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Die
Erfindung betrifft eine Tragvorrichtung für eine Fahrzeug-Brennstoffzelle
gemäß dem Oberbegriff
des unabhängigen
Patentanspruches 1 und ein Tragverfahren gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruches
11. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Fahrzeug-Brennstoffzelle
gemäß dem Oberbegriff
des unabhängigen
Patentanspruches 10.
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In
den letzten Jahren ist versucht worden, eine elektrochemische Reaktion
zwischen einem wasserstoffhaltigen, d. h. mit Wasserstoff stark
angereicherten Gas und einem sauerstoffhaltigen Gas in Gegenwart
eines Katalysators hervorzurufen, um die elektrische Leistung, die
auf diese Weise erzeugt wird, als Stromversorgung für den Antrieb
eines Fahrzeugs zu nutzen.
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JP
H5-82157-A schlägt
eine Technologie vor, bei der eine verschiebbare obere Tragplatte
und ein Federmechanismus vorgesehen sind, um eine Brennstoffzelle
festzuhalten, um dadurch eine Verschlechterung der Dichtigkeit der
Brennstoffzelle durch Vibrationen, die durch das Anlassen, das Anhalten
und das Fahren des Fahrzeugs bedingt sind, zu verhindern.
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Die
Erfinder haben jedoch festgestellt, daß in dem Fall, in dem ein Brennstoffzellensystem
als mobile Stromversorgung verwendet wird, im Vergleich zu einer
immobilen Installation wie etwa in einer chemischen Anlage im Hinblick
auf die folgenden Punkte zusätzliche
Betrachtungen erforderlich sind.
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Zunächst muß die Sicherheit
betrachtet werden. Da insbesondere eine Brennstoffzelle als Reaktionsgas
ein wasserstoffhaltiges, d. h. mit Wasserstoff stark angereichertes
Gas verwendet, ist es wünschenswert,
die Dichtigkeit der Brennstoffzelle während der Fahrt des Fahrzeugs
oder dergleichen zu verbessern. Falls ferner ein Leck eines Elektrolyten im
Zellenstapel auftritt, nimmt die Leistung der Brennstoffzelle ab.
Daher ist es auch von diesem Standpunkt aus wünschenswert, die Dichtigkeit
der Brennstoffzelle zu verbessern.
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Zweitens
muß die
Vibrationsfestigkeit berücksichtigt
werden. Insbesondere in dem Fall, in dem eine Brennstoffzelle als
mobile Stromversorgung, die in einem Fahrzeug angebracht ist, verwendet
wird, wirken auf die Brennstoffzelle wiederholt Lasten und Stoßlasten,
da ein Anlassen, ein Beschleunigen, ein Fahren, ein Verzögern, ein
Anhalten oder dergleichen des Fahrzeugs häufig auftreten, d. h. da durch
diese Ereignisse häufig
Erschütterungen und
Vibrationen entstehen. Falls daher die Vibrationsfestigkeit unzureichend
ist, können
sich in verschiedenen Teilen der Brennstoffzelle Zwischenräume entwickeln,
insbesondere zwischen Einheitszellen und Abstandshaltern, die den
Zellenstapel bilden, ferner kann auf die Trenneinrichtungen, die
aus Kohlenstoff hergestellt sind und für die Stoßlast empfindlich sind, ein
Stoß ausgeübt werden.
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In
dem Fall, in dem eine Brennstoffzelle in einem Fahrzeug angebracht
ist, ist eine große
und häufige
Einwirkung auf die Brennstoffzelle durch eine Beschleunigung gegeben,
die in Vorwärtsrichtung des
Fahrzeugs wirkt, etwa wenn das Fahrzeug plötzlich abgebremst wird oder
wenn das Fahrzeug einen Frontalzusammenstoß erfährt. Um daher die Dichtigkeit
der Brennstoffzelle zu verbessern, wird es für notwendig erachtet, die Tragstruktur
der Brennstoffzelle in Vorwärtsrichtung
stärker
als in anderen Richtungen des Fahrzeugs zu betrachten.
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Für Tragstrukturen
von Brennstoffzellen gab es jedoch in der Vergangenheit im Hinblick
auf diesen Punkt keine spezifischen Vorschläge.
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Genauer
besteht bei der Anbringung einer Brennstoffzelle in einem Fahrzeug
der Wunsch nach einer Konfiguration, in der die Verbesserung der Dichtigkeit
der Brennstoffzelle ausreichend berücksichtigt wird und der Raum,
der zwischen Einheitszellen und Trenneinrichtungen, die die Brennstoffzelle bilden,
selbst im Fall eines plötzlichen
Abbremsens oder eines Frontalzusammenstoßes reduziert wird.
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Aus
der
DE 43 45 319 C2 ist
eine Tragvorrichtung und ein Tragverfahren der eingangsgenannten
Art bekannt. Eine Fahrzeug-Brennstoffzelle der eingangsgenannten
Art ist ebenfalls daraus bekannt.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Tragvorrichtung
und ein Tragverfahren der eingangsgenannten Art derart zu verbessern, dass
die Dichtigkeit der Brennstoffzelle wirksam gewährleistet bleibt, selbst bei
einem plötzlichen
Abbremsen oder bei einem Frontalzusammenstoß.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Tragvorrichtung nach Anspruch 1 bzw. durch ein Tragverfahren nach
Anspruch 11 gelöst.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Fahrzeug-Brennstoffzelle der
eingangsgenannten Art derart zu verbessern, dass der Raum, der zwischen
Einheitszellen und Trenneinrichtungen, die die Brennstoffzelle bilden,
selbst bei einem plötzlichen Abbremsen
oder bei einem Frontalzusammenstoß relativ konstant bleibt.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Fahrzeug-Brennstoffzelle
nach Anspruch 10 gelöst.
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Weitere
bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes sind in den
Unteransprüchen dargelegt.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen
näher erläutert. In
diesen zeigen:
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1A eine
perspektivische Ansicht der Konfiguration einer Tragvorrichtung
für eine
Fahrzeug-Brenn stoffzelle gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung;
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1B eine
Ansicht der Vorrichtung nach 1A in
X-Richtung;
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2 eine
Teilquerschnittsansicht einer beispielhaften Einheitszelle, aus
denen die Brennstoffzelle gemäß dieser
Ausführungsform
der Erfindung gebildet ist;
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3 eine
perspektivische Ansicht der schematischen Konfiguration einer Tragvorrichtung
für Fahrzeug-Brennstoffzellen
gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung;
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4A eine
Querschnittsansicht längs
der Linie IVA-IVA in 3;
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4B eine
Querschnittsansicht längs
der Linie IVB-IVB in 3;
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5A eine
perspektivische Ansicht der schematischen Konfiguration einer Tragvorrichtung für Fahrzeug-Brennstoffzellen
gemäß einer
dritten Ausführungsform
der Erfindung; und
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5B die
Beziehung zwischen dem resultierenden Rückprallzentrum eines ersten
Tragelements und dem Schwerpunkt von Einheitszellen, die die Brennstoffzelle
bilden.
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Im
folgenden wird mit Bezug auf die 1A bis 2 eine
erste Ausführungsform
einer Tragvorrichtung und eines Tragverfahrens für Fahrzeug-Brennstoffzellen
im Einzelnen beschrieben. In 1a gibt
der Pfeil FR die Vorwärts richtung
des Fahrzeugs an, während
der Pfeil UPR die Aufwärtsrichtung
des Fahrzeugs angibt.
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Zunächst wird
die Konfiguration einer Tragvorrichtung für Fahrzeug-Brennstoffzellen
gemäß dieser
Ausführungsform
der Erfindung beschrieben. Wie in den 1A und 1B gezeigt
ist, hat die erfindungsgemäße Tragvorrichtung 2 die
Aufgabe der Anbringung einer Fahrzeug-Brennstoffzelle an einer Fahrzeugkarosserie
B beispielsweise eines Elektrofahrzeugs oder dergleichen, für das die
Brennstoffzelle als Antriebsquellenversorgung dient, und umfaßt eine
Brennstoffzelle 4 sowie ein Tragelement 6, das
die Bewegung in Vorwärtsrichtung
einer Einheitszelle 42, die sich an der vordersten Position
der Brennstoffzelle 4 befindet, blockiert.
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Als
Brennstoffzelle 4 wird in einer sogenannten Stapelstruktur
eine Festkörper-Hochpolymer-Elektrolyt-Brennstoffzelle
verwendet. Diese Stapelstruktur besitzt mehrere dünne Lagen
aus Einheitszellen 42, die die Brennstoffzelle 4 bilden,
wobei sich dazwischen Trenneinrichtungen 44 befinden, ferner
ist die Brennstoffzelle zwischen eine Metallplatte 46,
die zur Vorderseite des Fahrzeugs weist, und eine Metallplatte 48,
die zur Rückseite
des Fahrzeugs weist, sandwichartig eingefügt. Selbstverständlich können die
Platten 46 und 48 auch aus einem Kunstharz oder
dergleichen, das die Festigkeitsanforderungen erfüllt, hergestellt
sein. Die Brennstoffzelle 4 ist im Fahrzeug in der Weise
installiert, daß die
Richtung, in der die dünnen
Lagen angeordnet sind, der Vorwärts/Rückwärts-Richtung
des Fahrzeugs entspricht.
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Wie
in 2 gezeigt ist, ist jede Einheitszelle 42 aus
einem Elektrolytfilm 422 sowie aus einem Paar aus einer
Anode 424 und einer Katode 426, zwischen denen
der Elektrolytfilm 422 sandwichartig angeordnet ist, hergestellt.
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Jeder
Elektrolytfilm 422 ist aus einem Festkörper-Hochpolymer-Werkstoff
wie etwa einen Ionenaustauschfilm mit Protonenleitfähigkeit,
der durch ein Harz auf Fluorbasis gebildet ist, hergestellt. Selbstverständlich kann
auf die Oberfläche
des Elektrolytfilms 422 eine Platinlegierung oder eine
Legierung aus einem anderen Metall als Katalysator aufgebracht werden.
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Die
Anode 424 und die Katode 426 sind Gasdispersionselektroden,
die eine Struktur bilden, die den Elektrolytfilm auf seinen beiden
Seiten sandwichartig umgibt. Genauer sind die Anode 424 und die
Katode 426 durch einen Kohlenstoffmantel gebildet, der
aus Kohlenstofffasern oder einem Kohlenstoffpapier oder Kohlenstoffpappe
oder dergleichen, die aus Kohlenstofffasern gebildet sind, hergestellt ist.
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Jede
Trenneinrichtung 44 ist schichtweise so angeordnet, daß zwischen
einer Anode 424 und einer Katode 426, die einander
gegenüberliegen
und benachbart sind, Strömungswege 442 für ein wasserstoffhaltiges
Gas und Strömungswege 444 für ein sauerstoffhaltiges
Gas geschaffen werden. Diese Trenneinrichtung 44 ist aus
einem elektrisch leitenden Element, das für Gas undurchlässig ist,
etwa aus dichtem Kohlenstoff, der aufgrund seiner Verdichtung für Gas undurchlässig ist,
hergestellt.
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Genauer
besitzt die Trenneinrichtung 44 auf ihren beiden Oberflächen Rippen.
Die Rippen auf einer Oberfläche
bilden Strömungswege 442 für wasserstoffhaltiges
Gas zwischen der Trenneinrichtung 44 und der Anode 424,
während
die Rippen auf der anderen Oberfläche Strömungswege 444 für sauerstoffhaltiges
Gas zwischen der Trenneinrichtung 44 und der Katode 426 bilden.
Dies ist selbstverständlich
keine besondere Beschränkung,
wobei es möglich
ist, zwei Elemente zu verwenden, die jeweils nur auf einer Oberfläche Rippen
besitzen, um dadurch Strömungswege
für eine
Elektrode zu bilden, und diese Elemente so zu stapeln, daß Strömungswege zur
anderen Elektrode gebildet werden. Es ist ferner möglich, eine
Kombination hiervon zu verwenden. Außerdem ist es ausreichend,
daß die
an den Enden der Stapelstruktur angeordneten Trenneinrichtungen 44 nur
auf einer ihrer Oberflächen
Rippen besitzen, wobei es sich in diesem Fall um die Oberfläche handelt,
die mit der Gasdispersionselektrode in Kontakt ist (siehe die in 2 gezeigten
Endabschnitte).
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In
jedem der oben erwähnten
Fälle bildet
die Trenneinrichtung 44 Gasströmungswege in Bezug auf ein
Paar Gasdispersionselektroden und dient außerdem dazu, die -Ströme von wasserstoffhaltigem Gas
und von sauerstoffhaltigem Gas zwischen benachbarten Einheitszellen
zu trennen. Wenn auf beiden Oberflächen der Trenneinrichtung Rippen
gebildet sind, besteht kein besonderer Bedarf an einer parallelen
Ausbildung von Rippen auf den beiden Oberflächen, so daß es möglich ist, sie unter einem
vorgegebenen Winkel zu bilden. Die Form der Rippen muß auch nicht
die Form paralleler Rillen ergeben, sondern kann hiervon verschieden
sein, sofern sie die Zufuhr von wasserstoffhaltigem Gas und von
sauerstoffhaltigem Gas an die Gasdispersionselektroden ermöglicht.
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Das
Tragelement 6 ist durch ein erstes Tragelement 62,
das die Platte 46 trägt,
die in Bezug auf die Fahrzeugkarosserie B zur Vorderseite des Fahrzeugs
gerichtet ist, und durch ein zweites Tragelement 64, das
die Platte 48 trägt,
die in Bezug auf die Fahrzeugkarosserie B zur Rückseite des Fahrzeugs gerichtet
ist, gebildet.
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Das
erste Tragelement 62 nimmt beispielsweise bei einem plötzlichen
Abbremsen oder einem Frontalzusammenstoß effektiv die Kraft auf, die
auf die Brennstoffzelle 4 wirkt und deren Relativbewegung
in Vorwärtsrichtung
hervorrufen würde,
so daß es
diese Bewegung blockiert.
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Genauer
umfaßt
das erste Tragelement 62 ein Tragteil 622, durch
das die Brennstoffzelle in Vorwärtsrichtung
im wesentlichen unbeweglich und in Aufwärts- und Abwärtsrichtung
des Fahrzeugs beweglich ist, ein Isolationsteil 624, das
ein Stromleck verhindert, und ein Stoßabsorptionsteil 626,
das Vibrationen der Fahrzeugkarosserie in Aufwärts- und Abwärtsrichtung
absorbiert. Das Isolationsteil 624 ist eine ebene Platte,
die zwischen einem inneren vertikalen Abschnitt 622a des
Tragteils 622 und der Brennstoffzelle 4 vorgesehen
ist. Das Stoßabsorptionsteil 626 ist
eine ebene Platte, die zwischen einem inneren horizontalen Abschnitt 622b des
Tragteils 622 und der Brennstoffzelle 4 vorgesehen
ist.
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Das
zweite Tragelement 64 ist ein Element, durch das die Brennstoffzelle 4 in
Vorwärts-
und Rückwärtsrichtung
bei einem plötzlichen
Abbremsen, einem plötzlichen
Anhalten, einer plötzlichen
Beschleunigung oder einer plötzlichen
Verzögerung
beweglich ist, und umfaßt
ein Tragteil 642, das eine Vorwärtsbewegung, eine Rückwärtsbewegung,
eine Aufwärtsbewegung
und/oder eine Abwärtsbewegung der
Brennstoffzelle 4 zuläßt, sowie
ein Stoßabsorptionselement 646,
das Vibrationen des Fahrzeugs in Aufwärts- und Abwärtsrichtung
absorbiert.
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Die
Tragteile 622 und 642 sind aus Metall hergestellt,
obwohl sie selbstverständlich
aus einem Kunstharz hergestellt sein könnten, solange dieses Kunstharz
die Festigkeitsanforderungen oder dergleichen erfüllt. Das
Isolationselement 624 ist aus Kunstharz hergestellt, obwohl
es auch aus einem anderen Werkstoff hergestellt sein könnte, solange
dieser Werkstoff die Isolationseigenschaften und dergleichen erfüllt. Die
Stoßabsorptionselemente 626 und 646 sind
aus Gummi hergestellt, obwohl diese auch aus einem anderen Werkstoff
hergestellt sein könnten,
solange dieser die Stoßabsorptionsanforderungen
oder dergleichen erfüllt.
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Nun
wird die Funktionsweise der Tragvorrichtung 2 für Fahrzeug-Brennstoffzellen
gemäß dieser
Ausführungsform
der Erfindung beschrieben.
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Wenn
ein Fahrzeug, in dem die Tragvorrichtung 2 für Fahrzeug-Brennstoffzellen
angebracht ist, fährt
und beispielsweise plötzlich
abgebremst wird, wirkt auf die im Fahrzeug angebrachte Brennstoffzelle 4 und
somit auch auf die verschiedenen konstitutiven Elemente der Brennstoffzelle 4,
d. h. auf die Einheitszellen 42 und die Trenneinrichtungen 44,
in der gleichen Weise wie auf die Fahrzeuginsassen eine Beschleunigung
in Vorwärtsrichtung
des Fahrzeugs. Dies ist auch dann der Fall, wenn das Fahrzeug einen
Frontalzusammenstoß erfährt.
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Das
heißt,
daß sich
bei einer plötzlichen
Abbremsung des Fahrzeugs die Brennstoffzelle 4 in Bezug
auf das Fahrzeug nach vorn bewegt.
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In
diesem Fall ermöglicht
das zweite Tragelement 64, das am hinteren Ende der Brennstoffzelle 4 in
Bezug auf das Fahrzeug angeordnet ist, daß sich die Brennstoffzelle 4 in
Vorwärts-
und Rückwärtsrichtung
bewegt, so daß eine
Bewegung in Vorwärtsrichtung
im wesentlichen ohne Widerstand möglich ist.
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Im
Gegensatz dazu ermöglicht
das erste Tragelement 62, das am vorderen Ende der Brennstoffzelle 4 in
Bezug auf das Fahrzeug angeordnet ist, daß sich die Brennstoffzelle 4 aufwärts und
abwärts bewegt,
es ermöglicht
jedoch im wesentlichen keine Bewegung der Brennstoffzelle 4 in
Vorwärtsrichtung, so
daß sie
der dieser Beschleunigung entsprechenden Kraft einen Widerstand
entgegensetzt, der auf den vorderen Teil der Brennstoffzelle 4 in
Bezug auf das Fahrzeug wirkt. Somit bleibt die Position des vorderen
Teils der Brennstoffzelle 4 im wesentlichen unverändert.
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Daher
wirkt bezüglich
der Einheitszellen 42 und der Trenneinrichtungen 44,
die die Brennstoffzelle 4 bilden, eine Kraft, die bestrebt
ist, den Zwischenraum zwischen ihnen zu verengen, so daß der Zwischenraum
zwischen den Einheitszellen 42 und den Trenneinrichtungen 44 verengt
wird. Das heißt,
daß die
Dichtigkeit der Brennstoffzelle 4 wirksam verbessert wird.
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Wenn
das Fahrzeug fährt,
werden außerdem Vibrationen
in Aufwärts-
und Abwärtsrichtungen
ausgeübt.
Die Stoßabsorptionselemente 626 und 646 reduzieren
jedoch in wirksamer Weise die Vibrationen, die an die Einheitszellen 42 und
die Trenneinrichtungen 44 der Kraftstoffzelle 4 übertragen
werden.
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Da
ferner die Brennstoffzelle 4 in Bezug auf das erste Tragelement 62 durch
das Isolationsteil 624 getragen wird, wird ein Stromleck
wirksam verhindert.
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In
der Konfiguration dieser Ausführungsform, die
oben beschrieben worden ist, widersteht in dem Fall, in dem ein
Fahrzeug plötzlich
gebremst wird oder dergleichen, das Tragelement 6 der Kraft,
die einer Beschleunigung in Vorwärtsrichtung
des Fahrzeugs entspricht, so daß der
vordere Teil der Brennstoffzelle 4 im wesentlichen nicht
bewegt wird, ferner wird der Kraft, die auf den hinteren Teil der
Brennstoffzelle 4 wirkt, kein wesentlicher Widerstand entgegengesetzt,
so daß eine
Bewegung des hinteren Teils der Brennstoffzelle 4 in Vorwärtsrichtung
des Fahrzeugs möglich
ist. Im Ergebnis wirkt daher eine Kraft, die den Zwischenraum zwischen
den Einheitszellen 42 und den Trenneinrichtungen 44,
die die Brennstoffzelle 4 bilden, verengt, wodurch die
Dichtigkeit der Brennstoffzelle 4 wirksam verbessert wird.
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Da
sowohl das erste Tragelement 62 als auch das zweite Tragelement 64 Stoßabsorptionselemente 626 und 646 verwenden,
können
die Vibrationen in Aufwärts-
und Abwärtsrichtung,
die an die Brennstoffzelle 4 während der Fahrt des Fahrzeugs übertragen
werden, verringert werden, so daß auch ein Zerfallen in die
konstitutiven Elemente, die für Stoßlasten
empfindlich sind, insbesondere die Trenneinrichtungen 44,
wirksam verringert wird.
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Weiterhin
wird die Brennstoffzelle 4 durch das erste Tragelement 62 durch
das Isolationselement 624 getragen, so daß es möglich ist,
ein Stromleck wirksam zu verhindern.
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Nun
werden mit Bezug auf die 3 und 4 eine
Vorrichtung und ein Verfahren zum Tragen einer Fahrzeug-Brennstoffzelle
gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung erläutert,
wobei der Pfeil FR die Vorwärtsrichtung
des Fahrzeugs angibt und der Pfeil UPR die Aufwärtsrichtung des Fahrzeugs angibt.
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In
dieser Ausführungsform
ist, wie in 3 gezeigt ist, ein Tragelement 6 vorgesehen,
das eine Bewegung der Einheitszellen 42, insbesondere eine Bewegung
der an der vordersten Position der Brennstoffzelle 4 befindlichen
Einheitszelle 42, blockiert. Das Tragelement 6 umfaßt ein erstes
Tragelement 62, das die Platte 46, die zur Vorderseite
des Fahrzeugs gerichtet ist, trägt,
und ein zweites Tragelement 64, das die Platte 48,
die zur Rückseite
des Fahrzeugs gerichtet ist, trägt.
Dies ist ähnlich
wie im Fall der ersten Ausführungsform.
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In
dieser Ausführungsform
besitzt jedoch im Gegensatz zur ersten Ausführungsform das erste Tragelement 62 eine
hohe Starrheit wenigstens in Bezug auf die Vorwärts- und Rückwärtsrichtung des Fahrzeugs und
ist mit zwei Stoßabsorptionselementen 626a versehen,
die aus hartem Gummi oder Kunstharz hergestellt sind. Das zweite
Tragelement 64 besitzt eine geringe Starrheit wenigstens
in Bezug auf die Vorwärts-
und Rückwärtsrichtung
und ist mit zwei Stoßabsorptionselementen 646a versehen,
die aus weichem Gummi oder Kunstharz hergestellt sind.
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Genauer
ist jedes der Stoßabsorptionselemente 626a und 646a,
obwohl in 3 nicht deutlich gezeigt, eine
zylindrische Buchse mit einem Durchgangsloch, das im wesentlichen
in ihrem Mittelabschnitt ausgebildet ist, wie in den 4A und 4B gezeigt
ist. Außerdem
besitzt jedes von ihnen eine Federkonstante in radialer Richtung,
die der Vorwärts-
und Rückwärtsrichtung
entspricht, die kleiner ist als die Federkonstante in axialer Richtung,
die der Aufwärts-
und Abwärtsrichtung
entspricht. Außerdem ist
die Federkonstante des Stoßabsorptionselements 626a in
radialer Richtung größer als
die Federkonstante des Stoßabsorptionselements 646a in
radialer Richtung. Diese Eigenschaften können durch geeignete Wahl der
Werkstoffe und/oder der Querschnittsformen erhalten werden.
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Die
Stoßabsorptionselemente 626a und 646a sind
an der Fahrzeugkarosserie B über
ein Durchgangsloch beispielsweise unter Verwendung eines Befestigungselements 66 wie
etwa eines Schraubbolzens, einer Mutter oder dergleichen befestigt.
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Was
weiterhin das Stoßabsorptionselement 646a des
zweiten Tragelements 64, das sich in Bezug auf das Fahrzeug
hinten befindet, betrifft, ist der Durchmesser eines Durchgangslochs 68 größer als der
Durchmesser des Befestigungselements 66, um einen Zwischenraum
in Bezug auf das Befestigungselement 66 zu schaffen. Durch
Schaffung dieses Zwischenraums ist das Stoßabsorptionselement 646a im wesentlichen
ohne Störung
mit dem Befestigungselement 66 verformbar, wenn eine einer
Beschleunigung der Brennstoffzelle 4 in Vorwärtsrichtung
entsprechende Kraft wirkt. Das heißt, daß auch bei der Konfiguration
des zweiten Tragelements 64 gemäß dieser Ausführungsform
eine zuverlässige
Bewegung des hinteren Teils der Brennstoffzelle 4 in Vorwärtsrichtung
möglich
ist.
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In
den 3 und 4 bezeichnen
die Bezugszeichen 624a und 644a Isolationselemente,
die eine Verbindung mit ausreichender mechanischer Festigkeit schaffen
und dabei eine elektrische Isolation zwischen der Brennstoffzelle 4 und
dem Stoßabsorptionselement 626a bzw.
zwischen der Brennstoffzelle 4 und dem Stoßabsorptionselement 646a schaffen.
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Wenn
ein Fahrzeug, das die Tragvorrichtung 2 für Fahrzeug-Brennstoffzellen
mit der oben beschriebenen Konfiguration enthält, plötzlich gebremst wird, tritt
eine Beschleunigung in Vorwärtsrichtung auf,
so daß die
Brennstoffzelle 4 bestrebt ist, sich in Vorwärtsrichtung
relativ zur Fahrzeugkarosserie zu bewegen.
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In
dieser Ausführungsform
ist das Stoßabsorptionselement 646a des
Tragelements 64, das die rückseitige Platte 48 der
Brennstoffzelle 4 trägt,
so konfiguriert, daß es
eine geringe Starrheit wenigstens in Vorwärtsrichtung besitzt, ferner
ist der Durchmesser des im Stoßabsorptionselement 646a vorgesehenen
Durchgangslochs größer als
der Durch messer des Befestigungselements 66. Daher wird
eine Verformung des Stoßabsorptionselements 646a nicht
wesentlich eingeschränkt,
so daß sich
der hintere Abschnitt der Brennstoffzelle 4 in Vorwärtsrichtung
bewegen kann.
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Im
Gegensatz dazu ist das Stoßabsorptionselement 646a des
ersten Tragelements 62, das die vorderseitige Platte 46 der
Brennstoffzelle 4 trägt,
so konfiguriert, daß es
eine hohe Starrheit wenigstens in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung besitzt. Daher
ist die Bewegung des vorderen Teils der Brennstoffzelle 4 nach
vorn im Vergleich zu der für
den hinteren Teil zugelassenen Bewegung ausreichend gering.
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Daher
werden in der wie oben beschrieben konfigurierten Tragvorrichtung 2 für Fahrzeug-Brennstoffzellen
in dem Fall, in dem das Fahrzeug plötzlich gebremst wird, die Zwischenräume zwischen
den Einheitszellen 42 und den Trenneinrichtungen, die die
Brennstoffzelle 4 bilden, verengt, wodurch eine wirksame
Verbesserung der Dichtigkeit der Brennstoffzelle 4 erzielt
wird.
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Da
sowohl das erste Tragelement 62 als auch das zweite Tragelement 64 die
Stoßabsorptionselemente 626a und 646a besitzen,
können
die Aufwärts-
und Abwärtsvibrationen,
die an die Brennstoffzelle 4 übertragen werden, wenn das
Fahrzeug fährt,
verringert werden, so daß eine
Zersplitterung der Trenneinrichtungen 44 wirksam verhindert
wird.
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Da
weiterhin die Brennstoffzelle 4 durch die Isolationselemente 624a und 644a des
ersten Tragelements 62 bzw. des zweiten Tragelements 64 getragen
wird, kann ein Stromleck wirksam verhindert werden.
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In
dieser Ausführungsform
besteht selbstverständlich keine
besondere Einschränkung
hinsichtlich der Anzahl der Stoßabsorptionselemente 626a und 646a.
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Nun
werden mit Bezug auf die 5A und 5B eine
Tragvorrichtung und ein Tragverfahren für Fahrzeug-Brennstoffzellen
gemäß einer
dritten Ausführungsform
der Erfindung im einzelnen beschrieben, wobei der Pfeil FR die Vorwärtsrichtung des
Fahrzeugs angibt und der Pfeil UPR die Aufwärtsrichtung des Fahrzeugs angibt.
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In
dieser Ausführungsform
ist, wie in 5A gezeigt ist, ein Tragelement 6 vorgesehen,
das eine Bewegung der Einheitszellen 42, insbesondere der Einheitszelle 42,
die sich an der vordersten Position der Brennstoffzelle 4 befindet,
blockiert. Das Tragelement 6 ist mit einem ersten Tragelement 62,
das die nach vorn weisende Platte 46 trägt, und mit einem zweiten Tragelement 64,
das die nach hinten weisende Platte 48 trägt, versehen.
Dieser Aufbau stimmt mit demjenigen der ersten und zweiten Ausführungsformen überein.
Das erste Tragelement 62 besitzt ein Stoßabsorptionselement 626a mit
einer hohen Starrheit wenigstens in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung, während das
zweite Tragelement 64 ein Stoßabsorptionselement 646a mit
einer niedrigen Starrheit wenigstens in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung besitzt. Dieser
Aufbau stimmt mit demjenigen der zweiten Ausführungsform überein.
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Somit
ist die Unterstützungsbeziehung
der Brennstoffzelle 4 durch das erste Tragelement 62 und
durch das zweite Tragelement 64 in dieser Ausführungsform
derart, daß sich
das hintere Ende der Brennstoffzelle 4 in Bezug auf das
Fahrzeug nach vorn bewegen kann.
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In
dieser Ausführungsform
umfaßt
jedoch, wie schematisch in 5B gezeigt
ist, insbesondere das erste Tragele ment 62 mehrere Stoßabsorptionselemente 626a.
Was die mehreren Stoßabsorptionselemente 626a betrifft,
stimmen das sogenannte resultierende Rückprallzentrum P der mehreren
Stoßabsorptionselemente 626a in
Bezug auf die Vorwärtsrichtung
und der Gesamtschwerpunkt Q der die Brennstoffzelle 4 bildenden
Einheitszellen 42 (der aus den einzelnen Schwerpunkten
der Einheitszellen 42 zusammengesetzt ist) in Vorwärts- und
Rückwärtsrichtung
miteinander überein.
Dadurch ist die dritte Ausführungsform
von den vorhergehenden Ausführungsformen
verschieden.
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Weiterhin
sind auch in dieser Ausführungsform ähnlich wie
in der zweiten Ausführungsform,
obwohl in den 5A und 5B weggelassen,
die Stoßabsorptionselemente 626a und 646a am
Fahrzeug durch ein Durchgangsloch beispielsweise unter Verwendung
eines Befestigungselements befestigt, ferner ist der Durchmesser
des Durchgangslochs am zweiten Tragelement 64, das nach
hinten weist, größer als
das Befestigungselement.
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In 5a bezeichnen
die Bezugszeichen 624a und 644a Isolationselemente.
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Wenn
daher in der Tragvorrichtung 2 für Fahrzeug-Brennstoffzellen
gemäß dieser
Ausführungsform
ein Fahrzeug, in dem die Tragvorrichtung 2 für Fahrzeug-Brennstoffzellen
angebracht ist, plötzlich
gebremst wird und beispielsweise eine Beschleunigung in Vorwärtsrichtung
wirkt, bewegt sich die Brennstoffzelle 4, die eine dieser
Beschleunigung entsprechende Kraft aufnimmt, relativ zu dem Fahrzeug,
das gebremst wird, nach vorn. Da jedoch das erste Tragelement 62 ein
Stoßabsorptionselement 626a mit
einer hohen Starrheit wenigstens in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung besitzt und das
zweite Tragelement 64 ein Stoßabsorptionselement 646a mit
niedriger Starrheit wenigstens in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung besitzt, werden
die Zwischenräume
zwischen den Einheitszellen 42 und den Trenneinrichtungen 44,
die die Brennstoffzelle 4 bilden, verengt, wodurch eine
Verbesserung der Dichtigkeit der Brennstoffzelle 4 wirksam
erzielt wird.
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Da
weiterhin das erste Tragelement 62 mit mehreren Stoßabsorptionselementen 626a versehen ist
und die mehreren Stoßabsorptionselemente 626a in
der Weise angeordnet sind, daß das
resultierende Rückprallzentrum
P in Bezug auf die Vorwärtsrichtung
und der Gesamtschwerpunkt der die Brennstoffzelle 4 bildenden
Einheitszellen 42 wenigstens in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung miteinander übereinstimmen,
wirkt eine Kraft, die einer auf die Brennstoffzelle 4 in
Vorwärtsrichtung
wirkenden Beschleunigung entspricht, im wesentlichen auf das resultierende
Rückprallzentrum
P der mehreren Stoßabsorptionselemente 626a in
bezug auf die Vorwärtsrichtung,
so daß ein übermäßiges Moment,
das in der Brennstoffzelle 4 ansonsten aufträte, wirksam
unterdrückt
wird.
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Aus
diesem Grund wird die Kraft auf die die Brennstoffzelle 4 bildenden
Einheitszellen 42 im wesentlichen gleichmäßig ausgeübt, so daß das Auftreten
eines übermäßigen Zwischenraums
zwischen mehreren dünnen
Lagen aus Einheitszellen 42 und Trenneinrichtungen 44 wirksam
unterdrückt
wird und eine Verbesserung der Dichtigkeit der Brennstoffzelle 4 erzielt
werden kann.
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Da
weiterhin der Durchmesser des in dem Stoßabsorptionselement 646a auf
der Rückseite
vorgesehenen Durchgangslochs größer als
das Befestigungselement (in den 5A und 5B nicht
gezeigt) ist und da sich das brennstoffzellenseitige Ende des Stoßabsorptionselements 646a zusammen mit
dem fahrzeugseitigen Ende des Stoßabsorptionselements 646a,
das an der Fahrzeugkarosserie befestigt ist, in Vorwärts- und
Rückwärtsrichtung
bewegen kann, bewegt sich das hintere Ende der Brennstoffzelle 4 zuverlässig nach
vorn, wodurch das Auftreten eines Zwischenraums an den Endabschnitten zwischen
den Einheitszellen 42 und den Trenneinrichtungen 44 wirksam
unterdrückt
werden kann.
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Obwohl
diese Ausführungsform
für das
Beispiel beschrieben wird, in dem die mehreren Stoßabsorptionselemente 626a des
ersten Tragelements 62 so angeordnet sind, daß das resultierende
Rückprallzentrum
P der mehreren Stoßabsorptionselemente 626a in
Bezug auf die Vorwärtsrichtung
und der Gesamtschwerpunkt Q der die Brennstoffzelle 4 bildenden
Einheitszellen 42 wenigstens in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung übereinstimmen,
ist dies selbstverständlich
nicht als Beschränkung
zu verstehen.
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Beispielsweise
ist es möglich,
daß die
mehreren Stoßabsorptionselemente 626a des
ersten Tragelements 62 so angeordnet sind, daß der Gesamtschwerpunkt
Q der Einheitszellen 42 auf der Innenseite eines von den
mehreren Stoßabsorptionselementen 626a umgebenen
Bereichs (eines durch die unterbrochene Linie in 5B umgebenen
Bereichs) liegt, wenn das erste Tragelement 62 in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung
betrachtet wird. Auch in dieser Konfiguration ist der Angriffspunkt
einer Kraft, die einer Beschleunigung entspricht, die in Vorwärtsrichtung
auf die Brennstoffzelle 4 ausgeübt wird, in dem Bereich enthalten,
der von den mehreren Stoßabsorptionselementen 626a umgeben
ist, so daß es möglich ist,
das Auftreten eines übermäßigen Moments,
das auf die Brennstoffzelle 4 wirkt, wirksam zuunterdrücken.
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Ferner
ist ohne weiteres klar, daß auch
in dieser Ausführungsform
keine besondere Beschränkung
hinsichtlich der Anzahl der Stoßabsorptionselemente 626a und 646a besteht.
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Obwohl
die obigen Beschreibungen auf das Beispiel gerich tet waren, in dem
die Schichtungsrichtung der Einheitszellen und die Richtung der
Beschleunigung die Vorwärts- und Rückwärtsrichtung sind,
stellt dies für
die obigen Ausführungsformen selbstverständlich keine
Beschränkung
dar, so daß die
Richtungen je nach Anforderung geeignet ausgebildet werden können.
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Obwohl
die Erfindung oben mit Bezug auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben worden ist,
ist die Erfindung nicht darauf eingeschränkt. Abwandlungen und Änderungen
an diesen Ausführungsformen,
die dem Fachmann angesichts der obigen Lehren deutlich werden, sollen
im Umfang der Erfindung liegen, der durch die folgenden Ansprüche angegeben
wird.