DE102022111118A1

DE102022111118A1 - Tank und Verfahren zur Herstellung desselben

Info

Publication number: DE102022111118A1
Application number: DE102022111118.0A
Authority: DE
Inventors: Daisuke Satoya; Koji Katano; Takeshi Ishikawa
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2021-06-23
Filing date: 2022-05-05
Publication date: 2022-12-29
Also published as: US11761583B2; CN115507291B; CN115507291A; KR20230000419A; US20220412508A1; JP2023003047A; KR102679008B1; JP7548139B2

Abstract

Ein Tank (1; 1 A; 1 B) beinhaltet einen Einsatz (2), der einen Fassabschnitt (21) in einer zylindrischen Form und ein Paar von Dom-Abschnitten (22, 23) beinhaltet, die an beiden Enden des Fassabschnittes (21) in der axialen Richtung vorgesehen sind, und eine Verstärkungsschicht (3) beinhaltet, die den Einsatz (2) abdeckt und die aus einem Faserverstärkten Harz gebildet wird, das mittels Tränken eines Faserbündels mit Harz gebildet wird. Ein Abschnitt der Verstärkungsschicht (3), der die Dom-Abschnitte (22; 23) abdeckt, beinhaltet eine Radialanordnungsschicht (33a, 33b), in der Fasern des Faserbündels radial entlang der radialen Richtung der Dom-Abschnitte (22, 23) angeordnet sind, betrachtet in der Richtung einer Achse (L) des Tanks (1).

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Tank und ein Verfahren zur Herstellung desselben.
2. Beschreibung des verwandten Standes der Technik
Ein Tank, der einen Einsatz und eine Verstärkungsschicht aufweist, ist als ein Tank bekannt, der an einem elektrischen Brennstoffzellenfahrzeug montiert werden soll. Der Einsatz beinhaltet einen Fassabschnitt in einer zylindrischen Form und ein Paar von Dom-Abschnitten, die an beiden Enden des Fassabschnittes in der axialen Richtung vorgesehen sind. Die Verstärkungsschicht deckt den Einsatz ab und beinhaltet faserverstärktes Harz, das mittels Tränken eines Faserbündels mit einem Harz gebildet wird. Um einen Tank mit solch einer Struktur herzustellen, wird zunächst ein Einsatz gebildet. Anschließend wird eine Verstärkungsschicht mittels Winden eines Faserbündels gebildet, das mit einem Harz getränkt ist, um die äußere Umfangsfläche des Einsatzes mittels einem Filament-Windeverfahrens (FW-Verfahren), das den Einsatz als Windungskern verwendet. Beim Bilden einer Verstärkungsschicht mittels des FW-Verfahrens, wird ein Faserbündel um den Fassabschnitt des Einsatzes fassreifförmig gewunden, um eine Fassreifschicht zu bilden. Ferner wird ein Faserbündel spiralförmig so gewunden, dass es die gebildete Fassreifschicht und den gesamten Einsatz abdeckt, um eine Spiralformschicht zu bilden (siehe zum Beispiel Japanische Ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2020-169656 ( JP 2020-169656 A )).
Zusammenfassung der Erfindung
In einem Tank, wie diesem nach JP 2020-169656 A , ist die Festigkeit des Fassabschnittes mittels der Fassreifschicht sichergestellt und die Festigkeit der Dom-Abschnitte ist mittels der Spiralformschicht sichergestellt. Das heißt, selbst wenn die Spiralformschicht an dem Fassabschnitt vorgesehen ist, trägt die Spiralformschicht, die an dem Fassabschnitt vorgesehen ist, kaum zu der Verstärkung des Fassabschnittes bei. Wenn ein fortlaufendes Faserbündel um den Einsatz gewunden ist, um zwischen beiden Enden des Einsatzes mittels Spiralformwindens zu verstärken, geht allerdings das Faserbündel zwangsläufig durch den Fassabschnitt hindurch. Falls die Spiralformschicht also an dem Fassabschnitt auf diese Weise gebildet ist, wird die Menge an faserverstärktem Harz verschwenderisch verwendet.
Die vorliegende Offenbarung stellt den Tank bereit, der gebildet wird, indem eine reduzierte Menge an faserverstärktem Harz verwendet wird und ein Verfahren zur Herstellung desselben.
Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung stellt einen Tank bereit, der beinhaltet: Einen Einsatz, der einen Fassabschnitt beinhaltet, der eine zylindrische Form hat, und ein Paar von Dom-Abschnitten, die an beiden Enden des Fassabschnittes in einer axiale Richtung vorgesehen sind; und eine Verstärkungsschicht, die den Einsatz abdeckt und die aus einem faserverstärktem Harz das mittels Tränken eines Faserbündels mittels eines Harzes gebildet wird, indem ein Abschnitt der Verstärkungsschicht, die die Dom-Abschnitte abdeckt, eine Radialanordnungsschicht beinhaltet, in der Fasern des Faserbündels radial entlang einer radialen Richtung der Dom-Abschnitte angeordnet sind, betrachtet in einer Richtung der Achse des Tanks.
In dem Tank gemäß der vorliegenden Offenbarung beinhaltet ein Abschnitt der Verstärkungsschicht, die die Dom-Abschnitte abdeckt, eine Radialanordnungsschicht, in der Fasern des Faserbündels radial entlang einer radialen Richtung der Dom-Abschnitte angeordnet sind, betrachtet in einer Richtung einer Achse des Tanks. Daher können die Dom-Abschnitte mittels der Radialanordnungsschicht verstärkt werden und es ist zum Beispiel nicht nötig, die Spiralformschicht an dem Fassabschnitt gemeinsam mit dem Bilden der Spiralformschicht zum Verstärken der Dom-Abschnitte zu bilden. Das heißt, da die Dom-Abschnitte mittels Bilden der Radialanordnungsschicht verstärkt werden können, ist es möglich, die Menge an faserverstärktem Harz zu reduzieren, die verwendet werden soll, verglichen dazu, wenn die Dom-Abschnitte beispielsweise lediglich mit der Spiralformschicht verstärkt sind.
In dem Tank nach der vorliegenden Offenbarung kann eine Verstärkungsschicht eine Umfanganordnungsschicht beinhalten, die den Fassabschnitt abdeckt und in den Fasern des Faserbildes in einer Umfangsrichtung des Tanks angeordnet sind, und eine Spiralformschicht beinhaltet, die die Umfangsanordnungsschicht abdeckt, und die Radialanordnungsschicht beinhaltet, die an einer äußeren Seite eines Abschnittes der Spiralformschicht angeordnet ist, die die Dom-Abschnitte abdeckt. Auf diese Weise kann der Fassabschnitt verstärkt werden, indem die Umfangsanordnungsschicht verwendet wird. Außerdem ist die Radialanordnungsschicht an der äußeren Seite der Spiralformschicht angeordnet und es ist somit möglich, das Auftreten einer Stufe zwischen der Umfangsanordnungsschicht und der Spiralformschicht zu unterdrücken. Infolgedessen ist es möglich, die Festigkeit des Tanks zu verbessern.
In dem Tank entsprechend der vorliegenden Offenbarung kann die Radialanordnungsschicht die Dom-Abschnitte abdecken und die Verstärkungsschicht kann eine Umfangsanordnungsschicht beinhalten, die den Fassabschnitt abdeckt und in der Fasern des Faserbündels in einer Umfangsrichtung des Tanks angeordnet sind, und eine Spiralformschicht beinhalten, die die Umfangsanordnungsschicht und die Radialanordnungsschicht abdeckt. Auf diese Weise kann der Fassabschnitt verstärkt werden, indem die Umfangsanordnungsschicht verwendet wird. Außerdem ist die Radialanordnungsschicht an der inneren Seite der Spiralformschicht disponiert und somit ist es möglich, die Haftung zwischen der Radialanordnungsschicht und den Dom-Abschnitten zu verbessern.
In dem Tank entsprechend der vorliegenden Offenbarung kann ein Protektor an einer äußeren Seite der Radialanordnungsschicht disponiert sein. Auf diese Weise ist es möglich, die Einwirkungsbeständigkeitseigenschaften des Tanks zu verbessern.
Ein anderer Aspekt der vorliegenden Offenbarung stellt ein Herstellungsverfahren eines Tanks bereit, das beinhaltet: Bilden eines Einsatzes, der einen Fassabschnitt, der eine zylindrische Form hat, und ein Paar von Dom-Abschnitten beinhaltet, die an beiden Enden des Fassabschnitts in einer axialen Richtung vorgesehen sind; und Bilden einer Verstärkungsschicht, die den Einsatz abdeckt, unter Verwendung eines faserverstärkten Harzes, das mittels Tränken eines Faserbündels mit einem Harz gebildet wird, in dem das Bilden der Verstärkungsschicht ein Bilden einer Radialanordnungsschicht an einer äußeren Seite der Dom-Abschnitte beinhaltet, wobei Fasern des Faserbündels radial entlang einer radialen Richtung der Dom-Abschnitte angeordnet sind, betrachtet in einer axialen Richtung des Tanks.
In dem Herstellungsverfahren eines Tanks nach der vorliegenden Offenbarung beinhaltet das Bilden der Verstärkungsschicht ein Bilden einer Radialanordnungsschicht an einer äußeren Seite der Dom-Abschnitte, wobei Fasern des Faserbündels radial entlang einer radialen Richtung der Dom-Abschnitte angeordnet sind, betrachtet in einer axialen Richtung des Tanks. Mittels Formen der Radialanordnungsschicht auf diese Weise, können die Dom-Abschnitte verstärkt werden und es ist nicht nötig, die Spiralformschicht an dem Fassabschnitt gemeinsam mit dem Bilden der Spiralformschicht zum Verstärken der Dom-Abschnitte zu bilden. Das heißt, da die Dom-Abschnitte mittels Bilden der Radialanordnungsabschnitte verstärkt werden können, ist es möglich, die Menge an dem faserverstärkten Harz zu reduzieren, das verwendet werden soll, verglichen damit, wenn die Dom-Abschnitte beispielsweise lediglich mittels der Spiralformschicht verstärkt werden.
In dem Herstellungsverfahren eines Tanks gemäß der vorliegenden Offenbarung kann die Radialanordnungsschicht mittels eines Bandplatzierungsverfahrens gebildet werden. Es ist zeitweise schwierig, die Radialanordnungsschicht mittels des Filament-Windeverfahrens zu formen. Daher kann die Radialanordnungsschicht leicht mittels Verwenden des Bandplatzierungsverfahrens anstatt des Filament-Windeverfahrens gebildet werden.
In dem Herstellungsverfahren eines Tanks nach der vorliegenden Offenbarung kann die Radialanordnungsschicht mittels Thermokompressionsverbindens von Bändern gebildet werden, die aus dem faserverstärkten Harz gebildet sind. Auf diese Weise kann das Harz, mit dem das Faserbündel der Bänder getränkt ist, zur gleichen Zeit ausgehärtet werden, zu der die Bänder aufgebracht werden, und somit kann die Radialanordnungsschicht effizient gebildet werden.
In dem Herstellungsverfahren eines Tanks nach der vorliegenden Offenbarung kann der Tank einen Protektor beinhalten, der an einer Seite der Radialanordnungsschicht disponiert ist; und das Bildern der Radialanordnungsschicht kann ein Aufbringen von Bändern beinhalten, die aus dem Faserverstärkten Harz gebildet sind, auf eine innere Fläche des Protektors, der im Vorhinein hergestellt ist, sodass Fasern des Faserbündels radial entlang einer Richtung der Dom-Abschnitte angeordnet sind, betrachtet in einer Richtung einer Achse des Tanks, der hergestellt werden soll, kann ein Montieren des Protektors beinhalten, an dem die Bänder aufgebracht worden sind, an eine Außenseite des Einsatzes und kann ein Aushärten des Harzes beinhalten, mit dem das Faserbündel getränkt ist. Auf diese Weise ist es möglich, den Protektor an dem Einsatz zu der gleichen Zeit zu fixieren, zu der die Radialanordnungsschicht gebildet wird. Daher ist es möglich, die Anzahl an Mannstunden für die Herstellung zu reduzieren, verglichen dazu, wenn das Bilden der Radialanordnungsschicht und das Fixieren der Protektoren getrennt durchgeführt werden. Das Anhaften zwischen dem Protektor und dem Einsatz kann sichergestellt werden, verglichen dazu, wenn das Bilden der Radialanordnungsschicht und das Fixieren des Protektors getrennt durchgeführt werden.
In dem Herstellungsverfahren nach der vorliegenden Offenbarung kann das Bilden der Verstärkungsschicht ein Bilden einer Umfangsanordnungsschicht beinhalten, die den Fassabschnitt abdeckt und in der Fasern des Faserbündels in einer Umfangsrichtung des Tanks angeordnet sind, und kann ein Bilden einer Spiralformschicht beinhalten, die die Umfangsanordnungsschicht und die Dom-Abschnitte abdeckt, und das Bilden der Radialanordnungsschicht kann das Bilden der Radialanordnungsschicht an einer äußeren Seite der Spiralformschicht an Positionen beinhalten, um die Dom-Abschnitte abzudecken.
In dem Herstellungsverfahren eines Tanks nach der vorliegenden Offenbarung kann ein Bilden der Verstärkungsschicht ein Bilden einer Umfangsanordnungsschicht beinhalten und kann ein Bilden einer Spiralformschicht beinhalten, wobei das Bilden der Umfangsanordnungsschicht ein Bilden der Umfangsanordnungsschicht beinhaltet, die den Fassabschnitt abdeckt und in der Fasern des Faserbündels in einer Umfangsrichtung des Tanks angeordnet sind, wobei das Bilden der Radialanordnungsschicht ein Bilden der Radialanordnungsschicht beinhaltet, die die Dom-Abschnitte abdeckt und das Bilden der Spiralformschicht ein Bilden der Spiralformschicht beinhaltet, die die Umfangsanordnungsschicht und die Radialanordnungsschicht abdeckt.
Mit der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, die Menge an faserverstärktem Harz zu reduzieren, das verwendet werden soll.
Figurenliste
Merkmale, Vorteile und technische und industrielle Bedeutung der beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente kennzeichnen und worin:

1 eine Schnittansicht ist, die die Struktur eines Tanks nach einer ersten Ausführungsform darstellt;
2 ein Arbeitsablaufdiagramm ist, das ein Herstellungsverfahren des Tanks nach der ersten Ausführungsform darstellt;
3 eine Schnittansicht ist, die einen Einsatzbildungsvorgang und einen Umfangsanordnungsschichtbildungsvorgang darstellt;
4 eine Schnittansicht ist, die einen Spiralformschichtbildungsvorgang darstellt;
5 eine schematische Ansicht ist, die einen Radialanordnungsschichtbildungsvorgang darstellt;
6 darstellt, wie Bänder aufgebracht werden, betrachtet in der axialen Richtung des Tanks;
7 eine schematische Schnittansicht ist, die die Struktur eines Tanks nach einer zweiten Ausführungsform darstellt;
8 eine schematische Schnittansicht ist, die die Struktur eines Tanks nach einer dritten Ausführungsform darstellt;
9 eine schematische Schnittansicht ist, die ein Aufbringen von Bändern an die innere Fläche eines Protektors darstellt; und
10 eine schematische Schnittansicht ist, die darstellt, wie der Protektor montiert wird.

Ein Tank und ein Herstellungsverfahren des Tanks nach Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. In der vorliegenden Ausführungsform ist ein Tank 1 einer, der an ein elektrisches Brennstoffzellenfahrzeug montiert werden soll und mit einem Hochdruckwasserstoffgas gefüllt werden soll. Allerdings kann der Tank 1 für andere Zwecke eingesetzt werden. Das Gas, das den Tank 1 füllen soll, ist nicht auf Hochdruckwasserstoffgas beschränkt. Der Tank 1 kann mit verschiedenen komprimierten Gasen wie komprimiertem Erdgas (CNG), verschiedenen verflüssigten Gasen wie verflüssigtem Erdgas (LNG) und verflüssigtem Petroleumgas (LPG) und anderen Gasen gefüllt werden.
Erste Ausführungsform
1 ist eine Schnittansicht, die die Struktur eines Tanks nach einer ersten Ausführungsform darstellt. Der Tank 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist ein Hochdruckgasspeicherbehälter in einer im Wesentlichen zylindrischen Form, die an beiden Enden in einer Dom-Form abgerundet ist. Der Tank 1 beinhaltet einen Einsatz 2 mit Gasbarriere-Eigenschaften, eine Verstärkungsschicht 3, die die äußere Fläche des Einsatzes 2 abdeckt und ein Metall-Fitting 4, das an einem Endabschnitt des Tanks 1 angebracht ist.
Der Einsatz 2 ist ein hohler Behälter, der einen Speicherraum 5 zum Speichern von Hochdruckwasserstoff hat. Der Einsatz 2 ist aus einem Harzmaterial mit Gasbarriere-Eigenschaften für Wasserstoffgas gebildet. Der Einsatz 2 besteht aus einem Fassabschnitt 21 in einer zylindrischen Form und einem Paar von Dom-Abschnitten (einem ersten Dom-Abschnitt 22 und einem zweiten Dom-Abschnitt 23), die an beiden Seiten des Fassabschnittes 21 disponiert sind. Der Fassabschnitt 21 erstreckt sich um eine vorgegebene Länge entlang der Richtung einer Achse L des Tanks 1. Der erste Dom-Abschnitt 22 und der zweite Dom-Abschnitt 23 sind so gebildet, dass sie auf beiden Seiten des Fassabschnittes 21 fortlaufend sind. Jeder des ersten Dom-Abschnittes 22 und des zweiten Dom-Abschnittes 23 hat eine halbkugelförmige Form, um in einem Durchmesser kleiner zu werden, während er sich weg von dem Fassabschnitt 21 erstreckt.
Ein Öffnungsabschnitt ist an dem Kopfabschnitt des ersten Dom-Abschnittes 22 und des zweiten Dom-Abschnittes 23 gebildet. Das Metall-Fitting 4, das zuvor beschrieben wurde, ist an den Öffnungsabschnitt montiert. Andererseits ist der zweite Dom-Abschnitt 23 nicht mit einem Öffnungsabschnitt oder mit einem Metall-Fitting 4 versehen.
Der Einsatz 2 ist integral mittels eines Rotationsblasformungsverfahrens gebildet, das einen Harzbestandteil wie beispielsweise Polyäthylene und Nylon verwendet. Alternativ kann der Einsatz 2 mittels Koppeln einer Mehrzahl vom Bestandteilen gebildet sein, die mittels Spritzguss oder Strangpressen anstatt eines integralen Formherstellungsverfahrens wie das Rotationsblasformungsverfahren erhalten werden. Ferner kann der Einsatz 2 aus einem Metallmaterial wie Aluminium anstatt des Harzbestandteiles gebildet sein.
Die Verstärkungsschicht 3 hat eine Funktion des Verbesserns einer mechanischen Festigkeit wie der Steifigkeit und der Druckbeständigkeit des Tanks 1 mittels Verstärken des Einsatzes 2. Die Verstärkungsschicht 3 hat eine Mehrzahl an (drei in der vorliegenden Ausführungsform) Schichten, die aus faserverstärktem Harz gebildet sind. Das faserverstärkte Harz ist beispielsweise mittels Einsetzen eines Faserbündels mittels Binden von Fasern mit einem Durchmesser von ungefähr wenigen Mikrometern und Tränken der Fasern mit einem temperaturaushärtenden Harz gebildet. Beispiele von Fasern beinhalten verstärkte Fasern wie Glasfasern, Carbonfasern, Aramidfasern, Aluminiumfasern, Boronfasern, Stahlfasern, Poly(p-Phenylene-Benzobisozazole) (PBO) Fasern, Naturfasern und Hochfestigkeitspolyethylen Fasern. Carbonfasern werden vorzugsweise als die Fasern verwendet, im Wesentlichen aus dem Gesichtspunkt der Leichtgewichtseigenschaften, der mechanischen Festigkeit usw.. Das temperaturaushärtende Harz kann ein Epoxidharz, ein modifiziertes Epoxidharz in Form eines Vinylesterharzes, ein Phenolharz, ein Melaminharz, ein Harnstoffharz, ein ungesättigtes Polyesterharz, ein Alkydharz, ein Polyurethanharz oder ein temperaturaushärtendes Polyamidharz sein. Das Faserbündel kann mit einem thermoplastischen Harz getränkt sein.
In der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet die Verstärkungsschicht 3 eine Umfangsanordnungsschicht 31, eine Spiralformschicht 32 und eine Radialanordnungsschicht 33a, 33b. Die Umfangsanordnungsschicht 31 bedeckt den Fassabschnitt 21 des Einsatzes 2. Die Umfangsanordnungsschicht 31 beinhaltet ein Faserbündel, das ein Bündel von Fasern ist, die in der Umfangsrichtung des Tanks 1 angeordnet sind. Die Spiralformschicht 32 bedeckt den ersten Dom-Abschnitt 22 und den zweiten Dom-Abschnitt 23 des Einsatzes 2. Die Radialanordnungsschichten 33a, 33b sind an den äußeren Seiten von Abschnitten der Spiralformschicht 32 disponiert, die den ersten Dom-Abschnitt 22 und den zweiten Dom-Abschnitt 23 abdecken.
Die Umfangsanordnungsschicht 31 ist eine faserverstärkte Harzschicht, die an der äußeren Umfangsfläche des Fassabschnittes 21 des Einsatzes 2 gebildet ist. In der Umfangsanordnungsschicht 31 sind Fasern des Faserbündels in der Umfangsrichtung des Fassabschnittes 21 angeordnet (mit anderen Worten in der Umfangsrichtung des Tanks 1). In der vorliegenden Ausführungsform bedeutet der Ausdruck „angeordnet in der Umfangsrichtung“ entlang des Umfangs des Tanks 1 disponiert, sodass Fasern des Faserbündels im Wesentlichen senkrecht zu der Achse L des Tanks 1 sind. Der Ausdruck „im Wesentlichen senkrecht“ bedeutet sowohl einen Winkel von 90° und einen Winkel um 90°, der mittels Verschieben der Windungsposition des Faserbündels so erhalten werden kann, dass das Faserbündel einander nicht überlappt.
Die Umfangsanordnungsschicht 31 kann eine Fassreifschicht sein. Die Fassreifschicht ist mittels Fassreifwindens eines Faserbündels, das mit einem Harz an der äußeren Umfangsfläche des Fassabschnittes 21 getränkt ist, in einem Windungswinkel geformt, der zum Beispiel im Wesentlichen senkrecht zu der Achse des Einsatzes 2 (z. B. die Achse L des Tanks 1) ist. Alternativ kann die Umfangsanordnungsschicht 31 beispielsweise mittels Winden einer Schicht gebildet sein, die aus faserverstärktem Harz an der äußeren Umfangsfläche eines Aufziehdorns in einer kreisförmigen Säulenform gebildet ist. In diesem Fall sind die Fasern eines Faserbündels der Schicht an dem gesamten Umfang des Aufziehdorns in einem Winkel angeordnet, der im Wesentlichen senkrecht zu der axialen Richtung des Aufziehdorns ist.
Die Spiralformschicht 32 ist eine faserverstärkte Harzschicht. Die Spiralformschicht 32 ist über den gesamten Einlass 2 so gebildet, dass er die Umfangsanordnungsschicht 31 und den ersten Dom-Abschnitt 22 und den zweiten Dom-Abschnitt 23 umgibt, die nicht mittels der Umfangsanordnungsschicht 31 abgedeckt sind. Die Spiralformschicht 32 ist mittels Spiralformwinden eines Faserbündels gebildet, das mit einem Harz getränkt ist. Der Windungswinkel des Faserbündels ist mehr als 0° und weniger als 90° bezogen auf die Achse L des Tanks 1. Somit sind in der Spiralformschicht 32 Fasern des Faserbündels nicht in der Umfangsrichtung des Tanks 1 angeordnet und sind in verschiedenen Richtungen angeordnet, die die Umfangsrichtung des Tanks 1 schneiden.
Das Faserverstärkte Harz, das für die Umfangsanordnungsschicht 31 verwendet wird, und das faserverstärkte Harz, das für die Spiralformschicht 32 verwendet ist, kann das gleiche Harz und die gleichen Fasern beinhalten, kann verschiedene Harze und verschiedene Fasern beinhalten, kann die gleichen Harze und verschiedene Fasern beinhalten oder kann verschiedene Harze und die gleichen Fasern beinhalten.
Indes sind die Radialanordnungsschichten 33a, 33b nicht über den gesamten Einsatz 2 geformt. Die Radialanordnungsschichten 33a, 33b sind an der äußeren Seite der Spiralformschicht 32 lediglich an Positionen gebildet, die dem ersten Dom-Abschnitt 22 und dem zweiten Dom-Abschnitt 23 entsprechen. Die Radialanordnungsschicht 33a, die dem ersten Dom-Abschnitt 22 entspricht, wird auch als „erste Radialanordnungsschicht 33a“ bezeichnet. Die Radialanordnungsschicht 33b, die dem zweiten Dom-Abschnitt 23 entspricht, wird auch als „zweite Radialanordnungsschicht 33b“ bezeichnet.
Die Radialanordnungsschicht 33a hat eine Dom-Form an dessen Mittenabschnitt ein Öffnungsabschnitt zum Freilegen des Metall-Fittings 4 vorgesehen ist. Die erste Radialanordnungsschicht 33a beinhaltet einen verlängerte Endabschnitt 331 an der gegenüberliegenden Seite zu dem Öffnungsabschnitt. Der verlängerte Endabschnitt 331 erstreckt sich bis zu einer Position des Koppelns zwischen dem ersten Dom-Abschnitt 22 und dem Fassabschnitt 21. Der verlängerte Endabschnitt 331 erstreckt sich vorzugsweise über die Position des Koppelns zwischen dem ersten Dom-Abschnitt 22 und dem Fassabschnitt 21 hinaus, um ferner einen Teil des Fassabschnittes 21 abzudecken. In der ersten Radialanordnungsschicht 33a sind Fasern des Faserbündels radial entlang der radialen Richtung des ersten Dom-Abschnitts 22 angeordnet, betrachtet in der Richtung der Achse L des Tanks 1.
Die zweite Radialanordnungsschicht 33b hat eine Dom-Form, da ein Metall-Fitting 4 nicht an dem zweiten Dom-Abschnitt 23 montiert ist. Die zweite Radialanordnungsschicht 33b beinhaltet einen verlängerten Endabschnitt 332. Der verlängerte Endabschnitt 332 erstreckt sich bis zu einer Position des Koppelns zwischen dem zweiten Dom-Abschnitt 23 und dem Fassabschnitt 21. Der verlängerte Endabschnitt 332 erstreckt sich vorzugweise über die Position des Koppelns zwischen dem zweiten Dom-Abschnitt 23 und dem Fassabschnitt 21 hinaus, um ferner einen Teil des Fassabschnitts 21 abzudecken. In der zweiten Radialanordnungsschicht 33b sind Fasern des Faserbündels radial entlang der radialen Richtung des zweiten Dom-Abschnitts 23 angeordnet, betrachtet in einer Richtung der Achse L des Tanks 1.
In dem Tank gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist der erste Radialanordnungsabschnitt 33a an der äußeren Seite der Spiralformschicht 32 an einer Position angeordnet, die dem ersten Dom-Abschnitt 22 entspricht. Die zweite Radialanordnungsschicht 33b ist an der äußeren Seite der Spiralformschicht 32 an einer Position angeordnet, die dem zweiten Dom-Abschnitt 23 entspricht. In der ersten Radialanordnungsschicht 33a sind Fasern des Faserbündels radial entlang der radialen Richtung des ersten Dom-Abschnitts 22 angeordnet, betrachtet in der Richtung der Achse L des Tanks 1. In der zweiten Radialanordnungsschicht 33b sind Fasern des Faserbündels radial entlang der radialen Richtung des zweiten Dom-Abschnitts 23 angeordnet, betrachtet in der Richtung der Achse L des Tanks 1. Somit kann in dem Tank 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform der erste Dom-Abschnitt 22 mittels der ersten Radialanordnungsschicht 33a verstärkt werden und der zweite Dom-Abschnitt 23 kann mittels der zweiten Radialanordnungsschicht 33b verstärkt werden. In dem Tank 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist es außerdem nicht nötig, eine Spiralformschicht an dem Fassabschnitt 21 gemeinsam mit dem Bilden einer Spiralformschicht zum Verstärken der Dom-Abschnitte zu bilden. Das heißt, da der erste Dom-Abschnitt 22 mittels Bilden der ersten Radialanordnungsschicht 33a verstärkt werden kann und der zweite Dom-Abschnitt 23 mittels Bilden der zweiten Radialanordnungsschicht 33b verstärkt werden kann, ist es möglich, die Menge an Faserverstärktem Harz zu reduzieren, die verwendet werden soll, verglichen dazu, wenn der erste Dom-Abschnitt 22 und der zweite Dom-Abschnitt 23 beispielsweise lediglich mittels der Spiralformschicht 32 verstärkt werden.
Außerdem beinhaltet die Verstärkungsschicht 3 die Umfangsanordnungsschicht 31, die Spiralformschicht 32, die erste Radialanordnungsschicht 33a und die zweite Radialanordnungsschicht 33b. Die Umfangsanordnungsschicht 31 deckt den Fassabschnitt 21 des Einsatzes 2 ab. Die Spiralformschicht 32 deckt die Umfangsanordnungsschicht 31, den ersten Dom-Abschnitt 22 und den zweiten Dom-Abschnitt 23 ab. Die erste Radialanordnungsschicht 33a ist an der äußeren Seite eines Abschnittes der Spiralformschicht 32 disponiert, die den ersten Dom-Abschnitt 22 abdeckt. Die zweite Radialanordnungsschicht 33b ist an der äußeren Seite eines Abschnittes der Spiralformschicht 32 disponiert, die den zweiten Dom-Abschnitt 23 abdeckt. Auf diese Weise kann der Fassabschnitt 21 verstärkt werden, in dem die Umfangsanordnungsschicht 31 verwendet wird. Außerdem sind die erste Radialanordnungsschicht 33a und die zweite Radialanordnungsschicht 33b an der äußeren Seite der Spiralformschicht 32 disponiert und somit ist es möglich, das Auftreten einer Stufe zwischen der Umfangsanordnungsschicht 31 und der Spiralformschicht 32 zu unterdrücken. Aus dem Vorherigen ist es möglich, die Festigkeit des Tanks 1 weiter zu verbessern.
Ein Verfahren zur Herstellung des Tanks 1 wird mit Bezug auf die 2 bis 6 beschrieben. 2 ist ein Arbeitsablaufdiagramm, das ein Verfahren zur Herstellung des Tanks nach der ersten Ausführungsform darstellt. Das Verfahren zur Herstellung des Tanks beinhaltet einen Einsatzbildungsschritt S 1, einen Umfangsanordnungsschichtbildungsschritt S 2, einen Spiralformschichtbildungsschritt S 3, einen Aushärtschritt S 4 und einen Radialanordnungsschichtbildungsschritt S 5. Der Umfangsanordnungsschichtbildungsschritt S 2, der Spiralformschichtbildungsschritt S 3, der Aushärtschritt S 4 und der Radialanordnungsschichtbildungsschritt S 5 können als eine Ausführungsform des „Verstärkungsschichtbildungsschritts“ gemäß der vorliegenden Ausführungsform betrachtet werden.
In dem Einsatzbildungsschritt S 1, wird ein Einsatz 2 gebildet. Der Einsatz 2 beinhaltet den Fassabschnitt 21 in einer zylindrischen Form und den ersten Dom-Abschnitt 22 und den zweiten Dom-Abschnitt 23, die an beiden Enden des Fassabschnittes 21 in der axialen Richtung vorgesehen sind. Insbesondere in dem Einsatzbildungsschritt S 1 kann ein Einsatz 2, der aus einem Harz hergestellt ist, gebildet sein, indem beispielsweise ein Rotationsblasformungsverfahren verwendet wird. In dem Einsatzbildungsschritt S 1 kann ein Einsatz 2, der aus Aluminium hergestellt ist, mittels Metallverarbeitung, Schweißen usw. gebildet sein, indem ein Aluminiumblech verwendet wird.
In dem Umfangsanordnungsschichtbildungsschritt S 2 wird ein Faserbündel, das mit einem temperaturaushärtenden Harz (z. B. einem Epoxidharz) getränkt ist, fassreifförmig um die äußere Umfangsfläche des Fassabschnittes 21 des Einsatzes 2 gewunden, zum Beispiel um eine Umfangsanordnungsschicht 31 (siehe 3) zu bilden. Alternativ kann eine Schicht, die aus einem faserverstärktem Harz gebildet ist, um die äußere Umfangsfläche eines Aufziehdorns in einer kreisförmigen Säulenform so gewunden werden, dass die Fasern des Faserbündels der Schicht in der Umfangsrichtung des Aufziehdorns angeordnet sind, zum Beispiel, um eine Umfangsanordnungsschicht 31 zu formen. In diesem Fall ist es nötig, den Einsatz 2 in die Umfangsanordnungsschicht 31 einzusetzen, die gebildet worden ist.
In dem Spiralformschichtbildungsschritt S 3 wird zunächst ein Metall-Fitting 4 an dem Einsatz 2 montiert, an dem die Umfangsanordnungsschicht 31 gebildet ist. Anschließend wird ein Faserbündel, das mit einem temperaturaushärtenden Harz getränkt ist, spiralförmig um die Umfangsanordnungsschicht 31, den ersten Dom-Abschnitt 22 und den zweiten Dom-Abschnitt 23 gewunden, um eine Spiralformschicht 32 zu bilden (siehe 4). Die Spiralformschicht 32 bedeckt die Umfangsanordnungsschicht 31, den ersten Dom-Abschnitt 22 und den zweiten Dom-Abschnitt 23.
In dem Aushärtschritt S 4 wird das Harz in der Umfangsanordnungsschicht 31 und der Spiralformschicht 32 ausgehärtet. Zum Beispiel wird der Einsatz 2, an dem die Umfangsanordnungsschicht 31 und die Spiralformschicht 32 gebildet sind, in ein konstantes Temperaturbad gebracht, und bei einer Temperatur von ungefähr 85° C gewärmt, um das temperaturaushärtende Harz auszuhärten, mit dem die Faserbündel der Umfangsanordnungsschicht 31 und der Spiralformschicht 32 getränkt sind.
In dem Radialanordnungsschichtbildungsschritt S 5 wird eine erste Radialanordnungsschicht 33a und eine zweite Radialanordnungsschicht 33b geformt, indem ein Bandplatzierungsverfahren verwendet wird. Insbesondere in dem Radialanordnungsschichtbildungsschritt S 5 wird eine erste Radialanordnungsschicht 33a an der äußeren Seite der Spiralformschicht 32 und an einer Position der Spiralformschicht 32 gebildet, die dem ersten Dom-Abschnitt 22 entspricht. In dem Radialanordnungsschichtbildungsschritt S 5 wird eine zweite Radialanordnungsschicht 33b an der äußeren Seite der Spiralformschicht 32 und an einer Position der Spiralformschicht 32 entsprechend zu dem zweiten Dom-Abschnitt 23 gebildet. In dem Radialanordnungsschichtbildungsschritt S 5, in dem das Bandplatzierungsverfahren verwendet wird, ist die erste Radialanordnungsschicht 33a mittels Thermokompressionsverbinden von Bändern 6, die zum Beispiel aus einem faserverstärkten Harz gebildet sind, an dem ersten Dom-Abschnitt 22 gebildet sind. In dem Thermokompressionsbinden sind Fasern des Faserbündels der Bänder 6 radial entlang der radialen Richtung des ersten Dom-Abschnittes 22 angeordnet, betrachtet in der Richtung des Achse L des Tanks 1. In dem Radialanordnungsschichtbildungsschritt S 5, in dem das Bandplatzierungsverfahren verwendet wird, wird die zweite Radialanordnungsschicht 33b mittels Thermokompressionsbindens von Bändern 6, die zum Beispiel von einem faserverstärkten Harz gebildet sind, an dem zweiten Dom-Abschnitt 23 gebildet. In dem Thermokompressionsverbinden werden Fasern des Faserbündels des Bandes 6 radial entlang der radialen Richtung des zweiten Dom-Abschnittes 23 angeordnet, betrachtet in der Richtung der Achse L des Tanks 1.
Insbesondere, wie in 5 dargestellt, sind die Bänder 6 auf die Fläche der Spiralbandschicht 32 von der Seite des Metall-Fittings 4 zu der Position der Koppelung zwischen dem Fassabschnitt 21 und dem ersten Dom-Abschnitt 22 aufgebracht, unter Verwendung einer Bandplatzierungsvorrichtung 7, während der Einsatz 2, an dem die Umfangsanordnungsschicht 31 und die Spiralformschicht 32 gebildet sind, rotiert wird. Die Bänder 6 sind so gebildet, dass Fasern des Faserbündels in der Längsrichtung der Bänder 6 angeordnet sind. Die Bänder 6 werden an die Fläche der Spiralformschicht 32 thermokompressionsgebunden, mittels eines Kopfes 71 der Bandplatzierungsvorrichtung 7, während sie von dem Kopf 71 ausgegeben (gelöst) werden.
6 zeigt, wie Bänder aufgebracht werden, betrachtet in der Richtung der Achse L des Tanks 1. Um die Bänder 6 an die Fläche der Spiralformschicht 32 aufzubringen, wie in 6 dargestellt, werden Bänder 6 zunächst in einer ersten Schicht an die Fläche der Spiralformschicht 32 radial so aufgebracht, dass die Längsrichtung der Bänder 6 sich von der Seite des Metall-Fittings 4 bis zu der Position der Koppelung zwischen dem Fassabschnitt 21 und dem ersten Dom-Abschnitt 22 erstreckt. Zu diesem Zeitpunkt sind Spalte zwischen den angrenzenden Bändern 6 gebildet, wegen der gebogenen Form des ersten Dom-Abschnitts 22. Anschließend werden Bänder 6 in einer zweiten Schicht auf die Bänder 6 in der ersten Schicht so aufgebracht, dass sie die Spalten füllen. Auf diese Weise ist es möglich, die erste Radialanordnungsschicht 33a zu bilden, in der die Fasern des Faserbündels radial entlang der radialen Richtung des ersten Dom-Abschnittes 22 angeordnet sind, betrachtet in der Richtung der Achse L des Tanks 1.
Anschließend wird eine zweite radiale Anordnungsschicht 33b, in der Fasern des Faserbündels radial entlang der radialen Richtung des zweiten Dom-Abschnittes 23 angeordnet sind, betrachtet in der Richtung der Achse L des Tanks 1, an einer Position der Spiralformschicht 32 gebildet, die dem zweiten Dom-Abschnitt 23 entspricht, mittels des gleichen Verfahrens wie des Verfahrens zum Bilden der ersten Radialanordnungsschicht 33a. Die Reihenfolge, in der die erste Radialanordnungsschicht 33a und die zweite Radialanordnungsschicht 33b gebildet werden, ist nicht beschränkt auf die zuvor beschriebene und die erste Radialanordnungsschicht 33a kann gebildet werden, nachdem die zweite Radialanordnungsschicht 33b gebildet ist.
Das Verfahren zum Herstellen des Tanks 1 nach der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet einen Radialanordnungsschichtbildungsschritt S 5, in dem die erste Radialanordnungsschicht 33a an der äußeren Seite der Spiralformschicht 32 gebildet wird, an einer Position, die dem ersten Dom-Abschnitt 22 entspricht, und die zweite Radialanordnungsschicht 33b wird an einer Position, die dem zweiten Dom-Abschnitt 23 entspricht, gebildet. Die erste Radialanordnungsschicht 33a und die zweite Radialanordnungsschicht 33b werden gebildet, indem der Radialanordnungsschichtbildungsschritt S 5 verwendet wird. Folglich kann der erste Dom-Abschnitt 22 und der zweite Dom-Abschnitt 23 verstärkt werden und es ist nicht nötig, die Spiralformschicht 32 an den Fassabschnitt 21 gemeinsam mit dem Bilden der Spiralformschicht 32 zum Verstärken der Dom-Abschnitte zu bilden. Das heißt, da die erste Radialanordnungsschicht 33a in dem Radialanordnungsschichtbildungsschritt S 5 gebildet werden kann, um den ersten Dom-Abschnitt 22 zu verstärken, und die zweite Radialanordnungsschicht 33b in dem Radialanordnungsschichtbildungsschritt S 5 gebildet werden kann, um den zweiten Dom-Abschnitt 23 zur verstärken, ist es möglich, die Menge an faserverstärktem Harz zu reduzieren, die verwendet werden soll, verglichen dazu, wenn die Dom-Abschnitte lediglich beispielsweise mittels der Spiralformschicht verstärkt werden.
In dem Radialanordnungsschichtbildungsschritt S 5, in dem das Bandplatzierungsverfahren verwendet wird, können die erste Radialanordnungsschicht 33a und die zweite Radialanordnungsschicht 33b leicht gebildet werden, verglichen mit dem FW-Verfahren. Ferner werden die erste Radialanordnungsschicht 33a und die zweite Radialanordnungsschicht 33b mittels Thermokompressionsbinden der Bänder 6 gebildet, die aus einem Faserverstärktem Harz gebildet sind. Daher kann das temperaturaushärtende Harz, mit dem das Faserbündel der Bänder 6 getränkt ist, zur gleichen Zeit ausgehärtet werden, wie die Bänder 6 aufgebracht werden. Infolgedessen kann die erste Radialanordnungsschicht 33a und die zweite Radialanordnungsschicht 33b wirksam gebildet werden. In der vorliegenden Ausführungsform werden die Bänder 6 mittels Thermokompressionsbinden in dem Radialanordnungsschichtbildungsschritt S 5 aufgebracht. In dem Radialanordnungsschichtbildungsschritt S 5 kann das temperaturaushärtende Harz, mit dem das Faserbündel der Bänder 6 getränkt ist, thermisch ausgehärtet werden, nachdem die Bänder 6 aufgebracht sind, anstatt dem Thermokompressionsbinden ausgesetzt zu werden.
Zweite Ausführungsform
Ein Tank 1A entsprechend zu einer zweiten Ausführungsform wird nachfolgend mit Bezug auf 7 beschrieben. Der Tank 1A nach der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, dass die Radialanordnungsschichten 33a, 33b an der inneren Seite der Spiralformschicht 32 gebildet werden (auf der Seite näher zu dem Einsatz 2). Dieser Unterschied wird hauptsächlich beschrieben.
Insbesondere, wie in 7 dargestellt, ist die erste Radialanordnungsschicht 33a an der äußeren Umfangsfläche des ersten Dom-Abschnitts 22 des Einsatzes 2 so gebildet, dass sie den ersten Dom-Abschnitt 22 abdeckt. Die erste Radialanordnungsschicht 33a hat eine Dom-Form, an dessen Mittelabschnitt ein Öffnungsabschnitt zum Freilegen eines Metall-Fittings 4 vorgesehen ist. Die erste Radialanordnungsschicht 33a beinhaltet einen verlängerten Endabschnitt 331 auf der gegenüber liegenden Seite zu dem Öffnungsabschnitt. Der verlängerte Endabschnitt 331 erstreckt sich zu einer Position des Koppelns zwischen dem ersten Dom-Abschnitt 22 und dem Fassabschnitt 21. In einem bevorzugten Beispiel erstreckt sich der verlängerte Endabschnitt 331 über die Position des Koppelns zwischen den ersten Dom-Abschnitt 22 und dem Fassabschnitt 21 hinaus, um einen Teil der Umfangsanordnungsschicht 31 abzudecken.
Indes wird die zweite Radialanordnungsschicht 33b an der äußeren Umfangsfläche des zweiten Dom-Abschnitts 23 so gebildet, dass sie den zweiten Dom-Abschnitt 23 abdeckt. Die zweite Radialanordnungsschicht 33b hat eine Dom-Form. Die zweite Radialanordnungsschicht 33b beinhaltet einen verlängerten Endabschnitt 332. Der verlängerte Endabschnitt 332 erstreckt sich bis zu einer Position des Koppelns zwischen dem zweiten Dom-Abschnitt 23 und dem Fassabschnitt 21. In einem bevorzugten Beispiel erstreckt sich der verlängerte Endabschnitt 332 über die Position des Koppelns zwischen dem zweiten Dom-Abschnitt 23 und dem Fassabschnitt 21 hinaus, um einen Teil der Umfangsanordnungsschicht 31 abzudecken.
Die Spiralformschicht 32 ist an der äußersten Seite des Tanks 1 A disponiert und gebildet, um die Umfangsanordnungsschicht 31, die erste Radialanordnungsschicht 33a und die zweite Radialanordnungsschicht 33b abzudecken.
Mit dem Tank 1 A nach der zweiten Ausführungsform kann der gleiche Effekt und die gleiche Funktion wie die der ersten Ausführungsform, die zuvor erörtert wurden, erhalten werden. In dem Tank 1 A nach der zweiten Ausführungsform sind die erste Radialanordnungsschicht 33a und die zweite Radialanordnungsschicht 33b an der inneren Seite der Spiralformschicht 32 disponiert. Daher kann eine Verbesserungswirkung des Anhaftens zwischen der ersten Radialanordnungsschicht 33a und dem ersten Dom-Abschnitt 22 und eine Verbesserungswirkung des Anhaftens zwischen der zweiten Radialanordnungsschicht 33b und dem zweiten Dom-Abschnitt 23 weiter erwartet werden.
Um den so gestalteten Tank 1 A herzustellen, wird eine Umfangsanordnungsschicht 31 gebildet, um den Fassabschnitt 21 des Einsatzes 2 abzudecken. Anschließend werden eine erste Radialanordnungsschicht 33a, um den ersten Dom-Abschnitt 22 abzudecken, und eine zweite Radialanordnungsschicht 33b, um den zweiten Dom-Abschnitt 23 abzudecken, mittels des Bandplatzierverfahrens gebildet. Anschließend werden die Spiralformschicht 32, um die Umfangsanordnungsschicht 31, die erste Radialanordnungsschicht 33a und die zweite Radialanordnungsschicht 33b abzudecken, gebildet. In diesem Fall sind die erste Radialanordnungsschicht 33a und die zweite Radialanordnungsschicht 33b mittels Wärmekompressionsbinden von Bändern 6 zu den jeweils äußeren Umfangsflächen des ersten Dom-Abschnittes 22 und des zweiten Dom-Abschnittes 23 gebildet. Daher ist der Einsatz 2 vorzugsweise aus Metall (zum Beispiel Aluminium) hergestellt, im Hinblick auf ein zuverlässiges Erreichen des Wärmekompressionsbindens der Bänder 6.
Dritte Ausführungsform
Ein Tank 1 B nach einer dritten Ausführungsform wird nachfolgend mit Bezug auf 8 beschrieben. Der Tank 1 B nach der dritten Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform darin, dass er ferner Protektoren 8a, 8b beinhaltet, die auf der äußeren Seite der Radialanordnungsschichten 33a, 33b disponiert sind. Die Unterschiede werden hauptsächlich beschrieben.
Insbesondere, wie in 8 dargestellt, sind die Protektoren 8a, 8b an beiden Endabschnitten des Tanks 1 B in der Richtung der Achse L disponiert. Der Protektor 8a ist an der äußeren Seite der ersten Radialanordnungsschicht 33a disponiert. Der Protektor 8b ist an der äußeren Seite der zweiten Radialanordnungsschicht 33b disponiert.
Die Protektoren 8a, 8b sind Protektorbestandteile und schützen den Tank 1 B vor einer Einwirkung von der Außenseite und schützen den Tank 1 B vor einer Belastung aufgrund des inneren Druckes des Tanks 1 B. Der Protektor 8a ist an der ersten Radialanordnungsschicht 33a fixiert. Der Protektor 8b ist an der zweiten Radialanordnungsschicht 33b fixiert. Der Protektor 8a hat einen Öffnungsabschnitt 81, der es ermöglicht, dass das Metall-Fitting 4 dort hindurch eingesetzt wird. Die Protektoren 8a, 8b sind aus einem Harzmaterial beispielsweise mit Einwirkungsbeständigkeitseigenschaften gebildet.
Mit dem Tank 1 B nach der dritten Ausführungsform können der gleiche Effekt und die gleiche Funktion wie die bei der ersten Ausführungsform, die zuvor erörtert wurden, erhalten werden und die Einwirkungsbeständigkeitseigenschaften des Tanks 1 B können verbessert werden, indem ferner die Protektoren 8a, 8b vorgesehen sind.
Wie mit dem Verfahren zur Herstellung des Tanks 1 nach der ersten Ausführungsform beinhaltet das Verfahren zur Herstellung des Tanks 1 B einen Einsatzbildungsschritt S 1, einen Umfangsanordnungsschichtbildungsschritt S 2, einen Spiralformschichtbildungsschritt S 3, einen Aushärtschritt S 4 und einen Radialanordnungsschichtbildungsschritt S 5. Der Radialanordnungsschichtbildungsschritt S 5 des Verfahrens zur Herstellung des Tanks 1 B unterscheidet sich von dem Verfahren zur Herstellung des Tanks 1 nach der ersten Ausführungsform. Der Unterschied wird hauptsächlich nachfolgend beschrieben.
Insbesondere in dem Radialanordnungsschichtbildungsschritt S 5 des Verfahrens zur Herstellung des Tanks 1 werden zunächst Bänder 6 an die innere Fläche eines Protektors 8a, der im Vorhinein mittels Harzformen gebildet ist, aufgebracht (siehe 9). Die Bänder 6 werden mittels des Bandplatzierungsverfahrens aufgebracht. Fasern des Faserbündels des Bandes 6, das an die innere Fläche des Protektors 8a aufgebracht wird, sind radial entlang der radialen Richtung des ersten Dom-Abschnittes 22 angeordnet, betrachtet in der Richtung der Achse L des Tanks 1 B, der hergestellt werden soll. Anschließend wird der Protektor 8a, an dem die Bänder 6 aufgebracht sind, an die äußere Seite des Einsatzes 2 montiert (siehe 10). Genauer gesagt wird der Protektor 8a, an dem die Bänder 6 aufgebracht sind, an die Spiralformschicht 32 montiert, an einer Position, die dem ersten Dom-Abschnitt 22 entspricht. Nachfolgend werden der Protektor 8a und die Bänder 6 erwärmt, um das temperaturaushärtende Harz auszuhärten, mit dem das Faserbündel der Bänder 6 getränkt ist.
Das temperaturaushärtende Harz (z. B. Epoxyd) in den Bändern 6 wird ausgehärtet, um zwischen die Bänder 6 und die Spiralformschicht 32 einzuziehen. Folglich kann der Protektor 8a an die Spiralformschicht 32 gebunden werden. Infolgedessen kann die erste Radialanordnungsschicht 33a gebildet werden und der Protektor 8a kann an den Einsatz 2 fixiert werden, an dem die Umfangsanordnungsschicht 31 und die Spiralformschicht 32 gebildet sind.
Anschließend kann ein Protektor 8b an der Spiralformschicht 32 mittels des gleichen Verfahrens befestigt werden, wie des Verfahrens zum Fixieren des Protektors 8a an der Spiralformschicht 32. Bänder 6 werden an die innere Fläche des Protektors 8b aufgebracht. Der Protektor 8b, an dem die Bänder 6 aufgebracht sind, wird an die Spiralformschicht 32 montiert, an einer Position, die dem zweiten Dom-Abschnitt 23 entspricht. Das temperaturaushärtende Harz, mit dem das Faserbündel der Bänder 6 getränkt ist, wird ausgehärtet. Infolgedessen wird eine zweite Radialanordnungsschicht 33b gebildet. Außerdem wird der Protektor 8b gebunden und fixiert an den Einsatz 2, an dem die Umfangsanordnungsschicht 31 und die Spiralformschicht 32 gebildet sind.
In dem Radialanordnungsschichtbildungsschritt S 5, zur Herstellung des Tanks 1 B nach der dritten Ausführungsform werden die Bänder 6, die aus einem faserverstärkten Harz gebildet sind, an die innere Fläche der Protektoren 8a, 8b aufgebracht, die im Vorhinein mittels Harzformen gebildet sind. Fasern des Faserbündels der Bänder 6 sind radial entlang der radialen Richtung des ersten Dom-Abschnittes 22 oder des zweiten Dom-Abschnittes 23 angeordnet, betrachtet in der Richtung der Achse L des Tanks 1 B, der hergestellt werden soll. Nachdem die Protektoren 8a, 8b, an die die Bänder 6 aufgebracht worden sind, an die äußere Seite des Einsatzes 2 montiert worden ist, wird das temperaturaushärtende Harz, mit dem das Faserbündel getränkt ist, erhitzt, um ausgehärtet zu werden. Auf diese Weise ist es möglich, die Protektoren 8a, 8b an den Einsatz 2 zu der gleichen Zeit zu fixieren, zu der die erste Radialanordnungsschicht 33a und die zweite Radialanordnungsschicht 33b gebildet werden. Daher ist es möglich, die Anzahl an Mannstunden zur Herstellung zu reduzieren, verglichen damit, wenn die Bildung der Radialanordnungsschichten 33a und 33b und die Fixierung der Protektoren 8a, 8b getrennt voneinander durchgeführt werden. Das Anhaften zwischen den Protektoren 8a, 8b und dem Einsatz 2 kann sichergestellt werden, verglichen damit, wenn das Bilden der Radialanordnungsschichten 33a und 33b und das Fixieren der Protektoren 8a, 8b getrennt durchgeführt werden.
Während die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zuvor genau diskutiert wurden, ist die vorliegende Offenbarung nicht auf die zuvor diskutieren Ausführungsformen beschränkt und eine Vielzahl an Gestaltungsänderungen kann durchgeführt werden, ohne von dem Gültigkeitsbereich der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2020169656 [0002]
JP 2020169656 A [0002, 0003]

Claims

Ein Tank (1; 1 A; 1 B) mit: einem Einsatz (2), der einen Fassabschnitt (21) beinhaltet, der eine zylindrische Form hat, und ein Paar an Dom-Abschnitten (22, 23) beinhaltet, die an beiden Enden des Fassabschnittes (21) in einer axialen Richtung vorgesehen sind; und einer Verstärkungsschicht (3), die den Einsatz (2) abdeckt und ein faserverstärktes Harz beinhaltet, das mittels Tränken eines Faserbündels mit einem Harz gebildet ist, wobei ein Abschnitt der Verstärkungsschicht (3), der die Dom-Abschnitte (22, 23) abdeckt, eine Radialanordnungsschicht (33a, 33b) beinhaltet, in der Fasern des Faserbündels radial entlang einer radialen Richtung der Dom-Abschnitte (22, 23) angeordnet sind, betrachtet in einer Richtung der Achse (L) des Tanks (1).
Ein Tank (1; 1 B) nach Anspruch 1, wobei: die Verstärkungsschicht (3) beinhaltet eine Umfangsanordnungsschicht (31), die den Fassabschnitt (21) abdeckt und in der Fasern des Faserbündels in einer Umfangsrichtung des Tanks (1) angeordnet sind, und eine Spiralformschicht (32), die die Umfangsanordnungsschicht (31) und die Dom-Abschnitte (22, 23) abdeckt; und die Radialanordnungsschicht (33a, 33b) an einer äußeren Seite eines Abschnitts der Spiralformschicht (32) disponiert ist, die die Dom-Abschnitte (22, 23) abdeckt.
Tank (1 A) nach Anspruch 1, wobei: die Radialanordnungsschicht (33a, 33b) die Dom-Abschnitte (22, 23) abdeckt; und die Verstärkungsschicht (3) beinhaltet eine Umfangsanordnungsschicht (31), die den Fassabschnitt (21) abdeckt und in der Fasern des Faserbündels in einer Umfangsrichtung des Tanks (1) angeordnet sind, und eine Spiralformschicht (32), die die Umfangsanordnungsschicht (31) und die Radialanordnungsschicht (33a, 33b) abdeckt.
Tank (1 B) nach Anspruch 2, wobei ein Protektor (8a, 8b) an einer äußeren Seite der Radialanordnungsschicht (33a, 33b) disponiert ist.
Verfahren zur Herstellung eines Tanks (1; 1 A; 1 B), mit: Bilden eines Einsatzes (2), der einen Fassabschnitt (21) beinhaltet, der eine zylindrische Form hat, und ein Paar Dom-Abschnitte (22, 23) beinhaltet, die an beiden Enden des Fassabschnittes (21) in einer axialen Richtung vorgesehen sind; und Bilden einer Verstärkungsschicht (3), die den Einsatz (2) abdeckt unter Verwendung eines faserverstärkten Harzes, das mittels Tränken eines Faserbündels mit einem Harz gebildet wird, wobei das Bilden der Verstärkungsschicht (3) ein Bilden einer radialen Anordnungsschicht (33a, 33b) an einer äußeren Seite der Dom-Abschnitte (22, 23) beinhaltet, wobei in der Anordnungsschicht (33a, 33b) Fasern des Faserbündels radial entlang einer radialen Richtung der Dom-Abschnitte (22, 23) angeordnet sind, betrachtet in einer axialen Richtung des Tanks (1).
Verfahren zur Herstellung eines Tanks (1; 1 A; 1 B) nach Anspruch 5, wobei die Radialanordnungsschicht (33a, 33b) mittels eines Bandplatzierungsverfahrens gebildet ist.
Verfahren zur Herstellung eines Tanks (1; 1 A; 1 B) nach Anspruch 6, wobei die Radialanordnungsschicht (33a, 33b) mittels eines Thermokompressionsbindens von Bändern (6) gebildet wird, die aus dem faserverstärkten Harz gebildet sind.
Verfahren zur Herstellung eines Tanks (1; 1 A; 1 B) nach Anspruch 5 oder 6, wobei: der Tank (1) einen Protektor (8a, 8b) beinhaltet, der an einer äußeren Seite der Radialanordnungsschicht (33a, 33b) disponiert ist; und das Bilden der Radialanordnungsschicht (33a, 33b) beinhaltet Aufbringen von Bändern (6), die aus dem Faserverstärkten Harz gebildet sind, an eine innere Fläche des Protektors (8a, 8b), der im Vorhinein angefertigt ist, sodass Fasern des Faserbündels radial entlang einer radialen Richtung der Dom-Abschnitte (22, 23) angeordnet sind, betrachtet in einer Richtung einer Achse (L) des Tanks (1), der hergestellt werden soll, Montieren des Protektors (8a, 8b), an den die Bänder (6) aufgebracht worden sind, an eine äußere Seite des Einsatzes (2), und Aushärten des Harzes, mit dem das Faserbündel getränkt ist.
Verfahren zur Herstellung eines Tanks (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei: das Bilden der Verstärkungsschicht (3) beinhaltet Bilden einer Umfangsanordnungsschicht (31), die den Fassabschnitt (21) abdeckt und in dem Fasern des Faserbündels in einer Umfangsrichtung des Tanks (1) angeordnet sind, und Bilden einer Spiralformschicht (32), die die Umfangsanordnungsschicht (31) und die Dom-Abschnitte (22, 23) abdeckt; und das Bilden der Radialanordnungsschicht (33a, 33b) ein Bilden der Radialanordnungsschicht (33a, 33b) an einer äußeren Seite der Spiralformschicht (32) an Positionen beinhaltet, um die Dom-Abschnitte (22, 23) abzudecken.
Verfahren zur Herstellung eines Tanks (1 A) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei das Bilden der Verstärkungsschicht (3) beinhaltet Bilden einer Umfangsanordnungsschicht (31), und Bilden einer Spiralformschicht (32); das Bilden der Umfangsanordnungsschicht (31) ein Bilden der Umfangsanordnungsschicht (31) beinhaltet, die den Fassabschnitt (21) abdeckt und in der Fasern des Faserbündels in einer Umfangsrichtung des Tanks (1 A) angeordnet sind; das Bilden der Radialanordnungsschicht (33a, 33b) ein Bilden der Radialanordnungsschicht (33a, 33b) beinhaltet, die die Dom-Abschnitte (22, 23) abdeckt; und das Bilden der Spiralformschicht (32) ein Bilden der Spiralformschicht (32) beinhaltet, die die Umfangsanordnungsschicht (31) und die Radialanordnungsschicht (33a, 33b) abdeckt.