Vorrichtung zum Aufnehmen und Lagern eines Behälters und eine Lageranordnung sowie deren Verwendung

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufnehmen und Lagern eines Behälters (12), insbesondere eines Druckbehälters, Tanks oder Hochdrucktanks, zum Aufnehmen, Speichern und Abgeben von gasförmigen, flüssigen und festen Medien mit einem Mantel (16) und einem an dem Mantel (16) integral angebrachten Lagerzapfen (18) oder Tankstutzen, umfassend ein an einer Rahmenstruktur (14) befestigbares Halteelement (28) und ein von dem Halteelement (28) aufnehmbares membranförmiges Lagerelement (30), das den Lagerzapfen (18) oder Tankstutzen des Behälters (12) axial elastisch aufnimmt und derart quersteif ausgebildet ist, dass von dem Behälter (12) erzeugte mechanische Querkräfte und/oder Torsionsmomente über den Lagerzapfen (18) oder Tankstutzen auf das Halteelement (28) übertragbar sind, eine daraus gebildete Lageranordnung und deren Verwendung.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufnehmen und Lagern eines Behälters, insbesondere eines Druckbehälters, Tanks oder Hochdrucktanks, zum Aufnehmen, Speichern und Abgeben von gasförmigen, flüssigen und festen Medien, eine Lageranordnung und deren Verwendung.

[0002] Derartige Vorrichtungen und Lageranordnungen sind allgemein bekannt. Auf dem Gebiet der Luft- und Raumfahrt ist es derzeit üblich, einen Behälter, insbesondere einen Druckbehälter, wie einen Tank oder Hochdrucktank, zum Aufnehmen, Speichern und Abgeben von gasförmigen, flüssigen und festen Medien mit einem Mantel und einem an dem Mantel integral angebrachten Lagerzapfen oder Tankstutzen mittels einer Lageranordnung polar, d.h. an den Lagerzapfen oder Tankstutzen, die vorzugsweise an den Polen auf der Längsachse des Behälters angeordnet sind, aufzuhängen. Die Lageranordnung umfasst ein sogenanntes Festlager und ein sogenanntes Loslager. Das Festlager ist oft als Kugelgelenklager oder als starrer Flansch ausgebildet. Das Loslager ist axial verschieblich, um Längenänderungen des Behälters bei verschiedenen Innendrücken und Temperaturen aufzunehmen. Zu diesem Zweck besteht das Loslager typischerweise aus einer Kombination eines zylindrischen Gleitlagers mit einem sphärischen Lager. Das zylindrische Gleitlager nimmt den Lagerzapfen oder Tankstutzen axial verschieblich auf. Das sphärische Lager wiederum stützt das Gleitlager an einer Rahmenstruktur ab und vermeidet ein Verkanten des Gleitlagers. Allerdings hat sich ein solches Loslager aufgrund seiner konstruktiven Ausgestaltung insgesamt als verhältnismäßig nachteilig erwiesen. Dieses Loslager weist infolge der Kombination aus Gleitlager und sphärischem Lager sowie der daraus resultierenden Vielzahl von einzelnen Bauelementen zunächst eine ausgesprochen aufwendige Bauweise von verhältnismäßig hohem Gewicht auf. Durch die vorhandenen zwei Lagerspalte zwischen dem Lagerzapfen oder Tankstutzen und dem Gleitlager einerseits und dem Gleitlager und dem sphärischen Lager andererseits tritt bei dynamischer Belastung ein sogenanntes Klappern auf, das schnell zu einer erheblichen Beanspruchung und Beschädigung mit Partikel-Emission führt. Durch Gleitbewegungen an den Kontaktflächen wird zusätzlich Abrieb erzeugt. Die Trockenschmierung des Gleitlagers wird teilweise abgenutzt, wodurch Reibrost entsteht. Aus diesen beiden Gründen kann das Gleitlager während Abnahmetests unter Umständen schwergängiger werden. Darüber hinaus entstehen bei Versagen des Gleitsitzes Axialkräfte, die aus den hohen Steifigkeiten des Behälters und seiner Aufhängung resultieren. Aufgrund der schwer vorhersagbaren Reibkoeffizienten unterliegen die Kräfte einer großen Variation. Weiterhin muss dieses Loslager mit Original-Teilen zu dessen Qualifikation und Abnahme verschiedentlichen Vibrationstests unterzogen werden. Allerdings haben sich derartige Vibrationstests für dieses Loslager in der Praxis als nur bedingt geeignet herausgestellt. Zum einen ist die Aussagekraft von Vibrationstests über dieses Loslager unpräzise, da unterschiedliche Spaltmaße innerhalb der Lagertoleranzen die Lateral-Eigenfrequenzen wesentlich beeinflussen. Zum anderen werden Vibrationstests im Allgemeinen mit horizontal gelagertem Behälter, d.h. mit horizontal ausgerichteter Längsachse, durchgeführt. Falls der Behälter im Betrieb oder Flugeinsatz vertikal orientiert ist, entstehen durch die Reibung im Gleitlager unerwünschte Kopplungen von Freiheitsgraden und damit zusätzliche Belastungen, die mit denjenigen in den Vibrationstests nicht, allenfalls nur näherungsweise vergleichbar sind. Ein weiterer Nachteil besteht für den Anwender und Kunden darin, ein Loslager, das fabrikneu ist oder das den Vibrationstests unterzogen wurde und somit Gebrauchsspuren und eine damit verbundene niedrigere (Rest-)Lebensdauer aufweist, für den Betrieb oder Flugeinsatz zu verwenden. Schließlich gestaltet sich die Herstellung und Montage dieses Loslagers aufwendig.

[0003] Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Aufnehmen und Lagern eines Behälters, insbesondere eines Druckbehälters, Tanks oder Hochdrucktanks, zum Aufnehmen, Speichern und Abgeben von gasförmigen, flüssigen und festen Medien zur Verfügung zu stellen, mit welcher sich die obigen Nachteile verhindern lassen, welche mithin konstruktiv besonders einfach, zugleich kompakt und stabil sowie sehr leichtbauend ist, einen schmiermittel-, partikel- und verschleißfreien Betrieb ermöglicht sowie eine ausgesprochen exakte Prognostizierbarkeit des Betriebsverhaltens der Vorrichtung anhand eines zu ermittelnden Testverhaltens zulässt, eine hohe Dauerfestigkeit aufweist und in der Herstellung ausgesprochen kostengünstig ist, eine Lageranordnung vorzusehen und deren Verwendung bereitzustellen.

[0004] Diese Aufgabe wird in vorrichtungstechnischer Hinsicht auf überraschend einfache Weise durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

[0005] Durch die Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Aufnehmen und Lagern eines Behälters, insbesondere eines Druckbehälters, Tanks oder Hochdrucktanks, zum Aufnehmen, Speichern und Abgeben von gasförmigen, flüssigen und festen Medien mit einem Mantel und einem an dem Mantel integral angebrachten Lagerzapfen oder Tankstutzen, umfassend ein an einer Rahmenstruktur befestigbares Halteelement und ein von dem Halteelement aufnehmbares membranförmiges Lagerelement, das den Lagerzapfen oder Tankstutzen des Behälters axial elastisch aufnimmt und derart quersteif ausgebildet ist, dass von dem Behälter erzeugte mechanische Querkräfte und/oder Torsionsmomente über den Lagerzapfen oder Tankstutzen auf das Halteelement übertragbar sind, wird eine besonders einfache, zudem kompakte und stabile Bauweise der Vorrichtung von verhältnismäßig geringem Gewicht erreicht. Ferner lässt sich der Hebelarm zwischen Behälter und Längsachse des Behälters wesentlich verringern, was für die erfindungsgemäße Vorrichtung zusätzlich strukturmechanische Vorteile hinsichtlich der Masse mit sich bringt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung stellt eine loslagerseitige Lagerung eines Behälters zur Verfügung, die axiale Verformungen des Behälters bei geringen Axialkräften ohne Gleitflächen oder Lagerspalte ermöglicht. Die Lagerung hat eine definierte, niedrige Axialsteifigkeit und eine wesentlich höhere Quersteifigkeit. Darüber hinaus ist ein schmiermittel-, partikel- und verschleißfreier Betrieb ermöglicht. So wird kein Schmiermittel benötigt und werden keine Partikel generiert. Ein Verschleiß der Vorrichtung wird hierdurch verhindert, zumindest erheblich reduziert. Aufgrund der Reibungs-und Partikelfreiheit eignet sich die vorliegende Vorrichtung zudem in sehr vorteilhafter Weise für einen Einsatz in besonders reinen bzw. sauberen Umgebungen, wie zum Beispiel im Vakuum oder in einem Reinraum. Des Weiteren ist es möglich, das Betriebsverhalten der Vorrichtung anhand des Testverhaltens einfach, effektiv und exakt vorherzubestimmen und zu prüfen, da störende Einflüsse, wie Spiel, Ausschlagen, Klappern, Fressen oder Kraft-Variationen aus dem Reibkoeffizienten, bei der Vorrichtung nach der Erfindung beseitigt sind. Vielmehr sind nur gleichmäßige und damit im Vorhinein kalkulierbare Eigenschaften vorhanden, auch selbst bei großen Änderungen der Umgebung, wie Temperatur oder Vakuum. Damit einhergehend ist die erfindungsgemäße Vorrichtung auch unter Umgebungsbedingungen einsetzbar, die für Lager allgemein nicht mehr oder allenfalls wenig geeignet sind. Zugleich ist eine Auslegung der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf Dauerfestigkeit möglich, und zwar ohne Überdimensionierung, wie dies bei Loslagern im Stand der Technik erforderlich ist. Gleichermaßen weist die erfindungsgemäße Vorrichtung den zusätzlichen wesentlichen Vorteil auf, eine Linearbewegung in Achsrichtung mit geringen Kräften sicherzustellen, gleichzeitig aber Kräfte in die beiden Lateralrichtungen und/oder Momente oder Torsionsmomente bei Rotation des Behälters um die Längsachse aufzunehmen. Ein weiterer Vorteil ergibt sich bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung durch deren besonders einfache konstruktive Ausgestaltung und unmittelbare Anordnung an bzw. auf dem Lagerzapfen oder Tankstutzen. Beides erleichtert dem Anwender und Kunden die Einbindung dieses konstruktiven Parts in die Gesamtkonstruktion, wodurch sich zusätzlich die Entwicklungszeit verkürzen und der Entwicklungsaufwand sowie das Entwicklungsrisiko verringern lassen. Nicht zuletzt hieraus resultierend gestaltet sich die Herstellung des erfindungsgemäßen Behälters einfach und wenig arbeitsintensiv und ist somit ausgesprochen kostengünstig.

[0006] Weitere vorteilhafte Einzelheiten der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Ansprüchen 2 bis 15 beschrieben.

[0007] In vorteilhafter Weise ist das Halteelement nach Anspruch 2 rotationssymmetrisch, achsensymmetrisch oder punktsymmetrisch ausgebildet. Hierdurch lässt die erfindungsgemäße Vorrichtung an beliebige, zudem unterschiedlichste konstruktive Vorgaben, anzutreffende geometrische und/oder räumliche Gegebenheiten, etc. individuell anpassen.

[0008] Darüber hinaus ist das Halteelement vorzugsweise ein- oder mehrteilig ausgebildet und zur Aufnahme des membranförmigen Lagerelementes rotationssymmetrisch oder achsensymmetrisch oder punktsymmetrisch um das membranförmige Lagerelement herum angeordnet.

[0009] Von besonders großer Bedeutung für eine ausgesprochen einfache und damit kostengünstige Bauweise zum einen und eine hohe Stabilität und Funktionszuverlässigkeit in mechanischer Hinsicht zum anderen sind die Merkmale des Anspruchs 3. Danach ist das Halteelement im Wesentlichen topf- oder becherförmig ausgebildet.

[0010] Die Maßnahmen des Anspruchs 4 ermöglichen gleichermaßen eine ausgesprochen einfache und damit kostengünstige Bauweise und eine hohe Funktionszuverlässigkeit der gesamten Vorrichtung in mechanischer Hinsicht. Demnach ist das von dem Halteelement aufnehmbare membranförmige Lagerelement im Wesentlichen rotationssymmetrisch, insbesondere kreisförmig oder kreisringförmig, ausgebildet.

[0011] Anstelle einer rotationssymmetrischen Ausbildung kann erfindungsgemäß ebenso vorgesehen sein, das von dem Halteelement aufnehmbare membranförmige Lagerelement nicht-rotationssymmetrisch, insbesondere dreieckig, viereckig, quadratisch oder rechteckig, trapezförmig oder polygonförmig und/oder als Kombination daraus, geschlitzt oder in Sternform, auszubilden.

[0012] Des Weiteren ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das membranförmige Lagerelement nach Anspruch 5 im Wesentlichen ebenflächig ausgebildet ist.

[0013] Alternativ dazu kann es nach Anspruch 6 auch von Vorteil sein, das membranförmige Lagerelement vorzugsweise schalenförmig, insbesondere halbkugelförmig, kugelkappenförmig, kalottenförmig, ellipsoidkalottenförmig, konisch, elliptisch, in Cassini-Form oder mit anderen Querschnittsformen auszubilden, auch wenn auf diese Weise eine gewisse Reduzierung der Steifigkeit in Querrichtung in Kauf zu nehmen wäre.

[0014] Vorzugsweise liegt es im Rahmen der Erfindung, dass das membranförmige Lagerelement nach Anspruch 7 mit wenigstens einer, insbesondere rotationssymmetrisch ausgebildeten, Sicke oder dergleichen versehen ist. Die wenigstens eine Sicke dient zur Reduzierung der Axialsteifigkeit und ermöglicht einen Axialweg bzw. eine Ausdehnung oder ein Zusammenziehen des Behälters samt Lagerzapfen oder Tankstutzen in axialer Richtung.

[0015] In diesem Zusammenhang ist die wenigstens eine Sicke des membranförmigen Lagerelementes teilweise oder vollständig umlaufend ausgebildet.

[0016] Darüber hinaus liegt es im Rahmen der Erfindung, dass das membranförmige Lagerelement an dem Halteelement und/oder an dem Lagerzapfen oder Tankstutzen des Behälters lösbar oder unlösbar befestigt ist.

[0017] Das membranförmige Lagerelement ist an dem Halteelement und/oder an dem Lagerzapfen oder Tankstutzen des Behälters nach Anspruch 8 mittels einer Klemm- oder Schraubverbindung befestigt und/oder, insbesondere mittels Heftung oder Punktung, ganz bevorzugt mit durchgehender Schweißnaht, angeschweißt. Hierdurch lässt sich die Herstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung noch zusätzlich vereinfachen und damit weniger arbeits-, zeit- und letztlich und kostenintensiv gestalten. Durch die Klemm- oder Schraubverbindung ist zudem ein Austausch des membranförmigen Lagerelementes zu Reparaturzwecken etc. ermöglicht.

[0018] Entsprechend den Maßnahmen des Anspruchs 9 ist das membranförmige Lagerelement in zweckmäßiger Weise mit einem äußeren Umfangsbereich an dem Halteelement, insbesondere an dessen dem Behälter zugewandten Umfangsrand, befestigt.

[0019] Vorzugsweise ist das membranförmige Lagerelement nach Anspruch 10 mit einem inneren Umfangsbereich an dem Lagerzapfen oder Tankstutzen des Behälters unmittelbar oder mittelbar über ein weiteres Halteelement befestigt.

[0020] Dabei ist es zweckmäßig, dass das weitere Halteelement nach Anspruch 11 mit dem inneren Umfangsbereich des membranförmigen Lagerelementes verbunden, insbesondere verschweißt, ist.

[0021] Zusätzlich ist erfindungsgemäß nach Anspruch 12 vorgesehen, dass das membranförmige Lagerelement an dem Halteelement und/oder an dem Lagerzapfen oder Tankstutzen des Behälters gegen Verdrehung, insbesondere mittels eines Stiftes oder Bolzens, gesichert ist.

[0022] Von besonders großem Interesse für eine erhebliche Vereinfachung der Bauweise sind weiterhin die konstruktiven Maßnahmen des Anspruchs 13, wonach das von dem Halteelement aufnehmbare membranförmige Lagerelement wenigstens eine Membran umfasst.

[0023] Vorzugsweise umfasst das membranförmige Lagerelement nach Anspruch 14 zwei oder mehr Membranen, wobei jeweils zwei zueinander benachbarte Membranen voneinander durch einen Zwischenraum beabstandet. Anstelle einer solchen Anordnung mit einem gegenseitigen Abstand können die jeweils zwei zueinander benachbarten Membranen flächenbündig zueinander angeordnet sein, befinden sich somit in gegenseitigem Kontakt.

[0024] Entsprechend den konstruktiven Merkmalen des Anspruchs 15 ist in dem Zwischenraum zwischen zwei jeweils zueinander benachbarten Membranen des membranförmigen Lagerelementes vorzugsweise Luft oder ein Dämpfungsmedium angeordnet. Alternativ kann an den Zwischenraum zwischen zwei jeweils zueinander benachbarten Membranen des membranförmigen Lagerelementes ein Vakuum angelegt sein.

[0025] In diesem Zusammenhang ist es von Vorteil, das Dämpfungsmedium aus Gummi oder einem offen- oder geschlossenporigen Polymer-Schaum, insbesondere aus Polyurethan, Polyethylen oder Epoxidharzen, auszubilden.

[0026] Weiter ist das Halteelement vorzugsweise an der Rahmenstruktur lösbar, insbesondere mittels Schraubverbindung oder Schrauben, oder unlösbar - zum Beispiel durch Verschweißen - befestigbar, kann jedoch ebenso mit der Rahmenstruktur integral ausgebildet sein.

[0027] Das Halteelement und/oder das membranförmige Lagerelement und/oder die Membran/en und/oder das weitere Halteelement ist/sind vorzugsweise leichtbauend ausgebildet.

[0028] Darüber hinaus ist/sind das Halteelement und/oder das membranförmige Lagerelement und/oder die Membran/en und/oder das weitere Halteelement vorteilhafterweise aus einem hochfesten Material gebildet.

[0029] Zweckmäßigerweise ist/sind das Halteelement und/oder das membranförmige Lagerelement und/oder die Membran/en und/oder das weitere Halteelement dabei wenigstens teilweise aus Metall, insbesondere aus Stahl, Edelstahl, Aluminium, Titan, einer Legierung daraus und/oder aus Kunststoff, insbesondere aus Polyimid (PI), Polyoximethylen (POM) oder Polytetrafluorethylen (PTFE), mit oder ohne Aramid-, Glas-, Kohlen-, Nylon-, Polyethylen- und/oder Polyesterfaserverstärkung, und/oder einer Kombination daraus gebildet.

[0030] Diese Aufgabe wird in anordnungstechnischer Hinsicht auf überraschend einfache Weise durch die Merkmale des Anspruchs 16 gelöst.

[0031] So ist erfindungsgemäß vorgesehen, eine Lageranordnung mit einer Vorrichtung zum Aufnehmen und Lagern eines Behälters nach der Erfindung (Loslager) zusammen mit einer Vorrichtung zum Aufnehmen und festen Lagern des Behälters (Festlager) vorzusehen, die einem von dem Lagerzapfen oder Tankstutzen beabstandeten und an dem Mantel integral angeordneten Lagerzapfen oder Tankstutzen zugeordnet ist, wobei die zwei Vorrichtungen auf einer gemeinsamen Längsachse des Behälters angeordnet sind.

[0032] Schließlich liegt es noch im Rahmen der Erfindung, die erfindungsgemäße Vorrichtung oder Lageranordnung nach Anspruch 17 zum Aufnehmen und Lagern eines Behälters, insbesondere eines Druckbehälters, Tanks oder Hochdrucktanks, zum Aufnehmen, Speichern und Abgeben von gasförmigen, flüssigen und festen Medien, insbesondere von kryogenen Fluiden, vorzugsweise von Sauerstoff und Wasserstoff, in Fahrzeugen, insbesondere in Luftfahrzeugen oder Fluggeräten der Luft- und Raumfahrt, vorzugsweise in Flugzeugen und Raumflugkörpern, insbesondere in Wasserfahrzeugen, vorzugsweise in einem U-Boot oder Luftkissenfahrzeug (Hovercraft), oder insbesondere in Landfahrzeugen, vorzugsweise in einem Personenkraftwagen, Lastkraftwagen oder Wohnmobil, zu verwenden.

[0033] Ganz besonders eignet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung oder Lageranordnung zum Aufnehmen und Lagern eines Behälters, insbesondere eines Druckbehälters, Tanks oder Hochdrucktanks, zum Aufnehmen, Speichern und Abgeben von gasförmigen, flüssigen und festen Medien, in Luftfahrzeugen oder Fluggeräten der Luft- und Raumfahrt, vorzugsweise in Flugzeugen und Raumflugkörpern, Raketen und/oder Satelliten, oder in besonders reinen oder sauberen Umgebungen, insbesondere im Vakuum oder in einem Reinraum.

[0034] Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung sowie anhand der Zeichnungen. Hierbei zeigen:

Fig. 1

eine schematische, teilweise abgebrochene perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung zwischen einem Behälter und einer Rahmenstruktur,

Fig. 2

eine schematische, teilweise abgebrochene Längsschnittansicht durch eine Ausführungsform der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung nach der Fig. 1, in vergrößerter Darstellung,

Fig. 3

eine schematische, teilweise abgebrochene perspektivische Draufsicht auf die Ausführungsform der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung nach der Fig. 1, und

Fig. 4 und 5

schematische, teilweise abgebrochene Querschnittsansichten durch zwei Ausführungsformen von erfindungsgemäß ausgebildeten membranförmigen Lagerelementen der erfindungsgemäßen Vorrichtung, in nochmals vergrößerter Darstellung.

[0035] Bei der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 zum Aufnehmen und Lagern eines Behälters 12, insbesondere eines Druckbehälters, Tanks oder Hochdrucktanks, sind einander entsprechende, gleiche Bauteile jeweils mit identischen Bezugsziffern versehen.

[0036] Die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 zum Aufnehmen und Lagern des Behälters 12, insbesondere des Druckbehälters, Tanks oder Hochdrucktanks, zum Aufnehmen, Speichern und Abgeben von gasförmigen, flüssigen und festen Medien, insbesondere von kryogenen Fluiden, vorzugsweise von Sauerstoff und Wasserstoff, findet in Fahrzeugen, insbesondere in Luftfahrzeugen oder Fluggeräten der Luft- und Raumfahrt, vorzugsweise in Flugzeugen und Raumflugkörpern, insbesondere in Wasserfahrzeugen, vorzugsweise in einem U-Boot oder Luftkissenfahrzeug (Hovercraft), oder insbesondere in Landfahrzeugen, vorzugsweise in einem Personenkraftwagen, Lastkraftwagen oder Wohnmobil, Verwendung. In ganz besonderem Maße lässt sich die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 in Luftfahrzeugen oder Fluggeräten der Luft- und Raumfahrt, vorzugsweise in Flugzeugen und Raumflugkörpern, Raketen und/oder Satelliten, oder in besonders reinen oder sauberen Umgebungen, insbesondere im Vakuum oder in einem Reinraum, einsetzen.

[0037] Wie in der Fig. 1 dargestellt ist, ist die Vorrichtung 10 nach der Erfindung zwischen dem Behälter 12 und einer schematisch dargestellten Rahmenstruktur 14 angeordnet. Der Behälter 12 umfasst einen Mantel 16 und einen an dem Mantel 16 integral angebrachten Lagerzapfen 18 oder Tankstutzen. Der Lagerzapfen 18 oder Tankstutzen ist an einem von den zwei Polen des Mantels 16 des Behälters 12 angeordnet, wobei die Längsachse 20 des Lagerzapfens 18 mit der Längsachse 22 des Behälters 12 zusammenfällt, d.h. beide Längsachsen 20, 22 bilden eine einzige, gemeinsame Längsachse.

[0038] Die Rahmenstruktur 14 kann beispielsweise ein Teil einer Satellitenstruktur sein, die in Sandwich-Bauweise ausgestaltet ist.

[0039] Bei der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsform ist die Vorrichtung 10 an der Rahmenstruktur 14 mittels eines zwischengeordneten Haltewinkels 24 oder dergleichen befestigt. Die Vorrichtung 10 ist bei der Ausführung nach den Fig. 1 und 2 mit dem Haltewinkel 24 über Schrauben 26 verschraubt.

[0040] Die Vorrichtung 10 nach der Erfindung umfasst ein Halteelement 28, das bei der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform rotationssymmetrisch ausgebildet ist. Weiterhin ist das Halteelement 28 vorzugsweise einteilig gehalten. Das Halteelement 28 ist insbesondere im Wesentlichen topfförmig, becherförmig oder weist eine damit vergleichbare, ähnliche Form auf. Bei der gezeigten Ausführung der Fig. 1 und 2 ist das Halteelement 28 und damit die Vorrichtung 10 über den Haltewinkel 24 an der Rahmenstruktur 14 befestigbar.

[0041] Darüber hinaus weist die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 ein membranförmiges Lagerelement 30 auf, das von dem Halteelement 28 aufnehmbar ist. Das Halteelement 28 ist dabei rotationssymmetrisch um das membranförmige Lagerelement 30 herum angeordnet. Das membranförmige Lagerelement 30 nimmt den Lagerzapfen 18 des Behälters 12 axial elastisch auf, insbesondere mit niedriger Steifigkeit. Vorzugsweise nimmt das membranförmige Lagerelement 30 den Lagerzapfen 18 zusätzlich im Wesentlichen mittig und/oder spielfrei auf. Weiterhin ist das membranförmige Lagerelement 30 derart quersteif ausgebildet, dass von dem Behälter 12 erzeugte mechanische Kräfte bzw. Querkräfte und/oder Torsionsmomente über den Lagerzapfen 18 oder Tankstutzen auf das an der Rahmenstruktur 14 befestigbare Halteelement 28 übertragbar sind.

[0042] Das membranförmige Lagerelement 30 lässt eine Linearbewegung in Achsrichtung entsprechend Doppelpfeil 32 mit geringen Kräften zu, kann aber in die beiden translatorischen Lateralrichtungen und bei Rotation um die Längsachse 22 des Behälters 12 Kräfte und/oder Momente aufnehmen.

[0043] Wie insbesondere den Fig. 2 und 3 entnehmbar ist, ist das membranförmige Lagerelement 30, das von dem Halteelement 28 aufgenommen ist, rotationssymmetrisch, insbesondere kreisförmig oder kreisringförmig, ausgebildet.

[0044] Auch wenn das membranförmige Lagerelement 30 üblicherweise von rotationssymmetrischer Form ist, kann das membranförmige Lagerelement 30 jedoch auch von nicht-rotationssymmetrischer Gestalt, insbesondere dreieckig, viereckig, quadratisch oder rechteckig, trapezförmig oder polygonförmig und/oder als Kombination daraus, geschlitzt oder in Sternform, ausgebildet sein (nicht gezeigt).

[0045] Das membranförmige Lagerelement 30 der gezeigten Ausführungsform der Fig. 2 und 3 ist ebenflächig ausgebildet.

[0046] Um die Kräfte in Richtung der Längsachse 22 des Behälters 12 zu verringern, ist es vorteilhaft, das membranförmige Lagerelement 30 mit wenigstens einer Sicke 34, 34' zu versehen. Bei der in den Fig. 2 und 3 näher dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 sind insgesamt 3 Sicken 34, 34' in das membranförmige Lagerelement 30 eingeprägt. Zwei Sicken 34 sind dabei dem Halteelement 28 zugewandt, während eine Sicke 34', die von den beiden Sicken 34 eingefasst ist, diesen entgegengesetzt von dem Halteelement 28 abgewandt angeordnet ist, also aus dem Halteelement 28 herausragt.

[0047] Die wenigstens eine Sicke 34, 34' ist üblicherweise rotationssymmetrisch ausgebildet. Bei der Ausführungsform der Fig. 2 und 3 sind sämtliche Sicken 34, 34' zudem vorzugsweise vollständig umlaufend ausgebildet. Ohne im Einzelnen dargestellt zu sein, ist es jedoch ebenso möglich, die wenigstens eine oder mehrere Sicke/n 34, 34' lediglich teilweise umlaufend auszubilden, also zum Beispiel in einer beliebigen Teilung über das membranförmige Lagerelement 30 anzuordnen.

[0048] Anstatt einer ebenen bzw. im Wesentlichen ebenflächigen Ausgestaltung des membranförmigen Lagerelementes 30 ist es auch denkbar, das membranförmige Lagerelement 30 schalenförmig, insbesondere halbkugelförmig, kugelkappenförmig, kalottenförmig, ellipsoidkalottenförmig, konisch, elliptisch, in Cassini-Form oder mit anderen Querschnittsformen auszubilden (nicht gezeigt). Hierdurch lässt sich eine individuelle und beliebige Anpassung an die jeweiligen geometrischen und/oder räumlichen Gegebenheiten im Bereich des Lagerzapfens oder Tankstutzens und der Rahmenstruktur erhalten, auch wenn auf diese Weise die Steifigkeit in Querrichtung in gewissem Maße reduziert würde. Ohne im Einzelnen dargestellt zu sein, ist es zudem möglich, das membranförmige Lagerelement 30, das schalenförmig ausgebildet sein oder eine derartige bzw. dazu ähnliche Form ausweisen kann, gegebenenfalls mit wenigstens einer entsprechenden Sicke 34, 34' zu versehen.

[0049] Das membranförmige Lagerelement 30 kann an dem Halteelement 28 und/oder an dem Lagerzapfen 18 oder Tankstutzen des Behälters 12 lösbar und/oder unlösbar befestigt sein. Das membranförmige Lagerelement 30 ist mit einem äußeren Umfangsbereich 36 an dem Halteelement 28, insbesondere an dessen dem Behälter 12 zugewandten Umfangsrand 38, befestigt. Mit einem inneren Umfangsbereich 40 ist das membranförmige Lagerelement 30 an dem Lagerzapfen 18 oder Tankstutzen des Behälters 12 befestigt.

[0050] Das membranförmige Lagerelement 30 ist dabei an dem Halteelement 28 und/oder an dem Lagerzapfen 18 oder Tankstutzen des Behälters 12 mittels einer Klemm- oder Schraubverbindung befestigt und/oder, insbesondere mittels Heftung oder Punktung, ganz bevorzugt mit durchgehender Schweißnaht, angeschweißt.

[0051] Entsprechend der Fig. 2 ist das membranförmige Lagerelement 30 bei der vorliegenden Ausführungsform mit dem Halteelement 28 durch Schweißung, bevorzugt mit durchgehender Schweißnaht, unlösbar verbunden.

[0052] Dagegen ist das membranförmige Lagerelement 30 an dem Lagerzapfen 18 oder Tankstutzen des Behälters 12, insbesondere mittels einer Klemm- oder Schraubverbindung, lösbar befestigt. Die Klemmung wird durch eine Schraube 42 erzeugt. Durch die Klemm- bzw. Schraubverbindung ist unter Umständen ein Austausch des membranförmigen Lagerelementes 30 zu Reparaturzwecken etc. ermöglicht bzw. erleichtert.

[0053] Das membranförmige Lagerelement 30 kann mit dem inneren Umfangsbereich 40 an dem Lagerzapfen 18 oder Tankstutzen des Behälters 12 unmittelbar befestigt sein (nicht gezeigt).

[0054] Bei der in der Fig. 2 dargestellten Ausführungsform der Vorrichtung 10 nach der Erfindung ist das membranförmige Lagerelement 30 jedoch mittelbar über ein weiteres Halteelement 44 an dem Lagerzapfen 18 befestigt. Das weitere Halteelement 44 ist mit dem inneren Umfangsbereich 40 des membranförmigen Lagerelementes 30 verbunden, insbesondere verschweißt bzw. an/auf dieses an-/aufgeschweißt.

[0055] Vorliegend ist das weitere Halteelement 44 zweiteilig ausgebildet und an dem membranförmigen Lagerelement 30 unterseitig und oberseitig angebracht. Ohne im Einzelnen dargestellt zu sein, ist es selbstverständlich ebenso denkbar, das weitere Halteelement 44 lediglich einteilig auszugestalten und dann an dem membranförmigen Lagerelement 30 unterseitig oder oberseitig zu befestigen.

[0056] Durch das weitere Halteelement 44 erhält das membranförmige Lagerelement 30 eine vergrößerte Wandstärke, um Kräfte vom inneren Umfangsbereich 40 des membranförmigen Lagerelementes 30 auf den Lagerzapfen 18 oder Tankstutzen, der einen reduzierten Durchmesser aufweist, zu übertragen. Das weitere Halteelement 44 dient somit zugleich einer Verstärkung.

[0057] Ohne im Einzelnen dargestellt zu sein, ist jede beliebige andere Befestigungsmöglichkeit des membranförmigen Lagerelementes 30 gleichermaßen gegeben, jeweils abhängig von den individuellen konstruktiven Vorgaben. So ist es auch möglich, das membranförmige Lagerelement 30 mit dem Halteelement 28 durch eine Klemm- oder Schraubverbindung, also lösbar, zu befestigen und mit dem Lagerzapfen 18 oder Tankstutzen unlösbar, etwa durch Schweißung, zu verbinden. Ebenso ist es denkbar, das membranförmige Lagerelement 30 mit dem Lagerzapfen 18 oder Tankstutzen und mit dem Halteelement 28 ausschließlich unlösbar oder ausschließlich lösbar zu verbinden.

[0058] Zusätzlich ist das membranförmige Lagerelement 30 bei der dargestellten Ausführungsform an dem Lagerzapfen 18 oder Tankstutzen des Behälters 12 gegen Verdrehung sicher gehalten. Die Sicherung erfolgt insbesondere mittels eines Stiftes 46, Bolzens oder dergleichen. Der Stift 46, Bolzen oder dergleichen durchgreift bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel das membranförmige Lagerelement 30 und zugleich das weitere Halteelement 44.

[0059] Wie die Fig. 2 und 3 weiterhin zeigen, umfasst das membranförmige Lagerelement 30 vorzugsweise wenigstens eine Membran 48. Beispielsweise kann die Membran 48 des membranförmigen Lagerelementes 30 aus einem Zuschnitt aus Metall, etwa einem Blechzuschnitt, in Form eines Kreisringes gebildet sein.

[0060] Davon abweichend kann das membranförmige Lagerelement 30 jedoch auch, wie die Fig. 4 und 5 zeigen, zwei oder mehr Membranen 48, 48' aufweisen, wobei jeweils zwei zueinander benachbarte Membranen 48, 48' voneinander durch einen Zwischenraum 50 beabstandet sind.

[0061] Entsprechend der in der Fig. 4 gezeigten Ausführungsform eines membranförmigen Lagerelementes 30 ist in dem Zwischenraum 50 zwischen den zwei jeweils zueinander benachbarten Membranen 48, 48' Luft eingebracht. In alternativer Ausgestaltung kann an den Zwischenraum 50 ebenso ein Vakuum angelegt sein.

[0062] In noch anderer Ausgestaltung der Erfindung, die in der Fig. 5 dargestellt ist, kann in dem Zwischenraum 50 zwischen den zwei jeweils zueinander benachbarten Membranen 48, 48' gleichsam ein Dämpfungsmedium 52 angeordnet sein. Das Dämpfungsmedium 52 besteht hier zweckmäßigerweise aus Gummi oder einem offen-oder geschlossenporigen Polymer-Schaum, insbesondere aus Polyurethan, Polyethylen oder Epoxidharzen.

[0063] Das Halteelement 28 und/oder das membranförmige Lagerelement 30 und/oder die Membran/en 48, 48' und/oder das weitere Halteelement 44 ist/sind leichtbauend ausgebildet. Kumulativ oder alternativ dazu können das Halteelement 28 und/oder das membranförmige Lagerelement 30 und/oder die Membran/en 48, 48' und/oder das weitere Halteelement 44 aus einem hochfesten Material gebildet sein, beispielhaft wenigstens teilweise aus Metall, insbesondere aus Stahl, Edelstahl, Aluminium, Titan, einer Legierung daraus und/oder aus Kunststoff, insbesondere aus Polyimid (PI), Polyoximethylen (POM) oder Polytetrafluorethylen (PTFE), mit oder ohne Aramid-, Glas-, Kohlen-, Nylon-, Polyethylen- und/oder Polyesterfaserverstärkung, und/oder einer Kombination daraus.

[0064] Die Vorrichtung 10 nach der Erfindung eignet sich zum Aufnehmen und Lagern eines Behälters 12 als Loslager zur Verwendung in einer sogenannten Fest-Los-Lageranordnung (nicht dargestellt) mit einer weiteren Vorrichtung zum Aufnehmen und festen Lagern des Behälters 12 als Festlager. Diese Vorrichtung bzw. das Festlager ist einem von dem Lagerzapfen 18 oder Tankstutzen beabstandeten und an dem Mantel 16 integral angeordneten Lagerzapfen (nicht gezeigt) oder Tankstutzen zugeordnet. Dabei sind die zwei Vorrichtungen 10 auf der gemeinsamen Längsachse 22 oder einer dazu parallelen Achse des Behälters 12 angeordnet.

[0065] Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsformen der Vorrichtung 10 beschränkt. So ist es ohne weiteres denkbar, das Halteelement 28 an der Rahmenstruktur 14 nicht lösbar, insbesondere mittels Schraubverbindung oder Schrauben 26, sondern unlösbar zu befestigen. Der Haltewinkel 20 und das Halteelement 28 können ebenso integral, d.h. einstückig, ausgebildet sein. Damit lässt sich die Bauweise der Vorrichtung 10 noch zusätzlich vereinfachen und gewichtsmäßig reduzieren. So kann beispielsweise auf gesonderte Befestigungsmittel, wie die Schrauben 26, verzichtet werden. Weiterhin kann das Halteelement 28 anstelle einer rotationssymmetrischen Ausgestaltung im Wesentlichen in Form eines Topfes, Bechers oder dergleichen ebenso achsensymmetrisch oder punktsymmetrisch ausgebildet sein. So ließe sich das Halteelement 28 mehrteilig, zum Beispiel zwei-, drei oder vierteilig ausbilden und zur Aufnahme des membranförmigen Lagerelementes 30 achsensymmetrisch oder punktsymmetrisch um das membranförmige Lagerelement 30 herum anordnen, sei es über dessen Umfang in einer regelmäßigen oder unregelmäßigen Teilung. Auch ist es denkbar, das Halteelement 28 zum Beispiel ebenflächig und in quadratischer oder rechteckiger Form auszubilden und das membranförmige Lagerelement 30 über Schraubverbindungen unter Verwendung von Distanz- bzw. Abstandshülsen oder dergleichen, die beispielhaft in Ecken des Halteelementes 28 angeordnet sind, zu halten und festzulegen. Schließlich ist es möglich, dass das von dem Halteelement 28 aufnehmbare membranförmige Lagerelement 30 zwei oder mehr Membranen 48, 48' umfasst, wobei jeweils zueinander benachbarte Membranen 48, 48' flächenbündig angeordnet bzw. geschichtet sind.

Ansprüche

1. Vorrichtung zum Aufnehmen und Lagern eines Behälters (12), insbesondere eines Druckbehälters, Tanks oder Hochdrucktanks, zum Aufnehmen, Speichern und Abgeben von gasförmigen, flüssigen und festen Medien mit einem Mantel (16) und einem an dem Mantel (16) integral angebrachten Lagerzapfen (18) oder Tankstutzen, umfassend ein an einer Rahmenstruktur (14) befestigbares Halteelement (28) und ein von dem Halteelement (28) aufnehmbares membranförmiges Lagerelement (30), das den Lagerzapfen (18) oder Tankstutzen des Behälters (12) axial elastisch aufnimmt und derart quersteif ausgebildet ist, dass von dem Behälter (12) erzeugte mechanische Querkräfte und/oder Torsionsmomente über den Lagerzapfen (18) oder Tankstutzen auf das Halteelement (28) übertragbar sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (28) rotationssymmetrisch, achsensymmetrisch oder punktsymmetrisch ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (28) im Wesentlichen topf- oder becherförmig ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das von dem Halteelement (28) aufnehmbare membranförmige Lagerelement (30) rotationssymmetrisch, insbesondere kreisförmig oder kreisringförmig, ausgebildet ist, oder dass das von dem Halteelement (28) aufnehmbare membranförmige Lagerelement (30) nicht-rotationssymmetrisch, insbesondere dreieckig, viereckig, quadratisch oder rechteckig, trapezförmig oder polygonförmig und/oder als Kombination daraus, geschlitzt oder in Sternform, ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das membranförmige Lagerelement (30) im Wesentlichen ebenflächig ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das membranförmige Lagerelement (30) schalenförmig, insbesondere halbkugelförmig, kugelkappenförmig, kalottenförmig, ellipsoidkalottenförmig, konisch, elliptisch, in Cassini-Form oder mit anderen Querschnittsformen ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das membranförmige Lagerelement (30) mit wenigstens einer, insbesondere rotationssymmetrisch ausgebildeten, Sicke (34, 34') oder dergleichen versehen ist, wobei die wenigstens eine Sicke (34, 34') des membranförmigen Lagerelementes (30) teilweise oder vollständig umlaufend ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das membranförmige Lagerelement (30) an dem Halteelement (28) und/oder an dem Lagerzapfen (18) oder Tankstutzen des Behälters (12) mittels einer Klemm- oder Schraubverbindung befestigt und/oder, insbesondere mittels Heftung oder Punktung, ganz bevorzugt mit durchgehender Schweißnaht, angeschweißt ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das membranförmige Lagerelement (30) mit einem äußeren Umfangsbereich (36) an dem Halteelement (28), insbesondere an dessen dem Behälter (12) zugewandten Umfangsrand (38), befestigt ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das membranförmige Lagerelement (30) mit einem inneren Umfangsbereich (40) an dem Lagerzapfen (18) oder Tankstutzen des Behälters (12) unmittelbar oder mittelbar über ein weiteres Halteelement (44) befestigt ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das das weitere Halteelement (44) mit dem inneren Umfangsbereich (40) des membranförmigen Lagerelementes verbunden, insbesondere verschweißt, ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das membranförmige Lagerelement (30) an dem Halteelement (28) und/oder an dem Lagerzapfen (18) oder Tankstutzen des Behälters (12) gegen Verdrehung, insbesondere mittels eines Stiftes (48) oder Bolzens, gesichert ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das von dem Halteelement (28) aufnehmbare membranförmige Lagerelement (30) wenigstens eine Membran (48, 48') umfasst.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das membranförmige Lagerelement (30) zwei oder mehr Membranen (48, 48') umfasst, wobei jeweils zwei zueinander benachbarte Membranen (48, 48') voneinander durch einen Zwischenraum (50) beabstandet oder flächenbündig angeordnet sind.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Zwischenraum (50) zwischen zwei jeweils zueinander benachbarten Membranen (48, 48') des membranförmigen Lagerelementes (30) Luft oder ein Dämpfungsmedium (52) angeordnet ist oder an den Zwischenraum (50) zwischen zwei jeweils zueinander benachbarten Membranen (48, 48') des membranförmigen Lagerelementes (30) ein Vakuum angelegt ist.

16. Lageranordnung mit einer Vorrichtung (10) zum Aufnehmen und Lagern eines Behälters (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und einer Vorrichtung zum Aufnehmen und festen Lagern des Behälters (12), die einem von dem Lagerzapfen (18) oder Tankstutzen beabstandeten und an dem Mantel (16) integral angeordneten Lagerzapfen (18) oder Tankstutzen zugeordnet ist, wobei die zwei Vorrichtungen (10) auf einer gemeinsamen Längsachse (22) des Behälters (12) angeordnet sind.

17. Verwendung einer Vorrichtung (10) oder einer Lageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Aufnehmen und Lagern eines Behälters (12), insbesondere eines Druckbehälters, Tanks oder Hochdrucktanks, zum Aufnehmen, Speichern und Abgeben von gasförmigen, flüssigen und festen Medien, insbesondere von kryogenen Fluiden, vorzugsweise von Sauerstoff und Wasserstoff, in Fahrzeugen, insbesondere in Luftfahrzeugen oder Fluggeräten der Luft- und Raumfahrt, vorzugsweise in Flugzeugen und Raumflugkörpern, insbesondere in Wasserfahrzeugen, vorzugsweise in einem U-Boot oder Luftkissenfahrzeug (Hovercraft), oder insbesondere in Landfahrzeugen, vorzugsweise in einem Personenkraftwagen, Lastkraftwagen oder Wohnmobil, und/oder in Luftfahrzeugen oder Fluggeräten der Luft- und Raumfahrt, vorzugsweise in Flugzeugen und Raumflugkörpern, Raketen und/oder Satelliten, oder in besonders reinen oder sauberen Umgebungen, insbesondere im Vakuum oder in einem Reinraum.

Zeichnung