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Die Erfindung betrifft eine Speichervorrichtung zum Speichern eines gasförmigen Kraftstoffs unter einem hohen Druck in einem Kraftfahrzeug sowie ein Kraftfahrzeug, das eine entsprechende Speichervorrichtung umfasst.
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Herkömmliche Antriebaggregate für Kraftfahrzeuge beruhen auf flüssigen Kraftstoffen wie Benzin oder Dieselkraft, die in Tanks aufbewahrt werden. Auf der Suche nach alternativen Antriebskonzepten werden zunehmend auch Kraftstoffe diskutiert, die aufgrund ihrer physikochemischen Eigenschaften bei normalen Umgebungstemperaturen in gasförmiger Form vorliegen. Beispiele für solche Kraftstoffe sind insbesondere Wasserstoff und Methan. Um Mengen solcher Kraftstoffe in einem Kraftfahrzeug mitzuführen, die eine praxistaugliche Reichweite der Kraftfahrzeuge ermöglichen, ist eine Speicherung unter hohen Drücken erforderlich. Die dafür vorgesehenen Speicherbehälter müssen entsprechend stabil ausgelegt sein. Gleichzeitig muss sichergestellt sein, dass Längenausdehnungen dieser Speicherbehälter, bedingt durch Änderungen der Umgebungstemperatur und/oder des schwankenden Fülldrucks in geeigneter Weise zugelassen werden. Derzeitige herkömmliche Speicherbehälter sehen insbesondere Druckflaschen vor, die über so genannte Halsbindungen und/oder Bauchbindungen an der Karosserie oder den Rahmen der jeweiligen Kraftfahrzeuge derart befestigt sind, dass eine Längenänderung zulässig ist. Gerade dem Flaschenhals einer solchen Druckflasche kommt eine wichtige Funktion zu, da er durch entsprechende Aufnahmeöffnungen geführt wird und dadurch zur Befestigung der Druckflasche beiträgt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, alternative Lösungen für Speichervorrichtungen zum Speichern eines gasförmigen Kraftstoffs unter einem hohen Druck in einem Kraftfahrzeug bereit zu stellen, die eine Längenänderung eines Speicherbehälters zulassen und möglichst eine verbesserte Raumausnutzung im Kraftfahrzeug ermöglichen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Speichervorrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs sowie ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Nebenanspruchs.
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Die Erfindung betrifft dementsprechend in einem ersten Aspekt eine Speichervorrichtung zum Speichern eines gasförmigen Kraftstoffs unter einem hohen Druck in einem Kraftfahrzeug. Die Speichervorrichtung umfasst einen Speicherbehälter mit einer von dem Druck abhängigen variablen Länge, weiterhin eine Lagervorrichtung, mittels welcher der Speicherbehälter an einer Karosserie oder einem Rahmen des Kraftfahrzeugs mechanisch fixierbar oder fixiert ist, sowie eine Ausgleichsvorrichtung, mittels der die variable Länge ausgleichbar ist. Dabei weist die Lagervorrichtung eine mit einer Stirnseite des Speicherbehälters mechanisch fest verbundene Lagerplatte auf, die mittels eines Loslagers der Ausgleichsvorrichtung längsverschiebbar an der Karosserie oder dem Rahmen gelagert ist.
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Der gasförmige Kraftstoff kann jeder beliebige Kraftstoff sein, der ohne Verflüssigung in einem Speicherbehälter vorliegen kann und als Kraftstoff für ein Antriebsaggregat eines Kraftfahrzeugs geeignet ist. Nicht beschränkende Beispiele für gasförmige Kraftstoffe sind Methan und insbesondere Wasserstoff. Im Rahmen der Erfindung werden unter hohen Drücken solche von wenigstens 150 Bar verstanden, insbesondere solche von wenigstens 300 Bar. Ein hoher Druck kann beispielsweise ein Fülldruck sein, mit dem Speicherbehälter einer frühen Generation für Antriebe mit Wasserstoff befüllt wurden, und bei etwa 350 Bar liegen. Jedoch sind die Speicherbehälter auch für bereits realisierte höhere Drücke geeignet, mit denen noch größere Reichweiten der Fahrzeuge erzielbar sind und die bei etwa 700 Bar bis 800 Bar liegen, oder für in der Zukunft angestrebte noch höhere Drücke, die beispielsweise bei ungefähr 1200 Bar liegen.
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Während des Betriebs eines mit einem Speicherbehälter ausgerüsteten Fahrzeugs kommt es zu Längenänderungen des Speicherbehälters, die bedingt sind durch steigenden Druck während eines Betankens und abnehmenden Druck durch Verbrauch des gasförmigen Kraftstoffs während einer Fahrt. Auch Änderungen der Umgebungstemperatur wirken sich selbstverständlich auf den Druck des gespeicherten gasförmigen Kraftstoffs und somit auf die Länge des Speicherbehälters aus. Die Speichervorrichtung weist nun eine Lagervorrichtung auf, bei der eine Lagerplatte mit einer Stirnseite eines Speicherbehälters mechanisch fest verbunden ist, vorzugsweise über eine lösbare Verbindung. Die Lagerplatte ist ihrerseits über ein Loslager einer Ausgleichsvorrichtung längsverschiebbar an der Karosserie oder dem Rahmen des Fahrzeugs gelagert. Durch diese längsverschiebbare Lagerung der Ausgleichsvorrichtung sind Längenänderungen des Speicherbehälters, die beispielsweise im Bereich von einigen Prozent liegen, ausgleichbar. Vorteilhaft wird auf platzsparende Weise sichergestellt, dass Längenänderungen des Speicherbehälters kompensiert werden, so dass keine mechanische Spannungen aufgrund einer Ausdehnung oder Kontraktion des Speicherbehälters auftreten und dessen sichere Lagerung im Kraftfahrzeug gewährleistet ist. Die mechanisch mit der Stirnseite des Speicherbehälters verbundene Lagerplatte ermöglicht darüber hinaus eine platzsparende Lagervorrichtung im Vergleich zu fachbekannten Lösungen aus dem Stand der Technik. Dort wird üblicherweise ein Flaschenhals, insbesondere einen Zapfen, eines in Form einer Gasdruckflasche ausgeführten Speicherbehälters formschlüssig in eine Öffnung einer Lagervorrichtung eingeführt und ist in dieser längsverschiebbar gelagert, so dass eine Loslagerfunktion zwischen dem Flaschenhals und der Lagervorrichtung realisiert ist. Durch die erfindungsgemäße Verlagerung der Loslagerfunktion auf das Loslager der Ausgleichsvorrichtung kann ein Flaschenhals jedoch sogar entfallen und eine Befestigung des Speicherbehälters an der Karossiere oder dem Rahmen eines Kraftfahrzeugs über die Lagerplatte erfolgen, die in der Regel weniger Bauraum im Kraftfahrzeug benötigt als ein Flaschenhals.
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Gemäß einer Ausführungsform weist die Lagerplatte einen über einen Querschnitt des Speicherbehälters überstehenden Überstand auf, der mittels des Loslagers der Ausgleichsvorrichtung längsverschiebbar an der Karosserie gelagert ist. Das Loslager selbst kann somit, bezogen auf die Längsachse des Speicherbehälters, in einer Position neben dem Speicherbehälter realisiert sein, während in Bereich des Querschnitts des Speicherbehälters nur die Lagerplatte zur mechanischen Befestigung am Speicherbehälter erforderlich ist. Somit kann die Lagerplatte selbst raumsparende Dimensionen aufweisen, so dass vorteilhaft für die Anordnung aus Speicherbehälter und Lagerplatte im Kraftfahrzeug insgesamt ein vergleichsweise geringer Bauraum bereitgestellt werden muss beziehungsweise ein größerer Anteil des verfügbaren Bauraums für den Speicherbehälter verwendet werden kann, da das Loslager in einen neben dem Querschnitt des Speicherbehälters liegenden Bauraum ausgelagert wird.
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Die durch das Loslager bewirkte Längsverschiebbarkeit kann über beliebige, dem Fachmann bekannte technische Lösungen erreicht werden, beispielsweise über Gleitführungen. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform wird die Längsverschiebbarkeit durch eine Schwalbenschwanzführung erreicht, wobei die Schwalbenschwanznut karosserie- oder rahmenseitig und die Schwalbenschwanzfeder auf der entsprechend gegenüberliegenden Seite sein kann, oder umgekehrt. Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform wird die Längsverschiebbarkeit des Loslagers über einen in ein Langloch eingreifenden Bundbolzen erreicht, wobei das Langloch wiederum karosserie- oder rahmenseitig und der Bundbolzen auf der entsprechend gegenüberliegenden Seite angeordnet sein kann angeordnet sein kann, oder umgekehrt.
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Bei der erfindungsgemäßen Speichervorrichtung kann eine weitere Lagerplatte als Bestandteil der Lagervorrichtung vorgesehen sein, die mit der Bodenseite des Speicherbehälters, welche an einem zur Stirnseite entgegengesetzten Ende liegt, mechanisch verbunden ist. Die weitere Lagerplatte ist als Festlager mit der Karosserie oder dem Rahmen des Kraftfahrzeugs verbunden, so dass eine Kompensation der Längenausdehnung des Speicherbehälters über das Loslager erfolgt, das über die Ausgleichsvorrichtung im Bereich der an der gegenüberliegenden Stirnseite befestigten Lagerplatte gebildet wird.
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Die Lagerplatte und gegebenenfalls die weitere Lagerplatte sind vorzugsweise lösbar mit dem Speicherbehälter fixiert, etwa über Schraubverbindungen, Schnappverbindungen, Klemmvorrichtungen oder andere fachübliche, zerstörungsfrei lösbare Verbindungsarten. Dementsprechend kann der Speicherbehälter erforderlichenfalls aus der Speichervorrichtung entnommen werden, beispielsweise um Prüfungen, Wartungen oder Reparaturen vorzunehmen, oder um den Speicherbehälter durch ein Ersatzteil auszutauschen. Gemäß einer besonderen Ausführungsform erfolgt die mechanische Verbindung über eine oder mehrere Schraubverbindungen.
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In einer besonderen Ausführungsform weist eine mit der Stirnseite des Speicherbehälters mechanisch fest verbundene Lagerplatte und/oder die mit der Bodenseite des Speicherbehälters mechanisch fest verbundene weitere Lagerplatte eine Ausnehmung auf, über die zwischen einem Zapfen des Speicherbehälters und der Lagerplatte ein Festlager bildbar ist. Zur Bildung des Festlagers wird der Zapfen dabei in der Ausnehmung eingeführt, wobei eine form- und/oder kraftschlüssige Verbindung gebildet wird. Diese stellt eine mechanische Verbindung zwischen dem Speicherbehälter und der Lagerplatte beziehungsweise der weiteren Lagerplatte dar oder ergänzt eine anderweitig bestehende mechanische Verbindung, etwa eine Verschraubung, und trägt somit zur Fixierung des Speicherbehälters bei.
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Gemäß einer Weiterbildung umfasst die Lagerplatte oder die weitere Lagerplatte zum Bilden des Festlagers zwei miteinander fixierbare Halbschalen. Das Festlager kann insbesondere durch Kraftschluss zwischen den Halbschalen mit dem Zapfen gebildet werden, der durch die von den Halbschalen gebildete Ausnehmung geführt ist. Die Fixierung der Halbschalen kann über fachübliche Mittel erfolgen, wie etwa Schraubverbindungen, Klemmverbindungen oder Schnappverbindungen.
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Gemäß einer weiteren Weiterbildung verläuft durch den Zapfen ein Fluidpfad zum Befüllen des Speicherbehälters mit dem gasförmigen Kraftstoff und/oder zum Entnehmen des gasförmigen Kraftstoffs aus dem Speicherbehälter, etwa. Der Zapfen dient dabei vorteilhaft dem mechanischen Schutz des von ihm umrandeten Fluidpfads. In einer besonderen Ausgestaltung weist der Zapfen eine Ventilvorrichtung zum Befüllen des Speicherbehälters mit dem gasförmigen Kraftstoff und/oder zum Entnehmen des gasförmigen Kraftstoffs aus dem Speicherbehälter, etwa während des Betriebs des Antriebsaggregats, auf. Die Ventilvorrichtung schließt sich dabei an den Fluidpfad an oder ist insbesondere teilweise oder ganz in den Fluidpfad integriert.
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In einem zweiten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug, welches eine erfindungsgemäße Speichervorrichtung umfasst.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung sowie den Beispielen, in denen, gegebenenfalls unter Bezug auf die Figuren, Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Beschriebene und/oder bildlich dargestellte Merkmale bilden für sich oder in beliebiger, sinnvoller Kombination den Gegenstand der Erfindung, gegebenenfalls auch unabhängig von den Ansprüchen, und können insbesondere zusätzlich auch Gegenstand einer oder mehrerer separaten Anmeldung/en sein. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Objekte sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Dabei zeigen:
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1 einen halbschematischen Längsschnitt durch eine Speichervorrichtung nach dem Stand der Technik
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2 einen halbschematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Speichervorrichtung
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3 einen schematischen Längsschnitt durch eine alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Speichervorrichtung
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4 eine halbschematische Aufsicht auf eine erfindungsgemäße Speichervorrichtung
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5 eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugs, das eine erfindungsgemäße Speichervorrichtung umfasst.
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1 zeigt zu Vergleichszwecken eine typische Speichervorrichtung 10 aus dem Stand der Technik, die dementsprechend keinen Gegenstand der Erfindung darstellt. Die gezeigte Speichervorrichtung 10 umfasst einen Speicherbehälter 20 mit zwei Zapfen 26 an der Stirnseite 22 beziehungsweise der Bodenseite 24, die durch Ausnehmungen einer Lagerplatte 35 beziehungsweise einer weiteren Lagerplatte 37 einer Lagervorrichtung 30 geführt sind. Während die Lagerplatte 35 und die weitere Lagerplatte 37 an ihren Kontaktstellen mit der Karosserie 60 beziehungsweise dem Rahmen 60 jeweils ein Festlager 50 bilden, ist der durch die Lagerplatte 35 geführte Zapfen 26 in deren Ausnehmung in Richtung des Doppelpfeils längsverschiebbar, so dass an dieser Stelle ein Loslager 45 gebildet ist, das Längenänderungen des Speicherbehälters 20 zulässt. Sowohl die Lagerplatte 35 als auch die weitere Lagerplatte 37 sind somit starr mit der Karosserie 60 oder dem Rahmen 60 verbunden, während eine Loslagerfunktion nur durch die Längsverschiebbarkeit des zwingend erforderlichen Zapfens 26 innerhalb der Ausnehmung der Lagerplatte 35 realisiert wird. Das Festlager 50 an der Bodenseite 24 des Speicherbehälters 20 wird zusätzlich durch eine Schraubverbindung 70 gesichert, die durch eine gestrichelte Linie mit Raute und Pfeil als Endpunkten symbolisiert ist.
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2 zeigt nun eine erfindungsgemäße Speichervorrichtung 10, die ebenfalls einen Speicherbehälter 20 umfasst. An dessen Bodenseite 24 befindet sich ein Zapfen 26, der in eine Ausnehmung einer weiteren Lagerplatte 37 eingreift, welche zur Lagervorrichtung 30 gehört und unter Bildung eines Festlagers 50 an der Karosserie 60 beziehungsweise dem Rahmen 60 gelagert ist. An der Stirnseite 22 des Speicherbehälters 20 befindet sich ebenfalls ein Zapfen 26, der durch eine Ausnehmung einer Lagerplatte 35 geführt ist, die ebenfalls zur Lagervorrichtung 30 gehört. Im Gegensatz zu der in 1 gezeigten Lösung ist der Zapfen 26 in der in 2 gezeigten erfindungsgemäßen Speichervorrichtung 10 in der Ausnehmung nicht längsverschiebbar, so dass die Lagerplatte 35 unmittelbar an der Stirnseite 22 anliegen kann und der Zapfen 26 mit der Lagerplatte 35 ein Festlager 50 bildet, sodass vorteilhaft Bauraum eingespart werden kann. Die Lagerplatte 35 ist jedoch, wie durch einen Doppelpfeil symbolisiert ist, mittels eines Loslagers 45 der Ausgleichsvorrichtung 40 längsverschiebbar an der Karosserie 60 beziehungsweise dem Rahmen 60 gelagert, so dass auf diese Weise Längenänderungen des Speicherbehälters 20 kompensierbar sind. Details des Loslagers 45, das beispielsweise als Schwalbenschwanzführung realisiert sein kann, sind nicht gezeigt. Eine weitere Befestigung des Speicherbehälters 20 an der Lagerplatte 35 erfolgt durch eine Schraubverbindung 70, die als Strichlinie mit Rauten und Pfeilen als Endpunkten symbolisiert. Auch die Fixierung der weiteren Lagerplatte 37 am Speicherbehälter 20 erfolgt über eine Schraubverbindung 70, die sich optional wie in 2 gezeigt auch bis zur Karosserie 60 beziehungsweise zum Rahmen 60 erstrecken kann.
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3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Speichervorrichtung 10. Diese unterscheidet sich von der in 2 gezeigten Ausführungsform dadurch, dass die Stirnseite 22 des Speicherbehälters 20 keinen Zapfen 26 aufweist. Demensprechend kann zusätzlich Bauraum im Kraftfahrzeug eingespart werden beziehungsweise bei gleichem Bauraum der Speicherbehälter 20 entsprechend größer dimensioniert werden. Eine sichere Befestigung des Speicherbehälters 20 an der Lagerplatte 35 erfolgt durch Schraubverbindungen 70, die als Strichlinien mit Rauten und Pfeilen als Endpunkten symbolisiert sind.
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4 zeigt eine halbschematische Vorderansicht auf eine erfindungsgemäße Speichervorrichtung 10 mit einem Speicherbehälter 20, der einen Zapfen 26 an der Stirnseite 22 aufweist. Die Blickrichtung entspricht dem in 3 gezeigten Doppelpfeil. Die Lagerplatte 35 umfasst zwei miteinander fixierbare Halbschalen 39, die durch zwei Schraubverbindungen 70 miteinander fixiert sind. Der Querschnitt des Speicherbehälters 20 ist durch eine große Kreislinie symbolisiert, die als Punktlinie ausgeführt ist, sofern sie hinter der Ebene der Lagerplatte 35 liegt. Die Lagerplatte 35 beziehungsweise deren entsprechende, unten gezeigte Halbschale 39 weist einen über den Querschnitt des Speicherbehälters 20 überstehenden, in der 4 durch eine waagrechte Strichlinie abgegrenzten Überstand 36 auf, der mit der Karosserie 60 beziehungsweise dem Rahmen 60 ein Loslager 45 bildet, so dass die Lagerplatte 35 längsverschiebbar an der Karosserie 60 beziehungsweise dem Rahmen 60 gelagert ist. Die Verschiebung würde in 4 senkrecht in die Bildebene beziehungsweise aus dieser heraus erfolgen.
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Mögliche Fluidpfade oder Ventilvorrichtungen sind aus Gründen der Übersichtlichkeit in den vorangegangenen Figuren nicht dargestellt. Solche Fluidpfade oder Ventilvorrichtungen könnten beispielsweise im Bereich der Bodenseiten 24 vorliegen, insbesondere in Form einer in den Zapfen 26 einschraubbaren und in 4 nicht näher dargestellten Ventilvorrichtung.
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5 zeigt eine schematische Aufsicht auf ein Kraftfahrzeug 1, das eine erfindungsgemäße Speichervorrichtung 10 umfasst. Angesichts der schematischen Aufsicht stellen die gezeigten Teile keine technischen Details dar, sondern veranschaulichen lediglich beispielhaft deren mögliche Anordnung. Die Speichervorrichtung 10 umfasst einen Speicherbehälter 20, der an einem Ende über eine Lagervorrichtung 30 an einer Stelle der Karosserie 60 des Kraftfahrzeugs 1 fixiert ist. Am gegenüberliegenden Ende umfasst die Lagervorrichtung 30 eine Ausgleichsvorrichtung 40, über die der Speicherbehälter 20, wie durch einen Doppelpfeil symbolisiert, längsverschiebbar gelagert ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftfahrzeug
- 10
- Speichervorrichtung
- 20
- Speicherbehälter
- 22
- Stirnseite des Speicherbehälters
- 24
- Bodenseite des Speicherbehälters
- 26
- Zapfen
- 30
- Lagervorrichtung
- 35
- Lagerplatte
- 36
- Überstand
- 37
- weitere Lagerplatte
- 39
- Halbschale
- 40
- Ausgleichsvorrichtung
- 45
- Loslager
- 50
- Festlager
- 60
- Karosserie oder Rahmen
- 70
- Schraubverbindung
