DE102018122439A1 - Kraftahrzeug mit einem Druckbehälter - Google Patents

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Abstract

Die offenbarte Technologie umfasst ein Kraftfahrzeug mit mindestens einem Druckbehälter 100 zur Speicherung von Brennstoff und mit mindestens einer Verbindungsplatte 200 zur Anbindung des Druckbehälters 100 an die Fahrzeugkarosserie 300 des Kraftfahrzeugs. Die Verbindungsplatte 200 ist am Hals 130 des Druckbehälters 100 mit dem Druckbehälter 100 befestigt. Die Verbindungsplatte 200 erstreckt sich im Wesentlichen senkrecht zur Druckbehälterlängsachse A-A. Die Verbindungsplatte 200 ist in einem unteren Verbindungsbereich 310 und in einem oberen Verbindungsbereich 320 an die Fahrzeugkarosserie 300 angebunden. Der untere Verbindungsbereich 310 ist unterhalb der Druckbehälterlängsachse A-A vorgesehen. Der obere Verbindungsbereich 320 ist oberhalb der Druckbehälterlängsachse A-A vorgesehen.

Description

  • Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem Druckbehälter zur Speicherung von Brennstoff. Solche Kraftfahrzeuge sind als solche bekannt. Gemäß einer vorbekannten Technologie werden die Druckbehälter am Hals des Druckbehälters direkt an die Fahrzeugkarosserie befestigt. Dies hat den Nachteil, dass etwaige Längendehnungen oder sonstige Kräfte sich direkt auf die Verschraubung des Tankabsperrventils auswirken können. Die Druckschrift US 6,536,722 B2 offenbart Halterungen („brackets“). Eine solche Aufhängung kann vergleichsweise viel Bauraum beanspruchen.
  • 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 eine Aufhängung für einen Druckbehälter bereitzustellen, die vergleichsweise kostengünstig, leicht und/oder platzsparend ist, und die bevorzugt eingerichtet ist, etwaige Längendehnungen des Druckbehälters zu kompensieren bzw. etwaige Lasten entlang der Druckbehälterlängsachse besonders günstig in die Fahrzeugkarosserie zu übertragen . 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 ein Kraftfahrzeug (z.B. Personenkraftwagen, Krafträder, Nutzfahrzeuge) mit mindestens einem Druckbehälter zur Speicherung von Brennstoff, insbesondere von unter Umgebungsbedingungen gasförmigen Brennstoff. Das Kraftfahrzeug kann beispielsweise mit komprimiertem („Compressed Natural Gas“ = CNG) oder verflüssigtem (LNG) Erdgas oder mit Wasserstoff betrieben werden. Der Druckbehälter ist mit mindestens einem Energiewandler fluidverbunden, der eingerichtet ist, die chemische Energie des Brennstoffs in andere Energieformen umzuwandeln.
  • Bevorzugt ist der Druckbehälter ein composite overwrapped pressure vessel (=COPV). Der Druckbehälter kann beispielsweise ein kryogener Druckbehälter (= CcH2 oder COP) oder ein Hochdruckgasbehälter (= CGH2) sein. Hochdruckgasbehälter sind ausgebildet, 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 Kraftfahrzeug umfasst mindestens eine Verbindungsplatte zur Anbindung des Druckbehälters an die Fahrzeugkarosserie des Kraftfahrzeugs. Die Verbindungsplatte ist am Hals des Druckbehälters mit dem Druckbehälter befestigt. Beispielsweise kann die Verbindungsplatte formschlüssig und/oder stoffschlüssig mit dem Hals des Druckbehälters verbunden sein. Zweckmäßig kann die Verbindungsplatte derart elastisch an den Druckbehälter angebunden sein, dass etwaige durch Druckbehälterinnendruckänderungen verursachte Längungen des Druckbehälters durch elastische Verformung der Anbindungspunkte oder durch eine Lagerbewegung eines am Hals ausgebildeten Lagers kompensierbar sind. Somit kann eine weitere mechanische Belastung der Karosserie aufgrund der Längenausdehnung des Druckbehälters vermieden werden. Alternativ oder zusätzlich kann ein an den Karosserieanbindungspunkten vorgesehenes Lager (z.B. ein Gummilager) eingerichtet sein, die vorbezeichneten Längungen zu kompensieren.
  • Die Verbindungsplatte erstreckt sich im montierten Zustand im Wesentlichen senkrecht zur Druckbehälterlängsachse. Der Begriff „im Wesentlichen senkrecht“ umfasst hierbei eine tatsächlich senkrechte Ausgestaltung sowie Ausgestaltung, die minimal von der senkrechten Lage abweichen, beispielsweise aufgrund von Fertigungstoleranzen. Insbesondere erstreckt sich die Verbindungsplatte von der Druckbehälterlängsachse radial auswärts weg, bevorzugt nach oben und unten. Die Druckbehälterlängsachse ist zweckmäßig die Mittelachse bzw. Symmetrieachse des Druckbehälters.
  • Der Hals des Druckbehälters ist der Bereich an einem Ende des Druckbehälters, der unmittelbar benachbart zur Druckbehälterlängsachse ausgebildet ist. Im Hals des Druckbehälters ist zweckmäßig ein Anschlussstück vorgesehen, das i.d.R. mit der Verbindungsplatte verbunden ist. An einem Ende des Druckbehälters ist die Druckbehälteröffnung vorgesehen, die in der Regel durch das Anschlussstück ausgebildet wird. I.d.R. ist das Anschlussstück in der an einem Ende des Druckbehälters vorgesehenen Druckbehälteröffnung eingeschraubt, insbesondere in einem aus Metall hergestellten Boss. Ein solches Anschlussstück 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 Anschlussstück und/oder die Druckbehälteröffnung koaxial zur Druckbehälterlängsachse A-A vorgesehen. Ein solches Anschlussstück bzw. ein solcher Hals kann auch vorgesehen sein an einem Ende des Druckbehälters, der kein Auslass aufweist.
  • Die Verbindungsplatte ist in einem unteren Verbindungsbereich und in einem oberen Verbindungsbereich direkt an die Fahrzeugkarosserie angebunden. Die Verbindungsplatte kann formschlüssig und/oder kraftschlüssig an die Fahrzeugkarosserie befestigt sein. Bevorzugt ist die Verbindungsplatte durch eine lösbare Verbindung an die Fahrzeugkarosserie befestigt, besonders bevorzugt durch eine Schraubenverbindung. Der untere Verbindungsbereich ist in der Normallage des Kraftfahrzeugs unterhalb der Druckbehälterlängsachse vorgesehen. Der obere Verbindungsbereich ist in der Normallage des Kraftfahrzeugs oberhalb der Druckbehälterlängsachse vorgesehen. Mithin sind also die beiden Verbindungsbereiche in unterschiedlichen Befestigungsebenen ausgebildet, die in Richtung der Fahrzeughochachse gesehen übereinander angeordnet sind. Bevorzugt kann im unteren Verbindungsbereich die Verbindungsplatte mit einer unteren Bodenstruktur der Fahrzeugkarosserie, insbesondere mit den unteren mittigen oder seitlichen Längsträger oder mit Querträgern verbunden sein. Im oberen Verbindungsbereich kann die Verbindungsplatte an eine Querstruktur angebracht sein, zum Beispiel an ein Querschott in einem Tunnel oder an ein Fersenblech.
  • Besonders bevorzugt ist die Verbindungsplatte direkt an die Fahrzeugkarosserie angebunden.
  • In einer Ausgestaltung kann die Verbindungsplatte im oberen Verbindungsbereich an eine obere Querstrebe des Kraftfahrzeugs befestigt sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Verbindungsplatte im unteren Verbindungsbereich an eine untere Querstrebe befestigt sein. Die Querstrebe(n) kann/können dabei jede geeignete Form aufweisen. In der Normallage des Kraftfahrzeugs ist die obere Querstrebe weiter von der Fahrbahnoberfläche beabstandet als die untere Querstrebe. Die Querstreben verlaufen quer zur Druckbehälterlängsachse A-A.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung bilden die untere und obere Querstrebe zusammen mit der Verbindungsplatte eine in Richtung der Druckbehälterlängsachse gesehen im Wesentlichen H-förmige Anbindungsstruktur.
  • Zweckmäßig kann in der Verbindungsplatte eine Ausnehmung vorgesehen sein, durch die das Tankabsperrventil hindurchgeführt ist. In einer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass das Tankabsperrventil zumindest teilweise durch die Verbindungsplatte hindurchgeführt ist.
  • In einer Ausgestaltung kann der obere Verbindungsbereich und der untere Verbindungsbereich derart ausgebildet sein, dass der obere Verbindungsbereich und der untere Verbindungsbereich in Richtung der Druckbehälterlängsachse nicht über das Tankabsperrventil hinausragen. Ein solcher Aufbau ist besonders kompakt.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung sind der obere Verbindungsbereich und der untere Verbindungsbereich derart ausgebildet, dass der obere Verbindungsbereich und der untere Verbindungsbereich nicht radial über den Außenumfangsdurchmesser des Druckbehälters hinausragen.
  • Zweckmäßig kann die Verbindungsplatte derart elastisch verformbar ausgebildet oder elastisch an die Fahrzeugkarosserie und/oder an den Druckbehälter angebunden sein, dass etwaige durch Druckbehälterinnendruckänderungen verursachte Längungen des Druckbehälters durch elastische Verformung der Verbindungsplatte und/oder der Anbindungspunkte (an die Fahrzeugkarosserie und/oder an den Druckbehälter) kompensierbar sind. Somit kann eine weitere mechanische Belastung der Karosserie aufgrund der Längenausdehnung des Druckbehälters vermieden werden.
  • Vorteilhaft können durch die hier offenbarte Technologie axiale Kräfte, die durch den Druckbehälter hervorgerufen werden besser in die umgebende Struktur der Kraftfahrzeugkarosserie eingeleitet werden. Auch können Relativverschiebungen zwischen zwei Druckbehältern eines Kraftfahrzeugs besser kompensiert werden.
  • Die hier offenbarte Technologie wird nun anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:
    • 1 einem schematischen Längsschnitt durch einen Druckbehälter 100 samt seiner Karosserieanbindung; UND
    • 2 eine schematische Ansicht von vorn auf den Druckbehälter 100 gemäß der 1.
  • Die 1 zeigt schematisch eine Querschnittsansicht durch den Druckbehälter 100 sowie der Karosserieanbindung. Der Druckbehälter 100 umfasst einen Liner 110 sowie eine faserverstärkte Schicht 120. Im linken Ende des Druckbehälters 100 ist hier koaxial zur Druckbehälterlängsachse A-A die Druckbehälteröffnung vorgesehen. Die Druckbehälter Öffnung wird hier ausgebildet von einem Anschlussstück 160, in das das Tankabsperrventil 170 eingesetzt ist. Das Anschlussstück 160 ist hier ein Metallboss, in dem das Tankabsperrventil 170 eingeschraubt ist. An das Anschlussstück 160 ist hier die Verbindungsplatte 200 befestigt. Die Verbindungsplatte 200 erstreckt sich hier im Wesentlichen senkrecht zur Druckbehälterlängsachse A-A. Die Verbindungsplatte 200 erstreckt sich nach oben und unten. Am unteren Ende der Verbindungsplatte 200 ist hier der untere Verbindungsbereich 310 vorgesehen. Im unteren Verbindungsbereich 310 ist die Verbindungsplatte 200 an die als Querstrebe ausgebildete Fahrzeugkarosserie 300 befestigt. Gleichsam ist am oberen Ende der Verbindungsplatte 200 hier der obere Verbindungsbereich 320 vorgesehen. Im oberen Verbindungsbereich 320 ist die Verbindungsplatte 200 über zwei Schraubenverbindungen an die obere Querstrebe der Fahrzeugkarosserie 300 angebunden. Sowohl die untere Querstrebe als auch die obere Querstrebe sowie auch die Verbindungsplatte 200 selbst ragen in Richtung der Fahrzeughochachse nicht über den Außenumfang des Druckbehälters 100 (hier Außenumfang der faserverstärkten Schicht 120) hinaus.
  • Am zweiten Ende des Druckbehälters 100 ist hier keine Druckbehälteröffnung vorgesehen, sondern ein Blindstopfen. Die Karosserieanbindung ist hier ebenfalls über eine Verbindungsplatte 200 realisiert. Die Karosserieanbindung an diesem Ende des Druckbehälters kann aber auch anders realisiert sein.
  • Die 2 zeigt eine schematische Ansicht von vorn auf den Druckbehälter 100 sowie auf die Karosserieanbindung. Wie bei der 1 wurde auch bei der 2 vereinfachend weitere Komponenten der Fahrzeugkarosserie weggelassen. Das Tankabsperrventil ist durch die Verbindungsplatte 200 hindurchgeführt. Der obere Verbindungsbereich 120 und der untere Verbindungsbereich 310 Stellen die Verbindung zur Fahrzeugkarosserie 300 sicher. Die Verbindungsplatte 200 ragt sowohl in Richtung der Fahrzeughochachse als auch in Fahrzeugquerrichtung nicht über den äußeren Umfang des Druckbehälters 100 hinaus. Wie in dieser Draufsicht in Richtung der Druckbehälterlängsachse A-A gut zu sehen ist, bilden die beiden Querstreben und die Verbindungsplatte 201 im Wesentlichen H-förmiges Karosserieanbindungselemente aus.
  • Aus Gründen der Leserlichkeit wurde vereinfachend der Ausdruck „mindestens ein(e)“ teilweise weggelassen. Sofern ein Merkmal der hier offenbarten Technologie in der Einzahl bzw. unbestimmt beschrieben ist (z.B. der/ein Druckbehälter, die/eine Verbindungsplatte, die/eine Querstrebe, das/ein Anschlussstück, der/ein Boss, etc.) so soll gleichzeitig auch deren Mehrzahl mit offenbart sein (z.B. der mindestens eine Druckbehälter, die mindestens eine Verbindungsplatte, die mindestens eine Querstrebe, das mindestens ein Anschlussstück, der mindestens eine Boss, etc.).
  • Der Begriff „im Wesentlichen“ (z.B. „im Wesentlichen senkrechte Achse“) umfasst im Kontext der hier offenbarten Technologie jeweils die genaue Eigenschaft bzw. den genauen Wert (z.B. „senkrechte Achse“) sowie jeweils für die Funktion der Eigenschaft/ des Wertes unerhebliche Abweichungen (z.B. „tolerierbare Abweichung von senkrechte Achse“).
  • Die vorhergehende Beschreibung der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihrer Äquivalente zu verlassen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 6536722 B2 [0001]

Claims (8)

  1. Kraftfahrzeug, umfassend: - mindestens einen Druckbehälter (100) zur Speicherung von Brennstoff; und - mindestens eine Verbindungsplatte (200) zur Anbindung des Druckbehälters (100) an eine Fahrzeugkarosserie (300) des Kraftfahrzeugs; wobei die Verbindungsplatte (200) am Hals (130) des Druckbehälters (100) mit dem Druckbehälter (100) befestigt ist; wobei sich die Verbindungsplatte (200) im Wesentlichen senkrecht zur Druckbehälterlängsachse (A-A) erstreckt; wobei die Verbindungsplatte (200) in einem unteren Verbindungsbereich (310) und in einem oberen Verbindungsbereich (320) an die Fahrzeugkarosserie (300) angebunden ist; wobei der untere Verbindungsbereich (310) unterhalb der Druckbehälterlängsachse (A-A) vorgesehen ist; und wobei der obere Verbindungsbereich (320) oberhalb der Druckbehälterlängsachse (A-A) vorgesehen ist.
  2. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Verbindungsplatte (200) im oberen Verbindungsbereich (310) an eine obere Querstrebe befestigt ist.
  3. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Verbindungsplatte (200) im unteren Verbindungsbereich (320) an eine untere Querstrebe befestigt ist.
  4. Kraftfahrzeug nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Druckbehälter (100) ein Tankabsperrventil (170) umfasst, und wobei der obere Verbindungsbereich (310) und der untere Verbindungsbereich (320) in Richtung der Druckbehälterlängsachse A-A nicht über das Tankabsperrventil (170) hinausragen.
  5. Kraftfahrzeug nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der obere Verbindungsbereich (310) und der untere Verbindungsbereich (320) nicht radial über den Außenumfangsdurchmesser des Druckbehälters (100) hinausragen.
  6. Kraftfahrzeug nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Verbindungsplatte (200) derart elastisch verformbar ausgebildet ist, dass etwaige durch Druckbehälterinnendruckänderungen verursachte Längungen des Druckbehälters (100) durch elastische Verformung der Verbindungsplatte (200) kompensierbar sind.
  7. Kraftfahrzeug nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Verbindungsplatte (200) derart beweglich an den Druckbehälter (100) und/oder an die Fahrzeugkarosserie (300) angebunden ist, dass etwaige durch Druckbehälterinnendruckänderungen verursachte Längungen des Druckbehälters (100) durch elastische Verformung der Verbindungsplatte (200) und/oder durch eine Lagerbewegung kompensierbar sind.
  8. Kraftahrzeug nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Tankabsperrventil (170) zumindest teilweise durch die Verbindungsplatte (200) hindurchgeführt ist.
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