JP5882482B2 - 複合的な圧力容器を製造する方法及び複合的な圧力容器 - Google Patents

Description

本発明は、サーモプラスチック材料から形成された内部容器を有する複合的な圧力容器であって、ネック領域に設けられた少なくとも１つの端部片を有し、内部容器を強化しかつ繊維材料から形成されたラッピングを有する複合的な圧力容器を製造する方法に関し、この方法は、押出ブロー成形による内側容器の製造を含む。

本発明は、サーモプラスチック材料から形成された内部容器を有する複合的な圧力容器であって、少なくとも１つのネック領域と、容器のネック領域においてセンタリングされた少なくとも１つの端部片とを有し、内部容器を強化する繊維ラッピングを有する、複合的な圧力容器に関する。

プラスチック材料から形成されたライナを有する、圧力下の気体媒体を貯蔵するための複合的な圧力容器は、例えば独国特許第１９６３１５４６号明細書から公知である。独国特許第１９６３１５４６号明細書による複合的な圧力容器は、プラスチック材料から形成されたライナと、ネック領域に配置された２つのネック片と、ライナを強化し、繊維複合材料から形成されたラッピングとを有し、少なくとも１つのネック片は、ねじ込みバルブを収容するように設計されている。ライナ若しくは内部容器は、回転プロセス、熱プロセス、又は押出ブロー成形によって製造されてきた。ネック片は、形状によるはめあいの形式で、ライナに係止させられる。ネック片には、環状溝が設けられており、この環状溝に、ライナ材料が、形状によるはめあいの形式で係合する。十分な封止を提供するためにライナのネック領域がネック片に十分に適応させられることを保証するため、ライナの端部領域にクランピングリングが押し付けられる。

システムの確実な封止は、上述の種類の複合的な圧力容器の最も重要なファクタである。容器の設計は、容器の単純化された製造能力を、制限された程度にしか許容しない。

したがって、本発明の課題は、第１の例において、導入部において言及された種類の複合的な圧力容器を製造するための、封止、特に内部容器におけるネック片の固定を考慮しながらこのような容器の単純化された製造を許容する方法を提供することである。

この課題は、サーモプラスチック材料から形成された内部容器を有する複合的な圧力容器であって、ネック領域に設けられた少なくとも１つの端部片を有し、内部容器を強化しかつ繊維材料から形成されたラッピングを有する、複合的な圧力容器を製造する方法であって、押出ブロー成形による内部容器の製造を含む方法において、内部容器がブロー金型において成形されている間に、端部片が、内部容器によって少なくとも部分的に包囲されるように内部容器に形成されることを特徴とする方法によって達成される。これは、端部片が内部容器に導入され、同時に、形状によるはめあいの形式で内部容器に結合されることを特に直接的な形式で可能にする。端部片は、好適には、実質的に内部容器の内部に配置される。

本発明による方法の好適な態様において、端部片は、ブロー金型の開放した部品の間において、マンドレル状又はロッド状の支持エレメント上に配置され、管状の溶融したパリソン又は複数のウェブ状の溶融したパリソンによって包囲され、パリソンとともに、閉鎖するブロー金型の部品の間でプレスされる。

金型は、この目的のために、それぞれ中央の開口が設けられていてよい。金型の半部がマンドレル状又はロッド状の支持エレメントの周囲に閉鎖されると、１つ又は複数のパリソンの材料は、閉鎖しかつ突き合わされる金型半部によって、支持エレメントに押し付けられ、支持エレメントの周囲で変形させられる。

方法の好適な態様の場合、例えば、それぞれが容器のネック領域を形成した２つの端部片が、支持エレメントにおいて互いに間隔を置いて配置されることが可能である。

支持エレメントは、例えば、少なくとも部分的に雄ねじ山が設けられたロッドとして設計されていてよい。

端部片は、雄ねじ山の領域において、支持エレメントの各端部に配置されていてよい。端部片は、それぞれ、例えば端部片それぞれに、支持エレメントの雄ねじ山に係合する雌ねじ山が設けられるように、支持エレメントに対して回転可能であってよい。

支持エレメントがブロー成形マンドレルとして使用され、このブロー成形マンドレルを介してパリソンがブロー金型内で拡張させられると特に有利である。この目的のために、支持エレメントは例えば中空の設計のものであり、空気を吹き付けるための半径方向出口開口を有することができる。

端部片は、有利には、ブロー成形の間、形状によるはめあいの形式で内部容器に結合される。この目的のために、例えば、端部片には凹所及び／又は切欠を設けることができ、この凹所及び／又は切欠に、ブロー成形中にパリソンの溶融した材料が入り込む。これらの凹所は、例えば、アンダカットであってもよい。

端部片が、内部容器の完成後に、固定エレメントによって外側から容器の壁部に対して支持及び／又は固定されると特に有利である。端部片は、例えば、内部容器に残っている開口を通過し，この開口から突出する、雄ねじ山付のネックを有してよい。１つ又は複数の端部片の周囲においてブロー成形が行われると、支持エレメントを内部容器から取り出すことができ、次いで、適切に設計された固定エレメントを外側から端部片のネックにねじ込むことができ、ネック領域における容器壁部は、場合によっては１つ又は２つ以上の別の部材を介在させながら、端部片と固定エレメントとの間に締め付けられる。例えば、外側から内部容器の周囲に係合し、固定エレメントによって固定される端部キャップを提供することができる。

これに代えて、支持エレメントは、容器の完成後に、容器に残され、したがって支持エレメントがいわば“ロスト”支持エレメントして設計されていてもよい。

支持エレメントは、好適には支持エレメントから半径方向に延びた壁セグメントの形式の強化エレメントを容器内へ導入するために使用することもできる。これにより、内部容器が成形されている間に、これらの強化エレメントは容器の内壁に溶接されるか、又は金型の外側輪郭に応じて、形状によるはめあいの形式で内部容器の壁部に結合される。

本発明の基礎となる課題は、サーモプラスチック材料から形成された内部容器を有する複合的な圧力容器であって、少なくとも１つのネック領域と、内部容器のネック領域においてセンタリングされた少なくとも１つの端部片とを有し、内部容器を強化する繊維ラッピングを有し、複合的な圧力容器は、端部片が、少なくとも部分的に内部容器内に配置されており、内部容器に対して回転方向で固定された状態で内部容器に固定されていることを特徴とする、複合的な圧力容器によっても達成される。

内部容器は、例えばＨＤＰＥ（高密度ポリエチレン）ベースのサーモプラスチック材料の１つ又は２つ以上の層から形成された押出物から成ってよい。繊維ラッピングは、例えば、カーボン、アラミド、ガラス、Ａｌ₂Ｏ₃繊維又はそれらの混合物から成ってよい。繊維は、好適には、サーモプラスチック又はデュロプラスチックマトリックスに埋め込まれている。繊維は、エポキシ又はフェノール樹脂から形成されたマトリックス、又は、例えば、ポリプロピレン／ポリアミド又はポリエチレン／ポリアミドマトリックスに埋め込まれている。

接線方向及び軸方向に適用することができるこのような繊維強化又は繊維ラッピングを適用するという操作は、従来技術からそれ自体公知である。

端部片は、金属及び／又はプラスチック材料から成ってよい。

複合的な圧力容器の有利な構成の場合、端部片は、内部容器のネックを通過するねじ山付スタブを有し、このねじ山付スタブに端部キャップが固定されており、内部容器の壁部は、ネック領域において、端部片と端部キャップとの間に締め付けられている。端部片のねじ山付スタブは、１つの部分を形成するように形成されていてよい。しかしながら、原理的に、端部片が複数の部分に設計されることも可能である。端部キャップは、好適には、固定エレメントによって固定されている。

内部容器には、好適には、少なくとも１つの支持エレメントが設けられており、この支持エレメントは、内部容器を貫通し、端部片をそれぞれの端部において保持又は受容している。

複合的な圧力容器の好適な態様は、容器の２つのネック領域にそれぞれ、関連するネック領域に関してそれぞれセンタリングされた状態で配置された端部片が設けられていることを特徴とする。

複合的な圧力容器は、回転対称の部材として設計されていてもよい。

以下に、図面に例示された典型的な実施の形態を参照して本発明を説明する。

複合的な圧力容器の内部容器の成形の作業中におけるブロー金型の断面図である。 複合的な圧力容器の内部容器の成形の作業中におけるブロー金型の断面図である。 端部片が挿入された内部容器の長手方向断面図である。 複合的な圧力容器の端部片の平面図である。 内部容器を強化するラッピングを有さない複合的な圧力容器の長手方向断面図である。 本発明による複合的な圧力容器の概略的な外側の図である。

本発明による複合的な圧力容器１は、好適には、高圧下の気体媒体を貯蔵するための圧力容器として設計されている。本願の文脈における“高圧”とは、３０ｂａｒ〜７００ｂａｒの作動圧力と理解されるべきである。

複合的な圧力容器１は、円形断面のほぼ円筒形の容器として設計されており、回転対称である。

容器には、両方のマークされた端部において、ネック領域２と、ネック領域を貫通した開口３とが設けられている。各図面は、複合的な圧力容器１の一方の端部のみを示している。発明は、原理的に、複合的な圧力容器が１つ又は２つのネック領域２を有してよいと理解されるべきである。後者の場合が通常の場合である。

複合的な圧力容器１の開口３にはシャットオフフィッティング（図示せず）が封止作用を伴って挿入されている。

複合的な圧力容器１は、内部容器４（図５及び図６参照）と、内部容器４に取り付けられた強化繊維ラッピング５と、各端部における端部片６と、端部片６と協働する端部キャップ７と、固定エレメント８とを含む。端部片６、端部キャップ７及び固定エレメント８の配置は、それぞれ、本発明による複合的な圧力容器１のネック領域２を形成している。

好適には金属から成る端部片６は、内側容器４の内部に配置されたベース９と、１つの部分を形成するように形成されたねじ山付スタブ１０とを含む。ねじ山付スタブ１０には、雌ねじ山１１と、雄ねじ山１１’との両方が設けられている。雌ねじ山１１は、主として、複合的な圧力容器１に挿入することができるフィッティングを収容するためのものであり、雄ねじ山１１’は、端部キャップ７及び固定エレメント８の対応するねじ山と協働する。端部片６及び端部キャップ７は、それらの間に内部容器４を締め付け、固定エレメント８は、端部キャップ７及び端部片６を互いに対して固定する。端部片６のベース９と、端部キャップ７とは、ほぼディスク状の形状であり、この配置は、同様に、端部キャップ７に支持された、外部に取り付けられた繊維ラッピング５によって保持されている。既に上述したように、繊維ラッピング５は、例えば、アラミド繊維ラッピング又は炭素繊維ラッピングの形態で提供されてよく、内部容器４に軸方向及び半径方向で、例えば交差して又は積層されて提供されており、繊維は、サーモプラスチック又はデュロプラスチックマトリクスに埋め込まれている。

内部容器４は、例えば、水素のためのバリア層（ＥＶＯＨ）を備えたＨＤＰＥ（高密度ポリエチレン）ベースの多層押出物から成る。もちろん、内部容器４は１つの層だけから形成されることもできる。

以下でより詳細に説明する本発明による製造方法の結果、内部容器４は、端部片６の形状に密接に適応させられ、端部片６のねじ山付スタブ１０における封止作用で完了する。

端部片６は、概して、従来技術では“ネック片”又は“ボス”と呼ばれる。内部容器４は、従来技術では“ライナ”とも呼ばれる。

ここで、本発明による製造方法を明示した図１及び図２を参照する。

内部容器４は、押出ヘッド（図示せず）から押し出された管状のパリソンの押出ブロー成形によって得られる。パリソン１２は、ブロー金型の開放した半部１３ａ，１３ｂの間に配置される。ブロー金型半部１３ａ，１３ｂには、仕上げられた内部容器４の輪郭をそれぞれ形成したキャビティ１４が設けられており、ブロー金型が閉鎖されると、完全な金型キャビティを形成する。ブロー金型若しくはブロー金型半部１３ａ，１３ｂのすぐ上方でパリソン１２を押し出すことができ、その場合、パリソンは、開放したブロー金型半部１３ａ，１３ｂの間において重力の方向で所定長さに切断される。これに代えて、パリソン１２は、グリッパアーム又はロボットアームによってブロー金型へ搬入することができる。

説明された方法の場合、管状のパリソン１２が押し出されるが、本発明は、管状のパリソンの代わりに複数のウェブ状のパリソンが使用されることも可能であることが理解されるべきものである。

しかしながら、本発明による複合的な圧力容器１における高圧の適用は、内部容器４の実質的に継目のない構造を望ましいものにし、その場合、管状のパリソン１２の押出が好ましい。

図１は、開放したブロー金型半部１３ａ，１３ｂを示しており、これらのブロー金型半部は、互いに向かって閉鎖移動を、また、互いから離れるように開放移動を行うことができる。

２つの端部片６が配置された支持エレメント１５が、まだ塑性状態にある、溶融したプラスチック材料から形成された押し出されたパリソン１２内へ下方から導入され、パリソンは、支持空気によって下方から、予備的に広げられる及び／又は安定化されることができる。端部片６は、それぞれ支持エレメント１５のねじ山付部分１６と協働する雌ねじ山１１を有する。

ウェブの状態で押し出された２つのパリソンから内部容器４が製造される場合、支持エレメント１５を金型とパリソンとの間に横方向に配置することができる。

ブロー金型半部１３ａ，１３ｂにはそれぞれリードスルー１７が設けられており、このリードスルー１７は、支持エレメント１５の輪郭にそれぞれ適応させられたカッティングエッジを有する。

端部片６は支持エレメント１５において互いに間隔を置いて配置されており、図２に示したように、ブロー金型半部１３ａ，１３ｂが閉鎖されて互いに突き合わされると、ベース９の輪郭は、キャビティ１４の対応する輪郭に適合する。ここで、端部片６のねじ山付スタブ１０は、ブロー金型のリードスルー１７内へ延びており、ブロー金型のピンチオフエッジは、パリソン１２を端部片６のねじ山付スタブ１０に押し付けて挟み切る。

方法は、順に、パリソン１２が押し出され、端部片６を備えた支持エレメント１５が、安定化された管状のパリソン１２内へ下方から導入される、という作業を含む。ブロー金型半部１３ａ，１３ｂは、次いで、閉鎖され、パリソン１２は、完全な金型キャビティ内で、内部容器４の輪郭に合わせて拡張させられる。ここでのプロセスにおいて、パリソン１２は、製造される内部容器４のネック領域２において、端部片６のねじ山付スタブ１０に押し付けられて挟み切られる。

端部片６が、できるだけ圧着して、回転方向で固定された、形状によるはめあいの形式で、内部容器４の内壁と係合させられるという状況を達成するために、端部片６は、図３及び図４から見て取れるように、内部容器４に面した側に凹凸が設けられている。例えば、端部片６の上側には、セグメント状の、周方向に延びた凹所１８が設けられており、パリソン１２の溶融した材料がこれらの凹所１８に入り込み、これにより、内部容器４に対する端部片６の回転方向で固定された係合を生じる。

内部容器４のブロー成形が完了した後、支持エレメント１５を内部容器４から取り出すことができる。次いで、端部キャップ７は、外側から螺合され、それぞれ、端部キャップ７及び端部片６はそれらの間に内部容器４を締め付ける。この配置は、固定エレメント８によって固定される。次いで、繊維ラッピング５が取り付けられ、繊維ラッピングは端部キャップ７の外側に支持される。

１ 複合的な圧力容器
２ ネック領域
３ 開口
４ 内部容器
５ 繊維ラッピング
６ 端部片
７ 端部キャップ
８ 固定エレメント
９ ベース
１０ ねじ山付スタブ
１１ 雌ねじ山
１１’ 雄ねじ山
１２ パリソン
１３ａ，１３ｂ ブロー金型半部
１４ キャビティ
１５ 支持エレメント
１６ ねじ山付部分
１７ リードスルー
１８ 凹所

Claims (15)

1. サーモプラスチック材料から形成された内部容器を有する複合的な圧力容器であって、ネック領域に設けられた少なくとも１つの端部片と、前記内部容器を強化しかつ繊維材料から形成されたラッピングを有する複合的な圧力容器を製造する方法であって、該方法は、押出ブロー成形による内部容器の製造を含む、方法において、
   前記端部片を、前記内部容器が成形されている間に、前記端部片が少なくとも部分的に前記内部容器によって包囲されるように前記内部容器に配置し、但し、前記端部片は、前記内部容器の前記ネック領域を貫通するねじ山付スタブと、前記内部容器の内部に配置されるベースとを有し、
   前記ねじ山付スタブに、前記内部容器の外側に配置された端部キャップを固定し、但し、前記内部容器の壁部は、前記ネック領域において、前記端部片のベースと前記端部キャップとの間で締め付けられる、
   ことを特徴とする、複合的な圧力容器を製造する方法。
2. 前記端部片を、ブロー金型の開放した部品の間において、マンドレル状又はロッド状の支持エレメント上に配置し、管状の溶融したパリソン又は複数のウェブ状の溶融したパリソンによって包囲し、前記パリソンとともに、閉鎖する前記ブロー金型の前記部品の間でプレスする、請求項１記載の方法。
3. それぞれが前記内部容器のネック領域を形成する２つの端部片を、前記支持エレメント上に互いに間隔を置いて配置する、請求項２記載の方法。
4. 提供された前記支持エレメントは、少なくとも部分的に雄ねじ山が設けられたロッドである、請求項２または３記載の方法。
5. 前記支持エレメントを、ブロー成形マンドレルとして使用し、該ブロー成形マンドレルを介して前記パリソンを前記ブロー金型内で拡張させる、請求項２から４までのいずれか１項記載の方法。
6. 前記端部片を、ブロー成形の間に、形状によるはめあいの形式で前記内部容器に結合する、請求項２から５までのいずれか１項記載の方法。
7. 前記内部容器の完成後に、前記端部片および前記端部キャップを外側から固定エレメントによって前記内部容器の壁部に対して固定する、請求項２から６までのいずれか１項記載の方法。
8. 前記内部容器の完成後に、前記支持エレメントを前記内部容器に残す、請求項２から７までのいずれか１項記載の方法。
9. 前記支持エレメントを使用して、壁部セグメントの形式の強化エレメントを前記内部容器に導入する、請求項２から８までのいずれか１項記載の方法。
10. サーモプラスチック材料から形成された内部容器（４）を有する複合的な圧力容器（１）であって、少なくとも１つのネック領域（２）と、前記内部容器の前記ネック領域（２）においてセンタリングされた少なくとも１つの端部片（６）とを有し、前記内部容器（４）を強化する繊維ラッピング（５）を有する、複合的な圧力容器（１）において、
    前記端部片（６）は、少なくとも部分的に前記内部容器（４）内に配置されており、該内部容器（４）に対して回転方向で固定された状態で前記内部容器（４）に固定されており、
    前記端部片（６）は、前記内部容器（４）の前記ネック領域（２）を貫通したねじ山付スタブ（１０）と、前記内部容器（４）の内部に配置されたベース（９）とを有し、
    前記ねじ山付スタブ（１０）に、前記内部容器（４）の外側に配置された端部キャップ（７）が固定されており、
    前記内部容器（４）の壁部は、前記ネック領域（２）において、前記端部片（６）のベース（９）と前記端部キャップ（７）との間で締め付けられている、
    ことを特徴とする、複合的な圧力容器（１）。
11. 前記端部片（６）および前記端部キャップ（７）は、前記ネック領域（２）の形状に適合したディスク形状を有している、請求項１０記載の複合的な圧力容器（１）。
12. 前記端部キャップ（７）は前記繊維ラッピング（５）に覆われている、請求項１０または１１記載の複合的な圧力容器（１）。
13. 前記端部片（６）および前記端部キャップ（７）は、固定エレメント（８）によって固定されている、請求項１０から１２までのいずれか１項記載の複合的な圧力容器（１）。
14. 前記ねじ山付スタブ（１０）には、外側の雄ねじ山（１１’）が設けられており、当該雄ねじ山（１１’）は、前記端部キャップ（７）及び前記固定エレメント（８）の対応するねじ山と協働する、請求項１３記載の複合的な圧力容器（１）。
15. 前記内部容器（４）は、該内部容器を貫通しかつ端部片（６）をそれぞれの端部において保持する支持エレメント（１５）を有する、請求項１０から１４までのいずれか１項記載の複合的な圧力容器（１）。

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