EP1067326A2 - Druckfester Tank - Google Patents

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EP1067326A2
EP1067326A2 EP00114254A EP00114254A EP1067326A2 EP 1067326 A2 EP1067326 A2 EP 1067326A2 EP 00114254 A EP00114254 A EP 00114254A EP 00114254 A EP00114254 A EP 00114254A EP 1067326 A2 EP1067326 A2 EP 1067326A2
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pressure
shells
tank according
elements
tank
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Gerhard Till
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WEW Westerwaelder Eisenwerk GmbH
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    • F17C1/00—Pressure vessels, e.g. gas cylinder, gas tank, replaceable cartridge
    • F17C1/02—Pressure vessels, e.g. gas cylinder, gas tank, replaceable cartridge involving reinforcing arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C1/00—Pressure vessels, e.g. gas cylinder, gas tank, replaceable cartridge
    • F17C1/02—Pressure vessels, e.g. gas cylinder, gas tank, replaceable cartridge involving reinforcing arrangements
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
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    • F17C2203/00—Vessel construction, in particular walls or details thereof
    • F17C2203/01—Reinforcing or suspension means
    • F17C2203/011—Reinforcing means
    • F17C2203/013—Reinforcing means in the vessel, e.g. columns

Definitions

  • a pressure-resistant tank according to the preamble of claim 1 is out DE-C-3 606 247 known.
  • Double-shell design Containers are connected to two or more parallel pipe shells and closed at their ends with bottom shells, the transition areas between bottom and pipe shells of arched gusset elements be formed.
  • a tank known from DE-A-3 125 963 is a thick-walled container designed for LPG as fuel for vehicles.
  • the pipe shell elements in this tank consist of a fully cylindrical design Shell and a cylindrical partial shell, the partition in question formed by the part of the solid cylinder lying inside the container becomes. Also flattening this part into a train wall for a symmetrical Pressure and stress distribution within the container is provided.
  • the object of the present invention is, in particular in known large-volume double-shell containers for use as Tank containers, the tension problems in the transition area between Bottom and jacket shells and the inclusion of the inside pressure resulting tensile forces between the upper and lower longitudinal beads suitable tie rods and the interaction of such a tie rod with to solve any existing flat train wall.
  • Another advantage of the present invention is one Low center of gravity container for high wheel, off-road To enable vehicles that are also partially filled longitudinally and reduced across the direction of travel.
  • the inventive solution to this problem is in the character part of claim 1 specified.
  • the intended cylindrical domed Gusset element can be made much thinner than at a tank of the same pressure resistance without rib elements.
  • the membrane stresses caused by the internal pressure in the domed tank skin lead into the beads in which the domed shell elements converge to forces perpendicular to the tank plane defined by the longitudinal axes of the jacket shells to press. According to the invention, these forces are penetrated by the tank ribs running in the direction of the force.
  • the rib-shaped Design according to claim 1 offers the advantage that the ribs between the converging sheets can be arranged that particularly simple fillet weld connections are possible. Furthermore offers the flat rib profile very great design freedom to either maximum Surge inhibition or a tension-optimal course To achieve claim 4.
  • Form the rib elements according to the invention So a single component, which at the same time the compressive strength of the entire container guaranteed, for a favorable constant voltage curve ensures and as a damping element the surge effect in longitudinal and Cross direction inhibits.
  • a particularly advantageous embodiment of the rib elements according to Claim 3 allows to reduce the welding effort and the number the weld seams.
  • the rib elements also connected with a vertical profile be necessary as an additional tie rod when high tensile forces occur can be.
  • This profile can for example as in claim 6 and 7 indicated a hollow profile, preferably with a circular cross section his.
  • Such a profile additionally allows a further reduction weld accumulations, particularly in the area where the The seams of the longitudinal and diagonal beads meet.
  • a welding of the elements ribbed sheet, profile and tension wall according to claim 13 gives a further stabilization of the entire structure.
  • the embodiment according to claim 14 is special in terms of production technology Cheap.
  • the embodiment according to claim 15 makes the tank against manufacturing and Operating voltages particularly insensitive.
  • the tank according to FIGS. 1 and 2 consists of two partially cylindrical jacket shells 1 , which are connected to one another via a traction wall 4 which runs in the longitudinal direction parallel to the tank axis 20 and completely penetrates the tank.
  • the two shells 1 form two recesses lying within the overall profile of the container, which run as bead-like channels running parallel to the axis 20 on the top and bottom of the tank.
  • the end walls of the two ends form two floors 2 , which are each composed of three shell elements 3 .
  • a gusset element 5 which is also cylindrically curved and has a tip in the bead, and which then extends obliquely outwards to the point of contact of the shells 1 with the bottoms 2 .
  • all outer shell elements 1 , 3 and 5 of the tank have the same radius of curvature.
  • Crescent-shaped rib elements 10 are inserted between the gusset element 5 and the shells 1 , which penetrate the container, form an angle of 45 ° with the axis 20 , and are at an angle of 90 ° to one another. These rib elements are connected to the pulling wall 4 by means of a tubular profile element 11 which completely penetrates the tank along a perpendicular axis 21 .
  • FIG. 7 shows an embodiment as a bevelled cylindrical claw. Further embodiments can consist of a solid cylinder, a tube, a Doppler plate or a curved bottom element closed to the interior of the tank.
  • Figure 3 shows the connection of the shells 1 to the draw wall 4 with fillet welds.
  • a further alternative, not shown, consists in welding the tension wall 4 only inside between the upper and lower bead edges running in the longitudinal direction of the tank.
  • FIG. 4a shows a variant in which the rib elements 10 are either produced in one piece and symmetrically to the draw wall 4 from a sheet metal blank by folding and are then welded to the draw wall 4 along the perpendicular axis 21 .
  • FIG. 4b shows an embodiment in which one wing 10a is folded onto the tension wall 4 and the other wing 10 is welded to it along the edge of the perpendicular axis 21 .
  • This embodiment assumes that the tension wall 4 and the wings of the rib elements 10a and 10 have the same wall thickness.
  • FIG. 5 shows in detail the connection of the tension wall 4 and the rib elements 10 to a hollow profile element 11 with a circular cross section, the longitudinal axis of which coincides with the perpendicular axis 21 .
  • This embodiment shows that while the welds are distributed on the circumference of the pipe and which is also incident on the tube tip ends of the shells 1 and the gusset element 5 are cut at the circumference of the pipe, there to be welded, and do not converge at a point.
  • such a hollow profile element 11 represents a connection between the upper and lower corrugation space of the tank.
  • the connection between the upper and lower bead cavity remains open.
  • the communicating connections also allow the space between the inner and outer tanks to be completely filled with a fluid.
  • FIG. 6 shows a possible massive design of the profile element 11 .
  • the connecting seams between the tension wall 4 and the wings of the rib elements 10 are spatially separated.
  • an angle profile element can also be used, the tension wall 4 then being welded to the edge of the profile at which the two legs converge.
  • Leave the versions shown on a double-shell tank are transferred analogously to tanks, for example three or more partially cylindrical Have shell elements whose parallel longitudinal axes in one level.

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Abstract

Ein druckfester Tank für Transportcontainer besteht aus zwei oder mehreren parallelen teilzylindrischen Mantelschalen 1, dessen Enden mit aus Bodenschalen bestehenden Böden 2 verschlossen sind. Der Übergangsbereich zwischen den Bodenschalen 3 und den Mantelschalen 1 ist mit gewölbten Zwickelelementen 5 verschlossen. Die Druckfestigkeit wird in diesem Bereich über das Tankinnere durchsetzende ebene Rippenelemente 10 erreicht. Die Rippenelemente 10 reduzieren gleichzeitig, gegebenenfalls in Verbindung einer mit den Behälter in Längsrichtung teilenden Zugwand 4, die Schwallwirkungen längs und quer zur Fahrtrichtung auch bei teilgefülltem Behälter erheblich. <IMAGE>

Description

Ein druckfester Tank nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus DE-C-3 606 247 bekannt. Bei diesem großvolumigen, zweischalig gestalteten Behälter sind zwei oder mehr parallele Rohrschalen miteinander verbunden und an ihren Enden mit Bodenschalen verschlossen, wobei die Übergangsbereiche zwischen Boden- und Rohrschalen von gewölbten Zwickelelementen gebildet werden.
Ein aus DE-A-3 125 963 bekannter Tank ist als dickwandiger Behälter für Flüssiggas als Kraftstoff für Fahrzeuge konzipiert. Die Rohrschalenelemente bei diesem Tank bestehen aus einer vollzylindrisch ausgebildeten Schale und einer zylindrischen Teilschale, wobei die betreffende Zwischenwand vom innerhalb des Behälters liegenden Teil des Vollzylinders gebildet wird. Auch das Abflachen dieses Teils zu einer Zugwand für eine symmetrische Druck- und Spannungsverteilung innerhalb des Behälters ist vorgesehen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, insbesondere bei bekannten großvolumigen zweischaligen Behältern zum Einsatz als Tankcontainern, die Spannungsprobleme im Übergangsbereich zwischen Boden- und Mantelschalen und die Aufnahme der aus dem Innendruck resultierenden Zugkräfte zwischen oberer und unterer Längssicke durch geeignete Zuganker und das Zusammenwirken eines solchen Zugankers mit einer gegebenenfalls vorhandenen ebenen Zugwand zu lösen.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Behälter mit niedrigem Schwerpunkt für hochrädrige, geländegängige Fahrzeuge zu ermöglichen, der auch teilgefüllt Schwallwirkungen längs und quer zur Fahrtrichtung vermindert.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichenteil des Patentanspruchs 1 angegeben. Das vorgesehene zylindrisch gewölbte Zwickelelement kann hier erheblich dünner ausgeführt werden als bei einem Tank gleicher Druckfestigkeit ohne Rippenelemente.
Die durch den Innendruck hervorgerufenen Membranspannungen in der gewölbten Tankhaut führen in den Sicken, in denen die gewölbten Schalenelemente zusammenlaufen, zu Kräften, die den Tank senkrecht zu der durch die Längsachsen der Mantelschalen bestimmten Ebene auseinander drücken. Diese Kräfte werden erfindungsgemäß von den Tank durchsetzenden in Kraftrichtung verlaufenden Rippen aufgenommen. Die rippenförmige Gestaltung nach Anspruch 1 bietet den Vorteil, daß die Rippen so zwischen den zusammenlaufenden Blechen angeordnet werden können, daß besonders einfache Kehlnahtschweißverbindungen möglich sind. Weiterhin bietet das ebene Rippenprofil sehr große Gestaltungsfreiheit, um entweder maximale Schwallhemmung oder einen spannungsoptimalen Verlauf nach Anspruch 4 zu erreichen. Die erfindungsgemäßen Rippenelemente bilden also ein einheitliches Bauelement, das gleichzeitig die Druckfestigkeit des gesamten Behälters gewährleistet, für einen günstigen stetigen Spannungsverlauf sorgt und als Dämpfungselement die Schwallwirkung in Längs- und Querrichtung hemmt.
Eine besonders vorteilhafte Ausführung der Rippenelemente nach Anspruch 3 erlaubt es, den Schweißaufwand zu verringern und die Anzahl der Schweißnähte herabzusetzen. Nach Anspruch 5 können die Rippenelemente auch zusätzlich mit einem vertikal verlaufenden Profil verbunden sein, das bei hohen auftretenden Zugkräften als zusätzlicher Zuganker notwendig sein kann. Dieses Profil kann beispielsweise wie in Anspruch 6 und 7 angegeben, ein Hohlprofil, vorzugsweise mit einem kreisförmigen Querschnitt sein. Ein solches Profil erlaubt zusätzlich eine weitere Verringerung von Schweißnahtanhäufungen, insbesondere in dem Bereich, in dem die Nähte der längs und diagonal verlaufenden Sicken zusammentreffen.
Weiterhin ist eine offene Verbindung des unteren und oberen innerhalb des Tankprofils befindlichen Sickenraums möglich. Beispielsweise ist eine problemlose Entwässerung des oberen Raumes gewährleistet. Bei einer doppelwandigen Ausführung des gesamten Behälters, bei der die Räume dann innerhalb eines den gesamten Behälter umfassenden Außenmantel liegen, können beide Räume kommunizierend mit einer Leckanzeigeflüssigkeit gefüllt werden, die in Verbindung mit einem Leckageerkennungsgerät notwendig ist.
Weitere Profilgeometrien sind in Anspruch 8 und 9 aufgezeigt, die besonders dann vorteilhaft sind, wenn der Tank neben den Rippenelementen einen Zuganker und eine ebene Zugwand gemäß Anspruch 10 aufweist.
Die Ausführungen einer solchen Zugwand nach Anspruch 11 und 12 sind vorteilhaft, da sie das einfache Ansetzen der parallel zur Tankachse verlaufenden Schalenelemente erlauben und die freie, aus dem Tank herausstehende Kante gegen Ausknicken stabilisiert ist. Die Ausführung nach Anspruch 12 erlaubt einen bündigen Abschluß des in das Tankprofil zurückspringenden Sickenraumes mit einem ebenen Blech. Die dabei entstehende stabilisierte Fläche kann im oberen Tankbereich als Bedienungsplattform oder zur Befestigung von zusätzlichen Komponenten und im unteren Bereich als stabile Auflagefläche des gesamten Tanks dienen.
Ein Verschweißen der Elemente Rippenblech, Profil und Zugwand nach Anspruch 13 gibt eine weitere Stabilisierung der gesamten Struktur.
Die Ausführung nach Anspruch 14 ist fertigungstechnisch besonders günstig.
Die Ausführung nach Anspruch 15 macht den Tank gegen Fertigungs- und Betriebsspannungen besonders unempfindlich.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen
Figur 1
eine Draufsicht auf einen Abschnitt eines zweischaligen Tanks;
Figur 2
des Querschnitt durch einen zweischaligen Tank nach Figur 1 längs der Linie A-A;
Figur 3
eine Detailansicht der Anbindung der Mantelschalen an eine abgekantete Zugwand in einer zur Tanklängsachse parallelen Projektion;
Figur 4
eine Detailansicht der Anbindung von einstückig ausgebildeten Rippenelementen an die Zugwand in vertikaler Projektion;
Figur 4b
eine Variante der Ausführung nach Fig. 4a;
Figur 5
eine Schnittdarstellung der Verbindung der Zugwand und der Rippenelemente über ein rohrförmiges Hohlprofil:
Figur 6
ein Y-Profil mit Rippenelementen und Zugwand verbunden;
Figur 7
eine Ansicht in zwei Projektionen einer Ausführung des Rippenendes mit einem spannungsoptimierenden Endstück.
Der Tank nach Figur 1 und 2 besteht aus zwei teilzylindrische Mantelschalen 1, die über eine in Längsrichtung parallel zur Tankachse 20 verlaufende, den Tank vollständig durchsetzende Zugwand 4 miteinander verbunden sind. Dabei bilden die beiden Schalen 1 zwei innerhalb des Gesamtprofils des Behälters liegende Vertiefungen, die als sickenförmige, parallel zur Achse 20 verlaufende Rinnen an der Tankober- und -unterseite verlaufen.
Die Abschlußwände der beiden Enden bilden zwei Böden 2, die jeweils aus drei Schalenelementen 3 zusammengesetzt sind. In der Ausführung nach Figur 1 und 2 handelt es sich dabei jeweils um zwei Viertelkugelschalen-Sektoren mit einer dazwischen eingesetzten zylindrischen Halbschale, deren Längsachse quer zur Achse 20 horizontal verläuft.
Den Übergang zwischen den Böden 2 und den Schalen 1 bildet ein ebenfalls zylindrisch gewölbtes Zwickelelement 5, dessen eine Spitze in der Sicke ansetzt, und das sich dann schräg nach außen bis zum Berührpunkt der Mantelschalen 1 mit den Böden 2 erstreckt. In der Darstellung nach Figur 1 und 2 weisen alle äußeren Schalenelemente 1, 3 und 5 des Tanks den gleichen Krümmungsradius auf.
Zwischen das Zwickelelement 5 und die Schalen 1 sind sichelförmige Rippenelemente 10 eingesetzt, die den Behälter durchsetzen, mit der Achse 20 jeweils einen Winkel von 45° bilden, und zueinander in einem Winkel von 90° stehen. Diese Rippenelemente sind über ein rohrförmiges Profilelement 11, das den Tank entlang einer Lotachse 21 vollständig durchsetzt, mit der Zugwand 4 verbunden.
An den Enden der Rippenelemente 10 sind jeweils in der Nähe der Scheitel- bzw. Sohlenpunkte des Behälters mit der Tankhaut verbundene Endstücke 12 angesetzt. Figur 7 zeigt eine Ausführung als abgeschrägte zylindrische Kralle. Weitere Ausführungsformen können in einem Vollzylinder, einem Rohr, einem Dopplerblech oder in einem zum Tankinneren verschlossenen gewölbten Bodenelement bestehen.
Figur 3 zeigt den Anschluß der Schalen 1 an die Zugwand 4 mit Kehlnähten. Eine weitere nicht dargestellte Alternative besteht darin, die Zugwand 4 zwischen der oberen und unteren in Tanklängsrichtung verlaufenden Sickenkanten nur innen einzuschweißen.
Figur 4a zeigt eine Variante, in der die Rippenelemente 10 entweder einstückig und symmetrisch zur Zugwand 4 aus einem Blechzuschnitt durch Kantung hergestellt werden und dann entlang der Lotachse 21 an der Zugwand 4 verschweißt sind.
Figur 4b zeigt eine Ausführung, bei der ein Flügel 10a an die Zugwand 4 angekantet ist und der andere Flügel 10 entlang der Kantung der Lotachse 21 folgend damit verschweißt ist. Diese Ausführung setzt voraus, daß die Zugwand 4 und die Flügel der Rippenelemente 10a und 10 die gleiche Wandstärke aufweisen.
Figur 5 zeigt im Detail die Anbindung der Zugwand 4 und der Rippenelemente 10 an ein Hohlprofilelement 11 mit kreisförmigem Querschnitt, dessen Längsachse mit der Lotachse 21 zusammenfällt. Diese Ausführung zeigt, daß dabei die Schweißnähte auf dem Rohrumfang verteilt sind und die ebenfalls auf das Rohr auftreffenden spitzen Enden der Schalen 1 und des Zwickelelements 5 am Umfang des Rohres abgeschnitten sind, dort verschweißt werden und nicht in einem Punkt zusammenlaufen.
Weiterhin stellt ein solches Hohlprofilelement 11 eine Verbindung zwischen dem oberen und unteren Sickenraum des Tanks dar. Bei einer nicht dargestellten doppelwandigen Ausführung des Behälters, bei der der Außenmantel das Profil des inneren Tanks vollständig umfaßt und die Sickenräume als Hohlraum zwischen dem inneren und äußeren Behältermantel liegen, bleibt die Verbindung zwischen oberem und unterem Sickenhohlraum offen. Auch das vollständige Ausfüllen des Zwischenraums zwischen Innen- und Außentank mit einem Fluid ist durch die kommunizierende Verbindungen möglich.
Figur 6 zeigt eine mögliche massive Ausführung des Profilelements 11. Auch hier sind die Verbindungsnähte zwischen der Zugwand 4 und den Flügeln der Rippenelemente 10 räumlich getrennt. Neben dem gezeigten Y-Querschnitt des Profilelements 11 kann auch ein Winkelprofilelement verwendet werden, wobei die Zugwand 4 dann an der Kante des Profils verschweißt wird, an der die beiden Schenkel zusammenlaufen.
Die dargestellten Ausführungen an einem zweischaligen Tank lassen sich analog auf Tanks übertragen, die beispielsweise drei oder mehr teilzylindrische Schalenelemente aufweisen, deren parallele Längsachsen in einer Ebene verlaufen.

Claims (12)

  1. Druckfester Tank, dessen Mantel aus mehreren parallelen teilzylindrischen Mantelschalen (1) zusammengesetzt ist und dessen Enden mit aus Bodenschalen (3) bestehenden Böden (2) verschlossen sind, wobei die Übergangsbereiche zwischen Boden- und Mantelschalen von gewölbten Zwickelelementen (5) gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwickelelemente (5) mit den Mantelschalen (1) über senkrecht zu der von den Achsen der Schalen (1) bestimmten Ebene verlaufende, das Tankinnere durchsetzende, ebene Rippenelemente (10) verbunden sind.
  2. Druckfester Tank nach Anspruch 1, wobei die Mantelschalen (1), die Bodenschalen (3) und die Zwickelelemente (5) den gleichen Krümmungsradius haben.
  3. Druckfester Tank nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Rippenelemente (10) zweiflügelig aus einem Blechzuschnitt gekantet sind.
  4. Druckfester Tank nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Rippenelemente (10) ein sichelförmiges Profil haben.
  5. Druckfester Tank nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Rippenelemente (10) mit einem den Tank vollständig durchsetzenden Profilelement (11) verschweißt sind.
  6. Druckfester Tank nach Anspruch 5, wobei das Profilelement (11) hohl ist, vorzugsweise einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, oder ein Winkelprofil oder Y-Profil hat.
  7. Druckfester Tank nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine ebene Zugwand (4) den Tank vollständig durchsetzt.
  8. Druckfester Tank nach Anspruch 7, wobei der aus dem Tankinneren herausragende Teil der ebenen Zugwand (4) abgekantet ist.
  9. Druckfester Tank nach Anspruch 8, wobei der abgekantete Schenkel (6) der Zugwand (4) in einer gemeinsamen Ebene mit den Scheitellinien der Zylinderschalen (1) liegt.
  10. Druckfester Tank nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Rippenbleche (10) entlang einer den Tank durchsetzenden Achse (21) direkt oder über das Profilelement (11) mit der ebenen Zugwand (4) verschweißt sind.
  11. Druckfester Tank nach Anspruch 10, wobei ein Rippenelement (10a) und die Zugwand (4) aus einem abgekanteten Blechzuschnitt hergestellt sind, das längs der Kantung mit einem weiteren Rippenelement (10) verschweißt ist.
  12. Druckfester Tank nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Rippenelemente (10) mit der Tankhaut verbundene Endstücke (12) zur Spannungsminderung aufweisen.
EP00114254A 1999-07-05 2000-07-03 Druckfester Tank Expired - Lifetime EP1067326B1 (de)

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DE29911640U DE29911640U1 (de) 1999-07-05 1999-07-05 Druckfester Tank mit Rippenelementen
DE29911640U 1999-07-05

Publications (3)

Publication Number Publication Date
EP1067326A2 true EP1067326A2 (de) 2001-01-10
EP1067326A3 EP1067326A3 (de) 2002-10-23
EP1067326B1 EP1067326B1 (de) 2004-09-29

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EP00114254A Expired - Lifetime EP1067326B1 (de) 1999-07-05 2000-07-03 Druckfester Tank

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US (1) US6223929B1 (de)
EP (1) EP1067326B1 (de)
DE (2) DE29911640U1 (de)

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