-
Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Tankcontainer mit einem Tank
und einem den Tank über Stirnrahmen
aufnehmenden Rahmenwerk. Dabei sind die Stirnrahmen im unteren Bereich über eine Längsrahmenstruktur
miteinander verbunden, die zwei seitliche Längsträger aufweist, wobei diese in
ihren Endbereichen jeweils über
eine Seitendiagonale und eine Bodendiagonale zusätzlich mit den Stirnrahmen
verbunden sind. Die Seitendiagonalen verlaufen dabei jeweils in
seitlichen Vertikalebenen schräg
zwischen Längsträger und
einer Eckstütze und
die Bodendiagonalen – ebenfalls
schräg – in einer
bodennahen Horizontalebene zwischen Längsträger und einem unteren Querholm.
Eckstütze
und unterer Querholm sind dabei Elemente der Stirnrahmen.
-
-
-
EP 04 25 190 A1 zeigt
spezielle Sattelelemente, die den Tank insbesondere im Bereich der Eckbeschläge mit dem
Stirnrahmen verbinden. So sollen Transport- und Umschlagkräfte möglichst
direkt und insbesondere im Bereich der unteren Eckbeschläge in die
Eckbeschläge übertragen
werden. Solche Sattelstrukturen haben jedoch den Nachteil, daß sie aufwendig
zu fertigen sind und eine Isolierung des Tanks erschweren, da zum
einen Isolierschichten und -abdeckungen in diesem Bereich unterbrochen werden
müssen
und zum anderen die speziellen Sattelstrukturen Wärmebrücken darstellen,
die eine große
Wärmeübertragung
zwischen Tank und Umgebung verursachen.
-
Um
dieses Problem zu lösen,
werden inzwischen überwiegend
Tankcontainer hergestellt, bei denen der Tank nur über Stirnringe
bzw. Stirnringsegmente mit dem Stirnrahmen verbunden ist. Zur Verstärkung und
Stabilisierung sind die Stirnrahmen untereinander, wenigstens im
Bereich der unteren Eckbeschläge,
mit zusätzlichen
Längsrahmenstrukturen versehen.
-
So
einen Tankcontainer zeigen die 7 bis 9.
Hier weist der Tankcontainer 50 einen Tank 52 auf,
der an seinen beiden Enden über
Stirnringkonstruktionen 54 mit den Stirnrahmen 56 verbunden
ist. Zwischen den oberen und unteren Eckbeschlägen 58 verlaufen hier
jeweils obere Längsträger 60 und
untere Längsträger 62. Üblicherweise
ist der Tankcontainer 50 beim Transport über die
unteren Eckbeschläge 58 auf
einem Trägerfahrzeug
(z.B. Sattelauflieger, Containertragwagen, Schiff) fixiert. Um die
in Transportrichtung entlang der Längsachse 64 wirkenden
Transportlasten, die durch Beschleunigungen verursacht werden, sicher
vom Tank in die Eckbeschläge 58 einzuleiten,
ist insbesondere im Bodenbereich eine sehr stabile Konstruktion
erforderlich. Dazu ist hier der Längsträger aus einem stabilen und
damit auch vergleichsweise schweren Warmwalzprofil (z.B. EPI 220)
hergestellt. Zusätzlich
ist die Anbindung an den Stirnrahmen durch Seitendiagonalelemente 66 und
Bodendiagonalelemente 68 verstärkt. Diese Boden- und Seitendiagonalelemente 64 und 66 sind
aus kompakten Rechteckrohrprofilen gebildet und verbinden die Längsholme 62 mit
den Querholmen 72 bzw. den Eckstützen 70 und. Eine solche
bekannte Konstruktion ist den 7 bis 9 entnehmbar.
-
Beim
Rangierbetrieb im Bahntransport können in Richtung der Längsachse 64 Beschleunigungskräfte auftreten,
die durch Be schleunigungen verursacht werden, die das vier- bis
sechsfache der Erdanziehung (g) betragen. Deswegen ist bei herkömmlichen
Tankcontainern der Längsträger 62 sehr stabil
ausgebildet. Nur so kann er die von den Boden- und Seitendiagonalen 68, 66 lokal
eingeleiteten Reaktionskräfte
ohne plastische Verformung aufnehmen. Vor allem die Rahmenbauteile
machen diese bekannte Konstruktion vergleichsweise schwer.
-
Von
dieser Problematik ausgehend besteht daher die Aufgabe der vorliegenden
Erfindung darin, einen stirngesattelten Tankcontainer mit einer
leichteren Rahmenstruktur bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe
kann darin bestehen, die Kraftübertragung zwischen
Tank und Rahmenstruktur so zu optimieren, daß die Rahmenstruktur und insbesondere
die Krafteinleitung zwischen Eckstützen, Seitendiagonalen und
Längsträgern bzw.
zwischen Querholmen, Bodendiagonalen und Längs trägern so gestaltet wird, daß insbesondere
diese Bauteile bei gleicher Stabilität leichter ausgeführt werden
können.
-
Diese
Aufgabe löst
der Tankcontainer gemäß Schutzanspruch
1, der sich dadurch auszeichnet, daß die Boden- und/oder Seitendiagonalen
ein offenes Querschnittsprofil aufweisen. So ein offenes Querschnittsprofil
erlaubt eine Gestaltung der entsprechenden Bauelemente (Boden- und/oder
Seitendiagonale), so daß die
bei Belastungen auftretenden Spannungen gleichmäßiger verteilt werden und lokale
Spannungsspitzen an den Verbindungsstellen der fraglichen Bauelemente
(Längsträger, Seitendiagonale,
Eckstütze;
Längsträger, Bodendiagonale,
Querholm) verringert werden. Der offene Profilquerschnitt erlaubt
eine "weiche" Anbindung, die eine
hohe Eigenelastizität
der Gesamtstruktur zuläßt, ohne
daß die
erforderliche Stabilität
zu stark verringert wird. So sind wesentlich leichtere Bauelemente
als Längsträger und
als Eckstützen
verwendbar, ohne daß die Festigkeit
der Gesamtstruktur zu stark absinkt.
-
In
der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 2 ist für die Seitendiagonale
ein offener Trapezquerschnitt vorgesehen, bei dem von einem Grundflansch
zwei Seitenschenkel jeweils in einem Winkel zwischen 145 und 165° abstehen.
Diese Gestaltung erlaubt einen verlängerten Anschlußabschnitt
der Seitendiagonalen an den Längsträgern und
an den Eckstützen.
Die speziell gewählte
Neigung gewährleistet
in den Randbereichen (d.h. im Bereich der Seitenschenkel) eine relativ
weiche und lange Kopplung mit der Oberseite des Längsträgers, die
zum Grundflansch hin allmählich
steifer wird. Unerwünschte
Punktlasten werden vermieden und Knickbeanspruchungen des Längsträgers verringert. Der
symmetrische Aufbau gemäß Schutzanspruch
3 erlaubt eine verschnittarme Herstellung der Seitendiagonalen durch
Ablängen
entsprechend profilierter Meterware.
-
Die
Weiterbildung der Erfindung gemäß Schutzanspruch
4 erlaubt eine weiter verbesserte Kraftübertragung zwischen Längsträger und
Eckstütze.
Die Längengestaltung
der Seitendiagonale gemäß Schutzanspruch
5 optimiert die freien Knicklängen
am Längsträger und
führt gemeinsam
mit der Maßnahme
gemäß Schutzanspruch
6 zu einer weiter materialoptimierten und damit gewichtsoptimierten Konstruktion.
-
Die
Ausführung
gemäß Schutzanspruch
7 verbessert den Kraftfluß zwischen
Seitendiagonale und Längsträger. Bei
dieser Ausführung
greift – bei entsprechender
Gestaltung des Längsträgers als Hohlprofil – der relativ
stabile Grundflanschbereich in einem relativ weichen Anschlußbereich
des Längsträgers an.
Dadurch wird auch hier eine elastische Bauteilkopplung mit verbesserter
Spannungsverteilung realisiert.
-
Die
Weiterbildungen der Erfindung, die in den Schutzansprüchen 8 bis
13 angegeben sind, betreffen die Gestaltung der Bodendiagonale,
die gemäß Anspruch
8 einen nach unten offenen Hutprofilquerschnitt aufweist. So ein
Hutprofil hat ähnliche strukturelle
Vorteile wie der oben dargestellte offene Trapezquerschnitt der
Seitendiagonale. Hier sind aber zusätzlich die freien Kanten der
Seitenschenkel durch zusätzliche
Krempenschenkel versteift (Schutzanspruch 9). Dadurch kann das Profil
insgesamt noch flacher ausgebildet werden und trotzdem eine entsprechende
Knick- bzw. Ausbeulstabilität aufweisen.
Diese flache Bauweise erlaubt vor allem im Anschlußbereich
der Bodendiagonalen an die stirnseiten Querholmen mehr Bodenfreiheit
für Anschlüsse bzw.
für Isolierungen
des Tanks.
-
Dieser
Effekt wird durch die Neigung gemäß Schutzanspruch 10 zusätzlich verstärkt; gleichzeitig verhindert
diese Gestaltung, daß sich
Nässe und Schmutz
auf dem Hauptflansch der Bodendiagonale sammelt und Korrosionsprobleme
verursacht. Die Winkelanordnung zum Längsträger gemäß Anspruch 11 erlaubt auch
hier eine strukturell besonders günstige Anbindung und eine verbesserte
Kraftübertragung
zwischen Querholm und Längslager.
-
Die
Verjüngung
gemäß Anspruch
12 erlaubt bei spannungsoptimierter Kraftübertragung zwischen Querholm
und Längsträger eine
gewichtsoptimierte Gestaltung der Bodendiagonale. Die Profiltiefe
des Hutprofils (Höhe
H) gemäß Anspruch
13 erlaubt die Verbindung eines relativ flachen (niedrigen) Querholms
an einen vergleichsweise hohen Längsholm (in
vertikaler Richtung gesehen) – auch
hier mit einer "weichen" Verbindung zwischen
Bodendiagonale und Längsträger bzw.
Querholm.
-
Die überlappenden
Anschlußbereiche
gemäß Anspruch
14 erlauben eine besonders knickoptimierte Krafteinleitung der Boden-
und Seitendiagonalen in die seitlichen Längsträger.
-
Die
Ausbildung des Längsträgers gemäß Schutzanspruch
15 erlaubt die weiter optimierbaren Krafteinleitungen in vertikaler
Richtung (Seitendiagonalen) und horizontaler Richtung (Bodendiagonalen) in
die Längsträger.
-
Die
Weiterbildung der Erfindung gemäß der Schutzansprüche 16 bis
18 erlaubt in Verbindung mit den besonderen Seiten- und Bodendiagonalen
eine gegenüber
herkömmlichen
Stirnringkonstruktionen erheblich leichtere Ausführung. Dabei ist das Koppelstutzensegment
gemäß Schutzanspruch
17 besonders montagefreundlich bei der Ausrichtung von Stirnrahmen
zu Tank, und die Weiterbildung gemäß Schutzanspruch 18 erlaubt
eine besonders wirtschaftliche Herstellung der Sattelringsegmente.
-
Ein
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird anhand der Zeichnungen beispielhaft erläutert; dabei
zeigen:
-
1 eine
Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Tankcontainers;
-
2 eine
geteilte Ansicht der Stirnrahmenseiten (von vorne und von hinten)
des in 1 dargestellten Tankcontainers;
-
3 eine
Schnittdarstellung einer Bodendiagonale (Ansicht Y aus 6);
-
4 eine
Schnittdarstellung der Seitendiagonale im Anschlußbereich
an die Eckstütze
(Schnitt A-A in 1);
-
5 eine
Schnittdarstellung des Anschlußbereichs
zwischen Tankende und Stirnrahmen (Schnitt B-B aus 1);
-
6 eine
Ansicht auf eine Bodendiagonale (Teilschnitt C-D aus 2);
-
7 eine
Seitenansicht eines Tankcontainers nach dem Stand der Technik;
-
8 eine
Teilansicht des Stirnrahmenbereichs des in 7 dargestellten
Tankcontainers (Schnitt A-A aus 7); und
-
9 eine
Ansicht auf eine Bodendiagonale des in 7 dargestellten
Tankcontainers (Ansicht Z aus 8).
-
Der
Grundaufbau eines erfindungsgemäßen Tankcontainers 1 wird
nun anhand der 1 und 2 näher erläutert. Der
Tankcontainer 1 umfaßt
einen Tank 2 und eine Rahmenstruktur, die den Tank 2 über Stirnrahmen 3 an
seinen Enden aufnimmt. Zur Kopplung ist zwischen den Stirnrahmen 3 und
den Enden des Tanks 2 jeweils eine Stirnringanordnung 4 vorgesehen,
die weiter unten näher
erläutert
wird. Zwischen den Stirnrahmen 3 verläuft im Bodenbereich eine Längsrahmenstruktur 5,
die insbesondere dazu dient, entlang der Tankachse 6 wirkende
Kräfte zu übertragen.
-
Der
Tank 2 ist in den 1, 2 und 5 durch
die strich-doppelpunktierte Linie dargestellt und wird aus einem
zylindrischen Körper 8 gebildet, dessen
Enden mit gewölbten
Böden 10 verschlossen sind.
Der Tank 2 weist weiterhin Armaturen und Anschlüsse auf,
die hier nicht dargestellt sind.
-
Die
linke Hälfte
der 1 zeigt eine Seitenansicht des Tankcontainers 1 und
die rechte Hälfte eine
Ansicht, bei der die vorderen Rahmenelemente weggeschnitten sind.
Beim dargestellten Tankcontainer handelt es sich um eine sogenannte
20'-Einheit, die
bei Tankcontainern besonders verbreitet ist, es sind aber auch 10'-, 30'- und 40'-Einheiten üblich.
-
Die
Längsrahmenstruktur 5 umfaßt hier
untere Längsträger 12,
deren Enden jeweils mit den Stirnrahmen 3 verbunden sind.
Zusätzlich
sind Seitendiagonale 14 vorgesehen, die schräg nach oben
verlaufend von den unteren Längsträgern ausgehend
zu den Stirnrahmen 3 führen.
Im Bodenbereich sind Bodendiagonalen 16 vorgesehen, die
sich in einer bodennahen Vertikalebene ebenfalls schräg vom unteren
Längsträger 12 ausgehend
zu den Stirnrahmen 3 erstrecken (siehe dazu auch 6).
-
Die 2 zeigt
ebenfalls in einer geteilten Ansicht die Stirnrahmen des Tankcontainers 1 aus 1.
Die linke Hälfte
zeigt dabei das vordere Ende und die rechte Hälfte das hintere Ende des Tankcontainers 1.
Als hinteres Ende wird bei Tankcontainern das Ende bezeichnet, an
dem stirnseitig (hier nicht dargestellte) Bodenarmaturen vorgesehen
sind.
-
Die
Stirnrahmen 3 sind jeweils aus Eckstützen 18, unteren Eckbeschlägen 20,
oberen Eckbeschlägen 22,
einem oberen Querholm 24, einem unteren Querholm 26 bzw. 26', oberen Sirndiagonalen 28 und
unteren Sirndiagonalen 30 aufgebaut.
-
Die
Seitendiagonalen 14 verbinden jeweils einen Abschnitt L
(siehe 6) an der Oberseite der unteren Längsträger 12 mit
einem Abschnitt M (siehe 1) an der dem Tank 2 zugewandten
Seite der Eckstützen 18.
Am stirnrahmenseitigen Anschlußende
der Seitendiagonale 14 ist ein Verstärkungsschuh 15 angeordnet.
-
Der
in 4 dargestellte Querschnitt der Seitendiagonale 14 zeigt
den Anschluß des
Verstärkungsschuhs 15 an
den Grundflansch 31 der Seitendiagonale 14, von
dem zwei Seitenschenkel 32 abgehen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel
stehen die Seitenschenkel 32 in einem Winkel γ von 155° vom Grundflansch 31 ab.
In anderen Ausführungen
beträgt
dieser Winkel zwischen 145 und 165°. Im dargestellten Ausführungsbeispiel
beträgt
die Tiefe t (siehe 6) der Seitendiagonale etwa
der halben Breite B des unteren Längsträgers 12. Sie sollte
jedoch wenigstens ein Drittel dieser Breite betragen.
-
Die
Seitendiagonalen 14 bilden mit dem unteren Längsträger einen
Winkel α (siehe 1)
von etwa 13°,
in anderen Ausführungen
schwankt dieser Winkel zwischen 10 und 16°. Dabei bilden die oberen oder äußeren Ränder der
Seitendiagonalen 14 obere Sehnen, welche die unteren Längsholme 12 in
drei etwa gleich lange Abschnitte T aufteilen. Die oberen bzw. inneren
Ränder
der Seitendiagonalen 14 bilden untere Sehnen, welche die äußeren Abschnitte
T etwa halbieren.
-
Der
oben beschriebene Aufbau und die Anordnung der Seitendiagonale 14 erlaubt
eine besonders spannungsgünstige
Lastübertragung
zwischen dem Anschlußbereich
M an den Eckstützen 18 und dem
Anschlußbereich
L am unteren Längsträger 12. Das
offene Trapezprofil gewährleistet
dabei günstige Spannungsübergänge bei
hoher Gestaltfestigkeit und geringem Gewicht.
-
Aufbau
und Anordnung der Bodendiagonale 16 werden nachfolgend
anhand der 3 und 6 erläutert. Die
in der 6 dargestellte Seitendiagonale verläuft von
einem Anschlußbereich
N an der inneren – der
Tankachse 6 zugewandten Seite des Längsträgers 12 zu einem Anschlußbereich
O an der hinteren – der
dem Tank 2 zugewandten – Seite des unteren Querholms 26'. Die Längsachse 33 der
Bodendiagonale 16 bildet dabei in der dargestellten Ausführung mit
dem unteren Längsträger 12 einen Winkel β von etwa
19°. In
anderen Ausführungen schwankt
dieser Winkel zwischen 15 und 24°.
-
3 zeigt,
daß die
Bodendiagonalen 16 als Hutprofil mit einem Hauptflansch 33,
zwei Seitenschenkeln 34 und 35 sowie zwei Krempenschenkeln 36 und 37 versehen
sind. Die Höhe
h der Bodendiagonalen 16 beträgt wenigstens ein Drittel der
Höhe H (1)
des Längsträgers 12.
Der Hauptflansch 33 verjüngt sich entlang der Achse 33' vom Anschlußbereich
O am unteren Querholm 26 bzw. 26' zum Anschlußbereich N am Längsträger 12,
so daß die
beiden Seitenschenkel einen Winkel von etwa 3° einschließen. In anderen Ausführungen
beträgt
dieser Winkel zwischen 0 und 5°.
-
Zusätzlich weist
der Hauptflansch zur Horizontalen eine Neigung von etwa 5° auf. In
anderen Ausführungen
beträgt
diese Neigung wenigstens 2°. Diese
Maßnahme
verhindert, daß sich
Wasser oder Schmutz auf der Oberseite der Bodendiagonale 16 ansammelt.
-
Der
in 3 dargestellte Hutprofilquerschnitt der Bodendiagonale 16 zeigt,
daß die
Seitenschenkel 34 und 35 nahezu vertikal und die
Krempenschenkel 36 und 37 nahezu horizontal verlaufen.
In anderen Ausführungen
sind die Seitenschenkel 34 und 35 weiter geöffnet und
schließen
mit dem Hauptflansch 33 jeweils einen Winkel zwischen 90
und 135° ein.
Die Krempenschenkel 36 und 37 können ebenfalls
um einen Winkel zwischen 0 und 5° zur
Horizontalen geneigt sein, damit sich an deren Oberseiten keine
Ablagerungen bilden.
-
Der
oben beschriebene Aufbau und die Anordnung der Bodendiagonale 16 erlaubt
bei flacher Bauweise eine spannungsoptimierte Kraftübertragung
zwischen den unteren Querholmen 26 und 26' und den Längsträgern 12.
Dabei gewährleisten
die Krempenschenkel 36 und 37 eine weiche Anbindung an
die Längsträger 12 bzw.
die unteren Querholme 26 und 26' und bieten gleichzeitig bei flacher
Bauweise eine vergleichsweise hohe Knickstabilität gegen Druckkräfte entlang
der Hauptachse 33'.
-
Im
dargestellten Ausführungsbeispiel
sind die Längsträger 12 aus
einem Vierkantrohr mit einem quadratischen Querschnitt ausgebildet.
Dabei weisen die Anschlußbereiche
L und N der Seitendiagonalen 14 bzw. der Bodendiagonalen 16 eine Überlappung
(schraffierter Bereich in 6) von etwa
85% bezogen auf den kürzeren
Anschlußbereich
(hier N) auf. In anderen Ausführungen
sollte diese Überlappung
wenigstens 50% betragen, so daß die
in unterschiedlichen Ebenen angreifenden Kräfte an den Längsträgern 12 spannungsoptimiert
angreifen. So können
die resultierenden Spannungen auf das vorhandene Querschnittsprofil
und die zur Verfügung stehenden
freien Knicklängen
abgestimmt werden.
-
5 zeigt
den Aufbau der Stirnringanordnung 4. An den gewölbten Böden 10 des
Tanks 2 sind dabei jeweils zylindrische Sirnringe bzw.
Stirnringsegmente 38 angeordnet, die über konische Sattelringsegmente 39 bzw.
Sattelringe mit den Stirnrahmen 3 verbunden sind. An den
zum Tank weisenden engen Enden der Sattelringsegmente 39 sind
zylindrische Koppelstutzensegmente 40 bzw. Koppelstutzen
ausgebildet, die jeweils mit ihren inneren zylindrischen Umfangsflächen die äußeren zylindrischen Umfangsflächen der
Stirnringsegmente 38 umfassen und bei der Montage zur Positionierung
auf diesen verschoben werden können.
Das Koppelstutzensegment 40 kann beispielsweise an das
konische Sattelringsegment 39 einstückig angebördelt sein. Es kann aber auch
als Ringstück
angesetzt werden.
-
Das
weite Ende des konischen Sattelringsegments 39 ist über seine
Stirnfläche
mit den Eckstützen 18,
den oberen Stirndiagonalen 28 sowie den unteren Stirndiagonalen 30 verbunden.
Stirnringsegmente 38 und konische Sattelringsegmente 39 können entweder
einen geschlossenen Ring bilden (siehe Ansicht von vorne in 2)
oder können
unterbrochen ausgebildet sein (siehe Ansicht von hinten 2)
und entsprechende Aussparungen für
die Anordnung von Armaturen oder anderen Anbauteilen am Tank 2 freilegen.
Die konische Gestaltung erlaubt eine materialsparende und dünnwandige
Ausführung der
Stirnringanordnung 4 und stellt dabei eine stabile Verbindung
zwischen Tank 2 und Stirnrahmen 3 sicher. Im dargestellten
Ausführungsbeispiel
beträgt der Öffnungswinkel
des konischen Sattelringsegments etwa 45°. In anderen Ausführungen
kann dieser Öffnungswinkel
zwischen 30 und 60° liegen.
-
Im
dargestellten Ausführungsbeispiel
weist die Seitendiagonale 14 ein offenes Trapezprofil auf und
die Bodendiagonale 16 ein Hutprofil. In anderen Ausführungen
kann auch die Bodendiagonale 16 ein Trapezprofil aufweisen
bzw. die Seitendiagonale 14 ein Hutprofil.
-
Der
Grundflansch 31 des Trapezprofils und der Hauptflansch 33 des
Hutprofils sind in den 3 und 4 eben dargestellt.
Insbesondere diese Flansche 31 und 33 können zur
Verbesserung ihrer strukturellen Eigenschaften zusätzliche
Kantungen oder Profilierungen aufweisen.
-
Weitere
Ausführungen
und Variationen ergeben sich für
den Fachmann im Rahmen der nachfolgenden Schutzansprüche.