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Die
Erfindung betrifft ein Fahrzeug, das mindestens einen Kraftstofftank
zur Aufnahme eines Kraftstoffs für
den Betrieb eines Fahrzeugantriebssystems gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1 besitzt.
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Ein
solches Fahrzeug ist in der Patentschrift
DE-A-198 06607 beschrieben.
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In
der
US-Patentschrift
4,570,446 A1 ist ein Fahrzeug mit einem Tank für Kraftstoff
in der Form von Wasserstoff beschrieben. In dieser Anordnung sind
mehrere Zylinder in einem Gehäuse
vorgesehen und mit einem wasserstoffspeichernden Medium gefüllt. In
diesen Zylindern kann Wasserstoff unter der Einwirkung hoher Temperaturen
desorbiert und dann einem Verbrennungsmotor zugeleitet werden. Die Adsorption
und Desorption des Wasserstoffs erfolgen bei niedrigen Drücken. Es
ist jedoch möglich, gasförmigen Wasserstoff
unter hohen Drücken
in diesem Fahrzeugtank zu lagern.
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Eine
Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Fahrzeug zu spezifizieren,
das einen Kraftstofftank hat, der für den Transport und die Lagerung
von gasförmigem
oder flüssigem
Wasserstoff geeignet ist.
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Diese
Aufgabe wird mit Hilfe eines Fahrzeugs erfüllt, das mindestens einen Kraftstofftank
zur Aufnahme eines Kraftstoffs für
den Betrieb eines Fahrzeugantriebssystems besitzt, wobei eine Konstruktion
vorgesehen ist, die eine kontrollierte Ausweichbewegung des einen
Kraftstofftanks durchführt, so
dass im Falle eines Aufpralls eine Bewegung erfolgen kann, die den
einen Kraftstofftank hin zu einer im Wesentlichen aufprallgesicherten
Zone des Fahrzeugs verschiebt und gleichzeitig ein Inertgas aus
einem Luftsack freisetzt, um damit das Volumen um den Kraftstofftank
herum zu füllen.
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Der
Vorteil der Lösung
gemäß der Erfindung liegt
in der Tatsache begründet,
dass eine sehr kompakte Vorrichtung geschaffen wird und, zweitens,
im Falle eines Aufpralls der Kraftstofftank vor den Einwirkungen übermäßiger Aufprallenergie
sowie vor einer wasserstoffhaltigen Atmosphäre und unerwünschten
Zündfunken
geschützt
wird.
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Andere
Aufgaben, Vorteile und neuartige Merkmale der vorliegenden Erfindung
ergeben sich aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung der Erfindung
in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen; dabei zeigen:
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1 eine
Darstellung des an einem bevorzugten bewegbaren Rahmen montierten
Kraftstofftanks;
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2 eine
Darstellung von 4 Zwischenstufen der Bewegung des Verschiebens des
Kraftstofftanks, d. h. 2a vor dem Aufprall, 2b Zwischenstufe 1, 2c Zwischenstufe 2 und 2c nach
dem Aufprall;
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3 eine
Darstellung des durch einen Luftsack geschützten Tanks; und
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4 eine
Darstellung der Inertisierung der den Kraftstofftank umgebenden
Atmosphäre.
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Die
Erfindung ist insbesondere für
Fahrzeuge mit einem druckbeaufschlagten Gastank und speziell für wasserstoffbetriebene
Fahrzeuge geeignet.
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1 zeigt
eine Seitenansicht eines Kraftstofftanks 1 für die Aufnahme
eines Kraftstoffs für
den Betrieb eines Fahrzeugantriebssystems, beispielsweise ein wasserstoffbetriebener
Verbrennungsmotor oder ein Brennstoffzellensystem. Der Kraftstofftank 1 kann
in einer Unterbodenfläche
des Fahrzeugs, vorzugsweise hinter der Hinterachse 4 im
Verhältnis
zum Fahrer, angeordnet sein, wodurch Platz gespart wird, und erstreckt
sich zwischen den zwei Hinterrädern.
Die Radaufhängung 2 ist schematisch dargestellt.
Der Kraftstofftank 1 kann aus einem einzelnen Tank oder
aus mehreren Einzeltanks bestehen.
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Der
Kraftstofftank 1 ist an einer Konstruktion 3,
vorzugsweise einem bewegbaren Rahmen 3, montiert, der im
Falle eines Aufpralls den Kraftstofftank aus der Aufprallzone herausbewegen
und auch als ein Schutzrahmen für
den Kraftstofftank 1 dienen kann. Mit Hilfe dieses Schutzrahmens 3 kann
sich der Kraftstofftank 1 im Falle eines Heckaufpralls
unter die Hinterachse verschieben. Der bewegbare Rahmen 3 hält den einen
Kraftstofftank 1. Der Rahmen 3 besteht aus zwei
Seitenteilen, die jeweils mit zwei Armen 8, 9 am
Unterboden des Fahrzeugs montiert sind. Der Kraftstofftank 1 erstreckt
sich zwischen den zwei Seitenteilen mehr oder weniger parallel zur
Hinter- oder Vorderachse. Jedes Seitenteil des Rahmens 3 ist
mit zwei Armen 8, 9 am Unterboden des Fahrzeugs
montiert.
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Die
Seitenansicht des Rahmens 3 zeigt eine kastenähnliche
Form. Der Arm 8, der an die Achse 4 angrenzt,
hat ein rechtwinkliges Teil 6, in dem der Kraftstofftank 1 montiert
ist. Dieser Arm 8 ist feststehend an der Unterbodenkonstruktion
montiert, d. h. er ist um seine Befestigung dreh- oder abklappbar ausgeführt. Der
andere Arm 9, der von der Achse 4 entfernt vorgesehen
ist, ist verschiebbar an der Unterbodenkonstruktion des Fahrzeugs
montiert. Im Falle eines Aufpralls bewegt sich dieser Arm 9 hin
zur Achse 4 und bewirkt eine Drehung des Arms 8,
wodurch anschließend
der Tank 1 nach unten und hin zur Achse 4 bewegt
wird.
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2 zeigt
das Verschieben des Kraftstofftanks 1 im Falle eines Aufpralls. 2a zeigt
die Situation vor dem Aufprall, mit dem hinter der Hinterachse 4 montierten
Tank 1. Wenn ein Aufprall geschieht, beginnt sich der bewegbare
Rahmen 3 zu verschieben und hin zur Hinterachse 4 (2b)
zu verformen und verschiebt sich weiterhin und bewegt den Tank 1 aus
der Aufprallfläche
(2c) heraus. Die Situation nach dem Aufprall ist
in 2d dargestellt. Der Kraftstofftank 1 nimmt
unter der Hinterachse 4 eine gesicherte Position ein und
wird im Rahmen 3 sicher gehalten. Mit dem unter die Achse 4 verschobenen
Tank 1 wird die verfügbare
Verformungsdistanz vom Heck des Fahrzeugs zum Tank 1 vergrößert.
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In 3 ist
ein anderes Merkmal der Erfindung dargestellt. Ein mit hoher Krafteinwirkung
erfolgendes Aufprallen des Tanks 1 auf die Straßenoberfläche kann
durch Verwendung eines schützenden Luftsacksystems 5 unter
dem Tank 1 verhindert werden. Das Luftsacksystem 5 besteht
aus einem oder mehreren Einzelluftsäcken, die um den Tank 1 herum vorgesehen
sind.
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Aufgrund
des Eigengewichts des Tanks 1 und des Rahmens 3 wird
der Tank 1, wenn er sich während eines Aufpralls frei
nach unten verschieben kann, hohen Kräften von mehreren g ausgesetzt.
Um zu verhindern, dass der Tank 1 durch diese Kräfte beschädigt wird,
kann der bewegbare Rahmen 3 in das Luftsacksystem 5 integriert
werden, das zum Zeitpunkt des Verschiebens nahezu unverzüglich ausgelöst werden
kann.
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Mit
Hilfe des Schutzrahmens 3 kann der Tank 1 mindestens
teilweise unter die Hinterachse 4 verschoben werden, und
das Luftsacksystem 5 wird aufgrund eines Signals von einem
herkömmlichen
Aufprallsensor eines herkömmlichen
Fahrzeugsteuergerätes
oder dergleichen aufgeblasen. Das Luftsacksystem 5 trägt dazu
bei, den Tank 1 eine sichere Position in der Nähe der Straßenoberfläche zu bringen, wobei
sich der Tank 1 aber in einer sicheren und kontrollierten
Weise unter die Achse 4 absenken kann.
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Das
Luftsacksystem 5 bläst
sich, wenn es ausgelöst
wird, unter enormem Druck auf. Dieser Druck, der regel bar ist, kann
die umgebende Straßenoberfläche gegebenenfalls
freimachen und kleinere störende
Objekte und Hindernisse beseitigen, die den Tank 1 beschädigen könnten. Wenn
das Luftsacksystem 5 aufgeblasen wird, kann der Tank 1 auf den
Luftsack bzw. die Luftsäcke
fallen, wodurch ein sicheres Absenken des Tanks 1 auf ein
niedrigeres und sichereres Niveau weg vom Aufprallniveau gewährleistet
ist. Die Platzierung des Luftsacksystems 5 kann auf der
Basis der Kinematikanalyse der Rahmenkonstruktion des Fahrzeugs
bestimmt werden, um eine optimale Verwendung des Luftsacksystems 5 zu
erreichen. Dieses Sicherheitsmerkmal lässt sich leicht durch Integrieren
in bereits vorhandene Sicherheitssensoren und -instrumente einbauen.
Dies hat sich als sehr wirtschaftlich erwiesen, da dieses Sicherheitsmerkmal
kein zusätzliches
eingebautes Sensor- und Messsystem erfordert.
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4 stellt
die Situation dar, in der sich Stickstoffgas in der Nähe des Tanks 1 nach
dem Aufprall befindet. Ein Vorteil besteht darin, dass im Luftsacksystem 5 ein
Inertgas als Gas zum Aufblasen verwendet wird. Das Stromversorgungsnetz
des Fahrzeugs und auch die Ventile des Wasserstofftanks 1 werden
im Falle eines Aufpralls vorzugsweise automatisch abgeschaltet.
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Festtreibstoffgaserzeuger
sind lange Zeit als Feuerlöschmittel
in vielen Brandbekämpfungsanwendungen
eingesetzt worden. Ein solcher Gastreibstoff ist Natriumazid. Natriumazid
wird verwendet, um die Luftsäcke
in Automobilen aufzublasen. Diese Verbindung zersetzt sich, wenn
sie bei 270°C
gezündet
wird, rasch und setzt dabei große
Mengen Stickstoff frei. Wenn das Stickstoffgas aus dem Luftsacksystem 5 freigesetzt
wird, verdrängt
dieses Stickstoffgas, das leichter als Sauerstoff ist, Sauerstoffmoleküle aus der
Umgebung des Tanks 1 und inertisiert die Atmosphäre für eine kurze
Zeitspanne. Dadurch wird die Möglichkeit
der Bildung eines brennbaren Gemisches aus Wasserstoff- und Sauer stoffmolekülen verringert
und somit das Risiko einer unerwünschten Verbrennung
des Wasserstoffgases minimiert. Das Stickstoffgas kann eine Barriere
zwischen der sauerstoffhaltigen Umgebungsluft und Wasserstoff bilden, der
möglicherweise
aus dem Tank 1 oder aus (nicht dargestellten) gebrochenen
Rohren oder Entlüftungen
austreten kann.
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Sollte
ein Kraftstofftank 1 alternativ oder zusätzlich vor
der Vorderachse des Fahrzeugs angeordnet sein, so gelten die vorstehenden
Betrachtungen gleichermaßen
für den
Fall eines Frontalaufpralls. Der Kraftstofftank 1 würde dann
im Falle eines Aufpralls hin zur Vorderachse, vorzugsweise unter die
Vorderachse, verschoben werden.
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Die
vorstehende Beschreibung dient lediglich der Veranschaulichung und
Darstellung der Erfindung und hat keinen einschränkenden Charakter. Da Fachleute
auf diesem Gebiet Modifizierungen an den im Rahmen dieser Erfindung
beschriebenen Ausführungsformen
vornehmen können,
soll die Erfindung alles einschließen, was innerhalb des Schutzbereichs
der beiliegenden Ansprüche
liegt.