DE102010020632A1 - Pressure container arrangement for vehicle, particularly motor vehicle, has pressure container for storing high-density gas, where pressure container is provided with composite material wall - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung liegt auf dem technischen Gebiet der Fahrzeugtechnik und betrifft eine Druckbehälteranordnung für ein mit Gaskraftstoff betriebenes Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug.The invention relates to the technical field of vehicle technology and relates to a pressure vessel arrangement for a vehicle operated with gaseous fuel, in particular a motor vehicle.
In mit Gaskraftstoff betreibbaren Fahrzeugen können ein oder mehrere untereinander fluidleitend verbundene Druckbehälter (Gastanks) vorhanden sein, in denen Gaskraftstoff in verdichteter Form gespeichert werden kann. So kann etwa Erdgas (CNG) mit einem Druck von über 200 bar in einem Druckbehälter gespeichert werden.In vehicles that can be operated with gas fuel, one or more pressurized containers (gas tanks) connected to one another in fluid-conducting manner can be present, in which gaseous fuel can be stored in compacted form. For example, natural gas (CNG) can be stored in a pressure vessel at a pressure of over 200 bar.
Um den Druckbehälter mit Gaskraftstoff zu befüllen und zum Zuführen des Gaskraftstoffs zu einer damit betreibbaren Brennkraftmaschine, weist der Gastank an einem Endabschnitt ein Gasventil auf, durch das der Gaskraftstoff bidirektional gesteuert werden kann. Die Steuerung des Gasventils erfolgt dabei vorzugsweise elektromagnetisch.To fill the pressure vessel with gaseous fuel and for supplying the gaseous fuel to an internal combustion engine operable therewith, the gas tank at one end portion has a gas valve through which the gaseous fuel can be bidirectionally controlled. The control of the gas valve is preferably carried out electromagnetically.
In jedem Fall ist bei mit Gaskraftstoff betriebenen Fahrzeugen ein unkontrolliertes Entweichen des Gaskraftstoffs unbedingt zu vermeiden. Insbesondere soll in jedem Fall, besonders auch bei einer Fahrzeugkollision, verhindert werden, dass das Gasventil beschädigt wird und Gaskraftstoff unkontrolliert austritt.In any case, uncontrolled escape of the gaseous fuel must be avoided in vehicles running on gas fuel. In particular, should be prevented in any case, especially in a vehicle collision that the gas valve is damaged and gaseous fuel exits uncontrollably.
Die
Als eine Aufgabe der Erfindung kann daher betrachtet werden, eine Druckbehälteranordnung zu schaffen, bei der die Beschädigungsgefahr bei Gastanks bzw. Druckbehältern reduziert werden kann.An object of the invention can therefore be considered to provide a pressure vessel assembly in which the risk of damage to gas tanks or pressure vessels can be reduced.
Zur Lösung der Aufgaben wird erfindungsgemäß eine Druckbehälteranordnung geeignet für ein mit Gaskraftstoff betreibbares Fahrzeug vorgeschlagen, die einen Druckbehälter mit einer vorzugsweise aus Verbundwerkstoff aufweisenden Wandung, geeignet zur Speicherung von hochverdichtetem Gas, einen Ventilkörper, der mit dem Druckbehälter verbunden ist und eine Prallschutzplatte, die mit Befestigungsmitteln an dem Ventilkörper befestigt oder befestigbar ist, umfasst. Die Prallschutzplatte weist eine plane Unterseite, die mit einem Ventilkörper des Druckbehälters in Kontakt bringbar ist, und eine Oberseite auf, wobei die Oberseite Versteifungen, z. B. in Form von Streben oder Rippen, aufweist. Bevorzugt weist die Prallschutzplatte kein Stützelement zur Abstützung an dem Druckbehälter auf.To achieve the objects, a pressure vessel assembly is proposed according to the invention suitable for a gas fuel vehicle, comprising a pressure vessel having a preferably composite wall, suitable for storing highly compressed gas, a valve body which is connected to the pressure vessel and an impact protection plate with Fastening means attached to the valve body or can be fastened comprises. The impact protection plate has a flat bottom, which can be brought into contact with a valve body of the pressure vessel, and an upper side, wherein the upper side stiffeners, for. B. in the form of struts or ribs having. Preferably, the impact protection plate on no support element for support on the pressure vessel.
Durch die Erfindung wird ein Kontakt zwischen der Schutzplatte und der Verbundfaserschicht des Druckbehälters vermieden. Zugleich führen die Versteifungen an der Oberseite dazu, dass die Schutzplatte der Druckbehälteranordnung eine besondere Festigkeit erhält. Insbesondere können mittels der Streben oder Rippen, die die Versteifungen bilden, auf die Prallschutzplatte einwirkende mechanische Druckkräfte wirksam über eine vom Umfang und Form der Versteifungen abhängige Fläche verteilt werden.The invention avoids contact between the protective plate and the composite fiber layer of the pressure vessel. At the same time lead the stiffeners on the top to the fact that the protective plate of the pressure vessel assembly receives a special strength. In particular, by means of the struts or ribs forming the stiffeners, acting on the impact protection plate mechanical pressure forces can be effectively distributed over a dependent of the scope and shape of the stiffening surface.
Die Prallschutzplatte der Druckbehälteranordnung wird bevorzugt ohne Kontakt mit dem bspw. verbundfaserumwickelten oder aus Verbundfasermaterial bestehenden Druckbehälter an dem Ventilkörper befestigt, wobei im Crashfall eine Kraft unmittelbar in den Ventilkörper geleitet wird. Die Prallschutzplatte kann hierbei bereichsweise verformbar sein, etwa durch die Ausbildung der Schutzplatte aus verformbaren Material, bevorzugt ist sie jedoch starr ausgebildet und dient damit der großflächigen Krafteinleitung in den Ventilkörper, der selbst noch Mittel für eine gewünschte Verformung aufweisen kann, etwa in Form eines balgen- oder ziehharmonikaförmigen Abschnitts auf der der Schutzplatte zugewandten Seite.The impact protection plate of the pressure vessel arrangement is preferably attached to the valve body without contact with the, for example, composite fiber-wound or composite fiber material pressure vessel, wherein in the event of a crash, a force is conducted directly into the valve body. The impact protection plate may in this case be deformable in regions, for example by the formation of the protective plate of deformable material, but preferably it is rigid and thus serves the large-scale introduction of force into the valve body, which itself may still have means for a desired deformation, such as bellows - or accordion-shaped portion on the protective plate side facing.
Im Falle einer Verformbarkeit der Prallschutzplatte ist vorzugsweise die bei der maximalen Aufprallkraft eines Elements, auf welche die Prallschutzplatte ausgelegt ist, auftretende Verformung des Prallschutzplatte maximal so groß, dass die vorderste Fläche des Prallschutzplatte, welche in Kontakt mit dem aufprallenden Element gelangt ist, (üblicherweise ist dies die vordere Fläche der Versteifungen), räumlich vor der Ventilkörper angeordnet ist. Somit kann eine direkte Krafteinwirkung auf das Ventil vermieden werden.In the case of deformability of the impact protection plate, the deformation of the impact protection plate occurring at the maximum impact force of an element on which the impact protection plate is designed is preferably so great that the foremost surface of the impact protection plate which has come into contact with the impacting element (usually this is the front surface of the stiffeners), is arranged spatially in front of the valve body. Thus, a direct force on the valve can be avoided.
Der ausdrückliche Verzicht auf ansonsten durchaus vorteilhafte und darum erwünschte Stützelemente, insbesondere auf Stützfüße, die zumindest bei einem Crash mit den Wandungen des Druckbehälters in Kontakt kommen sollen, und der entsprechende Ersatz durch Versteifungen der Plattenoberseite erlaubt den sicheren Einsatz von Prallschutzplatten auch für Druckbehälter mit Verbundstofffaserumwicklung.The express abandonment of otherwise quite advantageous and therefore desirable support elements, especially on support feet that should come into contact with the walls of the pressure vessel at least in a crash, and the corresponding replacement by stiffening the top plate allows the safe use of Impact protection plates also for pressure vessels with composite fiber wrapping.
In einer besonderen Ausführung der Druckbehälteranordnung sind die Versteifungen mit ihren Mittelachsen parallel zueinander ausgerichtet. Die genannte paralle Ausrichtung erlaubt die einfache und damit kostengünstige Herstellbarkeit der Prallschutzplatten als Strangpressprofil. Die Richtung der parallen Ausrichtung bewirkt, sofern die Versteifungen ausschließlich in eine Richtung ausgerichtet sind, eine unterschiedliche Steifigkeit der Prallschutzplatte einmal mit erhöhter Steifigkeit in Richtung der parallelen Ausrichtung und zum anderen mit geringerer Steifigkeit in einer Richtung die in gleicher Ebene und rechtwinklig zu der parallelen Richtung orientiert ist. Die unterschiedliche Steifigkeit kann immer dann erwünscht sein, wenn in eine Vorzugsrichtung eine Verformung der Prallschutzplatte bevorzugt ist, etwa dann, wenn hinter der Prallschutzplatte befindliche Bereiche des Ventilkörpers oder andere Elemente, etwa elektrische Zuleitungen, flexibel sind und damit einen Aufprall oder Crashfall unbeschadet mittels einer Verformung überstehen können.In a particular embodiment of the pressure vessel arrangement, the stiffeners are aligned with their central axes parallel to each other. Said paralle alignment allows the simple and thus cost manufacturability of the impact protection plates as an extruded profile. The direction of the parallel orientation, if the stiffeners are aligned unidirectionally, causes a different stiffness of the impact protection plate once with increased rigidity in the direction of parallel alignment and on the other with less rigidity in a direction in the same plane and perpendicular to the parallel direction is oriented. The different stiffness can always be desired when in a preferred direction deformation of the impact protection plate is preferred, such as when behind the baffle plate located areas of the valve body or other elements, such as electrical leads, are flexible and thus an impact or crash unscathed by means of a Can withstand deformation.
Eine gleichmäßige Steifigkeit der Prallschutzplatte lässt sich in einer weiteren Ausbildung der Druckbehälteranordnung erreichen, wenn eine Mehrzahl der Versteifungen an der Prallschutzplatte zumindest eine Gitterzelle ausbildet. Dabei können die Versteifungen welche die Gitterzelle bilden, voneinander beabstandet oder aber unmittelbar zusammenhängend sein.A uniform rigidity of the impact protection plate can be achieved in a further embodiment of the pressure vessel arrangement, when a plurality of the stiffeners on the impact protection plate forms at least one grid cell. In this case, the stiffeners which form the grid cell may be spaced apart from one another or else directly connected.
In einer weiteren Ausbildung kann die Druckbehälteranordnung an seitlichen Eckbereichen der Prallschutzplatte Radien von mindestens zwei Millimetern, bevorzugt mindestens fünf Millimetern, ausbilden. Zum einen sinkt durch die angegebene Rundung die Gefahr von Beschädigungen etwa in Form von Abrasion elektrischer Leitungen, zum anderen vereinfachen die Rundungen der Eckbereiche die Handhabbarkeit der Prallschutzplatte und verringern das Risiko von Hautverletzungen beim Ein- oder Ausbau der Druckbehälteranordnung und insbesondere der Prallschutzplatte.In a further embodiment, the pressure vessel arrangement can form radii of at least two millimeters, preferably at least five millimeters, at lateral corner regions of the impact protection plate. On the one hand, the indicated curvature reduces the danger of damage, for example in the form of abrasion of electrical lines, and on the other hand, the curves of the corner areas simplify the handling of the impact protection plate and reduce the risk of skin injuries during installation or removal of the pressure vessel arrangement and, in particular, the impact protection plate.
In einer besonderen Ausführung sind die Verstrebungen in ihrer Dicke und/oder Breite von einem Randbereich der Oberseite zur Oberseitenmitte zumindest abschnittsweise verstärkt. Die genannte besondere Verstärkung kann durch Materialzugabe zu jedem gewünschten Abschnitt der Versteifung erreicht werden und bewirkt eine lokal begrenzte Steifigkeit, insbesondere im Bereich der Prallschutzplattenmitte.In a particular embodiment, the struts are at least partially reinforced in thickness and / or width of an edge region of the top to the top center. Said special reinforcement can be achieved by material addition to any desired portion of the stiffener and causes a locally limited stiffness, especially in the region of the impact protection center.
Eine weitere Ausführung der Druckbehälteranordnung zeichnet sich durch mindestens eine Durchgangsöffnung in der Prallschutzplatte, geeignet zur Durchführung mindestens einer Gas- oder Elektroleitung, aus. Durch die Ausführung kann vermieden werden, Leitungen seitlich an der Prallschutzplatte vorbei zu führen. Dadurch vermindert sich das Risiko von Beschädigungen der Leitungen etwa durch Verklemmung durch die Seitenränder der Prallschutzplatte. Außerdem können Befestigungsmittel für eine solche seitliche Führung eingespart werden, da die Durchgangsöffnung schon selbst eine gewisse Führung der Leitung oder der Leitungen bewirkt.Another embodiment of the pressure vessel arrangement is characterized by at least one passage opening in the impact protection plate, suitable for carrying out at least one gas or electric line. Through the execution can be avoided to lead lines laterally past the baffle plate. This reduces the risk of damage to the cables, for example by jamming through the side edges of the impact protection plate. In addition, fastening means can be saved for such a lateral guide, since the passage opening itself causes some guidance of the line or lines.
Eine weitere bevorzugte Ausführung der Druckbehälteranordnung kann ferner darin bestehen, dass die Prallschutzplatte mindestens eine Durchgangsöffnung zur Durchführung von Befestigungsmitteln aufweist. Bevorzugt ist es mindestens zwei Befestigungspunkte vorzusehen, weshalb entsprechend mindestens zwei Durchgangsöffnungen bevorzugt werden. Die Durchgangsöffnungen können in Form von Senkbohrungen ausgestaltet sein, wodurch bei entsprechender Verwendung von Senkschrauben die Befestigung keine Vorsprünge mehr aufweist.A further preferred embodiment of the pressure vessel arrangement can also consist in that the impact protection plate has at least one passage opening for the passage of fastening means. It is preferable to provide at least two attachment points, which is why at least two passage openings are preferred accordingly. The passage openings may be configured in the form of countersunk holes, whereby the attachment no longer has projections with appropriate use of countersunk screws.
Bevorzugt ist es ferner, ein Kraftfahrzeug mit einer Druckbehälteranordnung mit den vorstehenden Merkmalen auszustatten, wobei das Kraftfahrzeug mit Gaskraftstoff betreibbar ist.It is also preferred to equip a motor vehicle with a pressure vessel arrangement with the above features, wherein the motor vehicle is operable with gaseous fuel.
Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genommen wird. Es zeigt:The invention will be explained in more detail by means of embodiments, reference being made to the accompanying drawings. It shows:
Die in
Ist der Druckbehälter mit einer Verbundfaserschicht versehen, d. h. bestehen die Wandungen eines Druckbehälter aus dieser Schicht oder sind entspechende Kernkörper aus Aluminium oder einer Stahllegierung mit Verbundfaser oder mit textilfaserverstärktem Verbundwerkstoff umwickelt, kann die Einleitung der genannten Kraftspitzen die Verbundfasern an den Kontaktstellen beschädigen und – im schlechtesten Fall – den Druckbehälter mechanisch öffnen, so dass Gaskraftstoff unkontrolliert aus dem Druckbehälter austritt. Bei mit Verbundfaserschicht versehenen Druckbehältern werden deshalb Prallschutzplatten verwendet, wie sie in den
Die Längsmittelachsen der Streben
Lediglich schematisch ist noch ein Radius R an einem von insgesamt acht Eckbereichen
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- DruckbehälteranordnungPressure vessel assembly
- 22
- PrallschutzplatteImpact protection plate
- 33
- Stahlwandungsteel wall
- 44
- Druckbehälterpressure vessel
- 55
- Stützelementsupport element
- 66
- Gasventilgas valve
- 77
- Einfüllstutzenfiller pipe
- 88th
- Leitungmanagement
- 99
- Oberseitetop
- 1010
- Kontaktstellecontact point
- 1111
- Strebestrut
- 1212
- Strebestrut
- 1313
- Abschnittsection
- 1414
- DurchgangsöffnungThrough opening
- 1515
- DurchgangsöffnungThrough opening
- 1616
- Strebestrut
- 1717
- Strebestrut
- 1818
- Strebestrut
- 19 19
- Strebestrut
- 2020
- Verstrebungbrace
- 2121
- Eckbereichcorner
- RR
- Radiusradius
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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