DE102013012287A1

DE102013012287A1 - Speicherbehälteranordnung für ein Fahrzeug mit einem ein Medium, insbesondere einen Betriebsstoff speichernden Speicherbehälter

Info

Publication number: DE102013012287A1
Application number: DE102013012287.2A
Authority: DE
Inventors: Dennis Decker; Sebastian Enderle; Daniel Werum
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2013-07-24
Filing date: 2013-07-24
Publication date: 2015-01-29
Anticipated expiration: 2033-07-25
Also published as: DE102013012287B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Speicherbehälteranordnung (1) für ein Fahrzeug (10) mit einem ein Medium, insbesondere einen Betriebsstoff speichernden Speicherbehälter (2), wobei der Speicherbehälter (2) mittels einem lasttragenden Verbindungsmittel mit Strukturelementen (12.1, 12.2) der Fahrzeugkarosserie (10.1) des Fahrzeugs (10) verbunden ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das lasttragende Verbindungsmittel als den Speicherbehälter (2) vollständig umschließender Karosserieträger (3) ausgebildet ist, der Karosserieträger (3) in Schalenbauweise ausgeführt ist und Schalenelemente (3.1, 3.2) aufweist, die im zusammengesetzten Zustand einen Hohlraum (4) zur Aufnahme des Speicherbehälters (2) bilden und die Innenwandung (3.11, 3.21) der zusammengesetzten Schalenelemente (3.1, 3.2) mit der Außenwandung (2.1) des Speicherbehälters (2) mittels einer Verstärkungsstruktur (5) kraftschlüssig verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Speicherbehälteranordnung für ein Fahrzeug mit einem ein Medium, insbesondere einen Betriebsstoff speichernden Speicherbehälter gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Speicherbehälteranordnung.
Fahrzeuge mit alternativen Kraftstoffen (bspw. Wasserstoff, flüssiges Erdgas, Propan etc.) sind zur Speicherung dieser Kraftstoffe mit Speicherbehältern, wie bspw. Gasflaschen ausgerüstet. In der Regel werden solche Speicherbehälter im Bereich eines Hinterwagens des Fahrzeugs angeordnet, wo sie bspw. von einem von Längs- und Querträger gebildeten Rahmen aufgenommen werden, wie dies bspw. in der DE 10 2010 040 668 A1 beschrieben ist. Eine solche Speicherbehälteranordnung ist unter den Gesichtspunkten Herstellungskosten und Fahrzeuggewicht nicht optimal.
Aus der DE 10 2011 114 213 A1 ist eine gattungsbildende Speicherbehälteranordnung mit einem Druckbehälter als Wasserstoff speichernder Speicherbehälter für ein brennstoffzellenbetriebenes Fahrzeug bekannt. Hierbei soll dieser Druckbehälter so in die Fahrzeugkarosserie des Fahrzeugs integriert werden, dass der Speicherbehälter die Lasttragfähigkeit und die Steifigkeit des Fahrzeugs steigert. Diese bekannte Speicherbehälteranordnung besteht aus dem Speicherbehälter sowie Laschen und lasttragenden Kraftübertragungselementen in Form von Mänteln und Klemmringen, die mit der Fahrzeugkarosserie des Fahrzeugs verbunden sind. Diese Mäntel sind als an die äußere Rundung des Speicherbehälters angepasste Flächenelemente ausgebildet, die einenends mittels den Klemmringen mit dem Speicherbehälter verbunden sind und andernends eine strukturfeste Verbindung mit der Fahrzeugkarosserie herstellen. Mit solchen lastübertragenden Mänteln als Verbindungsmittel zwischen dem Speicherbehälter und der Fahrzeugkarosserie sollen zum einen die von dem Speicherbehälter stammenden Drucklasten des Wasserstoffs sowie zum anderen die externen Lasten, die über die Fahrzeugkarosserie auf die Mäntel übertragen werden, zwischen der Speicherbehälteranordnung und einer lasttragenden Struktur der Fahrzeugkarosserie übertragen werden. Bei dieser bekannten Speicherbehälteranordnung können der Speicherbehälter als auch die als Mäntel ausgebildeten Verbindungsmittel aus Metall oder einem Verbundwerkstoff, wie bspw. einem faserverstärkten Verbundwerkstoffe hergestellt sein.
Des Weiteren beschreibt die DE 10 2011 051 436 A1 eine Speicherbehälteranordnung, welche ein als Druckspeicher ausgebildetes Strukturelement umfasst, welches mit einer lasttragenden Struktur einer Fahrzeugkarosserie eines Fahrzeugs verbunden ist. Dieser Druckspeicher als Strukturelement weist an einander gegenüberliegenden Endbereichen Verbindungselemente zur Verbindung des Druckspeichers mit Längs- und/oder Querträgern der Fahrzeugkarosserie auf, so dass die Wandung des Druckspeichers zwischen den beiden Verbindungselementen einen kraftübertragenden Abschnitt der Speicherbehälteranordnung bildet. Damit trägt der Druckspeicher zur Versteifung der Speicherbehälteranordnung bei und somit auch zur Versteifung der tragenden Struktur des Fahrzeugs, an welchem die Speicherbehälteranordnung angebunden ist.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung eine Speicherbehälteranordnung der eingangs genannten Art mit verbesserten Eigenschaften zu schaffen, so dass mit einer solchen Speicherbehälteranordnung eine gewichtsoptimierte Karosseriestruktur aufgebaut werden kann und der Speicherbehälter zur Strukturstabilität der Fahrzeugkarosserie beiträgt.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Speicherbehälteranordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Eine solche Speicherbehälteranordnung für ein Fahrzeug mit einem ein Medium, insbesondere einen Betriebsstoff speichernden Speicherbehälter, wobei der Speicherbehälter mittels eines lasttragenden Verbindungsmittels mit Strukturelementen der Fahrzeugkarosserie des Fahrzeugs verbunden ist, zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass

– das lasttragende Verbindungsmittel als den Speicherbehälter vollständig umschließender Karosserieträger ausgebildet ist,
– der Karosserieträger unter Bildung eines Hohlraumes zur Aufnahme des Speicherbehälters in Karosseriebauweise ausgeführt ist, und
– der Hohlraum mit einer mit dem Speicherbehälter kraftschlüssig verbundenen Verstärkungsstruktur des Karosserieträgers durchsetzt ist.

Mit dieser erfindungsgemäßen Speicherbehälteranordnung wird ein Karosserieträger, vorzugsweise ein Längs- oder Querträger geschaffen, welcher in Karosseriebauweise aufgebaut ist und im Inneren einen Speicherbehälter aufweist. Auch bei dieser Speicherbehälteranordnung werden in die Fahrzeugkarosserie eingeleitete Kräfte, bspw. Crashlasten über den Karosserieträger und dessen Verstärkungsstruktur in den Speicherbehälter eingeleitet und trägt damit zur Strukturstabilität der Fahrzeugkarosserie bei. Da dieser Speicherbehälter zur Strukturstabilität der Fahrzeugkarosserie beiträgt, kann die Struktur der Fahrzeugkarosserie gewichtsoptimal ausgelegt werden.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Karosserieträger in Schalenbauweise ausgeführt ist und Schalenelemente aufweist, die im zusammengesetzten Zustand den Hohlraum zur Aufnahme des Speicherbehälters bilden und die Innenwandung der zusammengesetzten Schalenelemente mit der Außenwandung des Speicherbehälters mittels der Verstärkungsstruktur kraftschlüssig verbunden ist.
Mit einer solchen Schalenbauweise lässt sich der Karosserieträger in konstruktiv einfacher Weise und damit auch kostengünstig herstellen.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Verstärkungsstruktur als Versteifungsrippenstruktur ausgebildet. Damit wird eine gute Kraftanbindung des Speicherbehälters an die Schalenelemente erreicht. Alternativ kann weiterbildungsgemäß als Verstärkungsstruktur auch eine Sandwichstruktur realisiert werden. Schließlich kann auch eine Sandwichstruktur mit einer Versteifungsrippenstruktur kombiniert werden.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Hohlraum zwischen der Innenwandung der Schalenelemente und der Außenwandung des Speicherbehälters mit Kunststoffmaterial, bspw. mit Polyurethan-Schaumstoff ausgeschäumt. So kann bspw. in einem Crashfall durch den den Speicherbehälter umgebenden Schaumstoff der Speicherbehälter vor scharfkantigen Gegenständen geschützt werden.
Hinsichtlich der Erzielung einer hohen Gewichtsreduktion ist es vorteilhaft, wenn weiterbildungsgemäß die Schalenelemente und die Verstärkungsstruktur aus einem faserverstärkten Kunststoff hergestellt sind. Hierzu ist vorzugsweise jedes Schalenelement zusammen mit einer Verstärkungsstruktur einstückig hergestellt.
Die erfindungsgemäße Speicherbehälteranordnung ist geeignet zur Verwendung in einem Fahrzeug, insbesondere einem Kraftfahrzeug.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren ausführlich beschrieben. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung in einer Seitenschnittansicht auf einen Hinterwagen eines Fahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen Speicherbehälteranordnung, und
2 eine schematische Darstellung in einer Draufsicht auf den Hinterwagen des Fahrzeugs gemäß Schnitt I-I nach 1.
Die 1 und 2 zeigen den hinteren Bereich eines Fahrzeugs 10 mit einem Hinterwagen 11 der Fahrzeugkarosserie 10.1 des Fahrzeugs 10. Unterhalb eines Ladebodens 13.1 des Laderaums 13 des Fahrzeugs 10 befindet sich eine erfindungsgemäße Speicherbehälteranordnung 1.
Diese Speicherbehälteranordnung 1 besteht aus einem Querträger 3 als Karosserieträger und setzt sich aus zwei Schalenelementen 3.1 und 3.2 zusammen, die einen Hohlraum 4 zur Aufnahme eines Speicherbehälters 2, bspw. einer Gasflasche bilden. Diese Gasflasche 2 weist eine zylinderförmige Form mit gewölbten Stirnseiten auf und ist in Fahrzeugquerrichtung (y-Richtung) ausgerichtet. Dieser Querträger 3 ist derart aufgebaut, dass in Fahrtrichtung (x-Richtung) gesehen vor der Gasflasche 2 das Schalenelement 3.1 und hinter der Gasflasche 2 das Schalenelement 3.2 angeordnet ist.
Die beiden Schalenelemente 3.1 und 3.2 weisen jeweils auf ihrer Innenwandung 3.11 und 3.21 jeweils eine Verstärkungsstruktur 5.1 und 5.2 auf (in den 1 und 2 als schraffierte Fläche dargestellt), so dass im gefügten Zustand der beiden Schalenelemente 3.1 und 3.2 zur Bildung des Querträgers 3 diese beiden Verstärkungsstrukturen 5.1 und 5.2 zwischen der Außenwandung 2.1 der Gasflasche 2 und den Innenwandungen 3.11 und 3.21 der beiden Schalenelemente 3.1 und 3.2 eine gemeinsame Verstärkungsstruktur 5 bilden, wobei diese Verstärkungsstrukturen 5.1 und 5.2 kraftschlüssig an der Außenwand 2.1 der Gasflasche 2 anliegen.
Diese Schalenelemente 3.1 und 3.2 sind jeweils zusammen mit den Verstärkungsstrukturen 5.1 und 5.2 einstückig aus einem faserverstärkten Kunststoff hergestellt. Zur Montage der Speicherbehälteranordnung 1 werden die beiden Schalenelemente 3.1 und 3.2 unter Aufnahme der Gasflasche 2 durch Schweißen oder durch eine mechanische Verbindung, bspw. eine Schraubverbindung zusammengefügt.
Die Verstärkungsstrukturen 5.1 und 5.2 können jeweils als Versteifungsrippenstruktur mit fachwerkartig zusammengesetzten Streben realisiert werden. Auch ist es möglich, diese Verstärkungsstrukturen 5.1 und 5.2 als Sandwichstruktur auszubilden. Schließlich kann eine solche Sandwichstruktur auch mit einer Versteifungsrippenstruktur kombiniert werden.
Der Teilraum 4.1 des Hohlraum 4 zwischen der Innenwandung 3.11 und 3.21 der beiden Schalenelemente 3.1 und 3.2 und der Außenwandung 2.1 der Gasflasche 2 kann mit Kunststoffmaterial, bspw. mit Polyurethan-Schaumstoff ausgeschäumt werden, um so in einem Crashfall durch den die Gasflasche 2 umgebenden Schaumstoff dieselbe vor scharfkantigen Gegenständen schützen.
Die bei einem solchen Crash, bspw. einem Heckcrash auftretenden Kräfte werden entsprechend des Pfeils P1 in die Fahrzeugkarosserie 10.1 eingeleitet und entsprechend den Pfeilen P2 in das Schalenelement 3.2 und weiter flächig in die Gasflasche 2 eingeleitet und anschließend über das Schalenelement 3.1 entsprechend den Pfeilen P3 in der Bodenstruktur 12 der Fahrzeugkarosserie bzw. in entsprechenden Strukturelemente 12.1 und 12.2 verteilt. Somit trägt die Gasflasche 2 zur Strukturstabilität der Fahrzeugkarosserie 10.1 bei, so dass infolgedessen die Karosseriestruktur der Fahrzeugkarosserie 10.1 gewichtsoptimal ausgelegt werden kann.
In dem oben erläuterten Ausführungsbeispiel gemäß den 1 und 2 ist die Speicherbehälteranordnung 1 als Querträger 3 des Hinterwagens 11 einer Fahrzeugkarosserie 10.1 dargestellt. Ein solcher Querträger 3 kann auch an anderer Stelle der Fahrzeugkarosserie 10.1, bspw. im Bereich des Vorderwagens oder der Fahrgastzelle eingesetzt werden. Schließlich kann ein solcher einen Speicherbehälter 2 aufnehmender Karosserieträger 3 auch als Längsträger der Fahrzeugkarosserie 10.1 verwendet werden.
Ferner ist in dem oben erläuterten Ausführungsbeispiel der Karosserieträger 3 der erfindungsgemäßen Speicherbehälteranordnung 1 in Schalenbauweise ausgeführt. Daneben lassen sich auch andere Karosseriebauweisen zur Herstellung der erfindungsgemäßen Speicherbehälteranordnung 1 verwenden, wie bspw. die Space-Frame-Bauweise, wie sie von der Anmelderin entwickelt und eingesetzt wird, die FVK-Bauweise integral oder die FVK-Bauweise differenzial usw.
Bezugszeichenliste

1: Speicherbehälteranordnung
2: Speicherbehälter
3: Karosserieträger, Querträger
3.1: Schalenelement des Karosserieträgers 3
3.11: Innenwandung des Schalenelementes 3.1
3.2: Schalenelement des Karosserieträgers 3
3.21: Innenwandung des Schalenelementes 3.2
4: Hohlraum des Karosserieträger 3
4.1: Teilraum des Hohlraum es 4
5: Verstärkungsstruktur des Karosserieträgers 3
5.1: Verstärkungsstruktur des Schalenelementes 3.1
5.2: Verstärkungsstruktur des Schalenelementes 3.2
10: Fahrzeug
10.1: Fahrzeugkarosserie des Fahrzeugs 10
11: Hinterwagen des Fahrzeugs 10
12: Bodenstruktur des Fahrzeugs 10
12.1: Längsträger der Bodenstruktur 12
12.2: Längsträger der Bodenstruktur 12
13: Laderaum des Fahrzeugs 10
13.1: Laderaumboden des Laderaums 13

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102010040668 A1 [0002]
DE 102011114213 A1 [0003]
DE 102011051436 A1 [0004]

Claims

Speicherbehälteranordnung (1) für ein Fahrzeug (10) mit einem ein Medium, insbesondere einen Betriebsstoff speichernden Speicherbehälter (2), wobei der Speicherbehälter (2) mittels einem lasttragenden Verbindungsmittel mit Strukturelementen (12.1, 12.2) der Fahrzeugkarosserie (10.1) des Fahrzeugs (10) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass – das lasttragende Verbindungsmittel als den Speicherbehälter (2) umschließender Karosserieträger (3) ausgebildet ist, – der Karosserieträger (3) unter Bildung eines Hohlraumes (4) zur Aufnahme des Speicherbehälters (2) in Karosseriebauweise ausgeführt ist, und – der Hohlraum (4) mit einer mit dem Speicherbehälter (2) kraftschlüssig verbundenen Verstärkungsstruktur (5) des Karosserieträgers (3) durchsetzt ist.
Speicherbehälteranordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – der Karosserieträger (3) in Schalenbauweise ausgeführt ist und Schalenelemente (3.1, 3.2) aufweist, die im zusammengesetzten Zustand den Hohlraum (4) zur Aufnahme des Speicherbehälters (2) bilden, und – die Innenwandung (3.11, 3.21) der zusammengesetzten Schalenelemente (3.1, 3.2) mit der Außenwandung (2.1) des Speicherbehälters (2) mittels der Verstärkungsstruktur (5) kraftschlüssig verbunden ist.
Speicherbehälteranordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsstruktur (5) als Versteifungsrippenstruktur ausgebildet ist.
Speicherbehälteranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsstruktur (5) als Sandwichstruktur ausgebildet ist.
Speicherbehälteranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (4.1) zwischen der Innenwandung (3.11, 3.21) der Schalenelemente (3.1, 3.2) und der Außenwandung (2.1) des Speicherbehälters (2) mit Kunststoffmaterial (Polyurethan-Schaumstoff) befüllt ist.
Speicherbehälteranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalenelemente (3.1, 3.2) und die Verstärkungsstruktur (5) aus einem faserverstärkten Kunststoff hergestellt sind.
Speicherbehälteranordnung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Schalenelement (3.1, 3.2) zusammen mit der Verstärkungsstruktur (5) einstückig hergestellt ist.
Speicherbehälteranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Karosserieträger (3) als Längs- oder als Querträger der Fahrzeugkarosserie (10.1) des Fahrzeugs (10) ausgebildet ist.
Fahrzeug (10) mit einer Speicherbehälteranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.