DE102019128262B4 - Drucktankanordnung für ein Kraftfahrzeug mit Kollisionserkennung (I) - Google Patents

Drucktankanordnung für ein Kraftfahrzeug mit Kollisionserkennung (I) Download PDF

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Abstract

Drucktankanordnung (100) für ein Kraftfahrzeug, wenigstens umfassend:- einen Drucktank (110) zur Speicherung von Brennstoff;- ein den Drucktank (110) zumindest teilweise umgebendes Schalenelement (120), an dessen dem Drucktank (110) zugewandter Innenseite ein mit Gas oder Flüssigkeit gefüllter Schlauch (130) angeordnet ist,- einen Drucksensor (150), mit dem kollisionsbedingte Druckschwankungen im Schlauch (130) erfasst werden können.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Drucktankanordnung für ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einem Drucktank zur Speicherung von Brennstoff.
  • In Kraftfahrzeugen werden zur Speicherung von Brennstoff, insbesondere zur Speicherung von Wasserstoff (H2) oder zur Speicherung von Erdgas (CNG) für den Antrieb des Kraftfahrzeugs, sowie gegebenenfalls auch zur Speicherung anderer Stoffe Drucktanks verwendet. In einem solchen Fahrzeugdrucktank (nachfolgend nur als Drucktank bezeichnet) herrschen Innendrücke von bis zu 750 bar und mehr.
  • Bei einer Kollision des Kraftfahrzeugs, womit insbesondere ein Verkehrsunfall mit einem anderen Kraftfahrzeug oder einem Hindernis gemeint ist (hierzu gehört auch das Aufsetzen des Kraftfahrzeugs auf ein Bodenhindernis), kann es infolge einer äußeren Krafteinwirkung zu Beschädigungen oder Vorbeschädigungen des Drucktanks kommen, die zunächst unbemerkt bleiben, jedoch im Weiteren zu Folgeschäden, schlimmstenfalls sogar zum Bersten des Drucktanks, führen können.
  • Die DE 10 2015 225 348 A1 beschreibt einen Druckbehälter zur Speicherung von Brennstoff in einem Kraftfahrzeug. Der Druckbehälter (10) umfasst einen die Behälterwandung zumindest bereichsweise mit ausbildenden Schichtaufbau (11). Im Schichtaufbau (11) ist ein Detektionsstoff (15) eingelagert. Der Detektionsstoff (15) und der Schichtaufbau (11) sind so ausgebildet, dass aus dem Schichtaufbau (11) mehr Detektionsstoff (15) entweicht, wenn eine Beschädigung des Schichtaufbaus (11) vorliegt.
  • Die DE 60 2004 011 526 T2 offenbart einen Gasbehälter für ein komprimiertes brennbares Gas, wobei eine Sicherheitsentlastungsvorrichtung mit einem druckbeaufschlagten Auslöseschlauch vorgesehen ist, welcher durch einen ausgewählten, den Behälter umgebenden Gefahrenbereich verläuft, wobei ein Bruch des Auslöseschlauchs, auf Grund eines Temperaturanstiegs oder einer mechanischen Beschädigung, zu einem Druckabfall in der Sicherheitsentlastungsvorrichtung führt, die eine Notentleerung des unter Druck stehenden brennbaren Gases aus dem Gasbehälter auslöst.
  • Die DE 10 2011 114 725 A1 offenbart einen Druckgasbehälter mit einer Ventileinrichtung, welche eine Sicherheitsvorrichtung aufweist, mit einer Auslöseleitung, welche in wenigstens einem ausgewählten, den Druckgasbehälter umgebenden Gefahrenbereich angeordnet ist, wobei durch eine Druckänderung an der Auslöseleitung die Sicherheitsvorrichtung zumindest mittelbar betätigt wird.
  • Mit der erfindungsgemäßen Drucktankanordnung des Patentanspruchs 1 wird eine andere Möglichkeit aufgezeigt, wie die Sicherheit verbessert bzw. erhöht werden kann. Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Drucktankanordnung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der nachfolgenden Erfindungsbeschreibung und der Zeichnung.
  • Die erfindungsgemäße Drucktankanordnung umfasst wenigstens die folgenden Komponenten, die jeweils auch mehrfach vorhandenen sein können:
    • - einen Drucktank zur Speicherung von Brennstoff;
    • - ein den Drucktank zumindest teilweise umgebendes Schalenelement, an dessen dem Drucktank zugewandeten Innenseite ein mit Gas oder Flüssigkeit gefüllter Schlauch bzw. schlauchartiges Element angeordnet ist;
    • - einen Drucksensor, mit dem kollisionsbedingte Druckschwankungen im Schlauch erfassbar sind bzw. erfasst werden können.
  • Mit der erfindungsgemäßen Drucktankanordnung kann eine Kollision, die insbesondere nur lokal im Bereich des Drucktanks erfolgt und die möglicherweise zu einer Beschädigung des Drucktanks führt, erfasst bzw. detektiert werden. Die erfindungsgemäße Drucktankanordnung verfügt somit über eine Kollisionserkennung bzw. -erfassung. Bei einer detektierten Kollision kann dann wenigstens eine Maßnahme (Schutzmaßnahme) zum Schutz des Drucktanks bzw. Kraftfahrzeugs, von Personen und/oder der Umgebung veranlasst werden.
  • Das Schalenelement dient nicht nur als Träger für den Schlauch, sondern bietet zudem einen mechanischen Schutz für den Drucktank, indem dieses quasi als Schutzblech fungiert und bei einer Kollision als zusätzliche Barriere wirkt und einwirkende Kollisionskräfte, insbesondere eine punktuell einwirkende Kollisionskraft, großflächig auf die Drucktankoberfläche verteilt.
  • Die erfindungsgemäße Kollisionserkennung erfolgt mithilfe wenigstens eines Schlauchs bzw. Druckschlauchs, der auf der Innenseite des Schalenelements angeordnet und mit einem Gas (hierzu gehört auch Luft) oder einer Flüssigkeit gefüllt ist, womit insbesondere gemeint ist, dass das Gas bzw. die Flüssigkeit im Inneren des Schlauchs mit atmosphärischem Druck (Umgebungsdruck) oder Überdruck eingeschlossen ist. Es können auch mehrere Schläuche bzw. schlauchartige Elemente, die ein Schlauchsystem bilden, vorgesehen sein. Das Gas oder die Flüssigkeit ist bevorzugt nicht brennbar und/oder umweltgefährdend. Ein Schlauch ist insbesondere ein flexibler länglicher Hohlkörper mit elastischer Wandung. Der Schlauch ist bevorzugt aus einem elastischen Material, insbesondere einem weichelastischen Material, bspw. aus einem Elastomermaterial oder Silikonmaterial, gebildet und kann zudem eine Sperrschicht und/oder Gewebeverstärkung aufweisen.
  • Falls bei einer Kollision das Schalenelement gegen den Drucktank gedrückt wird, entstehen im Inneren des Schlauchs Druckschwankungen bzw. Druckwellen, die mithilfe wenigstens eines Drucksensors, der vorzugsweise an einem Schlauchende angeordnet ist, erfasst werden können. Anhand des gemessenen Druckverlaufs kann also tankextern eine eventuelle Kollisionsbelastung, insbesondere eine Stoßbelastung, auf den Drucktank detektiert werden. Der Drucksensor ist bevorzugt am Schalenelement befestigt. Die erfindungsgemäße Kollisionserkennung gelingt mit vergleichsweise geringem Aufwand und einfachen Komponenten. Die erfindungsgemäße Kollisionserkennung ist günstig, montagefreundlich, robust und dennoch sehr zuverlässig. Ferner ist die erfindungsgemäße Kollisionserkennung unempfindlich gegenüber elektrischen und/oder magnetischen Störfeldern.
  • Unter einem Schalenelement wird ein flächiges, dünnwandiges und in sich steifes Bauteil verstanden. Bevorzugt handelt es sich bei dem Schalenelement um ein Blechbauteil (Schutzblech), insbesondere aus einem hochfesten Stahlblech, oder um ein faserverstärktes Kunststoffbauteil (FVK-Bauteil), bspw. aus einem Organoblech. Bevorzugt ist das Schalenelement zumindest bereichsweise an die Außenform des Drucktanks angepasst. Bevorzugt ist das Schalenelement Bestandteil einer Heckverkleidung oder Unterbodenverkleidung des Kraftfahrzeugs bzw. ist in eine solche Verkleidung integriert, wodurch vorhandener Bauraum optimal genutzt werden kann.
  • Bevorzugt ist das Schalenelement mit Abstand zum Drucktank angeordnet. Der Abstand beträgt bevorzugt 5 mm bis 50 mm und insbesondere 10 mm bis 30 mm. Bei einer Kollision kann das Schalenelement unter Verringerung des Abstands in Richtung des Drucktanks verformt werden und schlägt dann mit kinetischer Energie gegen den Drucktank, wodurch starke Druckschwankungen bzw. Druckwellen erzeugt werden. Die zum Drucktank beabstandete Anordnung des Schalenelements ermöglicht auch ein sogenanntes Atmen des Drucktanks infolge unterschiedlicher Tankinnendrücke.
  • Das Schalenelement kann auf seiner Innenseite eine Schaumstoffauflage aufweisen, die mit einer nutartigen Vertiefung zur Aufnahme des Schlauchs ausgebildet ist. Bevorzugt ist der Schlauch in die nutartige Vertiefung eingeklebt oder mittels Befestigungselementen (bspw. Klipselementen) befestigt. Die Schaumstoffauflage kann auf das Schalenelement aufgeklebt oder aufgeschäumt sein und ist bevorzugt aus einem elastischen Schaum, z. B. einem PUR-Weichschaum, gebildet. Die Schaumstoffauflage kann, insbesondere einschließlich der nutartigen Vertiefung, auch mittels additivem Fertigungsverfahren (3D-Druck) direkt auf die Innenseite des Schalenelements aufgebracht (bzw. aufgedruckt) sein. Die Schaumstoffauflage dient einerseits der Befestigung des Schlauchs mit definiertem Längsverlauf und bietet anderseits dem Schlauch auch Schutz. Ferner sorgt die Schaumstoffauflage bei einer Kollision für einen gedämpften Anschlag des Schalenelements am Drucktank und bewirkt zudem eine schützende Last- bzw. Druckverteilung. Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Schlauch, d. h. ein Abschnitt des Schlauchquerschnitts, aus der nutartigen Vertiefung herausragt und in Richtung des Drucktanks übersteht, sodass der Schlauch bei einer Kollision zuverlässig komprimiert wird und dabei Druckschwankungen bzw. Druckwellen im Inneren des Schlauchs entstehen.
  • Bevorzugt ist der Schlauch mäanderförmig, d. h. mit mäandrischem Verlauf, am Schalenelement angeordnet bzw. verlegt. Die nutartige Vertiefung in einer Schaumstoffauflage ist dann mit einem entsprechenden mäanderförmigen Verlauf ausgebildet.
  • Die erfindungsgemäße Drucktankanordnung kann ferner umfassen:
    • - eine Steuereinrichtung bzw. ein Steuergerät, die dazu ausgebildet ist, selbsttätig die (fortwährend erfassten) Messwerte des Drucksensors auszuwerten und bei einer Kollision (d. h., falls sich bei der Auswertung unzulässige Druckschwankungen ergeben), wenigstens eine Schutzmaßnahme zu veranlassen bzw. einzuleiten.
  • Mögliche Schutzmaßname sind bspw. das Ausgeben einer Meldung an den Fahrer (z. B. „Dringend Werkstatt aufsuchen!“), das kontrollierte Abblasen des Drucktanks, das Ausschalten des Fahrzeugantriebs, das Verhindern einer Betankung (des Drucktanks) und dergleichen.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Die in den schematischen Figuren der Zeichnung gezeigten und/oder nachfolgend erläuterten Merkmale können, auch unabhängig von bestimmten Merkmalskombinationen, allgemeine Merkmale der Erfindung sein und die Erfindung entsprechend weiterbilden.
    • 1 zeigt in einer Schnittdarstellung eine erfindungsgemäße Drucktankanordnung für ein Kraftfahrzeug.
    • 2 zeigt in einer Draufsicht die Innenseite des zur Drucktankanordnung der 1 gehörenden Schalenelements.
  • Die in 1 gezeigte Tankanordnung 100 umfasst einen Drucktank 110 zur Speicherung von Brennstoff, der einen Liner 111 und eine darauf aufgebrachte Faserummantelung 112 aufweist, und ein den Drucktank 110 teilweise umgebendes Schalenelement 120, das mit Abstand zum Drucktank 110 angeordnet ist und sich im Wesentlichen über die gesamte axiale Länge des Drucktanks 110 erstreckt. Das Schalenelement 120 ist bevorzugt ein Blechteil, das z. B. eine Blechdicke von 2 mm bis 3 mm aufweist. Der Drucktank 110 ist bspw. im Heckbereich eines Kraftfahrzeugs angeordnet. Das Schalenelement 120 kann zu einer Heck- oder Unterbodenverkleidung des Kraftfahrzeugs gehören, die hinter- und/oder unterhalb des Drucktanks 110 angeordnet ist.
  • An der dem Drucktank 110 zugewandten Innenseite des Schalenelements 120 befinden sich eine Schaumstoffauflage 140 und ein mit Gas oder Flüssigkeit gefüllter Schlauch bzw. Druckschlauch 130. Die Schaumstoffauflage 140 ist mit einer nutartigen Vertiefung ausgebildet, in der der Schlauch 130 angeordnet ist, derart, dass dieser von der Schaumstoffauflage 140 in Richtung des Drucktanks 110 etwas übersteht. Der Schlauch 130 ist somit quasi im Zwischenraum zwischen dem Drucktank 110 und dem Schalenelement 120 angeordnet. Der Schlauch 130 ist bevorzugt aus einem Elastomer- oder Silikonmaterial gefertigt und weist bspw. einen Durchmesser von 6 mm bis 10 mm auf. Die Dicke der Schaumstoffschicht 140 beträgt bspw. 8 mm bis 12 mm.
  • Falls bei einer Kollision K, insbesondere bei einem Heckaufprall, das Schalenelement 120 gegen den Drucktank 110 gedrückt wird, entstehen im Inneren des Schlauchs 130 Druckschwankungen bzw. Druckwellen, die mithilfe eines Drucksensors 150 (siehe 2) erfasst werden können. Falls eine Kollision K erfasst bzw. detektiert wurde, kann wenigstens eine Schutzmaßnahme eingeleitet werden, wie oben beschrieben. Das Schalenelement 120 wirkt ferner in der Art eines Schutzblechs als zusätzliche Barriere und bewirkt dabei auch eine flächige Verteilung von Kollisionskräften, wodurch die Gefahr von Drucktankbeschädigungen verringert wird.
  • 2 zeigt nicht maßstabsgerecht zur 1 die Innenseite des Schalenelements 120. Der Schlauch 130 ist mäanderförmig verlegt. An einem Schlauchende ist ein Drucksensor 150 angeordnet, mit dem die Innendrücke im Schlauch 130 gemessen werden können. Der Drucksensor 150 ist am Schalenelement 150 befestigt und kann über ein Bussystem (z. B. ein CAN-Bus) mit einer nicht gezeigten Steuereinrichtung (wie oben beschrieben) verbunden sein. Bevorzugt sind zwei solcher Drucksensoren vorgesehen, die jeweils an einem der Schlauchenden des Schlauchs 130 angeordnet sind.
  • Die Drucktankanordnung 100 verfügt somit über eine Kollisionserkennung bzw. -erfassung, mit der zuverlässig eine Kollision K mit einer auf den Drucktank 110 einwirkenden Kollisionsbelastung erkannt bzw. detektiert werden kann. Die Sensitivität dieser Kollisionserkennung kann über die Anzahl und Anordnung von Druckschläuchen 130, den Schlauchinnendruck, das Schlauchmaterial, die Schlauchwanddicke, das Schalenmaterial, die Schalendicke, den Abstand zwischen Schalenelement 120 und Drucktank 110, die Beschaffenheit der Schaumstoffauflage 140 und dergleichen an die Erfordernisse angepasst werden.

Claims (9)

  1. Drucktankanordnung (100) für ein Kraftfahrzeug, wenigstens umfassend: - einen Drucktank (110) zur Speicherung von Brennstoff; - ein den Drucktank (110) zumindest teilweise umgebendes Schalenelement (120), an dessen dem Drucktank (110) zugewandter Innenseite ein mit Gas oder Flüssigkeit gefüllter Schlauch (130) angeordnet ist, - einen Drucksensor (150), mit dem kollisionsbedingte Druckschwankungen im Schlauch (130) erfasst werden können.
  2. Drucktankanordnung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schalenelement (120) mit Abstand zum Drucktank (110) angeordnet ist.
  3. Drucktankanordnung (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schalenelement (120) auf seiner Innenseite eine Schaumstoffauflage (140) aufweist, die mit einer nutartigen Vertiefung zur Aufnahme des Schlauchs (130) ausgebildet ist.
  4. Drucktankanordnung (100) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlauch (130) aus der nutartigen Vertiefung herausragt und in Richtung des Drucktanks (110) übersteht.
  5. Drucktankanordnung (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlauch (130) mäanderförmig am Schalenelement (120) angeordnet ist.
  6. Drucktankanordnung (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlauch (130) aus einem elastischen Material gebildet ist.
  7. Drucktankanordnung (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schalenelement (120) ein Blechbauteil oder ein faserverstärktes Kunststoffbauteil ist.
  8. Drucktankanordnung (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schalenelement (120) Bestandteil einer Heckverkleidung oder Unterbodenverkleidung des Kraftfahrzeugs ist.
  9. Drucktankanordnung (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, ferner umfassend: - eine Steuereinrichtung, die dazu ausgebildet ist, selbsttätig die Messwerte des Drucksensors (150) auszuwerten und bei einer Kollision wenigstens eine Schutzmaßnahme einzuleiten.
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