JP7098261B2 - ポーラーキャップ補強圧力容器 - Google Patents

Description

本発明は、繊維補強ポーラーキャップを有する繊維補強圧力容器を製造する方法、ならびにこれらのポーラーキャップを有する対応する圧力容器に関する。

繊維複合材料で作られた繊維補強圧力容器の市場は継続的に成長している。天然ガスおよび水圧破砕法で採取されるガスの増産には、特に適切なパイプラインシステムのない国では、圧力容器での貯蔵が必要である。さらに、燃料電池車の開発に深く関与している自動車産業でも、燃料を高圧の水素ガスの形で圧力容器に貯蔵する必要がある。圧力容器の輸送に関しては、重い圧力容器の輸送は不必要に大量のエネルギー消費を伴い、その結果過度に高い輸送コストを生じるため、軽量の圧力容器であることが望ましい。

現在使用されている圧力容器は、中央部を閉じるためのポーラーキャップが両側に設けられた円筒型中央部を有し、このような圧力容器は、例えば、ファイバーワインディング法を使用して製造される。このとき、ライナ（圧力容器の内側容器）が使用され、一方では巻き芯として機能し、他方では容器の気密性を確保する。圧力容器を製造するには、このライナを繊維複合材料で被覆して補強し、結果として得られる圧力容器の安定性を確保する。タイプ３圧力容器に使用されるライナは金属、例えばアルミニウムまたはスチールで作られ、タイプ４圧力容器用のライナはプラスチックで作られる。このとき、外層は円周方向層と、いわゆるヘリカル層との両方を備え、半径方向および軸方向の両方で圧力強度を提供する。円周方向層の繊維は、接線方向の繊維方向を有して圧力容器の円筒型部に円周方向の圧力強度を提供する。ヘリカル層は、圧力容器の中央部に軸方向の圧力強度を提供するが、この領域の内部圧力を吸収するポーラーキャップも包み込む。

このとき、圧力容器のポーラーキャップを補強するためのヘリカル層による繊維の巻回には、円筒型中央部を軸方向に補強するために必要とされるよりも多くの繊維複合材料を必要とする。しかし、連続巻回プロセスでは、ヘリカル層をポーラーキャップ上および中央部上に連続的に配置する必要があるため、中央部で多くの繊維複合材料を使用しなければならない。

別の方法として、圧力容器全体を薄い層厚のヘリカル層で被覆するために、その後使用される予備含浸繊維シート（いわゆるプリプレグ）を配置することによってポーラーキャップを補強することもできる。ただし、このプロセスはコストと時間の点で複雑であるため、同様に不利である。

したがって、可能な限り少量の繊維複合材料を使用して、費用効果が高く、時間的にも有利に、圧力容器のポーラーキャップを効率的に補強することができる圧力容器およびその対応する製造方法を有することが望ましい。

本発明の目的は、したがって、可能な限り少量の繊維複合材料を使用して、費用効果が高く、時間的にも有利に、圧力容器のポーラーキャップを効率的に補強することができる、圧力容器および対応するこの圧力容器の製造方法を提供することである。

この目的は、円筒型中央部分と、両側でこの中央部分を閉じるポーラーキャップとを有し、下地ライナと、圧力容器補強層として下地ライナ上に適用される繊維複合材料とを備える、補強された圧力容器の製造方法により達成され、この方法は、
－ポーラーキャップの下地ライナの形状に対応する少なくとも１つのドーム型端部と、円筒型中央部支持体とを備える第１の巻回体を提供するステップと、
－第１の巻回体の少なくとも端部および中央部支持体の上に、巻回プロセスを使用して繊維複合材料を適用するステップと、
－巻回された繊維複合材料の形状を適切な中間硬化プロセスを使用して安定化するステップと、
－ポーラーキャップ補強層を製造するために、例えば端部から中央部支持体への移行部で、適切な切断プロセスを使用して端部と中央部支持体との間の少なくとも繊維複合材料を切断するステップと、
－接触面をその後の被覆のために拡大し、およびその後の圧力容器の製造の際、ポーラーキャップ補強材とその後の被覆との間の応力に応じた荷重伝達に対応する形状に成形するため、切断範囲の縁部領域を必要に応じて機械加工するステップと、
－ポーラーキャップ補強層を第１の巻回体から取り外すステップと、取り外されたポーラーキャップ補強層を、その後の圧力容器のポーラーキャップの各下地ライナ上に配置するステップと、
－別個に製造されたポーラーキャップ補強層と重ねられたライナ上に、巻回プロセスを使用して繊維複合材料を適用するステップと、
－ポーラーキャップ補強層と付加的な繊維複合材料とを架橋するステップとを含む。

一般に、繊維複合材料は、繊維間に強い結合を作り出すマトリックス材料に埋め込まれた、本明細書では繊維である２つの主要な構成要素から成る。このとき、繊維複合材料は、１本の繊維から、または複数本の繊維から巻回されることができ、繊維（１本または複数本）は互いに接触した状態で互いに緊密に巻回される。これにより繊維層が得られ、繊維はこの繊維層上に、繊維複合材料が所望の厚さを有し、この厚さを有する対応する補強層となるまで、付加的な繊維層で巻回される。一実施形態では、圧力容器補強層は、複数の繊維層に第１の繊維と別の繊維、例えば第２の繊維とを含む。複合材料は、含まれている２つの個々の構成要素のいずれかが提供できるよりも高品質の特性、高強度などを繊維複合材料に与える。繊維方向での繊維の補強効果は、縦方向での繊維の弾性率がマトリックス材料の弾性率を上回る場合と、マトリックス材料の破断点伸びが繊維の破断点伸びを上回る場合と、繊維の破断強度がマトリックス材料の破断強度を上回る場合とに達成される。使用可能な繊維は、例えば、ガラス繊維、炭素繊維、セラミック繊維、鋼繊維、天然繊維、または合成繊維など、あらゆる種類の繊維とすることができる。使用されるマトリックス材料は、例えば、デュロマー、エラストマー、または熱可塑性物質とすることができる。繊維およびマトリックス材料の材料特性は当業者には既知であることから、当業者は特定用途の繊維複合材料を製造するための繊維とマトリックス材料との適切な組み合わせを選択することができる。本明細書では、繊維複合材料領域の個々の繊維層は、単一の繊維、あるいは、複数の同一または異なる繊維を含むことができる。

円筒型圧力容器は、本明細書では中央部分と呼ばれる円筒型部を備え、典型的には円筒軸に垂直な円形断面積を有する。加圧ガスをこの圧力容器に確実に貯蔵できるようにするため、中央部分の円筒面はドーム型カバー面、すなわちポーラーキャップで閉じられる。これらの幾何学的な考慮事項は、ライナと呼ばれる内側容器と、圧力容器補強層と呼ばれる、内側容器（ライナ）上に巻回された外層とから構成される圧力容器にも同様に適用され、結果として得られる圧力容器が安定性を獲得するように内側容器（ライナ）を補強する。タイプ３圧力容器で使用されるライナは、金属、例えば、アルミニウムまたはスチールなどで作られ、タイプ４圧力容器で使用されるライナはプラスチックで作られる。圧力容器補強層は、圧力容器に必要な安定性を提供するために、特にプラスチックライナの場合に使用される。内側容器は圧力容器補強層の下地として使用されるため、以下では下地ライナとも呼ばれる。一方では、このような容器は非常に軽量で、例えば輸送手段の用途には重要であり、他方では、適切なプラスチックの水素透過性は非常に低く、必要な強度は繊維複合材料で作られた圧力容器補強層によって提供されるため、水素などのガスを低損失で高圧下に貯蔵できる。したがって、本発明に係る圧力容器は、好ましくは、半球から偏位した形状のドーム状カバー面、すなわちポーラーキャップを有する内側容器として下地ライナを備え、内側容器の円筒型中央部に隣接する縁部領域では半球面に対して大きい曲率を有しつつ、ポーラーキャップの中央領域では半球面に対して小さい曲率を有する。このような特に適切なポーラーキャップは、等張力曲面の形状を有する。このとき、等張力曲面とは、その上に巻回されている繊維複合材料で作られたポーラーキャップ補強層で、繊維の走行のすべての点で繊維に一定の張力をもたらす形状を指す。

ポーラーキャップ補強層として繊維複合材料によってポーラーキャップをさらに補強するために、ポーラーキャップ補強層は、圧力容器および下地ライナとは別個に事前に製造される。この目的のために使用される第１の巻回体は、本質的には巻回体の端部のみがここで被覆され、第１の巻回体の中央部支持体（および、場合によっては中央部支持体の反対側にある別の端部）が、繊維複合材料を折り返して端部をさらに被覆するためにのみ使用されることによって、所望の機械的特性を有し、材料投入量の少ないポーラーキャップ補強層を製造することを可能にする。

本明細書では、用語「第１の巻回体」は、ポーラーキャップ補強層が製造される巻回体を指す。第２の巻回体は、ポーラーキャップの範囲に配置されたポーラーキャップ補強層を含む中央部分の下地ライナを指す。

下地ライナ上にその後配置されるポーラーキャップ補強層は、寸法的に安定した方法で第１の巻回体から取り外すことが可能になる程度にまでのみ事前に製造される。ポーラーキャップ補強層の架橋能力は中間硬化後も維持することができ、圧力容器全体の最終的な圧力容器補強層を製造するために、その後適用される圧力容器の繊維複合材料との安定した架橋を可能にする。ポーラーキャップ補強層は、製造中に構造化材料で覆うこともでき、この構造化材料は、その後適用される圧力容器の繊維複合材料との良好な結合を可能にするために、中間硬化プロセス後に再び除去される。

これを達成するため、中間硬化プロセスは、マトリックス材料に適した温度および処理時間で実行される。中間硬化プロセスは、マトリックス材料が引き続き化学反応性を維持するように実行することができる。

第１の巻回体に製造されたポーラーキャップ補強層は、中間硬化プロセス後に切断されて第１の巻回体から取り外すことができる。本明細書では、切断範囲と補強材料とのより大きな接触面を後で適用できるようにするために、またはピーク荷重が回避されるように、後で巻回されるライナの表面の輪郭に適切な方法で影響を与えるためにも、ポーラーキャップ補強層の壁厚は、機械加工により切断面に向かって薄くすることができる。このとき、切断は、繊維複合材料の切断に適した任意の手段、例えば、鋸引き、旋削またはウォータージェット切断によって達成することができる。本明細書では、巻回体に巻回された繊維複合材料のみを切断することができるため、巻回体はその後再利用することができる。ただし、別の方法として、残りの巻回体からそのように製造されたポーラーキャップ補強層を後で取り外すために、その上に巻回された繊維複合材料を含む巻回体全体を切断することも可能である。

ポーラーキャップ補強層と後で適用される補強層との間に残っている切断縁部は、マトリックス材料または繊維複合材料で満たされ、両補強層のマトリックス材料の最終架橋によって消去されて、その結果、共通の圧力容器補強層が作られる。このとき、最終架橋プロセスは、マトリックスに適したパラメータで実行される。ポーラーキャップ補強層を別個に製造することにより、ポーラーキャップ補強層の巻回プロセス時に、ポーラーキャップの補強に理想的な繊維走行を実現することができる。

ポーラーキャップ補強材を提供することにより、圧力容器上に巻回される必要がある他の場合よりも、後で適用される繊維複合材料層のヘリカル層を中央領域で薄くすることができる。

本発明に係る方法は、したがって、可能な限り少量の繊維複合材料を使用し、効率的に、費用効果が高く、時間的に有利に、圧力容器のポーラーキャップを補強することを可能にする圧力容器製造方法を提供する。

本方法の一実施形態では、繊維複合材料は、繊維材料の繊維の第１の巻回方向が２０度未満であり、例えばボスまで接する第１の繊維層、および／または繊維の第２の巻回方向が、いずれの場合も央部支持体の円筒軸に対して、２０～８０度、好ましくは６５～７５度である第２の繊維層をポーラーキャップ補強層が備えるように、第１の巻回体上に適用される。本明細書では、巻回体の円筒軸は、その後の圧力容器の円筒軸に対応する。第１の繊維層の繊維方向により、ポーラーキャップの中央領域、すなわち円筒軸の周囲でポーラーキャップ補強層が良好に補強される。第２の繊維層の繊維方向により、圧力容器の中央部分に隣接するポーラーキャップの周縁領域でポーラーキャップ補強層が良好に補強される。圧力容器の形状および圧力容器内の圧力条件に応じて、ポーラーキャップ補強層は、第１の繊維層または第２の繊維層のみで、あるいは、例えば、ポーラーキャップ補強層で交互の層配列で配置することもできる第１の繊維層と第２の繊維層との組み合わせで構成されてもよい。

一実施形態では、第１の繊維層は、ポーラーキャップの縁部領域で中央部分補強層と十分に架橋することができる閉じたポーラーキャップ補強層を提供するために、第１の巻回体の端部全体に適用される。

別の実施形態では、第２の繊維層は、１つまたは複数の限定された領域でのみ、第１の巻回体の端部を越えて適用される。好ましくは、限定された領域の少なくとも１つは、中央支持体および中央部支持体に隣接する端部の縁部領域を覆う。連続的な巻回処理を確実に行うには、中央部支持体が覆われる必要がある。繊維複合材料層が切断された後、覆われた領域は、したがってポーラーキャップの縁部領域に配置され、第２の繊維層の繊維走行により最適に補強される。

本方法の別の実施形態では、繊維材料を適用するステップは、以下の
－１つまたは複数の第１の繊維層を第１の巻回体上に適用するステップと、
－１つまたは複数の第２の繊維層を第１の繊維層上に適用するステップと、
－好ましくは、先行する第１の繊維層および／または第２の繊維層を１つまたは複数の付加的な第１の繊維層で被覆するステップとを含む。この層配列により、中心のポーラーキャップ中央領域と圧力容器の中央部分に隣接する縁部領域の両方が、少量の繊維複合材料を使用して完全に補強できるようになる。

本方法の別の実施形態では、ポーラーキャップの下地ライナに対応する形状を有する１つの端部が中央部支持体の両側にそれぞれ配置される。２つの端部を互いに接続する巻回体の円筒型中央部支持体は、中央部支持体の円筒軸に沿った長さが円筒軸のドーム型端部の高さよりも短い。ポーラーキャップ補強層を形成する巻回された繊維複合材料を巻回体から取り外すために切断した後には、残る中央部支持体上に少量の繊維複合材料の廃棄物しか存在しない。好ましい実施形態では、長さＬＷは高さＨＰよりも一桁小さく、繊維複合材料を適用するための巻回プロセスは、両方の端部を越えて実行される。これにより、中央部支持体の長さが切断時の切断幅にちょうど対応し、圧力容器の製造時に付加的に適用される繊維複合材料層へのより良好な力伝達に適した輪郭の機械加工プロセスが可能であるため、必要に応じて無駄を避けることができる。したがって、別の実施形態では、中央部支持体の長さは、繊維複合材料を切断するステップにより廃棄物を生じることなく、２つの別個のポーラーキャップ補強層が製造されるように調整される。

本方法の別の実施形態では、この方法は、第１の巻回体の端部（片側または両側）上の中央部支持体上方、およびそこに隣接する領域で、繊維複合材料を機械的に除去する付加的なステップを含み、この付加的なステップは、中間硬化プロセス使用するステップと、少なくとも繊維複合材料を切断するステップとの間で実行され、その後のポーラーキャップ補強層には、除去の対象となる領域で円筒軸に少なくとも部分的に平行な外層が設けられる。機械的除去により、その後のポーラーキャップ補強層の、中央部分補強層を繊維複合材料で被覆するステップに対応する領域があらかじめ準備される。除去によって作られる、円筒軸に平行な領域は、被覆される繊維複合材料が所定の位置から外れるリスクなしに被覆することができる。中央部分補強層の繊維複合材料の繊維方向は、除去された領域を覆って巻回され、本質的に接線方向、すなわち圧力容器の円筒軸に対して８０度を超える繊維角度を有する。したがって、ポーラーキャップの縁部領域の完全な補強層となる。これらの場合、圧力容器の中央部分に隣接するポーラーキャップの縁部領域で、ポーラーキャップ補強層自体が第２の繊維層を含む必要はない。

代替実施形態では、本方法は、中央部支持体上、および第１の巻回体の端部（片側または両側）上の隣接領域で繊維複合材料を機械的に除去する付加的なステップを含み、この付加的なステップは中間硬化プロセスを使用するステップと少なくとも繊維複合材料を切断するステップとの間に実行され、その後のポーラーキャップ補強層には、除去の対象となる領域で、円筒軸に対して少なくとも部分的に０度より大きい角度で、例えば傾斜しているか、または垂直な外層が設けられる。

別の実施形態では、本方法は、中央部分に隣接するポーラーキャップ補強層の領域でポーラーキャップ補強層を被覆する付加的なステップを含み、中央部分の円筒軸に対して繊維方向が８０度を超える滑り止め被覆を可能にする。

別の実施形態では、本方法は、ポーラーキャップ補強層および中央部分を付加的な繊維複合材料で被覆する付加的なステップを含む。ここではすべての繊維角度、すなわち、第１の繊維層と同様にポーラーキャップ補強層の全表面に重なり合う小さい繊維角度と、第２の繊維層と同様にポーラーキャップ補強層の全表面には重なり合わない、より大きい繊維角度と、中央部およびポーラーキャップ補強層の限定された領域に配置され、中央部分の円筒軸に対して８０度を超える円周方向層とを使用することができる。

本方法の別の実施形態では、下地ライナは、中央部分からポーラーキャップへの移行部に肩部を有し、この肩部は、配置されるポーラーキャップ補強層が肩部の停止部まで配置されるための停止部を形成する。したがって、ポーラーキャップ補強層は、簡単で安定した方法で、所定の位置から外れるリスクなしに下地ライナ上に配置することができる。

本発明は、さらに、円筒型中央部分と、両側で中央部分を閉じるポーラーキャップとを有し、下地ライナと、圧力容器補強層として下地ライナに適用される繊維複合材料とを備える圧力容器に関し、別個の繊維複合材料として製造されるポーラーキャップ補強層は下地ライナ上に配置されて、圧力容器の中央部分に面する切断縁部を有しており、この切断縁部でポーラーキャップ補強層と機械的に接触している圧力容器の中央部分の他の繊維複合材料と架橋されて、圧力容器補強層を形成する。切断縁部は、繊維複合材料が巻回体上でそれに沿って切断された切断端に相当する。このとき、ポーラーキャップ補強層と中央部分補強層との良好な架橋を達成するために、切断縁部は圧力容器の中央部分の円筒軸に対して垂直か、または傾斜する。必要に応じて、切断縁部での完全な架橋を確保するために、補強層間のある程度のギャップをマトリックス材料でその後充填することができる。

一実施形態では、ポーラーキャップ補強層は、繊維の第１の巻回方向が中央部分の円筒軸に対して非常に小さい角度、例えば２０度未満であり、例えばボスまで接しているため、ポーラーキャップの下地ライナの全表面が覆われる第１の繊維層、および／または繊維の第２の巻回方向が中央部分の円筒軸に対して２０～８０度、好ましくは６５～７５度であり、１つまたは複数の限定された領域でのみ、ポーラーキャップの下地ライナを部分的に覆う第２の繊維層を備える。その結果、ポーラーキャップの中央領域とその縁部領域との両方を完全に補強することができる。

別の実施形態では、第２の繊維層は、少なくともポーラーキャップの領域で圧力容器の中央部分に隣接して配置される。これにより、ポーラーキャップの縁部領域は完全に補強される。

別の実施形態では、ポーラーキャップ補強層は、ポーラーキャップの下地ライナと接触する１つまたは複数の第１の繊維層と、第１の繊維層（１つまたは複数）上の１つまたは複数の第２の繊維層とを含む。好ましい実施形態では、先行する第１の繊維層および／または第２の繊維層は、１つまたは複数の付加的な第１の繊維層で被覆される。ポーラーキャップ補強層でのこのような繊維層の配列は、ポーラーキャップを特に完璧な方法で補強する。

別の実施形態では、下地ライナは、中央部分からポーラーキャップへの移行部に肩部を有し、配置されるポーラーキャップ補強層のための停止部を形成する。したがって、ポーラーキャップ補強層は安定した方法で、所定の位置から外れるリスクなしに、下地ライナ上に配置される。

別の実施形態では、ポーラーキャップ補強層および圧力容器の中央部分は、付加的な繊維複合材料で被覆される。このとき、すべての繊維角度、すなわち、第１の繊維層と同様にポーラーキャップ補強層の全表面を覆う小さい繊維角度と、第２の繊維層と同様にポーラーキャップ補強層の全表面は覆わない、より大きい繊維角度と、中央部およびポーラーキャップ補強層の限定された領域に配置され、中央部分の円筒軸に対して８０度を超える円周方向層とを使用することができる。

別の実施形態では、ポーラーキャップ補強層は、中央部分に隣接する領域に外層を有し、この外層は、中央部分の円筒軸に平行になっている。その結果、一実施形態では、中央部分に隣接するポーラーキャップ補強層の領域で、滑り止めのように、中央部分の円筒軸に対して８０度を超える繊維方向でポーラーキャップ補強層を被覆することができる。

本発明のこれらおよび他の態様を以下の図面で詳細に説明する。

本発明に係る方法の実施形態の、個々の方法ステップの横断面図である。 本発明に係る方法で得られるポーラーキャップ補強層の様々な実施形態（ａ）～（ｃ）の横断面図である。 本発明に係る方法に関するポーラーキャップ補強層の別の実施形態を示す図である。 本発明に係る圧力容器の実施形態の横断面図である。 本発明に係る圧力容器の別の実施形態の、中央部分に隣接する領域で被覆されるポーラーキャップ補強層を示す横断面図である。 ポーラーキャップ補強層の停止部として肩部を備える、本発明に係る圧力容器の別の実施形態の横断面図である。 例えば、図４による、補強された圧力容器を製造するための本発明に係る方法の実施形態を示す図である。

図１は、本発明に係る方法の実施形態の、個々の方法ステップの横断面図である。図の例では、提供された第１の巻回体１００は、両側の端部１１０によって取り囲まれた円筒型中央部支持体１２０を備え、この端部１１０は、ポーラーキャップ１２の下地ライナ２の形状を有する。２つの端部１１０を互いに接続する円筒型中央部支持体１２０は、円筒軸ＺＡに沿ったドーム型端部１１０の高さＨＰよりも明らかに短い、中央部支持体の円筒軸ＺＡに沿った長さＬＷを有する。ただし、わかりやすくするために、図の例では、長さＬＷは高さＨＰよりも１桁小さく示してはいない。このとき、中央部支持体１２０に隣接する端部１１０の領域は、縁部領域１１０ｒとして指定される。繊維複合材料ＦＶＭを適用する巻回プロセス２２０は、巻回体１００の２つの端部１１０を越えて実行される。中間硬化プロセス（図の例には示していない）によって寸法安定化され、巻回された繊維複合材料ＦＶＭからなる層（その後のポーラーキャップ補強層３２）は、図の例では、ポーラーキャップ補強層３２を製造するために、切断面１３０に沿って中央部支持体１２０を通る両端部１１０間の移行部で、適切な切断方法を使用して切断される（ステップ２４０）。その後、２つの別個のポーラーキャップ補強層３２は、巻回体１００から２つのポーラーキャップ補強層３２を取り外すステップ２５０により得られ、この別個のポーラーキャップ補強層３２は、このように準備されて下地ライナ２上に配置される。巻回体１００の形状により、繊維複合材料の繊維は、連続プロセスで最適な繊維方向で端部１１０上に巻回することができ、これによりポーラーキャップ補強層３２の高い安定性および強度を薄い層厚で得ることができるため、繊維複合材料ＦＶＭを少量しか消費しない。中央部支持体１２０の長さが短いことにより、切断後の繊維複合材料の廃棄物は発生しないか、ごくわずかしかないため、ポーラーキャップ１２の良好な補強のための材料使用量は大幅に削減される。

図２は、本発明に係る方法で得られるポーラーキャップ補強層３２の様々な実施形態（ａ）～（ｃ）の横断面図である。実施形態（ａ）によれば、ポーラーキャップ補強層３２は、繊維複合材料ＦＶＭの繊維の第１の巻回方向が中央部支持体１２０の円筒軸ＺＡに対して非常に小さい角度であるため、第１の巻回体１００の端部１１０全体に適用されている第１の繊維層３２１によって形成される。実施形態（ｂ）によれば、繊維の第２の巻回方向が中央部支持体１２０の円筒軸ＺＡに対して２０～８０度、好ましくは６５～７５度の第２の繊維層３２２は、（ａ）に続いて第１の繊維層３２１上に適用されている。図の例では、これらの第２の繊維層３２２は、３つの異なる限定された領域３２ｂのみで第１の繊維層３２１上に適用される。図の例では、例示のみを目的として、具体的な領域を例として示す。本明細書では、限定された領域３２ｂの少なくとも１つが、巻回プロセス時に端部１１０の縁部領域１１０ｒを覆うと有利である。実施形態（ｃ）によれば、繊維層３２１、３２２は、（ｂ）に続いて、付加的な第１の繊維層３２１でさらに被覆される。このような繊維層３２１、３２２、３２１のパッケージは、特に堅牢なポーラーキャップ補強層３２となる。

図３は、本発明に係る方法に関するポーラーキャップ補強層３２の別の実施形態を示し、繊維複合材料ＦＶＭが第１の巻回体１００の端部１１０上の中央部支持体１２０上方およびそこに隣接する領域３２ｂで機械的に除去される（ステップ２３５）。除去は、例えば、研削によって実行することができる。確実に精密な材料除去ができるように、このステップは、中間硬化プロセス２３０が実行された後の、既に寸法的に安定した繊維複合材料ＦＶＭでのみ実行される。これにより、その後のポーラーキャップ補強層３２は、図の例では、除去の対象となる領域３２ｂに円筒軸ＺＡに平行な外層３２ａが設けられる。

図４は、円筒型中央部分１１と、両側で中央部分１１を閉じるポーラーキャップ１２とを有し、下地ライナ２と、圧力容器補強層３として下地ライナ２上に適用される繊維複合材料ＦＶＭとを備える、本発明に係る圧力容器１の実施形態の横断面図であって、別個の繊維複合材料ＦＶＭとして製造されるポーラーキャップ補強層３２は下地ライナ２上に適用され、およびポーラーキャップ補強層３２は圧力容器１の中央部分１１に面する切断縁部１５を有し、この切断縁部１５で、ポーラーキャップ補強層３２は、ポーラーキャップ補強層３２と機械的に接触している圧力容器１の中央部分１１の他の繊維複合材料３１（ＦＶＭ）と架橋され、圧力容器補強層３を形成する。ポーラーキャップの１つは、圧力容器に充填ガスを充填し、充填ガスを放出するためのバルブ１３をさらに有する。このとき、ポーラーキャップ補強層３２は、繊維の第１の巻回方向が中央部分１１の円筒軸ＺＡに対して非常に小さい角度であるため、ポーラーキャップ１２の下地ライナ２の全表面が覆われる第１の繊維層３２１、および／または繊維の第２の巻回方向が中央部分１１の円筒軸ＺＡに対して２０～８０度、好ましくは６５～７５度であり、１つまたは複数の限定された領域３２ｂ（図の例では詳細に示していない）でのみ、ポーラーキャップ１２の下地ライナ２を部分的に覆う第２の繊維層３２２を備えることができる。このとき、第２の繊維層３２２は、少なくともポーラーキャップ１２の領域３２ｂで、圧力容器１の中央部分１１に隣接して配置されることができる。このとき、ポーラーキャップ補強層３２は、図２に示すように、繊維層の配列を含むことができる。

図５は、本発明に係る圧力容器１の別の実施形態の、中央部分１１に隣接する領域３２ｂで被覆されるポーラーキャップ補強層３２を示す横断面図である。本明細書では、ポーラーキャップ補強層３２は、中央部分１１に隣接する領域３２ｂに外層３２ａを有し、この外層３２ａは中央部分１１の円筒軸ＺＡに平行になっている。この平行領域は、図３に従って説明したように製造される。図の例では、これらの領域３２ｂのポーラーキャップ補強層３２には、繊維方向が中央部分１１の円筒軸ＺＡに対して８０度を超える滑り止め被覆３１ｂが設けられており、中央部分補強層３１とポーラーキャップ補強層３２との間の架橋を向上させ、ポーラーキャップ補強層３２の縁部領域のための付加的な補強となる。

図６は、ポーラーキャップ補強層３２の停止部として肩部１４を備える、本発明に係る圧力容器１の別の実施形態の横断面図である。本明細書では、下地ライナ２は、中央部分１１からポーラーキャップ１２への移行部にこの肩部を有する。このとき、ポーラーキャップ補強層３２は、肩部１４の停止部まで配置される（ステップ２６０）。中央部分補強層３１との良好な架橋を確保するために、肩部１４とポーラーキャップ補強層３２の切断面３２ｃは互いに平行にならなければならない。

図７は、本発明に係る補強された圧力容器１（例えば、図４を参照）を製造するための、本発明に係る方法２００の実施形態を示し、第１の巻回体１００（例えば、図１を参照）を提供するステップ２１０と、繊維複合材料ＦＶＭを第１の巻回体１００の少なくとも端部１１０および中央部支持体１２０の上に、巻回プロセスを使用して適用するステップ２２０とを含む。これを達成するために、巻回体１００は、中央部支持体１２０の両側にそれぞれ、ポーラーキャップ１２の下地ライナ２に対応する形状を有し、円筒型中央部支持体１２０を介して互いに接続される端部１１０を備えることができ、この中央部支持体１２０は、中央部支持体１２０の円筒軸ＺＡに沿った長さＬＷが、円筒軸ＺＡに沿ったドーム型端部１１０の高さＨＰよりも短い。好ましくは、長さＬＷは高さＨＰよりも一桁小さく、繊維複合材料ＦＶＭを適用する巻回プロセス２２０は、両方の端部１１０を越えて実行される。このとき、適用するステップ２２０は、繊維複合材料（ＦＶＭ）の繊維の第１の巻回方向が中央部支持体１２０の円筒軸ＺＡに対して２０度未満である１つまたは複数の第１の繊維層３２１を第１の巻回体１００上にボスまで接するように適用するステップ２２２と、繊維の第２の巻回方向が中央部支持体１２０の円筒軸ＺＡに対して２０～８０度、好ましくは６５～７５度である１つまたは複数の第２の繊維層３２２を第１の繊維層３２１上に適用するステップ２２４と、先行する第１の繊維層３２１および／または第２の繊維層３２２を１つまたは複数の付加的な第１の繊維層３２１で被覆するステップ２２６とを含むことができる。本明細書では、第１の繊維層は、巻回体１００の端部全体に適用することができる。本明細書では、第２の繊維層３２２は、１つまたは複数の限定された領域３２ｂでのみ、第１の巻回体１００の端部１１０上に適用することができる。本明細書では、限定された領域３２ｂの少なくとも１つは、中央支持体１２０と、中央部支持体１２０に隣接する端部１１０の縁部領域１１０ｒとを覆うことができる。繊維複合材料層が巻回された後、巻回された繊維複合材料ＦＶＭを適切な中間硬化プロセス２３０を使用して寸法安定化するが、別の繊維複合材料ＦＶＭとその後架橋するために引き続き化学活性を維持する。その後、ポーラーキャップ補強層３２を製造するために、繊維複合材料ＦＶＭを少なくとも端部１１０と中央部支持体１２０との間の移行部で、適切な切断プロセスを使用して切断する（ステップ２４０）。本明細書では、中央部支持体１２０の長さＬＷは、切断するステップ２４０により２つの別個のポーラーキャップ補強層３２が製造されるように調整することができる。本方法の実施形態に応じて、第１の巻回体１００の端部（片側または両側）１１０上の中央部支持体１２０上方およびそこに隣接する領域３２ｂで、繊維複合材料ＦＶＭを機械的に除去する付加的なステップ２３５を、事前にさらに実行することができる。これにより、その後のポーラーキャップ補強層３２には、除去の対象となる領域３２ｂで円筒軸ＺＡに対して少なくとも部分的に平行か、傾斜しているか、または垂直な外層が設けられる。切断ステップの後には、ポーラーキャップ補強層３２を第１の巻回体１００から取り外すステップ２５０と、取り外されたポーラーキャップ補強層３２を圧力容器１のポーラーキャップ１２の各下地ライナ２上に配置するステップ２６０とが続く。下地ライナ２が中央部分１１からポーラーキャップ１２への移行部に肩部１４を有し、この肩部１４が、配置されるポーラーキャップ補強層３２のための停止部を形成する場合、適用するステップ２６０は、肩部１４の停止部に簡単に実行することができる。その後、ポーラーキャップ補強層３２と、中央部分補強層３１としての付加的な繊維複合材料ＦＶＭとを架橋するステップ２７０が実行される。架橋するステップ２７０の前または後に、中央部分１１に隣接するポーラーキャップ補強層３２の領域３２ｂで中央部分補強層３１を被覆する付加的なステップ２８０を実行することができ、繊維方向が中央部分１１の円筒軸ＺＡに対して８０度を超える滑り止め被覆２８０を可能にする。

図の例に示した実施形態は、本発明の例を表しているに過ぎず、したがって、限定と解釈してはならない。当業者によって考慮される代替実施形態も同様に本発明の保護の範囲に含まれる。

１ 圧力容器
１１ 圧力容器の円筒型中央部分
１２ 圧力容器のドーム型ポーラーキャップ
１３ バルブ
１４ 中央部分からポーラーキャップへの移行部の肩部
１５ 中央部分に面するポーラーキャップ補強層の切断縁部
２ 圧力容器の下地ライナ
３ 圧力容器補強層
３１ 中央部分補強層
３１ｂ ポーラーキャップ補強層の滑り止め被覆
３２ ポーラーキャップ補強層
３２ａ ポーラーキャップ補強層の外層
３２ｂ ポーラーキャップ補強層の限定された領域
３２ｃ ポーラーキャップ補強層３２の切断面
３２１ 第１の繊維層
３２２ 第２の繊維層
１００ ポーラーキャップ補強層のための第１の巻回体
１１０ 巻回体の１つの端部／両方の端部
１１０ｒ 端部の縁部領域
１２０ 巻回体の円筒型中央部支持体
１３０ 切断するステップ２４０の際の切断面
２００ 補強された圧力容器の製造方法
２１０ 第１の巻回体を提供するステップ
２２０ 巻回プロセスを使用して第１の巻回体上に繊維複合材料を適用するステップ
２２２ 第１の巻回体上に第１の繊維層を適用するステップ
２２４ 第１の繊維層上に第２の繊維層を適用するステップ
２２６ 第１／第２の繊維層を付加的な第１の繊維層で被覆するステップ
２３０ 巻回された繊維複合材料を適切な中間硬化プロセスを使用して寸法安定化するステップ
２３５ 中央部上方およびそこに隣接する領域で繊維複合材料を機械的に除去するステップ
２４０ ポーラーキャップ補強層を製造するために繊維複合材料を切断するステップ
２５０ ポーラーキャップ補強層を第１の巻回体から取り外すステップ
２６０ 取り外されたポーラーキャップ補強層を圧力容器の各下地ライナ上に配置するステップ
２７０ ポーラーキャップ補強層と付加的な繊維複合材料（ＦＶＭ）とを架橋するステップ
２８０ 領域３２ｂの圧力容器補強層を付加的な繊維複合材料で滑り止め被覆するステップ
２９０ 圧力容器補強層と圧力容器の円筒型中央部分とを付加的な繊維複合材料で被覆するステップ
ＦＶＭ 圧力容器補強層の繊維複合材料
ＨＰ 円筒軸に沿ったドーム型端部の高さ
ＬＷ 巻回体の中央部支持体の長さ
ＺＡ 圧力容器の円筒型中央部分および巻回体の中央部支持体の円筒軸

Claims (16)

1. －ポーラーキャップ（１２）の下地ライナ（２）の形状に対応する少なくとも１つのドーム型端部（１１０）と、前記端部（１１０）に隣接する円筒型中央部支持体（１２０）とを備える第１の巻回体（１００）を提供するステップ（２１０）と、
   －前記第１の巻回体（１００）の少なくとも前記端部（１１０）および前記中央部支持体（１２０）の上に、巻回プロセスを使用して繊維複合材料（ＦＶＭ）を適用するステップ（２２０）と、
   －前記巻回された繊維複合材料（ＦＶＭ）を適切な中間硬化プロセス（２３０）を使用して寸法安定化するステップと、
   －ポーラーキャップ補強層（３２）を製造するために、前記端部（１１０）と前記中央部支持体（１２０）との間の少なくとも前記繊維複合材料（ＦＶＭ）を、適切な切断プロセスを使用して切断するステップ（２４０）と、
   －前記ポーラーキャップ補強層（３２）を前記第１の巻回体（１００）から取り外すステップ（２５０）と、前記取り外されたポーラーキャップ補強層（３２）を圧力容器（１）の前記ポーラーキャップ（１２）の前記各下地ライナ（２）上に配置するステップ（２６０）と、
   －前記別個に製造されたポーラーキャップ補強層（３２）と重ねられた前記ライナ（２）上に、巻回プロセスを使用して前記繊維複合材料（ＦＶＭ）を適用するステップと、
   －前記ポーラーキャップ補強層（３２）と前記付加的な繊維複合材料（ＦＶＭ）とを架橋するステップと
   を含む方法であって、円筒型中央部分（１１）と、両側で前記中央部分（１１）を閉じる前記ポーラーキャップ（１２）とを有し、前記下地ライナ（２）と、圧力容器補強層（３）として前記下地ライナ（２）上に適用される前記繊維複合材料（ＦＶＭ）とを備える、補強された圧力容器（１）を製造する方法（２００）。
2. 前記第１の巻回体（１００）上に前記繊維複合材料（ＦＶＭ）を適用する前記ステップ（２２０）は、いずれの場合も前記中央部支持体（１２０）の前記円筒軸（ＺＡ）に対して、前記繊維複合材料（ＦＶＭ）の繊維の第１の巻回方向が２０度未満である第１の繊維層（３２１）、および／または前記繊維の第２の巻回方向が２０～８０度、好ましくは６５～７５度である第２の繊維層（３２２）を、前記ポーラーキャップ補強層（３２）が備えるように実行される、請求項１に記載の方法（２００）。
3. 前記第１の繊維層（３２１）は、前記第１の巻回体（１００）の前記端部（１１０）全体に適用され、好ましくは限定された領域（３２ｂ）の少なくとも１つは、前記中央支持体（１２０）と、前記中央部支持体（１２０）に隣接する前記端部（１１０）の縁部領域（１１０ｒ）とを覆う、請求項２に記載の方法（２００）。
4. 前記繊維複合材料（ＦＶＭ）を適用する前記ステップ（２２０）は、
   －１つまたは複数の第１の繊維層（３２１）を前記第１の巻回体（１００）上に適用するステップ（２２２）と、
   －１つまたは複数の第２の繊維層（３２２）を前記第１の繊維層（３２１）上に適用するステップ（２２４）と、
   を含む、請求項２または３に記載の方法（２００）。
5. 前記繊維複合材料（ＦＶＭ）を適用する前記ステップ（２２０）は、前記先行する第１および／または第２の繊維層（３２１、３２２）を１つまたは複数の付加的な第１の繊維層（３２１）で被覆するステップ（２２５）をさらに含む、請求項４に記載の方法（２００）。
6. 前記ポーラーキャップ（１２）の前記下地ライナ（２）に対応する形状を有する前記端部（１１０）の１つは、前記中央部支持体（１２０）の両側にそれぞれ配置されており、前記２つの端部（１１０）を互いに接続する前記円筒型中央部支持体（１２０）は、前記円筒軸（ＺＡ）に沿った前記ドーム型端部（１１０）の高さ（ＨＰ）よりも短い長さ（ＬＷ）、好ましくは前記高さ（ＨＰ）よりも一桁小さい長さ（ＬＷ）を有しており、前記繊維複合材料（ＦＶＭ）を適用する前記ステップ（２２０）の巻回プロセスは両方の端部（１１０）を越えて実行され、好ましくは、前記繊維複合材料（ＦＶＭ）を切断する前記ステップ（２４０）により、２つの別個のポーラーキャップ補強層（３２）が製造されるように前記中央部支持体（１２０）の前記長さ（ＬＷ）が調整される、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法（２００）。
7. 前記第１の巻回体（１００）の前記端部（片側または両側）（１１０）上の前記中央部支持体（１２０）上方およびそこに隣接する前記領域（３２ｂ）で繊維複合材料（ＦＶＭ）を機械的に除去する付加的なステップ（２３５）であって、前記中間硬化プロセスを使用する前記ステップ（２３０）と少なくとも前記繊維複合材料（ＦＶＭ）を切断するステップ（２４０）との間で実行され、前記その後のポーラーキャップ補強層（３２）には、前記除去の対象となる前記領域（３２ｂ）に、前記円筒軸（ＺＡ）に対して少なくとも部分的に平行な外層（３２ａ）が設けられており、好ましくは、前記下地ライナ（２）は、前記中央部分（１１）から前記ポーラーキャップ（１２）への前記移行部に、配置される前記ポーラーキャップ補強層（３２）のための停止部を形成する肩部（１４）を有しており、前記配置するステップ（２６０）は、前記肩部（１４）の前記停止部に実行される、付加的なステップを含むか、または、前記第１の巻回体（１００）の前記端部（片側または両側）（１１０）上の前記中央部支持体（１２０）上方およびそこに隣接する前記領域（３２ｂ）で繊維複合材料（ＦＶＭ）を機械的に除去する付加的なステップ（２３５）であって、前記中間硬化プロセスを使用する前記ステップ（２３０）と少なくとも前記繊維複合材料（ＦＶＭ）を切断するステップ（２４０）との間で実行され、前記その後のポーラーキャップ補強層（３２）には、前記除去の対象となる前記領域（３２ｂ）に、前記円筒軸（ＺＡ）に対して少なくとも部分的に０度よりも大きい角度の外層（３２ａ）が設けられている、付加的なステップを含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法（２００）。
8. 前記中央部分（１１）に隣接する前記ポーラーキャップ補強層（３２）の領域（３２ｂ）で前記ポーラーキャップ補強層（３２）を被覆する付加的なステップ（２８０）を含み、繊維方向が前記中央部分（１１）の前記円筒軸（ＺＡ）に対して８０度を超える滑り止め被覆（２８０）を可能にする、請求項７に記載の方法（２００）。
9. 前記ポーラーキャップ補強層（３２）および前記中央部分（１１）を付加的な繊維複合材料（ＦＶＭ）で被覆する付加的なステップ（２９０）を含む、請求項７または８に記載の方法（２００）。
10. 前記端部（１１０）と前記中央部支持体（１２０）との間で少なくとも前記繊維複合材料（ＦＶＭ）を切断する前記ステップ（２４０）の後で、前記ポーラーキャップ補強層（３２）を前記第１の巻回体（１００）から取り外す前記ステップ（２５０）の前に、切断範囲の前記縁部領域を機械加工して、接触面をその後の被覆のために拡大し、および前記その後の圧力容器の製造の際、ポーラーキャップ補強材とその後の被覆との間の応力に応じた荷重伝達に対応する形状に成形する、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法（
    ２００）。
11. 円筒型中央部分（１１）と、両側で前記中央部分（１１）を閉じるポーラーキャップ（１２）とを有し、下地ライナ（２）と、圧力容器補強層（３）として前記下地ライナ（２）上に適用される繊維複合材料（ＦＶＭ）とを備え、別個の繊維複合材料（ＦＶＭ）として製造される前記ポーラーキャップ補強層（３２）は、前記下地ライナ（２）上に配置されて、圧力容器（１）の前記中央部分（１１）に面する切断縁部（１５）を有しており、この切断縁部（１５）で前記ポーラーキャップ補強層（３２）と機械的に接触している前記圧力容器（１）の前記中央部分（１１）の他の繊維複合材料（３１、ＦＶＭ）と架橋されて、前記圧力容器補強層（３）を形成し、別に作成された繊維複合材料（ＦＶＭ）はドーム型端部であり、切断縁部に沿ってドーム型でかつ円筒型中央部分のドーム型端部に隣接して支える繊維複合材料（ＦＶＭ）から切断され、前記切断縁部（１５）は前記先端と対応している、圧力容器（１）。
12. 前記ポーラーキャップ補強層（３２）は、前記繊維の第１の巻回方向が前記中央部分（１１）の前記円筒軸（ＺＡ）に対して２０度未満であり、前記ポーラーキャップ（１２）の前記下地ライナ（２）の全表面を覆う第１の繊維層（３２１）、および／または前記繊維の第２の巻回方向が前記中央部分（１１）の前記円筒軸（ＺＡ）に対して２０～８０度であり、１つまたは複数の限定された領域（３２ｂ）でのみ前記ポーラーキャップ（１２）の前記下地ライナ（２）を部分的に覆う第２の繊維層（３２２）であって、好ましくは、少なくとも前記圧力容器（１）の前記中央部分（１１）に隣接する前記ポーラーキャップ（１２）の領域（３２ｂ）に配置される第２の繊維層（３２２）を備えることを特徴とする、請求項１１に記載の圧力容器（１）。
13. 前記ポーラーキャップ補強層（３２）は、前記ポーラーキャップ（１２）の前記下地ライナ（２）と接触する１つまたは複数の第１の繊維層（３２１）と、前記第１の繊維層（１つまたは複数）（３２１）上の１つまたは複数の第２の繊維層（３２２）とを備え、好ましくは、前記先行する第１および／または第２の繊維層（３２１、３２２）は、１つまたは複数の付加的な第１の繊維層（３２１）で被覆されることを特徴とする、請求項１１または１２に記載の圧力容器（１）。
14. 前記下地ライナ（２）は、前記中央部分（１１）から前記ポーラーキャップ（１２）への前記移行部に肩部（１４）を有し、前記肩部（１４）は、前記配置されたポーラーキャップ補強層（３２）の停止部を形成することを特徴とする、請求項１１から１３のいずれか一項に記載の圧力容器（１）。
15. 前記ポーラーキャップ補強層（３２）および前記中央部分（１１）は、付加的な繊維複合材料（ＦＶＭ）で被覆されることを特徴とする、請求項１１から１４のいずれか一項に記載の圧力容器（１）。
16. 前記ポーラーキャップ補強層（３２）は、前記中央部分（１１）に隣接する領域に、前記中央部分（１１）の前記円筒軸（ＺＡ）に平行な外層（３２ａ）を有し、
    および／または、
    前記ポーラーキャップ補強層（３２）は、前記中央部分（１１）に隣接する前記ポーラーキャップ補強層（３２）の領域（３２ｂ）で、繊維方向が前記中央部分（１１）の前記円筒軸（ＺＡ）に対して８０度を超える滑り止め被覆（３１ｂ）で被覆されることを特徴とする、請求項１１から１５のいずれか一項に記載の圧力容器（１）。

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