DE102016214509A1 - Kraftstoffreservoir - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffreservoir (10; 10a), insbesondere für unter Druck stehenden gasförmigen Kraftstoff in einem Kraftfahrzeug, mit mehreren kugelförmigen Einzelvolumina (15), die mit einer Verbindungsleitung (16, 17, 18, 20; 30) miteinander verbunden sind.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffreservoir nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Bei der Speicherung von gasförmigen Treibstoffen in Kraftfahrzeugen, bei der der Druck des Kraftstoffs typischerweise zwischen 200bar und 700bar beträgt, kommen üblicherweise aus kohlefaserverstärktem Kraftstoff bestehende Kraftstoffreservoire zur Anwendung. Derartige Kraftstoffreservoire, die in der Regel immer zylindrisch ausgebildet sind, haben den Vorteil, dass sie dem hohen Druck standhalten und daher die aus Sicherheitsgründen geforderten Crashtests erfüllen. Weiterhin weisen sie darüber hinaus ein relativ geringes Gewicht auf. Nachteilig bei derartigen, aus kohlefaserverstärktem Kunststoff bestehenden Kraftstoffreservoiren ist deren relativ hoher Herstellungspreis, da deren Herstellung relativ aufwendig ist und sich üblicherweise nicht oder nur zum geringen Teil automatisieren lässt.
  • Aus der DE 102 59 204 A1 ist deshalb ein Kraftstoffreservoir nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt geworden, der kugelförmige Einzelvolumina aufweist, die mittels einer Verbindungsleitung miteinander verbunden sind. Derartige, kugelförmige, aus Metall bestehende Einzelvolumina haben den Vorteil, dass sie bei relativ günstigen Herstellkosten die nötigte Druckfestigkeit aufweisen und durch unterschiedliche Durchmesser je nach Einbauverhältnissen relativ frei an den jeweiligen Einbauort anpassbar sind. Hierzu ist es in der genannten Schrift vorgeschlagen, das Kraftstoffreservoir beispielsweise aus zwei, entsprechende Einprägungen bzw. Vertiefungen für die Einzelvolumina aufweisenden Blechplatten auszubilden, die miteinander verbunden bzw. verschweißt werden. Weiterhin sind in den Zwischenbereichen zwischen den Einzelvolumina die Verbindungsleitungen in Form von Verbindungskanälen eingeprägt bzw. ausgebildet. Zur Anpassung an den jeweiligen Einbauraum können die Einzelvolumina entweder unterschiedliche Größen aufweisen und/oder über eine Verformung der Verbindungsbereiche zwischen den Einzelvolumina in eine gewünschte gegenseitige Anordnung zueinander gebracht werden. Nachteilig dabei ist, dass die Herstellung eines derartigen Kraftstoffreservoirs einerseits ein relativ aufwendiges (Tiefzieh-)Werkzeug erforderlich macht, und dass darüber hinaus durch das Material der Blechplatten um die Einzelvolumina und die Verbindungsleitungen, das nicht zur Speicherung des Kraftstoffs zur Verfügung steht, das Kraftstoffreservoir ein relativ hohes Gewicht aufweist und das Speichervolumen noch nicht optimiert ist.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Das Kraftstoffreservoir mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass es ein besonders niedriges Gewicht aufweist und besonders einfach an unterschiedliche Einbauverhältnisse angepasst werden kann.
  • Hierzu sieht es die Erfindung sinngemäß vor, das Kraftstoffreservoir aus Einzelvolumina auszubilden, die als jeweils separate Bauteile ausgebildet sind. Die Einzelvolumina sind wiederum mit einer ebenfalls als separates Bauteil ausgebildeten Verbindungsleitung miteinander gekoppelt bzw. fluidisch miteinander verbunden, die im Bereich einer Öffnung des jeweiligen Einzelvolumens durch eine kraft- oder stoffschlüssige Verbindung mit dem Einzelvolumen verbunden ist. Eine derartige erfindungsgemäße Ausbildung des Kraftstoffreservoirs ermöglicht es somit, eine beliebige Anordnung von Einzelvolumina und Verbindungsleitungen ohne die Notwendigkeit der Verwendung eines relativ teuren Werkzeugs zu realisieren. Es lassen sich beispielsweise auf besonders einfache Art und Weise unterschiedliche Volumen bzw. Größen aufweisende Einzelvolumina miteinander verbinden, wobei die zwischen den Einzelvolumina angeordneten Verbindungsleitungen ebenfalls z. B. unterschiedliche Längen oder Durchmesser oder Winkel aufweisen können, um eine jeweils an den Anwendungsfall optimierte Ausbildung des Kraftstoffreservoirs zu ermöglichen. Weiterhin ermöglicht es die erfindungsgemäße Ausbildung des Kraftstoffreservoirs, die jeweiligen Einzelvolumina hinsichtlich des jeweiligen Anwendungsfalls z. B. mit Blick auf eine möglichst hohe Festigkeit oder ein bestimmtes Material, in herstellungstechnisch optimierter Form ausbilden zu können, und die (optimierten) Einzelvolumina wiederum mit einer optimierten Verbindungsleitung koppeln zu können, die beispielsweise aus einem anderen Material besteht als die Einzelvolumina. Wesentlich ist dabei lediglich, dass sich die Einzelvolumina mit der Verbindungsleitung durch eine kraft- und/oder stoffschlüssige Verbindung druckfest verbinden lassen.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftstoffreservoirs sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
  • Eine optimierte Verbindung zwischen den Einzelvolumina und der Verbindungsleitung lässt sich erzielen, wenn die Verbindungsleitung die Einzelvolumina durchquert und im Bereich von zwei Öffnungen mit den Einzelvolumina verbunden ist, wobei die Verbindungsleitung innerhalb der Einzelvolumina eine Auslassöffnung für den Kraftstoff aufweist. Eine derartige Ausführungsform ermöglicht es insbesondere eine relativ lange, einteilige Verbindungsleitung zu verwenden, die in Art einer Perlenschnur die einzelnen Einzelvolumina durchquert.
  • Insbesondere zur Ausbildung von stoffschlüssigen Verbindungen, jedoch auch zur Sicherstellung der Druckdichtheit bei Ausbildung einer kraftschlüssigen Verbindung zwischen der Verbindungsleitung und den Einzelvolumina ist es von Vorteil, wenn die Einzelvolumina und die Verbindungsleitung aus artgleichem Material, insbesondere aus Stahl, bestehen bzw. einen ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen.
  • Zur Optimierung des möglichen Speichervolumens bei Vorhandensein eines definierten Einbauraums ist es darüber hinaus von besonderem Vorteil, wenn die Einzelvolumina zumindest zwei verschiedene Durchmesser aufweisen. Damit lassen sich z. B. Bereiche des Einbauraums für das Kraftstoffreservoir nutzen, die eine relativ geringe Höhe aufweisen, indem dort Einzelvolumina mit relativ geringen Durchmessern verwendet werden.
  • Zur Optimierung der Festigkeit bzw. um die zwei Verbindungsstellen zwischen einer Verbindungsleitung und einem Einzelvolumen in möglichst großem Abstand zueinander anordnen zu können, ist es darüber hinaus vorgesehen, dass die Verbindungsleitung die Einzelvolumina zentrisch durchquert.
  • Zur Optimierung bzw. Anpassung der Einbaulage der einzelnen Einzelvolumina an den jeweiligen Einbauraum kann es vorgesehen sein, dass die Verbindungsleitung zwischen den Einzelvolumina zumindest bereichsweise gebogen ausgebildet ist. Alternativ oder zusätzlich kann es auch vorgesehen sein, dass mehrere Lagen von Einzelvolumina vorgesehen sind, die zur Reduzierung der Bauhöhe des Kraftstoffreservoirs zueinander versetzt angeordnet sind.
  • Um insbesondere ein relativ einfaches Handling eines aus einer Vielzahl von Einzelvolumina bestehenden Kraftstoffreservoirs zu ermöglichen, ist es vorgesehen, dass die Einzelvolumina bereichsweise unmittelbar miteinander verbunden sind, vorzugsweise durch eine Klebeverbindung. Eine derartige Klebeverbindung ermöglicht es, das Kraftstoffreservoir als Ganzes gesehen relativ einfach ohne eine Bewegung bzw. Verschiebung der einzelnen Einzelvolumina zueinander in ein Fahrzeug einbauen zu können. Weiterhin erfolgt im Crashfall eine relativ leichte Trennung zwischen den Einzelvolumina zur Optimierung der Crashsicherheit.
  • Eine weitere konstruktive Ausgestaltung zur Optimierung der Anpassung des Kraftstoffreservoirs an den jeweiligen Einbauort sieht vor, dass die Verbindungsleitungen von einer Sammelleitung ausgehen, wobei die Verbindungsleitungen jeweils einer Teilmenge der Einzelvolumina zugeordnet und mit diesen verbunden sind. Eine derartige Ausbildung ermöglicht es insbesondere, die Anzahl bzw. Länge der Verbindungsleitungen und somit auch deren Gewicht zu minimieren und eine schnellere Befüllung bzw. Entleerung der Einzelvolumina.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
  • Diese zeigt in:
  • 1 im Längsschnitt eine vereinfachte Darstellung eines aus drei Lagen mit jeweils mehreren Einzelvolumina bestehenden Kraftstoffreservoirs, wobei die einzelnen Lagen des Kraftstoffreservoirs über eine Sammelleitung miteinander verbunden sind und
  • 2 eine perspektivische Darstellung einer aus einer Vielzahl von Einzelvolumina bestehende Anordnung eines Kraftstoffreservoirs.
  • Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
  • Das in der 1 dargestellte Kraftstoffreservoir 10 dient als Tank zur Bevorratung eines gasförmigen Kraftstoffs, beispielsweise Wasserstoff, in einem Kraftfahrzeug. Die Erfindung soll jedoch nicht auf die Verwendung von Wasserstoff als gasförmigen Kraftstoff sowie auf die Verwendung in Kraftfahrzeugen beschränkt sein.
  • Insbesondere ist das Kraftstoffreservoir 10 dazu ausgebildet, den gasförmigen Kraftstoff unter einem Druck zwischen 200bar und 700bar zu speichern. Das Kraftstoffreservoir 10 weist beispielhaft drei parallel zueinander angeordnete Lagen 11, 12 und 13 auf, wobei die Lagen 11 bis 13 jeweils mehrere hohlkugelförmig ausgebildete Einzelvolumina 15 zur Speicherung des gasförmigen Kraftstoffs aufweisen. Beispielhaft weisen die Einzelvolumina 15 der beiden äußeren Lagen 11 und 13 einen Durchmesser d1 auf, der etwas größer ist als der Durchmesser d2 der Einzelvolumina 15 der mittleren Lage 12, wobei die Einzelvolumina 15 der beiden äußeren Lagen 11 und 13 fluchtend zueinander angeordnet sind, während die mittlere Lage 12 mit den Einzelvolumina 15 zur Minimierung des Platzbedarfs des Kraftreservoirs 10 jeweils zwischen Einzelvolumina 15 der äußeren Lagen 11, 13 versetzt angeordnet sind. Die Einzelvolumina 15 der Lagen 11 bis 13 sind jeweils mittels einer Klebeverbindung 19 miteinander verbunden.
  • Die Einzelvolumina 15 bestehen vorzugsweise aus Stahl und sind durch aus dem Stand der Technik bekannte Herstellungsverfahren ausgebildet, die einerseits eine relativ wirtschaftliche Herstellbarkeit der Einzelvolumina 15 ermöglichen, und andererseits die benötigte Druckfestigkeit sicherstellen.
  • Die Einzelvolumina 15 der jeweiligen Lage 11 bis 13 sind mit jeweils einer als Rohr ausgebildeten Verbindungsleitung 16 bis 18 verbunden, insbesondere fluidisch verbunden, welche wiederum von einer Sammelleitung 20 ausgehen bzw. mit dieser verbunden sind. Der (Innen-)Durchmesser der Sammelleitung 20 kann beispielsweise größer sein als der (Innen-)Durchmesser der Verbindungsleitungen 16 bis 18. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind aufgrund der Ausbildung der einzelnen Lagen 11 bis 13 die Verbindungsleitungen 16 bis 18 parallel zueinander angeordnet und jeweils geradlinig ausgebildet. Über die Sammelleitung 20 und die Verbindungsleitungen 16 bis 18 erfolgt das Befüllen und die Entnahme von Kraftstoff in bzw. aus den Einzelvolumina 15.
  • Die Verbindungsleitungen 16 bis 18 durchqueren die ihr zugeordneten Einzelvolumina 15 mittig bzw. zentrisch, wobei sie im Bereich eines Eintrittsbereichs 21 an einem Einzelvolumen 15 eintreten und im Bereich eines Austrittbereichs 22 aus dem Einzelvolumen 15 austreten. Zur Ausbildung einer druckfesten Verbindung zwischen den Verbindungsleitungen 16 bis 18 und den Einzelvolumina 15 ist die Verbindung zwischen der Verbindungsleitung 16 bis 18 und den Einzelvolumina 15 im Bereich des jeweiligen Eintrittsbereichs 21 bzw. Austrittsbereichs 22, der jeweils in Form einer Öffnung bzw. eines runden Lochs ausgebildet ist, mittels einer stoffschlüssigen Verbindung (Schweißverbindung) und/oder mittels einer kraftschlüssigen Verbindung, zum Beispiel in Form einer Presspassung, ausgebildet. Im Falle einer stoffschlüssigen Verbindung ist es insbesondere vorgesehen, dass die Verbindungsleitungen 16 bis 18 aus einem artgleichen Material bestehen wie die Einzelvolumina 15.
  • Innerhalb jedes Einzelvolumens 15 weist die jeweilige Verbindungsleitung 16 bis 18 jeweils wenigstens eine Austrittsöffnung 25 für den gasförmigen Kraftstoff auf, wobei die Austrittsöffnungen 25 beispielhaft im Zentrum der jeweiligen Einzelvolumina 15 angeordnet sind.
  • In der 2 ist der Fall dargstellt, bei dem das Kraftstoffreservoir 10a innerhalb eines kubisch ausgebildeten Einbauraums 100 angeordnet ist. In Analogie zum Kraftstoffreservoir 10 besteht auch das Kraftstoffreservoir 10a aus einer Vielzahl von Einzelvolumina 15, die unterschiedliche Größen bzw. Volumina aufweisen können, oder aber zumindest teilweise dasselbe Volumen. Die Einzelvolumina 15 sind mittels einer einzigen Verbindungsleitung 30 miteinander verbunden, die innerhalb des Einbauraums 100 zur Verbindung mit den Einzelvolumina 15 mit Krümmungen, Knicken oder ähnlichen geometrischen Verformungen gestaltet sein kann, um die innerhalb des Einbauraums 100 an unterschiedlichsten Positionen angeordneten Einzelvolumina 15 miteinander zu verbinden. Weiterhin kann es auch vorgesehen sein, dass innerhalb des Einbauraums 100 von der Verbindungsleitung 30 entsprechend dem Kraftstoffreservoir 10 der 1 wiederum einzelne Leitungen abzweigen, die mit einer Teilmenge der Einzelvolumina 15 gekoppelt bzw. verbunden sind.
  • Das soweit beschriebene Kraftstoffreservoir 10, 10a kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.
  • 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 10259204 A1 [0003]

Claims (10)

  1. Kraftstoffreservoir (10; 10a), insbesondere für unter Druck stehenden gasförmigen Kraftstoff in einem Kraftfahrzeug, mit mehreren kugelförmigen Einzelvolumina (15), die mit einer Verbindungsleitung (16, 17, 18, 20; 30) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelvolumina (15) und die Verbindungsleitung (16, 17, 18, 20; 30) als separate Bauteile ausgebildet sind, und dass die Verbindungsleitung (16, 17, 18, 20; 30) mit den Einzelvolumina (15) im Bereich einer Öffnung (21, 22) der Einzelvolumina (15) durch eine kraft- oder stoffschlüssige Verbindung miteinander verbunden sind.
  2. Kraftstoffreservoir nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsleitung (16, 17, 18; 30) die Einzelvolumina (15) durchquert und im Bereich zweier Öffnungen (21, 22) mit den jeweiligen Einzelvolumen (15) verbunden ist, und dass die Verbindungsleitung (16, 17, 18; 30) innerhalb der Einzelvolumina (15) eine Austrittsöffnung (25) aufweist.
  3. Kraftstoffreservoir nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelvolumina (15) und die Verbindungsleitung (16, 17, 18, 20; 30) aus artgleichem Material, insbesondere aus Stahl, bestehen.
  4. Kraftstoffreservoir nach einem der Ansprüche1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelvolumina (15) zumindest zwei verschiedene Durchmesser (d1, d2) aufweisen.
  5. Kraftstoffreservoir nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsleitung (16, 17, 18; 30) die Einzelvolumina (15) zentrisch durchquert.
  6. Kraftstoffreservoir nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen der Verbindungsleitung (16, 17, 18; 30) und den Einzelvolumina (15) als Schweiß- oder Pressverbindung ausgebildet ist.
  7. Kraftstoffreservoir nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsleitung (16, 17, 18; 30) zwischen den Einzelvolumina (15) zumindest bereichsweise gebogen ausgebildet ist.
  8. Kraftstoffreservoir nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Lagen (11 bis 13) von Einzelvolumina (15) vorgesehen sind, die zur Reduzierung der Bauhöhe der Anordnung zueinander versetzt angeordnet sind.
  9. Kraftstoffreservoir nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelvolumina (15) bereichsweise unmittelbar miteinander verbunden sind, vorzugsweise durch eine Klebeverbindung (19).
  10. Kraftstoffreservoir nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine als Sammelleitung ausgebildete Verbindungsleitung (20) vorgesehen ist, von der mehrere Verbindungsleitungen (16, 17, 18) ausgehen, die jeweils mit einer Teilmenge der Einzelvolumina (15) verbunden sind.
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