DE-102020135050-B4 - Herstellungsverfahren für einen Hochdrucktank

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Abstract

Herstellungsverfahren für einen Hochdrucktank, bei dem eine Verstärkungsschicht (30) aus faserverstärktem Harz auf einer Außenfläche einer Auskleidung (2) gebildet wird, die einen Körper (21) mit einer zylindrischen Form und Endabschnitte (22, 23) mit einer kuppelförmigen Form aufweist, die an den jeweiligen Enden des Körpers (21) gebildet sind, wobei das Verfahren aufweist: Vorbereiten der Auskleidung (2) und eines zylindrischen Elements (31) sowie zweier Kuppelelemente (32, 33), die die Verstärkungsschicht (30) bilden; Schrumpfen der Auskleidung (2) durch Abkühlen der Auskleidung (2); Einsetzen der Auskleidung (2) in das zylindrische Element (31), um den Körper (21) der Auskleidung (2) in einem geschrumpften Zustand durch das zylindrische Element (31) abzudecken; Ausdehnen der Auskleidung (2) in dem geschrumpften Zustand, um das zylindrische Element (31) an dem Körper (21) anzubringen, durch Erhöhen der Temperatur der in das zylindrische Element (31) eingesetzten Auskleidung (2) auf eine Temperatur vor dem Abkühlen der Auskleidung (2); und Verbinden von Umfangskantenabschnitten (32a, 33a) der Kuppelelemente (32, 33) mit Umfangskantenabschnitten (31a) des zylindrischen Elements (31), das an dem Körper (21) angebracht ist, um die Endabschnitte (22, 23) der Auskleidung (2) durch die Kuppelelemente (32, 33) abzudecken und die Verstärkungsschicht (30) zu bilden, wobei das zylindrische Element (31) zylindrisch ist; beim Vorbereiten der Auskleidung (2) und des zylindrischen Elements (31) sowie der beiden Kuppelelemente (32, 33) die Auskleidung (2) und das zylindrische Element (31) so vorbereitet werden, dass sie eine Maßbeziehung erfüllen, bei der ein Außendurchmesser des Körpers (21) der Auskleidung (2) größer ist als ein Innendurchmesser des zylindrischen Elements (31), wobei beim Vorbereiten der beiden Kuppelelemente (32, 33) ein Faserbündel (F1) zunächst auf eine Spindel (100) gewickelt wird, so dass es eine Außenfläche der Spindel (100) bedeckt, und dann mit einem Schneidwerkzeug (110) in zwei Teile geteilt und von der Spindel (100) gelöst wird, um die beiden Kuppelelemente (32, 33) auszubilden, wobei die Spindel (100) eine Haupteinheit (101) und einen Wellenabschnitt (102) hat, der mit der Haupteinheit (101) verbunden ist, wobei ein Stutzen (4) im Voraus an einem Verbindungsabschnitt zwischen der Haupteinheit (101) und dem Wellenabschnitt (102) der Spindel (100) angebracht wird und ein Teil des Stutzens (4) mit dem Faserbündel (F1) zusammen mit der Außenfläche der Spindel (100) umwickelt wird; beim Schrumpfen der Auskleidung (2) die Auskleidung (2) auf eine Temperatur abgekühlt wird, bei der der Außendurchmesser des Körpers (21) der Auskleidung (2) kleiner ist als der Innendurchmesser des zylindrischen Elements (31); und beim Abringen des zylindrischen Elements (31) an dem Körper (21) die Temperatur der Auskleidung (2) auf die Temperatur vor dem Abkühlen der Auskleidung (2) erhöht wird, bei der die Maßbeziehung erfüllt ist.

Inventors

Masayoshi Takami

Assignees

TOYOTA JIDOSHA KABUSHIKI KAISHA

Dates

Publication Date: 20260507
Application Date: 20201229
Priority Date: 20200131

Claims (3)

Herstellungsverfahren für einen Hochdrucktank, bei dem eine Verstärkungsschicht (30) aus faserverstärktem Harz auf einer Außenfläche einer Auskleidung (2) gebildet wird, die einen Körper (21) mit einer zylindrischen Form und Endabschnitte (22, 23) mit einer kuppelförmigen Form aufweist, die an den jeweiligen Enden des Körpers (21) gebildet sind, wobei das Verfahren aufweist: Vorbereiten der Auskleidung (2) und eines zylindrischen Elements (31) sowie zweier Kuppelelemente (32, 33), die die Verstärkungsschicht (30) bilden; Schrumpfen der Auskleidung (2) durch Abkühlen der Auskleidung (2); Einsetzen der Auskleidung (2) in das zylindrische Element (31), um den Körper (21) der Auskleidung (2) in einem geschrumpften Zustand durch das zylindrische Element (31) abzudecken; Ausdehnen der Auskleidung (2) in dem geschrumpften Zustand, um das zylindrische Element (31) an dem Körper (21) anzubringen, durch Erhöhen der Temperatur der in das zylindrische Element (31) eingesetzten Auskleidung (2) auf eine Temperatur vor dem Abkühlen der Auskleidung (2); und Verbinden von Umfangskantenabschnitten (32a, 33a) der Kuppelelemente (32, 33) mit Umfangskantenabschnitten (31a) des zylindrischen Elements (31), das an dem Körper (21) angebracht ist, um die Endabschnitte (22, 23) der Auskleidung (2) durch die Kuppelelemente (32, 33) abzudecken und die Verstärkungsschicht (30) zu bilden, wobei das zylindrische Element (31) zylindrisch ist; beim Vorbereiten der Auskleidung (2) und des zylindrischen Elements (31) sowie der beiden Kuppelelemente (32, 33) die Auskleidung (2) und das zylindrische Element (31) so vorbereitet werden, dass sie eine Maßbeziehung erfüllen, bei der ein Außendurchmesser des Körpers (21) der Auskleidung (2) größer ist als ein Innendurchmesser des zylindrischen Elements (31), wobei beim Vorbereiten der beiden Kuppelelemente (32, 33) ein Faserbündel (F1) zunächst auf eine Spindel (100) gewickelt wird, so dass es eine Außenfläche der Spindel (100) bedeckt, und dann mit einem Schneidwerkzeug (110) in zwei Teile geteilt und von der Spindel (100) gelöst wird, um die beiden Kuppelelemente (32, 33) auszubilden, wobei die Spindel (100) eine Haupteinheit (101) und einen Wellenabschnitt (102) hat, der mit der Haupteinheit (101) verbunden ist, wobei ein Stutzen (4) im Voraus an einem Verbindungsabschnitt zwischen der Haupteinheit (101) und dem Wellenabschnitt (102) der Spindel (100) angebracht wird und ein Teil des Stutzens (4) mit dem Faserbündel (F1) zusammen mit der Außenfläche der Spindel (100) umwickelt wird; beim Schrumpfen der Auskleidung (2) die Auskleidung (2) auf eine Temperatur abgekühlt wird, bei der der Außendurchmesser des Körpers (21) der Auskleidung (2) kleiner ist als der Innendurchmesser des zylindrischen Elements (31); und beim Abringen des zylindrischen Elements (31) an dem Körper (21) die Temperatur der Auskleidung (2) auf die Temperatur vor dem Abkühlen der Auskleidung (2) erhöht wird, bei der die Maßbeziehung erfüllt ist.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 1 , wobei beim Vorbereiten der Auskleidung (2) und des zylindrischen Elements (31) sowie der beiden Kuppelelemente (32, 33) der Außendurchmesser des Körpers (21) und der Innendurchmesser des zylindrischen Elements (31) so eingestellt werden, dass ein Druck des zylindrischen Elements (31), das gegen den Körper (21) der Auskleidung (2) drückt, nach Abschluss der Erhöhung der Temperatur der Auskleidung (2) kleiner ist als eine Fließspannung eines Materials der Auskleidung (2).
Herstellungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2 , wobei die Auskleidung (2) aus thermoplastischem Harz hergestellt ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Hochdrucktanks. 2. Beschreibung des Standes der Technik Erdgasfahrzeuge, Brennstoffzellenfahrzeuge usw. verwenden beispielsweise Hochdrucktanks zum Speichern von Brenngas. Diese Art von Hochdrucktanks hat eine Auskleidung zur luftdichten Aufbewahrung des Brenngases, die mit einer Verstärkungsschicht aus faserverstärktem Harz überzogen ist. Die japanische Patentanmeldung JP 2017 - 141 947 A schlägt beispielsweise ein Herstellungsverfahren für einen solchen Hochdrucktank vor. Bei diesem Herstellungsverfahren werden zunächst mehreren Runden einer faserverstärkten Harzfolie durch ein Folienwickelverfahren auf einen Körper der Auskleidung gewickelt, wodurch ein zylindrischer Abschnitt auf dem Körper der Auskleidung gebildet wird. Als nächstes werden mit Harz imprägnierte Faserbündel durch ein Filamentwickelverfahren auf den zylindrischen Abschnitt und kuppelförmige Endabschnitte der Auskleidung gewickelt, wodurch ein Verstärkungsabschnitt auf der Außenfläche der Auskleidung gebildet wird, der einstückig mit dem zylindrischen Abschnitt ist. Ein weiteres Herstellungsverfahren für einen Tank mit einer Auskleidung ist Gegenstand der DE 10 2016 105 856 A1. Das Herstellungsverfahren weist auf: einen Schritt zum Wickeln von bogen- bzw. bahnförmigen Fasern, die mit einem Harz imprägniert sind, auf eine Spindel, die eine höhere Festigkeit hat, als die Festigkeit der Auskleidung, und Erwärmen und Härten der gewickelten bahnförmigen Fasern, um eine Bahnschicht zu bilden; einen Schritt zum Herausziehen der Spindel aus der Bahnschicht; und Einsetzen der Auskleidung in die Bahnschicht nach diesem Schritt. Weitere Verfahren zur Herstellung von Hochdrucktanks sind Gegenstand der JP 2019 - 148 325 A, der EP 3 842 684 A1 sowie der EP 3 851 270 A1. KURZFASSUNG DER ERFINDUNG Bei dem in der JP 2017 - 141 947 A beschriebenen Herstellungsverfahren wird der zylindrische Abschnitt durch Wickeln mehrerer Runden einer einzelnen faserverstärkten Harzfolie auf den Körper der Auskleidung gebildet, aber beim direkten Wickeln der faserverstärkten Harzfolie auf die Auskleidung kann eine Überspannung in der faserverstärkten Harzfolie auftreten. Diese Überspannung kann zu einer unerwarteten Verformung der Auskleidung führen. Die Erfindung hat zur Aufgabe, ein Herstellungsverfahren für einen Hochdrucktank anzugeben, bei dem eine faserverstärkte Harzfolie oder dergleichen nicht auf den Körper der Auskleidung gewickelt wird, wenn eine Verstärkungsschicht auf der Außenfläche der Auskleidung gebildet wird, wodurch eine unerwartete Verformung der Auskleidung aufgrund einer Überspannung zum Zeitpunkt des Wickelns vermieden werden kann. Diese Aufgabe wird gelöst mit dem Herstellungsverfahren für einen Hochdrucktank nach Anspruch 1, vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Ein Herstellungsverfahren gemäß einem Aspekt der Erfindung ist ein Herstellungsverfahren für einen Hochdrucktank, bei dem eine Verstärkungsschicht aus faserverstärktem Harz auf einer Außenfläche einer Auskleidung gebildet wird, die einen Körper mit einer zylindrischen Form und Endabschnitte mit einer kuppelförmigen Form aufweist, die an den jeweiligen Enden des Körpers gebildet sind. Das Verfahren umfasst zumindest: Vorbereiten der Auskleidung und eines zylindrischen Elements sowie zweier Kuppelelemente, die die Verstärkungsschicht bilden, Schrumpfen der Auskleidung durch Abkühlen der Auskleidung, Einsetzen der Auskleidung in das zylindrische Element, um den Körper der Auskleidung in einem geschrumpften Zustand durch das zylindrische Element abzudecken, Ausdehnen der Auskleidung in dem geschrumpften Zustand, um das zylindrische Element an dem Körper anzubringen, durch Erhöhen der Temperatur der in das zylindrische Element eingesetzten Auskleidung auf eine Temperatur vor dem Abkühlen der Auskleidung, und Verbinden von Umfangskantenabschnitten der Kuppelelemente mit Umfangskantenabschnitten des zylindrischen Elements, das an dem Körper angebracht ist, um die Endabschnitte der Auskleidung durch die Kuppelelemente abzudecken und die Verstärkungsschicht zu bilden. Erfindungsgemäß werden das zylindrische Element, das den Körper der Auskleidung abdeckt, und die beiden Kuppelelemente, die die Endabschnitte der Auskleidung abdecken, im Voraus vorbereitet, und eine Verstärkungsschicht wird aus dem zylindrischen Element und den beiden Kuppelelementen gebildet. Beim Ausbilden der Verstärkungsschicht wird die Auskleidung durch Abkühlen geschrumpft. Dieses Schrumpfen der Auskleidung erfolgt auch in radialer Richtung des Körpers, so dass die Auskleidung leicht in das zylindrische Element eingesetzt werden kann. Danach wird die Temperatur der Auskleidung auf die Temperatur vor dem Abkühlen erhöht, wodurch sich die Auskleidung ausdehnt. Das Ausdehnen der Auskleidung erfolgt auch in radialer Richtung der Auskleidung, so dass das zylindrische Element in den Körper der Auskle