DE102010018093A1

DE102010018093A1 - Tankmodul für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102010018093A1
Application number: DE102010018093A
Authority: DE
Inventors: Andreas Dossow
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2010-04-24
Filing date: 2010-04-24
Publication date: 2011-10-27
Also published as: US20110259933A1; CN102233814B; GB2479831B; GB2479831A; CN102233814A; GB201106798D0; US8608202B2

Abstract

Ein Tankmodul für ein Kraftfahrzeug umfasst wenigstens zwei Kraftstoffbehälter (5) und einen aus Flachmaterial geformten, zwischen den Kraftstoffbehältern (5) angeordneten und den Kraftstoffbehältern (5) zugewandte konkave Flanken (8) aufweisenden Trägerkörper (6).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Tankmodul zur Montage in oder an einem Kraftfahrzeug, insbesondere ein Tankmodul, das mit Druckgas als Kraftstoff befüllbar ist.
Während ein Kraftstoffbehälter für Flüssigkraftstoff weitgehend beliebige Formen annehmen kann, die eine effiziente Ausnutzung vorhandener Hohlräume oder Aussparungen der Karosserie des Kraftfahrzeugs ermöglichen, sind bei Druckgasbehältern die Gestaltungsmöglichkeiten durch die Notwendigkeit, dass der Behälter einen hohen Innendruck aushalten muss, ohne sich zu verformen, stark eingeschränkt. Um die Formbeständigkeit eines Druckgasbehälters zu gewährleisten, sollte dieser in wenigstens einer Schnittebene einen kreisrunden Querschnitt haben, und eine Anpassung an einen für den Tank verfügbaren Hohlraum mit in drei Raumrichtungen unterschiedlichen Abmessungen kann im Wesentlichen nur erfolgen, indem mehrere Druckbehälter von im Wesentlichen zylindrischer Form, deren Durchmesser und Länge jeweils an eine erste bzw. zweite Abmessung des Hohlraums angepasst sind, in einer an die dritte Abmessung angepassten Anzahl nebeneinander montiert werden.
Der Einbau mehrerer Druckgasbehälter anstelle eines einzigen Tanks erfordert einen erhöhten Arbeitsaufwand und ist dementsprechend kostspielig. Um den Einbau der Druckgasbehälter zu vereinfachen, ist zum Beispiel in DE 20 2007 015 487 U1 vorgeschlagen worden, zwei Druckgasbehälter und einen Trägerkörper, der den Druckgasbehältern zugewandte konkave Flanken aufweist, zu einem Tankmodul zusammenzufassen, das als eine einzige Baugruppe, in einem Tank vergleichbarer Weise, unter dem Boden eines Kraftfahrzeugs montierbar ist.
Der Trägerkörper dieses bekannten Tankmoduls umfasst eine lang gestreckte Schiene, die in montiertem Zustand sich in einem im Wesentlichen dreieckigen, vom Fahrzeugboden und den zwei Druckgasbehältern begrenzten Zwischenraum erstreckt und von der zwei Arme, die beiderseits mit konkaven Flanken versehen sind, nach unten abstehen und zwischen den Druckgasbehältern hindurchgreifen. Die Kraftstoffbehälter sind an dem Trägerkörper mit Hilfe von Spannbändern fixiert, deren zwei Enden jeweils an der Schiene verankert sind und von denen jeweils ein mittlerer Abschnitt an einem freien unteren Ende der Arme festgeschraubt ist. Die Schraube, die ein solches Spannband straff zieht, muss an dem Ende des Arms sicher verankert sein, um durch die Spannung des Bandes und durch während der Fahrt auf die Druckgasbehälter einwirkende Erschütterungen nicht losgerissen zu werden. Die hierfür erforderliche beträchtliche Materialstärke des Trägerkörpers führt nicht nur zu hohen Materialkosten bei der Herstellung des Trägerkörpers, sondern erhöht auch den Kraftstoffverbrauch eines Fahrzeugs, an dem das Tankmodul montiert ist. Der herkömmliche Stützkörper wird durch Strangpressen gefertigt, wobei nach dem Strangpressen noch eine Material abtragende Bearbeitung erforderlich ist, um die endgültige Form des Trägerkörpers zu erhalten. Diese Art der Fertigung erfordert hohen Aufwand, einerseits aufgrund der Kosten der zur Fertigung des Strangpressprofils benötigten Werkzeuge, andererseits aufgrund der aufwändigen nachträglichen Bearbeitung.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Tankmodul für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, das leicht an Gewicht und mit geringem Aufwand zu fertigen ist.
Die Aufgabe wird gelöst, indem bei einem Tankmodul für ein Kraftfahrzeug mit wenigstens zwei Kraftstoffbehältern und einem zwischen den Kraftstoffbehältern angeordneten, den Kraftstoffbehältern zugewandte konkave Flächen aufweisenden Trägerkörper der Trägerkörper aus Flachmaterial geformt ist. Eine Formung aus Flachmaterial, zum Beispiel durch Rollformen oder Tiefziehen, erfordert nur einfaches, preiswertes Werkzeug und keine nennenswerte zeitaufwändige Nachbearbeitung nach dem Formen.
Es wäre zwar denkbar, in dem Flachmaterial zur Gewichtsersparnis Öffnungen zu bilden, soweit diese die Stabilität des Trägerkörpers nicht beeinträchtigen, doch können solche Öffnungen mit minimalem Aufwand an Zeit und Kosten vor dem Formen des Trägerkörpers am ebenen Flachmaterial erzeugt, insbesondere ausgestanzt werden.
Um eine mit Flachmaterial einfach realisierbare Querschnittsform zu schaffen, sind die konkaven Flanken des Trägerkörpers vorzugsweise an ihren Rändern durch Stege verbunden.
Ränder wenigstens eines Flachmaterialzuschnitts, aus dem der Trägerkörper geformt ist, sind vorzugsweise in wenigstens einem der Stege angeordnet und dort miteinander verbunden. Vorzugsweise wird man einen einzigen, insbesondere bandförmigen Zuschnitt verwenden, um daraus den Trägerkörper zu formen. Falls interne Spannungen es schwierig machen, die Ränder eines solchen Zuschnitts fest miteinander zu verbinden, kommt auch in Betracht, mehrere Zuschnitte in einem Trägerkörper zusammenzufügen.
Eine besonders schnelle und wirtschaftliche Fertigung ist möglich, wenn die Ränder überlappend angeordnet und punktverschweißt sind.
Um zu verhindern, dass Trägheitskräfte, die im Betriebe des Fahrzeugs auf das Tankmodul einwirken, dessen Verankerung am Fahrzeug strapazieren, ist vorzugsweise nicht ein Steg des Trägerkörpers unmittelbar am Fahrzeug befestigt, sondern der Trägerkörper ist mit Hilfe einer Montageklammer am Fahrzeug montiert, die an den beiden Stegen des Trägerkörpers befestigt ist. Durch die Befestigung an beiden Stegen ist sichergestellt, dass auf das Tankmodul einwirkende Trägheitskräfte keine Biegemomente auf den Trägerkörper ausüben, die zu dessen Verformung führen könnten oder die zur Vermeidung einer Verformung eine hohe Wandstärke des Trägerkörpers erforderlich machen. Mit anderen Worten erlaubt es die Montageklammer, eine ausreichende Stabilität des Tankmoduls auch bei geringer Wandstärke des Trägerkörpers und dementsprechend geringem Gewicht zu erreichen.
Die Montageklammer ist wiederum vorzugsweise mit dem Fahrzeug über einen Montagefuß verbunden, der einen an der Montageklammer befestigten Schenkel und einen von der Montageklammer abstehenden Schenkel aufweist. Dieser abstehende Schenkel kann, indem er in Längsrichtung über die Kraftstoffbehälter übersteht, erheblich breiter als der Trägerkörper oder die Montageklammer ausgeführt sein und ist dementsprechend stabil gegen auf Trägheitskräfte des Tankmoduls zurückgehende Biegemomente.
Zur Stabilität der Aufhängung des Tankmoduls trägt ferner bei, dass eine Verbindung zwischen dem Montagefuß und der Montageklammer zwischen den Ebenen der zwei Stege im Wesentlichen in Höhe einer schmalsten Stelle des Trägerkörpers angeordnet ist. Diese Höhe entspricht in etwa der Höhe des Schwerpunkts des Tankmoduls, so dass an der Verbindung zwischen Montagefuß und Montageklammer allenfalls geringe Drehmomente auftreten können.
Zweckmäßigerweise ist wenigstens einer der Kraftstoffbehälter an dem Trägerkörper durch wenigstens ein ihn umschlingendes Spannband fixiert. Vorzugsweise sind pro Kraftstoffbehälter jeweils zwei Spannbänder vorgesehen. Die zwei Enden eines solchen Spannbands sind zweckmäßigerweise durch ein Spannschloss verbunden. Das Spannschloss ermöglicht zum einen eine genaue Anpassung der Länge des Spannbandes an den Umfang des zu fixierenden Kraftstoffbehälters. Zum anderen ist dadurch, dass das Spannschloss zwischen den zwei Enden des Spannbandes angeordnet ist, sichergestellt, dass das Spannband die gesamte mit Hilfe des Spannschlosses aufgebaute Spannung aufnimmt. Daher muss der Trägerkörper nur fest genug ausgelegt werden, um das Gewicht der Kraftstoffbehälter zu tragen, nicht aber, um darüber hinaus noch die Spannung auszuhalten, mit der die Kraftstoffbehälter fixiert sind, was wiederum Gewicht und Kosten spart.
Das Spannband umschlingt zweckmäßigerweise einen Teil des Trägerkörpers und hält dadurch im gespannten Zustand den Kraftstoffbehälter und den Trägerkörper fest gegeneinander gedrückt.
Hierfür kreuzt das Spannband vorzugsweise zwei Öffnungen, die in der dem Kraftstoffbehälter zugewandten Flanke oder, bevorzugtermaßen, an Rändern dieser Flanke gebildet sind.
Das Tankmodul ist an einem Kraftfahrzeug vorzugsweise mit in Fahrzeugquerrichtung ausgerichtetem Trägerkörper montiert. Dies ermöglicht die effiziente Nutzung eines Einbauraums, der in Fahrzeugquerrichtung seine größte Abmessung hat, indem die Länge der Kraftstoffbehälter an diese Abmessung angepasst ist.
Bevorzugte Einbauorte für das Tankmodul befinden sich unter einer vorderen Sitzreihe oder hinter einer Hinterachse des Kraftfahrzeugs.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
1 eine schematische Ansicht von unten eines Kraftfahrzeugs mit zwei erfindungsgemäßen Tankmodulen;
2 eine perspektivische Ansicht eines Tankmoduls;
3 einen Querschnitt durch das Tankmodul gemäß einer ersten Ausgestaltung;
4 einen partiellen Längsschnitt des Trägerkörpers und von diesen mit dem Fahrzeugboden verbindenden Komponenten;
5 einen zu 4 analogen partiellen Längsschnitt gemäß einer abgewandelten Ausgestaltung;
6 einen Querschnitt des Trägerkörpers gemäß einer zweiten Ausgestaltung; und
7 einen schematischen Querschnitt eines Tankmoduls mit drei Kraftstoffbehältern.
1 zeigt eine schematische Unteransicht des Bodens 1 eines Kraftfahrzeugs mit zwei daran montierten Tankmodulen 2, 3. Das vordere 2 der beiden Tankmodule befindet sich etwa unterhalb einer vorderen Sitzreihe des Fahrzeugs, das hintere Tankmodul 3 hinter einer Hinterachse 4. Jedes Tankmodul 2, 3 umfasst zwei Kraftstoffbehälter 5, jeweils in Form eines Zylinders mit kuppelförmigen Stirnseiten. Derartige Kraftstoffbehälter 5 eignen sich insbesondere zum Aufnehmen von Druckgas, im Falle eines bivalenten Fahrzeugs könnten jedoch ein oder mehrere der Kraftstoffbehälter 5 zur Unterbringung von unter Normalbedingungen flüssigem Kraftstoff wie etwa Otto- oder Dieselkraftstoff, Ethanol oder dergleichen vorgesehen sein.
Der Aufbau der Tankmodule 2 bzw. 3 ist deutlicher in der perspektivischen Ansicht der 2 zu erkennen. Zwischen den zwei Kraftstoffbehältern 5 befindet sich ein aus einem rechteckigen Blechzuschnitt geformter Trägerkörper 6, an dem die Kraftstoffbehälter 5 jeweils mit Hilfe von zwei Spannbändern 7 fixiert sind. Der dem Betrachter zugewandte Kraftstoffbehälter 5 in 2 ist transparent dargestellt, um den Trägerkörper 6 vollständig zeigen zu können.
Wie insbesondere in dem Querschnitt der 3 zu erkennen, hat der Trägerkörper 6 zwei kreisbogenförmig gekrümmte, nach außen konkave Flanken 8, deren Krümmungsradius dem Radius der Kraftstoffbehälter 5 entspricht. Die konkaven Flanken 8 sind über konvex gekrümmte Übergangszonen 9 an ihren oberen und unteren Rändern einteilig mit zwei schmalen horizontalen Stegen 10 verbunden. Am oberen und unteren Rand der beiden konkaven Flanken 8 sind je zwei schmale Schlitze 11 ausgeschnitten, durch die die Spannbänder 7 hindurchtreten. Die Enden jedes Spannbands 7 sind um zwei quer durchbohrte Bolzen 12, 13 herumgeschlungen. Eine Schraube 14 erstreckt sich frei durch die Bohrung des Bolzens 12 und greift in ein Innengewinde der Bohrung des Bolzens 13 ein. Durch Drehen der Schraube 14 kann somit das Spannband 7 um den Kraftstoffbehälter 5 herum straff gezogen werden. Die Spannung des Spannbandes 7 stellt zwar einen innigen Kontakt zwischen der Flanke 8 des Trägerkörpers 6 und dem Kraftstoffbehälter 5 sicher, übt aber keinen Zug auf den Trägerkörper 6 aus, so dass dieser lediglich durch das Gewicht des Kraftstoffbehälters 5 belastet ist.
Wie ferner in 3 zu erkennen, überlappen am oberen Steg 10 zwei Ränder 15, 16 des Blechzuschnitts, aus dem der Trägerkörper 6 geformt ist. Sie sind miteinander über eine Mehrzahl von in Längsrichtung des Stegs verteilten Punktschweißungen 17 verbunden.
Wiederum bezogen auf 2 sind zwei im Wesentlichen V-förmige Montageklammern 18 gezeigt, die in die offenen Stirnseiten des Trägerkörpers 6 eingreifen und an den Enden der zwei Stege 10 durch Schrauben 19 befestigt sind. An den Montageklammern 18 ist jeweils ein Schenkel 21 eines gewinkelten Montagefußes 20 mit Hilfe einer einzelnen weiteren Schraube 22 befestigt. Ein gabelförmiger horizontaler Schenkel 23 des Montagefußes ist am Boden 1 durch zwei Schrauben 24 befestigt. Die Schraube 22 ist etwas unterhalb der Taille des Trägerkörpers 6 bzw. unterhalb des Schwerpunkts des Tankmoduls angeordnet, so dass auf das Tankmodul wirkende Trägheitskräfte zum Auftreten eines Drehmoments an der Schraube 22 führen können. Dieses Drehmoment ist jedoch erheblich geringer als eines, das auf den Stützkörper einwirken würde, wenn sein oberer Steg 10 direkt am Fahrzeugboden verschraubt wäre. Außerdem behindert die schräge Ausrichtung der sich spiegelbildlich gegenüberliegenden Schenkel 21 der Montagefüße 20 eine Drehung des Tankmoduls 2 um eine durch die zwei Schrauben 22 verlaufende Achse.
4 zeigt den gleichen Sachverhalt vergrößert in einem partiellen Längsschnitt. Die Montageklammer 18 und der Montagefuß 20 weisen beide eine höhere Materialstärke auf als der Zuschnitt, aus dem der Trägerkörper 6 geformt ist. Zusätzlich ist die Montageklammer 18 durch mehrere Sicken 25 versteift, und der Montagefuß 20 ist versteift durch einen abgewinkelten äußeren Rand 26 und außerhalb der Schnittebene liegende Sicken 27.
Der Bereich des Bodens 1, an dem der Montagefuß 20 befestigt ist, liegt in 4 ungefähr in Höhe der Taille des Trägerkörpers 6 bzw. der Längsachsen der Kraftstoffbehälter 5. Der Boden 1 muss daher eine in 4 nicht dargestellte Einbuchtung aufweisen, in die das Tankmodul 2 zum Teil eingreift. Dieser Bereich des Bodens 1 braucht jedoch nicht belastbar zu sein, da das Tankmodul 2 ausschließlich über die Montagefüße 20 verankert ist.
5 zeigt einen zu 4 analogen Schnitt im Falle des hinteren Tankmoduls 3. Hier sind die Proportionen des Montagefußes 20 und der Montageklammer 18 verändert, um das Tankmodul 3 an einem Bereich des Bodens 1 zu verankern, der höher liegt als im in 4 dargestellten Fall. Die Schraube 22, die die Montageklammer 18 mit dem Montagefuß 20 verbindet, liegt hier ungefähr in Höhe der Taille des Trägerkörpers 6, so dass trotz der nahezu vertikalen Ausrichtung des Schenkels 21 auf das Tankmodul 3 einwirkende Trägheitskräfte nicht zu einer Drehung führen. In Höhe der Schrauben 24 auftretende Drehmomente werden durch die große Breite des Schenkels 23 und den Abstand der Schrauben 24 voneinander aufgefangen.
6 zeigt einen Querschnitt durch den Trägerkörper 6 gemäß einer alternativen Ausgestaltung. Hier ist der Trägerkörper 6 aus zwei identischen Zuschnitten 28 zusammengefügt, von denen jeder eine konkave Flanke 8, die daran angrenzenden Übergangszonen 9 sowie zwei Randstreifen 15, 16 aufweist, die paarweise miteinander verschweißt sind, um die Stege 10 zu bilden. Die Elemente 28 sind einfacher zu formen als der einteilige Trägerkörper 6 der 3, so dass der Trägerkörper der 6 trotz des Materialmehraufwands für die sich auch am unteren Steg 10 überlappenden Randstreifen 15, 16 eventuell preiswerter zu fertigen ist. Da die Elemente 28 keinen geschlossenen Querschnitt haben, kommen zu ihrer Fertigung nicht nur Rollformen sondern auch Tiefziehtechniken in Betracht.
Ein Tankmodul gemäß der vorliegenden Erfindung kann auch mehr als zwei Kraftstoffbehälter 5 aufweisen. Es ist auch ohne Abbildung nachvollziehbar, dass zum Beispiel drei Kraftstoffbehälter 5 mit Hilfe zweier dazwischen liegender Trägerkörper 6 vom in 3 oder 6 gezeigten Typ zu einem Tankmodul verbunden werden können. Es ist aber auch möglich, mehr als zwei konkave Flanken 8 an einem Trägerkörper 6 zu realisieren, wie exemplarisch für ein Tankmodul mit drei Kraftstoffbehältern 5 in 7 gezeigt.
Bezugszeichenliste

1: Boden
2: Tankmodul
3: Tankmodul
4: Hinterachse
5: Kraftstoffbehälter
6: Trägerkörper
7: Spannband
8: konkave Flanke
9: Übergangszone
10: Steg
11: Schlitz
12: Bolzen
13: Bolzen
14: Schraube
15: Rand
16: Rand
17: Punktschweißung
18: Montageklammer
19: Schraube
20: Montagefuß
21: Schenkel
22: Schraube
23: horizontaler Schenkel
24: Schraube
25: Sicke
26: Rand
27: Sicke
28: Element
29: Randstreifen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202007015487 U1 [0003]

Claims

Tankmodul für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens zwei Kraftstoffbehältern (5) und einem zwischen den Kraftstoffbehältern (5) angeordneten, den Kraftstoffbehältern (5) zugewandte konkave Flanken (8) aufweisenden Trägerkörper (6), dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerkörper (6) aus Flachmaterial geformt ist.
Tankmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die konkaven Flanken (8) an ihren Rändern durch Stege (10) verbunden sind.
Tankmodul nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einem der Stege (10) Ränder (15, 16) wenigstens eines Flachmaterialzuschnitts (28), aus dem der Trägerkörper (6) geformt ist, miteinander verbunden sind.
Tankmodul nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ränder (15, 16) überlappend angeordnet und punktverschweißt (17) sind.
Tankmodul nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Montageklammer (18) an beiden Stegen (10) befestigt ist.
Tankmodul nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Montagefuß (20) einen an der Montageklammer (18) befestigten Schenkel (21) und einen von der Montageklammer (18) abstehenden Schenkel (23) aufweist.
Tankmodul nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verbindung zwischen dem Montagefuß (20) und der Montageklammer (18) zwischen den Ebenen der zwei Stege (10) im Wesentlichen in Höhe einer schmalsten Stelle des Trägerkörpers (6) angeordnet ist.
Tankmodul nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke des Trägerkörpers (6) geringer ist als die der Montageklammer (18) und/oder des Montagefußes (20).
Tankmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Kraftstoffbehälter (5) an dem Trägerkörper (6) durch wenigstens ein den Kraftstoffbehälter (5) umschlingendes Spannband (7) fixiert ist.
Tankmodul nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Enden des Spannbandes (7) durch ein Spannschloss (12, 13, 14) verbunden sind.
Tankmodul nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannband (7) ferner einen Teil (8) des Trägerkörpers (6) umschlingt.
Tankmodul nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannband (7) zwei Öffnungen (11) kreuzt, die in der dem wenigstens einen Kraftstoffbehälter (5) zugewandten Flanke (8) oder an Rändern (9) dieser Flanke (8) gebildet sind.
Kraftfahrzeug mit einem Tankmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerkörper (6) in Fahrzeugquerrichtung ausgerichtet ist.
Kraftfahrzeug mit einem Tankmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Tankmodul (2, 3) unter einer vorderen Sitzreihe oder hinter einer Hinterachse (4) montiert ist.