DE102021121526A1

DE102021121526A1 - Druckbehälterbaugruppe und Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102021121526A1
Application number: DE102021121526.9A
Authority: DE
Inventors: Timo Gutmann; Daniel Baer
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2021-08-19
Filing date: 2021-08-19
Publication date: 2023-02-23
Also published as: CN117794767A; WO2023021083A1

Abstract

Die hier offenbarte Technologie betrifft erfindungsgemäß eine Druckbehälterbaugruppe 10, bei welchem flache Abschnitte 16, 18 von Längsenden 14 der Druckbehälter 12 parallel zu Befestigungsschienen 21, 22 gehalten werden und eine begrenzte Beweglichkeit der Längsenden 14 ermöglicht wird. Die hier offenbarte Technologie betrifft erfindungsgemäß ferner ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Druckbehälterbaugruppe 10.

Description

Die hier offenbarte Technologie betrifft eine Druckbehälterbaugruppe sowie ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Druckbehälterbaugruppe.
Druckbehälterbaugruppen weisen typischerweise einen oder mehrere Druckbehälter auf, welche zur Lagerung von gasförmigem Brennstoff verwendet werden können. Beispielsweise kann es sich dabei um Erdgas oder um Wasserstoff handeln. Zunehmend wird von Druckbehälterbaugruppen gefordert, dass sie in bislang unübliche Einbauräume wie beispielsweise Unterflurräume unter der Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeugs eingebaut werden können, um in möglichst vielen unterschiedlichen Fahrzeugen verwendet werden zu können, beispielsweise auch anstelle eines ansonsten vorgesehenen elektrischen Batteriespeichers.
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 Druckbehälterbaugruppe vorzusehen, welche eine verbesserte Resistenz gegenüber Seitenaufprallereignissen zeigt. 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.
Die hier offenbarte Technologie betrifft eine Druckbehälterbaugruppe, umfassend (i) einen oder mehrere Druckbehälter, (ii) eine oder mehrere Befestigungsschienen, (iii) eine oder mehrere Lagerschalen und (iv) ein oder mehrere Zentrierelemente. Eine, einige oder alle Lagerschalen sind an einer oder mehreren Befestigungsschienen befestigt. Ein Längsende eines, einiger oder aller Druckbehälter weist mindestens einen flachen Abschnitt auf und wird von einem Zentrierelement in einer Lagerschale gehalten, so dass der flache Abschnitt einen Winkel von höchstens 5° zur Befestigungsschiene einnimmt, an welcher die Lagerschale befestigt ist. Das Zentrierelement ermöglicht eine begrenzte Relativbewegung des Längsendes des Druckbehälters relativ zur Befestigungsschiene mindestens parallel zur Befestigungsschiene.
Bei der Druckbehälterbaugruppe wie eben beschrieben ist eine gewisse Beweglichkeit durch die Zentrierelemente gegeben, so dass die Druckbehälter auch relativ zu den Befestigungsschienen eine gewisse Beweglichkeit aufweisen. Dies ermöglicht es beispielsweise bei einem Seitenaufprallereignis, welches beispielsweise eine Krafteinwirkung zumindest im Wesentlichen parallel zu den Befestigungsschienen hervorrufen kann, dass die Druckbehälter durch die vorgesehene Beweglichkeit ausweichen und sich gegebenenfalls auch gegeneinander abstützen können.
Bei den Befestigungsschienen kann es sich insbesondere um sich längs erstreckende Schienen handeln, welche insbesondere eine Längsrichtung definieren können. Insbesondere kann ein Querschnitt in Längsrichtung gleichbleibend oder zumindest im Wesentlichen gleichbleibend sein. Die Lagerschalen können insbesondere dazu dienen, die Druckbehälter mittels der Zentrierelemente an den Befestigungsschienen zu befestigen. Die Lagerschalen können insbesondere zumindest in etwa eine rechteckige Form haben, insbesondere von der Seite aus betrachtet. Die Zentrierelemente können insbesondere die Position der Druckbehälter relativ zu den Lagerschalen festlegen und dabei wie erwähnt eine gewisse Relativbewegung zulassen. Dies muss nicht zwingend bedeuten, dass die Druckbehälter jeweils exakt in der Mitte gehalten werden, kann dies jedoch bedeuten.
Ein flacher Abschnitt eines Druckbehälters kann insbesondere die Relation zu einer Befestigungsschiene besser definieren als ein runder Abschnitt. Insbesondere kann eine Beweglichkeit entlang der jeweiligen Längsrichtung dadurch besser definiert werden und auch besser unterstützt werden. Ein flacher Abschnitt kann insbesondere als ebene oder zumindest weitgehend ebene Fläche ausgebildet sein.
Grundsätzlich kann die Druckbehälterbaugruppe nur einen Druckbehälter, eine Befestigungsschiene, eine Lagerschale und ein Zentrierelement aufweisen. Typischerweise sind von diesen Elementen jedoch jeweils mehrere vorhanden, wobei beispielsweise mehrere Druckbehälter nebeneinander angeordnet werden können, insbesondere mit parallelen Längsachsen. Eine solche Druckbehälterbaugruppe kann insbesondere in einen Unterflurraum eines Kraftfahrzeugs vorteilhaft eingebaut werden.
Bevorzugt ist an einem, einigen oder jedem Längsende entgegengesetzt zum flachen Abschnitt ein weiterer flacher Abschnitt ausgebildet, der parallel zum flachen Abschnitt ist. Dadurch kann in vorteilhafter Weise eine Stabilisierung beidseitig, beispielsweise oben und unten, erreicht werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführung sind eine, einige oder alle Lagerschalen in einen ersten Teil und einen zweiten Teil unterteilt. Dies erleichtert einen Zusammenbau der Druckbehälterbaugruppe und auch ein Auseinanderbauen, beispielsweise zum gezielten Entfernen eines Druckbehälters für Revisionszwecke.
Eine Trennlinie zwischen erstem Teil und zweitem Teil kann insbesondere parallel zum flachen Abschnitt sein. Dies ermöglicht einen einfachen und praktikablen Aufbau.
Eines, einige oder alle Zentrierelemente können insbesondere ferner eine begrenzte Relativbewegung des Längsendes des Druckbehälters relativ zur Befestigungsschiene quer zur Befestigungsschiene ermöglichen. Dies ermöglicht eine zusätzliche begrenzte Bewegbarkeit, so dass die relative Beweglichkeit nicht nur in Längsrichtung, sondern auch quer dazu vorhanden ist. Dies ermöglicht eine zweidimensional bewegliche Lagerung, so dass beispielsweise eine gewisse Federung gegenüber Erschütterungen ermöglicht wird und einem eventuell einwirkenden Druck, beispielsweise aufgrund eines Aufprallereignisses, noch besser ausgewichen werden kann. Die Beweglichkeit quer zur Befestigungsschiene kann insbesondere quer zur Längsrichtung des Druckbehälters gegeben sein. Ob auch eine Beweglichkeit in Längsrichtung des Druckbehälters gegeben ist kann insbesondere davon abhängen, ob es sich um ein Festlager oder um ein Loslager handelt.
Insbesondere können eines, einige oder alle Zentrierelemente aus einem elastischen Material ausgebildet sein. Dies ermöglicht eine einfache Realisierung der bereits erwähnten begrenzten Beweglichkeit. Das elastische Material kann insbesondere ab einem gewissen Druck deformierbar sein, wobei es bei Ende des Drucks in seinen Ausgangszustand zurückkehrt.
Eines, einige oder alle Zentrierelemente können insbesondere eine oder mehrere Sollbruchstellen zur Ermöglichung der Relativbewegung aufweisen. Dabei kann insbesondere eine irreversible Verformung der Zentrierelemente vorgesehen sein, so dass für den Fall eines einwirkenden Drucks die Sollbruchstellen zerbrechen, dadurch die Relativbewegung ermöglicht wird und kein automatisches Zurückkehren in den Ausgangszustand vorgesehen ist. Dadurch kann beispielsweise für den Fall eines Aufprallereignisses, nach welchem typischerweise ohnehin eine Revision der Druckbehälterbaugruppe erforderlich ist, eine Nachgiebigkeit vorgesehen werden.
Eines, einige oder alle Zentrierelemente können insbesondere den flachen Abschnitt parallel zur Befestigungsschiene halten. Dadurch kann insbesondere eine einfache Ausführung erreicht werden, welche eine vorteilhafte Beweglichkeit entlang der Längsrichtung ermöglicht.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführung sind eine, einige oder alle Lagerschalen mittels einem, zwei oder mehreren verschraubten Bolzen an einer, zwei oder mehreren Befestigungsschienen befestigt. Insbesondere können alle Lagerschalen mittels jeweils zwei verschraubten Bolzen an jeweils zwei Befestigungsschienen befestigt sein, wobei typischerweise zwei Befestigungsschienen parallel zueinander sind und mehrere Lagerschalen an den beiden Befestigungsschienen befestigt sind. Typischerweise sind zwei Befestigungsschienen an jedem Längsende benachbarter Druckbehälter vorgesehen.
Oberhalb von ersten Längsenden der Druckbehälter kann insbesondere eine obere erste Befestigungsschiene angeordnet sein und unterhalb der ersten Längsenden der Druckbehälter kann insbesondere eine untere erste Befestigungsschiene angeordnet sein, wobei die Lagerschalen zum Halten der ersten Längsenden sowohl an der oberen ersten Befestigungsschiene wie auch an der unteren ersten Befestigungsschiene befestigt sind. Dadurch können erste Längsenden, welche beispielsweise benachbart zueinander angeordnet sein können, in vorteilhafter und einfacher Weise mittels der beiden erste Befestigungsschienen befestigt werden. Die Befestigungsschienen können beispielsweise an einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs befestigt werden.
Lagerschalen und Zentrierelemente für erste Längsenden der Druckbehälter können insbesondere Festlager bilden. Dadurch wird eine axiale Verschiebung der Druckbehälter an diesen Festlagern verhindert, wobei gleichzeitig die bereits erwähnte Beweglichkeit in Längsrichtung der Befestigungsschienen oder auch quer zu den Befestigungsschienen erhalten bleibt.
Insbesondere kann oberhalb von zweiten Längsenden der Druckbehälter eine obere zweite Befestigungsschiene angeordnet sein und unterhalb der zweiten Längsenden der Druckbehälter kann eine untere zweite Befestigungsschiene angeordnet sein. Die Lagerschalen zum Halten der zweiten Längsenden können sowohl an der oberen zweiten Befestigungsschiene wie auch an der unteren zweiten Befestigungsschiene befestigt sein. Dies ermöglicht eine Lagerung zweiter Längsenden, welche beispielsweise bei benachbarten Druckbehältern ebenso benachbart zueinander angeordnet sein können, ähnlich wie bereits mit Bezug auf die ersten Längsenden beschrieben.
Lagerschalen und Zentrierelemente der zweiten Längsenden der Druckbehälter können insbesondere Loslager bilden. Derartige Loslager können insbesondere eine axiale Beweglichkeit des jeweils gehaltenen Druckbehälters ermöglichen, so dass ein Längenausgleich ermöglicht wird.
Beispielsweise kann ein solcher Längenausgleich erforderlich sein, wenn sich der Druckbehälter ausdehnt oder zusammenzieht, beispielsweise aufgrund von Druck- oder Temperaturschwankungen.
Eines, einige oder alle zweite Längsenden können insbesondere mit axialem Spiel relativ zum Zentrierelement ausgebildet sein. Dadurch kann in vorteilhafter Weise ein Loslager realisiert werden.
Das axiale Spiel kann insbesondere dadurch ausgebildet sein, dass der flache Abschnitt oder die flachen Abschnitte axial länger ausgebildet sind als das umgebende Zentrierelement. Dies erlaubt eine einfache Realisierung des axialen Spiels, ohne die zuverlässige Lagerung des Druckbehälters und die bereits erwähnte Beweglichkeit zu gefährden.
Die Druckbehälterbaugruppe kann insbesondere mehrere Druckbehälter umfassen, deren Längsachsen parallel zueinander ausgerichtet sein können. Dies erlaubt eine vorteilhafte Ausnutzung eines beispielsweise flachen Einbauraums, beispielsweise eines Unterflurraums eines Kraftfahrzeugs unterhalb einer Fahrgastzelle. Derartige Unterflurräume können beispielsweise in einem Kraftfahrzeug dafür vorgesehen sein, je nach gewünschter konkreter Ausführung alternativ Batteriezellen oder eben eine Druckbehälterbaugruppe aufzunehmen. Die Verwendung mehrerer Druckbehälter erlaubt es, die jeweiligen Druckbehälter kleiner auszuführen, insbesondere mit kleinerem Durchmesser auszuführen, und trotzdem eine hohe Speicherkapazität für gasförmigen Brennstoff bei guter Bauraumausnutzung zu erreichen.
Insbesondere können unmittelbar benachbarte Druckbehälter einen kleinsten Abstand zwischen 2 mm und 4 mm voneinander haben. Dies hat sich als vorteilhaft herausgestellt, da sich die Druckbehälter im Normalbetrieb nicht berühren, jedoch sich für den Fall eines Seitenaufprallereignisses in geeigneter Weise gegeneinander abstützen können.
Ein kleinster Abstand kann insbesondere derjenige Abstand sein, der nicht unterschritten wird, wenn ein Abstand jeder Position auf einem Druckbehälter mit jeder Position auf einem anderen Druckbehälter bestimmt wird.
Der flache Abschnitt kann insbesondere parallel zur Längsachse des Druckbehälters ausgerichtet sein. Dies erlaubt eine einfache Ausführung und Definition der Verschiebbarkeit. Gleiches kann für einen weiteren flachen Abschnitt gelten.
Eines, einige oder alle Zentrierelemente können insbesondere dazu ausgebildet sein, einen flachen Abschnitt oder zwei flache Abschnitte zu klemmen. Dies erlaubt ein zuverlässiges Halten des jeweiligen Druckbehälters.
In einer, einigen oder allen Befestigungsschienen können insbesondere eine oder mehrere Sicken quer zur Längserstreckung der Befestigungsschiene ausgebildet sein, die Sollbruchstellen bei Belastung in Längserstreckung sind. Somit kann für den Fall einer Belastung in Längserstreckung, also beispielsweise bei einem Seitenaufprallereignis, ein definierter Bruch der Befestigungsschienen ermöglicht werden, wodurch anderweitige, unerwünschtere Beschädigungen verhindert werden. Insbesondere kann die Druckbehälterbaugruppe so eingebaut werden, dass die Längserstreckung der Druckbehälter parallel zu einer Kraftfahrzeuglängsachse liegt. Die Kraftfahrzeuglängsachse ist dabei typischerweise diejenige Achse, in welcher sich das Kraftfahrzeug bei geradeaus stehenden gelenkten Rädern bewegt. Durch die eben beschriebene Ausführung der Sollbruchstellen an den Befestigungsschienen, welche in diesem Fall typischerweise quer zur Längsrichtung und horizontal im Kraftfahrzeug angeordnet sind, kann insbesondere bei Seitenaufprallereignissen eine definierte Reaktion der Befestigungsschienen erreicht werden.
Die hier offenbarte Technologie betrifft ferner ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Druckbehälterbaugruppe wie hierin beschrieben. Bezüglich der Druckbehälterbaugruppe kann auf alle hierin beschriebenen Ausführungen und Varianten zurückgegriffen werden.
Mit anderen Worten sind bei bekannten Druckbehälterbaugruppen in Fahrzeugen diese typischerweise mit einer sogenannten Neckmount-Lagerung ausgeführt. Dabei wird typischerweise ein metallischer Boss mit zwei schalenförmigen Lagerschalen geklemmt. Die Lagerschalen werden in weitere Strukturen geschraubt. Bei formschlüssiger Klemmung der Lagerschalen wird bestimmungsgemäß keine Bewegung des Behälters zugelassen. Dies kann zu Problemen bei der Montage in Form von Toleranzstreuung und im Fehlerfall zu Überlastung führen. Wird beispielsweise ein Druckbehälter quer zur Achse durch eine Crashlast beaufschlagt, so kann es zu mehr oder weniger großen Belastungen an der Schnittstelle zwischen Boss und CFK-Material kommen, da hier Biege- und Querkräfte eingeleitet werden. Dieser Bereich ist relativ empfindlich im Vergleich zum zylindrischen Teil des Behälters.
Insbesondere können deshalb Lagerschalen nicht mehr schalenförmig sein, sondern linear oder flach ausgeführt sein. Dazu wird der Boss an zwei gegenüberliegenden Seiten abgeflacht ausgeführt. An diesen flachen Abschnitten kann der Boss mit geeigneter Kraft geklemmt werden. Die linearen Lagerelemente können so erweitert werden, dass neben dem noch nicht abgeflachten runden Bereich des Bosses geeignete elastische oder verformbare Backenelemente angebracht werden können. Diese können den Boss bei der Montage zentrieren, lassen jedoch eine gewisse Toleranzausrichtung und Verschiebung im Überlastfall zu.
Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass lineare Klemmbacken eine teilweise Verschiebung der Tankaufhängung zulassen. Der Verschiebungsbereich kann durch die Länge der Lagerschalen beeinflusst werden. Die Gestaltung der Zentrierelemente aus beispielsweise Elastomer oder verformbarem Kunststoff kann die Loslösekraft in Querrichtung beeinflussen. Eine Loslösehemmung kann auch durch geeignete Gestaltung der Klemmbacken mit beispielsweise Sollbruchelementen erreicht werden. Es sind auch verschiedene andere Lagerformen für die Umschließung der flachen Bossbereiche (zum Beispiel C-förmig) denkbar. Eine Oberschale und Unterschale können in einem Schritt mit den Querträgern verschraubt werden. In einem Beispiel können Spitzenlasten durch Verschiebung des ersten Druckbehälters bzw. Tanks um beispielsweise 3 mm abgefangen werden. Dann liegt der Druckbehälter am nächsten an und die reine Biegebelastung kann wieder etwas geringer werden. Geeignete Anlaufsicken in den Querprofilen bzw. Befestigungsschienen können bei weiterer Belastung zwischen den Lagerstellen zum Kollabieren der Profile führen. Es können weitere Druckbehälter beaufschlagt werden, wobei zunächst die Lagerung rutschen kann und dann ein wiederholtes Falten der Querprofile erreicht werden kann. Insgesamt kann dadurch weitere Aufprallenergie abgebaut werden. Dies kann so lange erfolgen, bis alle Druckbehälter auf Block liegen und dann am stoßabgewandten Schweller anliegen. Durch geeignete Abstimmung der Nutzbreite im Boss und der Lagerschale kann auch ein geeigneter axialer Fehlstand der Bosse zwischen den Druckbehältern ausgeglichen werden.
Eine Druckbehälterbaugruppe kann insbesondere als bauliche Einheit verstanden werden. Sie kann insbesondere Druckbehälter zusammen mit permanent angebrachten strukturellen Unterstützungsmitteln, Befestigungselementen und Schutzmechanismen (beispielsweise Schilde, Barrieren, Umhüllungen und Beschichtungen) umfassen, welche nur unter Verwendung von Spezialwerkzeugen und/oder speziellen Verfahren entfernt und wieder installiert werden können, beispielsweise für den Zweck der Wartung oder Inspektion.
Die Druckbehälterbaugruppe kann insbesondere für ein Kraftfahrzeug (zum Beispiel Personenkraftwagen, Krafträder, Nutzfahrzeuge) vorgesehen sein. Die Druckbehälterbaugruppe kann zur Speicherung von unter Umgebungsbedingungen gasförmigem Brennstoff dienen. 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 kann insbesondere mit mindestens einem Energiewandler fluidverbunden sein, der eingerichtet ist, die chemische Energie des Brennstoffs in andere Energieformen umzuwandeln.
Ein Druckbehälter kann beispielsweise als Composite Overwrapped Pressure Vessel ausgeführt sein. Der Druckbehälter kann beispielsweise ein kryogener Druckbehälter oder ein Hochdruckgasbehälter sein. Insbesondere kann es sich bei den hierin verwendeten Druckbehältern um Druckbehälter des Typs IV handeln. Dies kann insbesondere bedeuten, dass eine innere Stützstruktur, insbesondere ein Liner, mit CFK umwickelt wird. Der Liner ist typischerweise aus einem thermoplastischen Kunststoff ausgebildet. An den Enden kann der Druckbehälter von je einem metallischen „Boss“ verschlossen sein, welcher ebenfalls teilweise mit dem CFK umwickelt sein kann. 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.
Die Druckbehälterbaugruppe kann insbesondere in einem Unterflurbereich unterhalb des Fahrgastinnenraums eines Kraftfahrzeugs montierbar sein. Die Längsachsen der Druckbehälter können in der Einbaulage parallel zueinander verlaufen und/oder einzelne Druckbehälter können jeweils ein Länge-zu-Durchmesser-Verhältnis mit einem Wert zwischen 4 und 200, bevorzugt zwischen 5 und 100, und besonders bevorzugt zwischen 6 und 50 aufweisen.
In einer Ausgestaltung sind die Druckbehälter parallel geschaltet. Dabei kann ein gemeinsames Verteilerrohr vorgesehen sein. Die mehreren Druckbehälter sind in der Regel direkt an das Verteilerrohr angeschlossen, ohne dass zwischen dem Verteilerrohr und den einzelnen Druckbehältern jeweils ein eigenes, von außen elektrisch betätigbares Absperrventil vorgesehen ist. Das Verteilerrohr kann zur Herstellung einer Fluidverbindung mit den einzelnen Druckbehältern dienen. Auch eine Kombination von Parallel- und Serienschaltung ist möglich.
An dem Verteilerrohr oder auch an jeweils jedem Druckbehälter separat kann ein elektrisch betätigbares und stromlos geschlossenes Absperrventil vorgesehen sein, das eingerichtet ist, die Druckbehälterbaugruppe bzw. das Verteilerrohr gegenüber den übrigen brennstoffführenden Leitungen der zum Energiewandler führenden Brennstoffversorgungsanlage abzusperren. Dieses Absperrventil kann die Funktion eines On-Tank-Valves eines herkömmlichen Druckbehälters aufweisen. Zweckmäßig ist lediglich ein stromlos geschlossenes Absperrventil vorgesehen. Das Absperrventil kann beispielsweise unmittelbar an das Verteilerrohr an- bzw. einschraubbar sein. Das Absperrventil ist typischerweise das erste Ventil, das stromab eines jeden der am gemeinsamen Verteilerrohr angeschlossenen Druckbehälter vorgesehen ist. Eine Rohrbruchsicherung, auch Überstromventil (englisch: excess flow valve) genannt, kann an jedem Druckbehälter oder am Verteilerrohr vorgesehen sein.
Die hier offenbarte Technologie wird nachfolgend mit Bezug auf die beigefügten Figuren beschrieben. Dabei zeigen:

1: eine Druckbehälterbaugruppe,
2: einen Teil der Druckbehälterbaugruppe,
3: eine Zusammenschaltung von Druckbehältern in einer Druckbehälterbaugruppe, und
4: eine Ausführung eines Loslagers.

1 zeigt rein schematisch einen Teil einer Druckbehälterbaugruppe 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Druckbehälterbaugruppe 10 weist mehrere Druckbehälter 12 auf, von welchen in dem in 1 gezeigten Ausschnitt drei zu sehen sind. Diese weisen parallele Längsachsen auf.
Längsenden 14 der Druckbehälter 12 werden wie gezeigt und wie nachfolgend beschrieben gehalten.
Die Druckbehälterbaugruppe 10 weist eine obere Befestigungsschiene 21 und eine untere Befestigungsschiene 22 auf. Die beiden Befestigungsschienen 21, 22 sind parallel zueinander ausgerichtet, wobei sie in einer typischen Einbausituation der Druckbehälterbaugruppe 10 beispielsweise quer zu einer Längsrichtung eines Kraftfahrzeugs eingebaut sein können.
Jedes Längsende 14 wird von einem jeweiligen Zentrierelement 40 gehalten, wobei das Zentrierelement 40 in einer jeweiligen Lagerschale 30 eingebaut ist. Die Lagerschale 30 wird mittels einem ersten Bolzen 50 und einem zweiten Bolzen 55 an den Befestigungsschienen 21, 22 angeschraubt. Die jeweilige Lagerschale 30 weist einen ersten Teil 31 und einen zweiten Teil 32 auf, zwischen welchen eine Trennlinie 33 ausgebildet ist. Der erste Teil 31 ist dabei oberhalb des zweiten Teils 32 angeordnet. Dadurch wird eine Befestigung der Lagerschale 30 an den Befestigungsschienen 21, 22 erleichtert.
Jedes Längsende 14 eines Druckbehälters 12 weist einen oberen flachen Abschnitt 16 und einen unteren flachen Abschnitt 18 auf. Diese liegen parallel zu den Befestigungsschienen 21, 22. Sie werden von dem jeweiligen Zentrierelement 40 so gehalten, dass die Parallelität sichergestellt wird.
Die Druckbehälterbaugruppe 10 ist vorliegend oberhalb eines Bodenblechs 7 angeordnet. Dieses Bodenblech 7 kann beispielsweise ein Kraftfahrzeug nach unten begrenzen. Es kann insbesondere einen Einbauraum unterhalb einer Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeugs untenseitig begrenzen.
2 zeigt eine Lagerschale 30 sowie das darin befindliche Zentrierelement 40 in einer größeren Detailliertheit. Dabei ist zu sehen, dass in der Lagerschale 30 eine erste Durchgangsbohrung 35 und eine zweite Durchgangsbohrung 36 ausgebildet sind, durch welche die bereits erwähnten Bolzen 50, 55 hindurchgehen. Das Zentrierelement 40 ist ebenfalls in zwei Teile 41, 42 aufgeteilt, welche übereinander angeordnet sind. Das Zentrierelement 40 ist vorliegend aus einem Gummimaterial ausgebildet, welches elastisch ist. Dadurch kann das jeweilige Längsende 14 des Druckbehälters 12 so gehalten werden, dass die bereits erwähnte Parallelität der flachen Abschnitte 16, 18 zu den Befestigungsschienen 21, 22 definiert wird, jedoch gleichzeitig eine begrenzte Beweglichkeit des jeweiligen Längsendes 14 relativ zur Lagerschale 30 und damit auch relativ zu den Befestigungsschienen 21, 22 ermöglicht wird. Durch diese begrenzte Beweglichkeit, welche sowohl vertikal wie auch horizontal möglich ist, wird ein teilweises Ausweichen des jeweiligen Druckbehälters 12 gegen von der Seite einwirkenden Druck, beispielsweise bei Seitenaufprallereignissen, ermöglicht. Dadurch kann einer Beschädigung des Druckbehälters 12 in solchen Situationen wirkungsvoll vorgebeugt werden.
3 zeigt eine Druckbehälterbaugruppe 10, bei welcher die Druckbehälter 12 mit einer gemeinsamen Anschlussleitung 60 verbunden sind. Die Anschlussleitung 60 ist an jeweiligen Anschlussstücken 19 der Druckbehälter 12 angeschlossen und verbindet die Druckbehälter 12 so, dass sie mit gasförmigem Brennstoff befüllt werden können und dieser gasförmige Brennstoff auch wieder aus ihnen entnommen werden kann. Typischerweise ist dabei zwischen dem jeweiligen Druckbehälter 12 und der Anschlussleitung 60 kein Ventil vorgesehen, so dass ein gemeinsames Befüllen und eine gemeinsame Entnahme möglich sind. Hierzu kann beispielsweise ein nicht dargestelltes gemeinsames Tankabsperrventil verwendet werden. Alternativ können jedoch auch jeweilige Behälterventile vorgesehen sein, um ein separates Schalten jedes Druckbehälters 12 zu ermöglichen.
4 zeigt eine Ausbildung der beschriebenen Lagerung als Loslager. Dabei ist zu sehen, dass die beiden flachen Abschnitte 16, 18 axial länger ausgeführt sind als die Lagerschale 30 und das Zentrierelement 40. Dadurch wird ein axiales Spiel ermöglicht, welches beispielsweise zum Ausgleich von Längenänderungen des Druckbehälters 12 aufgrund von Druck- oder Temperaturschwankungen verwendet werden kann. Durch Verkürzung der flachen Abschnitte 16, 18 in axialer Richtung derart, dass Begrenzungen unmittelbar an der Lagerschale 30 anliegen, kann ein Festlager in einfacher Weise ausgebildet werden. Insbesondere können bei einer Druckbehälterbaugruppe 10 an einer Seite der Druckbehälter 12 Loslager und an einer Seite der Druckbehälter 12 Festlager verwendet werden, so dass nur das für eine Loslagerfunktionalität erforderliche Spiel an einer Seite vorhanden ist, an der anderen Seite jedoch eine definierte Lagerung möglich ist. Typischerweise wird eine gemeinsame Anschlussleitung 60, wie sie in 3 zu sehen ist, an einer Seite der Druckbehälter 12 angebracht, welche von Festlagern gehalten wird.
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 Lagerschale, etc.) so soll gleichzeitig auch deren Mehrzahl mit offenbart sein (z.B. der mindestens eine Druckbehälter, die mindestens eine Lagerschale, 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.
Bezugszeichenliste

7: Bodenblech
10: Druckbehälterbaugruppe
12: Druckbehälter
14: Längsende
16: flacher Abschnitt
18: flacher Abschnitt
21: Befestigungsschiene
22: Befestigungsschiene
30: Lagerschale
31: erster Teil
32: zweiter Teil
33: Trennlinie
35, 36: Durchgangsbohrungen
40: Zentrierelement
41: erster Teil
42: zweiter Teil
50, 55: Bolzen
60: Anschlussleitung

Claims

Druckbehälterbaugruppe (10), umfassend - einen oder mehrere Druckbehälter (12), - eine oder mehrere Befestigungsschienen (21, 22), - eine oder mehrere Lagerschalen (30), und - eine oder mehrere Zentrierelemente (40), wobei eine, einige oder alle Lagerschalen (30) an einer oder mehreren Befestigungsschienen (21, 22) befestigt sind, wobei ein Längsende (14) eines, einiger oder aller Druckbehälter (12) mindestens einen flachen Abschnitt (16, 18) aufweist und von einem Zentrierelement (40) in einer Lagerschale (30) gehalten wird, so dass der flache Abschnitt (16, 18) einen Winkel von höchstens 5° zur Befestigungsschiene (21, 22) einnimmt, an welcher die Lagerschale (30) befestigt ist, und wobei das Zentrierelement (40) eine begrenzte Relativbewegung des Längsendes (14) des Druckbehälters (12) relativ zur Befestigungsschiene (21, 22) mindestens parallel zur Befestigungsschiene (21, 22) ermöglicht.
Druckbehälterbaugruppe (10) nach Anspruch 1, wobei an einem, einigen oder jedem Längsende (14) entgegengesetzt zum flachen Abschnitt (16, 18) ein weiterer flacher Abschnitt (16, 18) ausgebildet ist, der parallel zum flachen Abschnitt (16, 18) ist.
Druckbehälterbaugruppe (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine, einige oder alle Lagerschalen (30) in einen ersten Teil (31) und einen zweiten Teil (32) unterteilt sind.
Druckbehälterbaugruppe (10) nach Anspruch 3, wobei eine Trennlinie (33) zwischen erstem Teil (31) und zweitem Teil (32) parallel zum flachen Abschnitt (16, 18) ist.
Druckbehälterbaugruppe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eines, einige oder alle Zentrierelemente (40) ferner eine begrenzte Relativbewegung des Längsendes (14) des Druckbehälters (12) relativ zur Befestigungsschiene (21, 22) quer zur Befestigungsschiene (21, 22) ermöglichen.
Druckbehälterbaugruppe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eines, einige oder alle Zentrierelemente (40) aus einem elastischen Material ausgebildet sind.
Druckbehälterbaugruppe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eines, einige oder alle Zentrierelemente (40) eine oder mehrere Sollbruchstellen zur Ermöglichung der Relativbewegung aufweisen.
Druckbehälterbaugruppe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eines, einige oder alle Zentrierelemente (40) den flachen Abschnitt (16, 18) parallel zur Befestigungsschiene (21, 22) halten.
Druckbehälterbaugruppe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine, einige oder alle Lagerschalen (30) mittels einem, zwei oder mehreren verschraubten Bolzen (50, 55) an einer, zwei oder mehreren Befestigungsschienen (21, 22) befestigt sind.
Druckbehälterbaugruppe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei oberhalb von ersten Längsenden (14) der Druckbehälter (12) eine obere erste Befestigungsschiene (21) angeordnet ist und unterhalb der ersten Längsenden (14) der Druckbehälter (12) eine untere erste Befestigungsschiene (22) angeordnet ist, wobei die Lagerschalen (30) zum Halten der ersten Längsenden (14) sowohl an der oberen ersten Befestigungsschiene (21) wie auch an der unteren ersten Befestigungsschiene (22) befestigt sind.
Druckbehälterbaugruppe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Lagerschalen (30) und Zentrierelemente (40) für erste Längsenden (14) der Druckbehälter (12) Festlager bilden.
Druckbehälterbaugruppe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei oberhalb von zweiten Längsenden (14) der Druckbehälter (12) eine obere zweite Befestigungsschiene (21) angeordnet ist und unterhalb der zweiten Längsenden (14) der Druckbehälter (12) eine untere zweite Befestigungsschiene (22) angeordnet ist, wobei die Lagerschalen (30) zum Halten der zweiten Längsenden (14) sowohl an der oberen zweiten Befestigungsschiene (21) wie auch an der unteren zweiten Befestigungsschiene (22) befestigt sind.
Druckbehälterbaugruppe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Lagerschalen (30) und Zentrierelemente (40) für zweite Längsenden (14) der Druckbehälter (12) Loslager bilden.
Druckbehälterbaugruppe (10) nach Anspruch 12 oder 13, wobei eines, einige oder alle zweite Längsenden (14) mit axialem Spiel relativ zum Zentrierelement (40) ausgebildet sind.
Druckbehälterbaugruppe (10) nach Anspruch 14, wobei das axiale Spiel dadurch ausgebildet ist, dass der flache Abschnitt (16, 18) oder die flachen Abschnitte (16, 18) axial länger ausgebildet sind als das umgebende Zentrierelement (40).
Druckbehälterbaugruppe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche mehrere Druckbehälter (12) umfasst, deren Längsachsen parallel zueinander ausgerichtet sind.
Druckbehälterbaugruppe (10) nach Anspruch 16, wobei unmittelbar benachbarte Druckbehälter (12) einen kleinsten Abstand zwischen 2 mm und 4 mm voneinander haben.
Druckbehälterbaugruppe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der flache Abschnitt (16, 18) parallel zur Längsachse des Druckbehälters (12) ausgerichtet ist.
Druckbehälterbaugruppe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eines, einige oder alle Zentrierelemente (40) dazu ausgebildet sind, einen flachen Abschnitt (16, 18) oder zwei flache Abschnitte (16, 18) zu klemmen.
Druckbehälterbaugruppe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in einer, einigen oder allen Befestigungsschienen (21, 22) eine oder mehrere Sicken quer zur Längserstreckung der Befestigungsschiene (21, 22) ausgebildet sind, die Sollbruchstellen bei Belastung in Längserstreckung sind.
Kraftfahrzeug, umfassen eine Druckbehälterbaugruppe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.