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Die Erfindung betrifft einen Kraftstofftank mit mindestens einer Versteifungseinrichtung zum Versteifen des Kraftstofftanks, wobei die Versteifungseinrichtung ein als Strebe ausgestaltetes Stützelement aufweist. Als Versteifungseinrichtung wird dabei ein Bauteil verstanden, das in einem Innenraum des Kraftstofftanks angeordnet einem Innendruck des Kraftstofftanks entgegenwirkt und ein Gehäuse des Kraftstofftanks festigt. Die Versteifungseinrichtung kann beispielsweise zwischen einer Ober- und Unterschale des Gehäuses angeordnet sein.
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Der Innendruck eines Kraftstoffbehälters oder Kraftstofftanks in einem Kraftfahrzeug bedingt eine erhöhte Festigkeitsanforderung für dieses Bauteil. Durch diesen Innendruck werden die Ober-und Unterseite stark verformt und ein mechanisches Versagen ist möglich. In aktuellen Tanksystem werden Streben zwischen Ober- und Unterseite im Tank eingeschweißt, welche der Deformation entgegen wirken. Diese Streben sind heute rotationssymmetrischen ausgebildet.
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Die
US 2007/0194051 A1 beschreibt einen Tank mit einer internen Zellenstruktur, die als Stütze für eine externe Platte ausgestaltet ist. Die interne Zellenstruktur unterteilt dabei durch mehrere Längs- und Querwände den Innenraum in einzelne Kompartimente, die durch kleine Öffnungen miteinander verbunden sind.
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Die
CN 204 354 812 U beschreibt eine Verbindungsstruktur, die sich entlang einer Achse der Haupterstreckungseinrichtung mittig verjüngt.
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Bei einem Fahrzeug-Crash besteht generell die Anforderung einer Dichtigkeit des Kraftstoffbehälters. Hierzu ist eine Verformung des Kraftstoffbehälters notwendig, um die eingeleitete Energie abzubauen. Durch die oben genannten Streben wird die Steifigkeit des Drucktanks erhöht. Mehrere Fahrzeugcrash-Versuche haben gezeigt, dass bei den vorhandenen Konstruktionen die Anbindung zwischen Tankschale zu Strebe die Schwachstelle ist. Die Strebe kann durch diese Schwachstelle ausbrechen und die Tankblase aufplatzen. Bei einer sich zu einer Mitte hin verjüngenden Strebe tritt zudem das Problem auf, dass dem Tankinnendruck nicht sehr effizient entgegengewirkt werden kann.
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Eine der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe ist das Reduzieren einer Gefahr durch Platzen des Tanks bei einem Fahrzeugcrash.
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Die Aufgabe wird durch die erfindungsgemäßen Vorrichtungen der nebengeordneten Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind durch die Unteransprüche gegeben.
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Die Erfindung basiert auf der Idee, einen Kraftstofftank mit einer Versteifungseinrichtung bereitzustellen, die ein als Strebe ausgestaltetes Stützelement aufweist, wobei das Stützelement zwei unterschiedlich gestaltete Stützbereiche aufweist. Die Stützbereiche unterscheiden sich dabei in ihrem Querschnitt. Dadurch werden die oben beschriebenen Nachteile reduziert und eine Wahrscheinlichkeit eines Aufplatzens des Tanks wird reduziert.
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Die mindestens eine Versteifungseinrichtung des erfindungsgemäßen Kraftstofftanks, der beispielsweise als Tankblase ausgestaltet sein kann, weist ein als Strebe ausgestaltetes Stützelement auf und zwei in einer Richtung einer Längsachse des Stützelements entgegengesetzt liegende Verbindungsbereiche zum Verbinden des Stützelements mit einer Innenwand des Kraftstofftanks.
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Das Stützelement weist dabei einen ersten Stützbereich und einen weiteren Stützbereich auf, die in Bezug auf die Längsachse hintereinander angeordnet sind.
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Der erste Stützbereich hat in Bezug auf die Längsachse einen drehsymmetrischen Querschnitt, der bei Drehen um die Längsachse um einen ersten Drehwinkel auf sich selbst abgebildet wird. Der weitere Stützbereich hat in Bezug auf die Längsachse einen drehsymmetrischen Querschnitt, der bei Drehen um die Längsachse um einen zweiten, von dem ersten Drehwinkel unterschiedlichen Drehwinkel auf sich selbst abgebildet wird.
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Die Verbindungsstelle zwischen den zwei Stützbereichen wirkt als Sollbruchstelle und bricht bei einem Fahrzeugcrash, sodass das Gehäuse des Kraftstofftanks nicht durch Auszubrechen der Versteifungseinrichtung an der Verbindungsstelle der Innenwandung mit Kraft beaufschlagt wird. Hierdurch ergibt sich eine erhöhte Dichtigkeit in einem Kraftstofftank, in dem eine solche Versteifungseinrichtung eingebaut ist. Durch den erfindungsgemäßen Kraftstofftank werden also die oben beschriebenen Nachteile deutlich reduziert. Während in eine Zugrichtung weiterhin eine hohe Festigkeit gegen einen Innendruck erhalten bleibt, wird eine Wahrscheinlichkeit, dass die Versteifungseinrichtung an der Verbindungsstelle zu dem Innenraum ausbricht, reduziert, und damit auch die Wahrscheinlichkeit, dass der Kraftstofftank platzt. Hierdurch ergibt sich eine erhöhte Sicherheit des Kraftfahrzeugs bei einem Fahrzeugcrash.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Versteifungseinrichtung hat nur der erste Stützbereich einen rotationssymmetrischen Querschnitt. „Rotationssymmetrisch“ wird dabei als Synonym zu „kreissymmetrisch verstanden, beschreibt also einen Spezialfall von „drehsymmetrisch“, bei dem der Querschnitt bei einer Drehung um jeden beliebigen Winkel um die Längsachse auf sich selbst abbildet wird. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Querschnitt des zweiten Stützbereichs eckig sein, vorzugsweise rechteckig. Alle diese Ausführungsformen haben sich als besonders vorteilhaft erwiesen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Versteifungseinrichtung können die Stützbereiche als Teleskopelemente ausgestaltet sein, wobei eines der Teleskopelemente entlang der Längsachse teleskopisch ausfahrbar und einfahrbar in dem weiteren Teleskopelement gelagert sein kann. Vorzugsweise kann mindestens eines der Teleskopelemente jeweils ein Blockierelement nur zum Blockieren des Ausfahrens des ersten Teleskopelements über eine vorgegebene Gesamtlänge hinweg aufweisen. Bei einem Fahrzeug-Crash fährt das so gestaltete Stützelement ein und leitet so einen ersten Anteil der Krafteinwirkung ab. Erst bei einer noch höheren Krafteinwirkung bricht die Versteifungseinrichtung.
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Die oben gestellte Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch ein Kraftfahrzeug, das eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftstofftanks aufweist. Das Kraftfahrzeug kann vorzugsweise als Kraftwagen ausgestaltet sein, zum Beispiel als Personenkraftwagen.
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Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs kann sich die Versteifungseinrichtung entlang einer Kraftfahrzeughochachse oder Kraftfahrzeuglängsachse erstrecken. Hierdurch wird der Kraftstofftank bei zum Beispiel Auffahrunfällen besonders wirksam geschützt.
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Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung zu einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs mit einem erfindungsgemäßen Kraftstofftank und einer erfindungsgemäßen Versteifungseinrichtung,
- 2 eine schematische Darstellung zu einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstofftanks mit einer erfindungsgemäßen Versteifungseinrichtung, und
- 3 eine schematische Darstellung zu einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Versteifungseinrichtung.
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Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen. Des Weiteren sind in den Figuren jeweils Koordinatensysteme gezeigt, in welchen exemplarisch eine Fahrzeuglängsrichtung x, eine Fahrzeugquerrichtung y sowie eine Fahrzeughochrichtung z angegeben ist.
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Die 1 zeigt exemplarisch ein Kraftfahrzeug 10, das vorzugsweise als Kraftwagen ausgestaltet sein kann, beispielsweise als Personenkraftwagen. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug 10 weist einen Kraftstofftank 12 auf, der beispielsweise ein als Tankblase ausgestaltet sein kann. Exemplarisch ist in der Aufsicht eine Versteifungseinrichtung 14 des Kraftstofftanks 12 gezeigt, deren Längsachse L, also deren Haupterstreckungsrichtung, sich vorzugsweise entlang einer Kraftfahrzeughochachse (z) erstrecken kann.
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Bei einem typischen Auffahrunfall erfolgt üblicherweise eine Krafteinwirkung des Aufpralls entlang der Kraftfahrzeuglängsachse (x), also beispielsweise von der Kraftfahrzeug-Vorderseite in Richtung Tank oder von dem Kraftfahrzeugheck in Richtung Tank.
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Die Versteifungseinrichtung 14 kann vorzugsweise so in das Gehäuse 20 eingelegt werden, dass sie in einer kritischen Crashrichtung leicht bricht, also beispielsweise kann die Längsachse L der Versteifungseinrichtung 14 die Kraftfahrzeughochrichtung z oder die Kraftfahrzeuglängsrichtung x erstrecken. Der erfindungsgemäßen Kraftstofftank 12 kann vorzugsweise mehrere Versteifungseinrichtungen 14 der beschriebenen Art aufweisen.
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Die 2 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstofftanks 12, der beispielsweise aus einer Tankoberschale 16 und einer Tankunterschale 18 gebildet werden kann. Der Kraftstofftank 12 kann beispielsweise als Kunststoffkraftstoffbehälter ausgestaltet sein. Alternativ zu Zusammensetzung aus der Tankoberschale 16 und der Tankunterschale 18, die ein Gehäuse 20 des Kraftstofftanks 12 bilden können, kann das Gehäuse 20 alternativ als einstückiges Gehäuse geformt sein, beispielsweise mittels eines Einblas-Formverfahrens. Geeignete Kunststoffe sind dem Fachmann aus dem Stand der Technik bekannt.
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Exemplarisch ist in dem Innenraum I des Gehäuses 20 eine Versteifungseinrichtung 14 gezeigt. Diese hat ein als Strebe ausgestaltetes Stützelement 24, dass beispielsweise 3 Stützbereiche 26, 28, 30 aufweisen kann. Jeder der Stützbereiche 26, 28, 30 kann jeweils aus einem dem Fachmann aus dem Stand der Technik bekannten Kunststoff bestehen, beispielsweise Polyoxymethylen (POM) oder Polyethylen (PE), oder einen solchen aufweisen. Vorzugsweise kann jeder der Stützbereiche 26, 28, 30 aus einem anderen Kunststoff bestehen oder einen anderen Kunststoff aufweisen. Ein Herstellen der Versteifungseinrichtung 14 kann beispielsweise durch Herstellen eines entsprechenden Formteils oder Blasteils erfolgen, oder zum Beispiel durch Bereitstellen jeweils eines Blasformteils für jeden der Stützbereiche 26, 28, 30.
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Die 2 zeigt die Längsachse L der Versteifungseinrichtung 14 als gestrichelte Linie. Die Längsachse L der Versteifungseinrichtung 14 kann auch als deren Haupterstreckungsrichtung bezeichnet werden. An jedem Ende des Stützelements 24 ist ein Verbindungsbereich 32, der beispielsweise als Verbindungselement ausgestaltet sein kann, also beispielsweise als Bajonettverschluss oder Einbuchtung oder Ausnahme zum Anordnen der Versteifungseinrichtung 14 an einer Innenwandung 34 des Gehäuses 20.
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Wie die 2 zeigt, sind die Stützbereiche 26, 28, 30 in Bezug auf die Längsachse L hintereinander angeordnet. Die einzelnen Stützbereiche 26, 28, 30 sind in Bezug auf die Längsachse L vorzugsweise jeweils drehsymmetrisch, wobei sich mindestens zwei Stützbereiche 26, 28, 30 in ihrer Drehsymmetrie in Bezug auf denjenigen Drehwinkel unterscheiden, bei dem der Querschnitt des jeweiligen Stützbereichs 26, 28, 30 auf sich selbst abgebildet wird. Durch derart gestaltete Stützbereiche 26, 28, 30 wird jeweils zwischen zwei Stützbereichen 26, 28, 30 eine Sollbruchstelle bereitgestellt.
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Die 3 zeigt beispielhaft die zwei Stützbereiche 26, 28 der 2, wobei der Stützbereich 26 des Stützelements 24 entlang der in der 2 gezeigten Schnittlinie A-A gezeigt ist. Mit anderen Worten zeigt der oben in der 3 abgebildete Stützbereich 26 einen Querschnitt des Stützbereichs 26. Im unteren Teil der 3 ist ein Querschnitt des Stützbereichs 28 entlang der Schnittlinie B-B gezeigt. Die 3 zeigt dabei eine vorteilhafte Kombination zweier Stützbereiche 26, 28, wobei der Stützbereich 26 vorzugsweise einen runden, also rotationssymmetrischen, Querschnitt hat, und der Stützbereich 28 einen rechteckigen Querschnitt. Alternativ kann ein Querschnitt einer der Stützbereiche 26, 28, 30 die Form eines Quadrate oder eines Mehrecks habe.
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Optional können die Stützbereiche 26, 28, 30 als ausfahrbare Teleskopelemente ausgestaltet sein, wobei beispielsweise ein runder Stützbereich 12 einen Radius aufweisen kann, der geringer ist als eine kurze Seite eines eckigen Stützbereichs 28.
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Insgesamt zeigen die Beispiele, die durch die Erfindung eine nichtsymmetrische oder asymmetrische Steifigkeit strebe, also eine nichtrotationssymmetrische oder asymmetrische Versteifungseinrichtung 14 für einen Kraftstofftank 12 bereitgestellt wird.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel kann eine nichtrotationssymmetrische Konstruktion der Versteifungseinrichtung 14, welche in einer kritischen Crashrichtung ein geringeres Widerstandsmoment hat als in eine andere Raumrichtung. Dies kann zum Beispiel mit einem Rechtecksquerschnitt einer der Stützbereiche 26, 28, 30 erreicht werden, wo die Festigkeit in Zugrichtung bezüglich eines Innendrucks weiterhin gegeben ist, aber die Festigkeit der Versteifungseinrichtung 14 in der kritischen Crashrichtung geringer ist. Resultierend versagt die Versteifungseinrichtung 14 beim Crash innerhalb des Kraftstofftanks 12 und die Energie kann über die Tankblase abgeleitet werden. Die heutige kritische Schwachstelle, also die Verbindungsstelle zwischen dem Verbindungsbereich 32 und der Innenwandung 34, hält, und der Kraftstofftank 12 bleibt dicht.
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Die 2 zeigt dabei eine Konstruktion, um ein geringeres Widerstandsmoment in der kritischen Belastungsrichtung zu erreichen, wobei die kritische Belastungsrichtung zum Beispiel bei einem Heck von hinten auf das Kraftfahrzeug 10 einwirken kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2007/0194051 A1 [0003]
- CN 204354812 U [0004]
