DE102014217515A1

DE102014217515A1 - Vorrichtung zum Schutz eines Hochdruckgasbehälters eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102014217515A1
Application number: DE102014217515.1A
Authority: DE
Inventors: Christophe Schwartz
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2014-09-02
Filing date: 2014-09-02
Publication date: 2016-03-03
Anticipated expiration: 2034-09-03
Also published as: CN106574742B; DE102014217515B4; WO2016034475A1; CN106574742A; US20170167662A1; US10900613B2

Abstract

Vorrichtung zum Schutz eines Hochdruckgasbehälters 10 eines Kraftfahrzeugs, umfassend mindestens ein Wärmeleitblech 20 und eine thermische Auslöseeinheit 30. Das Wärmeleitblech 20 weist einen distalen Bereich D und einem proximalen Bereich P auf. Der proximale Bereich P ist unmittelbar benachbart zur thermischen Auslöseeinheit 30 angeordnet und der distale Bereich D ist beabstandet zur thermischen Auslöseeinheit 30 angeordnet. Das Wärmeleitblech 20 kann vom distalen Bereich D zum proximalen Bereich P hin und/oder im proximalen Bereich P selbst verjüngend geformt sein und/oder das Wärmeleitblech 20 kann wärmeleitende Fasern 22 umfassen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schutz eines Hochdruckgasbehälters eines Kraftfahrzeugs. Hochdruckgasbehälter, welche allgemein auch Composit-Behälter, Verbundwerkstoffbehälter oder Faserverbundbehälter genannt werden, umfassen in der Regel ganz oder teilweise faserverstärkte Materialschichten, die einen Liner umgeben. Der Liner ist oft aus Aluminium oder Stahl gebildet und beherbergt die komprimierten Gase, wie bspw. Druckluft, Sauerstoff, Methan, Wasserstoff, Kohlensäure etc. Auch Kunststoffliner (Vollcomposite-Behälter) sind bekannt. Solche Hochdruckgasbehälter werden beispielsweise in Fahrzeuge eingesetzt, die mit komprimiertem Erdgas, oft als compressed natural gas (CNG) bezeichnet, oder mit Wasserstoff betrieben werden. Zu den Hochdruckgasbehältern zählen hier ebenfalls Kryodruckbehälter.
Beim Einsatz solcher Hochdruckgasbehälter besteht das Risiko, dass dessen Struktur durch Hitzeeinwirkung geschwächt wird. Aus dem Stand der Technik bekannt ist der Einsatz von Sicherheitsventilen, sog. thermal pressure release devices (TPRD). Diese Sicherheitsventile dienen dem Brandschutz. Die Ausgestaltung der Sicherheitsventile bzw. Brandschutzventile ist bspw. durch die Norm EC79/2009 vorgegeben. Bei direkter Hitzeeinwirkung auf diese Sicherheitsventile (z. B. durch Flammen) wird das im Hochdruckgasbehälter gespeicherte Gas in die Umgebung abgelassen. Die Sicherheitsventile lassen das Gas ab sobald eine Mindesttemperatur an dem Sicherheitsventil überschritten wird. Die Ventile sind in der Regel in einem Abstand voneinander von ca. 1 m entlang der Längsrichtung des Hochdruckgasbehälters angeordnet. Die wenigen Ventile entlang der großen Druckbehälter können dabei jeweils nur ein räumlich stark begrenztes Einzugsgebiet berücksichtigen. Eine kleine lokale Flamme, die zwischen zwei Ventilen auf den Tank einwirkt, kann den Hochdruckgasbehälter daher stark schädigen, ohne dass die Sicherheitseinrichtung aktiviert wird. Die durch die Hitzeeinwirkung einer lokalen Wärmequelle (z. B. eine Flamme) entstehende Schädigung des Hochdruckgasbehälters, bspw. die Schädigung des lasttragenden Faserverbundwerkstoffes, kann zum Versagen und im Extremfall zum Bersten des Hochdruckgasbehälters führen. Die Hochdruckgasbehälter speichern Gase mit einem Druck von bis zu 875 bar. Dementsprechend kann das Bersten des Hochdruckgasbehälters zu einer sehr gefährlichen Schädigung des gesamten Fahrzeugs führen. Die Faserverbundschichten tragen in der Regel einen Hauptteil der Last. Die Beschädigung der faserverstärkten Materialschicht durch thermische oder mechanische Einflüsse kann somit schnell zur signifikanten Verringerung der Haltbarkeit bzw. zu einer signifikanten Schwächung des Bauteils führen.
Aus der DE 20 1110 114 723 A1 ist eine Vorrichtung bekannt, bei der unterhalb des Druckgasbehälters ein Abschirmblech angeordnet ist, welches einen Heißluftkanal aufweist, der im Bereich der thermischen Auslöseeinheit eine Öffnung aufweist. Damit die Heißluft effizient zur Auslöseeinheit geführt werden kann, sollten eine gewisse Kanalgröße und ein gewisser Anstieg notwendig sein. Ferner sollte der Heißluftkanal auch von unten geschlossen sein, damit die Heißluft nicht durch andere Strömungen (z. B. Fahrtwind, Sturm, etc.) umgelenkt wird. Die Vorrichtung erfordert daher einen gewissen Bauraum. Ferner ist die Geometrie vergleichsweise aufwendig in der Fertigung und Montage und verursacht vergleichsweise hohe Kosten. Sofern der Heißkanal selbst beschädigt oder verstopft ist, kann eine lokale Hitzeentwicklung an einer distalen Stelle nicht mehr sicher detektiert werden.
Es ist eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie, die Nachteile der vorbekannten Hochdruckgasbehälter zu verringern oder abzustellen. Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1. Die abhängigen Patentansprüche stellen vorteilhafte Ausgestaltungen dar.
Die hier offenbarte Technologie betrifft eine Vorrichtung zum Schutz eines Hochdruckgasbehälters eines Kraftfahrzeuges, bspw. eines Fahrzeuges, das mit Erdgas oder mit Wasserstoff betankt werden kann. Dabei kommt bspw. der zuvor beschriebene Hochdruckgasbehälter zum Einsatz.
Die Vorrichtung umfasst mindestens ein Wärmeleitblech und eine thermische Auslöseeinheit. Eine thermische Auslöseeinheit ist bspw. das aus dem Stand der Technik bekannte Sicherheitsventil, auch Thermal Pressure Release Device (TPRD) genannt. Ein Wärmeleitblech ist ein Blech, eine Platte, oder eine Schicht, die in der Lage ist, Wärme gut oder besonders gut abzuleiten.
Hierzu kommen besonders gut wärmeleitende Materialien zum Einsatz. Beispielsweise kann die Wärmeleitplatte bzw. das Wärmeleitblech aus Metall, insbesondere aus Aluminium, gefertigt sein.
Das Wärmeleitblech weist einen distalen Bereich und einen proximalen Bereich auf. Der proximale Bereich ist unmittelbar benachbart zur thermischen Auslöseeinheit angeordnet, wohingegen der distale Bereich beabstandet zur thermischen Auslöseeinheit angeordnet ist. Benachbart zur thermischen Auslöseeinheit bedeutet, dass der proximale Bereich direkt an der Auslöseeinheit anliegend und/oder ein bisschen beabstandet zur Auslöseeinheit angeordnet sein kann. Beispielsweise kann der proximale Bereich Bereiche des Wärmeleitblechs umfassen, die in einem Abstand von weniger als ca. 10 cm, bevorzugt von weniger als ca. 5 cm, und besonders bevorzugt von weniger als ca. 2 cm von der Auslöseeinheit entfernt angeordnet sind. Der proximale Bereich ist bspw. der Bereich, in dem über Wärmestrahlung und/oder Wärmeleitung effizient Wärme an die Auslöseeinheit abgegeben werden kann. Der distale Bereich ist beabstandet zur thermischen Auslöseeinheit angeordnet. Dies bedeutet, dass der distale Bereich weiter weg von der Auslöseeinheit angeordnet ist als der proximale Bereich. Ein distaler Bereich ist in der Regel ein Bereich, in dem die thermische Auslöseeinheit eine lokale Hitzeentwicklung nicht oder nur unzureichend detektieren kann, so dass eine Schädigung des Hochdruckgasbehälters zu befürchten ist. Der distale Bereich ist mit dem proximalen Bereich wärmeleitend verbunden.
Das Wärmeleitblech ist vom distalen Bereich zum proximalen Bereich hin zumindest bereichsweise verjüngend geformt. Alternativ oder zusätzlich ist der distale Bereich und/oder der proximale Bereich selbst zumindest bereichsweise verjüngend geformt. Insbesondere ist das Wärmeleitblech derart verjüngend geformt, dass die benachbart zum proximalen Bereich angeordnete Auslöseeinheit im Vergleich zum Einsatz eines Wärmeleitblechs mit nicht verjüngten Form eine erhöhte Wärmeleitblechtemperatur erfasst, wodurch die Auslöseeinheit schneller auslösen kann. Insbesondere ist das Wärmeleitblech derart verjüngt, dass die Auslöseeinheit auslösen kann, bevor die lokale Hitzeentwicklung den Hochdruckgasbehälter schädigen kann. Vorteilhaft können mehrere verjüngte Bereiche für eine oder mehrere Auslöseeinheiten vorgesehen sein.
Im Gegensatz zum Stand der Technik basiert die hier offenbarte Technologie darauf, dass durch geeignete Formgebung des Wärmeleitblechs die Temperatur des Wärmeleitblechs beeinflusst werden kann. Die Wärmeleitung ist kaum abhängig vom Fahrtwind. Auch ist die Ausfallsicherheit des Wärmeleitbleches höher als beim Stand der Technik. Die Wärmeleitbleche sind überdies einfach zu fertigen und zu montieren.
Der Temperaturanstieg im Bereich des TPRDs wird überwiegend durch Wärmeleitung erzeugt. Gemäß einer vereinfachten stationären Betrachtung gilt für das Wärmeleitblech folgende Formel: Q = m·c·ΔT (1) wobei

Q:: die eingebrachte Wärmemenge (z. B. durch einen Brand),
m:: die Masse,
c:: die spezifische Wärmekapazität, und
ΔT:: der Temperaturanstieg ist.

Die eingebrachte Wärme und die spezifische Wärmekapazität sind im vorliegenden Fall konstant. Durch die Materialverjüngung in Richtung der Auslöseeinheit nimmt die Masse in diese Richtung ab, wodurch gemäß der obigen Formel der Temperaturanstieg umso größer ausfällt, je näher man der Auslöseeinheit kommt. Somit lässt sich die Wärme ohne Heißluftkanal schnell zur Auslöseeinheit transportieren.
Ein Wärmeleitblech kann in Längsrichtung L des Hochdruckgasbehälters angeordnet sein. Ferner kann ein Wärmeleitblech auch in Umfangsrichtung des Hochdruckgasbehälters angeordnet sein. Eine Ausrichtung in Umfangsrichtung bietet sich bspw. an, wenn mehrere Auslöseeinheiten in Längsrichtung L des Hochdruckgasbehälters hintereinander angeordnet sind. Ein distaler Bereich kann in diesem Fall beispielsweise ein Bereich sein, der in Umfangsrichtung gegenüberliegend von einer Auslösungseinheit angeordnet ist.
Das Wärmeleitblech kann wärmeleitende Fasern umfassen. Die wärmeleitenden Fasern erstrecken sich bevorzugt vom distalen Bereich zu einem proximalen Bereich und bevorzugt auch in letzteren hinein. Bevorzugt erstrecken sich die wärmeleitenden Fasern auch innerhalb des distalen und/oder proximalen Bereichs selbst. Mit anderen Worten kann es sich bei dem Wärmeleitblech um ein Faserverbundbauteil oder Faserverbundschicht handeln. Als Fasern kommen dabei bspw. metallische Fasern, bevorzugt Kohlefasern oder Aluminium-Fasern bzw. Aluminium-Dräthe, die durch ein Matrixmaterial, bspw. Kunststoff, gehalten werden. Mit einem solchen Faserverbundbauteil lässt sich gerichtet die Wärme gezielt in die Richtung L zu der Auslöseeinheit hin leiten, wohingegen die Wärmeleitung in die Querrichtung Q, d. h. quer zum Faserverlauf, gering ist. Das Matrixmaterial selbst weist vergleichsweise schlechte Wärmeleiteigenschaften auf. Somit ist eine besonders effiziente und gezielte Wärmeleitung möglich. Dieser Aspekt der hier offenbarten Technologie ist funktionell unabhängig von der Idee, einen verjüngend geformten Bereich vorzusehen.
Bevorzugt nimmt jedoch die Faserdichte des Wärmeleitblechs zur Auslöseeinheit hin zu. Beispielsweise kann das Wärmeleitblechs in der zuvor und nachfolgend beschriebenen Art verjüngend geformt sein. Die Fasern sind dann konvergierend, also aufeinander zulaufend, angeordnet. Ferner kann das Wärmeleitblech ein Faserverbundbauteil mit im Wesentlichen konstanter Breite B sein, in dem lediglich die wärmeleitenden Fasern zur Auslöseeinheit hin konvergierend angeordnet sind.
Bevorzugt verjüngt sich das Wärmeleitblech (unabhängig ob Vollmaterial oder Faserverbund) dadurch, dass die Breite B des Wärmeleitblechs und/oder die Wandstärke des Wärmeleitblechs zur Auslöseeinheit hin zumindest bereichsweise abnimmt. Die Breite B des Wärmeleitblechs ist die Erstreckung quer zur Längsachse des Wärmeleitblechs. Die Wandstärke bezeichnet die Dicke des Wärmeleitblechs. Bevorzugt weist das Wärmeleitblech eine Wandstärke von 0,1 mm bis 40 mm, ferner bevorzugt von 3 mm bis 20 mm, und besonders bevorzugt von 6 mm bis 15 mm auf.
Die Breite B im proximalen Bereich kann mindestens 10%, bevorzugt mindestens 30% und besonders bevorzugt mindestens 60% geringer sein als im distalen Bereich D. Die Breite B im distalen Bereich kann sich errechnen aus dem Umfangsdurchmesser im Umfangsbereich des Druckbehälters multipliziert mit dem Faktor: 0,9 bis 1,5, bevorzugt 1,0 bis 1,3, und besonders bevorzugt 1,2. Die Breite B im proximalen Bereich kann sich errechnen aus dem Umfangsdurchmesser im Umfangsbereich des Druckbehälters multipliziert mit dem Faktor: 0,05 bis 0,9, bevorzugt 0,05 bis 0,75, ferner bevorzugt 0,05 bis 0,25, und besonders bevorzugt 0,1.
Bevorzugt verlaufen die Seitenränder des Wärmeleitblechs in Längsrichtung des Wärmeleitblechs zumindest bereichsweise konkav. Das Wärmeleitblech kann thermisch isoliert am Hochdruckgasbehälter und/oder am Fahrzeugboden befestigt sein. Das Wärmeleitblech kann zumindest bereichsweise ein intumeszentes Metallmaterial aufweisen. Besonders bevorzugt ein intumeszentes Aluminiummaterial.
Das intumeszente Metallmaterial und das intumeszente Aluminiummaterial sind in der Patentanmeldung DE 10 2014 213 585 beschrieben. Der Inhalt der in dieser Druckschrift beschriebenen Technologie, insbesondere der Inhalt der Seiten 2 bis 8, die das intumeszente Metall bzw. Aluminiummaterial beschreiben, wird hiermit über Verweis in diese Anmeldung mit aufgenommen.
Der Begriff Intumeszenz bezeichnet generell die Ausdehnung oder die Anschwellung, also die Größenzunahme eines festen Körpers unter Temperatureinwirkung. Im Brandschutz bezeichnet der Begriff das Schwellen bzw. Aufschäumen von Materialien. Intumeszente Materialien nehmen also unter Hitzeeinwirkung an Volumen zu und an Dichte ab. Dabei steigt das Volumen über das übliche Maß an Wärmedehnung wesentlich, oft um ein Vielfaches, an. Die physikalischen Eigenschaften ändern sich signifikant. Durch das Schwellen bzw. Aufschäumen entsteht beispielsweise eine Isolierschicht. Intumeszente Metallmaterialien wie intumeszente Metallschäume weisen den Vorteil auf, dass sie im Vergleich zu anderen intumeszenten Materialien eine relativ hohe Wärmeleitfähigkeit im nicht geschäumten Ursprungszustand aufweisen. Tritt nun lokal an einer Stelle eine starke Erwärmung, bspw. durch eine lokale Flamme, auf, so wird diese Wärme über eine größere Fläche der intumeszenten Metallschicht verteilt. Es kommt zu einer gleichmäßigeren Erwärmung des intumeszenten Metallmaterials. Die Verteilung der lokal einwirkenden Hitze in die Fläche verringert zunächst einmal die Geschwindigkeit, mit der die Stelle erhitzt wird, auf die die Hitze lokal einwirkt. Ferner kann auch bei einer kleinen lokalen Hitzeeinwirkung durch eine kleine Flamme bereits großflächig ein Metallschaum aufgebaut werden, der dann großflächig den Tank gegen die lokale Hitzeeinwirkung schützt. Das intumeszente Metallmaterial kann überdies die faserverstärkten Materialschichten vor mechanischen Einwirkungen schützen. Das intumeszente Metallmaterial weist bevorzugt ein Metallpulver und ein Metalhydrid, z. B. Titaniumhydrid, auf. Das intumeszente Metallmaterial ist ferner bevorzugt als ein intumeszentes Aluminiummaterial ausgestaltet. Bevorzugt umfasst das intumeszente Aluminiummaterial eine Aluminiumlegierung und ein Treibmittel. Beispielsweise kann die intumeszente Schicht als eine Aluminiumlegierung mit einem Treibmittel Titanhydrid ausgeführt sein. Solche Aluminiumschäume dehnen sich unter Hitzeeinwirkung bspw. um den Faktor 4 aus, wobei ein Schaum mit einer porigen Struktur entsteht. Im aufgeschäumten Zustand weisen sie bspw. eine Dichte von ca. 0,6 g/cm³ auf. Das intumeszente Aluminiummaterial weist im nicht aufgeschäumten Ursprungszustand im Vergleich zu anderen intumeszenten Metallmaterialien eine geringe Dichte auf. Als Treibmittel können auch andere Metallhydride Anwendung finden. Ferner können neben Aluminium bspw. auch Kupfer, Zink, Blei oder Stahl/Eisen Anwendung finden.
Ein intumeszentes Metallmaterial, insbesondere Aluminium, weist sehr gute Wärmeleiteigenschaften auf. Somit kann schnell die Hitze von der lokalen Hitzequelle F im distalen Bereich mittels Wärmeleitung zur Auslöseeinheit befördert werden. Falls die Auslöseeinheit dennoch nicht rechtzeitig das Sicherheitsventil öffnet, kann zumindest das quellende Metallmaterial eine Beschädigung des Hochdruckgasbehälters vermeiden bzw. verzögern. Vorteilhaft wird ein intumeszentes Material ausgewählt, welches erst bei vergleichsweise hohen Temperaturen zu quellen beginnt. Somit kann gewährleistet werden, dass das Aufquellen nur in dem Fall eintritt, in dem die Auslöseeinheit nicht oder zu spät auslöst.
Bevorzugt ist der mindestens eine proximale Bereich wärmeleitend mit der mindestens einen Auslöseeinheit verbunden. D. h. der proximale Bereich liegt direkt an der Auslöseeinheit an.
Das Wärmeleitblech kann koaxial zur Längsachse L des Hochdruckgasbehälters verlaufen.
Die Auslöseeinheit(en) kann/können an der Umfangswand des Hochdruckgasbehälters angeordnet sein. Vorteilhaft ist der proximale Bereich verjüngend geformt. Der verjüngte Bereich kann (quer) in Umfangsrichtung des Hochdruckgasbehälters verlaufen. Mit anderen Worten verläuft der verjüngte Bereich quer zur Längsachse L des Hochdruckgasbehälters. Der verjüngte Bereich kann seitlich hervorstehend ausgebildet sein. Mit anderen Worten weist die Seitenkante des Wärmeleitblechs einen Vorsprung auf, in dem der verjüngte Bereich proximal bzw. benachbart zur Auslöseeinheit ausgebildet ist. Zusätzlich kann auch ein verjüngender Bereich in Längsrichtung L des Hochdruckgasbehälters vorgesehen sein, der beispielsweise benachbart zu einer Auslöseeinheit am Ventilende des Hochdruckgasbehälters vorgesehen ist.
Bevorzugt kann die Vorrichtung mehrere Wärmeleitbleche umfassen, die wie voranstehend oder nachstehend beschrieben ausgebildet sind. Die mehreren Wärmeleitbleche können nebeneinander und/oder hintereinander angeordnet sein und einen oder mehrere Hochdruckgasbehälter schützen. Ferner kann ein Wärmeleitblech mehrere distale Bereiche und mehrere proximale Bereiche aufweisen, die in der hier beschriebenen Art und Weise zu mehreren thermischen Auslöseeinheiten angeordnet sind. Beispielsweise kann ein Wärmeleitblech dazu ausgebildet sein, einen Hochdruckgasbehälter zu schützen, der in Längsrichtung des Hochdruckgasbehälters an seiner Umfangswand mehrere voneinander beabstandete Auslöseeinheiten aufweist. Die proximalen Bereiche sind dann die Bereiche benachbart zu den einzelnen Auslöseeinheiten. Die distalen Bereiche sind dann bspw. Bereiche, die in der Mitte zwischen zwei Auslöseeinheiten oder in Umfangsrichtung am entgegengesetzten Ende angeordnet sind. Beispielsweise könnte ein Wärmeleitblech dann die Form von mehreren aneinander gereihten Rauten aufweisen. Gleichsam könnten mehrere Wärmeleitbleche einen Hochdruckgasbehälter mit mehreren Auslöseeinheiten schützen.
Die hier offenbarte Technologie wird nun anhand der Figuren beispielhaft beschrieben. Diese Beschreibung der Figuren dient lediglich informativen Zwecken und soll nicht zur einschränkenden Auslegung der offenbarten Technologie herangezogen werden. Es zeigen:
1 eine Draufsicht auf einen Hochdruckgasbehälter 10 und eine Vorrichtung 20, 30;
2 eine Draufsicht auf ein Wärmeleitblech 20 und eine schematische Temperaturverteilung, und
3 bis 5 Ansichten auf einen Hochdruckgasbehälter 10 und einer Vorrichtung 20, 30.
In der 1 dargestellt ist ein in der Draufsicht dreieckförmig ausgestaltetes Wärmeleitblech 20 sowie ein Hochdruckgasbehälter 10. An dem Ventilende 16 des Hochdruckgasbehälters 10 ist ein Ventil 12 angeordnet. An dem Ventilende 16 ist ferner die Auslöseeinrichtung bzw. das TPRD 30 vorgesehen. Das Wärmeleitblech 20 überdeckt größtenteils den Hochdruckgasbehälter 10. Der proximale Bereich P ist unmittelbar benachbart zur Auslöseeinheit 30 angeordnet. Gegenüberliegend vom Ventilende 16 befindet sich das zweite Ende 18 des Hochdruckgasbehälters 10. Im Bereich des zweiten Endes 18 endet ebenfalls das Wärmeleitblech 20. Exemplarisch ist in diesem Endbereich des Wärmeleitblechs 20 der distale Bereich D dargestellt. Das hier dargestellte Wärmeleitblech 20 verjüngt sich hier kontinuierlich zur Auslöseeinheit 30 hin. Das Wärmeleitblech 20 ragt hier in Längsrichtung L des Hochdruckgasbehälters 10 über die Auslöseeinheit 30 hinaus. Bezugszeichen 14 zeigt die Umfangswand des Hochdruckgasbehälters 10, die sich zwischen den beiden Enden 16, 18 erstreckt.
2 zeigt ein Wärmeleitblech 20 sowie eine Auslöseeinheit 30 schematisch in der Draufsicht. Die einzelnen wärmeleitenden Fasern 22 laufen hier kontinuierlich verjüngend in Richtung zur Auslöseeinheit 30 hin aufeinander zu. Somit nimmt die Faserdichte zur Auslöseeinheit 30 hin allmählich zu. Das Wärmeleitblech 20 ist im proximalen Bereich P sowie im distalen Bereich D verjüngend ausgebildet. Ferner ist auch der Bereich zwischen dem proximalen Bereich P und dem distalen Bereich D verjüngend ausgebildet. Neben dieser bevorzugten Ausführung ist es auch möglich, ein Wärmeleitblech 20 mit wärmeleitenden Fasern 22 auszubilden, das eine konstante oder im Wesentlichen konstante Breite B aufweist. Die in axialer Richtung L verlaufenden Fasern leiten die durch eine lokale Wärmequelle F eingebrachte Wärmemenge gut in Längsrichtung L weiter. In der Querrichtung Q, also senkrecht zum Faserverlauf, wird die Wärme indes nur langsam weitergeleitet. Somit kann ein vergleichsweise großer Teil der durch die im distalen Bereich D angeordnete lokale Wärmequelle F eingebrachten Wärmemenge an die Auslöseeinrichtung weitergeleitet werden.
Der gestrichelt dargestellte Temperaturverlauf T1 zeigt schematisch den sich einstellenden Temperaturverlauf für eine rechteckförmige Platte mit isotropen Wärmeleiteigenschaften. Der strichpunktiert dargestellte Temperaturverlauf T2 zeigt schematisch den Temperaturverlauf eines rechteckförmigen Wärmeleitblechs mit wärmeleitenden Fasern, die sich vom distalen Bereich zum proximalen Bereich erstrecken. Ein ähnlicher Verlauf wird erzielt, wenn ein Wärmeleitblech eingesetzt wird, welches verjüngte Bereiche aufweist, wie es beispielsweise in den 1 und 3 bis 5 gezeigt ist. Der Temperaturverlauf T3 zeigt schematisch die Temperatur in einem Wärmeleitblech mit wärmeleitenden Fasern, die zudem verjüngend ausgebildet sind (vgl. 2). Allen drei Temperaturverläufen liegt zugrunde, dass im distalen Bereich D eine konstante Wärmemenge durch die lokale Wärmequelle F kontinuierlich eingebracht wird.
Es ist deutlich erkennbar, dass die hier offenbarten Wärmeleitbleche höhere Temperaturen an der/den Auslöseeinheiten generieren als rechteckförmige Wärmeleitbleche 20 mit isotropen Wärmeleiteigenschaften. Das verjüngt ausgebildete Faserverbundbauteil 20 weist durch die in Richtung zur Auslöseeinheit 30 hin verdichteten wärmeleitenden Fasern 22 nochmals erhöhte Temperaturen im proximalen Bereich P auf.
3 zeigt schematisch einen Hochdruckgasbehälter 10 sowie ein Wärmeleitblech 20 und eine Auslöseeinheit 30. Abweichend von den 1 und 2 weist hier das Wärmeleitblech 20 eine andere Kontur auf. Anstatt sich kontinuierlich von einem Ende zum anderen Ende hin linear zu verjüngen, weist hier das Wärmeleitblech 20 im distalen Bereich D eine annähernd konstante Breite B auf. Beispielsweise wurde hier angenommen, dass zwei Drittel der Gesamtlänge des Wärmeleitblechs 20 eine im Wesentlichen konstante Breite B aufweist. Auch in diesem Beispiel weist der Hochdruckgasbehälter 10 am Ventilende 16 eine Auslöseeinheit 30 auf. Das Drittel des Wärmeleitblechs 20, welches in der Nähe des Ventilendes 16 angeordnet ist und den proximalen Bereich P umfasst, weist den verjüngenden Abschnitt auf. Die Breite B des Wärmeleitblechs 20 nimmt in diesem verjüngten Bereich kontinuierlich ab. Der proximale Bereich P selbst weist in dem hier dargestellten Beispiel eine im Wesentlichen konstante Breite B auf. Die Form des Wärmeleitblechs 20 kann jegliche verjüngende Form annehmen, die die Detektion von einer lokalen Wärmequelle ermöglicht. Falls in dem ersten Drittel eine lokale Wärmequelle auf den Hochdruckgasbehälter 10 einwirkt, so wird dies die Auslöseeinrichtung 30 hier schon allein aufgrund der Wärmestrahlung der Wärmequelle detektieren. Je nach Ausgestaltung der Auslöseeinheit und den anderen Komponenten kann auch der verjüngte Bereich anders ausgestaltet sein. Die Grundidee dabei ist, dass in distalen Bereichen D, in denen die Auslöseeinheit 30 basierend auf der direkten Wärmestrahlung der lokalen Wärmequelle F nicht mehr sicher auslösen kann, die von der lokalen Wärmequelle F aufgebrachte Wärmemenge mittels Wärmeleitung durch das Wärmeleitblech 20 der Auslöseeinheit 30 bereitgestellt wird. Neben der hier gezeigten, flaschenförmigen Ausgestaltung sowie den in 1 und 2 gezeigten dreieckförmigen Ausgestaltungen sind auch andere Formen denkbar.
4 zeigt schematisch eine Draufsicht auf einen Hochdruckgasbehälter 10 sowie auf zwei Wärmeleitbleche 20, die hier in Umfangsrichtung um den Hochdruckgasbehälter 10 angeordnet sind. Der Hochdruckgasbehälter 10 weist am Ventilende 16 ein Ventil 12 auf, von dem sich eine Leitung 32 entgegen der Längsrichtung L des Behälters 10 erstreckt. Voneinander beabstandet sind zwei Auslöseeinheiten 30 am Umfang 14 des Hochdruckgasbehälters 10 angeordnet. Die Wärmeleitbleche 20 verjüngen sich vom distalen Bereich D zum proximalen Bereich P hin. Auch innerhalb des proximalen Bereichs P sind die gestrichelt gezeigten Wärmeleitbleche 20 verjüngend ausgebildet. Wirkt nun im distalen Bereich D lokal eine Wärmequelle auf den Hochdruckgasbehälter 10 ein, so können die Auslöseeinheiten 30 dank der verjüngenden Formgebung der Wärmeleitbleche 20 vergleichsweise früh auslösen. Wirkt bspw. eine lokale Wärmequelle unterhalb der Symmetrielinie A-A auf den Hochdruckgasbehälter 10 ein, so können die Auslöseeinheiten 30 zumindest teilweise direkt die Wärmestrahlung der lokalen Wärmequelle detektieren. Die Auslöseeinrichtungen können dann gegebenenfalls so schnell auslösen, dass die Fasern nicht beschädigt werden. Aus diesem Grund kann es nicht notwendig sein, dass der Hochdruckgasbehälter 10 komplett von dem Wärmeleitblech 20 bedeckt wird.
5 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen Hochdruckgasbehälter 10 und ein Wärmeleitblech 20. Das Wärmeleitblech 20 weist in Längsrichtung L des Hochdruckgasbehälters 10 eine im Wesentlichen konstante Breite B auf. Die Breite B entspricht hier im Wesentlichen dem Durchmesser d der Umfangswand 14. Dies muss aber nicht sein. Das Wärmeleitblech 20 kann auch eine andere Breite B aufweisen. Der proximale Bereich P benachbart zu den Auslöseeinheiten 30, die an der Umfangswand 14 angeordnet sind, ist in diesem Ausführungsbeispiel verjüngend ausgeführt. Dieser verjüngte Bereich 26 verjüngt sich in Umfangsrichtung bzw. in die Richtung Q quer zur Längsrichtung L des Hochdruckgasbehälters 10. Die hier gezeigten, verjüngten Bereiche 26 können seitlich hervorstehend ausgebildet sein. Dies bedeutet, dass das Wärmeleitblech 20 mit im Wesentlichen konstanter Breite B seitliche Vorsprünge 26 aufweist, die verjüngend ausgebildet sind.
Die vorhergehende Beschreibung der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihrer Äquivalente zu verlassen.
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 201110114723 A1 [0003]
DE 102014213585 [0019]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Norm EC79/2009 [0002]

Claims

Vorrichtung zum Schutz eines Hochdruckgasbehälters (10) eines Kraftfahrzeugs, umfassend mindestens ein Wärmeleitblech (20) und eine thermische Auslöseeinheit (30), wobei das Wärmeleitblech (20) einen distalen Bereich (D) und einem proximalen Bereich (P) aufweist, wobei der proximale Bereich (P) unmittelbar benachbart zur thermischen Auslöseeinheit (30) angeordnet ist, wobei der distale Bereich (D) beabstandet zur thermischen Auslöseeinheit (30) angeordnet ist, und wobei das Wärmeleitblech (20) vom distalen Bereich (D) zum proximalen Bereich (P) hin und/oder der proximalen Bereich (P) selbst verjüngend geformt ist.
Vorrichtung zum Schutz eines Hochdruckgasbehälters (10) eines Kraftfahrzeugs, bevorzugt nach Anspruch 1, umfassend mindestens ein Wärmeleitblech (20) und eine thermische Auslöseeinheit (30), wobei das Wärmeleitblech (20) einen distalen Bereich (D) und einem proximalen Bereich (P) aufweist, wobei der proximale Bereich (P) unmittelbar benachbart zur thermischen Auslöseeinheit (30) angeordnet ist, wobei der distale Bereich (D) beabstandet zur thermischen Auslöseeinheit (30) angeordnet ist, wobei das Wärmeleitblech (20) wärmeleitende Fasern (22) umfasst, wobei sich die wärmeleitenden Fasern (22) vom distalen Bereich (D) zum proximalen Bereich (P) hin erstrecken.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei sich das Wärmeleitblech (20) verjüngt indem die Breite (B) und/oder die Wandstärke des Wärmeleitblechs (20) zur Auslöseeinheit (30) hin zumindest bereichsweise abnimmt.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Breite (B) im proximalen Bereich (P) mindestens 10%, bevorzugt mindestens 30% und besonders bevorzugt mindestens 60% geringer ist als im distalen Bereich (D).
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Wärmeleitblech (20) in Längsrichtung des Wärmeleitblechs (20) zumindest bereichsweise konkav verlaufende die Seitenränder (24) aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Wärmeleitblech (20) thermisch isoliert am Hochdruckgasbehälter (10) und/oder am Fahrzeugboden befestigt ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Wärmeleitblech (20) zumindest bereichsweise ein intumeszentes Metallmaterial, insbesondere ein intumeszentes Aluminiummaterial aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der proximale Bereich (P) wärmeleitend mit der Auslöseeinheit (30) verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Wärmeleitblech (20) koaxial zur Längsachse (L) des Hochdruckgasbehälters (10) verläuft, wobei zumindest eine Auslöseeinheit (30) an einer Umfangswand (14) des Hochdruckgasbehälters (10) angeordnet ist, wobei der proximalen Bereich (P) verjüngend geformt ist, und wobei der verjüngte Bereich (26) quer in Umfangsrichtung verläuft.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei der verjüngte Bereich (26) seitlich hervorstehend ausgebildet ist.