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Problemlage/Ausgangspunkt:
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Die zur Zeit in der Handelschiffahrt, für Transporte, Lagerung oder Kühlung meist verwendeten ISO-Container aus COR-TEN-Stahl (oder Varianten dieses Materials) sind zwar ein überaus erfolgreiches Konzept, besitzen aber einige Material- und konstruktionsbedingte Nachteile, deren Beseitigung den Anlass für unsere Entwicklung darstellt.
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In Einzelnen werden die folgenden Nachteile beseitigt:
- 1. Eigengewicht: Aufgrund des verwendeten Materials und der Konstruktion (um ein notwendige Steifigkeit von Boden und Wänden zu gewährleisten, müssen diese in Trapezform ausgeführt werden, was die Menge des zu verwendenden Materials erhöht, daher sind die Container sehr schwer. Das Eigengewicht (Tara) stellt aus ökonomischen und ökologischen Gründen (hinsichtlich der Transportkosten – auch in leerem Zustand bei Repositionierungen – und des Energie- bzw. Treibstoffverbrauchs) ein Problem dar.
- 2. Korrosion: Das Material aus dem die Container hergestellt werden, ist nicht korrosionsfest. Insbesondere wenn der COR-TEN-Stahl Seeluft und Seewasser ausgesetzt ist, korrodiert er in Form von Rost trotz entsprechender Schutzanstriche sehr stark. Die Lebensdauer eines Containers liegt daher bei nur ca. 15 Jahren, bevor er, soweit möglich recycled werden muss, für den weiteren Einsatz als Transportbehälter jedoch ungeeignet ist.
- 3. Wärme- und Isolationsverhalten: Unter Sonneneinstrahlung erwärmen sich Standard-Container sehr stark, was insbesondere im Rahmen der Verwendung als Kühl-Container (Reefer) eine zusätzliche Ausrüstung mit Isolationsmaterial (zusätzlich zur Kühlanlage) erfordert und so das Tara zusätzlich erhöht und den verfügbaren Rauminhalt verringert.
- 4. Flüssigkeitsdichtigkeit: Baubedingt bieten die heute verwendeten Container nur einen Spritzwasserschutz, sind aber selbst nicht wasser- bzw. flüssigkeitsdicht. Dafür bedarf es einer im Regelfall teuren zusätzlichen Ausrüstung, die, insbesondere wenn der Container als Flüssigkeitstank verwendet werden soll, das Tara zusätzlich erhöht und den verfügbaren Rauminhalt verringert. Standard-Container versinken im Wasser innerhalb von Minuten.
- 5. Gasdichtigkeit: Baubedingt ist auch eine Ausrüstung in einem gasdichten Zustand, z. B. für den Transport von reifegeführdetem Obst oder Gemüse unter den Reifungsprozess unterdrückenden Stickoxiden, nur durch zusätzliche Ausstattung und Ausrüstung möglich, auch hier wird dadurch das Tara erhöht und den verfügbaren Rauminhalt verringert.
- 6. Feuersicherheit: Standard-Container sind weder feuer- noch explosionsgeschützt. Aufgrund ihrer leichten Erwärmbarkeit auf hohe Temperaturen, mangelnder Gas- und Flüssigkeits-Dichtigkeit und ihre konstruktionsbedingt geringe Widerstandskraft gegen Explosionen stellen sie vielmehr im Extremfall und insbesondere auf den heutigen großen Container-Frachtern ein nicht unerhebliches Transportrisiko dar.
- 7. Einbruchssicherheit: Standard-Container können, auch wenn verschlossen, materialbedingt einfach unter Einsatz einer Stahlsäge oder einer Trennscheibe „aufgeflext” werden. Dies mindert im Extremfall die Sicherheit der transportierten Güter.
- 8. Modernität: Gebräuchliche Standard-Container sind konstruktionsbedingt nicht an die moderne, computergestützte Logistik angepasst. Eine Ausstattung mit Ort- und Lage, Temperatur- und Drucksensoren, sowie entsprechender, diese Informationen sammelnder und mit Identifikations- und Inhaltsinformationen verknüpfender Technik (Sende-/Empfangseinrichtungen) o. ä. ist nur in Form von Zusatzausstattungen möglich, für die die Konstruktion jedoch nicht vorbereitet ist.
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Beschreibung der Erfindung:
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ISO-Container, Next Generation (kurz: ContainerNG) werden aus faserverstärkten Kunststoffen (FK) und FK-Verbundmaterialien hergestellt, wodurch die Nachteile der bisher gängigen Modelle beseitigt werden.
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Konstruktion/Bauweise: Der ContainerNG besteht aus einer Rahmenkonstruktion (Boden- und Deckenrahmen aus CFK-L-Profilen, sowie CFK-Vollmaterial-Eckpfosten) von jeweils nach verschiedenen ISO-Norm-Maßen (Länge-Breite-Höhe) aus mit Kohlefaser verstärktem Kunststoff (CFK) gefertigten Bauteilen. In diesen Rahmen werden in Sandwichbauweise (FK-Verbundmaterialien) hergestellte, hochfeste Platten für Boden, Seitenwände, Decke, sowie Türen eingeklebt, bzw. mit Scharnieren befestigt.
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Die Bauweise ist modular, sodass aus den gleichen, normierten Bauteilen jeweils unterschiedliche Endkonfigurationen für unterschiedliche Verwendungen nach Kundenwunsch hergestellt werden können. Gleichzeitig erlaubt diese Bauweise eine leichte, schnelle und kostengünstige Reparatur durch Austausch der beschädigten Bauteile.
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Detailbeschreibung:
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Die Bodenplatte, die das Ladegewicht tragen muss, wird aus einem CFK-Verbundmaterial hergestellt, für das zwischen die Außenschichten aus CFK eine Schicht aus einer Aluminiumwabenstruktur oder Aramidfaserwabenstruktur eingeklebt wird. Trotz einer geringen Dicke von nur ca. 2 cm gewährleistet die Verbindung aus Wabenstruktur und CFK die Tragfähigkeit des Bodens über die in den ISO-Normen vorgegebenen Werte hinaus. Bodenplatten mit zusätzlich besonders hohen Belastungswerten können (bei leicht größerem Volumen) mit geringem Aufwand hergestellt werden. Die Bodenplatte wird mit einem Mehrkomponenten-Kleber besonders fest mit den aus Kohlefaser-Kunststoff gefertigten L-Profilen verklebt, die den unteren Außenrahmen bilden. (Siehe Skizze 1)
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Die Eckpfosten sind die entscheidenden tragenden Elemente der Rahmen-Konstruktion, an ihnen wird der Gesamtcontainer gehoben, und auf ihnen lastet bei der Aufstellung in mehreren (bis zu 20) Lagen ggf. das Gesamtgewicht der darüber lagernden Container. Die Eckpfosten werden aus CFK Vollmaterial hergestellt. Ihre Außenmaße entsprechen den Maßen der Eckpfosten von Standard-Containern, bei deutlich gesteigerten Belastungswerten. Die ISO-standardisierten Corner-Castings, an denen der Container gehoben und (über Twistlocks) befestigt wird, werden gemäß den ISO-Maßen in die Enden der Eckpfosten eingefräst. Die Verbindung mit den aus CFK gefertigten L-Profilen, die den Außenrahmen des Containers bilden, sowie der Bodenplatte, den Seitenwänden, Türen und Deckenplatte erfolgt durch verkleben mittels eines Mehrkomponenten-Klebers. (Siehe Skizze 3). Bauweise und Material der Eckpfosten verbinden minimales Gewicht und gleichzeitig hohe Lastaufnahme bei Zug- und Druckbelastungen.
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Für die hochfesten, verwindungssteifen Außenwände (seitlich und quer) werden Verbundmaterial-Platten hergestellt bei denen zwei Außenschichten (äußere und innere Oberfläche) aus CFK-Matten durch einen Sandwichschaum oder eine Wabenstruktur (oder einer Kombination aus beidem) auf Abstand gebracht (siehe Skizze 2) werden. Diese Verbundmaterial-Platten werden mit den aus CFK gefertigten L-Profilen des Außenrahmens mittels eines Mehrkomponenten-Klebers verklebt. Sie sind trotz einer geringen Wandstärke (ca. 1 cm) ohne zusätzliche Trapezform eigenstabil, haben ein äußerst geringes Eigengewicht (60–80% leichter als übliche Stahlblech-Wände) und wirken durch den Sandwichschaum dämmend (auch gegen Feuer). Sie sind zudem außen und innen glatt. Durch Verwendung entsprechender Materialien (z. B. Aramidfaser/Kevlar) für die jeweiligen Außenschichten der Seitenwände, Decken, Türen und Boden und/oder eine dichtere Wabenverstärkung kann ein Container ohne großen zusätzlichen Aufwand schuss- oder explosionssicher hergestellt werden. Aufgrund dieser Bauweise haben die ContainerNG ein höheres Innenvolumen als die klassische Bauform, dies ermöglicht bei Bedarf die Anbringung zusätzlicher Dämmschichten auf der Innenseite (Wände und Decke). An der jeweils türlosen Querseite werden sog. Portholes für Montage und Betrieb von Kühlagregaten vorgesehen, diese können bei Nichtgebrauch mit einfachen Handgriffen wasserdicht (und ggf. gasdicht) verschlossen werden.
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Die Türen werden wie die Außenwände hergestellt und (an einem oder beiden Enden) an innen sitzenden Scharnieren befestigt und mit ebenfalls innen sitzenden Riegeln verschlossen. Beides dient der passiven Sicherung der transportierten Materialien. Türen werden grundsätzlich so ausgelegt, dass sie im geschlossenen Zustand den Container wasserdicht versiegeln. Mit geringem Mehraufwand kann in der Serienherstellung auch eine gasdichte Variante hergestellt werden. In die eine Seite der Türen wird ein einfaches Informationspanel versenkt eingebaut, über das, zusätzlich zu den mit Farbe aufgetragenen Identifikationsdaten ergänzende Informationen abgefragt werden können (Innentemperatur, Druck, usw.). Es wird ein System vorgesehen, dass diese Informationen (via RFID o. ä.) auch drahtlos verfügbar macht. Dieses Panel kann gleichzeitig für die sichere Schließung, bzw. Öffnung des Containers verwendet werden.
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In der Deckenplatte wird nach dem Muster der Außenwände hergestellt und mit den aus CFK gefertigten L-Profilen des Außenrahmens verklebt. In ihr wird eine Zugangsöffnung vorgesehen, die auch als Befüllungsöffnung für Schüttgut oder Flüssigkeiten verwendet werden kann. Der Verschluss dieser Öffnung wird gasdicht ausgelegt.
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In die Konstruktion werden bei der Herstellung vorbereitende (GPS oder Galileo) Positions-, Lage, Temperatur und Innendruck-Sensoren eingebettet, deren Werte über das in eine der Türen versenkt integrierte Panel, oder drahtlos via RFID, BLUETOOTH oder WLAN abgefragt werden können. Des weiteren können in der Bauphase Schläuche mit Öffnungen zur Einleitung, bzw. Absaugung von Gasen in den Innenraum in die Konstruktion eingebettet werden.
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Vorteile der Konstruktion:
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Derart oder nach diesem Muster konstruierte ContainerNG haben dann folgende Eigenschaften:
- 1. Eigengewicht: Aufgrund der verwendeten Materialien und der Konstruktionsweise vermindert sich das Eigengewicht der Container (als Tara innerhalb des Gesamtgewichtes) je nach Ausführung auf höchstens 50% (wahrscheinlicher nahe 40%) des Eigengewichtes der klassischen Konstruktionsweise. Dies wird erhebliche Verringerungen von Transportkosten und Treibstoffverbrauch nach sich ziehen.
- 2. Korrosion: Die verwendeten Baustoffe sind Material-bedingt unempfindlich gegen jede Art von Korrosion, wie sie im normalen Gebrauch auftreten kann, insbesondere gegen Korrosion durch Seeluft, Meerwasser oder Sonnenlicht. Um letzteres zu verstärken wird beim Sau ein besonders UV-beständiges weißes Harz verwendet. Aufgrund dieser Eigenschaften beträgt die prognostizierte Lebensdauer eines ContainersNG das drei bis vierfache der Lebensdauer eines klassischen Containers. Dies führt zu einer erheblichen Reduzierung der Anschaffungskosten, aber auch zu einer nachhaltigeren Verwendung der Rohstoffe.
- 3. Wärme- und Isolationsverhalten: ContainerNG erwärmen sich aufgrund des verwendeten Materials unter Sonneneinstrahlung nicht so stark wie klassische Container. Aufgrund der Struktur der Außenwände wird das Inneren zudem gegen Wärme gedämmt. Durch die geringere Dicke der Außenwände kann ohne größere Verluste an Innenvolumen (Transportvolumen!) auf der Innenseite zusätzliches Dämmmaterial angebracht werden. All dies wird zu einer erheblichen Reduzierung des Energieverbrauches, insbesondere in der Verwendung der Container als Kühlcontainer (Reefer) führen.
- 4. Flüssigkeits-Dichtigkeit: Aufgrund der rundum geschlossenen Bauweise sind ContainerNG grundsätzlich Wasser- und Flüssigkeitsdicht ausgelegt. Dies erleichtert nicht nur die ggf. Nutzung als Transportmittel für Flüssigkeiten, sondern dient vor allem der Sicherheit des Transportgutes vor Beschädigung durch eindringende Flüssigkeiten (vorzugsweise Seewasser). Andererseits ermöglicht die Abgeschlossenheit gegen eindringendes Wasser ein Aufschwimmen des Containers nach einer Havarie und reduziert so ggf. die Transportverluste. Zusätzlich können die so beschaffenen Container im Extremfall auch als Schwimmkörper für das sie transportierende Containerschiff dienen.
- 5. Gasdichtigkeit: Die mögliche gasdichte Ausstattung der ContainerNG erleichtert nicht nur die Nutzung beim Transport reifegefährdeter Güter (siehe auch oben), sondern erhöht auch die Sicherheit gegen ausströmende Gase oder bei im Container entstehenden Feuern. Diese ersticken von selbst nach Verbrauch des ggf. im Container vorhandenen Sauerstoffs. Diese Ausstattung erhöht also bei Nutzung die Transportsicherheit auf Containerschiffen.
- 6. Feuersicherheit: Auch ohne eine gasdichte Ausstattung sind ContainerNG material- und konstruktionsbedingt deutlich feuersicherer als klassische Container. Zum einen erwärmen sie sich nicht in gleichem Maße durch äußere oder innere Flammen, der in den Außenwänden verbaute Sandwichschaum dämmt zusätzlich gegen Feuer. Aufgrund ihrer zudem insgesamt höheren Dichtigkeit wird ein zügiges Ersticken eines Feuer im Inneren wahrscheinlicher als bei der klassischen Bauweise. Zusätzlich können ContainerNG mit geringem Aufwand für Gefahrengüter explosionssicher ausgestattet werden, ohne das dabei größere Verluste an der Transportmenge anfallen. All dies reduziert erheblich das Transportrisiko von Containern.
- 7. Einbruchssicherheit: ContainerNG können durch die verwendeten Materialien so ausgestattet werden, dass sie mit den klassischen Werkzeugen (Säge, Trennscheibe, o. ä.) nicht zu öffnen sind. Dies erhöht dann zusätzlich die Transportsicherheit gefährdeter Güter.
- 8. Modernität: ContainerNG werden standardmäßig mit modernen Sensoren für Position, Lage, Temperatur und Innendruck ausgestattet, sowie mit Zu- bzw. Ableitungen für Gase, sowie einem Kontrollpanel und Sende-/Empfangs-Einrichtungen für Sensorendaten und weitere für die Logistik erforderlichen Informationen. Dies erleichtert die moderne Logistik insbesondere bei der heutigen Zahl von Container und der Menge an transportierten Gütern. Diese Ausstattung der ContainerNG wird auch in diesem Bereich in hohem Maße Kosten einsparen.
