DE102011051436A1

DE102011051436A1 - Strukturelement und Fahrzeug

Info

Publication number: DE102011051436A1
Application number: DE102011051436A
Authority: DE
Inventors: Simon Brückmann; Philipp Straßburger
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2011-06-29
Filing date: 2011-06-29
Publication date: 2013-01-03
Anticipated expiration: 2031-06-30
Also published as: DE102011051436B4

Abstract

Um ein Strukturelement für ein Fahrzeug, umfassend einen Druckspeicher und zwei Verbindungselemente zur Verbindung des Druckspeichers mit einer tragenden Struktur des Fahrzeugs, wobei die zwei Verbindungselemente in einander gegenüberliegenden Endbereichen des Druckspeichers angeordnet sind und wobei der Druckspeicher eine Wandung umfasst, mittels welcher die Kräfte aufnehmbar sind, die aus dem Druck resultieren, welcher in einem beladenen Zustand des Druckspeichers in dem Druckspeicher herrscht, zu schaffen, welches eine geringe Masse und eine hohe Steifigkeit aufweist, wird vorgeschlagen, dass zumindest ein Teil der Wandung des Druckspeichers einen zwischen den zwei Verbindungselementen angeordneten kraftübertragenden Abschnitt des Strukturelements bildet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Strukturelement für ein Fahrzeug, welches einen Druckspeicher und zwei Verbindungselemente zur Verbindung des Druckspeichers mit einer tragenden Struktur des Fahrzeugs umfasst, wobei die zwei Verbindungselemente in einander gegenüberliegenden Endbereichen des Druckspeichers angeordnet sind und wobei der Druckspeicher eine Wandung umfasst, mittels welcher die Kräfte aufnehmbar sind, die aus dem Druck resultieren, welcher in einem beladenen Zustand des Druckspeichers in dem Druckspeicher herrscht.
Druckspeicher können beispielsweise so an Strukturelementen einer tragenden Struktur des Fahrzeugs angeordnet werden, dass bei einer Krafteinleitung in die tragende Struktur des Fahrzeugs im Wesentlichen keine Kräfte auf den Druckspeicher übertragen werden. Auf diese Weise ist der Druckspeicher vor einer unerwünschten Beschädigung geschützt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Strukturelement für ein Fahrzeug bereitzustellen, welches eine geringe Masse und eine hohe Steifigkeit aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass bei einem Strukturelement der eingangs genannten Art zumindest ein Teil der Wandung des Druckspeichers einen zwischen den zwei Verbindungselementen angeordneten kraftübertragenden Abschnitt des Strukturelements bildet.
Dadurch, dass zumindest ein Teil der Wandung des Druckspeichers einen zwischen den zwei Verbindungselementen angeordneten kraftübertragenden Abschnitt des Strukturelements bildet, kann erfindungsgemäß der Druckspeicher zur Versteifung des Strukturelements und somit zur Versteifung der tragenden Struktur des Fahrzeugs, an welchem das Strukturelement angeordnet werden kann, beitragen.
Unter einem kraftübertragenden Abschnitt des Strukturelements ist in dieser Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen ein Abschnitt des Strukturelements zu verstehen, mittels welchem Kräfte, beispielsweise Translationskräfte, welche längs einer Verbindungsrichtung oder quer hierzu wirken können und zu einer Translationsbewegung der Bauteile des Strukturelements führen können, oder Drehmomente, Torsionsmomente, Biegemomente, etc., übertragen werden können. Ferner können mittels des kraftübertragenden Abschnitts des Strukturelements auch Energien, beispielsweise eine Aufprallenergie (Crashenergie), übertragen werden. In dieser Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen sind die Begriffe "Kräfte", "Energien" und "Momente" im Wesentlichen austauschbar und dienen der Verdeutlichung der Funktionsweise der beschriebenen Bauteile.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zumindest mittels eines Teils der Wandung des Druckspeichers Kräfte und/oder Energien von einem der Verbindungselemente zu dem anderen der Verbindungselemente übertragbar sind.
Die Verbindungselemente sind hierzu vorzugsweise nicht unmittelbar miteinander verbunden, sondern lediglich mittelbar mittels des Druckspeichers.
Günstig kann es sein, wenn die Wandung des Druckspeichers bei der Einleitung von Kräften und/oder (Aufprall-)Energien in das Strukturelement einen Abschnitt eines Lastpfades bildet. Auf diese Weise können eingeleitete Kräfte und/oder eingeleitete Energien besonders gezielt mittels des Druckspeichers weitergeleitet werden.
Unter einem Lastpfad ist in dieser Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen ein Pfad zu verstehen, entlang welchem bei der Einleitung von Energie und/oder Kräften, beispielsweise einer Aufprallenergie bei einem Aufprall des Fahrzeugs auf ein Hindernis, diese Energie bzw. Kraft geleitet und/oder aufgenommen wird. Ein Lastpfad kann somit entlang mehrerer Bauteile, beispielsweise mehrerer Bauteile einer tragenden Struktur eines Fahrzeugs, verlaufen.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens ein Verbindungselement drehfest, schubfest, zugfest, druckfest und/oder biegefest an dem Druckspeicher angeordnet oder anordenbar ist. Auf diese Weise können insbesondere Torsionskräfte, Translationskräfte und/oder Biegekräfte mittels des Druckspeichers besonders einfach übertragen werden.
Vorteilhaft kann es sein, wenn mindestens ein Verbindungselement drehfest, schubfest, zugfest, druckfest und/oder biegefest an der tragenden Struktur des Fahrzeugs anordenbar ist. Auf diese Weise können Torsionskräfte, Translationskräfte und/oder Biegekräfte von dem Strukturelement oder auf das Strukturelement übertragen werden.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Strukturelement mindestens zwei Druckspeicher und/oder mindestens drei Verbindungselemente umfasst.
Günstig kann es sein, wenn mindestens ein Druckspeicher mindestens zwei Wandungen umfasst. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass mindestens ein Druckspeicher (mindestens) eine innere und (mindestens) eine äußere Wandung umfasst, wobei eine innere Wandung beispielsweise der Aufnahme des im beladenen Zustand des Druckspeichers in dem Druckspeicher herrschenden Drucks dient und die äußere Wandung des Druckspeichers den kraftübertragenden Abschnitt des Strukturelements bildet.
Vorteilhaft kann es jedoch sein, wenn der Druckspeicher lediglich eine einzige Wandung umfasst, welche die Kräfte aufnehmen kann, die aus dem Druck resultieren, welche in einem beladenen Zustand des Druckspeichers in dem Druckspeicher herrschen, und zugleich extern auf den Druckspeicher wirkende äußere Kräfte übertragen kann.
Insbesondere kann hierbei vorgesehen sein, dass diese Wandung des Druckspeichers die einzige Verbindung zwischen den zwei Verbindungselementen des Strukturelements längs des Strukturelements darstellt.
Das erfindungsgemäße Strukturelement eignet sich insbesondere zur Verwendung in einem Fahrzeug, welches eine tragende Struktur und mindestens ein erfindungsgemäßes Strukturelement umfasst.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass mindestens ein erfindungsgemäßes Strukturelement in eine tragende Struktur eines solchen Fahrzeugs integriert ist und somit einen Bestandteil der tragenden Struktur bildet.
Der vorliegenden Erfindung liegt damit die weitere Aufgabe zugrunde, ein Fahrzeug bereitzustellen, welches eine geringe Masse und eine tragende Struktur mit einer hohen Steifigkeit aufweist.
Diese Aufgabe wird bei einem erfindungsgemäßen Fahrzeug dadurch gelöst, dass mindestens ein erfindungsgemäßes Strukturelement vorgesehen ist, welches vorzugsweise an der tragenden Struktur des Fahrzeugs angeordnet ist und/oder einen Bestandteil der tragenden Struktur des Fahrzeugs bildet.
Das erfindungsgemäße Fahrzeug weist vorzugsweise die vorstehend im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Strukturelement beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile auf.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens ein Strukturelement einerseits an einer Längsstrebe, insbesondere einem Längsträger oder einem Seitenschweller, und/oder einer Querstrebe, insbesondere einem Querträger, der tragenden Struktur des Fahrzeugs und andererseits an einer Längsstrebe, insbesondere einem Längsträger oder einem Seitenschweller, und/oder einer Querstrebe, insbesondere einem Querträger, der tragenden Struktur des Fahrzeugs angeordnet ist. Auf diese Weise kann mittels des Strukturelements eine besonders stabile Ausgestaltung der tragenden Struktur des Fahrzeugs erzielt werden.
Vorteilhaft kann es sein, wenn mindestens ein Strukturelement als eine Querstrebe, als eine Längsstrebe oder als eine sonstige Strebe der tragenden Struktur des Fahrzeugs ausgebildet ist.
Mindestens eine Verbindungsachse mindestens eines Strukturelements verläuft vorzugsweise schräg zur Fahrzeugslängsrichtung des Fahrzeugs. Auf diese Weise kann eine besonders verwindungssteife tragende Struktur des Fahrzeugs bereitgestellt werden.
Vorteilhaft kann es sein, wenn das Fahrzeug mindestens zwei Strukturelemente umfasst, welche quer zu einer Fahrzeuglängsrichtung und quer zueinander angeordnet sind. Hierdurch kann eine vorteilhafte Verstärkung der tragenden Struktur des Fahrzeugs erzielt werden.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Fahrzeug mindestens vier Strukturelemente umfasst, welche eine im Wesentlichen X-förmige Versteifungsstruktur des Fahrzeugs bilden.
Ein die vier Strukturelemente miteinander verbindendes zentrales Verbindungselement bildet dann vorzugsweise eine Sollbruchstelle der X-förmigen Versteifungsstruktur des Fahrzeugs, welche im Falle der Einleitung von Energie bei einem Aufprall des Fahrzeugs auf ein Hindernis zur Zerstörung des zentralen Verbindungselements führt, bevor die Druckspeicher der Strukturelemente aufgrund der eingeleiteten Energie beschädigt werden. Im Normalbetrieb des Fahrzeugs (insbesondere bei statischer Lasteinleitung) bleibt das Verbindungselement unbeschädigt.
Günstig kann es sein, wenn mindestens zwei im Wesentlichen X-förmige Versteifungsstrukturen vorgesehen sind, welche zu beiden Seiten eines Mitteltunnels des Fahrzeugs angeordnet sind.
Ferner kann vorgesehen sein, dass mindestens ein Strukturelement bei der Einleitung einer Kraft oder von (Aufprall-)Energie in die tragende Struktur des Fahrzeugs einen Abschnitt eines Lastpfades bildet. Auf diese Weise kann mittels des mindestens einen Strukturelements eine eingeleitete Kraft und/oder eingeleitete Energie gezielt innerhalb der tragenden Struktur des Fahrzeugs weitergeleitet und/oder absorbiert werden.
Das erfindungsgemäße Strukturelement und/oder das erfindungsgemäße Fahrzeug weisen vorzugsweise ferner die nachfolgend beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile auf.
Durch eine Integration eines Druckspeichers in ein Strukturelement, welches vorzugsweise Bestandteil einer tragenden Struktur des Fahrzeugs ist, kann eine hohe Fahrzeugfestigkeit und/oder Fahrzeugsteifigkeit erzielt werden, wobei vorzugsweise eine gewichtszunahmenneutrale Gastankintegration verfolgt, das heißt, dass durch die Integration des Gastanks in die tragende Struktur des Fahrzeugs das zusätzlich durch den Gastank eingebrachte Gewicht durch Gewichtseinsparungen in der tragenden Struktur ausgeglichen werden kann.
Vorzugsweise ist mindestens ein Strukturelement in einem Bodenbereich des Fahrzeugs angeordnet, so dass ein niedriger Fahrzeugschwerpunkt erhalten werden kann.
Vorzugsweise werden mittels des erfindungsgemäßen Strukturelements Crashlasten (Kräfte, welche beim Aufprall des Fahrzeugs auf ein Hindernis wirken) einerseits und Comfortanforderungen und Fahrdynamiklasten (Kräfte, welche im Normalbetrieb des Fahrzeugs wirken) andererseits voneinander getrennt.
Vorzugsweise werden mittels des Druckspeichers des Strukturelements statische und/oder dynamische Kräfte, insbesondere Torsionslasten, Biegemomente, etc., übertragen, während im Falle eines Aufpralls des Fahrzeugs auf ein Hindernis vorzugsweise die Verbindungselemente versagen, bevor eine zu hohe Kraft in den Druckspeicher eingeleitet wird, welche zu einer Beschädigung des Druckspeichers führen könnte.
Mittels des erfindungsgemäßen Strukturelements und/oder des erfindungsgemäßen Fahrzeugs können Topologieoptimierungsergebnisse berücksichtigt werden.
Ein erfindungsgemäßes Fahrzeug kann beispielsweise ein 2-, 3-, 4- oder mehrrädriges, bodengebundenes Kraftfahrzeug sein, insbesondere als ein Personenkraftwagen, als ein Kraftrad und/oder als ein Kleintransportfahrzeug ausgebildet sein.
Ein Druckspeicher ist insbesondere ein Betriebsstoffspeicher, in welchem zum Betrieb des Fahrzeugs benötigte, unter Druck stehende Stoffe, insbesondere Gase, beispielsweise Sauerstoff, Wasserstoff, Methan oder andere Gase oder Gasgemische, und/oder Flüssigkeiten, speicherbar sind.
Weitere Merkmale und/oder Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen.
In den Figuren zeigen:
1 eine schematische Draufsicht von oben auf eine erste Ausführungsform einer tragenden Struktur eines Fahrzeugs, bei welcher ein diagonal in einem Rahmen der tragenden Struktur angeordnetes Strukturelement vorgesehen ist;
2 eine der 1 entsprechende schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer tragenden Struktur eines Fahrzeugs, bei welcher zwei senkrecht zu einer Fahrzeuglängsrichtung des Fahrzeugs angeordnete Strukturelemente vorgesehen sind;
3 eine der 1 entsprechende schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform einer tragenden Struktur eines Fahrzeugs, bei welcher zwei parallel zu einer Fahrzeuglängsrichtung des Fahrzeugs ausgerichtete Strukturelemente vorgesehen sind;
4 eine der 1 entsprechende schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform einer tragenden Struktur eines Fahrzeugs, bei welcher zu beiden Seiten eines Mitteltunnels des Fahrzeugs jeweils ein Rahmen der tragenden Struktur des Fahrzeugs mit jeweils einem innerhalb des jeweiligen Rahmens angeordneten, diagonal darin verlaufenden Strukturelement vorgesehen ist;
5 eine der 1 entsprechende Darstellung einer fünften Ausführungsform einer tragenden Struktur eines Fahrzeugs, bei welcher vier Strukturelemente eine im Wesentlichen X-förmige Versteifungsstruktur bilden;
6 eine der 5 entsprechende Darstellung der tragenden Struktur des Fahrzeugs aus 5 in einem deformierten Zustand nach einer Krafteinleitung aufgrund eines Aufpralls des Fahrzeugs auf ein Hindernis; und
7 eine der 1 entsprechende Darstellung einer sechsten Ausführungsform einer tragenden Struktur eines Fahrzeugs, bei welcher zu beiden Seiten eines Mitteltunnels des Fahrzeugs jeweils eine X-förmige Versteifungsstruktur aus jeweils vier Strukturelementen vorgesehen ist. Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in sämtlichen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
Ein in 1 teilweise dargestelltes, mit 100 bezeichnetes Fahrzeug umfasst eine in 1 dargestellte erste Ausführungsform einer tragenden Struktur 102, welche denjenigen Bestandteil des Fahrzeugs 100 bildet, der die Stabilität und die Steifigkeit des Fahrzeugs 100 garantiert.
Die tragende Struktur 102 umfasst gemäß der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform zwei parallel zu einer Fahrzeuglängsrichtung 104 des Fahrzeugs 100 ausgerichtete Längsstreben 106, welche beispielsweise Längsträger 108 oder Seitenschweller 110 des Fahrzeugs 100 bilden.
Ferner umfasst die tragende Struktur 102 gemäß der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform zwei senkrecht zu der Fahrzeuglängsrichtung 104 des Fahrzeugs 100 und im Benutzungszustand des Fahrzeugs 100 im Wesentlichen horizontal ausgerichtete Querstreben 112, welche beispielsweise Querträger 114 der tragenden Struktur 102 des Fahrzeugs 100 bilden und die Längsstreben 106 der tragenden Struktur 102 des Fahrzeugs 100 miteinander verbinden.
Mittels der Längsstreben 106 und der Querstreben 112 ist somit bei der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform der tragenden Struktur 102 ein Rahmen 116 der tragenden Struktur 102 gebildet, welcher beispielsweise im Wesentlichen quadratisch ausgebildet ist.
Dieser Rahmen 116 der tragenden Struktur 102 ist ohne eine zusätzliche Stützstruktur relativ labil.
Die in 1 dargestellte erste Ausführungsform der tragenden Struktur 102 sieht daher vor, dass die tragende Struktur 102 ein Strukturelement 118 umfasst, mittels welchem der Rahmen 116 der tragenden Struktur 102 stabilisiert werden kann.
Das Strukturelement 118 umfasst einen Druckspeicher 120, welcher beispielsweise als Betriebsstoffspeicher, insbesondere als Kraftstoffspeicher 122, vorzugsweise als Wasserstoffspeicher 124, ausgebildet ist und der Speicherung von unter Druck stehendem Fluid, insbesondere von Wasserstoff, dient.
Ferner umfasst das Strukturelement 118 zwei Verbindungselemente 126, mittels welchen der Druckspeicher 120 an dem Rahmen 116 der tragenden Struktur 102 angeordnet werden kann.
Bei der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform der tragenden Struktur 102 sind die Verbindungselemente 126 an einander diagonal gegenüberliegenden Verbindungsbereichen 128 des Rahmens 116 der tragenden Struktur 102 angeordnet und in diesen Verbindungsbereichen 128 jeweils mit sowohl einer Querstrebe 112 als auch mit einer Längsstrebe 106 drehfest verbunden.
Der Druckspeicher 120 umfasst einen im Wesentlichen hohlzylindrischen Abschnitt 130, welcher bezüglich einer Rotationsachse 132 des hohlzylindrischen Abschnitts 130 in axialer Richtung zu beiden Seiten von im Wesentlichen halbkugelförmigen, hohlen Endabschnitten 134 begrenzt wird.
Der Druckspeicher 120 ist somit insgesamt im Wesentlichen rotationssymmetrisch um die Rotationsachse 132 ausgebildet und weist somit zumindest näherungsweise die Form einer handelsüblichen Gasflasche auf.
Die halbkugelförmigen Endabschnitte 134 des Druckspeichers 120 bilden Endbereiche 136 des Druckspeichers 120, an welchen die Verbindungselemente 126 drehfest angeordnet sind. Der Druckspeicher 120 ist somit lediglich in seinen Endbereichen 136 festgelegt, so dass der hohlzylindrische Abschnitt 130 vorzugsweise nicht mit weiteren Bauteilen, insbesondere nicht mit weiteren Bauteilen der tragenden Struktur 102, verbunden ist.
Der Druckspeicher 120 ist bei der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform der tragenden Struktur 102 des Fahrzeugs 100 diagonal in dem Rahmen 116 der tragenden Struktur 102 ausgerichtet, so dass mittels des Druckspeichers 120 Kräfte zwischen den Verbindungsbereichen 128 des Rahmens 116 der tragenden Struktur 102 übertragen werden können.
Die Rotationsachse 132 des Druckspeichers 120 bildet somit eine Verbindungsachse 133, längs welcher die Kräfte zwischen den Verbindungselementen 126 übertragen werden können.
Der hohzylindrische Abschnitt 130 umfasst hierzu eine Wandung 138, welche einerseits die Kräfte aufnehmen kann, welche im beladenen Zustand des Druckspeichers 120 aus dem im Innern des Druckspeichers 120 herrschenden Druck resultieren, und andererseits einen kraftübertragenden Abschnitt 140 des Strukturelements 118 bildet, mittels welchem Kräfte zwischen den Verbindungselementen 126 des Strukturelements 118 und somit zwischen den Verbindungsbereichen 128 des Rahmens 116 der tragenden Struktur 102 des Fahrzeugs 100 übertragen werden können.
Die Wandung 138 des Druckspeichers 120 ist dabei vorzugsweise einstückig ausgebildet, so dass durch ein einziges Bauteil die genannten Aufgaben übernommen werden. Auf diese Weise kann sowohl das Strukturelement 118 als auch die tragende Struktur 102 und schließlich das Fahrzeug 100 besonders leicht ausgebildet werden, weil keine zusätzlichen Strukturen zur Kraftübertragung notwendig sind.
Mittels des Strukturelements 118 können sowohl Translationskräfte als auch Drehmomente, Torsionsmomente, Biegemomente, etc. übertragen werden.
Dabei bildet die Wandung 138 des Druckspeichers 120 einen Abschnitt eines Lastpfades 142, entlang welchem eine in die tragende Struktur 102 eingeleitete Kraft geleitet wird.
Die vorstehend beschriebene Ausführungsform der tragenden Struktur 102 des Fahrzeugs 100 funktioniert wie folgt:
Der Rahmen 116 der tragenden Struktur 102 ist für sich genommen relativ labil, so dass bei einer Krafteinleitung eine starke Torsion des Rahmens 116 und somit eine unerwünschte Verformung des Rahmens 116 erfolgt.
Mittels des Strukturelements 118 kann dieser Verformung entgegengewirkt werden, da das Strukturelement 118 eine Verstärkung, insbesondere eine Versteifung, des Rahmens 116 der tragenden Struktur 102 bewirkt.
Das Strukturelement 118 verbindet dabei zwei einander diagonal gegenüberliegende Verbindungsbereiche 128 des Rahmens 116 miteinander, so dass nicht nur über die Querstreben 112 und die Längsstreben 116 Kräfte übertragen werden können, sondern dass auch über das Strukturelement 118 Kräfte übertragen werden können.
Das Strukturelement 118 ist hierzu drehfest mit dem Rahmen 116 verbunden, so dass insbesondere Drehmomente und Torsionsmomente mittels des Strukturelements 118 übertragen werden können.
Die eigentliche Übertragung der Kräfte mittels des Strukturelements 118 erfolgt dabei mittels der Wandung 138 des Druckspeichers 120. Die Verbindungselemente 126 des Strukturelements 118 dienen dabei lediglich der Übertragung der Kräfte von dem Rahmen 116 auf den Druckspeicher 120 und zurück von dem Druckspeicher 120 auf den Rahmen 116.
Dadurch, dass bei der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform der tragenden Struktur 102 des Fahrzeugs 100 ein Strukturelement 118 zur Verstärkung des Rahmens 116 der tragenden Struktur 102 vorgesehen ist, ist die tragende Struktur 102 und somit das Fahrzeug 100 besonders stabil ausgebildet.
Eine in 2 dargestellte zweite Ausführungsform einer tragenden Struktur 102 eines Fahrzeugs 100 unterscheidet sich von der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass zwei Strukturelemente 118 vorgesehen sind und diese Strukturelemente senkrecht zur Fahrzeuglängsrichtung 104 ausgerichtet sind.
Die Strukturelemente 118 sind dabei beidseitig an den Längsstreben 106 angeordnet und nicht unmittelbar mit den parallel zu den Strukturelementen 118 verlaufenden Querstreben 112 verbunden.
Auch bei der in 2 dargestellten zweiten Ausführungsform der tragenden Struktur 102 dienen die Strukturelemente 118 der Verstärkung des Rahmens 116 der tragenden Struktur 102 des Fahrzeugs 100.
Im Übrigen stimmt die in 2 dargestellte zweite Ausführungsform der tragenden Struktur 102 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in 3 dargestellte dritte Ausführungsform der tragenden Struktur 102 unterscheidet sich von der in 2 dargestellten zweiten Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass die zwei Strukturelemente 118 parallel zur Fahrzeuglängsrichtung 104 ausgerichtet und somit zwischen den Querstreben 112 angeordnet sind.
Die Strukturelemente 118 sind dabei nicht unmittelbar mit den parallel zu den Strukturelementen 118 verlaufenden Längsstreben 106 verbunden.
Im Übrigen stimmt die in 3 dargestellte dritte Ausführungsform der tragenden Struktur 102 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in 2 dargestellten zweiten Ausführungsform überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in 4 dargestellte vierte Ausführungsform einer tragenden Struktur 102 eines Fahrzeugs 100 unterscheidet sich von der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass zwei Rahmen 116 der tragenden Struktur 102 mit jeweils einem Strukturelement 118 vorgesehen sind, wobei die Rahmen 116 eine gemeinsame Längsstrebe 106 aufweisen, welche durch einen Mitteltunnel 144 des Fahrzeugs 100 gebildet ist.
Mittels der in 4 dargestellten vierten Ausführungsform der tragenden Struktur 102 des Fahrzeugs 100 kann somit eine zusätzliche Versteifung im Bereich des Mitteltunnels 144 des Fahrzeugs 100 durch die Verwendung von Strukturelementen 118 erzielt werden.
Im Übrigen stimmt die in 4 dargestellte vierte Ausführungsform der tragenden Struktur 102 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in den 5 und 6 dargestellte fünfte Ausführungsform einer tragenden Struktur 102 eines Fahrzeugs 100 unterscheidet sich von der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass vier Strukturelemente 118 vorgesehen sind, welche eine X-förmige Versteifungsstruktur 146 bilden.
Die X-förmige Versteifungsstruktur 146 ist dabei in sämtlichen Verbindungsbereichen 128 des Rahmens 116, in welchen die Querstreben 112 mit den Längsstreben 106 verbunden sind, mit dem Rahmen 116 verbunden, so dass der Rahmen 116 bei der in den 5 und 6 dargestellten fünften Ausführungsform der tragenden Struktur 102 längs beider Diagonalen des Rahmens 116 mittels Strukturelementen 118 gestützt und somit verstärkt wird.
Ein zentrales Verbindungselement 148 der X-förmigen Versteifungsstruktur 146, mittels welchem die vier Druckspeicher 120 der Strukturelemente 118 der X-förmigen Versteifungsstruktur 146 miteinander verbunden sind, ist
dabei so ausgebildet, dass es im Falle einer Krafteinleitung in die X-förmige Versteifungsstruktur 146 als erstes Element versagt, bevor eine Beschädigung eines Druckspeichers 120 eines der Strukturelemente 118 zu befürchten ist.
Wie insbesondere 6 zu entnehmen ist, führt dieses Versagen des zentralen Verbindungselements 148 in einem solchen Krafteinleitungsfall dazu, dass die Druckspeicher 120 innerhalb des Rahmens 116 relativ zueinander bewegt werden können und eine Deformierung des Rahmens 116 somit nicht zu einer Deformierung und einer möglichen Beschädigung der Druckspeicher 120 führt.
Mittels des zentralen Verbindungselements 148 kann somit, wie auch mit den Verbindungselementen 126 der Strukturelemente 118, ein Lastpfad 142 unterbrochen werden, um eine Beschädigung der Druckspeicher 120 zu vermeiden.
Im Übrigen stimmt die in den 5 und 6 dargestellte fünfte Ausführungsform einer tragenden Struktur 102 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in 7 dargestellte sechste Ausführungsform einer tragenden Struktur 102 eines Fahrzeugs 100 unterscheidet sich von der in den 5 und 6 dargestellten fünften Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass zwei X-förmige Versteifungsstrukturen 146 vorgesehen sind, welche in zwei bezüglich eines Mitteltunnels 144 zu beiden Seiten desselben angeordneten Rahmen 116 einer tragenden Struktur 102 angeordnet sind.
Die in 7 dargestellte sechste Ausführungsform der tragenden Struktur 102 entspricht somit im Wesentlichen der in 4 dargestellten vierten Ausführungsform, wobei anstelle lediglich eines Strukturelements 118 pro Rahmen 116 jeweils eine X-förmige Versteifungsstruktur 146 vorgesehen ist.
Im Übrigen stimmt die in 7 dargestellte sechste Ausführungsform der tragenden Struktur 102 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in den 5 und 6 dargestellten fünften Ausführungsform überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Dadurch, dass zumindest ein Teil der Wandung 138 eines Druckspeichers 120 eines Strukturelements 118 bei sämtlichen Ausführungsformen der tragenden Struktur 102 einen zwischen den Verbindungselementen 126 angeordneten kraftübertragenden Abschnitt 140 des Strukturelements 118 bildet, können das Strukturelement 118, die tragende Struktur 102 und das Fahrzeug 100 besonders leicht und stabil ausgebildet werden.
Bezugszeichenliste

100: Fahrzeug
102: tragende Struktur
104: Fahrzeuglängsrichtung
106: Längsstrebe
108: Längsträger
110: Seitenschweller
112: Querstrebe
114: Querträger
116: Rahmen
118: Strukturelement
120: Druckspeicher
122: Kraftstoffspeicher
124: Wasserstoffspeicher
126: Verbindungselement
128: Verbindungsbereich
130: hohlzylindrischer Abschnitt
132: Rotationsachse
133: Verbindungsachse
134: Endabschnitt
136: Endbereich
138: Wandung
140: kraftübertragender Abschnitt
142: Lastpfad
144: Mitteltunnel
146: X-förmige Versteifungsstruktur
148: zentrales Verbindungselement

Claims

Strukturelement (118) für ein Fahrzeug (100), umfassend einen Druckspeicher (120) und zwei Verbindungselemente (126) zur Verbindung des Druckspeichers (120) mit einer tragenden Struktur (102) des Fahrzeugs (100), wobei die zwei Verbindungselemente (126) in einander gegenüberliegenden Endbereichen (136) des Druckspeichers (120) angeordnet sind und wobei der Druckspeicher (120) eine Wandung (138) umfasst, mittels welcher die Kräfte aufnehmbar sind, die aus dem Druck resultieren, welcher in einem beladenen Zustand des Druckspeichers (120) in dem Druckspeicher (120) herrscht, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Wandung (138) des Druckspeichers (120) einen zwischen den zwei Verbindungselementen (126) angeordneten kraftübertragenden Abschnitt (140) des Strukturelements (118) bildet.
Strukturelement (118) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest mittels eines Teils der Wandung (138) des Druckspeichers (120) Kräfte und/oder Energien von einem der Verbindungselemente (126) zu dem anderen der Verbindungselemente (126) übertragbar sind.
Strukturelement (118) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung (138) des Druckspeichers (120) bei der Einleitung von Kräften und/oder Energien in das Strukturelement (118) einen Abschnitt eines Lastpfades (142) bildet.
Strukturelement (118) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Verbindungselement (126) drehfest, schubfest, zugfest, druckfest und/oder biegefest an dem Druckspeicher (120) angeordnet oder anordenbar ist.
Strukturelement (118) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Verbindungselement (126) drehfest, schubfest, zugfest, druckfest und/oder biegefest an der tragenden Struktur (102) des Fahrzeugs (100) anordenbar ist.
Strukturelement (118) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Strukturelement (118) mindestens zwei Druckspeicher (120) und/oder mindestens drei Verbindungselemente (126) umfasst.
Strukturelement (118) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Druckspeicher (120) mindestens zwei Wandungen (138) umfasst.
Fahrzeug (100), umfassend eine tragende Struktur (102) und mindestens ein Strukturelement (118) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
Fahrzeug (100) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Strukturelement (118) einerseits an einer Längsstrebe (106) und/oder einer Querstrebe (112) der tragenden Struktur (102) des Fahrzeugs (100) und andererseits an einer Längsstrebe (106) und/oder einer Querstrebe (112) der tragenden Struktur (102) des Fahrzeugs (100) angeordnet ist.
Fahrzeug (100) nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Strukturelement (118) als eine Querstrebe (112), als eine Längsstrebe (106) oder als eine sonstige Strebe der tragenden Struktur (102) des Fahrzeugs (100) ausgebildet ist.
Fahrzeug (100) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verbindungsachse (133) mindestens eines Strukturelements (118) schräg zu einer Fahrzeuglängsrichtung (104) des Fahrzeugs (100) verläuft.
Fahrzeug (100) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (100) mindestens zwei Strukturelemente (118) umfasst, welche quer zu einer Fahrzeuglängsrichtung (104) und quer zueinander angeordnet sind.
Fahrzeug (100) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (100) mindestens vier Strukturelemente (118) umfasst, welche eine im Wesentlichen X-förmige Versteifungsstruktur (146) des Fahrzeugs (100) bilden.
Fahrzeug (100) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei im Wesentlichen X-förmige Versteifungsstrukturen (146) vorgesehen sind, welche zu beiden Seiten eines Mitteltunnels (144) des Fahrzeugs (100) angeordnet sind.
Fahrzeug (100) nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Strukturelement (118) bei der Einleitung von Kräften oder von Energie in die tragende Struktur (102) des Fahrzeugs (100) einen Abschnitt eines Lastpfades (142) bildet.