AT8860U1

AT8860U1 - Modularer behälter für kryogene flüssigkeiten

Info

Publication number: AT8860U1
Application number: AT0022805U
Authority: AT
Inventors: Klaus Hausberger
Original assignee: Magna Steyr Fahrzeugtechnik Ag
Priority date: 2005-04-13
Filing date: 2005-04-13
Publication date: 2007-01-15
Also published as: JP4985991B2; WO2006108206A3; WO2006108206A2; JP2008537990A; EP1874575A2; US20080237240A1

Abstract

Ein Behälter für kryogene Flüssigkeiten in abgeflachter Bauweise, der von einer Isolierung umgeben ist, soll billig und einfach an verschiedene Fahrzeugmodelle anpassbar sein und thermische Spannungen minimierern. Dazu ist er aus mehreren gleichartigen in verschiedener Konfiguration miteinander verbindbaren Elementen (4,5) zusammengesetzt, welche parallel zueinander angeordnete gerade Hohlprofile sind, deren zumindest eine äussere Begrenzungswand (14,15,16,17) eine äussere Begrenzungswand (18) eines benachbarten Profiles flächig berührt und an deren offene Enden (28,29) beiderseits jeweils eine gemeinsame Kappe (6,7) anschließt. Die Verstärkungen (24,25) sind im Querschnitt bogenartig gekrümmt und treffen mit einem spitzen beziehungsweise stumpfen Winkel (27) auf die Aussenwände (14,15,16,17).

Description

2 AT 008 860 U1

Die Erfindung betrifft einen Behälter für kryogene Flüssigkeiten in abgeflachter Bauweise, der von einer Isolierung umgeben ist. Eine abgeflachte Bauweise ist bei Behältern für kryogenen Treibstoff vor allem dann erwünscht, wenn sie für den Einsatz in Kraftfahrzeugen bestimmt sind. Die bislang üblichen tonnenförmigen Behälter mit der sie umgebenden Super-Isolation sind 5 wegen ihrer schlechten Raumausnutzung denkbar ungünstig, sie nehmen den gesamten Kofferraum eines Kraftfahrzeuges in Anspruch.

Aus der EP 1 067 300 A1 ist ein solcher Behälter bekannt. Er besteht aus einer oberen und einer unteren Schale aus einem Kunststoff, die an vielen Stellen durch rohrförmige Zugstreben io miteinander verbunden sind, um ein Ausbeuten der Schalen durch den Innendruck zu verhindern. Dadurch kann dem Behälter für den Einbau in ein bestimmtes Kraftfahrzeug zwar eine günstige Form gegeben werden. Jedoch muss diese für jedes Modell neu entwickelt und ausgelegt werden, wobei dann jedes Mal neue Formen und Werkzeuge anzuschaffen sind. Ein besonderes Problem stellen bei nicht tonnenförmigen Behältern die Wärmespannungen dar, die 15 etwa beim Befüllen des Behälters (es können Temperaturdifferenzen von bis zu 300 Graden Celsius auftreten) entstehen.

Es ist somit Aufgabe der Erfindung, für solche Behälter eine Bauweise vorzuschlagen, die eine einfache und kostengünstige Anpassung an verschiedene Fahrzeugmodelle bei wesentlich 20 geringeren Kosten ermöglicht und durch Wärmespannungen nicht geschädigt wird.

Erfindungsgemäß ist der Behälter aus mehreren gleichartigen in verschiedener Konfiguration miteinander verbindbaren Elementen zusammengesetzt, welche gleichartigen Elemente parallel zueinander angeordnete gerade Profile sind, deren zumindest eine äussere Begrenzungswand 25 eine äussere Begrenzungswand eines benachbarten Profiles flächig berührt und an deren offenen Enden beiderseits eine gemeinsame Kappe anschließt. Durch die Gleichartigkeit der Elemente sind nicht nur verschiedene Formen realisierbar, sondern es ist auch die Auslegung einfacher, weil die Spannungen und Verformungen der einzelnen Elemente gleich sind. Dadurch, dass die Elemente flächig aneinander anliegen und über die Kappen an ihren Enden 30 miteinander kommunizieren, ist auch deren Verbindung und Abdichtung so einfach, dass sie automatisiert herstellbar ist. Auch die Rohranschlüsse sind an den Kappen, sodass die Elemente nur aus in der richtigen Länge abgeschnittenen Einheits-Profilen bestehen, die keine weitere Bearbeitung erfordern. Auch dadurch können die Herstellungskosten erheblich gesenkt werden. 35 Der Querschnitt der Profile könnte bienenwabenartig hexagonal sein, um eine flächige Berührung zu erlauben. Vorzugsweise aber bilden die äusseren Begrenzungswände der Profile im Querschnitt im Wesentlichen ein Quadrat (Anspruch 2). So können sie nebeneinander und übereinander aneinander liegen. Für an den Rändern abschließend angelegte Profile ist es günstig, wenn zumindest zwei der im Wesentlichen ein Quadrat bildenden äusseren Begren-40 zungswände der Profile mit einer Rundung ineinander übergehen (Anspruch 3). So ist eine Kante abgerundet, es können aber auch zwei Kanten abgerundet sein.

Vorzugsweise haben die Profile im Inneren über ihre ganze Länge Verstärkungen mit in Längsrichtung liegenden Erzeugenden (Anspruch 4). Sie verbinden also über die ganze Länge die 45 Aussenwände und wirken dem Innendruck entgegen. In einer Weiterbildung sind die Verstärkungen im Querschnitt bogenartig gekrümmt und treffen mit einem spitzen beziehungsweise stumpfen Winkel auf die Innnenseite der Aussenwände (Anspruch 5). Durch die Krümmung und die spitzen Winkel können Temperaturdifferenzen durch geeignete Verformung aufgenommen werden, ohne dass thermische Spannungen zu plastischen Verformungen oder Rissen führen. 50

Je nach Anforderungen, Größe des Querschnittes, Material und Wandstärke können die Verstärkungen im Querschnitt verschiedene Formen haben. Sie können S-förmig (Anspruch 6) oder im Querschnitt oval, insbesondere kreisbogenförmig (Anspruch 7) ausgebildet sein. In weiteren Varianten können die im Querschnitt oval beziehungsweise kreisförmig ausgebildeten 55 Verstärkungen die Aussenwände tangieren (Anspruch 8) oder sie sind mittels gekrümmter Arme 3 AT 008 860 U1 mit den Aussenwänden verbunden (Anspruch 9). Im ersten Fall bilden die Verstärkungen einen in die Aussenwände eingeschriebenen Kreis, im zweiten Fall ist der Radius des Kreises wesentlich kleiner, sodass die Wärmespannungen vor allem von den armförmigen Profilteilen aufgenommen werden. 5

Da die Profile gerade und von über ihre ganze Länge konstantem Querschnitt sind, sind sie mit Vorteil entweder Strangpressprofile aus Leichtmetall (Anspruch 10) oder gerollte Profile aus austenitischem Stahl (Anspruch 11) oder extrudierte Kunststoffprofile (Anspruch 12). io Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Abbildungen beschrieben und erläutert. Es stellen dar:

Fig. 1: Einen erfindungsgemäßen Behälter in Draufsicht, Fig. 2: Schnitt AA in Fig. 1, 15 20

Fig. 3: Schnitt BB in Fig. 2,

Fig. 4: Eine erste Variante des Profiles,

Fig. 5: Eine Sonderform zu Fig. 4,

Fig. 6: Eine zweite Variante des Profiles,

Fig. 7: Eine dritte Variante des Profiles,

Fig. 8: Eine vierte Variante des Profiles.

Fig. 9: Wie Fig. 2 mit einer fünften Variante des Profites.

In Fig. 1 ist der erfindungsgemäße Behälter mit 3 bezeichnet. Ein ihn umgebender Außenbehälter 1 ist nur strichliert angedeutet und die den Behälter 3 umgebende Superisolation ist mit 2 25 bezeichnet. Der Behälter 3 besteht hier aus vier Elementen, wovon ein mittleres mit 4 und ein den Rand bildendes mit 5 bezeichnet ist und aus zwei Kappen 6,7. Die Elemente 4,5 sind gerade Profile mit über ihrer Länge konstantem Querschnitt. An ihren Enden schließt beiderseits je eine gemeinsame alle Elemente zusammenfassende Kappe 6,7 an. Die Verbindungslinie zwischen der Kappe und den Stirnelementen ist mit 8 bezeichnet, die Verbindungslinie zwischen 30 zwei Elementen mit 9. Sie kann beispielsweise eine Schweissnaht sein.

In Fig. 2 sind die parallel aneinanderliegenden Elemente 4,5 im Querschnitt zu sehen. Die äußeren Begrenzungswände des Elementes 4 sind mit 14,15,16,17 bezeichnet, sie sind gleich lang und schließen rechte Winkel ein, bilden hier somit ein Quadrat. Das Element 5 ist eine 35 Sonderform des Elementes 4. Es unterscheidet sich von diesem nur durch die Rundung 21, weil es ein äußeres Element ist. Die Elemente 4,5 liegen mit ihren äußeren Begrenzungswänden 14,18 flächig aneinander. Es könnte aber auch ein weiteres Element von der Gestalt des Elementes 4 an einer der Seitenflächen 17 des Elementes 4 anliegen. Insgesamt lassen sich so durch entsprechendes neben- oder übereinander legen von Elementen sehr verschiedene 40 Gesamtquerschnitte des Behälters darstellen.

In Fig. 3 ist zu erkennen, dass die Elemente 4,5 an ihren beiderseitigen Enden 28,29 offen sind und alle in den von den Kappen 6,7 gebildeten Raum münden. An den Kappen 6,7 können nicht dargestellte Stützen und Rohranschlüsse angebracht sein. 45

In Fig. 4 sind auch die Verstärkungen des Profiles zu sehen. In dieser Variante ist ein zentrales Rohr 24 (siehe auch Fig. 3) von wesentlich kleinerem Durchmesser über Flächen, die im Querschnitt als gekrümmte Arme 25 erscheinen mit den äußeren Begrenzungswänden 14 bis 17 verbunden. In dem Schnitt der Fig. 3 sind von dem Rohr 24 dessen Erzeugende zu sehen, sie so sind die Erzeugenden eines Zylinders. Die gekrümmten Arme 25 gehen von dem Rohr 24 aus und münden ungefähr in der Mitte der äußeren Begrenzungswände 14 bis 17 in einem Punkt 26 in einem spitzen Winkel 27. Weil die äußere Begrenzungswand 14 eben ist, ist der Komplementärwinkel des spitzen Winkels 27 ein stumpfer Winkel. Fig. 5 unterscheidet sich von der Fig. 4 nur durch die Rundungen 21. Die Wände 19,20 gehen über eine Rundung 21 ineinander über. 55

Claims

4 AT 008 860 U1 In der Variante der Fig. 6 sind die äußeren Begrenzungswände wieder mit 14 bis 17 bezeichnet. Die Verstärkung besteht hier aus einem Rohr, im Schnitt einem Kreis 30, der dem von den äußeren Begrenzungswänden gebildeten Quadrat eingeschriebener Kreis ist. Er tangiert die äußeren Begrenzungswände in Punkten 31. 5 In der Variante der Fig. 1 wird die Verstärkung von zwei Viertel-Kreisbögen 40 und einem s-förmigen Steg 42 gebildet. Beide berühren die Außenwand 16 in einem Punkt 14, der s-förmige Teil die Außenwand 17 in einem Punkt 43 unter einem spitzen Winkel 44. io In der Variante der Fig. 8 besteht die Verstärkung aus in einem Punkt 52 tangierenden von innen gesehen konkaven Kreisbögen und gehen in Zonen 53 in konvexe Kreisbögen 51 über. Die Berührungspunkte der konkaven Kreisbögen sind mit 52 bezeichnet. In Fig. 9 schließlich ist der Querschnitt des Behälters mit dem erfindungsgemäßen Profil in 15 seiner einfachsten Form zu sehen. Hier bestehen die Profile aus einem austenitischen Stahl, sie brauchen wegen dessen höherer Festigkeit keine inneren Verstärkungen. So besteht ein Element 4 nur aus den äusseren Begrenzungswänden 14,15,16,17 und ein Element 5 nur aus den äusseren Begrenzungswänden 18,19,20 und einer Rundung 21. 20 Die beschriebenen Elemente können stranggepresste, vollgeformte und geschlossene Metallprofile (aus Leichtmetall oder einem austenitischen Stahl) oder extrudierte Kunststoffprofile sein. Auf deren Verbindung miteinander wurde nicht eingegangen, weil es dazu die verschiedensten Möglichkeiten gibt: Kleben, Schweißen, oder entsprechende ineinander passende Verbindungselemente. Insgesamt ist so ein leichter, steifer und preisgünstiger Behälter geschaffen, 25 der allen Anforderungen genügt. Ansprüche: 1. Behälter für kryogene Flüssigkeiten in abgeflachter Bauweise, der von einer Isolierung umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, dass er aus mehreren gleichartigen in verschiedener Konfiguration miteinander verbindbaren Elementen (4,5) zusammengesetzt ist, welche parallel zueinander angeordnete gerade Profile sind, deren zumindest eine äussere Begrenzungswand (14,15,16,17) eine äussere Begrenzungswand (18) eines benachbarten 35 Profiles flächig berührt und an deren offene Enden (28,29) beiderseits jeweils eine gemein samen Kappe (6,7) anschließt.
2. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die äusseren Begrenzungswände (14,15,16,17) der Profile im Querschnitt im Wesentlichen ein Quadrat bilden. 40
3. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei der im Wesentlichen ein Quadrat bildenden äusseren Begrenzungswände (19,20) der Profile mit einer Rundung (21) ineinander übergehen.
4. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Profile im Inneren über ihre ganze Länge Verstärkungen (24,25; 30; 40,42; 50,51) mit in Längsrichtung liegenden Erzeugenden aufweisen.
5. Behälter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungen (24,25; 30; so 40,42; 50,51) im Querschnitt bogenartig gekrümmt sind und mit einem spitzen beziehungsweise stumpfen Winkel (27,44) auf die Aussenwände (14,15,16,17; 18,19,20) treffen.
6. Behälter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungen (42) im Querschnitt S-förmig ausgebildet sind. 55 5 AT 008 860 U1
7. Behälter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungen im Querschnitt oval, insbesondere kreisbogenförmig (24;30) sind.
8. Behälter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die im Querschnitt oval bezie- 5 hungsweise kreisförmig ausgebildeten Verstärkungen (30;40;50) die Aussenwände (14,15,16,17; 18,19,20) tangieren.
9. Behälter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die im Querschnitt kreisförmig ausgebildeten Verstärkungen (24) mittels gekrümmter Arme (25) mit den Aussenwänden io (14,15,16,17) verbunden sind.
10. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil ein Strangpressprofil aus Leichtmetall oder austenitischem Stahl ist.
11. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil ein gerolltes Profil aus austenitischem Stahl ist.
12. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil ein extrudiertes Kunststoffprofil ist. 20 Hiezu 4 Blatt Zeichnungen 25 30 35 40 45 50 55