JP6433100B2

JP6433100B2 - 極低温流体、特に極低温液体および粘性材料を収容および貯蔵するための容器、その製造方法、およびその使用

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Publication number: JP6433100B2
Application number: JP2017513425A
Authority: JP
Inventors: スタチュラ、マーティン; ツェル、ダニエル
Original assignee: エムテーエアロスペースアーゲー
Priority date: 2014-09-09
Filing date: 2015-08-26
Publication date: 2018-12-05
Anticipated expiration: 2035-08-26
Also published as: EP3063455A1; US10527230B2; BR112017004653B1; WO2016037852A1; BR112017004653A2; DE102015002708B3; EP3063455B1; ES2663863T3; US20170299120A1; JP2017534533A; KR20170053180A; KR102022016B1

Description

本発明は、極低温流体、特に極低温液体および粘性材料を収容および貯蔵するための容器、その製造方法、およびその使用に関する。

この種の容器は一般に知られている。一般に、例えば米国特許第５０１８６３４号明細書に記載されかつ／または図９に図示したようなこのような容器は、ドーム４４、４４’、および４４’’と円筒状構成要素４６および４６’とからなり、これらは、いわゆるＹリングつまりＹ形状のリング要素４８、４８’、および４８’’を用いて溶接される。ここで、平面状の板が、ある厚さ輪郭でミーリング加工され、個別の部分に切断される。それらの部分が例えばショットピーニング成形加工によって成形される。その後、成形後のこれらの部分を、溶接によって接合して完全なドームにしなければならないが、溶接領域は、溶接の結果として材料物性が非常に低下するため、比較すると、非常に厚くなる。上記円筒状構成要素は、平面状の板から製造される。板は、まず所要の半径に曲げ加工され、その後、機械加工されて内側に補強リブを装備される。最後に、このようにして製造された「面シート（Face Sheets）」が縦溶接シームで接合されて、円筒状構成要素となる。上記Ｙリングは、通常は、インゴットから大きなリングに圧延加工された後、広範囲の機械的なターニング加工／ミーリング加工によって仕上げ加工される（例えばアリアン５（Ariane 5）のように）か、または、いくつかの湾曲した押出異形材から溶接された後、機械加工される（例えばNASAの宇宙発射システム（Space Launch System）のように）。このような容器およびそれらの製造方法は、過去において有効であることがわかっているが、個別の構成要素が多数あることによりかなりの短所を有している。一方では、このような多数の個別の構成要素によって、他方では、このような多様な、場合によっては根本的に異なる、接合方法の使用によって、航空宇宙用途用の高品質要件を満たすためにプロセス安全性を改善するための追加の実質的な対策が必要となる。その一方で、このような多数の個別の構成要素によって、製造が非常に労働集約的ひいては人員および時間集約的になり、その全体の結果として製造に特に費用がかかることになる。

米国特許第５０１８６３４号明細書

したがって、本発明の目的は、上記の短所を防止することができ、そのため、構造的に特に簡単であると同時にコンパクトで安定性があり、その結果として、強度および剛性が高く、製造にあたって非常に費用効果が高い、液体および粘性材料、特に極低温流体を収容および貯蔵するための容器を提供すること、ならびに、その製造方法およびその使用を提供することである。

技術的装置に関して、本目的は、請求項１および２の特徴によって、驚くほど簡単に達成される。

本発明に係る、液体および粘性材料、特に極低温流体を収容および貯蔵するための容器であって、チャンバを有する該容器の内部を画成するジャケットを含み、該容器が少なくとも２つの容器構造から構成され、上記少なくとも２つの容器構造のそれぞれが、ブランクから一体形成され、かつ、ドーム部分と、ドーム部分に連続した分岐部分と、分岐部分に連続した２つの円筒部分とを有し、互いに隣接した相互に対向する容器構造が接合されている容器、あるいは、ケーシングと、該容器の内部空間を互いに隣接する少なくとも２つのチャンバに隔てる少なくとも１つの隔壁とを含み、該容器が少なくとも３つの容器構造からなり、上記少なくとも３つの容器構造のそれぞれが、単一部品としてブランクから変形加工され、かつ、ドーム部と、ドーム部につながる分岐部と、分岐部につながる２つの円筒部とを有し、隣接した対向する容器構造が接合されていることを特徴とする容器の実施形態によって、特に簡単でありながらコンパクトで安定性があり、比較的低重量でもある容器の構成が達成される。本発明に係る容器は、非常に少ない個別の構成要素のみからなり、それらは、随意にいつでも容易に標準化することもでき、また、少ない成形工程で接合することもできる。このことは、本発明に係る容器が特に高い強度および剛性を有することの理由の１つでもある。最後に、本発明に係る容器の製造は、非常に簡単であり、工数と時間がほとんどかからないため、費用効果が特に高い。

本発明による容器の有利な構造上の詳細は、請求項３から９に記載されている。

バリエーションの可能性を根本的に高めながら個別の設計事情および仕様に対する容器形状の形状適応性を簡単化および改善するために、ブランクが、扁平、平面状、または同様の形状、好ましくは、基本的に円形もしくは円盤形、あるいは円筒形、特に円筒の形態である、とする請求項３に記載の対策は、特に重要である。最も好ましいのは、短尺の円筒である。

一方では、非常に簡単で、それにより費用効果が高い設計および高い機械的機能信頼性のため、そして、他方では、設計事情および仕様に対する特に多様で個別的な適応性のためには、請求項４の特徴も非常に重要である。本請求項によると、互いに隣接する上記容器構造が、直接および／または少なくとも１つの他の円筒要素を介して間接に接合される。

非常に簡単でコンパクトで機能的であり、かつ大幅なコストの削減または節約に関連付けられる設計を容易にするためには、請求項５の構成上の対策が同等に非常に重要である。本請求項によると、互いに隣接する上記容器構造および／または少なくとも１つの他の円筒要素が、一緒に、フローターニング加工および／またはスピニング加工あるいは溶接されている。

有利には、上記容器、特に上記容器の容器構造および／または少なくとも１つのさらなる円筒要素は、請求項６の対策によると、軽量に設計されている。

さらに、本発明によると、上記容器、特に上記容器の容器構造および／または少なくとも１つのさらなる円筒要素は、請求項７によると、金属、特に、鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、チタン、これらの合金、および／またはこれらの組合せからなる。

また、請求項８に記載の上記容器構造のドーム部分が、半球形状、球形扁平形状（spherical-flat shaped）、ドーム形状、楕円ドーム形状、円錐形状、楕円形状、カッシーニ（Cassini）形状、または他の断面形状に形成されることが適切であることが分かっている。

強度および剛性を高めるためには、請求項９の特徴も非常に重要であり、本請求項によると、上記容器の容器構造の円筒部および／または少なくとも１つの他の円筒要素が補強される。これに適しているのは補強材であり、あるいはまたはさらには好ましくは（補剛）リブ、リブ、補強リブ、ストリンガー（stringer）、および／またはアイソグリッド（isogrid）もしくはオルソグリッド（orthogrid）構造の形態で、外側および／または内側に、最も好ましくは内側に、配置された補強材である。この設計は、容器の強度および剛性を損なうことなく大幅な軽量化を可能にし、航空宇宙産業の軽量設計に関する要求を特に効率よく満たす。

方法に関して、本目的は、請求項１０および１１の特徴によって驚くほど簡単に達成される。

本発明に係る、極低温流体、特に極低温液体および粘性材料を収容および貯蔵するための容器であって、少なくとも１つのチャンバを備えた該容器の内部空間を形成するケーシングを備えるか、または、ケーシングと該容器の内部空間を互いに隣接する少なくとも２つのチャンバに隔てる少なくとも１つの隔壁とを備える容器を製造するための方法であって、
ａ）ブランクを用意する工程と、
ｂ）上記ブランクを少なくとも１つの支持構造もしくはスピンチャックに固定する工程と、
ｃ）上記ブランクをスピニング成形によって容器構造のドーム部に変形加工する工程と、
ｄ）上記ブランクの縁を、上記ブランクの縁に作用するスプリットローラを用いた裂開加工によって、上記ドーム部につながる分岐部と、容器構造の、該分岐部につながる基本的に放射状に延びる２つの円筒部とに変形加工する工程と、
ｅ）上記容器構造の、上記分岐部につながる基本的に放射状に延びる２つの円筒部を、フローターニング（flow turning）加工またはフロープレス加工および／もしくはスピニング（spinning）加工し、上記容器構造の、軸方向に延びる２つの円筒部にする工程と、
ｆ）少なくとも１つまたは２つの追加の容器構造を工程ａ）からｅ）に従って形成する工程と、
ｇ）隣接した対向する上記容器構造を接合して容器にする工程と、を含む方法、あるいは、
ａ）ブランクを用意する工程と、
ｂ）上記ブランクを少なくとも１つの支持構造もしくはスピンチャックに固定する工程と、
ｃ）上記ブランクの縁を、上記ブランクの縁に作用するスプリットローラを用いた裂開加工によって、分岐部と、容器構造の、該分岐部につながる基本的に放射状に延びる２つの円筒部とに変形加工する工程と、
ｄ）上記ブランクを、スピニング成形によって、容器構造の、上記分岐部につながるドーム部に変形加工する工程と、
ｅ）上記容器構造の、上記分岐部につながる基本的に放射状に延びる２つの円筒部を、フローターニング加工またはフロープレス加工および／もしくはスピニング加工し、工程ｃ）またはｄ）に係る容器構造の、軸方向に延びる２つの円筒部にする工程と、
ｆ）少なくとも１つまたは２つの追加の容器構造を工程ａ）からｅ）に従って形成する工程と、
ｇ）隣接した対向する上記容器構造を接合して容器にする工程と、を含む方法によって、本発明は、特に有益であることが分かる方法を、本発明に係る容器に関連して説明した利点に加えて、提案する。その結果、本発明に係る方法によって、特に簡単でコンパクトで安定性のある設計かつ低重量の容器の製造が可能である。さらに、本発明に係る方法は、非常に有益な形では、随意にいつでも容易に標準化することもできる非常に少ない個別の構成要素のみからなる容器を提供する。これに関連して、構造補強材としても同時に用いることができる種々の幾何学的断面形状を、容器構造に作成することも可能である。さらに、特別の利点として、本発明に係る方法は、一方では、より少ない形成工程によって容器を接合できる点で、他方では、材料の反りおよび脆弱化（溶接品質要因）につながり得る溶接またはその他の接合手段が回避されるという点で、抜きんでている。このことは、本発明に係る方法によって製造された容器が特に高い強度および剛性を有する理由の１つでもある。最後に、本発明に係る方法を適用することによる本発明に係る容器の製造は、特に簡単であり、工数と時間がほとんどかからないため、費用効果が特に高い。

本発明による方法のさらなる有利な詳細は、請求項１２から２１に記載されている。

例えば、請求項１２に記載の本発明の好適な一実施形態は、工程ａ）において用意されるブランクが、扁平、平面状、または同様の形状、好ましくは、基本的に円形もしくは円盤形、あるいは円筒形、特に、好ましくは短尺の、円筒の形態である、とする。

請求項１３に記載のブランクは、切削により、特に、機械的切削、レーザもしくはウォータージェット切削、ソーイング（sawing）、ミーリング（milling）、または侵食（eroding）により、機械加工されることが好ましい。

さらに、請求項１４の特徴は、容器構造のドーム部の所望の最終壁厚を維持するために特に重大である。よって、ブランクは、平らな状態において予め定められた壁厚分布が得られるように、好ましくは固定前、特には変形加工前に、機械加工により、特に、ターニング、ミーリングおよび／または研削により、（事前）輪郭加工および／または事前輪郭加工もしくは輪郭加工される。変形加工前の初期の厚さを（事前）輪郭加工および／または事前輪郭加工もしくは輪郭加工することによって、容器構造の最終厚さを微調整することができる。

さらに、ブランクおよび／または容器構造が、上記少なくとも１つの支持構造もしくはスピンチャックと、それと共に作用する別の支持構造もしくはスピンチャックとに固定されることは、本発明の枠内である。

製造されたシェル体の非常に高い寸法精度と、さらに高められた強度のためには、請求項１６の特徴が経済的にさらに主要な重要性を持つ。本請求項によると、容器構造のドーム部が、凸状もしくは凹状のスピニング成形またはターニング加工によってシェル体に成形され、好ましくは凹状のスピニング成形および／またはターニング加工によって変形加工される。

請求項１７に記載の容器構造の分岐部と２つの円筒部とが、ブランクの縁に作用しかつ基本的に円錐形、菱形、もしくは縁の鋭い断面を有するスプリットローラを用いた裂開加工によって成形されることも、本発明によって提供される。

これに関連して、請求項１８によると、分岐部につながる、容器構造の２つの円筒部が、好ましくはブランクの縁に作用するスプリットローラを用いた裂開加工の後で、フローターニング加工および／またはスピニング加工され、上記基本的に放射状に延びた状態から、容器構造の、軸方向に延びた、特にドーム部およびドーム部につながる分岐部の上方および下方の、２つの円筒部にされる。

互いに隣接する容器構造が請求項１９に従って直接接合されることが好ましい。あるいはまたはさらに、互いに隣接する容器構造を少なくとも１つの他の円筒状要素を介して間接接合することも容易に可能である。このことによって、容器の形状および幾何学的形状またはその他の設計上の特徴を、随意にいつでも、個別に設計することが可能になる。

さらに、有利には、請求項２０によると、容器の容器構造の円筒部および／または少なくとも１つの他の円筒要素が、特に内側の補強材によって、あるいはまたはさらに、好ましくは（補剛）リブ、リブ、補強リブ、ストリンガー、および／またはアイソグリッドもしくはオルソグリッド構造の形態で、外側および／または内側に、最も好ましくは内側に、配置された補強材によって、補強されることも提供される。

さらに、非常に簡単でコンパクトで機能的であり、かつ大幅なコストの削減または節約に関連付けられる設計のためには、互いに隣接する容器構造および／または少なくとも１つの他の円筒要素が、一緒に、フローターニング加工および／またはスピニング加工あるいは、特に摩擦撹拌接合（ＦＳＷ）によって、溶接されるという請求項２１の対策も非常に重要である。

最後に、請求項２２によると、液体および粘性材料、特に極低温流体、好ましくは酸素および水素、を収容および貯蔵するための本発明に係る容器を、乗り物に、特に航空学的用途の重航空機もしくは航空機、好ましくは飛行機および宇宙重航空機、特に船舶、好ましくは潜水艦もしくはエアクッション艇（ホバークラフト）、または特に陸上車両、好ましくは乗用車、トラック、もしくはトレーラーハウスにおいて、特にロケット推進剤タンクおよび人工衛星用タンク用の、液体および粘性材料、特に極低温流体の収容および貯蔵のために使用することは、本発明の枠内である。

非常に有利には、本発明による容器は、ロケットおよび／または人工衛星のタンクおよび燃料タンク用の、気体媒質、液体媒質、および固体媒質、好ましくは、ヒドラジン、モノメチルヒドラジン（ＭＭＨ）、非対称ジメチルヒドラジン（ＵＤＭＨ）、もしくはケロシンのような燃料または推進剤、四酸化窒素もしくは四酸化二窒素（ＮＴＯ）のような酸化剤（オキシダイザー）、または燃料／オキシダイザー混合物、ならびに／あるいは（飲用）水および廃水のための、液体および粘性材料、特に極低温流体、の収容および貯蔵に適している。

本発明のさらなる特徴、長所、および詳細は、以下の本発明の好適な実施形態の説明において図面に関連して記載される。図面は以下の通りである。

図１は、本発明に従って設計された容器の一実施形態の概略長手方向断面図であり、
図２Ａおよび図２Ｂは、本発明に従って設計された容器の他の実施形態の概略長手方向断面図であり、
図３は、本発明に従って設計された容器構造の一実施形態を拡大して示す部分切欠き斜視図であり、
図４は、図３による本発明に従って設計された容器構造の実施形態を縮小して示す概略斜視断面図であり、
図５Ａ〜図５Ｊは、本発明に従って設計された容器構造を製造するための本発明に係る方法を概略的に表すためのブランクおよび容器構造の種々の断面図および対応する斜視図であり、
図６Ａ〜図６Ｌは、本発明に従って設計された容器構造を製造するための本発明に係る別の方法を概略的に表すためのブランクおよび容器構造の種々の断面図および対応する斜視図であり、
図７Ａ〜図７Ｊは、図５Ａ〜図５Ｊによる本発明に従って設計された容器構造を製造するための本発明に係るさらなる方法を概略的に表すための円筒状ブランクおよび容器構造の種々の断面図および対応する斜視図であり、
図８Ａ〜図８Ｌは、図６Ａ〜図６Ｌによる本発明に従って設計された容器構造を製造するための本発明に係るさらに別の方法を概略的に表すための円筒状ブランクおよび容器構造の種々の断面図および対応する斜視図であり、
図９は、当該技術分野において公知の容器の部分切欠き分解長手方向断面図である。

液体および粘性材料、特に極低温流体を収容および貯蔵するための本発明による容器１０およびその製造方法の種々の実施形態についての以下の説明において、互いに対応する同様の構成要素については、それぞれ、同一の参照符号を付す。

液体および粘性材料、特に極低温流体、好ましくは酸素および水素、を収容および貯蔵するための容器１０は、乗り物において、特に航空学的用途の重航空機もしくは航空機、好ましくは飛行機および宇宙重航空機において、特に船舶、好ましくは潜水艦もしくはエアクッション艇（ホバークラフト）において、または特に陸上車両、好ましくは乗用車、トラック、もしくはトレーラーハウスにおいて、特にロケット推進剤タンクおよび人工衛星用タンク用の、液体および粘性材料、特に極低温流体、の収容および貯蔵のために、有利に用いられる。本発明による容器１０は、ロケット推進剤タンクおよび人工衛星用タンクに特に適しており、ロケットおよび／または人工衛星のタンクおよび燃料タンク用の、液体および粘性材料、特に極低温流体、ならびに気体材料、液体材料、および固体材料、好ましくは、ヒドラジン、モノメチルヒドラジン（ＭＭＨ）、非対称ジメチルヒドラジン（ＵＤＭＨ）もしくはケロシンのような燃料または推進剤、四酸化窒素もしくは四酸化二窒素（ＮＴＯ）のような酸化剤（オキシダイザー）、あるいは燃料／オキシダイザー混合物、ならびに／あるいは（飲用）水および廃水を収容および貯蔵する。

図１の概略図に示す本発明に係る容器１０は、特に壁の薄いケーシング１２を含み、該ケーシング１２は、少なくとも１つのチャンバ１６を備えた容器１０の内部空間１４を形成する。チャンバ１６には、例えば、運搬ロケット（図示せず）の上段において燃料／酸化剤混合物として用いられる酸素（ＬＯＸ）および水素（ＬＨ２）のような極低温流体が収容および貯蔵される。

図２Ａおよび図２Ｂに概略的に示す本発明に係る各容器１０は、特に壁の薄いケーシング１２と、少なくとも１つの隔壁１８とを含む。該少なくとも１つの隔壁１８は、容器１０の内部空間１４を少なくとも２つの互いに隣接するチャンバ１６および１６’に仕切る。チャンバ１６および１６’には、例えば、運搬ロケット（図示せず）の上段において燃料／酸化剤混合物として用いられる酸素（ＬＯＸ）および水素（ＬＨ２）のような極低温流体が収容および貯蔵される。

図２Ａおよび図２Ｂによると、どちらの容器１０も、それぞれ、内部空間１４を２つの別個のチャンバ１６および１６’に仕切るための隔壁１８を１つだけ有している。容器１０の両チャンバ１６および１６’は共通の隔壁１８を共有している。

図２Ａおよび図２Ｂに示す本発明に係る容器１０の各実施形態は、それぞれの隔壁１８自体の設計と容器１０のケーシング１２内での隔壁１８の配置のみが異なっている。つまり、図２Ａに示す容器１０の実施形態においては、隔壁１８は凹状に設計されている。他方で、図２Ｂに示す容器１０の実施形態においては、隔壁１８は凸状に設計されている。それ以外は、図２Ａおよび図２Ｂによる本発明に係る容器１０の隔壁１８の上記２つの実施形態は、同一の構造設計を有している。

図１による本発明に係る容器１０の実施形態は、少なくとも２つの容器構造２０および２０’または２０’および２０’’からなり、そのうちの１つを図３および図４に示す。

他方、図２Ａおよび図２Ｂによる本発明に係る容器１０の各実施形態は、少なくとも３つの容器構造２０、２０’、および２０’’からなり、そのうちの１つを図３および図４に示す。

図３および図４から分かるように、容器構造２０、２０’、および２０’’は、それぞれ、単一部品としてブランク（図示せず）から変形加工されたものである。容器構造２０、２０’、および２０’’はそれぞれ、ドーム部２２と、ドーム部２２につながる分岐部２４と、分岐部２４につながる２つの円筒部２６および２８とを有する。

詳細には示さないが、容器構造２０、２０’、および２０’’のうちの隣接した対向する容器構造２０および２０’または２０’および２０’’が接合されて、図１に係るチャンバ１６を含む、または、図２Ａ〜図８Ｌに示す実施形態の各例によると、２つのチャンバ１６および１６’を形成するために隔壁１８を含む、容器１０を形成する。

互いに隣接する容器構造２０および２０’または２０’および２０’’は、直接および／または少なくとも１つの他の追加的円筒要素４６、４６’（図９に図示したように）を介して間接に接合される。ここで、互いに隣接する容器構造２０および２０’もしくは２０’および２０’’ならびに／または上記少なくとも１つの他の円筒要素４６および４６’は、好ましくは、一緒に、フローターニング加工および／またはスピニング加工あるいは溶接される。

さらに、容器１０、特に容器１０の少なくとも２つもしくは３つの容器構造２０、２０’、および２０’’ならびに／または少なくとも１つの他の円筒要素４６、４６’は、軽量に設計される。これらは、金属、特に、鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、チタン、それらの合金、および／またはそれらの組合せからなることが好ましい。

容器構造２０、２０’、および２０’’のドーム部２２のそれぞれは、カップ形状、特に、半球形状、球形カップ形状、ドーム形状、楕円ドーム形状、円錐形状、楕円形状、カッシーニ形状、またはその他の断面形状に設計される。容器１０の容器構造２０、２０’、および２０’’の円筒部２６および２８ならびに／または少なくとも１つの他の円筒要素４６、４６’は、補強される。有益な形では、（補剛）リブ、リブ、補強リブ、ストリンガー、および／またはアイソグリッドもしくはオルソグリッド構造の形態の補強材３０が設けられる。

図１〜図４に示す本発明に係る容器１０の各実施形態の製造について、以下に図５Ａ〜図５Ｊあるいは図６Ａ〜図６Ｌを例に挙げてより詳細に説明する。

図５Ａ〜図５Ｊによると、容器１０を製造するための本発明に係る方法の一実施形態は、以下の工程を含む。

図５Ａおよび図５Ｂによると、ブランク３２を用意する。ブランク３２は、好ましくは扁平で平面状もしくは大部分が平面状であるか、または同様の形状である。ブランク３２は、基本的に円形もしくは円盤形または円形もしくは円盤形であることが好ましい。特に、ブランク３２は、平面状のブランク（図示せず）、例えばシートメタルまたは同様の材料の切断片から、切削によって、特に、機械的切削、レーザもしくはウォータージェット切削、ソーイング、ミーリング、または侵食によって、機械加工される。

その前に、ブランク３２は、機械加工、特に、ターニング、ミーリング、および／もしくは研削によって（事前）輪郭加工および／または事前輪郭加工もしくは輪郭加工されることが好ましい。ただし、実際のブランク３２を輪郭加工を用いて製造することも可能である。例えば、ブランク３２は、圧延加工によって形成することもできる。

その後、ブランク３２を少なくとも１つの支持構造もしくはスピンチャック３４に固定する。

図５Ｃおよび図５Ｄによると、ブランク３２を、支持構造もしくはスピンチャック３４を用いてスピニング成形および／またはターニング加工することにより、容器構造２０、２０’、２０’’のドーム部２２に変形加工するか、またはドーム部２２を設ける。図５Ａ〜図５Ｊに示す本発明に係る方法の実施形態においては、凸状のスピニング成形および／またはターニング加工が用いられる。

図５Ｃおよび図５Ｄにおいて分かるように、スピンチャック３４は、後の段階において補強材３０を容器構造２０、２０’、２０’’に、好ましくはその内側に、形成するために、一体化された溝３６または同様の構造を有する。

図５Ｅおよび図５Ｆによると、凸状のスピニング成形の後、追加のスピンチャック３８を取り付ける。よって、ブランク３２および／または容器構造２０、２０’、２０’’は、少なくとも１つの支持構造もしくはスピンチャック３４と、それと共に作用する別の支持構造もしくはスピンチャック３８とに固定される。スピンチャック３８は、容器構造２０、２０’、２０’’または先に形成されたそのドーム部２２を固定させる対向支持部を形成する。

図５Ｇおよび図５Ｈによると、その後、縁４０、つまりブランク３２の縁におけるスピンチャック３２および３８から突出する材料を、ブランク３２の縁４０に作用するスプリットローラ（図示せず）によって裂開加工することにより、ドーム部２２につながる分岐部２４と、容器構造２０の、該分岐部２４につながる基本的に放射状に延びる２つの円筒部２６’および２８’とに変形加工する。ブランク３２の縁４０に作用するスプリットローラは、例えば、基本的に円錐形、菱形、または縁の鋭い断面を有し、場合によっては追加的に丸み付けされていてもよい。

図５Ｉおよび図５Ｊによると、次に、容器構造２０の、分岐部２４につながる基本的に放射状に延びる２つの円筒部２６’および２８’を、フローターニング加工および／またはスピニング加工して、容器構造２０の、軸方向に延びる２つの円筒部２６および２８、すなわち上側円筒部２６および下側円筒部２８にする。

支持構造もしくはスピンチャック３４および／または別の支持構造もしくはスピンチャック３８が対応する凹輪郭（negative contours）を有する場合は、同時に補強材３０、例えば（補剛）リブ、リブ、補強リブ、ストリンガー、および／またはアイソグリッドもしくはオルソグリッド構造、ならびに／あるいは他のやはり（部分的に）平滑な壁の構造の形態の補強材を、フローターニング加工またはフロープレス加工および／もしくはスピニング加工中に、円筒部２６、２８の外側および／または内側に、好ましくは内側に、作製することができる。

最後に、容器構造２０の、軸方向に延びる２つの円筒部２６および２８、すなわち上側円筒部２６および下側円筒部２８を、追加のフローターニングまたはフロープレス加工および／もしくはスピニング加工および／もしくは延伸加工過程において、所望の長さに変形加工することができる。

続いて、工程ａ）〜ｅ）に係る少なくとも１つまたは２つの追加の容器構造２０’、２０’’を形成する。

その後、容器構造２０、２０’、および２０’’のうちの隣接した対向する容器構造２０および２０’または２０’および２０’’を接合して容器１０にする。これは、互いに隣接する容器構造２０および２０’または２０’および２０’’を直接接合することによって実施できる。代替的または追加的に、互いに隣接する容器構造２０および２０’または２０’および２０’’を、少なくとも１つの他の円筒要素４６、４６’（図９参照）を導入して、間接接合することも考えられる。

互いに隣接する容器構造２０および２０’もしくは２０’および２０’’ならびに／または少なくとも１つのさらなる円筒要素４６、４６’の接合は、フローターニング加工またはフロープレス加工および／またスピニング溶接によって達成されることが好ましい。有益な他に取り得る手段として、溶接、好ましくは摩擦撹拌接合（friction stir welding）（ＦＳＷ）も挙げられる。

図６Ａ〜図６Ｌによると、容器１０を製造するための本発明に係る方法の別の実施形態は、以下の工程を含む。

図６Ａおよび図６Ｂに示す実施形態によると、好ましくは図５Ａ〜図５Ｊによる上記実施形態に従って設計されたブランク３２を用意する。よって、該ブランク３２は、特に扁平で平面状もしくは大部分が平面状であるか、または同様の形状であり、かつ／あるいは、基本的に円形もしくは円盤形または円形もしくは円盤形である。上記の図５Ａ〜図５Ｊの実施形態の例と同様に、ブランク３２は、（事前）輪郭加工および／または事前輪郭加工もしくは輪郭加工された平面状のブランク（図示せず）から機械加工される。ただし、輪郭加工を統合してブランク３２を製造することも考えられることは言うまでもない。

図６Ｃおよび図６Ｄによると、用意したブランク３２を、少なくとも１つの支持構造もしくはスピンチャック３４に固定する。次に、別の支持構造もしくはスピンチャック３８を取り付ける。よって、ブランク３２は、上記支持構造もしくはスピンチャック３４と、それと共に作用する上記別の支持構造もしくはスピンチャック３８とに固定される。スピンチャック３８は、ブランク３２を固定させる対向支持部を形成する。

図６Ｅおよび図６Ｆによると、その後、縁４０、つまりブランク３２の縁におけるスピンチャック３２および３８から突出した材料を、分岐部２４と、容器構造２０の、該分岐部２４につながる基本的に放射状に延びる２つの円筒部２６’および２８’とに変形加工する。この変形加工は、ブランク３２の縁４０に作用するスプリットローラ（図示せず）によって裂開加工することにより達成される。ブランク３２の縁４０に作用するスプリットローラは、例えば、基本的に円錐形、菱形、または縁の鋭い断面を有し、場合によっては追加的に丸み付けされていていもよい。

図６Ｇおよび図６Ｈによると、次に、容器構造２０の、分岐部２４につながる基本的に放射状に延びる２つの円筒部２６’および２８’を、フローターニング加工および／またはスピニング加工して、容器構造２０の、軸方向に延びる２つの円筒部２６および２８、すなわち上側円筒部２６および下側円筒部２８にする。

支持構造もしくはスピンチャック３４および／または別の支持構造もしくはスピンチャック３８が対応する凹輪郭を有する場合は、このときまたは後に、補強材３０、例えば（補剛）リブ、リブ、補強リブ、ストリンガー、および／またはアイソグリッドもしくはオルソグリッド構造、ならびに／あるいは他のやはり（部分的に）平滑な壁の構造の形態の補強材を、フローターニング加工またはフロープレス加工および／もしくはスピニング加工中に、円筒部２６および２８の外側および／または内側に、好ましくは内側に、作製することができる。

図６Ｉおよび図６Ｊによると、次に、ブランク３２を、スピニング成形および／またはターニング加工によって、容器構造２０の、分岐部２４につながるドーム部２２に変形加工する。図６Ａ〜図６Ｌに示す本発明に係る方法の実施形態においては、別の支持構造もしくはスピンチャック４２を用いた凹状のスピニング成形またはターニング加工が行われる。

図６Ｋおよび図６Ｌによると、最後に、容器構造２０の、軸方向に延びる２つの円筒部２６および２８、すなわち上側円筒部２６および下側円筒部２８を、追加のフローターニング加工またはフロープレス加工および／もしくはスピニング加工および／もしくは延伸加工過程において、所望の長さに変形加工することができる。

図６Ｇおよび図６Ｈの工程に代わる工程として、上記過程中に補強材３０、例えば（補剛）リブ、リブ、補強リブ、ストリンガー、および／またはアイソグリッドもしくはオルソグリッド構造、ならびに／あるいは他のやはり（部分的に）平滑な壁の構造の形態の補強材を、フローターニング加工またはフロープレス加工および／もしくはスピニング加工中に、円筒部２６、２８の外側および／または内側に、好ましくは内側に、設けることができる。

その後、少なくとも３つの容器構造２０、２０’、および２０’’のうちの隣接した対向する容器構造２０および２０’または２０’および２０’’を接合して容器１０にする。これは、互いに隣接する容器構造２０および２０’または２０’および２０’’を直接接合することによって実施できる。代替的または追加的に、互いに隣接する容器構造２０および２０’または２０’および２０’’を、少なくとも１つの他の円筒要素４６、４６’（図９に示す）を導入して、間接接合することも考えられる。

互いに隣接する容器構造２０および２０’もしくは２０’および２０’’ならびに／または少なくとも１つの他の円筒要素４６、４６’の接合は、フローターニング加工またはフロープレス加工および／またはスピニング溶接によって達成されることが好ましい。有益な他に取り得る手段として、溶接、特に摩擦撹拌接合（ＦＳＷ）も挙げられる。

さらに、図１〜図４に示す本発明に係る容器１０の各実施形態の製造は、図７Ａ〜図７Ｊあるいは図８Ａ〜図８Ｌに概略的に示す本発明に係る他の方法によっても実現される。

図７Ａ〜図７Ｊによる本発明に係る方法の実施形態は、工程ａ）において、扁平で平面状もしくは大部分が平面状であるかまたは同様の形状、好ましくは基本的に円形もしくは円盤形または円形もしくは円盤形であるブランク３２の代わりに、円筒状、特に、好ましくは短尺の、円筒の形態のブランク３２’を用意する点で、図５Ａ〜図５Ｊに示す実施形態と異なる。

特に、ブランク３２’は、平面状のブランク（図示せず）、例えばシートメタルもしくは同様の材料の切断片から、切削によって、特に、機械的切削、レーザもしくはウォータージェット切削、ソーイング、ミーリング、または侵食によって機械加工されるものであり、かつ／あるいは、その後、機械加工、特に、ターニング、ミーリングおよび／もしくは研削によって、（事前）輪郭加工および／または事前輪郭加工もしくは輪郭加工されることが好ましい。ただし、ブランク３２’を輪郭加工を用いて製造することも可能である。代替的な実施形態においては、スエージング加工、鍛造加工、または圧延加工によってブランク３２’を円筒形状にすることができる。

同じことは、図８Ａ〜図８Ｌに示す本発明に係る方法の実施形態についても、制約なく当てはまる。この実施形態も、工程ａ）において、扁平で平面状もしくは大部分が平面状であるかまたは同様の形状、好ましくは基本的に円形もしくは円盤形または円形もしくは円盤形のブランク３２の代わりに、円筒状、特に、好ましくは短尺の、円筒の形態のブランク３２’を用意する点で、図６Ａ〜図６Ｌに示す実施形態と異なる。

図７Ａ〜図７Ｊおよび図８Ａ〜図８Ｌに示す本発明に係る各方法は、上記円筒形状および／または上記円筒の長さによって、所要の壁厚ならびに／あるいは隣接する容器構造２０、２０’、もしくは２０’’および／または少なくとも１つの他の円筒要素４６、４６’との相互の重複面積に応じて最終的に得られるかまたは得られるべき縁４０’の材料量を個別に決定することが可能であるという追加の利点を有する。

それ以外は、図５Ａ〜図５Ｊおよび図７Ａ〜図７Ｊに示す本発明に係る方法の各実施形態は、図６Ａ〜図６Ｌおよび図８Ａ〜図８Ｌに示すものと同じである。

本発明は上記例示した実施形態に限定されるわけではない。詳細には示さないが、容器１０は、１つのチャンバ１６または隔壁１８で隔てられた２つのチャンバ１６および１６’だけでなくそれ以上のチャンバを有することができる。従って、３つおよび／またはそれ以上のチャンバ１６および１６’と任意のそれぞれの数の隔壁１８とを備えた容器１０が、本発明の枠内で考えられる。あるいは、詳細には示さないが、例えば、縁４０もしくは４０’および／または縁において突出するブランク３２の材料を裂開加工する工程を凸状のスピニング成形および／またはターニング加工よりも前に設けることも当然ながら可能である。さらに、補強材３０、例えば（補剛）リブ、リブ、補強リブ、ストリンガー、および／またはアイソグリッドもしくはオルソグリッド構造、ならびに／あるいは他のやはり（部分的に）平滑な壁の構造の形態の補強材を、フローターニング加工またはフロープレス加工および／もしくはスピニング加工中に、円筒部２６、２８の外側および／または内側に、好ましくは内側に、生成させるために、支持構造もしくはスピンチャック３４および／または別の支持構造もしくはスピンチャック３８が対応する凹輪郭を有することが考えられる。

Claims

極低温流体を収容および貯蔵するための容器であって、少なくとも１つのチャンバ（１６）を備えた該容器（１０）の内部空間（１４）を形成するケーシング（１２）を備えるか、または、ケーシング（１２）と該容器（１０）の内部空間（１４）を互いに隣接する少なくとも２つのチャンバ（１６，１６’）に隔てる少なくとも１つの隔壁（１８）とを備える容器、を製造するための方法であって、
ａ）ブランク（３２，３２’）を用意する工程と、
ｂ）前記ブランク（３２，３２’）を少なくとも１つの支持構造もしくはスピンチャック（３４，３８，４２）に固定する工程と、
ｃ）前記ブランク（３２，３２’）をスピニング成形によって容器構造（２０）のドーム部（２２）に変形加工する工程と、
ｄ）前記ブランク（３２，３２’）の縁（４０，４０’）を、前記ブランク（３２，３２’）の前記縁（４０，４０’）に作用するスプリットローラを用いた裂開加工によって、前記ドーム部（２２）につながる分岐部（２４）と、前記容器構造（２０）の、前記分岐部（２４）につながる放射状に延びる２つの円筒部（２６’，２８’）とに変形加工する工程と、
ｅ）前記容器構造（２０）の、前記分岐部（２４）につながる前記放射状に延びる２つの円筒部（２６’，２８’）を、フローターニング加工またはフロープレス加工および／もしくはスピニング加工し、前記容器構造（２０）の、軸方向に延びる２つの円筒部（２６，２８）にする工程と、
ｆ）少なくとも１つまたは２つの追加の容器構造（２０’，２０’’）を工程ａ）からｅ）に従って形成する工程と、
ｇ）隣接した対向する前記容器構造（２０，２０’，２０’，２０’’）を接合して容器（１０）にする工程と、を含む方法。
極低温流体を収容および貯蔵するための容器であって、少なくとも１つのチャンバ（１６）を備えた該容器（１０）の内部空間（１４）を形成するケーシング（１２）を備えるか、または、ケーシング（１２）と該容器（１０）の内部空間（１４）を互いに隣接する少なくとも２つのチャンバ（１６，１６’）に隔てる少なくとも１つの隔壁（１８）とを備える容器、を製造するための方法であって、
ａ）ブランク（３２，３２’）を用意する工程と、
ｂ）前記ブランク（３２，３２’）を少なくとも１つの支持構造もしくはスピンチャック（３４，２８，４２）に固定する工程と、
ｃ）前記ブランク（３２，３２’）の縁（４０，４０’）を、前記ブランク（３２，３２’）の前記縁（４０，４０’）に作用するスプリットローラを用いた裂開加工によって、分岐部（２４）と、前記容器構造（２０）の、前記分岐部につながる放射状に延びる２つの円筒部（２６’，２８’）とに変形加工する工程と、
ｄ）前記ブランク（３２，３２’）を、スピニング成形によって、前記容器構造（２０）の、前記分岐部（２４）につながるドーム部（２２）に変形加工する工程と、
ｅ）前記容器構造（２０）の、前記分岐部（２４）につながる前記放射状に延びる２つの円筒部（２６’，２８’）を、フローターニング加工またはフロープレス加工および／もしくはスピニング加工し、工程ｃ）またはｄ）に係る前記容器構造（２０）の、軸方向に延びる２つの円筒部（２６，２８）にする工程と、
ｆ）少なくとも１つまたは２つの追加の容器構造（２０’，２０’’）を工程ａ）からｅ）に従って形成する工程と、
ｇ）隣接した対向する前記容器構造（２０，２０’，２０’，２０’’）を接合して容器（１０）にする工程と、を含む方法。
工程ａ）において用意される前記ブランク（３２，３２’）が、扁平、平面状、あるいは円筒形であることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
前記ブランク（３２，３２’）が、切削により、機械加工されることを特徴とする、請求項１から３のうちの一項に記載の方法。
前記ブランク（３２，３２’）が、機械加工により、輪郭加工または事前輪郭加工されることを特徴とする、請求項１から４のうちの一項に記載の方法。
前記ブランク（３２，３２’）および／または前記容器構造（２０，２０’，２０’’）が、前記少なくとも１つの支持構造もしくはスピンチャック（３４）と、前記少なくとも１つの支持構造もしくはスピンチャック（３４）と共に作用する別の支持構造もしくはスピンチャック（３８，４２）とに固定されることを特徴とする、請求項１から５のうちの一項に記載の方法。
前記容器構造（２０，２０’，２０’’）の前記ドーム部（２２）が、凸状もしくは凹状のスピニング成形またはターニング加工によって成形されることを特徴とする、請求項１から６のうちの一項に記載の方法。
前記容器構造（２０，２０’，２０’’）の前記分岐部（２４）と前記２つの円筒部（２６’，２８’）とが、前記ブランク（３２，３２’）の前記縁（４０，４０’）に作用しかつ円錐形、菱形、もしくは縁の鋭い断面を有するスプリットローラを用いた裂開加工によって成形されることを特徴とする、請求項１から７のうちの一項に記載の方法。
前記分岐部（２４）につながる、前記容器構造（２０，２０’，２０’’）の前記２つの円筒部（２６’，２８’）が、前記ブランク（３２，３２’）の前記縁（４０，４０’）に作用する前記スプリットローラを用いた裂開加工の後で、フローターニング加工および／またはスピニング加工され、前記放射状に延びた状態から、前記容器構造（２０，２０’，２０’’）の、軸方向に延びた２つの円筒部（２６，２８）にされることを特徴とする、請求項１から８のうちの一項に記載の方法。
互いに隣接する前記容器構造（２０，２０’；２０’，２０’’）が、直接および／または少なくとも１つの他の円筒要素（４６，４６’）を介して間接に接合されることを特徴とする、請求項１から９のうちの一項に記載の方法。
前記容器（１０）の前記容器構造（２０，２０’，２０’’）の前記円筒部（２６，２８；２６’，２８’）および／または少なくとも１つの他の円筒要素（４６，４６’）が、外側および／または内側に配置された補強材（３０）によって、補強されることを特徴とする、請求項１から１０のうちの一項に記載の方法。
互いに隣接する前記容器構造（２０，２０’；２０’，２０’’）および／または少なくとも１つの他の円筒要素（４６，４６’）が、一緒に、フローターニング加工および／またはスピニング加工あるいは溶接されることを特徴とする、請求項１から１１のうちの一項に記載の方法。