DE102020103679A1

DE102020103679A1 - Gasflasche für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102020103679A1
Application number: DE102020103679.5A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Goldhofer
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2020-02-12
Filing date: 2020-02-12
Publication date: 2021-01-21

Abstract

Gasflasche für ein Kraftfahrzeug (1), umfassend eine Gasflaschenwand (8) und ein Ventil (7), das gemeinsam mit der Gasflaschenwand (8) ein Innenvolumen (13) der Gasflasche (2) begrenzt und das innerhalb eines gewölbten Endabschnitts (5) der Gasflaschenwand (8) angeordnet ist, wobei die Gasflaschenwand (8) in dem gewölbten Endabschnitt (5) eine Sicke (10, 11) oder mehrere Sicken (10, 11) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Gasflasche für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Gasflaschenwand und ein Ventil, das gemeinsam mit der Gasflaschenwand ein Innenvolumen der Gasflasche begrenzt und das innerhalb eines gewölbten Endabschnitts der Gasflaschenwand angeordnet ist. Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug.
Treibstoffe oder andere Energiequellen, die ergänzend oder alternativ zu klassischen Kraftstoffen wie Benzin oder Diesel genutzt werden können, gewinnen zunehmend an Bedeutung. Erdgas bietet als Treibstoff hierbei den Vorteil, dass übliche Antriebsmotoren mit relativ geringem Aufwand für einen Erdgasantrieb umgerüstet werden können bzw. dass ein gleicher Motor bedarfsgerecht mit Benzin und Erdgas betrieben werden kann, beispielsweise wenn im aktuellen Fahrbereich keine Erdgastankstelle vorhanden ist.
Erdgas und andere zum Fahrzeugbetrieb genutzte Gase können in Gasflaschen gespeichert werden. Über ein Ventil der Gasflasche wird das Gas zum Motor geleitet bzw. der Gasflasche beim Tanken zugeführt. Eine relativ häufig genutzte Einbaulage von Gasflaschen ist eine Lage der Gasflasche quer zur Fahrtrichtung ungefähr im Bereich der Hinterräder. Bei dieser Einbaulage können beispielsweise bei Seiten- bzw. Heckunfällen andere Komponenten des Kraftfahrzeugs das Ventil einer solchen Gasflasche kontaktieren, wodurch relativ große Kräfte auf das Ventil wirken können. Ähnliche Probleme treten für einen Großteil möglicher Einbausituationen von Gasflaschen in Kraftfahrzeugen auf. Wesentlich ist hierbei, einen Bruch oder eine andere starke Beschädigung des Ventils, die zu einem Entweichen von Gas führen kann, zu vermeiden.
Daher schlägt die Druckschrift DE 10 2017 210 720 A1 vor, ein zusätzliches Deformationselement vorzusehen, das an einer Außenoberfläche eines gewölbten Endes eines Druckbehälters, also beispielsweise einer Gasflasche, anliegt bzw. dort befestigt ist. Das Deformationselement umgibt ein Endstück des Druckbehälters und ist dazu eingerichtet, im Falle eines Zusammensto-ßes des Kraftfahrzeugs mit einem Objekt sich in Richtung der Druckbehälterlängsachse zu deformieren. Anders ausgedrückt schlägt die Druckschrift vor, zusätzliche Schutzelemente um die Gasflasche herum anzuordnen, die bei Unfällen auftretende Kräfte zumindest teilweise aufnehmen und somit die auf die Gasflasche bzw. das Ventil wirkenden Kräfte reduzieren. Nachteilig ist hierbei, dass die zusätzlichen Deformationselemente zusätzlichen Bauraum benötigen und das Gewicht des Kraftfahrzeugs erhöhen.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, das Risiko einer Beschädigung eines Ventils einer Gasflasche bei Krafteinwirkung zu verringern, so dass bei ansonsten gleicher Einbausituation das Risiko einer Undichtigkeit weiter verringert wird bzw. ein gleichgeringes Risiko einer Undichtigkeit ohne zusätzliche Elemente zum Schutz des Ventils bzw. mit kleiner und/oder leichter bauenden Elementen erreicht wird.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Gasfalsche der eingangs genannten Art gelöst, wobei die Gasflaschenwand in dem gewölbten Endabschnitt eine Sicke oder mehrere Sicken aufweist.
Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass durch ein gezieltes Anbringen wenigstens einer Sicke im Bereich jenes gewölbten Endabschnittes, der das Ventil trägt, das Deformationsverhalten des gewölbten Bereichs derart beeinflusst werden kann, dass sich bei Krafteinwirkungen auf das Ventil primär der gewölbte Bereich verformt und somit geringere Kräfte auf das Ventil wirken. Hierdurch kann das Risiko eines Bruchs oder einer anderen starken Beschädigung des Ventils deutlich reduziert werden. Durch geeignete Sicken kann beispielsweise ermöglicht werden, dass das Ventil bei Krafteinwirkung zum Druckbehälterzentrum hin verschiebbar ist bzw. bei Biegebelastungen seitlich ausweichen kann.
Das Ventil kann insbesondere mittig in dem gewölbten Bereich sitzen, insbesondere auf der Symmetrieachse der Gasflasche. Die Gasflaschenwand kann einen im Wesentlichen zylinderförmigen Mittelabschnitt aufweisen, an den sich der gewölbte Endabschnitt anschließt. Insbesondere können an beiden Enden des Mittelabschnitts gewölbte Endabschnitte angeordnet sein, von denen vorzugsweise nur einer ein Ventil trägt.
Unter einer Sicke wird insbesondere eine rinnenförmige Vertiefung an der Außen- oder Innenseite der Druckbehälterwand verstanden. Vorzugsweise ist die Sicke an der Außenseite der Druckbehälterwand angeordnet. Eine solche Sicke kann durch Verformung des die Druckbehälterwand bildenden Materials, insbesondere eines dicken Blechs, gebildet werden. Das Ausbilden einer Sicke an der Außenwand kann zur Ausbildung eines Vorsprungs an der Innenwand führen oder umgekehrt. Somit kann insbesondere die Wandstärke im Bereich der Sicke im Wesentlichen konstant bleiben. Alternativ kann das Umformen auch derart ausgeführt werden, dass bei einer Ausbildung der Sicke an der Außenseite die Innenseite glatt bleibt bzw. ebenfalls eine rinnenförmige Vertiefung aufweist oder umgekehrt, das heißt, dass die Wandstärke der Gasflaschenwand im Bereich der Sicke reduziert wird.
Bei einer Krafteinwirkung auf das Ventil wird die Kraft über das Ventil in die Gasflaschenwand eingekoppelt und dort entlang der Wand geführt. Verläuft eine Sicke gewinkelt zur Kraftrichtung, so resultiert im Bereich der Sicke eine Sollknick- bzw. Biegestelle, wodurch das Ventil ausweichen kann und die auf das Ventil wirkende Kraft reduziert wird.
Das Deformationsverhalten des gewölbten Bereichs kann bei einigen Krafteinwirkungen dazu führen, dass ein Ausweichen des Ventils durch Verformung des gewölbten Bereichs zu einer Reduzierung des Innenvolumens führen würde. Einer solchen Verformung können insbesondere bei Hochdruckgasflaschen relativ große Kräfte entgegenstehen. Es kann daher in einigen Fällen vorteilhaft sein, an der Gasflasche einen weiteren Verformungsbereich vorzusehen, durch dessen Verformung die Reduktion des Innenvolumens durch die Verformung des gewölbten Endabschnitts kompensiert werden kann. Beispielsweise kann sich die Gasflasche im Bereich des zylinderförmigen Mittelabschnitts bzw. an dem dem ventiltragenden Endabschnitt gegenüberliegenden Endabschnitt ausbeulen oder Ähnliches.
Das Ventil kann in einem Befestigungsabschnitt des gewölbten Endabschnitts befestigt sein, wobei die Sicke oder Sicken derart in die Gasflaschenwand eingebracht ist oder sind, dass durch sie eine Kraft, die erforderlich ist, um den Befestigungsabschnitt relativ zu wenigstens einem weiteren Abschnitt des gewölbten Endabschnitts zu verschwenken oder in Richtung des Innenraums der Gasflasche zu verschieben, reduziert ist. Der Befestigungsabschnitt kann beispielsweise ein Gewinde sein, das in den Rand der Durchbrechung eingearbeitet ist oder mit diesem kraft- oder form- oder stoffschlüssig verbunden ist.
Die Sicke oder wenigstens eine der Sicken kann eine Durchbrechung der Gasflaschenwand, die das Ventil aufnimmt, vollständig umlaufen. Hierdurch kann vermieden werden, dass radiale Kräfte auf das Ventil wirken, wenn es zum Druckbehälterzentrum hin verschoben wird bzw. Biegebelastungen in alle Richtungen können durch eine Verformung des Endabschnitts aufgenommen werden.
Vorzugsweise bildet die Sicke oder wenigstens eine der Sicken eine geschlossene Kurve. Insbesondere kann die geschlossene Kurve oder können die geschlossenen Kurven die Durchbrechung umlaufen, wobei die Durchbrechung insbesondere im Wesentlichen mittig bezüglich der geschlossenen Kurve bzw. der geschlossenen Kurven liegen kann. Beispielsweise kann die jeweilige geschlossene Kurve kreisförmig sein und die Durchbrechung kann im Wesentlichen im Mittelpunkt des Kreises liegen. Vorzugsweise liegt die gesamte geschlossene Kurve in dem gewölbten Endabschnitt. Die geschlossene Kurve kann insbesondere eine einfache geschlossene Kurve sein, das heißt, die Sicke kreuzt sich nicht selbst. Durch die beschriebene Ausgestaltung der Sicke oder Sicken wird ein besonders vorteilhaftes Deformationsverhalten erreicht.
Eine erste der Sicken und eine zweite der Sicken können jeweils eine geschlossene Kurve bilden, wobei die zweite Sicke die erste Sicke umläuft. Vorzugsweise umläuft die erste Sicke die Durchbrechung. Somit werden auf verschiedenen Radien bezüglich der Durchbrechung zwei definierte Knick- bzw. Biegestellen vorgegeben, wodurch bei einer Verformung des Endabschnitts Gegenkräfte und somit auf das Ventil wirkende Kräfte minimiert werden können.
Weist der gewölbte Endabschnitt mehrere Sicken auf, sind diese vorzugsweise voneinander beabstandet. Insbesondere kreuzen sich die Sicken nicht. Dies kann dazu beitragen zu vermeiden, dass eine durch eine der Sicken ermöglichte Deformierbarkeit durch eine Versteifung durch eine andere der Sicken blockiert wird oder Ähnliches.
Neben der erfindungsgemäßen Gasflasche betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, das wenigstens eine erfindungsgemäße Gasflasche umfasst. Insbesondere kann die Gasflasche ein zum Antrieb des Kraftfahrzeugs genutztes Gas aufnehmen bzw. zu dessen Aufnahme dienen. Das Ventil kann beispielsweise in Querrichtung des Kraftfahrzeugs von der Gasflasche abragen. Beispielsweise kann das Ventil in Querrichtung benachbart zu einer Komponente des Fahrwerks des Kraftfahrzeugs, beispielsweise benachbart zu einer Radaufhängung, angeordnet sein. In diesem Fall kann es bei einer Kollision zu einem Kontakt zwischen Ventil und Fahrwerkskomponente kommen, so dass das obig beschriebene mögliche Ausweichen des Ventils durch eine Verformung des gewölbten Endabschnitts besonders relevant ist.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den folgenden Ausführungsbeispielen sowie in den zugehörigen Zeichnungen. Hierbei zeigen schematisch:

1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs,
2 und 3 verschiedene Ansichten eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Gasflasche, und
4 schematisch das Deformationsverhalten der in 2 und 3 gezeigten Gasflasche.

1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 mit einer Gasflasche 2, die einen Verbrennungsmotor 3 des Kraftfahrzeugs 1 mit Gas versorgt. Beispielsweise kann die Gasflasche 2 Erdgas speichern, durch das der Antriebsmotor 3 angetrieben werden kann. Die Gasflasche 2 ist im Bereich der Hinterräder 19 querliegend in das Kraftfahrzeug 1 eingebaut. Im gezeigten Beispiel weist die Gasflasche 2 einen im Wesentlichen zylinderförmigen Mittelabschnitt 4 und zwei gewölbte Endabschnitte 5, 6 auf, wobei ein Ventil 7, über das das Gas an den Antriebsmotor 3 bereitgestellt wird, in dem gewölbten Endabschnitt 5 angeordnet ist. Somit wird das Innenvolumen 13 der Gasflasche 2 gemeinsam durch die Gasflaschenwand 8 und das Ventil 7 begrenzt, das eine Durchbrechung 9 der Gasflaschenwand 8 durchsetzt.
Bei der gezeigten Anordnung der Gasflasche 2 ist das Ventil 7 zu einer Komponente 16 des Fahrwerks bzw. der Radaufhängung benachbart angeordnet. Hierbei kann es problematisch sein, wenn bei einer Seiten- oder Heckkollision, wie sie beispielhaft durch den Pfeil 14 angedeutet ist, die Komponente 16 zur Gasflasche 2 hin verschoben wird und hierbei das Ventil 7 kontaktiert. Ist die Gasflaschenwand 8 sehr steif, so können hierbei große Kräfte auf das Ventil 7 wirken, was zu einem Bruch oder einer anderen Beschädigung des Ventils 7 und somit zu einer Undichtigkeit des Ventils 7 führen kann.
Um dies zu vermeiden, weist der Endabschnitt 5 mehrere Sicken 10, 11 auf, durch deren Nutzung das Deformationsverhalten des Endabschnitts 5 beeinflusst werden kann. Ein konkretes Beispiel zur Ausgestaltung der Sicken 10, 11 wird im Folgenden mit Bezug auf die 2 und 3 diskutiert. Es wären jedoch auch andere Ausgestaltungen der Sicken 10, 11 oder auch die Verwendung nur einer einzigen Sicke im Endbereich 5 möglich.
2 und 3 zeigen Detailansichten der Gasflasche 2 aus unterschiedlichen Perspektiven, wobei in 2 die Gasflasche 2 einschließlich des Ventils 7 und in 3 die Gasflasche 2 mit abgenommenem Ventil 7 dargestellt ist, so dass die Durchbrechung 9 in 3 freiliegt. Die beiden Sicken 10, 11 bilden jeweils geschlossene, voneinander beabstandete Kurven, im Beispiel Kreise, wobei die Sicke 10 die Durchbrechung 9 der Gasflasche 2, die das Ventil 7 aufnimmt, vollständig umläuft und die Sicke 11 die Sicke 10 umläuft. Die Durchbrechung 9 ist in einem Befestigungsabschnitt 12 des Endabschnitts 5 angeordnet, der ein Gewinde oder Ähnliches ausbildet, an dem das Ventil 7 befestigt ist.
Wie im Folgenden mit Bezug auf 4 erläutert werden wird, ermöglicht die Nutzung wenigstens einer Sicke im Bereich 5, insbesondere der gezeigten Anordnung der Sicken, ein vorteilhaftes Verformungsverhalten des Endabschnitts 5. Zur Verdeutlichung dieses Verformungsverhaltens ist in 4 gestrichelt die Kontur 20 der Gasflasche 2 im nicht deformierten Zustand und die Gasflasche 2 selbst im deformierten Zustand nach dem Aufbringen einer Kraft 15 auf das Ventil dargestellt. Durch die Sicken 10, 11 werden Sollknick- bzw. Biegestellen gebildet, da eine entlang dem Biegungsradius des Endabschnitts 5 geführte Kraft durch die Sicke umgelenkt wird und somit tendenziell in diesen Bereichen zuerst eine Verformung erfolgt. Hierdurch wird ermöglicht, das Ventil 7 bzw. den gesamten Befestigungsabschnitt 12 bei Einwirkung einer Kraft 15 mit geringerer Kraft in Richtung des Innenraums 13 der Gasflasche 2, also entlang dem Verschiebeweg 17, in die dargestellten Positionen 7', 12', zu verschieben, als dies ohne die Sicken 10, 11 möglich wäre. Hierdurch wird die auf das Ventil 7 wirkende Kraft deutlich reduziert, da der gesamte Endabschnitt 5 als eine Art Knautschzone wirkt. Hierdurch kann das Risiko einer Beschädigung des Ventils 7 deutlich reduziert werden.
Die gezeigten Sicken 10, 11 führen zudem dazu, dass bei einem schrägen Einwirken einer Kraft 15 auf das Ventil 7 ein Kraftaufwand zum Verschwenken des Ventils 7 bzw. des Befestigungsabschnitts 12 bezüglich einem weiteren Abschnitt 18 des gewölbten Endabschnitts 5 gegenüber dem Fall reduziert wird, dass entsprechende Sicken nicht vorgesehen sind. Auch hierdurch werden die bei einer solchen Krafteinwirkung auf das Ventil 7 wirkenden Kräfte reduziert, da der Endabschnitt 5 als eine Art Knautschzone wirkt.
Somit erreicht das vorgeschlagene Vorsehen wenigstens einer Sicke im Endabschnitt 5, dass beispielsweise bei einer Kollision des Kraftfahrzeugs mit einem anderen Verkehrsteilnehmer oder einem Hindernis auf das Ventil 7 wirkende Kräfte und somit die Gefahr einer Leckage verringert werden können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102017210720 A1 [0004]

Claims

Gasflasche für ein Kraftfahrzeug (1), umfassend eine Gasflaschenwand (8) und ein Ventil (7), das gemeinsam mit der Gasflaschenwand (8) ein Innenvolumen (13) der Gasflasche (2) begrenzt und das innerhalb eines gewölbten Endabschnitts (5) der Gasflaschenwand (8) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasflaschenwand (8) in dem gewölbten Endabschnitt (5) eine Sicke (10, 11) oder mehrere Sicken (10, 11) aufweist.
Gasflasche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (7) in einem Befestigungsabschnitt (12) des gewölbten Endabschnitts (5) befestig ist, wobei die Sicke (10, 11) oder Sicken (10, 11) derart in die Gasflaschenwand (8) eingebracht ist oder sind, dass durch sie eine Kraft (15), die erforderlich ist, um den Befestigungsabschnitt (12) relativ zu wenigstens einem weiteren Abschnitt (18) des gewölbten Endabschnitts (5) zu verschwenken oder in Richtung des Innenraums (13) der Gasflasche (2) zu verschieben, reduziert ist.
Gasflasche nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicke (10, 11) oder wenigstens eine der Sicken (10, 11) eine Durchbrechung (9) der Gasflaschenwand (8), die das Ventil (7) aufnimmt, vollständig umläuft.
Gasflasche nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicke (10, 11) oder wenigstens eine der Sicken (10, 11) eine geschlossene Kurve bildet.
Gasflasche nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste der Sicken (10) und eine zweite der Sicken (11) jeweils eine geschlossene Kurve bilden, wobei die zweite Sicke (11) die erste Sicke (10) umläuft.
Gasflasche nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicken (10, 11) voneinander beabstandet sind.
Kraftfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass es wenigstens eine Gasflasche (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche umfasst.