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Die Erfindung betrifft einen Behälter für ein Fluid.
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Ein gasbetriebenes Fahrzeug weist einen Behälter zum Speichern von Gas auf. Da ein derartiges Gas in der Regel leicht entflammbar ist, muss der Behälter hierfür in geeigneter Weise gesichert werden.
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Ein Behälter für ein fluides Betriebsmittel, das unter Druck steht, ist aus der Druckschrift
DE 10 2011 102 989 A1 bekannt.
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Ein Druckbehälter und ein Verfahren zu seiner Herstellung sind in der Druckschrift
DE 10 2012 013 937 A1 beschrieben.
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Ein Treibstofftank mit einer Treibstoffausstoßeinrichtung ist aus der Druckschrift
DE 29 18 877 A1 bekannt.
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Vor diesem Hintergrund war es eine Aufgabe, eine Sicherheit für einen Gasbehälter eines Fahrzeugs zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch einen Behälter mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst. Ausführungsformen des Behälters gehen aus den abhängigen Patentansprüchen und der Beschreibung hervor.
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Der erfindungsgemäße Behälter ist zur Aufnahme, bspw. Bevorratung und/oder Speicherung, eines Fluids ausgebildet, der eine Wand zum Umschließen des aufzunehmenden Fluids aufweist, die einen rotationssymmetrischen Abschnitt mit einer Rotationsachse aufweist, wobei dieser rotationssymmetrische Abschnitt wiederum eine Polkappe mit einer Öffnung zur Aufnahme eines Ventils aufweist, wobei dieses Ventil in der Öffnung anzuordnen, anordenbar und/oder angeordnet ist. Weiterhin ist in dem rotationssymmetrischen Abschnitt der Wand mindestens eine üblicherweise umlaufende Sicke angeordnet, die üblicherweise als rinnenförmige Vertiefung ausgebildet und/oder zu bezeichnen ist. Dabei umschließt die Sicke eine Sickenachse, die unter einem spitzen Winkel relativ zu der Rotationsachse bzw. Symmetrieachse des rotationssymmetrischen Abschnitts der Wand geneigt ist bzw. wird.
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Hierbei ist es möglich, dass die mindestens eine Sicke ringförmig bzw. als mindestens ein geschlossener Ring ausgebildet ist, dessen Mittelpunkt auf der Sickenachse liegt, die unter dem spitzen Winkel relativ zu der Rotationsachse geneigt ist. In Ausgestaltung ist es möglich, dass in dem rotationssymmetrischen Abschnitt der Wand mehrere geschlossene Ringe zueinander parallel angeordnet sind, die die Sickenachse koaxial umschließen.
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Alternativ oder ergänzend ist es möglich, dass die mindestens eine Sicke spiralförmig bzw. als üblicherweise geschlossene Spirale ausgebildet ist und die Sickenachse mindestens einmal umschließt. Eine derartige geschlossene Spirale kann zumindest teilweise als Helix, Schraubenlinie und/oder Kugelspirale ausgebildet sein bzw. bezeichnet werden.
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In Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Rotationsachse des rotationssymmetrischen Abschnitts die zur Aufnahme des Ventils vorgesehene Öffnung in einem Normalbetrieb bzw. in einem Grundzustand bzw. in einer Ausgangssituation, wenn bzw. so lange der Behälter intakt ist, durchquert und/oder schneidet, wobei die Rotationsachse das in der Öffnung aufgenommene Ventil entsprechend durchquert und/oder schneidet.
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Üblicherweise ist der Behälter als Gasbehälter, bspw. als Gasflasche, ausgebildet und/oder zu bezeichnen und weiterhin zur Aufnahme eines üblicherweise unter Druck stehenden Gases ausgebildet. Alternativ hierzu ist es möglich, dass der Behälter zur Aufnahme einer Flüssigkeit als Fluid ausgebildet ist.
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Es ist weiterhin möglich, dass der Behälter für ein Fahrzeug, bspw. ein Kraftfahrzeug, ausgebildet ist, wobei der intakte Behälter darin anzuordnen, anordenbar und/oder angeordnet bzw. zu installieren, installierbar und/oder installiert ist.
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Die üblicherweise rotationssymmetrische Polkappe ist alternativ oder ergänzend als gewölbter Endabschnitt des Behälters ausgebildet und/oder zu bezeichnen.
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Weiterhin ist ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs vorgesehen, in dem mindestens ein Behälter zur Aufnahme eines Fluids angeordnet ist, der eine Wand mit einem rotationssymmetrischen Abschnitt mit einer Rotationsachse aufweist, wobei dieser rotationssymmetrische Abschnitt eine Polkappe mit einer Öffnung zur Aufnahme eines Ventils zum Füllen des Behälters mit dem Fluid und zum Ablassen von Fluid aus dem Behälter aufweist. Dabei ist bzw. wird in dem rotationssymmetrischen Abschnitt der Wand mindestens eine üblicherweise umlaufende Sicke angeordnet, die die eine Sickenachse umschließt, wobei diese Sickenachse unter einem spitzen Winkel relativ zu einer Rotationsachse bzw. Symmetrieachse des rotationssymmetrischen Abschnitts geneigt ist bzw. wird.
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Falls während des Betriebs des Fahrzeugs, bspw. während einer Fahrt, auf das Ventil in dem Behälter, der zunächst noch intakt ist und sich in einem Normalbetrieb befindet, eine Kraft wirkt, bspw. bei einem Unfall und/oder einer Kollision, wird die mindestens eine Sicke verformt, wodurch das Ventil bezüglich der Rotationsachse üblicherweise seitlich weggekippt und/oder weggeschoben wird. Dies ist bspw. dann möglich, wenn die Kraft bzw. zumindest eine Komponente der Kraft parallel zu der Rotationsachse auf das Ventil bzw. frontal auf das Ventil wirken sollte.
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Es ist möglich, eine Ausführungsform des hier vorgestellten Verfahrens mit einer Ausführungsform des hier vorgestellten Behälters durchzuführen.
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Der vorgestellte Behälter ist bspw. zur Aufnahme von Erdgas als Fluid vorgesehen, mit dem das Fahrzeug angetrieben bzw. fortbewegt wird, wenn das Fluid von einem Motor des Fahrzeugs verbrannt wird, wobei chemische Energie des Fluids in mechanische Energie für das Fahrzeug umgewandelt wird. Durch die beschriebene Ausgestaltung der Wand mit der mindestens einen geneigten und/oder schrägen Sicke wird für das Fahrzeug, bspw. bei einem Verkehrsunfall, der sich auf den Behälter auswirkt, ein Schutzmechanismus bereitgestellt.
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Das bspw. als Erdgas ausgebildete Fluid ist in dem Behälter komprimiert gespeichert und wird über das Ventil zum Motor des Fahrzeugs geleitet. Ein durch eine Form des Behälters bereitgestellter Schutz ist bei unterschiedlichen Kräften wirksam, die aus unterschiedlichen Richtungen auf den Behälter und/oder dessen Ventil wirken. Dies ist bspw. bei einem Seitenaufprall, einem Heckaufprall oder anderen Verkehrsunfällen möglich, die sich auf das Fahrzeug auswirken. Durch die vorgesehene Form der Wand des Behälters ist es möglich, das Ventil vor einer Beschädigung zu schützen, wodurch wiederum ein Ausströmen von Fluid, üblicherweise von Gas, dessen Entzündung und unkontrolliertes Verbrennen, bspw. eine Explosion, vermieden werden kann.
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Durch Anordnung und/oder Ausgestaltung der mindestens einen Sicke in der Wand des Behälters wird für diesen ein gezieltes Deformationsverhalten während des Unfalls bzw. eines Crashes verursacht, wodurch ein Risiko für ein Austreten des Fluids aus dem Behälter deutlich reduziert, ggf. vermieden wird.
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In Ausgestaltung ist die Wand des Behälters bzw. einer entsprechenden Gasflasche mit einer umlaufenden Sicke oder mehreren umlaufenden Sicken versehen, die geometrisch so gestaltet ist bzw. sind, dass sie bei einem bestimmten Niveau der Kraft, die auf den Behälter und/oder das Ventil wirkt, in eine bestimmte Richtung einknickt bzw. einknicken, wobei das Ventil aus einem Gefahrenbereich gezielt ausweichen kann und aufgrund der vorgesehenen Verformung der Wand des Behälters geschützt wird.
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Die mindestens eine Sicke umläuft und/oder umschließt die Sickenachse, die relativ zu der Rotationsachse des Abschnitts der Wand des Behälters unter dem hierfür vorgesehenen, üblicherweise spitzen Winkel schräg und/oder geneigt ist, wobei dieser Winkel größer als 0° und maximal 10°, maximal 15°, maximal 20° oder maximal 30° beträgt. Durch die Form der mindestens einen Sicke wird für das Ventil im Fall der Kollision ein gezieltes Wegknicken in eine bestimmte Richtung realisiert. Eine in Ausgestaltung explizit vorgesehene Form der mindestens einen Sicke wird durch einen Wert des vorgesehenen Winkels und somit einen Grad einer schrägen Neigung der Sickenachse der mindestens einen Sicke relativ zu der Rotationsachse gebildet und/oder gestaltet. Außerdem hängt die Form der mindestens einen Sicke auch von ihrer Profiltiefe innerhalb des Abschnitts der Wand und ihrer Breite innerhalb des Abschnitts der Wand und somit von einer Profilform der mindestens einen Sicke ab. Die mindestens eine Sicke ist bspw. als eine zusammenhängende umlaufende Spirale ausgebildet. Es ist auch möglich, dass die mindestens eine Sicke als geneigter konzentrischer Ring ausgebildet ist, wobei in dem Abschnitt der Wand lediglich eine ringförmige Sicke oder mehrere ringförmige Sicken angeordnet ist bzw. sind. Durch die Form der mindestens einen Sicke wird für den Fall der Kollision ein Mechanismus bereitgestellt, der eine gezielte Verformung des Abschnitts der Wand verursacht, wobei das Ventil aufgrund einer Verformung des Abschnitts der Wand aus einem Gefahrenbereich ausweichen kann. Dabei werden Biege- und Druckbeanspruchungen, die auf den Behälter und/oder das Ventil wirken, in allen Raumrichtungen kompensiert.
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Durch die beschriebene Form des vorgestellten Behälters mit der mindestens einen darin eingebrachten Sicke für das darin zu speichernde bzw. gespeicherte Fluid wird für das Fahrzeug, in dem mindestens ein derartiger Behälter angeordnet ist, bei einem Verkehrsunfall die Sicherheit erhöht. Der bspw. als Gasflasche ausgebildete bzw. zu bezeichnende Behälter umfasst eine als Gasflaschenwand ausgebildete bzw. zu bezeichnende Wand und das Ventil, das gemeinsam mit der Wand des Behälters ein Innenvolumen für das darin zu speichernde Fluid begrenzt, wobei das Ventil innerhalb des gewölbten Endabschnitts bzw. der entsprechenden Polkappe der Wand des Behälters angeordnet ist. Dabei umfasst zumindest die Polkappe bzw. der gewölbte Endabschnitt die mindestens eine schräge Sicke, d. h. lediglich eine schräge Sicke oder mehrere schräge Sicken. In Ausgestaltung weist die Wand des Behälters neben der rotationssymmetrischen Polkappe bzw. dem rotationssymmetrischen Endabschnitt auch mindestens einen üblicherweise zylinderförmigen Abschnitt auf, wobei der zumindest kugelförmige Abschnitt und der zylinderförmige Abschnitt der Wand üblicherweise ineinander fließend übergehen und die Rotationsachse umschließen. Die mindestens eine Sicke ist zumindest in der Polkappe bzw. in dem gewölbten Endabschnitt angeordnet, wobei ein Abschnitt der mindestens einen spiralförmigen Sicke als Kugelspirale und/oder Schraubenlinie ausgebildet bzw. zu bezeichnen ist. Falls die mindestens eine Sicke auch in dem zylinderförmigen Abschnitt der Wand angeordnet ist, ist sie für den Fall, dass sie als Spirale ausgebildet ist, zumindest abschnittsweise als zylinderförmige Spirale ausgebildet bzw. zu bezeichnen.
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Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung schematisch und ausführlich beschrieben.
- 1 zeigt in schematischer Darstellung Beispiele für Gasflaschen, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind.
- 2 zeigt in schematischer Darstellung eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Behälters bei einer Ausführungsform eines Verfahrens.
- Die Figuren werden zusammenhängend und übergreifend beschrieben. Gleichen Bezugszeichen sind dieselben Komponenten zugeordnet.
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1a zeigt zwei Gasflaschen 100a, 100b zum Speichern eines Gases in einem Fahrzeug, wobei jeweils an einem Ende einer Gasflasche 100a, 100b ein Ventil 102a, 102b angeordnet ist. 1b und 1c zeigen jeweils einen Teil einer ersten der beiden Gasflaschen 100a mit dem Ventil 102a. Dabei zeigt 1c zusätzlich einen Pfeil 104, der eine Kraft symbolisiert, die bei einem Verkehrsunfall, bspw. einem Heckaufprall, des Fahrzeugs auf das Ventil 102a wirkt.
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Bei dem Unfall, wie er anhand von 1c verdeutlicht ist, ist es möglich, dass ein weiteres Bauteil des Fahrzeugs mit dem Ventil 102a in Kontakt gerät und dieses beschädigt, wodurch die Gefahr besteht, dass die Gasflasche 100a undicht wird. Hieraus kann für das darin gespeicherte Gas eine Explosionsgefahr bestehen, wodurch wiederum eine Verletzungsgefahr für Insassen des Fahrzeugs resultieren kann.
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Die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Behälters 2 ist in 2a in einem intakten Grundzustand schematisch dargestellt. Dieser Behälter 2 ist zum Bevorraten bzw. Speichern eines Gases als Fluid ausgebildet und in einem Fahrzeug, bspw. Kraftfahrzeug, angeordnet, wobei dieser Behälter 2 entsprechend als Gasflasche ausgebildet sein bzw. bezeichnet werden kann.
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Dieser Behälter 2 weist eine rotationssymmetrische Wand 4 bzw. Wandung auf, die hier einen zylinderförmigen Abschnitt und einen zumindest teilweise kugelförmigen bzw. halbkugelförmigen Abschnitt aufweist, der auch als Polkappe bzw. gewölbter Endabschnitt ausgebildet sein bzw. bezeichnet werden kann, wobei die beiden Abschnitte der Wand 4 hier ineinander fließend übergehen. Außerdem ist für die Wand 4 bzw. für den Behälter 2 eine Rotationsachse 20 bzw. Symmetrieachse vorgesehen, die von den beiden Abschnitten der Wand 4 umschlossen ist. Hierbei ist es möglich, dass an einem Ende des halbkugelförmigen Abschnitts bzw. der Polkappe eine Öffnung zur Aufnahme eines Ventils 6 für das Fluid angeordnet ist, wobei dieses Ventil 6 auf der Rotationsachse 20 liegt, wenn sich der Behälter 6 in dem Grundzustand bzw. in einer Ausgangssituation befindet, wenn der Behälter 2 intakt ist. Das Ventil 6 ist zum Einfüllen eines Fluids, bspw. eines Gases, in dem Behälter 2 ausgebildet, wobei der Behälter 2 durch Ablassen von Fluid über das Ventil 6 auch wieder entleert wird.
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2a zeigt zudem eine Rotationsebene 22 des Behälters 2, die senkrecht zu der Rotationsachse 20 orientiert ist. Außerdem zeigt 2a eine Sickenachse 24, die senkrecht zu einer Sickenebene 26 orientiert ist.
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Die Wand 4 des Behälters 2 weist mehrere Sicken 8a, 8b, 8c, 8d auf, die hier die Sickenachse 24 umschließen, die unter einem Winkel α, bspw. Neigungswinkel, relativ zu der Rotationsachse 20 geneigt bzw. entsprechend schräg angeordnet ist. Eine Projektion sämtlicher Sicken 8a, 8b, 8c, 8d entlang der Sickenachse 24 liegt hier in der Sickenebene 26, die ebenfalls unter dem stumpfen Winkel α relativ zu der Rotationsebene 22 geneigt ist.
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Falls bei einem Betrieb des Fahrzeugs auf das Ventil 6 eine Kraft wirkt, die in 2a durch einen geraden Pfeil 10 angedeutet ist, ergibt sich, dass mindestens eine Sicke 8a, 8b, 8c, 8d in der Wand 4 verformt wird. Hierdurch ergibt sich weiterhin, dass das Ventil 6 seitlich gekippt bzw. weggekippt wird, was in 2b durch einen gebogenen Pfeil 12 angedeutet ist. Durch die schrägen Sicken 8a, 8b, 8c, 8d wird der Behälter 2 zumindest in einem Bereich der Sicken 8a, 8b, 8c, 8d gezielt verformt und die Sicherheit des Ventils 6 verbessert. Das Ventil 6 kann durch Verformung der Sicken gezielt einknicken und einer Gefahrenzone entweichen.
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Der Behälter 2 bzw. dessen Wand 4 weist hier mehrere als Ringe ausgebildete Sicken 8a, 8b, 8c, 8d auf, die hier koaxial zu der Sickenachse 24 hintereinander angeordnet sind. Alternativ weist der Behälter 2 bzw. dessen Wand 4 hier eine einzelne zusammenhängende spiralförmige Sicke auf, die die Sickenachse 24 umschließt. Es ist möglich, eine Form, eine Breite und/oder eine Tiefe mindestens einer Sicke 8a, 8b, 8c, 8d zu verändern.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Behälter
- 4
- Wand
- 6
- Ventil
- 8a, 8b, 8c, 8d
- Sicke
- 10, 12
- Pfeil
- 20
- Rotationsachse
- 22
- Rotationsebene
- 24
- Sickenachse
- 26
- Sickenebene
- 100a, 100b
- Gasflasche
- 102a, 102b
- Ventil
- 104
- Pfeil
