DE202012102721U1

DE202012102721U1 - Druckluftbehälter zum Einsatz in Fahrzeugen, insbesondere in Nutzfahrzeugen

Info

Publication number: DE202012102721U1
Application number: DE202012102721U
Authority: DE
Original assignee: FRAUENTHAL DEUTSCHLAND GmbH
Current assignee: Frauenthal Automotive Elterlein GmbH
Priority date: 2012-07-20
Filing date: 2012-07-20
Publication date: 2013-10-21
Anticipated expiration: 2022-07-21

Abstract

Druckluftbehälter zum Einsatz in Fahrzeugen, insbesondere in Nutzfahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckluftbehälter in Form eines 4-Kant Hohlprofils ausgebildet ist und ein Strukturbauteil des Fahrzeuges bildet oder zumindest teilweise ersetzt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckluftbehälter zum Einsatz in Fahrzeugen, insbesondere in Nutzfahrzeugen wie Trailern, LKWs, Bussen usw..
In Fahrzeugen, insbesondere in Nutzfahrzeugen wie Trailern, LKWs und Zugfahrzeugen, kommen viele Profile als Fahrzeugabschluss, als Träger für Kennzeichen und Beleuchtung, als Unterfahrschutz usw. zur Anwendung. Zusätzlich sind beispielsweise Airtanks (Druckluftbehälter) für Bremsanlagen und andere Anwendungen in derartigen Fahrzeugen erforderlich.
Es sind bereits Lösungen bekannt, bei welchen Strukturbauteile als Druckluftbehälter verwendet werden.
Aus der Patentschrift DD 263 266 A1 ist es bekannt, einen Ölbehälter einer mobilen Arbeitsmaschine in einem Zentralträger und einen Druckluftbehälter in einem Querträger des Maschinenhauptrahmens auszubilden. Die Querträger, welche als Druckluftbehälter dienen, weisen einen kreisförmigen Querschnitt und der Zentralträger einen rechteckigen Querschnitt auf. Über die weitere konstruktive Ausgestaltung und die Materialauswahl wird keine Aussage getroffen.
Eine Unterfahrschutzeinrichtung, die gleichzeitig als Druckluftvorratsbehälter für eine Bremse ausgebildet ist, wird in DE 30 29 240 C2 beschrieben. Der Unterfahrschutz besteht dabei jeweils aus unterhalb des Fahrzeugaufbaues verlaufenden an sich bekannten Trägern in Form von langgestreckten endseitig verschlossenen Rohren, die über verformbare Streben am Fahrzeugrahmen befestigt sind. Die Rohre bestehen aus einem dickwandigen Material und weisen ebenfalls einen kreisförmigen Querschnitt auf. Über die weitere konstruktive Ausgestaltung und die Materialauswahl wird keine Aussage getroffen.
Die Druckschrift DE 10 2006 019 014 A1 betrifft Speichermodule für hoch komprimierte fluidische Kraftstoffe, die an Fahrzeugen, insbesondere an den verschiedensten Straßenfahrzeugen, eingesetzt werden können. Das Speichermodul ist dabei als tragendes Element einer Fahrzeugkarosserie (selbsttragende Bauweise ohne Rahmen) oder einer Rahmenstruktur eines Fahrzeugs ausgebildet und mit weiteren tragenden Elementen des jeweiligen Fahrzeugs verbunden. Es kann ein bevorzugt metallischer Druckbehälter oder ein geeigneter Kunststoffbehälter den Kraftstoff aufnehmen, der außen mit einem faserverstärktem Polymer beschichtet oder von einer solchen Umhüllung umschlossen oder umgeben ist. Der den Kraftstoff aufnehmende Druckbehälter weist einen kreisförmigen Querschnitt auf.
Ein Kraftfahrzeug mit einem Druckspeicher, der zum Aufnehmen von komprimierter Zuluft, die der Verbrennungskraftmaschine zuführbar ist, ausgelegt ist, wobei der Druckspeicher als integraler Bestandteil der Karosserie ausgebildet ist, ist aus DE 10 2008 057 544 A1 bekannt. Dabei kann die Karosserie ein Hohlprofil, wie einen Schweller, eine A-Säule, eine B-Säule und/oder eine C-Säule aufweisen, die den Druckspeicher ausbildend ausgeformt ist. Auf diese Weise soll auf ein zusätzliches Behältersystem verzichtet werden, wodurch der Bauraum im Motorraum des Kraftfahrzeuges nicht unnötig reduziert wird. Über den Werkstoff und den Querschnitt des Druckspeichers findet man in dieser Druckschrift keine Aussage. Die vorgenannten Karosserieelemente weisen jedoch nicht die erforderliche Dichtheit auf und halten hohen Drücken nicht stand, da die Blechdicke zu gering ist. Würde eine größere Blechdicke gewählt, wäre die Umformbarkeit zur Herstellung der Schweller, A-Säule, B-Säule bzw. C-Säule eingeschränkt.
Üblicher Weise besitzen die in die Fahrzeuge integrierten Drucklufttanks einen runden Querschnitt, der preisintensiv ist und nicht einfach in die Fahrzeugstruktur integriert werden kann.
Die Druckschrift DE 29824068U1 beschreibt ein Halbzeug, in Form von insbesondere nahtlosem Stahlrohr mit rundem, rechteckigem oder quadratischem Querschnitt, aus welchem beispielsweise ein Druckbehälter herstellbar ist, oder in Form von Blech zur Herstellung von Hohlprofilen in geschweißter Form. Es erfolgt insbesondere daraus die Herstellung von Reaktionsbehältern für Airbagsysteme oder die Fertigung von Konstruktionsbauteilen für den Fahrzeugbau wie Türverstärkungen, Stabilisatoren oder Achsen.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen einfach und preisgünstig in das Fahrzeug zu integrierenden Druckluftbehälter zu entwickeln.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der zum Einsatz in Fahrzeugen, insbesondere in Nutzfahrzeugen, vorgesehene Druckluftbehälter auf Basis eines 4-Kant Hohlprofils gefertigt ist und ein Strukturbauteil des Fahrzeuges bildet oder zumindest teilweise ersetzt.
Der Druckluftbehälter und damit das Strukturbauteil des Fahrzeuges wird bevorzugt auf der Basis eines handelsüblichen längsnahtgeschweißten 4-Kant Hohlprofils hergestellt, welches insbesondere geschweißt ist.
Dabei kann das 4-Kant Hohlprofil aus einem gebogenen und längsnahtgeschweißten Blech oder aus zwei miteinander längsnahtgeschweißten U-Profilen oder aus zwei miteinander längsnahtgeschweißten L-Profilen oder aus anderen zusammengesetzen Profilelementen (U-Profil und Blech) gebildet werden, auch im Zusammenwirken mit angrenzenden Bauteilen des Fahrzeuges.
Bevorzugt ist das 4-Kant Hohlprofil mittels Schmelzschweißen oder Strahlschweißen längsnahtgeschweißt und besteht beispielsweise aus Stahl (vorzugsweise Baustahl) oder Aluminium.
Je nach dem gewählten Werkstoff und den erforderlichen Drücken weist das das 4-Kant Hohlprofil eine Wandstärke in der Größenordnung von 1,5 mm bis 6 mm auf. Bei Stahl liegt die Wanddicke beispielsweise zwischen 1,5 und 3,5 mm und bei Aluminium zwischen 3 und 6 mm. Es können jedoch auch andere Wanddicken vorteilhaft sein.
Zur Bildung des Druckbehälters ist das 4-Kant Hohlprofil an beiden Enden verschlossen, beispielsweise ein- oder beidseitig durch ein Abschlussblech oder ein- oder beidseitig durch ein angrenzendes anderes Bauteil des Fahrzeuges. Die Wandstärke und das Material des Abschlussbleches und/oder des angrenzenden Bauteils sollte zumindest der Wandstärke und/oder dem Material des 4-Kant Hohlprofils und entsprechen.
Das Abschlussblech und/oder das angrenzende Bauteil sind vorzugsweise mit dem 4-Kant Hohlprofil verschweißt, insbesondere durch Schmelzschweißen oder Strahlschweißen.
Weiterhin ist der Druckluftbehälter im Bereich des 4-Kant Hohlprofils und/oder im Bereich eines oder beider Abschlussbleche mit Anschlussstutzen und im Bereich der Anschlussstutzen mit Durchgangsbohrungen versehen, die angeschweißt sind (bevorzugt durch Schmelzschweißen oder Strahlschweißen).
Als Schmelzschweißen findet bevorzugt das MAG-Schweißen und als Strahlschweißen das Laserschweißen Anwendung.
Der Druckbehälter wird zumindest teilweise für zumindest eines der nachfolgenden Strukturbauteile im Fahrzeug eingesetzt:

– im Bereich von einem Längsträger eines Fahrzeuges als Platzsparer oder zur Verstärkung des Profils des Längsträgers und damit Reduzierung des vorhandenen Profils (Höhe, Materialstärke, etc.),
– als seitlicher Abstreifschutz oder Unterfahrschutz,
– im Quereinbau als Querträger oder im Bereich von einem Querträger zur Anpassung an die räumlichen Gegebenheiten und Ausnutzung der Gesamtbreite,
– im oberen Bereich des Rammschutzes, demnach unter dem Ladeboden und damit außerhalb einer Unfallgefahr,
– im Bereich der Auflage- bzw. Ladefläche, usw.

Einsetzbar ist der Druckluftbehälter beispielsweise für die Bremsanlage, die Druckluftfederung, pneumatisch betätigbare Aufbauteile, für die Sitz- und/oder Fahrerhausfederung.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung kann ein äußerst kostengünstiger Druckluftbehälter (Airtank) zur Verfügung gestellt werden, der gleichzeitig als Strukturbauteil eines Fahrzeuges einsetzbar ist und damit andere Strukturbauteile (z. B. Rahmenteile) vollständig oder teilweise ersetzt.
Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 die Einzelteile des Druckluftbehälters,
2 den Querschnitt eines Druckbehälters, der aus zwei U-Profilen zusammengesetzt ist,
3 den Querschnitt eines Druckbehälters, der aus einem U-Profil und einem Blech zusammengesetzt ist,
4 den Querschnitt eines Druckbehälters, der aus zwei L-Profilen zusammengesetzt ist.
In 1 sind die Einzelteile des Druckluftbehälters dargestellt. Dies sind ein 4-Kant Hohlprofil 1 (Längsschnitt) mit einem hier quadratischen Querschnitt, wodurch 4 Seitenflächen 1.1 gebildet werden. In die hier oben liegende Seitenfläche 1.1 wurden drei Bohrungen 1.2 eingebracht. Im Bereich jeder Bohrungen 1.2 wird ein Anschlussstutzen 2 vorgesehen. Jedem offenen Ende 1.3 des 4-Kant Hohlprofils 1 ist ein Abschlussblech 3 (hier im Schnitt dargestellt) zugeordnet.
Die Anschlussstutzen 2 (Gewindestutzen mit Innengewinde) werden im Bereich der Bohrungen 1.2 mit dem 4-Kant Hohlprofil 1 verschweißt. Weiterhin wird jedes offene Ende 1.3 des 4-Kant Hohlprofils 1 mit einem Abschlussblech 3 verschweißt und dadurch der in 2 dargestellte Druckluftbehälter D hergestellt. Alle Schweißungen erfolgen bevorzugt mittels MAG-Schweißen, Laserschweißen oder einem anderen geeigneten Schweißverfahren. Abschließend erfolgt das Beschichten des Druckbehälters D.
Das 4-Kant Hohlprofil 1, die Anschlussstutzen 2 und die Abschlussbleche 3 bestehen bevorzugt aus Baustahl oder Aluminium. Die Wandstärke des 4-Kant Hohlprofils 1 und der Abschlussbleche 3 beträgt insbesondere bei der Verwendung von Baustahl 3 mm.
Es wurde überraschender Weise festgestellt, dass im Gegensatz zu den Berechnungen mit der Finiten Elemente Methode, bei welcher das Bersten des Behälters angezeigt wurde, bei der normalen Druckprüfung mit 24 bar Prüfdruck keine Verformungen an den Abschlussblechen und keine Undichtheit zu verzeichnen waren. Mit dieser Ausführung konnte somit die notwendige Maßhaltigkeit bei den Serienprüfungen mit 6 und 24 bar eingehalten werden.
Aus den 2 bis 4 gehen einige Varianten hervor, bei welchen das 4-Kant Hohlprofil aus miteinander verbundenen Einzelprofilen gebildet wird. Nach 2 sind dies zwei U-Profile 4, deren parallele Seiten 5 aufeinander zuweisen und an den Stoßflächen miteinander verschweißt sind.
3 zeigt den Querschnitt eines Druckbehälters, der aus einem U-Profil 4 und einem Blech 6 zusammengesetzt ist. Das Blech 6 liegt an den Seiten 6 des U-Profils 4 an und wird ebenfalls mit diesen verschweißt.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, das 4-Kant Hohlprofil gemäß 4 aus zwei L-Profilen 7 zusammenzusetzen, welche jeweils einen Schenkel 7 und 8 aufweisen. Die Enden der Schenkel 8. 9 der beiden 1-Profile grenzen aneinander an und werden ebenfalls verschweißt. Durch unterschiedliche Schenkellängen der Schenkel 8 und 9 wird hier ein rechteckiger Querschnitt erzeugt und bei gleichen Schenkellängen ein quadratischer Querschnitt (nicht dargestellt).
Die Schweißnähte S sind in den 2 bis 4 fett hervorgehoben.
Insbesondere bei den Varianten gemäß der 3 und 4 wird eine hohe Druckfestigkeit des Behälters gewährleistet, da sich die Schweißnähte S in den Eckbereichen befinden.
Durch die Verwendung von miteinander verbundenen Einzelprofilen wird eine preisgünstige Herstellung eines Druckbehälters möglich.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DD 263266 A1 [0004]
DE 3029240 C2 [0005]
DE 102006019014 A1 [0006]
DE 102008057544 A1 [0007]
DE 29824068 U1 [0009]

Claims

Druckluftbehälter zum Einsatz in Fahrzeugen, insbesondere in Nutzfahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckluftbehälter in Form eines 4-Kant Hohlprofils ausgebildet ist und ein Strukturbauteil des Fahrzeuges bildet oder zumindest teilweise ersetzt.
Druckluftbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckluftbehälter und damit das Strukturbauteil des Fahrzeuges aus handelsüblichem längsnahtgeschweißten 4-Kant Hohlprofil besteht.
Druckluftbehälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das 4-Kant Hohlprofil geschweißt ist.
Druckluftbehälter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das 4-Kant Hohlprofil aus miteinander verbundenen Einzelprofilen gebildet wird.
Druckluftbehälter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das 4-Kant Hohlprofil aus miteinander verbundenen Einzelprofilen. – aus einem gebogenen und längsnahtgeschweißten Blech oder – aus zwei miteinander längsnahtgeschweißten U-Profilen oder – aus zwei miteinander längsnahtgeschweißten L-Profilen gebildet wird.
Druckluftbehälter nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das 4-Kant Hohlprofil mittels Schmelzschweißen oder Strahlschweißen längsnahtgeschweißt ist.
Druckluftbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das 4-Kant Hohlprofil aus Baustahl oder Aluminium besteht.
Druckluftbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das 4-Kant Hohlprofil eine Wandstärke in der Größenordnung von 1,5 mm bis 6 mm aufweist.
Druckluftbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das 4-Kant Hohlprofil zur Bildung des Druckluftbehälters an beiden Enden verschlossen ist.
Druckluftbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das 4-Kant Hohlprofil endseitig durch ein Abschlussblech oder ein angrenzendes anderes Bauteil des Fahrzeuges verschlossen ist.
Druckluftbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke des Abschlussbleches und/oder des angrenzenden Bauteils zumindest der Wandstärke des 4-Kant Hohlprofils entspricht.
Druckluftbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschlussblech und/oder das angrenzende Bauteil mit dem 4-Kant Hohlprofil verschweißt ist.
Druckluftbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschlussblech und/oder das angrenzende Bauteil mit dem 4-Kant Hohlprofil verschweißt ist, insbesondere durch Schmelzschweißen oder Strahlschweißen.
Druckluftbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass dieser im Bereich des 4-Kant Hohlprofils und/oder im Bereich eines oder beider Abschlussbleche Anschlussstutzen aufweist und im Bereich der Anschlussstutzen mit Durchgangsbohrungen versehen ist.
Druckluftbehälter nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussstutzen angeschweißt sind, insbesondere durch Schmelzschweißen oder Strahlschweißen.
Druckluftbehälter nach einem der Ansprüche 6, 13 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass als Schmelzschweißen ein MAG-Schweißen und als Strahlschweißen ein Laserschweißen Anwendung findet.
Druckluftbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass dieser zumindest teilweise für zumindest eines der nachfolgenden Strukturbauteile im Fahrzeug eingesetzt ist: – im Bereich von einem Längsträger eines Fahrzeuges als Platzsparer oder zur Verstärkung des Profils des Längsträgers und damit Reduzierung des vorhandenen Profils (Höhe, Materialstärke, etc.), – als seitlicher Abstreifschutz oder Unterfahrschutz, – im Quereinbau als Querträger oder im Bereich von einem Querträger zur Anpassung an die räumlichen Gegebenheiten und Ausnutzung der Gesamtbreite, – im oberen Bereich des Rammschutzes, demnach unter dem Ladeboden und damit außerhalb einer Unfallgefahr, – im Bereich der Auflage- bzw. Ladefläche.
Druckluftbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass dieser zumindest für eine der nachfolgenden Anwendungen einsetzbar ist: – Bremsanlage, – Druckluftfederung, – pneumatisch betätigbare Aufbauteile, – Sitz- und/oder Fahrerhausfederung.