DE102017210720A1 - Druckbehälter mit Deformationselement sowie Kraftfahrzeug - Google Patents

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Olivier Cousigne
Timo Gutmann
Ömer Ahmet-Tsaous
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Abstract

Die hier offenbarte Technologie betrifft einen Druckbehälter 100 zur Speicherung von Brennstoff für ein Kraftfahrzeug mit mindestens einem Deformationselement 200, 200'. Das Deformationselement 200, 200' liegt an einer Außenoberfläche eines gewölbten Ende P1, P2 des Druckbehälters 100 direkt oder indirekt an und/oder ist am gewölbten Ende P1, P2 befestigt. Das Deformationselement 200, 200' umgibt ein Endstück 170 des Druckbehälters 100, wobei das Deformationselement 200, 200' eingerichtet ist, im Falle eines Zusammenstoßes des Kraftfahrzeugs mit einem Objekt sich in Richtung der Druckbehälterlängsachse A-A zu deformieren.

Description

  • Die hier offenbarte Technologie betrifft einen Druckbehälter zur Speicherung von Brennstoff in einem Kraftfahrzeug. Druckbehälter als solche sind aus dem Stand der Technik bekannt. Sie umfassen einen im Wesentlichen zylindrischen Mittelteil und zwei gewölbte Enden. Sie werden in der Regel am größten Umfang mit Spannbändern oder aber an den Enden an die Karosserie befestigt. Ferner ist aus dem Stand der Technik bekannt, dass an den Enden Schaumstoff-Polsterung vorgesehen sind, die vor der Montage des Druckbehälters als Fallschutz dienen. Die Spannbänder im zylindrischen Bereich verringern das maximal mögliche Speichervolumen des Druckbehälters bzw. verschlechtern die Ausnutzung des Bauraums. Ferner sind aus dem Stand der Technik lasttragende Druckbehältersysteme bekannt. Ein solches Druckbehältersystem ist beispielsweise offenbart in der deutschen Patentanmeldung mit der Anmeldenummer DE 10 2016 209812 . Ferner ist aus dem Stand der Technik bekannt, Unfall-Schutzmaßnahmen vorzusehen. Beispielsweise offenbart die deutsche Patentanmeldung mit der Anmeldenummer DE 10 2016 217757 solche Schutzmaßnahmen.
  • Es ist eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie, zumindest einen Nachteil von einer vorbekannten Lösung zu verringern oder zu beheben oder eine alternative Lösung vorzuschlagen. Es ist insbesondere eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie, ein Druckbehältersystem bereitzustellen, welches optimiert ist hinsichtlich Speichervolumen, Bauraumbedarf, Kosten und/oder Crashverhalten. Weitere bevorzugte Aufgaben können sich aus den vorteilhaften Effekten der hier offenbarten Technologie ergeben. Die Aufgabe(n) wird/werden gelöst durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1. Die abhängigen Ansprüche stellen bevorzugte Ausgestaltungen dar.
  • Die hier offenbarte Technologie betrifft einen Druckbehälter für ein Kraftfahrzeug (z.B. Personenkraftwagen, Krafträder, Nutzfahrzeuge). Der Druckbehälter dient zur Speicherung von unter Umgebungsbedingungen gasförmigen Brennstoff. Der Druckbehälter kann beispielsweise in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden, das mit komprimiertem („Compressed Natural Gas“ = CNG) oder verflüssigtem (LNG) Erdgas oder mit Wasserstoff betrieben wird. 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. Der Druckbehälter kann einen Liner umfassen. Der Liner bildet den Hohlkörper aus, in dem der Brennstoff gespeichert ist. Der Druckbehälter umfasst zweckmäßig mindestens eine faserverstärkte Schicht. Die faserverstärkte Schicht kann einen Liner zumindest bereichsweise, bevorzugt vollständig, umgeben. Die faserverstärkte Schicht wird oft auch als Laminat bzw. Ummantelung oder Armierung bezeichnet. Nachstehend wird meistens der Begriff „faserverstärkte Schicht“ verwendet. Als faserverstärkte Schicht kommen i.d.R. faserverstärkte Kunststoffe (auch FVK bzw. FKV abgekürzt) zum Einsatz, bspw. kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK) und/oder glasfaserverstärkte Kunststoffe (GFK). Die faserverstärkte Schicht umfasst zweckmäßig in einer Kunststoffmatrix eingebettete Verstärkungsfasern. Insbesondere Matrixmaterial, Art und Anteil an Verstärkungsfasern sowie deren Orientierung können variiert werden, damit sich die gewünschten mechanischen und/oder chemischen Eigenschaften einstellen. Bevorzugt werden Endlosfasern als Verstärkungsfasern eingesetzt, die durch Wickeln und/oder Flechten aufgebracht werden können. Die faserverstärkte Schicht weist i.d.R. mehrere Schichtlagen auf. Der Druckbehälter, insbesondere der Liner und/oder die faserverstärkte Schicht, weisen einen zylindrischen bzw. im Wesentlichen zylindrischen Mittelteil M auf, dessen Seiten von gewölbten Enden P1, P2 bzw. Kappen verdeckt werden. Der Mittelteil und die beiden Enden bilden das Speichervolumen I des Druckbehälters aus. An einem oder an beiden Enden kann eine Druckbehälteröffnung und/oder mindestens ein Endstück vorgesehen sein. Das Endstück ist i.d.R. in einer Druckbehälteröffnung des Druckbehälters vorgesehen. I.d.R. ist das Endstück in der an einem Ende des Druckbehälters vorgesehenen Druckbehälteröffnung eingeschraubt, insbesondere in einem aus Metall hergestellten Boss. Ein solches Endstück ist dann als Auslasseinheit ausgebildet und umfasst i.d.R. auch ein Tankabsperrventil. Diese Auslasseinheit wird i.d.R. mit Brennstoffleitungen fluidverbunden. Zweckmäßig sind das Endstück und/oder die Druckbehälteröffnung koaxial zur Druckbehälterlängsachse vorgesehen. Das Endstück kann beispielsweise ein On-Tank-Valve sein. In das On-Tank-Valve ist in der Regel ein Tankabsperrventil (= TAV; en.: shut-off valve) integriert. Das Tankabsperrventil ist das Ventil, dessen Eingangsdruck (im Wesentlichen) dem Behälterdruck entspricht. Das Tankabsperrventil ist insbesondere ein steuerbares bzw. regelbares und insbesondere stromlos geschlossenes Ventil. Das On-Tank-Valve ist die direkt an einem Ende des Druckbehälters montierte und mit dem Inneren des Druckbehälters direkt fluidverbundene Ventileinheit. In der Verordnung (EU) Nr. 406/2010 der Kommission vom 26. April 2010 zur Durchführung der Verordnung (EG) Nr. 79/2009 des Europäischen Parlaments und des Rates über die Typgenehmigung von wasserstoffbetriebenen Kraftfahrzeugen wird ein solches Tankabsperrventil auch als erstes Ventil bezeichnet.
  • Der Druckbehälter umfasst mindestens ein Deformationselement. Das Deformationselement liegt an einer Außenoberfläche des gewölbten Endes des Druckbehälters direkt oder indirekt an. Alternativ oder zusätzlich kann das Deformationselement an das Ende befestigt sein. Z.B. kann das Deformationselement befestigt werden durch kleben, verschrauben, einlaminieren, etc.
  • Das Deformationselement ist ein stoßabsorbierendes Element, das so ausgelegt ist, dass es bei einem Zusammenstoß des Kraftfahrzeuges mit einem anderen Körper dauernd oder zeitweise Umriss und/oder Abmessung ändert. Insbesondere ist das Deformationselement eingerichtet, durch plastische Verformung die Aufprallenergie vom Zusammenstoß des Kraftfahrzeugs zumindest teilweise zu absorbieren. Hierzu wird die Aufprallenergie in Formänderungsarbeit umgewandelt. Das Deformationselement ist eingerichtet, im Falle eines Zusammenstoßes des Kraftfahrzeugs mit einem Objekt sich in Richtung der Druckbehälterlängsachse zu deformieren, wobei durch diese Deformation die Aufprallenergie zumindest teilweise absorbiert wird. Das Deformationsverhalten (z.B. Deformationsrichtung und Nachgiebigkeit) vom Deformationselement ist zweckmäßig so gewählt, dass die Aufprallenergie des Zusammenstoßes nicht oder nur teilweise an den Druckbehälter weitergegeben wird. Zudem ist das Deformationselement zweckmäßig so steif ausgeführt, dass während des normalen Betriebs des Kraftfahrzeugs auftretende Kräfte und Momente ohne plastische Verformung übertragbar sind. Besonders bevorzugt kann der Druckbehälter lasttragend in der Fahrzeugkarosserie vorgesehen sein. Die konkrete Ausgestaltung des Deformationselements hängt ab von Art und Größe vom Kraftfahrzeug sowie vom Druckbehälter und kann durch entsprechende Computersimulationen bestimmt werden.
  • Das Deformationselement kann beispielsweise ein Strangpressprofil oder ein Hohlprofil sein. Vorteilhaft kann das Deformationselement eine Honigwabenstruktur, eine Fachwerkstruktur oder eine andere (z.B. durch Rippen und/oder Sicken) ausgebildete Tragstruktur aufweisen. In einer Ausgestaltung kann das Deformationselement eine ziehharmonika-ähnliche Struktur aufweisen, welche bei einer Krafteinwirkung entlang des Deformationselements bevorzugt zusammengedrückt wird. Alternativ oder zusätzlich kann ein Vollmaterial mit entsprechendem plastischem und/oder elastischem Verhalten eingesetzt werden, beispielsweise ein Kunststoff. Insbesondere kann das Deformationselement urformend hergestellt sein, aus einem insbesondere geschäumten und/oder spritzgegossenen Deformationsmaterial.
  • In dem Deformationselement kann mindestens ein Einlegeteil bzw. Fitting zur Karosserieanbindung vorgesehen sein, das eine Verbindung zwischen dem Druckbehälter und der Fahrzeugkarosserie bzw. der hier offenbarten Schutzkappe herstellt. Das Einlegeteil kann vom Material umschlossen sein, aus dem das Deformationselement urformenden hergestellt ist. Das Einlegeteil selbst, das während der urformenden Herstellung vom Material umschlossen wird, kann aus einem anderen Material hergestellt sein als das Deformationsmaterial. Zweckmäßig ist das Material vom Einlegeteil steifer als das Material vom Deformationselement. Beispielsweise kann das Deformationselement aus Kunststoff und das Einlegeteil aus einem Metallmaterial hergestellt sein. Das Einlegeteil kann beispielsweise ein Bolzen oder ein Fitting mit Innengewinde sein.
  • Das Deformationselement umgibt mindestens ein Endstück zumindest teilweise, bevorzugt vollständig. Bevorzugt kann das Deformationselement ringförmig ausgebildet sein. Besonders bevorzugt ist das Deformationselement einstückig ausgebildet. Insbesondere kann das Deformationselement in axialer Richtung im Vergleich zum Endstück vorstehend ausgebildet sein. Das Deformationselement kann so ausgebildet sein, dass es in radialer Richtung nicht über den Mittelteil M vorsteht. Es kann beispielsweise der maximale Außendurchmesser vom Deformationselement kleiner oder gleich sein als/wie der maximale Außendurchmesser im Mittelteil M.
  • Das Deformationselement kann derart gestaltet sein, dass das Deformationselement auf mindestens 20% oder mindestens 40% oder mindestens 60% oder mindestens 80% der Außenoberfläche vom gewölbten Ende aufliegt.
  • Das Deformationselement kann beispielsweise stoffschlüssig an der Außenoberfläche vom Ende befestigt sein, beispielsweise durch eine Klebung. Alternativ oder zusätzlich kann das Deformationselement kraftschlüssig angebunden sein
  • Die hier offenbarte Technologie umfasst ferner mindestens eine Schutzkappe. Die Schutzkappe ist zweckmäßig derart ausgebildet und angeordnet, dass die Schutzkappe in einem ersten Zustand des Kraftfahrzeugs das zumindest eine Endstück, insbesondere dessen gegenüber der Außenoberfläche vom Ende vorstehenden Teil, vor mechanischer Deformation schützt, insbesondere während eines Zusammenstoßes des Kraftfahrzeugs mit einem Objekt. Die Schutzkappe ist dementsprechend formstabil ausgebildet. Zweckmäßig kann die Schutzkappe stabiler ausgeführt sein als die Fahrzeugkarosserie benachbart zur Schutzkappe und/oder stabiler als der Druckbehälter. Zum Schutz vom Endstück kann der aus dem Druckbehälter herausragende Teil des Endstücks im ersten Zustand des Kraftfahrzeugs zumindest teilweise, bevorzugt vollständig, in den Innenbereich der Schutzkappe aufgenommen sein. Bevorzugt liegt die Schutzkappe im ersten Zustand zumindest teilweise mit seinem äußeren Rand an einem Ende auf der Außenoberfläche der Druckbehälterwand auf. Etwaige Kräfte und Momente, die während des Zusammenstoßes auf die Schutzkappe wirken, können somit auf die Druckbehälterwand übertragen werden, ohne dass dabei das Endstück beschädigt wird.
  • Gemäß der hier offenbarten Technologie kann vorgesehen sein, dass in einem zweiten Zustand des Kraftfahrzeugs weniger vom Endstück in der Schubkappe aufgenommen ist als im ersten Zustand. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Rand der Schutzkappe im zweiten Zustand (weiter) von der Außenoberfläche der Druckbehälterwand beabstandet ist als im ersten Zustand. Besonders bevorzugt ist die Schutzkappe zumindest teilweise, bevorzugt vollständig im Inneren der hier offenbarten mindestens einem Führungselementes bzw. Verbindungsrohrs angeordnet, insbesondere im ersten und/oder zweiten Zustand.
  • Der erste Zustand ist dabei der Zustand nach dem Zusammenstoß des Kraftfahrzeugs mit einem Objekt (= nach dem Unfall). Der zweite Zustand ist dabei ein Zustand vor dem Zusammenstoß des Kraftfahrzeugs mit einem Objekt (= vor dem Unfall).
  • Der Aspekt der hier offenbarten Schutzkappe ist funktional unabhängig von der hier offenbarten Art der Energieabsorption und der hier offenbarten Karosserieanbindung. Mithin könnte ein allgemein beanspruchter Gegenstand auch lediglich folgende Merkmale umfassen: Kraftfahrzeug oder Druckbehälter, umfassend eine Schutzkappe, wobei die Schutzkappe derart ausgebildet und angeordnet ist, dass die Schutzkappe in einem ersten Zustand des Kraftfahrzeuges zumindest ein Endstück vor mechanischer Deformation schützt; wobei das Endstück in einer Druckbehälteröffnung vorgesehen ist; wobei in der Schutzkappe in einem zweiten Zustand des Kraftfahrzeugs weniger vom Endstück in der Schutzkappe aufgenommen ist als im ersten Zustand, und wobei ein erster Zustand ein Zustand nach einem Zusammenprall des Kraftfahrzeugs mit einem Objekt und ein zweiter Zustand ein Zustand vor einem Zusammenprall des Kraftfahrzeugs mit einem Objekt ist, wobei die Druckbehälteraufhängung bevorzugt eine energieabsorbierende Aufhängung sein kann.
  • Gemäß der hier offenbarten Technologie kann vorgesehen sein, dass die Schutzkappe von dem zweiten Zustand in den ersten Zustand überführt wird, indem das Deformationselement sich deformiert. Mit anderen Worten ist also das Deformationselement derart deformierbar, dass durch Deformation des Deformationselementes während des Zusammenstoßes die Schutzkappe sich in axialer Richtung zur Außenoberfläche des gewölbten Endes hin bewegt, und somit zweckmäßig vom zweiten Zustand in den ersten Zustand überführbar ist.
  • Das Deformationselement und die Schutzkappe können derart ausgebildet sein, dass ich im Falle eines Zusammenstoßes des Kraftfahrzeugs mit einem Objekt die Schutzkappe nicht oder nur nach dem Deformationselement deformiert. Mit anderen Worten wird also zunächst die Aufprallenergie durch Deformation des Deformationselementes absorbiert bevor sich die Schutzkappe selbst deformiert. Vorteilhaft lassen sich somit das Endstück und die Druckbehälterwand benachbart zum Endstück vor mechanischer Belastung schützen.
  • Besonders bevorzugt ist das mindestens eine Deformationselement zwischen der Schutzkappe und der Außenoberfläche vom gewölbten Ende des Druckbehälters vorgesehen. Vorteilhaft kann hierzu in Deformationselement und/oder der Schutzkappe zentrierende Mittel vorgesehen sein, wie beispielsweise eine Nut, in der ein Vorsprung eingreift. Ferner können Schutzkappe und Deformationselement kraftschlüssig, formschlüssig und/oder stoffschlüssig aneinander befestigt sein.
  • Besonders bevorzugt kann die hier offenbarte Technologie mindestens ein Führungselement umfassen. Das Deformationselement und/oder die Schutzkappe können umgeben sein von dem mindestens einen Führungselement, das während der Deformation die sich aufeinander zubewegenden Elemente führt. Insbesondere kann das Führungselement die Relativbewegung von Schutzkappe, Deformationselement und/oder gewölbten Ende zueinander führen. Bevorzugt liegt hier für das Führungselement an der Außenoberfläche von der Schutzkappe, vom Deformationselement und/oder von der faserverstärkten Schicht an. In einer Ausgestaltung können Führungselemente durch in der faserverstärkten Schicht verankerten Streben ausgebildet werden.
  • Bevorzugt ist das Führungselement ein Verbindungsrohr. Bevorzugt ist jeweils ein Verbindungsrohr an jedem Ende des Druckbehälters vorgesehen. Bevorzugt umfasst das Verbindungsrohr zumindest bereichsweise mindestens eine faserverstärkte Schicht, die aufgebaut sein kann wie die hier offenbarte faserverstärkte Schicht, die den Liner zumindest bereichsweise umgibt. Bevorzugt ist das mindestens eine Verbindungsrohr, bevorzugt jeweils ein Verbindungsrohr an jedem der beiden Enden des Druckbehälters, einstückig mit der faserverstärkten Schicht ausgebildet, die den Liner im Mittelbereich umgibt. Die faserverstärkte Schicht des Verbindungsrohrs kann in mindestens einer Schichtlage zumindest bereichsweise Verstärkungsfasern, bevorzugt Endlosfasern, umfassen, die im Querschnitt durch das Verbindungsrohr gesehen in Umfangsrichtung angeordnet sind und also senkrecht zur Druckbehälterlängsachse verlaufen (=Umfangslagen). Besonders bevorzugt wird das Verbindungsrohr hergestellt nach einem der Verfahren, die in der auf die Anmelderin zurückgehenden deutschen Patentanmeldungen mit den Anmeldenummern DE 10 2016 201 477 und DE 10 2017 200199 .
  • Der Druckbehälter (insbesondere das Deformationselement, die Schutzkappe, das Führungselement, der Liner und/oder die faserverstärkte Schicht) kann/können ausgebildet sein, Kräfte und/oder Momente zu übertragen, die vom Betrag her größer sind, z.B. mindestens um den Faktor 2,5, 4, 8, 10, 20 oder 100, als die Kräfte und/oder Momente, die aus der schweren oder trägen Masse des Druckbehälters und des darin enthaltenen Brennstoffs im Betrieb resultieren (z.B. Gewichtskraft, Querbeschleunigung, etc.). Somit lassen sich vorteilhaft Kräfte an einem ersten Ende des Druckbehälters von der Karosserie in den Druckbehälter einleiten und am zweiten Ende des Druckbehälters wieder in die Karosserie ausleiten. Der Druckbehälter kann also als lasttragender Druckbehälter bzw. als Versteifungselement der Karosserie ausgebildet sein. Es lässt sich also somit die Fahrzeugkarosserie versteifen.
  • Bevorzugt ist jeweils ein Verbindungsrohr an jedem Ende des Druckbehälters vorgesehen, das gleichzeitig als Führungselement dient..
  • Das Deformationselement und/oder die Schutzkappe können eine Spannbandaufnahme umfassen. Bevorzugt ist die Spannbandaufnahme eine in der Außenoberfläche vorgesehene Ausnehmung. Eine solche Nutzuführung des Spannbandes bringt den Vorteil mit sich, dass sie im Endbereich des Druckbehälters keinen zusätzlichen Bauraum benötigt. Die Befestigung mittels Spannband stellt vorteilhaft sicher, dass der Druckbehälter während des Einbaus in das Kraftfahrzeug noch um seine Längsachse gedreht werden kann. Dies ist vorteilhaft, da das eingeschraubte Endstück nicht immer in derselben Position dichtend im Druckbehälter eingesetzt ist. Durch Rotation um die Längsachse kann die ungenaue Positionierung vom Endstück relativ zu etwaigen Anschlussleitungen des Kraftfahrzeugs ausgeglichen werden, bevor das Spannband schließlich arretiert wird.
  • Die hier offenbarte Technologie betrifft gleichsam ein Kraftfahrzeug mit den hier offenbarten Komponenten, insbesondere mit mindestens einem Druckbehälter, mit mindestens einer Schutzkappe und/oder mit mindestens einem Deformationselement.
  • Mit anderen Worten betrifft die hier offenbarte Technologie einen Druckbehälter, der in für den Fachmann geläufigen Herstellungsprozessen gewickelt bzw. geflochten wird. Ein Energieabsorber bzw. Deformationselement (z.B. Honeycomb, Schaum, Styropor, CFK-Crushing-Struktur) wird auf die gewölbten Enden bzw. Dome geklebt. Der Außendurchmesser dieses Energieabsorbers ist gleich oder kleiner dem Tankaußendurchmesser. Eine Kerbe kann in diesem Energieabsorber berücksichtigt werden, um ein bauraumneutrales Befestigungskonzept mittels Spannbänder verwenden zu können. In dem Energieabsorber könnten auch Befestigungselementen wie Bolzen, Fittings mit Innengewinde eingebettet werden. Der Energieabsorber kann so ausgelegt sein, dass er die Lasten des Druckbehälters im Kraftfahrzeug tragen kann. Alternativ kann ein Ring bzw. Verbindungsring auf den Energieabsorber befestigt (geklebt oder verschraubt) sein, der die Schnittstelle mit dem Fahrzeug gewährleistet.
  • Ein zusätzliches Konzept wäre, dass der Energieabsorber an das Kraftfahrzeug befestigt ist. Im Crashfall lehnt er sich genau auf dem Dom an.
  • Der Energieabsorber kann den empfindlichen Dombereich mit seinen Ventilen und Leitungsanschlüssen besser schützen. Er kann gleichzeitig als Fallschutz für Montage und Logistik des Druckbehälters dienen. Der Energieabsorber absorbiert ein Teil der Energie eines Unfalls und schützt den Druckbehälter gegen Kontakte mit scharfen Kanten der Fahrzeugumgebung. Der Energieabsorber kann ein bauraumneutrales Befestigungskonzept des Drucktanks anbieten und nutz das „tote“ Bauraumvolumen im Bereich des Doms. Die hier offenbarte Technologie kann die Ausnutzung des Bauraums verbessern und somit größeren Füllmengen der Druckbehälter ermöglichen. Insbesondere durch eine Anbindung im meist nicht genutzten Raum zwischen gedachter Zylinderfläche und sich verjüngendem Tankboden kann der Durchmesser vergrößert werden wenn eine Spannbandbefestigung am Zylinder ersetzt wird. Ferner vorteilhaft kann eine separate Auslegung des Druckbehälters und des Energieabsorbers erfolgen. Die Struktur (bzw. Lagenaufbau) des Druckbehälters wird im Wesentlichen nicht geändert, was die Zertifizierungs-, Entwicklungs-, und Einkaufsprozesse vereinfachen kann.
  • Die hier offenbarte Technologie wird nun anhand der schematischen 1 erläutert. Der Druckbehälter 100 umfasst einen Liner 110, der das Brennstoffspeichervolumen I ausbildet. Der Liner 110 ist umgeben von einer faserverstärkten Schicht 120. Der Druckbehälter 100 ist unterteilt in einen Mittelteil M und zwei gewölbten Enden P1 , P2 . An dem ersten Ende P1 ist hier das Endstück 170 vorgesehen. Gleichsam könnte auch an dem anderen (zweiten) Ende P2 ein solches Endstück oder ein anderes Endstück vorgesehen sein. Das Endstück 170 ist hier ein On-Tank-Valve, das in einem Boss 160 eingeschraubt ist. Das Endstück 170 und der Boss 160 sind hier aus Metall gefertigt. Die faserverstärkte Schicht 120 ist umgeben von einer weiteren faserverstärkten Schicht 130. Die weitere faserverstärkte Schicht 130 kann genauso aufgebaut sein wie die faserverstärkte Schicht 120. Bevorzugt kann die weitere faserverstärkte Schicht 130 in denselben Herstellungsschritt hergestellt werden wie die faserverstärkte Schicht 120. Die weitere faserverstärkte Schicht 130 geht hier über in die Verbindungsrohre 132, die an beiden Enden P1 , P2 des Druckbehälters 100 vorgesehen sind. Die Verbindungsrohre 132 sind somit auch als faserverstärkte Schicht ausgebildet. Die Verbindungsrohre 132 umgeben hier die Deformationselemente 200, 200'. Die Deformationselemente 200, 200' werden hier von den Verbindungsrohren 132 geführt. Die Verbindungsrohre 132 dienen also als Führungselemente. Dies muss aber nicht so sein. Ebenso könnten die Verbindungsrohre 132 weggelassen werden. Mit einer Stirnseite liegen die Deformationselemente 200, 200' an der Außenoberfläche des Druckbehälters (hier: der faserverstärkten Schicht120) an. An der gegenüberliegenden anderen Stirnseite von Deformationselement 200 liegt hier eine Stirnseite bzw. eine Rand der Schutzkappe 150 an. Auch die Außenumfangsfläche der Schutzkappe 150 wird hier vom Verbindungsrohr 132 zumindest teilweise umgeben. Somit werden also Schutzkappe 150 und Deformationselement 200 in ihrer Axialbewegung geführt. Am gegenüberliegenden Ende der Schutzkappe 150 sind hier Verbindungselemente 154 vorgesehen, mittels derer die Schutzkappe 150 an Karosserieanbindungspunkte 400 der Karosserie befestigt wird. Im Deformationselement 200' am zweiten Ende P2 ist keine Schutzkappe 150 vorgesehen. Am Deformationselement 200' sind ebenfalls Verbindungselemente 204, 206 vorgesehen. Die Verbindungselemente 204, 206 sind hier Einlegeteile, die aus einem anderen Material hergestellt sind das Deformationselement 200' selbst. Die Einlegeteile 204, 206 sind aus Metall hergestellt. Gegen das Deformationselement 200' aus Kunststoff hergestellt ist. Es könnten ebenso aber auch andere Materialien vorgesehen sein. Gleichsam könnte an dem zweiten Ende P2 eine Schutzkappe 150 vorgesehen sein. Ebenso ist denkbar, dass an dem ersten Ende P1 keine Schutzkappe 150 vorgesehen ist. Die hier dargestellte Schutzkappe 150 ist ein separates Bauteil. Ebenso ist vorstellbar, dass die Schutzkappe 150 in die Karosserie fest mit integriert ist. Zur Befestigung der Schutzkappe 150 an die Fahrzeugkarosserie und/oder zur Befestigung des Deformationselementes 200, 200' kann jede Art von kraftschlüssiger, stoffschlüssiger, oder formschlüssiger Verbindung vorgesehen sein. Bei der hier dargestellten Ausführungsform weisen die Schutzkappe 150, das Deformationselement 200, 200' und der Druckbehälter 100 einen im Wesentlichen runden Querschnitt auf. Dies muss aber nicht so sein. Ferner sind weder die Schutzkappe 150 noch das Deformationselement 200 in radialer Richtung im Vergleich zur Außenoberfläche des Druckbehälters nicht vorstehend ausgebildet.
  • Kommt es nun zu einem Zusammenstoß mit einem anderen Objekt, so wird über die Karosserieanbindungspunkte 400 die Aufprallenergie an die Schutzkappe 150 bzw. an das Deformationselement 200' weitergegeben. Die Aufprallenergie bewirkt, dass die Deformationselemente 200, 200' sich plastisch verformen. Insbesondere werden die Deformationselemente 200, 200' hier in axialer Richtung A-A zusammengestaucht, so dass sich am ersten Ende P1 die Schutzkappe 150 und die Außenoberfläche des ersten Endes P1 aufeinander zu bewegen. Durch diese Relativbewegung von Schutzkappe 150 und Außenoberfläche schiebt sich die Schutzkappe 150 auf das Endstück 170. Das Endstück 170 ist vor einer weiteren Beschädigung geschützt. Sofern die Deformationselement 200, 200' die Aufprallenergie nicht vollständig absorbieren können, wird die Aufprallenergie über den anliegenden Rand der Schutzkappe 150 an die Druckbehälterwand abgegeben, ohne dass das Endstück 170 mechanisch belastet wird.
  • 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
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  • Zitierte Patentliteratur
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    • DE 102016217757 [0001]
    • DE 102016201477 [0019]
    • DE 102017200199 [0019]

Claims (12)

  1. Druckbehälter (100) zur Speicherung von Brennstoff für ein Kraftfahrzeug mit mindestens einem Deformationselement (200, 200'); wobei das Deformationselement (200, 200') an einer Außenoberfläche eines gewölbten Ende (P1, P2) des Druckbehälters (100) direkt oder indirekt anliegt und/oder am gewölbten Ende (P1, P2) befestigt ist; wobei das Deformationselement (200, 200') ein Endstück (170) des Druckbehälters (100) umgibt; und wobei das Deformationselement (200, 200') eingerichtet ist, im Falle eines Zusammenstoßes des Kraftfahrzeugs mit einem Objekt sich in Richtung der Druckbehälterlängsachse (A-A) zu deformieren.
  2. Druckbehälter nach Anspruch 1, wobei das Deformationselement (200, 200') auf mindestens 20% oder mindestens 40% oder mindestens 60% oder mindestens 80% der Außenoberfläche vom Ende (P1,P2) aufliegt.
  3. Druckbehälter nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Deformationselement (200, 200') und/oder die Schutzkappe (150) eine Spannbandaufnahme umfasst.
  4. Druckbehälter nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Spannbandaufnahme eine in der Außenoberfläche vorgesehene Ausnehmung ist.
  5. Druckbehälter nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Deformationselement (200, 200') ein urformend hergestelltes Deformationselement (200, 200') ist, bevorzugt aus einem insbesondere geschäumten und/oder spritzgegossenen Deformationsmaterial.
  6. Druckbehälter nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei in dem Deformationselement (200, 200') mindestens ein Einlegeteil (204, 206) zur Karosserieanbindung vorgesehen ist, das vom Material umschlossen ist, und das aus einem anderen Material hergestellt ist als das Deformationsmaterial.
  7. Kraftfahrzeug oder Druckbehälter (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner umfassend eine Schutzkappe (150), wobei die Schutzkappe (150) derart ausgebildet und angeordnet ist, dass die Schutzkappe (150) in einem ersten Zustand des Kraftfahrzeuges zumindest ein Endstück (170) vor mechanischer Deformation schützt.
  8. Kraftfahrzeug oder Druckbehälter (100) nach Anspruch 7, wobei in der Schutzkappe (150) in einem zweiten Zustand des Kraftfahrzeugs weniger vom Endstück (170) in der Schutzkappe (150) aufgenommen ist als im ersten Zustand.
  9. Kraftfahrzeug oder Druckbehälter (100) nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Schutzkappe von dem zweiten Zustand in den ersten Zustand überführt wird, indem das Deformationselement (200, 200') sich deformiert.
  10. Kraftfahrzeug oder Druckbehälter (100) nach einem der vorherigen Ansprüche 7-9, wobei das Deformationselement (200, 200') und die Schutzkappe (150) derart ausgebildet sind, dass sich im Falle eines Zusammenstoßes des Kraftfahrzeugs mit einem Objekt die Schutzkappe (150) nicht oder nur nach dem Deformationselement (200, 200') deformiert.
  11. Kraftfahrzeug oder Druckbehälter nach einem der vorherigen Ansprüche 7-10, wobei das Deformationselement (200, 200') zwischen der Schutzkappe (150) und der Außenoberfläche vom gewölbten Ende (P1,P2) vorgesehen ist.
  12. Kraftfahrzeug oder Druckbehälter nach einem der vorherigen Ansprüche 7-11, wobei das Deformationselement (200, 200') und/oder die Schutzkappe (150) umgeben ist/sind von mindestens einem Führungselement (130, 132), das während der Deformation die sich aufeinander zubewegenden Elemente führt.
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