DE102022128202A1

DE102022128202A1 - Tragrahmen für Druckbehälter

Info

Publication number: DE102022128202A1
Application number: DE102022128202.3A
Authority: DE
Inventors: Christian Rasche; Oliver Bär
Original assignee: Worthington Cylinders GmbH
Current assignee: Worthington Cylinders GmbH
Priority date: 2022-10-25
Filing date: 2022-10-25
Publication date: 2024-04-25
Also published as: WO2024088761A1; DE102022128202A9

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Tragrahmen für die Befestigung von Druckbehältern, mit zwei Seitenstreben (2), zwischen denen sich mindestens eine Querstrebe (3) erstreckt, wobei zwischen den Seitenstreben (2) eine Mehrzahl von Druckbehältern positionierbar sind, die an einem Ende ein Halsstück aufweisen, und wobei für jeden Druckbehälter an der Querstrebe (3) ein Halter befestigt ist, an dem das Halsstück des Druckbehälters befestigbar ist.Aufgabe der Erfindung ist es, einen kostengünstigen Tragrahmen bereitzustellen, der sehr flexibel einsetzbar ist.Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass sich entlang der Querstrebe (3) mindestens eine Befestigungsnut (11) erstreckt und dass jeder Halter ein Befestigungsmittel (12) aufweist, das in die Befestigungsnut (11) der Querstrebe (3) eingreift.

Description

Die Erfindung betrifft einen Tragrahmen für die Befestigung von Druckbehältern. Der Tragrahmen weist zwei Seitenstreben auf, zwischen denen sich mindestens eine Querstrebe erstreckt, wobei zwischen den Seitenstreben eine Mehrzahl von Druckbehältern positionierbar sind, die an einem Ende ein Halsstück aufweisen, und wobei für jeden Druckbehälter an der Querstrebe ein Halter befestigt ist, an dem das Halsstück des Druckbehälters befestigbar ist.
Ein derartiger Tragrahmen ist in der Patentanmeldung DE 10 2021 109 703 der Anmelderin offenbart. Hier ist erläutert, dass Druckbehälter für die Aufnahme von Gas wie Wasserstoff oder Flüssiggas häufig als Composite-Druckbehälter sowie mit einem Liner aus Kunststoff oder auch aus Metall, z.B. Aluminium, ausgebildet sind, und meist zwei im Halsbereich angeordneten Halsstücken aus Metall sowie mit einer den Liner verstärkenden Wicklung eines Faserverbundwerkstoffes aufweisen. Derartige Druckbehälter sind zum Beispiel aus der Druckschrift WO 99/27293 A2 bekannt. Die Halsstücke werden auch als Endboss bezeichnet und dienen der Befestigung eines Befüll- und Entnahmeventils. Derartige Ventile können an beiden Enden des Druckbehälters vorgesehen sein. Alternativ kann ein Ende des Druckbehälters verschlossen sein. Mit den Halsstücken werden die Druckbehälter auch an Befestigungssystemen angebracht, mit denen mehrere Druckbehälter beispielsweise an einem Fahrzeug befestigt werden können, und welche den hier beschriebenen Tragrahmen umfassen.
Befestigungssysteme für Druckbehälter sind z.B. aus den Druckschriften CA 2 384 915 C , US 2004/9056164 A1 und US 2017/0370527 A1 bekannt. Der in der DE 10 2021 109 703 zu erkennende Tragrahmen weist zwei Seitenstreben auf, die hier Längsprofile genannt werden und die aus abgekanteten Metallblechen bestehen. Er weist ferner zwei Querstreben auf, die hier als Querprofile bezeichnet werden und die aus spanend bearbeiteten Metallprofilen insbesondere Aluminiumprofilen bestehen.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen kostengünstigen Tragrahmen bereitzustellen, der sehr flexibel einsetzbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass sich entlang der Querstrebe mindestens eine Befestigungsnut erstreckt und dass jeder Halter ein Befestigungsmittel aufweist, das in die Befestigungsnut der Querstrebe eingreift.
Mit anderen Worten weist die Querstrebe, die sich zwischen den zwei Seitenstreben erstreckt, eine Befestigungsnut auf, die sich in axialer Richtung der Querstrebe erstreckt. Insbesondere kann die Querstrebe ein extrudiertes Profil sein. In diesem Fall erstreckt sich die Befestigungsnut über die gesamte Länge der Querstrebe. Die Befestigungsnut kann zur Anordnung von Befestigungsmitteln verwendet werden, welche kostengünstig und sehr flexibel in der Befestigungsnut angeordnet werden können. Die Befestigungsmittel können entlang der Befestigungsnut verschoben werden, sodass ihre Position entlang der Länge der Querstrebe variabel gewählt werden kann. Insbesondere wenn die Querstrebe ein extrudiertes Profil ist, insbesondere ein stranggepresstes Aluminiumprofil, sind die Herstellungskosten der Querstrebe im Vergleich zu einer spanend bearbeiteten Querstrebe gering. Die Flexibilität, die durch die entlang der Länge der Querstrebe verschiebbare Befestigungsposition der Befestigungsmittel erreicht wird, ermöglicht in der Praxis ein spannungsfreies Befestigen der Druckbehälter.
In der Praxis kann die Befestigungsnut an ihren beiden Rändern zur Mitte der Befestigungsnut hin vorspringende Randabschnitte aufweisen. Diese Wandabschnitte können von dem Befestigungsmittel hintergriffen werden. Insbesondere kann das Befestigungsmittel einen Kulissenstein oder einen schwalbenschwanzförmigen Profilkörper aufweisen, der in die Befestigungsnut eingreift und entlang der Länge der Befestigungsnut verschiebbar ist. In der Praxis kann das Befestigungsmittel ein Klemmelement aufweisen, mit dem das Befestigungsmittel in der Befestigungsnut fixierbar ist. Insbesondere kann das Klemmelement eine Klemmschraube sein. Mit der Klemmschraube kann beispielsweise der Kulissenstein zum Befestigungsmittel hingezogen werden und auf diese Weise den Rand der Befestigungsnut einklemmen. Es können aber auch andere Klemmelemente oder Spannelemente verwendet werden. Beispielsweise sind Schnellspannhebel bekannt, welche über einen Exzenter eine Zugkraft erzeugen und dadurch ein Festspannen des Kulissensteins in der Befestigungsnut bewirken können. Es können aber auch andere bekannte Spannmittel eingesetzt werden.
In der Praxis kann der Tragrahmen erste Befestigungselemente für mindestens eine Rohrleitung aufweisen, wobei jedes Befestigungselement ein Befestigungsmittel aufweist, das in eine Befestigungsnut der Querstrebe eingreift. Mit anderen Worten werden an der Querstrebe nicht nur die Befestigungsmittel für die Halter der Druckbehälter über eine Befestigungsnut an der Querstrebe festgelegt. Es sind weitere Befestigungsmittel vorgesehen, mit denen eine Rohrleitung an der Querstrebe festgelegt werden kann. In der Praxis kann der Tragrahmen zweite Befestigungselemente für mindestens ein Kabel aufweisen, wobei jedes zweite Befestigungselement ein Befestigungsmittel aufweist, das in eine Befestigungsnut der Querstrebe eingreift. Auf diese Weise werden ähnliche Befestigungsmittel für alle an der Querstrebe zu befestigenden Bauelemente verwendet, nämlich für die Halter der Druckbehälter sowie für die Befestigungselemente von Rohrleitungen und Kabeln.
In der Praxis kann der Tragrahmen eins oder mehrere der folgenden Merkmale aufweisen:

• die Befestigungsmittel der Halter greifen in eine erste Befestigungsnut der Querstrebe ein und die Befestigungsmittel der ersten und zweiten Befestigungselemente greifen in eine zweite Befestigungsnut der Querstrebe ein;
• die erste Befestigungsnut befindet sich in einer ersten Fläche der Querstrebe;
• die erste Fläche weist in der Gebrauchsstellung des Tragrahmens nach oben;
• die zweite Befestigungsnut befindet sich in einer zweiten Fläche der Querstrebe, welche zur ersten Fläche der Querstrebe geneigt verläuft;
• die zweite Fläche weist in der Gebrauchsstellung des Tragrahmens nach außen.

Dadurch, dass die Befestigungsnut für die Halter der Druckbehälter auf der nach oben weisenden Fläche der Querstrebe angeordnet ist, können sich die Halter der Druckbehälter auf dieser Fläche abstützen. Das hohe Gewicht der Druckbehälter wird auf diese Weise sicher in die Querstrebe eingeleitet. Die Rohrleitungen und Kabel, welche zu den Halsstücken der Druckbehälter führen, leiten deutlich geringere Kräfte in die ihnen zugeordneten Befestigungselemente ein als die Druckbehälter. Ihre Befestigungselemente können problemlos an der Außenseite, d. h. vom Inneren des Tragrahmens wegweisenden Seite, befestigt werden.
In der Praxis kann sich entlang der Querstrebe mindestens ein Kanal erstrecken, und eine Befestigungsschraube kann in das Ende des Kanals eingeschraubt sein. Insbesondere wenn die Querstrebe im Strangpressverfahren z.B. aus Aluminium extrudiert ist, kann ihr Profil mit weiteren Profilabschnitten versehen werden, die der Montage der Querstrebe dienen. Insbesondere können mehrere Kanäle entlang der Länge der Querstrebe verlaufen, deren Enden jeweils mit einem Innengewinde versehen werden, in welches eine Befestigungsschraube eingeschraubt werden kann.
In der Praxis kann die Befestigungsschraube eine Seitenplatte am Ende der Querstrebe befestigen. Die Seitenplatte kann mit einer Seitenstrebe verschraubt sein.
Ferner kann der Tragrahmen in der Praxis mindestens eins der folgenden Merkmale aufweisen:

• jede Seitenstrebe hat ein L-förmiges Profil;
• jede Seitenstrebe besteht aus einem extrudierten Profil;
• die Querstrebe verbindet erste Ende der Seitenstreben;
• zwischen den zweiten Enden der Seitenstreben erstreckt sich eine Verbindungsstrebe.

Die Verbindungsstrebe kann identisch zur Querstrebe ausgebildet sein. Insbesondere, wenn die Druckbehälter an beiden Enden Halsstücke aufweisen, welche der Entnahme oder der Zufuhr von Gas dienen, können diese Halsstücke auf identische Weise an den quer verlaufenden Streben des Tragrahmens befestigt werden. Wenn das zweite Ende des Druckbehälters dagegen nicht für die Entnahme oder die Zufuhr von Gas verwendet wird, kann eine einfache Profilstrebe zwischen den zweiten Enden der Seitenstreben angeordnet werden, welche den Tragrahmen stabilisiert.
Weitere praktische Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben.

1 zeigt eine dreidimensionale Ansicht eines Trägers von vorne, an dem über vier Halter vier Druckbehälter befestigt sind
2 zeigt eine dreidimensionale Explosionsansicht des Tragrahmens aus 1.
3 zeigt eine vergrößerte Ansicht der vorderen linken Ecke des Tragrahmens aus 2.

In den 1 und 2 ist ein Tragrahmen für fünf Druckbehälter 1 zu erkennen, der als geschlossener Rahmen mit zwei Seitenstreben 2 einer vorderen Querstrebe 3 und einer hinteren quer verlaufenden Verbindungsstrebe 4 (2) ausgebildet ist. Die hintere Verbindungsstrebe 4 kann identisch zur vorderen Querstrebe 3 ausgebildet sein und identische Befestigungsmittel aufnehmen. Sie kann aber auch unterschiedlich ausgebildet sein, wenn an ihr weniger oder keine Befestigungsmittel angebracht werden.
Die Druckbehälter 1 können insbesondere der Aufnahme von gasförmigem Kraftstoff für Fahrzeuge dienen, beispielsweise Flüssiggas oder Wasserstoff. An den Halsstücken der Druckbehälter 1 sind die in 1 erkennbaren Entnahmeventile 5 angeordnet, welche die Strömung des Gases beim Betanken und Entleeren der Druckbehälter 1 steuern. An der vorderen Querstrebe 3 sind in 1 fünf Halter 6 zu erkennen, mit denen die Halsstücke mit den Entnahmeventilen 5 an der Querstrebe 3 befestigt sind. Die Entnahmeventile 5 und die Halter 6 verdecken die Halsstücke in 1. Die Halter 6 haben die Aufgabe, die Halsstücke der Druckbehälter 1 zu fixieren, dabei aber eine gewisse Beweglichkeit zu gewährleisten. Insbesondere sollen die Druckbehälter 1 keine Kräfte oder Momente aufnehmen, die auf den Träger wirken. Diese Kräfte und Momente sollen weitgehend von den Streben des Tragrahmens aufgenommen werden. Verformungen des Rahmens aber auch Verformungen der Druckbehälter 1 abhängig von Temperatur und Innendruck machen es erforderlich, dass die Halsstücke der Druckbehälter 1 beweglich gehalten sind. Hierfür können die Halter 6 wie in der DE 10 2021 109 703 beschrieben ausgebildet sein.
Mit den Entnahmeventilen 5 sind Rohrleitungen 7, 8, 9 verbunden. Auch die Rohrleitungen 7, 8, 9 sind an der Querstrebe 3 befestigt. An jedem Ende der Querstrebe 3 ist eine Seitenplatte 10 angeordnet, über welche die Querstrebe 3 mit einem Ende der Seitenstreben 2 verbunden wird. Ähnliche oder identische Seitenplatten 10 verbinden die hinteren Enden der Seitenstreben 2 mit der hinteren Verbindungsstrebe 4.
Der Aufbau des Tragrahmens ist in den 2 und 3 zu erkennen.
Die Querstrebe 3 ist als Strangpressprofil ausgebildet und aus Aluminium hergestellt. Die in der in 2 und 3 dargestellten Gebrauchsstellung nach oben weisende Seite der Querstrebe 3 weist eine erste Befestigungsnut 11 auf. In die Befestigungsnut 11 werden Kulissensteine 12 eingeschoben, deren Profil im Wesentlichen dem Profil der Befestigungsnut 11 entspricht und die mit geringem Spiel in die Befestigungsnut 11 einschiebbar sind. Jeder Kulissenstein 12 bildet ein Befestigungsmittel für einen Halter 6. Zu diesem Zweck weist jeder Kulissenstein 12 zwei Innengewinde 13 (3) auf, in welche Befestigungsschrauben (nicht dargestellt) für die Halter 6 einschraubbar sind. Beim Festspannen der Befestigungsschrauben in den Innengewinden 13 wird der Kulissenstein 12 in der Befestigungsnut 11 festgespannt und lässt sich nicht mehr seitlich verschieben.
Eine zweite Befestigungsnut 14 ist an der nach außen weisenden Seite der Querstrebe 3 angeordnet, d. h. an der Seite, die von der Mitte des Tragrahmens zweckgerichtet ist. In die zweite Befestigungsnut 14 sind schwalbenschwanzförmige Profilabschnitte von weiteren Kulissensteinen 15, 16 eingeschoben, welche verschiebbare Befestigungsmittel für Rohrleitungen und Kabel oder weiteres Zubehör bilden. Die Kulissensteine 15 sind etwas breiter als die Kulissensteine 16. An den Kulissensteinen 15 (3) werden Befestigungselemente 17 festgeschraubt, mit denen die Rohrleitungen 7, 8 an der Querstrebe 3 befestigt sind. An den Kulissensteinen 16 können Befestigungselemente (nicht dargestellt) festgeschraubt werden, welche Kabel oder sonstiges Zubehör tragen. Wie erwähnt, können die Kulissensteine 15, 16 dauerhaft verschiebbar in der zweiten Befestigungsnut 14 angeordnet werden. Alternativ ist es möglich, ein Durchgangsloch mit Innengewinde in jedem der Kulissensteine 15,16 vorzusehen, in welches eine Arretierungsschraube eingeschraubt wird, um den Kulissenstein 15, 16 in seiner jeweiligen Position in der zweiten Befestigungsnut 14 festzulegen.
Beim Extrudieren der Querstrebe 3 ist es durchaus möglich, weitere Befestigungsnuten in deren Profil anzuordnen, wenn diese für die Montage der Querstrebe 3 oder von weiteren Anbauteilen erforderlich sind.
Wie in 3 zu erkennen, weist das Profil der Querstrebe 3 mehrere in ihrer Längsrichtung verlaufende Kanäle 18 auf. In das Ende jedes Kanals ist ein Drahtgewindeeinsatz 19 eingesetzt, wie er beispielsweise unter der Marke Helicoil vertrieben wird. In dem Drahtgewindeeinsatz 19 wird eine Befestigungsschraube 20 eingeschraubt, die ein Durchgangsloch in der Seitenplatte 10 durchragt. Auf diese Weise verbinden 6 in die Ende der Kanäle 18 eingeschraubte Befestigungsschrauben 20 die Seitenplatte 10 mit dem Ende der Querstrebe 3. Weitere Befestigungsschrauben 20 durchragen Schraublöcher 21, die im Ende des vertikalen Flanschs der L-förmigen Seitenstrebe 2 angeordnet sind. Diese weiteren Befestigungsschrauben 20 sind mit Gewindemuttern 22 verschraubt. Auf diese Weise wird das Ende der L-förmigen Seitenstrebe 2 über die Seitenplatte 10 fest mit dem Ende der Querstrebe verbunden.
Es sei darauf hingewiesen, dass nicht alle Drahtgewindeeinsätze 19, Befestigungsschraube 20, Schaublöcher 21 und Gewindemuttern 22 in 3 mit einem Bezugszeichen versehen sind.
Auf diese Weise wird eine feste Verbindung eines Endes der Seitenstreben 2 mit einem Ende der Querstrebe 3 bzw. der Verbindungsstrebe 4 erzielt und ein stabiler Tragrahmen geschaffen.
Die in 2 hinten liegende Verbindungsstrebe 4 kann wie die Seitenstreben 2 ein einfaches L-förmiges Strangpressprofil sein. Die Verbindungsstrebe 4 kann aber auch identisch zur Querstrebe 3 ausgebildet sein und an der Rückseite des Tragrahmens befindliche Befestigungselemente halten.
Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Sie kann im Rahmen der Ansprüche und unter Berücksichtigung der Kenntnisse des zuständigen Fachmanns variiert werden.
Bezugszeichenliste

1: Druckbehälter
2: Seitenstrebe
3: Querstrebe
4: Verbindungsstrebe
5: Entnahmeventil
6: Halter
7: Rohrleitung
8: Rohrleitung
9: Rohrleitung
10: Seitenplatte
11: erste Befestigungsnut
12: Kulissenstein, Befestigungsmittel
13: Innengewinde
14: zweite Befestigungsnut
15: Kulissenstein, Befestigungsmittel
16: Kulissenstein, Befestigungsmittel
17: Befestigungselement
18: Kanal
19: Drahtgewindeeinsatz
20: Befestigungsschraube
21: Schraubloch
22: Gewindemutter

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102021109703 [0002, 0003, 0017]
WO 9927293 A2 [0002]
CA 2384915 C [0003]
US 20049056164 A1 [0003]
US 20170370527 A1 [0003]

Claims

Tragrahmen für die Befestigung von Druckbehältern (1), mit zwei Seitenstreben (2), zwischen denen sich mindestens eine Querstrebe (3) erstreckt, wobei zwischen den Seitenstreben (2) eine Mehrzahl von Druckbehältern (1) positionierbar sind, die an einem Ende ein Halsstück aufweisen, und wobei für jeden Druckbehälter (1) an der Querstrebe (3) ein Halter (6) befestigt ist, an dem das Halsstück des Druckbehälters (1) befestigbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich entlang der Querstrebe (3) mindestens eine Befestigungsnut (11) erstreckt und dass jeder Halter (6) ein Befestigungsmittel (12) aufweist, das in die Befestigungsnut (11) der Querstrebe (3) eingreift.
Tragrahmen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Querstrebe (3) ein extrudiertes Profil ist.
Tragrahmen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsnut (11) an beiden Rändern zur Mitte der Befestigungsnut (11) vorspringende Randabschnitte aufweist, welche von dem Befestigungsmittel (12) hintergriffen werden.
Tragrahmen nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungsmittel (12) ein Klemmelement aufweist, mit dem das Befestigungsmittel (12) in der Befestigungsnut (11) fixierbar ist.
Tragrahmen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Klemmelement eine Klemmschraube ist.
Tragrahmen nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er erste Befestigungselemente (17) für mindestens eine Rohrleitung aufweist, wobei jedes Befestigungselement (17) ein Befestigungsmittel (15) aufweist, das in eine Befestigungsnut (14) der Querstrebe (3) eingreift.
Tragrahmen nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er zweite Befestigungselemente für mindestens ein Kabel aufweist, wobei jedes Befestigungselement ein Befestigungsmittel (16) aufweist, das in eine Befestigungsnut (14) der Querstrebe (3) eingreift.
Tragrahmen nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er mindestens eins der folgenden Merkmale aufweist: • die Befestigungsmittel (12) der Halter (6) greifen in eine erste Befestigungsnut (11) der Querstrebe (3) ein und die Befestigungsmittel (15, 16) der ersten und zweiten Befestigungselemente greifen in eine zweite Befestigungsnut (14) der Querstrebe (3) ein; • die erste Befestigungsnut (11) befindet sich in einer ersten Fläche der Querstrebe (3); • die erste Fläche der Querstrebe (3) weist in der Gebrauchsstellung des Tragrahmens nach oben; • die zweite Befestigungsnut (14) befindet sich in einer zweiten Fläche der Querstrebe (3), welche zur ersten Fläche der Querstrebe (3) geneigt verläuft; • die zweite Fläche der Querstrebe (3) weist in der Gebrauchsstellung des Tragrahmens nach außen.
Tragrahmen nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich entlang der Querstrebe (3) mindestens ein Kanal (18) erstreckt und dass eine Befestigungsschraube (19) in mindestens ein Ende des Kanals (18) eingeschraubt ist.
Tragrahmen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsschraube (19) eine Seitenplatte (10) am Ende der Querstrebe (3) befestigt.
Tragrahmen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenplatte (10) mit einer Seitenstrebe (2) verschraubt ist.
Tragrahmen nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er mindestens eins der folgenden Merkmale aufweist: • jede Seitenstrebe (2) hat ein L-förmiges Profil; • jede Seitenstrebe (2) besteht aus einem extrudierten Profil; • die Querstrebe (3) verbindet erste Enden der Seitenstreben (2); • zwischen den zweiten Enden der Seitenstreben (2) erstreckt sich eine Verbindungsstrebe (4).