具有復(fù)合包覆層的壓縮氣體充氣的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種充氣機(jī)裝置，包括至少部分地形成壓力容器的鋼部件和覆蓋至少一部分金屬部件的外部復(fù)合包裹層。所述金屬部件可以是管狀體并且具有狹長的長度，從而形成鋼內(nèi)襯，所述鋼內(nèi)襯在沒有復(fù)合包覆層提供支撐下不能承受充氣機(jī)裝置啟動(dòng)時(shí)在壓力容器中產(chǎn)生的壓力。
【專利說明】具有復(fù)合包覆層的壓縮氣體充氣機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明大體涉及膨脹氣體的提供或供應(yīng)。更具體地，本發(fā)明涉及一種用于提供或供應(yīng)膨脹氣體的裝置，以及形成或制造此類充氣機(jī)裝置的方法，所述膨脹氣體例如可能需要被用于車輛中使用的特定可膨脹被動(dòng)約束系統(tǒng)，用以在發(fā)生車輛碰撞時(shí)約束乘坐者的運(yùn)動(dòng)。
【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知，利用安全約束系統(tǒng)能夠保護(hù)乘坐者，安全約束系統(tǒng)能夠從未展開狀態(tài)自觸發(fā)至展開狀態(tài)，而不需操作器的干預(yù)，即“被動(dòng)約束系統(tǒng)”。此類系統(tǒng)通常包含或包括例如采用墊子或袋子形式的可膨脹車輛乘員約束器或元件，通常稱作“安全氣囊墊”。實(shí)際上，此類安全氣囊墊通常設(shè)計(jì)為在車輛遇到突然的減速(例如撞擊事件)的情況下使用氣體充氣或擴(kuò)展。此類安全氣囊墊能夠按期望展開在車輛中的乘員和車輛內(nèi)部的特定部分(例如門、方向盤、儀表盤或類似部件處)之間的一個(gè)或多個(gè)位置處，以防止或避免乘員被迫撞擊車輛內(nèi)部的此類部件。例如，典型的或慣常的車輛安全氣囊墊安裝位置包括方向盤中、汽車乘客側(cè)的儀表板中、車輛的車頂線(例如車門上方)沿線、以及車座中(例如安裝在車座的安全氣囊墊)。其它安全氣囊墊，例如采用膝蓋支撐墊和頭頂安全氣囊形式的安全氣囊，也用于保護(hù)身體的其它或不同的特定部位免受撞擊。
[0003]除了一個(gè)或多個(gè)安全氣囊墊，可膨脹被動(dòng)約束系統(tǒng)裝置通常還包括氣體發(fā)生器，也普遍稱作“充氣機(jī)”。一旦啟動(dòng)，所述充氣機(jī)裝置按期望地用于提供通常采用氣體形式的膨脹流體，用于使相關(guān)聯(lián)安全氣囊墊膨脹。現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)公開了多種類型或形式的充氣機(jī)裝置用于使可膨脹約束系統(tǒng)安全氣囊墊膨脹。
[0004]用在可膨脹被動(dòng)約束系統(tǒng)中的一種具體的常見類型或形式的充氣機(jī)裝置通常被稱作壓縮氣體充氣機(jī)。在這種充氣機(jī)裝置中，用于相關(guān)聯(lián)的可膨脹元件的膨脹的氣體來自于存儲(chǔ)的壓縮氣體。
[0005]圖1示出其中一種常規(guī)的充氣機(jī)裝置20。充氣機(jī)裝置20包括閉合的壓力容器氣體存儲(chǔ)腔22，所述閉合的壓力容器氣體存儲(chǔ)腔22至少部分地由狹長的大體圓柱形套筒23形成，具有底端部24和相對(duì)的擴(kuò)散器端部26。起爆器30位于底端部24，以及第一爆破隔板32通常覆蓋氣體存儲(chǔ)腔22的底端部開口 34，以防止起爆器30與氣體存儲(chǔ)腔22之間的流體連通。擴(kuò)散器40位于相對(duì)的擴(kuò)散器端部26，以及第二或排放端部爆破隔板42通常覆蓋氣體存儲(chǔ)腔22的擴(kuò)散器端部44以防止氣體存儲(chǔ)腔22與擴(kuò)散器40之間的流體連通。在起爆器30的啟動(dòng)或激活下，起爆器30產(chǎn)生排放物，所述排放物沖破第一爆破隔板32，并加熱一批存儲(chǔ)在氣體存儲(chǔ)腔22中的壓縮或增壓氣體。隨著這批壓縮氣體被加熱，氣體存儲(chǔ)腔22中的內(nèi)壓能夠增大至足以沖破或打開第二爆破隔板42的內(nèi)壓水平。替代地或另外，起爆器30作用產(chǎn)生壓力波，并且第一爆破隔板32破裂，從而沖破或打開第二爆破隔板42。氣體存儲(chǔ)腔22與擴(kuò)散器40之間的流體連通基于第二爆破隔板42的打開而提供或?qū)崿F(xiàn)。加熱的氣體隨后通過擴(kuò)散器40從氣體存儲(chǔ)腔22逸出以啟動(dòng)相關(guān)聯(lián)的可充氣氣囊墊(未示出)的展開。
[0006]在這種常規(guī)充氣機(jī)裝置中，氣體存儲(chǔ)腔內(nèi)的溫度和壓力通常在初始階段會(huì)明顯增大，從而提供足以沖破排放端爆破隔板的內(nèi)壓并允許來自存儲(chǔ)腔的氣流穿過擴(kuò)散器流出至相關(guān)聯(lián)的可充氣安全氣囊墊。因此，這種充氣機(jī)裝置通常設(shè)計(jì)且構(gòu)造為具有較厚側(cè)壁，以承受充氣機(jī)裝置啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)壓的增大。不幸的是，側(cè)壁的厚度增加導(dǎo)致充氣機(jī)裝置比期望的更重且更大。
[0007]而且，在具有圓柱形形狀(例如長度大于直徑)的合理長度的此類壓力容器罩中，在環(huán)周方向上的壓力是軸向上壓力的兩倍。
[0008]通常，壓縮氣體充氣機(jī)包括壓力容器罩，所述壓力容器罩設(shè)計(jì)為能夠承受壓縮氣體充氣機(jī)啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)壓的1.5至2倍的壓力，其中內(nèi)壓通常為至少40MPa上至140MPa，或更窄為至少55MPa上至120MPa，甚至更窄為至少65MPa上至llOMPa。實(shí)際上，這種壓力容器通常采用狹長圓柱形形式，并且由具有能夠承受正常閑置或預(yù)啟動(dòng)狀態(tài)以及裝置啟動(dòng)和作用時(shí)容器中的壓力的足夠強(qiáng)度(即厚度)的鋼制造。如下文將詳細(xì)描述的，期望的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和操作通常涉及或包括將適當(dāng)?shù)陌踩驍?shù)的添加或合并加至期望的實(shí)際壓力。
[0009]汽車工業(yè)一直在尋找更小、更輕并且制造成本更低的可膨脹約束系統(tǒng)。隨著關(guān)于例如車輛部件的重量和尺寸這種因數(shù)的工業(yè)約束條件的持續(xù)發(fā)展，期望并且需要對(duì)相關(guān)聯(lián)的可膨脹約束系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的改變，以更好地滿足這些約束條件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明提供了一種改進(jìn)的壓縮氣體充氣機(jī)裝置，以及用于制造此類壓縮氣體充氣機(jī)裝置的方法。
[0011]根據(jù)一個(gè)方面，提供了一種充氣機(jī)裝置，其包括至少部分地形成壓力容器的鋼部件。外部復(fù)合包裹層覆蓋鋼部件的至少一部分。復(fù)合包裹層按期望地為或包括纖維和樹脂基質(zhì)系統(tǒng)的復(fù)合物。
[0012]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，鋼部件形成內(nèi)襯，如下文將進(jìn)一步描述的，在沒有復(fù)合包裹層提供的支撐下，所述內(nèi)襯不能夠承受充氣機(jī)裝置啟動(dòng)時(shí)在壓力容器中產(chǎn)生的壓力。
[0013]根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，提供了一種充氣機(jī)裝置，其包括鋼襯里，所述鋼襯里至少部分地形成壓力容器。充氣機(jī)裝置還包括外部復(fù)合包裹層，其覆蓋鋼襯里的至少一部分。所述復(fù)合包裹層為或包括纖維和樹脂基質(zhì)系統(tǒng)的復(fù)合物。在沒有包覆層提供的支撐下，鋼襯里不能夠承受充氣機(jī)裝置啟動(dòng)時(shí)在壓力容器中產(chǎn)生的壓力。在有效壓力下，復(fù)合包裹層和鋼襯里分配負(fù)荷，復(fù)合包裹層在增大的有效壓力下承受總負(fù)荷的較大比例部分。
[0014]另一方面，提供了 一種制造充氣機(jī)裝置的方法。在一個(gè)實(shí)施例中，所述方法包括提供鋼內(nèi)襯以至少部分地形成壓力容器。所述鋼內(nèi)襯用纖維和樹脂基質(zhì)系統(tǒng)的復(fù)合物包覆。復(fù)合物包覆的鋼內(nèi)襯被加工以形成能夠承受充氣機(jī)裝置啟動(dòng)時(shí)在壓力容器中產(chǎn)生的壓力的充氣機(jī)裝置，并且其中在沒有復(fù)合包覆層提供的支撐下，鋼內(nèi)襯不能承受充氣機(jī)裝置啟動(dòng)時(shí)在壓力容器中產(chǎn)生的壓力。
[0015]如這里所用的，用于表示物件或元件(例如充氣機(jī)、襯里或包覆層)的“承受”特定或指定壓力的能力或性能應(yīng)被理解為包括了適當(dāng)?shù)陌踩驍?shù)。實(shí)際上，通常恰當(dāng)?shù)倪m宜的安全因數(shù)為預(yù)計(jì)最大操作壓力(“ΜΕ0Ρ”)的L 5倍。[0016]本領(lǐng)域技術(shù)人員通過以下結(jié)合所附權(quán)利要求和附圖的更詳細(xì)的描述能夠清楚本發(fā)明的其它目的和優(yōu)勢(shì)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的充氣機(jī)裝置的以截面形式示出的簡化示意性側(cè)視圖。
[0018]圖2為根據(jù)本發(fā)明的一方面的充氣機(jī)裝置的簡化側(cè)視圖。
[0019]圖3為根據(jù)本發(fā)明的另一方面的充氣機(jī)裝置的簡化側(cè)視圖。
[0020]圖4至圖6分別為示出根據(jù)本發(fā)明的一方面的充氣機(jī)裝置的負(fù)荷分配的壓力對(duì)比應(yīng)變、環(huán)周負(fù)荷比例對(duì)比內(nèi)壓、以及內(nèi)壓對(duì)比環(huán)周應(yīng)變的圖形描繪。
[0021]圖7為用于示例中描述的壓力容器的破裂壓力對(duì)比質(zhì)量的圖形描繪。
【具體實(shí)施方式】
[0022]正如下文將詳細(xì)描述的，本發(fā)明提供了一種改進(jìn)的壓縮氣體充氣機(jī)裝置以及用于制造此類壓縮氣體充氣機(jī)裝置的方法。
[0023]圖2示出根據(jù)本發(fā)明的一方面的充氣機(jī)裝置，并且大體上用附圖標(biāo)記120標(biāo)記。充氣機(jī)裝置120與上述充氣機(jī)裝置20有些相似，在于它包括壓力容器氣體存儲(chǔ)腔122，所述壓力容器氣體存儲(chǔ)腔122至少部分地由狹長的大體圓柱形套筒123形成，所述狹長的大體圓柱形套筒123具有底端部124和相對(duì)的擴(kuò)散器端部126。起爆器130布置在或放置在底端部124，以及擴(kuò)散器140布置在或放置在相對(duì)的擴(kuò)散器端部126。
[0024]可以理解，充氣機(jī)裝置120能夠包括或包含爆破隔板(未在這里示出)或者例如現(xiàn)有技術(shù)中已知的其它特征，當(dāng)充氣機(jī)裝置處于閑置或預(yù)啟動(dòng)狀態(tài)或條件時(shí)，所述爆破隔板用于防止氣體存儲(chǔ)腔122與起爆器130和擴(kuò)散器140各個(gè)之間的流體連通，在充氣機(jī)裝置啟動(dòng)時(shí)所述爆破隔板例如能夠破裂或者允許此類流體連通。
[0025]充氣機(jī)裝置120與充氣機(jī)裝置20的不同在于狹長的大體圓柱形套筒123并非全部由具有所需強(qiáng)度的鋼制成，而是包括內(nèi)部鋼襯里150以及至少覆蓋一部分內(nèi)部鋼襯里150的外部復(fù)合包裹層154。
[0026]如下文中將更加詳細(xì)描述的，內(nèi)部鋼襯里150能夠按期望地由鋼材制造或形成，例如低碳的可熱處理鋼材，其中相比于常規(guī)壓縮氣體壓力容器罩，所述鋼材相對(duì)較薄。充氣機(jī)裝置，更具體地，此類充氣機(jī)裝置的壓力容器部分依照本發(fā)明的特定方面能夠按期望地針對(duì)單一用途制造，這里所述的充氣機(jī)裝置的內(nèi)部鋼襯里的厚度能夠按期望地減少至常規(guī)全鋼壓縮氣體充氣機(jī)壓力容器罩的75%至40%之間。但是例如當(dāng)前的全鋼壓縮氣體充氣機(jī)壓力容器罩通常具有范圍在2.5_至1.8_之間的壁厚，這里所述的復(fù)合物充氣機(jī)裝置有利地能夠具有減少至0.9mm至1.4mm之間的鋼壁厚度。
[0027]內(nèi)部鋼襯里150能夠按期望地提供給充氣機(jī)裝置120所需的氣體密度。
[0028]高壓單用途結(jié)構(gòu)能夠按期望地通過用具有復(fù)合物形式的選定材料包覆鋼內(nèi)襯150制成或形成。
[0029]依照本發(fā)明的一個(gè)方面，包覆過程大體上包括用復(fù)合物(例如由高強(qiáng)度纖維和樹脂基質(zhì)系統(tǒng)(resin matrix system)組成的復(fù)合物)圍繞、關(guān)于和/或在內(nèi)襯150上細(xì)絲纏繞以形成圍繞內(nèi)襯的包覆層厚度。應(yīng)該注意到，充氣機(jī)裝置120具有一個(gè)或多個(gè)端部，例如型鍛(swaged)的底端部124和擴(kuò)散器端部126。這里所述的復(fù)合物的細(xì)絲纏繞促進(jìn)并允許此類復(fù)合物應(yīng)用在此類型鍛端部上。
[0030]所述復(fù)合物包覆的襯里能夠進(jìn)行后續(xù)處理或加工以形成充氣機(jī)裝置，例如在初始階段當(dāng)充氣機(jī)裝置啟動(dòng)時(shí)，所述充氣機(jī)裝置承受氣體存儲(chǔ)腔內(nèi)產(chǎn)生的壓力。尤其，例如在初始階段當(dāng)充氣機(jī)裝置啟動(dòng)時(shí)，具有這種復(fù)合物包覆的襯里的此類充氣機(jī)裝置能夠按期望地承受氣體存儲(chǔ)腔內(nèi)產(chǎn)生的壓力，其中在沒有復(fù)合包覆層提供的支撐下，鋼內(nèi)襯不能承受這種產(chǎn)生的壓力。
[0031]可以使用多種纖維材料，例如本領(lǐng)域已知的材料。為了提高經(jīng)濟(jì)效益，在特定的實(shí)施例中，優(yōu)選地，使用相對(duì)便宜的纖維材料，例如玻璃纖維或玄武巖纖維材料。尤其，例如這里所述的充氣機(jī)裝置，允許使用相對(duì)便宜的纖維材料，例如玻璃或玄武巖，結(jié)合例如由具有與纖維相同的彈性或楊氏模量的鋼制成或由不必具有相同值的鋼制成(即鋼的楊氏模量低于玻璃的楊氏模量)的襯里。如下文中將更詳細(xì)地描述的，根據(jù)本發(fā)明的某些方面，針對(duì)這里所述的充氣機(jī)裝置，當(dāng)鋼內(nèi)襯拉伸時(shí)，玻璃纖維能夠按需以相同的應(yīng)變速率拉伸，并且由于斷裂前襯里的鋼的拉伸，復(fù)合包覆層將承擔(dān)較大部分的負(fù)荷。
[0032]更具體地，鋼襯里能夠按需設(shè)計(jì)用于正常存儲(chǔ)壓力，襯里能夠可靠地包含或承載彈性材料范圍內(nèi)的壓力負(fù)荷。在較高壓力下(例如可能需要用來顯示期望的安全因數(shù))，鋼內(nèi)襯允許屈服，例如“膨脹”，使得復(fù)合包覆材料至少部分地展開，并且在一些實(shí)施例中，以其滿負(fù)荷承載能力展開。隨著總負(fù)荷增大(例如當(dāng)充氣機(jī)裝置啟動(dòng)并展開時(shí))，基于鋼襯里屈服時(shí)的負(fù)荷承載能力的程度，較低模量材料(例如玻璃復(fù)合物)的負(fù)荷增大。
[0033]通過使用UV固化樹脂系統(tǒng)替代常規(guī)的熱固高溫固化樹脂系統(tǒng)，能夠按期望地減小或最小化處理時(shí)間。例如，普通的高溫固化周期包括在120°C的持續(xù)90分鐘的加熱，而當(dāng)使用UV可滲透纖維時(shí)，例如E玻璃(低輻射玻璃)，UV固化系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)15秒以下的固化。
[0034]UV固化另外具有避免使固化裝置承受高溫(例如可能用于或作用于壓力或者損壞充氣機(jī)裝置中包含的爆破隔板或類似特征或元件)的安全優(yōu)勢(shì)，以及降低所述裝置中包括的煙火或其它反應(yīng)材料的降解的可能性。此外，所述固化過程能夠有利地促進(jìn)制造過程中的產(chǎn)品處理。
[0035]盡管在上文中參照UV固化以及UV固化樹脂的使用對(duì)本發(fā)明的某些方面進(jìn)行了描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員在這里提供的教導(dǎo)的指引下，可以理解，本發(fā)明的更廣泛的實(shí)施并不限于此。例如，其它類型的樹脂和其它相關(guān)處理方式或固化技術(shù)，包括其它形式的輻射固化樹脂以及輻射固化能夠根據(jù)需要用于特定的應(yīng)用。
[0036]具體的可用于實(shí)施本發(fā)明的其它類型的樹脂和處理技術(shù)包括:熱固性樹脂(例如熱固化樹脂)，以及熱塑樹脂(例如可固化或經(jīng)由局部熔融處理的樹脂)。所述其它類型的樹脂的一個(gè)具體示例是熱塑樹脂，例如理想地結(jié)合基本單向纖維(primarilyunidirectional fibers)使用，例如E玻璃纖維,例如用以形成預(yù)浸潰、基本單向纖維片。當(dāng)所述片包裹在下層鋼部件(例如采用管狀部件或充氣機(jī)管狀結(jié)構(gòu)的形式)上時(shí)，所述片能夠通過加熱材料的一側(cè)的方式進(jìn)行處理。基于特定的應(yīng)用，用于此類材料的適當(dāng)?shù)募訜岱椒軌虬骰?噴燈)、IR燈(紅外燈)、熱氣槍或類似設(shè)備。
[0037]憑借這種復(fù)合物的合并和使用，通過減少例如用于形成壓力容器或腔的金屬(例如鋼)的數(shù)量、質(zhì)量和/或厚度，壓縮氣體充氣機(jī)裝置的質(zhì)量能夠按期望地減小。[0038]盡管本發(fā)明是參照大體涉及用復(fù)合物(例如高強(qiáng)度纖維和樹脂基質(zhì)系統(tǒng)的復(fù)合物)圍繞、關(guān)于和/或在至少部分地形成壓力容器的鋼襯里上細(xì)絲纏繞的包覆處理的實(shí)施例進(jìn)行描述的，本發(fā)明的更廣泛的實(shí)施并不局限于此。
[0039]例如，如果需要，復(fù)合物替代地能夠圍繞或關(guān)于軸柄(mandrel)和/或在軸柄上纏繞，從而形成復(fù)合包覆管，所述復(fù)合包覆管能夠應(yīng)用在鋼部件上，所述鋼部件例如至少部分地形成壓力容器。所述復(fù)合包覆管能夠應(yīng)用在鋼部件上，例如通過滑動(dòng)和/或?qū)?fù)合包覆管壓制在底層的鋼襯里上。
[0040]替代地，例如針對(duì)改進(jìn)的或簡化的制造，復(fù)合物能夠圍繞、關(guān)于和/或在鋼管上纏繞延伸的長度，例如5至15米的長度，并且進(jìn)行后續(xù)處理，例如切割或其它處理，以形成具有用于充氣機(jī)組件所需長度的復(fù)合物包覆的鋼管。這種長度的復(fù)合物包覆的鋼管后續(xù)能夠結(jié)合于底部和擴(kuò)散器以形成充氣機(jī)組件。
[0041]圖3示出充氣機(jī)裝置，其大體上用附圖標(biāo)記320標(biāo)記。充氣機(jī)裝置320和上述充氣機(jī)裝置120在一定程度上相似，體現(xiàn)在，充氣機(jī)裝置320包括壓力容器氣體存儲(chǔ)腔322，所述壓力容器氣體存儲(chǔ)腔322至少部分地由狹長的大體圓柱形套筒323形成，所述狹長的大體圓柱形套筒323具有底端部324和相對(duì)的擴(kuò)散器端部326。起爆器330設(shè)置在或放置在底端部324處，并且擴(kuò)散器340設(shè)置或放置在相對(duì)的擴(kuò)散器端部326處。
[0042]可以理解，充氣機(jī)裝置320能夠包括或包含爆破隔板(這里未示出)或例如本領(lǐng)域已知的其它特征，用以當(dāng)充氣機(jī)裝置處于閑置或預(yù)啟動(dòng)狀態(tài)或條件時(shí)，防止的氣體存儲(chǔ)腔322與起爆器330和擴(kuò)散器340各自之間的流體連通，以及當(dāng)充氣機(jī)裝置啟動(dòng)時(shí)能夠破裂或允許此類流體連通。
[0043]充氣機(jī)裝置320與充氣機(jī)裝置120的不同，體現(xiàn)在外部復(fù)合包裹管354已經(jīng)應(yīng)用在內(nèi)部鋼襯里350上，以通過上述方式覆蓋內(nèi)部鋼襯里350的至少一部分，而不是復(fù)合物細(xì)絲纏繞在結(jié)構(gòu)上。
[0044]盡管已經(jīng)參照上述實(shí)施例描述了本發(fā)明，其中例如由鋼制成的襯里為具有狹長長度的管狀部件，且外部復(fù)合包裹層覆蓋管狀部件鋼襯里的狹長長度的至少一大部分，在這里提供的教導(dǎo)的指引下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解，本發(fā)明的更廣泛的實(shí)施并不局限于此。
[0045]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于制造充氣機(jī)裝置的方法。其中一種方法包括制造或者提供至少部分地由鋼內(nèi)襯形成的壓力容器。如上文所述，鋼內(nèi)襯隨后能夠用纖維和樹脂基質(zhì)系統(tǒng)的復(fù)合物適當(dāng)?shù)匕病?fù)合物包覆的鋼內(nèi)襯隨后能夠被處理以形成充氣機(jī)裝置，所述充氣機(jī)裝置承受充氣機(jī)裝置啟動(dòng)時(shí)在壓力容器中產(chǎn)生的壓力，并且其中在沒有復(fù)合包覆層提供的支撐時(shí)，鋼內(nèi)襯不能夠承受充氣機(jī)裝置啟動(dòng)時(shí)在壓力容器中產(chǎn)生的壓力。
[0046]如上文所述，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，實(shí)現(xiàn)所述固化的優(yōu)選的技術(shù)是借助在復(fù)合物樹脂系統(tǒng)中加入U(xiǎn)V固化作用劑以及隨后的復(fù)合物包覆的金屬襯里的UV固化。
[0047]本發(fā)明的更廣泛的實(shí)施并不局限于由鋼部件形成的壓力容器的氣體填充是否發(fā)生在外部復(fù)合包裹層應(yīng)用之前或之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員在本文提供的教導(dǎo)的指引下，能夠理解，對(duì)于某些特定應(yīng)用，可能需要在實(shí)施復(fù)合包覆層之前填充壓力容器，而對(duì)于其它特定應(yīng)用，可能需要在實(shí)施復(fù)合包覆層之后填充壓力容器。例如，外部復(fù)合包裹層的實(shí)施和處理能夠用于加熱底層鋼部件，并且在壓力容器的例子中(其中包含任意內(nèi)容物)，可能需要在壓力容器的氣體填充之前實(shí)施并處理外部復(fù)合包裹層。另一方面，在外部復(fù)合包裹層的實(shí)施和處理之前的后續(xù)氣體填充能夠通過例如促進(jìn)或簡化壓力容器的泄漏檢查來簡化制造和生產(chǎn)，例如復(fù)合包覆層可能會(huì)掩蓋泄漏或者儲(chǔ)存或遮住泄漏的氣體(例如在所述裝置的泄漏檢查的真空階段)，并導(dǎo)致實(shí)質(zhì)泄漏或需要更長時(shí)間來實(shí)施適當(dāng)?shù)漠a(chǎn)品泄漏檢查。
[0048]下面將結(jié)合闡釋或模擬實(shí)施本發(fā)明的多個(gè)方面的以下示例更加詳細(xì)地描述本發(fā)明?？梢岳斫?，符合本發(fā)明的精神范圍內(nèi)的所有改變也是要求保護(hù)的，因此不應(yīng)局限于這些示例來解釋本發(fā)明。
[0049]示例
[0050]示例 I
[0051]以下假設(shè)的示例闡釋了例如本文所述的內(nèi)部鋼管和外部復(fù)合包覆層的充氣機(jī)結(jié)構(gòu)的負(fù)荷分配。針對(duì)該示例的理想化材料特性在圖4中示出。在該示例中，管狀充氣機(jī)結(jié)構(gòu)為鋼管，內(nèi)徑為31.5mm,并且壁厚為1mm。鋼材的彈性(楊氏)模量為200GPa。復(fù)合包覆層由箍狀(hoop)纖維包覆層構(gòu)成,彈性(楊氏)模量為37GPa,厚度為1.25mm。所不鋼材在900MPa下屈服。屈服后，所示鋼材隨應(yīng)變?cè)龃蠖休d非常小的壓力增長。復(fù)合包覆層除非斷裂否則不會(huì)屈服。
[0052]在圖5中，針對(duì)該同一示例說明復(fù)合包覆層與鋼內(nèi)襯之間的負(fù)荷分配。如圖5所示，鋼材在大約70MPA內(nèi)壓(圓柱體內(nèi))下屈服。該屈服點(diǎn)對(duì)應(yīng)于圖4所示的鋼材中的900MPa壓力。在屈服后，所述鋼材不會(huì)承載明顯增加的負(fù)荷，并且當(dāng)總負(fù)荷(即內(nèi)壓)持續(xù)增大時(shí)，所示鋼襯里承載的負(fù)荷減少。但是，隨著總負(fù)荷(即內(nèi)壓)持續(xù)增大，復(fù)合物按比例地承載大量的負(fù)荷增長。該過程一直持續(xù)直到鋼材的延伸能力或復(fù)合物的最大強(qiáng)度超出其失效點(diǎn)。
[0053]圖6提供了關(guān)于該示例中的總體結(jié)構(gòu)性能的額外信息。在大約70MPA的管內(nèi)壓時(shí)，鋼材屈服。在鋼材屈服后，結(jié)構(gòu)上的應(yīng)變以比在鋼材和復(fù)合包覆層(具有較低模量)屈服之前更快的速度增大，對(duì)應(yīng)于內(nèi)壓的增量，承載更多負(fù)荷。該過程持續(xù)直至超出所述結(jié)構(gòu)的總負(fù)荷承載能力時(shí)的失效點(diǎn)。
[0054]示例2
[0055]使用具有35_外徑和2.5_初始壁厚的管狀鋼壓力容器，進(jìn)行一系列檢測(cè)以估計(jì)通過減少鋼材壁厚并提供玻璃纖維(例如E玻璃)和樹脂強(qiáng)化的復(fù)合包覆層來減少壓力容器的重量的可行性。選定的壓力容器加工為具有1.0mm和1.25mm的剩余壁厚。壓力容器纏繞有4、5和6層濕法纏繞的E玻璃。破裂檢測(cè)在完成的壓力容器上實(shí)施。
[0056]1.0mm剩余鋼材壁厚的纖維纏繞壓力容器和1.25mm剩余鋼材壁厚的纖維纏繞壓力容器分別在機(jī)械加工段的端部處在1089bar和1239bar軸向失效。
[0057]接著，為了更好地容許玻璃包覆的管狀鋼部件的能力的檢測(cè)，提供有軸向支撐固定裝置，使得壓力容器在檢測(cè)期間被軸向支撐，由此壓力容器的破裂失效發(fā)生在壓力容器的復(fù)合包覆區(qū)域。
[0058]結(jié)果和總結(jié)
[0059]圖7通過圖表描繪了用于在示例2的一系列檢測(cè)中被檢測(cè)的壓力容器的破裂壓力對(duì)比質(zhì)量。
[0060]該檢測(cè)示出得到充氣機(jī)內(nèi)部壓力可接受的破裂值或等于明顯質(zhì)量減少的所有鋼結(jié)構(gòu)中獲得的那些值的破裂值的可能性。[0061]結(jié)果分析表明35mm破裂要求能夠用33.5mm0DXl.0mm壁厚，熱處理管狀材料，纏繞大約1.25mm的玻璃纖維強(qiáng)化層來滿足。
[0062]后續(xù)檢測(cè)已經(jīng)包括用生產(chǎn)部件檢測(cè)，包括1.1mm金屬壁厚、纏繞1.5mm厚度的復(fù)合包覆層。在該后續(xù)檢測(cè)中獲得的破裂值已經(jīng)證實(shí)較前的實(shí)驗(yàn)性結(jié)果，例如用該構(gòu)造實(shí)現(xiàn)的破裂值大于1250bar，并且充氣機(jī)仍然輕于常規(guī)全鋼結(jié)構(gòu)。
[0063]在本文中闡述性地公開的本發(fā)明能夠在缺少這里未具體公開的任意元件、部件、步驟、部分或組分的情況下實(shí)施。
[0064]盡管在前述詳細(xì)的說明中，參照特定優(yōu)選的實(shí)施例描述了本發(fā)明，其中很多細(xì)節(jié)舉例用于說明目的，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，本發(fā)明能夠以另外的實(shí)施例實(shí)施，并且在不背離本發(fā)明的基本原則的情況下，可以改變本文所述的某些細(xì)節(jié)。
【權(quán)利要求】
1.一種充氣機(jī)裝置，包括: 鋼部件，所述鋼部件至少部分地形成壓力容器，以及 外部復(fù)合包裹層，所述外部復(fù)合包裹層覆蓋所述鋼部件的至少一部分，所述復(fù)合包裹層包括纖維和樹脂基質(zhì)系統(tǒng)的復(fù)合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充氣機(jī)裝置，其特征在于，所述復(fù)合物纖維包括玻璃纖維或玄武巖纖維。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充氣機(jī)裝置，其特征在于，所述鋼部件形成內(nèi)襯，所述內(nèi)襯在沒有復(fù)合包裹層提供的支撐下，不能夠承受充氣機(jī)裝置啟動(dòng)時(shí)在壓力容器中產(chǎn)生的壓力。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充氣機(jī)裝置，其特征在于，所述樹脂基質(zhì)系統(tǒng)包括輻射固化樹脂。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的充氣機(jī)裝置，其特征在于，所述輻射固化樹脂為UV固化樹脂。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述 的充氣機(jī)裝置，其特征在于，所述樹脂基質(zhì)系統(tǒng)包括熱固化熱固性樹脂。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充氣機(jī)裝置，其特征在于，所述樹脂基質(zhì)系統(tǒng)包括可經(jīng)由局部熔融固化的熱塑樹脂。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充氣機(jī)裝置，其特征在于，所述鋼部件為管狀體，具有狹長的長度，并且形成內(nèi)襯，所述外部復(fù)合包裹層覆蓋所述管狀鋼部件的狹長長度的至少一部分。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的充氣機(jī)裝置，其特征在于，在沒有所述包覆層提供的支撐下，所述鋼內(nèi)襯不能承受所述充氣機(jī)裝置啟動(dòng)時(shí)在所述壓力容器內(nèi)產(chǎn)生的壓力。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的充氣機(jī)裝置，其特征在于，所述外部復(fù)合包裹層包括纖維和樹脂基質(zhì)的預(yù)制管，所述預(yù)制管應(yīng)用在所述管狀鋼部件上。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的充氣機(jī)裝置，其特征在于，所述外部復(fù)合包裹層包括圍繞所述管狀鋼部件纏繞的預(yù)浸潰、基本單向的纖維片。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的充氣機(jī)裝置，其特征在于，所述外部復(fù)合包裹層包括圍繞所述管狀鋼部件的復(fù)合物繞組。
13.一種充氣機(jī)裝置，包括: 鋼襯里，所述鋼襯里至少部分地形成壓力容器，以及 外部復(fù)合包裹層，其覆蓋所述鋼襯里的至少一部分，所述復(fù)合包裹層包括纖維和樹脂基質(zhì)系統(tǒng)的復(fù)合物； 其中，在沒有復(fù)合包裹層提供的支撐下，所述鋼襯里不能承受所述充氣機(jī)裝置啟動(dòng)時(shí)在所述壓力容器內(nèi)產(chǎn)生的壓力，以及 其中在有效壓力下，復(fù)合包裹層和鋼襯里分配負(fù)荷，在有效壓力增大時(shí)，所述復(fù)合包裹層承受總負(fù)荷的較大比例部分。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的充氣機(jī)裝置，其特征在于，所述復(fù)合物纖維包括玻璃纖維。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的充氣機(jī)裝置，其特征在于，所述復(fù)合物纖維包括玄武巖纖維。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的充氣機(jī)裝置，其特征在于，所述樹脂基質(zhì)系統(tǒng)包括UV固化樹脂。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的充氣機(jī)裝置，其特征在于，所述鋼襯里為管狀部件，其具有狹長的長度，并且所述外部復(fù)合包裹層覆蓋所述管狀部件鋼襯里的狹長長度的至少一部分。
18.—種制造充氣機(jī)裝置的方法，所述方法包括: 提供鋼襯里以至少部分地形成壓力容器； 用纖維和樹脂基質(zhì)系統(tǒng)的復(fù)合物包覆所述鋼內(nèi)襯；以及 加工所述復(fù)合物包覆的鋼內(nèi)襯以形成承受在所述充氣機(jī)裝置啟動(dòng)時(shí)在所述壓力容器中產(chǎn)生的壓力的充氣機(jī)裝置，并且其中在沒有復(fù)合包覆層提供的支撐下，所述鋼內(nèi)襯不能承受所述充氣機(jī)裝置啟動(dòng)時(shí)在壓力容器中產(chǎn)生的壓力。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述樹脂為可UV固化，并且所述加工復(fù)合物包覆的鋼內(nèi)襯步驟包括UV固化所述復(fù)合物包覆的金屬內(nèi)襯。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述樹脂為熱固化熱固性樹脂，并且所述加工復(fù)合物包覆的鋼內(nèi)襯步驟包括熱固化所述復(fù)合物包覆的金屬內(nèi)襯。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述樹脂為可經(jīng)由局部熔融而固化的熱塑樹脂，并且所述加工復(fù)合物包覆的鋼內(nèi)襯步驟包括局部熔融所述復(fù)合物包覆的金屬內(nèi)襯。
22.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，用纖維和樹脂基質(zhì)系統(tǒng)的復(fù)合物包覆所述鋼內(nèi)襯的步驟包括在所述鋼內(nèi)襯上使用纖維和樹脂基質(zhì)的預(yù)制管。
23.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，用纖維和樹脂基質(zhì)系統(tǒng)的復(fù)合物包覆所述鋼內(nèi)襯的步驟包括圍繞 所述鋼內(nèi)襯纏繞所述復(fù)合物。
【文檔編號(hào)】B60R21/26GK103459208SQ201280014243
【公開日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2012年1月23日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月18日
【發(fā)明者】B·W·史密斯, M·P·喬丹 申請(qǐng)人:奧托里夫Asp股份有限公司