Modifikation
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In der obigen Ausführungsform ist das duroplastische Harz, das in den Kohlefaserzuflüssen f1 bis f4 enthalten ist, Epoxidharz. Jedoch kann außer dem Epoxidharz jedes geeignete Harz verwendet werden, beispielsweise phenolisches Harz, Harnstoffharz, Melaminharz oder ungesättigtes Polyesterharz. Die Kohlefaserzuflüsse f1 bis f4 können ohne die Einbeziehung des duroplastischen Harzes gestaltet werden. Bei dieser Modifikation kann der Faserzufluss im Zuge der Beförderung des Faserzuflusses mit einem duroplastischen Harz imprägniert werden. Die Kohlenstofffaser kann durch jede andere geeignete Faser ersetzt werden, beispielsweise durch Glasfaser oder Aramidfaser.
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*5. Modifikation
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In den obigen Ausführungsformen ist die Spulenvorrichtung als funktionale Komponente vorgesehen, die in der Hochdruckgastank-Herstellungsanlage enthalten ist. Die Spulenvorrichtung kann jedoch als separate oder unabhängige Vorrichtung vorgesehen sein. In dieser Modifikation kann die Spulenvorrichtung der Erfindung außer auf die Hochdruckgastank-Herstellungsanlage auf jede Anlage angewendet werden, die so gestaltet ist, dass sie Faser wickelt. Zum Beispiel kann die Spulenvorrichtung der Erfindung auf eine Anlage angewendet werden, die so gestaltet ist, dass sie Faser beispielsweise auf eine Propellerwelle oder einen Türrahmen wickelt, die beispielsweise in einem Fahrzeug oder einem Flugzeug verwendet werden.
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Die Erfindung ist auf keine der oben beschriebenen Ausführungsformen, Beispiele und Modifikationen beschränkt, sondern kann durch eine Vielfalt anderer Gestaltungen implementiert werden, ohne vom Bereich der Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel können die technischen Merkmale der Ausführungsformen, Beispiele oder Modifikationen, die den technischen Merkmalen der jeweiligen Aspekte entsprechen, die in der Kurzfassung beschrieben sind, auf geeignete Weise ersetzt oder kombiniert werden, um die oben beschriebenen Probleme zum Teil oder vollständig zu lösen oder um die oben beschriebenen Vorteile zum Teil oder vollständig zu erreichen. Jedes der technischen Merkmale kann weggelassen werden, wenn das technische Merkmal hierin nicht als wesentlich beschrieben worden ist.
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Bezugszeichenliste
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- 30
- Spannungsregler
- 40
- Faserabzieher
- 42
- Führungswelle
- 40
- Faserwickler
- 51
- Basis
- 52
- Drehstellglied
- 53
- Trägerplatte
- 71
- Haupteinheit
- 72
- kreisförmige Platte
- 73
- Spulenstellglied
- 73x
- Spulenstellglied
- 74
- vorstehender Abschnitt
- 74a
- vorstehender Abschnitt
- 74b
- vorstehender Abschnitt
- 80
- Lösestange
- 80x
- Lösestange
- 81
- Abdeckungsabschnitt
- 82
- Außenmantelabschnitt
- 83
- Pore
- 85
- Leitung
- 90
- Straffungsstange
- 100
- Spulenvorrichtung
- 100A–100D
- Spulenvorrichtungen
- 200
- Harzeinsatz
- 500
- Hochdruckgastank-Herstellungsanlage
- CX
- Achse
- CY
- Achse
- cf
- Endlosfaser
- f1–f4
- Kohlefaserzuflüsse
- EL
- Ende
- ER
- Ende
