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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Fahrzeuge mit Brennstoffzellen-Antriebsstrang und insbesondere auf verbesserte Trägerbaugruppen für mehrere Brennstoffzellen.
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HINTERGRUND
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Die hier gegebene Beschreibung des technischen Hintergrundes dient dazu, den Kontext der Erfindung allgemein darzustellen. Arbeiten der hier genannten Erfinder, soweit sie in diesem Hintergrundabschnitt beschrieben werden können, sowie Aspekte der Beschreibung, die zum Zeitpunkt der Anmeldung nicht als Stand der Technik gelten, werden weder ausdrücklich noch stillschweigend als Stand der Technik gegenüber der vorliegenden Technologie anerkannt.
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Viele Fahrzeuge sind elektrifizierte Fahrzeuge oder, mit anderen Worten, Fahrzeuge, die einen elektrifizierten Antriebsstrang (EN: powertrain) haben. Das typische elektrifizierte Fahrzeug hat einen mehr oder weniger traditionellen Antrieb (EN: drivetrain). Als Abschnitt des Antriebs umfasst das elektrifizierte Fahrzeug ein oder mehrere Räder sowie ein Getriebe, ein Differential, eine Antriebswelle und dergleichen, mit denen die Räder mechanisch verbunden sind. Anstelle eines Benzin- oder Dieselverbrennungsmotors enthält das elektrifizierte Fahrzeug jedoch einen oder mehrere Elektromotoren. Als Abschnitt des elektrifizierten Antriebsstrangs ist der Antrieb mechanisch mit den Motoren verbunden. In Verbindung mit dem Antrieb können die Motoren die Räder unter Verwendung von elektrischer Energie antreiben. Bei vielen elektrifizierten Fahrzeugen handelt es sich um Brennstoffzellenfahrzeuge (FCVs) oder um elektrifizierte Fahrzeuge, die einen oder mehrere Brennstoffzellenstapel/-baugruppen enthalten. In FCVs können die Brennstoffzellenstapel/-baugruppen die elektrische Energie erzeugen, die von den Motoren zum Antrieb der Räder verwendet wird.
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Aufgrund ihrer Größe und ihres Gewichts haben größere Fahrzeuge, wie z. B. Schwerlastkraftwagen, einen erhöhten Leistungs-/Lastbedarf und benötigen unter Umständen mehrere Brennstoffzellenstapel/-baugruppen für einen sinnvollen Betrieb und zur Realisierung der Kapazität zur Deckung des Energiebedarfs sowie der Kapazität zur Deckung des Antriebsbedarfs.
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Die Brennstoffzellenstapel/-baugruppen können letztlich mit einer Rahmenkomponente des Fahrzeugs verbunden sein. Dementsprechend wäre es wünschenswert, eine verbesserte Baugruppe und ein verbessertes Design bereitzustellen, um mehrere Brennstoffzellenstapel/-baugruppen in einem einzigen Prozess leicht in ein Fahrzeug einzubauen und auszubauen, um die Wartungsfreundlichkeit zu verbessern.
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KURZFASSUNG
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Dieser Abschnitt stellt eine allgemeine Kurzfassung der Erfindung dar und ist keine umfassende Offenbarung ihres vollen Umfangs oder aller ihrer Merkmale.
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In verschiedenen Aspekten stellen die vorliegenden Lehren eine Antriebsstrangträgerbaugruppe für die gemeinsame Montage mehrerer Brennstoffzellenbaugruppen in einem Schwerlastkraftwagen bereit. Die Antriebsstrangträgerbaugruppe hat eine Rahmenstruktur mit einer Vielzahl von miteinander verbundenen Strukturelementen, die eine Trägerplattform bilden. Eine vordere Karosseriebefestigungsplatte ist im Wesentlichen senkrecht zur Rahmenstruktur gekoppelt und erstreckt sich in einem Abstand unterhalb der Trägerplattform. Ein Paar von hinteren Karosseriebefestigungshalterungen ist für die Verbindung mit gegenüberliegenden Seiten eines Fahrgestellrahmens vorgesehen. Mehrere untere Halterungen sind an der Rahmenstruktur befestigt und so konfiguriert, dass sie eine erste Brennstoffzellenbaugruppe unterhalb der Trägerplattform sichern. Mehrere obere Halterungen sind an der Rahmenstruktur befestigt und so konfiguriert, dass sie eine zweite Brennstoffzellenbaugruppe oberhalb der Trägerplattform befestigen.
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In anderen Aspekten stellen die vorliegenden Lehren eine Antriebsstrangträgerbaugruppe zum Nachrüsten mehrerer Brennstoffzellenbaugruppen in einem bereits vorhandenen Motorraum eines Schwerlastkraftwagens bereit. Die Antriebsstrangträgerbaugruppe hat eine Rahmenstruktur mit einer Vielzahl von miteinander verbundenen Strukturelementen. Die Rahmenstruktur definiert einen unteren inneren Hohlraumabschnitt, der so konfiguriert ist, dass er eine erste Brennstoffzellenbaugruppe in einem unteren Bereich der Rahmenstruktur hält. Die Rahmenstruktur definiert auch einen oberen inneren Hohlraumabschnitt, der so konfiguriert ist, dass er eine zweite Brennstoffzellenbaugruppe in einem oberen Bereich der Rahmenstruktur hält. Es ist eine vordere Karosseriebefestigungshalterung vorgesehen, die so konfiguriert ist, dass sie einen vorderen Abschnitt der Antriebsstrangträgerbaugruppe an einem bereits vorhandenen Montage- bzw. Befestigungspunkt an einem Fahrgestellrahmenquerträger des Schwerlastkraftwagens sichert. Ein Paar gegenüberliegender, abgewinkelter hinterer Karosseriebefestigungshalterungen ist vorgesehen, die konfiguriert sind, um einen hinteren Abschnitt der Antriebsstrangträgerbaugruppe an bereits vorhandenen Rahmenträgermotorhalterungen des Schwerlastkraftwagens zu sichern.
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In noch anderen Aspekten stellen die vorliegenden Lehren einen Schwerlastkraftwagen mit elektrischem Antriebsstrang zur Verfügung. Der Schwerlastwagen umfasst einen Fahrgestellrahmen, der mit ersten und zweiten gegenüberliegenden Rahmenlängsträgern versehen ist. Es ist eine Vielzahl von Rahmenquerträgern vorgesehen, die mit den Rahmenlängsträgern verbunden sind. Der Schwerlastkraftwagen verfügt über einen Motorraum, in dem eine erste und eine zweite Brennstoffzellenbaugruppe untergebracht sind. Eine einzelne Antriebsstrangträgerbaugruppe ist für die gleichzeitige Montage oder Demontage mehrerer Brennstoffzellenbaugruppen im oder aus dem Motorraum vorgesehen. Die Trägerbaugruppe kann mit einem Dreipunktbefestigungssystem zur Befestigung an einem Fahrgestellrahmen versehen sein, das einen vorderen und zwei abgewinkelte hintere Befestigungspunkte umfasst. In einem Aspekt umfasst die Trägerbaugruppe eine Rahmenstruktur, die eine Trägerplattform mit unteren Halterungen zur Befestigung einer ersten Brennstoffzellenbaugruppe unterhalb der Trägerplattform und oberen Halterungen zur Befestigung einer zweiten Brennstoffzellenbaugruppe oberhalb der Trägerplattform definiert. In einem anderen Aspekt umfasst die Trägerbaugruppe eine Rahmenstruktur, die untere und obere Hohlraumabschnitte definiert, um jeweils die erste und zweite Brennstoffzellenbaugruppe zu halten.
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Weitere Anwendungsbereiche und verschiedene Verfahren zur Verbesserung der offengelegten Technologie werden aus der hier gegebenen Beschreibung ersichtlich. Die Beschreibung und die spezifischen Beispiele in dieser Kurzfassung dienen nur der Veranschaulichung und sollen den Umfang der vorliegenden Erfindung nicht einschränken.
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Figurenliste
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Die vorliegende Lehre wird aus der detaillierten Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen besser verständlich, hierbei zeigt:
- 1 eine perspektivische Vorderansicht eines Abschnitts eines beispielhaften Schwerlastkraftwagens, die eine Umgebungsansicht einschließlich eines geschlossenen Motorraums zeigt;
- 2 eine isometrische Ansicht einer beispielhaften Antriebsstrangträgerbaugruppe gemäß einem Aspekt der vorliegenden Technologie;
- 3 eine Draufsicht auf die Antriebsstrangträgerbaugruppe von 2;
- 4 eine Seitenansicht der Antriebsstrangträgerbaugruppe von 2;
- 5 die Seitenansicht der Antriebsstrangträgerbaugruppe von 4 einschließlich einer ersten Brennstoffzellenbaugruppe, die unter einer Trägerplattform befestigt ist;
- 6 die Seitenansicht der Antriebsstrangträgerbaugruppe von 5 mit einer zweiten Brennstoffzellenbaugruppe, die oberhalb der Trägerplattform befestigt ist;
- 7 ist eine isometrische Ansicht der in 6 dargestellten Baugruppe;
- 8 die Baugruppe aus den 6 und 7, die an einem Rahmenchassis eines Schwerlastkraftwagens montiert ist;
- 9 eine teilweise Vorderansicht der Baugruppe von 8, die Details der vorderen Karosseriebefestigung an einem Rahmenquerträger des Rahmenchassis zeigt;
- 10 eine isometrische Teilansicht der Baugruppe von 8, die Details der hinteren Karosseriebefestigung an gegenüberliegenden Rahmenschienen des Rahmenchassis zeigt;
- 11 eine isometrische Ansicht einer beispielhaften Antriebsstrangträgerbaugruppe gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Technologie;
- 12 eine Seitenansicht der Antriebsstrangträgerbaugruppe von 11, wobei bestimmte Merkmale aus Gründen der Klarheit der Betrachtung entfernt wurden;
- 13 eine Seitenansicht der Antriebsstrangträgerbaugruppe von 11, in der sich eine erste Brennstoffzellenbaugruppe befindet;
- 14 eine Seitenansicht der Antriebsstrangträgerbaugruppe von 13, die ferner eine zweite Brennstoffzellenbaugruppe enthält, die darin angeordnet ist;
- 15 die Antriebsstrangträgerbaugruppe von 14, einschließlich eines optionalen Abdeckgehäuses, an einer Position, in der sie abgesenkt und in ein Rahmenchassis eines Schwerlastkraftwagens eingebaut werden kann;
- 16 eine Draufsicht auf die Antriebsstrangträgerbaugruppe von 15, die auf dem Rahmenchassis des Schwerlastkraftwagens montiert ist;
- 17 eine Seitenansicht von 16; und
- 18 eine isometrische Teilansicht der Antriebsstrangträgerbaugruppe von 15, die auf dem Rahmenchassis des Schwerlastkraftwagens montiert ist.
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Es ist zu beachten, dass die hier dargestellten Figuren dazu dienen, die allgemeinen Merkmale der Verfahren, Algorithmen und Vorrichtungen der vorliegenden Technologie zum Zwecke der Beschreibung bestimmter Aspekte zu veranschaulichen. Diese Abbildungen geben möglicherweise nicht genau die Merkmale eines bestimmten Aspekts wieder und sind nicht unbedingt dazu gedacht, bestimmte Ausführungsformen im Rahmen dieser Technologie zu definieren oder zu begrenzen. Außerdem können bestimmte Aspekte Merkmale aus einer Kombination von Figuren enthalten.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Die vorliegende Lehre stellt eine einzelne Antriebsstrangträgerbaugruppe für die gleichzeitige Montage oder Demontage mehrerer Brennstoffzellenbaugruppen in oder aus einem Motorraum eines Schwerlastkraftwagens bereit. Die Antriebsstrangträgerbaugruppe kann in neu gebauten/zusammengebauten Schwerlastkraftwagen verwendet werden, oder sie kann in bereits existierende Schwerlastkraftwagen nachgerüstet werden, z. B. als Ersatz für einen Dieselmotor eines Schwerlastkraftwagens. Die Antriebsstrangträgerbaugruppe kann mit einem Dreipunktbefestigungssystem versehen sein, um sie an einem Fahrgestell zu befestigen. Das Dreipunktbefestigungssystem kann einen vorderen und zwei abgewinkelte hintere Befestigungspunkte umfassen, so dass es an bereits vorhandenen Befestigungspunkten des Rahmenchassis befestigt werden kann, z. B. an Befestigungspunkten, die zur Befestigung eines typischen Dieselmotors verwendet werden können. Die Antriebsstrangträgerbaugruppe kann für die Verwendung mit verschiedenen Brennstoffzellenbaugruppen konfiguriert sein, z. B. mit unterschiedlichen Spezifikationen und Leistungsabgaben. Wie im Folgenden näher erläutert wird, umfasst die Antriebsstrangträgerbaugruppe in einem Aspekt eine Rahmenstruktur, die eine Trägerplattform definiert, und mit unteren Halterungen zur Befestigung einer ersten Brennstoffzellenbaugruppe unterhalb der Trägerplattform und oberen Halterungen zur Befestigung einer zweiten Brennstoffzellenbaugruppe oberhalb der Trägerplattform. In einem anderen Aspekt umfasst die Antriebsstrangträgerbaugruppe eine Rahmenstruktur, die untere und obere Hohlraumteile definiert, um die erste und zweite Brennstoffzellenbaugruppe zu halten.
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Genauer gesagt fügt die Antriebsstrangträgerbaugruppe der vorliegenden Technologie die Funktionalität hinzu, die es ermöglicht, mehrere Brennstoffzellenbaugruppen einfach als eine einzige Einheit/Komponente in einem Fahrzeug, wie z. B. einen Schwerlastkraftwagen, zu installieren, um eine effiziente Montage und ein hohes Maß an Wiederholbarkeit zu erreichen. Die vorliegende Technologie nutzt eine hochfeste Stahlstruktur und Halterungen, um mehrere Brennstoffzelleneinheiten und ihre angrenzenden Komponenten zu befestigen. Die Antriebsstrangträgerbaugruppe kann als eine einzige Unterbaugruppe oder ein einziger Prozess am Fahrzeugrahmen befestigt werden, wobei mehrere Brennstoffzellenbaugruppen gemeinsam installiert (oder entfernt) werden, vorzugsweise unter Verwendung von Standardinstallations- (oder -demontage-) Verfahren und Abläufen des Erstausrüsters (OEM).
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Bezugnehmend auf die beiliegenden Zeichnungen ist 1 eine perspektivische Vorderansicht eines Abschnitts eines beispielhaften Fahrzeugs, insbesondere eines Schwerlastkraftwagens 20, und bietet eine Umgebungsansicht eines Sattelaufliegers 22, eines Fahrgastraums 24 und eines vorderen Motorkomponentenbereichs 26, einschließlich eines geschlossenen Motorraums 28. Der Schwerlastkraftwagen 20 ist als eine Sattelzugmaschine oder, mit anderen Worten, als eine Zugmaschine dargestellt, die zusammen mit dem angekoppelten Sattelauflieger 22 einen Sattelzug bildet. Der Sattelauflieger 22 hat ein Äußeres und als Innenraum einen Laderaum zur Aufnahme von Ladung. Der Schwerlastkraftwagen 20 hat eine Außenseite und eine Reihe von Innenabteilen. Der Schwerlastkraftwagen 20 kann unter anderem Sitze und ein Armaturenbrett in seinem Fahrgastraum 24 aufweisen. Zusätzlich zum Fahrgastraum 24 verfügt der Schwerlastkraftwagen 20 über ein Rahmenchassis 30 (Details in 1 nicht speziell dargestellt), das als Unterboden dient und einen Abschnitt der Außenseite bildet. Mit dem Sattelauflieger 22, der an den Schwerlastwagen 20 angekoppelt ist, kann der Schwerlastwagen den Sattelauflieger 22 und jegliche Ladung an Bord ziehen.
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Während die hier gegebenen verschiedenen Zeichnungen und Beschreibungen sich speziell auf einen Schwerlastwagen beziehen, sollte es verstanden werden, dass die vorliegende Technologie auch bei anderen großen Fahrzeugen, wie Bussen, Straßenbahnen, Zügen, Hybriden oder Kombinationen, Militärfahrzeugen, Nutzfahrzeugen, Müllfahrzeugen, Baufahrzeugen, landwirtschaftlichen Fahrzeugen und dergleichen nützlich sein kann. Im Hinblick auf Schwerlastwagen kann dies insbesondere Lastkraftwagen der Klassen 6 bis 8 umfassen. Die Klassifizierung von Lastkraftwagen basiert in der Regel auf dem maximal zulässigen Gesamtgewicht des Lastkraftwagens, wobei in der Regel das zulässige Gesamtgewicht des Fahrzeugs (GVWR) und manchmal auch das zulässige Gesamtgewicht des Anhängers (GTWR) verwendet wird, und kann abhängig vom Rechtsraum variieren. In den Vereinigten Staaten umfasst ein allgemeiner Verweis auf Lastkraftwagen der Klassen 6 bis 8 die von der Federal Highway Administration bezeichneten mittelschweren und schweren Nutzfahrzeuge mit Gewichtsgrenzen von im Allgemeinen etwa 19.501 lbs. [8,85 t] und mehr. In der Europäischen Union können ähnliche Fahrzeuge als Klasse C für Lastkraftwagen (Lkw), D für Busse oder E für größere Anhänger bezeichnet werden.
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Als Fahrzeug mit einem elektrischen Antriebsstrang (EN: powertrain) umfassen die Fahrzeuge, die die vorliegende Technologie nutzen, auch viele andere Komponenten, die hier nicht unbedingt gezeigt werden, aber für den typischen Betrieb erforderlich sein können. Beispielsweise umfasst das Fahrzeug eine Motorbaugruppe, die von dem Rahmenchassis getragen wird, und einen Antrieb (EN: drivetrain), der von dem Rahmenchassis getragen wird. Die Motorbaugruppe kann mehrere Motoren und eine gemeinsame Abtriebskupplung umfassen. Die Motoren können axial integriert sein, damit sie sich gemeinsam drehen können, und die Abtriebskupplung für die Drehung lagern. Der Antrieb kann eine Reihe von Rädern umfassen und ist mechanisch mit der Abtriebskupplung verbunden. Das Fahrzeug kann zusätzlich eine erste Brennstoffzellenbaugruppe, einen ersten Motor, der zur Motorbaugruppe gehört, eine zweite Brennstoffzellenbaugruppe und einen zweiten Motor, der zur Motorbaugruppe gehört, umfassen. Die Brennstoffzellenbaugruppen können zur Erzeugung elektrischer Energie unter Verwendung von Wasserstoff und Sauerstoff als Brennstoff eingesetzt werden. In einem Beispiel kann der erste Motor elektrisch mit der ersten Brennstoffzellenbaugruppe verbunden sein und mit elektrischer Energie aus der ersten Brennstoffzellenbaugruppe drehend betrieben werden, während der zweite Motor elektrisch mit der zweiten Brennstoffzellenbaugruppe verbunden ist und mit elektrischer Energie aus der zweiten Brennstoffzellenbaugruppe drehend betrieben werden kann. Dementsprechend sind der erste Motor und der zweite Motor in der Lage, die Ausgangskupplung anteilig zu drehen und dadurch das zumindest eine Rad zu drehen, indem sie elektrische Energie von der ersten und der zweiten Brennstoffzellenbaugruppe verwenden. In anderen Beispielen kann die Leistung der beiden Brennstoffzellenbaugruppen kombiniert werden, um elektrische Energie für einen oder mehrere Motoren und/oder Hochspannungsbatterien bereitzustellen.
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2 ist eine isometrische Ansicht einer beispielhaften Antriebsstrangträgerbaugruppe 32 gemäß einem Aspekt der vorliegenden Technologie. 3 ist eine Draufsicht auf die Antriebsstrangträgerbaugruppe 32 von 2; und 4 ist eine Seitenansicht der Antriebsstrangträgerbaugruppe 32 von 2. Wie in den 2 bis 4 gezeigt, weist die Antriebsstrangträgerbaugruppe 32 eine Rahmenstruktur 34 auf, die eine Vielzahl miteinander verbundener Strukturelemente enthält, die zusammenwirken können, um eine Trägerplattform 36 zu bilden. Die Trägerplattform bietet eine allgemein ebene und im Wesentlichen horizontale obere und untere Montagefläche 38, 40. In verschiedenen Aspekten können die miteinander verbundenen Strukturelemente der Rahmenstruktur 34 aus einem besonders hochfesten Stahl oder einem ähnlichen hochfesten Material bestehen, das für die Verwendung im Motorraum geeignet ist. Beispielhafte Strukturelemente können ein Paar gegenüberliegender Längsträger 42 und eine Vielzahl von beabstandeten Querträgern 44 umfassen, die mit den gegenüberliegenden Längsträgern 42 verbunden sind. In verschiedenen Aspekten können die Strukturelemente zumindest eine Rahmenplatte 46 umfassen, die mit einem hinteren Abschnitt 48 der Rahmenstruktur 34 verbunden ist und eine Montagefläche 50 für die Befestigung anderer Komponenten definiert.
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In verschiedenen Aspekten kann die Installation der Antriebsstrangträgerbaugruppe 32 die Verwendung eines Dreipunktbefestigungssystems umfassen. Dieses kann eine vordere Befestigung und zwei hintere Befestigungsstellen umfassen. In diesem Zusammenhang kann eine vordere Karosseriebefestigungsplatte 52 vorgesehen sein, die an einem vorderen Abschnitt 54 der Antriebsstrangträgerbaugruppe 32 befestigt ist. Wie in den 2 und 4 am besten dargestellt, kann eine Anzahl zusätzlicher Querträger 56 verwendet werden, um die vordere Karosseriebefestigungsplatte 52 mit der Rahmenstruktur 34 so zu verstreben, zu stützen und zu koppeln, dass sie im Wesentlichen senkrecht zur Rahmenstruktur steht und sich in verschiedenen Aspekten über einen Abstand unterhalb der Trägerplattform 36 erstreckt. Die vordere Karosseriebefestigungsplatte 52 kann als ein einziger Befestigungspunkt verwendet werden und kann mit einem Befestigungsmuster von Öffnungen 58 versehen sein, die so konfiguriert sind, dass sie eine sichere Verbindung mit einer Vielzahl verschiedener OEM-Trägerbefestigungshalterungen (OEM: original equipment manufacturer; Erstausrüster) für die letztendliche Verbindung mit dem Rahmenchassis 30 ermöglichen, wie weiter unten in Bezug auf 9 näher erläutert. Die Antriebsstrangträgerbaugruppe 32 kann zusätzlich ein Paar hintere Karosseriebefestigungshalterungen 60 für die endgültige Verbindung mit den gegenüberliegenden Rahmenschienen des Rahmenchassis 30 umfassen, wie nachstehend in Bezug auf 10 näher erläutert wird. Diese hinteren Befestigungspunkte sind im Allgemeinen symmetrisch. In verschiedenen Aspekten können die hinteren Karosseriebefestigungshalterungen 60 in Bezug auf die im Allgemeinen ebenen und im Wesentlichen horizontalen oberen und unteren Montageflächen 38, 40 (2 und 4) abgewinkelt sein. Die hinteren Befestigungshalterungen können Teil eines hinteren Querträgers 44 sein oder in diesen integriert sein. Zur Kopplung und Befestigung der Brennstoffzellenbaugruppen an den jeweiligen oberen und unteren Montageflächen 38, 40 der Trägerplattform 36 können verschiedene Montagehalterungen und Befestigungsmittel verwendet werden. Wie in den 2 bis 4 dargestellt, können in einem Aspekt mehrere untere Halterungen 62 vorgesehen sein, die an der Rahmenstruktur 34, z. B. an den gegenüberliegenden Längsträgern 42, befestigt sind und so konfiguriert sind, dass sie eine erste Brennstoffzellenbaugruppe 64 sichern, die sich in einem Abstand unterhalb der Trägerplattform 36 erstreckt. Mehrere obere Halterungen 66 können an der Rahmenstruktur 34 befestigt sein, zum Beispiel an den gegenüberliegenden Längsträgern 42, und sind so konfiguriert, dass sie eine zweite Brennstoffzellenbaugruppe 68 befestigen, die sich in einem Abstand oberhalb der Trägerplattform 36 erstreckt.
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5 zeigt die Seitenansicht der Antriebsstrangträgerbaugruppe von 4 mit einer ersten Brennstoffzellenbaugruppe 64, die unterhalb der Trägerplattform 36 befestigt ist. 6 zeigt die Seitenansicht der Antriebsstrangträgerbaugruppe von 5, die außerdem eine zweite Brennstoffzellenbaugruppe 68 enthält, die oberhalb der Trägerplattform 36 befestigt ist. 7 ist eine isometrische Ansicht der in 6 dargestellten Baugruppe, die auch als Mehrfach-Brennstoffzellen-Bausatz bezeichnet werden kann. Die erste und die zweite Brennstoffzellenbaugruppe 64, 68 können verschiedene eigene Rahmenteile umfassen, die an den unteren und oberen Halterungen 62, 66 der Antriebsstrangträgerbaugruppe 32 befestigt werden können.
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Der hier verwendete Begriff „Brennstoffzellenbaugruppe“ ist nicht einschränkend gemeint und bezieht sich im Allgemeinen auf eine modulare Art von Baugruppe, Bausatz oder Gruppierung von Hauptkomponenten und peripheren Komponenten für den Betrieb eines Brennstoffzellenstapels zur Stromerzeugung. Dies kann beispielsweise eine Vielzahl von einzelnen Brennstoffzellen umfassen, die in einem Gehäuse untergebracht sind und verschiedene Komponenten wie Ein- und Auslässe, Flüssigkeitskreisläufe, Heizungen, Kühler, Wärmetauscher, Befeuchter, Schläuche, Anschlussventile, Kupplungen, Pumpen, Gebläse, Filter, Anschlusskästen, elektrische Komponenten, Sensoren usw. enthalten. Für den einfachen Anschluss an andere Fahrzeugsysteme, einschließlich elektrischer Systeme, Kraftstoffsysteme, Kühlsysteme usw., können verschiedene Schnellanschlussarten vorgesehen werden. Während verschiedene Aspekte der Antriebsstrangträgerbaugruppen in den Zeichnungen mit einer oder zwei Brennstoffzellenbaugruppen dargestellt sind, können auch zusätzliche Brennstoffzellenbaugruppen verwendet werden, je nach Design und Leistungsanforderungen. Darüber hinaus ist vorgesehen, dass mehr als eine Antriebsstrangträgerbaugruppe in einem einzigen Fahrzeug verwendet werden kann.
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8 zeigt die Baugruppe der 6 und 7, die an einem Rahmenchassis 30 eines Schwerlastkraftwagens montiert ist. In verschiedenen Aspekten kann ein Dreipunkthebesystem verwendet werden, um die Antriebsstrangträgerbaugruppe 32, die mit den Brennstoffzellenbaugruppen beladen ist, vor Abschluss des Installationsvorgangs an den geeigneten Ort zu bewegen, wo sie mit den Fahrgestellrahmenkomponenten des Schwerlastkraftwagens verbunden wird, insbesondere mit gegenüberliegenden Rahmenschienen 74 und einem vorderen Rahmenquerträger 76, der sich zwischen den beiden gegenüberliegenden Rahmenschienen 74 erstreckt. In diesem Zusammenhang kann die Rahmenstruktur 34 ein Paar Hebeverbindungshalter 70 umfassen, die mit einem hinteren Abschnitt 48 der Rahmenstruktur 34 verbunden sind. Ein dritter Hebeverbindungshalter 72 kann an einer oberen Stelle der zweiten Brennstoffzelleneinheit 68 vorgesehen werden.
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9 ist eine teilweise Vorderansicht der Baugruppe von 8, die Details der vorderen Karosseriebefestigungsplatte 52 zeigt, die an einem vorderen Rahmenquerträger 76 des Rahmenchassis 30 befestigt ist. Bei verschiedenen Arten und Ausführungen von Strukturen, die die Brennstoffzellenbaugruppen definieren, kann in Kombination mit der Verwendung mit verschiedenen Fahrzeugrahmenkonstruktionen eine kundenspezifische Trägerbefestigungshalterung 78 verwendet werden, die mit der vorderen Karosseriebefestigungsplatte 52 verbunden ist, wobei die Trägerbefestigungshalterung 78 so konfiguriert ist, dass sie letztendlich den vorderen Abschnitt der Antriebsstrangträgerbaugruppe 32 an der Rahmenkomponente des Schwerlastkraftwagens befestigt. In verschiedenen Aspekten kann die Rahmenkomponente ein vorderer Rahmenquerträger 76 des Rahmenchassis 30 mit einem bereits vorhandenen Befestigungspunkt sein. Bei dem Befestigungspunkt kann es sich beispielsweise um einen Befestigungspunkt handeln, der zuvor für einen Dieselmotor verwendet wurde. In dieser Hinsicht kann die Antriebsstrangträgerbaugruppe leichter mit einem neuen Antriebsstrang nachgerüstet werden. In verschiedenen Aspekten kann zumindest ein Isolatorbauteil 80 vorgesehen sein, das zwischen der Trägerbefestigungshalterung 78 und dem Befestigungspunkt oder dem Rahmenbauteil 76 angeordnet ist.
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10 ist eine isometrische Teilansicht der Baugruppe von 8, die Details der hinteren Karosseriebefestigung an gegenüberliegenden Rahmenschienen 74 des Rahmenchassis 30 zeigt. Wie in 10 gezeigt, befestigt das Paar von abgewinkelten hinteren Karosseriebefestigungshalterungen 60 den hinteren Abschnitt 48 der Rahmenstruktur 34 an abgewinkelten Rahmenträgermotorhalterungen 82, die sich von den gegenüberliegenden Rahmenschienen 74 erstrecken. Bei verschiedenen Aspekten handelt es sich bei den Rahmenträgermotorhalterungen 82 um bereits vorhandene Befestigungspunkte, die z. B. mit einem Dieselmotor verwendet worden sein können. Zwischen den abgewinkelten hinteren Karosseriebefestigungshalterungen 60 und den abgewinkelten Rahmenträgermotorhalterungen 82 kann zumindest ein Isolatorbauteil 80 vorgesehen sein. In bestimmten anderen Ausführungsformen, in denen die Verpackungsanordnungen es zulassen, kann es erwünscht sein, alternativ zu oder zusätzlich zu der Verwendung der abgewinkelten Rahmenträgermotorhalterungen 82, zumindest einen Abschnitt des hinteren Korpus des Antriebsstrangs an einen Rahmenquerträger des Fahrgestells zu koppeln.
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11 ist eine isometrische Ansicht einer anderen beispielhaften Antriebsstrangträgerbaugruppe 90 gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Technologie. 12 ist eine Seitenansicht der Antriebsstrangträgerbaugruppe 90 von 11, wobei bestimmte Merkmale aus Gründen der Klarheit bei der Betrachtung der Baugruppe entfernt wurden. Die Antriebsstrangträgerbaugruppe 90 dieses Aspekts ähnelt der Antriebsstrangträgerbaugruppe 32 der 2 bis 10 im Hinblick auf die Möglichkeit, mehrere Brennstoffzellenbaugruppen in einem bereits vorhandenen Motorraum eines Schwerlastkraftwagens mit einem einzigen Fertigungsinstallationsprozess nachzurüsten. Wie in den 11 und 12 gezeigt, hat die Antriebsstrangträgerbaugruppe 90 eine Rahmenstruktur mit einer Vielzahl von miteinander verbundenen Strukturelementen. Die miteinander verbundenen Strukturelemente können beispielsweise verschiedene Rahmenschienen 92 und Querträger 94 umfassen, die letztlich einen unteren inneren Hohlraumabschnitt 96 definieren, der so konfiguriert ist, dass er eine erste Brennstoffzellenbaugruppe 98 in einem unteren Bereich der Rahmenstruktur hält, die mit zumindest einer Halterung 95 auf jeder Seite verbunden ist. Die verschiedenen Rahmenschienen 92 und Querträger 94 definieren auch einen oberen inneren Hohlraumabschnitt 100, der so gestaltet ist, dass er eine zweite Brennstoffzellenbaugruppe 102 in einem oberen Bereich der Rahmenstruktur aufnimmt, die mit zumindest einer Halterung 97 auf jeder Seite verbunden ist. Die miteinander verbundenen Strukturelemente der Rahmenstruktur können aus hochfestem Stahl oder anderen hochfesten Materialien bestehen, und der bereits vorhandene Motorraum kann zuvor einen Dieselmotor enthalten haben, der zum Beispiel einen Schwerlastwagen der Klasse 6-8 antreibt.
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Die Antriebsstrangträgerbaugruppe 90 kann ein Dreipunktbefestigungssystem verwenden, wie oben beschrieben, wobei diese Konstruktion zumindest eine vordere Karosseriebefestigungshalterung 104 umfasst, die so konfiguriert ist, dass sie letztlich einen vorderen Abschnitt 108 der Antriebsstrangträgerbaugruppe 90 an einem bereits vorhandenen Befestigungspunkt an einem Fahrgestellrahmenquerträger des Schwerlastkraftwagens befestigt. Beispielsweise kann die Befestigungshalterung 104 direkt mechanisch an einem vorderen Rahmenquerträger befestigt, d.h. verschraubt werden. Diese Art der Verbindung kann im Allgemeinen analog zur Verbindung der vorderen Karosseriebefestigungsplatte 52 sein, wie in 9 gezeigt. Diese Art der Verbindung kann mehr Flexibilität bei der Kopplung mit verschiedenen Fahrzeugtypen bieten.
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Die Antriebsstrangträgerbaugruppe 90 kann ein Paar gegenüberliegender, abgewinkelter Befestigungshalterungen 106 für die hintere Karosserie umfassen, die so konfiguriert sind, dass sie einen hinteren Abschnitt 110 der Antriebsstrangträgerbaugruppe 90 an bereits vorhandenen Rahmenträgermotorhalterungen des Schwerlastkraftwagens befestigen, ähnlich wie in 10 beschrieben, mit optionalen Isolatorkomponenten. Ähnlich wie beim ersten Aspekt kann ein Dreipunkthebesystem verwendet werden, um die mit den Brennstoffzelleneinheiten beladene Antriebsstrangträgerbaugruppe 90 vor Abschluss des Installationsvorgangs an den geeigneten Ort zu bewegen, wo sie mit den Fahrgestellrahmenkomponenten des Schwerlastkraftwagens verbunden wird. In diesem Zusammenhang kann die Rahmenstruktur ein Paar Hebeverbindungshalter 112 umfassen, die mit einem oberen hinteren Abschnitt 110 der Rahmenstruktur verbunden sind. Ein dritter Hebeverbindungshalter 114 kann an einem oberen vorderen Abschnitt der Rahmenstruktur vorgesehen sein.
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13 ist eine Seitenansicht der Antriebsstrangträgerbaugruppe von 11, wobei sich eine erste Brennstoffzellenbaugruppe 98 im unteren Hohlraum 96 befindet. 14 ist eine Seitenansicht der Antriebsstrangträgerbaugruppe von 13 mit einer zweiten Brennstoffzellenbaugruppe 102, die sich im oberen Hohlraum 100 befindet, was als kompletter Brennstoffzellenbausatz 111 bezeichnet werden kann.
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15 zeigt die Antriebsstrangträgerbaugruppe von 14, die mit den Brennstoffzellenbaugruppen 98, 102 gekoppelt ist und ein optionales Abdeckgehäuse 116 enthält, das sich in einer Position befindet, in der es abgesenkt und in ein Rahmenchassis 118 eines Schwerlastkraftwagens eingebaut werden kann. Beispielsweise kann der vordere Abschnitt 108 an einem Rahmenquerträger 124 (16, 18) befestigt werden, ähnlich wie in 9 dargestellt, und das Paar abgewinkelter hinterer Karosseriebefestigungshalterungen 106 sichert den hinteren Abschnitt 110 der Rahmenstruktur an abgewinkelten Rahmenträgermotorhalterungen 122 (am besten in 16 dargestellt), die sich von den gegenüberliegenden Rahmenschienen 120 des Rahmenchassis 118 erstrecken. Rahmenisolierungskomponenten können wie oben beschrieben vorgesehen werden. Das optionale Abdeckungsgehäuse 116 kann verwendet werden, um die Brennstoffzellen zusätzlich zu schützen, und bietet außerdem einen Bereich für die Anbringung von Peripheriekomponenten, wie z. B. einem Luftfilter, Elektrokästen, einer Batterie und dergleichen. In verschiedenen Aspekten kann dies als dauerhafte Abdeckung zum Schutz vor den Elementen und unberechtigtem Zugriff verwendet werden.
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16 ist eine Draufsicht auf die Antriebsstrangträgerbaugruppe von 15, die auf dem Rahmenchassis 118 des Schwerlastkraftwagens montiert ist; und 17 ist eine Seitenansicht von 16. 18 ist eine isometrische Teilansicht der Antriebsstrangträgerbaugruppe von 15, die am Rahmenchassis 118 des Schwerlastkraftwagens montiert ist, ohne das Abdeckgehäuse 116.
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Die vorangehende Beschreibung ist lediglich illustrativ und soll in keiner Weise die Erfindung, ihre Anwendung oder Verwendung einschränken. Wie hierin verwendet, sollte der Ausdruck zumindest eines von A, B und C so ausgelegt werden, dass er ein logisches (A oder B oder C) bedeutet, wobei ein nicht-ausschließendes logisches „oder“ verwendet wird. Es versteht sich, dass die verschiedenen Schritte innerhalb eines Verfahrens in unterschiedlicher Reihenfolge ausgeführt werden können, ohne die Grundsätze der vorliegenden Erfindung zu verändern. Die Offenlegung von Bereichen umfasst die Offenlegung aller Bereiche und unterteilter Bereiche innerhalb des gesamten Bereichs.
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Die hier verwendeten Überschriften (wie z. B. „Hintergrund“ und „Kurzfassung“) und Unterüberschriften dienen nur der allgemeinen Gliederung von Themen innerhalb der vorliegenden Offenbarung und sollen die Offenbarung der Technologie oder eines ihrer Aspekte nicht einschränken. Die Erwähnung mehrerer Ausführungsformen mit den angegebenen Merkmalen soll andere Ausführungsformen mit zusätzlichen Merkmalen oder andere Ausführungsformen mit anderen Kombinationen der angegebenen Merkmale nicht ausschließen.
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Wie hierin verwendet, sind die Begriffe „aufweisen“ und „umfassen“ und ihre Varianten nicht einschränkend zu verstehen, so dass die Aufzählung von Elementen in einer Folge oder einer Liste nicht den Ausschluss anderer ähnlicher Elemente bedeutet, die in den Vorrichtungen und Verfahren dieser Technologie ebenfalls nützlich sein können. Ebenso sind die Begriffe „kann“ und „darf“ und ihre Varianten nicht einschränkend zu verstehen, so dass die Erwähnung, dass eine Ausführungsform bestimmte Elemente oder Merkmale umfassen kann oder darf, andere Ausführungsformen der vorliegenden Technologie, die diese Elemente oder Merkmale nicht enthalten, nicht ausschließt.
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Die umfassenden Lehren der vorliegenden Erfindung können in einer Vielzahl von Formen umgesetzt werden. Obwohl diese Offenbarung bestimmte Beispiele enthält, sollte der wahre Umfang der Erfindung nicht so eingeschränkt werden, da andere Modifikationen für den Fachmann nach einem Studium der Beschreibung und der folgenden Ansprüche offensichtlich werden. Die Bezugnahme auf einen Aspekt oder verschiedene Aspekte bedeutet, dass ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur oder eine Eigenschaft, das/die in Verbindung mit einer Ausführungsform oder einem bestimmten System beschrieben wird, in zumindest einer Ausführungsform oder einem Aspekt enthalten ist. Die Formulierung „in einem Aspekt“ (oder Variationen davon) bezieht sich nicht unbedingt auf denselben Aspekt oder dieselbe Ausführungsform. Es sollte auch verstanden werden, dass die verschiedenen hier erörterten Verfahrensschritte nicht in der gleichen Reihenfolge wie dargestellt ausgeführt werden müssen, und nicht jeder Verfahrensschritt ist in jedem Aspekt oder jeder Ausführungsform erforderlich.
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Die vorangehende Beschreibung der Ausführungsformen dient der Veranschaulichung und Beschreibung. Sie soll nicht erschöpfend sein oder die Erfindung einschränken. Einzelne Elemente oder Merkmale einer bestimmten Ausführungsform sind im Allgemeinen nicht auf diese bestimmte Ausführungsform beschränkt, sondern sind gegebenenfalls austauschbar und können in einer ausgewählten Ausführungsform verwendet werden, auch wenn sie nicht speziell gezeigt oder beschrieben sind. Dieselben können auch in vielerlei Hinsicht variiert werden. Solche Variationen sollten nicht als Abweichung von der Erfindung angesehen werden, und alle derartigen Modifikationen gelten als vom Umfang der Erfindung umfasst.
