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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Behälteranordnung für einen Transportbehälter mit einem Innenbehälter und einem Außenbehälter, deren Wände parallel in einem Abstand (d) zueinander verlaufen und über ein Sattelelement miteinander verbunden sind.
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Behälteranordnungen mit Innen- und Außenbehälter oder auch sogenannte doppelwandige Behälter sind im Lagertankbereich seit langem bekannt. Dabei dient ein Außenbehälter als zusätzlicher Schutz gegen Auslaufen des gelagerten Mediums (z.B. gefährliche Flüssigkeiten). Es gibt auch Transportbehälter für Gefahrgut, die mit doppelwandigen Behältern ausgeführt sind, um Betriebszulassungen als Transport- und als Lagerbehälter erhalten zu können. Bei den bekannten doppelwandigen Behältern, z.B. für Tankcontainer, wird ein Innenbehälter üblicherweise von einem mehr oder weniger eng anliegenden Außenmantel umgeben, der dann wiederum in einem Containerrahmen fixiert ist. Um auftretende dynamische und statische Betriebslasten möglicht sicher und dauerhaft zwischen Innen- und Außenbehälter zu übertragen, wird entweder der Außenbehälter am Innenbehälter anliegend ausgeführt oder es sind sowohl am Außen- als auch am Innenbehälter großflächig wirkende Koppel- oder Sattelelemente vorgesehen, um auftretende Lasten dauerhaft und ohne bleibende Verformungen übertragen zu können (siehe z.B.
DE 202 15 657 U1 ).
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Eine Sonderstellung nehmen bei dem Transportbehälter sogenannte IBCs (Intermediate Bulk Container) oder Großpackmittel für Flüssigkeiten ein. Diese sind im Gegensatz zu Tankcontainern (ortsbewegliche Tanks), die einen Volumenbereich von 3 bis 40 m3 abdecken, in der Regel kleinervolumige Behälter, die ein Volumen von bis zu 3m3 aufweisen. IBCs sind - ähnlich wie Paletten - mit Gabelstaplern und anderen Umschlaggeräten zu handhabende Transportbehälter. Sie sind im Gegensatz zu Tankcontainern meist nicht als Druckbehälter ausgeführt, aber dennoch für den Transport gefährlicher Güter (mit verschiedensten Gefahrgutzulassungen für unterschiedliche Transportwege) geeignet. Als Grundlage zur Zulassung dient bei IBCs für gefährliche Flüssigkeiten ein sogenannter Falltest, bei dem ein IBC mit gefülltem Behälter aus einer Höhe von etwa 1,50 m auf eine feste Unterlage aufprallt. Der Falltest gilt dann als bestanden, wenn Armaturen und Behälter nach dem Falltest kein Leck zeigen. Viele IBCs sind aus Kunststoffmaterialien hergestellt (z.B. HDPE - High density polyethylene), die eine vergleichsweise hohe plastische Verformbarkeit aufweisen. Solche Kunststoffe sind aber für manche Medien nicht geeignet, insbesondere nicht für hochreine Stoffe.
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Metallische Werkstoffe sind zwar an sich widerstandsfähiger als Kunststoffe, weisen aber oft nicht deren plastische Verformbarkeit (Bruchdehnung) auf, so dass bei spröden Werkstoffen zum Bestehen eines Falltests eine Überdimensionierung erforderlich ist, die den Einsatzbereich als Transportbehälter beschränkt, da ein sehr großes Leergewicht erforderlich ist. Gleiches gilt für Behälter, die eine spröde Innenbeschichtung (z.B. Email) aufweisen. Soll der IBC auch als Lagerbehälter eingesetzt werden, so ist zusätzlich eine doppelwandige Ausführung erforderlich. Dies erhöht das Gewicht zusätzlich.
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Es gibt Behälter, bei dem ein Außenbehälter und ein Innenbehälter über Ringe oder Rippen miteinander verbunden sind. Solche Behälteranordnungen zeigt z.B.
DE 195 27 139 A1 .
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Es besteht also die Aufgabe, Behälter für als IBC klassifizierbare metallische Tankcontainer zur Verfügung zu stellen, welche auch als Lagerbehälter einsetzbar sind - also doppelwandig ausgeführt sind - und gleichzeitig ein möglichst geringes Eigengewicht aufweisen.
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Diese Aufgabe löst die vorliegende Erfindung, indem ein besonders gestaltetes Sattelelement zwischen Innen- und Außenbehälter vorgesehen ist, das einen zwischen Innen- und Außenbehälter verlaufenden Schenkel aufweist, der mit einem Ende an der Innenseite des Außenbehälters anliegt und am gegenüberliegenden inneren Schenkelende einen etwa rechtwinklig zum Verbindungsschenkel verlaufenden Steg aufweist, welcher bündig bzw. flächig an der Außenseite des Innenbehälters anliegt. Diese Konstruktion erlaubt eine stoßabsorbierende Kopplung zwischen Innen- und Außenbehälter, die den Außenbehälter und/oder den Schenkel als sich plastisch verformendes „Crashelement“ nutzt.
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Beispielsweise werden bei einem Fallversuch die zwischen Innen- und Außenbehälter wirkenden Kräfte vom Innenbehälter relativ großflächig über den Steg in den die beiden Behälter verbindenden Schenkel eingeleitet. Dessen Schenkelende wirkt durch, ggf. über einen vergleichsweise kleinflächigen Kontaktbereich mit hoher Spannungskonzentration auf den Außenbehälter und verformt diesen elastisch oder auch plastisch und baut so die auftretenden Stoßenergien ab, ohne dass der Innenbehälter zu hoch beansprucht wird. Die Energie kann auch ganz oder teilweise über eine Verformung des Schenkels selbst abgefedert (elastische Verformung) oder abgebaut (plastische Verformung) werden. Damit können auch IBCs für Gefahrgut mit metallischen Behältern als IBCs zugelassen werden. Auch ein vergleichsweise spröder Innentankwerkstoff wird bei einem durchzuführenden Fallversuch nicht beschädigt, und der Innenbehälter bleibt dicht, während der Außenbehälter bzw. das Sattelelement energieabsorbierend plastisch verformt wird und seine Funktion als Auffangwanne nicht einbüßt.
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Die Innen- und Außenbehälter weisen jeweils einen zylindrischen Abschnitt (sogenannter „Mantelschuss“) auf, der jeweils an seinen Enden über Endböden verschlossen ist. Die Behälter können als liegende oder stehende Zylinder angeordnet sein. Zusätzlich zu dem Sattelelement sind Rohrelemente vorgesehen, die im Bereich der Endböden die beiden Behälter miteinander koppeln. Diese Rohrelemente sind ebenfalls so gestaltet, dass die Beanspruchungskonzentration im Außenbehälter sprich Außenboden bzw. im Rohrelement, stattfindet, während die Beanspruchungen des Innenbehälters möglichst gering gehalten werden. Dazu ist das Rohrelement dann über ein am Boden des Innenbehälters anliegendes Flachstück mit diesem verbunden. Beim elastischen oder plastischen Stauchen der Sattelelemente und/oder des zylindrischen Abschnitts des Außenbehälters ist der Innenbehälter relativ zur Längsachse quer bewegbar, da das an dem Außenboden anliegende, insbesondere mit diesem verschweißte, Rohrelement relativ zum Flachstück verschieblich ist.
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden anhand der Zeichnungen beschrieben. Darin zeigen
- 1 eine schematisierte Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Behälteranordnung mit angedeutetem Containerrahmen,
- 2 eine perspektivische Darstellung der in 1 dargestellten Anordnung,
- 3-7 Detaildarstellungen (Detail Z) unterschiedliche Ausführungen eines Sattelelements für die erfindungsgemäße Behälteranordnung,
- 8 und 9 eine perspektivische Darstellung von Sattelelementen mit Verformungselementen,
- 10 Detaildarstellungen (Detail Y) unterschiedlicher Ausführungen eines Koppelelementes an den Enden der erfindungsgemäßen Behälteranordnung, und
- 11 eine Längs- und Querschnittdarstellung (Detail X) des Mannlochstutzenbereichs einer erfindungsgemäßen Behälteranordnung.
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Neben den weiter unten anhand der Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen gibt es noch weitere Ausführungen der Erfindung.
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In einer Ausführung weist der Schenkel ein Verformungselement auf, welches als Ausformung und/oder Öffnung ausgebildet ist. So ein Verformungselement kann zum Beispiel als Sicke, Bohrung oder Perforation gestaltet sein und bildet eine gezielt angeordnete Verschwächung des Schenkels und zur gezielten Verformung in eine bestimmte Richtung. Dient der Schenkel beispielsweise als energieabsorbierendes Stauchelement, so kann durch ein entsprechend gestaltetes Verformungselement die Stauchgestalt und auch der Stauchwiderstand reproduzierbar und damit beherrschbar ausgestaltet werden.
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Geeignete Profile für das Sattelelement sind beispielsweise U-Profile, T-Profile oder L-Profile. Damit kann auf einen sehr umfangreichen Katalog von Normprofilen zurückgegriffen werden. Es können aber auch Profile mit weitgehend frei wählbarer Geometrie „maßgeschneidert“ werden (z.B. Kantprofile, die als Z-, L- oder U-Profile mit Verformungselementen ausgeführt sind).
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Bei Ausführungen, bei denen die Wand des Außenbehälters im Bereich der Schenkelenden dünner als die Wand des Innenbehälters ausgestaltet ist, kann sichergestellt werden, dass die gewünschte Verformung primär im Außenbehälter (bzw. im Schenkel des Sattelelements) stattfindet und nicht im Innenbehälter, so dass eine Leckage des Innenbehälters weitgehend ausgeschlossen werden kann.
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Bei Ausführungen, bei denen der E-Modul, der ein Maß für den Verformungswiderstand ist, für den Außenbehälterwerkstoff niedriger (weicherer Werkstoff) ist als der E-Modul des Innenbehälterwerkstoffs, kann die Verformungsneigung zwischen Innen- und Außenbehälter zusätzlich variiert werden.
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Es gibt auch Tankcontainer, bei denen der zwischen Innen- und Außentank gebildete Zwischenraum von einem Temperiermedium durchspült wird, welches das Ladegut im Innentank entweder kühlt oder heizt. Um hier die Gefahr zu reduzieren, dass bei einer Stoßbelastung entweder dieser Heizmantel oder gar der Innenbehälter selbst im Bereich eines sowohl den Außenbehälter als auch den Innenbehälter durchsetzenden Mannlochstutzens beschädigt wird, ist eine Ausführung mit folgenden Merkmalen vorgesehen. Der Stutzen selbst ist über einen diesen umgebenden und der Kontur des Innenbehälters folgenden Kragen mit dem Innenbehälter verbunden und dieser Kragen ist an seinem äußeren Rand wiederum über einen Stutzenring mit dem Rand einer den Stutzen umgebenden Öffnung mit dem Außenbehälter verbunden. Über diesen Stutzenring und den Kragen ist der Innenbehälter praktisch im Außenbehälter aufgehängt. In dem Fall, dass so ein Stutzen im Scheitelbereich angeordnet ist, was üblicherweise der Fall ist, so führt auch hier eine hohe Stoßbelastung dazu, dass Zugkräfte über den Stutzenring vom Innenbehälter in den Außenbehälter übertragen werden und möglicherweise zu einer Verformung im Bereich der den Stutzen umgebenden Öffnung im Außenbehälter führt, ohne dass der eigentliche Anschlussstutzen, der in den Innenbehälter mündet, belastet wird. Auch durch diese Maßnahme wird das Risiko minimiert, dass der Innenbehälter im Stutzenbereich bei einer Stoßbelastung Undichtigkeiten zeigt.
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Eine gesteuerte und kontrollierte Stauchung des Sattelelements ist am besten realisierbar, wenn sich dieses Sattelelement im Bodenbereich des Behälters befindet, da es dann am besten die vertikal nach unten wirkenden über den Innenbehälter aufgebrachten Stauchkräfte aufnehmen, übertragen oder abfangen kann.
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Sind die Innen- und Außenbehälter kreiszylindrisch ausgebildet, so hat sich ein Umschlingungswinkel im Sohlenbereich des Sattelelementes, die dann als Ringsegmente ausgebildet sind, von 90 bis 120° bewährt. Eine Unterbrechung im Sohlenbereich von 10 bis 20° eines solchen ringartigen Sattelelementes stellt sicher, dass ein zwischen Innen- und Außenmantel zirkulierendes Temperiermedium vollständig entleert werden kann, ohne dass Reste im Sattelelementbereich verbleiben.
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1 und 2 zeigen eine Behälteranordnung 1 in einer Seitenansicht, bei der die sichtbaren Konturen durchgezogen, unsichtbare Kanten strichliert und eine Rahmenanordnung strichpunktiert dargestellt ist. Die gleiche Behälteranordnung 1 zeigt 2.
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Die Behälteranordnung 1 umfasst einen Außenbehälter 3, der in einem Abstand d einen Innenbehälter 4 umgibt; der Außenbehälter 3 und der Innenbehälter 4 weisen jeweils einen zylindrischen Tankabschnitt 5; 6 auf, die jeweils an ihren Enden mit gewölbten Böden 7, 8 verschlossen sind. Ein hier als Mannlochstutzen 9 ausgebildeter Stutzen durchsetzt Außen- und Innenbehälter 3, 4 und ist mit dem Innenbehälter 4 verschweißt. Der genaue Aufbau wird weiter unten beschrieben. Der Außenbehälter 3 ist über eine Stirnringsattelung 10 mit der Rahmenanordnung 2 verbunden.
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Der Innenbehälter 4 ist über insgesamt vier Sattelelemente 11 mit seinem zylindrischen Tankabschnitt 6 in den zylindrischen Tankabschnitt 5 des Außenbehälters 3 eingelagert. Die Sattelelemente 11 sind als vier Ringsegmente mit U-förmigem Querschnitt (vgl. 3) ausgeführt, der Umschlingungswinkel beträgt 90 bis 120°, im Sohlenbereich besteht eine Lücke von 10 bis 20°, um den freien Durch- bzw. Ablauf eines im Zwischenraum 12 zirkulierenden Temperiermediums zu gewährleisten. Jedes Sattelelement 11 weist einen zwischen der Außenseite des Innenbehälters 6 und der Innenseite des Außenbehälters 5 verlaufenden Schenkel 13 auf, an dessen dem Innenbehälter 6 zugewandten Ende (inneres Ende) ein etwa rechtwinklig zum Schenkel 13 verlaufender Steg 14 anschließt. Das in 3 dargestellte Sattelelement 11 ist als gekantetes U-Profil ausgebildet und weist zwei Schenkel 13 auf, die jeweils an ihren dem Außenbehälter 3 zugewandten Enden (äußeres Schenkelende) mit diesem verschweißt sind. Der Innenbehälter 6 weist eine höhere Wanddicke als der Außenbehälter 5 auf.
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Auch die Werkstoffe von Außen- und Innenbehälter 3, 4 können unterschiedlich sein und damit unterschiedliche Materialeigenschaften (E-Modul, Zugfestigkeit, Bruchdehnung, etc.) aufweisen. Der Werkstoff des Innenbehälters 4 ist üblicherweise auf das in der Behälteranordnung 1 zu transportierende Ladegut abgestimmt. Damit können für den Innenbehälter 4 besonders korrosionsbeständige Werkstoffe zum Einsatz kommen, während die Werkstoffqualität des Außenbehälters 3 und der Sattelelemente 11 hinsichtlich ihrer mechanischen Eigenschaften bestimmt wird.
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Bei den in 7, 8 und 9 dargestellten Ausführungen sind Verformungselemente vorgesehen, die beim Sattelelement 11g als Kantung oder Sicke 16 in den Schenkeln 13 verlaufen und so die Initialkraft für eine Stauchung dieser Schenkel 13 herabsetzen. Zusätzliche Perforationen 17 (regelmäßig entlang einer Stauchlinie angeordnete Öffnungen im Sattelelement 11h) können den Stauchwiderstand noch weiter herabsetzen. 8 zeigt eine perspektivische Ansicht und eine vergrößerte Detailansicht des Sattelelements 11h.
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9 zeigt weitere Alternativen mit Perforation 17.
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Sattelelement 11i trägt dabei nur eine Perforation 17 und keine Kantung. Die Sattelelemente 11h, 11l weisen unterschiedlich gestaltete Perforationen 17' (senkrecht zur Kantung 16 verlaufende Langlöcher), 17" (sichelförmige Langlöcher) in Verbindung mit einer Kantung 16 auf, mit denen das Stauchverhalten variiert werden kann.
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Eine ergänzende Lagerung des Innenbehälters 4 im Außenbehälter 3 erfolgt über als Rohrelemente ausgebildete Koppelelemente, die zwischen den Innen- und Außenböden 8 und 7 angeordnet sind. Dabei ist eine den Innenboden 8 verstärkende Grundplatte 18 vorgesehen, an der das Rohrelement 19 ansetzt und bis zur Innenseite des äußeren Bodens 7 verläuft und dort verschweißt ist. Diese Lagerung sichert den Innenbehälter 4 im Außenbehälter entlang der Längsachse 20, lässt aber beim elastischen oder plastischen Stauchen der Sattelelemente 11 bzw. des zylindrischen Tankabschnitts 5 des Außenbehälters 3 eine Relativbewegung quer zur Längsachse 20 zu, da das mit dem Außenboden 7 verschweißte Rohrelement 19 relativ zur Grundplatte 18 verschieblich ist. Die zweite Alternative in 10 zeigt anstelle der Grundplatte 18 einen Ring 18'.
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11 zeigt eine Mannlochstutzenanordnung in einer Längs- (linke Seite) und einer Querschnittsansicht (rechte Seite). Der Mannlochstutzen 9 umfasst einen den Innen- und Außenbehälter 4, 3 durchsetzenden Stutzen 21, an dessen oberem Ende ein Flansch 22 angeordnet ist, der mit einem Deckel (nicht dargestellt) verschlossen werden kann. Der Stutzen 21 durchsetzt eine dem Stutzendurchmesser entsprechende Ausnehmung im zylindrischen Tankabschnitt 6 des Innenbehälters und wird von einem außen am Innenbehälter 4 anliegenden Kragen 23 mit entsprechendem Innendurchmesser umgeben.
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Im Bereich des äußeren Umfangs des Kragens 23 verläuft ein konzentrisch zum Stutzen 21 angeordneter Stutzenring 24, welcher eine dem Stutzenringdurchmesser entsprechende Ausnehmung im zylindrischen Tankabschnitt 5 des Außenbehälters angeordnete Öffnung durchsetzt und so den Zwischenraum 12 abdichtet.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Stutzen 21 mit dem Kragen 23 und dem Innenbehälter 4 verschweißt, der Kragen 23 ist ebenfalls an seinem Außenrand mit dem Innenbehälter 4 verschweißt und der Stutzenring ist mit dem Kragen 23 und dem Außenbehälter 3 verschweißt. Damit ist hier der Innenbehälter 4 über den Stutzenring 24 in den Außenbehälter 3 eingehängt und zwar über den die Innenbehälterstruktur verstärkenden Kragen 23. Führt also eine Stoßbeanspruchung zu einer Relativbewegung zwischen Innenbehälter 4 und Außenbehälter 3, so wird diese über den Stutzenring 24 und den Kragen 23 in den Innenbehälter 4 übertragen und nicht über den eigentlichen Stutzen 21. Dadurch ist die Gefahr einer Leckage des Innenbehälters 4 erheblich minimiert und damit die Crashsicherheit auch im Mannlochstutzenbereich der Behälteranordnung 1 gewährleistet.
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Weitere Ausführungen ergeben sich für den Fachmann im Rahmen der anhängenden Ansprüche.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Behälteranordnung
- 2
- Rahmenanordnung
- 3
- Außenbehälter
- 4
- Innenbehälter
- 5
- Tankabschnitt (außen)
- 6
- Rankabschnitt (innen)
- 7
- gewölbter Boden (außen)
- 8
- (innen)
- 9
- Mannlochstutzen
- 10
- Stirnringanordnung
- 11
- Sattelelemente
- 12
- Zwischenraum
- 13
- Schenkel
- 14
- Steg (am Innenbehälter)
- 15
- Steg (am Außenbehälter)
- 16
- Kantung, Sicke
- 17
- Perforationen
- 18
- Grundplatte
- 19
- Rohrelement
- 20
- Längsachse
- 21
- Stutzen
- 22
- Flansch
- 23
- Kragen
- 24
- Stutzenring
