DE102020211938A1 - Tankanordnung für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Tankanordnung (1) für ein Kraftfahrzeug, mit einem axial verlaufenden Druckgastank (2), der einen Mittelabschnitt (2.1) sowie axial endseitige Endabschnitte (2.2, 2.3) aufweist, sowie einer Tankhalterung (5) zur Befestigung des Druckgastanks (2) an einem Fahrzeugkörper (30). Um einen effizienten Crashschutz für Kraftfahrzeuge mit einem Druckgastank zur Verfügung zu stellen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Tankanordnung eine den Druckgastank (2) bei Versagen der Tankhalterung (5) auffangende Fangvorrichtung (10) aufweist, mit einer Fanghalterung (11) zur Befestigung am Fahrzeugkörper (30), einem Rückhalteelement (14), das einen axialen Anschlag für einen ersten Endabschnitt (2.2) bildet, sowie wenigstens einem biegeweichen Zugelement (12), das sich axial erstreckt und das Rückhalteelement (14) zugübertragend mit der Fanghalterung (11) verbindet.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Tankanordnung für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
• Druckgastanks bzw. Druckbehälter werden im Automobilbereich verwendet, um bspw. Erdgas, Autogas oder Wasserstoff für Brennstoffzellen aufzunehmen. Der Druckgastank weist dabei üblicherweise einen zylindrischen Mittelabschnitt auf, an den sich endseitig gewölbte oder domartige Endabschnitte anschließen. Üblicherweise weist ein Druckgastank einen Innenmantel auf, der von einem Außenmantel umgeben ist, der aus gewickelten Endlosfasern (Rovings) in einer Polymermatrix besteht. Die Faserverstärkung ist oftmals wesentlich für eine ausreichende Druckfestigkeit.
• Der Druckgastank ist mit einer oder mehreren Halterungen am Fahrzeugkörper gesichert, wobei im Stand der Technik unterschiedliche Einbaupositionen und Ausrichtungen des Druckgastanks bekannt sind. Während für den normalen Fahrbetrieb vergleichsweise einfache Halterungen ausreichen würden, müssen für einen Crash besondere Vorkehrungen getroffen werden. Hierbei können zumindest kurzzeitig extreme Beschleunigungskräfte entstehen, die im schlimmsten Fall zum Abreißen einer Halterung führen können. Dies birgt ein erhebliches Risiko, da sich der Tank lösen könnte und einerseits andere Fahrzeugkomponenten beschädigen oder - je nach Einbauposition - auch Personen verletzen könnte. Auch könnte der herumfliegende Tank beim Auftreffen auf ein hartes Objekt beschädigt werden, wodurch das unter Druck stehende Gas entweichen könnte. Um diese Risiken soweit wie möglich zu minimieren, werden derzeit die Halterungskomponenten für wesentlich höhere Kräfte ausgelegt, als bei einem Crash zu erwarten wären. Aus diesem Grund sind die Halterungen groß und massiv, wodurch sich die Gesamtmasse bzw. das Gesamtgewicht des Fahrzeugs erhöht.
• Die DE 102 30 635 A1 zeigt eine Befestigungsvorrichtung für Behälter, wie beispielsweise Hochdruckbehälter, Kraftstofftanks, Gasflaschen oder dergleichen, am Unterbau der Karosserie eines Kraftfahrzeuges. Diese weist wenigstens zwei den Behälter zumindest teilweise umfassende Spannbänder auf sowie zwei Behälterhalter, an denen die Spannbänder befestigt sind, wobei die Längsachse des Behälters vorzugsweise quer zur Fahrzeuglängsachse orientiert ist. Die Behälterhalter erstrecken sich beiderseits des Behälters parallel zur Längsachse des Behälters, wobei der Behälter zwischen den Behälterhaltern angeordnet ist.
• Die DE 11 2006 000 144 B4 offenbart ein Fahrzeug, an das wenigstens ein Kraftstoffgastank in Form eines Wasserstofftanks montiert ist, wobei der Kraftstoffgastank derart montiert ist, dass eine Längsrichtung davon in einer Richtung quer zum Fahrzeug ist und derart, dass eine Ventilstruktur des Kraftstoffgastanks auf der gegenüberliegenden Seite einer Plattform einer Insassenkabine angeordnet ist, die nur auf einer Seite des Fahrzeugs liegt, um von der Plattform getrennt zu sein. Die Ventilstruktur umfasst ein Sicherheitsventil, welches das Kraftstoffgas im Wesentlichen senkrecht zur Längsrichtung des Kraftstoffgastanks abgibt, wobei der Kraftstoffgastank derart an das Fahrzeug montiert ist, dass eine Abgaberichtung des Kraftstoffgases vom Sicherheitsventil von einer horizontalen Position abwärts gerichtet ist. Der Kraftstoffgastank ist auf einem Dach des Fahrzeugs montiert, das eine Abdeckung aufweist, die den Kraftstoffgastank von oben abdeckt und eine Mehrzahl von Lüftungsöffnungen aufweist. Der Kraftstofftank kann dabei durch Gurte am Fahrzeugdach befestigt sein.
• Die GB 535 683 A offenbart einen flexiblen Gasbehälter für ein Kraftfahrzeug. Dieser wird in einem Rahmen getragen, der obere und untere Rahmen aufweist, welche Platten oder ein Gewebe umgeben und an ihren Enden durch klappbare Trapezklappen verbunden sind, die nach außen kollabieren, wenn der Behälter entleert wird. Die Spitzen der Klappen an der Vorder- und Rückseite des Behälters sind durch Schnüre verbunden, die durch Schlaufen an den Seiten des Behälters verlaufen, so dass die Seiten nach innen kollabieren, wenn der Behälter entleert wird. Die Ecken des oberen und unteren Rahmens sind durch flexible Elemente mit Federn verbunden, um ein Schwanken beim plötzlichen Beschleunigen oder Bremsen des Fahrzeugs zu verhindern.
• Angesichts des aufgezeigten Standes der Technik bietet der Crashschutz von Kraftfahrzeugen mit einem Druckgastank noch Raum für Verbesserungen. Dies betrifft zum einen die Sicherheit sowie zum anderen das Gewicht bzw. die Masse.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen effizienten Crashschutz für Kraftfahrzeuge mit einem Druckgastank zur Verfügung zu stellen.
• Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Tankanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, wobei die Unteransprüche vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung betreffen.
• Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale sowie Maßnahmen in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
• Durch die Erfindung wird eine Tankanordnung für ein Kraftfahrzeug zur Verfügung gestellt. Bei dem Kraftfahrzeug kann es sich bspw. um einen PKW oder LKW handeln, wobei die genannten Kraftfahrzeuge natürlich nicht beschränkend sein sollen.
• Die Tankanordnung weist einen axial verlaufenden Druckgastank auf, der einen Mittelabschnitt sowie axial endseitige Endabschnitte aufweist, sowie eine Tankhalterung zur Befestigung des Druckgastanks an einem Fahrzeugkörper. Der Druckgastank kann u.U. auch als Flüssiggastank bezeichnet werden und dient normalerweise dazu, ein unter Druck stehendes Gas aufzunehmen, welches zum Antrieb des Kraftfahrzeugs dient, bspw. Wasserstoff für eine Brennstoffzelle, Erdgas (Compressed Natural Gas, CNG), Dimethylether (DME) oder auch Autogas (Liquefied Petroleum Gas, LPG, normalerweise ein Gemisch aus Butan und Propan) für einen entsprechend eingerichteten Verbrennungsmotor. Durch den hohen Druck kann das Gas im Betriebszustand u.U. ganz oder teilweise in verflüssigtem Zustand innerhalb des Druckgastanks vorliegen. Trotzdem wird hier vereinfachend von „Gas“ gesprochen, da dies auch in diesen Fällen dem Aggregatzustand unter Normalbedingungen entspricht.
• Der Druckgastank verläuft axial bzw. ist axial ausgerichtet, wobei er in der Regel in axialer Richtung langgestreckt ist. D.h. seine Dimension in axialer Richtung ist größer als quer hierzu, z.B. wenigstens doppelt so groß oder wenigstens dreimal so groß. Die axiale Richtung kann auch als Längsachse des Druckgastanks bezeichnet werden und entspricht üblicherweise einer Symmetrieachse. Erweist einen Mittelabschnitt sowie axial endseitig desselben zwei Endabschnitte auf. Entsprechend einer typischen Bauform ist der Mittelabschnitt bezüglich der axialen Richtung symmetrisch ausgebildet und zylindrisch, während sich die hieran anschließenden Endabschnitte verjüngen. Die Form des jeweiligen Endabschnitts kann wenigstens abschnittsweise konvex oder konkav gewölbt sein, z.B. kann er halbkugelähnlich ausgebildet sein. Bei den Endabschnitten spricht man auch vom Behälterboden. Die drei Abschnitte können einzeln gefertigt und miteinander verbunden sein, es wäre aber auch denkbar, dass wenigstens ein Teil des Mittelabschnitts einstückig mit wenigstens einem Endabschnitt gefertigt ist, z.B. mittels additiver Fertigung. Der Tank weist normalerweise einen Innenmantel oder Liner auf, welcher außen ganz oder teilweise mit Bündeln (sog. Rovings) aus Endlosfasern, bspw. Carbonfasern, Glasfasern, Aramidfasern etc. oder auch Gemische unterschiedlicher Fasern, umwickelt ist, welche ihrerseits in einer Polymermatrix eingebunden sind. Durch diese Faserverstärkung kann insbesondere die Druckfestigkeit des Tanks verbessert werden.
• Die Tankhalterung dient zur Befestigung des Druckgastanks an einem Fahrzeugkörper. Dabei dient „Fahrzeugkörper“ als Oberbegriff für Karosserie und Chassis bzw. für diejenigen Komponenten, die normalerweise die gefederte Masse des Kraftfahrzeugs bilden. In bestimmungsgemäß montiertem Zustand ist der Druckgastank über die Tankhalterung am Fahrzeugkörper befestigt. Dabei ist es möglich, dass die Tankhalterung einstückig mit Teilen des Fahrzeugkörpers ausgebildet ist bzw. dass keine klare Trennung zwischen Fahrzeugkörper und Tankhalterung möglich ist. Die Tankhalterung kann einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein. Insbesondere kann sie aus einer Mehrzahl von räumlich getrennten Komponenten bestehen, die an unterschiedlichen Bereichen des Druckgastanks befestigt sind. Sowohl hinsichtlich der Befestigung am Fahrzeugkörper als auch hinsichtlich der Befestigung am Druckgastank sind im Rahmen der Erfindung keinerlei Einschränkungen gegeben, es ist jeweils eine kraftschlüssige, formschlüssige und/oder stoffschlüssige Verbindung möglich. Wie nachfolgend noch deutlich wird, ist die Tankhalterung allerdings für den normalen Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs ausgelegt, also z.B. für Beschleunigungen bzw. Verzögerungen im Bereich von bis zu 30 m/s². Mögliche Materialien für die Tankhalterung sind bspw. Metalle wie Stahl oder Aluminium oder Verbundstoffe wie faserverstärkter Kunststoff.
• Erfindungsgemäß weist die Tankanordnung des Weiteren eine den Druckgastank bei Versagen der Tankhalterung auffangende Fangvorrichtung auf. Die Fangvorrichtung, die auch als Auffangvorrichtung, Abfangvorrichtung oder Rückhaltevorrichtung bezeichnet werden kann, dient dazu, den Druckgastanks aufzufangen bzw. abzufangen oder zurückzuhalten, wenn die Tankhalterung versagt. Letzteres bedeutet, dass die Tankhalterung sich vom Fahrzeugkörper und/oder vom Druckgastank löst (also z.B. abreißt oder abbricht) oder in sich zerbricht oder zerreißt. In jedem Fall geht die durch die Tankhalterung gegebene Befestigung des Druckgastanks am Fahrzeugkörper verloren. Dies geschieht normalerweise aufgrund der Auslegung der Tankhalterung nur bei einem Crash, also bei einem Zusammenstoß des Kraftfahrzeugs mit einem feststehenden Hindernis oder einem anderen Fahrzeug. Wie bereits oben erläutert, ist die Tankhalterung derart ausgelegt, dass sie der beim normalen Fahrbetrieb auftretenden Belastung standhält und in diesem Fall den Druckgastank sicher mit dem Fahrzeugkörper verbindet. Allerdings kann die Tankhalterung derart ausgelegt sein, dass sie bei einer Beschleunigung bzw. Verzögerungen oberhalb eines bestimmten Wertes, bspw. 30 m/s², keine sichere Verbindung mehr gewährleisten kann und es möglicherweise zu einem Versagen der Tankhalterung kommt. In diesem Fall bietet die Fangvorrichtung einen Schutz, der ein unkontrolliertes Ablösen und Herumfliegen des Druckgastanks verhindert. Das Vorliegen bzw. die Wirksamkeit des Schutzes können dabei von der Richtung der auftretenden Beschleunigung abhängen.
• Die Fangvorrichtung weist eine Fanghalterung zur Befestigung am Fahrzeugkörper auf. In bestimmungsgemäß montiertem Zustand ist die Fangvorrichtung über die Fanghalterung am Fahrzeugkörper befestigt. Dabei ist es möglich, dass die Fanghalterung einstückig mit Teilen des Fahrzeugkörpers ausgebildet ist bzw. dass eine klare Trennung zwischen Fahrzeugkörper und Fanghalterung nicht möglich ist. Die Fanghalterung kann einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein und ggf. aus einer Mehrzahl von räumlich getrennten Komponenten bestehen. Hinsichtlich der Befestigung am Fahrzeugkörper sind im Rahmen der Erfindung keinerlei Einschränkungen gegeben. Die Verbindung kann kraftschlüssig, formschlüssig und/oder stoffschlüssig ausgebildet sein.
• Weiterhin weist die Fangvorrichtung ein Rückhalteelement auf, das einen axialen Anschlag für einen ersten Endabschnitt bildet. Die Bezeichnung „erster Endabschnitt“ dient dabei lediglich zur Unterscheidung und ist insofern nicht einschränkend auszulegen. Es kann sich hierbei um denjenigen Endabschnitt handeln, an dem der Druckgastank ein Ventil aufweist. Das Rückhalteelement bildet für diesen ersten Abschnitt einen axialen Anschlag, also einen Anschlag in axialer Richtung. Wenn sich der Druckgastank bei einem Versagen der Tankhalterung relativ zum Fahrzeugkörper in axialer Richtung bewegt, bildet das Rückhalteelement einen Anschlag für den ersten Endabschnitt. D. h., ein Formschluss in axialer Richtung verhindert, dass sich der erste Endabschnitt - und somit der Druckgastank insgesamt - am Rückhalteelement vorbei bewegen kann. Man kann auch sagen, dass das Rückhalteelement dazu ausgebildet ist, wenigstens bei einer axialen Bewegung des Druckgastanks gegenüber dem Fahrzeugkörper einen axialen Formschluss mit dem ersten Endabschnitt herzustellen.
• Weiterhin weist die Fangvorrichtung wenigstens ein biegeweiches Zugelement auf, das sich axial erstreckt und das Rückhalteelement zugübertragend mit der Fanghalterung verbindet. Das jeweilige Zugelement verbindet das Rückhalteelement mit der Fanghalterung zugübertragend, d.h. es kann Zugkräfte zwischen dem Rückhalteelement und der Fanghalterung übertragen. Allerdings ist es biegeweich und somit flexibel. Außerdem kann es als druckschlaff bezeichnet werden, d. h. es ist nicht zur Übertragung von Druckkräften ausgelegt. Das Zugelement erstreckt sich axial, verläuft aber im Allgemeinen nicht parallel zur axialen Richtung. Aufgrund seiner Biegeweichheit verläuft es im Allgemeinen auch nicht gerade. Allerdings kann es sich aufgrund seiner biegeweichen Ausgestaltung bspw. an die Form des Druckgastanks anpassen bzw. an diesen anschmiegen. Schließlich bedingt die Tatsache, dass das Zugelement zwar zugübertragend sein muss, aber biegeweich ausgestaltet ist, dass es sich vergleichsweise materialsparend bzw. leicht ausgestalten lässt. Insbesondere kann das Rückhalteelement aus einer Mehrzahl bzw. Vielzahl von einzelnen Fasern bzw. Strängen gebildet sein, die für sich sowie in ihrer Gesamtheit biegsam sind, allerdings in ihrer Gesamtheit eine erhebliche Zugfestigkeit aufweisen.
• Durch das wenigstens eine Zugelement ist das Rückhalteelement mit der Fanghalterung und somit - in montiertem Zustand - mit dem Fahrzeugkörper verbunden. Wenn sich der Druckgastank in axialer Richtung relativ zum Fahrzeugkörper bewegt, kommt es wie beschrieben zu einem Formschluss mit dem Rückhalteelement, wobei wiederum über das wenigstens eine Zugelement eine Kraft zwischen dem Rückhalteelement und der Fanghalterung übertragen wird. Da Letztere am Fahrzeugkörper befestigt ist, wird die Bewegung des Rückhalteelements und somit die Bewegung des Druckgastanks beschränkt bzw. aufgehalten. D.h. durch die Fangvorrichtung wird eine unkontrollierte Bewegung (bzw. ein „Wegfliegen“) des Druckgastanks verhindert, falls sich dieser bei Versagen der Tankhalterung vom Fahrzeugkörper löst. Im Gegensatz zu einer im Wesentlichen starren Tankhalterung kann es u.U. auch zu einer gewissen elastischen und/oder plastischen Verlängerung des wenigstens einen Zugelements kommen, wenn der Druckgastank abgefangen wird. Dies kann von Vorteil sein, da hierdurch ein abruptes Abstoppen des Druckgastanks verhindert bzw. gemildert wird und somit die maximal auftretenden Beschleunigungs- bzw. Verzögerungskräfte reduziert werden. Somit werden sowohl das Rückhalteelement als auch die Fanghalterung entlastet.
• Jedes Zugelement ist einerseits am Rückhalteelement sowie andererseits an der Fanghalterung gehalten, zumindest derart, dass die Zugkräfte übertragen werden können, ohne dass sich das Zugelement löst. Vorteilhaft kann jedes Zugelement derart am Rückhalteelement gesichert sein, dass das wenigstens eine Zugelement am Rückhalteelement gegenüber dem Mittelabschnitt des Druckgastanks radial zusammengezogen wird. Es hat sich gezeigt, dass es für die Wirkungsweise der Fangvorrichtung optimal ist, wenn jedes Zugelement vergleichsweise dicht am Druckgastank anliegt. Dies lässt sich insbesondere im Falle eines sich verjüngenden ersten Endabschnitts besser erreichen, wenn das wenigstens eine Zugelement wie beschrieben radial, also in radialer Richtung, zusammengezogen wird.
• Bevorzugt weicht die axiale Richtung um höchstens 30° von der Fahrzeuglängsrichtung ab und das Rückhalteelement ist in Fahrtrichtung vor der Fanghalterung angeordnet. Die axiale Richtung kann des Weiteren um höchstens 20° oder höchstens 10° von der Fahrzeuglängsrichtung (X-Richtung) abweichen oder parallel zu dieser verlaufen. Das Rückhalteelement ist bei dieser Ausgestaltung in Fahrtrichtung vor der Fanghalterung angeordnet, so dass das wenigstens eine Zugelement sich bezüglich der Fahrzeuglängsrichtung von hinten nach vorne von der Fanghalterung zum Rückhalteelement erstreckt. Wenn sich also der Druckgastank bei einem Crash gegenüber dem Fahrzeugkörper nach vorne bewegt, was bspw. bei einem Frontalaufprall zu erwarten ist, wird der erste Endabschnitt, der sich bei dieser Ausführungsform vorne befindet, durch das Rückhalteelement aufgehalten. Normalerweise sind die stärksten Verzögerungskräfte bei einem Frontalaufprall gegeben, bspw. wenn das Kraftfahrzeug auf ein feststehendes Hindernis trifft. Insofern gilt es insbesondere für diesen Fall Vorkehrungen zu treffen, falls sich der Druckgastank vom Fahrzeugkörper lösen sollte.
• Grundsätzlich kann die Fangvorrichtung genau ein Zugelement aufweisen, welches bspw. aus einem Gewebe besteht und den Druckgastank schlauchartig umgibt. Gemäß einer anderen Ausgestaltung weist die Fangvorrichtung wenigstens drei Zugelemente auf, welche tangential um den Druckgastank verteilt sind. Jedes der Zugelemente ist dabei normalerweise strangförmig ausgebildet, bspw. als Band oder dergleichen. Die einzelnen Zugelemente sind um den Druckgastank herum angeordnet, d.h. sie erstrecken sich axial, während sie radial außenseitig des Druckgastanks angeordnet sind. Dabei sind sie tangential um den Druckgastank verteilt und somit in tangentialer Richtung zueinander versetzt bzw. beabstandet. In diesem Zusammenhang ist es bevorzugt, dass der Druckgastank in jeder Richtung senkrecht zur axialen Richtung zwischen zwei Zugelementen angeordnet, also gewissermaßen von diesen eingefasst, ist. Auf diese Weise können auch zumindest in begrenztem Maße seitliche (also nicht-axiale) Bewegungen des Druckgastanks von den Zugelementen abgefangen werden. Es versteht sich, dass der Schutz gegen solche seitlichen Bewegungen verbessert wird, wenn die Anzahl der Zugelemente erhöht oder deren tangentiale Ausdehnung vergrößert wird. So können bevorzugt wenigstens vier Zugelemente vorgesehen sein. Ein ähnlicher Effekt lässt sich bei einem einzelnen Zugelement erreichen, wenn dieses den Druckgastank in tangentialer Richtung wenigstens überwiegend umgibt. Soweit hier von einer Mehrzahl von Zugelementen die Rede ist, können diese unter Umständen Abschnitte eines einzigen strangförmigen Objekts sein, welches in geeigneter Weise zwischen der Fanghalterung und dem Rückhalteelements hin und her geführt ist. Normalerweise sind die Zugelemente allerdings voneinander getrennt ausgebildet.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Rückhalteelement tangential ringförmig geschlossen ausgebildet und weist eine erste Durchgangsöffnung auf. Dabei weist die erste Durchgangsöffnung einen Querschnitt auf, der kleiner ist als ein Querschnitt des Mittelabschnitts des Druckgastanks. Somit ist sichergestellt, dass zumindest der Mittelabschnitt nicht durch die Durchgangsöffnung hindurchtreten kann. Hingegen kann vorgesehen sein, dass der erste Endabschnitt wenigstens teilweise in die Durchgangsöffnung einführbar bzw. durch diese hindurch führbar ist. Der erste Endabschnitt kann dann bei der axialen Bewegung gewissermaßen in der ersten Durchgangsöffnung stecken bleiben, wobei durch die ringförmig geschlossene Form des Rückhalteelements ein Ausweichen quer zur axialen Richtung ausgeschlossen ist. Der Querschnitt der ersten Durchgangsöffnung kann insbesondere kreisförmig sein. Gleiches gilt für den Querschnitt des Rückhalteelements. Sofern der erste Endabschnitt wie oben erwähnt ein Ventil des Druckgastanks aufweist, kann insbesondere dieses Ventil die erste Durchgangsöffnung durchgreifen bzw. durch diese hindurchgeführt sein.
• Bevorzugt ist wenigstens ein Zugelement als Seil ausgebildet d. h., das jeweilige Zugelement ist aus einer Mehrzahl von einzelnen Fasern bzw. Strängen aufgebaut, die miteinander verdrillt und/oder verflochten sind. Die einzelnen Stränge können aus Metall, bspw. Stahl bestehen. Allerdings sind alternativ oder ergänzend auch andere Materialien wie Kohlenstofffasern bzw. faserverstärkter Kunststoff denkbar. Das Seil kann einen Kern sowie eine Ummantelung aufweisen, wobei die Ummantelung bspw. dazu dienen kann, das Seil vor Korrosion zu schützen oder andere Objekte wie bspw. den Druckgastank beim Kontakt mit dem Seil vor Beschädigung zu schützen.
• Die Ummantelung kann bspw. aus einem Elastomer wie Gummi oder einem Kunststoff wie PVC oder PTFE bestehen.
• Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind wenigstens zwei Zugelemente durch ein sich tangential erstreckendes Verbindungselement verbunden. Das Verbindungselement kann dabei wie die Zugelemente biegeweich ausgebildet sein. Es kann ebenfalls strangförmig ausgebildet sein und sogar die gleiche Beschaffenheit wie die Zugelemente aufweisen. Bspw. könnten zwei als Seile ausgebildete Zugelemente durch ein ebenfalls als Seil ausgebildetes Verbindungselement verbunden sein. Da die Zugelemente sich axial erstrecken und somit normalerweise entlang der Längsachse des Druckgastanks, erstreckt sich das jeweilige Verbindungselement tangential. Es muss dabei allerdings nicht parallel zur Tangentialrichtung verlaufen, was u.U. allein aufgrund seiner eigenen Biegeweichheit und derjenigen der Zugelemente kaum möglich ist. Bspw. kann es zur axialen Richtung hingeneigt sein und schraubenlinienartig verlaufen. Es versteht sich, dass eine Mehrzahl von Verbindungselementen vorgesehen sein kann. Dabei können auch zwei Zugelemente durch eine Mehrzahl von Verbindungselementen verbunden sein. Das wenigstens eine Verbindungselement kann zum einen dazu dienen, die Zugelemente gegeneinander zu stabilisieren, was insbesondere vorteilhaft ist, wenn sich der Druckgastank nicht exakt axial bewegt. Außerdem kann das wenigstens eine Verbindungselement den Druckgastank seitlich (d.h. quer zur axialen Richtung, normalerweise in radialer Richtung) sichern.
• Insbesondere kann wenigstens ein Verbindungselement tangential umlaufend ausgebildet sein und sämtliche Zugelemente verbinden. D.h., das jeweilige Verbindungselement läuft in tangentialer Richtung vollständig um (also um 360°), wobei es insbesondere ringförmig geschlossen sein kann. Es verbindet dabei sämtliche Zugelemente miteinander, wobei es als eine Art Zuggurt wirken kann. Es versteht sich, dass bei dieser Ausgestaltung die oben angesprochene Sicherung des Druckgastanks durch das Verbindungselement besonders wirksam ist.
• Während des normalen Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs werden sämtliche auf den Druckgastank wirkenden Kräfte, also Beschleunigung- bzw. Verzögerungskräfte ebenso wie die Schwerkraft, bevorzugt vollständig durch die Tankhalterung aufgenommen. D.h. die Rückhaltevorrichtung ist beim normalen Fahrbetrieb bevorzugt nur durch ihre eigene Masse bzw. ihr eigenes Gewicht belastet. Dabei wäre es möglich, dass das Rückhalteelement bspw. lose am ersten Endabschnitt des Druckstanks anliegt. Gemäß einer anderen Ausführungsform ist ein Aufhängungselement dazu ausgebildet, das Rückhalteelement derart mit dem Fahrzeugkörper zu verbinden, dass das Rückhalteelement vom Druckgastank beabstandet ist. Das Aufhängungselement ist in diesem Zusammenhang rein funktional zu verstehen und kann auch ein Teil des Rückhalteelement sein. Es könnte aber auch bspw. eine Art Arm oder Steg sein, über welchen das Rückhalteelement beabstandet vom Fahrzeugkörper gehalten ist. In jedem Fall ist die Verbindung zum Fahrzeugkörper derart, dass das Rückhalteelement nicht am Druckgastank anliegt, sondern von diesem beabstandet ist. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass es durch eine Relativbewegung von Rückhalteelement und Druckgastank, welche sich beim normalen Fahrbetrieb schon aufgrund von Vibrationen ergeben kann, zu einer Beschädigung des Druckgastanks durch das Rückhalteelement kommt. Das Aufhängungselement dient lediglich dazu, das Rückhalteelement während des normalen Fahrbetriebs zu sichern und kann daher in der Regel leicht und materialsparend ausgeführt sein. Normalerweise ist vorgesehen, dass das Aufhängungselement nachgibt (bspw. bricht oder reißt), wenn der Druckgastank eine Kraft auf das Rückhalteelement ausübt. Zu diesem Zweck kann das Aufhängungselement sogar eine Sollbruchstelle aufweisen.
• Die Wirkungsweise der Fangvorrichtung lässt sich in der Regel weiter verbessern, wenn diese ein dem Rückhalteelement bezüglich des Druckgastanks axial gegenüberliegendes Führungselement aufweist, wobei jedes Zugelement durch eine Führungsöffnung des Führungselements geführt ist, wodurch das wenigstens eine Zugelement am Führungselement gegenüber dem Mittelabschnitt des Druckgastanks radial zusammengezogen wird. Das Führungselement liegt dem Rückhalteelement bezüglich des Druckgastanks axial gegenüber, d.h. der Druckgastank ist in axialer Richtung (wenigstens überwiegend) zwischen dem Führungselement und dem Rückhalteelement angeordnet. Während das Rückhalteelement im Bereich des ersten Endabschnitts angeordnet ist, ist das Führungselement im Bereich des gegenüberliegenden zweiten Endabschnitt angeordnet. Wie bereits oben erwähnt, ist es für die Wirkungsweise der Fangvorrichtung optimal, wenn jedes Zugelement vergleichsweise dicht am Druckgastank anliegt. Dies lässt sich insbesondere im Falle eines sich verjüngenden zweiten Endabschnitts besser erreichen, wenn das wenigstens eine Zugelement wie beschrieben radial, also in radialer Richtung, zusammengezogen wird. D.h., dadurch dass jedes Zugelement durch eine Führungsöffnung geführt ist, die in radialer Richtung nach außen einen Formschluss mit dem Zugelement bildet, wird das wenigstens eine Zugelement nach innen gezogen, bspw. im Falle eines Druckgastanks mit kreisförmigem Querschnitt auf einen Radius, der kleiner ist als der des Mittelabschnitts. Je nach Ausführungsform kann das jeweilige Zugelement lose durch die Führungsöffnung hindurchgeführt sein oder es kann, bspw. durch einen Kraftschluss und/oder Stoffschluss innerhalb der Führungsöffnung gesichert sein.
• Das Führungselement könnte im Falle mehrerer Zugelemente eine einzige Führungsöffnung aufweisen, durch die sämtliche Zugelemente hindurchgeführt sind. Bspw. könnte es ringförmig ausgebildet sein, mit einer zentralen Führungsöffnung für sämtliche Zugelemente. Um die Führung der Zugelemente zu verbessern und ggf. auch den Zusammenbau der Fangvorrichtung zu erleichtern, ist es allerdings bevorzugt, dass das Führungselement eine Mehrzahl von tangential verteilten Führungsöffnungen aufweist, wobei jeweils ein Zugelement durch eine Führungsöffnung geführt ist. Die Größe der einzelnen Führungsöffnung kann im Wesentlichen der des zugehörigen Zugelements entsprechen, so dass sich keine nennenswerte Reibung zwischen Führungsöffnung und Zugelement ergibt. Alternativ kann die Führungsöffnung auch größer gewählt sein, so dass das Zugelement mit Spiel innerhalb derselben aufgenommen ist. Normalerweise, allerdings nicht zwangsläufig, sind die Führungsöffnungen kreissymmetrisch und in gleichen tangentialen Abständen zueinander angeordnet. Unter Umständen kann vorgesehen sein, dass der zweite Endabschnitt teilweise in das Führungselement eingeführt bzw. durch dieses hindurchgeführt ist. Zu diesem Zweck kann das Führungselement eine zentrale Durchgangsöffnung aufweisen, wobei die Führungsöffnungen radial außenseitig der Durchgangsöffnung angeordnet sind. Die Durchgangsöffnung ist dabei so dimensioniert, dass sie den zweiten Endabschnitt wenigstens teilweise aufnehmen kann.
• Weitere vorteilhafte Einzelheiten und Wirkungen der Erfindung sind im Folgenden anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen
• 1 eine schematische Seitenansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Tankanordnung;
• 2 eine schematische Vorderansicht der Tankanordnung aus 1;
• 3 eine schematische Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Tankanordnung;
• 4 eine Schnittdarstellung entsprechend der Linie IV-IV in 3;
• 5 eine schematische Seitenansicht einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Tankanordnung; sowie
• 6 eine schematische Seitenansicht einer vierten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Tankanordnung.
• In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weswegen diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.
• 1 und 2 zeigen schematische Darstellungen einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Tankanordnung 1. Ein Druckgastank 2 ist über eine mehrteilige Tankhalterung 5 mit einem Fahrzeugkörper 30 eines Kraftfahrzeugs, bspw. eines PKWs, verbunden. Die Darstellung der Tankhalterung 5 ist hier rein schematisch zu verstehen und kann von den tatsächlichen Verhältnissen deutlich abweichen. Bspw. könnte eine Befestigung mittels Gelenkbandschellen gegeben sein, die den Druckgastank 2 jeweils umgreifen und ihrerseits am Fahrzeugkörper 30 befestigt sind. Der Druckgastank 2 weist einen zylindrischen Mittelabschnitt 2.1 auf, der parallel zu einer axialen Richtung A verläuft, die einer Zylinderachse oder Tankachse entspricht. Der Verlauf der axialen Richtung A stimmt in diesem Fall mit der X-Achse des Kraftfahrzeugs überein. An einem in Fahrtrichtung vorderen Ende schließt sich an den Mittelabschnitt 2.1 ein erster Endabschnitt 2.2 an sowie an einem in Fahrtrichtung hinteren Ende ein zweiter Endabschnitt 2.3. Am vorderen Endabschnitt 2.2 ist ein Ventil 3 angeordnet, über welches der Druckgastank mit druckbeaufschlagtem Gas befüllt werden kann und über welches das druckbeaufschlagte Gas auch wieder entnommen werden kann. Am zweiten Endabschnitt 2.3 weist der Druckgastank ein Endstück 4 auf, das im Wesentlichen als Verschlussstück dient. Der Druckgastank 2 kann bspw. einen aus Kunststoff und/oder Aluminium gefertigten Innenmantel aufweisen, der zur Stabilisierung von einem Außenmantel aus faserverstärktem Kunststoff umgeben ist.
• Während des normalen Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs wird der Druckgastank durch die vergleichsweise leicht und materialsparend ausgestaltete Tankhalterung 5 am Fahrzeugkörper 30 gehalten. Die Tankhalterung 5 ist dazu ausgelegt, das Gewicht des Druckgastanks 2 zu halten und den beim normalen Fahrbetrieb zu erwartenden Beschleunigungen standzuhalten. Werden bspw. bei einem Crash diese Beschleunigungen überschritten, kann es zu einem Versagen der Tankhalterung 5 kommen, d.h. sie kann in sich zerbrechen oder reißen bzw. sie kann sich vom Druckgastank 5 oder vom Fahrzeugkörper 30 lösen. In jedem Fall ist insofern keine Verbindung mehr zwischen Druckgastank 5 und Fahrzeugkörper 30 gegeben. Um zu verhindern, dass der Druckgastank 5 in diesem Fall unkontrolliert vom Fahrzeugkörper 30 weggeschleudert wird, ist eine Fangvorrichtung 10 vorgesehen. Diese weist eine am Fahrzeugkörper 30 befestigte Fanghalterung 11 auf, an der vier ummantelte Zugseile 12 befestigt sind, die als Zugelemente dienen. Deren Ummantelung kann bspw. aus PTFE bestehen, während der Kern des jeweiligen Zugelementes aus Stahl besteht. Die Zugseile 12 erstrecken sich in axialer Richtung bis zu einem Rückhalteelement 14, an welchem sie in Aufnahmen 16 gesichert sind, z.B. durch Verklemmen oder Verschweißen.
• Wie in der Vorderansicht in 2 erkennbar ist, ist das Rückhalteelement 14 ringförmig ausgebildet und weist eine erste Durchgangsöffnung 15 auf, durch die das Ventil 3 hindurchragt. Es ist über ein erstes Aufhängungselement 17 derart am Fahrzeugkörper 30 befestigt, dass es gegenüber dem Druckgastank 2 berührungsfrei gehalten ist, solange die Tankhalterung 5 intakt ist. Wie in 1 erkennbar ist, sind die Aufnahmen 16 so angeordnet, dass die Zugseile 12 im Bereich des Rückhalteelements 14 im Vergleich zum Mittelabschnitt 2.1 radial zusammengezogen sind, d.h. sie sind dort näher an der Tankachse angeordnet. Dies führt dazu, dass sie vergleichsweise dicht am ersten Endabschnitt 2.2 anliegen. Wenn die Tankhalterung 5 bei einem Frontalzusammenstoß des Kraftfahrzeugs nachgibt, bewegt sich der Druckgastank 2 aufgrund seiner Trägheit relativ zum Fahrzeugkörper 30 in axialer Richtung zur Fahrzeugfront nach vorne, also entgegen der zum Fahrzeugheck weisenden X-Achse. Dadurch wird der erste Endabschnitt 2.2 teilweise in die erste Durchgangsöffnung 15 des Rückhalteelements 14 hineingedrückt.
• Das erste Aufhängungselement 17 ist sehr leicht und materialsparend ausgestaltet, so dass es den nunmehr auf das Rückhalteelement 14 einwirkenden Kräften nicht standhalten. Es verformt sich und bricht normalerweise, so dass das Rückhalteelement 14 nur noch über die Zugseile 12 gehalten wird und über diese und die Fanghalterung 11 mit dem Fahrzeugkörper 30 verbunden bleibt. Obwohl die Zugseile 12 biegeweich und druckschlaff sind, wirken sie zugübertragend zwischen der Fanghalterung 11 und dem Rückhalteelement 14 und weisen dabei trotz geringer Masse eine erhebliche Zugfestigkeit auf. Da die Zugseile 12 tangential um den Druckgastank 2 verteilt sind, können Sie zumindest bis zu einem gewissen Grad auch ein seitliches Ausweichen desselben (quer zur axialen Richtung A) verhindern. In jedem Fall wird der Druckgastank 2 aufgefangen und abgebremst, so dass er weder andere Fahrzeugteile beschädigen noch Personen verletzen kann und eine Beschädigung des Druckgastanks 2 unwahrscheinlich ist. In diesem Zusammenhang kann eine gewisse elastische und/oder plastische Verlängerung der Zugseile 12 durchaus von Vorteil sein, da hierdurch ein abruptes Abstoppen des Druckgastanks 2 verhindert bzw. gemildert wird, wodurch sowohl das Rückhalteelement 14 als auch die Fanghalterung 11 entlastet werden.
• 3 und 4 zeigen schematische Darstellungen einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Tankanordnung 1, die weitgehend der ersten Ausführungsform entspricht und insoweit nicht nochmals erläutert wird. In diesem Fall ist zusätzlich im Bereich des zweiten Endabschnitts 2.3 ein Führungselement 18 vorgesehen, das über ein zweites Aufhängungselement 21 an der Fanghalterung 11 befestigt ist. Die Struktur des Führungselements 18 ist in der Schnittdarstellung von 4 besser erkennbar. Es ist ringförmig aufgebaut und weist eine zweite Durchgangsöffnung 19 auf, durch welche das Endstück 4 des Druckgastanks 2 hindurchgeführt ist. Eine Mehrzahl von Führungsöffnungen 20 ist um die Durchgangsöffnung 19 herum angeordnet, wobei jeweils ein Zugseil 12 durch eine Führungsöffnung hindurchgeführt ist. Die Führungsöffnungen 20 sind entlang eines Kreises mit einem Durchmesser angeordnet, der kleiner ist als der Durchmesser des zylindrischen Mittelabschnitts 2.1, so dass die Zugseile 12 im Bereich des Führungselements 18 im Vergleich zum Mittelabschnitt 2.1 radial zusammengezogen sind. Hierdurch liegen die Zugseile 12 insgesamt dichter am Druckgastank 2 an, wodurch dieser bei einem Versagen der Tankhalterung 5 besser aufgefangen werden kann. Dies gilt insbesondere insofern, als ein seitliches Ausweichen des Druckgastanks 2 (quer zur axialen Richtung A) besser verhindert werden kann. Die Zugseile 12 können in den Führungsöffnungen 20 gesichert sein, z.B. festgeklemmt.
• 4 und 5 zeigen eine dritte und vierte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Tankanordnung 1, welche jeweils der ersten bzw. zweiten Ausführungsform entsprechen und insoweit nicht nochmals erläutert werden. Allerdings sind in diesem Fall die Zugseile 12 durch Verbindungsseile 13 miteinander verbunden, die ebenfalls als ummantelte Stahlseile ausgebildet sind. Die Verbindungsseile 13 erstrecken sich tangential umlaufend und dienen als Verbindungselemente. Hierdurch wird der Zusammenhalt der Zugseile 12 verbessert und es werden die in tangentialer Richtung zwischen den Zugseilen 12 gegebenen Zwischenräume überbrückt, so dass sich der Druckgastank 2 nicht mehr durch diese hindurch bewegen kann. Die Zugseile 12 und Verbindungsseile 13 bilden zusammen gewissermaßen ein Netz, welches den Druckgastank 2 sicher aufnimmt. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn bspw. bei einem Seitenaufprall die zwischen dem Druckgastank 2 und dem Fahrzeugkörper 30 wirkende Kraft nicht überwiegend parallel zur X-Achse, sondern überwiegend parallel zur Y-Achse wirkt.
• Bezugszeichenliste

1

Tankanordnung

2

Druckgastank

2.1

Mittelabschnitt

2.2, 2.3

Endabschnitt

3

Ventil

4

Endstück

5

Tankhalterung

10

Fangvorrichtung

11

Fanghalterung

12

Zugseil

13

Verbindungsteil

14

Rückhalteelement

15, 19

Durchgangsöffnung

16

Aufnahme

17, 21

Aufhängungselement

18

Führungselement

20

Führungsöffnung

30

Fahrzeugkörper

A

axiale Richtung

X

X-Achse

Y

Y-Achse

Z

Z-Achse

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• DE 10230635 A1 [0004]
• DE 112006000144 B4 [0005]
• GB 535683 A [0006]

Claims (10)

1. Tankanordnung (1) für ein Kraftfahrzeug, mit einem axial verlaufenden Druckgastank (2), der einen Mittelabschnitt (2.1) sowie axial endseitige Endabschnitte (2.2, 2.3) aufweist, sowie einer Tankhalterung (5) zur Befestigung des Druckgastanks (2) an einem Fahrzeugkörper (30), gekennzeichnet durch eine den Druckgastank (2) bei Versagen der Tankhalterung (5) auffangende Fangvorrichtung (10), mit einer Fanghalterung (11) zur Befestigung am Fahrzeugkörper (30), einem Rückhalteelement (14), das einen axialen Anschlag für einen ersten Endabschnitt (2.2) bildet, sowie wenigstens einem biegeweichen Zugelement (12), das sich axial erstreckt und das Rückhalteelement (14) zugübertragend mit der Fanghalterung (11) verbindet.
2. Tankanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Richtung (A) um höchstens 30° von der Fahrzeuglängsrichtung (X) abweicht und das Rückhalteelement (14) in Fahrtrichtung vor der Fanghalterung (11) angeordnet ist.
3. Tankanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fangvorrichtung (10) wenigstens drei Zugelemente (12) aufweist, welche tangential um den Druckgastank (2) verteilt sind.
4. Tankanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückhalteelement (14) tangential ringförmig geschlossen ausgebildet ist und eine erste Durchgangsöffnung (15) aufweist.
5. Tankanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Zugelement (12) als Seil ausgebildet ist.
6. Tankanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Zugelemente (12) durch ein sich tangential erstreckendes Verbindungselement (12) verbunden sind.
7. Tankanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Verbindungselement (13) tangential umlaufend ausgebildet ist und sämtliche Zugelemente (12) verbindet.
8. Tankanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Aufhängungselement (17) dazu ausgebildet ist, das Rückhalteelement (14) derart mit dem Fahrzeugkörper (30) zu verbinden, dass das Rückhalteelement (14) vom Druckgastank (2) beabstandet ist.
9. Tankanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fangvorrichtung (10) ein dem Rückhalteelement (14) bezüglich des Druckgastanks (2) axial gegenüberliegendes Führungselement (18) aufweist, wobei jedes Zugelement (12) durch eine Führungsöffnung (20) des Führungselements (18) geführt ist, wodurch das wenigstens eine Zugelement (12) am Führungselement (18) gegenüber dem Mittelabschnitt (2.1) des Druckgastanks (2) radial zusammengezogen ist.
10. Tankanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (18) eine Mehrzahl von tangential verteilten Führungsöffnungen (20) aufweist, wobei jeweils ein Zugelement (12) durch eine Führungsöffnung (20) geführt ist.

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