TECHNISCHES GEBIET

Die Erfindung betrifft ein Tanksystem zur Lagerung kühler Medien sowie ein Luftfahrzeug mit einem solchen Tanksystem.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Zur Versorgung von Brennstoffzellen oder Verbrennungskraftmaschinen in Transportmitteln mit Wasserstoff, beispielsweise in Flugzeugen, ist die Verwendung von kryogenen Tanksystemen bekannt. Diese weisen ein Tankvolumen auf, in dem flüssiger Wasserstoff bei einer Temperatur von -253 °C gelagert wird. Wasserstoff wird dadurch aus dem Tankvolumen entnommen, dass beispielsweise ein Teil des flüssigen Wasserstoffs verdampft und gezielt aus dem Tankvolumen geführt wird. Eine besondere Herausforderung bei der Konzeption eines solchen Tanksystems liegt darin, auch über längere Flugdauem die Temperatur auf dem gewünschten, niedrigen Niveau zu halten. Dies wird insbesondere durch eine thermische Isolierung erreicht. Bei der Verwendung in einem Flugzeug ist weiterhin ein geringes Gesamtgewicht für die Wirtschaftlichkeit des Flugzeugs von Bedeutung.

DE 102014 107 316 Al zeigt ein Tanksystem zur kryogenen Lagerung von Wasserstoff, wobei das Tanksystem eine Tankstruktur mit mindestens einem Hohlkörper zum Aufnehmen von flüssigem Wasserstoff und mindestens ein die Tankstruktur umgebendes Isolationsmittel zum Isolieren des mindestens einen Hohlkörpers aufweist.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein alternatives Tanksystem vorzuschlagen, mit dem flüssiger Wasserstoff oder andere kühle Medien gespeichert werden kann, wobei das Tanksystem ein besonders niedriges Gewicht und gleichzeitig eine sehr gute thermische Isolierwirkung aufweist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Tanksystem mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung entnehmbar.

Es wird ein Tanksystem zur Lagerung kühler Medien vorgeschlagen, aufweisend eine Innenhülle aus einem ersten faserverstärkten Material, die einen Aufnahmeraum zum Aufnehmen eines zu lagernden kühlen Mediums definiert, eine Außenhülle aus einem zweiten faserverstärkten Material, die die Innenhülle umgibt, und mehrere Abstandshalter aus einem dritten faserverstärkten Material, die stabförmig zwischen der Innenhülle und der Außenhülle angeordnet und integral mit diesen verbunden sind und dazu ausgebildet sind, die Innenhülle und die Außenhülle in einem Abstand zueinander zu halten, sodass mindestens ein thermisch isolierender Zwischenraum zwischen der Innenhülle und der Außenhülle entsteht, wobei zumindest die Innenhülle das zu lagernde Medium am Entweichen hindert.

Das Tanksystem basiert auf einer Anordnung mindestens zweier Hüllen, wobei eine Hülle eine Innenhülle ist und eine Hülle eine Außenhülle darstellt. Die Innenhülle definiert dabei das Tankvolumen, welches mit dem kühlen Medium, etwa flüssigem Wasserstoff, gefüllt wird. Durch den Abstand der Außenhülle hiervon wird eine thermische Isolierung realisiert, da die Wärmeleitung zwischen dem Tankvolumen und der Umgebung der Außenhülle signifikant verringert wird. Die thermische Isolierung ist dabei abhängig von mehreren Größen, die unter anderem die Art oder das Vorhandensein eines in dem Zwischenraum vorgesehenen Stoffes, die Größe des Abstands sowie das Material der Abstandshalter umfassen.

Das erste faserverstärkte Material kann dem zweiten faserverstärkten Material entsprechen. Allerdings könnten sie sich auch voneinander unterscheiden, um verschiedene Eigenschaften zu nutzen. Es bieten sich besonders Materialien an, die eine Matrix mit darin eingebetteten Verstärkungsfasem umfassen. Die Matrix fungiert als ein Einbettungsmaterial für die Verstärkungsfasern und könnte thermoplastische und duroplastische Polymer wie z.B. Epoxidharze, Keramik oder andere geeignete Stoffe umfassen. Dabei könnten die Verstärkungsfasern Kohlenstoffallotrope sein, beispielsweise Kohlefasem, Kohlenstoffnanoröhrchen, Graphen oder ähnliches. Es könnten sich allerdings auch Glasfasern, Aramidfasem, Keramikfasern und Polymerfasern anbieten.

Das dritte faserverstärkte Material der Abstandshalter könnte dem ersten oder dem zweiten faserverstärkten Material entsprechen oder hiervon verschieden sein. Es kann sich anbieten, die Abstandshalter mit einem Faserbündel herzustellen, wobei sich die einzelnen Fasern des Faserbündels in einer Haupterstreckungsrichtung der Abstandshalter erstrecken und mit einem Matrixmaterial imprägniert sind. Es bietet sich aus Gründen der Kompatibilität an, das erste, das zweite und das dritte faserverstärkte Material identisch auszuwählen. Es bietet sich ferner an, die Abstandshalter mit einem geschlossenen Querschnitt auszustatten. Die Abstandshalter könnten indes auch hohl sein, insbesondere röhrenförmig, wobei ein Innenraum der röhrenförmigen Abstandshalter keine Fluidverbindung mit dem Aufnahmeraum aufweisen sollte. Zumindest die Innenhülle, bevorzugt auch die Außenhülle, sind mit einer das Medium am Entweichen hindernden Beschichtung versehen, um ein Austreten des Mediums zu vermeiden. Das Medium kann neben Wasserstoff, insbesondere in kryogener Form, auch ein anderes kryogenes oder flüssiges oder gasförmiges kühles oder gekühltes Medium sein, beispielsweise Methan. Die Beschichtung kann in Form einer metallischen Schicht realisiert sein. Alternativ bietet sich auch ein geeignetes Polymer, Graphen oder eine mehrlagige Isolierung an. Die Beschichtung kann daher als Folie, eine Sprühlage, oder eine aufgedampfte Beschichtung realisiert sein. Die Beschichtung kann auch durch einen speziellen Eagenaufbau des faserverstärkten Materials realisiert werden.

Die Abstandshalter sind stabförmig ausgeführt, sodass ihre Längen deutlich ihre Breiten oder ihre Durchmesser übersteigen. Bei Minimierung der Querschnittsfläche der Abstandshalter wird der Wärmetransport durch die Abstandshalter reduziert, da der mögliche Wärmestrom üblicherweise proportional zu der Größe der Querschnittsfläche und der Wärmeleitfähigkeit ist. Demnach ist es sinnvoll, die Querschnittsfläche der einzelnen Abstandshalter sowie die Summe der Querschnittsflächen aller Abstandshalter zu minimieren.

Bevorzugt erstrecken sich die Abstandshalter geradlinig von der Innenhülle zu der Außenhülle. Dadurch sind sie in der Lage, hohe Zug- und Druckkräfte aufzunehmen. Die Kombination aus möglichst hoher Festigkeit, daraus resultierender möglichst geringer Querschnittsfläche und/oder einer möglichst geringen Anzahl kann zu einem möglichst geringen Wärmetransport zwischen der Innenhülle und der Außenhülle führen.

Die Abstandshalter können zur Erhöhung der Festigkeit des Tanksystems eine Fachwerkstruktur ausbilden und sich folglich in unterschiedlichen Richtungen erstrecken. Das Fachwerk ist dabei ein räumliches Fachwerk, das sich zwischen der Innenhülle und der Außenhülle erstreckt und eine gekrümmte Schicht mit einer gewünschten Dicke bildet. Die Abstandshalter sind bevorzugt direkt in die Innenhülle und/oder die Außenhülle eingebettet, sodass sie zumindest eine der beiden Hüllen zumindest teilweise durchdringen. Dadurch sind sie fest mit der betreffenden Hülle verbunden.

Die Anordnung der Innenhülle und der Außenhülle bildet demnach einen versteiften Tank, der durch die Verwendung von faserverstärkten Materialien und stabförmigen Abstandshaltem ein sehr geringes Gewicht aufweisen kann, was ihn zur Verwendung in einem Flugzeug eignet. Durch den minimierten Wärmetransport wird der Erwärmung von darin enthaltenem Wasserstoff oder anderen kühlen Medien entgegengewirkt.

Insgesamt wird eine deutliche Gewichtseinsparung im Vergleich zu bekannten, metallischen Tanks zur Lagerung von kühlen Medien und insbesondere von kryogenem Wasserstoff erreicht. Zudem wird ein strukturell integrierter Tank ermöglicht, der in der Lage ist, zumindest teilweise Lasten des Rumpfes aufzunehmen. Das durch das Tanksystem beanspruchte Volumen wird zudem verringert, da ein vergleichsweise geringer Abstand zwischen der Innenhülle und der Außenhülle benötigt wird. Die Fertigung kann durch die Möglichkeit automatisierter Herstellverfahren vereinfacht werden. Zudem weist das Tanksystem ein gutes Schadenstoleranzverhalten auf und ermöglicht auch komplexe Tankgeometrien. Das Tanksystem kann dabei auch vollständig oder teilweise in die Rumpfstruktur integriert werden.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform durchdringen die Abstandshalter die Innenhülle und die Außenhülle zumindest teilweise und sind an ihren Enden umgebogen oder umgeknickt. Das Umknicken kann vor dem Aushärten des dritten faserverstärkten Materials erfolgen. Beispielhaft wird das Faserhalbzeug durch die Innenhülle und die Außenhülle getrieben, beispielsweise mit einer Nadel, und anschließend umgeknickt, so dass die Enden plan auf der Innenhülle und Außenhülle aufliegen. Anschließend kann eine Infiltrierung mit dem Matrixmaterial und/oder eine Aushärtung erfolgen.

In einer vorteilhaften Ausführungsform weist der mindestens eine Zwischenraum eine Schicht aus einem Schaumstoff auf. Der Schaumstoff bildet einen Schaumstoffkern zwischen der Innenhülle und der Außenhülle. Dieser kann zu einer weiteren Versteifung und/oder Isolierung führen. Die Abstandshalter können sich dabei vollständig durch den Schaumstoff erstrecken. Der Schaumstoff ist bevorzugt ein Hartschaumstoff. Er kann geschlossenporig oder offenporig ausgeführt sein. Eine offenporige Variante könnte sich erfindungsgemäß insbesondere zur Verbesserung der Vakuumeigenschaften anbieten.

In einer weiter vorteilhaften Ausführungsform weist der mindestens eine Zwischenraum ein abgeschlossenes, evakuierbares Volumen auf. Das Vakuum kann sich vollständig zwischen der Innenhülle und der Außenhülle erstrecken. Der Begriff „abgeschlossen“ muss nicht bedeuten, dass das Volumen vollständig geschlossen ist. Vielmehr ist zumindest lokal ein Zugang zur gewünschten Evakuierung notwendig. Es ist allerdings auch denkbar, dass der Raum zwischen der Innenhülle und der Außenhülle mehrere, voneinander separate Volumina aufweist, die unterschiedlich ausgeführt sind. Die Verwendung eines Vakuums ist besonders sinnvoll, da hiermit der Wärmetransport über das entsprechende Volumen deutlich verringert wird. Die Abstandshalter sind dazu geeignet, die Innenhülle und die Außenhülle mit einer ausreichenden Festigkeit zur Kompensation der durch das Vakuum wirkenden Kraft auf die zueinander gewandten Flächen der Innenhülle und der Außenhülle in einem Abstand zueinander zu halten. Durch das Vakuum könnte ein geringerer Abstand zwischen der Innenhülle und der Außenhülle realisiert werden als mit anderen hier beschriebenen Ausführungsformen.

Bevorzugt weist die Außenhülle eine äußere Form auf, die in eine lasttragende Primärstruktur eines Flugzeugs integrierbar ist. Beispielsweise kann die Außenhülle so ausgebildet sein, dass das Tanksystem in einen Heckabschnitt eines Verkehrsflugzeugs integrierbar ist. Dabei kann das Tanksystem auch so stark versteift werden, dass es lasttragend und dazu eingerichtet ist, eine in die Primärstruktur eingeleitete Last zumindest teilweise aufzunehmen.

Bevorzugt weist die Außenhülle mindestens einen außenliegenden, insbesondere radial außenliegenden, Übergangsabschnitt auf, an dem sich eine monolithische Struktur anschließt. Dieser erlaubt unter anderem eine vereinfachte Befestigung des Tanksystems in einem Flugzeug. Der Übergangsabschnitt kann beispielsweise eine Art Verlängerung eines Mittelteils der Außenhülle bilden. Die Außenhülle kann indes zwei einander gegenüberliegende, beispielsweise axiale Endabschnitte aufweisen, die den Mittelteil beispielsweise als eine Art Kappe abschließen. In einem bevorzugt gekrümmten Bereich der Außenhülle, in dem die Kappen gebildet sind, ist der Übergangsabschnitt vorgesehen. Die Außenhülle könnte dann beispielsweise axiale Flansche aufweisen, die jeweils die dazugehörige Kappe um- oder einschließen und mit einer Primärstruktur eines Flugzeugs verbunden werden können.

In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Innenhülle und/oder die Außenhülle mindestens einen Aufdickungsabschnitt auf, bei dem eine Wandstärke größer ist als die in angrenzenden Abschnitten. Die doppelwandige Struktur erlaubt die Realisierung auch recht komplexer Formen, welche Einwölbungen, Auswölbungen, gleichmäßige oder variierende Krümmungen, aneinander anschließende, unterschiedliche Krümmungen oder ähnliches umfassen können. Um lokal die Stabilität zu verbessern ist an betreffenden Stellen das Anordnen einer Aufdickung sinnvoll. Das Anordnen von Aufdickungsabschnitten kann selektiv und bedarfsgerecht realisiert sein, sodass ein Aufdickungsabschnitt nur dort vorhanden ist, wo er gebraucht wird, um eine ausreichende Stabilität des Tanksystems zu erlangen und gleichzeitig dessen Gewicht zu begrenzen. In einer vorteilhaften Ausführungsform kreuzen sich Abstandshalter zumindest einer Gruppe der Abstandshalter paarweise und sind in ihren Kreuzungspunkten miteinander verbunden. Dadurch wird die Festigkeit des Tanksystems erhöht, da dem Einknicken einzelner Abstandshalter entgegengewirkt wird. Die Verbindung kann beispielsweise durch Kleben erfolgen. Die Gruppe ist dahingehend zu verstehen, dass eine Teilmenge, die auch zusammenhängend sein kann, der Abstandshalter sich paarweise kreuzen können.

Zur weiteren Verbesserung der Isolierung kann an einer Innenseite der Außenhülle zusätzlich eine ein- oder mehrlagige thermische Isolierungs schicht angeordnet sein. Diese könnte unter anderem einen Schaumstoff aufweisen, der nicht zwingend mit lasttragenden Eigenschaften versehen sein muss. Beim Einbringen der Abstandshalter zwischen die Außenhülle und die Innenhülle könnte die ein- oder mehrlagige thermische Isolierungs schicht einzeln durchdrungen werden oder sie kann an entsprechenden Positionen der Abstandshalter vorgebohrt sein.

Es kann weiterhin sinnvoll sein, wenn das erfindungsgemäße Tanksystem ferner mindestens eine Zwischenhülle aufweist, wobei zwischen der Innenhülle und der mindestens einen Zwischenhülle und zwischen der Außenhülle und der mindestens einen Zwischenhülle mindestens ein separates Volumen gebildet ist. Die Abstandshalter könnten sich dann lediglich in den einzelnen, separaten Volumina erstrecken. Es ist denkbar, dass das Tanksystem eine Zwischenhülle, zwei oder mehr Zwischenhüllen aufweist. Die Abstandshalter könnten sich dann zwischen der Außenhülle und der Zwischenhülle sowie von der Zwischenhülle und der Innenhülle erstrecken. Sind mehrere Zwischenhüllen vorhanden könnten sich Abstandshalter auch zwischen zwei direkt aufeinanderfolgenden Zwischenhüllen erstrecken. Durch die Anordnung separater Volumina ist die Realisierung beispielsweise mehrerer, voneinander getrennter, evakuierter Räume möglich, die sich von der Innenseite zu der Außenseite des Tanksystems aneinander anschließen und zu einer verbesserten thermischen Isolierung führen. Weiterhin könnte sich damit zusätzlich die Sicherheit gegenüber Leckagen, Versagen des Tanksystems oder Missbrauch erhöhen.

Bei dieser Variante könnten zwei Zwischenhüllen vorgesehen sein, die eine Außenschicht, eine Innenschicht und eine Kernschicht bilden, wobei in der Außenschicht und der Innenschicht sich kreuzende Abstandshalter angeordnet sind und in der Kemschicht eine gegenüber der Innenschicht und der Außenschicht reduzierte Anzahl von Abstandshaltem vorgesehen ist. In der Kernschicht könnten sich die Abstandshalter nicht kreuzen, sondern sich lediglich radial zwischen den Zwischenhüllen nach außen erstrecken. Die Abstandshalter in der Kernschicht dienen nicht zwangsläufig der Versteifung des Tanksystems, sondern nehmen weitgehend lediglich Gewichts- und Massenkräfte auf. Dadurch kann der Wärmetransport zwischen der Innenschicht und der Außenschicht über die Kemschicht signifikant verringert werden.

Die Innenschicht und die Außenschicht könnten allerdings auch mit einem Hartschaumstoff versehen sein, sodass lediglich in der Kernschicht Abstandshalter vorgesehen sind.

Zum Anschließen des Tanksystems ist es weiterhin sinnvoll, wenn die Innenhülle und die Außenhülle in einem Anschlussabschnitt einen integrierten Leitungshalter aufweisen, der dazu ausgebildet ist, eine oder mehrere Leitungen isoliert von außen in das Tankvolumen zu führen. Der Leitungshalter ist besonders bevorzugt einstückig integriert, sodass die gesamte Form der Kombination aus Außenhülle und Innenhülle zur Realisiemng des Leitungshalters führt. Der Leitungshalter kann einen sich nach innen erstreckenden Abschnitt aufweisen, der eine Umfangsfläche aufweist, die beispielsweise in die Innenhülle übergeht und eine Einstülpung darstellt. Zwischen sich diametral gegenüberliegenden Seiten des Leitungshalters können sich ebenso Abstandshalter erstrecken, die den Leitungshalter versteifen. Mehrere Leitungen können zum Entnehmen des kühlen Mediums und/oder zum Einleiten von Luft oder einem anderen Gas eingesetzt werden. Weiterhin können auch elektrische Kabel oder Sensoren durchgeführt werden oder es kann eine für Wartungszwecke benötigte Zugänglichkeit geschaffen werden.

Die Erfindung betrifft ferner ein Luftfahrzeug, aufweisend einen Rumpf und mindestens ein darin angeordnetes Tanksystem nach der vorhergehenden Beschreibung. Das Luftfahrzeug könnte ferner eine Wasserstoff verbrauchende Vorrichtung aufweisen, die mit dem Tanksystem koppelbar ist. Die Wasserstoff verbrauchende Vorrichtung könnte etwa ein Brennstoffzellensystem und/oder ein mit Wasserstoff betreibbares Triebwerk umfassen.

Das Tanksystem könnte dabei lasttragend in den Rumpf integriert sein. Das Gewicht des Luftfahrzeugs kann hierdurch optimiert werden, denn der Rumpf und das Tanksystems sind gemeinsam zur Aufnahme der bei dem Betrieb des Luftfahrzeugs entstehenden Lasten vorgesehen.

Zwischen der Außenhülle des Tanksystems und einer der Außenhülle zugewandten Begrenzung des Rumpfs könnte weiterhin eine Aussparung zum Durchführen von Leitungen angeordnet sein. Dies ist insbesondere bei größeren Tanksystemen vorteilhaft, da dieses einen Rumpfquerschnitt zum größten Teil ausfüllen könnte. Durch das Anordnen der Aussparung ist ein Vorbeiführen von Leitungen an dem Tanksystem möglich. Die Aussparung kann als ein Spalt zwischen der Außenhülle und dem Rumpf realisiert sein. Die Aussparung könnte auch lediglich lokal vorgesehen sein und sich beispielsweise entlang einer Längsachse des Rumpfs in dem Tanksystem erstrecken.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungs- beispiele und den Figuren. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich und in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung auch unabhängig von ihrer Zusammensetzung in den einzelnen Ansprüchen oder deren Rückbezügen. In den Figuren stehen weiterhin gleiche Bezugszeichen für gleiche oder ähnliche Objekte.

Fig. 1 zeigt ein Tanksystem in einer Querschnittsansicht und einem Detailschnitt.

Fig. 2 zeigt Schaumstoff zwischen der Innenhülle und der Außenhülle, der herausgelöst werden kann.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Tanksystem in einer Querschnittsansicht und einem Detailschnitt.

Fig. 4 zeigt ein Luftfahrzeug mit einem darin integrierten Tanksystem.

Fig. 5 zeigt ein Luftfahrzeug mit einem modifizierten Tanksystem.

Fig. 6a und 6b zeigen Einheitszellen eines Wandaufbaus.

Fig. 7 zeigt ein Tanksystem mit modifiziertem Wandaufbau.

Fig. 8 zeigt einen Wandaufbau mit einer Kemschicht.

Fig. 9 zeigt einen gegenüber Fig. 8 modifizierten Wandaufbau.

Fig. 10a und 10b zeigen ein Tanksystem mit einem Leitungshalter.

DETAILLIERTE DARSTELLUNG EXEMPLARISCHER AUSFÜHRUNGSFORMEN Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Tanksystems 2 zur Lagerung eines kühlen Mediums. Das Tanksystem 2 weist eine Innenhülle 4 aus einem ersten faserverstärkten Material, beispielsweise einem faserverstärkten Kunststoff, auf, die einen Aufnahmeraum 6 zum Aufnehmen des Mediums definiert. Eine Außenhülle 8 ist vorgesehen, die aus einem zweiten faserverstärkten Material besteht und die die Innenhülle 4 umgibt. In der Ausführung in Fig. 1 weist das Tanksystem 2 einen zylindrischen Mittelteil 10 auf, der durch zwei etwa halbkugelförmige Endkappen 12 und 14 ergänzt wird. Zwischen der Innenhülle 4 und der Außenhülle 8 befindet sich ein Kern aus einem Schaumstoff 16, der beispielsweise als Hartschaum realisiert ist. Weiterhin sind Abstandshalter 18 vorgesehen, die sich zwischen der Innenhülle 4 und der Außenhülle 8 erstrecken und sie in einem vorbestimmten Abstand halten. Die Anordnung aus den Hüllen 4 und 8 sowie den Abstandshaltern 18 führt zu einer thermischen Isolierung, die den Wärmetransport aus dem Aufnahmeraum 6 nach außen begrenzt.

Die Abstandshalter weisen beispielhaft an beiden Enden jeweils einen Basisabschnitt 20 auf, der zu einem Hauptabschnitt 22 abgewinkelt ist und in der Ebene der Innenhülle 4 bzw. der Außenhülle 8 verläuft. Die Abstandshalter 18 können aus einem dritten faserverstärkten Material bestehen, das imprägnierte Fasern aufweist, die durch die Innenhülle 4 und die Außenhülle 8 durchgestochen werden können, um dann auszuhärten. Die Fasern können hierbei auch in der Innenhülle 4 und der Außenhülle 8 verlaufen und könnten mehrfach zum Durchlaufen des Zwischenraums dorthin umgeknickt werden. Die Materialien, d.h. das erste faserverstärkte Material, das zweite faserverstärkte Material und das dritte faserverstärkte Material, können gleich oder gleichartig sein und insbesondere dasselbe Wärmeausdehnungsverhalten besitzen. Durch eine solche Anordnung kann ein besonders leichtes Tanksystem 2 realisiert werden.

Wie in Fig. 2 angedeutet, kann der Schaumkern 16 bei der Herstellung des Tanksystems 2 unterstützen. Die Innenhülle 4 und die Außenhülle 8 werden durch den Schaumkern 16 zueinander positioniert, sodass die Abstandshalter 18 beispielsweise durch ein geeignetes Werkzeug durch die Anordnung aus Innenhülle 4, Schaumkem 16 und Außenhülle 8 getrieben und umgebogen werden. Beispielsweise könnte dies durch eine Nadelvorrichtung realisiert werden.

Es ist denkbar, dass in einer Variante der Schaumkern 16 durch Wärme oder geeignete chemische Verbindungen aufgelöst wird (siehe rechte Seite von Fig. 2), sodass mindestens ein in sich zusammenhängendes, evakuierbares Volumen 24 entstehen kann. Durch Absaugen von Luft wird ein besonders niedriger Wärmetransport realisiert.

In Fig. 3 wird ein Tanksystem 26 gezeigt, das dem Tanksystem 2 weitgehend entspricht und zwei radial außen liegende Übergangsabschnitte 30 aufweist, an die sich jeweils eine monolithische Struktur 28 anschließt. Diese sind zur besseren Erkennbarkeit in einer vergrößerten Detaildarstellung gezeigt und umgeben die Endkappen 12 und 14 jeweils ringförmig. Es ist weiterhin ersichtlich, dass der Übergangs ab schnitt 30 eine besondere Lagenstruktur aufweist, bei der sich Lagen zwischen den Endkappen 12, 14 und der jeweiligen monolithischen Struktur 28 verlaufen, und auf Lagen liegen, die von dem Mittelteil 10 zu der jeweiligen Endkappe 12, 14 verlaufen, wobei weitere Lagen von dem Mittelteil 10 zu der monolithischen Struktur verlaufen. Alle Lagen sind miteinander verbunden und bilden in dem Bereich von dem Übergangsabschnitt 30 zu der monolithischen Struktur 28 eine Art Flansch. Dort ergänzt die monolithische Struktur den Mitteilteil 10 weitgehend zylindrisch. Das Tanksystem 26 ist damit einfach in eine zylindrische oder annähernd zylindrische Rumpfstruktur integrierbar.

Fig. 4 zeigt ein Luftfahrzeug 32 mit einem Rumpf 34 und einer hier durch einen Kasten angedeuteten, Wasserstoff verbrauchenden Vorrichtung 36. In dem Rumpf 34 ist ein Tanksystem 38 angeordnet und bündig mit einer Innenseite des Rumpfes 34 verbunden. Das Tanksystem 38 kann lasttragend sein. Es könnte grundsätzlich mit dem Tanksystem 2 oder 26 identisch sein. Das Tanksystem 38 ist in diesem Ausführungsbeispiel dazu vorgesehen, kryogenen Wasserstoff zu speichern. Es wäre denkbar, eine Rumpfsektion des Rumpfes 34 vor der Endmontage des Luftfahrzeugs 32 mit dem Tanksystem 38 auszustatten, sodass die Rumpfsektion den größtmöglichen Querschnitt zur Aufnahme des Tanksystems 38 bereitstellen kann. Der Rumpf 34 könnte zudem aus einem Material bestehen, welches zu den faserverstärkten Materialien des Tanksystems 38 kompatibel ist, insbesondere um das gleiche Wärmeausdehnungsverhalten aufzuweisen.

In Fig. 5 wird ebenso ein Luftfahrzeug 32 gezeigt, bei dem jedoch das Tanksystem 38 zwischen der Außenhülle 8 und einer der Außenhülle 8 zugewandten Begrenzung des Rumpfes 34 eine Aussparung 40 frei lässt, die zum Durchführen von Leitungen (nicht gezeigt) geeignet ist.

Fig. 6a zeigt schematisch eine Art Einheitszelle 42 als kleinste gedachte Einheit zum Aufbau eines Tanksystems gemäß den vorhergehenden Figuren. Die Einheitszelle 42 ist hierbei als ein wiederkehrendes Muster einer Anordnung von Abstandshaltern 18 anzusehen, wobei die Einheitszelle 42 dabei an einander gegenüberliegenden Enden mit einer Hülle bzw. Schicht des Tanksystems verbunden ist. In Fig. 6a sind die Abstandshalter 18 in einer Einheitszelle 42 getrennt voneinander angeordnet und berühren sich nicht. In Fig. 6b dagegen kreuzen sich die Abstandshalter 18 paarweise und sind in Kreuzungspunkten 44 miteinander verbunden. Eine solche Einheitszelle 46 könnte eine größere Festigkeit aufweisen.

In Fig. 7 ist das Tanksystem 2 dargestellt, welches durch Anordnung einer mehrlagigen Isolierung 48 an einer Innenseite der Außenhülle 8 modifiziert ist. Die mehrlagige Isolierung 48 kann als mindestens eine weitere Isolierschicht mit einer Kunststofffolie ausgeführt sein. Es ist denkbar, dass sie spiegelnd bzw. reflektierend ausgeführt ist, um zusätzlich auch Wärmestrahlungseffekte zu reduzieren. Die mindestens eine weitere Isolierschicht kann auch mehrere Isolierschichten aufweisen.

Fig. 8 zeigt einen Ausschnitt eines Tanksystems 49, bei dem zwischen der Außenhülle 8 und der Innenhülle 42 Zwischenhüllen 50 und 52 angeordnet sind. Hierdurch ergibt sich ein Wandaufbau mit einer Außenschicht 54, einer Innenschicht 56 sowie einer Kemschicht 58. In der Außenschicht 54 und der Innenschicht 56 sind die Abstandshalter 18 mit einer gekreuzten Fachwerkstruktur angeordnet. In der Kemschicht 58 sind jedoch Abstandshalter 60 angeordnet, welche sich lediglich in radialer Richtung zwischen den beiden zwischen Zwischenhüllen 50 und 52 erstrecken. Ihre Anzahl ist zudem geringer als die Anzahl der Abstandshalter 18 in den beiden anderen Schichten, sodass hier ein besonders geringer Wärmetransport realisierbar ist. Die Reduktion der Anzahl der Abstandshalter liegt zwischen 10% bis 80%, bevorzugt bei etwa 50% bezogen auf eine Einheitsfläche.

Wie in Fig. 9 dargestellt, kann ein modifiziertes Tanksystem 63 realisiert werden, bei dem in der Außenschicht 54 und 56 keine Abstandshalter 18 vorgesehen sind, sondern lediglich ein Schaumstoff 62, insbesondere aus einem Hartschaum.

In Fig. 10a ist ein Tanksystem 70 gezeigt, bei dem die Innenhülle 4 und die Außenhülle 8 in einem Anschlussabschnitt 64 einen integrierten Leitungshalter 66 aufweisen, der dazu ausgebildet ist, mehrere Leitungen isoliert von außen in das Tankvolumen 6 zu führen. Hierzu sind mehrere längliche Öffnungen 68 vorgesehen. Der Leitungshalter 66 ist durch eine Einstülpung realisiert und vollkommen integral mit dem restlichen Aufbau des Tanksystems 70 aufgebaut. Auch hier können Abstandshalter 18 vorgesehen sein.

Fig. 10b zeigt zusätzlich eine Kapsel 72 zum Abdecken des Leitungshalters 66 an einer Außenseite des Tanksystems 70. Die Kapsel 72 kann als Gehäuse zum Aufnehmen von Pumpen, Ventilen, Wärmetauschern, Sensoren oder anderen Vorrichtungen dienen. Die Kapsel und der Leitungshalter sind in diesem Beispiel zentriert zur Tankstruktur angeordnet. Die erfindungsgemäße Ausführung ermöglicht auch komplex geformte Tankstrukturen und Leitungshalter-Konfigurationen, die sich den lokalen geometrischen Begebenheiten des vorgegebenen Volumens zur Integration der Tankstruktur anpassen können.

Ergänzend sei darauf hingewiesen, dass „aufweisend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt, und „ein“ oder „eine“ keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.

BEZUGSZEICHEN

2 Tanksystem

4 Innenhülle

6 Aufnahmeraum

8 Außenhülle

10 Mittelteil

12 Endkappe

14 Endkappe

16 Schaumkern / Schaumstoff

18 Abstandshalter

20 Basisabschnitt

22 Hauptabschnitt

24 evakuierbares Volumen

26 Tanksystem

28 monolithische Struktur

30 Übergangsabschnitt

32 Luftfahrzeug

34 Rumpf

36 Wasserstoff verbrauchende Vorrichtung

38 Tanksystem

40 Aussparung

42 Einheitszelle

44 Kreuzungspunkt

46 Einheitszelle

48 mehrlagige Isolierung

49 Tanksystem

50 Zwischenhülle

52 Zwischenhülle

54 Außenschicht 56 Innenschicht

58 Kernschicht

60 Abstandshalter

62 Schaumstoff 63 Tanksystem

64 Anschlussabschnitt

66 Leitungshalter

68 längliche Öffnung

70 Tanksystem 72 Kapsel