EP0014250B1 - Aufhängevorrichtung für einen Tieftemperaturtank - Google Patents

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EP0014250B1
EP0014250B1 EP79105087A EP79105087A EP0014250B1 EP 0014250 B1 EP0014250 B1 EP 0014250B1 EP 79105087 A EP79105087 A EP 79105087A EP 79105087 A EP79105087 A EP 79105087A EP 0014250 B1 EP0014250 B1 EP 0014250B1
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EP
European Patent Office
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suspension device
tank
individual elements
fastening
thermal
Prior art date
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Application number
EP79105087A
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English (en)
French (fr)
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EP0014250A1 (de
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Wolfgang Buchs
Martin Müller
Werner Malburg
Albert Seidel
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.)
Airbus Defence and Space GmbH
Original Assignee
Messerschmitt Bolkow Blohm AG
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Publication date
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Publication of EP0014250A1 publication Critical patent/EP0014250A1/de
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    • F17C2223/033—Small pressure, e.g. for liquefied gas

Definitions

  • the invention relates to a suspension device for a low-temperature tank according to the preamble of claim 1.
  • fiber composite materials with a longitudinally unidirectional fiber orientation are preferably used as the material for the one-piece fastening elements because of the superior material properties and above all the high strength and rigidity with low weight and the low creep rates under load.
  • a similar device is described in FR-A-2 410 211.
  • the one-piece fastening straps are made of carbon fibers
  • the thermally induced changes in the tension of the fastening straps between the room and the low-temperature condition of the inner tank can be kept low, but due to the comparatively high thermal conductivity of this fiber material, there is an excessive longitudinal heat inflow in the low-temperature condition of the inner tank the fastening straps.
  • other types of fibers are used for the fastening tapes, depending on the type of fiber selected, either impermissibly high changes in tension between the room and low temperature levels of the inner tank or an excessive heat flow along the fastening tapes when the inner tank is cold must be accepted.
  • the thermal material properties in the longitudinal direction of the tape are graded in such a way that The thermal expansion coefficient of the individual elements gradually decreases and is the smallest at the tank end of the belt, i.e. at the point on the fastening belt where the greatest temperature difference between the filled, cold and the unfilled state of the inner tank warms up to room temperature, while those closest to the outer container
  • the thermal conductivity and expansion behavior of the suspension device according to the invention can be significantly improved compared to one with fastening strips that are made in one piece.
  • each fastening tape according to claim 2 preferably consists of at least three individual elements made of different fiber materials with a gradually decreasing coefficient of thermal expansion from the outer container to the low-temperature tank and accordingly increasing coefficient of thermal conductivity, and according to claim 3 are used in a particularly useful manner as fiber material for the tank element next to carbon fibers and glass fibers used for the single element attacking the outer container.
  • This solution which can be used optionally or in addition to the features of claims 1 or 2 or 3, is based on a subdivision of the fastening straps into a plurality of individual elements arranged in series and a special material pairing, namely in this case, on the one hand, fiber composite material for the individual elements and on the other hand intermediate pieces made of an insulating material between successive individual elements.
  • the insulation pieces result in a strong local throttling of the heat flow, while by appropriate selection of the fiber material for the individual elements, a band tension that is as constant as possible under the temperature fluctuations that occur between the room temperature and the low temperature level of the inner tank is achieved, so that it is despite the high strength and rigidity of the Fastening tapes is possible to significantly increase the thermal resistance in relation to the tension changes in the fastening tapes caused by thermal expansion between the minimum and the maximum operating temperature of the inner tank.
  • At least one individual element of each fastening tape is cooled in the heat flow direction in front of the insulation piece, the cooling in front of the insulation piece having the additional advantage of simple heat dissipation with a relatively high level Has cooling temperature level.
  • successive individual elements in a structurally simple, thermally and mechanically particularly advantageous embodiment of the invention are preferably connected to one another in a tensile manner by a multi-part end connection according to claim 6, the second connection part of the end connection according to claim 7 expediently having a thermal barrier layer to further increase the insulation effect is occupied.
  • radiation shields are arranged in the space between the outer container and the low-temperature tank in the usual way, these are attached in a structurally simple manner to the junctions of successive individual elements, and since such radiation shields are generally cooled by the refrigerant vapor generated in the inner container, the heat dissipation is prevented Isolation pieces of the fastening tapes according to claim 9 preferably via the already cooled radiation shields, so that no additional, structurally complex cooling device is required to cool the individual elements.
  • the preferred inclined arrangement of the fastening tapes ensures, on the one hand, that the recesses kept free for the fastening tapes are arranged offset in successive radiation shields, so that no radiation holes aligned in the main radiation direction arise between the outer container and the inner tank, and at the same time these allow geometrical openings Arrangement of the fastening tapes at least partially compensate for their thermal changes in length by a corresponding, thermal displacement of the strap fastening points on the outer container and on the inner tank.
  • the suspension device 2 via which the low-temperature tank 4 is suspended coaxially in the outer container 6, contains an upper and a lower row 8, 10 of six fastening straps 12 in each case.
  • Each of these fastening straps runs under pretension between an anchoring point on the outer container side Form of a securing bolt 14 on the one hand (FIG. 2) and a tank-side anchoring point in the form of a tension screw 16 on the other hand.
  • the fastening tapes 12 are inclined at an angle such that the distance between the upper and lower row of tapes 8, 10 increases from the outer container 6 to the low-temperature tank 4.
  • the thermal length contraction of the low-temperature tank 4 leads to a reduction in the axial distance between the upper and lower anchoring points 16 on the tank side, as a result of which the thermal radial contraction of the tank 4 and the thermal change in length of the fastening straps 12 are partially compensated for.
  • the tank-side anchoring points 16 are arranged in pairs in such a way that their mutual ger circumferential distance is smaller than the circumferential distance to the immediately adjacent, tank-side anchorage points (Fig.
  • the structure of the fastening tapes 12 is particularly important. These are each composed of several, approximately four individual elements 18.1, 18.2, 18.3 and 18.4, connected in series, made of fiber composite material, each individual element 18 consisting of one or more parallel, endlessly wound double loops 20 with a unidirectional fiber direction in the longitudinal direction of the loop, as shown in FIG Double arrows is indicated.
  • a filler piece 24 acting as a radiation shield for example made of aluminum-coated polyphthalate films, is arranged.
  • the individual elements 18 are made of different types of fibers with a coefficient of thermal expansion that decreases from the outer container 6 to the inner tank 4 and, consequently, an increasing thermal conductivity due to the material.
  • glass fibers thermal conductivity ⁇ approx. 2.5. 10 -3 W / cmK; coefficient of thermal expansion a approx. 7 ⁇ 10 -6 1 / K
  • polyaramide fibers ⁇ approx 1. 10 - 2 W / cmK; a approx. -5 - 10 -6 1 / K
  • the inner, longer individual element 18.4 made of carbon fibers ⁇ approx. 6 - 10 -2 W / cmK; a approx. -0.2 ⁇ 10 -6 1 / K is set.
  • the inner tank 4 which can be filled with helium, is evacuated in the usual way for better thermal insulation and is equipped with radiation shields 26, 28 which surround the inner tank 4 and which also consist of aluminum-coated polyphthalate foils and are cooled with the aid of cooling coils 30, via which the helium vapor which arises during the experiment is cooled from the inner tank 4 to the outside.
  • the radiation shields 26, 28 are suspended near the pipe coils 30 via heat-conducting intermediate plates 32 at the end connections 34 which connect the ends of adjacent individual elements with one another in a tensile manner, the construction of which is explained using the right end connection 34 effective between the individual elements 18.2 and 18.3 according to FIG. 3 .
  • the end connection 34 consists of a plurality of socket-shaped connecting parts 36.1 and 36.2, which are clamped together by a central screw bolt 38 made of a good heat-conducting material, to which the intermediate plates 32 are also fastened.
  • the connecting part 36.1 to which the inner ("colder"), loop-shaped end of the individual element 18.2 closer to the outer container 6 is connected, also consists of a thermally highly conductive material, e.g. Copper-beryllium, so that a large part of the heat flowing in via the individual element is dissipated via the connecting part 36.1, the screw bolt 38, the intermediate plates 32 and the cooling coils 30.
  • the connecting parts 36.2 on the other hand, to which the loop-shaped end sections of the tank-near individual element 18.3 are connected, form thermal insulation pieces and are made of a thermally poorly conductive material, e.g. Titanium, manufactured and additionally on its surfaces adjacent to the connecting part 36.1 or the individual element 18.2 remote from the tank with a thermal barrier layer 40 e.g. again in the form of aluminum-coated polyphthalate film.
  • a thermal barrier layer 40 e.g. again in the form of aluminum-coated polyphthalate film.
  • the left end connection 34 in the sense of FIG. 3 contains a central connecting part 36.2 made of titanium for the loop area of the individual element 18.2 on the outer container side and two outer connecting parts 36.1 made of copper beryllium for the loop areas of the band element 18.1 anchored to the outer container 6.
  • the openings 42 in the radiation shields 26, 28 which are kept free in the area of the end connections 34 are offset in the main radiation direction, so that the formation of radiation holes in the space between the outer container 6 and the low-temperature tank 4 is prevented.
  • the thermal conductivity and expansion behavior of the fastening tapes 12 can be varied and adapted to the respectively required mechanical and thermal stresses by appropriate selection of the fiber material and length dimensioning of the individual elements 18.

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Aufhängevorrichtung für einen Tieftemperaturtank nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Bei bekannten Aufhängevorrichtungen dieser Art werden als Werkstoff für die einstückigen Befestigungselemente wegen der überlegenen Materialeigenschaften und vor allem der hohen Festigkeit und Steifigkeit bei geringem Gewicht sowie der kleinen Kriechraten unter Last bevorzugt Faserverbundwerkstoffe mit in Längsrichtung durchgehend unidirektionaler Faserorientierung verwendet. Eine ähnliche Vorrichtung ist in der FR-A-2 410 211 beschrieben. Bei der Verwendung von Befestigungsbändern sind diese neben den grossen mechanischen auch enormen thermischen Anforderungen ausgesetzt: sie müssen einerseits einen hohen Wärmeleitwiderstand haben, damit sie im kalten Zustand des Tieftemperaturtanks keine Wärmebrücke zwischen dem Aussenbehälter und dem Tank bilden, und andererseits trotz der starken Temperaturschwankungen des Innentanks - zwischen Raumtemperatur im ungefüllten Zustand und extrem niedrigem Temperaturniveau bei gefülltem Tank - unter allen Betriebsbedingungen möglichst gleichförmig gespannt bleiben und eine genaue Fixierung des Tieftemperaturtanks garantieren, und diesen thermischen Belastungen sind die bekannten Aufhängevorrichtungen bei ausreichender Festigkeit und Steifigkeit der einteiligen Befestigungsbänder nicht gewachsen. So lässt sich etwa bei Verwendung von Glasfasern als Fasermaterial für die Befestigungsbänder zwar ein genügend hoher Wärmeleitwiderstand erzielen, jedoch sind die thermischen Längenänderungen zwischen dem Tieftemperaturzustand und dem ungefüllten Zustand des Innentanks bei Raumtemperatur so gross, dass entweder im kalten Zustand des Tanks unzulässige Ueberspannungen in den Bändern auftreten oder bei Erwärmung auf Raumtemperatur die sichere Fixierung des Innentanks infolge einer übermässigen Längenzunahme der Befestigungsbänder verlorengeht. Werden andererseits die einstückigen Befestigungsbänder aus Carbonfasern gefertigt, so können die thermisch bedingten Zugspannungsänderungen der Befestigungsbänder zwischen dem Raum- und dem Tieftemperaturzustand des Innentanks zwar gering gehalten werden, auf Grund der vergleichsweise hohen Wärmeleitzahl dieses Fasermaterials ergibt sich aber im Tieftemperaturzustand des Innentanks ein übermässiger Wärmezustrom längs der Befestigungsbänder. Auch bei Verwendung anderer Faserarten für die Befestigungsbänder müssen je nach der gewählten Faserart entweder unzulässig hohe Zugspannungsänderungen zwischen dem Raum- und dem Tieftemperaturniveau des Innentanks oder ein übermässiger Wärmestrom längs der Befestigungsbänder im kalten Zustand des Innentanks in Kauf genommen werden.
  • Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, eine Aufhängevorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so auszubilden, dass eine sowohl hinsichtlich der mechanischen als auch der thermischen Beanspruchungen hochgradig sichere Aufhängung des Tieftemperaturtanks im Aussenbehälter garantiert und insbesondere unter allen Betriebsbedingungen des Tieftemperaturtanks eine weitgehend gleichförmige Bandspannung bei zugleich grossem Wärmeleitwiderstand der Befestigungsbänder erreicht werden kann.
  • Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäss durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Aufhängevorrichtung.
  • Auf Grund der Unterteilung der Befestigungsbänder in mehrere, aneinandergereihte Einzelelemente, der Verwendung unterschiedlicher Fasermaterialien für die einzelnen Bandelemente und der Anordnung des Einzelelements mit dem niedrigsten thermischen Ausdehungskoeffizienten am tankseitigen Ende des Befestigungsbandes wird erfindungsgemäss eine Abstufung der thermischen Materialeigenschaften in Bandlängsrichtung in der Weise bewirkt, dass der thermische Ausdehnungskoeffizient der Einzelelemente schrittweise abnimmt und am tankseitigen Bandende, also an derjenigen Stelle des Befestigungsbandes, wo der grösste Temperaturunterschied zwischen dem gefüllten, kalten und dem ungefüllten, auf Raumtemperatur erwärmten Zustand des Innentanks auftritt, am kleinsten ist, während die näher am Aussenbehälter liegenden Einzelelemente, in denen die für die Wärmeausdehnung massgeblichen Temperaturschwankungen zunehmend geringer werden, aus Fasermaterial mit einem vergleichsweise höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten, dafür aber auch einer geringeren Wärmeleitzahl gefertigt sind. Infolge dessen lässt sich das Wärmeleit- und -ausdehnungsverhalten der erfindungsgemässen Aufhängevorrichtung gegenüber einer solchen mit durchgehend einstückigen Befestigungsbändern wesentlich verbessern.
  • Im Hinblick auf eine feinstufige Anpassung an die örtlichen Temperaturverhältnisse besteht jedes Befestigungsband gemäss Anspruch 2 vorzugsweise aus mindestens drei Einzelelementen aus jeweils unterschiedlichen Fasermaterialien mit vom Aussbehälter zum Tieftemperaturtank stufenweise abnehmendem Wärmeausdehnungskoeffizienten und demgemäss zunehmender Wärmeleitzahl, und gemäss Anspruch 3 werden in besonders zweckmässiger Weise als Fasermaterial für das tanknächste Einzelelement Carbonfasern und für das am Aussenbehälter angreifende Einzelelement Glasfasern verwendet.
  • Eine weitere erfindungsgemässe Lösung der oben angegebenen Aufgabe ist im Anspruch 4 gekennzeichnet.
  • Auch diese Lösung, von der wahlweise oder zusätzlich zu den Markmalen der Ansprüche 1 bzw. 2 oder 3 Gebrauch gemacht werden kann, beruht auf einer Unterteilung der Befestigungsbänder in mehrere, hintereinandergereihte Einzelelemente und einer speziellen Werkstoffpaarung, nämlich in diesem Fall einerseits Faserverbundwerkstoff für die Einzelelemente und andererseits Zwischenstücke aus einem Isolationsmaterial zwischen aufeinanderfolgenden Einzelelementen. Durch die Isolationsstücke wird eine starke örtliche Drosselung des Wärmestroms bewirkt, während durch entsprechende Wahl des Fasermaterials für die Einzelelemente eine unter den auftretenden Temperaturschwankungen zwischen dem Raumtemperatur- und dem Tieftemperaturniveau des Innentanks möglichst gleichbleibende Bandspannung erzielt wird, so dass es trotz hoher Festigkeit und Steifigkeit der Befestigungsbänder möglich ist, den Wärmeleitwiderstand im Verhältnis zu den zwischen der minimalen und der maximalen Betriebstemperatur des Innentanks durch Wärmeausdehnung verursachten Spannungsänderungen der Befestigungsbänder erheblich zu steigern.
  • Im Hinblick auf eine noch weitere Verringerung des Wärmezustroms zum Innenbehälter längs der Befestigungsbänder ist gemäss Anspruch 5 in besonders bevorzugter Weise zumindest ein Einzelelement jedes Befestigungsbandes in Wärmestromrichtung vor dem Isolationsstück gekühlt, wobei die Kühlung vor dem Isolationsstück den zusätzlichen Vorteil einer einfachen Wärmeabfuhr mit einem verhältnismässig hohen Kühletemperaturniveau hat. In diesem Fall sind aufeinanderfolgende Einzelelemente in baulich einfacher, thermisch und mechanisch besonders günstiger Ausgestaltung der Erfindung vorzugsweise jeweils durch eine mehrteilige Endverbindung gemäss Anspruch 6 miteinander zugfest verbunden, wobei das zweite Verbindungsteil der Endverbindung gemäss Anspruch 7 zweckmässigerweise mit einer thermischen Sperrschicht zur weiteren Erhöhung der Isolationswirkung belegt ist.
  • Werden im Zwischenraum zwischen Aussenbehälter und Tieftemperaturtank in üblicher Weise Strahlungsschilde angeordnet, so sind diese gemäss Anspruch 8 in baulich einfacher Weise an den Verbindungsstellen aufeinanderfolgender Einzelelemente befestigt, und da derartige Strahlungsschilde im allgemeinen durch den im Innenbehälter entstehenden Kältemitteldampf gekühlt werden, wird die Wärmeabfuhr vor den Isolationsstücken der Befestigungsbänder gemäss Anspruch 9 vorzugsweise über die ohnehin gekühlten Strahlungsschilde bewirkt, so dass es zur Kühlung der Einzelelemente keiner zusätzlichen, konstruktiv aufwendigen Kühleinrichtung bedarf.
  • Durch die gemäss Anspruch 10 bevorzugte Schräganordnung der Befestigungsbänder wird zum einen erreicht, dass die für die Befestigungsbänder freigehaltenen Aussparungen in aufeinanderfolgenden Strahlungsschilden versetzt zueinander angeordnet sind, so dass keine in Hauptstrahlungsrichtung zwischen Aussenbehälter und Innentank fluchtend ausgerichteten Strahlungslöcher entstehen, und gleichzeitig lassen sich durch diese geometrische Anordnung der Befestigungsbänder deren thermische Längenänderungen zumindest teilweise durch eine entsprechende, thermische Verschiebung der Bandbefestigungspunkte am Aussenbehälter und am Innentank kompensieren.
  • Im Hinblick auf eine werkstoff- und lastgerechte Ausbildung der Einzelelemente sind diese gemäss Anspruch 11 zweckmässigerweise jeweils als Doppelschlaufe mit unidirektionaler Faserrichtung ausgebildet, und um die auf den Innenbehälter treffende Wärmestrahlung weiter zu verringern, ist gemäss Anspruch 12 in den Zwischenraum zwischen den Längsschenkeln jeder Doppelschlaufe vorzugsweise ein als Strahlungsschild wirkendes Füllstück eingesetzt.
  • Um das Wärmeleit- und Ausdehnungsverhalten nicht nur jedes Befestigungsbandes insgesamt sondern auch jedes einzelnen Faserverbundwerkstoffelements individuell variieren zu können, empfiehlt es sich zusätzlich gemäss Anspruch 13, neben der Gesamtlänge der Befestigungsbänder auch die Länge der Einzelelemente entsprechend dem gewünschten thermischen Verhalten zu bemessen.
  • Die Erfindung wird nunmehr an Hand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
    • Fig. 1a die geometrische Anordnung der Befestigungsbänder einer zwischen einem Aussenbehälter und einem Tieftemperaturtank wirksamen Aufhängevorrichtung in schematischer Darstellung;
    • Fig. 1 b die Aufsicht der Anordnung gemäss Fig. 1a;
    • Fig. 2 eine schematische, teilweise geschnittene Darstellung einer Tankaufhängung;
    • Fig. 3 die teilweise geschnittene Aufsicht eines Abschnitts des Befestigungsbandes gemäss Fig. 2 in vergrössertem Massstab; und
    • Fig. 4 einen Längsschnitt eines Einzelelements des Befestigungsbandes längs der Linie IV-IV der Fig. 3.
  • Gemäss den Fig. 1a, b enthält die Aufhängevorrichtung 2, über die der Tieftemperaturtank 4 koaxial im Aussenbehälter 6 aufgehängt ist, eine obere und eine untere Reihe 8, 10 von jeweils sechs Befestigungsbändern 12. Jedes dieser Befestigungsbänder verläuft unter Vorspannung zwischen einem aussenbehälterseitigen Verankerungspunkt in Form eines Sicherungsbolzens 14 einerseits (Fig. 2) und einem tankseitigen Verankerungspunkt in Form einer Zugschraube 16 andererseits. Die Befestigungsbänder 12 sind derart schräg geneigt, dass der Abstand zwischen der oberen und der unteren Bandreihe 8, 10 vom Aussenbehälter 6 zum Tieftemperaturtank 4 hin zunimmt. Wenn sich der Tieftemperaturtank 4 abkühlt, kommt es infolge der thermischen Längenkontraktion des Tieftemperaturtanks 4 zu einer Verringerung des Axialabstandes zwischen den oberen und unteren, tankseitigen Verankerungspunkten 16, wodurch die thermische Radialkontraktion des Tanks 4 und die thermische Längenänderung der Befestigungsbänder 12 teilweise kompensiert wird. Aus dem gleichen Grund sind auch die tankseitigen Verankerungsstellen 16 paarweise derart angeordnet, dass ihr gegenseitiger Umfangsabstand kleiner als der Umfangsabstand zu den unmittelbar benachbarten, tankseitigen Verankerungsstellen ist (Fig. 1 b), während die aussenbehälterseitigen Verankerungsstellen 14 gleichförmig in Umfangsrichtung verteilt sind, so dass die Befestigungsbänder 12 jeder Reihe 8 bzw. 10 vom Aussenbehälter 6 paarweise konvergent zum Innentank 4 verlaufen. Auch durch diese geometrische Anordnung der Befestigungsbänder 12 verringert sich bei einer thermischen Kontraktion des Innentanks 4 der Neigungswinkel der Befestigungsbänder 12 bezüglich einem Radialstrahl, so dass die thermischen Längenänderungen zumindest teilweise kompensiert werden. Gleichzeitig wird durch die jeweils paarweise gegensinnige Schräganstellung der Befestigungsbänder 12 eine in Axial-, Radial- und Drehrichtung äusserst stabile Fixierung des Innentanks 4 im Aussenbehälter 6 erreicht.
  • Im Hinblick auf die hohen thermischen und mechanischen Beanspruchungen der Aufhängevorrichtung 2 kommt es neben der geometrischen Anordnung vor allem auf den Aufbau der Befestigungsbänder 12 an. Diese sind jeweils aus mehreren, etwa vier hintereinandergeschalteten Einzelelementen 18.1, 18.2, 18.3 und 18.4 aus Faserverbundwerkstoff zusammengesetzt, wobei jedes Einzelelement 18 aus einer oder mehreren parallelen, endlos gewickelten Doppelschlaufen 20 mit in Schlaufenlängsrichtung unidirektionaler Faserrichtung besteht, wie dies in Fig. 4 durch die Doppelpfeile angedeutet ist. Im Zwischenraum zwischen den Längsschenkeln 22.1 und 22.2 der Doppelschlaufen 20 ist ein als Strahlungsschild wirkendes Füllstück 24 z.B. aus aluminiumbeschichteten Polyphthalatfolien angeordnet. Die Einzelelemente 18 sind aus unterschiedlichen Faserarten mit vom Aussenbehälter 6 zum Innentank 4 abnehmendem Wärmeausdehnungskoeffizienten und demzufolge materialbedingt zunehmender Wärmeleitzahl hergestellt. So werden z.B. für das aussenbehälterseitige Einzelelement 18.1 Glasfasern (Wärmeleitzahl λ ca. 2,5 . 10-3 W/ cmK; Thermalausdehnungskoeffizient a ca. 7 · 10-6 1/K) und für die mittleren Einzelelemente 18.2 und 18.3 Polyaramidfasern (λ ca. 1 . 10-2 W/cmK; a ca. -5 - 10-6 1/K) verwendet, während das innere, längere Einzelelement 18.4 aus Carbonfasern (λ ca. 6 - 10-2 W/cmK; a ca. -0,2 · 10-6 1/K gestellt ist.
  • Der Zwischenraum zwischen dem Aussenbehälter 6 und dem z.B. mit Helium befüllbaren Innentank 4 ist zur besseren Wärmeisolation in üblicher Weise evakuiert und mit den Innentank 4 schalenförmig umschliessenden Strahlungsschilden 26, 28 bestückt, die ebenfalls aus aluminiumbeschichteten Polyphthalatfolien bestehen und mit Hilfe von Kühlschlangen 30 gekühlt werden, über die der etwa während des Experiments entstehende Heliumdampf vom Innentank 4 nach aussen geleitet wird. Aufgehängt sind die Strahlungsschilde 26, 28 nahe den Rohrschlangen 30 über gut wärmeleitende Zwischenbleche 32 an den die Enden benachbarter Einzelelemente zugfest miteinander verbindenden Endverbindungen 34, deren Bauweise an Hand der zwischen den Einzelelementen 18.2 und 18.3 wirksamen, rechten Endverbindung 34 gemäss Fig. 3 erläutert wird.
  • Die Endverbindung 34 besteht aus mehreren, buchsenförmigen Verbindungsteilen 36.1 und 36.2, die durch einen zentralen Schraubbolzen 38 aus einem gut wärmeleitenden Material zusammengespannt sind, an dem auch die Zwischenbleche 32 befestigt sind. Das Verbindungsteil 36.1, an dem das innere («kältere»), schlaufenförmige Ende des dem Aussenbehälter 6 näheren Einzelelements 18.2 angeschlossen ist, besteht ebenfalls aus einem thermisch gut leitfähigen Material, z.B. Kupfer-Beryllium, so dass ein grosser Teil der über das Einzelelement zufliessenden Wärme über das Verbindungsteil 36.1, den Schraubbolzen 38, die Zwischenbleche 32 und die Kühlschlangen 30 abgeführt wird. Die Verbindungsteile 36.2 hingegen, an denen die schlaufenförmigen Endabschnitte des tanknäheren Einzelelements 18.3 angeschlossen sind, bilden thermische Isolationsstücke und sind aus einem thermisch schlecht leitfähigen Material, z.B. Titan, hergestellt und zusätzlich noch an ihrem an das Verbindungsteil 36.1 bzw. das tankfernere Einzelelement 18.2 angrenzenden Flächen mit einer thermischen Sperrschicht 40 z.B. wiederum in Form von aluminiumbedampfter Polyphthalatfolie belegt. Auf diese Weise sind benachbarte Einzelelemente 18 unter Zwischenschaltung von thermischen lsoiationsstücken 36.2, 40 zugfest miteinander verbunden und das jeweils tankfernere Einzelelement wird an seinem inneren, dem Tank 4 zugekehrten Ende in Wärmestromrichtung vor den Isolationsstücken über thermisch gut leitfähige Zwischenstücke 36.1, 38, 32 gekühlt. In entsprechender Weise enthält die im Sinne der Fig. 3 linke Endverbindung 34 ein zentrales Verbindungsteil 36.2 aus Titan für den aussenbehälterseitigen Schlaufenbereich des Einzelelements 18.2 und zwei äussere Verbindungsteile 36.1 aus Kupfer-Beryllium für die tanknäheren Schlaufenbereiche des am Aussenbehälter 6 verankerten Bandelements 18.1.
  • Infolge der Schräglage der Befestigungsbänder 12 sind die im Bereich der Endverbindungen 34 in den Strahlungsschilden 26, 28 freigehaltenen Durchbrüche 42 in Hauptstrahlungsrichtung versetzt angeordnet, so dass die Entstehung von Strahlungslöchern im Zwischenraum zwischen Aussenbehälter 6 und Tieftemperaturtank 4 verhindert wird.
  • Durch entsprechende Wahl des Fasermaterials und Längenbemessung der Einzelelemente 18 lässt sich das Wärmeleit- und -ausdehungsverhalten der Befestigungsbänder 12 variieren und an die jeweils geforderten mechanischen und thermischen Beanspruchungen anpassen.

Claims (13)

1. Aufhängevorrichtung für einen in einem Aussenbehälter thermisch isoliert angeordneten Tieftemperaturtank, mit mehreren, einerseits am Aussenbehälter und andererseits am Tieftemperaturtank angreifenden Befestigungsbändern aus Faserverbundwerkstoff, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsbänder (12) jeweils aus mehreren hintereinandergeschalteten miteinander verbundenen Einzelelementen (18) unterschiedlichen Fasermaterials verschiedener Wärmeleitzahl und verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizenten zusammengesetzt sind und das tanknächste Einzelelement (18.4) jedes Befestigungsbandes (12) aus dem Fasermaterial mit dem vergleichsweise niedrigsten Wärmeausdehnungskoeffizienten und der vergleichsweise höchsten Wärmeleitzahl besteht.
2. Aufhängevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Befestigungsband (12) mindestens drei Einzelelemente (18) unterschiedlichen Fasermaterials mit vom äusseren zum inneren tanknächsten Element stufenweise abnehmendem Wärmeausdehnungskoeffizienten und gleichzeitig zunehmender Wärmeleitzahl enthält.
3. Aufhängevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das innere, tanknächste Einzelelement (18.4) aus Carbonfasern und das aussenbehälterseitige (18.1) aus Glasfasern aufgebaut ist.
4. Aufhängevorrichtung, insbesondere nach Anspruch 1, für einen in einem Aussenbehälter thermisch isoliert angeordneten Tieftemperaturtank, mit mehreren, einerseits am Aussenbehälter und andererseits am Tieftemperaturtank angreifenden Befestigungsbändern aus Faserverbundwerkstoff, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsbänder (12) jeweils aus mehreren hintereinandergeschalteten Einzelelementen (18) aus Faserverbundwerkstoff zusammengesetzt und diese unter Zwischenschaltung von Isolationsstücken (36.2, 40) gegeneinander thermisch abgeschirmt sind.
5. Aufhängevorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Einzelelement (18) jedes Befestigungsbandes (12) in Wärmestromrichtung vor dem Isolationsstück (36.2, 40) an seinem tanknäheren Endabschnitt gekühlt ist.
6. Aufhängevorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass aufeinanderfolgende Einzelelemente (18) durch eine mehrteilige Endverbindung (34) miteinander zugfest verbunden sind, die ein gekühltes, erstes, am inneren Ende des tankferneren Einzelelements (18) angreifendes Verbindungsteil (36.1) aus einem thermisch gut leitfähigen Werkstoff und ein an das erste Verbindungsteil angeschlossenes, zweites, als lsolationsstück (36.2, 40) wirkendes Verbindungsteil (36.2) geringer Wärmeleitzahl enthält, an dem das äussere Ende des tanknäheren Einzelelements befestigt ist.
7. Aufhängevorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Verbindungsteil (36.2) mit einer an das erste angrenzenden, thermischen Sperrschicht (40) versehen ist.
8. Aufhängevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit mindestens einem den Tieftemperaturtank innerhalb des Aussenbehälters schalenförmig umschliessenden Strahlungsschild, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlungsschild (26, 28) an den Verbindungsstellen (34) aufeinanderfolgender Einzelelemente (18) befestigt ist.
9. Aufhängevorrichtung nach Anspruch 8 in Verbindung mit Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlungsschild (26, 28) gekühlt und mit dem ersten Verbindungsteil (36.1) gut wärmeleitend verbunden ist.
10. Aufhängevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils ein Befestigungsband (12) bildenden Einzelelemente (18) zwischen Behälter (6) und Tank (4) schräg geneigt verlaufend angeordnet sind.
11. Aufhängevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelelemente (18) jeweils als Doppelschlaufe (20) mit unidirektionaler Faserrichtung ausgebildet sind.
12. Aufhängevorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden Schlaufen jeder Doppelschlaufe (20) ein als Strahlungsschild wirkendes Füllstück (24) angeordnet ist.
13. Aufhängevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Einzelelemente (18) entsprechend einer für jedes Element individuell vorgegebenen Wärmeleit- und -ausdehnungscharakteristik unterschiedlich bemessen ist.
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