本發(fā)明涉及一種壓力罐，該壓力罐被設(shè)計用于儲存加壓的流體。

背景技術(shù)：

1、用于儲存加壓流體(例如燃料或氣體)的壓力罐已被廣泛應(yīng)用經(jīng)年。特別是在使用氫等替代燃料來驅(qū)動車輛的過程中，對于壓力罐的重量、安全性和制造成本方面的要求不斷提高。已知的壓力罐通常只是通過成本高昂的強化來獲得足夠的安全性，這大大增加了這種壓力罐的重量和成本。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、因此，本發(fā)明的目的是提供一種壓力罐，該壓力罐能夠更好地適應(yīng)日益提高的要求，特別是可以減少材料投入。

2、本發(fā)明的目的通過一種壓力罐來實現(xiàn)，該壓力罐被設(shè)計用于儲存加壓的流體，該壓力罐包括襯管(liner)，該襯管包括基本圓柱形的部分并在該圓柱形部分的軸向端部處分別包括一個封閉蓋，其中該圓柱形部分定義了一中心軸線，其中該中心軸線與每個封閉蓋的交點定義一個封閉蓋的極點，其中在襯管的外側(cè)布置有第一多條纖維帶，該第一多條纖維帶沿著襯管的周向方向相對于彼此被布置為，相鄰的纖維帶開始于基本上相同的縱向起始位置，關(guān)于襯管的周向方向遵循相同的轉(zhuǎn)動方向，并且關(guān)于襯管的縱向方向遵循基本相同的角度，并且結(jié)束于基本相同的縱向終止位置，其中相應(yīng)的終止位置比相應(yīng)的起始位置更靠近第一多條纖維帶所對應(yīng)的極點，其中，在所述第一多條纖維帶的外側(cè)布置有第二多條纖維帶，該第二多條纖維帶沿著襯管的周向方向相對于彼此被布置為，相鄰的纖維帶開始于基本相同的縱向起始位置，關(guān)于襯管的周向方向遵循相同的轉(zhuǎn)動方向，并且關(guān)于襯管的縱向方向遵循基本相同的角度，并且結(jié)束于基本相同的縱向終止位置，其中相應(yīng)的終止位置比相應(yīng)的起始位置更靠近第一多條纖維帶所對應(yīng)的極點，其中第一多條纖維帶和第二多條纖維帶至少部分重疊，并且其中第一多條纖維帶所遵循的轉(zhuǎn)動方向與第二多條纖維帶所遵循的轉(zhuǎn)動方向相反。

3、在這一點上應(yīng)該注意：“所對應(yīng)的極點”是指更靠近所考慮的各個纖維帶的極點。此外，“縱向方向”是指在壓力罐上平行于襯管中心軸線延伸的方向。纖維帶關(guān)于襯管的縱向方向安裝在襯管上的角度可以特別不同于0°和/或90°。表述“至少部分重疊”應(yīng)該被理解為一第一纖維帶在其外主表面處被一第二纖維帶覆蓋，特別是在兩個纖維帶之間沒有貫穿和/或在相鄰的纖維帶之間不發(fā)生交織。換言之，第一多條纖維帶，必要時除了第一多條纖維帶的相鄰纖維帶的重疊區(qū)域之外，在沿著襯管表面的相應(yīng)法線的方向上觀察可以布置在距襯管表面的第一距離處，并且第二多條纖維帶，也是必要時除了第二多條纖維帶的相鄰纖維帶的重疊區(qū)域之外，在沿著襯管表面的同一相應(yīng)法線的方向上觀察可以布置在距襯管表面的第二距離處，其中第一距離特別地小于第二距離。

4、例如，第一多條纖維帶可以作為由多條基本平行布置的纖維帶組成的沿周向方向延伸的環(huán)(也稱為“基礎(chǔ)帶”)安裝在襯管中，因此第一多條纖維帶可以形成一個沿周向方向觀察基本閉合的表面。纖維帶可以在此以關(guān)于襯管的縱向方向預(yù)定的角度沿著中心軸線安裝在襯管上，其中該角度特別是對于第一多條纖維帶的所有纖維帶而言可以是基本相等的。由此可以形成傾斜條帶的環(huán)形統(tǒng)一條帶圖案。在第一多條纖維帶的徑向外側(cè)，現(xiàn)在可以布置第二多條纖維帶，該第二多條纖維帶同樣以關(guān)于襯管的縱向方向預(yù)定的角度并沿其周向方向環(huán)繞地(也稱為“偏移帶(offset?belt)”)安裝，其中第一多條纖維帶的纖維帶的角度不同于第二多條纖維帶的纖維帶的角度。特別是，該角度在與壓力罐的等高線的相應(yīng)交叉點處，也就是在壓力罐的相同的縱向位置處，可以數(shù)值相等，但是關(guān)于襯管的縱向方向符號不同，例如+30°和-30°。通過將第二多條纖維帶布置在第一多條纖維帶上，第二多條纖維帶又可以形成沿周向方向觀察基本閉合的表面，該表面從外側(cè)覆蓋由第一多條纖維帶形成的表面，特別是覆蓋至少90％。

5、第二多條纖維帶徑向疊加在第一多條纖維帶的外側(cè)的應(yīng)用，可以實現(xiàn)第一多條纖維帶的纖維帶相對于第二多條纖維帶的纖維帶的非對稱布置，因為在這種疊加中，第一多條纖維帶和第二多條纖維帶是被布置在距襯管的中心軸線不同的徑向距離處。

6、通過第一多條纖維帶和第二多條纖維帶在襯管上的這種根據(jù)本發(fā)明的布置，可以減少、特別是在很大程度上避免由纖維帶形成的增強層的系統(tǒng)性波紋(systematischewellung)。因此，基本上所有安裝的纖維帶，也就是全部安裝在襯管上的承載纖維材料，都可以被加載到接近于基材的理論載荷極限。

7、通過這種沿徑向方向看交叉布置的重疊的纖維帶，能夠均勻地增強襯管，使得作用在襯管上的載荷能夠被均勻地吸收。從專業(yè)用語上講，當(dāng)針對相對于襯管的中心軸線具有第一布置角度的每一層纖維帶均布置有相對于襯管的中心軸線具有第二布置角度的第二層纖維帶(其中第二布置角度與第一布置角度數(shù)值相等且符號改變)時，也可以將其稱為所謂的“平衡層壓(ausgeglichenes?laminat)”。

8、與常規(guī)的以纖維材料纏繞襯管不同的是，纖維帶的這種條帶式安裝可以避免不必要的重疊，從而整體上節(jié)省纖維材料。

9、纖維帶可以包括許多單個纖維或許多單個纖維束。有利地，由許多單個纖維或單個纖維束組成的小群組可以基本上平行于纖維帶的縱向延伸方向伸展，其中縱向延伸方向應(yīng)該例如是指長度大于寬度的長形纖維帶的長度延伸的方向。在纖維帶應(yīng)當(dāng)具有彎曲伸展的長度的情況下，縱向延伸方向也可以是彎曲的。

10、在本發(fā)明的一種擴展方案中，至少第一多條纖維帶開始的縱向起始位置可以布置在襯管的圓柱形部分的區(qū)域中。由此，第一多條纖維帶的纖維帶可以從襯管的圓柱形部分經(jīng)過圓柱形部分和封閉蓋之間的過渡區(qū)域而延伸到封閉蓋的區(qū)域中。由于封閉蓋的區(qū)域和去往圓柱形部分的相應(yīng)過渡區(qū)域與襯管的圓柱形部分相比通?？馆d荷能力低，因此可以通過第一多條纖維帶的纖維帶的這種布置來有針對性地增強這些區(qū)域。

11、此外，第二多條纖維帶開始的縱向起始位置可以比第一多條纖維帶的縱向起始位置更靠近對應(yīng)于第一多條纖維帶的極點。因此，將第二多條纖維帶的纖維帶的起始位置彼此連接起來的、沿襯管的周向方向延伸的環(huán)，相對于該對應(yīng)極點的縱向距離或者說沿著封閉蓋的子午線方向相對于該對應(yīng)極點的距離小于將第一多條纖維帶的纖維帶的起始位置彼此連接起來的、沿襯管的周向方向延伸的環(huán)。通過這種方式，可以減少甚至是避免由于纖維帶的層中的剛性變化而引起的應(yīng)力集中。

12、第二多條纖維帶開始的縱向起始位置相對于與第一多條纖維帶對應(yīng)的極點比第一多條纖維帶的起始位置更近，縱向偏移可以基本上相當(dāng)于第一多條纖維帶的纖維帶的寬度或者一半長度。這可以避免第一和第二多條纖維帶的纖維帶的起始位置沿徑向方向觀察(也就是沿襯管表面的相應(yīng)法線的方向觀察)重疊，從而又可以實現(xiàn)纖維帶對襯管的均勻增強。

13、有利地，第一多條纖維帶的纖維帶的長度可以與第二多條纖維帶的纖維帶的長度基本相同。當(dāng)然也可以設(shè)想，第一多條纖維帶的纖維帶的所有尺寸都可以與第二多條纖維帶的纖維帶的尺寸基本相同。在第一和/或第二多條纖維帶的至少一個纖維帶的終止位置處，可以布置相應(yīng)的在后纖維帶，其中在后纖維帶的寬度可以不同于在前纖維帶的寬度。上述的“在后纖維帶”可以比上述的“在前纖維帶”更靠近對應(yīng)的極點。在此，在后纖維帶可以與在前纖維帶絕大部分分開地布置(必要時將從在前纖維帶到在后纖維帶的過渡意義上的重疊區(qū)域排除在外)。在前纖維帶和在后纖維帶之間的這些重疊區(qū)域可以小于纖維帶總面積的10％，特別是小于5％。

14、在這種情況下，在壓力罐的周向方向上觀察到的在后纖維帶的數(shù)量可以小于也在壓力罐的周向方向上觀察到的在前纖維帶的數(shù)量。特別是在壓力罐的待覆蓋表面減少的區(qū)域中，例如在接近對應(yīng)極點的封閉蓋處，較小寬度的在后纖維帶可以有利地減少或避免相鄰纖維帶之間的不期望的重疊區(qū)域。當(dāng)然，在后纖維帶的寬度也可以大于在前纖維帶的寬度。在后纖維帶的寬度的增大，特別是在壓力罐的待覆蓋表面增大或至少保持基本相同的區(qū)域中，可實現(xiàn)在襯管的周向方向上串聯(lián)布置并因此形成環(huán)的多個在后纖維帶的數(shù)量低于在前纖維帶的數(shù)量(又考慮關(guān)于由在前纖維帶沿襯管的周向方向形成的環(huán))。

15、在后纖維帶的縱向延伸方向可以特別地與相應(yīng)的在前纖維帶的縱向延伸方向成角度。也就是說，與以持續(xù)不斷方式布置在相應(yīng)封閉蓋上的連續(xù)的纖維條不同，在這里前后相繼的纖維帶在其過渡部處可能會有“拐點”(前后相繼的纖維帶延伸方向的突然方向變化)。特別是當(dāng)使用長纖維帶時，也就是具有兩個較長外邊緣和至少兩個較短外邊緣的纖維帶，相應(yīng)的縱向伸長方向可以平行于至少一個較長外邊緣地延伸。通過在后纖維帶與相應(yīng)的在前纖維帶的這種成角度地布置，每個單個的纖維帶都可以根據(jù)封閉蓋的曲率最優(yōu)地定向，從而可以使相應(yīng)的纖維帶更好地沿其最大負載能力的方向獲得應(yīng)用。

16、關(guān)于在前纖維帶到在后纖維帶的過渡，在后纖維帶和相應(yīng)的在前纖維帶可以相對于彼此布置為，在后纖維帶的外邊緣與相應(yīng)的在前纖維帶的外邊緣相交，其中兩個外邊緣相交的交點既位于在后纖維帶的寬度方向的中心，也位于在前纖維帶的寬度方向的中心。換言之，這兩個纖維帶可以例如通過各自一個較短的外邊緣彼此重疊地布置為，使在前纖維帶在其外邊緣處的縱向中心線與在后纖維帶在其外邊緣處的縱向中心線相遇。

17、此外，對于這樣的過渡，也可以考慮將在后纖維帶與相應(yīng)的在前纖維帶相對于彼此布置為，使在后纖維帶的外邊緣與相應(yīng)的在前纖維帶的外邊緣相交，其中兩個外邊緣相交的交點既位于在后纖維帶外邊緣的一端，也位于在前纖維帶外邊緣的一端。也就是說，在前纖維帶的一個拐角與在后纖維帶的一個拐角重疊。

18、在本發(fā)明的可能的實施方式中，第一和/或第二多條纖維帶中的至少一個纖維帶可以具有梯形的基本形狀。該梯形的基本形狀可以例如描述為纖維帶的兩個較長外邊緣中的一個比該纖維帶的另一個較長外邊緣短。通過這種梯形基本形狀，前后相繼的纖維帶可以沿縱向方向“相撞”串接在一起，也就是說，沒有明顯的重疊，同時可以實現(xiàn)沿縱向延伸方向彼此串接在一起的纖維帶的延伸方向的突然方向變化。

19、為此目的，可以將至少一個纖維帶的梯形基本形狀構(gòu)造為，在前纖維帶與在后纖維帶相對于彼此對齊的外邊緣、特別是在前纖維帶與在后纖維帶接觸的外邊緣所定義的軸線，將在后纖維帶的縱向方向相對于相應(yīng)的在前纖維帶的縱向延伸方向所成的角平分。由此，可以例如基于在生產(chǎn)根據(jù)本發(fā)明的壓力罐之前所做的規(guī)劃，確定兩個沿縱向延伸方向前后相繼的纖維帶應(yīng)該以什么角度來布置，其中針對該角度可以確定用于將相應(yīng)的纖維帶切割成梯形基本形狀的角平分線。當(dāng)然，也可以考慮兩個前后相繼的纖維帶的對接邊緣不會將該角平分，或者甚至是只有一個纖維帶具有梯形基本形狀，而相應(yīng)的另一個(至少在該梯形纖維帶的一側(cè))被構(gòu)造為基本矩形的。

20、在此，在前纖維帶和跟隨其后的纖維帶可以取自最初單件式制造的纖維帶初始材料的相鄰部分。例如，具有比相應(yīng)纖維帶明顯更大的長度的長纖維條可以分割為至少兩條纖維帶，特別是許多條纖維帶。在此，可以使用切割線將纖維條分為兩條纖維帶，該切割線相對于纖維條的縱向延伸方向傾斜地、特別是非正交地延伸?，F(xiàn)在，如果切割線與纖維條的縱向延伸方向成一定角度地延伸，該角度相當(dāng)于在前纖維帶與在后纖維帶的縱向延伸方向相對于彼此所成角度的一半，那么通過這種方式從纖維條切割下的纖維帶可以相對于彼此簡單地敷設(shè)為，其中一個纖維帶“頭朝上”地安裝在襯管上，這里的“頭朝上”是指：假設(shè)在纖維條上將纖維條的兩個主表面中的一個定義為“頭部”，將纖維條的兩個主表面中的另一個定義為“底部”，則將在前纖維帶和在后纖維帶中的一個以其“頭部”安裝在襯管上，將在前纖維帶和在后纖維帶中的相應(yīng)另一個以其“底部”安裝在襯管上。這種布置在成品壓力罐上是可識別的，特別是基于各個纖維帶的單個纖維的延伸方向及其在纖維帶的相應(yīng)外邊緣處的中斷。

21、通過上述的對纖維帶在襯管上的布置的規(guī)劃以及由此產(chǎn)生的對纖維帶的切割，可以實現(xiàn)纖維帶的無重疊和/或無間隙的相互串接。此外，通過將纖維條分割成單個的纖維帶，可以減少甚至避免邊角料。

22、至少一條纖維帶、特別是所有的纖維帶可以包括碳纖維和/或芳族聚酰胺和/或玻璃和/或聚乙烯、特別是uhmwpe和/或玄武巖(basalt)。還可以考慮使在前纖維帶和沿縱向延伸方向緊隨其后的纖維帶包括不同的材料。通過這種方式，可以對壓力罐的某些區(qū)域中明確的載荷情況做出有針對性的反應(yīng)。

23、為了進一步強化纖維帶在襯管上的布置，可以將至少一條纖維帶、特別是將所有的纖維帶用基質(zhì)材料、特別是樹脂預(yù)浸漬，該基質(zhì)材料將各個纖維帶的纖維連接在一起，或者在纖維帶布置在襯管上之后用基質(zhì)材料、特別是樹脂透過。由此，可以將相應(yīng)的纖維帶首先適配于襯管的表面或者適配于已經(jīng)布置在襯管上的纖維帶的表面，然后在該位置硬化。