JP5305198B2 - 低温燃料用外側タンク - Google Patents

Description

本発明は、外側タンク内にある内側タンクに存在する低温燃料用の自動車外側タンクに関する。

低温燃料用外側タンクは例えば米国特許第６，３４７，７１９号明細書から公知である。この公知の外側タンクは、成層圏飛行体用に計量構造で構成されている。この外側タンクは球状に形成され、サンドイッチ壁により形成されている。このサンドイッチ壁から離れて内側に、金属から成る同様に球状の壁が内側タンクとして設けられている。内側壁とサンドイッチ外側壁は、容器の互いに向き合う子午線の所で、溶接により互いに結合され、それにより複合構造が与えられ、即ち外側タンクは自己支持的ではない。このような外側タンクは、その球状構成のためかさばり、めんどうにかつ大きい利用場所を使って自動車に組込まれる。この公知の外側タンクの別の欠点は、特に外側タンク及び内側タンクが一緒にのみ製造可能で、個別部分の組合わせ前にその大きいもろさがあることである。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０１６３０２９号明細書から、たる状の高圧水素タンクが公知であり、内側のポリエチレン内張りは、外方湾曲効果を防止する外側巻線により包囲されている。更に内張りの内側は水素阻止層を備えている。このようなタンクも同様に特に自動車製造において場所の問題を生じる。

大きい面積を持ち膨らむ危険のある容器の通常の補強手段は、大抵の場合非常に大きくて重い。即ち厚い板壁は、低温内側タンクにおける費用のかかる製造技術及び使用される多くの橋絡板又は隔壁板の原因となり、その結果大きい重量を生じる。大気圧により生じる外側タンクのへこみを防止するため、橋絡板を溶接されるこれらの内側タンク補強手段は、低温外側タンクに使用することはできない。なぜならば、これは内側タンク支持を可能にせず、内側タンクと外側タンクとの間に内側タンクを絶縁する複数の層が存在せねばならず、従ってこのような内側タンク補強体用の場所がないからである。更に外側タンクと内側タンクとの間に、熱的橋絡が行われてはならない。

本発明の課題は、自動車特に乗用自動車のようなこじんまりした自動車に使用するため、低温燃料用のなるべく自己支持式の外側タンクを提供し、自動車の狭い場所状態でも簡単に収容可能にすることである。別の重要な観点は、外側タンクが簡単に製造可能であり、例えばロボットにより自動組立て（溶接）可能にすることである。更に外側タンクは僅かな重量しか持たないようにする。

本発明によればこの課題は、外側タンクが偏平な平行六面体として形成され、外側タンクの最も大きい側壁が、これらの最も大きい側壁に取付けられるサンドイッチ板により少なくとも部分的に補強されているものにおいて、最も大きい側壁が周範囲に外方へ向く縁条溝又は湾曲部を持ち、サンドイッチ板が少なくともこの縁条溝又は湾曲部の所まで延び、そこで少なくともその上側帯を外側タンクの最も大きい側壁に溶接され、サンドイッチ板の上側帯がその最も高い範囲と共に１つの平面にあることによって解決される。

第１の実施形態では、外側タンクの平らな側壁に、上側帯及び下側帯を備えたサンドイッチ板が取付けられ、特に接着されている。

別の実施形態は、外側タンクの平らな側壁に、上側帯を持つけれども下側帯を持たないサンドイッチ板が接着され、外側タンクの側壁が下側帯として用いられ、かつサンドイッチ板の一部であることを特徴としている。

サンドイッチ板の少なくとも上側帯、なるべくその上側帯及び下側帯が、その縁を外側タンクの側壁に、溶接継ぎ目により結合されていると、容器剛性を著しく高めることができる。

外側タンクの側壁が変形工程特に深絞り工程のような冷間変形工程で製造され、サンドイッチ板が、縁側で硬化特に冷間硬化される側壁の稜範囲の所まで延び、そこでこの稜範囲に溶接されている。

特に良く空間を利用する外側タンクでは、側壁が周範囲に外方へ向く縁条溝又は湾曲部を持ち、サンドイッチ板が少なくともこの縁条溝の所まで延び、そこで少なくともその上側帯を外側タンクの側壁に溶接され、サンドイッチ板の上側帯がなるべく縁条溝即ちその最も高い範囲と共に１つの平面にある。この縁条溝は、タンクの高さを大きくする必要なしに、外側タンクと内側タンクとの間にある導管を収容するのに用いることができる。

好ましい実施形態によれば、サンドイッチ板が、車体板のように外側タンクに隣接する側板の所まで延び、この側板に固定的に結合され、例えばねじ止めされ、それにより外側タンクが隣接する車体板の補強にも寄与する。

外側タンクの側壁からサンドイッチ板が剥離するのを更に防止するため、サンドイッチ板で補強される外側タンクの側壁に、この側壁に対して直角に伸びかつサンドイッチ板を貫通するＴボルトが取付けられ、サンドイッチ板がＴボルトにおけるねじ止めにより外側タンクに留められている。

溶接による歪みをできるだけ減少するため、サンドイッチ板を外側タンクに結合する溶接継ぎ目が、段付けされた溶接継ぎ目として形成されているのがよい。

本発明による外側タンクが１つの大きさ範囲内で外圧に最もよく耐えることが実際にわかった。従って外側タンクが１００〜５００ｍｍなるべく２００〜３５０ｍｍの高さ、及び５００〜１４００ｍｍなるべく７００〜１０００ｍｍの長さ又は幅を持っているのがよい。

サンドイッチ板が５〜２０ｍｍの厚さを持っているのがよい。

モーメント推移に最適に合わされる実施形態は、サンドイッチ板が、縁範囲に対して厚くされた支持芯特にハニカム芯を有する中心範囲を持っていることを特徴としている。

サンドイッチ板の周縁における剛性急変を回避するため、サンドイッチ板が、その周縁範囲において周縁の所まで高さを減少し、なるべく周縁範囲に支持芯が設けられている。

サンドイッチ板と外側タンクの側壁との申し分のない接着を保証するために、サンドイッチ板と外側タンクの側壁との接触面が、接着剤硬化を促進しかつガスを抜くための排気通路を持ち、これらの排気通路が接着剤層にある通路及び／又は外側タンクの側壁にあるひれ及び／又はサンドイッチ板にある穴により形成されている。

サンドイッチ板が外側タンクのそばに設けられるタンク付属物（弁等）用付加システム箱の所まで導かれ、付加システム箱に固定的に結合され、例えばねじ止めされ、それによる付加システム箱が外側タンクの補強に寄与する。

重量低減のため、外側タンクの側壁及びサンドイッチ板の上側帯及び下側帯が、アルミニウムまたはアルミニウム合金から形成され、なるべく支持芯もアルミニウム又はアルミニウム合金から形成されているのがよい。

外側タンクの稜範囲及び狭い方の側がサンドイッチ補強を持っていないのがよい。

本発明が、図面に概略的に示されている複数の実施例によって以下に説明される。

図１及び２に示す自動車用タンク１は、低温燃料の貯蔵に用いられる。このタンクは、外側タンク２と、熱橋絡を回避するため外側タンク２に直接結合されてない内側タンク３とにより形成され、内側タンク３が低温燃料の収容に用いられる。

外側タンク２は自己支持式に形成され、かつ重量上の理由からなるべくアルミニウム板即ちアルミニウム合金製板から深絞りされるか又は他の方法により変形される２つの板から製造されて溶接継ぎ目４により互いに結合される２つのタンク半分２’，２”により形成されている。高さは１００〜５００ｍｍなるべく２００〜３５０ｍｍ、幅６及び長さ７は５００〜１４００ｍｍなるべく７００〜１０００ｍｍである。深絞り工程の結果、丸められる稜範囲８が冷間硬化される。

この外側タンクの上側及び下側従って外側タンクの最も大きい側壁１３に、なるべくアルミニウムハニカムサンドイッチ板として構成されるそれぞれ１つのサンドイッチ板９が接着されている。ハニカムサンドイッチ板では、ハニカムにより閉じ込められる空気が熱絶縁作用し、それにより耐火性が改善される。このサンドイッチ板９は、図３に概略的に示すように、中心又は中心範囲１０に圧縮されたハニカム配置を持ち、空気圧によりこの中心範囲１０に強く現れるへこみ荷重に一層よく耐える。これによりサンドイッチ板９の厚さ１１を最小にすることができる。

各サンドイッチ板９は、接着剤層１４によりその下側帯１２を外側タンク２の側壁１３に直接接着されている。接着剤として、高いせん断強度及びはぎ取り強度を持つ２成分接着剤がよいことがわかった。接着膜も使用できる。なぜならば、これらの接着膜により同様に高いはぎ取り力が得られるからである。申し分のない接着剤硬化を保証しかつその際生じるガスを接着剤層１４から排出するため、接着剤層は排気通路１５を設けられている。このような通路１５は、サンドイッチ板９にある穴により又は外側タンクの側壁にあるひれ状隆起によって形成することもできるであろう。

図５からわかるように、サンドイッチ板９の周縁範囲１６は楔状に形成され、即ち上側帯１７は下側帯１２へ導かれ、この先細りになる縁範囲１６にはハニカムは存在しないので、サンドイッチ板９から側壁１３への移行部即ち側壁の稜範囲８における極度に大きい剛性急変が回避又は減少される。サンドイッチ板９は、アルミニウムなるべくアルミニウム合金から成る上側帯１７及び下側帯１２を持っている。

上側帯１７及び下側帯１２は、外側タンク２の側壁１３の稜範囲８において側壁に溶接され、溶接継ぎ目１８は連続して延びるか、又は歪みの危険を少なくするため中断される溶接継ぎ目として構成されている。

特に好ましい実施例が、図６にかつ詳細に図９に示されている。この実施例によれば、外側タンク２の側壁１３は外方へ向く縁条溝１９又は湾曲部をもっている。ここでもサンドイッチ板９の下側帯１２及び上側帯１７は、外側タンクの側壁１３に、冷間硬化される稜範囲８において溶接されている。縁条溝１９により、真空空間として形成されている外側タンク２の内部即ち外側タンク２と内側タンク３との間に、導管２０用の場所が与えられる。特に側壁１３の周囲に延びる縁条溝１９により側壁１３に凹所が形成されて、サンドイッチ板９の収容に用いられるので、この縁条溝１９によって利用可能なタンク高さが増大することはない。ここでもサンドイッチ板９の縁範囲１６はハニカムなしに構成されているので、縁範囲における剛性の急変が回避されるか又は減少される。

縁条溝１９の別の利点は、それにより外側タンク２の深絞りされる両方の部分２’，２”の一層良好な形状精度及び寸法精度が与えられることである。

図７に示す実施例によれば、タンク１用の弁のようなタンク付属物を収容する付加システム箱２１は、それ自体剛性ハウジングとして構成されかつ外側タンク２に隣接して設けられ、サンドイッチ板９の端部範囲に例えば結合ねじ２２により結合され、それにより付加システム箱２１は外側タンク２の補強に寄与する。

図８に示す実施例では、外側タンク２が車体範囲に対する補強部として設けられ、車体板２３が、外側タンク２の稜範囲８から突出するサンドイッチ板９の縁範囲１６に、例えば結合ねじ２２により結合されている。

図８からわかるＴボルト２４は、外側タンク２の側壁１３に取付けられ、サンドイッチ板９の切欠き２５を通って突出している。Ｔボルト２４上にねじはめられるナット２６及びワッシャにより、サンドイッチ板９が外側タンク２の側壁１３に留められるので、側壁１３からのサンドイッチ板９のはぎ取り従って側壁１３のへこみが確実に防止される。

図１０に示す実施例では、サンドイッチ板９は上側帯１７のみを持っている。この場合ハニカムは、直接に即ち下側帯１２なしに側壁１３に接着され、それにより例えば深絞り等により生じる凹凸のように、外側タンク２の側壁の製造の不正確さを補償することができる。この場合側壁１３自体は下側帯を形成するので、側壁１３はサンドイッチ板９に合体され、従ってそれ自体サンドイッチ板とみなされる。図９による実施例でも、図１０による実施例でも、上側帯１７はほぼ平らに縁条溝１９に続いている。

図１０に示す実施例の別の利点は、小さい穴を備えているハニカムを経て脱ガスを行えることである。更に重量に特有な曲げ抵抗モーメントが一層大きいことである。なぜならば、ハニカムの高さは、下側ベルトの厚さだけ大きく設定できるからである。更に下側ベルトがないので、重量低減も行われる。上側帯１７と外側タンクの稜範囲８との間にのみ限られる溶接継ぎ目１８の形成も、サンドイッチ板９の２つの板即ち上側帯及び下側帯を同時に縁範囲１６に溶接せねばならない場合より容易である。

補強すべき側壁１３への接着剤の塗布も、側壁１３のへこむ危険のある面へサンドイッチ板９の裁断されたサンドイッチ板９の押付けも、量産車体における接着剤塗布と同じように、即ちロボット又は接着フィルムにより全自動的に行われる。サンドイッチ板９と外側タンク２の側壁１３との溶接も、同様にロボットにより行うことができる。

本発明は図面に示された実施例に限定されず、種々の点で修正可能であり、それにもかかわらず本発明の基礎になっている課題を解決する。外側タンクは直径より小さい高さの円筒形状を持っていてもよく、その際円形面はサンドイッチ板で覆われるか、図１０に示すようにサンドイッチ板として構成されている。これにより同様に偏平構造が得られる。

外側タンクの側面図を示す。 外側タンクの平面図を示す。 本発明による外側タンクのために使用されるようなサンドイッチ板の断面図を示す。 外側タンクの側壁とサンドイッチ板との間の接着面の正面図を示す。 サンドイッチ板の周縁範囲及びサンドイッチ板と外側タンクの側壁との結合部の構成の実施例を示す。 サンドイッチ板の周縁範囲及びサンドイッチ板と外側タンクの側壁との結合部の構成の別の実施例を示す。 サンドイッチ板の周縁範囲及びサンドイッチ板と外側タンクの側壁との結合部の構成の別の実施例を示す。 サンドイッチ板の周縁範囲及びサンドイッチ板と外側タンクの側壁との結合部の構成の別の実施例を示す。 図６に示す実施例を詳細に示す。 別の実施例を図９と類似な図で示す。

Claims (13)

1. 外側タンク（２）と外側タンク（２）内にあって低温燃料を収容する内側タンク（３）とにより形成される自動車外側タンクであって、外側タンク（２）が偏平な平行六面体として形成され、外側タンク（２）の最も大きい側壁（１３）が、これらの最も大きい側壁（１３）に取付けられるサンドイッチ板（９）により少なくとも部分的に補強されているものにおいて、最も大きい側壁（１３）が周範囲に外方へ向く縁条溝（１９）又は湾曲部を持ち、サンドイッチ板（９）が少なくともこの縁条溝（１９）又は湾曲部の所まで延び、そこで少なくともその上側帯（１７）を外側タンク（２）の最も大きい側壁（１３）に溶接され、サンドイッチ板（９）の上側帯（１７）がその最も高い範囲と共に１つの平面にあることを特徴とする、自動車外側タンク。
2. 外側タンク（２）の最も大きい側壁（１３）に、上側帯（１７）及び下側帯（１２）を備えたサンドイッチ板（９）が取付けられていることを特徴とする、請求項１に記載の外側タンク。
3. 外側タンク（２）の最も大きい側壁（１３）に、上側帯（１７）を持つけれども下側帯を持たないサンドイッチ板（９）が接着され、外側タンク（２）の最も大きい側壁（１３）が下側帯として用いられ、かつサンドイッチ板（９）の一部であることを特徴とする、請求項１に記載の外側タンク。
4. サンドイッチ板（９）の少なくとも上側帯（１７）が、その縁を外側タンク（２）の最も大きい側壁（１３）に、溶接継ぎ目（１８）により結合されていることを特徴とする、請求項１〜３の１つに記載の外側タンク。
5. 外側タンク（２）の最も大きい側壁（１３）が変形工程で製造され、サンドイッチ板（９）が、縁側で硬化される最も大きい側壁（１３）の稜範囲（８）の所まで延び、そこでこの稜範囲に溶接されていることを特徴とする、請求項１〜４の１つに記載の外側タンク。
6. サンドイッチ板（９）を外側タンク（２）に結合する溶接継ぎ目（１８）が、中断される溶接継ぎ目として形成されていることを特徴とする、請求項１〜５の１つに記載の外側タンク。
7. 外側タンク（２）が１００〜５００ｍｍの高さ（５）、及び５００〜１４００ｍｍの長さ（７）又は幅（６）を持っていることを特徴とする、請求項１〜６の１つに記載の外側タンク。
8. サンドイッチ板（９）が５〜２０ｍｍの厚さ（１１）を持っていることを特徴 とする、請求項１〜７の１つに記載の外側タンク。
9. サンドイッチ板（９）が、ハニカム芯を有する中心範囲（１０）を持っていることを特徴とする、請求項１〜８の１つに記載の外側タンク。
10. サンドイッチ板（９）と外側タンク（２）の最も大きい側壁（１３）との接触面が、接着剤硬化を促進しかつガスを抜くための排気通路（１５）を持ち、これらの排気通路が接着剤層（１４）にある通路（１５）及び／又は外側タンク（２）の最も大きい側壁（１３）にあるひれ及び／又はサンドイッチ板（９）にある穴により形成されていることを特徴とする、請求項１〜９の１つに記載の外側タンク。
11. 外側タンク（２）の最も大きい側壁（１３）及びサンドイッチ板（９）の上側帯（１７）及び下側帯（１２）が、アルミニウムまたはアルミニウム合金から形成されていることを特徴とする、請求項１〜１０の１つに記載の外側タンク。
12. 外側タンク（２）の稜範囲（８）及び最も大きい側壁以外の側壁がサンドイッチ補強を持っていないことを特徴とする、請求項１〜１１の１つに記載の外側タンク。
13. 内側タンク（３）が、外側タンク（２）に作用する空気圧力による荷重を受けていないことを特徴とする、請求項１〜１２の１つに記載の外側タンク。

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