DE102019202895A1 - Speichermodul mit mehreren röhrenförmigen Drucktanks und Montageverfahren - Google Patents

Speichermodul mit mehreren röhrenförmigen Drucktanks und Montageverfahren Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Speichermodul (100) zur Speicherung von Brennstoff in einem Kraftfahrzeug, mit mehreren röhrenförmigen Drucktanks (110), die axial ausgerichtet zwischen zwei gegenüberliegenden Aufnahmeplatten (120, 130) angeordnet und an ihren axialen Enden mit den Aufnahmeplatten (120, 130) verbunden sind, wobei die röhrenförmigen Drucktanks (110) an einer der Aufnahmeplatten (120) starr befestigt und an der anderen Aufnahmeplatte (130) axialverschieblich befestigt sind, sodass eine axiale Ausdehnung der röhrenförmigen Drucktanks (110) ermöglicht ist.Die Erfindung betrifft ferner ein Montageverfahren für ein solches Speichermodul (100).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Speichermodul mit mehreren röhrenförmigen Drucktanks (Rohrspeichern) zur Speicherung von Brennstoff in einem Kraftfahrzeug. Die Erfindung betrifft ferner ein Montageverfahren für ein solches Speichermodul.
  • Röhrenförmige Drucktanks der hier betreffenden Art werden in Kraftfahrzeugen zur Speicherung von Brennstoff, insbesondere zur Speicherung von Wasserstoff (H2) für einen Brennstoffzellenantrieb oder zur Speicherung von Erdgas (CNG) für einen Erdgasantrieb, verwendet. Aus Platz-, Gewichts- und Sicherheitsgründen haben sich Speichermodule bzw. Tankanordnungen bewährt, die aus einer Vielzahl röhrenförmiger Drucktanks gebildet sind, wie bspw. in der WO 2018/183764 A1 beschrieben.
  • Zum Stand der Technik wird ferner auf die deutsche Patentanmeldung 102018222302.5 hingewiesen.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Speichermodul des Patentanspruchs 1 ist nun ein Speichermodul mit mehreren röhrenförmigen Drucktanks verfügbar, das einerseits hohen Sicherheitsanforderungen gerecht wird und das andererseits vergleichweise einfach fertigbar ist. Mit dem nebengeordneten Patentanspruch erstreckt sich die Erfindung auch auf ein Montage- bzw. Fertigungsverfahren. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich analog für beide Erfindungsgegenstände aus den abhängigen Patentansprüchen, der nachfolgenden Erfindungsbeschreibung und der Zeichnung.
  • Das erfindungsgemäße Speichermodul zur Speicherung von Brennstoff in einem Kraftfahrzeug (dieses Speichermodul kann auch als Tankanordnung bezeichnet werden) weist mehrere, d. h. wenigstens zwei, röhrenförmige bzw. rohrartige Drucktanks (Rohrspeicher) auf, die axial ausgerichtet zwischen zwei (sich) gegenüberliegenden Aufnahme- bzw. Trägerplatten (erste und zweite Aufnahmeplatte) angeordnet und an ihren axialen Enden bzw. in ihren axialen Endbereichen mit diesen Aufnahmeplatten verbunden sind. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die (d. h. alle) röhrenförmigen Drucktanks an einer der Aufnahmeplatten (erste Aufnahmeplatte) starr befestigt und an der anderen Aufnahmeplatte (zweite Aufnahmeplatte) axialverschieblich befestigt sind, wodurch eine axiale Ausdehnung der röhrenförmigen Drucktanks ermöglicht ist.
  • Mit anderen Worten ausgedrückt: Die röhrenförmigen Drucktanks sind an ihren einen axialen Enden starr bzw. unbeweglich an einer der beiden Aufnahmeplatten (erste Aufnahmeplatte) befestigt und mit ihren anderen axialen Enden axialverschieblich an der anderen Aufnahmeplatte (zweite Aufnahmeplatte) befestigt, sodass jeder röhrenförmige Drucktank an einem axialen Ende mittels Festlager (Fixlager) und am anderen axialen Ende mittels Loslager (verschieblichem Lager) befestigt bzw. gelagert ist. Hierdurch wird eine definierte axiale Ausdehnung, die sich insbesondere durch variierende Drücke (von bis zu 750 bar und mehr) und/oder Temperaturschwankungen ergibt (dies führt zu einem sogenanntes Atmen der Drucktanks), ermöglicht. Alle Festlager befinden sich an einer der Aufnahmeplatten (erste Aufnahmeplatte) und alle Loslager an der anderen Aufnahmeplatte (zweite Aufnahmeplatte), wodurch der Aufbau und die Fertigung bzw. Montage des Speichermoduls vereinfacht werden.
  • Unter einem röhrenförmigen Drucktank bzw. Rohrspeicher wird ein hohlzylindrischer Tank (zur Bevorratung eines komprimierten Brennstoffs) mit steifer Wandung verstanden, der aus einem sogenannten Liner und einer Faserkunststoffummantelung gebildet sein kann. An wenigstens einem axialen Ende kann ein Boss (auch als Mundstück oder Port bezeichnet) angeordnet sein. Bevorzugt ist ein solcher röhrenförmiger Drucktank aus einem zylindrischen Hohlkörper, der an seinen beiden axialen Enden mit Endstücken verschlossen ist, gebildet (wie in der deutschen Patentanmeldung 102018222302.5 gezeigt und beschrieben). Dieser zylindrische Hohlkörper besteht nur aus einem (hohl)zylindrischen Abschnitt und weist an seinen Enden keine kuppelförmigen Abschnitte bzw. Dombereiche auf. Bevorzugt ist dieser zylindrische Hohlkörper aus einem Liner und einer auf den Liner aufgebrachten Faserummantelung gebildet. Der Liner ist insbesondere aus Kunststoff (z. B. Polyethylen oder Polyamid) oder Metall (z. B. Aluminium) gebildet. Die Faserummantelung ist insbesondere mittels Pultrusionsprozess auf den Liner aufgebracht. Die Faserummantelung ist insbesondere aus einem faserverstärkten, insbesondere glas- oder kohlenstofffaserverstärktem, Kunststoff gebildet. Bevorzugt sind die Bosse oder Endstücke aus Metall gefertigt.
  • Unter einer Aufnahme- bzw. Trägerplatte wird ein flächiges Bauteil verstanden, das wenigstens einen im Wesentlichen ebenen Bereich für die Drucktankbefestigung aufweist, wobei sich dieser Bereich insbesondere im Wesentlichen orthogonal zu den daran befestigten röhrenförmigen Drucktanks erstreckt. Die Aufnahmeplatte kann ein- oder mehrstückig aus Metall, z. B. als Gussteil oder als Blechteil, insbesondere aus hochfestem Stahlblech, oder aus Kunststoff, z. B. als Spritzgussteil und/oder als Faserkunststoffverbundteil, gefertigt sein. Wenigstens eine der Aufnahmeplatten kann mit einem Flansch zur Befestigung des Speichermoduls an der Karosserie oder am Fahrwerk des Kraftfahrzeugs ausgebildet sein.
  • Die starre Befestigung der röhrenförmigen Drucktanks (an der ersten Aufnahmeplatte) kann mittels Verstiftung, Verschraubung oder dergleichen erfolgen. Hierzu können an den betreffenden axialen Enden der röhrenförmigen Drucktanks Bosse oder Endstücke angeordnet sein, die für eine Verschraubung an der betreffenden Aufnahmeplatte ausgebildet sind. Die starre Befestigung der röhrenförmigen Drucktanks kann auch mittels Nut-Feder-Verbindung oder dergleichen erfolgen.
  • Die axialverschiebliche Befestigung der röhrenförmigen Drucktanks (an der zweiten Aufnahmeplatte) kann mittels Lagerbuchsen und darin längs- bzw. axialbeweglich geführten Lagerelementen, insbesondere Lagerzapfen oder vergleichbaren Lagerelementen, wodurch Gleitführungen bzw. -lager gebildet sind, erfolgen. Hierzu können die betreffenden axialen Enden der röhrenförmigen Drucktanks mit axial vorstehenden bzw. axial abragenden Lagerelementen, insbesondere Lagerzapfen oder dergleichen, ausgebildet sein, d. h., die Lagerelemente bzw. Lagerzapfen können Bestandteil der röhrenförmigen Drucktanks sein. An den betreffenden axialen Enden der röhrenförmigen Drucktanks können bspw. Bosse oder Endstücke angeordnet sein, die mit solchen Lagerelementen bzw. Lagerzapfen ausgebildet sind. Die betreffende Aufnahmeplatte kann dann mit korrespondierenden Lagerbuchsen, in denen die Lagerelemente bzw. Lagerzapfen axialbeweglich aufgenommen sind, ausgebildet sein. Solche Lagerbuchsen können als Lagerbohrungen oder als separat gefertigte und an der Aufnahmeplatte befestigte Lagerringe ausgebildet sein.
  • Bevorzugt sind die röhrenförmigen Drucktanks im Speichermodul parallel zueinander angeordnet. Bezüglich einer Einbaulage des Speichermoduls im Kraftfahrzeug können die röhrenförmigen Drucktanks sowohl nebeneinander als auch übereinander, d. h. gestapelt, angeordnet sein. Bevorzugt sind die röhrenförmigen Drucktanks nur an den Aufnahmeplatten befestigt, insbesondere einzeln befestigt, ohne aneinander befestigt zu sein. D. h., eine aufwendige Fixierung der einzelnen Drucktanks aneinander (wie bspw. in 13 der WO 2018/183764 A1 gezeigt) kann entfallen. Bevorzugt ist vorgesehen, dass alle röhrenförmigen Drucktanks die gleiche axiale Länge aufweisen. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die röhrenförmigen Drucktanks unterschiedliche axiale Längen aufweisen. Zumindest eine der Aufnahmeplatten kann dann den unterschiedlichen axialen Längen entsprechend gekröpft ausgebildet sein.
  • Das erfindungsgemäße Montageverfahren bzw. Fertigungsverfahren für ein erfindungsgemäßes Speichermodul weist zumindest die Folgenden, in dieser Reihenfolge auszuführenden Schritte auf:
    • - axialverschiebliches Befestigen der röhrenförmigen Drucktanks an einer der Aufnahmeplatten (zweite Aufnahmeplatte), insbesondere derart, dass die mit Lagerbuchsen ausgebildete Aufnahmeplatte horizontal ausgerichtet wird und die an einem axialen Ende mit axial vorstehenden Lagerelementen, insbesondere Lagerzapfen oder dergleichen, ausgebildeten röhrenförmigen Drucktanks vertikal ausgerichtet und mit nach unten weisenden Lagerelementen bzw. Lagerzapfen in die Lagerbuchsen eingesteckt werden;
    • - starres bzw. unbewegliches Befestigen der röhrenförmigen Drucktanks an der anderen Aufnahmeplatte (erste Aufnahmeplatte), bevorzugt bei noch gegebener vertikaler Ausrichtung der röhrenförmigen Drucktanks, insbesondere derart, dass die röhrenförmigen Drucktanks an ihren anderen (oberen) axialen Enden mit axial vorstehenden Befestigungselementen, insbesondere Befestigungszapfen oder dergleichen, ausgebildet sind und die mit Befestigungsbohrungen ausgebildete Aufnahmeplatte mit horizontaler Ausrichtung aufgesetzt bzw. mit den Befestigungsbohrungen auf die nach oben weisenden Befestigungselemente bzw. Befestigungszapfen aufgesteckt und dann mit den Befestigungselementen bzw. Befestigungszapfen verschraubt oder verstiftet wird;
    • - Gängigkeitsprüfung der axialverschieblichen Befestigung (an der zweiten Aufnahmeplatte); und
    • - Verlegen und Anschließen von Anschlussleitungen (sowie gegebenenfalls Ventilen, sofern die röhrenförmigen Drucktanks nicht bereits mit Ventilen bestückt sind), insbesondere loslagerseitig, d. h. an den (an der zweiten Aufnahmeplatte) axialverschieblich befestigten Drucktankenden.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Die in den 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. Ferner können die im Zusammenhang mit verschiedenen Ausführungsmöglichkeiten der Erfindung gezeigten und/oder erläuterten Merkmale auch untereinander kombiniert werden.
    • 1 zeigt eine erste, besonders bevorzugte Ausführungsmöglichkeit der Erfindung.
    • 2 veranschaulicht schematisch die Befestigung der röhrenförmigen Drucktanks gemäß der in 1 gezeigten Ausführungsmöglichkeit.
    • 3 zeigt analog zur 1 eine zweite Ausführungsmöglichkeit der Erfindung.
    • 4 veranschaulicht analog zur 2 eine dritte Ausführungsmöglichkeit der Erfindung.
    • 5 veranschaulicht schematisch eine vierte Ausführungsmöglichkeit der Erfindung.
  • Das in 1 nur ausschnittsweise in einer Fahrzeugeinbaulage gezeigte Speichermodul (Tankanordnung) 100 weist mehrere röhrenförmige Drucktanks 110 auf, die parallel nebeneinander angeordnet sind. Die röhrenförmigen Drucktanks 110 erstrecken sich axial zwischen zwei gegenüberliegenden Aufnahmeplatten 120, 130 und sind an ihren axialen Enden mit diesen Aufnahmeplatten 120, 130 verbunden. Die Aufnahmeplatten 120, 130 sind als Blechteile ausgeführt. Die vordere Aufnahmeplatte 130 weist einen Flansch 135 zur Befestigung des Speichermoduls 100 an einer Fahrzeugkarosserie 200 auf.
  • Wie in 2 strichliniert angedeutet, sind die röhrenförmigen Drucktanks 110 jeweils aus einem zylindrischen Hohlkörper 111 mit mehrlagiger Wandung und zwei tellerartigen Endstücken 112, 116 gebildet. Wie ferner in 2 schematisch veranschaulicht, sind die röhrenförmigen Drucktanks 110 an der ersten bzw. hinteren Aufnahmeplatte 120 starr bzw. unbeweglich befestigt und an der zweiten bzw. vorderen Aufnahmeplatte 130 axialverschieblich bzw. axial schwimmend befestigt. Die Fest- und Loslagerungen ermöglichen eine axiale Ausdehnung der röhrenförmigen Drucktanks 110, wie durch die beiden Pfeile dargestellt.
  • Die starre Befestigung an der hinteren Aufnahmeplatte 120 erfolgt durch Verschraubung, wozu die hinteren Endstücke 112 axial vorstehende Befestigungszapfen 113 aufweisen, welche Befestigungsbohrungen in der hinteren Aufnahmeplatte 120 durchragen und mittels Überwurfmuttern 114 festgeschraubt sind. Die axialverschiebliche Befestigung an der vorderen Aufnahmeplatte 130 erfolgt durch Gleitführungen, wozu die vorderen Endstücke 116 axial vorstehende Lagerzapfen 117 aufweisen, welche axialbeweglich in korrespondierenden Lagerbuchsen 137 (die als Lagerbohrungen ausgebildet sind) an der vorderen Aufnahmeplatte 130 aufgenommen sind. Die Lagerzapfen 117 sind quasi in die Lagerbuchsen 137 eingesteckt, derart, dass die Lagerzapfen 117 die vordere Aufnahmeplatte 130 durchragen.
  • Wie ferner aus 2 ersichtlich, sind die vorderen Endstücke 116 mit Anschlussbohrungen 118 ausgebildet, die sich auch durch die Lagerzapfen 117 erstrecken. Zum Anschluss der röhrenförmigen Drucktanks 110 an ein Druckleitungsnetz werden diese Anschlussbohrungen 118 mit Anschlussleitungen 150 verbunden, wie in 1 gezeigt (Anschlussmittel, Ventile und dergleichen sind nicht dargestellt). D. h., der Anschluss der röhrenförmigen Drucktanks 110 erfolgt loslagerseitig an der vorderen Anschlussplatte 130. Prinzipiell können aber auch die hinteren Endstücke 112 mit Anschlussbohrungen ausgebildet sein, über die ein festlagerseitiger Anschluss an der hinteren Anschlussplatte 120 erfolgen kann.
  • 3 zeigt in Fahrzeugeinbaulage eine andere Ausführungsmöglichkeit eines Speichermoduls 100 mit einer Vielzahl von röhrenförmigen Drucktanks 110, die nicht nur nebeneinander, sondern auch übereinander bzw. gestapelt angeordnet sind. Analog zur Ausführungsmöglichkeit der 1 sind die röhrenförmigen Drucktanks 110 einzeln an der hinteren Aufnahmeplatte 120 starr und an der vorderen Aufnahmeplatte 130 axialverschieblich befestigt. Der Anschluss der röhrenförmigen Drucktanks 110 erfolgt an den vorstehenden Lagerzapfen 117 über die Anschlussbohrungen 118, wie obenstehend im Zusammenhang mit der 2 erläutert. (Anschlussleitungen und dergleichen sind hier nicht dargestellt.)
  • 4 zeigt eine Ausführungsmöglichkeit eines erfindungsgemäßen Speichermoduls 100, bei dem die massiven Endstücke 112, 116 beidseitig aus dem Hohlkörper 111 herausragen, d. h., die Endstücke 112, 116 sind quasi mit gleichem Querschnitt oder gegebenenfalls auch mit kleinerem Querschnitt nach außen verlängert. Die axial überstehenden bzw. vorstehenden Abschnitte der Endstücke 112, 116 bilden Befestigungselemente 113 sowie Lagerelemente 117 und können auch als (zapfenartige) Befestigungs- und Lagerabschnitte bezeichnet werden. Die Befestigungselemente bzw. -zapfen 113 sind mit einer Umfangsnut 115 ausgebildet und hierüber Nut-Feder-artig an der hinteren Aufnahmeplatte 120 starr befestigt. Die hintere Aufnahmeplatte 120 ist hierzu mehrteilig ausgebildet (wie bspw. in 11 oder 14 der WO 2018/183764 A1 gezeigt). Die Lagerelemente bzw. -zapfen 117 sind axialbeweglich in korrespondierenden Lagerbuchsen bzw. Lagerbohrungen 137 an der vorderen Aufnahmeplatte 130 aufgenommen.
  • 5 veranschaulicht eine weitere Ausführungsmöglichkeit eines Speichermoduls 100, bei dem die axialverschiebliche Befestigung der röhrenförmigen Drucktanks 110 an der vorderen Anschlussplatte 130 anders realisiert ist. Die vordere Anschlussplatte 130 ist bspw. als Gussteil ausgebildet. Die hintere Anschlussplatte 120 kann, wie auch bei den Ausführungsmöglichkeiten der 1 und 3, ein Blechteil sein. Da die befestigten röhrenförmigen Drucktanks 110 unterschiedliche axiale Längen aufweisen, ist die hintere Anschlussplatte 120 mit einer Kröpfung 125 ausgebildet, um die Befestigung zu bewerkstelligen. Ferner sind die beiden Anschlussplatten 120, 130 durch platten- oder strebenartige Verbindungselemente 160, die auch diagonal verlaufen können, gegeneinander abgestützt. Derartige Verbindungselemente 160 können auch bei den anderen Ausführungsmöglichkeiten vorgesehen sein.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2018/183764 A1 [0002, 0011, 0019]
    • DE 102018222302 [0003, 0007]

Claims (10)

  1. Speichermodul (100) zur Speicherung von Brennstoff in einem Kraftfahrzeug, mit mehreren röhrenförmigen Drucktanks (110), die axial ausgerichtet zwischen zwei gegenüberliegenden Aufnahmeplatten (120, 130) angeordnet und an ihren axialen Enden mit den Aufnahmeplatten (120, 130) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die röhrenförmigen Drucktanks (110) an einer der Aufnahmeplatten (120) starr befestigt und an der anderen Aufnahmeplatte (130) axialverschieblich befestigt sind, wodurch eine axiale Ausdehnung der röhrenförmigen Drucktanks (110) ermöglicht ist.
  2. Speichermodul (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die starre Befestigung der röhrenförmigen Drucktanks (110) mittels Verstiftung, Verschraubung oder Nut-Feder-Verbindung erfolgt.
  3. Speichermodul (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die axialverschiebliche Befestigung der röhrenförmigen Drucktanks (110) mittels Lagerbuchsen (137) und darin axialbeweglich geführten Lagerelementen (117) erfolgt.
  4. Speichermodul (100) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die betreffenden axialen Enden der röhrenförmigen Drucktanks (110) mit axial vorstehenden Lagerelementen (117) ausgebildet sind.
  5. Speichermodul (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die röhrenförmigen Drucktanks (110) nur an den Aufnahmeplatten (120, 130) befestigt sind, ohne aneinander befestigt zu sein.
  6. Speichermodul (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die röhrenförmigen Drucktanks (110) nebeneinander und/oder übereinander angeordnet sind.
  7. Speichermodul (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die röhrenförmigen Drucktanks (110) unterschiedliche axiale Längen aufweisen.
  8. Speichermodul (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeplatten (120, 130) aus Metall oder aus Kunststoff gefertigt sind.
  9. Speichermodul (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Aufnahmeplatten (120, 130) mit einem Flansch (130) zur Befestigung des Speichermoduls (100) an der Karosserie (200) oder am Fahrwerk des Kraftfahrzeugs ausgebildet ist.
  10. Montageverfahren für ein Speichermodul (100) gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche, mit den Schritten: - axialverschiebliches Befestigen der röhrenförmigen Drucktanks (110) an einer der Aufnahmeplatten (130); - starres Befestigen der röhrenförmigen Drucktanks (110) an der anderen Aufnahmeplatte (120); - Gängigkeitsprüfung der axialverschieblichen Befestigung; und - Verlegen und Anschließen von Anschlussleitungen (150).
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