DE102005016492A1

DE102005016492A1 - Energie speicherndes Behältnis für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102005016492A1
Application number: DE200510016492
Authority: DE
Inventors: Henrik Dr. Adam; Klaus Dipl.-Ing. Blümel; Jürgen Dr. Fröber; Lothar Dr. Ing. Patberg; Wilhelm Dr. Warnecke
Original assignee: ThyssenKrupp Steel AG
Current assignee: ThyssenKrupp Steel Europe AG
Priority date: 2005-04-08
Filing date: 2005-04-08
Publication date: 2006-10-12
Anticipated expiration: 2025-04-09
Also published as: DE102005016492B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Energie speicherndes Behältnis für ein Kraftfahrzeug mit mindestens einem metallischen Hohlraum zur Aufnahme eines Energieträgers, insbesondere Stahlblech, wobei zumindest ein Teil des Metallbleches (2) in die Bodengruppe (3) eines Kraftfahrzeuges integriert ist sowie eine Bodengruppe und ein Verfahren zur Herstellung eines Energie speichernden Behältnisses. Die Aufgabe, ein gattungsgemäßes Behältnis, eine Bodengruppe sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Behältnisses vorzuschlagen, mit welchem bzw. mit welcher das Gewicht eines Kraftfahrzeuges bei gleichem Energieträgervolumen des Behältnisses weiter reduziert werden kann, wird mit einem Behältnis dadurch gelöst, dass das Behältnis (1) als ein tragender Teil der Bodengruppe (3) ausgebildet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Energie speicherndes Behältnis für ein Kraftfahrzeug mit mindestens einem metallischen Hohlraum zur Aufnahme eines Energieträgers, insbesondere Stahlblech, wobei zumindest ein Teil des Metallbleches in die Bodengruppe eines Kraftfahrzeuges integriert ist, eine Bodengruppe für ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zur Herstellung eines entsprechend sicheren Energie speichernden Behältnisses.
Energie speichernde Behältnisse für Kraftfahrzeuge, im Folgenden Behältnis genannt, werden heutzutage in konventioneller Weise aus Metallblechen durch gas- und flüssigkeitsdichtes Fügen hergestellt. Daneben werden Behältnisse zunehmend durch ein Blasextrusionsverfahren aus Kunststoff hergestellt. Dabei wird ein Kunststoffblasrohling in einem Blasformwerkzeug in die Geometrie eines Behältnisses gebracht.
Behältnisse für Kraftfahrzeuge müssen in der Regel hohe Sicherheitsstandards erfüllen. Beispielsweise muss im Falle eines Unfalles das Austreten des Energieträgers aus dem Behältnis effektiv verhindert werden. Bei konventionellen Behältnissen aus Metallblechen muss daher ein unfallbedingtes Aufbrechen der Fügeverbindungen des Behältnisses vermieden werden. Behältnisse für Kraftfahrzeuge sollten darüber hinaus bei maximalem Fassungsvermögen und gleichen Sicherheitseigenschaften ein möglichst geringes Gewicht aufweisen.
Die nach dem Blasextrusionsverfahren hergestellten Behältnisse können leicht an den Platzbedarf im Bereich der Bodengruppe eines Kraftfahrzeuges durch Auswahl einer entsprechenden Werkzeugform angepasst werden und weisen keine Fügestellen auf. Darüber hinaus sind die aus Kunststoff bestehenden Behältnisse leichter als konventionelle Behältnisse.
Nachteilig bei den aus Kunststoff hergestellten Behältnissen ist nun, dass gasförmige Bestandteile des Energieträgers durch die Kunststoffwände des Behältnisses diffundieren und somit in die Umwelt gelangen können. Insbesondere in Anbetracht ständig strenger werdender Schadstoff-Emissionsrichtlinien für Kraftfahrzeuge kann dieser Nachteil die Verwendung von Behältnissen aus Kunststoff unmöglich werden lassen. Aus Metallblech hergestellte, konventionelle Behältnisse sind dagegen langlebiger als Kunststoffbehältnisse und weisen eine sehr gute Recyclingfähigkeit auf.
Ein höheres Gewicht aufgrund der Verwendung konventioneller Behältnisse schlägt sich jedoch direkt im Kraftstoffverbrauch des Kraftfahrzeuges nieder.

Um die Nachteile der Behältnisse aus Kunststoff zu beheben, ohne gleichzeitig ein zu stark erhöhtes Leergewicht der Bodengruppe samt Behältnis in Kauf zu nehmen, ist es aus der deutschen Gebrauchsmusterschrift DE 201 02 095 U1 bekannt, die in einer Bodengruppe eines Kraftfahrzeuges vorhandenen Hohlräume durch Aufschweißen zumindest eines weiteren Metallblech-Profils als Energie speicherndes Behältnis bzw. als Kraftstofftank auszubilden und zu nutzen. Zwar konnten mit dem zuvor geschilderten Verfahren weitere Gewichtseinsparung gegenüber der Verwendung konventioneller, aus Metallblech hergestellter Kraftstofftanks bei gleichzeitiger Vermeidung der Emission von gasförmigen Kraftstoffbestandteilen aus dem Kraftstofftank erzielt werden. Allerdings ist ein möglichst niedriges Leergewicht der Bodengruppe samt Behältnis aufgrund des Einflusses auf den Energieverbrauch der Kraftfahrzeuge wünschenswert.

Von dem zuvor geschilderten nächstliegenden Stand der Technik ausgehend, liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Behältnis und eine Bodengruppe zur Verfügung zu stellen, mit welchem bzw. mit welcher das Gewicht eines Kraftfahrzeuges bei gleichem Energieträgervolumen des Behältnisses weiter reduziert werden kann sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Behältnisses vorzuschlagen.

Gemäß einer ersten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die oben hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe durch ein gattungsgemäßes Behältnis dadurch gelöst, dass das Behältnis als ein tragender Teil der Bodengruppe ausgebildet ist.

Dadurch, dass das Behältnis selbst ein tragendes Element bzw. ein tragender Teil der Bodengruppe ist, können andere Teile der Bodengruppe, beispielsweise angrenzende Quer- oder Längsträger an die tragenden Eigenschaften des erfindungsgemäßen Behältnisses angepasst und zur Gewichtreduktion mit einer geringeren Wandstärke ausgestattet werden. Darüber hinaus ergeben sich unter Berücksichtigung eines als tragenden Teil der Bodengruppe ausgebildeten Behältnisses nicht nur in direkt angrenzenden Bereichen der Bodengruppe, sondern in der gesamten Bodengruppe zusätzliche Möglichkeiten, beispielsweise durch Verwendung geringerer Wandstärken, das Gewicht der Bodengruppe weiter zu verringern, ohne die Struktursteifigkeit oder mechanischen Eigenschaften der Bodengruppe negativ zu beeinflussen. Damit wird es möglich das Leergewicht eines Kraftfahrzeuges weiter zu reduzieren.

Das Risiko des Austretens des Energieträgers aus dem erfindungsgemäßen Behältnis im Falle eine Unfalles kann dadurch minimiert werden, dass das Behältnis Deformationszonen aufweist. Beim Einwirken eines Kraftstoßes durch einen Unfall auf das Behältnis kann die Energie des Kraftstoßes in den Deformationszonen des Behältnisses in Deformationsenergie gezielt umgewandelt werden und eine Deformation des unmittelbar mit dem Energieträger in Kontakt stehenden Hohlraums des Behältnisses vermieden werden. In der Regel sind die Behältnisse steif und deformationsfest ausgebildet und zeigen erst nach Überschreiten einer vorgesehenen Betriebslast ein definiertes Versagensverhalten. Die in diesem Bereich angeordneten Fügeverbindungen bleiben daher gas- und flüssigkeitsdicht. Das Austreten des Energieträgers aus dem Behältnis während oder nach einem Unfall kann insofern effektiv verhindert werden.

Vorzugsweise sind die Deformationszonen umlaufend um den direkt mit dem Energieträger in Kontakt stehenden Bereich des Behältnisses angeordnet, so dass das Einwirken eines unfallbedingten Kraftstoßes von einer beliebigen Seite des Behältnisses erfolgen kann, ohne zu einem Austreten des Energieträgers zu führen.

Sind die Deformationszonen in Verbindungsbereichen des Behältnisses mit anderen Teilen oder Bereichen der Bodengruppe, insbesondere Längs- oder Querträgern vorgesehen, kann der Einfluss von Deformationen anderer Teile oder Bereiche der Bodengruppe auf den unmittelbar mit dem Energieträger in Kontakt stehenden Hohlraum des Behältnisses minimiert werden.

Eine weitere Verbesserung des Deformationsverhaltens des erfindungsgemäßen Behältnisses im Falle des Einwirkens eines unfallbedingten Kraftstoßes wird, gemäß einer nächsten weitergebildeten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, dadurch erreicht, dass zumindest die mit dem Energieträger in unmittelbarem Kontakt stehenden Teile des Behältnisses zumindest teilweise Verstärkungen aufweist. Als Verstärkungen kommen alle Maßnahmen in Frage, welche die Steifigkeit des unmittelbar mit dem Energieträger in Kontakt stehenden Hohlraums des Behältnisses erhöhen, so dass Deformationen des Hohlraums vermieden werden. Eine besonders einfache Verstärkung stellt die Verwendung zweier Metallbleche anstelle eines Metallbleches dar, welche über Verbindungsstellen miteinander verschweißt, verklebt, gelötet oder auf andere Weise verbunden sind.

Sind die verstärkten Bereiche des Behältnisses außerhalb der Deformationszonen angeordnet, ist in einfacher Weise gewährleistet, dass eine mögliche Deformation zunächst nur in den Deformationszonen erfolgt.

Um das Deformationsverhalten sowohl der Deformationszonen selbst als auch verstärkter Bereiche des Behältnisses gezielt zu steuern, weisen die Deformationszonen und/oder die verstärkten Bereiche des Behältnisses geeignete Strukturen, insbesondere Rippen, Sicken oder Vertiefungen auf. Es ist aber auch denkbar, das Deformationsverhalten durch unterschiedliche Wandstärken der Metallbleche zu steuern.

Das Volumen des erfindungsgemäßen Behältnisses kann dadurch vergrößert werden, dass das Behältnis in mehrere Teilbehältnisse aufgeteilt ist, wobei zumindest ein Teilbehältnis als ein tragender Teil der Bodengruppe ausgebildet ist. Durch diese Maßnahme kann darüber hinaus das Leergewicht einer Bodengruppe mit Behältnis bei gleichen mechanischen Eigenschaften weiter verringert werden, da auch die Teilbehältnisse bei der Konstruktion der Bodengruppe als tragende Teile mitberücksichtigt werden können.

Eine maximale Gewichtseinsparung bezogen auf das Leergewicht des Kraftfahrzeuges wird schließlich dadurch erreicht, dass in mindestens einem der Hohlräume der Längs- und/oder Querträger ein Teilbehältnis angeordnet ist.

Das Verhalten des erfindungsgemäßen Behältnisses im Falle eines Unfalles kann, gemäß einer weitergebildeten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Behältnisses, dadurch verbessert werden, dass im zur Aufnahme des Energieträgers vorgesehenen Hohlraum des Behältnisses eine Kunststoffblase zur Aufnahme des Energieträgers vorgesehen ist. Die Kunststoffblase kann, insbesondere im Falle einer Deformation des unmittelbar mit dem Energieträger in Kontakt stehenden Hohlraum des Behältnisses, die kurzfristig sichere abdichtende Funktion der gas- und flüssigkeitsdichten Fügeverbindungen übernehmen und ein Austreten des Energieträgers verhindern. Somit muss die Kunststoffblase nicht die ansonsten notwendige Dicke aufweisen, um gesetzliche Anforderungen hinsichtlich Diffusion zu erfüllen, da ja nach einem Unfall ein Ablassen des Energieträgers und gegebenenfalls eine Reparatur erfolgen könnte. Die gesetzlich geforderte Dauerdichtheit wird ja im Normalfall und das metallische Behältnis gewährleistet.

Weist das Behältnis eine Öffnung zur Aufnahme eines Einfüllstutzens auf und ist die Kunststoffblase zumindest im Bereich dieser Öffnung mit dem Behältnis verbunden, kann die Kunststoffblase Deformationen des zur Aufnahme des Energieträgers vorgesehenen Hohlraums des Behältnisses besonders leicht folgen.

Weiter verbessert wird dieses Verhalten der Kunststoffblase dadurch, dass die Kunststoffblase eine dünnwandige Kunststofffolie aufweist. Eine dünnwandige Kunststofffolie ist besonders flexibel und darüber hinaus ausreichend gas- und/oder flüssigkeitsdicht. Als Kunststoffe für die Kunststoffblase oder Kunststofffolie kommen alle gegenüber dem Energieträger resistenten Kunststoffe, insbesondere die zur Herstellung von Behältnissen nach dem Blasextrusionsverfahren verwendeten Kunststoffe, in Betracht.

Gemäß einer weitergebildeten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Behältnisses kann auf eine Unterbodenversiegelung des Behältnisses dadurch verzichtet werden, dass das Behältnis aus feueraluminierten, organisch beschichteten Feinblechen aufgebaut ist.

Vorzugsweise wird das Behältnis aus einem L-IP-, TRIP-, Dual-, Mehrphasenstahl oder warmumgeformten Stahlgüten gefertigt. Diese Stähle eignen sich aufgrund ihrer erhöhten Festigkeit besonders gut für die Verwendung in stark beanspruchten Bereichen der Bodengruppe und/oder des Chassis eines Fahrzeuges.

Schließlich kann das erfindungsgemäße Behältnis dadurch vorteilhaft weitergebildet werden, dass das Behältnis zur Aufnahme unterschiedlicher Energieträger, insbesondere für Verbrennungsmotoren oder für Motoren mit Brennstoffzellen, geeignet ist. Ein erfindungsgemäßes Behältnis kann damit auch für zukünftige Antriebskonzepte, aber auch für Hybridantriebe aus beispielsweise Verbrennungsmotor und Elektromotor mit Brennstoffzelle, verwendet werden. Des Weiteren können auch feste bzw. nichtflüssige oder koch viskose Energieträger verwendet werden.

Gemäß einer zweiten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die oben aufgezeigte Aufgabe durch eine Bodengruppe für ein Kraftfahrzeug dadurch gelöst, dass die Bodengruppe ein erfindungsgemäßes Behältnis aufweist. Wie bereits ausgeführt, weist eine Bodengruppe eines Kraftfahrzeuges zusätzliches Potential zur Gewichtsreduzierung auf, wenn die Bodengruppe ein erfindungsgemäßes Behältnis aufweist. Ein verringertes Gewicht der Bodengruppe bei gleichbleibender mechanischer Stabilität bzw. Steifigkeit ist insbesondere vorteilhaft hinsichtlich des Energieverbrauches von mit einer entsprechenden Bodengruppe ausgerüsteten Kraftfahrzeugen.

Gemäß einer dritten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die oben hergeleitete Aufgabe verfahrensmäßig dadurch gelöst, dass ein Metallblech gas- und flüssigkeitsdicht gefügt wird, welches integriert in die Bodengruppe ein tragender Teil der Bodengruppe des Kraftfahrzeuges ist und das Metallblech unter Anwendung geeigneter Verbindungstechniken, insbesondere Schweißen, Kleben, Löten oder Nieten, in die Bodengruppe des Kraftfahrzeuges integriert wird.

Funktionsgerechte, an die Bodengruppe des Kraftfahrzeuges angepasste Metallbleche zur Herstellung des Behältnisses können besonders einfach dadurch zur Verfügung gestellt werden, dass ein nach dem Innenhochdruckumformen(IHU)-Verfahren vorgeformtes Metallblech zur Herstellung des Behältnisses verwendet wird.

Gemäß einer weitergebildeten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Behältnisses für Kraftfahrzeuge wird eine Kunststoffblase in das Behältnis über die Öffnung des Behältnisses zur Aufnahme eines Einfüllstutzens eingeführt und die Kunststoffblase anschließend auf das Volumen des Behältnisses vergrößert. Die Vergrößerung der Kunststoffblase im Behältnis kann durch Druckbeaufschlagung unter Verwendung eines gasförmigen oder flüssigen Mediums geschehen, wobei zur leichteren Verformbarkeit der Kunststoffblase die Medien temperiert sein können. Nach dem Vergrößern des Volumens der Kunststoffblase im Behältnis liegt diese an den Innenwänden des Hohlraums des Behältnisses im Wesentlichen an, so dass nahezu das gesamte Volumen des Behältnisses auch bei Verwendung einer Kunststoffblase im Behältnis zur Verfügung steht.

Eine weitere Möglichkeit zur leichteren Montage wird durch eine Teilevakuierung des metallischen Behältnisses erreicht, um eine sichere Anlage der Kunststofffolie an den Innenwänden des Hohlraumes des Behältnisses zu erzielen.

Wird eine aus einer dünnen Kunststofffolie gebildete Kunststoffblase verwendet, kann, gemäß einer nächsten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, der Schritt des Vergrößern des Volumens der Kunststoffblase weiter erleichtert werden. Darüber hinaus kann eine dünne Kunststofffolie im Falle einer Deformation des Hohlraums des Behältnisses dieser leichter folgen, ohne selbst zu reißen oder undicht zu werden.

Alternativ kann vor oder nach dem Einführen der Kunststoffblase in den Hohlraum des Behältnisses die Kunststoffblase mit einem Einfüllstutzen und einer Leitung für den Energieträger versehen werden.

Wird die Kunststoffblase zumindest im Bereich der Öffnung des Behältnisses zur Aufnahme eines Einfüllstutzens und/oder einer Leitung mit dem Behältnis unter Verwendung einer geeigneten Verbindungstechnik, beispielsweise Verkleben, verbunden, kann die Kunststoffblase, gemäß einer weitergebildeten Ausführungsform, einerseits auf einfache Weise mit dem Behältnis verbunden werden. Andererseits wird gleichzeitig eine hohe Flexibilität der Kunststoffblase bezüglich Deformationen des Behältnisses im Falle eines Unfalles gewährleistet, da die Kunststoffblase nahezu im gesamten Hohlraum des Behältnisses dessen Deformationen frei folgen kann.

Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten das erfindungsgemäße Behältnis, die Bodengruppe oder das Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Behältnisses weiterzubilden oder auszugestalten. Hierzu wird verwiesen einerseits auf die den Patentansprüchen 1 und 14 nachgeordneten Patentansprüchen, andererseits auf die Beschreibung von vier Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. Die Zeichnung zeigt in
1 in einer dreidimensionalen Ansicht ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Behältnisses in Form eines Kraftstofftanks für ein Kraftfahrzeug zusammen mit der Bodengruppe und der Karosserie,
2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Behältnisses in Form eines Kraftstofftanks in einer horizontalen Schnittansicht eines Teils einer Bodengruppe eines Kraftfahrzeuges,
3 das Ausführungsbeispiel aus 2 in einer vertikalen Schnittansicht entlang der Schnittlinie B-B,
4a, b, c das Ausführungsbeispiel aus 2 in einer vertikalen Schnittansicht entlang der Schnittlinie A-A zu drei verschiedenen Zeitpunkten während eines über das Heck des Kraftfahrzeuges eingeleiteten Kraftstoßes,
4d, e das Ausführungsbeispiel aus 2 in einer vertikalen Schnittansicht entlang der Schnittlinie C-C zu zwei verschiedenen Zeitpunkten im Falle eines seitlich auf das Kraftfahrzeug eingeleiteten Kraftstoßes,
5a, b, c die Herstellung eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Behältnisses in Form eines Kraftstofftanks mit Kunststoffblase in einer vertikalen Schnittansicht in drei Schritten und
6 eine schematische dreidimensionale Ansicht eines vierten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Bodengruppe.
In 1 ist in einer aufgeschnittenen dreidimensionalen Ansicht die Karosserie 14 sowie eine erfindungsgemäße Bodengruppe 3 dargestellt. In die Bodengruppe 3 ist ein erfindungsgemäßer Kraftstofftank 1 integriert, welcher mindestens aus einem Blech 2 aufgebaut ist. Vorzugsweise werden für die mit dem Spritzwasser in Kontakt stehenden Bleche 2 feueraluminierte, organisch beschichtete Feinbleche verwendet. Hierdurch kann auf eine Versiegelung von Witterungsbedingungen ausgesetzten Flächen der Metallbleche 2 verzichtet werden.
Der erfindungsgemäße Kraftstofftank 1 ist in dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung so ausgeführt, dass dieser als ein tragender Teil der Bodengruppe 3 ausgebildet ist. Bei der Konstruktion der Querträger 6 und Längsträger 5 der Bodengruppe 3 kann nun die tragende Eigenschaft des erfindungsgemäßen Kraftstofftanks 1 berücksichtigt werden. Dadurch wird es möglich, beispielsweise Längs- und Querträger 5, 6, 21 mit geringerer Wandstärke zu verwenden und eine Bodengruppe 3 zu konstruieren, welche bei gleichen mechanischen Eigenschaften zusammen mit dem Kraftstofftank 1 ein verringertes Leergewicht gegenüber konventionellen Bodengruppen aufweist.
Wie in 1 dargestellt, kann der erfindungsgemäße Kraftstofftank 1 über einen Einfüllstutzen 10 mit Kraftstoff befüllt werden. Der Kraftstofftank 1 weist hierzu eine Öffnung 13 zur Aufnahme des Einfüllstutzens 10 auf. Wie in 1 lediglich angedeutet, können neben dem Kraftstofftank 1 im mittleren Teil der Bodengruppe 12 zusätzlich weitere Teilkraftstofftanks 8, beispielsweise im hinteren Teil der Bodengruppe 11, angeordnet und mit dem Einfüllstutzen 10 verbunden werden. Durch das zusätzliche Ausnutzen weiterer Gewichtseinsparpotentiale aufgrund der tragenden Eigenschaften der Teilkraftstofftanks 8 kann daher ein größeres Kraftstoffvolumen bzw. Energieträgervolumen bei gleichem oder geringerem Leergewicht des Kraftfahrzeuges bereitgestellt werden.
Das zweite Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftstofftanks 1 ist in 2 zunächst in einer horizontalen Schnittansicht einer Bodengruppe 3 eines Kraftfahrzeuges dargestellt. 2 zeigt schematisch den hinteren Teil 11 der Bodengruppe 3 sowie den mittleren Teil 12 der Bodengruppe 3. Im mittleren Teil 12 der Bodengruppe 3 ist ein erfindungsgemäßer Kraftstofftank 1 in die Bodengruppe 3 integriert. Der Kraftstofftank 1 des zweiten Ausführungsbeispiels weist umlaufend Deformationszonen 4a, 4b, 4c, 4d auf, welche in den Verbindungsbereichen zwischen dem Kraftstofftank 1 und den Längs- und Querträgern 5, 6, 21 angeordnet sind.
In der 3 ist nun das in 2 dargestellte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftstofftanks 1 für ein Kraftfahrzeug in einer vertikalen Schnittansicht entlang der Schnittlinie B-B, entlang der Längsachse der Abgasanlage 15 dargestellt. Der erfindungsgemäße Kraftstofftank 1 ist in dem in 2 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel aus drei Metallblechen 2, 2a, 2b aufgebaut. Weiter sind die Deformationszonen 4b und 4d des Kraftstofftanks 1 zu erkennen, welche im Falle eines Unfalles eventuell auftretende Deformationen der Bodengruppe 3 aufnehmen sollen, so dass eine Deformation des erfindungsgemäße Kraftstofftank 1 nur in den dafür vorgesehenen Deformationszonen erfolgt. Hierzu können zumindest die unmittelbar mit dem Kraftstoff bzw. Energieträger in Verbindung stehenden Metallbleche 2 und 2a, entweder mit nicht dargestellten Verstärkungen, beispielsweise Rippen, Vertiefungen, Verdickungen ausgestattet sein. Allerdings ist es auch möglich, wie bei dem in 3 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel, das Metallblech 2 in bestimmten Bereichen des Kraftstofftanks 1 mit einem weiteren Metallblech 2b als Verstärkung 18 über Verbindungsstellen 17 zu verbinden, um Deformationen gezielt in den Bereich der Deformationszonen 4a, 4b, 4c, 4d des Kraftstofftanks 1 zu lenken. Als Verbindungstechniken kommen für die Verbindungsstellen 17 der Metallbleche 2 und 2b Verschweißen, Löten, Verkleben, Nieten etc. in Betracht.
Die Deformationszonen 4a bis 4d des Kraftstofftanks 1 können darüber hinaus nicht dargestellte Vertiefungen, Sicken, Verdickungen oder Bereiche mit dünnerer Materialstärke aufweisen, so dass das Deformationsverhalten der Deformationszonen 4a bis 4d gezielt eingestellt werden kann.
Das Verhalten der Deformationszonen 4a bis 4d im Falle eines über das Heck eines Kraftfahrzeuges eingeleiteten Kraftstoßes, wie er beispielsweise im Falle eines typischen Auffahrunfalles auftreten kann, ist zu drei verschiedenen Zeitpunkten in den 4a bis 4c dargestellt.
Die 4a zeigt eine vertikale Schnittansicht des zweiten Ausführungsbeispiels entlang der Schnittlinie A-A zum Zeitpunkt t = t₀ vor der Einleitung des Kraftstoßes.
Zu erkennen ist der erfindungsgemäße Kraftstofftank 1, welcher aus den Metallblechen 2, 2a und 2b gebildet wird. In Richtung des hinteren Teils der Bodengruppe 11 weist der erfindungsgemäße Kraftfahrzeugtank 1 eine hintere Deformationszone 4d auf, an welche sich ein Querträger 6 sowie ein Längsträger 5 des hinteren Teils der Bodengruppe 11 anschließt.
Wird nun, wie im Falle eines Unfalles, ein Kraftstoß F auf den Längsträger 5 des hinteren Teils der Bodengruppe 11 zum Zeitpunkt t = t₁ eingeleitet, wird die zwischen dem erfindungsgemäßen Kraftstofftank 1 und dem hinteren Querträger 6 gelegene Deformationszone 4d deformiert, wie 4b zeigt. Bei der Deformation der Deformationszone 4d wird die Energie des eingeleiteten Kraftstoßes gezielt in Deformationsenergie umgewandelt und damit abgebaut. Sofern die Energie des Kraftstoßes F damit komplett in Deformationsenergie umgesetzt worden ist, ergibt sich keine weitere Deformation der Bodengruppe 3 im weiteren zeitlichen Verlauf. Der unmittelbar mit dem Kraftstoff bzw. Energieträger in Kontakt stehende Hohlraum des erfindungsgemäßen Kraftstofftanks 1 wird nicht deformiert und der Kraftstofftank 1 bleibt gas- und flüssigkeitsdicht.
Treten noch größere Kräfte auf oder ist die Energie des eingeleiteten Kraftstoßes nach dem Zeitpunkt t₁, beispielsweise zum Zeitpunkt t = t₂, nicht komplett in Deformationsenergie umgewandelt, so kann nicht nur der Längsträger 5 des hinteren Teils der Bodengruppe 11 selbst, sondern auch die auf der vom Einleitungspunkt des Kraftstoßes F, hier das Heck des Kraftfahrzeuges, abgewandten Seite liegende Deformationszone 4b des Kraftstofftanks 1 zur Umwandlung der Energie des Kraftstoßes in Deformationsenergie beitragen. Wie aus
4c zu erkennen ist, wird selbst bei einem entsprechend starken Kraftstoß der erfindungsgemäße Kraftstofftank 1 nicht derart deformiert, dass der mit dem Kraftstoff bzw. Energieträger in unmittelbarem Kontakt stehende Hohlraum des Kraftstofftanks 1 undicht wird.
Die 4d und 4e zeigen in einer vertikalen Schnittansicht das zweite Ausführungsbeispiel aus 2 entlang der Schnittlinie C-C in unverformtem und verformtem Zustand. Zum Schutz des erfindungsgemäßen Kraftstofftanks 1 im Falle eines seitlich eingeleiteten Kraftstoßes können auch die Längsträger 5 im mittleren Bereich der Bodengruppe zumindest auf Höhe des Kraftstofftanks 1 Deformationszonen 19 aufweisen, welche in der Lage sind einen Teil der Energie des seitlich eingeleiteten Kraftstoßes bereits in Deformationsenergie umzuwandeln, bevor die Deformationszonen 4c des Kraftstofftanks 1 verformt wird.
Problematisch ist natürlich, wenn es zu weiteren Deformationen kommt, welche zu einer Verformung des unmittelbar mit dem Kraftstoff bzw. Energieträger in Verbindung stehenden Hohlraums des Kraftstofftanks 1 und damit zum Verlust der Flüssigkeitsdichtheit oder Gasdichtheit der Scheißnähte des Kraftstofftanks 1 führen kann.
Um das Austreten von Kraftstoff in diesem Fall zu verhindern, kann der Kraftstofftank 1 eine Kunststoffblase 9 aufweisen. 5a bis 5c zeigen ein Verfahren zur Herstellung eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungemäßen Kraftstofftanks 1 mit einer Kunststoffblase 9 in drei Schritten in einer vertikalen Schnittansicht eines Teils einer Bodengruppe 3, in welcher ein erfindungsgemäßer Kraftstofftank 1 vorgesehen ist.
Vorzugsweise wird der erfindungsgemäße Kraftstofftank 1 des dritten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zunächst in die Bodengruppe 3 eines Kraftfahrzeugs integriert, d. h. mit ihr unter Verwendung einer geeigneten Verbindungstechnik, beispielsweise Verschweißen, Löten oder Nieten, verbunden und anschließend die Kunststoffblase 9 in den Kraftstofftank 1 über die Öffnung 13 des Kraftstofftanks 1 eingeführt. Die Kunststoffblase 9 weist zunächst, wie in 5a zu erkennen ist, ein geringes Volumen auf, so dass sie leicht in die Öffnung 13 des Kraftstofftanks 1 eingeführt werden kann. Das Einführen der Kunststoffblase 9 in den erfindungsgemäßen Kraftstofftank 1 zeigt 5b.
Anschließend wird die Kunststoffblase 9 auf ihr Nennvolumen vergrößert, so dass die Kunststoffblase 9 nahezu das gesamte für den Kraftstoff bzw. Energieträger vorgesehene Volumen des Kraftstofftanks 1 einnimmt, 5c. Vorzugsweise wird die Kunststoffblase 9 nur im Bereich der Öffnung 13 des Kraftstofftanks 1 mit diesem unter Verwendung geeigneter Verbindungstechniken verbunden. Hierdurch wird gewährleistet, dass die Kunststoffblase 9 nahezu im gesamten für den Kraftstoff bzw. Energieträger vorgesehenen Innenraum des Kraftstofftanks 1 einer Deformation frei folgen kann.
Die Kunststoffblase 9 übernimmt dann, insbesondere im Falle einer Deformation des Kraftstofftanks 1, dass Abdichten des Kraftstofftanks 1, so dass auch bei einer Deformation des für den Kraftstoff bzw. Energieträger vorgesehenen Hohlraums des Kraftstofftanks 1 und dem Reißen der flüssigkeits- und gasdichten Fügeverbindungen des Kraftstofftanks 1 kein Kraftstoff austreten kann.
Um den Kraftstofftank 1 mit Kraftstoff zu befüllen und zu entleeren, ist die Kunststoffblase 9 mit einem Einfüllstutzen 10 und mit einer Kraftstoffleitung bzw. einer Leitung für Energieträger 16 verbunden.
Zwar zeigen die 5a bis 5c, dass die Kunststoffblase 9 in einen bereits in die Bodengruppe 3 integrierten Kraftstofftank 1 eingesetzt wird und bereits mit dem Einfüllstutzen 10 und einer Kraftstoffleitung bzw. Leitung für den Energieträger 16 versehen ist. Es ist jedoch auch denkbar die Kunststoffblase 9 vor der Integration des Kraftstofftanks 1 in die Bodengruppe 3 in den Kraftstofftank 1 einzuführen und auf ihr Nennvolumen zu vergrößern. Ferner ist denkbar, den Einfüllstutzen 10 und die Kraftstoffleitung 16 erst in einem späteren Stadium mit der Kunststoffblase 9 zu verbinden.
Die 6 zeigt in einer dreidimensionalen Ansicht die Bodengruppe 3 eines Kraftfahrzeuges, welche im Wesentlichen aus Längs- und Querträgern 5, 6, 21 besteht. Wie in 6 angedeutet, ist es prinzipiell möglich, im mittleren Teil der Bodengruppe 12 und im hinteren Teil der Bodengruppe 11 den erfindungsgemäßen Kraftstofftank 1 in die Bodengruppe zu integrieren. Nicht dargestellt ist dabei in 6 die Möglichkeit auch die Längs- und Querträger 5, 6, 21 als Zusatzkraftstofftanks zu verwenden. Diese könnten sowohl mit als auch ohne Kunststoffblase 9 Teilkraftstofftanks 8 darstellen.

Claims

Energie speicherndes Behältnis für ein Kraftfahrzeug mit mindestens einem metallischen Hohlraum zur Aufnahme eines Energieträgers, insbesondere Stahlblech, wobei zumindest ein Teil des Metallbleches (2) in die Bodengruppe (3) eines Kraftfahrzeuges integriert ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Behältnis (1) als ein tragender Teil der Bodengruppe (3) ausgebildet ist.
Behältnis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Behältnis (1) Deformationszonen (4a, 4b, 4c, 4d) aufweist.
Behältnis nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Deformationszonen (4a, 4b, 4c, 4d) in Verbindungsbereichen des Behältnisses (1) mit anderen Teilen oder Bereichen der Bodengruppe (3), insbesondere Längs- oder Querträgern (5, 6, 21), vorgesehen sind.
Behältnis nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die mit dem Energieträger in unmittelbarem Kontakt stehenden Teile des Behältnisses (1) zumindest teilweise Verstärkungen (20) aufweisen.
Behältnis nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die verstärkten Bereiche des Behältnisses (1) außerhalb der Deformationszonen (4a, 4b, 4c, 4d) angeordnet sind.
Behältnis nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Deformationszonen (4a, 4b, 4c, 4d) und/oder verstärkte Bereiche (2a) des Behältnisses (1) geeignete Strukturen, insbesondere Rippen, Sicken oder Vertiefungen aufweisen.
Behältnis nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Behältnis (1) in mehrere Teilbehältnisse (8) aufgeteilt ist, wobei zumindest ein Teilbehältnis (8) als ein tragender Teil der Bodengruppe (3) ausgebildet ist.
Behältnis nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einem der Hohlräume der Längs- und/oder Querträger (5, 6, 21) ein Teilbehältnis (8) angeordnet ist.
Behältnis nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im zur Aufnahme des Energieträgers vorgesehenen Teil des Behältnisses (1) eine Kunststoffblase (9) zur Aufnahme des Energieträgers vorgesehen ist.
Behältnis nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Behältnis (1) eine Öffnung (13) zur Aufnahme eines Einfüllstutzens (10) aufweist und die Kunststoffblase (9) zumindest im Bereich der Öffnung (13) mit dem Behältnis (1) verbunden ist.
Behältnis nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffblase (9) eine dünnwandige Kunststofffolie aufweist.
Behältnis nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Behältnis (1) mindestens ein feueraluminiertes, organisch beschichtetes Feinblech aufweist.
Behältnis nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Behältnis (1) aus einem L-IP-, TRIP-, Dual- oder Mehrphasenstahl oder warmumgeformten Stahlgüten gefertigt ist.
Behältnis nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Behältnis (1) zur Aufnahme unterschiedlicher Energieträger, insbesondere für Verbrennungsmotoren oder für Motoren mit Brennstoffzellen, geeignet ist.
Bodengruppe für ein Kraftfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodengruppe (3) ein Behältnis (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14 aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Behältnisses nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei welchem aus mindestens einem Metallblech, insbesondere ein Stahlblech, ein den das Behältnis bildender Hohlraum durch gas- und flüssigkeitsdichtes Fügen des Metallbleches hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Metallblech gefügt wird, welches integriert in die Bodengruppe eines Kraftfahrzeuges ein tragender Teil der Bodengruppe des Kraftfahrzeuges ist und das Metallblech unter Anwendung geeigneter Verbindungstechniken, insbesondere Schweißen, Löten oder Nieten, in die Bodengruppe des Kraftfahrzeuges integriert wird.
Verfahren zur Herstellung eines Behältnisses nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein nach dem Innenhochdruckumform(IHU)-Verfahren vorgeformtes Metallblech zur Herstellung des Behältnisses verwendet wird.
Verfahren zur Herstellung eines Behältnisses nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kunststoffblase in das Behältnis über die Öffnung des Behältnisses zur Aufnahme des Einfüllstutzens eingeführt wird und die Kunststoffblase anschließend auf das Volumen des Behältnisses vergrößert wird.
Verfahren zur Herstellung eines Behältnisses nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Behältnis während oder nach Einführung der Kunststoffblase teilevakuiert wird.
Verfahren zur Herstellung eines Behältnisses nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kunststoffblase in das Behältnis eingeführt wird, welche eine dünne Kunststofffolie aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Behältnisses nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass vor oder nach dem Einführen der Kunststoffblase in den Hohlraum des Behältnisses die Kunststoffblase mit einem Einfüllstutzen und einer Leitung für den Energieträger verbunden wird.
Verfahren zur Herstellung eines Behältnisses nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffblase zumindest im Bereich der Öffnung des Behältnisses mit dem Behältnis unter Verwendung einer geeigneten Verbindungstechnik, beispielsweise Verkleben oder Verschweißen, verbunden wird.