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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeugkarosseriekomponente,
welche nach Art eines Moduls mit weiteren Karosseriekomponenten
zur Bildung der Kraftfahrzeugkarosserie verbindbar ist.
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Unter
den alternativen Antriebskonzepten für Kraftfahrzeuge kommt
den Gas- oder Brennstoffzellenantrieben eine herausragende Bedeutung
zu. In einer katalytischen elektrochemischen Reaktion oxidiert Wasserstoff
unter Freisetzung elektrischer und thermischer Energie zu Wasser.
Obschon mit heutigen Brennstoffzellenanordnungen, sogenannten Brennstoffzellenstacks
ein Leistungspotenzial im Kilowattbereich erzielt werden kann, erweist
sich der Transport und die Mitnahme von Wasserstoff als Reaktionsmedium
bei Applikationen im Kraftfahrzeug- und Automobilbereich als verhältnismäßig
schwierig und kostenintensiv.
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Wasserstoff
kann beispielsweise in Druckbehältern in einem Fahrzeug
mitgeführt werden. Derartige Druckbehälter tragen
jedoch, insbesondere in einer Ausgestaltung als Stahltank zu einer
nicht unwesentlichen Erhöhung des Fahrzeuggewichts bei.
Zudem sind derartige Druckbehältnisse aufgrund bestehender
Sicherheitsanforderungen relativ geräumig, was zu Lasten
des im Fahrzeug zur Verfügung stehenden Bauraumes und des
Platzangebots des Fahrzeugs geht.
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Zur
wünschenswerten Steigerung der Aufnahmekapazität
gängiger Druckbehälter kann beispielsweise vorgesehen
werden, den Druck im Inneren des Behälters zu erhöhen,
so dass im Endeffekt eine größere Gasmenge vom
Fahrzeug mitgeführt werden kann. Die Erhöhung
des Behälterdrucks erweist sich jedoch nicht zuletzt aus
sicherheitstechnischen Überlegungen als problematisch.
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Die
DE 11 2006 000 144
T5 offenbart beispielsweise ein Fahrzeug, insbesondere
einen Bus mit einer Vielzahl von auf dem Dach des Fahrzeugs angeordneten
Gastanks, wobei jene Gastanks mit ihrer Längsrichtung quer
zur Fahrzeuglängserstreckung ausgerichtet sind. Die dort
gezeigten Wasserstofftanks sind beispielsweise mit Hilfe einzelner Schellen
am Dach des Busses befestigt.
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Ob
eine solche Befestigung von Wasserstofftanks an der Außenseite
einer Fahrzeugkarosserie jedoch eine im Kollisions- oder Crashfall
nötige Sicherheit bietet, erscheint fraglich.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kraftstoffbehälter,
insbesondere einen zur Aufnahme flüssigen Wasserstoffs
ausgebildeten Kraftstoffbehälter zur Verfügung
zu stellen, welcher möglichst platzeinsparend an oder in
einem Kraftfahrzeug angeordnet werden kann und der im Crashfall
ein ausreichendes Maß an Sicherheit, sowohl für die
Fahrzeuginsassen, als auch für die Umgebung zur Verfügung
stellt.
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Die
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird mittels eines Kraftfahrzeugkarosseriemoduls gemäß Patentanspruch
1 sowie einem Kraftfahrzeug nach Patentanspruch 14 und einem Kraftfahrzeug nach
Patentanspruch 15 gelöst. Einzelne vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen
angegeben.
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Erfindungsgemäß ist
vorgesehen, einen Kraftstoffbehälter bzw. einen Kraftstofftank
in ein Modul einer Kraftfahrzeugkarosserie zu integrieren oder darin
einzubetten. Auf diese Art und Weise können solche, innerhalb
der Karosserie, etwa zwischen Innen- und Außenflächen
von Karosseriekomponenten gebildeten Zwischenräume zur
besonders platzeinsparenden Aufnahme von Kraftstoff Verwendung finden.
Das erfindungsgemäße Modul einer Kraftfahrzeugkarosserie
weist daher zumindest ein tragendes Strukturbauteil auf, mit welchem
das Karosseriemodul an tragenden Komponenten der übrigen
Kraftfahrzeugkarosserie verbunden werden kann.
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Das
Karosseriemodul weist neben dem tragenden Strukturbauteil zumindest
einen integrierten Kraftstoffbehälter auf, wobei Kraftstoffbehälter
und Strukturbauteil in stoß- und/oder energieabsorbierender
Art und Weise miteinander gekoppelt sind. Durch die Einbettung des
Kraftstoffbehälters in das Innere eines Karosseriemoduls
kann eine separate Montage des Kraftstoffbehälters an tragenden
Komponenten der Fahrzeugkarosserie in vorteilhafter Weise entfallen.
Auch kann durch die Einbettung des Kraftstoffbehälters
in eine modulare Komponente der Kraftfahrzeugkarosserie ein unkontrolliertes
Loslösen des Kraftstoffbehälters von der Fahrzeugkarosserie
im Crashfall weitgehend vermieden werden.
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Zur
weiteren Erhöhung der Crashsicherheit ist ferner vorgesehen,
den Kraftstoffbehälter stoß- und/oder energieabsorbierend
mit dem Strukturbauteil zu koppeln. Auf diese Art und Weise soll
erreicht werden, dass etwaige, durch einen Fahrzeugaufprall bedingte
mechanische Deformation des Strukturbauteils möglichst
gedämpft und lediglich hinreichend abgeschwächt
an den Kraftstoffbehälter übertragen werden. Dabei
ist es ferner von Vorteil, wenn die mechanische Kopplung von Kraftstoffbehälter
und tragendem Strukturbauteil derart ausgebildet ist, dass selbst
bei massiven, durch mechanischen Lasteintrag hervorgerufenen Verformungen
des Strukturbauteils der Kraftstoffbehälter weitgehend
unbeschädigt, vor allem aber mit dem Karosseriemodul verbunden
bleibt. Auf diese Art und Weise kann das vom unter Druck stehenden
Kraftstoffbehälter im Crashfall ausgehende Gefahrenpotenzial
möglichst gering gehalten werden.
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Das
tragende Strukturbauteil des Karosseriemoduls definiert vorgegebene
Lastpfade, entlang derer aufprallinduzierte Verformungskräfte
und -energien über das Karosseriemodul hinweg geleitet werden
können.
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Nach
einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass der Kraftstoffbehälter nahezu vollständig
in das Karosseriemodul integriert oder darin eingebettet ist. Auf
diese Art und Weise ist der eigentliche Kraftstoffbehälter von
außen kaum sichtbar in eine Fahrzeugkarosserie eingebettet,
wobei aus dem Modul lediglich zumindest eine Kraftstoffleitung zur
Entnahme und/oder Wiederbefüllung des Kraftstoffbehälters
herausführt.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass
der Kraftstoffbehälter nahezu vollständig von
stoß- und/oder energieabsorbierendem Material umschlossen
ist. Auf diese Art und Weise kann der Kraftstoffbehälter
gegen mechanische Deformationen und Verformungen des Karosseriemoduls
weitgehend gesichert werden. Das stoß- und/oder energieabsorbierende
Material ist dabei dergestalt, dass die von einer Seite in das Karosseriemodul
eingeleitete Verformungs- oder Stoßenergie entweder vom
Material nahezu vollständig absorbiert oder aber um den
Kraftstoffbehälter herum und in angrenzende Karosserieabschnitte
des Fahrzeuges geleitet wird. Auf diese Art und Weise kann evtl.
Beschädigungen des Kraftstoffbehälters entgegengewirkt
werden. Auch kann nach der Erfindung vorgesehen werden, den Kraftstoffbehälter
innerhalb eines reversibel deformierbaren stoß- und/oder
energieabsorbierenden Gefüges anzuordnen.
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Nach
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist ferner vorgesehen,
dass zur Kopplung von Kraftstoffbehälter und Strukturbauteil
zumindest ein strukturversteifter Verformungs- oder Energieabsorptionsabschnitt
vorgesehen ist. Dieser Verformungs- oder Energieabsorptionsabschnitt
zeichnet sich durch eine geometrische Verstärkungsstruktur, beispielsweise
durch eine bienenwabenartige oder hexagonale oder in ihrer Funktions-
und Wirkungsweise vergleichbaren Anordnung einzelner Versteifungselemente aus.
Jener Energieabsorptionsabschnitt kann beispielsweise als Faserverbundkomponente
aus glasfaser- oder kohlefaserverstärktem Kunststoff in
Honeycomb-Bauweise ausgeführt sein.
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Zumindest
die bereichsweise Ausgestaltung des Karosseriemoduls in Sandwichbauweise
ggf. mit einer versteifenden Bienenwabenstruktur verleiht dem gesamten
Karosseriemodul die geforderte, hinsichtlich vorgegebener Lastpfade
erforderliche Torsions- und Struktursteifigkeit. Zudem kann eine
bspw. in Sandwichbauweise ausgeführte Honeycomb-Struktur
ein im Crashfall gewünschtes Verformungs- und Energieabsorptionsverhalten
aufweisen.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass mehrere einzelne Strukturbauteile des Karosseriemoduls zu einem
dem zumindest einen Kraftstoffbehälter einfassenden Rahmen
zusammengefügt sind. Insoweit weist das Karosseriemodul
einen strukturverstärkten bzw. strukturversteiften Rahmen
zur Anbindung des Moduls an übrige Komponenten der Kraftfahrzeugkarosserie
auf.
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Dabei
ist auch der Kraftstoffbehälter in der vorbeschriebenen
Art und Weise stoß- und/oder energieabsorbierend bzw. in
geeigneter Art und Weise auch stoß- und/oder energieübertragend
mit dem strukturverstärkten Rahmen des Karosseriemoduls gekoppelt.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ferner
vorgesehen, den Kraftstoffbehälter gegenüber dem
zumindest einen Strukturbauteil, bzw. gegenüber dem von
Strukturbauteilen gebildeten Rahmen innerhalb vorgegebener Grenzen
schwimmend zu lagern. Insofern kann der Kraftstoffbehälter
bei Auftreten extremer mechanischer Belastungen, insbesondere beim
Eintrag von kollisionsbedingten Stößen und Energien
eine dämpfende Ausgleichsbewegung gegenüber dem
Rahmen oder einzelnen Strukturbauteilen vollziehen. Auch kann auf
diese Art und Weise etwaigen Beschädigungen des Kraftstoffbehälters
weitgehend entgegengewirkt werden.
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Von
Vorteil ist dabei ferner vorgesehen, dass eine schwimmende Lagerung
bzw. gedämpfte Ausgleichsbewegung des Kraftstoffbehälters
in Bezug zum strukturversteiften Rahmen bzw. dem Strukturbauteil
erst bei Überschreiten eines Energie- oder Beschleunigungsschwellwertes
stattfindet. Dabei können reversierbar und/oder elastische
deformierbare Elemente und Gefüge Verwendung finden, die bei
einer aufprallbedingten Ausgleichsbewegung des Behälters
zumindest einen Teil der kinetischen Energie der Ausgleichsbewegung
zur Bildung einer Rückstellbewegung aufnehmen.
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Nach
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass
das Karosseriemodul zumindest bereichsweise wenigstens eine tragende Schicht
oder wenigstens eine von mehreren tragenden Schichten gebildete
Struktur aufweist, wobei die Schichten im Composite Spray Moulding-Verfahren (CSM-Verfahren)
und/oder im Long Fibre Injection-Verfahren (LFI-Verfahren) und/oder
im Glasfaser-Matten-Polyurethan-Verfahren (GM-PU-Verfahren) und/oder
im Resin Transfer Moulding Verfahren (RTM-Verfahren) und/oder im
Sheet Moulding Compound-Verfahren (SMC-Verfahren) und/oder im Reaction
Injection Moulding-Verfahren (RIM-Verfahren) und/oder im Reinforced
Reaction Injection Moulding-Verfahren (RRIM-Verfahren) und/oder
im Spritzguss-Verfahren herstellbar sind.
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Dabei
kann ferner vorgesehen sein, auch das gesamte Karosseriemodul als
Formteil auszubilden, dessen Lackierung bereits im Formwerkzeug, etwa
nach dem sogenannten ”In-Mould-Coating”-Verfahren
erfolgt. Zwischenräume zwischen Strukturbauteilen und Kraftstoffbehälter
können mit geeigneten Füllstoffen, wie etwa gemahlenen
Glasfasern verfüllt und/oder ausgeschäumt werden.
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Im
Zuge der zumindest bereichsweisen Ausgestaltung des Karosseriemoduls
nach einem oder mehreren der vorbeschriebenen Verfahren kann ferner
vorgesehen werden, das Strukturbauteil als Verstärkung
oder als Armierung in das Karosseriemodul einzubetten. Hierbei kann
insbesondere vorgesehen werden, dass das Strukturbauteil zumindest
eine Hinterschneidung aufweist, die die Bildung einer form- und
kraftschlüssigen Verbindung von Strukturbauteil und den
sie umgebenden tragenden Schichten ermöglicht.
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Als
Material zur Bildung entsprechender tragender Schichten kommen neben
den zuvor genannten Verfahren und Materialien thermoplastische Elastomere,
wie beispielsweise Polyurethan oder Polypropylen, ggf. mit Glasfaser-
oder Karbonfaserverstärkung in Frage. Neben der Einbettung
von Strukturbauteilen aus Metall kann natürlich der gesamte Kraftstoffbehälter
in die tragenden Schichten der Tragstruktur des erfindungsgemäßen
Karosseriemoduls eingebettet werden. Daneben ist natürlich
auch ein Umspritzen und entsprechendes Einbetten der oben beschriebenen
Honeycomb-Strukturen denkbar.
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Nach
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist ferner vorgesehen,
dass das erfindungsgemäße Karosseriemodul als
Dachmodul eines Kraftfahrzeugs ausgebildet ist, wobei das zumindest
eine Strukturbauteil die in Fahrzeugquerrichtung gegenüberliegenden
A-, B-, C- und/oder D-Säulen eines Kraftfahrzeugs lastübertragend
miteinander verbindet. Insoweit kann auf bislang im Karosseriebau übliche,
in Fahrzeugquerrichtung gegenüberliegende Säulen
miteinander verbindende Spriegel in vorteilhafter Weise verzichtet
werden.
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Insbesondere
kann durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung
eines Fahrzeugdachmoduls mit integriertem Kraftstoffbehälter
der Zusammenbau der Fahrzeugkarosserie unter Einsparung von Kosten
und Verringerung des Montageaufwands vereinfacht und optimiert werden.
So kann durch die erfindungsgemäße Modularisierung
der Kraftfahrzeugkarosserie erreicht werden, dass ein Fahrzeugdachmodul
mit integriertem Kraftstoffbehälter separat von einem Zulieferer
gefertigt und mit den übrigen an das Dach angrenzenden
Komponenten der Kraftfahrzeugkarosserie, etwa der A-, B- C- und/oder
D-Säule der Karosserie oder einem Dachrahmenabschnitt, beim
Automobilhersteller zu verbinden ist. Somit kann eine separate Montage
eines Kraftstoffbehälters oder Kraftstofftanks entfallen.
Dabei kann ferner die statische und lastübertragende Funktion
eines Dachholms in das Dachmodul integriert sein.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass der zumindest eine Kraftstoffbehälter eine im Wesentlichen
zylindrische Außenkontur aufweist und zur Aufnahme von
Wasserstoff oder eines anderen Reaktionsgases ausgebildet ist. Daneben
ist auch denkbar, insgesamt mehrere Kraftstoffbehälter,
welche in ihren Größen und Abmessungen unterschiedlich
sein können, vorzugsweise parallel zueinander ausgerichtet
im erfindungsgemäßen Karosseriemodul unterzubringen.
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So
kann beispielsweise vorgesehen sein, einen Hauptbehälter
mit einem vergleichsweise großen Zylinderquerschnitt zwischen
zwei kleineren Behältern mit einem entsprechend kleineren
Querschnitt anzuordnen, um eine durch Einbetten des größeren
Kraftstoffbehälters in die Fahrzeugkarosserie erzeugte
Wölbung der Karosseriemoduloberfläche möglichst
vollständig auszufüllen.
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Nach
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, den zur
Aufnahme von Wasserstoff ausgebildeten Kraftstoffbehälter
aus Karbon zu fertigen, wobei die beiden Stirnseiten des zylindrischen
Kraftstoffbehälters abgerundet mit isotensoiden Wicklungen
versehen sind. Durch die Verwendung von Karbon für den
Kraftstoffbehälter kann der im Behälter aufzunehmende
Wasserstoff bei einem Druck von mehreren 100 Bar, bis hin zu einem
Druck von 700 bis 750 Bar im Behälter gespeichert werden. Ein
Karbonbehälter bietet gegenüber einem Stahlbehältnis
zudem einen Gewichtsvorteil. Durch eine solche Erhöhung
des Drucks gegenüber herkömmlichen Gasbehältern
können die Aufnahmekapazität des Behälters
und letztlich die Reichweite des Fahrzeugs in vorteilhafter Weise
erhöht werden.
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Bedenkt
man ferner, dass der im Behälter aufzunehmende Wasserstoff
nur einige wenige Kilogramm an Gewicht aufweist, so wird durch die
erfindungsgemäße Anordnung eines Kraftstoffbehälters im
Fahrzeugsdach der Gesamtschwerpunkt des Fahrzeugs nur unwesentlich
angehoben.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ferner
vorgesehen, dass der Kraftstoffbehälter mit seiner Längsachse
im Wesentlichen in Fahrtrichtung am Fahrzeugdach angeordnet bzw.
in dieses eingebettet ist. Die erfindungsgemäße Einbettung
des Kraftstoffbehälters in ein Fahrzeugdach bedingt eine
in Fahrzeugquerrichtung gesehen konvexe Wölbung des Fahrzeugdachs.
Aus Gründen der Aerodynamik ist dabei vorgesehen, dass
jede Wölbung möglichst stromlinienförmig
ausgebildet ist.
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Nach
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen,
dass zumindest ein sich im Wesentlichen quer oder senkrecht zur
Längserstreckung des Kraftstoffbehälters verlaufendes Strukturbauteil
in einen oberen und in einen unteren Zweig gabelt, wobei der Kraftstoffbehälter
zwischen oberem und unterem Zweig zu liegen kommt und sozusagen
in Fahrzeugquerrichtung gesehen von oben und von unten mit dem entsprechenden
Strukturbauteil gesichert, bzw. hiermit gekoppelt ist. Je nach Ausgestaltung
der den Kraftstoffbehälter einfassenden Zweige ist eine
solche Anordnung auch in vorgegebenen Grenzen zur schwimmenden Lagerung
des Kraftstoffbehälters geeignet.
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Nach
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann ferner vorgesehen
sein, dass sich ein strukturverstärkendes Strukturbauteil
im Wesentlichen parallel zur Längserstreckung des Kraftstoffbehälters
erstreckt. Ein solches vorzugsweise oberhalb und unterhalb des Kraftstoffbehälters
verlaufendes Strukturbauteil kann beispielsweise zusammen mit in Fahrzeugquerrichtung
verlaufenden Strukturbauteilen einen Schutzkäfig für
den Kraftstoffbehälter bilden.
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Die
Bildung eines Schutzkäfigs für den Kraftstoffbehälter
ist dabei keineswegs auf zueinander orthogonal ausgerichtete Strukturbauteile
beschränkt. So können beispielsweise auch diagonale
Anordnungen von Strukturbauteilen, welche in einer dreieckigen oder
hexagonalen Struktur eines Schutzkäfigs münden,
beliebig für das erfindungsgemäße Karosseriemodul
Verwendung finden.
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Nach
einem weiteren unabhängigen Aspekt betrifft die vorliegende
Erfindung ein Kraftfahrzeugdach mit einem zuvor beschriebenen Karosseriemodul,
welches einen in die Dachstruktur integrierten Kraftstoffbehälter
aufweist.
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Nach
einem weiteren unabhängigen Aspekt betrifft die Erfindung
ferner ein Kraftfahrzeug, welches mit einem erfindungsgemäßen,
vorzugsweise als Dach ausgebildeten Karosseriemodul mit einem darin
eingebetteten Kraftstoffbehälter ausgestattet ist.
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Ausführungsbeispiele
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Weitere
Ziele, Merkmale sowie vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden
Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme
auf die Figuren erläutert. Dabei bilden sämtliche
beschriebenen, als auch bildlich dargestellten Merkmale sowohl in
Alleinstellung als auch in jeglicher sinnvollen Kombination untereinander
den Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Es zeigen:
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1 eine
geschnittene perspektivische Darstellung einer ersten Ausgestaltung
des erfindungsgemäßen Karosseriemoduls,
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2 das
Modul gemäß 1 im Querschnitt
von vorn betrachtet,
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3 eine
weitere Ausgestaltung eines als Fahrzeugdach ausgebildeten Karosseriemoduls
mit integriertem Kraftstoffbehälter,
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4 eine
weitere in seinen Außenabmessungen variierende Ausgestaltung
eines als Fahrzeugdach ausgebildeten Karosseriemoduls,
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5 eine
weitere Ausgestaltung eines Fahrzeugdachs mit einem Verstärkungselement,
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6 einen
vergrößert dargestellten bereichsweisen Querschnitt
durch ein mit Verstärkungselementen durchzogenen Fahrzeugdach,
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7 eine
weitere Ausgestaltung eines Fahrzeugdachs mit integriertem Kraftstoffbehälter
in perspektivischer Darstellung,
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8 eine
alternative Ausgestaltung eines gewölbten Fahrzeugdachs,
in welches insgesamt drei Kraftstoffbehälter eingebettet
sind,
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9 eine
in schematischer Darstellung gezeigte Außensilhouette des
Karosseriedachmoduls,
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10 eine
weitere perspektivische Darstellung eines bereichsweise konvex nach
außen gewölbten Karosseriedachmoduls und
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11 eine
weitere schematische, geschnitten perspektivische Darstellung eines
Dachmoduls.
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Das
in den 1 und 2 schematisch skizzierte Dachmodul 10 weist
einen in 1 quer über das Dachmodul 10 verlaufenden
Querträger 12 sowie einen Längsträger 16 auf,
der sich zum in Fahrzeuglängsrichtung hinten liegenden
Endabschnitt in zwei nach außen ragende, in der Dachebene
verlaufende, seitliche Schenkel 18, 20 erstreckt.
Die als Strukturbauteile ausgebildeten Träger 12, 16, 18, 20 stellen
einen strukturversteiften Rahmen für das Dachmodul 10 zur
Verfügung.
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Das
Dachmodul 10 weist ferner einen eingebetteten Kraftstoffbehälter
oder Kraftstofftank 14 mit einer zylindrischen Grundgeometrie
auf, wobei die Zylinderlängsachse im Wesentlichen senkrecht
zum Querträger 12 und somit im Wesentlichen parallel
zur Fahrzeuglängsachse verläuft.
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Außenseitig
am umlaufenden Rand des Dachmoduls 10 ist ein Seitenrahmen 24 vorgesehen, welcher
ebenfalls strukturversteift ausgebildet sein kann. Insbesondere
im Bereich des Querträgers 12 ist das Dachmodul 10 mit
seinem Seitenrahmen 24 an angrenzende Karosseriekomponenten
des Kraftfahrzeugs, etwa an obere Endabschnitte von A-, B-, C- und/oder
D-Säulen oder dazwischenliegende Dachrahmenabschnitte anbindbar.
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Der
Kraftstoffbehälter 14 ist vorzugsweise als zylindrischer
Druckbehälter für den zum Betrieb einer Brennstoffzelle
benötigten Wasserstoff oder ein vergleichbares gasförmiges
Brennstoffzellen-Reaktionsmedium vorgesehen. Insbesondere aus Gründen der
Crashsicherheit ist vorgesehen, den Kraftstoffbehälter 14 mittels
einem als Einleger 26 ausgebildeten Verformungs- und Energieabsorptionsabschnitt
in das Innere des Dachmoduls 10 zu integrieren.
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Mittels
dem Verformungs- und Energieabsorptionsabschnitt 26 kann
erreicht werden, dass die von außen im Crashfall auf das
Dachmodul 10 einwirkenden Verformungskräfte abgeschwächt
und nur bedingt in den Kraftstoffbehälter 14 eingeleitet
werden.
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Die
energieabsorbierenden Einleger 36 sind ferner über
Füllelemente 22 mit einer umlaufenden Rahmenstruktur
gekoppelt. Die Füllelemente 22 sind bevorzugt
in Leichtbauweise auszuführen. Sie können hierzu
beispielsweise wenigstens eine tragende Schicht oder wenigstens
eine von mehreren tragenden Schichten gebildete Struktur aufweisen.
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Diese
tragenden Schichten können dabei im Composite Spray Moulding-Verfahren
(CSM-Verfahren) und/oder im Long Fibre Injection-Verfahren (LFI-Verfahren)
und/oder im Glasfaser-Matten-Polyurethan-Verfahren (GM-PU-Verfahren)
und/oder im Resin Transfer Moulding Verfahren (RTM-Verfahren) und/oder
im Sheet Moulding Compound-Verfahren (SMC-Verfahren) und/oder im
Reaction Injection Moulding-Verfahren (RIM-Verfahren) und/oder im Reinforced
Reaction Injection Moulding-Verfahren (RRIM-Verfahren) und/oder
im Spritzguss-Verfahren hergestellt sein.
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Des
Weiteren erfüllt die Einbettung und Integration des Kraftstoffbehälters 14 in
das Innere des Dachmoduls 10 den Zweck, dass selbst bei
höchsten mechanischen Beanspruchungen des Dachmoduls ein
unkontrolliertes Loslösen des Kraftstoffbehälters 14 vom
Dachmodul 10 verhindert werden kann.
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Der
Einleger 26 bzw. entsprechende Verformungs- und Energieabsorptionsabschnitte
können beispielsweise aus Kunststoffen, ggf. faserverstärkten
Kunststoffen gebildet sein. Auch können sowohl die Energieabsorptionsschicht 26 als
auch die Füllelemente 22 definierte Knautschzonen
und/oder eine zur Aufnahme von Kräften und Verformungsenergien optimierte
Gitter- oder Verbundstruktur aufweisen.
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Wie
aus dem Querschnitt der 2 ersichtlich, bedingt die Größe
des Kraftstoffbehälters 14 eine in Fahrzeugquerrichtung
gesehene, in den 1 und 2 auf die
Horizontale bezogene konvexe Wölbung sowohl an der Ober-
als auch an der Unterseite des Dachmoduls 10. Die mittige,
in Querrichtung verlaufende und sich über weite Bereiche der
Längserstreckung des Dachmoduls 10 erstreckende
Wölbung ist unter aerodynamischen Gesichtspunkten optimiert.
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Im
Unterschied zu den in den 1 bis 4 gezeigten
Ausgestaltungen ist nach der Ausführungsform 80 gemäß 8 vorgesehen,
in der Wölbung des Fahrzeugsdachs 80 insgesamt
drei parallel zueinander angeordnete Kraftstoffbehälter 84, 86, 88 unterzubringen.
Der größere 84 der drei Kraftstoffbehälter 84, 86, 88 ist
dabei, in Fahrzeugquerrichtung betrachtet, im Wesentlichen mittig
zwischen zwei vergleichsweise kleineren Kraftstoffbehältern 86, 88 angeordnet,
sodass eine sämtliche Behälter 84, 86, 88 umschließende
Verkleidung 87 einen strömungstechnisch günstige
Verlauf aufweisen kann.
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Entsprechende
Wölbungen, wie sie durch Integration des Kraftstofftanks
im Fahrzeugdach auftreten können, sind in den Ausgestaltungen
der 9 und 10 am Beispiel von Fahrzeugdachmodulen 90, 100 und
darin ausgebildeten, nach außen hervortretenden Wölbungen 92, 102 dargestellt.
Sämtliche durch Integration des Kraftstoffbehälters
in das Fahrzeugdach bedingten Wölbungen ist gemein, dass
sie sowohl in Fahrzeugquerrichtung als auch in Fahrzeuglängsrichtung
einen stromlinienförmigen Übergang in die randseitige
umlaufende Dachebene aufweisen.
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Das
Dachmodul gemäß 3 weist
im Unterschied zur Ausgestaltung gemäß 1 keine
sich in Querrichtung erstreckenden Strukturbauteile, wie etwa ein
in 1 gezeigtes Stahlband 12 auf. Anstelle
einer gitterartigen Rahmenkonstruktion ist bei diesem Dachmodul 30 die Einbettung
des Kraftstoffbehälters 34 in ein den Behälter
umgebendes Füllmaterial 38 vorgesehen, wobei der
Behälter 34 zumindest in Fahrzeugquerrichtung
von strukturverstärkenden bzw. strukturversteiften und
in Fahrzeuglängsrichtung verlaufenden Einlegern 36 gehalten
wird. Die Einleger 36 und/oder das Füllmaterial 38 sind
dabei bevorzugt zur Aufnahme von Stoßenergien hinreichend
plastisch oder elastisch deformierbar ausgebildet.
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Zwischen
den als Energieabsorptions- oder Dämpfungsgliedern fungierenden
Einlegern 36 und einem umlaufenden, ggf. ebenfalls verstärkten
Seitenrahmen 35 sind vergleichbar der Ausgestaltung gemäß 1 einzelne
Füllelemente 32 vorgesehen, die aus Gründen
einer Gewichtsreduktion bevorzugt in Leichtbauweise ausgebildet
sind. Jene Füllelement 32 können aber
auch dazu ausgebildet sein, die im Crashfall auftretenden Energien
typischerweise durch irreversible, je nach Ausgestaltung auch durch reversible
Verformungen aufzunehmen und somit abzuschwächen. Jene
Dämpfungs- oder Energieabsorptionsschichten 32, 36 können
einen strukturverstärkten inneren Aufbau, etwa nach Art
einer hexagonalen Bienenwaben- oder vergleichbaren verzweigten Struktur
aufweisen.
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Die
durch den Kraftstofftank 34 bedingte Ausformung der Dachverkleidung 37 weist
einen in Fahrzeugquerrichtung bereichsweise geradlinigen Verlauf
auf, sodass dieses Dachmodul 30 einen trapezartigen Querschnitt
aufweist. Die Dachverkleidung 37 kann dabei als tragende
Schicht ausgebildet sein. Auch hierbei ist vorgesehen, dass senkrecht
zur Schnittrichtung, also in Fahrzeuglängsrichtung gesehen,
jene trapezartige Erhöhung kontinuierlich über eine
Schräge 39 in die Ebene des Dachrahmens 35 ausläuft.
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Bei
der Ausgestaltung gemäß 3 kann insbesondere
vorgesehen sein, dass die den Tank 34 umgebende Füllung 38 als
auch die Einleger 36 sowie der umlaufende Seitenrahmen 35 im
Zuge eines oder mehrerer tragende Schichten bildender Prozesse gefertigt
werden. Durch Verwendung von Faserverbundwerkstoffen kann auch hier
eine ausreichende Steifigkeit und eine gewünschte Energieabsorption
im Crashfall zur Verfügung gestellt werden.
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Bei
der Ausgestaltung gemäß 4 sind einzelne
in Längs- und Querrichtung verlaufende Verstärkungselemente 46, 48, 49 vorgesehen,
welche den Kraftstofftank 44 sowohl in Längsrichtung
als auch in Querrichtung umschließen. Auch dieses Dachmodul 40 weist
insbesondere zur Aufnahme und zur Absorption von im Crashfall auftretenden
in Horizontalrichtung auf den Tank einwirkenden Querkräfte
einen Verformungs- und Energieabsorptionsabschnitt 43 auf.
Außenliegend ist auch hier eine zur Anbindung an übrige
Karosseriekomponenten vorgesehene ggf. auf ein Standardmaß normierte
Rahmenkonstruktion 45 vorgesehen. Eine Kopplung des Rahmens 45 mit
dem den Behälter 4 einbettenden Energieabsorptionsabschnitt
erfolgt auch hier vorzugsweise in Leichtbauweise mittels Füllelementen 42,
die nach Art und Weise vergleichbar den zu 3 beschriebenen
Füllelementen 32 ausgebildet sein können.
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Die
Verstärkungselemente 46, 48, 49 können
beispielsweise als Armierung aus Stahlblech ausgebildet sein, wobei
die Zwischenräume zwischen den Armierungen mit einem Verbundwerkstoff, etwa
mit einem Spritzgussmaterial zur Bildung einer Verkleidung 47 ausgefüllt
sind.
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Die
in 7 dargestellte weitere Variante eines Dachmoduls 70 weist,
vergleichbar der in 4 gezeigten Dachmodulvariante 40 ein
parallel zum Tank 74 verlaufendes Strukturbauteil 75 auf,
welches mit einzelnen im Abstand zueinander angeordneten Querträgern 71, 72, 73 verbunden
ist. Als Besonderheit und im Unterschied zum in 4 dargestellten Dachmodul 40 verzweigen
die Querträger 71, 72 in jeweils einen
oberen Zweig 71a, 72a und einen unteren Zweig 71b und 72b,
wobei der Kraftstoffbehälter 74 zwischen oberem
Zweig 71a, 72a und unterem Zweig 71b, 72b angeordnet
ist. Zwischen den Einzelnen Querträgern 71, 72, 73, 74 ist
eine Verkleidung 77 dargestellt, die tragenden Komponenten 71, 72, 73, 74 des
Dachmoduls 70 aber auch vollständig oder bereichsweise
umschließen und verkleiden und dabei selbst als tragende
Schicht ausgebildet sein kann.
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Bei
dieser Ausgestaltung kann insbesondere vorgesehen werden, dass die
den Kraftstoffbehälter 74 einfassenden bandartig
ausgebildeten Querträger 71, 72, 73 sowie
der damit gekoppelte Längsträger 75 eine
solche Elastizität aufweisen, die eine bei Auftreten oberhalb
eines vorgegebenen Schwellwerts liegenden, typischerweise bei einer
Kollision auftretenden Beschleunigung des Fahrzeugs eine Ausgleichs-
oder Ausweichbewegung des Kraftstoffbehälters 74 gegenüber
dem Dachmodul 70 ermöglichen.
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Die
Ausgestaltung gemäß 5, welche
ein mit einem Stahlrahmen 52 verstärktes Dachmodul 50 von
oben zeigt, zeichnet sich durch einen in die Außenecken
des Dachmoduls 50 erstreckendes Stahlskelett 52 aus.
Diese Struktur 52, welche alternativ auch aus einem hinreichend
stabilen Faserverbundwerkstoff gefertigt sein kann, weist einen
im Wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung in 5 sich
horizontal erstreckenden Längsträger 55 auf,
der von einer im Wesentlichen in Fahrzeugquerrichtung verlaufenden
Mittelstrebe 58 durchsetzt ist.
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An
seinen in Fahrzeuglängsrichtung liegenden Endabschnitten
spreizt sich der Längsträger 55 in schräg
nach außen gerichtete, gleichwohl in der Dachmodulebene
verlaufende Schenkel 54 und 56, deren freie Endabschnitte
nahezu überdeckend mit den Außenecken bzw. Außenrändern
der Dachverkleidung 57 zu liegen kommen.
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In 6 ist
schließlich beispielhaft der interne Aufbau eines mit einer
Trägerstruktur verstärkten Dachmoduls gezeigt.
In diesem ausschnittsweise dargestellten Querschnitt ist eine Bienenwabenstruktur 60 mit
einem vorzugsweise hexagonalen inneren Aufbau sowie ein Stahlprofilteil 52 als
verstärkender Einleger vorgesehen. Beide, der Einleger 52 als
auch die Honeycomb-Struktur 60 können dabei von
einem glasfaserverstärkten Spritzgussmaterial, wie beispielsweise
Polyurethan oder Polypropylen umspritzt sein. Denkbar ist ferner,
die Einleger in eine tragende Schicht einzubetten, die nach einem
oder mehreren der Verfahren CSM, LFI, GM-PU, RTM, SMC, RIM, RRIM
herstellbar sind.
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Des
Weiteren kann dieses Dachmodul eine obenliegende Verkleidung 57 aufweisen,
die beispielsweise mittels des sogenannten In-Mould-Coating-Verfahrens
auf das Kunststoff-Karosseriemodul aufgebracht sein kann. Die Verkleidung 57 ist
dabei ferner im Bereich des armierenden Einlegers 52 unterbrochen,
welcher somit von außen, etwa zur Befestigung eines Dachträgers
zugänglich ist.
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In 11 ist
eine weitere Variante eines Dachmoduls 110 gezeigt. In
dieser Ausgestaltung ist der zylindrische Kraftstoffbehälter 114 radial
vollständig von einem stoß- und/oder energieabsorbierenden bienenwabenartig
oder dergleichen verzweigten Gefüge 118 umschlossen.
Dieses Gefüge 118 kann dabei reversibel deformierbar
ausgebildet sein indem seine einzelnen untereinander verzweigten
Verbindungsstege aus einem entsprechenden flexibel deformierbaren
Material gefertigt sind.
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Der
Behälter 118 ist mitsamt dem ihn umgebenden Gefüge 118 seitlich
zwischen energie- und/oder stoßabsorbierenden Einlegern 116 eingefasst.
Diese Module 116 sind hinsichtlich Formgebung, Geometrie
und Anordnung an die Außenkontur des mit einer Außenverkleidung 117 versehenen Dachmoduls 110 angepasst.
So weisen die weiter außen liegenden Einleger 116 eine
geringer Bauhöhe als jene weiter innen an den Behälter 114 bzw.
an das Gefüge 118 angrenzenden Module auf.
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Zwischen
einzelnen Absorptionsgliedern 116 sind in Fahrzeuglängsrichtung
verlaufende Trennstege 119 angeordnet, welche dazwischen
zu liegen kommende Kammern zur Aufnahme der Einleger 116 bilden.
Die Trennstege 119 als auch der umlaufende Rahmen 115 können
dabei als tragende Strukturbauteile des Dachmoduls 110 fungieren.
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Die
Verkleidung 117 geht ferner einstückig in den
umlaufenden Randabschnitt 115 über, wobei die Verkleidung 117 als
auch der Randabschnitt 115 bevorzugt im Zuge eines eine
tragende Schicht bildenden Verfahrens herstellbar und dementsprechend
als Sandwichstrukturbauteil ausgebildet sein können.
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- 10
- Dachmodul
- 12
- Querträger
- 14
- Kraftstoffbehälter
- 16
- Längsträger
- 18
- Schenkel
- 20
- Schenkel
- 22
- Füllelement
- 24
- Seitenrahmen
- 26
- Verformungs-
und Energieabsorptionsabschnitt
- 30
- Dachmodul
- 32
- Leichtbau-Füllelement
- 34
- Kraftstoffbehälter
- 35
- Seitenrahmen
- 36
- Einleger
- 37
- Verkleidung
- 38
- Füllmaterial
- 39
- Schräge
- 40
- Dachmodul
- 42
- Füllelement
- 43
- Verformungs-
und Absorptionsbereich
- 44
- Kraftstoffbehälter
- 45
- Rahmen
- 46
- Verstärkungselement
- 47
- Verkleidung
- 48
- Verstärkungselement
- 49
- Verstärkungselement
- 50
- Dachmodul
- 52
- Stahlrahmen
- 54
- Schenkel
- 55
- Längsträger
- 56
- Schenkel
- 57
- Verkleidung
- 58
- Mittelstrebe
- 60
- Bienenwabenstruktur
- 61
- Verbundwerkstoff
- 70
- Dachmodul
- 71
- Querstrebe
- 72
- Querstrebe
- 73
- Querstrebe
- 74
- Kraftstoffbehälter
- 75
- Längsträger
- 77
- Verkleidung
- 80
- Dachmodul
- 84
- Kraftstoffbehälter
- 86
- Kraftstoffbehälter
- 87
- Verkleidung
- 88
- Kraftstoffbehälter
- 90
- Dachmodul
- 92
- Wölbung
- 100
- Dachmodul
- 102
- Wölbung
- 110
- Modul
- 114
- Kraftstoffbehälter
- 116
- Einleger
- 115
- Rahmen
- 117
- Verkleidung
- 118
- Gefüge
- 119
- Steg
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 112006000144
T5 [0005]