DE10345159B4 - High pressure tank using high stiffness fibers and method of making same - Google Patents
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Abstract
Hochdrucktank
(1), der hochsteife Fasern verwendet, umfassend eine zylindrische
Einlage (2) aus einer Aluminium-Legierung und eine verstärkende Faserschicht
(23), die den Außenumfang
der Einlage (2) bedeckt, wobei der Hochdrucktank (1) mit einem Hochdruckgas
von 35 bis 75 MPa füllbar
ist, und wobei die verstärkende
Faserschicht (23) umfasst:
eine innere Faserschicht (24), gebildet
durch Bandwickeln von hochsteifen Fasern in umkreisender Richtung,
die einen Elastizitätsmodul
von 350 GPa und eine Dehnung von 0,7% oder mehr am Bruch haben und
die mit einem aushärtenden
Harz imprägniert
und ausgehärtet
sind;
eine Zwischenfaserschicht (25), gebildet durch Spiralwickeln
von Fasern, die einen Elastizitätsmodus
von nicht weniger als 280 GPa aber weniger als 350 GPa und eine Dehnung
von nicht weniger als 1,5% aber weniger als 2,0% am Bruch haben
und die mit einem aushärtenden
Harz imprägniert
und ausgehärtet
sind; und
eine äußere Faserschicht
(26), gebildet durch Steilspiralwickeln von Fasern, die einen Elastizitätsmodus
von...A high-pressure tank (1) using high-rigidity fibers, comprising an aluminum alloy cylindrical insert (2) and a reinforcing fibrous layer (23) covering the outer periphery of the insert (2), the high-pressure tank (1) being filled with a high-pressure gas of 35 to 75 MPa is fillable, and wherein the reinforcing fiber layer (23) comprises:
an inner fibrous layer (24) formed by hooping high-stiffness fibers in a circumferential direction, having a Young's modulus of 350 GPa and an elongation of 0.7% or more at break, and impregnated and cured with a thermosetting resin;
an intermediate fiber layer (25) formed by spirally winding fibers having a modulus of elasticity of not less than 280 GPa but less than 350 GPa and an elongation of not less than 1.5% but less than 2.0% of the fracture, and those having a curing resin impregnated and cured; and
an outer fibrous layer (26) formed by helically winding fibers which has a modulus of elasticity of ...
Description
Diese Erfindung betrifft einen Hochdrucktank, der hochsteife Fasern verwendet, und anwendbar für einen Automobilkraftstofftank für Wasserstoff oder Ähnliches ist, und betrifft ein Verfahren zum Herstellen desselben.These This invention relates to a high pressure tank using high stiffness fibers and applicable for an automobile fuel tank for Hydrogen or the like is, and relates to a method for producing the same.
Diese Art von Hochdrucktank wird konstruiert, indem der Außenumfang einer Einlage, hergestellt aus Metall wie z. B. einer Aluminiumlegierung, mit einer verstärkenden Faserschicht, hergestellt aus Kohlefaser oder Ähnlichem, bedeckt wird. Die verstärkende Faserschicht wird gebildet, indem auf den Außenumfang der Einlage Fasern wie z. B. Kohlefasern, die mit einem aushärtenden Harz wie z. B. Epoxidharz imprägniert sind, durch ein Präzisionswickelverfahren gewickelt werden und das aushärtende Harz ausgehärtet wird.These Type of high pressure tank is constructed by the outer circumference an insert made of metal such as. B. an aluminum alloy, with a reinforcing Fiber layer, made of carbon fiber or the like, is covered. The reinforcing Fiber layer is formed by laying fibers on the outer circumference of the insert such as As carbon fibers, with a thermosetting resin such. B. epoxy waterproof are through a precision winding process be wrapped and the hardening Hardened resin becomes.
Hierzu wird der Stand der Technik nach der Japanische Patentanmeldung JP 10-292899 genannt.For this The prior art of Japanese Patent Application JP 10-292899 called.
Der dort beschriebene Hochdrucktank, der zwar als Hochdrucktank bezeichnet wird, gehört eigentlich zu einer Kategorie von Gasfülldrücken in der Größenordnung von höchstens 20 MP. Wenn dieser Tank zum Beispiel als Wasserstofftank in einem Auto angewendet wird, erreicht die Kilometerzahl, die ein Auto, das diesen Tank verwendet, mit einer einzigen Gasfüllung zurück legen kann, kein praktisches Niveau. Der Referenz halber, als der Hochdrucktank mit einem Fassungsvermögen von 100 Liter mit Wasserstoffgas bei 25 MPa gefüllt wurde, erreichte die zurückgelegte Kilometerzahl nur ca. 180 km, weit entfernt von den 500 km, die das praktische Niveau sind.Of the There described high-pressure tank, although called high-pressure tank is heard actually to a category of gas filling pressures of the order of magnitude from at most 20 MP. If this tank, for example, as a hydrogen tank in one Car is applied, the mileage achieved by a car, using this tank, put it back with a single gas charge can, no practical level. For the sake of reference, as the high-pressure tank with a capacity of 100 liters was filled with hydrogen gas at 25 MPa, the recovered Mileage only about 180 km, far from the 500 km, the the practical level are.
Aus
der deutschen Offenlegungsschrift
Die Definition der Elastizitätsmodul ist aus der Literaturstelle: Kuchling, H.; Physik; 18. Auflage, Leipzig: Fachbuchverlag, 1987, S. 164–166, bekannt.The Definition of Young's modulus is from the literature: Kuchling, H .; Physics; 18th edition, Leipzig: Fachbuchverlag, 1987, pp. 164-166.
Um die Kilometerzahl, die mit einer einzigen Gasfüllung zurückgelegt werden kann, zu erhöhen, ist es notwendig, die Tankkapazität zu erhöhen oder den Gasfülldruck zu erhöhen.Around is to increase the mileage that can be covered with a single gas filling is it necessary, the tank capacity to increase or the gas filling pressure to increase.
Wenn die Tankkapazität erhöht wird, erhöht sich jedoch das Gesamtgewicht des Autos nachteilig, und der Bereich, der von dem Tank belegt wird, vergrößert sich ebenfalls, was ungeeignet für Autos ist, die nur einen begrenzten Einbauplatz zur Verfügung haben.If the tank capacity elevated will be raised However, the total weight of the car is detrimental, and the area which is occupied by the tank, also increases, which is unsuitable for cars is that have only a limited space available.
Um andererseits den Gasfülldruck zu erhöhen, muss die Dicke der Einlage, die den Tankkörper bildet, erhöht werden. Auch in diesem Fall erhöht sich das Gesamtgewicht des Autos nachteilig.Around on the other hand, the gas filling pressure to increase, it is necessary to increase the thickness of the insert forming the shell. Also increased in this case the total weight of the car is detrimental.
Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der vorgenannten Punkte gemacht, und es ist deshalb ihre Aufgabe, einen Hochdrucktank von leichtem Gewicht und mit hervorragendem Druckwiderstand und ein Verfahren zum Herstellen desselben zu entwickeln.The The present invention has been made in view of the aforementioned points and it is therefore their job to have a high pressure tank of Light weight and with excellent pressure resistance and a procedure to develop it.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und der Merkmalen des Anspruchs 3 gelöst. Amgesteltungsformen sind in der Unteransprüchen angegeben.These Task is with the features of claim 1 and the features of claim 3. Amgesteltungsformen are in the subclaims specified.
Um diese Aufgabe zu erfüllen, ist die vorliegende Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass eine verstärkende Faserschicht zum Bedecken des Außenumfangs einer Einlage verstärkt wird.Around to fulfill this task the present invention is characterized in that a reinforcing Fiber layer is reinforced to cover the outer periphery of a liner.
Die vorliegende Erfindung richtet sich auf einen Hochdrucktank, der hochsteife Fasern zum Verstärken der Faserschicht verwendet, und ein Verfahren zum Herstellen desselben.The The present invention is directed to a high pressure tank that highly rigid fibers for reinforcing the Fiber layer used, and a method for producing the same.
Um spezifischer zu sein, betreffen die erfinderischen Lösungen der Ansprüche 1 bis 2 einen Hochdrucktank, der hochsteife Fasern verwendet.Around To be more specific, the innovative solutions of the claims 1-2 a high pressure tank using high stiffness fibers.
Der erfindungsgemäße Hochdrucktank nach Anspruch 1 umfasst eine zylindrische Metalleinlage und eine verstärkende Faserschicht, die den Außenumfang der Einlage bedeckt, und ist dadurch gekennzeichnet, dass die verstärkende Faserschicht umfasst: eine innere Faserschicht, gebildet durch Bandwickeln von hochsteifen Fasern, die einen Elastizitätsmodul von 350 GPa oder mehr und eine Dehnung von 0,7 oder mehr am Bruch haben und die mit einem aushärtenden Harz imprägniert und ausgehärtet sind; eine Zwischenfaserschicht, gebildet durch Spiralwickeln von Fasern, die einen Elastizitätsmodul von nicht weniger als 280 GPa aber weniger als 350 GPa und eine Dehnung von nicht weniger als 1,5% aber weniger als 2% am Bruch haben und die mit einem aushärtenden Harz imprägniert und ausgehärtet sind; und eine äußere Faserschicht, gebildet durch Steilspiralwickeln von Fasern, die einen Elastizitätsmodul von nicht weniger als 230 GPa aber weniger als 280 GPa und eine Dehnung von 2% oder mehr am Bruch haben, so dass der Winkel der Fasern in der äußeren Faserschicht in Bezug auf die Mittellinie der Einlage größer wird als derjenige der Fasern in der Zwischenfaserschicht und die mit einem aushärtenden Harz imprägniert und ausgehärtet sind.Of the High-pressure tank according to the invention according to claim 1 comprises a cylindrical metal insert and a reinforcing Fiber layer, which is the outer circumference covered by the insert, and is characterized in that the reinforcing fiber layer comprising: an inner fibrous layer formed by tape winding of highly rigid fibers having a modulus of elasticity of 350 GPa or more and have an elongation of 0.7 or more at break and those with a curing Resin impregnated and cured are; an intermediate fiber layer formed by spiral winding of Fibers that have a modulus of elasticity not less than 280 GPa but less than 350 GPa and one Elongation of not less than 1.5% but less than 2% of the fracture have and with a hardening Resin impregnated and cured are; and an outer fiber layer, formed by helical winding of fibers having a modulus of elasticity not less than 230 GPa but less than 280 GPa and one Elongation of 2% or more at the fracture, so that the angle of the Fibers in the outer fiber layer in relation to the center line of the deposit becomes larger than that of the Fibers in the intermediate fiber layer and those with a hardening Resin impregnated and cured are.
Mit der obigen Struktur nach Anspruch 1 ist es schwierig, die bandgewickelte innere Faserschicht, hergestellt aus hochsteifen Fasern, die einen Elastizitätsmodul von 350 GPa oder mehr und eine Dehnung von 0,7% oder mehr am Bruch haben, zu dehnen, auch wenn ein hoher Druck von 35 bis 75 MPa auf die Einlage ausgeübt wird. Deshalb kann die innere Faserschicht, hergestellt aus den hochsteifen Fasern, einer Zugspannung, die an der Einlage in radialer Richtung infolge eines Gasfülldrucks wirkt, ausreichend widerstehen, um die Dauerfestigkeit der Einlage zu verbessern. Während diese weniger dehnbaren hochsteifen Fasern eine schlechte Stoßfestigkeit haben, kann die steilspiralgewickelte äußere Faserschicht, die sich außerhalb der inneren Faserschicht befindet und aus Fasern hergestellt ist, die einen Elastizitätsmodul von nicht weniger als 230 GPa aber weniger als 280 GPa und eine Dehnung von 2,0% oder mehr am Bruch haben, die Stoßfestigkeit sicherstellen. Weiterhin verbessert die spiralgewickelte Zwischenfaserschicht, hergestellt aus Fasern, die einen Elastizitätsmodul von nicht weniger als 280 GPa aber weniger als 350 GPa und eine Dehnung von nicht weniger als 1,5% aber weniger als 2% am Bruch haben, die Dehngrenze der Einlage in Richtung ihrer Mittellinie. Zusätzlich muss die spiralgewickelte With The above structure according to claim 1, it is difficult to the band-wound inner fiber layer, made of highly rigid fibers, the one modulus of elasticity of 350 GPa or more and an elongation of 0.7% or more at break have to stretch, even if a high pressure of 35 to 75 MPa the deposit exercised becomes. Therefore, the inner fiber layer made of the high-stiffness fibers, a tensile stress on the insert in radial Direction due to a gas filling pressure acts to sufficiently resist the fatigue strength of the insert to improve. While these less stretchy, highly stiff fibers have poor impact resistance can have the spiral-wound outer fiber layer, which is outside the inner fiber layer is made of fibers, which has a modulus of elasticity not less than 230 GPa but less than 280 GPa and one Have elongation of 2.0% or more at break, ensure the shock resistance. Furthermore, the spiral-wound intermediate fiber layer improves made of fibers having a modulus of elasticity of not less than 280 GPa but less than 350 GPa and an elongation of not less than 1.5% but less than 2% of the fraction, the yield strength of the Insert towards its midline. In addition, the spiral wound must
Zwischenfaserschicht nur halb so viel Belastung aushalten wie die bandgewickelte innere Faserschicht und braucht deshalb keine sehr hohe Steifigkeit aufzuweisen. Ihre Steifigkeit ist also zwischen denjenigen der inneren Faserschicht und der äußeren Faserschicht im Hinblick auf Wickelbarkeit und Kosten angesiedelt. Deshalb braucht die Dicke der Zwischenfaserschicht nicht unnötig erhöht zu werden. Infolgedessen kann ein Hochdrucktank von kleiner Größe, leichtem Gewicht und hervorragendem Druckwiderstand geschaffen werden, der mit einem Hochdruckgas von 35 bis 75 MPa gefüllt werden kann, auch wenn seine Tankkapazität gering ist und die Einlage eine geringe Dicke hat.Between fiber layer can withstand only half as much stress as the band-wound inner Fiber layer and therefore does not need to have a very high rigidity. Their rigidity is thus between those of the inner fiber layer and the outer fiber layer settled in terms of windability and costs. Therefore needs the thickness of the intermediate fiber layer is not increased unnecessarily. As a result, can a high pressure tank of small size, lightweight Weight and excellent pressure resistance are created can be filled with a high pressure gas of 35 to 75 MPa, even if his tank capacity is low and the insert has a small thickness.
Nach Anspruch 1 sind weiterhin die Faserschichten, die die verstärkende Faserschicht bilden, jeweils so strukturiert, dass ein Faserband, das entsteht, indem die Fasern zu einem flachen Profil gesammelt werden und die Fasern mit aushärtendem Harz imprägniert werden, in einem Prepreg-Zustand auf die Einlage gewickelt wird und das aushärtende Harz ausgehärtet wird.To Claim 1 are further the fiber layers, the reinforcing fiber layer each structured so that a sliver that arises, by collecting the fibers to a flat profile and the Fibers with hardening Resin impregnated be in a prepreg state is wound on the insert and the hardening resin is cured.
Da die hochsteifen Fasern normalerweise hart sind, rutschen diejenigen in Form eines Seils leichter und lassen sich schwierig auf die Einlage wickeln, und verursachen dadurch Schlupf, der es wiederum schwierig macht, eine Zugspannung, die auf die Einlage wirkt, gleichmäßig auf alle Fasern zu verteile Mit der obigen Struktur, nach der erfinderischen Lösung von Anspruch 1, werden die hochsteifen Fasern besonders in Form eines flachen Bandes verwendet. Deshalb können die Fasern leicht an die Einlage angepasst werden, können ohne Schlupf auf die Einlage gewickelt werden, und können die oben genannte Zugspannung gleichmäßig auf alle Fasern verteilen, wodurch leicht eine verbesserte Dauerfestigkeit der Einlage geschaffen werden kann.There the highly stiff fibers are usually hard, those slip in the form of a rope easier and can be difficult on the deposit wrap, thereby causing slippage, which in turn makes it difficult makes a tension that acts on the insert evenly to distribute all the fibers With the above structure, according to the inventive solution of claim 1, the high-stiffness fibers are particularly in the form of a flat ribbon used. Therefore, the fibers can easily adhere to the Deposit can be adjusted without Slip can be wound on the insert, and can provide the above tension evenly on all Distributing fibers, which easily improved fatigue strength the deposit can be created.
Nach Anspruch 1 ist weiterhin die Einlage so strukturiert, dass ein kurzer, hohler Rohling aus Metall plastisch deformiert wird, so dass ein zylindrisches Gasentladesegment von einem Ende eines zylindrischen Mittelsegments durch ein Kuppelsegment herausragt und die Dicke des zylindrischen Gasentladesegments so gewählt wird, dass die drei- oder mehrfach größer ist als die des Mittelsegments, und das Kuppelsegment allmählich in der Dicke von der des Mittelsegments zu der des zylindrischen Gasentladesegments hin erhöht wird, indem vom Mittelsegment zum zylindrischen Gasentladesegment fortgeschritten wird.To Claim 1, furthermore, the insert is structured such that a short, hollow blank made of metal is plastically deformed, leaving a cylindrical gas discharge segment from one end of a cylindrical central segment protruding through a dome segment and the thickness of the cylindrical Gas unloading so chosen is that three or more times greater than that of the middle segment, and the dome segment gradually in the thickness of that of the middle segment to that of the cylindrical Gas discharge is increased towards, by progressing from the middle segment to the cylindrical gas discharge segment becomes.
Mit der obigen Struktur, nach Anspruch 1, wird die Dicke des zylindrischen Gasentladesegments als drei- oder mehrfach größer als die des Mittelsegments gewählt, und das zylindrische Gasentladesegment setzt sich weiter zum Mittelsegment über das Kuppelsegment hin fort und reduziert allmählich seine Dicke. Dies stellt die Festigkeiten des zylindrischen Gasentladesegments und des Kuppelsegments sicher und schafft dadurch einen Hochdrucktank, der in der Lage ist, hohen Drücken von 35 bis 75 MPa ausreichend zu widerstehen, in Kombination mit verbesserter Dauerfestigkeit und sichergestellter Stoßfestigkeit der Einlage dank der oben beschriebenen verstärkenden Faserschicht. Außerdem, auch wenn die Dicke des Mittelsegments gering ist, ist die Festigkeit der Einlage sichergestellt, indem die Dicken des zylindrischen Gasentladesegments und des Kuppelsegments erhöht werden. Deshalb kann das Gesamtgewicht des Hochdrucktanks durch Reduzieren der Dicke des Mittelsegments reduziert werden, und Materialkosten werden gespart.With the above structure, according to claim 1, the thickness of the cylindrical Gas discharge segment as three or more times greater than that of the middle segment selected and the cylindrical gas discharge segment continues to the middle segment over the Dome segment gradually and gradually reduces its thickness. This poses the strengths of the cylindrical gas unloading segment and the dome segment safe and thereby creates a high pressure tank capable of is, high pressures sufficient to withstand from 35 to 75 MPa in combination with improved fatigue strength and ensured shock resistance the insert thanks to the above-described reinforcing fiber layer. in addition, even if the thickness of the middle segment is small, the strength is the insert ensured by the thicknesses of the cylindrical Gasentladesegments and the dome segment increased become. Therefore, the total weight of the high-pressure tank through Reducing the thickness of the center segment can be reduced, and material costs are saved.
Nach Anspruch 1 wird weiterhin ein zylindrischer verstärkender Metallkragen auf der Außenseite der Einlage über deren Flächen von dem zylindrischen Gasentladesegment bis zum Kuppelsegment angebracht.To Claim 1 will further be a cylindrical reinforcing Metal collar on the outside the deposit over their surfaces from the cylindrical gas discharge segment to the dome segment.
Mit der obigen Struktur, nach Anspruch 1, können die tatsächlichen Dicken des zylindrischen Gasentladesegments und des benachbarten Kuppelsegments, auf denen sich wahrscheinlich die Belastung konzentriert, um die Dicke des Verstärkungskragens erhöht werden können, wodurch die Festigkeiten dieser Segmente noch weiter sichergestellt sind. Demgemäß kann ein Hochdrucktank geschaffen werden, der in der Lage ist, hohen Drücken von 35 bis 75 MPa weiter zu widerstehen. Da der Verstärkungskragen nicht auf dem gesamten Tankkörper angebracht ist sondern teilweise auf dem Kuppelsegment und dem zylindrischen Gasentladesegment, auf denen sich wahrscheinlich die Belastung konzentriert, wird darüber hinaus eine hohe Zunahme des Gewichts des Hochdrucktanks vermieden, um dadurch sein leichtes Gewicht beizubehalten und vereinfachte Herstellung und reduzierte Kosten zu bieten.With the above structure, according to claim 1, the actual Thicknesses of the cylindrical Gasentladesegments and the adjacent Dome segments, which are likely to concentrate stress, around the thickness of the reinforcing collar elevated can be whereby the strength of these segments even further ensured are. Accordingly, a High-pressure tank can be created, which is able to withstand high pressures 35 to 75 MPa to resist further. Because the reinforcing collar not on the entire tank body is attached but partially on the dome segment and the cylindrical Gas unloading segment, on which the load is likely to concentrate, gets over it In addition, a high increase in the weight of the high-pressure tank avoided thereby maintaining its light weight and simplified manufacturing and to offer reduced costs.
Nach Anspruch 2 umfasst der Verstärkungskragen von Anspruch 1 ein zylindrisches Teil umfasst, das auf dem zylindrischen Gasentladesegment angebracht wird, und eine Verlängerung, die sich nach außen von einem Ende des zylindrischen Teils erstreckt, und die Rückseite der Verlängerung mit einer Ringwulst, die davon hervorsteht, gebildet wird, und ein Teil des Äußeren der Einlage in der Nähe der Begrenzung zwischen dem Kuppelsegment und dem zylindrischen Gasentladesegment auf dem Umfang mit einer ringförmigen Einpassvertiefung gebildet ist, in die die Wulst eingepasst wird, mit dem Verstärkungskragen auf der Außenseite der Einlage über ihre Bereiche vom zylindrischen Gasentladesegment bis zum Kuppelsegment geschoben.To Claim 2 comprises the reinforcing collar Claim 1 comprises a cylindrical part resting on the cylindrical part Gas unloading segment is attached, and an extension that extends outward from one End of the cylindrical part extends, and the back the extension with an annular bead protruding from it, and a Part of the exterior of the Deposit nearby the boundary between the dome segment and the cylindrical Gas discharge segment formed on the circumference with an annular fitting recess is, in which the bead is fitted, with the reinforcing collar on the outside of the Deposit over their areas from the cylindrical gas discharge segment to the dome segment pushed.
Mit der obigen Struktur, nach Anspruch 2, wird die Wulst des Verstärkungskragens in die Einpassvertiefung der Einlage eingepasst, wodurch das Eingreifen zwischen dem Verstärkungskragen und der Einlage sichergestellt ist. Weiterhin erhöht die Bereitstellung der Wulst die Dicke eines entsprechenden Abschnitts des Verstärkungskragens, und die Festigkeit kann dementsprechend erhöht werden.With The above structure according to claim 2, the bead of the reinforcing collar fitted into the fitting recess of the insert, thereby interfering between the reinforcing collar and the deposit is ensured. Further, the deployment increases the bead the thickness of a corresponding portion of the reinforcing collar, and the strength can be increased accordingly.
Die Ansprüche 3 und 4 treffen ein Verfahren zum Herstellen eines Hochdrucktanks unter Verwendung von hochsteifen Fasern.The claims 3 and 4, a method of manufacturing a high-pressure tank is made using highly stiff fibers.
Anspruch 3 umfasst: Bandwickeln, auf dem Außenumfang einer zylindrischen Metalleinlage, eines Faserbandes im Prepreg-Zustand, erhalten durch Sammeln von hochsteifen Fasern mit einem Elastizitätsmodul von 350 GPa oder mehr und einer Dehnung von 0,7% oder mehr am Bruch zu einem flachen Profil und Imprägnieren der Fasern mit einem aushärtenden Harz, um dadurch eine innere Faserschicht zu bilden; Spiralwickeln, auf dem Außenumfang der inneren Faserschicht, eines Faserbandes im Prepreg-Zustand, erhalten durch Sammeln von hochsteifen Fasern mit einem Elastizitätsmodul von nicht weniger als 280 GPa aber weniger als 350 GPa und einer Dehnung von nicht weniger als 1,5% aber weniger als 2,0% am Bruch zu einem flachen Profil und Imprägnieren der Fasern mit einem aushärtenden Harz, um dadurch eine Zwischenfaserschicht zu bilden; Steilspiralwickeln, auf dem Außenumfang der Zwischenfaserschicht, eines Faserbandes im Prepreg-Zustand, erhalten durch Sammeln von Fasern mit einem Elastizitätsmodul von nicht weniger als 230 GPa aber weniger als 280 GPa und einer Dehnung von 2,0% oder mehr am Bruch zu einem flachen Profil und Imprägnieren der Fasern mit einem aushärtenden Harz, so dass der Winkel der Fasern in Bezug auf die Mittellinie der Einlage größer wird als derjenige der Fasern in der Zwischenfaserschicht, um dadurch eine äußere Faserschicht zu bilden, Bedecken des Außenumfangs der Einlage mit einer verstärkenden Faserschicht, zusammengesetzt aus der inneren Faserschicht, der Zwischenfaserschicht und der äußeren Faserschicht; und anschließendes Laden der Einlage, die mit der verstärkenden Faserschicht bedeckt ist, in eine Trockenkammer und Erwärmen der Einlage zum Aushärten des aushärtenden Harzes, das die verstärkende Faserschicht durchdringt.claim 3 comprises: tape winding, on the outer circumference of a cylindrical Metal insert, a sliver in the prepreg state, obtained by Collecting highly stiff fibers with a modulus of elasticity of 350 GPa or more and an elongation of 0.7% or more at break to a flat profile and impregnation the fibers with a hardening Resin, thereby forming an inner fibrous layer; Spiral Wrap, on the outer circumference the inner fiber layer, a sliver in the prepreg state, obtained by collecting highly stiff fibers having a modulus of elasticity not less than 280 GPa but less than 350 GPa and one Elongation of not less than 1.5% but less than 2.0% of the fracture to a flat profile and impregnation the fibers with a hardening Resin, thereby forming an intermediate fiber layer; Steep spiral wrap, on the outer circumference of the Intermediate fiber layer, a sliver in the prepreg state obtained by collecting fibers having a modulus of elasticity of not less than 230 GPa but less than 280 GPa and an elongation of 2.0% or more at break to a flat profile and impregnating the fibers with one curing Resin, so the angle of the fibers with respect to the center line the deposit gets bigger as that of the fibers in the intermediate fiber layer to thereby an outer fiber layer to form, covering the outer circumference the insert with a reinforcing Fiber layer composed of the inner fiber layer, the Intermediate fiber layer and the outer fiber layer; and subsequent Loading the liner covered with the reinforcing fiber layer is in a drying chamber and heating the insert to cure the curing Resin that reinforcing Fiber layer penetrates.
Mit der obigen Struktur nach werden Fasern in Form eines Bandes gesammelt und in dieser Form auf die Einlage gewickelt. Deshalb kann das Wickelverfahren vereinfacht werden. Wenn Fasern in einem Nassverfahren auf den Außenumfang der Einlage gewickelt werden, kann ein flüssiges aushärtendes Harz auf den Arbeitsplatz tropfen und die Arbeitsumgebung verunreinigen. In dieser Erfindung wird jedoch ein Faserband im Prepreg-Zustand (B-Zustand), ausgehärtet bis zu einem gewissen Grad, mit einem aushärtenden Harz auf die Einlage gewickelt. Darum verhindert die erfinderische Methode ein Verunreinigen der Arbeitsumgebung, da ein aushärtendes Harz nicht auf den Arbeitsplatz tropft.With the above structure, fibers are collected in the form of a band and in this form wrapped the insert. Therefore, the winding process can be simplified. When fibers are wrapped in a wet process on the outer circumference of the liner, a liquid hardening resin may drip onto the workplace and contaminate the work environment. However, in this invention, a sliver in the prepreg state (B state), cured to a certain degree, is wound on the insert with a thermosetting resin. Therefore, the inventive method prevents contamination of the working environment because a hardening resin does not drip onto the workstation.
Nach Anspruch 4 wird die Einlage, die in die Trockenkammer geladen ist, sowohl intern als auch extern erwärmt.To Claim 4, the insert, which is loaded in the drying chamber, heated both internally and externally.
Wenn das aushärtende Harz in der verstärkenden Faserschicht nur von der Außenseite der Einlage her erwärmt wird, härtet das aushärtende Harz allmählich von seiner Außenseite zu seiner Innenseite hin aus und schrumpft beim Aushärten, Zu diesem Zeitpunkt erhält ein innerer ungehärteter Abschnitt des Harzes eine Druckkraft von einem äußeren gehärteten Abschnitt davon, um eine Verzerrung in den Fasern, die von dem inneren ungehärteten Harz umgeben sind, zu produzieren. Wenn eine solche Verzerrung in den Fasern vorkommt, kann eine Zugspannung, dank eines Gasfülldrucks auf die Einlage wirkt, nicht gleichmäßig auf alle Fasern verteilt werden, was zu vorzeitigem Bruch führt. Mit der obigen Struktur, nach der erfinderischen Lösung von Anspruch 4 beginnt das aushärtende Harz in der verstärkenden Faserschicht erheblich zugleich auf den Innen- und Außenseiten der Schicht zu erhärten. Deshalb kann so weit wie möglich vermieden werden, dass die inneren Fasern eine Verzerrung verursachen, und die Zugspannung kann gleichmäßig auf alle Fasern verteilt werden, um vorzeitigen Bruch zu verhindern.If the hardening Resin in the reinforcing Fiber layer only from the outside the insert heated becomes, hardens the hardening Resin gradually from its outside towards its inside and shrinks when hardened, too receives this date an inner unhardened Section of the resin, a pressing force from an outer hardened portion thereof, to a distortion in the fibers coming from the inner uncured resin are surrounded to produce. If such a distortion in the Fibers can create a tensile stress, thanks to a gas filling pressure acting on the insert, not evenly distributed on all fibers which leads to premature breakage. With the above structure, after the inventive solution of Claim 4 begins the curing Resin in the reinforcing Fiber layer considerably at the same time on the inner and outer sides to harden the layer. Therefore, as far as possible avoid causing the inner fibers to distort, and the tension can be even on all fibers are distributed to prevent premature breakage.
Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:embodiments The invention will be explained in more detail below with reference to the drawing. It shows:
Ausführungsform 1embodiment 1
Die
Der
Hochdrucktank
Zylindrische
Verstärkungskragen
Der
Außenumfang
der Einlage
Als
ein Merkmal der vorliegenden Erfindung wird die innere Faserschicht
Die
Zwischenfaserschicht wird gebildet durch Spiralwickeln von Fasern,
die einen Elastizitätsmodus von
nicht weniger als 280 GPa aber weniger als 350 GPa und eine Dehnung
von nicht weniger als 1,5% aber weniger als 2,0% am Bruch haben
und mit einem aushärtenden
Harz wie z. B. Epoxidharz imprägniert
und gehärtet
sind. Ein Beispiel der Faser ist die unten beschriebene Kohlefaser,
die als Rohmaterial Polyacrylonitril (PAN) verwendet. Die Steifigkeit
der Faser ist geringer als die der oben beschriebenen hochsteifen
Faser, um Spiralwickeln zu ermöglichen,
aber ist höher
eingestellt als die der äußeren Faserschicht
Außerdem wird
die äußere Faserschicht
Die
innere Faserschicht
Die
Faserschichten
Als
Nächstes
wird ein Beispiel der Herstellungsmethoden für den Hochdrucktank
Zuerst wird in einem Rohrschneideschritt S1 ein verlängertes Rohrmaterial P, hergestellt aus einer Aluminiumlegierung, auf Länge geschnitten, um einen kurzen, hohlen zylindrischen Rohling B zu formen, dessen beide Enden offen sind.First For example, in a pipe cutting step S1, an elongated pipe material P, is produced made of an aluminum alloy, cut to length, around a short, hollow cylindrical blank B to form, both ends open are.
Als
Nächstes
wird in einem Flussbildungsschritt S2, obwohl nicht gezeigt, der
kurze Hohlzylinderrohling B auf einem Dorn angebracht, der Dorn
wird auf seiner Achse gedreht, um den kurzen Hohlzylinderrohling B
als Einheit zu drehen, und eine Formwalze wird gegen den Außenumfang
des kurzen, hohlen, zylindrischen Rohlings B gedrückt, um
die Walze zu drehen, während
Kraft auf den Außenumfang
des kurzen, Hohlzylinderrohlings B in axialer Richtung ausgeübt wird
und so der kurze Hohlzylinderrohling B fließgeformt wird. Auf diese Weise
wird der kurze Hohlzylinderrohling B plastisch deformiert, um einen
verlängerten
Hohlzylinderrohling B' zu
formen. In diesem Stadium hat ein Abschnitt des länglichen
Hohlzylinderrohlings B' außer seiner
gewissen Bereiche, beginnend bei seinen Öffnungsenden, dieselbe Dicke
wie ein Mittelsegment
Danach
wird in einem Drehschritt S3, obwohl nicht gezeigt, ein vorbestimmter
Bereich des länglichen, Hohlzylinderrohlings
B', beginnend ab
der Nähe
eines der Öffnungsenden,
durch Drehen in einer Weise eingehalst, dass der längliche
Hohlzylinderrohling B' durch
eine Spannvorrichtung gehalten wird, der längliche Hohlzylinderrohling
B' auf seiner Achse
gedreht wird, eine Formwalze in geneigter Position gegen den vorbestimmten
Bereich, beginnend ab der Nähe
eines der Öffnungsenden
des länglichen
Hohlzylinderrohlings B' zu der
einen Öffnung
hin gedrückt
wird, und die Walze rotiert wird, während sie schräg in Bezug
auf die Achse des länglichen
Hohlzylinderrohlings B' bewegt
wird. Auf diese Weise wird der vorbestimmte Bereich, beginnend ab
dem Öffnungsende
des länglichen
Hohlzylinderrohlings B',
plastisch deformiert, wobei ein zylindrisches Gasentladesegment
Inzwischen
ist ein Verstärkungskragen
Als
Nächstes
werden in einem Verstärkungskragen-Einpassschritt
S4 die Verstärkungskragen
Anschließend werden
in einem Wickelschritt S5 hochsteife Fasern mit einem Elastizitätsmodul
von 350 GPa oder mehr und einer Dehnung von 0,7% oder mehr am Bruch
in einem flachen Profil gesammelt, die gesammelten Fasern werden
mit einem aushärtenden
Harz wie z. B. Epoxidharz imprägniert,
um ein Faserband zu bilden, und das Faserband wird in einem Prepreg-Zustand
auf den Außenumfang
des Mittelsegments
Danach
wird ein Faserband von Fasern mit einem Elastizitätsmodus
von nicht weniger als 280 GPa aber weniger als 350 GPa und einer
Dehnung von nicht weniger als 1,5% aber weniger als 2,0% am Bruch
auf die innere Faserschicht
Dann
wird ein Faserband im Prepreg-Zustand, erhalten durch Sammeln von
Fasern mit einem Elastizitätsmodul
von nicht weniger als 230 GPa aber weniger als 280 GPa und einer
Dehnung von 2,0% oder mehr am Bruch zu einem flachen Profil und
anschließendem
Imprägnieren
mit einem aushärtenden
Harz wie z. B. Expoxidharz, die Zwischenfaserschicht
Die
Dicke der verstärkenden
Faserschicht
Danach
wird in einem Trocknungsschritt S6 die Einlage
Der
so hergestellte Hochdrucktank ist mit einer Ventilvorrichtung
Wie
oben beschrieben, ist in dieser Ausführung der Außenumfang
der Einlage
Außerdem werden
die Faserschichten
Darüber hinaus
werden die Dicken des zylindrischen Gasentladesegments
Zusätzlich werden
die Verstärkungskragen
Da
außerdem
Fasern in Form eines Bandes gesammelt und in dieser Form auf die
Einlage
Da
außerdem
die in die Trockenkammer
Ausführungsform 2Embodiment 2
Deshalb können nach der zweiten Ausführungsform dieselben Wirkungen wie bei jenen der ersten Ausführungsform vorgewiesen werden.Therefore can according to the second embodiment the same effects as those of the first embodiment be presented.
Zusätzlich sind
in der zweiten Ausführungsform
die Ringwulste
In den obigen ersten und zweiten Ausführungsformen ist ein Hohlzylinder, dessen beide Enden offen sind, als kurzer Hohlzylinderrohling B, bereitgestellt für die Fließformung, veranschaulicht. Der kurze Hohlzylinderrohling B kann jedoch ein an den Enden geschlossener Zylinderrohling sein.In the above first and second embodiments is a hollow cylinder, whose two ends are open, as a short hollow cylinder blank B, provided for the flow forming, illustrated. The short hollow cylinder blank B, however, a be closed cylinder blank at the ends.
Claims (4)
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102008059591A1 (en) * | 2008-11-28 | 2010-06-02 | Xperion Gmbh | Container for storing pressure loaded liquid or gaseous medium in e.g. aircraft, has tank with nonstructural core container, and reinforcing fibers prestressed in direction of progression of bandages |
DE102010023923A1 (en) * | 2010-06-16 | 2011-12-22 | Benteler Sgl Gmbh & Co. Kg | Container i.e. liquefied gas tank, for use in motor vehicle, has liner formed as container inner wall area, and container outer wall area partially or completely surrounding inner wall area and made from carbon-fiber material |
Families Citing this family (22)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4759729B2 (en) * | 2005-04-20 | 2011-08-31 | 国立大学法人九州大学 | High pressure tank manufacturing apparatus and high pressure tank manufacturing method |
DE102006043582B3 (en) * | 2006-09-16 | 2008-03-06 | Xperion Gmbh | pressure vessel |
CN100430640C (en) * | 2006-11-06 | 2008-11-05 | 哈尔滨工业大学 | High pressure nitrogen storage bottle made of PBO fiber and carbon fiber composite material and its preparation method |
CN100430641C (en) * | 2006-11-06 | 2008-11-05 | 哈尔滨工业大学 | High pressure hydrogen storage bottle made of PBO fiber and carbon fiber mixed composite material and preparation method |
US8474647B2 (en) * | 2008-02-08 | 2013-07-02 | Vinjamuri Innovations, Llc | Metallic liner with metal end caps for a fiber wrapped gas tank |
CN102077009B (en) * | 2008-06-24 | 2014-07-02 | 帝斯曼知识产权资产管理有限公司 | Reinforcing member and an article, such as a pressure vessel containing thereof |
JP2010236587A (en) * | 2009-03-31 | 2010-10-21 | Jfe Container Co Ltd | Fiber-reinforced plastic pressure vessel |
EP2418412B1 (en) * | 2009-04-10 | 2015-05-27 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Tank and fabrication method thereof |
JP2010270878A (en) * | 2009-05-25 | 2010-12-02 | Nissan Motor Co Ltd | Pressure vessel structure |
CN102085724A (en) * | 2009-12-02 | 2011-06-08 | 上海康巴赛特科技发展有限公司 | Wet fully-winding and curing process for preparing hydrogen cylinder with carbon fiber lining |
US9091395B2 (en) | 2010-03-10 | 2015-07-28 | GM Global Technology Operations LLC | Process for forming a vessel |
DE102010002881A1 (en) * | 2010-03-15 | 2011-09-15 | Benteler Sgl Gmbh & Co. Kg | Container for use as liquid gas tank of motor car, has outer wall region partly or completely surrounding inner wall region, where outer wall region is attached to outer side of liner and formed from carbon fiber reinforced material |
DE102010017413B4 (en) | 2010-06-17 | 2012-08-30 | Xperion Gmbh | Pressure vessel for storing a fluid |
US9683700B2 (en) * | 2014-05-20 | 2017-06-20 | Steelhead Composites, Llc. | Metallic liner pressure vessel comprising polar boss |
JP6623722B2 (en) * | 2015-09-03 | 2019-12-25 | 日本製鉄株式会社 | High pressure tank |
CN105333302B (en) * | 2015-09-25 | 2018-01-02 | 石家庄安瑞科气体机械有限公司 | A kind of preparation method of Large Copacity high-pressure hydrogen storage winding composite shell |
JP6512153B2 (en) * | 2015-10-08 | 2019-05-15 | トヨタ自動車株式会社 | Method of manufacturing high pressure tank |
JP6749629B2 (en) * | 2016-06-01 | 2020-09-02 | サムテック株式会社 | Composite container |
KR20180017377A (en) * | 2016-08-09 | 2018-02-21 | 현대자동차주식회사 | High pressure tank |
DE102017200302A1 (en) * | 2017-01-10 | 2018-07-12 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Method for producing a pressure tank and a corresponding pressure tank |
KR102322373B1 (en) | 2017-05-26 | 2021-11-05 | 현대자동차주식회사 | High-pressure tank having hoop layers and helical layers |
JP7439687B2 (en) * | 2020-07-31 | 2024-02-28 | トヨタ自動車株式会社 | high pressure tank |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE8408506U1 (en) * | 1984-03-20 | 1985-02-07 | Felten & Guilleaume Energietechnik GmbH, 5000 Köln | COMPRESSED GAS BOTTLE WITH A FIBER REINFORCED PLASTIC COVER |
JPH10292899A (en) * | 1997-04-18 | 1998-11-04 | Nippon Steel Corp | Complex container for fuel system of natural gas-fueled automobile |
DE19952611A1 (en) * | 1999-11-02 | 2001-05-23 | Eberhard Haack | High pressure container for the food industry comprises a metal inner layer with fiber reinforced layers of progressively increasing modulus wound around the outside |
DE69530126T2 (en) * | 1995-12-04 | 2003-12-11 | Toray Industries | PRESSURE TANKS AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5499739A (en) | 1994-01-19 | 1996-03-19 | Atlantic Research Corporation | Thermoplastic liner for and method of overwrapping high pressure vessels |
-
2003
- 2003-07-16 JP JP2003275438A patent/JP3534743B1/en not_active Expired - Fee Related
- 2003-09-29 DE DE10345159A patent/DE10345159B4/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE8408506U1 (en) * | 1984-03-20 | 1985-02-07 | Felten & Guilleaume Energietechnik GmbH, 5000 Köln | COMPRESSED GAS BOTTLE WITH A FIBER REINFORCED PLASTIC COVER |
DE69530126T2 (en) * | 1995-12-04 | 2003-12-11 | Toray Industries | PRESSURE TANKS AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF |
JPH10292899A (en) * | 1997-04-18 | 1998-11-04 | Nippon Steel Corp | Complex container for fuel system of natural gas-fueled automobile |
DE19952611A1 (en) * | 1999-11-02 | 2001-05-23 | Eberhard Haack | High pressure container for the food industry comprises a metal inner layer with fiber reinforced layers of progressively increasing modulus wound around the outside |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
Kuchling, H. PHYSIK, 18. Aufl. Leipzig Fachbuch- verlag 1987, S.164-166 * |
Kunststoffverarbeitung, Schwarz, O., Vogel Buch- verlag Würzburg, 1989, S.162-163 * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102008059591A1 (en) * | 2008-11-28 | 2010-06-02 | Xperion Gmbh | Container for storing pressure loaded liquid or gaseous medium in e.g. aircraft, has tank with nonstructural core container, and reinforcing fibers prestressed in direction of progression of bandages |
DE102008059591B4 (en) * | 2008-11-28 | 2011-01-27 | Xperion Gmbh | container |
DE102010023923A1 (en) * | 2010-06-16 | 2011-12-22 | Benteler Sgl Gmbh & Co. Kg | Container i.e. liquefied gas tank, for use in motor vehicle, has liner formed as container inner wall area, and container outer wall area partially or completely surrounding inner wall area and made from carbon-fiber material |
DE102010023923B4 (en) * | 2010-06-16 | 2012-05-16 | Benteler Sgl Gmbh & Co. Kg | Pressure gas tank |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
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JP3534743B1 (en) | 2004-06-07 |
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