DE102021107535A1 - pressure vessel assembly and motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Die hier offenbarte Technologie betrifft erfindungsgemäß eine Druckbehälterbaugruppe 1 mit einem oder mehreren Druckbehältern 5 und einer oder mehreren Befestigungsanordnungen 10, wobei jede Befestigungsanordnung 10 eine Auflage 20 für einen Druckbehälter 5 und ein Spannelement 30 aufweist, wobei das Spannelement 30 den Druckbehälter 5 obenseitig umgreift und auf die Auflage 20 zuspannt. Die hier offenbarte Technologie betrifft erfindungsgemäß ferner ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Druckbehälterbaugruppe 1.The technology disclosed here relates, according to the invention, to a pressure vessel assembly 1 with one or more pressure vessels 5 and one or more fastening arrangements 10, each fastening arrangement 10 having a support 20 for a pressure vessel 5 and a clamping element 30, with the clamping element 30 enclosing the pressure vessel 5 at the top and enclosing it the edition 20 tightens. According to the invention, the technology disclosed here also relates to a motor vehicle with such a pressure vessel assembly 1.
Description
Die hier offenbarte Technologie betrifft eine Druckbehälterbaugruppe sowie ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Druckbehälterbaugruppe.The technology disclosed here relates to a pressure vessel assembly and a motor vehicle having such a pressure vessel assembly.
Druckbehälterbaugruppen beinhalten typischerweise einen oder mehrere Druckbehälter zur Lagerung von gasförmigem Brennstoff. Sie können beispielsweise in einem Kraftfahrzeug oder einer anderen mobilen oder stationären Einheit zur Versorgung mit gasförmigem Brennstoff verwendet werden. Der gasförmige Brennstoff kann beispielsweise in einem Energiewandler wie einer Brennstoffzelle oder einem gasbetriebenen Verbrennungsmotor verwendet werden.Pressure vessel assemblies typically include one or more pressure vessels for storing gaseous fuel. For example, they can be used in a motor vehicle or other mobile or stationary gaseous fuel supply unit. The gaseous fuel can be used, for example, in an energy converter such as a fuel cell or a gas-powered internal combustion engine.
Es ist eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie, zumindest einen Nachteil von einer vorbekannten Lösung zu verringern oder zu beheben oder eine alternative Lösung vorzuschlagen. Es ist insbesondere eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie, eine verbesserte Befestigung von Druckbehältern in einer Druckbehälterbaugruppe vorzusehen. Weitere bevorzugte Aufgaben können sich aus den vorteilhaften Effekten der hier offenbarten Technologie ergeben. Die Aufgaben werden gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche. Die abhängigen Ansprüche stellen bevorzugte Ausgestaltungen dar.It is a preferred object of the technology disclosed herein to mitigate or obviate at least one disadvantage of a previously known solution or to propose an alternative solution. In particular, it is a preferred object of the technology disclosed herein to provide improved mounting of pressure vessels in a pressure vessel assembly. Other preferred objects may arise from the beneficial effects of the technology disclosed herein. The objects are solved by the subject matter of the independent patent claims. The dependent claims represent preferred embodiments.
Die hier offenbarte Technologie betrifft eine Druckbehälterbaugruppe, umfassend (i) einen oder mehrere Druckbehälter zur Lagerung von gasförmigem Brennstoff und (ii) einen oder mehrere Befestigungsanordnungen, wobei jede Befestigungsanordnung eine Auflage für einen der Druckbehälter und ein Spannelement aufweist, wobei das Spannelement den Druckbehälter obenseitig umgreift und auf die Auflage zu spannt.The technology disclosed herein relates to a pressure vessel assembly comprising (i) one or more pressure vessels for storing gaseous fuel and (ii) one or more mounting assemblies, each mounting assembly having a support for one of the pressure vessels and a clamping member, the clamping member holding the pressure vessel on top grips and stretches towards the support.
Durch eine solche Ausführung kann insbesondere eine einfache Befestigung eines Druckbehälters als Bestandteil der Druckbehälterbaugruppe erreicht werden, da ein Druckbehälter einfach auf eine Auflage aufgelegt werden kann und mittels eines Spannelements obenseitig befestigt werden kann. Eine solche Ausführung kann grundsätzlich sowohl als Festlager wie auch als Loslager ausgeführt werden. Dies hängt zumindest im Wesentlichen von der aufgebrachten Spannkraft sowie einer etwaigen Beschichtung oder Ummantelung ab, worauf weiter unten näher eingegangen wird. Typischerweise wird ein Druckbehälter durch ein Festlager und ein Loslager gehalten.Such an embodiment makes it possible in particular to easily attach a pressure vessel as part of the pressure vessel assembly, since a pressure vessel can simply be placed on a support and can be fastened at the top by means of a clamping element. Such a design can in principle be designed both as a fixed bearing and as a floating bearing. This depends at least essentially on the clamping force applied and any coating or sheathing, which will be discussed in more detail below. A pressure vessel is typically held by a fixed bearing and a floating bearing.
Unter einer Befestigungsanordnung kann insbesondere eine Anordnung verstanden werden, mittels welcher ein Druckbehälter an einer bestimmten Stelle befestigt werden kann. Die Befestigung kann beispielsweise an einer Karosserie oder einem anderen Element erfolgen, welches insbesondere als extern zur Druckbehälterbaugruppe oder auch als Bestandteil der Druckbehälterbaugruppe angesehen werden kann. Die Auflage ist im Einbauzustand insbesondere unterhalb eines Druckbehälters angeordnet und kann den Druckbehälter zumindest partiell auch seitlich stabilisieren. Ein Spannelement kann insbesondere eine Kraft, die durch elastisches Vorspannen erzeugt wird, auf den Druckbehälter ausüben und kann zusammen mit der Auflage den Druckbehälter entlang eines Umfangs an einer Stelle in axialer Richtung gesehen vollständig oder zumindest weitgehend umgreifen.A fastening arrangement can be understood in particular as an arrangement by means of which a pressure vessel can be fastened at a specific point. The attachment can take place, for example, on a body or another element, which can be viewed in particular as external to the pressure vessel assembly or as part of the pressure vessel assembly. In the installed state, the support is arranged, in particular, below a pressure vessel and can at least partially also stabilize the pressure vessel laterally. A tensioning element can in particular exert a force generated by elastic pretensioning on the pressure vessel and, together with the support, can completely or at least largely encompass the pressure vessel along a circumference at a point in the axial direction.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführung sind eine, einige oder alle Befestigungsanordnungen so angeordnet, dass die Auflage unterhalb eines Massenschwerpunkts des Druckbehälters angeordnet ist. Ein solcher Massenschwerpunkt kann beispielsweise bei leerem Druckbehälter oder auch bei gefülltem Druckbehälter bestimmt werden. Es kann auch ein Mittelwert zwischen zwei solchen Punkten als hier relevanter Massenschwerpunkt verwendet werden. Durch eine solche Ausführung kann insbesondere erreicht werden, dass der Druckbehälter durch die Befestigung in der Befestigungsanordnung so gehalten wird, dass zumindest theoretisch keine weiteren Befestigungen mehr notwendig sind, um den Druckbehälter ohne oder zumindest ohne wesentliche wirkende Kräfte in der Befestigungsanordnung nicht nur zu halten, sondern auch gegen Veränderungen seiner Längsachse relativ zur Befestigungsanordnung zu stabilisieren. Dadurch können wirkende Kräfte besonders gering gehalten werden.According to an advantageous embodiment, one, some or all of the fastening arrangements are arranged in such a way that the support is arranged below a center of mass of the pressure vessel. Such a center of mass can be determined, for example, when the pressure vessel is empty or when the pressure vessel is filled. A mean value between two such points can also be used as the relevant center of mass here. With such a design it can be achieved in particular that the pressure vessel is held by the attachment in the attachment arrangement in such a way that, at least theoretically, no further attachments are necessary in order not only to hold the pressure vessel in the attachment arrangement without or at least without any significant forces acting, but also to stabilize against changes in its longitudinal axis relative to the mounting arrangement. As a result, acting forces can be kept particularly low.
Die Auflagen können insbesondere komplementär zu einem unteren Abschnitt des Außenumfangs des Druckbehälters ausgebildet sein. Insbesondere können die Auflagen komplementär zu einem Abschnitt entlang des Umfangs des jeweils daraufliegenden Druckbehälters ausgebildet sein. Die Auflage kann somit insbesondere entlang dieses Abschnitts flächig am Druckbehälter anliegen. Dadurch wird eine besonders gute Befestigung erreicht.In particular, the supports can be designed to be complementary to a lower section of the outer circumference of the pressure vessel. In particular, the supports can be designed to be complementary to a section along the circumference of the respective pressure vessel lying thereon. The support can thus lie flat against the pressure vessel, in particular along this section. This achieves a particularly good attachment.
Die Auflagen können sich insbesondere entlang eines Abschnitts einer Längsrichtung des jeweiligen Druckbehälters erstrecken. Insbesondere können die Auflagen invariant bezüglich der Längsrichtung bzw. Translation in Längsrichtung sein. Dies ermöglicht eine einfache Ausführung. Auch andere Ausführungen sind jedoch möglich.The supports can extend in particular along a section of a longitudinal direction of the respective pressure vessel. In particular, the supports can be invariant with respect to the longitudinal direction or translation in the longitudinal direction. This allows for easy implementation. However, other designs are also possible.
Das Spannelement kann insbesondere an der Auflage befestigt sein. Dies erlaubt eine kompakte Ausführung.The tensioning element can in particular be fastened to the support. This allows a compact design.
Das Spannelement kann einen oder mehrere mäanderförmige Abschnitte aufweisen, mittels welchen eine Kraft erzeugt wird, die den Druckbehälter auf die Auflage zuspannt. Dadurch kann das Spannelement selbst die zur Befestigung des Druckbehälters auf der Auflage notwendige Kraft erzeugen, wobei eine solche mäanderförmige Ausführung dafür sorgen kann, dass das Spannelement eine gewisse Elastizität aufweist, welche zum Zweck des Andrückens des Druckbehälters auf die Auflage verwendet werden kann.The clamping element can have one or more meandering sections, by means of which a force is generated that clamps the pressure vessel onto the support. As a result, the tensioning element itself can generate the force required to attach the pressure vessel to the support, with such a meandering design ensuring that the tensioning element has a certain elasticity, which can be used for the purpose of pressing the pressure vessel onto the support.
Bei einigen oder allen Auflagen kann das Spannelement Teil eines mehrere Befestigungsanordnungen überspannenden Bands sein. Somit genügt ein Band, um mehrere Druckbehälter zu befestigen, wodurch Aufwand verringert werden kann. Das Band kann beispielsweise an einer Stelle oder an zwei Stellen befestigt und/oder gespannt werden, wobei eine entsprechende Befestigung und/oder Spannung für alle Druckbehälter wirkt, welche das Band umgreift. Ein Band kann insbesondere ein flexibles und/oder biegeweiches und/oder elastisches Element sein, welches insbesondere langgestreckt sein kann.In some or all editions, the tensioning element may be part of a strap spanning multiple fastener assemblies. One strap is therefore sufficient to fasten several pressure vessels, which means that the effort can be reduced. For example, the strap may be secured and/or tensioned at one or two locations, with appropriate securing and/or tension acting on all pressure vessels encompassed by the strap. A band can in particular be a flexible and/or pliable and/or elastic element which can in particular be elongate.
Das Band kann insbesondere an einem Ende starr befestigt sein und am entgegengesetzten Ende mittels einer Feder oder mehreren Federn, oder eines elastischen Elements oder mehrerer elastischer Elemente, befestigt sein. Federn können beispielsweise als Spezialfall von elastischen Elementen angesehen werden. Durch eine starre Befestigung an einem Ende wird eine einfache Ausführung erreicht. Grundsätzlich ist jedoch auch eine Befestigung an beiden Enden mittels einer oder mehrerer Federn, oder einem oder mehreren elastischen Elementen, möglich. Die Federn oder elastischen Elemente können für eine Spannung sorgen, welche die Druckbehälter in vorteilhafter Weise auf die Auflage drückt und somit auch bei Bewegungen, welche beispielsweise im Fahrbetrieb eines Kraftfahrzeugs vorkommen können, ein Anheben der Druckbehälter von der Auflage verhindert.In particular, the band may be rigidly fixed at one end and fixed at the opposite end by means of one or more springs, or one or more elastic elements. For example, springs can be viewed as a special case of elastic elements. A rigid attachment at one end achieves a simple design. In principle, however, attachment at both ends by means of one or more springs or one or more elastic elements is also possible. The springs or elastic elements can ensure tension which advantageously presses the pressure vessel onto the support and thus prevents the pressure vessel from being lifted from the support even during movements which can occur, for example, when a motor vehicle is driving.
Insbesondere kann eine Druckbehälterbaugruppe an einem oder beiden Längsenden der Druckbehälter eine Reihe von unmittelbar nebeneinander angeordneten Befestigungsanordnungen aufweisen. Durch eine Ausführung an einem Längsende kann die Befestigung an einem Ende erreicht werden, wobei am anderen Längsende beispielsweise eine einfache Auflage genügt. Auch eine Befestigung an beiden Längsenden ist jedoch möglich. Dadurch kann beispielsweise die Stabilität weiter verbessert werden.In particular, a pressure vessel assembly can have a row of fastening arrangements arranged directly next to one another at one or both longitudinal ends of the pressure vessel. By designing one longitudinal end, attachment can be achieved at one end, with a simple support being sufficient at the other longitudinal end, for example. However, attachment to both longitudinal ends is also possible. As a result, for example, the stability can be further improved.
Gemäß einer jeweiligen Ausführung kann die Druckbehälterbaugruppe an einem oder beiden Längsenden der Druckbehälter eine Reihe von separaten Auflagen für die Druckbehälter ohne sich darüber erstreckende Spannelemente aufweisen. Dadurch kann in einfacher Weise eine Loslagerung an diesem Längsende erreicht werden, wobei typischerweise an dem entgegengesetzten Längsende oder unterhalb des Massenschwerpunkts eine Festlagerung erfolgt. Separate Auflagen können insbesondere solche Auflagen sein, welchen kein Spannband zugeordnet ist. Gegenüberliegend zu einer einseitigen Festlagerung kann insbesondere ein Band als Spannelement verwendet werden.According to a particular embodiment, the pressure vessel assembly may include a series of separate supports for the pressure vessels at one or both longitudinal ends of the pressure vessels without clamping elements extending thereover. As a result, a loose bearing can be achieved at this longitudinal end in a simple manner, with a fixed bearing typically taking place at the opposite longitudinal end or below the center of mass. Separate conditions can be, in particular, those conditions which are not assigned a tightening strap. In contrast to a one-sided fixed bearing, a band can be used as a tensioning element.
Die Auflagen können insbesondere aus einem Elastomermaterial ausgebildet sein oder können mit einem Elastomermaterial an der Kontaktfläche zum Druckbehälter überzogen sein. Dadurch kann eine gewisse Nachgiebigkeit erreicht werden, welche den Druckbehälter auch bei Erschütterungen vorteilhaft halten kann. Außerdem kann eine radiale Behälterdehnung bei Änderung eines Innendrucks ermöglicht werden.In particular, the supports can be formed from an elastomeric material or can be coated with an elastomeric material on the contact surface with the pressure vessel. As a result, a certain resilience can be achieved, which can advantageously hold the pressure vessel even in the event of shocks. In addition, a radial expansion of the container when an internal pressure changes can be made possible.
Insbesondere können eine, einige oder alle Auflagen an einer Kontaktfläche zum Druckbehälter gummiert und/oder mit einem elastischen Material überzogen sein. Dadurch kann eine besonders hohe Zuverlässigkeit der Kontaktierung erreicht werden.In particular, one, some or all of the supports on a contact surface with the pressure vessel can be rubberized and/or covered with an elastic material. As a result, particularly high reliability of the contacting can be achieved.
Insbesondere kann das Spannelement bei einer, einigen oder allen Befestigungsanordnungen an einer oder mehreren Kontaktflächen zum Druckbehälter ganz oder teilweise mit einer Ummantelung überzogen sein. Die Ummantelung kann beispielsweise aus einem Elastomermaterial ausgebildet sein, insbesondere um durch erhöhte Reibung eine Festlagerfunktion zu realisieren. Die Ummantelung kann auch aus einem reibungsmindernden Material ausgebildet sein, insbesondere um eine Loslagerfunktion zu realisieren. Die Ummantelung kann beispielsweise als fest aufgebrachte Beschichtung oder als abnehmbarer Überzug ausgebildet sein.In particular, in one, some or all of the fastening arrangements, the tensioning element can be completely or partially covered with a casing on one or more contact surfaces with the pressure vessel. The casing can be made of an elastomeric material, for example, in particular in order to implement a fixed bearing function through increased friction. The casing can also be made of a friction-reducing material, in particular in order to implement a floating bearing function. The casing can be designed, for example, as a permanently applied coating or as a removable covering.
Eines, einige oder alle Spannelemente können insbesondere nach außen gebogene Enden aufweisen, mittels welchen sie an einer Auflage oder an einem anderen Element befestigt sind. Mittels solcher nach außen gebogener Enden ist eine einfache Befestigung, beispielsweise eine formschlüssige Befestigung, des jeweiligen Spannelements möglich.One, some or all of the tensioning elements can in particular have outwardly bent ends, by means of which they are fastened to a support or to another element. By means of such outwardly bent ends, a simple fastening, for example a positive fastening, of the respective tensioning element is possible.
Die Spannelemente können insbesondere benachbart zu den Enden dicker ausgeführt sein als mittig zwischen den Enden. Dadurch wird die Stabilität an einem Ende, an welchem eine Befestigung erfolgen soll, erhöht im Vergleich zu Bereichen, welche eine Spannkraft auf den Druckbehälter ausüben sollen. Die dickere Ausführung kann bei einem typischen Spannelement insbesondere die Dicke, also die kleinste Ausdehnung des Spannelements in drei Dimensionen, betreffen.In particular, the tensioning elements can be made thicker adjacent to the ends than in the middle between the ends. As a result, the stability at an end at which attachment is to take place is increased compared to areas which are intended to exert a clamping force on the pressure vessel. The thicker version can in a typical clamping element in particular the thickness, ie the smallest extension of the clamping element in three dimensions.
Insbesondere können zwischen zwei Befestigungsanordnungen und/oder benachbart zu einer oder mehreren endseitigen Befestigungsanordnungen eine oder mehrere Halterungen angeordnet sein, auf welchen die Auflagen und/oder die Spannelemente aufliegen und/oder an welchen die Auflagen und/oder die Spannelemente befestigt sind. Mittels derartiger Auflagen kann eine Stabilität der Druckbehälterbaugruppe in sich erhöht werden und es kann in einfacher Weise für eine Lokalisation und Befestigung der Auflagen und/oder Spannelemente gesorgt werden.In particular, one or more holders can be arranged between two fastening arrangements and/or adjacent to one or more end-side fastening arrangements, on which the supports and/or the clamping elements rest and/or on which the supports and/or the clamping elements are fastened. By means of such supports, the stability of the pressure vessel assembly itself can be increased and the supports and/or tensioning elements can be localized and fastened in a simple manner.
Die hier offenbarte Technologie betrifft ferner ein Kraftfahrzeug mit einer Druckbehälterbaugruppe wie hierin beschrieben. Bezüglich der Druckbehälterbaugruppe kann auf alle beschriebenen Ausführungen zurückgegriffen werden.The technology disclosed herein also relates to a motor vehicle having a pressure vessel assembly as described herein. With regard to the pressure vessel assembly, all of the described embodiments can be used.
Das bereits erwähnte Spannband kann beispielsweise ein Geflecht oder ein Gewebe, beispielsweise aus Kohlenstofffasern oder Aramidfasern, sein. Es kann beispielsweise durch eine Beschichtung einen verminderten Reibwert aufweisen, insbesondere zu Umlenkungen sowie zu den Behältern. Eine solche Beschichtung kann beispielsweise aus Polytetrafluorethylen (PTFE) ausgebildet werden.The tensioning strap already mentioned can be, for example, a mesh or a fabric, for example made of carbon fibers or aramid fibers. It can have a reduced coefficient of friction, for example due to a coating, in particular with respect to deflections and to the containers. Such a coating can be formed from polytetrafluoroethylene (PTFE), for example.
Mit anderen Worten wurde erkannt, dass einen Druckbehälter umschließende Spann- oder Gelenkbänder, welche im Stand der Technik häufig verwendet werden, in gewissen Ausführungen unvorteilhaft für den Serieneinsatz sein können, insbesondere wenn Druckbehälter in Bauräumen wie beispielsweise in einem Unterflurraum unter einer Fahrgastzelle eingebaut werden sollen. Es kann beispielsweise eine Reduktion auf nur ein gummiertes Befestigungselement unterhalb des Behälterschwerpunkts als Festlager erfolgen. Das Befestigungselement kann beispielsweise den Behälter nur teilweise umschließen und nach außen gebogene Enden aufweisen. Dies kann beispielsweise eine Omega-förmige Geometrie bedeuten. Eine für die Zulassung einer radialen Tankdehnung erforderliche Elastizität kann durch eine direkt in das Befestigungselement integrierte Federgeometrie bereitgestellt werden. Die nötige Vorspannkraft kann durch Spannen des Befestigungselements in die vom Behälter abgewandte Richtung erzielt werden. Die Aufnahme der sich ausbildenden Gegenkraft kann von einer H-förmigen, das Befestigungselement teilweise umfassenden Auflage sichergestellt werden. Am Behälter angreifende äußere Kräfte und Momente können durch zwei Endauflagen aus Elastomer abgestützt werden.In other words, it was recognized that a pressure vessel enclosing straps or hinges, which are often used in the prior art, can be disadvantageous for series use in certain designs, especially when pressure vessels are to be installed in installation spaces such as in an underfloor space under a passenger compartment . For example, there can be a reduction to just one rubberized fastening element below the center of gravity of the container as a fixed bearing. The fastening element can, for example, only partially enclose the container and have outwardly bent ends. This can mean, for example, an omega-shaped geometry. The elasticity required to permit radial expansion of the tank can be provided by a spring geometry that is integrated directly into the fastening element. The necessary pretensioning force can be achieved by tensioning the fastening element in the direction away from the container. The absorption of the opposing force that develops can be ensured by an H-shaped support that partially encompasses the fastening element. External forces and moments acting on the container can be supported by two end supports made of elastomer.
Alternativ kann die Darstellung einer Loslagerfunktion mithilfe eines Spannbands für alle im Verbund vorhandenen Behälter, welches mäanderförmig verlegt und zwischen den Tanks umgelenkt wird, erzeugt werden. Eine Seite kann fest eingespannt werden, die Gegenseite kann an Federelementen aufgehängt werden.Alternatively, the representation of a floating bearing function can be generated using a tensioning strap for all the tanks in the network, which is laid in a meandering shape and deflected between the tanks. One side can be clamped firmly, the opposite side can be hung on spring elements.
Eine federnde Wirkung kann beispielsweise durch Biegung der integrierten Wölbung nach außen erfolgen, oder auch durch mäandernde Wellen erzeugt werden. Die Aufbringung einer Spannkraft kann durch eine Gewindehülse unterhalb der Behälter erzielt werden, welche an den Enden der Befestigungselemente ansetzt, oder durch Verschraubung zusammen mit einer Querverstrebung. Außerdem kann beispielsweise eines der Enden nur an einem Stift eingehängt werden, um die Montage zu vereinfachen. Es ist vorteilhaft, die Blechdicke des Befestigungselements an den Enden zu erhöhen, um die dort vorherrschenden höheren Spannungen auszugleichen.A resilient effect can be achieved, for example, by bending the integrated curvature outwards, or by meandering waves. The application of a clamping force can be achieved by a threaded sleeve underneath the containers, which attaches to the ends of the fasteners, or by screwing together with a cross brace. In addition, for example, one of the ends can only be hung on a pin to simplify assembly. It is advantageous to increase the sheet metal thickness of the fastener at the ends in order to compensate for the higher stresses prevailing there.
Das Federelement oder die Federelemente können als Zugfedern ausgeführt sein. Alternativ kann das Federelement auch Teil der Spannbandgeometrie sein, beispielsweise als Wellengeometrie. Die Oberfläche des Spannbands kann einen geringen Reibwert zur Umlenkung und zu den Behältern aufweisen, beispielsweise durch eine Teflon-Beschichtung. Die feste Einspannung kann als Verschraubung mit der umliegenden Struktur ausgeführt sein. Die Umlenkungen können einfache Stangen bilden, an welchen das Band entlanggleitet, oder als Rolle ausgeführt sein. Das Spannband kann als Blech, Gewebe aus metallischem Draht oder textiles Gewebe ausgeführt sein.The spring element or the spring elements can be designed as tension springs. Alternatively, the spring element can also be part of the clamping band geometry, for example as a wave geometry. The surface of the tensioning strap can have a low coefficient of friction for the deflection and for the containers, for example due to a Teflon coating. The fixed clamping can be designed as a screw connection to the surrounding structure. The deflections can form simple rods along which the belt slides, or they can be designed as rollers. The strap can be designed as sheet metal, fabric made of metallic wire or textile fabric.
Unter einer Druckbehälterbaugruppe können insbesondere einer oder mehrere Druckbehälter zusammen mit permanent angebrachten Tragstrukturen, Befestigungselementen und/oder Schutzelementen verstanden werden, welche auch temporär entfernt und wieder installiert werden können, insbesondere wenn spezielle Werkzeuge und/oder Vorgänge verwendet werden. Dies kann insbesondere zur Wartung und zur Inspektion erfolgen.A pressure vessel assembly can be understood in particular as one or more pressure vessels together with permanently attached support structures, fasteners and/or protective elements, which can also be temporarily removed and reinstalled, in particular when special tools and/or operations are used. This can be done in particular for maintenance and inspection.
Die Druckbehälterbaugruppe kann insbesondere für ein Kraftfahrzeug (zum Beispiel Personenkraftwagen, Krafträder, Nutzfahrzeuge) verwendet werden. Die Druckbehälterbaugruppe dient zur Speicherung von unter Umgebungsbedingungen gasförmigem Brennstoff. Die Druckbehälterbaugruppe kann beispielsweise in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden, das mit komprimiertem (auch Compressed Natural Gas oder CNG genannt) oder verflüssigtem (auch Liquid Natural Gas oder LNG genannt) Erdgas oder mit Wasserstoff betrieben wird. Die Druckbehälterbaugruppe ist typischerweise mit mindestens einem Energiewandler fluidverbunden, der eingerichtet ist, die chemische Energie des Brennstoffs in andere Energieformen umzuwandeln.The pressure vessel assembly can be used in particular for a motor vehicle (for example passenger cars, motorcycles, commercial vehicles). The pressure vessel assembly is used to store fuel that is gaseous under ambient conditions. The pressure vessel assembly can be used, for example, in a motor vehicle that is operated with compressed (also called Compressed Natural Gas or CNG) or liquefied (also called Liquid Natural Gas or LNG) natural gas or with hydrogen. The pressure vessel assembly is typical fluidly connected to at least one energy converter which is set up to convert the chemical energy of the fuel into other forms of energy.
Eine solche Druckbehälterbaugruppe umfasst mindestens einen Druckbehälter, insbesondere einen Composite Overwrapped Pressure Vessel. Der Druckbehälter kann beispielsweise ein kryogener Druckbehälter oder ein Hochdruckgasbehälter sein. Hochdruckgasbehälter sind ausgebildet, bei Umgebungstemperaturen Brennstoff dauerhaft bei einem nominalen Betriebsdruck (auch Nominal Working Pressure oder NWP genannt) von mindestens 350 barü (= Überdruck gegenüber dem Atmosphärendruck) oder mindestens 700 barü zu speichern. Ein kryogener Druckbehälter ist geeignet, den Brennstoff bei den vorgenannten Betriebsdrücken auch bei Temperaturen zu speichern, die deutlich (zum Beispiel mehr als 50 K oder mehr als 100 K) unter der Betriebstemperatur des Kraftfahrzeugs liegen.Such a pressure vessel assembly comprises at least one pressure vessel, in particular a composite overwrapped pressure vessel. The pressure vessel can be, for example, a cryogenic pressure vessel or a high-pressure gas vessel. High-pressure gas tanks are designed to permanently store fuel at ambient temperatures at a nominal operating pressure (also known as nominal working pressure or NWP) of at least 350 bar overpressure (= excess pressure compared to atmospheric pressure) or at least 700 bar overpressure. A cryogenic pressure vessel is suitable for storing the fuel at the aforementioned operating pressures even at temperatures that are significantly (for example more than 50 K or more than 100 K) below the operating temperature of the motor vehicle.
Die Druckbehälterbaugruppe kann insbesondere in den Unterflurbereich unterhalb eines Fahrgastinnenraums montierbar sein. Die Längsachsen der Druckbehälter können in der Einbaulage parallel zueinander verlaufen und/oder einzelne Druckbehälter können jeweils ein Länge-zu-DurchmesserVerhältnis mit einem Wert zwischen 4 und 200, bevorzugt zwischen 5 und 100, und besonders bevorzugt zwischen 6 und 50 aufweisen.The pressure vessel assembly can be mounted in particular in the underfloor area below a passenger compartment. The longitudinal axes of the pressure vessels can run parallel to one another in the installed position and/or individual pressure vessels can each have a length-to-diameter ratio of between 4 and 200, preferably between 5 and 100, and particularly preferably between 6 and 50.
Die hier offenbarte Technologie wird nun anhand der Figuren beschrieben. Dabei zeigen:
-
1 : drei Befestigungsanordnungen, -
2 : dieBefestigungsanordnungen von 1 in einer anderen Ansicht, -
3 : ein Spannelement, -
4 : ein alternatives Spannelement, -
5 : eine Anordnung aus Auflage und Spannelement, -
6 : eine Druckbehälterbaugruppe, -
7 : eine untere Ansicht der Druckbehälterbaugruppe, -
8 : eine weitere Druckbehälterbaugruppe, und -
9 : die Druckbehälterbaugruppe von8 in einer anderen Ansicht.
-
1 : three mounting arrangements, -
2 : the mounting arrangements of1 in another view, -
3 : a clamping element, -
4 : an alternative clamping element, -
5 : an arrangement of support and clamping element, -
6 : a pressure vessel assembly, -
7 : a bottom view of the pressure vessel assembly, -
8th : another pressure vessel assembly, and -
9 : the pressure vessel assembly of8th in a different view.
Jede Befestigungsanordnung 10 weist eine Auflage 20 auf, auf welcher ein jeweiliger Druckbehälter aufliegen kann. Dementsprechend sind die Auflagen 20 kreisbogensegmentförmig ausgeführt, so dass sie komplementär zu einem runden Druckbehälter sind. Obenseitig wird ein Raum, in welchen ein nicht dargestellter Druckbehälter eingreifen kann, von einem jeweiligen Spannelement 30 umgriffen. Das Spannelement 30 und die Auflage 20 schließen im Wesentlichen flächig entlang eines Umfangs den Druckbehälter ein und fixieren ihn damit. Eine solche Lagerung kann grundsätzlich sowohl als Festlager wie auch als Loslager ausgeführt werden. Dies hängt im Wesentlichen von den aufgebrachten Spannkräften ab.Each mounting
Die Spannelemente 30 sind zumindest partiell mit einer Ummantelung 37 überzogen. Diese kann insbesondere aus einem Elastomermaterial wie PTFE ausgebildet sein, um durch erhöhte Reibung eine Festlagerfunktion zu realisieren, oder sie kann aus einem reibungsvermindernden Material ausgebildet sein, um eine Loslagerfunktion zu realisieren.The clamping
Die Druckbehälterbaugruppe 1 weist ein Gehäuse 2 auf, welches die Druckbehälter 5 und die Befestigungsanordnungen 10 umschließt. Dadurch kann beispielsweise ein Schutz gegen Verschmutzung oder auch eine erhöhte mechanische Stabilität erreicht werden. Zudem verbindet das Gehäuse 2 die Druckbehälterbaugruppe 1 zu einer modular montierbaren Einheit.The
An den beiden Längsenden liegen die Druckbehälter 5 auf jeweiligen separaten Auflagen 60 auf, welchen keine Spannelemente zugeordnet sind. Spannelemente sind jedoch an drei Befestigungsanordnungen 10 ausgeführt, welche vorliegend mittig in Längsrichtung der Druckbehälter 5 gesehen angeordnet sind. Diese halten die Druckbehälter 5 unmittelbar unter ihrem jeweiligen Massenschwerpunkt, so dass an dieser Stelle eine kräftefreie Lagerung der Druckbehälter 5 möglich ist. An den Längsenden genügt somit eine einfache Auflage, wobei ein Anheben der Druckbehälter 5 auch bei Erschütterungen durch die gezeigten Spannelemente 30 wirkungsvoll verhindert wird.At the two longitudinal ends, the
Zudem ermöglicht die auf dem Spannelement 30 aufgespannte Ummantelung 37, welche vorliegend aus einem Elastomermaterial ausgebildet ist, die Aufnahme axialer Kräfte.In addition, the
Die Spannelemente 30 sind hier jedoch nicht separat ausgeführt, sondern sind als Bestandteil eines über alle drei nebeneinanderliegenden Druckbehälter 5 verlaufenden Bands 31 ausgeführt. Das Band 31 ist rechtsseitig an einer Befestigung 33 befestigt. Linksseitig ist es an Federn 35 befestigt, welche das Band 31 spannen, so dass die Druckbehälter 5 mit einer gewissen Kraft auf die Auflagen 20 gedrückt werden.However, the clamping
In
Aus Gründen der Leserlichkeit wurde vereinfachend der Ausdruck „mindestens ein(e)“ teilweise weggelassen. Sofern ein Merkmal der hier offenbarten Technologie in der Einzahl bzw. unbestimmt beschrieben ist (z.B. der/ein Druckbehälter, die/eine Feder, etc.) so soll gleichzeitig auch deren Mehrzahl mit offenbart sein (z.B. der mindestens eine Druckbehälter, die mindestens eine Feder, etc.).For reasons of legibility, the expression “at least one” has been partially omitted for the sake of simplicity. If a feature of the technology disclosed here is described in the singular or indefinitely (e.g. the/a pressure vessel, the/a spring, etc.), the plural should also be disclosed at the same time (e.g. the at least one pressure vessel, the at least one spring , Etc.).
Die vorhergehende Beschreibung der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihrer Äquivalente zu verlassen.The foregoing description of the present invention is for illustrative purposes only and not for the purpose of limiting the invention. Various changes and modifications can be made within the scope of the invention without departing from the scope of the invention and its equivalents.
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Druckbehälterbaugruppepressure vessel assembly
- 22
- GehäuseHousing
- 55
- Druckbehälterpressure vessel
- 1010
- Befestigungsanordnungmounting arrangement
- 2020
- Auflageedition
- 2222
- Schraubenanordnungscrew arrangement
- 3030
- Spannelementclamping element
- 3131
- Bandtape
- 3232
- Befestigungspunktattachment point
- 3333
- Befestigungattachment
- 3434
- mäanderförmiger Abschnittmeandering section
- 3535
- FederFeather
- 3737
- Ummantelungsheathing
- 4040
- außenseitige Halterungoutside bracket
- 5050
- innenliegende Halterunginternal bracket
- 6060
- separate Auflageseparate edition
Claims (16)
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