WO2016074952A1 - Druckbehälter, verfahren zur herstellung eines druckbehälters sowie flechtmaschine - Google Patents

Druckbehälter, verfahren zur herstellung eines druckbehälters sowie flechtmaschine Download PDF

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WO2016074952A1
WO2016074952A1 PCT/EP2015/075311 EP2015075311W WO2016074952A1 WO 2016074952 A1 WO2016074952 A1 WO 2016074952A1 EP 2015075311 W EP2015075311 W EP 2015075311W WO 2016074952 A1 WO2016074952 A1 WO 2016074952A1
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WO
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pressure vessel
impeller
braiding
clapper
fiber
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PCT/EP2015/075311
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Hans-Ulrich Stahl
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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Definitions

  • Pressure vessel method for producing a pressure vessel and braiding machine
  • the technology disclosed herein relates to a pressure vessel, a process for producing a pressure vessel, and a braiding machine.
  • Pressure vessel for motor vehicles may be a cryogenic pressure vessel or a high pressure gas container.
  • high-pressure gas containers fluids are stored at a pressure of several hundred bar.
  • High-pressure gas containers are often designed as a composite pressure vessel, these are also commonly called composite or fiber composite container.
  • Type II, III and IV pressure vessels include fiber reinforced laminates that partially or completely surround an inner liner.
  • the liner is made of metal on type II and III containers. Also plastic liner
  • Pressure vessels are used, for example, in motor vehicles which are operated with compressed natural gas, often referred to as compressed natural gas (CNG), or with hydrogen.
  • CNG compressed natural gas
  • Winding and braiding techniques are used to apply the fiber reinforced laminate.
  • DE 0 2009 025 386 A1 discloses a pressure tank which is produced by a braiding technique. According to this document, a different braiding technique is used on the pole caps than in the cylindrical section of the pressure tank. However, it can not be deduced from this document, what with this particular
  • Braiding technique is meant.
  • Winding can be made with previously known winding machines. Winding machines work on the lathe principle. The rovings containing the fibers are wound around a rotating winding core which is held in a headstock.
  • a disadvantage of the braiding method is that braided fiber layers of a fiber-reinforced laminate are inevitably not free from undulations. These undulations cause the fibers to not be loaded in the optimum direction. If braided with dry fibers, these must also be infiltrated later, which usually requires greater distances between the fiber strands, which in turn has a negative impact on the fiber volume content and thus on the mechanical
  • different types of weaves may be set, for example, a 1/1 weave as shown in the upper left and upper right in FIG. 1, a 1/2 weave or a twill weave, and a 2/2 weave.
  • the 1/2 bond type is understood to mean that one fiber passes over two fibers and under the next or adjacent two fibers.
  • a 1/1 bond type is meant that a fiber is passed over one fiber and under the next fiber.
  • Under a 2/2 binding type one understands that two fibers are passed over two fibers and under the next two fibers.
  • the different types of bonding are also described in the introductory part of DE 10 2007 063 052 A1.
  • Round braiding machine have a lace occupation, as shown in Figures 2 and 3.
  • the first bobbins 10 move clockwise (direction B) and the second bobbins 20 move counterclockwise (direction A).
  • the bobbins are each transferred from a Flechtflugelrad 100 to the next Flechtflugelrad 100 when bobbin receiving positions are substantially in opposition (bobbin transfer position P).
  • the first clappers 10 move in a serpentine fashion in a direction B (clockwise) around the braiding point F, while the black ones
  • the braided-wing wheels 100 For a 1/1 weave type, the braided-wing wheels 100 must be studded with bobbins 10, 20 as shown in FIG. Furthermore, the Flechterielizaliza for a 1/2 binding type as in Fig. 3 with bobbins 10, 20 must be occupied. The placement of the Flechterielmann with a corresponding number of bobbins is usually done by hand. To do this, the machine must be stopped. The different
  • Binding types are combined. For each fiber layer two bobbin changes would have to be made, which is not economically feasible, especially in the often several dozen layers having pressure tanks.
  • a braiding machine which allows different types of weave in a layer of braid, without the braiding machine having to be stopped.
  • This document relates only to the braiding of strands and strings, but not of plastic fibers. Strands and cords are used in a completely different technical field with different technical requirements.
  • the structure of the braiding machine is relatively complex and thus relatively susceptible to failure and expensive.
  • Such a pressure vessel may be, for example, a cryogenic pressure vessel or a high-pressure gas vessel, as described in the introductory part.
  • the pressure vessel includes a liner adapted to store a fluid and a fiber reinforced laminate surrounding the liner at least in regions.
  • the laminate comprises at least one braided fiber layer. The braided
  • Fiber layer has at least two fiber groups, which are located both in a cap region KB, KC of the pressure vessel and in a
  • Cylinder area Z of the pressure vessel extend.
  • the fibrous layer has a different type of binding in the cylinder region Z than in the cap region KB, Kc.
  • the laminate thus includes braided fiber layers, which in turn
  • the fiber layer is braided with the fibers of the at least two fiber groups.
  • several first bobbins provide the fibers of a first fiber group.
  • second bobbins provide the fibers of a second fiber group.
  • the fibers of the at least two fiber groups thus also the at least one braided fiber layer, extend uninterruptedly into both the cap region KB and Kc. of the pressure vessel as well as in the cylinder area Z. Thus, it is ensured that the fibers are in particular also in the transition region between the cylinder region Z and the
  • the at least two fiber groups comprise fibers of the same fiber material.
  • type of binding is not limited to the above-described binding types 1/1, 1/2 and 2/2, but rather also includes the binding mode " 00
  • Binding mode °° / °° means that infinitely many fibers are over infinite many other fibers are guided. In other words, one includes
  • Fibrous layer with the binding type two partial layers in which the fibers are arranged unidirectionally.
  • the cap region KB, KC is made up of the dome regions B and C.
  • the fiber layer extends into both dome regions B and C. "Extend into a cap region KB, Kc", however, also includes an embodiment in which the fiber layer only in the Dom area B or C extends.
  • the at least two fiber groups are preferably arranged one above the other within the fiber layer, at least in regions. In cylinder region Z, these include at least two
  • Fiber groups which are stacked in the fiber layer, preferably more fibers than the rovings used to braid the
  • the at least two fiber groups of the fiber layer can form two unidirectional partial layers in the cylinder region Z.
  • the at least two unidirectional partial layers preferably cover at least about 30%, preferably at least about 50% or about 80% or the entire peripheral surface of the cylinder region Z, expediently such that preferably the two unidirectional partial layers in FIG
  • the binding type is °° / °°.
  • at least two unidirectional partial layers are simultaneously deposited or wound in the cylinder region Z at the same time by a braiding machine which is also suitable for braiding the cap regions KB, Kc.
  • the braiding machine thus operates in the cylindrical section in the winding mode.
  • the fiber layer can have a plain weave in the cap region KB, KC at least in regions. Further preferably, the fiber layer in the cap region KB, Kc have a twill weave.
  • the fiber groups can preferably form a balanced angle composite.
  • In the cylindrical area results from the boiler formula for the ⁇ . 1
  • Main stress conditions ⁇ From the network theory thus calculated in the cylindrical region of the pressure vessel, an ideal fiber angle ⁇ to the longitudinal axis AA to arctan Fiber angles are preferably 54.7 "in the cylindrical region ⁇ to the longitudinal axis AA used at an amount of from 50 ° to 60 °, therefore. In the cylinder area, the fibers may at least partially lie against one another without gaps
  • the technology disclosed herein further relates to a method of making a pressure vessel disclosed herein.
  • the method comprises the steps:
  • the fiber layer is braided differently in the cylinder region Z than in the cap region KB, KC, SO such that the fiber layer in the cylinder region Z has a different type of bonding than in the cap region KB, Kc.
  • the at least one fiber layer can be deposited simultaneously in the cylinder region Z in two unidirectional partial layers.
  • the two unidirectional partial layers cover the entire peripheral surface of the
  • the fiber layer may have at least partially a plain weave in the cap area KB, Kc.
  • the procedure may comprise the step of changing the type of weave during weaving of the fibrous layer without causing the fibers of the
  • Bobbin wraps, wherein the impeller is disposed substantially coaxially with the plurality of braiding vanes and preferably rotates opposite the machine opposite to the direction of rotation of the plurality of braiding vanes;
  • the impeller and the Flechterielizal relative to each other, in particular about a common axis of rotation, twisted.
  • the impeller rotates relative to the stationary
  • Rotary axis to be rotated which is collinear to the axis of rotation of the impeller.
  • Pressure vessel to be rotated in the same direction as the impeller.
  • the braid core rotates about the same axis of rotation as the impeller, wherein the angular velocity of the impeller is preferably twice as large as the angular velocity of the braided core.
  • the impeller may be an inner impeller or an outer impeller suitable for transferring or receiving clappers to a plurality of Flechterielyern.
  • the clutches for the first sublayer between adjacent braided vanes may be transferred such that the clutches for the first sublayer rotate in a direction of rotation R5 about the braid core F, which is directed counter to the direction of rotation R6 of the impeller.
  • a braiding method in particular for producing a pressure vessel disclosed herein, comprising the steps of:
  • an outer and inner impeller having a plurality of bobbin mounts, wherein the outer and inner impellers are disposed substantially coaxially with the plurality of waddle wheels and can rotate opposite to the machine opposite to the direction of rotation of the plurality of worm wheels; and further with the steps: Transferring the clappers between adjacent braided-wheel wheels and / or a braided-impeller and one of the inner and outer impellers in a braiding mode; and
  • the first clappers for a first partial layer can be held, for example, in the outer impeller.
  • the second clapper for a second sub-layer may be held, for example, in the inner impeller.
  • the outer impeller and the inner impeller preferably rotate in
  • the braiding method further comprises the step of electrically, hydraulically and / or pneumatically activating bobbin transfer turnout systems.
  • the braiding method further comprises the step of reversing the direction of rotation of the braided-wing wheels.
  • the braiding method further comprises the step of rotationally driving the inner and / or outer impeller in one or an opposite direction.
  • the braiding method further comprises the step of passing at least one bobbin of at least one braiding impeller to one of the inner and outer impellers, and then transferring the at least one beater from the inner or outer impeller to another braided impeller that does not belong to the one
  • Flechterielrad is adjacent, preferably to a next over
  • the braiding method further comprises the step of passing a plurality of bobbins, preferably from four bobbins to a Flechterielrad and then turning the
  • the plurality of Flechterielckenn is held on a Flechterielkranz.
  • the Flechterielkranz is arranged concentrically with the (inner and / or outer) impeller.
  • the technology disclosed herein further includes a braiding machine, particularly for making the pressure vessel disclosed herein.
  • the braiding machine includes:
  • an impeller having a plurality of bobbin mounts, wherein the impeller is substantially coaxial with the plurality of beaters
  • Braiding machine can rotate opposite to the direction of rotation of the plurality of Flechterielibin,
  • bobbin recordings are provided with a switch system to transfer a recorded in a bobbin recording clapper in another bobbin recording, and wherein
  • the braid core in particular a liner of a pressure vessel, is mounted rotatably about a rotation axis, which is substantially coaxial with
  • the axis of rotation of the impeller is.
  • the braiding machine preferably has a braiding mode.
  • the braiding machine can braid at least one of the following weaves: plain weave or twill weave.
  • the braiding machine further comprises a winding mode.
  • the braiding machine can deposit at least two unidirectional partial layers one above the other.
  • the fibers are preferred unidirectional sub-layers each made up of a plurality of first bobbins and a plurality of second bobbins.
  • the winding mode the braiding machine can deposit at least two unidirectional partial layers one above the other.
  • the fibers are preferred unidirectional sub-layers each made up of a plurality of first bobbins and a plurality of second bobbins.
  • the braid core rotates about the same axis of rotation as the impeller, only in
  • the braiding machine includes:
  • outer impeller with a variety of bobbin recordings; wherein the outer and inner vanes are disposed substantially coaxially with the plurality of braiding vanes and are capable of rotating opposite to the engine opposite to the direction of rotation of the plurality of braided vanes; wherein the bobbin recordings are provided with a switch system to one in one
  • the braiding machine in a winding mode is adapted to deposit two unidirectional partial layers one above the other.
  • the first bobbins for a first part-layer may be held, for example, in the outer impeller, the second bobbins for a second
  • Partial layer for example, in the inner impeller.
  • the outer impeller and the inner impeller preferably rotate in opposite directions, preferably at a winding speed of equal magnitude. That's how it works advantageous to realize a balanced angle composite within the laminate.
  • each Flechtflugelrad is reversible in its direction of rotation.
  • the inner impeller and / or the outer impeller are rotatable in two directions.
  • a control device is provided which controls the rotation of the Flechterieliza and the inner and outer impeller and the switch system.
  • FIGS. 5 to 10 further winding modes of further braiding machines.
  • the fluid to be stored is stored inside the liner 1 1 1.
  • the liner 1 11 is surrounded by a fiber-reinforced laminate 120 in its cylindrical region and in its cap region KB, KC.
  • a valve is provided at the Dom B .
  • the cylinder region Z preferably has a cross-sectionally substantially rectangular shape. However, it is also conceivable that the cylinder region Z is slightly bulbous or oval.
  • the respective types of bonding for the respective areas Z, KB, KC are shown.
  • a plain weave is provided in each case, which is formed by the two fiber groups 124, 126. This is a classic 1/1 binding style.
  • Each fiber layer 125, 125 ' is created in a braiding step. As can be clearly seen in the cross-section through the plain weave, the individual fibers 124 undulating around the fibers 126.
  • Fiber groups 124, 126 as shown in the left area KB. In this area, however, the fiber layer 125, 125 'has a different type of bonding.
  • the fibers or fiber groups 124, 126 are stacked on top of each other.
  • the fiber groups 124, 126 each form sub-layers 124, 126, in which the fibers
  • Longitudinal axis A-A is 54.7 °.
  • the angle ⁇ is equal in magnitude to the angle - a. Shown here are only two
  • Fiber layers 125, 125 'of the fiber reinforced laminate 120 are Fiber layers 125, 125 'of the fiber reinforced laminate 120.
  • the fiber reinforced laminate 120 may include more than two braided fiber layers 125, 125 '.
  • the same plain weave is provided as in the area KB.
  • FIGS. 2 and 3 show the plurality of braided vane wheels 100 of the braiding machine disclosed herein. Other components of the braiding machine, such as they are shown, for example, in Figs. 4 to 6 are shown in Figs. 2 and 3
  • the braiding machine is operated in the braiding mode.
  • the clappers 10, 20 are transferred between adjacent braided-wing wheels, as already described, for example, in the introductory part.
  • Kc can be achieved depending on the placement of the clapper 10, 20 different types of binding in the cap area KB.
  • FIGS. 4 to 11 show a braiding machine which has a structure similar to that of the braiding machine of DE 10 2007 063 052 A1 (hereinafter: DE'052 A1), which is shown there in FIGS. 4 to 11.
  • DE'052 A1 the braiding machine of DE 10 2007 063 052 A1
  • FIGS. 4 to 11 The content of these Figures 4 to 1 1 and the paragraphs [0013] to [0070] of DE'052 A1 are hereby incorporated by reference into this patent application.
  • the content with respect to the bobbin recordings 1 10, 210, 310 see Fig. 5 and the passages of ' DE'052 A1 describing them), the impellers 200, 300 (see Fig.
  • the braiding machine disclosed here differs from the
  • Braiding machine according to DE 10 2007 063 052 A1 in that the braiding machine shown here has a winding mode.
  • Winding mode it is suitable to deposit two unidirectional partial layers 124, 126 one above the other. It is especially kinematical and
  • the first group of bobbins forms z.
  • the outer and inner impellers 200, 300 are capable of rotating in opposite directions R1, R2 in the winding mode, with a plurality of first clutches 10 held in one impeller of the inner or outer impeller 200, 300 and the other of the first inner or outer impeller 200, 300 holds the second clapper 20.
  • the braiding machine disclosed here thus additionally has a winding mode in which preferably no clappers are held in the multiplicity of braided-wing wheels, but all clappers in a multiplicity of
  • Bobbin holders 210, 310 of the inner and outer impellers 200, 300 are held, with the inner impeller 300 and the outer impeller 200 rotating in opposite directions.
  • the fibers of the two clapper groups 10, 20 are arranged parallel to one another and are thus deposited or wound onto the core 111, for example a liner 111 of a pressure vessel 101.
  • Fig. 5 shows another embodiment of the braiding machine disclosed herein.
  • the braiding machine shown here has no inner impeller 300.
  • Braided core here the liner 111 of the pressure vessel 101, is here rotated about an axis of rotation which is substantially coaxial with the axis of rotation of the outer impeller 200.
  • the braided core 111 and the outer vane 200 rotate in the same direction R4, R1.
  • the rotational speed of the outer impeller 200 and the braided core 111 is selected so that the desired filament winding ⁇ (see Fig., 1) in the resulting
  • the impeller 200 rotates twice as fast as the braided core 111.
  • the Flechterielmann 100 can stand still in this embodiment in the winding mode
  • Fig. 6 shows a similar structure of a braiding machine as Fig. 5. Instead of an outer impeller 200, however, an inner impeller 300 is provided here. Again, the inner vane 300 rotates relative to the braided core or liner 111. Again, two unidirectional sub-layers 124, 126 are formed with mutually different fiber angles.
  • FIGS. 7 and 8 show braiding machines in which, in the winding mode, a first group of bobbins is held by the braided-wing wheels 100.
  • Flechterielender 100 are thereby controlled such that adjacent Flechterielcken 100, 100 passes the first group of beaters such that rotate the first group of bobbins in a direction R5 (clockwise here) to the braid core, the direction of rotation R6 (here against the
  • a Flechterielkranz (not shown) holding the plurality of Flechterielckenn is rotatable and the Flechterielkranz rotates in the winding mode in the opposite direction R5 relative to the direction of rotation R6 of the inner impeller 200 (see 10) or outer impeller 300 (see Fig. 9).
  • laminates can be advantageously used with one. balanced
  • the braiding machines disclosed herein are capable of changing from the winding mode to a braiding mode.
  • the braiding machines disclosed herein are able to gradually change from the configurations according to FIGS. 2 and 3 to the configurations according to one of FIGS. 4 to 6.
  • the embodiments according to FIGS. 5 to 8 can also have an inner and an outer impeller.
  • the braiding machines of FIGS. 4, 7 and 8 can additionally also have a rotatable braided core, as disclosed in connection with FIGS. 5 and 6.
  • a rotatable Flechterielkranz can be provided in the various embodiments.

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Abstract

Die hier offenbarte Technologie betrifft einen Druckbehälter 101, umfassend einen Liner 111, der geeignet ist, ein Fluid zu speichern und ein faserverstärktes Laminat 120, das den Liner 110 zumindest bereichsweise umgibt. Das Laminat 120 weist zumindest eine geflochtene Faserschicht 125, 125' auf, wobei die Faserschicht 125, 125' zumindest zwei Fasergruppen 124, 126 umfasst, die sich sowohl in einem Kappenbereich KB, KC des Druckbehälters 101 als auch in einen Zylinderbereich Z des Druckbehälters 101 erstrecken. Die Faserschicht 125, 125' weist im Zylinderbereich Z eine andere Bindungsart auf als im Kappenbereich KB, KC.

Description

Druckbehälter, Verfahren zur Herstellung eines Druckbehälters sowie Flechtmaschine
Die hier offenbarte Technologie betrifft einen Druckbehälter, ein Verfahren zur Herstellung eines Druckbehälters sowie eine Flechtmaschine.
Die hier offenbarte Technologie betrifft u.a. Druckbehälter für Kraftfahrzeuge. Beispielsweise kann es sich um einen kryogenen Druckbehälter oder um einen Hochdruckgasbehälter handeln. In Hochdruckgasbehältern werden Fluide bei einem Druck von mehreren hundert bar gespeichert.
Hochdruckgasbehälter sind häufig als Komposit-Druckbehälter ausgeführt, diese werden allgemein auch Verbundwerkstoff- oder Faserverbundbehälter genannt. Druckbehälter der Typen II, III und IV umfassen faserverstärkte Laminate, die einen Innenliner ganz oder teilweise umgeben. Der Liner ist bei Typ II und III Behältern aus Metall gebildet. Auch Kunststoffliner
(Vollkomposit-Behälter, Typ IV Behälter) sind bekannt. Druckbehälter werden bspw. in Kraftfahrzeugen eingesetzt, die mit komprimiertem Erdgas, oft als Compressed Natural Gas (CNG) bezeichnet, oder mit Wasserstoff betrieben werden.
Zur Aufbringung des faserverstärkten Laminats kommen Wickelverfahren und Flechtverfahren zum Einsatz. Beispielsweise ist aus der DE 0 2009 025 386 A1 ein Drucktank bekannt, der durch eine Flechttechnik hergestellt ist. Gemäß dieser Schrift kommt an den Polkappen eine andere Flechttechnik zum Einsatz als in dem zylindrischen Abschnitt des Drucktanks. Es lässt sich dieser Schrift jedoch nicht entnehmen, was mit dieser besonderen
Flechttechnik gemeint ist. Insbesondere findet sich kein Hinweis darauf, dass die besondere Flechttechnik mit einer anderen Bindungsart einher geht.
Ferner ist aus dem Stand der Technik bekannt, dass Drucktanks im
Wickelverfahren mit vorbekannten Wickelmaschinen hergestellt sein können. Wickelmaschinen arbeiten nach dem Drehbankprinzip. Die die Fasern enthaltenen Rovings werden um einen sich drehenden Wickelkern gewickelt, der in einem Spindelstock gehalten ist.
Nachteilig am Flechtverfahren ist, dass geflochtene Faserschichten eines faserverstärkten Laminats zwangsläufig nicht frei von Undulationen sind. Diese Undulationen führen dazu, dass die Fasern nicht in der optimalen Richtung belastet werden. Wird mit trockenen Fasern geflochten, müssen diese außerdem später noch infiltriert werden, was in der Regel größere Abstände zwischen den Fasersträngen erfordert, was sich wiederum negativ auf den Faser-Volumen-Gehalt und damit auf die mechanischen
Eigenschaften auswirkt.
Beim Faserwickeln treten Undulationen nicht auf. Es können vielmehr unidirektionale Faserschichten gewickelt werden, in denen alle bzw.
annähernd alle Fasern parallel zu einander verlaufen. Beim Faserwickeln ist allerdings der Ablagewinkel eingeschränkt: Beim Faserwickeln sollte der Ablagewinkel (abhängig vom Reibungskoeffizienten) annähernd auf einer Geodäte verlaufen, um beim Wickeln (Ablegen) ein Verrutschen des
Fadenstrangs zu vermeiden. Durch die Verschränkung beim Flechten wird diese geometrische Einschränkung aufgehoben und die Ablagewinkel können freier gewählt werden.
Bei einer herkömmlichen Rundflechtmaschine können unterschiedliche Bindungsarten eingestellt werden, beispielsweise eine 1/1 Bindungsart bzw. Leinwandbindung, wie sie in der Figur 1 oben links und oben rechts gezeigt ist, eine 1/2 Bindungsart oder Köperbindung und eine 2/2 Bindungsart. Unter der 1/2 Bindungsart versteht man, dass eine Faser über zwei Fasern und unter den nächsten bzw. benachbarten zwei Fasern geführt wird. Unter einer 1/1 Bindungsart versteht man, dass eine Faser über eine Faser und unter der nächsten Faser geführt wird. Unter einer 2/2 Bindungsart versteht man, dass zwei Fasern über zwei Fasern und unter den nächsten zwei Fasern geführt werden. Die verschiedenen Bindungsarten sind ebenfalls in dem einleitenden Teil der DE 10 2007 063 052 A1 beschrieben.
Um diese Bindungsarten zu erzielen, muss eine konventionelle
Rundflechtmaschine eine Klöppelbesetzung aufweisen, wie sie in den Figuren 2 und 3 gezeigt ist. Dabei bewegen sich die ersten Klöppel 10 im Uhrzeigersinn (Richtung B) und die zweiten Klöppel 20 bewegen sich entgegen dem Uhrzeigersinn (Richtung A). Die Klöppel werden jeweils von einem Flechtflügelrad 100 zu dem nächsten Flechtflügelrad 100 übergeben, wenn sich Klöppelaufnahmepositionen im Wesentlichen in Gegenüberlage befinden (Klöppelübergabeposition P). Dadurch ergibt sich, dass die ersten Klöppel 10 sich schlangenlinienförmig in einer Richtung B (im Uhrzeigersinn) um den Flechtpunkt F herum bewegen, während sich die schwarz
gezeichneten zweiten Klöppel 20 ebenfalls schlangenförmig um den
Flechtpunkt F herum bewegen, jedoch in entgegengesetzter Richtung A, d. h. im gezeigten Fall entgegen dem Uhrzeigersinn. Hierdurch erfolgt eine Verflechtung der Fasern, die von den Spulen abgespult werden.
Für eine 1/1 Bindungsart müssen die Flechtflügelräder 100 derart mit Klöppeln 10, 20 besetzt werden, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Des Weiteren müssen die Flechtflügelräder für eine 1/2 Bindungsart wie in Fig. 3 mit Klöppeln 10, 20 besetzt werden. Die Bestückung der Flechtflügelräder mit einer entsprechenden Anzahl an Klöppeln erfolgt üblicherweise per Hand. Hierzu muss die Maschine angehalten werden. Die verschiedenen
Besetzungen der Klöppel einer konventionellen Rundflechtmaschine sind sehr unterschiedlich, und eine Änderung der Bindungsart während des Betriebs der Maschine ist nicht möglich. Um die Bindungsart zu wechseln, muss die Flechtmaschine konventionell angehalten werden und mit entsprechenden Spulenträgern (Klöppeln) bestückt werden. Das Anhalten der Maschine vermindert insbesondere eine Ausbeute. Daher sind keine Druckbehälter bekannt, bei denen in einer Faserschicht verschiedene
Bindungsarten miteinander kombiniert werden. Für jede Faserschicht müssten zwei Klöppelwechsel vorgenommen werden, was insbesondere bei den oftmals mehrere Dutzend Schichten aufweisenden Drucktanks wirtschaftlich nicht durchführbar ist.
Aus der DE 10 2007 063 052 A1 ist eine Flechtmaschine bekannt, die in einer Flechtschicht verschiedene Bindungsarten ermöglicht, ohne dass die Flechtmaschine angehalten werden muss. Diese Druckschrift betrifft lediglich das Flechten von Litzen und Schnüren, nicht jedoch von Kunststofffasern. Litzen und Schnüre werden in einem ganz anderen technischen Gebiet mit anderen technischen Anforderungen eingesetzt. Außerdem ist der Aufbau der Flechtmaschine vergleichsweise komplex und somit vergleichsweise störungsanfällig und teuer.
Es ist eine Aufgabe der hier offenbarten Technologie, den/die Nachteile der vorbekannten Lösungen zu verringern bzw. zu beheben. Es ist eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie, einen Druckbehälter bereitzustellen, der einen verbesserten Faseraufbau für verschiedene Bereiche des Druckbehälters aufweist, wie bspw. den Zylinderbereich und den Kappenbereich. Bevorzugt ist es eine Aufgabe, einen Druckbehälter bereitzustellen, bei dem Material eingespart werden kann und der gleichzeitig ein größeres Nutzvolumen bei gleichem Bauraum aufweist. Ferner ist es eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie ein Flechtverfahren bereitzustellen, das vergleichsweise flexibel, einfach, robust und/oder kostengünstig ist. Die Aufgabe(n) wird/werden gelöst durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs. Die abhängigen Patentansprüche stellen bevorzugte Ausführungen der hier offenbarten Technologie dar. Die hier offenbarte Technologie betrifft einen Druckbehälter, insbesondere für mobile Anwendungen wie ein Kraftfahrzeug. Ein solcher Druckbehälter kann bspw. ein kryogener Druckbehälter oder ein Hochdruckgasbehälter sein, wie er im einleitenden Teil beschrieben wurde. Der Druckbehälter umfasst einen Liner, der geeignet ist, ein Fluid zu speichern, und ein faserverstärktes Laminat, das den Liner zumindest bereichsweise umgibt. Das Laminat umfasst zumindest eine geflochtene Faserschicht. Die geflochtene
Faserschicht weist zumindest zwei Fasergruppen auf, die sich sowohl in einem Kappenbereich KB, KC des Druckbehälters als auch in einen
Zylinderbereich Z des Druckbehälters erstrecken. Die Faserschicht weist eine andere Bindungsart im Zylinderbereich Z auf, als im Kappenbereich KB, Kc.
Das Laminat umfasst also geflochtene Faserschichten, die wiederum
Fasergruppen aufweisen. Die Faserschicht wird mit den Fasern der zumindest zwei Fasergruppen geflochten. Insbesondere stellen mehrere erste Klöppel die Fasern einer ersten Fasergruppe bereit. Ferner stellen bevorzugt mehrere zweite Klöppel die Fasern einer zweiten Fasergruppe bereit. Die Fasern der zumindest zwei Fasergruppen, somit also auch die mindestens eine geflochtene Faserschicht, erstreckt sich ununterbrochen sowohl in den Kappenbereich KB und Kc. des Druckbehälters als auch in den Zylinderbereich Z. Somit ist sichergestellt, dass die Fasern insbesondere auch im Übergangsbereich zwischen dem Zylinderbereich Z und dem
Kappenbereich KB, Kc ohne Unterbrechung verlaufen, so dass auch hier der Druckbehälter den hohen Belastungen Stand hält. Bevorzugt umfassen die zumindest zwei Fasergruppen Fasern aus dem gleichen Fasermaterial.
Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass der Begriff„Bindungsart" nicht auf die zuvor skizzierten Bindungsarten 1/1 , 1/2 und 2/2 beschränkt ist. Vielmehr ist ebenfalls mit umfasst die Bindungsart « 00. Unter der
Bindungsart °°/°° versteht man, dass unendlich viele Fasern über unendlich viele andere Fasern geführt sind. Mit anderen Worten umfasst eine
Faserschicht mit der Bindungsart zwei Teilschichten, in denen die Fasern unidirektional angeordnet sind. Im Sinne der hier offenbarten
Technologie ist daher das Faserwickeln mittels einer Flechtmaschine, also das Ablegen von Fasern in mindestens zwei unidirektionalen Teilschichten, als Sonderfall des Flechtens zu verstehen.
Der Kappenbereich KB, KC setzt sich zusammen aus den Dombereichen B und C. Bevorzugt erstreckt sich die Faserschicht in beide Dombereiche B und C.„Sich in einen Kappenbereich KB, Kc erstrecken" umfasst jedoch ebenfalls eine Ausführungsform, bei der sich die Faserschicht lediglich im Dombereich B oder C erstreckt.
Bevorzugt sind im Zylinderbereich Z zumindest bereichsweise die zumindest zwei Fasergruppen innerhalb der Faserschicht übereinander liegend angeordnet. Im Zylinderbereich Z umfassen die zumindest zwei
Fasergruppen, die in der Faserschicht übereinander angeordnet sind, bevorzugt mehr Fasern als die Rovings, die zum Flechten des
Druckbehälters zum Einsatz kommen. Die zumindest zwei Fasergruppen der Faserschicht können im Zylinderbereich Z zwei unidirektionale Teilschichten ausbilden. Die zumindest zwei unidirektionalen Teilschichten bedecken bevorzugt mindestens ca. 30%, bevorzugt mindestens ca 50% oder ca. 80% oder die gesamte Umfangsfläche des Zylinderbereichs Z, zweckmäßig derart, dass bevorzugt die zwei unidirektionalen Teilschichten im
Zy!inderbereich Z keine Undulationen aufweisen. Bevorzugt liegt also im Zylinderbereich Z in der Faserschicht die Bindungsart °°/°° vor. Wiederum anders ausgedrückt, werden bevorzugt im Zylinderbereich Z zeitgleich zumindest zwei unidirektionale Teilschichten abgelegt bzw. gewickelt durch eine Flechtmaschine, die gleichzeitig zum Flechten der Kappenbereiche KB, Kc geeignet ist. Die Flechtmaschine arbeitet also im zylindrischen Teilbereich im Wickelmodus. Die Faserschicht kann im Kappenbereich KB, KC zumindest bereichsweise eine Leinwandbindung aufweisen. Ferner bevorzugt kann die Faserschicht im Kappenbereich KB, Kc eine Köperbindung aufweisen.
Die Fasergruppen können bevorzugt einen ausgeglichenen Winkelverbund ausbilden. Im zylindrischen Bereich ergibt sich aus der Kesselformel für die σι 1
Hauptspannungsverhältnisse ^ . Aus der Netztheorie errechnet sich somit im zylindrischen Bereich des Druckbehälters ein idealer Faserwinkel α zur Längsachse A-A zu arctan
Figure imgf000009_0001
54,7 " Bevorzugt werden im zylindrischen Bereich deshalb Faserwinkel α zur Längsachse A-A mit einem Betrag von 50° bis 60° verwendet. Im Zylinderbereich können die Fasern zumindest bereichsweise lückenlos aneinander liegen
Die hier offenbarte Technologie betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines hier offenbarten Druckbehälters. Das Verfahren umfasst die Schritte:
- Bereitstellen eines Liners, insbesondere in einer Flechtmaschine; und
- Flechten bzw. Flecht-Wickeln von zumindest einer Faserschicht, die sich sowohl in einem Kappenbereich KB, Kc des Druckbehälters als auch in einem Zylinderbereich Z des Druckbehälters erstreckt;
wobei die Faserschicht im Zylinderbereich Z anders geflochten wird als im Kappenbereich KB, KC, SO dass die Faserschicht im Zylinderbereich Z eine andere Bindungsart aufweist als im Kappenbereich KB, Kc.
Die zumindest eine Faserschicht kann im Zylinderbereich Z simultan in zwei unidirektionalen Teilschichten abgelegt werden. Bevorzugt bedecken die zwei unidirektionalen Teilschichten die gesamte Umfangsfläche des
Zylinderbereichs Z. Die Faserschicht kann im Kappenbereich KB, Kc zumindest bereichsweise eine Leinwandbindung aufweisen. Das Verfahren kann den Schritt umfassen, wonach während des Flechtens der Faserschicht die Bindungsart gewechselt wird, ohne dass dabei die Fasern der
Faserschicht abgetrennt bzw. unterbrochen werden.
Es wird ferner ein Flechtverfahren bzw. ein Rundflechtverfahren,
insbesondere zur Herstellung eines hier offenbarten Druckbehälters, mit folgenden Schritten bereitgestellt:
- Anordnen einer Vielzahl von Klöppeln in Klöppelaufnahmen einer Vielzahl von Flechtflügelrädern; und
- Bereitstellen eines Flügelrads mit einer Vielzahl von
Klöppelaufnahmen, wobei das Flügelrad im Wesentlichen koaxial zu der Vielzahl von Flechtflügelrädern angeordnet ist und sich bevorzugt gegenüber der Maschine entgegengesetzt zur Drehrichtung der Vielzahl von Flechtflügelrädern drehen kann;
sowie ferner mit den Schritten:
- Übergeben der Klöppel zwischen benachbarten Flechtflügelrädern in einem Flechtmodus, und
- Halten der Klöppel für eine erste Teilschicht im Flügelrad sowie Halten der Klöppel für eine zweite Teilschicht in der Vielzahl von
Flechtflügelrädern und gleichzeitiges, insbesondere konzentrisches, Verdrehen der Klöppel für die erste Teilschicht (auch erste
Fasergruppe bzw. erste Gruppe von Klöppel genannt) relativ zu den Klöppeln der zweiten Teilschicht (auch zweite Fasergruppe bzw.
zweite Gruppe von Klöppel genannt) in einem Wickelmodus.
Bevorzugt werden das Flügelrad und die Flechtflügelräder relativ zueinander, insbesondere um eine gemeinsame Drehachse, verdreht. Vorteilhaft dreht sich das Flügelrad relativ zu den ruhenden
Flechtflügelrädern. Im Wickelmodus kann der zu beflechtende Druckbehälter um eine
Drehachse gedreht werden, die kollinear zur Drehachse des Flügelrads ist. Im Wickelmodus kann der Flechtkern bzw. der zu beflechtende
Druckbehälter in gleicher Richtung gedreht werden wie das Flügelrad.
Beispielsweise dreht sich der Flechtkern um dieselbe Drehachse wie das Flügelrad wobei die Winkelgeschwindigkeit des Flügelrades bevorzugt doppelt so groß ist wie die Winkelgeschwindigkeit des Flechtkerns. Somit lässt sich mit einem einfachen Aufbau die Ausrichtung der unidirektionalen Teilschichten der Faserschicht beeinflussen. Das Flügelrad kann ein inneres Flügelrad oder ein äußeres Flügelrad sein, welches geeignet ist, Klöppel an eine Vielzahl von Flechtflügelrädern zu übergeben oder von diesen zu empfangen.
Im Wickelmodus können ferner die Klöppel für die erste Teilschicht zwischen benachbarten Flechtflügelrädern derart übergeben werden, dass sich die Klöppel für die erste Teilschicht in eine Drehrichtung R5 um den Flechtkern F drehen, die der Drehrichtung R6 des Flügelrads entgegen gerichtet ist.
Gemäß der hier offenbarten Technologie wird ferner ein Flechtverfahren bzw. ein Rundflechtverfahren, insbesondere zur Herstellung eines hier offenbarten Druckbehälters, mit folgenden Schritten bereitgestellt:
- Anordnen einer Vielzahl von Klöppeln in Klöppelaufnahmen einer
Vielzahl von Flechtflügelrädern; und
- Bereitstellen eines äußeren und inneren Flügelrads mit einer Vielzahl von Klöppelaufnahmen, wobei das äußere und das innere Flügelrad im Wesentlichen koaxial zu der Vielzahl von Flechtflügelrädern angeordnet sind und sich gegenüber der Maschine entgegengesetzt zur Drehrichtung der Vielzahl von Flechtflügelrädern drehen können; sowie ferner mit den Schritten: - Übergeben der Klöppel zwischen benachbarten Flechtflügelrädern und/oder einem Flechtflügelrad und einem aus dem inneren und äußeren Flügelrad in einem Flechtmodus; und
- Halten bevorzugt aller Klöppel im inneren und äußeren Flügelrad und gleichzeitiges Verdrehen des inneren Flügelrads relativ zum äußeren Flügelrad in einem Wickelmodus.
Die ersten Klöppel für eine erste Teilschicht können beispielsweise im äußeren Flügelrad gehalten sein. Die zweiten Klöppel für eine zweite Teilschicht können beispielsweise im inneren Flügelrad gehalten sein. Das äußere Flügelrad und das innere Flügelrad drehen bevorzugt in
entgegengesetzte Richtungen, besonders bevorzugt derart, dass sie gegenüber dem Flechtkern eine Wickelgeschwindigkeit mit gleichem Betrag aufweisen. So lässt sich vorteilhaft ein ausgeglichener Winkelverbund innerhalb des Laminats realisieren.
Vorzugsweise weist das Flechtverfahren des Weiteren den Schritt des elektrischen, hydraulischen und/oder pneumatischen Ansteuerns von Weichensystemen für die Klöppelübergäbe auf. Vorzugsweise weist das Flechtverfahren des Weiteren den Schritt des Umdrehens der Drehrichtung der Flechtflügelräder auf. Vorzugsweise weist das Flechtverfahren des Weiteren den Schritt des drehenden Antreibens des inneren und/oder des äußeren Flügelrads in eine oder eine entgegengesetzte Richtung auf.
Vorzugsweise weist das Flechtverfahren, des Weiteren den Schritt des Übergebens zumindest eines Klöppels von zumindest einem Flechtflügelrad zu einem aus dem inneren und äußeren Flügelrad und anschließendes Übergeben des zumindest einen Klöppels von dem inneren bzw. äußeren Flügelrad an ein anderes Flechtflügelrad, das nicht zu dem einen
Flechtflügelrad benachbart ist, vorzugsweise an ein übernächstes
Flechtflügelrad auf. Vorzugsweise weist das Flechtverfahren des Weiteren den Schritt des Übergebens einer Vielzahl von Klöppeln, vorzugsweise von vier Klöppeln an ein Flechtflügelrad und anschließendes Drehen des
Flechtflügelrads auf. Bevorzugt ist die Vielzahl von Flechtflügelrädern auf einem Flechtflügelkranz gehalten. Bevorzugt ist der Flechtflügelkranz konzentrisch mit dem (inneren und/oder äußeren) Flügelrad angeordnet.
Die hier offenbarte Technologie umfasst ferner eine Flechtmaschine, insbesondere zur Herstellung des hier offenbarten Druckbehälters. Die Flechtmaschine umfasst:
- eine Vielzahl von Flechtflügelräder, die jeweils mit zumindest einer Klöppelaufnahme für die Aufnahme von zumindest einem Klöppel versehen sind, und
- einem Flügelrad mit einer Vielzahl von Klöppelaufnahmen, wobei das Flügelrad im Wesentlichen koaxial zu der Vielzahl von
Flechtflügelrädern angeordnet ist und sich gegenüber der
Flechtmaschine entgegengesetzt zur Drehrichtung der Vielzahl von Flechtflügelrädern drehen kann,
wobei die Klöppelaufnahmen mit einem Weichensystem versehen sind, um einen in einer Klöppelaufnahme aufgenommenen Klöppel in eine andere Klöppelaufnahme zu übergeben, und wobei
der Flechtkern, insbesondere ein Liner eines Druckbehälters, um eine Drehachse drehbar gelagert ist, die im Wesentlichen koaxial zur
Drehachse des Flügelrads ist.
Bevorzugt weist die Flechtmaschine einen Flechtmodus auf. Im Flechtmodus kann die Flechtmaschine zumindest eine der folgenden Bindungen flechten: Leinwandbindung oder Köperbindung.
Bevorzugt weist die Flechtmaschine ferner einen Wickelmodus auf. Im Wickelmodus kann die Flechtmaschine zumindest zwei unidirektionale Teilschichten übereinander ablegen. Bevorzugt werden die Fasern der unidirektionalen Teilschichten jeweils aus mehreren ersten Klöppeln und aus mehreren zweiten Klöppeln bereitgestellt. Im Wickelmodus kann der
Flechtkern bzw. der zu beflechtende Druckbehälter in entgegengesetzter Richtung gedreht werden wie das Flügelrad. Bevorzugt dreht sich der Flechtkern um dieselbe Drehachse wie das Flügelrad, nur in
entgegengesetzter Richtung.
Ferner offenbart ist eine Flechtmaschine, insbesondere zur Herstellung eines hier gezeigten Druckbehälters. Die Flechtmaschine umfasst:
- eine Vielzahl von Flechtflügelrädern, die jeweils mit zumindest einer Klöppelaufnahme für die Aufnahme zumindest eines Klöppels versehen sind;
- ein inneres Flügelrad mit einer Vielzahl von Klöppelaufnahmen; und
- ein äußeres Flügelrad mit einer Vielzahl von Klöppelaufnahmen; wobei das äußere und das innere Flügelrad im Wesentlichen koaxial zu der Vielzahl von Flechtflügelrädern angeordnet sind und sich gegenüber der Maschine entgegengesetzt zur Drehrichtung der Vielzahl von Flechtflügelrädern drehen können; wobei die Klöppelaufnahmen mit einem Weichensystem versehen sind, um einen in einer
Klöppelaufnahme aufgenommenen Klöppel in eine andere
Klöppelaufnahme zu übergeben; und
wobei die Flechtmaschine in einem Wickelmodus geeignet ist, zwei unidirektionale Teilschichten übereinander abzulegen.
Die ersten Klöppel für eine erste Teilschicht können beispielsweise im äußeren Flügelrad gehalten sein, die zweiten Klöppel für eine zweite
Teilschicht beispielsweise im inneren Flügelrad. Das äußere Flügelrad und das innere Flügelrad drehen bevorzugt ih entgegengesetzte Richtungen, bevorzugt mit einer Wickelgeschwindigkeit gleichen Betrages. So lässt sich vorteilhaft ein ausgeglichener Winkelverbund innerhalb des Laminats realisieren.
Vorzugsweise ist jedes Flechtflügelrad in seiner Drehrichtung umkehrbar. Vorzugsweise sind das innere Flügelrad und/oder das äußere Flügelrad in zwei Richtungen drehbar. Vorzugsweise ist eine Steuervorrichtung vorgesehen, die die Drehung der Flechtflügelräder und des inneren und äußeren Flügelrads sowie das Weichensystem steuert bzw. regelt.
Die hier offenbarte Technologie wird nun anhand der Figuren näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 einen Druckbehälter 101 ,
Fig. 2 und 3 verschiedene Bindungsarten im Kappenbereich KB, KC,
Fig. 4 eine Flechtmaschine im Wickelmodus gemäß einer
Ausführungsform, und
Fig. 5 bis 10 weitere Wickelmodi weiterer Flechtmaschinen.
In der Fig. 1 im unteren Bereich dargestellt, ist der obere Teil eines
Druckbehälters 101. Das zu speichernde Fluid wird im Inneren des Liners 1 1 1 gespeichert. Der Liner 1 11 ist in seinem zylindrischen Bereich sowie in seinem Kappenbereich KB, KC von einem faserverstärkten Laminat 120 umgeben. Am Dom B ist ein Ventil vorgesehen. Der Zylinderbereich Z weist bevorzugt eine im Querschnitt im Wesentlichen rechteckige Form auf. Es ist jedoch auch vorstellbar, dass der Zylinderbereich Z leicht bauchig oder oval ausgeführt ist. Im oberen Teil der Fig. 1 sind die jeweiligen Bindungsarten für die jeweiligen Bereiche Z, KB, KC dargestellt. In den Kappenbereichen KB, KC ist jeweils eine Leinwandbindung vorgesehen, die durch die zwei Fasergruppen 124, 126 gebildet wird. Es handelt sich in diesem Bereich um eine klassische 1/1 Bindungsart. Jede Faserschicht 125, 125' wird in einem Flechtschritt erstellt. Wie in dem Querschnitt durch die Leinwandbindung gut ersichtlich ist, verlaufen die einzelnen Fasern 124 undulierend um die Fasern 126.
Im mittleren Bereich, also dem Zylinderbereich Z, sind dieselben
Fasergruppen 124, 126 wie in dem linken Bereich KB gezeigt. In diesem Bereich weist die Faserschicht 125, 125' jedoch eine andere Bindungsart auf. Die Fasern bzw. die Fasergruppen 124, 126 sind hier übereinander geschichtet bzw. übereinander angeordnet. Die Fasergruppen 124, 126 bilden hier jeweils Teilschichten 124, 126 aus, in denen die Fasern
unidirektional, also im Wesentlichen parallel zueinander, ausgerichtet sind. Insbesondere vorteilhaft
sind die Fasergruppen 124, 26 hier in einem ausgeglichenen
Winkelverbund angeordnet, wobei der Betrag des Faserwinkels α zur
Längsachse A-A 54,7° beträgt. Bevorzugt ist also der Winkel α vom Betrag her gleich groß wie der Winkel - a. Hier dargestellt sind lediglich zwei
Faserschichten 125, 125' des faserverstärkten Laminats 120.
Selbstverständlich kann das faserverstärkte Laminat 120 mehr als zwei geflochtene Faserschichten 125, 125' umfassen.
Im Bereich Kc ist hier dieselbe Leinwandbindung wie im Bereich KB vorgesehen.
Die Fig. 2 und 3 zeigen die Vielzahl an Flechtflügelrädern 100 der hier offenbarten Flechtmaschine. Weitere Komponenten der Flechtmaschine, wie sie bspw. in den Fig. 4 bis 6 gezeigt sind, sind in den Fig. 2 und 3
vereinfachend weggelassen. In den Fig. 2 und 3 wird die Flechtmaschine im Flechtmodus betrieben. Im Flechtmodus werden die Klöppel 10, 20 zwischen benachbarten Flechtflügelrädern übergeben, wie es bspw. bereits im einleitenden Teil beschrieben wurde. Je nach Bestückung der Klöppel 10, 20 können verschiedene Bindungsarten im Kappenbereich KB, Kc erzielt werden.
Fig. 4 zeigt eine Flechtmaschine, die einen ähnlichen Aufbau aufweist wie die Flechtmaschine der DE 10 2007 063 052 A1 (nachstehend: DE'052 A1), die dort in den Fig. 4 bis 1 1 gezeigt ist. Der Inhalt dieser Figuren 4 bis 1 1 sowie die Paragraphen [0013] bis [0070] der DE'052 A1 werden hiermit durch Verweis mit in diese Patentanmeldung aufgenommen. Insbesondere wird der Inhalt bzgl. der Klöppelaufnahmen 1 10, 210, 310, (vgl. Fig. 5 sowie die diese beschreibenden Passagen der ' DE'052 A1), der Flügelräder 200, 300 (vgl. Fig. 5 bis 8 sowie die diese beschreibenden Passagen der DE'052 A1) der Klöppelübergabepositionen P, P1 , P2 (vgl. Fig. 5 und 6 sowie die diese beschreibende Passagen der DE'052 A1), und des Weichensystems (vgl. Fig. 8 bis 11 sowie die diese beschreibende Passagen der DE'052 A1 ) durch Verweis mit aufgenommen.
Die hier offenbarte Flechtmaschine unterscheidet sich von der
Flechtmaschine gemäß der DE 10 2007 063 052 A1 darin, dass die hier gezeigte Flechtmaschine einen Wickelmodus aufweist. In einem
Wickelmodus ist sie geeignet, zwei unidirektionale Teilschichten 124, 126 übereinander abzulegen. Sie ist insbesondere kinematisch und
steuerungstechnisch dafür ausgelegt, in einem Wickelmodus betrieben zu werden. Die erste Gruppe Klöppeln bildet dabei z. B. die erste unidirektionale Teilschicht aus und die zweite Gruppe Klöppeln bildet die zweite
unidirektionale Teilschicht aus. Insbesondere sind das äußere und das innere Flügelrad 200, 300 in der Lage, im Wickelmodus in entgegengesetzter Richtungen R1, R2 zu drehen, wobei eine Vielzahl von ersten Klöppel 10 in einem Flügelrad des inneren oder äußeren Flügelrades 200, 300 gehalten ist und das andere des inneren oder äußeren Flügelrades 200, 300 die zweiten Klöppel 20 hält. Die hier offenbarte Flechtmaschine verfügt also zusätzlich über einen Wickelmodus, in dem bevorzugt keine Klöppel in der Vielzahl von Flechtflügelrädern gehalten werden, sondern sämtliche Klöppel in einer Vielzahl von
Klöppelaufnahmen 210, 310 des inneren und äußeren Flügelrads 200, 300 gehalten sind, wobei sich das innere Flügelrad 300 und das äußere Flügelrad 200 in entgegengesetzte Richtungen drehen. Durch die relative Drehung des inneren und äußeren Flügelrades 300, 200 wird also die erste Gruppe von Klöppel 10 relativ zur zweiten Gruppe von Klöppel 20 gedreht. Die Fasern der beiden Klöppelgruppen 10, 20 sind untereinander jeweils parallel angeordnet und werden so auf den Flechtkern 111 , bspw. ein Liner 111 eines Druckbehälters 101 , abgelegt bzw: gewickelt.
Fig. 5 zeigt eine weitere Ausgestaltung der hier offenbarten Flechtmaschine. Die hier gezeigte Flechtmaschine weist kein inneres Flügelrad 300 auf.
Stattdessen ist die zweite Gruppe Klöppel 20 hier in der Vielzahl von
Flechtflügelrädern 100 durch Klöppelaufnahmen 110 gehalten. Der
Flechtkern, hier der Liner 111 des Druckbehälters 101 , wird hier um eine Drehachse gedreht, die im Wesentlichen koaxial zur Drehachse des äußeren Flügelrades 200 ist. Der Flechtkern 111 und das äußere Flügelrad 200 drehen in gleiche Richtung R4, R1. Dabei ist die Rotationsgeschwindigkeit des äußeren Flügelrades 200 und des Flechtkerns 111 so gewählt, dass sich der gewünschte Faserwickel α (vgl. Fig., 1) in den entstehenden
unidirektionalen Teilschichten 124, 126 einstellt. Bevorzugt dreht sich das Flügelrad 200 doppelt so schnell wie der Flechtkern 111. Die Flechtflügelräder 100 können bei dieser Ausführungsform im Wickelmodus still stehen
Fig. 6 zeigt einen ähnlichen Aufbau einer Flechtmaschine wie Fig. 5. Anstatt eines äußeren Flügelrades 200 ist hier jedoch ein inneres Flügelrad 300 vorgesehen. Wiederum dreht sich das innere Flügelrad 300 relativ zum Flechtkern bzw. zum Liner 111. Es entstehen wiederum zwei unidirektionale Teilschichten 124, 126 mit zueinander unterschiedlichen Faserwinkeln.
Fig. 7 und 8 zeigen Flechtmaschinen, bei denen im Wickelmodus eine erste Gruppe Klöppel durch die Flechtflügelräder 100 gehalten ist. Die
Flechtflügelräder 100 werden dabei derart angesteuert, dass benachbarte Flechtflügelräder 100, 100 die erste Gruppe Klöppel derart übergibt, dass sich die ersten Gruppe Klöppel in einer Richtung R5 (hier im Uhrzeigersinn) um den Flechtkern drehen, die der Drehrichtung R6 (hier gegen den
Uhrzeigersinn) des Flügelrades 200, 300 entgegen gerichtet ist.
In einer weiteren Ausgestaltung (vgl. Fig. 9 und 10) ist ein die Vielzahl von Flechtflügelrädern haltende Flechtflügelkranz (nicht dargestellt) drehbar ausgeführt und der Flechtflügelkranz dreht sich im Wickelmodus in entgegengesetzter Richtung R5 relativ zur Drehrichtung R6 des inneren Flügelrads 200 (vgl. Fig. 10) oder des äußeren Flügelrades 300 (vgl. Fig. 9).
Diese Flechtmaschinen kommen lediglich mit einem Flügelrad 200, 300 aus, das außen (vgl. Fig. 7) oder innen (vgl. Fig. 8) angeordnet sein kann.
Vorteilhaft lassen sich somit Laminate mit einem. ausgeglichenem
Schichtaufbau realisieren, wobei der Flechtkern 111 selbst nicht drehbar ausgeführt sein muss. Druckbehälter werden in der Regel während des Flechtens/Wickelns von innen mit Druckluft beaufschlagt. Eine drehbare Druckluftvorrichtung ist mit vergleichsweise hohen Kosten verbunden, die bei der Ausgestaltung gemäß den Fig. 7 und 8 nicht anfallen.
Während des Wickeins einer Faserschicht 125 sind die hier offenbarten Flechtmaschinen in der Lage, von dem Wickelmodus in einen Flechtmodus zu wechseln. Mit anderen Worten sind die hier offenbarten Flechtmaschinen in der Lage, allmählich von den Konfigurationen gemäß den Fig. 2 und 3 zu wechseln in die Konfigurationen gemäß einem der Fig. 4 bis 6.
Die vorhergehende Beschreibung der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihrer Äquivalente zu verlassen. Beispielsweise können die Ausführungen gemäß den Figuren 5 bis 8 auch ein inneres und einen äußeres Flügelrad aufweisen. Auch können die Flechtmaschinen der Figuren 4, 7 und 8 zusätzlich auch über einen drehbaren Flechtkern verfügen, wie er in Zusammenhang mit den Figuren 5 und 6 offenbart ist. Auch kann bei den verschiedenen Ausgestaltungen jeweils ein drehbarer Flechtflügelkranz vorgesehen sein.

Claims

Patentansprüche
1. Flechtmaschine zur Herstellung eines Druckbehälters, umfassend:
- eine Vielzahl von Flechtflügelräder (100), die jeweils mit zumindest einer Klöppelaufnahme (110) für die Aufnahme von zumindest einem Klöppel (10, 20) versehen sind, und
- einem Flügelrad (200, 300) mit einer Vielzahl von Klöppelaufnahmen (210, 310), wobei das Flügelrad (200, 300) im Wesentlichen koaxial zu der Vielzahl von Flechtflügelrädern (100) angeordnet ist und sich gegenüber der Flechtmaschine entgegengesetzt zur Drehrichtung der Vielzahl von Flechtflügelrädern (100) drehen kann,
wobei die Klöppelaufnahmen (110, 210, 310) mit einem Weichensystem (400) versehen sind, um einen in einer Klöppelaufnahme (110, 210, 310) aufgenommenen Klöppel (10, 20) in eine andere Klöppelaufnahme (110, 210, 310) zu übergeben, und wobei
der Flechtkern um eine Drehachse drehbar gelagert ist, die im Wesentlichen koaxial zur Drehachse des Flügelrades (200, 300) angeordnet ist.
2. Flechtmaschine nach Anspruch , wobei die Flechtmaschine in einem Flechtmodus geeignet ist, eine der folgenden Bindungen zu flechten: Leinwandbindung oder Köperbindung; und
wobei die Flechtmaschine in einem Wickelmodus geeignet ist, zwei unidi- rektionale Teilschichten (124, 126) übereinander abzulegen.
3. Flechtmaschine zur Herstellung eines Druckbehälters, umfassend:
- eine Vielzahl von Flechtflügelrädern (100), die jeweils mit zumindest einer Klöppelaufnahme (110) für die Aufnahme zumindest eines Klöppels (10, 20) versehen sind;
- ein inneres Flügelrad (300) mit einer Vielzahl von Klöppelaufnahmen (310); und - ein äußeres Flügelrad (200) mit einer Vielzahl von Klöppelaufnahmen (210);
wobei das äußere und das innere Flügelrad (200, 300) im Wesentlichen koaxial zu der Vielzahl von Flechtflügelrädern (100) angeordnet sind und sich gegenüber der Maschine entgegengesetzt zur Drehrichtung der Vielzahl von Flechtflügelrädern (100) drehen können; wobei die Klöppelaufnahmen (1 0, 210, 310) mit einem Weichensystem (400) versehen sind, um einen in einer Klöppelaufnahme ( 10, 210, 310) aufgenommenen Klöppel (10, 20) in eine andere Klöppelaufnahme (110, 210, 310) zu übergeben; und
wobei die Flechtmaschine in einem Wickelmodus geeignet ist, zwei unidi- rektionale Teilschichten (124, 126) übereinander abzulegen.
4. Verfahren zur Herstellung eines Druckbehälter (101), umfassend die Schritte:
- Anordnen einer Vielzahl von Klöppeln in Klöppelaufnahmen einer Vielzahl von Flechtflügelrädern; und
- Bereitstellen eines äußeren und inneren Flügelrads mit einer Vielzahl von Klöppelaufnahmen, wobei das äußere und das innere Flügelrad im Wesentlichen koaxial zu der Vielzahl von Flechtflügelrädern angeordnet sind und sich gegenüber der Maschine entgegengesetzt zur Drehrichtung der Vielzahl von Flechtflügelrädern drehen können; sowie ferner mit den Schritten:
- Übergeben der Klöppel (10, 20) zwischen benachbarten Flechtflügelrädern ( 00, 100) und/oder einem Flechtflügelrad ( 00) und einem aus dem inneren (300) und äußeren Flügelrad (200) in einem Flechtmodus, sowie Halten der Klöppel ( 0,20) im inneren (300) und äußeren Flügelrad (200) und gleichzeitiges Verdrehen des inneren Flügelrads (300) relativ zum äußeren Flügelrad (200) in einem Wickelmodus.
5. Verfahren zur Herstellung eines Druckbehälter (101), umfassend die Schritte:
- Anordnen einer Vielzahl von Klöppeln in Klöppelaufnahmen (110) einer Vielzahl von Flechtflügelrädem (100); und
- Bereitstellen eines Flügelrads (200, 300) mit einer Vielzahl von Klöppelaufnahmen (210, 310), wobei das Flügelrad (200, 300) im Wesentlichen koaxial zu der Vielzahl von Flechtflügelrädem (100) angeordnet ist;
sowie ferner mit den Schritten:
- Übergeben der Klöppel (10, 20) zwischen benachbarten Flechtflügelrädern (100, 100) in einem Flechtmodus, und
- Halten der Klöppel (10, 20) für eine erste Teilschicht (124, 126) im Flügelrad (200, 300) sowie Halten der Klöppel (10, 20) für eine zweite Teilschicht (124, 126) in den Flechtflügelrädem (100, 100) und gleichzeitiges Verdrehen der Klöppel (10, 20) für die erste Teilschicht (124, 126) relativ zu den Klöppeln (10, 20) der zweiten Teilschicht (124, 126) in einem Wickelmodus.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Flügelrad (200, 300) relativ zu den Flechtflügelräder (100, 100) gedreht wird, wobei im Wickelmodus der zu beflechtende Druckbehälter (101) um eine Drehachse gedreht wird, die kollinear zur Drehachse des Flügelrads ist.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei im Wickelmodus die Klöppel (10, 20) für die erste Teilschicht (124, 126) zwischen benachbarten Flechtflügelrädern (100, 100) derart übergeben werden, dass sich die Klöppel (10, 20) für die erste Teilschicht (124, 126) in eine Drehrichtung (R5) um eine Flechtkern (F) drehen, die der Drehrichtung (R6) des Flügelrads (200, 300) entgegen gerichtet ist.
8. Druckbehälter (101 ), umfassend:
- einen Liner (1 1 1), der geeignet ist, ein Fluid zu speichern; und
- ein faserverstärktes Laminat (120), das den Liner (1 10) zumindest bereichsweise umgibt;
wobei das Laminat (120) zumindest eine geflochtene Faserschicht (125, 125') aufweist,
wobei die Faserschicht (125, 125') zumindest zwei Fasergruppen (124, 126) aufweist, die sich sowohl in einem Kappenbereich (KB, KC) des Druckbehälters (101) als auch in einen Zylinderbereich (Z) des Druckbehälters (101) erstrecken, und
wobei die Faserschicht (125, 25') im Zylinderbereich (Z) eine andere
Bindungsart aufweist als im Kappenbereich (KB, KC),
wobei die Fasergruppen (124, 126) der Faserschicht (125, 125') im Zylinderbereich (Z) zwei unidirektionale Teilschichten (124, 126) ausbilden.
9. Druckbehälter (101) nach Anspruch 8, wobei die zwei unidirektionalen Teilschichten (124, 126) die gesamte Umfangsfläche des Zylinderbereichs (Z) bedecken, und/oder wobei die zwei unidirektionalen Teilschichten (124, 126) im Zylinderbereich (Z) keine Undulationen aufweisen.
10. Druckbehälter (101) nach Anspruch 8 oder 9, wobei im Zylinderbereich (Z) ein Faserwinkel zur Druckbehälterlängsachse von 50° bis 60° verwendet wird, und/oder wobei im Zylinderbereich (Z) die Fasern zumindest bereichsweise lückenlos aneinander liegen.
1 1. Druckbehälter (101) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Faserschicht (125, 125') im Kappenbereich (KB, KC) zumindest bereichsweise eine Leinwandbindung aufweist.
12. Verfahren zur Herstellung eines Druckbehälter (101 ), umfassend die Schritte:
- Bereitstellen eines Liners (1 1 1 ); und - Flechten von zumindest einer Faserschicht (125, 125'), die sich sowohl in einem Kappenbereich (KB, KC) des Druckbehälters (101 ) als auch in einem Zylinderbereich (Z) des Druckbehälters (101 ) erstreckt; wobei die Faserschicht (125, 125') im Zylinderbereich (Z) anders geflochten wird als im Kappenbereich (KB, KC), SO dass die Faserschicht (125, 125') im Zylinderbereich (Z) eine andere Bindungsart aufweist als im Kappenbereich (KB, KC), und wobei die Fasergruppen (124, 126) der Faserschicht (125, 125') im Zylinderbereich (Z) in zwei unidirektionale Teilschichten (124, 126) abgelegt werden.
13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die zwei unidirektionalen Teilschichten (124, 126) im Zylinderbereich (Z) keine Undulationen aufweisen, und/oder wobei die Faserschicht (125, 125') im Kappenbereich (KB, KC) zumindest bereichsweise eine Leinwandbindung aufweist.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, wobei im Zylinderbereich (Z) ein Faserwinkel zur Druckbehälterlängsachse von 50° bis 60° verwendet wird, und/oder wobei im Zylinderbereich (Z) die Fasern zumindest bereichsweise lückenlos aneinander liegen.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei während des
Flechtens der Faserschicht (125, 125') die Bindungsart gewechselt wird, ohne dass dabei die Fasern der Faserschicht (125, 125') unterbrochen werden.
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