Druckfester Tank

Abstract

 Ein druckfester Tank für Transportcontainer besteht aus zwei oder mehreren parallelen teilzylindrischen Mantelschalen 1, dessen Enden mit aus Bodenschalen bestehenden Böden 2 verschlossen sind. Der Übergangsbereich zwischen den Bodenschalen 3 und den Mantelschalen 1 ist mit gewölbten Zwickelelementen 5 verschlossen. Die Druckfestigkeit wird in diesem Bereich über das Tankinnere durchsetzende ebene Rippenelemente 10 erreicht. Die Rippenelemente 10 reduzieren gleichzeitig, gegebenenfalls in Verbindung einer mit den Behälter in Längsrichtung teilenden Zugwand 4, die Schwallwirkungen längs und quer zur Fahrtrichtung auch bei teilgefülltem Behälter erheblich.

Beschreibung

[0001] Ein druckfester Tank nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus DE-C-3 606 247 bekannt. Bei diesem großvolumigen, zweischalig gestalteten Behälter sind zwei oder mehr parallele Rohrschalen miteinander verbunden und an ihren Enden mit Bodenschalen verschlossen, wobei die Übergangsbereiche zwischen Boden- und Rohrschalen von gewölbten Zwickelelementen gebildet werden.

[0002] Ein aus DE-A-3 125 963 bekannter Tank ist als dickwandiger Behälter für Flüssiggas als Kraftstoff für Fahrzeuge konzipiert. Die Rohrschalenelemente bei diesem Tank bestehen aus einer vollzylindrisch ausgebildeten Schale und einer zylindrischen Teilschale, wobei die betreffende Zwischenwand vom innerhalb des Behälters liegenden Teil des Vollzylinders gebildet wird. Auch das Abflachen dieses Teils zu einer Zugwand für eine symmetrische Druck- und Spannungsverteilung innerhalb des Behälters ist vorgesehen.

[0003] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, insbesondere bei bekannten großvolumigen zweischaligen Behältern zum Einsatz als Tankcontainern, die Spannungsprobleme im Übergangsbereich zwischen Boden- und Mantelschalen und die Aufnahme der aus dem Innendruck resultierenden Zugkräfte zwischen oberer und unterer Längssicke durch geeignete Zuganker und das Zusammenwirken eines solchen Zugankers mit einer gegebenenfalls vorhandenen ebenen Zugwand zu lösen.

[0004] Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Behälter mit niedrigem Schwerpunkt für hochrädrige, geländegängige Fahrzeuge zu ermöglichen, der auch teilgefüllt Schwallwirkungen längs und quer zur Fahrtrichtung vermindert.

[0005] Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichenteil des Patentanspruchs 1 angegeben. Das vorgesehene zylindrisch gewölbte Zwickelelement kann hier erheblich dünner ausgeführt werden als bei einem Tank gleicher Druckfestigkeit ohne Rippenelemente.

[0006] Die durch den Innendruck hervorgerufenen Membranspannungen in der gewölbten Tankhaut führen in den Sicken, in denen die gewölbten Schalenelemente zusammenlaufen, zu Kräften, die den Tank senkrecht zu der durch die Längsachsen der Mantelschalen bestimmten Ebene auseinander drücken. Diese Kräfte werden erfindungsgemäß von den Tank durchsetzenden in Kraftrichtung verlaufenden Rippen aufgenommen. Die rippenförmige Gestaltung nach Anspruch 1 bietet den Vorteil, daß die Rippen so zwischen den zusammenlaufenden Blechen angeordnet werden können, daß besonders einfache Kehlnahtschweißverbindungen möglich sind. Weiterhin bietet das ebene Rippenprofil sehr große Gestaltungsfreiheit, um entweder maximale Schwallhemmung oder einen spannungsoptimalen Verlauf nach Anspruch 4 zu erreichen. Die erfindungsgemäßen Rippenelemente bilden also ein einheitliches Bauelement, das gleichzeitig die Druckfestigkeit des gesamten Behälters gewährleistet, für einen günstigen stetigen Spannungsverlauf sorgt und als Dämpfungselement die Schwallwirkung in Längs- und Querrichtung hemmt.

[0007] Eine besonders vorteilhafte Ausführung der Rippenelemente nach Anspruch 3 erlaubt es, den Schweißaufwand zu verringern und die Anzahl der Schweißnähte herabzusetzen. Nach Anspruch 5 können die Rippenelemente auch zusätzlich mit einem vertikal verlaufenden Profil verbunden sein, das bei hohen auftretenden Zugkräften als zusätzlicher Zuganker notwendig sein kann. Dieses Profil kann beispielsweise wie in Anspruch 6 und 7 angegeben, ein Hohlprofil, vorzugsweise mit einem kreisförmigen Querschnitt sein. Ein solches Profil erlaubt zusätzlich eine weitere Verringerung von Schweißnahtanhäufungen, insbesondere in dem Bereich, in dem die Nähte der längs und diagonal verlaufenden Sicken zusammentreffen.

[0008] Weiterhin ist eine offene Verbindung des unteren und oberen innerhalb des Tankprofils befindlichen Sickenraums möglich. Beispielsweise ist eine problemlose Entwässerung des oberen Raumes gewährleistet. Bei einer doppelwandigen Ausführung des gesamten Behälters, bei der die Räume dann innerhalb eines den gesamten Behälter umfassenden Außenmantel liegen, können beide Räume kommunizierend mit einer Leckanzeigeflüssigkeit gefüllt werden, die in Verbindung mit einem Leckageerkennungsgerät notwendig ist.

[0009] Weitere Profilgeometrien sind in Anspruch 8 und 9 aufgezeigt, die besonders dann vorteilhaft sind, wenn der Tank neben den Rippenelementen einen Zuganker und eine ebene Zugwand gemäß Anspruch 10 aufweist.

[0010] Die Ausführungen einer solchen Zugwand nach Anspruch 11 und 12 sind vorteilhaft, da sie das einfache Ansetzen der parallel zur Tankachse verlaufenden Schalenelemente erlauben und die freie, aus dem Tank herausstehende Kante gegen Ausknicken stabilisiert ist. Die Ausführung nach Anspruch 12 erlaubt einen bündigen Abschluß des in das Tankprofil zurückspringenden Sickenraumes mit einem ebenen Blech. Die dabei entstehende stabilisierte Fläche kann im oberen Tankbereich als Bedienungsplattform oder zur Befestigung von zusätzlichen Komponenten und im unteren Bereich als stabile Auflagefläche des gesamten Tanks dienen.

[0011] Ein Verschweißen der Elemente Rippenblech, Profil und Zugwand nach Anspruch 13 gibt eine weitere Stabilisierung der gesamten Struktur.

[0012] Die Ausführung nach Anspruch 14 ist fertigungstechnisch besonders günstig.

[0013] Die Ausführung nach Anspruch 15 macht den Tank gegen Fertigungs- und Betriebsspannungen besonders unempfindlich.

[0014] Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen

Figur 1

eine Draufsicht auf einen Abschnitt eines zweischaligen Tanks;

Figur 2

des Querschnitt durch einen zweischaligen Tank nach Figur 1 längs der Linie A-A;

Figur 3

eine Detailansicht der Anbindung der Mantelschalen an eine abgekantete Zugwand in einer zur Tanklängsachse parallelen Projektion;

Figur 4

eine Detailansicht der Anbindung von einstückig ausgebildeten Rippenelementen an die Zugwand in vertikaler Projektion;

Figur 4b

eine Variante der Ausführung nach Fig. 4a;

Figur 5

eine Schnittdarstellung der Verbindung der Zugwand und der Rippenelemente über ein rohrförmiges Hohlprofil:

Figur 6

ein Y-Profil mit Rippenelementen und Zugwand verbunden;

Figur 7

eine Ansicht in zwei Projektionen einer Ausführung des Rippenendes mit einem spannungsoptimierenden Endstück.

[0015] Der Tank nach Figur 1 und 2 besteht aus zwei teilzylindrische Mantelschalen 1, die über eine in Längsrichtung parallel zur Tankachse 20 verlaufende, den Tank vollständig durchsetzende Zugwand 4 miteinander verbunden sind. Dabei bilden die beiden Schalen 1 zwei innerhalb des Gesamtprofils des Behälters liegende Vertiefungen, die als sickenförmige, parallel zur Achse 20 verlaufende Rinnen an der Tankober- und -unterseite verlaufen.

[0016] Die Abschlußwände der beiden Enden bilden zwei Böden 2, die jeweils aus drei Schalenelementen 3 zusammengesetzt sind. In der Ausführung nach Figur 1 und 2 handelt es sich dabei jeweils um zwei Viertelkugelschalen-Sektoren mit einer dazwischen eingesetzten zylindrischen Halbschale, deren Längsachse quer zur Achse 20 horizontal verläuft.

[0017] Den Übergang zwischen den Böden 2 und den Schalen 1 bildet ein ebenfalls zylindrisch gewölbtes Zwickelelement 5, dessen eine Spitze in der Sicke ansetzt, und das sich dann schräg nach außen bis zum Berührpunkt der Mantelschalen 1 mit den Böden 2 erstreckt. In der Darstellung nach Figur 1 und 2 weisen alle äußeren Schalenelemente 1, 3 und 5 des Tanks den gleichen Krümmungsradius auf.

[0018] Zwischen das Zwickelelement 5 und die Schalen 1 sind sichelförmige Rippenelemente 10 eingesetzt, die den Behälter durchsetzen, mit der Achse 20 jeweils einen Winkel von 45° bilden, und zueinander in einem Winkel von 90° stehen. Diese Rippenelemente sind über ein rohrförmiges Profilelement 11, das den Tank entlang einer Lotachse 21 vollständig durchsetzt, mit der Zugwand 4 verbunden.

[0019] An den Enden der Rippenelemente 10 sind jeweils in der Nähe der Scheitel- bzw. Sohlenpunkte des Behälters mit der Tankhaut verbundene Endstücke 12 angesetzt. Figur 7 zeigt eine Ausführung als abgeschrägte zylindrische Kralle. Weitere Ausführungsformen können in einem Vollzylinder, einem Rohr, einem Dopplerblech oder in einem zum Tankinneren verschlossenen gewölbten Bodenelement bestehen.

[0020] Figur 3 zeigt den Anschluß der Schalen 1 an die Zugwand 4 mit Kehlnähten. Eine weitere nicht dargestellte Alternative besteht darin, die Zugwand 4 zwischen der oberen und unteren in Tanklängsrichtung verlaufenden Sickenkanten nur innen einzuschweißen.

[0021] Figur 4a zeigt eine Variante, in der die Rippenelemente 10 entweder einstückig und symmetrisch zur Zugwand 4 aus einem Blechzuschnitt durch Kantung hergestellt werden und dann entlang der Lotachse 21 an der Zugwand 4 verschweißt sind.

[0022] Figur 4b zeigt eine Ausführung, bei der ein Flügel 10a an die Zugwand 4 angekantet ist und der andere Flügel 10 entlang der Kantung der Lotachse 21 folgend damit verschweißt ist. Diese Ausführung setzt voraus, daß die Zugwand 4 und die Flügel der Rippenelemente 10a und 10 die gleiche Wandstärke aufweisen.

[0023] Figur 5 zeigt im Detail die Anbindung der Zugwand 4 und der Rippenelemente 10 an ein Hohlprofilelement 11 mit kreisförmigem Querschnitt, dessen Längsachse mit der Lotachse 21 zusammenfällt. Diese Ausführung zeigt, daß dabei die Schweißnähte auf dem Rohrumfang verteilt sind und die ebenfalls auf das Rohr auftreffenden spitzen Enden der Schalen 1 und des Zwickelelements 5 am Umfang des Rohres abgeschnitten sind, dort verschweißt werden und nicht in einem Punkt zusammenlaufen.

[0024] Weiterhin stellt ein solches Hohlprofilelement 11 eine Verbindung zwischen dem oberen und unteren Sickenraum des Tanks dar. Bei einer nicht dargestellten doppelwandigen Ausführung des Behälters, bei der der Außenmantel das Profil des inneren Tanks vollständig umfaßt und die Sickenräume als Hohlraum zwischen dem inneren und äußeren Behältermantel liegen, bleibt die Verbindung zwischen oberem und unterem Sickenhohlraum offen. Auch das vollständige Ausfüllen des Zwischenraums zwischen Innen- und Außentank mit einem Fluid ist durch die kommunizierende Verbindungen möglich.

[0025] Figur 6 zeigt eine mögliche massive Ausführung des Profilelements 11. Auch hier sind die Verbindungsnähte zwischen der Zugwand 4 und den Flügeln der Rippenelemente 10 räumlich getrennt. Neben dem gezeigten Y-Querschnitt des Profilelements 11 kann auch ein Winkelprofilelement verwendet werden, wobei die Zugwand 4 dann an der Kante des Profils verschweißt wird, an der die beiden Schenkel zusammenlaufen.

[0026] Die dargestellten Ausführungen an einem zweischaligen Tank lassen sich analog auf Tanks übertragen, die beispielsweise drei oder mehr teilzylindrische Schalenelemente aufweisen, deren parallele Längsachsen in einer Ebene verlaufen.

Ansprüche

1. Druckfester Tank, dessen Mantel aus mehreren parallelen teilzylindrischen Mantelschalen (1) zusammengesetzt ist und dessen Enden mit aus Bodenschalen (3) bestehenden Böden (2) verschlossen sind, wobei die Übergangsbereiche zwischen Boden- und Mantelschalen von gewölbten Zwickelelementen (5) gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwickelelemente (5) mit den Mantelschalen (1) über senkrecht zu der von den Achsen der Schalen (1) bestimmten Ebene verlaufende, das Tankinnere durchsetzende, ebene Rippenelemente (10) verbunden sind.

2. Druckfester Tank nach Anspruch 1, wobei die Mantelschalen (1), die Bodenschalen (3) und die Zwickelelemente (5) den gleichen Krümmungsradius haben.

3. Druckfester Tank nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Rippenelemente (10) zweiflügelig aus einem Blechzuschnitt gekantet sind.

4. Druckfester Tank nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Rippenelemente (10) ein sichelförmiges Profil haben.

5. Druckfester Tank nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Rippenelemente (10) mit einem den Tank vollständig durchsetzenden Profilelement (11) verschweißt sind.

6. Druckfester Tank nach Anspruch 5, wobei das Profilelement (11) hohl ist, vorzugsweise einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, oder ein Winkelprofil oder Y-Profil hat.

7. Druckfester Tank nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine ebene Zugwand (4) den Tank vollständig durchsetzt.

8. Druckfester Tank nach Anspruch 7, wobei der aus dem Tankinneren herausragende Teil der ebenen Zugwand (4) abgekantet ist.

9. Druckfester Tank nach Anspruch 8, wobei der abgekantete Schenkel (6) der Zugwand (4) in einer gemeinsamen Ebene mit den Scheitellinien der Zylinderschalen (1) liegt.

10. Druckfester Tank nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Rippenbleche (10) entlang einer den Tank durchsetzenden Achse (21) direkt oder über das Profilelement (11) mit der ebenen Zugwand (4) verschweißt sind.

11. Druckfester Tank nach Anspruch 10, wobei ein Rippenelement (10a) und die Zugwand (4) aus einem abgekanteten Blechzuschnitt hergestellt sind, das längs der Kantung mit einem weiteren Rippenelement (10) verschweißt ist.

12. Druckfester Tank nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Rippenelemente (10) mit der Tankhaut verbundene Endstücke (12) zur Spannungsminderung aufweisen.

Zeichnung