DE60004779T2

DE60004779T2 - Behälter zum speichern von unter druck stehenden fluiden mit von wand zu wand laufenden inneren verstärkungen

Info

Publication number: DE60004779T2
Application number: DE60004779T
Authority: DE
Inventors: Gerard Goffre; Bruno Lebrun; Jean Lichere; Michel Maquaire; Eric Petitpas
Original assignee: Giat Industries SA
Current assignee: Giat Industries SA
Priority date: 1999-03-31
Filing date: 2000-02-18
Publication date: 2004-03-18
Anticipated expiration: 2020-02-19
Also published as: FR2791613B3; DE60004779D1; EP1135647A1; EP1135647B1; WO2000058662A1; ES2203425T3; ATE248318T1; FR2791613A1; PT1135647E

Description

Das technische Gebiet der vorliegenden Erfindung betrifft Gehäuse, die dafür vorgesehen sind, unter Druck stehende Fluide aufzunehmen, wie Tanks, die einem Innendruck unterworfen sind, und insbesondere Tanks von Flüssiggas, GPL genannt, für Kraftfahrzeuge.
Im Allgemeinen werden die zum Aufnehmen von unter Druck stehenden Fluiden vorgesehenen Gehäuse aus Metallblech gebildet, das geformt ist, um einen nahezu zylindrischen Tank zu erzielen, dessen Enden sich in der Form eines Kugelabschnittes darstellen. Die zum Beispiel in Kraftfahrzeugen verwendeten GPL-Tanks sind, wie zuvor beschrieben, zylindrisch oder wulstförmig. Ihre Form hat den Vorteil, dass sie für eine gleichmäßige Verteilung der Spannungen auf dem Umfang des Tanks gut geeignet ist.
In den Kraftfahrzeugen werden die wulstförmigen Tanks an der Stelle des Ersatzrades montiert. Ihre Kapazität ist wegen des Mangels an verfügbarem Platz an dieser Stelle begrenzt.
Die zylindrischen Tanks werden im Allgemeinen im Boden des Kofferraumes des Automobils angeordnet, wo sie dessen Volumen in beträchtlicher Weise reduzieren, insoweit, als der Raum, der dafür vorgesehen ist, sie aufzunehmen, parallelepipedisch ist und das zwischen den Ecken des Raumes und dem Kreisbogen des Tanks eingeschlossene Volumen leer ist. Es gibt somit einen Verlust an Nutzvolumen, sowohl für den Kofferraum als auch für den Tank.
Die zylindrischen Tanks können ebenfalls unter dem Kofferraum hinten fliegend montiert sein. In diesem Fall, wo der verfügbare Raum in der Höhe begrenzt ist, wird ein zylindrischer Tank mit kleinem Durchmesser oder werden mehrere zylindrische Tanks mit kleinem Durchmesser, die miteinander durch ein radial am Umfang der Zylinder angeschweißtes Rohr verbunden sind, verwendet. Diese Lösung ermöglicht es, nicht in das Volumen des Kofferraumes einzugreifen. Sie ist dennoch kostspielig und ermöglicht es nicht, das gesamte verfügbare Volumen unter dem Kofferraum zu nutzen, da ja noch ein leerer Abschnitt zwischen den zwei verbundenen zylindrischen Tanks vorhanden ist.
Die wulstförmigen und zylindrischen Tanks erzielen somit nicht die volle Zufriedenheit. Tatsächlich sind sie schwer, da ihre Wände dick sind. Außerdem werden sie häufig benutzt, um in Räumen mit parallelepipedischer Form montiert zu werden, deren verfügbarer Raum nicht in optimaler Weise genutzt wird. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen leichten und widerstandsfähigen Tank vorzuschlagen. Seine mechanischen Eigenschaften sollen es ihm ermöglichen, dem Innendruck, der durch die Speicherung des unter Druck stehenden Fluides hervorgerufen wird, äußeren Beanspruchungen, wie ein Aufprall, wenn das Fahrzeug bei einem Unfall verformt wird, und der Erhöhung des Innendruckes im Falle eines Fahrzeugbrandes zu widerstehen. Außerdem soll der Tank eine Form haben, die ihn geeignet macht, sich in Räume mit den Formen, die durch Parallelepipeden zusammengesetzt sind, gemäß dem Dokument NL8300434, einzufügen.
Um diese Aufgaben zu lösen, stellt der Gegenstand der vorliegenden Erfindung einen Tank dar, der dafür ausgelegt ist, ein Fluid unter Druck aufzunehmen, und dafür geeignet ist, sich in einen Raum von nahezu parallelepipedischer Form einzufügen, dadurch gekennzeichnet, dass er wenigstens zwei gewölbte, gegenüberliegende Wände mit wenigstens einer Senke, deren Ränder zum Inneren des Tanks hin gemäß einem Profil von nahezu einem Kreisbogen einwärts gekrümmt sind, und eine Verstärkung mit einem Sitz an jedem seiner gemäß dem selben Kreisbogenprofil wie dem der Senken konisch erweiterten Enden umfasst, um sich in der entsprechenden Senke der zwei gegenüberliegenden Wände des Tanks einzupassen und den Abstand dieser beiden Wände beizubehalten.
Vorteilhafterweise ist der Tank, der dafür ausgelegt ist, ein Fluid unter Druck aufzunehmen, und dafür geeignet ist, sich in einen Raum eines Fahrzeuges einzufügen, auch dadurch gekennzeichnet, dass er wenigstens zwei gewölbte, gegenüberliegende Wände mit wenigstens einer Senke, deren Ränder zum Inneren des Tanks hin gemäß einem Profil von nahezu einem Kreisbogen einwärts gekrümmt sind, und wenigstens eine Verstärkung, deren Enden in der Form eines Blütenkelches gemäß dem selben Kreisbogenprofil wie dem der Senken konisch erweitert sind, umfasst, um sich stumpf mit der entsprechenden Senke jeder der zwei sich gegenüberliegenden Wände des Tanks einzupassen und den Abstand dieser beiden Wände beizubehalten.
Vorteilhafterweise kann die Verstärkung aus einem massiven Stab gebildet werden, welcher die Sitze miteinander verbindet.
Die Verstärkung kann aus einem hohlen Rohr gebildet werden, welches die Sitze miteinander verbindet.
Vorzugsweise wird der Tank gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei sich gegenüberliegende, Senken umfassende Wände ein Profil in der Form eines Deckengewölbes darstellen.
Vorzugsweise kann der Tank gemäß der vorliegende Erfindung noch dadurch gekennzeichnet sein, dass wenigstens eine der anderen Wände des Tanks ausgebaucht ist.
Der Tank gemäß der Erfindung ist vorteilhafterweise dadurch gekennzeichnet, dass sich das Innere des Tanks in der Form eines Deckengewölbes darstellt.
Der Tank gemäß der Erfindung ist vorteilhafterweise dadurch gekennzeichnet, dass der Sitz der Verstärkung an einem Abschnitt der Senke, in welche sie eingesetzt wird, angebracht ist.
Der Tank kann zwei Mengen von Senken umfassen, welche in zwei parallelen Reihen angeordnet sind, in die Verstärkungen eingebracht sind.
Vorteilhafterweise sind die Verstärkungen in der Form eines einzigen Teiles ausgebildet, dessen Enden einen Blütenkelch bilden.
Vorteilhafterweise sind die Verstärkungen wenigstens auch in drei Abschnitten ausgebildet, der Eine nahezu zylindrisch, der nach beiden Seiten hin durch eine Kappe in Form eines Blütenkelches verlängert wird.
Gemäß einem Merkmal wird jede Verstärkung aus einem hohlen Rohr, das in der Form eines einzigen Teiles, dessen Enden einen Blütenkelch bilden, ausgeführt ist, gebildet, welches den Rand der Senken miteinander verbindet.
Die Verstärkungen können auch in wenigstens drei Abschnitten ausgebildet sein, der Eine nahezu zylindrisch, der nach beiden Seiten hin durch eine Kappe in Form eines Blütenkelches verlängert wird.
Ein Vorteil des Tanks gemäß der Erfindung besteht darin, dass seine Struktur es ihm ermöglicht, leicht und widerstandsfähig zu sein und sich zu verformen, ohne zu brechen.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht noch in der Tatsache, dass die Struktur des Tanks einen stetigen Verlauf der Oberfläche zwischen den Wänden und den Verstärkungen aufweist, was die Widerstandsfähigkeit des Tanks gegen Druck verbessert.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung treten deutlicher bei der Lektüre der ergänzenden, sich hiernach anschließenden Beschreibung in Bezug auf die als Beispiel dienenden Zeichnungen hervor, in welchen:
1 eine Ansicht des Tanks gemäß der Erfindung ist,
2 eine perspektivische Ansicht eines achtel Tanks ist, der in einem dreidimensionalen Netzwerk dargestellt wird,
3 eine Ansicht im Längsschnitt der ausgebauchten Fläche eines halben Tanks gemäß der Erfindung ist,
4 eine Ansicht einer Verstärkung ist,
5 eine Ansicht einer Variante einer Verstärkung ist,
6 eine Schnittansicht eines Abschnittes des Tanks gemäß der Erfindung ist, welcher mit einer massiven Verstärkung ausgerüstet ist,
7 eine Schnittansicht eines Abschnittes des Tanks gemäß der Erfindung ist, welcher mit einer hohlen Verstärkung ausgerüstet ist,
8 eine andere Ansicht im Längsschnitt der ausgebauchten Fläche eines halben Tanks gemäß der Erfindung ist.
Der in 1 dargestellte Tank 1 weist eine ausgebauchte Gesamtform mit sechs Wänden auf, die eine Menge von Gewölben begrenzen, eine obere 2 und untere 3 Wand, zwei Seitenwände 4 und 5 und eine Vorderwand 6 und Hinterwand 7. Jede der Wände wird aus einem Metallblech hergestellt, das in der gewünschten Rundung gestaltet wird. Die Wände 2 und 3 sind größer in den Abmessungen als die anderen Wände und werden durch die hiernach beschriebenen Verstärkungen verbunden.
Gemäß einer ausgewählten und in den Figuren 2 und 3 dargestellten Ausführungsform kann der Tank 1 in Form zweier Halbschalen 8 ausgeführt sein, die entlang einer Längsebene zusammengefügt und durch innere Verstärkungen 9 verbunden werden. Nur ein Viertel einer Halbschale wird aus Gründen der Bequemlichkeit in 2 dargestellt. Die zwei Halbschalen 8 und die Verstärkungen 9 können durch Schweißung zusammengefügt sein.
Die sich gegenüberliegenden Seiten 2 und 3 von jeder Halbschale stellen sich in Form eines Deckengewölbes dar, dessen Konkavität zum Inneren des Tanks hin gerichtet ist.
In 2 ist zu sehen, dass die obere, gewölbte Wand 2 mit den angrenzenden, ausgebauchten Seitenwänden 4 und 6 durch eine Verlängerung 10 verbunden ist, welche es ermöglicht, einen stetigen Verlauf in der Entwicklung der Winkel zwischen der gewölbten Wand und den ausgebauchten Wänden des Tanks zu gewährleisten, so dass gemäß der vorliegenden Erfindung jede scharfe Kante vermieden wird. Es wird eine Regelmäßigkeit der gewölbten Formen erzielt, um die Beanspruchungen in homogener Weise zu verteilen, indem die Biegemomente in den Wänden minimiert werden. Es gilt dasselbe für die untere Wand 3. Es ist nicht notwendig, dass die Wände 2 und 3 eine symmetrische Form aufweisen, wenn nur die Verlängerung 10 der. stetigen Oberflächenverlauf zwischen den zwei angrenzenden Wänden gewährleistet. Die Verbindungsfläche 11 der Wand 2 und der vier angrenzenden Seitenwände 4–7 weist eine rechteckige Form mit Rundungen im Bereich der Ecken auf. Der Biegeradius der ausgebauchten Flächen 4–7 entwickelt sich nach und nach zum Biegeradius der ausgebauchten Flächen 2 und 3 hin.
Die zwei gewölbten Wände 2 und 3 des Tanks weisen Senken 12 mit Kreisbogenprofil auf, deren Ränder gemäß einem Profil, das kontinuierlich mit dem der Gewölbe verläuft, einwärts gekrümmt sind. Es ist die Mehrgewölbe-Form der großen Wände 2 und 3 des Tanks, welche sein Nutzvolumen in einer parallelepipedischen Aufnahme optimiert, wobei die Spannungen in den Wänden noch homogenisiert werden.
Der Tank gemäß der Erfindung kann in veränderter Art und Weise hergestellt werden. Es können zum Beispiel die einzeln hergestellten sechs Wände 2–7 durch Schweißung mit den entsprechenden Verbindungsflächen an der Verbindung 11 zusammengefügt werden, wie es in 2 ersichtlich ist. Es können auch zwei, eventuell symmetrische, Halbschalen hergestellt werden, die entlang irgendeiner Verbindungsebene zusammengefügt werden. Diese zwei Halbschalen werden durch Tiefziehen erzielt und wenn sie symmetrisch vorgesehen sind, werden sie aus derselben Form hergestellt.
Die verschiedenen Senken 12 der beiden sich gegenüberliegenden Wände 2 und 3 des Tanks sind so angeordnet, dass sich die Einen den Anderen gegenüberliegen. Sie sind dafür vorgesehen, die Verstärkungen 9 aufzunehmen. Die Verstärkungen ermöglichen es, die Beanspruchungen der großen, gewölbten Wände 2 und 3 des Tanks derartig aufzunehmen, dass die Biegemomente an der Verbindungsstelle zwischen den gewölbten Wänden und den ausgebauchten Wänden neutralisiert werden.
In 3 wird ein im Bereich der Senken 12 ausgeführter Schnitt der Wand 2 (oder 3) dargestellt. Zwei Reihen von Senken 12a und 12b sind im Bereich der Wände 2 und 3 vorgesehen. Jede Senke 12 stellt ein zum Inneren des Tanks hin orientiertes Kreisbogenprofil dar und wird von einem Rand 14 begrenzt.
Gemäß einer in 4 dargestellten ersten Ausführungsform werden die Verstärkungen 9 durch ein massives, an jedem seiner Enden erweitertes Distanzstück, dem so die Gestalt eines Ventils verliehen wird, gebildet. Jede Verstärkung umfasst eine Stange 13, deren Durchmesser gleich dem des zum Inneren des Tanks hin mündenden Randes 14 der Senken 12 ist, und einen Sitz 15 an jedem Ende, dessen Biegeradius dem des Kreisbogenprofils der in den gewölbten Wänden 2 und 3 des Tanks ausgeführten Senken 12 entspricht und in das er eingeführt wird. Gemäß einer zweiten, in 5 dargestellten Ausführungsform werden die Verstärkungen 9 durch ein Rohr 16 gebildet, das an jedem seiner Enden erweitert ist, um einen Sitz 17 zu begrenzen, dessen Biegeradius dem des Kreisbogenprofils der in den gewölbten Wände 2 und 3 des Tanks ausgeführten Senken 12 entspricht.
Mit Bezug auf 6 und 7, welche die Ausführungsformen der in den 4 und 5 jeweils dargestellten Verstärkungen einschließt, greifen die Stange 13 und das Rohr 16 der Verstärkungen 9 in die Senken 12 der Wand des Tanks ein, bis der Sitz 15 oder 17 der Verstärkungen an den Rändern der Senken 12 am Kreisbogenprofil in Anschlag kommt. Eine ausgezeichnete Dichtigkeit des Tanks wird durch Anschweißen des Sitzes 15 oder 17 der Verstärkungen an den Senken 12 des Tanks gewährleistet. Bei dem ausgewählten Ausführungsbeispiel füllt der Sitz 15 oder 17 der Verstärkung die Senken 12 der Wand 2 des Tanks nicht vollständig aus, indem ein Abschnitt 18 oder 19 der Senke 12 freigelassen wird.
Die folgende rekapitulierende Tabelle gibt einen Bereich (mm) für die ungefähren Abmessungen des Tanks gemäß der Erfindung an:
Der Bruchdruck eines mit rohrförmigen oder massiven Verstärkungen ausgeführten Tanks ist 12.10⁶ Pa für eine Gesamtmasse der Größenordnung von 45 kg, ein Nutzvolumen von 95 Liter und ein Verhältnis Nutzvolumen/Raumbedarfvolumen von 0,78.
Die zuvor beschriebenen und in den Figuren dargestellten Ausführungsformen der Erfindung sind keinesfalls einschränkend und können Anlass zu Varianten geben. Die Stange 10 der Verstärkungen 3 könnte zum Beispiel einen veränderlichen Durchmesser aufweisen und zur Verbindungsebene 6 hin verjüngt sein.
Es ist die Mehrgewölbe-Form der großen Wände 2 des Tanks, welche sein Nutzvolumen in einer nahezu parallelepipedischen Aufnahme optimiert, wobei die Spannungen in den Wänden noch homogenisiert werden. Der so erzielte Tank kann in in dem verfügbaren Raum des Fahrzeuges eingebaut werden. Dieser Raum kann durch mehrere Parallelepipede begrenzt sein, das heißt eine Zusammenfügung von flachen und kreisförmigen Grundflächen sein.
In 8 wird ein im Bereich der Senken 20 ausgeführter Schnitt der Wand 2 dargestellt. Zwei Reihen von Senken 20a und 20b sind zum Beispiel im Bereich jeder Wand 2 vorgesehen. Jede Senke 20 stellt ein zum Inneren des Tanks hin orientiertes Kreisbogenprofil dar, dessen Endrand stetig mit dem gegenüberliegenden Rand der Verstärkung 21 verläuft. So kann eine Stumpfnahtschweißung 22 zwischen der Senke 20a und der Verstärkung 21a ausgeführt werden, die die Spannungen im Tank nicht verändert, wenn dieser mit einem unter Druck stehenden Fluid gefüllt wird. In der Figur ist zu sehen, dass die Verstärkung 21a rohrförmig ist, mit einem in Form eines Blütenkelches erweiterten Ende; aber es kann in derselben Weise eine durch eine massive Stange gebildete Verstärkung verwendet werden. Im rechten Teil der Figur wird eine Verstärkung 21b dargestellt, welche sich in der Form eines durch eine Kappe 23 verlängerten Rohres darstellt, welche ein durch die Schweißung 24 mit der Verstärkung 21b verbundenes rohrförmiges Ende und ein in Form eines Blütenkelches aufgeweitetes, mit der Senke 20b durch die Schweißung 25 verbundenes Ende besitzt. Die Schweißungen 24 und 25 werden wie zuvor erklärt stumpf ausgeführt. Diese Ausführung ermöglicht es, den Herstellungsprozess besser zu beherrschen.
In der vorliegenden Beschreibung wird unter Stumpfnahtschweißung eine Schweißung durch aneinanderstoßendes Zusammenfügen mit einer Schweißung an der Vorder- und Hinterseite, ein aneinanderstoßendes Zusammenfügen mit einer einzigen Schweißung, ein nicht aneinanderstoßendes Zusammenfügen mit einer einzigen Schweißung mit loser Leiste, ein Zusammenfügen mit Schweißung an aufgebogenem Rand oder ein Zusammenfügen mit Kehlnaht an einer bleibenden Leiste verstanden.

Claims

Tank (1), der dafür ausgelegt ist, ein Fluid unter Druck aufzunehmen, und dafür geeignet ist, sich in einen Raum von nahezu parallelepipedischer Form einzufügen, dadurch gekennzeichnet, dass er wenigstens zwei gewölbte, sich gegenüberliegende Wände (2, 3) mit wenigstens einer Senke (12), deren Ränder zum Inneren des Tanks hin gemäß einem Profil von nahezu einem Kreisbogen einwärts gekrümmt sind, und eine Verstärkung (9) mit einem Sitz (15, 17) an jedem seiner gemäß dem selben Kreisbogenprofil wie dem der Senken (12) erweiterten Enden aufweist, um sich in der entsprechenden Senke jeder der zwei sich gegenüberliegenden Wände (2, 3) des Tanks einzupassen und den Abstand dieser beiden Wände beizubehalten.
Tank, der dafür ausgelegt ist, ein Fluid unter Druck aufzunehmen, und dafür geeignet ist, sich in einen Raum eines Fahrzeuges einzufügen, dadurch gekennzeichnet, dass er wenigstens zwei gewölbte, sich gegenüberliegende Wände (2) mit wenigstens einer Senke (20), deren Ränder zum Inneren des Tanks hin gemäß einem Profil von nahezu einem Kreisbogen einwärts gekrümmt sind, und wenigstens eine Verstärkung (21), deren Enden in der Form eines Blütenkelches gemäß dem selben Kreisbogenprofil wie dem der Senken (20) erweitert sind, umfasst, um sich stumpf an die entsprechende Senke von jeder der zwei sich gegenüberliegenden Wände (2) des Tanks anzupassen und den Abstand dieser beiden Wände beizubehalten.
Tank nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkung (9) aus einem massiven Stab (13) gebildet wird, welcher die Sitze (15) miteinander verbindet.
Tank nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkung (9) aus einem hohlen Rohr (16) gebildet wird, welches die Sitze (17) miteinander verbindet.
Tank nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei sich gegenüberliegenden, Senken (12) umfassenden Wände (2, 3) ein Profil in der Form eines Deckengewölbes darstellen.
Tank nach irgendeinem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der anderen Wände (4–7) des Tanks ausgebaucht ist.
Tank nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Innere des Tanks in Form eines Deckengewölbes darstellt.
Tank nach irgendeinem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Sitz (15, 17) der Verstärkungen (9) an einem Abschnitt der Senke (12), in welche sie eingesetzt wird, angebracht ist.
Tank nach irgendeinem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Menge von Senken (12) umfasst, welche in zwei parallelen Reihen angeordnet sind, in die Verstärkungen (9) eingebracht sind.
Tank nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede Verstärkung (21) aus einem massiven Stab gebildet wird, welcher den Rand der sich gegenüberliegenden Senken (20) miteinander verbindet.
Tank nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede Verstärkung (21) aus einem hohlen Rohr gebildet wird, welches den Rand der sich gegenüberliegenden Senken (20) miteinander verbindet.
Tank nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungen (21) in der Form eines einzigen Teiles ausgebildet sind, dessen Enden einen Blütenkelch bilden.
Tank nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungen (21) wenigstens in drei Abschnitten ausgebildet sind, der Eine nahezu zylindrisch, der nach beiden Seiten hin durch eine Kappe (23) in Form eines Blütenkelches verlängert wird.