EP2669567A1 - Vorrichtung zum Aufnehmen und Lagern eines Behälters und eine Lageranordnung sowie deren Verwendung - Google Patents

Vorrichtung zum Aufnehmen und Lagern eines Behälters und eine Lageranordnung sowie deren Verwendung Download PDF

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EP2669567A1
EP2669567A1 EP13169931.6A EP13169931A EP2669567A1 EP 2669567 A1 EP2669567 A1 EP 2669567A1 EP 13169931 A EP13169931 A EP 13169931A EP 2669567 A1 EP2669567 A1 EP 2669567A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
membrane
container
shaped bearing
shaped
bearing element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP13169931.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dr. Josef Friedl
Bernd Murawski
Frank Scheider
Michael Wittmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MT Aerospace AG
Original Assignee
MT Aerospace AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by MT Aerospace AG filed Critical MT Aerospace AG
Priority to EP13169931.6A priority Critical patent/EP2669567A1/de
Publication of EP2669567A1 publication Critical patent/EP2669567A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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
    • F17C13/00—Details of vessels or of the filling or discharging of vessels
    • 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
    • F17C2201/00—Vessel construction, in particular geometry, arrangement or size
    • F17C2201/01—Shape
    • F17C2201/0104—Shape cylindrical
    • F17C2201/0109—Shape cylindrical with exteriorly curved end-piece
    • 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
    • F17C2203/00—Vessel construction, in particular walls or details thereof
    • F17C2203/06—Materials for walls or layers thereof; Properties or structures of walls or their materials
    • F17C2203/0634—Materials for walls or layers thereof
    • F17C2203/0658—Synthetics
    • F17C2203/0663—Synthetics in form of fibers or filaments
    • 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
    • F17C2209/00—Vessel construction, in particular methods of manufacturing
    • F17C2209/22—Assembling processes
    • F17C2209/227—Assembling processes by adhesive means

Definitions

  • the present invention relates to a device for receiving and storing a container, in particular a pressure vessel, tanks or high-pressure tanks, for receiving, storing and dispensing gaseous, liquid and solid media, a bearing assembly and their use.
  • a container in particular a pressure vessel, such as a tank or high-pressure tank, for receiving, storing and dispensing gaseous, liquid and solid media with a jacket and a journal mounted integrally on the jacket or filler neck by means of a bearing assembly polar, ie hang on the bearing pin or filler neck, which are preferably arranged at the poles on the longitudinal axis of the container.
  • the bearing assembly comprises a so-called fixed bearing and a so-called floating bearing.
  • the fixed bearing is often designed as a ball and socket joint or as a rigid flange.
  • the floating bearing is axially displaceable to accommodate changes in length of the container at different internal pressures and temperatures.
  • the floating bearing typically consists of a combination of a cylindrical plain bearing with a spherical bearing.
  • the cylindrical plain bearing takes the bearing pin or filler neck axially displaceable.
  • the spherical bearing in turn supports the sliding bearing on a frame structure and avoids tilting of the sliding bearing.
  • Such a floating bearing has proved due to its structural design as a whole relatively disadvantageous.
  • This floating bearing has due to the combination of plain bearings and spherical bearing and the resulting large number of individual components initially a very expensive construction of relatively high weight.
  • vibration tests for this floating bearing have proven in practice to be of limited suitability.
  • the informative value of vibration tests on this floating bearing is imprecise, since different gap dimensions within the bearing tolerances significantly influence the lateral natural frequencies.
  • vibration tests are generally carried out with a horizontally stored container, ie with a horizontally aligned longitudinal axis. If the container is oriented vertically during operation or flight use, caused by the friction in the sliding bearing unwanted couplings of degrees of freedom and thus additional loads that are not comparable with those in the vibration tests, at most only approximately.
  • the present invention is therefore based on the object, a device for receiving and storing a container, in particular a pressure vessel, tanks or high-pressure tanks, for recording, storing and dispensing of gaseous, liquid and solid media to provide, with which the above disadvantages can be prevented, which is therefore structurally particularly simple, at the same time compact and stable and very lightweight, a lubricant, particle and wear-free Operation allows and a very accurate predictability of the performance of the device based on a test behavior to be determined permits, has a high fatigue strength and is extremely inexpensive to manufacture, to provide a bearing assembly and to provide their use.
  • the device according to the invention for receiving and storing a container in particular a pressure vessel, tanks or high-pressure tanks, for receiving, storing and dispensing gaseous, liquid and solid media with a jacket and an integrally attached to the shell bearing pin or filler neck, comprising can be fastened to a frame structure holding element and a recordable from the holding element membrane-shaped bearing element axially elastically receives the bearing pin or filler neck of the container and is designed to be transversely rigid that generated by the container mechanical shear forces and / or torsional moments on the bearing pin or filler neck on the holding element transferable are a particularly simple, also compact and stable construction of the device of relatively low weight is achieved.
  • the lever arm between the container and the longitudinal axis of the container can be substantially reduced, which additionally brings structural-mechanical advantages in terms of mass for the device according to the invention.
  • the device according to the invention provides a loose bearing side storage of a container available, the axial deformation of the container at low axial forces without Sliding surfaces or bearing gaps.
  • the bearing has a defined, low axial stiffness and a much higher transverse stiffness.
  • lubrication, particle and wear-free operation is possible. So no lubricant is needed and no particles are generated. Wear of the device is thereby prevented, at least considerably reduced. Due to the freedom from friction and particles, the present device is also very advantageously suitable for use in particularly clean or clean environments, such as in a vacuum or in a clean room.
  • the device according to the invention can also be used under ambient conditions which are generally no longer or at most unsuitable for bearings.
  • a design of the device according to the invention on fatigue strength is possible, without oversizing, as is required for loose bearings in the prior art.
  • the device according to the invention has the additional significant advantage of ensuring a linear movement in the axial direction with low forces, but at the same time absorb forces in the two lateral directions and / or moments or torsional moments during rotation of the container about the longitudinal axis.
  • Another advantage arises in the device according to the invention by their particularly simple structural design and direct arrangement on or on the bearing pin or filler neck. Both make it easier for users and customers to integrate this constructive part into the overall design, which in turn reduces development time and reduces development and development risk.
  • the production of the container according to the invention is simple and less labor-intensive and is therefore extremely cost-effective.
  • the holding element according to claim 2 is rotationally symmetrical, axisymmetric or point-symmetrical.
  • the device according to the invention can be individually adapted to any desired geometric and / or spatial conditions, in addition to a wide variety of design specifications.
  • the holding element is preferably formed in one or more parts and arranged to receive the membrane-shaped bearing element rotationally symmetric or axisymmetric or point-symmetrical about the membrane-shaped bearing element around.
  • the holding element is substantially pot-shaped or cup-shaped.
  • the measures of claim 4 equally allow a very simple and therefore cost-effective design and high reliability of the entire device in mechanical terms. Accordingly, the accommodatable by the retaining element membrane-shaped bearing element is substantially rotationally symmetrical, in particular circular or annular, formed.
  • the invention provides that the membrane-shaped bearing element according to claim 5 is formed substantially planar.
  • the membrane-shaped bearing element preferably cupped, in particular hemispherical, spherical cap, dome-shaped, ellipsoidkalottenförmig, conical, elliptical, Cassini shape or with other cross-sectional shapes, even if in this way a certain reduction of Stiffness in the transverse direction would be acceptable.
  • the membrane-shaped bearing element is provided according to claim 7 with at least one, in particular rotationally symmetrical, bead or the like.
  • the at least one bead serves to reduce the axial rigidity and allows a Axialweg or an expansion or contraction of the container including bearing pin or filler neck in the axial direction.
  • the at least one bead of the membrane-shaped bearing element is formed partially or completely circumferentially.
  • the membrane-shaped bearing element on the holding element and / or on the bearing pin or tank neck of the container is releasably or permanently attached.
  • the membrane-shaped bearing element is on the holding element and / or on the bearing pin or tank neck of the container according to claim 8 by means of a clamping or screw connection attached and / or, in particular by means of stapling or puncturing, very preferably with continuous weld, welded.
  • a clamping or screw connection attached and / or, in particular by means of stapling or puncturing, very preferably with continuous weld, welded.
  • the membrane-shaped bearing element in an expedient manner with an outer peripheral region on the holding element, in particular at its the container facing peripheral edge, attached.
  • the membrane-shaped bearing element is secured according to claim 10 with an inner peripheral portion of the bearing pin or tank neck of the container directly or indirectly via a further retaining element.
  • the invention provides according to claim 12 that the membrane-shaped bearing element is secured to the support member and / or on the bearing pin or tank neck of the container against rotation, in particular by means of a pin or bolt.
  • the accommodating by the holding element membrane-shaped bearing element comprises at least one membrane.
  • the membrane-shaped bearing element according to claim 14 comprises two or more membranes, each two mutually adjacent membranes from each other by a gap spaced.
  • the two mutually adjacent membranes can be arranged flush with each other, thus are in mutual contact.
  • air or a damping medium is arranged in the intermediate space between two mutually adjacent membranes of the membrane-shaped bearing element.
  • a vacuum can be applied to the space between two mutually adjacent membranes of the membrane-shaped bearing element.
  • the damping medium made of rubber or an open or closed-cell polymer foam, in particular of polyurethane, polyethylene or epoxy resins.
  • the retaining element is preferably detachable from the frame structure, in particular by means of screw connection or screws, or non-detachably - for example by welding - fastened, but may also be integrally formed with the frame structure.
  • the holding element and / or the membrane-shaped bearing element and / or the membrane (s) and / or the further holding element is / are preferably designed to be lightweight.
  • the retaining element and / or the membrane-shaped bearing element and / or the membrane (s) and / or the further retaining element is / are advantageously formed from a high-strength material.
  • the retaining element and / or the membrane-shaped bearing element and / or the membrane (s) and / or the further retaining element are at least partially made of metal, in particular of steel, stainless steel, aluminum, titanium, an alloy and / or plastic, in particular polyimide (PI), polyoxymethylene (POM) or polytetrafluoroethylene (PTFE), with or without aramid, glass, carbon, nylon, polyethylene and / or polyester fiber reinforcement, and / or one Combination formed from it.
  • PI polyimide
  • POM polyoxymethylene
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • the invention provides a bearing assembly with a device for receiving and storing a container according to the invention (floating bearing) together with a device for receiving and fixed bearings of the container (fixed bearing) to provide the one spaced from the bearing pin or tank neck and on the jacket is associated with integrally arranged bearing pin or filler neck, wherein the two devices are arranged on a common longitudinal axis of the container.
  • the inventive device or bearing assembly for receiving and storing a container, in particular a pressure vessel, tanks or high-pressure tanks, for receiving, storing and dispensing gaseous, liquid and solid media, in particular of cryogenic fluids , preferably of oxygen and hydrogen, in vehicles, in particular in aircraft or aeronautical aircraft, preferably in aircraft and spacecraft, in particular in watercraft, preferably in a submarine or hovercraft, or in particular in land vehicles, preferably in a passenger car, truck or motorhome.
  • a container in particular a pressure vessel, tanks or high-pressure tanks
  • gaseous, liquid and solid media in particular of cryogenic fluids , preferably of oxygen and hydrogen
  • vehicles in particular in aircraft or aeronautical aircraft, preferably in aircraft and spacecraft, in particular in watercraft, preferably in a submarine or hovercraft, or in particular in land vehicles, preferably in a passenger car, truck or motorhome.
  • the device or bearing arrangement according to the invention is particularly suitable for receiving and storing a container, in particular a pressure container, tanks or high-pressure tanks, for receiving, storing and dispensing gaseous, liquid and solid media, in aircraft or aeronautical aircraft, preferably in aircraft and spacecraft, rockets and / or satellites, or in particularly clean or clean environments, particularly in vacuum or in a clean room.
  • a container in particular a pressure container, tanks or high-pressure tanks, for receiving, storing and dispensing gaseous, liquid and solid media, in aircraft or aeronautical aircraft, preferably in aircraft and spacecraft, rockets and / or satellites, or in particularly clean or clean environments, particularly in vacuum or in a clean room.
  • a device 10 for receiving and storing a container 12, in particular a pressure vessel, tanks or high-pressure tanks, corresponding, identical components are each provided with identical reference numerals.
  • the inventive device 10 for receiving and storing the container 12, in particular the pressure vessel, tanks or high pressure tanks, for receiving, storing and dispensing gaseous, liquid and solid media, in particular cryogenic fluids, preferably of oxygen and hydrogen, found in vehicles, in particular in aircraft or aeronautical aircraft, preferably in aircraft and spacecraft, in particular in watercraft, preferably in a submarine or hovercraft, or in particular in land vehicles, preferably in a passenger car, truck or motor home, use.
  • the device 10 according to the invention can be used in aerospace aircraft or aircraft, preferably in aircraft and spacecraft, rockets and / or satellites, or in particularly clean or clean environments, in particular in a vacuum or in a clean room.
  • the device 10 is arranged according to the invention between the container 12 and a frame structure 14 shown schematically.
  • the container 12 comprises a jacket 16 and a bearing pin 18 or filler neck integrally attached to the jacket 16.
  • the journal 18 or filler neck is located at one of the two poles of the shell 16 of the container 12, wherein the longitudinal axis 20 of the journal 18 coincides with the longitudinal axis 22 of the container 12, ie both longitudinal axes 20, 22 form a single, common longitudinal axis.
  • the frame structure 14 may be part of a satellite structure configured in sandwich construction.
  • the device 10 is attached to the frame structure 14 by means of an intermediate bracket 24 or the like.
  • the device 10 is in the execution of the Fig. 1 and 2 bolted to the bracket 24 via screws 26.
  • the device 10 comprises a holding element 28, which in the in the Fig. 1 and 2 illustrated embodiment is rotationally symmetrical. Furthermore, the holding element 28 is preferably held in one piece.
  • the holding element 28 is in particular substantially pot-shaped, cup-shaped or has a similar shape similar thereto. In the illustrated embodiment of Fig. 1 and 2 is the holding element 28 and thus the device 10 via the bracket 24 to the frame structure 14 fastened.
  • the device 10 has a membrane-shaped bearing element 30 which can be received by the retaining element 28.
  • the holding element 28 is arranged rotationally symmetrically about the membrane-shaped bearing element 30 around.
  • the membrane-shaped bearing element 30 receives the bearing pin 18 of the container 12 axially elastic, in particular with low rigidity.
  • the membrane-shaped bearing element 30 additionally receives the bearing journal 18 substantially centrally and / or without play.
  • the membrane-shaped bearing element 30 is formed transversely rigid so that generated by the container 12 mechanical forces or transverse forces and / or torsional moments on the bearing pin 18 or filler neck on the fastened to the frame structure 14 holding member 28 are transferable.
  • the membrane-shaped bearing element 30 allows a linear movement in the axial direction according to double arrow 32 with small forces, but can absorb forces and / or moments in the two translational lateral directions and upon rotation about the longitudinal axis 22 of the container 12.
  • the membrane-shaped bearing element 30 which is received by the holding element 28, rotationally symmetrical, in particular circular or annular, formed.
  • the membrane-shaped bearing element 30 is usually of rotationally symmetrical shape, however, the membrane-shaped bearing element 30 may also be of non-rotationally symmetrical shape, in particular triangular, quadrangular, square or rectangular, trapezoidal or polygonal and / or a combination thereof, slotted or star-shaped be (not shown).
  • the membrane-shaped bearing element 30 of the illustrated embodiment of Fig. 2 and 3 is planar.
  • the membrane-shaped bearing element 30 In order to reduce the forces in the direction of the longitudinal axis 22 of the container 12, it is advantageous to provide the membrane-shaped bearing element 30 with at least one bead 34, 34 '.
  • the membrane-shaped bearing element 30 In the in the Fig. 2 and 3 shown embodiment of the device 10 according to the invention are a total of 3 beads 34, 34 'embossed in the membrane-shaped bearing element 30. Two beads 34 are facing the holding element 28, while a bead 34 ', which is bordered by the two beads 34, this opposite to the holding element 28 is arranged facing away, that protrudes from the holding member 28.
  • the at least one bead 34, 34 ' is usually rotationally symmetrical.
  • all beads 34, 34 ' also preferably formed completely circumferentially.
  • the membrane-shaped bearing element 30 is cup-shaped, in particular hemispherical, spherical cap-shaped, dome-shaped, ellipsoidal, conical, elliptical, cassini or other cross-sectional shapes (not shown).
  • the membrane-shaped bearing element 30, which may be cup-shaped or identify such or similar shape, if necessary, to be provided with at least one corresponding bead 34, 34 '.
  • the membrane-shaped bearing element 30 may be releasably and / or permanently attached to the support member 28 and / or on the bearing pin 18 or tank neck of the container 12.
  • the membrane-shaped bearing element 30 is attached to an outer peripheral region 36 on the holding element 28, in particular on the container 12 facing the peripheral edge 38. With an inner peripheral portion 40, the membrane-shaped bearing member 30 is fixed to the bearing pin 18 or tank neck of the container 12.
  • the membrane-shaped bearing element 30 is attached to the support member 28 and / or on the bearing pin 18 or filler neck of the container 12 by means of a clamping or screw connection and / or, in particular by stapling or puncturing, very preferably with continuous weld, welded.
  • the membrane-shaped bearing element 30 on the bearing pin 18 or filler neck of the container 12 in particular by means of a clamping or screw connection, releasably secured.
  • the clamping is generated by a screw 42.
  • the membrane-shaped bearing element 30 may be directly attached to the inner peripheral portion 40 on the bearing pin 18 or tank neck of the container 12 (not shown).
  • the membrane-shaped bearing element 30 is indirectly attached via a further retaining element 44 to the bearing pin 18.
  • the further holding element 44 is connected to the inner peripheral region 40 of the membrane-shaped bearing element 30, in particular welded or welded onto / on this / on this.
  • the further retaining element 44 is formed in two parts and attached to the membrane-shaped bearing element 30 on the underside and upper side. Without being shown in detail, it is of course also conceivable to design the further holding element 44 in one piece only and then to attach to the membrane-shaped bearing element 30 on the underside or top side.
  • the further retaining element 44 receives the membrane-shaped bearing member 30 has an increased wall thickness to transfer forces from the inner peripheral portion 40 of the membrane-shaped bearing element 30 on the bearing pin 18 or filler neck, which has a reduced diameter.
  • the further retaining element 44 thus serves at the same time a reinforcement.
  • any other possible attachment of the membrane-shaped bearing element 30 is equally given, each dependent on the individual design specifications.
  • the membrane-shaped bearing element 30 is securely held in the illustrated embodiment on the bearing pin 18 or tank neck of the container 12 against rotation.
  • the backup is carried out in particular by means of a pin 46, bolt or the like.
  • the pin 46, bolts or the like passes through the membrane-shaped bearing element 30 and at the same time the further retaining element 44 in the illustrated embodiment.
  • the membrane-shaped bearing element 30 preferably comprises at least one membrane 48.
  • the membrane 48 of the membrane-shaped bearing element 30 may be formed from a blank of metal, such as a sheet metal blank, in the form of a circular ring.
  • a membrane-shaped bearing element 30 is introduced into the intermediate space 50 between the two mutually adjacent membranes 48, 48 'air.
  • a vacuum may also be applied to the intermediate space 50.
  • damping medium 52 is expediently made of rubber or an open or closed-cell polymer foam, in particular of polyurethane, polyethylene or epoxy resins.
  • the holding element 28 and / or the membrane-shaped bearing element 30 and / or the membrane / s 48, 48 'and / or the further holding element 44 is / are designed to be lightweight.
  • the holding element 28 and / or the membrane-shaped bearing element 30 and / or the membrane / s 48, 48 'and / or the further holding element 44 may be formed from a high-strength material, for example at least partially made of metal, in particular of steel, Stainless steel, aluminum, titanium, an alloy thereof and / or plastic, in particular polyimide (PI), polyoxymethylene (POM) or polytetrafluoroethylene (PTFE), with or without aramid, glass, carbon, nylon, polyethylene and or polyester fiber reinforcement, and / or a combination thereof.
  • PI polyimide
  • POM polyoxymethylene
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • the device 10 is suitable for receiving and storing a container 12 as a floating bearing for use in a so-called fixed-lot bearing assembly (not shown) with a further device for receiving and fixed storage of the container 12 as a fixed bearing.
  • This device or the bearing is assigned to one of the bearing pin 18 or filler neck and on the shell 16 integrally arranged bearing pin (not shown) or filler neck.
  • the two devices 10 are arranged on the common longitudinal axis 22 or an axis parallel thereto of the container 12.
  • the present invention is not limited to the illustrated embodiments of the apparatus 10.
  • the retaining element 28 on the frame structure 14 is not releasable, in particular by means of screw or screws 26, but to fix it inextricably.
  • the bracket 20 and the support member 28 may also be integral, ie integrally formed. This allows the construction of the Further simplify device 10 and reduce weight. For example, it is possible to dispense with separate fastening means, such as the screws 26.
  • the holding element 28 may also be designed to be substantially axially symmetrical or point-symmetrical in the form of a pot, cup or the like.
  • the holding element 28 could be made in several parts, for example, two, three or four parts and arranged to receive the membrane-shaped bearing element 30 axially symmetric or point-symmetric about the membrane-shaped bearing element 30 around, be it over its circumference in a regular or irregular division.
  • the holding element 28 for example, planar and in a square or rectangular shape and to hold and fix the membrane-shaped bearing element 30 by means of screw connections using spacer sleeves or the like, which are arranged by way of example in corners of the holding element 28 .
  • the membrane-shaped bearing element 30, which can be accommodated by the retaining element 28, to comprise two or more membranes 48, 48 ', wherein mutually adjacent membranes 48, 48' are arranged flush with the surface or layered.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufnehmen und Lagern eines Behälters (12), insbesondere eines Druckbehälters, Tanks oder Hochdrucktanks, zum Aufnehmen, Speichern und Abgeben von gasförmigen, flüssigen und festen Medien mit einem Mantel (16) und einem an dem Mantel (16) integral angebrachten Lagerzapfen (18) oder Tankstutzen, umfassend ein an einer Rahmenstruktur (14) befestigbares Halteelement (28) und ein von dem Halteelement (28) aufnehmbares membranförmiges Lagerelement (30), das den Lagerzapfen (18) oder Tankstutzen des Behälters (12) axial elastisch aufnimmt und derart quersteif ausgebildet ist, dass von dem Behälter (12) erzeugte mechanische Querkräfte und/oder Torsionsmomente über den Lagerzapfen (18) oder Tankstutzen auf das Halteelement (28) übertragbar sind, eine daraus gebildete Lageranordnung und deren Verwendung.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufnehmen und Lagern eines Behälters, insbesondere eines Druckbehälters, Tanks oder Hochdrucktanks, zum Aufnehmen, Speichern und Abgeben von gasförmigen, flüssigen und festen Medien, eine Lageranordnung und deren Verwendung.
  • Derartige Vorrichtungen und Lageranordnungen sind allgemein bekannt. Auf dem Gebiet der Luft- und Raumfahrt ist es derzeit üblich, einen Behälter, insbesondere einen Druckbehälter, wie einen Tank oder Hochdrucktank, zum Aufnehmen, Speichern und Abgeben von gasförmigen, flüssigen und festen Medien mit einem Mantel und einem an dem Mantel integral angebrachten Lagerzapfen oder Tankstutzen mittels einer Lageranordnung polar, d.h. an den Lagerzapfen oder Tankstutzen, die vorzugsweise an den Polen auf der Längsachse des Behälters angeordnet sind, aufzuhängen. Die Lageranordnung umfasst ein sogenanntes Festlager und ein sogenanntes Loslager. Das Festlager ist oft als Kugelgelenklager oder als starrer Flansch ausgebildet. Das Loslager ist axial verschieblich, um Längenänderungen des Behälters bei verschiedenen Innendrücken und Temperaturen aufzunehmen. Zu diesem Zweck besteht das Loslager typischerweise aus einer Kombination eines zylindrischen Gleitlagers mit einem sphärischen Lager. Das zylindrische Gleitlager nimmt den Lagerzapfen oder Tankstutzen axial verschieblich auf. Das sphärische Lager wiederum stützt das Gleitlager an einer Rahmenstruktur ab und vermeidet ein Verkanten des Gleitlagers. Allerdings hat sich ein solches Loslager aufgrund seiner konstruktiven Ausgestaltung insgesamt als verhältnismäßig nachteilig erwiesen. Dieses Loslager weist infolge der Kombination aus Gleitlager und sphärischem Lager sowie der daraus resultierenden Vielzahl von einzelnen Bauelementen zunächst eine ausgesprochen aufwendige Bauweise von verhältnismäßig hohem Gewicht auf. Durch die vorhandenen zwei Lagerspalte zwischen dem Lagerzapfen oder Tankstutzen und dem Gleitlager einerseits und dem Gleitlager und dem sphärischen Lager andererseits tritt bei dynamischer Belastung ein sogenanntes Klappern auf, das schnell zu einer erheblichen Beanspruchung und Beschädigung mit Partikel-Emission führt. Durch Gleitbewegungen an den Kontaktflächen wird zusätzlich Abrieb erzeugt. Die Trockenschmierung des Gleitlagers wird teilweise abgenutzt, wodurch Reibrost entsteht. Aus diesen beiden Gründen kann das Gleitlager während Abnahmetests unter Umständen schwergängiger werden. Darüber hinaus entstehen bei Versagen des Gleitsitzes Axialkräfte, die aus den hohen Steifigkeiten des Behälters und seiner Aufhängung resultieren. Aufgrund der schwer vorhersagbaren Reibkoeffizienten unterliegen die Kräfte einer großen Variation. Weiterhin muss dieses Loslager mit Original-Teilen zu dessen Qualifikation und Abnahme verschiedentlichen Vibrationstests unterzogen werden. Allerdings haben sich derartige Vibrationstests für dieses Loslager in der Praxis als nur bedingt geeignet herausgestellt. Zum einen ist die Aussagekraft von Vibrationstests über dieses Loslager unpräzise, da unterschiedliche Spaltmaße innerhalb der Lagertoleranzen die Lateral-Eigenfrequenzen wesentlich beeinflussen. Zum anderen werden Vibrationstests im Allgemeinen mit horizontal gelagertem Behälter, d.h. mit horizontal ausgerichteter Längsachse, durchgeführt. Falls der Behälter im Betrieb oder Flugeinsatz vertikal orientiert ist, entstehen durch die Reibung im Gleitlager unerwünschte Kopplungen von Freiheitsgraden und damit zusätzliche Belastungen, die mit denjenigen in den Vibrationstests nicht, allenfalls nur näherungsweise vergleichbar sind. Ein weiterer Nachteil besteht für den Anwender und Kunden darin, ein Loslager, das fabrikneu ist oder das den Vibrationstests unterzogen wurde und somit Gebrauchsspuren und eine damit verbundene niedrigere (Rest-)Lebensdauer aufweist, für den Betrieb oder Flugeinsatz zu verwenden. Schließlich gestaltet sich die Herstellung und Montage dieses Loslagers aufwendig.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Aufnehmen und Lagern eines Behälters, insbesondere eines Druckbehälters, Tanks oder Hochdrucktanks, zum Aufnehmen, Speichern und Abgeben von gasförmigen, flüssigen und festen Medien zur Verfügung zu stellen, mit welcher sich die obigen Nachteile verhindern lassen, welche mithin konstruktiv besonders einfach, zugleich kompakt und stabil sowie sehr leichtbauend ist, einen schmiermittel-, partikel- und verschleißfreien Betrieb ermöglicht sowie eine ausgesprochen exakte Prognostizierbarkeit des Betriebsverhaltens der Vorrichtung anhand eines zu ermittelnden Testverhaltens zulässt, eine hohe Dauerfestigkeit aufweist und in der Herstellung ausgesprochen kostengünstig ist, eine Lageranordnung vorzusehen und deren Verwendung bereitzustellen.
  • Diese Aufgabe wird in vorrichtungstechnischer Hinsicht auf überraschend einfache Weise durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
  • Durch die Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Aufnehmen und Lagern eines Behälters, insbesondere eines Druckbehälters, Tanks oder Hochdrucktanks, zum Aufnehmen, Speichern und Abgeben von gasförmigen, flüssigen und festen Medien mit einem Mantel und einem an dem Mantel integral angebrachten Lagerzapfen oder Tankstutzen, umfassend ein an einer Rahmenstruktur befestigbares Halteelement und ein von dem Halteelement aufnehmbares membranförmiges Lagerelement, das den Lagerzapfen oder Tankstutzen des Behälters axial elastisch aufnimmt und derart quersteif ausgebildet ist, dass von dem Behälter erzeugte mechanische Querkräfte und/oder Torsionsmomente über den Lagerzapfen oder Tankstutzen auf das Halteelement übertragbar sind, wird eine besonders einfache, zudem kompakte und stabile Bauweise der Vorrichtung von verhältnismäßig geringem Gewicht erreicht. Ferner lässt sich der Hebelarm zwischen Behälter und Längsachse des Behälters wesentlich verringern, was für die erfindungsgemäße Vorrichtung zusätzlich strukturmechanische Vorteile hinsichtlich der Masse mit sich bringt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung stellt eine loslagerseitige Lagerung eines Behälters zur Verfügung, die axiale Verformungen des Behälters bei geringen Axialkräften ohne Gleitflächen oder Lagerspalte ermöglicht. Die Lagerung hat eine definierte, niedrige Axialsteifigkeit und eine wesentlich höhere Quersteifigkeit. Darüber hinaus ist ein schmiermittel-, partikel- und verschleißfreier Betrieb ermöglicht. So wird kein Schmiermittel benötigt und werden keine Partikel generiert. Ein Verschleiß der Vorrichtung wird hierdurch verhindert, zumindest erheblich reduziert. Aufgrund der Reibungs-und Partikelfreiheit eignet sich die vorliegende Vorrichtung zudem in sehr vorteilhafter Weise für einen Einsatz in besonders reinen bzw. sauberen Umgebungen, wie zum Beispiel im Vakuum oder in einem Reinraum. Des Weiteren ist es möglich, das Betriebsverhalten der Vorrichtung anhand des Testverhaltens einfach, effektiv und exakt vorherzubestimmen und zu prüfen, da störende Einflüsse, wie Spiel, Ausschlagen, Klappern, Fressen oder Kraft-Variationen aus dem Reibkoeffizienten, bei der Vorrichtung nach der Erfindung beseitigt sind. Vielmehr sind nur gleichmäßige und damit im Vorhinein kalkulierbare Eigenschaften vorhanden, auch selbst bei großen Änderungen der Umgebung, wie Temperatur oder Vakuum. Damit einhergehend ist die erfindungsgemäße Vorrichtung auch unter Umgebungsbedingungen einsetzbar, die für Lager allgemein nicht mehr oder allenfalls wenig geeignet sind. Zugleich ist eine Auslegung der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf Dauerfestigkeit möglich, und zwar ohne Überdimensionierung, wie dies bei Loslagern im Stand der Technik erforderlich ist. Gleichermaßen weist die erfindungsgemäße Vorrichtung den zusätzlichen wesentlichen Vorteil auf, eine Linearbewegung in Achsrichtung mit geringen Kräften sicherzustellen, gleichzeitig aber Kräfte in die beiden Lateralrichtungen und/oder Momente oder Torsionsmomente bei Rotation des Behälters um die Längsachse aufzunehmen. Ein weiterer Vorteil ergibt sich bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung durch deren besonders einfache konstruktive Ausgestaltung und unmittelbare Anordnung an bzw. auf dem Lagerzapfen oder Tankstutzen. Beides erleichtert dem Anwender und Kunden die Einbindung dieses konstruktiven Parts in die Gesamtkonstruktion, wodurch sich zusätzlich die Entwicklungszeit verkürzen und der Entwicklungsaufwand sowie das Entwicklungsrisiko verringern lassen. Nicht zuletzt hieraus resultierend gestaltet sich die Herstellung des erfindungsgemäßen Behälters einfach und wenig arbeitsintensiv und ist somit ausgesprochen kostengünstig.
  • Weitere vorteilhafte Einzelheiten der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Ansprüchen 2 bis 15 beschrieben.
  • In vorteilhafter Weise ist das Halteelement nach Anspruch 2 rotationssymmetrisch, achsensymmetrisch oder punktsymmetrisch ausgebildet. Hierdurch lässt die erfindungsgemäße Vorrichtung an beliebige, zudem unterschiedlichste konstruktive Vorgaben, anzutreffende geometrische und/oder räumliche Gegebenheiten, etc. individuell anpassen.
  • Darüber hinaus ist das Halteelement vorzugsweise ein- oder mehrteilig ausgebildet und zur Aufnahme des membranförmigen Lagerelementes rotationssymmetrisch oder achsensymmetrisch oder punktsymmetrisch um das membranförmige Lagerelement herum angeordnet.
  • Von besonders großer Bedeutung für eine ausgesprochen einfache und damit kostengünstige Bauweise zum einen und eine hohe Stabilität und Funktionszuverlässigkeit in mechanischer Hinsicht zum anderen sind die Merkmale des Anspruchs 3. Danach ist das Halteelement im Wesentlichen topf- oder becherförmig ausgebildet.
  • Die Maßnahmen des Anspruchs 4 ermöglichen gleichermaßen eine ausgesprochen einfache und damit kostengünstige Bauweise und eine hohe Funktionszuverlässigkeit der gesamten Vorrichtung in mechanischer Hinsicht. Demnach ist das von dem Halteelement aufnehmbare membranförmige Lagerelement im Wesentlichen rotationssymmetrisch, insbesondere kreisförmig oder kreisringförmig, ausgebildet.
  • Anstelle einer rotationssymmetrischen Ausbildung kann erfindungsgemäß ebenso vorgesehen sein, das von dem Halteelement aufnehmbare membranförmige Lagerelement nicht-rotationssymmetrisch, insbesondere dreieckig, viereckig, quadratisch oder rechteckig, trapezförmig oder polygonförmig und/oder als Kombination daraus, geschlitzt oder in Sternform, auszubilden.
  • Des Weiteren ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das membranförmige Lagerelement nach Anspruch 5 im Wesentlichen ebenflächig ausgebildet ist.
  • Alternativ dazu kann es nach Anspruch 6 auch von Vorteil sein, das membranförmige Lagerelement vorzugsweise schalenförmig, insbesondere halbkugelförmig, kugelkappenförmig, kalottenförmig, ellipsoidkalottenförmig, konisch, elliptisch, in Cassini-Form oder mit anderen Querschnittsformen auszubilden, auch wenn auf diese Weise eine gewisse Reduzierung der Steifigkeit in Querrichtung in Kauf zu nehmen wäre.
  • Vorzugsweise liegt es im Rahmen der Erfindung, dass das membranförmige Lagerelement nach Anspruch 7 mit wenigstens einer, insbesondere rotationssymmetrisch ausgebildeten, Sicke oder dergleichen versehen ist. Die wenigstens eine Sicke dient zur Reduzierung der Axialsteifigkeit und ermöglicht einen Axialweg bzw. eine Ausdehnung oder ein Zusammenziehen des Behälters samt Lagerzapfen oder Tankstutzen in axialer Richtung.
  • In diesem Zusammenhang ist die wenigstens eine Sicke des membranförmigen Lagerelementes teilweise oder vollständig umlaufend ausgebildet.
  • Darüber hinaus liegt es im Rahmen der Erfindung, dass das membranförmige Lagerelement an dem Halteelement und/oder an dem Lagerzapfen oder Tankstutzen des Behälters lösbar oder unlösbar befestigt ist.
  • Das membranförmige Lagerelement ist an dem Halteelement und/oder an dem Lagerzapfen oder Tankstutzen des Behälters nach Anspruch 8 mittels einer Klemm- oder Schraubverbindung befestigt und/oder, insbesondere mittels Heftung oder Punktung, ganz bevorzugt mit durchgehender Schweißnaht, angeschweißt. Hierdurch lässt sich die Herstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung noch zusätzlich vereinfachen und damit weniger arbeits-, zeit- und letztlich und kostenintensiv gestalten. Durch die Klemm- oder Schraubverbindung ist zudem ein Austausch des membranförmigen Lagerelementes zu Reparaturzwecken etc. ermöglicht.
  • Entsprechend den Maßnahmen des Anspruchs 9 ist das membranförmige Lagerelement in zweckmäßiger Weise mit einem äußeren Umfangsbereich an dem Halteelement, insbesondere an dessen dem Behälter zugewandten Umfangsrand, befestigt.
  • Vorzugsweise ist das membranförmige Lagerelement nach Anspruch 10 mit einem inneren Umfangsbereich an dem Lagerzapfen oder Tankstutzen des Behälters unmittelbar oder mittelbar über ein weiteres Halteelement befestigt.
  • Dabei ist es zweckmäßig, dass das weitere Halteelement nach Anspruch 11 mit dem inneren Umfangsbereich des membranförmigen Lagerelementes verbunden, insbesondere verschweißt, ist.
  • Zusätzlich ist erfindungsgemäß nach Anspruch 12 vorgesehen, dass das membranförmige Lagerelement an dem Halteelement und/oder an dem Lagerzapfen oder Tankstutzen des Behälters gegen Verdrehung, insbesondere mittels eines Stiftes oder Bolzens, gesichert ist.
  • Von besonders großem Interesse für eine erhebliche Vereinfachung der Bauweise sind weiterhin die konstruktiven Maßnahmen des Anspruchs 13, wonach das von dem Halteelement aufnehmbare membranförmige Lagerelement wenigstens eine Membran umfasst.
  • Vorzugsweise umfasst das membranförmige Lagerelement nach Anspruch 14 zwei oder mehr Membranen, wobei jeweils zwei zueinander benachbarte Membranen voneinander durch einen Zwischenraum beabstandet. Anstelle einer solchen Anordnung mit einem gegenseitigen Abstand können die jeweils zwei zueinander benachbarten Membranen flächenbündig zueinander angeordnet sein, befinden sich somit in gegenseitigem Kontakt.
  • Entsprechend den konstruktiven Merkmalen des Anspruchs 15 ist in dem Zwischenraum zwischen zwei jeweils zueinander benachbarten Membranen des membranförmigen Lagerelementes vorzugsweise Luft oder ein Dämpfungsmedium angeordnet. Alternativ kann an den Zwischenraum zwischen zwei jeweils zueinander benachbarten Membranen des membranförmigen Lagerelementes ein Vakuum angelegt sein.
  • In diesem Zusammenhang ist es von Vorteil, das Dämpfungsmedium aus Gummi oder einem offen- oder geschlossenporigen Polymer-Schaum, insbesondere aus Polyurethan, Polyethylen oder Epoxidharzen, auszubilden.
  • Weiter ist das Halteelement vorzugsweise an der Rahmenstruktur lösbar, insbesondere mittels Schraubverbindung oder Schrauben, oder unlösbar - zum Beispiel durch Verschweißen - befestigbar, kann jedoch ebenso mit der Rahmenstruktur integral ausgebildet sein.
  • Das Halteelement und/oder das membranförmige Lagerelement und/oder die Membran/en und/oder das weitere Halteelement ist/sind vorzugsweise leichtbauend ausgebildet.
  • Darüber hinaus ist/sind das Halteelement und/oder das membranförmige Lagerelement und/oder die Membran/en und/oder das weitere Halteelement vorteilhafterweise aus einem hochfesten Material gebildet.
  • Zweckmäßigerweise ist/sind das Halteelement und/oder das membranförmige Lagerelement und/oder die Membran/en und/oder das weitere Halteelement dabei wenigstens teilweise aus Metall, insbesondere aus Stahl, Edelstahl, Aluminium, Titan, einer Legierung daraus und/oder aus Kunststoff, insbesondere aus Polyimid (PI), Polyoximethylen (POM) oder Polytetrafluorethylen (PTFE), mit oder ohne Aramid-, Glas-, Kohlen-, Nylon-, Polyethylen- und/oder Polyesterfaserverstärkung, und/oder einer Kombination daraus gebildet.
  • Diese Aufgabe wird in anordnungstechnischer Hinsicht auf überraschend einfache Weise durch die Merkmale des Anspruchs 16 gelöst.
  • So ist erfindungsgemäß vorgesehen, eine Lageranordnung mit einer Vorrichtung zum Aufnehmen und Lagern eines Behälters nach der Erfindung (Loslager) zusammen mit einer Vorrichtung zum Aufnehmen und festen Lagern des Behälters (Festlager) vorzusehen, die einem von dem Lagerzapfen oder Tankstutzen beabstandeten und an dem Mantel integral angeordneten Lagerzapfen oder Tankstutzen zugeordnet ist, wobei die zwei Vorrichtungen auf einer gemeinsamen Längsachse des Behälters angeordnet sind.
  • Schließlich liegt es noch im Rahmen der Erfindung, die erfindungsgemäße Vorrichtung oder Lageranordnung nach Anspruch 17 zum Aufnehmen und Lagern eines Behälters, insbesondere eines Druckbehälters, Tanks oder Hochdrucktanks, zum Aufnehmen, Speichern und Abgeben von gasförmigen, flüssigen und festen Medien, insbesondere von kryogenen Fluiden, vorzugsweise von Sauerstoff und Wasserstoff, in Fahrzeugen, insbesondere in Luftfahrzeugen oder Fluggeräten der Luft- und Raumfahrt, vorzugsweise in Flugzeugen und Raumflugkörpern, insbesondere in Wasserfahrzeugen, vorzugsweise in einem U-Boot oder Luftkissenfahrzeug (Hovercraft), oder insbesondere in Landfahrzeugen, vorzugsweise in einem Personenkraftwagen, Lastkraftwagen oder Wohnmobil, zu verwenden.
  • Ganz besonders eignet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung oder Lageranordnung zum Aufnehmen und Lagern eines Behälters, insbesondere eines Druckbehälters, Tanks oder Hochdrucktanks, zum Aufnehmen, Speichern und Abgeben von gasförmigen, flüssigen und festen Medien, in Luftfahrzeugen oder Fluggeräten der Luft- und Raumfahrt, vorzugsweise in Flugzeugen und Raumflugkörpern, Raketen und/oder Satelliten, oder in besonders reinen oder sauberen Umgebungen, insbesondere im Vakuum oder in einem Reinraum.
  • Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung sowie anhand der Zeichnungen. Hierbei zeigen:
    • Fig. 1
    eine schematische, teilweise abgebrochene perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung zwischen einem Behälter und einer Rahmenstruktur,
    Fig. 2
    eine schematische, teilweise abgebrochene Längsschnittansicht durch eine Ausführungsform der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung nach der Fig. 1, in vergrößerter Darstellung,
    Fig. 3
    eine schematische, teilweise abgebrochene perspektivische Draufsicht auf die Ausführungsform der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung nach der Fig. 1, und
    Fig. 4 und 5
    schematische, teilweise abgebrochene Querschnittsansichten durch zwei Ausführungsformen von erfindungsgemäß ausgebildeten membranförmigen Lagerelementen der erfindungsgemäßen Vorrichtung, in nochmals vergrößerter Darstellung.
  • Bei der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 zum Aufnehmen und Lagern eines Behälters 12, insbesondere eines Druckbehälters, Tanks oder Hochdrucktanks, sind einander entsprechende, gleiche Bauteile jeweils mit identischen Bezugsziffern versehen.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 zum Aufnehmen und Lagern des Behälters 12, insbesondere des Druckbehälters, Tanks oder Hochdrucktanks, zum Aufnehmen, Speichern und Abgeben von gasförmigen, flüssigen und festen Medien, insbesondere von kryogenen Fluiden, vorzugsweise von Sauerstoff und Wasserstoff, findet in Fahrzeugen, insbesondere in Luftfahrzeugen oder Fluggeräten der Luft- und Raumfahrt, vorzugsweise in Flugzeugen und Raumflugkörpern, insbesondere in Wasserfahrzeugen, vorzugsweise in einem U-Boot oder Luftkissenfahrzeug (Hovercraft), oder insbesondere in Landfahrzeugen, vorzugsweise in einem Personenkraftwagen, Lastkraftwagen oder Wohnmobil, Verwendung. In ganz besonderem Maße lässt sich die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 in Luftfahrzeugen oder Fluggeräten der Luft- und Raumfahrt, vorzugsweise in Flugzeugen und Raumflugkörpern, Raketen und/oder Satelliten, oder in besonders reinen oder sauberen Umgebungen, insbesondere im Vakuum oder in einem Reinraum, einsetzen.
  • Wie in der Fig. 1 dargestellt ist, ist die Vorrichtung 10 nach der Erfindung zwischen dem Behälter 12 und einer schematisch dargestellten Rahmenstruktur 14 angeordnet. Der Behälter 12 umfasst einen Mantel 16 und einen an dem Mantel 16 integral angebrachten Lagerzapfen 18 oder Tankstutzen. Der Lagerzapfen 18 oder Tankstutzen ist an einem von den zwei Polen des Mantels 16 des Behälters 12 angeordnet, wobei die Längsachse 20 des Lagerzapfens 18 mit der Längsachse 22 des Behälters 12 zusammenfällt, d.h. beide Längsachsen 20, 22 bilden eine einzige, gemeinsame Längsachse.
  • Die Rahmenstruktur 14 kann beispielsweise ein Teil einer Satellitenstruktur sein, die in Sandwich-Bauweise ausgestaltet ist.
  • Bei der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsform ist die Vorrichtung 10 an der Rahmenstruktur 14 mittels eines zwischengeordneten Haltewinkels 24 oder dergleichen befestigt. Die Vorrichtung 10 ist bei der Ausführung nach den Fig. 1 und 2 mit dem Haltewinkel 24 über Schrauben 26 verschraubt.
  • Die Vorrichtung 10 nach der Erfindung umfasst ein Halteelement 28, das bei der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform rotationssymmetrisch ausgebildet ist. Weiterhin ist das Halteelement 28 vorzugsweise einteilig gehalten. Das Halteelement 28 ist insbesondere im Wesentlichen topfförmig, becherförmig oder weist eine damit vergleichbare, ähnliche Form auf. Bei der gezeigten Ausführung der Fig. 1 und 2 ist das Halteelement 28 und damit die Vorrichtung 10 über den Haltewinkel 24 an der Rahmenstruktur 14 befestigbar.
  • Darüber hinaus weist die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 ein membranförmiges Lagerelement 30 auf, das von dem Halteelement 28 aufnehmbar ist. Das Halteelement 28 ist dabei rotationssymmetrisch um das membranförmige Lagerelement 30 herum angeordnet. Das membranförmige Lagerelement 30 nimmt den Lagerzapfen 18 des Behälters 12 axial elastisch auf, insbesondere mit niedriger Steifigkeit. Vorzugsweise nimmt das membranförmige Lagerelement 30 den Lagerzapfen 18 zusätzlich im Wesentlichen mittig und/oder spielfrei auf. Weiterhin ist das membranförmige Lagerelement 30 derart quersteif ausgebildet, dass von dem Behälter 12 erzeugte mechanische Kräfte bzw. Querkräfte und/oder Torsionsmomente über den Lagerzapfen 18 oder Tankstutzen auf das an der Rahmenstruktur 14 befestigbare Halteelement 28 übertragbar sind.
  • Das membranförmige Lagerelement 30 lässt eine Linearbewegung in Achsrichtung entsprechend Doppelpfeil 32 mit geringen Kräften zu, kann aber in die beiden translatorischen Lateralrichtungen und bei Rotation um die Längsachse 22 des Behälters 12 Kräfte und/oder Momente aufnehmen.
  • Wie insbesondere den Fig. 2 und 3 entnehmbar ist, ist das membranförmige Lagerelement 30, das von dem Halteelement 28 aufgenommen ist, rotationssymmetrisch, insbesondere kreisförmig oder kreisringförmig, ausgebildet.
  • Auch wenn das membranförmige Lagerelement 30 üblicherweise von rotationssymmetrischer Form ist, kann das membranförmige Lagerelement 30 jedoch auch von nicht-rotationssymmetrischer Gestalt, insbesondere dreieckig, viereckig, quadratisch oder rechteckig, trapezförmig oder polygonförmig und/oder als Kombination daraus, geschlitzt oder in Sternform, ausgebildet sein (nicht gezeigt).
  • Das membranförmige Lagerelement 30 der gezeigten Ausführungsform der Fig. 2 und 3 ist ebenflächig ausgebildet.
  • Um die Kräfte in Richtung der Längsachse 22 des Behälters 12 zu verringern, ist es vorteilhaft, das membranförmige Lagerelement 30 mit wenigstens einer Sicke 34, 34' zu versehen. Bei der in den Fig. 2 und 3 näher dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 sind insgesamt 3 Sicken 34, 34' in das membranförmige Lagerelement 30 eingeprägt. Zwei Sicken 34 sind dabei dem Halteelement 28 zugewandt, während eine Sicke 34', die von den beiden Sicken 34 eingefasst ist, diesen entgegengesetzt von dem Halteelement 28 abgewandt angeordnet ist, also aus dem Halteelement 28 herausragt.
  • Die wenigstens eine Sicke 34, 34' ist üblicherweise rotationssymmetrisch ausgebildet. Bei der Ausführungsform der Fig. 2 und 3 sind sämtliche Sicken 34, 34' zudem vorzugsweise vollständig umlaufend ausgebildet. Ohne im Einzelnen dargestellt zu sein, ist es jedoch ebenso möglich, die wenigstens eine oder mehrere Sicke/n 34, 34' lediglich teilweise umlaufend auszubilden, also zum Beispiel in einer beliebigen Teilung über das membranförmige Lagerelement 30 anzuordnen.
  • Anstatt einer ebenen bzw. im Wesentlichen ebenflächigen Ausgestaltung des membranförmigen Lagerelementes 30 ist es auch denkbar, das membranförmige Lagerelement 30 schalenförmig, insbesondere halbkugelförmig, kugelkappenförmig, kalottenförmig, ellipsoidkalottenförmig, konisch, elliptisch, in Cassini-Form oder mit anderen Querschnittsformen auszubilden (nicht gezeigt). Hierdurch lässt sich eine individuelle und beliebige Anpassung an die jeweiligen geometrischen und/oder räumlichen Gegebenheiten im Bereich des Lagerzapfens oder Tankstutzens und der Rahmenstruktur erhalten, auch wenn auf diese Weise die Steifigkeit in Querrichtung in gewissem Maße reduziert würde. Ohne im Einzelnen dargestellt zu sein, ist es zudem möglich, das membranförmige Lagerelement 30, das schalenförmig ausgebildet sein oder eine derartige bzw. dazu ähnliche Form ausweisen kann, gegebenenfalls mit wenigstens einer entsprechenden Sicke 34, 34' zu versehen.
  • Das membranförmige Lagerelement 30 kann an dem Halteelement 28 und/oder an dem Lagerzapfen 18 oder Tankstutzen des Behälters 12 lösbar und/oder unlösbar befestigt sein. Das membranförmige Lagerelement 30 ist mit einem äußeren Umfangsbereich 36 an dem Halteelement 28, insbesondere an dessen dem Behälter 12 zugewandten Umfangsrand 38, befestigt. Mit einem inneren Umfangsbereich 40 ist das membranförmige Lagerelement 30 an dem Lagerzapfen 18 oder Tankstutzen des Behälters 12 befestigt.
  • Das membranförmige Lagerelement 30 ist dabei an dem Halteelement 28 und/oder an dem Lagerzapfen 18 oder Tankstutzen des Behälters 12 mittels einer Klemm- oder Schraubverbindung befestigt und/oder, insbesondere mittels Heftung oder Punktung, ganz bevorzugt mit durchgehender Schweißnaht, angeschweißt.
  • Entsprechend der Fig. 2 ist das membranförmige Lagerelement 30 bei der vorliegenden Ausführungsform mit dem Halteelement 28 durch Schweißung, bevorzugt mit durchgehender Schweißnaht, unlösbar verbunden.
  • Dagegen ist das membranförmige Lagerelement 30 an dem Lagerzapfen 18 oder Tankstutzen des Behälters 12, insbesondere mittels einer Klemm- oder Schraubverbindung, lösbar befestigt. Die Klemmung wird durch eine Schraube 42 erzeugt. Durch die Klemm- bzw. Schraubverbindung ist unter Umständen ein Austausch des membranförmigen Lagerelementes 30 zu Reparaturzwecken etc. ermöglicht bzw. erleichtert.
  • Das membranförmige Lagerelement 30 kann mit dem inneren Umfangsbereich 40 an dem Lagerzapfen 18 oder Tankstutzen des Behälters 12 unmittelbar befestigt sein (nicht gezeigt).
  • Bei der in der Fig. 2 dargestellten Ausführungsform der Vorrichtung 10 nach der Erfindung ist das membranförmige Lagerelement 30 jedoch mittelbar über ein weiteres Halteelement 44 an dem Lagerzapfen 18 befestigt. Das weitere Halteelement 44 ist mit dem inneren Umfangsbereich 40 des membranförmigen Lagerelementes 30 verbunden, insbesondere verschweißt bzw. an/auf dieses an-/aufgeschweißt.
  • Vorliegend ist das weitere Halteelement 44 zweiteilig ausgebildet und an dem membranförmigen Lagerelement 30 unterseitig und oberseitig angebracht. Ohne im Einzelnen dargestellt zu sein, ist es selbstverständlich ebenso denkbar, das weitere Halteelement 44 lediglich einteilig auszugestalten und dann an dem membranförmigen Lagerelement 30 unterseitig oder oberseitig zu befestigen.
  • Durch das weitere Halteelement 44 erhält das membranförmige Lagerelement 30 eine vergrößerte Wandstärke, um Kräfte vom inneren Umfangsbereich 40 des membranförmigen Lagerelementes 30 auf den Lagerzapfen 18 oder Tankstutzen, der einen reduzierten Durchmesser aufweist, zu übertragen. Das weitere Halteelement 44 dient somit zugleich einer Verstärkung.
  • Ohne im Einzelnen dargestellt zu sein, ist jede beliebige andere Befestigungsmöglichkeit des membranförmigen Lagerelementes 30 gleichermaßen gegeben, jeweils abhängig von den individuellen konstruktiven Vorgaben. So ist es auch möglich, das membranförmige Lagerelement 30 mit dem Halteelement 28 durch eine Klemm- oder Schraubverbindung, also lösbar, zu befestigen und mit dem Lagerzapfen 18 oder Tankstutzen unlösbar, etwa durch Schweißung, zu verbinden. Ebenso ist es denkbar, das membranförmige Lagerelement 30 mit dem Lagerzapfen 18 oder Tankstutzen und mit dem Halteelement 28 ausschließlich unlösbar oder ausschließlich lösbar zu verbinden.
  • Zusätzlich ist das membranförmige Lagerelement 30 bei der dargestellten Ausführungsform an dem Lagerzapfen 18 oder Tankstutzen des Behälters 12 gegen Verdrehung sicher gehalten. Die Sicherung erfolgt insbesondere mittels eines Stiftes 46, Bolzens oder dergleichen. Der Stift 46, Bolzen oder dergleichen durchgreift bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel das membranförmige Lagerelement 30 und zugleich das weitere Halteelement 44.
  • Wie die Fig. 2 und 3 weiterhin zeigen, umfasst das membranförmige Lagerelement 30 vorzugsweise wenigstens eine Membran 48. Beispielsweise kann die Membran 48 des membranförmigen Lagerelementes 30 aus einem Zuschnitt aus Metall, etwa einem Blechzuschnitt, in Form eines Kreisringes gebildet sein.
  • Davon abweichend kann das membranförmige Lagerelement 30 jedoch auch, wie die Fig. 4 und 5 zeigen, zwei oder mehr Membranen 48, 48' aufweisen, wobei jeweils zwei zueinander benachbarte Membranen 48, 48' voneinander durch einen Zwischenraum 50 beabstandet sind.
  • Entsprechend der in der Fig. 4 gezeigten Ausführungsform eines membranförmigen Lagerelementes 30 ist in dem Zwischenraum 50 zwischen den zwei jeweils zueinander benachbarten Membranen 48, 48' Luft eingebracht. In alternativer Ausgestaltung kann an den Zwischenraum 50 ebenso ein Vakuum angelegt sein.
  • In noch anderer Ausgestaltung der Erfindung, die in der Fig. 5 dargestellt ist, kann in dem Zwischenraum 50 zwischen den zwei jeweils zueinander benachbarten Membranen 48, 48' gleichsam ein Dämpfungsmedium 52 angeordnet sein. Das Dämpfungsmedium 52 besteht hier zweckmäßigerweise aus Gummi oder einem offen-oder geschlossenporigen Polymer-Schaum, insbesondere aus Polyurethan, Polyethylen oder Epoxidharzen.
  • Das Halteelement 28 und/oder das membranförmige Lagerelement 30 und/oder die Membran/en 48, 48' und/oder das weitere Halteelement 44 ist/sind leichtbauend ausgebildet. Kumulativ oder alternativ dazu können das Halteelement 28 und/oder das membranförmige Lagerelement 30 und/oder die Membran/en 48, 48' und/oder das weitere Halteelement 44 aus einem hochfesten Material gebildet sein, beispielhaft wenigstens teilweise aus Metall, insbesondere aus Stahl, Edelstahl, Aluminium, Titan, einer Legierung daraus und/oder aus Kunststoff, insbesondere aus Polyimid (PI), Polyoximethylen (POM) oder Polytetrafluorethylen (PTFE), mit oder ohne Aramid-, Glas-, Kohlen-, Nylon-, Polyethylen- und/oder Polyesterfaserverstärkung, und/oder einer Kombination daraus.
  • Die Vorrichtung 10 nach der Erfindung eignet sich zum Aufnehmen und Lagern eines Behälters 12 als Loslager zur Verwendung in einer sogenannten Fest-Los-Lageranordnung (nicht dargestellt) mit einer weiteren Vorrichtung zum Aufnehmen und festen Lagern des Behälters 12 als Festlager. Diese Vorrichtung bzw. das Festlager ist einem von dem Lagerzapfen 18 oder Tankstutzen beabstandeten und an dem Mantel 16 integral angeordneten Lagerzapfen (nicht gezeigt) oder Tankstutzen zugeordnet. Dabei sind die zwei Vorrichtungen 10 auf der gemeinsamen Längsachse 22 oder einer dazu parallelen Achse des Behälters 12 angeordnet.
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsformen der Vorrichtung 10 beschränkt. So ist es ohne weiteres denkbar, das Halteelement 28 an der Rahmenstruktur 14 nicht lösbar, insbesondere mittels Schraubverbindung oder Schrauben 26, sondern unlösbar zu befestigen. Der Haltewinkel 20 und das Halteelement 28 können ebenso integral, d.h. einstückig, ausgebildet sein. Damit lässt sich die Bauweise der Vorrichtung 10 noch zusätzlich vereinfachen und gewichtsmäßig reduzieren. So kann beispielsweise auf gesonderte Befestigungsmittel, wie die Schrauben 26, verzichtet werden. Weiterhin kann das Halteelement 28 anstelle einer rotationssymmetrischen Ausgestaltung im Wesentlichen in Form eines Topfes, Bechers oder dergleichen ebenso achsensymmetrisch oder punktsymmetrisch ausgebildet sein. So ließe sich das Halteelement 28 mehrteilig, zum Beispiel zwei-, drei oder vierteilig ausbilden und zur Aufnahme des membranförmigen Lagerelementes 30 achsensymmetrisch oder punktsymmetrisch um das membranförmige Lagerelement 30 herum anordnen, sei es über dessen Umfang in einer regelmäßigen oder unregelmäßigen Teilung. Auch ist es denkbar, das Halteelement 28 zum Beispiel ebenflächig und in quadratischer oder rechteckiger Form auszubilden und das membranförmige Lagerelement 30 über Schraubverbindungen unter Verwendung von Distanz- bzw. Abstandshülsen oder dergleichen, die beispielhaft in Ecken des Halteelementes 28 angeordnet sind, zu halten und festzulegen. Schließlich ist es möglich, dass das von dem Halteelement 28 aufnehmbare membranförmige Lagerelement 30 zwei oder mehr Membranen 48, 48' umfasst, wobei jeweils zueinander benachbarte Membranen 48, 48' flächenbündig angeordnet bzw. geschichtet sind.

Claims (17)

  1. Vorrichtung zum Aufnehmen und Lagern eines Behälters (12), insbesondere eines Druckbehälters, Tanks oder Hochdrucktanks, zum Aufnehmen, Speichern und Abgeben von gasförmigen, flüssigen und festen Medien mit einem Mantel (16) und einem an dem Mantel (16) integral angebrachten Lagerzapfen (18) oder Tankstutzen, umfassend ein an einer Rahmenstruktur (14) befestigbares Halteelement (28) und ein von dem Halteelement (28) aufnehmbares membranförmiges Lagerelement (30), das den Lagerzapfen (18) oder Tankstutzen des Behälters (12) axial elastisch aufnimmt und derart quersteif ausgebildet ist, dass von dem Behälter (12) erzeugte mechanische Querkräfte und/oder Torsionsmomente über den Lagerzapfen (18) oder Tankstutzen auf das Halteelement (28) übertragbar sind.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (28) rotationssymmetrisch, achsensymmetrisch oder punktsymmetrisch ausgebildet ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (28) im Wesentlichen topf- oder becherförmig ausgebildet ist.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das von dem Halteelement (28) aufnehmbare membranförmige Lagerelement (30) rotationssymmetrisch, insbesondere kreisförmig oder kreisringförmig, ausgebildet ist, oder dass das von dem Halteelement (28) aufnehmbare membranförmige Lagerelement (30) nicht-rotationssymmetrisch, insbesondere dreieckig, viereckig, quadratisch oder rechteckig, trapezförmig oder polygonförmig und/oder als Kombination daraus, geschlitzt oder in Sternform, ausgebildet ist.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das membranförmige Lagerelement (30) im Wesentlichen ebenflächig ausgebildet ist.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das membranförmige Lagerelement (30) schalenförmig, insbesondere halbkugelförmig, kugelkappenförmig, kalottenförmig, ellipsoidkalottenförmig, konisch, elliptisch, in Cassini-Form oder mit anderen Querschnittsformen ausgebildet ist.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das membranförmige Lagerelement (30) mit wenigstens einer, insbesondere rotationssymmetrisch ausgebildeten, Sicke (34, 34') oder dergleichen versehen ist, wobei die wenigstens eine Sicke (34, 34') des membranförmigen Lagerelementes (30) teilweise oder vollständig umlaufend ausgebildet ist.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das membranförmige Lagerelement (30) an dem Halteelement (28) und/oder an dem Lagerzapfen (18) oder Tankstutzen des Behälters (12) mittels einer Klemm- oder Schraubverbindung befestigt und/oder, insbesondere mittels Heftung oder Punktung, ganz bevorzugt mit durchgehender Schweißnaht, angeschweißt ist.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das membranförmige Lagerelement (30) mit einem äußeren Umfangsbereich (36) an dem Halteelement (28), insbesondere an dessen dem Behälter (12) zugewandten Umfangsrand (38), befestigt ist.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das membranförmige Lagerelement (30) mit einem inneren Umfangsbereich (40) an dem Lagerzapfen (18) oder Tankstutzen des Behälters (12) unmittelbar oder mittelbar über ein weiteres Halteelement (44) befestigt ist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das das weitere Halteelement (44) mit dem inneren Umfangsbereich (40) des membranförmigen Lagerelementes verbunden, insbesondere verschweißt, ist.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das membranförmige Lagerelement (30) an dem Halteelement (28) und/oder an dem Lagerzapfen (18) oder Tankstutzen des Behälters (12) gegen Verdrehung, insbesondere mittels eines Stiftes (48) oder Bolzens, gesichert ist.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das von dem Halteelement (28) aufnehmbare membranförmige Lagerelement (30) wenigstens eine Membran (48, 48') umfasst.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das membranförmige Lagerelement (30) zwei oder mehr Membranen (48, 48') umfasst, wobei jeweils zwei zueinander benachbarte Membranen (48, 48') voneinander durch einen Zwischenraum (50) beabstandet oder flächenbündig angeordnet sind.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Zwischenraum (50) zwischen zwei jeweils zueinander benachbarten Membranen (48, 48') des membranförmigen Lagerelementes (30) Luft oder ein Dämpfungsmedium (52) angeordnet ist oder an den Zwischenraum (50) zwischen zwei jeweils zueinander benachbarten Membranen (48, 48') des membranförmigen Lagerelementes (30) ein Vakuum angelegt ist.
  16. Lageranordnung mit einer Vorrichtung (10) zum Aufnehmen und Lagern eines Behälters (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und einer Vorrichtung zum Aufnehmen und festen Lagern des Behälters (12), die einem von dem Lagerzapfen (18) oder Tankstutzen beabstandeten und an dem Mantel (16) integral angeordneten Lagerzapfen (18) oder Tankstutzen zugeordnet ist, wobei die zwei Vorrichtungen (10) auf einer gemeinsamen Längsachse (22) des Behälters (12) angeordnet sind.
  17. Verwendung einer Vorrichtung (10) oder einer Lageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Aufnehmen und Lagern eines Behälters (12), insbesondere eines Druckbehälters, Tanks oder Hochdrucktanks, zum Aufnehmen, Speichern und Abgeben von gasförmigen, flüssigen und festen Medien, insbesondere von kryogenen Fluiden, vorzugsweise von Sauerstoff und Wasserstoff, in Fahrzeugen, insbesondere in Luftfahrzeugen oder Fluggeräten der Luft- und Raumfahrt, vorzugsweise in Flugzeugen und Raumflugkörpern, insbesondere in Wasserfahrzeugen, vorzugsweise in einem U-Boot oder Luftkissenfahrzeug (Hovercraft), oder insbesondere in Landfahrzeugen, vorzugsweise in einem Personenkraftwagen, Lastkraftwagen oder Wohnmobil, und/oder in Luftfahrzeugen oder Fluggeräten der Luft- und Raumfahrt, vorzugsweise in Flugzeugen und Raumflugkörpern, Raketen und/oder Satelliten, oder in besonders reinen oder sauberen Umgebungen, insbesondere im Vakuum oder in einem Reinraum.
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