KR20210006374A

KR20210006374A - 폴 캡 보강재가 있는 섬유 강화 압력 탱크의 제조 방법

Info

Publication number: KR20210006374A
Application number: KR1020207033085A
Authority: KR
Inventors: 트리스탄 바우머
Original assignee: 엔피록스 비브이
Priority date: 2018-04-26
Filing date: 2019-04-24
Publication date: 2021-01-18
Also published as: CA3097786A1; DE102018110049A1; EP3784951A1; ES2905480T3; CN112219058A; CA3097786C; EP3784951B1; US11835178B2; KR102465652B1; JP2021522453A; CN112219058B; US20210239269A1; WO2019206959A1; DE102018110049B4

Abstract

본 발명은 내부 용기(20)와 내부 용기(20)에 감긴 섬유 재질로 이루어진 외부 층(34)을 포함하는 압력 탱크(10)의 제조 방법에 관한 것이다. 이 방법을 수행 할 때 내부 용기(20)에 여러 개의 고정 요소가 돌출 된 고정 장치를 부착하여 내부 용기의 돔형 폴 캡 부분(21, 22)에 로컬 폴 캡 보강재를 감는다. 그런 다음 고정 장치를 제거하고 섬유 재료를 감아 외부 층(34)을 생성하고, 외부 층(34)은 내부 용기(20)의 중앙 부분(23) 및 폴 캡 부분(21, 22)을 둘러싸고 있다.

Description

폴 캡 보강재가 있는 섬유 강화 압력 탱크의 제조 방법

본 발명은 내부 용기 및 내부 용기 주위를 감싸는 섬유 재료로 만들어진 외부 층을 포함하는 압력 탱크 제조 방법에 관한 것이다.

CO₂배출량을 줄이기 위한 전 세계적 노력의 틀 안에서 차량용 대체 드라이브가 점점 더 많이 개발되고 시장에 출시된다. 한 가지 트렌드는 배터리 구동 차량의 대안으로 연료 전지도 제공되는 전기 이동성에 관한 것이고, 차량 개발 분야에서는 모든 유형의 차량을 연료 전지에서 주로 공급하는 전기 구동으로 전환하기 위한 노력이 이루어지고 있다. 이를 위해 필요한 수소는 고압 탱크에 저장되며, 이러한 이동 응용 분야의 무게를 최소화 하기 위해 바람직하게는 유형 4의 압력 탱크, 특히 섬유 강화 플라스틱 라이너(liner)가 사용되며, CFK 보강재가 바람직하게 사용된다.

이 용기는 원통형 중앙 부분으로 구성되며 양쪽 측면은 탱크를 닫는 불룩한 폴 캡에 접해 있고, 이러한 압력 탱크의 제조 방법 중 하나는 필라멘트 와인딩 방식으로, 탱크 내부 윤곽을 가진 플라스틱 라이너(liner)에 고성능 섬유를 감는 것으로, 필라멘트를 감기 전 또는 섬유에 현장에서 적용되는 매트릭스 시스템은 섬유 강화의 안정성을 보장하기 위해 가교를 제공한다.

섬유 보강재의 치수는 대략적으로 두 부분으로 나눌 수 있는 바 즉, 압력 탱크의 원통형 부분의 보강과 불룩한 폴 캡의 보강이며, 당연히 이러한 구성 요소는 힘이 두 영역에 적용되고 두 부품 모두 전환 영역이 있기 때문에 분리 할 수 없다. 그러나, 당업자는 압력 탱크의 원통형 부분에 대한 섬유 강화가 상대적으로 계산(보일러 공식)하기 쉽다는 것을 알고 있고, 폴 캡 부분은 3 차원 윤곽으로 인해 치수 산출이 훨씬 더 어렵다.

폴 캡 부분에서 필요한 섬유 보강을 결정하는 것은 폴 캡이 방사형으로 보강 될 수 없기 때문에 특히 어렵고, 방사형 방향으로 감긴 섬유는 튀어 나온 폴 캡을 따라 병목(bottleneck)으로 미끄러 져서 강화되지 않는다. 따라서 일반적으로 폴 캡 보강은 폴 캡 부분을 충분히 보강하기 위해 특정 파이버 각도로 전체 탱크 주위에 섬유를 감아서 이루어지며, 이 섬유는 압력 탱크의 전체 원통형 부분에 걸쳐 반대쪽 폴 캡까지 확장되어 동일한 방식으로 후자를 강화한다. 그러나 이러한 섬유층은 대부분 원통형 부분에서 거의 필요하지 않으며, 이 방법은 섬유 소비를 증가 시키므로 폴 캡 부분에만 사용된다.

특히 긴 탱크에서 섬유 소비 및 해당 제조 비용이 매우 높기 때문에 이러한 소비를 줄이는 것이 바람직하고, 이는 예컨대 폴 캡 보강 및 이에 필요한 섬유가 라이너(liner)의 폴 캡 부분에만 적용되는 경우에 가능하다.

최신 기술에서 표적 폴 캡 보강을 허용하는 방법이 알려져 있다. 예를 들면 실제 와인딩을 수행하기 전에 섬유 배치 방법에 의해 폴 캡 영역을 강화할 수 있고, 이 과정에서 사전 함침 된 슬라이버(프리프 레그)는 로봇의 포지셔닝 헤드에 의해 폴 캡에 배치된다. 그러나 이 방법의 단점은 사전 함침 슬라이버를 사용해야하는 별도의 업스트림 생산 방법이라는 것이다. 또한 섬유 배치법과 후속 권선 법에 사용되는 매트릭스 재료는 서로 다르며 결합할 수 있어야 한다.

또한 폴 캡을 강화할 수 있는 수단으로 다른 업스트림 생산 방법이 있고, 종종 섬유를 고정하고 미끄러지는 것을 방지하는 구조가 라이너(liner)에 제공되며, 이러한 고정 구조를 적절히 형성하고 배열함으로써 섬유는 압력 탱크의 원통형 부분 이전에 폴 캡 주위에 감길 수 있다. 예컨대 일본특허 JP 2010-236614 A는 복합 재료로 만들어진 압력 탱크를 제조하는 방법을 개시하고 있는데 여기서 원주형 홈 또는 개별 손잡이 형태의 고정 구조가 폴 캡에 제공되고, 이러한 고정 구조는 먼저 폴 캡 주위에 섬유를 감은 다음 라이너의 원통형 부분 주위에 감는 데 도움이 되며, 이 방법은 폴 캡과 원통형 부분을 모두 덮는 권선 층(winding layer)을 적용하여 완료된다.

라이너에 고정 구조를 사용하는 이러한 절차는 최신 기술에 널리 알려져 있습다. 예컨대 WO 2013/162428 A1은 섬유가 라이너 주위에 감겨지는 것을 방지하기 위해 라이너를 둘러싸는 원주 방향 일련의 돌출 핀이 제공되는 복합 재료로 제조된 압력 탱크를 개시하고, 핀은 결과적인 섬유 층에 남아 있으며 그로 덮여 있거나 섬유 층에서 돌출된다. 그러나 이러한 솔루션을 제공하려면 추가 제조 단계를 필요로 하는 복수의 돌출 핀을 갖는 특정 라이너를 생산해야 하므로 추가 처리 프로세스, 더 긴 제조 시간 및 더 높은 투자 비용이 발생하는 바 이것은 섬유의 양을 줄임으로써 제공되는 절약 잠재력을 활용하는 것을 점점 더 어렵게 만든다.

권선 과정에서 섬유가 미끄러지는 것을 방지하도록 설계된 고정암을 사용하는 권선 장치도 알려져 있으며, 그 한 예가 JP 2010-167582에 개시되어 있는 데 이러한 특정 권선 장치는 필요한 생산 노력을 증가시킨다.

1: 일본특허 JP 2010-236614 A 특허공보 2: WO 2013/162428 A1 특허공보 3: JP 2010-167582 특허공보

따라서, 본 발명의 목적은 제조 노력의 증가없이 필요한 강화 섬유의 양을 감소시킬 수 있는 섬유 강화 복합 재료 압력 탱크를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 이러한 목적은 독립항 1에 따른 방법에 의해 달성되고, 방법의 유리한 추가 개발은 종속 항 2 ∼ 10에서 찾을 수 있다.

청구 범위에 개별적으로 열거된 특징은 임의의 기술적으로 유용한 방식으로 결합 될 수 있고 본 발명의 추가 발전을 나타낼 수 있음을 지적하며, 명세서는 특히 도면과 함께 본 발명을 추가로 특징화하고 구체화한다.

본 발명에 따른 방법으로, 내부 용기 및 내부 용기 주위에 감겨진 섬유 재료로 만들어진 외부 층을 포함하는 압력 탱크가 생성될 수 있고, 내부 용기 및 섬유 재로 이루어진 외층에는 공지의 재료를 사용할 수 있으며, 내부 용기는 바람직하게는 특히 압출 블로잉에 의해 제조될 수 있는 열가소성 수지로 만들어진 플라스틱 라이너이고, 내부 용기를 강화하기 위한 섬유 재료로서 예를 들면 적절한 수지 매트릭스를 갖는 탄소, 아라미드 또는 유리 섬유가 사용될 수 있다.

이러한 압력 탱크를 제조하는 본 발명의 방법은 적어도 다음 단계를 포함한다:

a) 돔형 폴 캡 부분에 의해 개구가 각각 폐쇄되는 2 개의 대향 단부를 갖는 원통형 중앙 부분을 구비하는 내부 용기를 제공하는 단계;

b) 내부 용기의 중앙 부분의 단부 영역에 여러 개의 돌출 고정 요소를 갖는 고정 장치를 부착하고, 고정 장치는 단부 부분의 개구로부터 축 방향으로 이격되어 부착하는 단계;

c) 섬유 재료가 방향 반전으로 고정 장치의 돌출된 고정 요소 주위로 안내되고, 폴 캡 부분의 적어도 일부와 고정 장치로 단부 부분 주위에 섬유 재료를 감아 폴 캡 보강재를 생성하는 단계;

d) 원주 방향 권선이 단부 부분의 개구와 고전 장치 사이에 위치하고, 폴 캡 보강재를 사용하여 단부 부분 주위에 원주 방향 권선을 감는 단계;

e) 고정 장치와 원주 권선 사이의 폴 캡 보강재의 섬유 재료를 절단하는 단계;

f) 고정 장치를 제거하는 단계;

g) 외부 층이 내부 용기의 중앙 부분과 폴 캡 부분을 둘러싸도록 섬유 재료를 감아서 외부 층을 생성하는 단계.

본 발명에 따른 방법을 수행하기 위해 실제 외층이 와인딩 방법으로 생성되기 전에 와인딩 방법의 수단에 의해 폴 캡 보강재를 생성하기 위해 여러 개의 돌출 된 고정 요소를 갖는 별도의 고정 장치가 사용되고, 고정 장치는 보강 섬유를 폴 캡 부분에 증착하고 압력 탱크 실린더의 단부에서 반전시켜 다음 섬유 층을 증착 할 수 있도록 하며, 따라서 이 방법은 폴 캡 부분에서만 필요한 섬유 각도를 가진 강화 섬유의 증착을 허용한다.

그 결과 폴 캡 보강재는 폴 캡 부분의 적어도 일부와 압력 탱크 실린더의 일부 위로 확장되고, 이 폴 캡 보강재는 원주 권선의 수단에 의해 압력 탱크 실린더의 각 단부에 고정되어 이 원주 권선과 고정 장치 사이의 보강 섬유가 절단 될 수 있으며, 이러한 방식으로 고정 장치를 제거하여 추가 폴 캡 보강에 사용할 수 있고, 따라서 고정 장치는 내부 용기에 남아 있지 않으며 외부 층에도 통합되지 않고, 대신 새로운 폴 캡 보강을 위해 반복해서 재사용 할 수 있다.

이러한 방식으로 폴 캡 보강재가 플라스틱 라이너의 적어도 하나의 폴 캡부분, 바람직하게는 양쪽 폴 캡부분에 생성되고, 그 후, 폴 캡 보강재 및 섬유로 보강될 내부 용기의 다른 부분 주위에 통상적인 방식으로 외부 층을 감을 수 있다. 그러나, 원통형 중앙 부분으로의 전이 영역 이전에 폴 캡을 강화하기 위해 섬유 권선이 더 이상 필요하지 않으므로 기존 섬유에 비해 섬유 소비가 실질적으로 감소하는 바 섬유를 최대 20 %까지 절약할 수 있다.

고정 장치는 바람직하게는 환형이고 단부 부분에서 내부 용기의 중앙 부분을 완전히 둘러싼다. 따라서 내부 용기를 둘러싸고 고정되는 일종의 링 형태를 형성하고, 특히 고정 장치는 링을 형성하기 위해 상호 연결되는 적어도 두 부분으로 구성되며, 이 연결은 바람직하게는 나사형 피팅에 의해 형성되지만 다른 분리 가능한 연결도 가능하고, 부분들은 내부 용기에 압착될 수 있는 방식으로 서로 연결되어 고정 장치가 감기 동안 변위되지 않도록 하며, 나사식 피팅을 풀어서 폴 캡 보강재를 생산한 후 부분을 서로 분리할 수 있으며 내부 용기에서 제거할 수 있다.

고정 요소는 압력탱크 축에 대해 30 ∼ 80°, 특히 45 ∼ 70°의 각도로 고정 장치로부터 돌출된 여러 핀에 의해 형성되고, 각각의 경우 핀은 반대쪽 폴 캡을 가리키며, 핀은 바람직하게 끝에서 테이퍼지고, 예컨대 핀의 피치는 약 4mm ± 2mm이며, 링 반쪽을 조립한 후 바깥쪽으로 튀어 나온 핀이 있는 닫힌 링이 생성되고, 복수의 돌출 핀을 갖는 이러한 환형 고정 장치는 또한 이하에서 핀 코로나라고 불릴 것이다.

폴 캡 보강은 필요한 영역에서 보강 섬유가 특정 각도로 증착되는 방식으로 생산고, 섬유는 전체 폴 캡 부분에 감길 수 있으며, 반면에, 폴 캡의 꼭대기는 한 폴 캡에서 다른 폴 캡으로 전체 내부 컨테이너를 감아서 강화할 수도 있고, 따라서 본 발명의 바람직한 실시예에서 꼭대기에는 별도의 폴 캡 보강재가 제공되지 않지만 자유로이 고정되며, 폴 캡 보강재는 원통형 중앙 부분으로 전환하기 전에 폴 캡의 임계 부분만 둘러 싼다.

고정 장치가 양쪽 폴 캡에 연결되어 있는 경우 돌출된 핀이 각각 반대쪽 고정 장치를 가리키고, 폴 캡 보강재는 연속적으로 또는 동시에 생산할 수 있으며, 권선 장치가 하나의 광섬유 가이드만 제공하는 경우 먼저 첫 번째 폴 캡에 적용된 다음 두 번째 폴 캡에 적용되고, 이를 위해 섬유 가이드 및/또는 내부 용기는 서로에 대해 이동될 수 있다.

그러나 두 폴 캡 보강재가 동시에 생산되는 경우 특히 유리하고, 이는 생산 프로세스를 가속화하는 데 도움이 되며 추가 처리 단계를 피할 수 있으며, 본 발명에 따른 방법의 단계 c)는 적어도 2 개의 섬유 가이드를 갖는 권선 장치에 의해 양쪽 폴 캡 부분에서 동시에 수행될 것이고, 제 1 섬유 가이드는 제 1 폴 캡 부분에 폴 캡 보강용 섬유 재료를 증착하고 제 2 섬유 가이드는 반대쪽의 제 2 폴 캡 부분에 폴 캡 보강용 섬유 재료를 증착한다. 내부 용기의 회전과 내부 용기와 각 섬유 가이드 사이의 상대적인 움직임은 그에 따라 조정되고, 바람직하게는 두 섬유 가이드는 내부 용기의 반대쪽에 배열된다.

적어도 2 개의 섬유 가이드와 함께 이러한 와인딩 장치를 사용함으로써 2 개의 폴 캡 보강재와 나머지 내부 용기에 증착되는 외부층을 생성하는 것도 가능하고, 장점은 동일한 와인딩 머신으로 폴 캡 보강재와 외부 층을 최대한 빠르고 효과적으로 감을 수 있다는 것이다.

폴 캡 보강재와 외부 층은 동일한 섬유 매트릭스 시스템으로 만들 수 있으므로 다른 재료를 일치시킬 필요가 없고, 따라서, 본 발명에 따른 표적 폴 캡 보강 방법은 종래 방법의 약점을 정확하게 해결하며, 폴 캡 보강재는 필라멘트 와인딩 방식으로 동일한 재질로 전체 압력 탱크를 보강하는 방식으로 제작된다.

본 발명의 다른 이점, 특수성 및 유리한 추가 개발은 바람직한 실시예의 종 항 및 도면에 의한 다음 제시로부터 발생한다.

도 1은 압력탱크를 나타낸 도면,
도 2는 도 1에 따른 압력 탱크의 종단면도,
도 3a ∼ 도 3d는 각각 다른 각도에서의 섬유의 권선을 나타낸 도면,
도 4a는 핀 코로나를 갖는 폴 캡 부분의 측면도
도 4b는 핀 코로나가 있는 폴 캡 부분을 통한 개략 단면도,
도 5는 폴 캡 보강용 와인딩 생산을 나타낸 도면,
도 6은 핀 코로나 제거 전 폴 캡 보강을 나타낸 도면,
도 7은 핀 코로나 제거 후 폴 캡 보강을 나타낸 도면,
도 8은 폴 캡 보강재와 외부 층을 가진 압력 탱크의 종단면도,
도 9는 2개의 폴 캡 보강재를 권취하는 동안 권취 장치의 제 1 실시예를 나타낸 도면,
도 10은 외부 층의 권선 동안 권선 장치의 제 2 실시예를 나타낸 도면이다.

본 발명에 따른 방법으로 제조되는 압력 탱크 또는 복합 재료 압력 탱크가 각각 도 1에 도시되어 있다. 상기 압력 탱크(10)는 원통형 중앙 부분(13) 및 원통형 중앙 부분(13)의 개구를 폐쇄하는 2 개의 돌출 된 폴 캡(11, 12)을 구비하며, 돌출된 연결 플랜지(14, 15)는 이들 상기 폴 캡(11, 12) 상에 제공될 수 있고, 이들 플랜지(14, 15)의 형상 및 배열은 단지 예로서 표시되며, 상기 원통형 중앙 부분(13)은 돌출된 폴 캡(11, 12)에서 경계를 이루는 단부 부분을 갖는다.

이러한 종류의 상기 압력 탱크(10)는 섬유 보강재로 만들어진 외부 층으로 내부 용기를 보강함으로써 생성되고, 도 2는 압력 탱크(10)의 이러한 구조를 개략적인 종단면으로 도시한 것이다. 강화 섬유로 만들어진 외층(34)은 내부 용기(20) 주위에 감겨있고, 상기 내부 용기(20)의 형상은 생산되는 압력 탱크(10)의 형상에 실질적으로 대응하여 내부 용기(20)는 원통형 중앙 부분(23)과 원통형 중앙 부분(23)의 개구를 폐쇄하는 2 개의 돌출된 폴 캡 부분(21, 22)을 구비하며, 상기 내부 용기(20)는 바람직하게는 예를 들어 압출 블로잉 법에 의해 그 형상이 형성된 플라스틱 라이너로 형성되고, 도 3a는 상기 전술한 부분을 갖는 이러한 내부 용기 (20)를 도시하며, 강화 섬유는 다양한 각도와 다양한 코스로 상기 내부 용기(20) 주위에 감길 수 있고, 예를 들면 도 3a는 중앙 부분(23)의 영역에서 원주 방향 권선(30)을 도시한 것이다. 도 3b는 전체 내부 용기(20) 위에 그리고 연결 플랜지 (14, 15) 옆에 길이 방향으로 연장되는 권선(30')을 도시한 것이고, 도 3c 및 3d는 원통형 중앙 부분(23) 및 폴 캡 부분(21, 22) 주위에 더 큰 각도로 증착된 권선 (30", 30'")을 각각 도시한 것으로, 특히, 폴 캡 부분(21, 22)에서 원통형 중앙 부분(23)으로의 전이 부근의 권선(30'")은 본 발명에 따른 방법으로 절약될 수 있는 다량의 섬유 재료를 필요로 한다.

본 발명에 따른 방법은 표적 폴 캡 보강재를 감기 위해 내부 용기(20)의 중앙 부분(23)의 적어도 하나의 단부에 부착될 여러 개의 돌출 고정 요소를 갖는 고정 장치를 제공하고, 바람직하게는 폴 캡 보강재가 이러한 방식으로 양 폴 캡 상에 생성되며, 도 4a는 원통형 중앙 부분(23)에 부착된 고정 장치를 갖는 내부 용기의 좌측을 도시한 것이다. 고정 장치는 링을 형성하기 위해 상호 연결되는 두 개의 하프 핀 코로나(40, 41)에 의해 형성되고, 도 4b는 해제된 상태의 2 개의 하프 핀 코로나(40, 41)을 보여주며, 이와 같이 형성된 핀 코로나는 폴 캡 부분(21)으로부터의 공간 예컨대 원통형 중앙 부분(23)의 단부로부터 약 30mm의 거리에서 원통형 중앙 부분(23)에 부착된다.

핀 코로나는 조인트를 통해 정확하게 맞출 수 있는 두 개의 180°하프 링(42, 43)으로 구성되고, 연결편(46, 47')은 예를 들면 제 1 나사형 연결을 형성 할 수 있는 반면, 연결편(46', 47')은 제 2 나사형 연결을 형성할 수 있으며, 조립 된 핀 코로나의 내경은 내부 용기(20)의 외경과 동일하지만, 예컨대 나사식 연결부를 조여서 내부 용기에 압입된다. 어떤 경우에도 조립된 핀 코로나는 압력 탱크 위에 단단히 고정되어야 하며 발생하는 섬유 장력으로 인해 부하가 가해져도 변위되지 않을 수 있어야 한다.

핀 코로나의 양쪽 하프 링(42, 43)에는 45 ∼ 70°의 각도로 압력 탱크 축 (16)으로부터 돌출된 여러 개의 날카로운 핀(44, 45)이 제공되고, 핀의 피치는 약 4mm ± 2mm이며, 하프 핀 코로나(40, 41)를 조립 한 후, 바깥쪽으로 돌출된 핀이 있는 닫힌 링이 각각 반대쪽 폴 캡과 대향한다.

도 5는 보강을 위해 섬유 재료(31)가 적용된 폴 캡 보강재의 생산을 도시한것으로, 폴 캡에 대한 권선의 부착은 보강 섬유 재료(31)를 내부 용기(20) 또는 핀 코로나(40, 41)에 고정하는 것으로 시작되고, 섬유는 수치 제어(NC) 하에서 수행되는 미리 정의된 섬유 각도로 폴 캡 부분(21) 상에 보강 섬유 재료(31)의 적층 및 라이너의 회전에 의해 폴 캡 부분(21)에 권취되며, 폴 캡 부분(21)의 반전은 측지 경로에 섬유를 증착함으로써 발생하고, 섬유가 반대 폴 캡으로 가는 경로에서 핀 코로나(40, 41)를 통과 한 후 강화 섬유의 축 방향 증착이 중단되고 섬유는 핀 코로나(40, 41)의 핀(44, 45)에서 내부 용기의 회전에 의해 반전되며, 핀(44, 45)의 기울어 진 위치로 인해 섬유는 내부 용기 방향으로 핀의 가장 낮은 지점까지 아래로 미끄러지고, 이는 불연속성 없이 균일한 섬유 증착을 보장한다. 내부 용기의 회전은 강화 섬유가 단단히 고정되고 와인딩의 다음 분할 지점에 도달할 때까지 발생하고, 섬유를 고정하기 위해 섬유는 항상 하나 이상의 핀 주위로 안내되어야 하며, 바람직하게는 권선은 가능한 가장 적은 양의 핀이 권선으로 덮이는 방식으로 수행되어야 하고, 그렇지 않으면 너무 많은 섬유 재료가 핀 뒤에 축적되기 때문이다.

그 다음 강화 섬유 재료(31)는 다시 강화될 폴 캡 부분의 방향으로 안내되고 다음 폴 캡 커버링이 감겨진다. 이 과정은 필요한 폴 캡 부분이 덮일 때까지 반복되고, 강화 권선의 끝에서 나사구멍(thread eye)은 폴 캡 부분의 반대쪽에 있는 핀 코로나 뒤에 위치하며, 두 번째 폴 캡 보강이 동일하거나 다른 섬유 각도로 수행되는 경우 직접 수행할 수도 있다. 이 과정에서 폴 캡 부분(21)의 크레스트(24)는 도 5의 실시예에 도시된 바와 같이 생략 될 수 있고, 이 크레스트(24)는 예를 들면 도면부호 30'로 도 3d에 나타낸 바와 같이 나중에 적용될 섬유 재료의 외부 층(34)에서 축 방향 보강재에 의해 감기로 덮일 수 있으며, 바람직하게는 그러한 축 방향 보강재(30')가 어쨌든 제공되어 크레스트(24)를 보강하고 연결 플랜지(14, 15)를 고정한다.

로컬 폴 캡 보강이 완료되면 보강 섬유를 폴 캡과 핀 코로나 사이의 내부 용기의 원통형 단계에 반경 방향으로 감아서 보강 섬유를 사용하여 고정하고, 이는 도 6에 도시된 원주 권선(32)을 초래하며, 이를 달성하기 위해 나사구멍(thread eye)은 강화 섬유를 핀 코로나(40, 41)의 다른면으로 유도하고 이를 폴 캡과 핀 코로나 사이의 원통형 단계에서 원주 방향으로 섬유 지지대 위로 향하게 하고, 이 고정 층이 완성 된 후 폴 캡 보강재의 섬유는 절단되거나 방향이 지정되고 폴 캡 사이의 중앙에 있는 내부 용기의 원통형 부분에 고정된다.

그런 다음 와인딩 머신이 중지되며, 폴 캡 보강재의 섬유는 이제 내부 용기를 손상시키지 않고 핀 코로나(40, 41)와 폴 캡 부분(21) 사이에서 절단 될 수 있고, 이것은 도 6에서 화살표(60)로 도시되었다. 절단은 핀 코로나(40, 41)의 조립 전에 배치된 금속 지지대에서 이루어지며 나중에 코로나와 함께 제거되거나 섬유를 바깥쪽으로 절단하는 절단칼이 사용된다.

폴 캡 강화 섬유를 절단 한 후 핀 코로나를 열고 내부 용기에서 제거하며, 이 단계는 도 7에 도시되어 있으며, 반대쪽 폴 캡의 보강은 첫 번째 폴 캡의 보강과 동일한 방식으로 이루어지고, 폴 캡 보강이 완료된 후 나머지 압력 탱크 와인딩이 수행되며, 바람직하게는 먼저 내부 용기의 원통형 중앙 부분(23)에는 폴 캡 보강재를 갖는 용기의 원통형 부분에서 균일하게 매끄러운 표면이 생성될 때까지 원주형 층이 제공되어 후속 축 방향 와인딩이 잘 정의된 지지체를 갖도록 하고, 도 8은 강화 섬유로 만들어진 외부층(34)에 의해 둘러싸인 내부 용기(20) 상에 2 개의 폴 캡 보강재(33, 33')를 갖는 이러한 방식으로 제조된 압력 탱크(10')를 통한 개략적인 종단면을 도시한 것이다.

폴 캡 보강재 및 외부층용 섬유 권선을 생산하기 위해 다양한 기능 원리가 적용되는 적절한 권선 기계를 사용할 수 있고, 이러한 유형의 기계는 재구성된 선반에서 비롯되며, 따라서 구형 와인딩 머신은 섬유 가이드가 세로로 슬라이드에 장착 된 단순한 선반과 유사하고, 이 구조는 베드 구조가 구현하기 쉽기 때문에 매우 간단한 권선 구성 요소 또는 극한 길이 또는 직경의 구성 요소와 함께 사용된다.

더 많은 수의 부품이 생산되는 경우 종종 여러 개의 스핀들이 있는 포털 머신이 사용되는 바 장점은 이러한 기계가 접근하기 쉽고 바닥을 향해 열려 있으며 청소하기 쉽다는 것이다. 포털 와인딩 머신에서 슬라이드는 와인딩 바디의 축에 평행하게 캐리어에서 미끄러지며 수치 제어를 통해 섬유를 와인딩 코어로 안내하고, 일반적으로 이러한 슬라이드 시스템에는 여러 축이 통합되어 있다: 와인딩 축에 평행한 Y 축, 와인딩 축으로 공급 이동을 수행하는 Z 축 및 개별 섬유로 구성된 밴드가 와인딩 코어의 표면에 정상적으로 공급될 수 있도록 하는 회전축. 보강 섬유는 일반적으로 기계 뒤의 공간에서 권선 기계로 공급되기 때문에 대부분의 기계에서 나사 구멍은 권선 축 높이의 중앙에 위치하고, 잘 보이는 섬유 증착이 중요하다면 섬유는 위에서 와인딩 코어로 안내되며, 따라서 권선 코어에 강화 섬유의 증착 지점은 코어에 의해 덮이지 않는다.

본 발명에 따라 2개의 로컬 폴 캡 보강재가 내부 용기의 단부에 감겨진다면, 이를 수행할 수 있는 한 가지 가능성은 잘 알려진 순차 감기 기술을 사용하는 것이고, 대안적으로 와인딩 머신은 병진축이 제 1 슬라이드의 것과 동일한 제 2 슬라이드가 내부 용기의 반대편에 제공되도록 구성될 수 있으며, 이 슬라이드는 첫 번째 슬라이드와 평행하게 작동하고 두 번째 폴 캡 보강을 동시에 수행할 수 있고, 이 두 번째 슬라이드는 첫 번째 슬라이드와 동일한 세로축 가이드에 부착하거나 다른 가이드 시스템에 별도로 부착할 수 있는 데 두 슬라이드 시스템이 공통 세로축 가이드에 장착된 경우 특히 프로그래밍에 결함이 있거나 로컬 보강재가 너무 가깝고 섬유 가이드의 움직임이 서로 간섭하는 경우 충돌이 발생할 수 있다. 따라서 바람직하게는 제 2독립 섬유 가이드 슬라이드 시스템을 위한 제 2종방향 가이드 시스템이 와인딩 축의 반대쪽에 장착되고, 이러한 방식으로 두 슬라이드 시스템은 와인딩 축에 대해 서로 마주보고 완전히 독립적이다.

도 9는 베드구조 및 2 개의 대향하는 섬유 가이드 슬라이드 시스템(70, 71)을 갖는 이러한 와인딩 머신(90)의 가능한 실시예의 개략도를 도시한 것으로, 이들 2 개의 섬유 가이드 시스템(70, 71)은 와인딩 축(74)에 평행하게 세로축 가이드 (72, 73)에 각각 부착되며, 이러한 방식으로 고정 장치는 라이너(20)의 양쪽 폴 캡 부분에 장 될 수 있고, 도 9는 두 개의 하프 핀 코로나(40, 41)가 있는 왼쪽 핀 코로나와 두 개의 하프 핀 코로나(50, 51)가 있는 오른쪽 핀 코로나를 개략적으로 보여준다. 이 핀 코로나에서는 두 개의 폴 캡 보강재가 동시에 감겨 있고, 인접한 외층은 또한 2 개의 섬유 가이드(70, 71)에 의해 동시에 감길 수 있다.

도 10은 2 개의 분리된 현수식 섬유 가이드 슬라이드 시스템을 갖는 포털 와인딩 머신(100)으로 구현된 대안적인 와인딩 머신에서 내부 용기(20)에 대한 와인딩 프로세스를 도시한 것으로, 기계의 포털은 상부 크로스 부재(86)에 의해 연결된 2개의 측면 포스트(84, 85)에 의해 실질적으로 형성되고, 이 크로스 부재(86)에서 2개의 유지 암(82, 83)은 각각 그 하단에 섬유 가이드(80, 81)를 갖는 병진이 가능하며, 이에 의해 섬유 재료(31)가 내부 용기(20) 상에 증착될 수 있고, 고정 암과 섬유 가이드는 각각 하나의 섬유 가이드 슬라이드 시스템을 형성하며, 두 슬라이드 시스템을 끝 위치로 가져 오면 와인딩 축에 대한 완전한 접근성이 보장된다.

이 와인딩 머신(100)에 의해 압력 탱크의 로컬 폴 캡 보강재와 같은 보강재도 감을 수 있다; 그러나 이 구조는 또한 전체 와인딩 바디에 걸쳐 두 섬유 가이드 시스템에 의한 병렬 와인딩을 허용한다. 이를 위해 제 2섬유 가이드 시스템(83, 81)은 제 1슬라이드 시스템(82, 80)과 부분적으로 반대되는 동기 이동을 수행하고, 이런식으로 권선체의 권선이 나뉘며; 50%는 슬라이드 시스템(82, 80)에 의해 수행되고 50%는 슬라이드 시스템(83, 81)에 의해 수행된다. 이러한 방식으로 전체 와인딩 프로세스의 와인딩 시간이 절반으로 단축된다.

10, 10' : 압력 탱크 11, 12 : 폴 캡
13 : 중앙 부분 14, 15 : 연결 플랜지
16 : 압력 탱크 축 20 : 내부 용기(라이너)
21, 22 : 폴 캡 부분 23 : 중앙 부분
24 : 크레스트(crest) 30, 30', 30", 30'" : 섬유 권선
31 : 섬유 재료 32 : 원주 권선(고정 권선)
33, 33' : 폴 캡 보강재 34 : 외부층
40, 41 : 하프 핀 코로나 42, 43 : 하프 링
44, 45 : 고정 요소(핀) 46, 46', 47, 47' : 연결편
50, 51 : 하프 핀 코로나 60 : 절단선
70, 72 : 섬유 가이드(섬유 가이드 슬라이드 시스템)
72, 73 : 종축 가이드 74 : 권선 축
80, 81 : 섬유 가이드(섬유 가이드 슬라이드 시스템)
82, 83 : 고정대 84, 85 : 측면 포스트
86 : 크로스 부재

Claims

다음 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 내부 용기(20)와 내부 용기 (20)에 감겨진 섬유 재료의 외부 층(34)을 포함하는 압력 탱크(10)의 제조 방법.
a) 돔형 폴 캡 부분(21, 22)에 의해 개구가 각각 폐쇄되는 2 개의 대향 단부를 갖는 원통형 중앙 부분(23)을 구비하는 내부 용기(20)를 제공하는 단계;
b) 중앙 부분(23)의 단부 영역에 여러 개의 돌출 고정 요소(44, 45)를 갖는 유지 장치를 부착하고, 유지 장치는 단부 부분의 개구로부터 축 방향으로 이격되어 부착하는 단계;
c) 섬유 재료가 돌출된 고정 요소(44, 45) 주위로 안내되고 폴 캡 부분(21, 22)의 적어도 일부와 방향이 반전 된 유지 장치로 단부 부분 주위에 섬유 재료를 감아 폴 캡 보강재(33)를 제조하는 단계;
d) 폴 캡 보강재(33)를 사용하여 단부 둘레에 단부 부분의 개구와 유지 장치 사이에 위치하는 원주 권선(32)을 단부 둘레에 감는 단계;
e) 고정 장치와 원주 권선(32) 사이 폴 캡 보강재(33)의 섬유 재료를 절단하는 단계;
f) 고정 장치를 제거하는 단계;
g) 내부 용기(20)의 중앙 부분(23) 및 폴 캡 부분(21, 22)을 둘러싸는 외부 층(34), 섬유 재료를 감아 외부 층(34)을 제조하는 단계.
제 1항에 있어서, 고정 장치는 환형이고 단부에서 중앙 부분(23)을 완전히 둘러싸는 것을 특징으로 하는 압력 탱크(10)의 제조 방법.
제 2항에 있어서, 상기 고정 장치는 링을 형성하기 위해 상호 연결되는 적어도 2개의 부분으로 구성되는 것을 특징으로 하는 압력 탱크(10)의 제조 방법.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 고정 요소는 30 ∼ 80°의 각도로 특히 압력 탱크 축(16)으로부터 45 ∼ 70°의 각도로 고정 장치로부터 돌출되는 여러 핀(44, 45)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 압력 탱크(10)의 제조 방법.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 c)에서 폴 캡 보강재 (33)를 감는 동안 폴 캡 부분(21, 22)의 크레스트(24)는 섬유 재료가 없는 상태로 고정되는 것을 특징으로 하는 압력 탱크(10)의 제조 방법.
제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 b) 내지 단계 f)는 내부 용기(20) 중앙 부분(23)의 양 단부에서 수행되는 것을 특징으로 하는 압력 탱크(10)의 제조 방법.
제 6항에 있어서, 단계 c)는 두 폴 캡 부분(21, 22)에서 순차적으로 또는 동시에 수행되는 것을 특징으로 하는 압력 탱크(10)의 제조 방법.
제 7항에 있어서, 단계 c)는 적어도 2 개의 섬유 가이드(70, 71; 80, 81)를 갖는 권선 장치(90, 100)에 의해 동시에 두 폴 캡 부분(21, 22)에서 수행되고, 제 1 섬유 가이드(70, 80)가 제 1폴 캡 부분(22)에 폴 캡 보장재(33)를 위한 섬유 재료를 증착하고 제 2섬유 가이드(71, 81)가 반대쪽의 제 2폴 캡 부분(22)에 폴 캡 보강재(33)을 위한 섬유 재료를 증착하는 것을 특징으로 하는 압력 탱크(10)의 제조 방법.
제 8항에 있어서, 단계 g)에서 외층(34)은 또한 적어도 2개의 섬유 가이드 (70, 71; 80, 81) 위에 섬유 재료를 동시에 증착함으로써 생성되는 것을 특징으로하는 압력 탱크(10)의 제조 방법.
제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서, 폴 캡 보강재(33)의 섬유 재료는 외층(34)의 섬유 재료에 대응하는 것을 특징으로 하는 압력 탱크(10)의 제조 방법.