WO2007121969A1

WO2007121969A1 - Von einem aussenbehälter umgebener und zur aufnahme einer kryogenen flüssigkeit dienender innenbehälter

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Publication number: WO2007121969A1
Application number: PCT/EP2007/003545
Authority: WO
Inventors: Klaus Hausberger
Original assignee: Magna Steyr Fahrzeugtechnik Ag & Co. Kg
Priority date: 2006-04-21
Filing date: 2007-04-23
Publication date: 2007-11-01
Also published as: JP2009534256A; EP2010815B1; US8235240B2; CN101479521A; CA2650003A1; CA2650003C; EP2010815A1; ATE512333T1; DE102006018639A1; US20090145909A1; JP5382448B2

Abstract

Von einem Außenbehälter (1) umgebener, zur Aufnahme einer kryogenen Flüssigkeit, insbesondere eines Kraftstoffes, dienender Innenbehälter (3) in abgeflachter Bauweise, insbesondere Innentank für ein Straßenfahrzeug, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale: einen sich längs erstreckenden einstückigen Grundkörper (4) mit einer Deck- (5) und einer Basiswand (6), die mit sich ebenfalls längs erstreckenden Seitenwänden (7) verbunden sind, und mit mindestens zwei längs verlaufenden, die Basiswand (6) mit der Deckwand (5) verbindenden im Wesentlichen geraden Stegen (9) zur Bildung mindestens einer zwischen den Stegen angeordneten sich längs erstreckenden Kammer (10), die sich über die gesamte Länge des Grundkörpers (4) und jeweils von der Basiswand (6) zur Deckwand erstreckt (5), wobei die sich längs erstreckende Kammer zwischen dem Stegen eine vorbestimmte Breite aufweist, und zumindest zwei Kappen (11), die die zwei offene Enden des Grundkörpers (4) jeweils peripher dicht verschließen, und wobei die Deck- und/oder Basiswand jeweils gegenüber einer planen Referenzdeck- und/oder Referenzbasiswand eine Aufwölbung mit einem mittig zwischen den Stegen jeweils zwischen der inneren Kontur der Deck- und/oder Basiswand und der planen Referenzdeck- und/oder Referenzbasiswand gemessenen Abstand von weniger als 30% der Breite der Kammer aufweist.

Description

Von einem Außenbehälter umgebener und zur Aufnahme einer kryogenen Flüssigkeit dienender Innenbehälter

Die Erfindung betrifft einen von einem Außenbehälter umgebenen, zur Aufnahme einer kryogenen Flüssigkeit, insbesondere eines Kraftstoffes, dienenden Innenbehälter in abgeflachter Bauweise, insbesondere Innentank für ein Straßenfahrzeug.

Üblicherweise werden für den Einsatz in Kraftfahrzeugen kryogene Treibstoffe in zylinderförmigen, d.h. tonnenförmigen Behältern, die als doppelwandige Stahlbehälter ausgebildet sind, eingesetzt. Hiermit ist jedoch nur eine schlechte Raumausnutzung erzielbar; solche Stahlbehälter nehmen den gesamten Kofferraum eines Kraftfahrzeugs in Anspruch. Die DE 101 63 029 Al zeigt einen solchen tonnenförmigen Hochdruckwasserstofftank, bei dem eine innenseitige Polyethylenauskleidung mit einer äußeren Wicklung umgeben ist, die einen Aufwölbungseffekt verhindern soll.

Eine flache quaderförmige Bauweise von Behältern für kryogene Kraftstoffe ist insbesondere für den Einsatz in Kraftfahrzeugen erwünscht. Dabei ergibt sich das Problem, eine hinreichende Festigkeit bzw. Stabilität, insbesondere eine ausreichende Beulsteifigkeit bzw. Beulfestigkeit, des Behälters zu erzielen.

Übliche Verstärkungsmaßnahmen für Behälter mit großen ebenen Flächen sind meist sehr massiv. Dicke Blechwandstärken verursachen sowohl eine aufwändige Fertigungstechnik als auch Fügetechnik durch viele eingesetzte Stegbleche oder Schottbleche bei Kryoinnentanks; schließlich ist ein hohes Gewicht die Folge.

Ein Behälter der eingangs beschriebenen Art in Flachbauweise ist beispielsweise aus der EP 1 067 300 Al bekannt. Der Behälter weist eine obere und eine untere Schale aus Kunststoff auf, wobei die Schalen mittels einer Vielzahl von rohrförmigen Zugstreben miteinander verbunden sind, um ein Ausbeulen des Behälters durch den Innendruck zu vermeiden. Hiermit ist zwar eine günstige Raumausnutzung möglich, zumal der Behälter an den zur Verfügung stehenden Stauraum angepasst werden kann, nachteilig ist jedoch, dass für jedes Kraftfahrzeugmodell ein eigener Tankbehälter entwickelt werden muss, was jedenfalls auch stets neue Formen und Werkzeuge bedingt.

Die Erfindung bezweckt die Vermeidung der dem Stand der Technik anhaftenden Nachteile und Schwierigkeiten und stellt sich die Aufgabe, einen Behälter der eingangs beschriebenen Art, insbesondere einen Kryotank zur Aufbewahrung von gekühltem flüssigem Wasserstoff, zu schaffen, der einfach und wirtschaftlich herstellbar ist, in einfacher Weise an einen vorgegebenen quaderförmigen Bauraum eines Kraftfahrzeugs bei der Herstellung anpassbar ist, der zudem ein günstiges Verhältnis des Gewichts der maximal aufhehmbaren Flüssigkeit zum Eigengewicht aufweist und der es ermöglicht, ohne nachträgliche Bearbeitung, beispielsweise durch Vorsehen von Bohrungen zum Zwecke der Befüllung und Entnahme, auszukommen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Innenbehälter nach Anspruch 1 gelöst. Für die Bestimmung der Aufwölbung der Deck- und/oder Basiswand wird dabei eine plane Referenzdeck- und/oder Referenzbasiswand definiert, wobei diese Referenzdeck- und/oder Referenzbasiswand jeweils als plane Verbindungsebene der basis- oder deckseitigen geraden Enden der Stege bestimmt ist.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung weist die Deck- und/oder Basiswand eine Krümmung auf, die im Wesentlichen von dem zu erwartenden Innendruck im Innenbehälter abhängt. Erfindungsgemäß wird gewährleistet, dass durch die vorgegebene leichte Krümmung die auftretenden Kerbspannungen zwischen den gekrümmten Oberflächen der Basiswand und/oder der Deckwand und andererseits die effektiven Toträume zwischen dem Innen- und Außentank klein gehalten werden. Krümmungen größer als die erfindungsgemäßen Krümmungen gefährden die

Bauraumeffizienz erheblich, insbesondere deshalb, da nach dem Stand der Technik um den

Innenbehälter eine Multilagenisolation (MLI, multi-layer-isolation) vorzusehen ist.

Als Abstand wird dabei definitionsgemäß der Normalabstand angesehen.

Nach einer besonderen Ausfuhrungsform fällt einer der Stege mit einer im Wesentlichen geraden Seitenwand zusammen. Dabei ist im speziellen eine Ausführung eines

Innenbehälters mit zwei Kammern vorgesehen, wobei zwischen den zwei Kammern ein einziger Steg vorgesehen ist, jedoch zumindest eine der beiden Seitenwände im wesentlichen gerade ausgeführt ist. Insbesondere für die Bestimmung der Wölbung der Basis- und/oder Deckenwand nach Anspruch wird dabei die Seitenwand als zweiter Steg angesehen. Vorzugsweise weist die Deck- und/oder Basiswand zumindest teilweise eine von außen gesehen konvexe Krümmung auf.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung weist der Behälter folgende Merkmale auf:

• einen sich längs erstreckenden einstückigen Grundkörper mit im Wesentlichen ebener Deck- und ebener Basis wand, die mit sich ebenfalls längs erstreckenden Seitenwänden verbunden sind, und mit mindestens einem längs verlaufenden, die Basiswand mit der Deckwand verbindenden Steg zur Bildung mindestens zweier nebeneinander liegender und sich längs erstreckender Kammern, die sich über die gesamte Länge des Grundkörpers und jeweils von der Basiswand zur Deckwand erstrecken, und

• zwei offene Enden des Grundkörpers jeweils peripher dicht verschließende und die Enden der Kammern jeweils übergreifende Kappen, welche einen die

Kammern verbindenden Freiraum bilden.

Nach einer besonderen Ausführungsform schließt zumindest eine der Kappen direkt stumpf an den Grundkörper an.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung weist die Deck- und/oder Basiswand jeweils gegenüber einer planen Referenzdeck- und/oder Referenzbasiswand eine Aufwölbung mit einem mittig zwischen den Stegen jeweils zwischen der inneren Kontur der Deck- und/oder Basiswand und der planen Referenzdeck- und/oder Referenzbasiswand gemessenen Abstand von weniger als 25% , bevorzugt weniger als 20%, besonders bevorzugt weniger als 15% oder 10% der Breite der Kammer auf.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung sind/ist die Basis- und/oder die Deckwand im Wesentlichen eben ausgeführt.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung weist die Basis- und/oder die Deckwand jeweils gegenüber einer planen Referenzdeck- und/oder Referenzbasiswand eine Aufwölbung mit einem mittig zwischen den Stegen jeweils zwischen der inneren Kontur der Deck- und/oder Basiswand und der planen Referenzdeck- und/oder Referenzbasiswand gemessenen Abstand von mehr als 3 %, insbesondere einen Abstand im Bereich zwischen 5% und 15 %, vorzugsweise zwischen 5% und 10%, der Breite der Kammer auf.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung übergreifen die Kappen jeweils die Enden der Kammern. Nach verschiedenen Ausführungsformen sind dabei entweder einzelne Kappen vorgesehen, die an einem Ende des Grundkörpers die Kammern des Grundkörpers getrennt verschließen oder eine Kappe die über mehrere Kammern übergreift und diese gemeinsam verschließt.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung bildet zumindest eine der Kappen einen die Kammern verbindenden Freiraum. Durch diesen Freiraum ist eine Kommunikation zwischen den Kammern des Grundkörpers möglich und es kann auf diese Weise zwischen den Kammern des Grundkörpers ein Gas- bzw. Flüssigkeitsaustausch bzw. -ausgleich erfolgen. Alternativ könnte dieser Gas- bzw. Flüssigkeitsaustausch über entsprechende Öffnungen in den Stegen im Bereich des Grundkörpers erfolgen.

Nach einer Ausfuhrungsform der Erfindung ist zumindest eine der Kappen im Wesentlichen flach bzw. eben ausgebildet. Eine Herstellung einer solchen Kappe ist besonders einfach und kostengünstig zu realisieren. Nach einer weiteren Ausfuhrungsform der Erfindung sind mehrere der Kappen im Wesentlichen eben ausgebildet und weist zumindest eine der Kappen eine nicht flache voluminöse Form auf, wobei diese Kappe für die Befüll- und/oder Entnahmeleitung und/oder für die Aufnahme der Sensorik, beispielsweise zur Bestimmung des Flüssigkeitsstandes in dem Innenbehälter, vorgesehen ist.

Nach einer Ausfuhrungsform der Erfindung weist zumindest einer der Stege im Bereich der Befestigung zumindest einer der Kappen an der Basis- und/oder Deckwand einen Freischnitt auf. Nach einer bevorzugten Ausfuhrungsform weisen alle Stege zumindest einen Freischnitt, insbesondere jeweils an jedem Ende, einen Freischnitt auf. Als Freischnitt wird dabei ein insbesondere eine Rückversetzung einer Kante verstanden. Durch den Freischnitt im Bereich der Befestigung, die nach dem Stand der Technik vorzugsweise durch thermische Verfahren, wie Schweiß- oder Lötverfahren hergestellt wird, wird bei der Herstellung der Befestigungsnaht, insbesondere der Schweiß- oder Lötnaht eine übermäßige Abfuhr von Wärme über den Steg verhindert. Auf diese Weise kann eine gleichmäige Befestigungsnaht zwischen der Kappe und dem Grundkörper gewährleistet werden. Nach einem weiteren Aspekt können die Freischnitte zur besseren Kommunikation der Kammern des Grundkörpers beitragen, wobei durch die Freischnitte ein entsprechender Gas- bzw. Flüssigkeitsaustausch zwischen den Kammern des Innenbehälters erfolgen kann.

Nach einer Ausfuhrungsform der Erfindung ist zumindest eine der Kappen mit einer, vorzugsweise umlaufenden, Befestigungsnaht, insbesondere eine Schweissnaht, an dem Grundkörper befestigt, und weisen die Stege jeweils im Bereich der, vorzugsweise umlaufenden, Befestigungsnaht, insbesondere eine Schweissnaht, einen Freischnitt auf.

Nach einer Ausfuhrungsform der Erfindung weist zumindest eine der Kappen eine Anzahl von Ausnehmungen auf, in welche das in Längsrichtung des Grundkörpers ausgerichtete freie Ende zumindest eines der Stege hineinragt. Nach dieser Ausfuhrungsform kann die Stabilität des Innenbehälters und/oder der den Grundkörper verschließenden Kappe(n) wesentlich gesteigert werden. Nach einer Ausfiihrungsform der Erfindung ist der Steg im Bereich der Ausnehmung der Kappe über eine Schweißnaht an der Kappe befestigt.

Eine hinsichtlich der Festigkeit bevorzugte und herstellungsmäßig günstige Ausfuhrungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass der Steg etwa senkrecht zur Basis- und zur parallel zu ihr verlaufenden Deckwand des Grundkörpers ausgerichtet ist.

Vorzugsweise weist der Innenbehälter ein Profil quer zur Längserstreckung in Form eines Rechteckes auf, wobei zur einfachen Herstellung der Kappen die die Seitenwände mit der Basiswand und der Deckwand verbindende Längskanten gerundet ausgebildet sind.

Eine besonders günstige Herstellungsweise des Grundkörpers ist gegeben, wenn er als einteiliges Strangpressprofil ausgebildet ist, wobei vorzugsweise die Wandstärken aller Wände etwa gleich groß sind oder die Wandstärke eines Steges geringer ist als die der Basis- , Deck- und Seitenwände.

Eine besonders günstige Herstellungsweise des Grundkörpers ist gegeben, wenn die Wandstärken aller Wände etwa gleich groß sind oder die Wandstärke eines Steges geringer ist als die der Basis-, Deck- und Seitenwände.

Zur Vermeidung von Spannungsspitzen ist der Innenbehälter dadurch gekennzeichnet, dass die Übergänge zwischen Steg und Basis- bzw. Deckwand mit einer Krümmung, insbesondere einem Radius gerundet, ausgebildet sind, der größer oder gleich ist der Wandstärke des Steges oder der Wandstärke der Basis- oder Deckwand. Nach einer weiteren Ausführungsform weisen die Übergänge mehrere Radien bzw. zumindest Anteile einer Freiformkurve auf.

Infolge der konstruktiv erzielbaren hohen Festigkeit ist es möglich, den Grundkörper und die Kappen aus Leichtmetall, insbesondere aus einer Aluminiumlegierung, zu bilden.

Vorzugsweise sind die Kappen tiefgezogen, geschmiedet oder gegossen, insbesondere mit einem Druckgussverfahren gegossen, wobei zweckmäßig die Kappen mit dem Grundkörper mittels einer umlaufenden Schweißnaht verbunden sind.

Vorzugsweise sind die Kappen mit dem Grundkörper mittels einer umlaufenden Schweißnaht verbunden. Zweckmäßig sind zur Verbindung der Kappen mit dem Grundkörper die aneinander liegenden Kanten einer Vorbehandlung unterzogen, vorzugsweise ist mindestens eine der Kanten zur Bildung einer Überlappung der Bauteile mit einem Falz versehen. Ein solcher Falz ist insbesondere für die Anwendung von Schmelzschweissverfahren von Vorteil.

Als Schweißverfahren für die Herstellung der Schweißnaht hat sich das Reibrührschweißen besonders bewährt. Weiters kann auch das sogenannte multiorbitale Reibschweißen („Rotary Friction Welding" oder „Linear Friction Welding") bzw. das sogenannte „Friction Stir Welding" zur Herstellung einer Schweissnaht verwendet werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind allfällige Tankeinbauten, wie Sensoren für Druck und/oder Temperatur und/oder Füllstand und die dafür notwendigen Leitungen im Inneren einer Kappe vorgesehen und gegebenenfalls in einen Rohrstutzen einer Kappe integriert.

Vorzugsweise ist/sind eine Befüll- und/oder eine Entnahmeöffhung in einer der Kappen vorgesehen.

Zur Sicherung der Lage des Innenbehälters im Außenbehälter sind vorzugsweise an den Kappen Lagerelemente angeordnet, die den Innenbehälter an den Außenbehälter lagern.

Vorzugsweise ist ein Lagerungselement als Lagerbuchse, vorzugsweise aus einer Aluminiumlegierung und zweckmäßig in einer örtlichen Einbuchtung der Kappe vorgesehen, ausgebildet, in die ein Kunststoffteil, vorzugsweise ein Faserverbundbauteil, einsetzbar ist, welcher Kunststoffteil in eine an dem Außenbehälter vorgesehene Lagerbuchse ragt.

Weiters können zur Lagesicherung des Innenbehälters gegenüber dem Außenbehälter zusätzlich noch Distanzhalter an den Kappen befestigt oder mit den Kappen integral ausgebildet sein.

Vorzugsweise ist eine weitere Sicherung der Lage des Innenbehälters gegeben, wenn an der Deckwand außenseitig des Innenbehälters eine Befüll- und Entnahmeleitung geführt ist.

Erfindungsgemäß ist ein von einem Außenbehälter umgebener, zur Aufnahme einer kryogenen Flüssigkeit, insbesondere eines Kraftstoffes, dienender Innenbehälter nach Anspruch 28 vorgesehen. Nach einer Ausfiihrungsform ist zumindest eine der Kappen mit einer, vorzugsweise umlaufenden, Befestigungsnaht, insbesondere eine Schweissnaht, an dem Grundkörper befestigt und weisen die Stege jeweils im Bereich der, vorzugsweise umlaufenden, Befestigungsnaht, insbesondere eine Schweissnaht, einen Freischnitt auf.

Nach einer Ausführungsform weist zumindest eine der Kappen eine Anzahl von Ausnehmungen auf, in welche das in Längsrichtung des Grundkörpers ausgerichtete freie Ende zumindest eines der Stege hineinragt.

Nach einer Ausführungsform ist der Steg im Bereich der Ausnehmung der Kappe über eine Schweißnaht an der Kappe befestigt.

Erfindungsgemäß ist ein von einem Außenbehälter umgebener, zur Aufnahme einer kryogenen Flüssigkeit, insbesondere eines Kraftstoffes, dienender Innenbehälter nach Anspruch 32 vorgesehen.

Nach einer Ausführungsform weist der Steg im Bereich der Befestigung zumindest einer der Kappen an der Basis- und/oder Deckwand einen Freischnitt auf.

Nach einer Ausführungsform ist zumindest eine der Kappen mit einer, vorzugsweise umlaufenden, Befestigungsnaht, insbesondere eine Schweissnaht, an dem Grundkörper befestigt und weist der Steg jeweils im Bereich der, vorzugsweise umlaufenden, Befestigungsnaht, insbesondere eine Schweissnaht, einen Freischnitt auf.

Nach einer Ausführungsform weist zumindest eine der Kappen eine Anzahl von

Ausnehmungen auf, in welche das in Längsrichtung des Grundkörpers ausgerichtete freie Ende des Steges hineinragt.

Die Erfindung ist nachstehend anhand mehrerer in schematischen Zeichnungen dargestellten nicht einschränkenden Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei Fig.1 eine Seitenansicht und Fig.2 eine Stirnansicht eines Außenbehälters zeigt, in dem zur Aufnahme eines kryogenen Kraftstoffes ein Innenbehälter angeordnet ist. Fig.3 zeigt einen Schnitt durch den Außenbehälter gemäß der Linie III- III der Fig.l. Fig.4 stellt einen Schnitt gemäß der Linie IV-IV der Fig.3 dar. Fig.5 veranschaulicht eine Explosionsdarstellung des Innenbehälters, vor dessen Zusammensetzen und Fig.6 und Fig.7 zeigen unterschiedliche Ausbildungen einer Schweißnaht für den Innenbehälter. Eine Aufhängung des Innenbehälters an dem Außenbehälter ist im Detail in Fig.8 gezeigt. In den Fig. 9-11 ist eine weitere mögliche Ausfuhrungsform gezeigt. Fig. 9 zeigt dabei einen Seitenansicht in Längsrichtung des seitlich offenen Innenbehälters, Fig. 10 eine axonometrische Ansicht des Grundkörpers. In Fig. 11 ist ein Schnitt durch und entlang eines der Stege sowie der Kappe des Innenbehälters veranschaulicht. Eine weitere Ausführungsform ist Gegenstand der Fig. 12-14, wobei Fig. 12 eine axonometrische Ansicht dieser Ausführungsforrn zeigt. In Fig. 13 ist eine Seitenansicht in Längsrichtung des seitlich offenen Innenbehälters dargestellt und in Fig. 14 eine vergrößerte Ansicht eines aus Fig. 13. Schließlich ist eine weitere Ausführungsform der

Erfindung Gegenstand der Fig. 15, welche einen Teil des Innenbehälters in axonometrischer Ansicht veranschaulicht, wobei zur Verdeutlichung die Kappe und der Grundkörper in einer auseinander gezogen dargestellt sind.

In einem flachen Außenbehälter 1, der bis auf seine Abrundungen 2 die Form eines flachen Quaders aufweist, ist ein ebenfalls als flacher Quader ausgebildeter Innenbehälter 3 eingesetzt, der zur Aufnahme einer kryogenen Flüssigkeit, insbesondere eines kryogenen Kraftstoffes, dient. Um eine hinreichende Isolierung zwischen dem Innenbehälter 3 und dem Außenbehälter 1 anordnen zu können, ist zwischen dem Innen- 3 und dem Außenbehälter 4 ein den Innenbehälter 3 zur Gänze umgebender Hohlraum vorgesehen.

Der Innenbehälter 3 ist von drei Teilen, die im Einzelnen in Fig.5 dargestellt sind, gebildet, und zwar von einem Grundkörper 4, der einstückig ausgebildet ist, eine ebene glattflächige Deck- und Basiswand 5, 6 aufweist, welche mit sich längs des Grundkörpers 4 erstreckenden Seitenwänden 7 über Abrundungen 8 verbunden sind. Zwischen den Seitenwänden 7 sind parallel zu diesen sich ebenfalls längs erstreckende Stege 9 vorgesehen, die ebenfalls die Deckwand 5 mit der Basiswand 6 verbinden und durch die sich längs erstreckende Kammern 10 gebildet sind, die sich über die gesamte Länge des Grundkörpers 4 erstrecken.

Der Grundkörper 4 ist vorzugsweise aus Leichtmetall, insbesondere einer Aluminiumlegierung, gebildet und wird zweckmäßig und kostengünstig im Strangpressverfahren hergestellt. Die Wandstärken sämtlicher Wände 5, 6, 7, 9, des Grundkörpers sind etwa gleich stark, wobei Übergänge zwischen einem Steg 9 und der Basis- 6 und der Deckwand 5 zur Vermeidung von Spannungsspitzen mit einem Radius gerundet ausgebildet sind, der zweckmäßig gleich oder größer ist als die Wandstärke des Steges 9 oder die Wandstärke der Basis- 6 oder Deckwand 5. Selbstverständlich ist es möglich, die Wandstärke eines Steges 9, sofern es die Festigkeit zulässt, geringer zu bemessen als die Wandstärke der Basis- 6, der Deck- 5 und der Seitenwände 7.

An die offenen Enden des Grundkörpers 4 ist jeweils eine Kappe 11 ansetzbar, die mit dem Grundkörper 4 dicht verbindbar ist, vorzugsweise über eine Schweißnaht 12. Diese Kappen 11 übergreifen die Enden aller Kammern 10 und bilden einen die Kammern 10 verbindenden Freiraum 10', sodass die Kammern 10 leitungsmäßig mit einem relativ großen Querschnitt miteinander in Verbindung sind. Die Kappen 11 werden entweder tiefgezogen, geschmiedet oder auch gegossen, vorzugsweise mit einem Druckgussverfahren.

Zur Verbindung der Kappen 11 mit dem Grundkörper 4 werden die aneinander zur Anlage gelangenden Kanten 13, 14 einer Vorbehandlung unterzogen, wobei zweckmäßige Varianten in Fig.6 und Fig.7 dargestellt sind. Es wird also in mindestens eine der Kanten 13, 14 zur Bildung einer Überlappung ein Falz 15 eingearbeitet. Als Schweißverfahren zum Verbinden der Kappen 11 mit dem Grundkörper 4 hat sich das Reibrührschweißen besonders bewährt.

Zur Lagesicherung des Innenbehälters 3 im Außenbehälter 1 dienen Lagerungselemente 16, die an den Kappen 11 vorgesehen sind. Eine bevorzugte Variante ist in Fig. 8 dargestellt. Gemäß dieser ist an einer Einbuchtung 17 des Innenbehälters eine Lagerbuchse 18 vorgesehen, vorzugsweise ebenfalls aus einer Aluminiumlegierung. In diese ist ein

Kunststoffkörper 19, vorzugsweise als Faserverbundkunststoffrohr mit Metallbeschichtung ausgebildet, einsetzbar. Dieser Kunststoffkörper 19 ragt in eine in einer Ausbuchtung 20 des Außentanks 1 ebenenfalls vorgesehene Lagerbuchse 21, vorzugsweise ebenfalls aus einer Aluminiumlegierung. Die Lagerbuchsen 18, 21 sind am Außenbehälter 1 und am Innenbehälter 3 angeklebt, angeschweißt oder mit diesen integral ausgebildet. Der

Kunststoffkörper 19 kann mit den Lagerbuchsen 18, 21 verklebt oder verschraubt sein, beispielsweise mittels einer Überwurfmutter.

Eine weitere Lagesicherung des Innenbehälters 3 im Außenbehälter 1 kann durch an den Kappen 11 angeordnete (bzw. mit diesen integral ausgebildeten) Distanzhalter 22, die am Außenbehälter 1 anstehen, vorgesehen sein. Entnahme- und Befüllleitungen 23, die an der Außenseite der Deckwand 5 angeordnet sind, tragen ebenfalls zur Stabilisierung der Lage des Innenbehälters 3 im Außenbehälter 1 bei.

Allfallige Tankeinbauten, wie Sensoren für Druck- und/oder Temperatur und/oder Füllstand sowie die dafür notwendigen Leitungen sowie eine Entnahme- bzw. Befüllleitung 23 sind im Inneren einer der Kappen 11 oder beider Kappen 11 vorgesehen, wobei allfällige nach außen fuhrende Rohrstutzen in die Kappen 11 integriert sin.

Der hoch belastbare Grundkörper 4 ergibt im Zusammenhang mit den als gekrümmten Schalen ausgebildeten Kappen 11 einen allseitig gleich hoch belastbaren Druckbehälter. Der Grundkörper 4 kann in einer kurzen Fertigungszeit preiswert hergestellt werden, es ist lediglich notwendig, für unterschiedlich große Tanks diesen Grundkörper 4 in unterschiedlichen Längen vom Strangpressprofil abzutrennen.

Die Anzahl der im Grundkörper 4 vorhandenen Kammern 10 kann selbstverständlich variiert werden und ist allenfalls abhängig vom gewünschten Innenvolumens des Innenbehälters 3.

Die Herstellung des Innenbehälters 3 kann wesentlich schneller, prozesssicherer und auch billiger erfolgen als beispielsweise die Herstellung eines tonnenförmigen Innenbehälters. Es sind nur zwei Schweißnähte 12 erforderlich, nämlich die die Kappen 11 mit dem Grundkörper 4 verbindenden Schweißnähte 12.

In Fig. 9 ist eine weitere mögliche Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Innenbehälters 24 dargestellt. Wie ersichtlich verbinden Stege 25 die Basis- 26 mit der Deckwand 27 des Grundkörpers 28 und bilden so in dem Grundkörper Kammern zur

Speicherung eines Gases und/oder einer Flüssigkeit aus. Zwischen den Stegen 25 sind die Kammer 29 angeordnet. Wie ersichtlich weist der Grundkörper 28 der Fig. 9 im Wesentlichen eine ebene Basis- 26 und Deckwand 27 auf. Wie aus den Fig. 9-11 ersichtlich, weisen die Stege 25 im Bereich der Basis- 26 und der Deckwand 27 jeweils Freischnitte 30 auf. Diese Freischnitte 30 sind im Bereich des

Kontaktes der Kappe 31 mit dem Grundkörper 28, insbesondere des Kontaktes der Kappe 31 mit der Basis- 26 und der Deckwand 27 des Grundkörpers vorgesehen. Erfolgt eine Verschweissung der Kappe 31 mit dem Grundkörper 28, wird so verhindert, dass bei dem Schweissvorgang übermäßig viel Schweisswärme über den Steg 25 von den Schweissstellen 32 abgeführt wird. Wie aus Fig. 11 ersichtlich schließt die Kappe stumpf, insbesondere als sogenannte Stumpfnaht, an den Grundkörper an. Eine solche Stumpfnaht kann beispielsweise durch Reibrührschweissen hergestellt werden. Auf diese Weise kann eine gleichmäßige Schweissnaht gewährleistet werden. Durch die Freistellung 30 können die Kammern 29 des Grundkörpers 28 mit einander kommunizieren. Auf diese Weise ist es beispielsweise möglich, dass eine, beispielsweise gewölbte, Kappe 31 vorgesehen wird, die nur eine einzige Kammer abschließt und nicht über mehrere Kammern 29 übergreift. In diesem Fall wird die Kappe 31 an der Basis- 26 und der Deckwand 27 sowie an den die Kammer 29 beidseitig begrenzenden Stegen 25, insbesondere durch eine Schweissung und/oder Lötung, befestigt. Nach einer anderen Ausfuhrungsform ist es jedoch genauso möglich eine Kappe vorzusehen, die mehrere Kammern übergreift und beispielsweise an der Basis- 26, der Deckwand 27 und an den Seitenwänden des Grundkörpers 28 diesen dicht abschließt und so den Innenbehälter 24 seitlich begrenzt.

Eine weitere mögliche Ausfuhrungsform nach den Fig. 12-14 unterscheidet sich von den bereits diskutierten Ausführungsformen darin, dass die Basis- 33 und die Deckwand 34 jeweils eine geringe Wölbung, insbesondere eine zumindest teilweise - von außen gesehen - konvexe Krümmung, aufweisen. Im Zuge von FEM-Berechnungen und Versuchen hat sich dabei herausgestellt, dass eine leichte Wölbung einerseits die Stabilität des Innenbehälters wesentlich verbessert, sowie andererseits eine effiziente Platzausnutzung sowie eine gute Isolierbarkeit des Innenbehälters gewährleistet. Für die Bestimmung der Wölbung wird dabei ausgehend von einer planen Referenzebene 35 jeweils im Bereich der Basis- 33 oder Deckwand 34 mittig (Mittellinie M) zwischen den Stegen 36 der Kammer 37 der

Normalabstand D zwischen der Referenzebene 35 und der inneren Kontur der Basis- 33 oder Deckwand 34 gemessen.

In der vorliegenden Ausführungsform beträgt der Abstand D ca. 8% der Breite der Kammer B (im Bereich der Referenzebene gemessen). Die plane Referenzebene 35 ist jeweils als ebene Verbindungsebene der basis- oder deckwandseitigen geraden Enden der Stege 36 (ohne bzw. vor einer allenfalls vorgesehenen Rundung im Übergang zur Basis- oder Deckwand) bestimmt.

Wie aus den Figuren ersichtlich sind auch in dieser Ausführungsform an den Stegen Freischnitte vorgesehen.

Eine weitere Ausführungsform ist entsprechend Fig. 15 dargestellt. Dabei ist eine flache Kappe 38 vorgesehen, welche die Kammern 39 des Grundkörpers 40 abschliesst. Wie aus Fig. 15 ersichtlich, sind an den Stegen 41 im Bereich in welchem die Stege 41 an die Basis- und Deckwand angrenzen ebenfalls Freischnitte 42 vorgesehen. Wird die Kappe 38 entlang dem äußeren Rand 43 mit einer Schweiss- oder Lötnaht an dem Grundkörper 40 befestigt wird so eine gleichmäßige Schweiss- bzw. Lötnaht gewährleistet. Darüber hinaus kann über die Ausnehmungen bzw. Freischnitte 42 bei dem durch die Kappe 38 verschlossenen Grundkörper 40 ein Gas- und/oder Flüssigkeitsausgleich zwischen den Kammern 39 erfolgen. Wie aus Fig. 15 weiters ersichtlich weist die Kappe 38 längliche Ausnehmungen 43 auf. Die Abmessungen dieser länglichen Ausnehmungen entsprechen im Wesentlichen den Abmessungen der längsseitigen Enden 44 der Stege 41. Wird der Grundkörper 40 durch die Kappe 38 verschlossen ragen die längseitigen Enden 44 der Stege 41 in die entsprechenden Ausnehmungen 43 hinein. Nach einer bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung treten dabei die längsseitigen Enden 44 der Stege 41 durch die entsprechenden Ausnehmungen 43 der Kappe 38 und ragen an der den Kammern 39 abgewandten Seite der Kappe 38 aus dieser heraus. Nach einer besonderen Ausfuhrungsform werden die längsseitigen Enden 44 der Stege 41 im Bereich der Ausnehmungen 43 mit der Kappe 38, beispielsweise durch eine gasdichte Schweissung oder Lötung befestigt. Durch diese zusätzlich Befestigung kann die Stabilität des Innenbehälters weiter verbessert und eine besonders kompakte Ausführung des Innenbehälters verwirklicht werden. Statt einer Schweissung oder Lötung kann auch eine Klebung, ein entsprechend geeignetes Verfahren dazu vorausgesetzt, verwendet werden.

Claims

Patentansprüche :

1. Von einem Außenbehälter ( 1 ) umgebener, zur Aufnahme einer kryogenen Flüssigkeit, insbesondere eines Kraftstoffes, dienender Innenbehälter (3) in abgeflachter Bauweise, insbesondere Innentank für ein Straßenfahrzeug, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

• einen sich längs erstreckenden einstückigen Grundkörper (4) mit einer Deck- (5) und einer Basiswand (6), die mit sich ebenfalls längs erstreckenden Seitenwänden (7) verbunden sind, und mit mindestens zwei längs verlaufenden, die Basiswand (6) mit der Deckwand (5) verbindenden im Wesentlichen geraden Stegen (9) zur Bildung mindestens einer zwischen den Stegen angeordneten sich längs erstreckenden Kammer (10), die sich über die gesamte Länge des Grundkörpers (4) und jeweils von der Basiswand (6) zur Deckwand erstreckt (5), wobei die sich längs erstreckende Kammer zwischen den Stegen eine vorbestimmte Breite aufweist, und

• zumindest zwei Kappen (11), die die zwei offene Enden des Grundkörpers (4) jeweils peripher dicht verschließen, und

• wobei die Deck- und/oder Basis wand jeweils gegenüber einer planen Referenzdeck- und/oder Referenzbasiswand eine Aufwölbung mit einem mittig zwischen den Stegen jeweils zwischen der inneren Kontur der Deck- und/oder

Basiswand und der planen Referenzdeck- und/oder Referenzbasiswand gemessenen Abstand von weniger als 30% der Breite der Kammer aufweist.

2. Innenbehälter (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Deck- (34) und/oder Basiswand (33) jeweils gegenüber einer planen Referenzdeck- (35) und/oder

Referenzbasiswand eine Aufwölbung mit einem mittig zwischen den Stegen (3) jeweils zwischen der inneren Kontur der Deck- und/oder Basiswand und der planen Referenzdeck- und/oder Referenzbasiswand gemessenen Abstand von weniger als 25% , bevorzugt weniger als 20%, besonders bevorzugt weniger als 15%, der Breite der Kammer aufweist.

3. Innenbehälter (3) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Basis- (6) und/oder die Deckwand (5) im Wesentlichen eben ausgeführt sind/ist.

4. Innenbehälter (3) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Basis- (6) und/oder die Deckwand (5) jeweils gegenüber einer planen Referenzdeck- (35) und/oder

Referenzbasiswand eine Aufwölbung mit einem mittig zwischen den Stegen jeweils zwischen der inneren Kontur der Deck- und/oder Basiswand und der planen Referenzdeck- und/oder Referenzbasiswand gemessenen Abstand von mehr als 3 %, insbesondere einen Abstand im Bereich zwischen 5% und 15 %, der Breite der Kammer aufweist.

5. Innenbehälter (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kappen (11) die Enden der Kammern (10) jeweils übergreifen.

6. Innenbehälter (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Kappen (11) einen die Kammern (19) verbindenden Freiraum (10') bildet.

7. Innenbehälter (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Kappen (11), im Wesentlichen, flach ausgebildet ist.

8. Innenbehälter (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Stege im Bereich der Befestigung zumindest einer der Kappen (31 ) an der Basis- und/oder Deckwand einen Freischnitt (30) aufweist.

9. Innenbehälter (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Kappen mit einer, vorzugsweise umlaufenden, Befestigungsnaht, insbesondere eine Schweissnaht, an dem Grundkörper befestigt ist und die Stege jeweils im Bereich der, vorzugsweise umlaufenden, Befestigungsnaht, insbesondere eine Schweissnaht, einen Freischnitt (30) aufweisen.

10. Innenbehälter (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Kappen (38) eine Anzahl von Ausnehmungen (43) aufweist, in welche das in Längsrichtung des Grundkörpers ausgerichtete freie Ende (44) zumindest eines der Stege (41) hineinragt.

11. Innenbehälter (3) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg im Bereich der Ausnehmung (43) der Kappe (38) über eine Befestigungsnaht, insbesondere eine Schweißnaht, an der Kappe (38) befestigt ist.

12. Innenbehälter (3) nach eine der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (9) etwa senkrecht zur Basis- (6) und zur parallel zu ihr verlaufenden Deckwand (5) des Grundkörpers (4) ausgerichtet sind.

13. Innenbehälter (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper im Wesentlichen ein Profil quer zur Längserstreckung in Form eines Rechtecks aufweist, wobei vorzugsweise die die Seitenwände (7) mit der Basiswand (6) und der Deckwand (5) verbindenden Längskanten als Abrundungen (8) ausgebildet sind.

14. Innenbehälter (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (4) als einteiliges Strangpressprofil ausgebildet ist.

15. Innenbehälter (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärken aller Wände (5, 6, 7, 9) etwa gleich groß sind oder die Wandstärke eines

Steges (9) geringer ist als die der Basis-, Deck- und Seitenwände (5, 6, 7).

16. Innenbehälter (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Übergänge zwischen Steg (9) und Basis- (6) bzw. Deckwand (5) mit einem Radius gerundet ausgebildet sind, der größer oder gleich ist der Wandstärke des Steges (9) oder der Wandstärke der Basis- (6) oder Deckwand (5).

17. Innenbehälter (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (4) und die Kappen (11) aus Leichtmetall, insbesondere aus einer Aluminiumlegierung, gebildet sind.

18. Innenbehälter (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Kappen (11) tiefgezogen, geschmiedet oder gegossen, insbesondere mit einem Druckgussverfahren gegossen, sind.

19. Innenbehälter (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Kappen (11) mit dem Grundkörper (4) mittels einer umlaufenden Schweißnaht (12) verbunden sind.

20. Innenbehälter (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichet, dass zur Verbindung der Kappen (11) mit dem Grundkörper (4) die aneinander liegenden Kanten (13, 14) einer Vorbehandlung unterzogen sind, vorzugsweise ist mindestens eine der Kanten (13, 14) zur Bildung einer Überlappung der Bauteile (4, 11) mit einem Falz (15) versehen.

21. Innenbehälter (3) nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekenzeichnet, dass die Schweißnaht (12) durch Reibrührschweißen gebildet ist.

22. Innenbehälter (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass allfällige Tankeinbauten, wie Sensoren für Druck und/oder Temperatur und/oder Füllstand und die dafür notwendigen Leitungen (23) im Inneren einer Kappe (11) vorgesehen und gegebenenfalls in einen Rohrstutzen einer Kappe (11) integriert sind.

23. Innenbehälter (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass eine Befüll- und/oder eine Entnahmeöffiiung in einer der Kappen (11) vorgesehen ist/sind.

24. Innenbehälter (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass an den Kappen (11) Lagerelemente (18) angeordnet sind, die den Innenbehälter an den

Außenbehälter lagern.

25. Innenbehälter (3) nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lagerungselement (18) als Lagerbuchse, vorzugsweise aus einer Aluminiumlegierung und zweckmäßig in einer örtlichen Einbuchtung (17) der Kappe (11) vorgesehen, ausgebildet ist, in die ein Kunststoffteil (19), vorzugsweise ein Faserverbundbauteil, einsetzbar ist, welcher Kunststoffteil (19) in eine an dem Außenbehälter (1) vorgesehene Lagerbuchse (21) ragt.

26. Innenbehälter (3) nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu den Lagerelementen (18) Distanzhalter (22) an den Kappen (11) befestigt oder mit den Kappen (11) integral ausgebildet sind.

27. Innenbehälter (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekenzeichnet, dass an der Deckwand (5) außenseitig des Innenbehälters (3) eine Befüll- und Entnahmeleitung gefuhrt ist (23).

28. Von einem Außenbehälter (1) umgebener, zur Aufnahme einer kryogenen Flüssigkeit, insbesondere eines Kraftstoffes, dienender Innenbehälter (3) in abgeflachter Bauweise, insbesondere Innentank für ein Straßenfahrzeug, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

• einen sich längs erstreckenden Grundkörper (28) mit einer Deck- (27) und einer Basiswand (26), die mit sich ebenfalls längs erstreckenden Seitenwänden verbunden sind, und mit mindestens einem längs verlaufenden, die Basiswand (26) mit der Deckwand (27) verbindenden im Wesentlichen geraden Steg (25) zur Bildung von von zwei beidseitig des Steges angeordneten sich längs erstreckenden

Kammern (29), die sich über die gesamte Länge des Grundkörpers (28) und jeweils von der Basiswand (26) zur Deckwand (27) erstrecken, und • zumindest zwei Kappen (31), die die zwei offene Enden des Grundkörpers (28) jeweils peripher dicht verschließen, und

• wobei der Steg (25) im Bereich der Befestigung zumindest einer der Kappen (31) an der Basis- (26) und/oder Deckwand (27) einen Freischnitt (30) aufweist.

29. Innenbehälter (3) nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Kappen (31) mit einer, vorzugsweise umlaufenden, Befestigungsnaht, insbesondere eine Schweissnaht, an dem Grundkörper (28) befestigt ist und die Stege (25) jeweils im Bereich der, vorzugsweise umlaufenden, Befestigungsnaht, insbesondere eine Schweissnaht, einen Freischnitt (30)aufweist.

30. Innenbehälter (3) nach Anspruch 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Kappen (38) eine Anzahl von Ausnehmungen (43) aufweist, in welche das in Längsrichtung des Grundkörpers ausgerichtete freie Ende (44) zumindest eines der Stege (41 ) hineinragt.

31. Innenbehälter (3) nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg (41) im Bereich der Ausnehmung (43) der Kappe (38) über eine Schweißnaht an der Kappe (38) befestigt ist.

32. Von einem Außenbehälter (1) umgebener, zur Aufnahme einer kryogenen Flüssigkeit, insbesondere eines Kraftstoffes, dienender Innenbehälter (3) in abgeflachter Bauweise, insbesondere Innentank für ein Straßenfahrzeug, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale: • einen sich längs erstreckenden Grundkörper (4) mit einer Deck- (5) und einer

Basiswand (6), die mit sich ebenfalls längs erstreckenden Seitenwänden (7) verbunden sind, und mit mindestens einem längs verlaufenden, die Basiswand (6) mit der Deckwand (5) verbindenden im Wesentlichen geraden Steg (9) zur Bildung von von zwei beidseitig des Steges angeordneten sich längs erstreckenden Kammern (10), die sich über die gesamte Länge des Grundkörpers (4) und jeweils von der

Basiswand (6) zur Deckwand erstrecken (5), und

• wobei zumindest eine der Kappen (11) im Wesentlichen flach ausgebildet ist.

33. Innenbehälter (3) nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg im Bereich der Befestigung zumindest einer der Kappen (11) an der Basis- und/oder Deckwand einen Freischnitt (30) aufweist.

34. Innenbehälter (3) nach Anspruch 32 oder 33, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Kappen mit einer, vorzugsweise umlaufenden, Befestigungsnaht, insbesondere Schweissnaht, an dem Grundkörper befestigt ist und der Steg jeweils im Bereich der, vorzugsweise umlaufenden, Befestigungsnaht, insbesondere eine Schweissnaht, einen Freischnitt (30) aufweist.

35. Innenbehälter (3) nach einem der Ansprüche 32 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Kappen eine Anzahl von Ausnehmungen aufweist, in welche das in Längsrichtung des Grundkörpers ausgerichtete freie Ende des Steges hineinragt.

36. Innenbehälter (3) nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg im

Bereich der Ausnehmung der Kappe über eine Befestigungsnaht, insbesondere Schweißnaht, an der Kappe befestigt ist.