DE102017205645A1

DE102017205645A1 - Sicherheitssystem für einen Druckbehälter eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102017205645A1
Application number: DE102017205645.2A
Authority: DE
Inventors: Jan-Mark Kunberger; Andreas Pelger
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2017-04-03
Filing date: 2017-04-03
Publication date: 2018-10-04

Abstract

Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Sicherheitssystem mit einem thermisch aktivierbaren Sicherheitsventil mit mindestens einem thermisch aktivierbaren Öffnungselement.

Description

Vorliegende Erfindung betrifft ein Sicherheitssystem für einen Druckbehälter eines Fahrzeugs sowie ein Fahrzeug mit einem solchen Sicherheitssystem. Ferner betrifft die hier offenbarte Technologie ein Öffnungselement, z.B. eine Glasampulle. Ferner betrifft die hier offenbarte Technologie ein Verfahren zur Ferndruckentlastung eines Druckbehälters.
Druckbehälters werden in Fahrzeugen zur Bevorratung von Brennstoff, beispielsweise Wasserstoff oder Erdgas, verwendet. Der Brennstoff wird im Fahrzeug z.B. in einer Brennstoffzelle oder in einem Verbrennungsmotor umgesetzt, um Energie für den Antrieb des Fahrzeugs zu erzeugen. Druckbehälter stehen unter einem relativ hohen Druck. Bei thermischen Ereignissen, beispielsweise einem Fahrzeugbrand, wird der Druck aus dem Druckbehälter i.d.R. kontrolliert abgelassen. Hierzu sind entsprechende Sicherheitsventile vorgesehen. Aus dem Stand der Technik sind Sicherheitsventile mit unterschiedlichen Öffnungselementen bekannt, beispielsweise ausgebildet als Glasampullen, aus Schmelzmaterial oder aus Formgedächtnismetall.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Sicherheitssystem für einen Druckbehälter in einem Fahrzeug bereitzustellen, dass zweckmäßig einfach zu betreiben, kostengünstig, leicht und/oder platzsparend ist und bevorzugt eine sichere Aktivierung des Sicherheitsventils zum Ablassen des Drucks aus dem Druckbehälter ermöglicht. Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs. Die Unteransprüche haben bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung zum Gegenstand.
Das Sicherheitsventil weist mindestens ein thermisch aktivierbares Öffnungselement auf. Bei der thermischen Aktivierung, üblicherweise bei einer Auslösetemperatur von ca. 110 °C und mehr, verändern die Öffnungselemente ihre Form oder werden zerstört (=thermisches Aktivieren). Dadurch öffnet sich das Sicherheitsventil. Durch die thermische Aktivierung kann das Öffnungselement seine Form verändern. Alternativ oder zusätzlich kann durch thermische Aktivierung das Öffnungselement zerstört werden. Der Begriff „Öffnungselement“ ist im Rahmen der hier offenbarten Technologie auf den Bereich des Sicherheitsventils beschränkt, der durch die thermische Aktivierung in seiner Form veränderbar bzw. zerstörbar ist. Im geschlossenen Zustand des Sicherheitsventils bewirkt das Öffnungselement direkt oder indirekt, dass das Sicherheitsventil einen Strömungspfad vom Inneren des Druckbehälters zur Umgebung nicht freigibt. Beim indirekten Verschließen hält das Öffnungselement beispielsweise einen Ventilkörper, wobei der Ventilkörper wiederum das Sicherheitsventil verschließt.
Das Öffnungselement ist so ausgebildet, dass es bei einer Auslösetemperatur, beispielsweise von 110°C, öffnet. Die Auslösetemperatur ist so gewählt, dass bei einem thermischen Ereignis, z.B. ein Fahrzeugbrand, ein Bersten des Druckbehälters durch thermische Strukturschwächung vermieden wird.
Das Öffnungselement kann beispielsweise als Glasampulle ausgebildet sein. Eine solche Glasampulle ist ein fluidgefüllter Berstkörper. Die Glasampulle weist ein geschlossenes Fluidvolumen auf, das von einem auch bei der Auslösetemperatur vergleichsweise spröden bzw. zerbrechlichen Material (z.B. Glas) umgeben ist. Das Material für die Glasampulle ist nicht auf „Glas“ beschränkt, sondern es kann jedes Material gewählt werden, dass ausreichend spröde ist. Das Fluidvolumen ist mit einem Fluid gefüllt, welches sich bei Erwärmung vergleichsweise stark ausdehnt. Steigt nun die Temperatur auf die Auslösetemperatur an, so bricht die Glasampulle und bewirkt somit das Auslösen des Sicherheitsventils (=Freigabe des Strömungspfads zur Umgebung).
Alternativ oder zusätzlich kann ein Schmelzlot vorgesehen sein. Steigt die Temperatur im Sicherheitsventil auf die Auslösetemperatur an, so wird das Schmelzlot weich. Das erweichte Schmelzlot wird durch eine vom Druckbehälterinnendruck direkt oder indirekt erzeugte Kraft verformt. Diese Verformung des Schmelzlots bewirkt ein Auslösen des Sicherheitsventils. Ferner kann das Öffnungselement auch ein Formgedächnismaterial umfassen, insbesondere einen Formgedächtnisdraht. Das Formgedächnismaterial kann insbesondere ausgebildet sein, bei einer Temperatur unterhalb der Auslösetemperatur eine erste Form einzunehmen, die sich von der zweiten Form unterscheidet, die sich mit Überschreiten der Auslösetemperatur einstellt. Konkrete Ausbildungen eines Sicherheitsventils mit einer Glasampulle, einem Schmelzlot und/oder einem Formgedächnismaterial sind dem Fachmann bekannt. Beispielsweise offenbart die DE 10 2014 000616 A1 ein Sicherheitsventil mit einem Formgedächnismaterial und diskutiert im einleitenden Teil ebenfalls Lösungen mit einer Glasampulle und einem Schmelzlot.
Bevorzugt ist das Öffnungselement kapselförmig ausgebildet. Es umfasst bevorzugt einen im Wesentlichen zylinderförmigen Mantelbereich mit zwei i.d.R. gewölbten Enden.
Die hier offenbarte Technologie betrifft insbesondere ein thermisch aktivierbares Öffnungselement für ein thermisch aktivierbares Sicherheitsventil, wobei das Öffnungselement an seiner Außenoberfläche oder in einer Wandung des Öffnungselementes mindestens eine elektrische Leitung umfassen kann, die an den elektrischen Schaltkreis anschließbar ist. Die elektrische Leitung kann bevorzugt das Öffnungselement nicht allseitig umschließen. Insbesondere kann die elektrische Leitung derart ausgebildet und angeordnet sein, das die elektrische Leitung nach dem thermischen Aktivieren des Öffnungselementes die funktionsgemäße Verformung des Öffnungselementes nicht vollständig bzw. zumindest teilweise unterbindet.
De elektrische Leitung kann bevorzugt maximal 50% oder maximal 30% oder maximal 15% der Außenoberfläche vom Öffnungselement (6) bedecken. Das Öffnungselement kann an der Außenoberfläche vom Öffnungselement eine Freifläche aufweisen, die nicht von der Leitung unterbrochen wird, wobei die Freifläche mindestens 50% oder mindestens 70% oder mindestens 85% der Außenoberfläche vom Öffnungselement ausmachen kann.
Die elektrische Leitung kann mäanderförmig und/oder wellen(linien)förmig verlaufen. Am Öffnungselement können ferner mindestens zwei Kontaktbereiche zum elektrischen Kontakt mit dem Sicherheitsventil vorgesehen sein.
Die hier offenbarte Technologie betrifft ein thermisch aktivierbares Sicherheitsventil. Das thermisch aktivierbare Sicherheitsventil, auch Druckentlastungseinrichtung oder Thermal Pressure Release Device bzw. TPRD genannt, ist i.d.R. benachbart zum Druckbehälter vorgesehen. Bei Hitzeeinwirkung (z.B. durch Flammen) wird durch das TPRD der im Druckbehälter gespeicherte Brennstoff in die Umgebung abgelassen. Die Druckentlastungseinrichtung lässt den Brennstoff ab, sobald die Auslösetemperatur des TPRDs überschritten wird (=wird thermisch aktiviert). Es können ferner Auslöseleitungen vorgesehen sein. Ein solches System zur thermischen Druckentlastung ist beispielsweise in der DE 10 2011114725 A1 oder der EP 1 655 533 B1 gezeigt.
Das thermisch aktivierbare Sicherheitsventil kann mindestens ein Öffnungselement mit mindestens einer elektrischen Leitung umfassen, wie es hier offenbart ist. Das Sicherheitsventil kann mindestens zwei elektrische Kontakte aufweisen, die eingerichtet sind, die elektrische Leitung vom Öffnungselement zu kontaktieren.
Das thermisch aktivierbare Sicherheitsventil kann mindestens eine Heizkomponente aufweisen. Die Heizkomponente kann ausgebildet sein, mindestens ein thermisch aktivierbares Öffnungselement zu erwärmen, wobei die Heizkomponente in einer Gehäusewand bzw. an einer Innenseite der Gehäusewand des Sicherheitsventils vorgesehen sein kann.
Insbesondere kann die Heizkomponente eine Heizspirale sein. In einer Ausgestaltung kann in der Heizspirale das Öffnungselement aufgenommen sein. Bevorzugt kann die Heizspirale elektrisch isolierend gegenüber der Gehäusewand ausgebildet sein. Bevorzugt ist die Gehäusewand aus einem Metallmaterial hergestellt.
Die Heizkomponente kann als Bimetallelement und/oder als Formgedächniselement ausgebildet sein. Das Bimetallelement und/oder das Formgedächniselement können derart ausgebildet sein, dass das Bimetallelement und/oder das Formgedächniselement in einem ersten nicht erwärmten bzw. nicht thermisch aktivierten Zustand vom Öffnungselement nicht kontaktiert wird. In diesem Zustand ist das Bimetallelement und/oder das Formgedächniselement beabstandet zum Öffnungselement. Vorteilhaft kann somit vermieden werden, dass sich aus dem Fahrbetrieb resultierende Vibrationen auf das Öffnungselement übertragen.
Die hier offenbarte Technologie betrifft ferner ein Sicherheitssystem zur Druckentlastung von mindestens einem Druckbehälter eines Kraftfahrzeugs. Das Sicherheitssystem umfasst das hier offenbarte Sicherheitsventil, das hier offenbarte Öffnungselement und/oder den hier offenbarten mindestens einen Druckbehälter.
Der Druckbehälter kann beispielsweise ein kryogener Druckbehälter (= CcH2) oder ein Hochdruckgasbehälter (= CGH2) sein. Hochdruckgasbehälter sind ausgebildet, im Wesentlichen bei Umgebungstemperaturen Brennstoff dauerhaft bei einem nominalen Betriebsdruck (auch nominal working pressure oder NWP genannt) von ca. 350 barü (= Überdruck gegenüber dem Atmosphärendruck), ferner bevorzugt von ca. 700 barü oder mehr zu speichern. Ein kryogener Druckbehälter ist geeignet, den Brennstoff bei den vorgenannten Betriebsdrücken auch bei Temperaturen zu speichern, die deutlich unter der Betriebstemperatur des Kraftfahrzeuges liegen.
Das Sicherheitsventil ist zweckmäßig am Druckbehälter angeordnet oder entsprechend fluidleitend mit dem Druckbehälter verbunden. Sofern kein thermisches Ereignis vorliegt, ist das Sicherheitsventil geschlossen.
Das hier offenbarte Sicherheitssystem kann insbesondere derart ausgebildet sein, dass die Heizkomponente und/oder das Öffnungselement von einer fahrzeuginternen und/oder von einer fahrzeugexternen Energiequelle mit elektrischer Energie versorgt werden kann/können.
Eine fahrzeuginterne Energiequelle kann beispielsweise eine elektrische Energiespeichereinrichtung (z.B. Batterie) oder ein thermoelektrischer Generator sein. Vorteilhaft kann der thermoelektrische Generator unmittelbar benachbart zur Mantelfläche des Druckbehälters angeordnet sein. Der thermoelektrische Generator kann so ausgebildet sein wie der Generator, der in der deutschen Patentanmeldung mit der Anmeldenummer DE 10 2016 215053.7 (dort: thermoelektrischer Generator 110) offenbart ist. Der Inhalt der deutschen Patentanmeldung mit der Anmeldenummer DE 10 2016 215053.7 wird bezüglich der Ausgestaltung und Anordnung des thermoelektrischen Generators per Verweis hiermit mit in diese Offenbarung mit aufgenommen.
Die Heizkomponente und/oder das Öffnungselement kann/können insbesondere durch eine fahrzeugexterne Energiequelle und/oder durch ein fahrzeugexternes Steuergerät aktivierbar sein. Ferner kann vorgesehen sein, dass das Sicherheitssystem derart eingerichtet ist, dass die Heizkomponente und/oder das Öffnungselement an die fahrzeugexterne Energiequelle und/oder an ein fahrzeugexternes Steuergerät anschließbar ist/sind. Die fahrzeugexterne Energiequelle kann jegliche Art von elektrische Energiequelle sein, beispielsweise eine Batterie. Die fahrzeugexterne Energiequelle kann eingerichtet sein, die Heizkomponente und/oder das Öffnungselement mit ausreichend Energie zu versorgen, damit das Öffnungselement thermisch aktiviert wird. Das fahrzeugexterne Steuergerät kann eingerichtet sein, das sichere Betätigen der Ferndruckentlastungseinrichtung zu steuern bzw. zu regeln. Zweckmäßig können elektrische Leitungen zu mindestens einem Anschluss für eine solche Energiequelle bzw. für ein solches Steuergerät führen. Es kann aber auch lediglich eine elektrische Leitung vorgesehen sein, falls beispielsweise lediglich ein Pol zur Steuerung benötigt wird und als anderes Signal das Massesignal bzw. die Erde herangezogen wird. Die konkrete Ausgestaltung des Stromkreises ist einem Fachmann geläufig.
Besonders bevorzugt sind an unterschiedlichen Stellen des hier offenbarten Kraftfahrzeugs zueinander beabstandet mindestens zwei elektrische Anschlüsse vorgesehen, an denen jeweils die fahrzeugexterne Energiequelle und/oder das fahrzeugexterne Steuergerät anschließbar sind. Zu jedem dieser Anschlüsse kann/können beispielsweise mindestens eine elektrische Leitung, bevorzugt zwei elektrische Leitungen, führen.
„Zueinander beabstandet“ bedeutet im Zusammenhang mit der hier offenbarten Technologie, dass die elektrischen Anschlussstellen mindestens 50 cm, bevorzugt mindestens 1 m oder 1,5 m voneinander entfernt sind. Sie können derart beabstandet sein, dass die elektrischen Anschlüsse von außen aus unterschiedlichen Richtungen und/oder von unterschiedlichen Fahrzeugseiten (rechte Fahrzeugseite, linke Fahrzeugseite, Fahrzeugboden, Fahrzeugdach, etc.) aus zugänglich sind.
Von außen zugänglich meint in diesem Zusammenhang, dass der mindestens eine elektrische Anschluss ohne fahrzeugspezifisches Spezialwerkzeug und ohne zeitaufwendige Demontage weiterer Funktionsbauteile (außer von Abdeckungen der Karosserie) von außerhalb des Kraftfahrzeuges (z. B. von der Außenhaut der Karosserie oder von der Unterbodenverkleidung) zugänglich ist. Dabei kann der elektrische Anschluss durch einer Klappe oder Abdeckung verdeckt sein, die zweckmäßig leicht demontierbar ist.
Bevorzugt umfasst das hier offenbarte Sicherheitssystem ferner mindestens einen elektrischen Schalter bzw. Crashschalter bzw. elektrische Schaltvorrichtung (nachstehend: elektrischer Schalter). Der elektrische Schalter ist hier im stromlosen Zustand offen. Der elektrische Schalter kann derart angeordnet und ausgebildet sein, dass der elektrische Schalter einen den elektrischen Kontakt zur Heizkomponente und/oder zum Öffnungselement unterbindet, solange kein für ein Unfall-/Brandereignis indikatives Signal und/oder ein fahrzeugexternes Signal von authentifizierbaren Dritten vorliegt. Erkennt ein Steuergerät des Kraftfahrzeugs bzw. der elektrischen Schaltvorrichtung, dass das Kraftfahrzeug in einem Unfall verwickelt ist und/oder dass ein Brandereignis am Kraftfahrzeug eingetreten ist, und/oder wird von dem Steuergerät ein befugter Dritter authentifiziert (der ein Schließsignal für den elektrischen Schalter initiiert), so wird der elektrische Schalter geschlossen und eine Stromzufuhr zur Heizkomponente und/oder zum Öffnungselement ermöglicht. Der elektrische Schalter ist also ein durch ein Steuergerät des Kraftfahrzeugs ansteuerbarer elektrischer Schalter. Die Vorrichtungen zum Erkennen eines Crashs in einem Fahrzeug sind üblicherweise vorhanden und werden auch zum Auslösen von anderen Sicherheitssystemen, beispielsweise einem Airbag, verwendet. So kann ein Missbrauch des Systems vermieden werden.
Der elektrische Schalter kann auch über ein fahrzeugexternes Signal (z.B. Rettungskräfte, Wartungspersonal) aktiviert werden. D.h. es kann auch der elektrische Schalter von befugten (insbesondere authentifizierte) Dritten (z.B. Personal einer Servicestelle) geschlossen werden, ohne dass ein Fahrzeugbrand bzw. ein Unfall bzw. ein Crashsignal fahrzeugseitig vorliegt. Dies ist insbesondere vorteilhaft, falls aus anderen Gründen eine Druckentlastung stattfinden soll, beispielsweise weil bei einem Fahrzeugbrand bzw. einem Unfall das Steuergerät deaktiviert war/wurde (z.B. beim Parken) und/oder das Steuergerät den Brand/Unfall nicht als solchen detektiert/klassifiziert hat. Auch sind andere Gründe denkbar. Vorteilhaft kann der elektrische Schalter über ein kabelloses bzw. kabelgebundenes Kommunikationssignal von einer fahrzeugexternen Vorrichtung geschlossen werden, beispielsweise durch ein E-Call System einer Servicestelle. Prinzipiell ist hier jede Form der Kommunikation vorstellbar.
Bevorzugt können zusätzliche Sicherheitsmaßnahmen zur Authentifizierung des den elektrischen Schalter schließenden Dritten vorgesehen sein, beispielsweise eine verschlüsselte Kommunikation abgesichert mit einem kraftfahrzeugspezifischen mechanischen bzw. elektronischen Schlüssel. Beispielsweise kann hierzu auch die Codierung des Fahrzeugschlüssels herangezogen werden. Insbesondere vorteilhaft ist in dieser Ausgestaltung eine interne Energiequelle vorgesehen. Alternativ oder zusätzlich kann aber auch eine externe Energiequelle vorgesehen sein.
Insbesondere kann eine Vorrichtung ausgebildet sein, das Verfahren umzusetzen, das in der deutschen Patentanmeldung mit der Anmeldenummer DE 10 2015 223966.7 offenbart ist. Die in der deutschen Patentanmeldung mit der Anmeldenummer DE 10 2015 223966.7 offenbarte Vorrichtung und das dort offenbarte Verfahren wird hiermit per Verweis hier mit aufgenommen. Bevorzugt ist jedoch die thermische (Fern)Aktivierung hier mittels der hier offenbarten Heizkomponente bzw. dem Öffnungselement.
Die hier offenbarte Technologie umfasst ferner ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Straßenfahrzeug. Das Kraftfahrzeug umfasst das hier offenbarte Sicherheitssystem und mindestens einen Druckbehälter, wie er hier offenbart ist. Das Sicherheitssystem ist eingerichtet, eine Druckentlastung des hier offenbarten Druckbehälters herbeizuführen.
Das hier offenbarte Sicherheitssystem kann mindestens eine Verzögerungseinrichtung umfassen. Die Verzögerungseinrichtung kann fahrzeugseitig vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Verzögerungseinrichtung auch an der fahrzeugexternen Energiequelle bzw. an der fahrzeugexternen Steuerung vorgesehen sein. Die Verzögerungseinrichtung ist eingerichtet, den Betrieb der Heizkomponente und/oder des Öffnungselements zeitlich zu verzögern. Die technische Umsetzung einer solchen Verzögerungseinrichtung ist dem Fachmann geläufig. In der Regelungstechnik wird hierfür auch der Begriff „Totzeitglied“ verwendet. Die hier offenbarte Verzögerungseinrichtung kann das thermische Auslösen des Öffnungselements mindestens 30 Sekunden, mindestens 2 Minuten oder mindestens 2 Minuten oder mindestens 5 Minuten verzögern. Vorteilhaft können sich somit Sicherheitskräfte vor dem Auslösen des Öffnungselements in Sicherheit bringen. Vorteilhaft müssen somit nicht lange elektrische Leiter zum Auslösen aus sicherer Entfernung verlegt werden. Bevorzugt kann die Verzögerungseinrichtung so gestaltet sein, dass die Verzögerungszeit eingestellt werden kann. Wie bei einem Selbstauslöser eines Fotoapparates kann somit eingestellt werden wann die Ferndruckentlastung stattfinden soll.
Mit anderen Worten betrifft die hier offenbarte Technologie eine Glasampulle mit gewellt bzw. mäanderförmig verlaufenden Leitungen auf ihrer Außenoberfläche. Eine solche Glasampulle weist insbesondere keine Leiterumwicklung auf, die eventuelle Glassplitter nach dem Zerspringen der Glasampulle festhält. Die Splitter können sich vielmehr ungehindert bewegen und die Verformung der Glasampulle wird weniger beeinträchtigt. Somit kann das Auslöseverhalten verbessert werden.
Der Bimetallstreifen kann beispielsweise elektrisch erwärmt werden. Der Bimetallstreifen kann derart ausgebildet sein, das der Bimetallstreifen seine Form derart verändert, dass er ab einer Temperatur von ca. 110°C an der Glasampulle anliegt. Der Bimetallstreifen überträgt dann mittels Wärmeleitung die Wärme an die Glasampulle. Insgesamt kann bei so einer Ausgestaltung das Ansprechverhalten vom Sicherheitsventil verbessert werden. Einerseits kann vergleichsweise gut die Wärme an die Glasampulle mittels Wärmeleitung übertragen werden und andererseits überträgt der Bimetallstreifen bei normalen Fahrzeugbetrieb keine mechanischen Kräfte und Momente (z.B. Vibrationen) auf die Glasampulle. Die offenbarte Technologie geht einher mit einem besseren Auslöseverhalten, mit einem besseren Auslöseverhalten, mit einer geringeren Beeinflussung des Systems, denn das Glasbulb ist nicht in direktem Kontakt mit der Fremdauslöseeinrichtung und wird dadurch nicht in seinem Verhalten (bei einem externen Brand) oder Lebensdauer beeinflusst.
Die elektrische Ansteuerung kann über einen Sicherheitsschalter erfolgen, der die Ansteuerung der Heizkomponente und/oder vom Öffnungselement erst freigibt, wenn die Fahrzeugsteuerung einen Unfall oder Brand erkannt hat. Alternativ oder zusätzlich können Dritte (i.d.R. Rettungskräfte) die Heizkomponente und/oder das Öffnungselement freigeben, beispielsweise durch den hier offenbarten elektrischen Schalter bzw. durch die Offenbarung der hier durch Verweis mit aufgenommenen deutschen Patentanmeldung mit der Anmeldenummer DE 10 2015 223966 .
Die vorgeschlagene Ferndruckentlastung lässt sich mit deutlich geringerem Aufwand in vorhandene und abgesicherte TPRD-Systeme integrieren, ohne dabei Änderungsanforderungen an das Design und die Funktion der abgesicherten TPRD-Systeme zu stellen. Somit können bereits erprobte TPRD-Systeme weiterhin genutzt werden, die nun aber auch aus der Ferne, insbesondere von außerhalb des Kraftfahrzeuges betätigt werden können. Darüber hinaus kann das hier offenbarte System i.d.R. vergleichsweise günstig, leicht und mit geringem Bauraumbedarf realisiert werden.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der hier offenbarten Technologie ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. Es zeigen:

1 schematisch einen Schaltkreis des hier offenbarten Sicherheitssystems 1 eines Kraftfahrzeugs 2 mit dem Sicherheitsventil 5;
2 schematisch eine Querschnittszeichnung eines Sicherheitsventils 5 mit einer Heizkomponente 20 und einem Öffnungselement 6;
3 schematisch ein Öffnungselement 6; und
4 schematisch ein weiteres Öffnungselement 6.

Die 1 zeigt schematisch einen Schaltkreis, in dem die hier offenbarte Technologie verwirklicht ist. Gestrichelt gekennzeichnet ist das Kraftfahrzeug 2. Nach außen hin leicht zugänglich ist der Anschluss 8 vorgesehen. Der Anschluss 8 kann beispielsweise hinter einer Klappe der Karosserie-Außenhaut oder am Unterbodenblech vorgesehen sein. Der Anschluss 8 ist so ausgebildet, dass eine fahrzeugexterne Energiequelle 3 leicht anschließbar ist. Hier dargestellt ist lediglich ein Anschluss 8. Bevorzugt umfasst das Kraftfahrzeug 2 mindestens zwei Anschlüsse 8, die an unterschiedlichen Stellen des Kraftfahrzeugs 2 von außen zugänglich angeordnet sind. Vorteilhaft kann somit unabhängig von der Fahrzeuglage nach einem Unfall die externe Energiequelle 3 angeschlossen werden. Über elektrische Stromleitungen 7 ist die externe Energiequelle 3 mit der Heizkomponente 20 verbunden. Die Heizkomponente 20 ist hier an oder in einem Sicherheitsventil 5 oder an oder in einem Öffnungselement 6 angeordnet (nicht gezeigt, vgl. 2). Die elektrischen Stromleitungen 7, die fahrzeugexterne Energiequelle 3 und die Heizkomponente 20 bilden hier einen elektrischen Schaltkreis aus, in dem hier zusätzlich ein als Crashschalter ausgebildeter elektrischer Schalter 9 vorgesehen ist. Der elektrische Schalter 9 ist im stromlosen Zustand offen. Wird von einem Steuergerät (nicht dargestellt) ein Unfall bzw. ein Fahrzeugbrand detektiert, so veranlasst das Steuergerät, dass der elektrische Schalter 9 geschlossen wird. Alternativ oder zusätzlich könnten Sicherheitskräfte aus der Ferne die Heizkomponente 20 aktivieren. Somit kann bei angeschlossener externer Energiequelle 3 nur ein Strom fließen, wenn ein Unfall bzw. Fahrzeugbrand vorliegt. Diese Maßnahme kann dazu beitragen, dass die Wahrscheinlichkeit einer missbräuchlichen Druckentlastung verringert wird. Ferner kann das hier offenbarte System eine Verzögerungseinrichtung 12 umfassen. Die Verzögerungseinrichtung 12 ist eingerichtet, auch bei einem geschlossenen elektrischen Schalter 9 und angeschlossener externer Energiequelle 3 den Stromfluss direkt nach dem Ausbilden des geschlossenen Stromkreises zunächst für eine gewisse Zeit zu unterbinden. Hier ist die Verzögerungseinrichtung 12 als separates Bauteil eingezeichnet. Ebenso könnte die Verzögerungseinrichtung 12 auch in ein anderes Bauteil (z.B. Heizkomponente, Steuergerät, etc.) mit integriert sein. Somit haben die Rettungskräfte i.d.R. genügend Zeit, sich außerhalb der Gefahrenzone zu begeben, nachdem sie die externe Energiequelle 3 an den Anschluss 8 des Kraftfahrzeugs 2 angeschlossen haben. Eine solche Verzögerungseinrichtung 12 muss jedoch nicht vorgesehen sein. Es ist ebenso möglich, die externe Energiequelle 3 mittels langer elektrischer Stromleitungen an den Anschluss 8 anzuschließen, wobei die Leitungslänge zweckmäßig so gewählt ist, dass die externe Energiequelle außerhalb des Gefahrenbereiches angeordnet ist. An der externen Energiequelle 3 kann dann eine externe Steuerung bzw. ein externer Schalter vorgesehen sein, über den der Stromkreis geschlossen wird. Ist nun der Stromkreis geschlossen und fließt nun nach einer gewissen Verzögerung durch die Verzögerungseinrichtung 12 ein elektrischer Strom, so erwärmt die Heizkomponente das Öffnungselement 6 des Sicherheitsventils 5 und gegebenenfalls weitere Bereiche des Sicherheitsventils 5. Hier dargestellt ist eine externe Energiequelle 3. Selbstverständlich kann aber alternativ oder zusätzlich eine fahrzeuginterne Energiequelle vorgesehen sein.
Die 2 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Sicherheitsventils 5, das an einem Druckbehälter 4 vorgesehen ist. Durch einen Einlass 51 kann der Brennstoff, hier Wasserstoff, in das Sicherheitsventil 5 einströmen. Ein Kolben 54 samt Dichtung 53 verhindert das Ausströmen von Brennstoff durch die Abblaseleitung 52. Der Kolben 54 wird hier durch das Öffnungselement 6 in seiner ersten den Brennstoffdurchgang sperrenden Position gehalten. Das Öffnungselement 6 wird hier auf Druck beansprucht. Über den Kolben 54 wird eine durch den Druckbehälterinnendruck ausgeübte Kolbenkraft auf das Öffnungselement 6 übertragen. Das Gegendruckelement 55 ist hier mit dem Gehäuse 56 des Sicherheitsventils 5 über Verbindungsstäbe 57 verbunden. Das Gegendruckelement 55 bringt die Gegenkraft zur Kolbenkraft auf. Das Gegendruckelement 55 und die Verbindungsstäbe 57 sind derart ausgebildet, dass erwärmte Luft der Umgebung einfach in die Ventilkammer 58 einströmen kann, um das Öffnungselement 6 im Brandfall unmittelbar benachbart zum Sicherheitsventil 5 thermisch zu aktivieren. Findet nun ein Brandereignis an einer anderen Stelle des Kraftfahrzeugs statt oder hat sich ein Unfall ereignet, so kann die Heizkomponente 20 bestromt werden. Die Heizkomponente 20 erwärmt das Fluid im Fluidraum 11 und gegebenenfalls weitere Abschnitte des Sicherheitsventils 5, wie beispielsweise das Gegendruckelement 55, die Verbindungsstäbe 57 und/oder Abschnitte des Gehäuses 56. Überschreitet die Temperatur im Fluidraum 11 die Auslösetemperatur, so zerbricht das als Glasampulle 10 ausgebildet Öffnungselement 6. Folglich wirkt auf den Kolben 54 nur noch die vom Druckbehälterinnendruck aufgebrachte Kolbenkraft. Der Kolben 54 verschiebt sich also in axialer Richtung des Sicherheitsventils 5 zum Gegendruckelement 55 hin. Durch diese Axialbewegung kann der Brennstoff durch die Abblaseleitung 52 entweichen und der Druckbehälter 4 wird druckentlastet.
Das Heizelement 20 verläuft hier durch die Wand der Glasampulle 10. Ebenso könnte die Heizkomponente 20 auch auf der Außenoberfläche der Glasampulle vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich könnte die Heizkomponente 20 auch an in einem Einsatzteil auf der Innenseite des Gehäuses 56 (hier punktiert gezeigt) vorgesehen sein oder in den Verbindungsstäben. Die Heizkomponente 20 könnte im Gehäuse 56 wiederum mäanderförmig oder spiralförmig verlaufen.
3 zeigt eine Ausgestaltung des Öffnungselementes 6, bei dem die elektrische Leitung 61 der Heizkomponente 20 mäanderförmig auf einer Seite des Öffnungselementes 6 verläuft. Die 4 zeigt eine weitere Ausgestaltung, bei der die elektrische Leitung 61 wellenförmig auf einer Seite des Öffnungselementes 6 verläuft verläuft. Bevorzugt verläuft gleichsam auf den gegenüberliegenden anderen Seiten der in den 3 und 4 gezeigten
Öffnungselementen 6 keine elektrische Leitung 61 der Heizkomponente 20.
Im Rahmen der hier offenbarten Technologie wird teilweise vereinfachend die Einzahl (z.B. „Öffnungselement“, „Heizkomponente“, „Sicherheitsventil“) verwendet, wobei gleichsam deren Plural (d.h. „mindestens ein Öffnungselement“, „mindestens eine Heizkomponente“, mindestens ein Sicherheitsventil) mit umfasst bzw. mit offenbart sein soll und deren Plural lediglich aus Gründen der Leserlichkeit nicht explizit wiederholt wurde.
„Fahrzeugextern“ bedeutet im Rahmen der hier offenbarten Technologie, das der als fahrzeugextern bezeichnete Gegenstand nicht im Kraftfahrzeug angeordnet ist bzw. nicht mit dem Kraftfahrzeug während seines bestimmungsgemäßen Gebrauchs permanent verbunden ist. Vielmehr ist es eine mobile Komponente oder an einem anderen Ort als das Kraftfahrzeug verbaute Komponente. Ein fahrzeugexterner Gegenstand kann aber für den bestimmungsgemäßen Gebrauch an das Kraftfahrzeug beispielsweise für die Dauer des Gebrauchs angeschlossen werden.
Bezugszeichenliste

1: Sicherheitssystem
2: Fahrzeug
3: externe elektrische Energiequelle
4: Druckbehälter
5: Sicherheitsventil
51: Einlass
52: Abblaseleitung
53: Dichtung
54: Kolben
55: Gegendruckelement
56: Gehäuse
57: Verbindungsstab
6: Öffnungselement
61: elektrische Leitung
7: elektrische Stromleitungen
8: elektrischer Anschluss
9: Crashschalter
10: Glasampulle
11: Fluidraum
12: Verzögerungseinrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014000616 A1 [0007]
DE 102011114725 A1 [0012]
EP 1655533 B1 [0012]
DE 102016215053 [0021]
DE 102015223966 [0029, 0034]

Claims

Thermisch aktivierbares Öffnungselement (6) für ein thermisch aktivierbares Sicherheitsventil (5) eines Druckbehälters, wobei das Öffnungselement (6) an seiner Außenoberfläche oder in einer Wandung des Öffnungselementes (6) mindestens eine elektrische Leitung (61) umfasst, die an einen elektrischen Schaltkreis anschließbar ist, wobei die elektrische Leitung (61) das Öffnungselement (6) nicht allseitig umschließt; und/oder wobei die elektrische Leitung (61) derart ausgebildet und angeordnet ist, dass die elektrische Leitung (61) nach dem thermischen Aktivieren des Öffnungselementes (6) die funktionsgemäße Verformung des Öffnungselementes (6) nicht zumindest teilweise unterbindet.
Öffnungselement (6) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die elektrische Leitung (61) maximal 50% oder maximal 30% oder maximal 15% der Außenoberfläche vom Öffnungselement (6) bedeckt.
Öffnungselement (6) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Außenoberfläche vom Öffnungselement (6) eine Freifläche aufweist, die nicht von der Leitung (61) unterbrochen wird, wobei die Freifläche mindestens 50% oder mindestens 70% oder mindestens 85% der Außenoberfläche vom Öffnungselement (6) ausmacht.
Öffnungselement (6) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die elektrische Leitung (61) mäanderförmig und/oder wellenförmig verläuft.
Thermisch aktivierbares Sicherheitsventil (5) für einen Druckbehälter mit mindestens einem Öffnungselement (6) nach einem der vorherigen Ansprüche, umfassend mindestens zwei elektrische Kontakte, die eingerichtet sind, die elektrische Leitung (61) vom Öffnungselement zu kontaktieren.
Thermisch aktivierbares Sicherheitsventil (5) für einen Druckbehälter mit mindestens einer Heizkomponente (20), wobei die Heizkomponente (20) ausgebildet ist, mindestens ein thermisch aktivierbares Öffnungselement (6) zu erwärmen, wobei die Heizkomponente (20) in einer Gehäusewand (561) und/oder an einer Innenseite der Gehäusewand (561) des Sicherheitsventils (5) vorgesehen ist.
Thermisch aktivierbares Sicherheitsventil (5) für einen Druckbehälter mit mindestens einer Heizkomponente (20), wobei die Heizkomponente (20) ausgebildet ist, mindestens ein thermisch aktivierbares Öffnungselement (6) zu erwärmen, wobei die Heizkomponente (20) ein Bimetallelement (20) und/oder ein Formgedächniselement (20) ist, wobei das Bimetallelement (20) und/oder Formgedächniselement (20) derart ausgebildet ist, dass es in einem ersten Zustand vom Öffnungselement (6) nicht kontaktiert, und dass es in einem zweiten Zustand das Öffnungselement (6) kontaktiert.
Öffnungselement (6) nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 4 oder Sicherheitsventil nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei das thermisch aktivierbare Öffnungselement (6) ein Schmelzlot, eine Glasampulle (10) und/oder ein Formgedächtnismaterial umfasst.
Sicherheitssystem (1) zur Druckentlastung von mindestens einem Druckbehälter (4) eines Kraftfahrzeugs (2), umfassend mindestens ein Öffnungselement (6) nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 4 oder mindestens ein Sicherheitsventil nach einem der Ansprüche 5 bis 7.
Sicherheitssystem (1) nach Anspruch 9, ferner umfassend mindestens einen elektrischen Schalter (9), der ausgebildet ist, die Stromzufuhr zur Heizkomponente (20) zu unterbrechen, solange kein Unfallereignis und/oder kein Fahrzeugbrand und/oder kein fahrzeugexternes Signal von Dritten vorliegt.