DE102010045705A1 - Pressure tank for use in motor car, has two-layered wall formed as gastight plastic casing or stiff and stable gas pressure absorbing protective sheath, and pulling elements inserted into wall - Google Patents

Pressure tank for use in motor car, has two-layered wall formed as gastight plastic casing or stiff and stable gas pressure absorbing protective sheath, and pulling elements inserted into wall Download PDF

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Kai Dipl.-Ing. 71063 Kioschis
Roland Dipl.-Ing. Wendler (FH), 71034
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Abstract

The tank (1) has a two-layered wall formed as a gastight plastic casing (2) or a stiff and stable gas pressure absorbing protective sheath, and pulling elements (4) inserted into the wall, where the pressure tank has a flat structure. The wall is provided with a lower shell (5), an overhead panel (6), a bearing cup (7) and a valve cover (8) that are made of metal, where the pressure tank is formed as a basic element of a car body. The lower shell, the overhead panel and the bearing cup are interconnected with each other over mechanical guides i.e. dovetail guides.

Description

Die Erfindung betrifft einen Drucktank in einem Kraftfahrzeug mit einer Wandung und mit einem dem Drucktank durchgreifenden Zugelement.The invention relates to a pressure tank in a motor vehicle having a wall and with a pressure element penetrating the pulling element.

Kraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotoren, die für gasförmige Kraftstoffe wie Wasserstoff oder Erdgas ausgelegt sind, verfügen über einen Drucktank, in dem das benötigte gasförmige Medium mitgeführt wird. Der Drucktank ist beispielsweise als Stahlflasche oder in einem Verbundwerkstoff ausgeführt und ein Wasserstofftank hat beispielsweise einen Arbeitsdruck von ca. 700 hPa. Auch für einen Brennstoffzellenantrieb werden gasförmige Medien in Drucktanks mitgeführt.Motor vehicles with internal combustion engines, which are designed for gaseous fuels such as hydrogen or natural gas, have a pressure tank in which the required gaseous medium is carried. The pressure tank is designed for example as a steel bottle or in a composite material and a hydrogen tank, for example, has a working pressure of about 700 hPa. Also for a fuel cell drive gaseous media are carried in pressure tanks.

Aus der DE 197 49 950 A1 ist ein solcher Drucktank bekannt, dessen Wandung aus Kunststoff gebildet sein kann. Zur Erhöhung der Festigkeit sind Stützelemente zwischen einander gegenüberliegenden Wandungsabschnitten vorgesehen, die mit der Wandung verbunden sind.From the DE 197 49 950 A1 is such a pressure tank known, the wall may be formed of plastic. To increase the strength supporting elements between opposite wall sections are provided, which are connected to the wall.

Weiterhin beschreibt die DE 103 29 990 B3 einen Drucktank, bei dem einander gegenüberliegende Behälterwände profiliert ausgebildet sind und wobei der Drucktank von mindestens einem Zugelement durchgriffen ist, das wiederum an den Behälterwänden angreift. Somit können von den Behälterwänden höhere Druckkräfte aufgenommen werden beziehungsweise der Fülldruck des Drucktanks kann erhöht werden.Furthermore, the describes DE 103 29 990 B3 a pressure tank, are formed profiled in the opposite container walls and wherein the pressure tank is penetrated by at least one tension element, which in turn acts on the container walls. Thus, higher pressure forces can be absorbed by the container walls or the filling pressure of the pressure tank can be increased.

Als nachteilig hierbei ist es anzusehen, dass bei herkömmlicher Ausbildung eines Drucktanks in Form einer Druckflasche mit zylindrischem Querschnitt ein erheblicher Einbauraum benötigt wird und, falls mehrere Druckflaschen vorgesehen sind, jede Druckflasche eigener Anschlussarmaturen bedarf und der Einbauraum zwischen zylindrischen Druckflaschen praktisch nicht genutzt werden kann.A disadvantage here is to be considered that in conventional design of a pressure tank in the form of a pressure cylinder with a cylindrical cross section, a considerable installation space is needed and if more pressure bottles are provided, each pressure bottle own connection fittings needed and the installation space between cylindrical pressure bottles can not be used practically.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Drucktank der Eingangs genannten Art zu schaffen, der in einfacher Weise herstellbar ist und mit dem vorhandener Einbauraum optimal ausgenutzt werden kann.Based on this prior art, the present invention seeks to provide a pressure tank of the type mentioned, which can be produced in a simple manner and can be optimally utilized with the existing installation space.

Diese Aufgabe wird durch einen Drucktank mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a pressure tank having the features of claim 1.

Bei einem derart ausgebildeten Drucktank weist die Wandung einen zweischichtigen Aufbau auf. Zunächst wird die Wandung durch eine gasdichte Kunststoffhülle mit einer Wandstärke von beispielsweise 4 bis 5 Millimetern gebildet. In Abhängigkeit des einzufüllenden Gases also beispielsweise Erdgas oder Wasserstoff kann der Fachmann geeignete, gasdichte Kunststoffe auswählen und eine derartige Kunststoffhülle vorzugsweise einstückig beispielsweise als Kunststoff-Spritzgussteil herstellen. Weiterhin wird die Wandung durch eine den eigentlichen Gasdruck von beispielsweise bis zu 700 hPa aufnehmenden Schutzhülle gebildet, die die innenliegende Kunststoffhülle als außenliegende Schale umgibt. Eine derartige Schutzhülle kann beispielsweise aus Aluminium in Form von Stranggussprofilen, aus Gussstahl oder in sonstigen metallischen Werkstoffen hergestellt werden. Schließlich sind noch ein vorzugsweise mehrere den Drucktank durchgreifende Zugelemente, die insbesondere aus dem gleichen Werkstoff bestehen wie die den Gasdruck aufnehmende Schutzhülle, vorgesehen. Dabei ist der Drucktank derart ausgebildet, dass die Zugelemente oder Zuganker nicht mit dem eigentlichen gasförmigen Medium in Berührung kommen. Das bedeutet, dass die Kunststoffhülle mit einem oder mehreren Durchbrüchen oder Durchgriffen versehen ist, in denen die Zugelemente im zusammengebauten Zustand angeordnet sind.In a pressure tank formed in this way, the wall has a two-layered construction. First, the wall is formed by a gas-tight plastic shell with a wall thickness of for example 4 to 5 millimeters. Depending on the gas to be filled, for example natural gas or hydrogen, the person skilled in the art can select suitable, gas-tight plastics and produce such a plastic shell preferably in one piece, for example as a plastic injection-molded part. Furthermore, the wall is formed by a the actual gas pressure of, for example, up to 700 hPa receiving protective cover which surrounds the inner plastic shell as an outer shell. Such a protective cover can for example be made of aluminum in the form of extruded profiles, cast steel or other metallic materials. Finally, there are preferably a plurality of pulling elements which pass through the pressure tank and, in particular, consist of the same material as the protective cover receiving the gas pressure. In this case, the pressure tank is designed such that the tension elements or tie rods do not come into contact with the actual gaseous medium. This means that the plastic envelope is provided with one or more openings or passages, in which the tension elements are arranged in the assembled state.

Die Dimensionierung insbesondere der den Gasdruck aufnehmenden Schutzhülle sowie Anordnung und Anzahl der Zugelemente kann vom Fachmann in Abhängigkeit der Größe und Formgebung des Drucktanks gewählt werden.The dimensioning in particular of the gas pressure receiving protective cover and arrangement and number of tension members can be selected by the skilled person depending on the size and shape of the pressure tank.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass ein großvolumiger Drucktank gebildet wird, der nur noch über eine einzige Anschlussarmatur beziehungsweise Zu- und Ableitungen, Entlüftungen, Drucksensoren und dergleichen verfügt. Auch kann der Drucktank mit der Kunststoffhülle und der den Druck aufnehmenden Schutzhülle an vorhandene Einbauräume angepasst werden, um diese optimal auszunutzen. Bevorzugt kann er einen relativ flachen, großflächigen Aufbau aufweisen, um beispielsweise im Bereich eines Unterbodens eines Kraftfahrzeugs angeordnet zu werden.The advantage of the invention is that a large-volume pressure tank is formed, which only has a single connection fitting or supply and discharge lines, vents, pressure sensors and the like. Also, the pressure tank with the plastic shell and the pressure-absorbing protective cover can be adapted to existing installation spaces in order to make optimal use of these. Preferably, it may have a relatively flat, large-area structure, in order to be arranged, for example, in the region of a subfloor of a motor vehicle.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Gegenstand von Unteransprüchen.Advantageous embodiments of the invention are the subject of dependent claims.

In bevorzugter Weise weist der Drucktank einen flachen Aufbau auf, insbesondere in Form mehrerer rohrartiger, miteinander verbundener Kammern, so dass im Gegensatz zu mehreren benachbarten Druckflaschen, die beabstandet voneinander angeordnet sind, vorhandener Einbauraum optimal ausgenutzt werden kann. Zudem wird insbesondere den großflächigen Wandungen durch die kreisbogenartige Profilierung zusätzliche Stabilität verliehen.Preferably, the pressure tank has a flat construction, in particular in the form of a plurality of tubular, interconnected chambers, so that in contrast to several adjacent pressure bottles, which are spaced from each other, existing installation space can be optimally utilized. In addition, in particular the large walls by the circular arc-like profiling lends additional stability.

In einfacher Weise können die mehreren Zugelemente, die den eigentlichen Drucktank beziehungsweise die gasdichte Kunststoffhülle durchgreifen, mit der den Gasdruck aufnehmenden Schutzhülle verschraubt werden. Prinzipiell sind aber auch andere Befestigungsarten möglich.In a simple way, the plurality of tension elements, which pass through the actual pressure tank or the gas-tight plastic sheath, with the gas pressure receiving Protective cover to be screwed. In principle, however, other types of attachment are possible.

Zum einfachen Zusammenbau des Drucktanks ist die Schutzhülle aus mehreren separaten Einzelteilen gebildet, die nachfolgend, nachdem sie um die gasdichte Kunststoffhülle angeordnet sind, miteinander verbunden werden. Prinzipiell kann dies durch eine Verschraubung erfolgen. Vorzugsweise erfolgt das Verbinden beispielsweise einer Oberschale, einer Unterschale, eines Bodendeckels sowie eines Ventildeckels über mechanische Führungen, beispielsweise in Form einer Schwalbenschwanzführung, um einen mechanischen Formschluss zwischen den verschiedenen Bauteilen zu erhalten. Es versteht sich, dass nachfolgend der Drucktank vorzugsweise nur mit einem einzigen Anschluss beziehungsweise einer einzigen Zu- und Ableitung, Entlüftung, sowie einem Drucksensor ausgestattet wird.For easy assembly of the pressure tank, the protective cover is formed of several separate items, which are subsequently, after they are arranged around the gas-tight plastic sheath, connected to each other. In principle, this can be done by a screw. Preferably, for example, an upper shell, a lower shell, a bottom cover and a valve cover are connected by mechanical guides, for example in the form of a dovetail guide, in order to obtain a mechanical positive connection between the various components. It is understood that subsequently the pressure tank is preferably equipped only with a single connection or a single inlet and outlet, vent, and a pressure sensor.

Weiterhin kann ein derartiger Drucktank so ausgestaltet werden, dass Teile der im Fahrzeug vorhandenen Karosserieteile wie Profile, Bleche oder ähnliches ersetzt werden. Das heißt, der Drucktank selbst dient als tragendes Element einer Fahrzeugkarosserie. Durch das mögliche Längen- zu Breitenverhältnis können im Kraftfahrzeug vorhandene Einbauräume bestmöglich ausgenutzt werden. Insbesondere bei einer Ausführung der Schutzdruckhülle aus einem metallischen Werkstoff können wirtschaftlich aufwendige Faserverbundwerkstoffe eingespart werden, da die Gasdichtigkeit durch die innenliegende Kunststoffhülle gewährleistet ist.Furthermore, such a pressure tank can be designed so that parts of the vehicle body parts present in the vehicle such as profiles, sheets or the like are replaced. That is, the pressure tank itself serves as a structural element of a vehicle body. Due to the possible length-to-width ratio, existing installation spaces in the motor vehicle can be utilized in the best possible way. In particular, in an embodiment of the protective pressure cover made of a metallic material economically complex fiber composites can be saved, since the gas-tightness is ensured by the inner plastic sheath.

Im Vorhergehenden wurde die Erfindung im Wesentlichen im Zusammenhang mit einem Kraftfahrzeug beschrieben, es ist für den Fachmann jedoch ersichtlich, dass ein derartiger Drucktank auch auf allen anderen Gebieten der Technik einsetzbar ist, beispielsweise als stationärer Gasspeicher. Prinzipiell ist auch das Speichern anderer Gase möglich, es müssen dann lediglich die entsprechenden Kunststoffe für die innenliegende Kunststoffhülle eingesetzt werden.In the foregoing, the invention has been described essentially in connection with a motor vehicle, but it will be apparent to those skilled in the art that such a pressure tank can also be used in all other fields of technology, for example as stationary gas storage. In principle, the storage of other gases is possible, it must then be used only the appropriate plastics for the inner plastic shell.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung können der nachfolgenden Beschreibung, den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen sowie den einzelnen Patentansprüchen entnommen werden.Further advantages and features of the invention can be taken from the following description, the exemplary embodiments illustrated in the drawing and the individual claims.

In der Zeichnung zeigt:In the drawing shows:

1 die verschiedenen Bestandteile eines Drucktanks in perspektivischer Darstellung, und 1 the various components of a pressure tank in perspective, and

2 einen Querschnitt des Drucktanks. 2 a cross section of the pressure tank.

In 1 ist ein Drucktank 1 schematisch wiedergegeben. Er besteht aus einer gasdichten Kunststoffhülle 2, die beispielsweise als Kunststoff-Spritzgussteil hergestellt ist. Die Kunststoffhülle 2 verfügt über mehrere Durchgriffe 3, die im zusammengesetzten Zustand des Drucktanks 1 von Zugelementen 4 oder Zugankern durchgriffen sind.In 1 is a pressure tank 1 shown schematically. It consists of a gas-tight plastic cover 2 , which is made for example as a plastic injection molded part. The plastic cover 2 has several penetrations 3 in the assembled state of the pressure tank 1 of tension elements 4 or tie rods are penetrated.

Zur Aufnahme des Gasdrucks dient eine steife und stabile Schutzhülle, die hier einen mehrteiligen Aufbau aufweist und aus einer Unterschale 5, einer Oberschale 6, einem Bodendeckel 7 sowie einem Ventildeckel 8 zusammengesetzt ist. Die einzelnen Bauteile sind vorzugsweise aus einem metallischen Werkstoff hergestellt und derart dimensioniert, dass die herrschenden Drücke im Drucktank 1 aufgenommen werden können und der Drucktank 1 sich im gefüllten Zustand nicht verformt.To accommodate the gas pressure is a rigid and stable protective cover, which here has a multi-part structure and a lower shell 5 , an upper shell 6 a ground cover 7 and a valve cover 8th is composed. The individual components are preferably made of a metallic material and dimensioned such that the prevailing pressures in the pressure tank 1 can be included and the pressure tank 1 not deformed in the filled state.

Hierzu weisen Unterschale 5 und Oberschale 6 jeweils Befestigungspunkte 9 auf, an denen die Zugelemente 4 beispielsweise verschraubt werden können. Vorzugsweise verfügen Unterschale 5, Oberschale 6, und Bodendeckel 7 über mechanische Führungen, beispielsweise in Form von Schwalbenschwanzführungen, um ohne zusätzliche Befestigungsmittel miteinander verbunden werden zu können. Der Ventildeckel 8 wird vorzugsweise verschraubt, um den in der Kunststoffhülle 2 angezogenen Ventilanschluss durch den Deckel führen zu können. Der Drucktank 1 verfügt lediglich noch über ein einziges Ventil 10 beziehungsweise Zu- und Ableitungen, Entlüftungen, Drucksensoren oder dergleichen. Die Unterschale 5 kann auch fahrzeugspezifisch mit einem integrierten Unterfahrschutz ausgebildet werden.For this purpose have lower shell 5 and upper shell 6 each attachment points 9 on where the tension elements 4 for example, can be screwed. Preferably have lower shell 5 , Upper shell 6 , and bottom lid 7 via mechanical guides, for example in the form of dovetail guides, in order to be able to be connected to one another without additional fastening means. The valve cover 8th is preferably bolted to the plastic case 2 tightened valve connection to be able to pass through the lid. The pressure tank 1 only has one single valve 10 or supply and discharge lines, vents, pressure sensors or the like. The lower shell 5 Can also be designed vehicle-specific with an integrated underrun protection.

Weiterhin ist in 2 eine Querschnittsdarstellung der Kunststoffhülle 2 wiedergegeben, aus der die Profilierung der Kunststoffhülle 2 beziehungsweise der die Kunststoffhülle 2 umgebenden Schutzhülle oder des gesamten Drucktanks 1 ersichtlich ist. Die Kunststoffhülle 2 verfügt über mehrere kreisbogenförmige Abschnitte 11, die dem Drucktank 1 eine zusätzliche Stabilität verleihen. Auch ist so der Einbauraum zwischen den mehreren rohrartigen Kammern 12a, b, c optimal ausgenutzt.Furthermore, in 2 a cross-sectional view of the plastic shell 2 reproduced from the profiling of the plastic shell 2 or the plastic shell 2 surrounding protective cover or the entire pressure tank 1 is apparent. The plastic cover 2 has several circular arc sections 11 that the pressure tank 1 give extra stability. Also so is the installation space between the several tubular chambers 12a , b, c optimally utilized.

Der gesamte Drucktank 1 kann auch als tragendes Element der Fahrzeugkarosserie ausgelegt werden, um Gewicht einzusparen.The entire pressure tank 1 Can also be designed as a supporting element of the vehicle body to save weight.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Drucktankpressure tank
22
KunststoffhüllePlastic sheath
33
Durchgriffpenetration
44
Zugelementtension element
55
Unterschalesubshell
66
OberschaleUpper shell
77
Bodendeckelbottom cover
88th
Ventildeckelvalve cover
9 9
Befestigungspunktattachment point
1010
VentilValve
1111
kreisbogenförmiger Abschnittcircular arc section
1212
rohrartige Kammertubular chamber

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 19749950 A1 [0003] DE 19749950 A1 [0003]
  • DE 10329990 B3 [0004] DE 10329990 B3 [0004]

Claims (5)

Drucktank (1) in einem Kraftfahrzeug mit einer Wandung und mit einem den Drucktank (1) durchgreifenden Zugelement (4), dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung in Form einer gasdichten Kunststoffhülle (2) und einer den Gasdruck aufnehmenden Schutzhülle aufgebaut ist.Pressure tank ( 1 ) in a motor vehicle with a wall and with a pressure tank ( 1 ) sweeping tension element ( 4 ), characterized in that the wall in the form of a gas-tight plastic envelope ( 2 ) and a gas pressure receiving protective cover is constructed. Drucktank (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucktank (1) einen flachen Aufbau aufweist, insbesondere der Drucktank (1) mehrere rohrartige Kammern (12a, b, c) aufweist.Pressure tank ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the pressure tank ( 1 ) has a flat construction, in particular the pressure tank ( 1 ) a plurality of tubular chambers ( 12a , b, c). Drucktank (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugelemente (4) mit der Schutzhülle verschraubt sind.Pressure tank ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the tension elements ( 4 ) are screwed to the protective cover. Drucktank (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzhülle eine Unterschale (5), eine Oberschale (6), einen Bodendeckel (7) und einen Ventildeckel (8) umfasst.Pressure tank ( 1 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the protective cover is a lower shell ( 5 ), an upper shell ( 6 ), a ground cover ( 7 ) and a valve cover ( 8th ). Drucktank (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucktank (1) ein tragendes Element einer Fahrzeugkarosserie bildet.Pressure tank ( 1 ) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the pressure tank ( 1 ) forms a supporting element of a vehicle body.
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