DE102013018779A1 - Halteanordnung eines Druckgasbehälters an einem Träger für einen Kraftwagen - Google Patents

Halteanordnung eines Druckgasbehälters an einem Träger für einen Kraftwagen Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Halteanordnung (37) wenigstens eines Druckgasbehälters (12) an einem Träger (16) für einen Kraftwagen, bei welcher der Druckgasbehälter (12) an dem Träger (16) gehalten ist, wobei der Druckgasbehälter (12) mit wenigstens einem Ventilelement (22) versehen ist, über welches der Druckgasbehälter (12) an dem Träger (16) gehalten ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Halteanordnung eines Druckgasbehälters an einem Träger für einen Kraftwagen, insbesondere einen Personenkraftwagen, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
  • Eine solche Halteanordnung ist beispielsweise der DE 10 2010 18 093 A1 als bekannt zu entnehmen. Bei dieser Halteanordnung ist der Druckgasbehälter an dem Träger gehalten. Über den Träger kann der Druckgasbehälter an einem Boden des Kraftwagens befestigt werden. Der Druckgasbehälter ist dabei als Kraftstoffbehälter zum Aufnehmen von Druckgas ausgebildet, wobei beispielsweise eine Verbrennungskraftmaschine des Kraftwagens mit dem Druckgas versorgt werden kann.
  • Darüber hinaus ist aus dem allgemeinen Stand der Technik der Einsatz von Druckgasbehältern bekannt, in denen Wasserstoff oder Druckluft gespeichert wird. Dabei wird der Druckgasbehälter über einen Träger am Kraftwagen gehalten. Dadurch ist es beispielsweise auf einfache Weise möglich, den Druckgasbehälter auszutauschen. Üblicherweise wird für eine solche Halterung eines Druckgasbehälters über den Träger an einem Kraftwagen eine sehr hohe Teileanzahl benötigt, da insbesondere Verstärkungen vorgesehen werden müssen. Daraus resultieren ein hohes Gewicht sowie hohe Kosten.
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Halteanordnung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass sich eine verbesserte Halterung des Druckgasbehälters realisieren lässt.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Halteanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
  • Um eine Halteanordnung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, mittels welcher sich eine verbesserte Halterung des Druckgasbehälters realisieren lässt, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Druckgasbehälter mit wenigstens einem Ventilelement versehen ist, über welches der Druckgasbehälter an dem Träger gehalten ist. Das Ventilelement dient beispielsweise zum Einstellen, insbesondere zum Begrenzen, eines in dem Druckgasbehälter herrschenden Drucks. Dabei ist das Ventilelement beispielsweise als Sicherheitsventil ausgebildet. Überschreitet der im Druckgasbehälter herrschende Druck einen vorgebbaren Schwellenwert, so wird mittels des Sicherheitsventils wenigstens eine Abströmöffnung freigegeben, so dass in dem Druckgasbehälter gespeichertes Gas über diese Abströmöffnung aus dem Druckgasbehälter ausströmen kann. Hierdurch kann vermieden werden, dass in dem Druckgasbehälter Drücke entstehen, die zu einem Bersten des Druckgasbehälters führen könnten.
  • Bei der erfindungsgemäßen Halteanordnung erfüllt das Sicherheitsventil eine Doppelfunktion. Einerseits dient das Sicherheitsventil beziehungsweise das Ventilelement zum Einstellen beziehungsweise Begrenzen des in dem Druckgasbehälter herrschenden Drucks. Andererseits dient das Ventilelement zum Halten, das heißt zum Befestigen des Druckgasbehälters am Träger. Hierdurch ist eine Funktionsintegration geschaffen, so dass der Druckgasbehälter mit einer nur sehr geringen Teileanzahl und somit gewichts- und kostengünstig am Träger und über diesen am Kraftwagen befestigt werden kann.
  • Zur Realisierung einer besonders stabilen Halterung des Druckgasbehälters ist es bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass das Ventilelement ein Gehäuse umfasst, über welches der Druckgasbehälter an dem Träger gehalten ist. Durch die Halterung des Druckgasbehälters am Träger können zusätzliche, am Träger vorzusehende Verstärkungen zum Schutz des Sicherheitsventils beziehungsweise des Ventilelements vermieden werden. Dadurch können die Teileanzahl, das Gewicht und die Kosten besonders gering gehalten werden.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
  • 1 bis 3 dienen dabei zur Erläuterung des Hintergrunds der Erfindung.
  • Die Zeichnung zeigt in:
  • 1 eine schematische Seitenansicht einer Halteanordnung von zwei Druckgasbehältern an einem Träger, über den die Druckgasbehälter zumindest mittelbar an einem Aufbau eines Kraftwagens befestigbar sind;
  • 2 ausschnittsweise eine schematische Perspektivansicht der Halteanordnung gemäß 1;
  • 3 eine schematische Perspektivansicht der Halteanordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform;
  • 4 eine schematische Seitenansicht einer Halteanordnung wenigstens eines Druckgasbehälters an einem Träger, bei welcher der Druckgasbehälter mit wenigstens einem Ventilelement versehen ist, über welches der Druckgasbehälter an dem Träger gehalten ist und
  • 5 eine schematische Vorderansicht der Halteanordnung gemäß 4.
  • In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
  • 1 und 2 zeigen ein im Ganzen mit 10 bezeichnete Halteanordnung zweier Druckgasbehälter 12, 14 an einem Träger in Form eines Trägerrahmens 16. Über den aus einem metallischen Werkstoff gebildeten Trägerrahmen 16 werden die Druckgasbehälter 12, 14 an einem Kraftwagen, insbesondere einem Personenkraftwagen, befestigt. Beispielsweise wird hierzu der Trägerrahmen 16 an einem aus 1 und 2 ausschnittsweise erkennbaren Boden 18 des Personenkraftwagens befestigt.
  • Bei den Druckgasbehältern 12, 14 handelt es sich beispielsweise um Kraftstoffbehälter, in welchen ein gasförmiger Kraftstoff gespeichert wird. Der gasförmige Kraftstoff kann dabei in den Druckgasbehältern 12, 14 zumindest teilweise in flüssigem Zustand gespeichert werden. Der Personenkraftwagen umfasst beispielsweise eine Verbrennungskraftmaschine, die in ihrem gefeuerten Betrieb mit dem gasförmigen Kraftstoff versorgt wird. Hierzu wird der gasförmige Kraftstoff aus den Druckgasbehältern 12, 14 abgeführt und in Gasform in wenigstens einen Brennraum der Verbrennungskraftmaschine eingeblasen. Bei diesem Kraftstoff kann es sich beispielsweise um Erdgas handeln. Alternativ können die Druckgasbehälter 12, 14 zum Speichern von Wasserstoff verwendet werden, wobei der Personenkraftwagen mittels des Wasserstoffs angetrieben wird. Ferner ist es möglich, dass die Druckgasbehälter 12, 14 zum Speichern von Druckluft verwendet werden, mit deren Druckluftsystem des Personenkraftwagens versorgt wird. Gemäß 1 und 2 sind die Druckgasbehälter 12, 14 aus einem metallischen Werkstoff gebildet.
  • Zur Befestigung der Druckgasbehälter 12, 14 werden Befestigungselemente in Form von Spannbändern 20 verwendet. Die Spannbänder 20 können aus einem metallischen Werkstoff gebildet sein. Die Druckgasbehälter 12, 14 sind jeweils mit einem Ventilelement in Form eines Sicherheitsventils 22 versehen. Mittels des jeweiligen Sicherheitsventils 22 wird ein in dem jeweiligen Druckgasbehälter 12, 14 herrschender Druck begrenzt. Das jeweilige Sicherheitsventil 22 umfasst ein Gehäuse 24, mittels welchem das Sicherheitsventil 22 am entsprechenden Druckgasbehälter 12, 14 befestigt ist.
  • Das jeweilige Sicherheitsventil 22 umfasst auch ein Magnetventil 26 mit einer elektrischen Spule zum Bewegen eines Ventilelements des Magnetventils 26. Mittels der elektrischen Spule kann das Ventilelement zum Verschließen und Freigeben einer Abströmöffnung und somit zum Schließen und Öffnen des jeweiligen Druckgasbehälters 12, 14 elektrisch Bewegt werden. Wird beispielsweise ein Unfall bzw. eine unfallbedingte Kraftbeaufschlagung der Druckgasbehälter 12, 14 erfasst, so wird das Ventilelement des Magnetventils 26 mittels der elektrischen Spule geschlossen. Mit anderen Worten fällt dann das Magnetventil 26 zu.
  • Das jeweilige Sicherheitsventil 22 umfasst ferner ein Überdruckventil, welches beispielsweise eine Berstscheibe umfasst. Übersteigt der im jeweiligen Druckgasbehälter 12, 14 einen vorgebbaren Schwellenwert, so gibt das Überdruckventil, beispielsweise durch Bersten der Berstscheibe, wenigstens eine Abströmöffnung frei, um ein weiteres Ansteigen des Drucks zu vermeiden.
  • Das jeweilige Sicherheitsventil 22 umfasst auch ein thermisches Überdruckventil 28, welches auch als thermische Sicherung bezeichnet wird. Mittels des Überdruckventils 28 kann beispielsweise ein thermisch bedingter Druckanstieg begrenzt werden. Übersteigt eine Temperatur des jeweiligen Druckgasbehälters 12, 14 einen vorgebbaren Schwellenwert, so gibt das Überdruckventil 28 wenigstens eine Abströmöffnung frei. Hierzu umfasst das Überdruckventil 28 beispielsweise wenigstens ein Sicherungselement, welches bei Überschreiten des Schwellenwerts versagt, insbesondere schmilzt oder platzt, so dass die Abströmöffnung freigegeben wird und das Gas ausströmen kann.
  • Ferner kann das jeweilige Sicherheitsventil 22 einen Durchflussbegrenzer umfassen. Reißt beispielsweise eine Leitung 30 zum Führen des Gases ab und strömt dadurch Gas aus dem jeweiligen Druckgasbehälter 12, 14 mit einer Geschwindigkeit bzw. einem Volumen- und/oder Massenstrom aus, welche bzw. welcher einen vorgebbaren Schwellenwert überschreitet, so schließt der Durchflussbegrenzer den Druckgasbehälter 12, 14 zumindest teilweise und begrenzt beispielsweise den Volumenstrom des Gases.
  • Wie aus 1 und 2 erkennbar ist, ist sowohl das Magnetventil 26 als auch das thermische Überdruckventil 28 an dem jeweiligen Gehäuse 24 befestigt und über das Gehäuse 24 an dem jeweiligen Druckgasbehälter 12, 14 gehalten. Die aus 1 und 2 erkennbaren Leitungen sind beispielsweise aus einem metallischen Werkstoff gebildet. Aus 1 und 2 ist erkennbar, dass das Magnetventil 26 und das Überdruckventil 28 somit ausladend befestigte Bauteile, welche insbesondere bei einem Unfall zu schützen sind.
  • 3 zeigt die Halteanordnung 10 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Bei der zweiten Ausführungsform sind die Druckgasbehälter 12, 14 nun nicht aus einem metallischen Werkstoff, sondern aus einem Kompositwerkstoff gebildet. Dabei sind die Druckgasbehälter 12, 14 beispielsweise jeweils aus einem faserverstärktem Kunststoff, beispielsweise aus einem kohlefaserverstärkten Kunststoff oder einem glasfaserverstärkten Kunststoff gebildet. Vor allem bei Druckgasbehältern, die aus einem Kompositwerkstoff gebildet sind, treten beim Befüllen der Druckgasbehälter 12, 14 thermisch bedingte Längenveränderungen, insbesondere Längenzunahmen auf. Diese Längenveränderungen werden mittels Loslager, insbesondere Gleitlager, ausgeglichen. Dies bedeutet, dass der jeweilige Druckgasbehälter 12, 14 gemäß 3 über wenigstens ein Loslager, insbesondere Gleitlager, am Trägerrahmen 16 gelagert ist. Hierdurch kann sich der jeweilige Druckgasbehälter 12, 14 bei einer Längenänderung relativ zum Trägerrahmen 16 bewegen, ohne dass es zu Verspannungen des Druckgasbehälters 12, 14 kommt.
  • Das Loslager lässt nämlich translatorische Verschiebungen des Druckgasbehälters 12, 14 relativ zum Trägerrahmen 16 zu. Die Lagerung der Druckgasbehälter 12, 14 über das jeweilige Loslager erfolgt an einer jeweiligen, ersten Lagerstelle. Zusätzlich zu dieser jeweiligen ersten Lagerstelle ist eine jeweils von der ersten Lagerstelle beabstandet angeordnete, zweite Lagerstelle 32 vorgesehen, an welcher der jeweilige Druckgasbehälter 12, 14 gemäß 3 am Trägerrahmen 16 befestigt ist. An der jeweiligen zweiten Lagerstelle 32 ist ein Festlager vorgesehen. Mittels des Festlagers ist der jeweilige Druckgasbehälter 12, 14 fest am Trägerrahmen 16 gehalten.
  • Als Festlager ist gemäß 3 ein sogenanntes Neckholder-Lager vorgesehen. Das jeweilige Festlager umfasst jeweils wenigstens zwei Lagerteile 34, 36, welche einen jeweiligen korrespondierenden Hals des Druckgasbehälters 12, 14 umgreifen. Dadurch ist der jeweilige Druckgasbehälter 12, 14 fest am Trägerrahmen 16 gehalten. Auch bei der Halteanordnung 10 gemäß 3 ist der jeweilige Druckgasbehälter 12, 14 mit einem Sicherheitsventil 22 zum Begrenzen des in dem jeweiligen Druckgasbehälter 12, 14 herrschenden Drucks versehen.
  • Üblicherweise werden zum Schutz von Anbauteilen des jeweiligen Sicherheitsventils 22 zusätzliche Verstärkungen an dem Trägerrahmen 16 vorgesehen. Bei diesen zu schützenden Anbauteilen handelt es sich beispielsweise um das Magnetventil 26 und das thermische Überdruckventil 28, die am Gehäuse 24 gehalten sind. Das Vorsehen derartiger Verstärkungen führt zu einer sehr hohen Teileanzahl und somit zu einem hohen Gewicht und hohen Kosten der Halteanordnung 10.
  • Anhand von 4 und 5 ist nun eine Halteanordnung 37 wenigstens eines Druckgasbehälters 12 an einem korrespondierenden Träger in Form eines Trägerrahmens 16 vorgesehen, bei welchem eine besonders einfache Halterung des Druckgasbehälters 12 mit einer nur sehr geringen Teileanzahl realisierbar ist.
  • An einer ersten Stelle 38 des Druckgasbehälters 12 gemäß 4 ist der Druckgasbehälter 12 beispielsweise über ein Loslager 40 am Trägerrahmen 16 gelagert. Das Loslager 40 ist beispielsweise als Gleitlager ausgebildet und lässt die im Zusammenhang mit 3 geschilderten Längenänderungen des Druckgasbehälters 12 zu, ohne dass es zu Verspannungen des Druckgasbehälters 12 kommt. Alternativ dazu ist der Druckgasbehälter 12 an einer Stelle 42 des Druckgasbehälters 12 mittels eines Spannbandes 44 am Trägerrahmen 16 gehalten.
  • Aus 4 und 5 ist erkennbar, dass der Druckgasbehälter 12 mit einem Sicherheitsventil 22 versehen ist. Wie bereits zu den Sicherheitsventilen 22 gemäß 1 bis 3 geschildert, umfasst auch das Sicherheitsventil 22 gemäß 4 und 5 ein Gehäuse 24, über das das Sicherheitsventil 22 am Druckgasbehälter 12 gehalten ist. Am Gehäuse 24 sind Anbauteile in Form eines thermischen Überdruckventils 28 und eines Magnetventils 26 des Sicherheitsventils 22 gehalten.
  • Bei der Halteanordnung 37 ist es dabei vorgesehen, dass der Druckgasbehälter 12 über das Sicherheitsventil 22 am Trägerrahmen 16 gehalten ist. Hierbei erfolgt die Halterung des Druckgasbehälters 12 am Trägerrahmen 16 über das Gehäuse 24. Wie besonders gut aus 4 und 5 zu erkenn ist, ist an dem Sicherheitsventil 22, vorliegend an dem Gehäuse 24 ein Halter 48 vorgesehen. Der Halter 48 und das Gehäuse 24 können als separat voneinander ausgebildete und miteinander verbundene Bauteile ausgebildet sein. Hierbei ist der Halter 48 beispielsweise mit dem Gehäuse 24 verschraubt. Vorzugsweise ist es dabei vorgesehen, dass der Halter 48 und das Gehäuse 24 reversibel lösbar miteinander verbunden sind. Hierdurch kann der Halter 48 bedarfsweise am Gehäuse 24 befestigt werden, oder das Gehäuse 24 beziehungsweise das Sicherheitsventil 22 könnte auch ohne den Halter 48 verbaut werden. Alternativ dazu ist es möglich, dass der Halter 48 mit dem Gehäuse 24 einstückig ausgebildet ist. Über den Halter 48 kann eine besonders stabile und feste Halterung des Druckgasbehälters 12 über das Sicherheitsventil 22 am Trägerrahmen 16 erfolgen. Bei der Halteanordnung 37 erfüllt das Sicherheitsventil 22 eine Doppelfunktion. Einerseits dient es zum Begrenzen des im Druckgasbehälter 12 herrschenden Drucks. Andererseits dient es zum Halten des Druckgasbehälters 12 am Trägerrahmen 16. Durch diese Funktionsintegration können die Teileanzahl, das Gewicht und die Kosten der Halteanordnung 37 besonders gering gehalten werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Halteanordnung
    12
    Druckgasbehälter
    14
    Druckgasbehälter
    16
    Trägerrahmen
    18
    Boden
    20
    Spannband
    22
    Sicherheitsventil
    24
    Gehäuse
    26
    Magnetventil
    28
    thermisches Überdruckventil
    30
    Leitung
    32
    Festlager
    34
    Lagerteil
    36
    Lagerteil
    37
    Halteanordnung
    38
    Stelle
    40
    Loslager
    42
    Stelle
    44
    Spannband
    46
    Stelle
    48
    Halter
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 10201018093 A1 [0002]

Claims (6)

  1. Halteanordnung (37) wenigstens eines Druckgasbehälters (12) an einem Träger (16) für einen Kraftwagen, bei welcher der Druckgasbehälter (12) an dem Träger (16) gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckgasbehälter (12) mit wenigstens einem Ventilelement (22) versehen ist, über welches der Druckgasbehälter (12) an dem Träger (16) gehalten ist.
  2. Halteanordnung (37) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (22) ein Gehäuse (24) umfasst, über welches der Druckgasbehälter (12) an dem Träger (16) gehalten ist.
  3. Halteanordnung (37) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Ventilelement (22) ein Halter (48) vorgesehen ist, über welchen der Druckgasbehälter (12) am Träger (16) gehalten ist.
  4. Halteanordnung (37) nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Halter (48) und das Gehäuse (24) einstückig miteinander ausgebildet sind.
  5. Halteanordnung (37) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckgasbehälter (12) mittels wenigstens eines Spannbands (44) an dem Träger (16) befestigt ist.
  6. Halteanordnung (37) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckgasbehälter (12) über wenigstens ein Loslager (40), insbesondere ein Gleitlager, an dem Träger (16) gelagert ist.
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