DE102018219559A1 - Vehicle with a pressure tank - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einem darin verbauten Druckbehälter, der einen zylindrischen Behältermantel aufweist und an axial gegenüberliegenden Druckbehälter-Stirnseiten (23, 25) jeweils an einem karosserieseitigen ersten und einem axial davon beabstandeten Lagerelement (19, 21) gelagert ist, wobei in einem Crashfall die beiden Lagerelemente (19, 21) mitsamt zwischengeordnetem Druckbehälter (27) in einem Lastpfad (L) eingebunden sind, über den Crashenergie zur crashabgewandten Fahrzeugseite übertragen wird. Erfindungsgemäß ist dem Druckbehälter (27) eine Bewegungsübertragungseinheit (29) zugeordnet, mittels der im Crashfall eine translatorische Crashbewegung angrenzender Fahrzeugteile (1) teilweise in eine rotatorische Bewegung umgewandelt wird, die auf den Druckbehälter (27) wirkt, so dass in der Bewegungsübertragungseinheit (29) eine Aufteilung des Lastpfads (L) in einen Linear-Lastpfad (L) erfolgt, in dem eine in der Bewegungsübertragungseinheit (29) gebildete Linearkraft-Komponente (F) in der Crashrichtung (x) auf den Druckbehälter (27) einwirkt, und in einem Torsions-Lastpfad (L) erfolgt, in dem eine in der Bewegungsübertragungseinheit (29) gebildete Torsionskraft-Komponente (F) in Umfangsrichtung auf den Druckbehälter (27) einwirkt und diesen mit einem Torsionsmoment (M) auf Torsion beansprucht.The invention relates to a vehicle with a pressure vessel installed therein, which has a cylindrical container jacket and is mounted on axially opposite pressure vessel end faces (23, 25) in each case on a body - side first and an axially spaced bearing element (19, 21) In the event of a crash, the two bearing elements (19, 21) together with the intermediate pressure vessel (27) are integrated in a load path (L), via which crash energy is transmitted to the side of the vehicle facing away from the crash. According to the invention, a movement transmission unit (29) is assigned to the pressure container (27), by means of which, in the event of a crash, a translational crash movement of adjacent vehicle parts (1) is partially converted into a rotary movement which acts on the pressure container (27), so that in the movement transmission unit (29 ) the load path (L) is divided into a linear load path (L) in which a linear force component (F) formed in the movement transmission unit (29) acts on the pressure container (27) in the crash direction (x), and in A torsion load path (L) takes place, in which a torsional force component (F) formed in the movement transmission unit (29) acts in the circumferential direction on the pressure container (27) and stresses it with a torsional moment (M).
Description
Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a vehicle according to the preamble of
In einem Brennstoffzellen-Fahrzeug wird in einem Brennstoffzellen-System aus Wasserstoff elektrische Energie gewonnen, die entweder direkt zu einer Elektromaschine geleitet wird oder in einer Traktionsbatterie zwischengespeichert wird. Die Erfindung basiert speziell auf einem aus der
In der aus der
In derzeitigen Brennstoffzellen-Fahrzeugen sind die Druckbehälter meist so an der Karosseriestruktur angebunden, dass möglichst keine Kräfte in den Druckbehälter eingeleitet werden. Zusätzlich wird in den meisten Brennstoffzellen-Fahrzeugen eine massive Schutzstruktur rund um den Druckbehälter vorgehalten, so dass auch im Crashfall keine Kräfte in den Druckbehälter eingeleitet werden.In current fuel cell vehicles, the pressure vessels are usually connected to the body structure in such a way that as little force as possible is introduced into the pressure vessel. In addition, in most fuel cell vehicles, a massive protective structure is kept around the pressure vessel, so that no forces are introduced into the pressure vessel even in the event of a crash.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Karosseriestruktur für ein Fahrzeug bereitzustellen, bei der ein Druckbehälter in einfacher Weise als ein lasttragendes Versteifungselement in die Karosseriestruktur einbindbar ist.The object of the invention is to provide a body structure for a vehicle in which a pressure vessel can be easily integrated into the body structure as a load-bearing stiffening element.
Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.The object is solved by the features of
Die Erfindung beruht auf dem Sachverhalt, dass speziell ein Hochdruckbehälter einen hochsteifen Werkstoffverbund aufweist und daher eine entsprechend hohe Bauteilstabilität bzw. -steifigkeit bereitstellt. Vor diesem Hintergrund wird erfindungsgemäß der Hochdruckbehälter so in die Karosseriestruktur verbaut, dass dieser in einem Lastfall (zum Beispiel bei einem Fahrzeugcrash oder im normalen Fahrbetrieb) in einem Lastpfad integriert ist, um beschädigungsfrei Betriebskräfte und/oder Crashkräfte aufzunehmen und weiterzuleiten. Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 wird im Crashfall (zum Beispiel Front- oder Seitencrash) eine translatorische Crashbewegung angrenzender, crashzugewandter Fahrzeugteile teilweise in eine rotatorische Bewegung umgewandelt, die auf den Druckbehälter wirkt. Dadurch erfolgt in der Bewegungsübertragungseinheit eine Aufteilung des Crash-Lastpfads in einen Linear-Lastpfad und in einen Torsions-Lastpfad. Im Linear-Lastpfad wirkt eine in der Bewegungsübertragungseinheit gebildete Linearkraft-Komponente in der Crashrichtung auf den Druckbehälter ein. Im Torsions-Lastpfad wirkt dagegen ein in der Bewegungsübertragungseinheit gebildete Torsionskraft-Komponente auf den Druckbehälter ein, wodurch dieser mit einem, um die Druckbehälter-Achse wirkenden Torsionsmoment auf Torsion beansprucht wird.The invention is based on the fact that a high-pressure container in particular has a highly rigid composite material and therefore provides a correspondingly high component stability or rigidity. Against this background, according to the invention, the high-pressure container is installed in the body structure in such a way that it is integrated in a load path in a load case (for example in the event of a vehicle crash or in normal driving operation) in order to absorb and transmit operating forces and / or crash forces without damage. According to the characterizing part of
In einer konkreten Ausführungsvariante wird die resultierende Kraft aus einem Frontalcrash über ein Stoßelement in die Konstruktion eingeleitet. Durch ein Torsionselement mit Steilgewinde wird eine Crashkraft sowohl in eine Axialkraft Fax als auch in eine Umfangskraft Fux aufgeteilt, welche im Torsionselement mit Steilgewinde in einem Torsionsmoment resultiert. Um ein Verdrehen des Stoßelements zu verhindern, sind sowohl fahrer- als auch beifahrerseitig sogenannten Führungen angebracht. Das Gegenmoment, welches über dem Torsionselement mit Steilgewinde eingeleitet wurde, wird weiter über einen Torsionsring, welcher wiederum am Druckbehälter festgeklebt ist, in Richtung Druckbehälter geleitet. Ein Fixierring sorgt dafür, dass sowohl der Torsionsring als auch das Torsionselement mit Steilgewinde nicht in axialer Richtung (x-Richtung) verschoben werden. Das Torsionselement mit Steilgewinde und der Fixierring sind miteinander verschraubt.In a specific embodiment variant, the resulting force from a frontal crash is introduced into the construction via a shock element. A torsion element with steep thread divides a crash force into an axial force F ax as well as into a circumferential force F ux , which results in a torsional moment in the torsion element with steep thread. To prevent twisting of the push element, so-called guides are attached to both the driver and the passenger. The counter torque, which was introduced above the torsion element with a steep thread, is further directed towards the pressure vessel via a torsion ring, which in turn is glued to the pressure vessel. A fixing ring ensures that both the torsion ring and the torsion element with steep thread are not moved in the axial direction (x direction). The torsion element with steep thread and the fixing ring are screwed together.
Der Druckbehälter kann eine Wicklung auf seiner Umfangsseite aufweisen. Daraus resultiert die Einleitung des Torsionsmoment in Umfangsrichtung (FU,3 & FU,4) und somit eine optimale Überleitung der Torsionskraft in eine Zugkraft in den Druckbehälter-Fasern aus CFK. Auf der Tankhinterseite ist dieser fest mit dem Fahrzeug verspannt, wodurch das resultierende Moment am Ende des Druckbehälters in die hintere Fahrzeugkarosserie übergeleitet wird. Bei der Tanklagerung handelt es sich um eine sogenannte Fest-Los-Lagerung.The pressure vessel can have a winding on its peripheral side. This results in the introduction of the torsional moment in the circumferential direction (F U, 3 & F U, 4 ) and thus an optimal transfer of the torsional force into a tensile force in the pressure container fibers made of CFRP. On the back of the tank, this is firmly clamped to the vehicle, which means that resulting moment at the end of the pressure vessel is transferred into the rear vehicle body. The tank storage is a so-called fixed-lot storage.
Die Fest-Loslagerung der Erfindung gewährleistet die Längenausdehnung des Druckspeichers zwischen voll und leer und beträgt ca. 1-2% der Druckspeicherlänge. Druckspeicher für Wasserstoff nach Typ 4 bestehen aus einem Kohlefasergeflecht. Kohlefaser als solches wird idealerweise auf Zug beansprucht. Das auf den Tank aufgebrachte Torsionselement sorgt dafür, dass die translatorische Stoßbelastung im Falle eines Frontalaufpralles in eine Torsionsbelastung des Druckspeichers gewandelt wird und die Kohlefasern auf Zug beansprucht.The fixed-loose bearing of the invention ensures the linear expansion of the pressure accumulator between full and empty and is approximately 1-2% of the pressure accumulator length. Type 4 hydrogen accumulators consist of a carbon fiber braid. Carbon fiber as such is ideally subjected to tension. The torsion element attached to the tank ensures that the translational shock load in the event of a frontal impact is converted into a torsional load on the pressure accumulator and the carbon fibers are subjected to tension.
Im Falle eines Frontalcrashes wird durch umliegende Bauteile das Stoßelement beaufschlagt. Dieses bewegt die in x Richtung verschiebbare Torsionsmuffe, die die translatorische Bewegung in eine rotatorische Bewegung wandelt (vergleichbar einer Schraubverbindung) und diese über ein Gewinde das Torsionselement, das mit dem Druckspeicher formschlüssig verbunden ist, beaufschlagt. Durch das Torsionselement wird der Druckspeicher tordiert und das Kohlefasergeflecht auf Zug belastet. Die Fest-Lagerung des Druckspeichers verhindert, dass der Tank sich frei verdreht.In the event of a frontal crash, the impact element is impacted by surrounding components. This moves the torsion sleeve, which can be moved in the x direction, which converts the translatory movement into a rotary movement (comparable to a screw connection) and which acts on the torsion element via a thread, which is positively connected to the pressure accumulator. The pressure accumulator is twisted by the torsion element and the carbon fiber braid is subjected to tension. The fixed storage of the pressure accumulator prevents the tank from rotating freely.
Übersteigt das durch die Crashlast eingeleitete Torsionsmoment eine kritische Größe, die zum Beispiel zum Bersten des Tanks führen kann, so greift ein Sollbruchstelle im Torsionselement und der Tank wird nicht weiter auf Torsion belastet.If the torsional moment introduced by the crash load exceeds a critical value, which can, for example, cause the tank to burst, a predetermined breaking point engages in the torsion element and the tank is no longer subjected to torsion.
Der Grundgedanke der Erfindung liegt darin, den großen steifen Hochdruckbehälter (zum Beispiel Wasserstoff-Druckspeicher) zumindest im Crashfall, gegebenenfalls aber auch für Betriebslasten und/oder zur Erhöhung der Karosseriesteifigkeit als Lastpfad zu nutzen, das heißt strukturell in die Karosserie zu integrieren. Dadurch ergibt sich das Potenzial einer hohen Gewichtseinsparung und auch von Packagevorteilen. Speziell ein Druckbehälter des Typs IV unter 700 bar Innendruck kann sehr hohe Lasten tragen, allerdings dürfen die Kräfte nicht lokal in die Druckbehälterstruktur eingeleitet werden.The basic idea of the invention is to use the large, stiff high-pressure container (for example hydrogen pressure accumulator) at least in the event of a crash, but possibly also for operating loads and / or to increase the body rigidity as a load path, that is to say to integrate it structurally into the body. This results in the potential for high weight savings and package advantages. In particular, a pressure vessel of type IV under 700 bar internal pressure can carry very high loads, however, the forces must not be introduced locally into the pressure vessel structure.
In einer technischen Umsetzung kann das in der Bewegungsübertragungseinheit im Crashfall gebildete Torsionsmoment über das erste Lagerelement in den Druckbehälter eingeleitet werden. Für eine einwandfreie Einleitung des Torsionsmomentes in den Druckbehälter ist es bevorzugt, wenn die beiden Lagerelemente in torsionskraftübertragender (das heißt drehfester) Verbindung mit dem Druckbehälter sind. Zudem ist es bevorzugt, wenn das zweite Lagerelement verwindungssteif an der Fahrzeugkarosserie angebunden ist, während das erste Lagerelement kräftemäßig entkoppelt von der Fahrzeugkarosserie momentenübertragend an der Bewegungsübertragungseinheit angebunden ist.In a technical implementation, the torsional moment formed in the movement transmission unit in the event of a crash can be introduced into the pressure container via the first bearing element. For a correct introduction of the torsional moment into the pressure vessel, it is preferred if the two bearing elements are connected to the pressure vessel in a torsional force-transmitting (ie non-rotatable) connection. In addition, it is preferred if the second bearing element is connected to the vehicle body in a torsionally rigid manner, while the first bearing element is connected to the motion transmission unit in a torque-transmitting manner, decoupled from the vehicle body.
In einer konstruktiv einfachen Ausführungsvariante ist die Bewegungsübertragungseinheit als ein Gewindetrieb ausgebildet, und zwar mit einem crashzugewandten Eingangselement sowie einem crashabgewandten Ausgangselement. Die Eingangs- und Ausgangselement sind miteinander in Gewindeeingriff. Das Ausgangselement der Bewegungsübertragungseinheit kann außerdem momentenübertragend (das heißt weitgehend verwindungssteif) mit dem ersten Lagerelement verbunden sein.In a structurally simple embodiment variant, the motion transmission unit is designed as a screw drive, specifically with an input element facing crash and an output element facing away from crash. The input and output elements are in threaded engagement with one another. The output element of the motion transmission unit can also be connected to the first bearing element in a torque-transmitting (ie largely torsionally rigid) manner.
Im Hinblick auf eine einwandfreie Funktionsfähigkeit der Bewegungsübertragungseinheit im Crashfall ist eine einwandfreie Krafteinleitung der Kollisionskräfte in die Bewegungsübertragungseinheit von Bedeutung. Vor diesem Hintergrund kann das Eingangselement mit einem, in der Fahrzeuglängsrichtung fahrzeugvorderen Stoßelement, etwa einer großflächigen Stoßplatte, ausgebildet sein. Es ist ebenfalls vorstellbar, einen Bauteilhilfsrahmen als krafteinleitendes Stoßelement zu verwenden. An dem Stoßelement kann sich in der Fahrzeuglängsrichtung nach fahrzeughinten eine Torsionsbuchse anschließen. Die Torsionsbuchse kann hohlzylindrisch mit einem Innengewinde-Abschnitt ausgebildet sein. Der Innengewinde-Abschnitt der Torsionsbuchse kann in Gewindeeingriff mit einem dazu korrespondierenden Außengewinde-Abschnitt des Ausgangselementes sein.With regard to the proper functioning of the motion transmission unit in the event of a crash, it is important to ensure that the collision forces are properly introduced into the motion transmission unit. Against this background, the input element can be designed with an impact element, for example a large impact plate, in the vehicle longitudinal direction in front of the vehicle. It is also conceivable to use a component subframe as a force-introducing impact element. A torsion bushing can connect to the impact element in the vehicle longitudinal direction towards the rear of the vehicle. The torsion bush can be hollow cylindrical with an internally threaded section. The internal thread section of the torsion bushing can be in threaded engagement with a corresponding external thread section of the output element.
Damit im Crashfall die Bewegungsübertragungseinheit die rotatorische Torsionsbewegung generieren kann, ist es bevorzugt, wenn das Eingangselement der Bewegungsübertragungseinheit an einer karosserieseitigen Linearführung zwar in der Fahrzeuglängsrichtung längsverstellbar ist, jedoch um die Torsionsachse drehfest geführt ist. Dadurch wird im Crashfall ein Verdrehen des Eingangselementes um die Torsionsachse verhindert. In einer konkreten Ausführungsvariante kann das Eingangselement in der Fahrzeugquerrichtung betrachtet beidseitig Führungsschienen aufweisen, die in einer karosserieseitigen Längsnut verschiebbar geführt ist. Die zumindest eine Führungsschiene kann über eine Sollbruchstelle am Eingangselement angebunden sein. Die Sollbruchstelle kann bei Aufbau eines übermäßig großen Torsionsmomentes brechen, wodurch eine Drehbewegung des Eingangselementes freigegeben wird. Auf diese Weise wird eine Beschädigung des Druckbehälters aufgrund eines zu großen Torsionsmomentes verhindert.So that in the event of a crash the movement transmission unit can generate the rotational torsional movement, it is preferred if the input element of the movement transmission unit is longitudinally adjustable in the vehicle longitudinal direction on a body-side linear guide, but is guided in a rotationally fixed manner about the torsion axis. This prevents the input element from rotating about the torsion axis in the event of a crash. In a specific embodiment variant, the input element, viewed in the transverse direction of the vehicle, can have guide rails on both sides, which are displaceably guided in a longitudinal groove in the body. The at least one guide rail can be connected to the input element via a predetermined breaking point. The predetermined breaking point can break when an excessively large torsional moment is built up, as a result of which a rotary movement of the input element is released. In this way, damage to the pressure vessel due to excessive torsional moment is prevented.
Jedes der beiden Lagerelemente kann als eine schalenförmige, bzw. kalottenförmige Lagerschale ausgebildet sein. Die jeweilige Lagerschale kann einen stirnseitig nach außen gewölbten Behälterboden des Druckbehälters einfassen.Each of the two bearing elements can be designed as a shell-shaped or dome-shaped bearing shell. The respective bearing shell can enclose a container bottom of the pressure container which is curved outwards on the end face.
Bevorzugt kann die drehfeste Verbindung zwischen der Lagerschale und dem Druckbehälter als eine Formschlussverbindung realisiert sein. In diesem Fall kann die Lagerschale mit einem hohlzylindrischen Torsionselement verlängert sein, dass dem Außenumfang des Druckbehälters umgreift. Am Druckbehälter-Außenumfang kann zumindest ein Formschlusselement abragen, das mit einer konturangepassten Vertiefung am Innenumfang des Lagerschalen-Torsionselementes zusammenwirkt.The non-rotatable connection between the bearing shell and the pressure vessel can preferably be implemented as a positive connection. In this case, the bearing shell can be extended with a hollow cylindrical torsion element that engages around the outer circumference of the pressure vessel. At least one form-locking element can protrude from the pressure vessel outer periphery, which interacts with a contour-matched depression on the inner periphery of the bearing shell torsion element.
Bei der obigen Bauteil-Geometrie ist es von Vorteil, wenn die Vertiefung am Innenumfang des Lagerschalen-Torsionselementes an einer freien, umlaufenden Lagerschalen-Randkante axial offen gestaltet ist. In diesem Fall kann beim Zusammenbau die Lagerschale in der Druckbehälter-Axialrichtung leichtgängig über das Druckbehälter-Formschlusselement geschoben werden, und zwar unter Bildung der obigen Formschlussverbindung.In the case of the above component geometry, it is advantageous if the depression on the inner circumference of the bearing shell torsion element is designed to be axially open on a free, peripheral edge of the bearing shell. In this case, during assembly, the bearing shell can be pushed smoothly over the pressure vessel form-locking element in the axial direction of the pressure vessel, with the formation of the above form-fitting connection.
In der oben beschriebenen Druckbehälter-Lagerung bildet das erste Lagerelement, das Ausgangselement sowie das Eingangselement der Bewegungsübertragungseinheit einen Bauteilverbund. Dieser ist über die bereits erwähnte Linearführung in der Fahrzeuglängsrichtung nach fahrzeugvorne verstellbar. Um eine übermäßig große Längsbewegung des Bauteilverbundes zu begrenzen oder zu verhindern, ist es bevorzugt, wenn der ersten Lagerschale ein Riegel zugeordnet ist, mit dem eine Längsbewegung des Bauteilverbundes begrenzt oder verhindert ist. Der Riegel kann in einer konkreten Ausführungsvariante ein Fixierring sein, der an der umlaufenden, freien Lagerschalen-Randkante drehbar zwischen einer Entriegelungsposition und einer Verriegelungsposition gelagert ist. In der Entriegelungsposition kann die erste Lagerschale leichtgängig, das heißt störkonturfrei, auf den Druckbehälter aufgeschoben werden (Zusammenbauschritt). In der Zusammenbaulage kann der Fixierring in seine Verriegelungsposition gedreht werden. In dieser hintergreift der Fixierring das Druckbehälter-Formschlusselement, so dass die erste Lagerschale am Druckbehälter lagegesichert ist.In the pressure vessel storage described above, the first bearing element, the output element and the input element of the motion transmission unit form a component assembly. This can be adjusted to the front of the vehicle in the longitudinal direction of the vehicle using the linear guide already mentioned. In order to limit or prevent an excessively large longitudinal movement of the component assembly, it is preferred if the first bearing shell is assigned a bolt with which a longitudinal movement of the component assembly is limited or prevented. In a specific embodiment variant, the bolt can be a fixing ring which is rotatably mounted on the peripheral, free edge of the bearing shell between an unlocking position and a locking position. In the unlocked position, the first bearing shell can be slid onto the pressure vessel smoothly, i.e. without interference contour (assembly step). In the assembled position, the fixing ring can be turned into its locking position. In this, the fixing ring engages behind the pressure vessel positive locking element, so that the first bearing shell on the pressure vessel is secured in position.
Wird die Karosserie in Längsrichtung belastet, zum Beispiel bei einem Front- oder Heckcrash, können die Lagerschalen weitestgehend flächig zur Anlage an den Enden des Druckbehälters kommen und werden die Lasten in Längsrichtung über den Druckbehälter geleitet. Zusätzlich verhindern die Halbschalen ein Herausfallen des Druckbehälters im Crashfall.If the body is loaded in the longitudinal direction, for example in the event of a front or rear crash, the bearing shells can come to rest as far as possible on the ends of the pressure vessel and the loads are passed in the longitudinal direction over the pressure vessel. In addition, the half-shells prevent the pressure vessel from falling out in the event of a crash.
Bezüglich der Befestigung des Druckbehälters an der Karosseriestruktur gibt es zwei grundsätzliche Konzepte: eine Lagerung, die den Längenausdehnung des Druckbehälters zulässt, oder eine starre Anbindung an die Karosserie, die eine Längenausdehnung verhindert. Die Lagerung mit Längenausdehnung kann bevorzugt in einer klassische Fest-Los-Lagerung realisiert sein, bei der die Ventil-Seite des Druckbehälters fest mit der Karosserie verbunden ist (zum Beispiel neck-mounted) und das andere Druckbehälterende über einen Dorn in der Kalotte geführt wird. Eine andere Möglichkeit der Karosserieanbindung ist das sogenannte „belly-mounting“. Dabei wird der Druckbehälter mittels Spannbänder (meist Metall) an der Karosserie befestigt. Die gängige Methode ist, zunächst den Druckbehälter an mehreren Stellen (meist 2-3 Stellen) zu umspannen und dann als Einheit unter die Karosserie zu schrauben. Das erfindungsgemäße Konzept sieht hingegen vor, den zylindrischen Druckbehälter im Mitteltunnel an voraussichtlich drei Stellen direkt gegen die Karosserie zu verspannen. Die innere Lage der Spannbänder wie auch die innere Lage der Widerlager bestehen aus einem elastischen Material, zum Beispiel Silikon, um ein „Atmen“ des Druckbehälters in Umfangrichtung und auch eine Längenausdehnung des Druckbehälters zuzulassen. Die Einspannkraft kann mittels eines Federelements eingestellt werden.There are two basic concepts regarding the attachment of the pressure vessel to the body structure: a bearing that allows the length expansion of the pressure vessel, or a rigid connection to the body that prevents expansion. The storage with linear expansion can preferably be implemented in a classic fixed-lot mounting, in which the valve side of the pressure vessel is firmly connected to the body (for example neck-mounted) and the other end of the pressure vessel is guided over a mandrel in the calotte . Another possibility of connecting the body is the so-called "belly-mounting". The pressure vessel is attached to the body using tensioning straps (usually metal). The common method is to first span the pressure vessel in several places (usually 2-3 places) and then screw it under the body as a unit. The concept according to the invention, on the other hand, provides for the cylindrical pressure vessel in the central tunnel to be braced directly against the body at probably three locations. The inner layer of the straps as well as the inner layer of the abutments consist of an elastic material, for example silicone, to allow the pressure container to “breathe” in the circumferential direction and also to allow the pressure container to expand in length. The clamping force can be adjusted by means of a spring element.
Bei beiden Lagerungsvarianten (das heißt sowohl bei der Fest-Los-Lagerung als auch beim belly-mounting), hat der Druckbehälter im normalen Betriebsfall Freigang zu mindestens einer Halbschale/Kalotte. Im Falle eines Längscrashs deformiert sich die Karosserie, so dass der Freiraum aufgebraucht wird und die Halbschalen auf mindestens einer, eher auf beiden Seiten möglichst formschlüssig zum Anliegen kommen und somit eine weitestgehend flächige Krafteinleitung gewährleistet wird. Der Lastpfad im Längscrash über die Längsträger vorn (hinten), über die Längsträger-Knoten vorn (hinten), von dort aus aufgeteilt in den Schweller und über die Druckbehälter-Kalotten in den Druckbehälter hinüber zur anderen Fahrzeughälfte ist somit aufgebaut.In both storage variants (i.e. both fixed-lot storage and belly-mounting), the pressure vessel has free access to at least one half-shell / calotte in normal operation. In the event of a longitudinal crash, the body deforms, so that the free space is used up and the half-shells come into contact with one another on at least one, rather on both sides as positively as possible, thus ensuring that the force is largely applied. The load path in the longitudinal crash over the longitudinal members at the front (rear), via the longitudinal member nodes at the front (rear), from there divided into the sill and over the pressure vessel calottes into the pressure vessel across to the other half of the vehicle is thus established.
Bei dieser Art der Anbindung werden im normalen Betriebsfall keine Lasten in bzw. über den Druckbehälter geleitet und die Karosseriesteifigkeit wird nicht bzw. nur geringfügig durch den Druckbehälter erhöht. Das heißt die Karosserieeigenschaften im normalen Betrieb sind weitestgehend unabhängig vom Druckbehälter. Der Druckbehälter wird nur im Crashfall strukturell eingebunden.With this type of connection, no loads are routed into or over the pressure vessel in normal operation and the body rigidity is not increased or is increased only slightly by the pressure vessel. This means that the body properties in normal operation are largely independent of the pressure vessel. The pressure vessel is only structurally integrated in the event of a crash.
Bei der starren Druckbehälter-Anbindung wird der Druckbehälter an beiden Enden fest mit den Druckbehälter-Kalotten, also der Karosseriestruktur, verbunden. Eine Ausdehnung des Druckbehälters in Längsrichtung wird somit nicht zugelassen. Die Ausdehnung des Druckbehälters muss entweder über einen entsprechenden Druckbehälter-Lagenaufbau abgebaut werden oder die durch die Ausdehnung auftretenden Kräfte müssen von der Karosserie (den Druckbehälter-Kalotten) aufgenommen werden oder es tritt eine Kombination aus beidem ein.With the rigid pressure vessel connection, the pressure vessel is firmly connected at both ends to the pressure vessel calottes, i.e. the body structure. An expansion of the pressure vessel in the longitudinal direction is therefore not permitted. The expansion of the pressure vessel must either be reduced by means of a corresponding pressure vessel layer structure or by the expansion Forces occurring must be absorbed by the body (the pressure vessel calottes) or a combination of both occurs.
Bei der starren Druckbehälter-Anbindung verlaufen die Lastpfade im Längscrash analog wie bei der Fest-Los-Lagerung beschrieben, allerdings ohne zusätzliche freie Crashlänge. Dafür besteht hier die Möglichkeit, auch Betriebslasten über den Druckbehälter aufzunehmen oder auch den Druckbehälter zur Erhöhung der Struktursteifigkeit zu nutzen.In the case of the rigid pressure vessel connection, the load paths in the longitudinal crash are analogous to those described for fixed-lot storage, but without additional free crash lengths. For this, there is the option of also absorbing operating loads via the pressure vessel or of using the pressure vessel to increase the structural rigidity.
Je nach Befüllungsgrad kann sich das Längenmaß des Hochdruckbehälters ändern. Um daher solche Längenänderungen des Druckbehälters weitgehend spannungsfrei auszugleichen, ist es bevorzugt, wenn der zur Lagesicherung eingesetzte Spannbügel, das Spannband und/oder die Unterseite des Mitteltunnels an ihren, dem Behältermantel zugewandten Seite eine elastische Materialschicht aufweisen, um solche Ausgleichsbewegungen des Druckbehälters zuzulassen.The length of the high-pressure container can change depending on the degree of filling. In order to compensate for such changes in length of the pressure vessel largely without tension, it is preferred if the clamping bracket used for securing the position, the tensioning band and / or the underside of the central tunnel have an elastic material layer on their side facing the container jacket in order to permit such compensatory movements of the pressure vessel.
Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.An exemplary embodiment of the invention is described below with reference to the attached figures.
Es zeigen:
-
1 in einer Seitenansicht ein Brennstoffzellen-Fahrzeug mit teilweisem Aufriss; -
2 in einer perspektivischen Teilansicht von unten den Fahrzeugboden des Fahrzeugs; -
3 in einer perspektivischen Teilansicht die fahrzeugvordere Anbindung des Druckbehälters an der Fahrzeugkarosserie; -
4 bis6 jeweils Einzelteile der Bewegungsübertragungseinheit; -
7 und8 den Fixierring in seiner Einbaulage bzw. in Alleinstellung; -
9 eine Skizze, anhand der die Lastverteilung in der Fahrzeugkarosserie bei einem Frontcrashfall veranschaulicht ist; und -
10 bis 47 in Prinzipdarstellung weitere Konzepte einer Druckbehälter-Lagerung.
-
1 a side view of a fuel cell vehicle with partial elevation; -
2nd in a partial perspective view from below the vehicle floor of the vehicle; -
3rd in a partial perspective view, the front connection of the pressure vessel to the vehicle body; -
4th to6 individual parts of the motion transmission unit; -
7 and8th the fixing ring in its installed position or in isolation; -
9 a sketch based on which the load distribution in the vehicle body is illustrated in a front crash; and -
10th to47 in principle, further concepts of a pressure vessel storage.
In der
Die hintere Lagerschale
Wie aus der
Im weiteren Verlauf nach fahrzeughinten ist die vordere Lagerschale
Wie aus der
Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Formschlusselemente
Wie aus der
Wie aus der Vorbeschreibung hervorgeht, bildet die vordere Lagerschale
Für eine zusätzliche Lagesicherung des Druckbehälters
Anhand der Prinzipskizze der
In den nachfolgenden
In der
In der
Das in der
In der
In der
In der
In der
In der
In der
In der
In der
BezugszeichenlisteReference symbol list
- 11
- AntriebsaggregatDrive unit
- 22nd
- Karosserie-LängsträgerBody side member
- 55
- Quer-BaugruppeCross assembly
- 77
- A-SäuleA pillar
- 99
- StirnwandFront wall
- 1010th
- Stirnwand-QuerträgerBulkhead cross member
- 1111
- BodenblechteilFloor panel part
- 1313
- MitteltunnelCenter tunnel
- 1515
- hintere Quer-Baugrupperear cross assembly
- 1717th
- hinterer Querträgerrear cross member
- 1919th
- hintere Lagerschalerear cup
- 2121st
- vordere Lagerschalefront cup
- 23, 2523, 25
- BehälterbödenContainer bottoms
- 2727th
- Druckbehälterpressure vessel
- 2929
- BewegungsübertragungseinheitMotion transmission unit
- 3131
- EingangselementInput element
- 3333
- AusgangselementOutput element
- 3535
- StoßplatteCleat
- 3737
- TorsionsbuchseTorsion bush
- 3939
- Innengewinde-AbschnittFemale thread section
- 4141
- Außengewinde-AbschnittMale thread section
- 4343
- RingbundRing collar
- 4444
- SpannbügelClamp
- 4545
- TorsionselementTorsion element
- 4646
- fensterartige Ausnehmungenwindow-like recesses
- 4747
- FormschlusselementePositive locking elements
- 4848
- FixierelementeFixing elements
- 4949
- Formschluss-VertiefungenForm-fit recesses
- 5050
- TorsionsversteifungTorsional stiffening
- 5151
- Lagerschalen-RandkanteBearing shell edge
- 5353
- TorsionsringTorsion ring
- 5454
- SpannstelleTension point
- 5555
- LinearführungLinear guide
- 5757
- LängsschieneLongitudinal rail
- 5959
- U-förmige LängsführungenU-shaped longitudinal guides
- 6161
- SollbruchstellePredetermined breaking point
- 6363
- BauteilverbundComponent group
- 6464
-
Aussparung für die Spannstelle
54 des Torsionsringes53 Cut-out for theclamping point 54 of thetorsion ring 53 - 6565
- FixierringFixing ring
- 6666
-
Aussparungen für die Formschlußelemente
47 des Torsionsringes53 Cutouts for thepositive locking elements 47 of thetorsion ring 53 - 6767
- SpannbügelClamp
- 6969
- WicklungWinding
- LL
- Crash-LastpfadCrash load path
- LU L U
- Torsions-LastpfadTorsion load path
- Lax L ax
- Linear-LastpfadLinear load path
- FU F U
- Torsionskraft-KomponenteTorsional component
- Fax Fa x
- Linearkraft-KomponenteLinear force component
- AA
- Druckbehälter-AchsePressure vessel axis
- MTE M TE
- TorsionsmomentTorsional moment
- FSFS
- FormschlußverbindungPositive connection
- ΔxΔx
- Freiraumfree space
- 7171
- FederelementSpring element
- 7373
- SchaummaterialFoam material
- 7575
- TorsionsringTorsion ring
- 7777
- Wellenwaves
- 7979
- FederelementSpring element
- 8181
- Ringring
- 8383
- AirbagAirbag
- 8585
- DehnmessstreifenStrain gauges
- 8787
- HydraulikeinheitHydraulic unit
- 8989
- Wellewave
- 91 91
- PassfederAdjusting spring
- 9393
- TunnellängsträgerTunnel side members
- 9595
- FlankenFlanks
- 9797
- Membranmembrane
- 9999
- AntriebsspindelDrive spindle
- 101101
- ElektromotorElectric motor
- 103103
- elastisches Materialelastic material
- 105105
- GasdruckfederGas pressure spring
- 107107
- Tanktank
- 109109
- FluidFluid
- 111111
- Schürzeapron
- 112112
- DruckreservoirPressure reservoir
- 113113
- pneumatischer Muskelpneumatic muscle
- 115115
- VentilValve
- 117117
- Sensorsensor
- 119119
- EinsatzteilInsert part
- 121121
- StegeWalkways
- 123123
- NutenGrooves
- 125, 127125, 127
- Querträger-SegmenteCross member segments
- 129129
- NoppenPimples
- 131131
- LanglöcherElongated holes
- 133133
- EinrastringSnap ring
- 135135
- bewegliche Rastenmovable catches
- 137137
- KlemmstifteClamping pins
- 139139
- SicherheitsgurtSeat belt
- 141141
- GurtspannrolleBelt tensioner
- 143143
- Form-/KraftschlusselementPositive / non-positive element
- 145145
- FederelementSpring element
- 147147
- KlauenkupplungClaw clutch
- 149149
- GewindeeingriffThread engagement
- 151151
- Trägercarrier
- 153153
- LinearführungLinear guide
- 155155
- LuftfederbalgAir bag
- 157157
- LuftschlauchAir hose
- 159159
- elastisches Elementelastic element
- 161161
- HydraulikfluidHydraulic fluid
- 163163
- Kolbenpiston
- 165165
- KrafteinleitungForce application
- 167167
- Ausdehnungexpansion
- 169169
- SpannbügelClamp
- 171171
- Aufnahmeadmission
- 173173
- Zylindercylinder
- 175175
- FlexrohrFlexible pipe
- 177177
- LanglochLong hole
- 179179
- FührungsstegBoardwalk
- 181181
- StrukturelementStructural element
- 183183
- AusgleichselementCompensation element
- 185185
- HilfsrahmenkonstruktionSubframe construction
- 187187
- PiezokeramikPiezoceramic
- 189189
- SollbruchstellePredetermined breaking point
- 191191
- TorsionselementTorsion element
- 193193
- TorsionseinleitungTorsion initiation
- 195195
- ZugbeanspruchungTensile stress
- 197197
- Form-/KraftschlusselementPositive / non-positive element
- 199199
- crasheinleitende Strukturstructure leading to the crash
- 201201
- FederelementSpring element
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- DE 102008051786 A1 [0002, 0003]DE 102008051786 A1 [0002, 0003]
Claims (9)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102018219559.5A DE102018219559A1 (en) | 2018-11-15 | 2018-11-15 | Vehicle with a pressure tank |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102018219559.5A DE102018219559A1 (en) | 2018-11-15 | 2018-11-15 | Vehicle with a pressure tank |
Publications (1)
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---|---|
DE102018219559A1 true DE102018219559A1 (en) | 2020-05-20 |
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ID=70470678
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
DE102018219559.5A Pending DE102018219559A1 (en) | 2018-11-15 | 2018-11-15 | Vehicle with a pressure tank |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102018219559A1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102020122003A1 (en) | 2020-08-24 | 2022-02-24 | Audi Aktiengesellschaft | Pressure tank system with several standing pressure tanks and motor vehicle with such a pressure tank system (II) |
FR3123265A1 (en) * | 2021-05-31 | 2022-12-02 | Psa Automobiles Sa | VEHICLE PROVIDED WITH PROTECTIVE CAPSULES FOR GAS CIRCUIT COMPONENTS |
DE102021207525A1 (en) | 2021-07-15 | 2023-01-19 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Motor vehicle with a gas storage system |
DE102021119226A1 (en) | 2021-07-26 | 2023-01-26 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | pressure vessel assembly and motor vehicle |
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---|---|---|---|---|
DE102008051786A1 (en) | 2007-10-18 | 2009-04-23 | Volkswagen Ag | Electrically operatable motor vehicle, has container accommodating process materials for operating fuel cell system, and sectionally placed within transmission tunnel, where tunnel is strengthened by two longitudinal carriers |
-
2018
- 2018-11-15 DE DE102018219559.5A patent/DE102018219559A1/en active Pending
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