EP4489982A1 - Treibstofftank für gasbetriebenes fahrzeug - Google Patents

Treibstofftank für gasbetriebenes fahrzeug

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Publication number
EP4489982A1
EP4489982A1 EP23707900.9A EP23707900A EP4489982A1 EP 4489982 A1 EP4489982 A1 EP 4489982A1 EP 23707900 A EP23707900 A EP 23707900A EP 4489982 A1 EP4489982 A1 EP 4489982A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fuel tank
bead
tank
fastening devices
fastening
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP23707900.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Benedikt Schleifer
Roland Holzapfel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Voith Hystech GmbH
Original Assignee
Voith Patent GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Voith Patent GmbH filed Critical Voith Patent GmbH
Publication of EP4489982A1 publication Critical patent/EP4489982A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F17C2270/0171—Trucks
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    • F17C2270/0165—Applications for fluid transport or storage on the road
    • F17C2270/0184—Fuel cells

Definitions

  • the invention relates to a fuel tank for storing gas for mounting in a gas-powered vehicle, in particular a commercial vehicle, wherein the fuel tank has an elongated shape, which is cylindrical in the middle region and is completed at both ends with curved pole caps, and a reinforcing layer made of fiber-reinforced plastic, as well as a metallic connecting piece, a so-called boss, on each of the pole caps, and wherein the fuel tank has at least two fastening devices which enclose the fuel tank with the aid of tension straps and are provided for fastening the fuel tank to a support structure.
  • the support structure is used to mount the fuel tank on the vehicle frame. If necessary, several fuel tanks can also be attached to a support structure and mounted together as a tank module in the vehicle.
  • Gas-powered vehicles for example, have a gas engine or a fuel cell with an electric motor as a drive.
  • the gas which can be hydrogen among other things, is stored in the tank under high pressure.
  • Typical for such pressure tanks are pressures of over 200 bar, often up to 700 bar or 875 bar. This means that the fuel tank not only has to be gas-tight under this pressure, but also that it needs a high level of mechanical stability.
  • the fuel tank must be of sufficient size for commercial vehicles, which is why such fuel tanks are often more than 2 m long. Particularly with such long fuel tanks, securing them securely to the vehicle is a challenging task, since the fuel tanks have a considerable weight and expand in the longitudinal direction of the tank given the appropriate internal pressure.
  • Fuel tanks for gas-powered vehicles are known in the prior art. These pressure tanks have a wall that includes an internal liner, for example made of thermoplastic, for sealing purposes, and a reinforcing layer made of fiber-reinforced plastic to create mechanical stability. This is preferred Reinforcement layer wrapped and designed as a CFRP layer.
  • CFRP CFRP layer
  • the boss has a through hole and a connecting thread. At least one of the two bosses has a tank fitting connected to it when installed in the vehicle, which makes it possible to fill the pressure tank or remove gas in a controlled manner. On the other boss, the passage opening is sealed with a closure or a safety valve is provided there.
  • Fuel tanks for gas-powered vehicles are known in the prior art.
  • a tank module is described in DE 202007015487 U1.
  • the two fuel tanks are each clamped to a support structure at the two ends of the cylindrical middle part using a tension band as a fastening device.
  • a tension band wraps around two fuel tanks.
  • the tank module is attached to the vehicle frame via the support structure.
  • a tank fitting is provided at one end of the fuel tank, through which the tanks are filled and emptied and which contains the necessary safety devices.
  • fuel tanks are known that are mounted vertically in the vehicle, as shown, for example, in document US 2019/0255941 A1.
  • This offers the advantage that the fuel tanks can be stored behind the driver's cab to save space, especially in commercial vehicles.
  • the fuel tanks are attached with a fastening device that attacks the boss.
  • a fastening has, among other things, the disadvantages that, on the one hand, it is more complex and, on the other hand, it is very stiff. Vibrations and shocks cannot be compensated for well.
  • the object of the invention is to provide a fuel tank with a fastening device that is better for mounting in the vehicle is suitable in that the fuel tank ensures a secure and reliable attachment.
  • the fuel tank is characterized in that it has at least one bead in the cylindrical central region on the outside, which is arranged directly next to one of the fastening devices and lies against it and is designed in such a way that the fuel tank is not affected by the tensioning straps, at least in one direction this one fastening device can slip through.
  • the one direction is meant to be parallel to the longitudinal direction of the tank.
  • the particular advantage of the design according to the invention is that it provides a secure and vibration-damping fastening without the need to tighten the tension straps too much.
  • the bead now protects against slipping. This prevents damage to the reinforcing layer caused by tightening straps that are too tight.
  • the fuel tank offers clear positioning for mounting the fastening devices.
  • the tension straps of the fastening device are designed in particular as simple clamps or as so-called hinge strap clamps.
  • a bead is considered to be a local elevation that has a larger circumference than the diameter of the cylindrical central region of the fuel tank. By designing it as a bead, a smaller amount of material is required than, for example, if the entire cylindrical middle part had a larger diameter and then the tension straps are inserted, for example, into a recessed groove to prevent slipping.
  • a groove in the reinforcement layer can also reduce the strength of the fuel tank due to notch effects.
  • the fact that the bead rests on the fastening device means that no undesirable, safety-relevant movement of the fuel tank is possible through the tensioning straps of the fastening device in a direction parallel to the tank's longitudinal direction t.
  • acceleration forces such as those that occur during braking, by vibrations or by longitudinal expansion due to changes in the internal pressure, at least on one fastening device.
  • high forces occur in the tank's longitudinal direction t when the vehicle brakes.
  • the bead can preferably be arranged so that it can absorb these forces and prevent the fuel tank from slipping forward. Displacement of the fuel tank causes undesirable forces on the fittings and lines connected to the fuel tank.
  • frequent displacements relative to the tension straps can cause damage to the surface of the reinforcing layer.
  • this version offers the advantage for assembly that the positioning of the fuel tank relative to the fastening device is clear, thus simplifying the assembly of the connecting lines.
  • the bead is arranged directly next to the fastening device, which is arranged closer to the boss, which is intended to accommodate the tank fitting. This means that undesirable stress on the tank fitting and connected lines due to displacement or expansion of the fuel tank can be avoided. And positioning during assembly with regard to the connecting cables is easier. Furthermore, it can be advantageous to provide a second bead in the cylindrical central region on the outside, which is arranged next to the second fastening device, the beads resting against the respective fastening devices and are designed in such a way that the fuel tank does not move in both directions parallel to the longitudinal direction of the tank can slip through the strap(s) of the fastening devices. This is particularly advantageous for horizontal installation in the vehicle.
  • the second of the two fastening devices is designed to be so elastic and/or displaceable that the fuel tank can expand in the longitudinal direction of the tank. This can reduce undesirable transverse loading on the upper fastening device.
  • the second fastening device is the one further away from the boss intended to receive the tank fitting.
  • the bead is annular and surrounds the fuel tank over its entire circumference.
  • the bead is designed as one or more ring segments which at least partially surround the fuel tank on its circumference, the ring segment(s) together preferably surrounding at least 20%, particularly preferably at least 40% of the circumference
  • the bead is sufficient to prevent slipping in at least one direction.
  • the cross-section of the bead can, for example, represent part of a circle or an ellipse, or it can be rectangular.
  • the height of the bead is the measure of how far the bead protrudes beyond the diameter of the cylindrical middle part.
  • the height of the bead can preferably be at least 10 mm, particularly preferably at least 20 mm. In particular, the height can be at least 2% of the diameter of the fuel tank in the cylindrical central region.
  • One of these designs can reliably prevent slipping.
  • the extent of the bead in the longitudinal direction of the tank at the connecting surface to the reinforcing layer can preferably be between 20 mm and 80 mm. This ensures sufficient stability and a sufficient connection with the reinforcing layer.
  • the bead can be made of a different material than the reinforcing layer.
  • a particularly wear-resistant material or a material that is easier to process can be used.
  • the bead can be made of metal, plastic, rubber or composite material.
  • the bead can also consist of a combination of materials.
  • the bead can be attached to the outside of the fuel tank after the reinforcement layer has been manufactured.
  • the bead can be glued or vulcanized on.
  • it can also be pressed or stretched.
  • it can be secured against slipping along the fuel tank surface in a positive connection on the outside of the reinforcing layer.
  • the bead can be made from fiber-reinforced plastic as an integral part of the reinforcing layer.
  • the bead is therefore manufactured directly during the production of the reinforcing layer.
  • the bead is also included is wrapped on the outside before the resin of the reinforcing layer is cured. This ensures a particularly good connection between the bead and the reinforcing layer.
  • a metallic element can be provided between the bead and the tension bands of the fastening device. Especially with a bead made of plastic or rubber, this offers a longer lifespan for the bead.
  • the metallic element can be, for example, a sheet metal strip that is glued or vulcanized to the side of the bead that comes into contact with the fastening device. Or it can be designed as a metallic coating.
  • the fuel tank is designed so that it is intended for vertical mounting in a gas-powered vehicle, in particular a commercial vehicle, with the bead being arranged directly above one of the two fastening devices.
  • a gas-powered vehicle in particular a commercial vehicle
  • the bead being arranged directly above one of the two fastening devices.
  • the fact that the bead is arranged above one fastening device refers to the position when installed in the vehicle.
  • the bead is arranged directly above the lower of the two fastening devices.
  • the two fastening devices are designed as an upper and a lower fastening device, based on the later position in the assembled state in the vehicle. This will hold the lower part of the fuel tank securely in place.
  • the connections and lines for refueling and controlled gas delivery are usually located on the lower boss. These are therefore protected from any forces that may arise when the fuel tank expands in length. Expansion of the fuel tank length occurs when the pressure inside the tank changes during filling or emptying. Further advantageous features of the invention are explained using exemplary embodiments with reference to the drawings. Similar parts are marked with the same reference numbers.
  • FIG.1 Schematic representation of a vehicle with a fuel tank according to the invention (side view)
  • Fig.2 Representation of a fuel tank according to the invention
  • FIG.3a/b/c Detailed representation of various designs of the bead on the fuel tank according to the invention in side view and section Fig.4
  • the vehicle 20 is preferably a commercial vehicle, for example a truck as shown here.
  • Gas-powered commercial vehicles in particular require large amounts of fuel to achieve an economically viable range.
  • the drive can take place, for example, via a fuel cell and electric motor or via a gas engine.
  • the fuel can be hydrogen, biogas, methane, ethane, natural gas or a gas mixture.
  • the gas is stored under pressure in the fuel tanks 1. A pressure of at least 200 bar, often up to 700 or 875 bar, is usually used.
  • the vehicle 20 is shown with a fuel tank module, which usually has a plurality of fuel tanks 1 which are arranged next to one another in the transverse direction Q of the vehicle.
  • the fuel tanks 1 are mounted vertically here in the vehicle 20, so that the tank longitudinal direction t is aligned essentially parallel to the height direction H of the vehicle. This offers optimal utilization of the installation space, i.e. maximum possible tank volume, while at the same time improving safety, as the tank fittings are well protected on the underside and are not arranged on the side of the vehicle in a vulnerable area.
  • the fuel tanks can also be mounted horizontally next to the vehicle frame.
  • the fuel tank 1 has an elongated shape that is rotationally symmetrical to the tank's longitudinal direction t. In the middle area it has a cylindrical shape, which is closed at both ends with curved pole caps that end in a so-called boss 7.
  • a safety valve is usually provided on the upper boss 7, which blows off the gas if the temperature or pressure is too high and thus relieves the pressure on the tank, for example in the event of a fire to avoid an explosion.
  • the fuel tank 1 can be filled with gas via this and gas can be removed in a controlled manner during operation.
  • the tank fittings can optionally include additional safety valves.
  • the fuel tank 1 is here equipped with two fastening devices 2,3, which include tension straps, for example simple clamps or so-called hinge strap clamps. There is the upper fastening device 2 and the lower fastening device 3.
  • the fuel tank is fastened to the support structure 10 via both fastening devices 2,3. If necessary, more than two fastening devices can also be used, so that, for example, there is still a middle fastening device.
  • the support structure 10 also supports the additional fuel tanks and is used to mount the fuel tank module in the vehicle 20. It can be designed, for example, as a steel frame. To protect the fuel tanks 1 against external influences, the protective cover 11 can be provided.
  • Fig. 2 shows an embodiment of the fuel tank 1 according to the invention. It comprises two fastening devices 2, 3, one being the upper fastening device 2 and one being the lower fastening device 3. Both are equipped with tension straps that surround the fuel tank around its circumference and are designed as clamps.
  • the fastening devices 2.3 each have a base 4.5 to which the tension straps are attached and against which the fuel tank 1 is tensioned.
  • the fuel tank 1 can be fastened to the support structure 10.
  • This support structure 10 serves to mount the fuel tank 1 in a vehicle.
  • the fuel tank 1 with its fastening devices 2,3 is intended for vertical mounting in a vehicle.
  • the fuel tank 1 has a bead 6 on the outside, which rests on the lower fastening device 3 and which ensures that the fuel tank 1 does not slip through the tension straps of this fastening device 3. This means it is held securely and does not change position even when it vibrates, which prevents damage to the tank surface.
  • the length of the tank changes depending on the internal pressure.
  • the bead 6 keeps the position of the fuel tank 1 relative to the lower fastening device 3 fixed. This means that the tank fittings and lines that are usually connected to the lower boss are protected from additional and changing stress caused by the linear expansion of the fuel tank 1.
  • the bead 6 can also be provided above the upper fastening device 2, as shown in Fig.5a. This is particularly advantageous if the tank fittings are connected to the upper boss. Since the position of the fuel tank 1 relative to the upper boss remains largely constant as the length expands.
  • the fuel tank 1 is mounted horizontally in the vehicle, it can make sense to provide two beads 6, as shown in Fig. 5b.
  • the two beads 6 are arranged in such a way that the fuel tank 1 cannot slip through the tensioning straps in both directions along the tank's longitudinal direction t.
  • Also according to the invention are further embodiments with several fastening devices which include tensioning straps and in which the bead rests on at least one of the fastening devices.
  • Fig. 3a, b, c shows three different versions for the bead 6,6',6" regardless of the position in which the bead 6,6',6" is intended.
  • Fig.3a the bead 6 is formed as a ring on the entire circumference of the fuel tank 1.
  • the bead 6 ' can only be designed as a ring segment, as shown in Fig. 3b.
  • the bead 6', as shown here, is preferably attached to at least 20% of the circumference.
  • the bead 6′′ can consist of several ring segments which are arranged on the circumference of the fuel tank 1.
  • the bead 6,6',6" can be an integral part of the reinforcing layer or it can be manufactured separately and attached to the outside of the fuel tank 1, as already described above. If it is manufactured separately, the bead 6,6',6" can consist of a different material than the reinforcing layer of the fuel tank 1, for example metal, plastic, rubber or a composite material.
  • a metallic element can be provided on the 6,6',6" bead for protection. This metallic element can be, for example, a metal strip or a metallic coating on the side of the bead that comes into contact with the fastening device 3.
  • the illustration in Fig. 4 shows an exemplary variant of the fastening device 3.
  • the fastening device 3 includes tensioning straps, which are designed here as joint strap clamps, and a base 5 to which the tensioning straps are attached. With the help of this fastening device 3, the fuel tank can be fastened to the support structure 10.

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Abstract

Treibstofftank (1) für die Speicherung von Gas zur Montage in einem gasbetriebenen Fahrzeug, insbesondere einem Nutzfahrzeug (20), wobei der Treibstofftank (1) eine langgestreckte Form hat, die im Mittelbereich zylinderförmig und an beiden Enden mit gewölbten Polkappen abgeschlossen ist, und eine Verstärkungsschicht aus faserverstärktem Kunststoff, sowie an jeder der Polkappen ein metallisches Anschlussstück, einen sogenannten Boss, aufweist, und wobei der Treibstofftank (1) zumindest zwei Befestigungsvorrichtungen (2,3) aufweist, die mit Hilfe von Spannbändern den Treibstofftank (1) im zylinderförmigen Mittelteil umfassen und zur Befestigung des Treibstofftanks (1) an einer Tragstruktur (10) vorgesehen sind, wobei der Treibstofftank (1) im zylinderförmigen Mittelbereich auf der Außenseite einen Wulst (6, 6', 6'') aufweist, welcher direkt neben einer der Befestigungsvorrichtungen (2, 3) angeordnet ist und so an dieser anliegt und so ausgeführt ist, dass der Treibstofftank (1) zumindest in eine Richtung nicht durch das oder die Spannbänder dieser einen Befestigungsvorrichtung (2,3) hindurch rutschen kann.

Description

Treibstofftank für gasbetriebenes Fahrzeug
Die Erfindung betrifft einen Treibstofftank für die Speicherung von Gas zur Montage in einem gasbetriebenen Fahrzeug, insbesondere einem Nutzfahrzeug, wobei der Treibstofftank eine langgestreckte Form hat, die im Mittelbereich zylinderförmig und an beiden Enden mit gewölbten Polkappen abgeschlossen ist, und eine Verstärkungsschicht aus faserverstärktem Kunststoff, sowie an jeder der Polkappen ein metallisches Anschlussstück, einen sogenannten Boss, aufweist, und wobei der Treibstofftank zumindest zwei Befestigungsvorrichtungen aufweist, die mit Hilfe von Spannbändern den Treibstofftank umfassen und zur Befestigung des Treibstofftanks an einer Tragstruktur vorgesehen sind.
Die Tragstruktur dient dazu den Treibstofftank am Fahrzeugrahmen zu montieren. Gegebenenfalls können auch mehrere Treibstofftanks an einer Tragstruktur befestigt sein und zusammen als ein Tank-Modul im Fahrzeug montiert werden.
Gasbetriebene Fahrzeuge haben beispielsweise einen Gasmotor oder eine Brennstoffzelle mit Elektromotor als Antrieb. Um ausreichend Treibstoff speichern zu können, wird das Gas, das unter anderem Wasserstoff sein kann, unter hohem Druck im Tank gespeichert. Typisch für solche Drucktanks sind Drücke von über 200 bar, oftmals bis 700 bar oder 875 bar. Das heißt dass der Treibstofftank nicht nur gasdicht unter diesem Druck sein muss, sondern auch dass er eine hohe mechanische Stabilität benötigt. Zudem muss der Treibstofftank eine für Nutzfahrzeuge ausreichende Größe aufweisen, daher sind solche Treibstofftanks oft mehr als 2 m lang. Insbesondere bei solch langen Treibstofftanks ist die sichere Befestigung am Fahrzeug eine anspruchsvolle Aufgabe, da die Treibstofftanks ein erhebliches Gewicht aufweisen und sich bei entsprechendem Innendruck in der Tanklängsrichtung ausdehnen.
Im Stand der Technik sind Treibstofftanks für gasbetriebene Fahrzeuge bekannt. Diese Drucktanks weisen eine Wandung auf, die zur Abdichtung einen innenliegenden Liner, beispielsweise aus Thermoplast, und zur Schaffung der mechanischen Stabilität eine Verstärkungsschicht aus faserverstärktem Kunststoff umfasst. Bevorzugt ist die Verstärkungsschicht gewickelt und als CFK-Schicht ausgeführt. CFK steht für Kohlenfaserverstärkten Kunststoff.
Der Boss hat eine Durchgangsbohrung und ein Anschlussgewinde. Bei zumindest einem der beiden Bosse ist im eingebauten Zustand im Fahrzeug eine Tankarmatur angeschlossen, die es ermöglicht, den Drucktank zu befüllen oder kontrolliert Gas zu entnehmen. Am anderen Boss ist die Durchgangsöffnung mit einem Verschluss abgedichtet oder es ist dort ein Sicherheitsventil vorgesehen.
Im Stand der Technik sind Treibstofftanks für gasbetriebene Fahrzeuge bekannt. Unter anderem wird in der DE 202007015487 U1 ein Tankmodul beschrieben. Die beiden Treibstofftanks werden an den beiden Enden des zylindrischen Mittelteils jeweils mit einem Spannband als Befestigungsvorrichtung an einer Tragstruktur verspannt. Dabei umschlingt ein Spannband jeweils zwei Treibstofftanks. Über die Tragstruktur wird das Tankmodul am Fahrzeugrahmen befestigt. An einem Ende des Treibstofftanks ist eine Tankarmatur vorgesehen, über die die Tanks befüllt und entleert werden und notwendige Sicherheitseinrichtungen enthält. Zudem ist ein Sockel vorhanden, der an die Querschnittsform des Treibstofftanks angepasst ist und an den der Treibstofftank gedrückt wird. Durch ein zu festes Verspannen können allerdings Beschädigungen an der Oberfläche der Verstärkungsschicht auftreten.
Weiterhin sind Treibstofftanks bekannt, die senkrecht im Fahrzeug montiert sind, wie beispielsweise im Dokument US 2019/0255941 A1 gezeigt. Das bietet den Vorteil, dass die Treibstofftanks vor allem bei Nutzfahrzeugen platzsparend hinter der Fahrerkabine untergebracht werden können. In der dort gezeigten Ausführung werden die Treibstofftanks mit einer Befestigungsvorrichtung, die jeweils am Boss angreift, befestigt. Eine solche Befestigung hat allerdings unter anderem die Nachteile, dass sie zum einen aufwendiger und zum anderen sehr steif ist. So können Schwingungen und Erschütterungen nicht gut kompensiert werden.
Die Aufgabe der Erfindung ist es nun, einen Treibstofftank mit einer Befestigungsvorrichtung bereitzustellen, welcher besser für die Montage im Fahrzeug geeignet ist, indem der Treibstofftank eine sichere und zuverlässige Befestigung gewährleistet.
Die Aufgabe wird durch einen Treibstofftank gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Merkmale sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen genannt.
Erfindungsgemäß zeichnet sich der Treibstofftank dadurch aus, dass er im zylinderförmigen Mittelbereich auf der Außenseite zumindest einen Wulst aufweist, welcher direkt neben einer der Befestigungsvorrichtungen angeordnet ist und so an dieser anliegt und so ausgeführt ist, dass der Treibstofftank zumindest in eine Richtung nicht durch die Spannbänder dieser einen Befestigungsvorrichtung hindurch rutschen kann. Wobei die eine Richtung parallel zur Tanklängsrichtung gemeint ist.
Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Ausführung ist, dass damit eine sichere und schwingungsdämpfende Befestigung vorhanden ist, ohne dass es nötig ist, die Spannbänder zu stark anzuziehen. Die Sicherung gegen Durchrutschen erfolgt nun durch den Wulst. Eine Beschädigung der Verstärkungsschicht durch zu stark angezogene Spannbänder wird somit verhindert.
Als weiterer Vorteil bietet der Treibstofftank eine klare Positionierung für die Montage der Befestigungsvorrichtungen.
Und zusätzlich wir eine verbesserte senkrechte Montage des Treibstofftanks im Fahrzeug möglich. Insbesondere bei senkrechter Montage reicht genau ein Wulst aus.
Die Spannbänder der Befestigungsvorrichtung sind insbesondere als einfache Schellen oder als sogenannte Gelenkbandschellen ausgeführt.
Als Wulst wird eine lokale Erhebung angesehen, die einen größeren Umfang darstellt als der Durchmesser des zylinderförmigen Mittelbereichs des Treibstofftanks. Durch die Ausführung als Wulst wird eine geringere Materialmenge benötigt, als wenn beispielsweise der gesamte zylinderförmige Mittelteil einen größeren Durchmesser aufweist und dann die Spannbänder beispielsweise in eine vertiefte Nut eingelegt werden, um ein Durchrutschen zu verhindern. Eine Nut in der Verstärkungsschicht kann zudem aufgrund von Kerbwirkungen die Festigkeit des Treibstofftanks reduzieren.
Dass der Wulst an der Befestigungsvorrichtung anliegt, beschreibt, dass keine unerwünschte, für die Sicherheit relevante Bewegung des Treibstofftanks durch die Spannbänder der Befestigungsvorrichtung in eine Richtung parallel zur Tanklängsrichtung t möglich ist. Dadurch wird eine Verschiebung des Treibstofftanks im Betrieb durch Beschleunigungskräfte, wie sie beim Bremsen auftreten, durch Schwingungen oder durch eine Längsdehnung aufgrund von Veränderungen des Innendrucks zumindest an einer Befestigungsvorrichtung verhindert. Insbesondere bei waagrechter montierten Seitentanks treten hohe Kräfte in Tanklängsrichtung t auf, wenn das Fahrzeug bremst. Hier kann der Wulst bevorzugt so angeordnet werden, dass er diese Kräfte aufnehmen und ein Durchrutschen des Treibstofftanks nach vorne verhindern kann. Eine Verschiebung des Treibstofftanks verursacht unerwünschte Kräfte auf die Anschlüsse und Leitungen, die am Treibstofftank angeschlossen sind, verursachen. Zudem können häufige Verschiebungen relativ zu den Spannbändern Beschädigungen der Oberfläche der Verstärkungsschicht hervorrufen.
Zusätzlich bietet diese Ausführung den Vorteil für die Montage, dass die Positionierung des Treibstofftanks relativ zur Befestigungsvorrichtung eindeutig ist und somit die Montage der Anschlussleitungen vereinfacht wird.
Die Vorteile können besonders gut ausgenutzt werden, wenn der Wulst direkt neben der Befestigungsvorrichtung angeordnet ist, die näher an dem Boss angeordnet ist, welcher dazu vorgesehen ist, die Tankarmatur aufzunehmen. Dadurch kann eine unerwünschte Belastung auf die Tankarmatur und auf angeschlossene Leitungen durch Verschiebung oder Ausdehnung des Treibstofftanks vermieden werden. Und die Positionierung bei der Montage bezüglich der Anschlussleitungen ist einfacher. Des Weiteren kann es vorteilhaft sein, im zylinderförmigen Mittelbereich auf der Außenseite einen zweiten Wulst vorzusehen, der neben der zweiten Befestigungsvorrichtung angeordnet ist, wobei die Wulste so an den jeweiligen Befestigungsvorrichtungen anliegen und so ausgeführt sind, dass der Treibstofftank in beide Richtungen parallel zur Tanklängsrichtung nicht durch das oder die Spannbänder der Befestigungsvorrichtungen hindurch rutschen kann. Das ist vor allem für eine waagrechte Montage im Fahrzeug besonders vorteilhaft.
Weiterhin ist es von Vorteil, wenn die zweite der beiden Befestigungsvorrichtungen so elastisch und/oder verschiebbar ausgeführt ist, dass sich der Treibstofftank in Tanklängsrichtung ausdehnen kann. Dadurch kann eine unerwünschte Querbelastung auf die obere Befestigungsvorrichtung reduziert werden. Insbesondere ist die zweite Befestigungsvorrichtung diejenige, die weiter vom Boss entfernt ist, der dazu vorgesehen ist, die Tankarmatur aufzunehmen.
Während bei dem senkrecht montierten Treibstofftank die Gewichtskraft der Verschiebung nach oben entgegenwirkt und daher in diese Richtung keine Sicherung nötig ist, kann es bei der waagrechten Montage von Vorteil sein, das Durchrutschen in beide Richtungen durch je einen Wulst zu verhindern.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist der Wulst ringförmig ausgebildet und umgibt den Treibstofftank auf seinem gesamten Umfang.
In einer alternativen bevorzugten Ausführung ist der Wulst als eines oder mehrere Ringsegmente ausgebildet, welche den Treibstofftank auf seinem Umfang zumindest teilweise umgeben, wobei das oder die Ringsegmente zusammen bevorzugt mindestens 20%, besonders bevorzugt mindestens 40% des Umfangs umgeben
In jedem dieser Fälle ist der Wulst ausreichend, um ein Durchrutschen zumindest in eine Richtung zu verhindern. Dabei kann der Wulst im Querschnitt beispielsweise einen Teil eines Kreises oder einer Ellipse darstellen oder er kann rechteckförmig ausgebildet sein.
Die Höhe des Wulstes ist das Maß, wie weit der Wulst über den Durchmesser des zylinderförmigen Mittelteils hinausragt. In der Höhe kann der Wulst bevorzugt mindestens 10 mm, besonders bevorzugt mindestens 20 mm betragen. Insbesondere kann die Höhe mindestens 2% des Durchmessers des Treibstofftanks im zylinderförmigen Mittelbereich betragen. Durch eine dieser Ausführungen kann ein Durchrutschen zuverlässig verhindert werden.
Die Ausdehnung des Wulstes in Tanklängsrichtung an der Verbindungsfläche zur Verstärkungsschicht kann bevorzugt zwischen 20 mm und 80 mm betragen. So ist eine ausreichende Stabilität und eine ausreichende Verbindung mit der Verstärkungsschicht gegeben.
Vorteilhafterweise kann der Wulst aus einem anderen Material als die Verstärkungsschicht gefertigt sein. So kann ein besonders verschleißfestes oder ein einfacher zu bearbeitendes Material verwendet werden. Beispielsweise kann der Wulst aus Metall, aus Kunststoff, aus Gummi oder aus Verbundwerkstoff hergestellt sein. Der Wulst kann auch aus einer Kombination von Werkstoffen bestehen.
Insbesondere kann der Wulst nach der Fertigung der Verstärkungsschicht auf der Außenseite des Treibstofftanks befestigt werden. So kann der Wulst zum Beispiel aufgeklebt oder aufvulkanisiert werden. Alternativ kann er auch aufgepresst oder aufgespannt werden. Oder er kann in einer formschlüssigen Verbindung auf der Außenseite der Verstärkungsschicht gegen Verrutschen entlang der Treibstofftank- Oberfläche gesichert sein.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung kann der Wulst als integraler Bestandteil der Verstärkungsschicht aus faserverstärktem Kunststoff gefertigt sein. Somit wird der Wulst bereits bei der Herstellung der Verstärkungsschicht direkt mit gefertigt. Beispielsweise in dem nach dem Wickeln der Verstärkungsschicht auch der Wulst mit auf die Außenseite gewickelt wird, bevor das Harz der Verstärkungsschicht ausgehärtet wird. So ist eine besonders gute Verbindung des Wulstes mit der Verstärkungsschicht gegeben.
Um den Schutz des Wulstes gegen Verschleiß zu verbessern, kann zwischen dem Wulst und den Spannbändern der Befestigungsvorrichtung ein metallisches Element vorgesehen werden. Insbesondere bei einem Wulst aus einem Kunststoff oder Gummi bietet das eine längere Lebensdauer des Wulstes. Das metallische Element kann beispielsweise ein Blechstreifen sein, der auf die Seite des Wulstes geklebt oder vulkanisiert wird, der mit der Befestigungsvorrichtung in Kontakt kommt. Oder es kann als eine metallische Beschichtung ausgeführt sein.
In einer besonders bevorzugten Ausführung ist der Treibstofftank so ausgeführt, dass er zur senkrechten Montage in einem gasbetriebenen Fahrzeug, insbesondere einem Nutzfahrzeug vorgesehen ist, wobei der Wulst direkt oberhalb von einer der beiden Befestigungsvorrichtungen angeordnet ist. Dass der Wulst oberhalb der einen Befestigungsvorrichtung angeordnet ist, bezieht sich auf die Lage im eingebauten Zustand im Fahrzeug.
Besonders bevorzugt ist der der Wulst direkt oberhalb von der unteren der beiden Befestigungsvorrichtungen angeordnet. Auch hier wieder bezogen auf die Lage im montierten Zustand im Fahrzeug. Das heisst, die zwei Befestigungsvorrichtungen sind als eine obere und als eine untere Befestigungsvorrichtung ausgebildet, bezogen auf die spätere Lage im montierten Zustand im Fahrzeug. Dadurch wird der untere Teil des Treibstofftanks sicher in Position gehalten. Üblicherweise befinden sich am unteren Boss die Anschlüsse und Leitungen für die Betankung und die kontrollierte Gasabgabe. Diese sind somit vor eventuell auftretenden Kräften, wenn sich der Treibstofftank in der Länge ausdehnt, geschützt. Eine Ausdehnung des Treibstofftanks in der Länge tritt auf, wenn sich der Tankinnendruck beim Befüllen oder Entleeren ändert. Anhand von Ausführungsbeispielen werden weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung erläutert unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Gleichartige Teile sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Fig.1 Schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem erfindungsgemäßen Treibstofftank (Seitenansicht)
Fig.2 Darstellung eines erfindungsgemäßen Treibstofftanks in
Seitenansicht und in Schnitt
Fig.3a/b/c Detaildarstellung verschiedener Ausführungen der Wulst am erfindungsgemäßen Treibstofftank in Seitenansicht und Schnitt Fig.4 Beispiel einer Befestigungsvorrichtung eines Treibstofftanks Fig.5a Darstellung eines weiteren erfindungsgemäßen Treibstofftanks in
Seitenansicht
Fig.5b Darstellung noch eines weiteren erfindungsgemäßen
Treibstofftanks in Seitenansicht
Die Fig. 1 zeigt das gasbetriebene Fahrzeug 20. Bevorzugt ist das Fahrzeug 20 ein Nutzfahrzeug, beispielsweise wie hier dargestellt ein Lastkraftwagen. Besonders bei gasbetriebenen Nutzfahrzeugen werden große Treibstoffmengen für eine wirtschaftlich sinnvolle Reichweite benötigt. Der Antrieb kann beispielsweise über eine Brennstoffzelle und Elektromotor oder über einen Gasmotor erfolgen. Der Treibstoff kann Wasserstoff, Biogas, Methan, Ethan, Erdgas oder ein Gasgemisch sein. Gespeichert wird das Gas unter Druck in den Treibstofftanks 1. Dabei wird üblicherweise ein Druck von mindestens 200 bar, oft bis zu 700 oder 875 bar verwendet. Gezeigt ist das Fahrzeug 20 mit einem Treibstofftank-Modul, das üblicherweise mehrere Treibstofftanks 1 aufweist, die in der Querrichtung Q des Fahrzeugs nebeneinander angeordnet sind. Die Treibstofftanks 1 sind hier im Fahrzeug 20 senkrecht montiert, so dass die Tanklängsrichtung t im Wesentlichen parallel zur Höhenrichtung H des Fahrzeugs ausgerichtet ist. Das bietet eine optimale Ausnutzung des Bauraums, also maximal mögliches Tankvolumen, bei gleichzeitig verbesserter Sicherheit, da die Tankarmaturen auf der Unterseite gut geschützt sind und nicht seitlich am Fahrzeug im gefährdeten Bereich angeordnet werden. Je nach Anwendungsfall können die Treibstofftanks auch waagrecht neben dem Fahrzeugrahmen montiert werden.
Der Treibstofftank 1 hat eine langgestreckte Form, die rotationssymmetrisch zur Tanklängsrichtung t ist. Im Mittelbereich weist er eine zylinderförmige Form auf, welche an beiden Enden mit gewölbten Polkappen abgeschlossen wird, die in einem sogenannten Boss 7 enden. Am oberen Boss 7 ist üblicherweise ein Sicherheitsventil vorgesehen, dass bei zu hoher Temperatur oder zu hohem Druck das Gas abbläst und so den Tank entlastet, beispielsweise im Brandfall um eine Explosion zu vermeiden. Am unteren Boss 7 ist eine Tankarmatur vorhanden. Über diese kann der Treibstofftank 1 mit Gas befüllt und im Betrieb kontrolliert Gas entnommen werden. Die Tankarmaturen können optional zusätzliche Sicherheitsventile umfassen.
Der Treibstofftank 1 ist hier mit zwei Befestigungsvorrichtungen 2,3 ausgestattet, die Spannbänder umfassen, zum Beispiel einfache Schellen oder sogenannte Gelenkbandschellen. Dabei gibt es die oberer Befestigungsvorrichtung 2 und die untere Befestigungsvorrichtung 3. Über beide Befestigungsvorrichtungen 2,3 ist der Treibstofftank an der Tragstruktur 10 befestigt. Gegebenenfalls können auch mehr als zwei Befestigungsvorrichtungen verwendet werden, so dass zum Beispiel noch eine mittlere Befestigungsvorrichtung vorhanden ist.
Die Tragstruktur 10 trägt im gezeigten Fall auch die weiteren Treibstofftanks und dient zur Montage des Treibstofftank-Moduls im Fahrzeug 20. Sie kann beispielsweise als Stahlrahmen ausgeführt sein. Zum Schutz gegen äußere Einflüsse auf die Treibstofftanks 1 kann die Schutzabdeckung 11 vorgesehen werden.
Der Wulst 6 auf der Außenseite der Verstärkungsschicht des Treibstofftanks 1 liegt an der unteren Befestigungsvorrichtung 3 an und dient erfindungsgemäß dazu, dass der Treibstofftank 1 nicht durch die Spannbänder der unteren Befestigungsvorrichtung 3 nach untern durchrutschen kann. Zudem erleichtert der Wulst 6 die Montage, in dem er für eine eindeutige Positionierung der Befestigungsvorrichtung 3 am Treibstofftank 1 sorgt. Fig.2 zeigt eine Ausführung des erfindungsgemäßen Treibstofftanks 1 . Er umfasst zwei Befestigungsvorrichtungen 2,3, wobei eine die obere Befestigungsvorrichtung 2 und eine die untere Befestigungsvorrichtung 3 ist. Beide sind mit Spannbändern ausgestattet, die den Treibstofftank auf seinem Umfang umfassen und die als Schellen ausgeführt sind. Zudem weisen die Befestigungsvorrichtungen 2,3 je einen Sockel 4,5 auf, an dem die Spannbänder befestigt sind und gegen den der Treibstofftank 1 gespannt wird. Mit Hilfe der Befestigungsvorrichtungen 2,3 kann der Treibstofftank 1 an der Tragstruktur 10 befestigt werden. Diese Tragstruktur 10 dient dazu den Treibstofftank 1 in einem Fahrzeug zu montieren. Wie hier dargestellt, ist der Treibstofftank 1 mit seinen Befestigungsvorrichtungen 2,3 zur senkrechten Montage in einem Fahrzeug vorgesehen. Der Treibstofftank 1 weist einen Wulst 6 auf der Außenseite auf, der an der unteren Befestigungsvorrichtung 3 anliegt, und der dafür sorgt, dass der Treibstofftank 1 nicht durch die Spannbänder dieser Befestigungsvorrichtung 3 rutscht. So ist er sicher gehalten und verändert auch bei Vibrationen nicht seine Lage, was einer Beschädigung der Tankoberfläche vorbeugt.
Bei Treibstofftanks 1 , die mit hohem Druck befüllt werden, ändert sich die Länge des Tanks je nach Innendruck. Durch den Wulst 6 bleibt die Position des Treibstofftanks 1 zur unteren Befestigungsvorrichtung 3 fest. Damit sind die üblicherweise am unteren Boss angeschlossenen Tankarmaturen und Leitungen vor einer zusätzlichen und wechselnden Belastung durch die Längenausdehnung des Treibstofftanks 1 geschützt.
Alternativ kann der Wulst 6 auch oberhalb von der oberen Befestigungsvorrichtung 2 vorgesehen sein, wie in Fig.5a dargestellt. Das ist vor allem dann vorteilhaft, wenn die Tankarmaturen am oberen Boss angeschlossen werden. Da somit die Lage des Treibstofftanks 1 zum oberen Boss bei Längenausdehnung weitgehend konstant bleibt.
Insbesondere bei waagrechter Montage des Treibstofftanks 1 im Fahrzeug kann es sinnvoll sein, zwei Wulste 6 vorzusehen, wie es in Fig.5b gezeigt ist. Dabei sind die beiden Wulste 6 so angeordnet, dass der Treibstofftank 1 in beide Richtungen entlang der Tanklängsrichtung t nicht durch die Spannbänder rutschen kann. Ebenfalls erfindungsgemäß sind weitere Ausführungen mit mehreren Befestigungsvorrichtungen, die Spannbänder umfassen, und bei denen an zumindest einer der Befestigungsvorrichtungen der Wulst anliegt.
Fig.3a,b,c stellt drei verschiedene Ausführungen für den Wulst 6,6‘,6“ dar, unabhängig davon in welcher Position der Wulst 6,6‘,6“vorgesehen ist.
In Fig.3a ist der Wulst 6 als Ring auf dem gesamten Umfang des Treibstofftanks 1 ausgebildet.
Alternativ kann der Wulst 6‘ wie in Fig.3b gezeigt, nur als Ringsegment ausgebildet sein. Bevorzugt ist der Wulst 6‘, wie hier dargestellt, auf mindestens 20% des Umfangs angebracht.
In einer weiteren Variante kann der Wulst 6“ aus mehreren Ringsegmenten bestehen, die am Umfang des Treibstofftanks 1 angeordnet sind. Hier sind es zum Bespiel vier Segmente. Durch eine Aufteilung des Wulstes 6“ in mehrere Ringsegment ist eine einfachere Herstellung und Befestigung des Wulstes 6“ möglich.
Dabei kann der Wulst 6,6‘,6“ ein integraler Bestandteil der Verstärkungsschicht sein oder er kann separat gefertigt und auf der Außenseite des Treibstofftanks 1 befestigt sein, wie zuvor bereits beschrieben. Ist er separat gefertigt, kann der Wulst 6,6‘,6“ aus einem anderen Material bestehen als die Verstärkungsschicht des Treibstofftanks 1 , zum Beispiel aus Metall, aus Kunststoff, aus Gummi oder aus einem Verbundwerkstoff. Um den Verschleiß des Wulstes 6,6‘,6“ zu reduzieren und somit die Haltbarkeit zu verlängern, kann zum Schutz ein metallisches Element am Wulst 6,6‘,6“ vorgesehen werden. Dieses metallische Element kann beispielsweise ein Blechstreifen oder eine metallische Beschichtung auf der Seite des Wulstes sein, die mit der Befestigungsvorrichtung 3 in Kontakt kommt. Die Darstellung in Fig.4 zeigt eine beispielhafte Variante der Befestigungsvorrichtung 3. Die Befestigungsvorrichtung 3 umfasst Spannbänder, die hier als Gelenkbandschellen ausgeführt sind, und einen Sockel 5, an dem die Spannbänder befestigt sind. Mit Hilfe dieser Befestigungsvorrichtung 3 kann der Treibstofftank an der T ragstruktur 10 befestigt werden.
Bezugszeichenliste
1 Treibstofftank
2 Befestigungsvorrichtung
3 Befestigungsvorrichtung
4 Konsole
5 Konsole
6, 6‘,6“ Wulst
7 Boss
10 Tragstruktur
11 Schutzabdeckung
20 gasbetriebenes Nutzfahrzeug
H Höhenrichtung des Fahrzeugs
L Längsrichtung des Fahrzeugs
Q Querrichtung des Fahrzeugs t Tanklängsrichtung

Claims

Patentansprüche
1. Treibstofftank (1 ) für die Speicherung von Gas zur Montage in einem gasbetriebenen Fahrzeug, insbesondere einem Nutzfahrzeug (20), wobei der Treibstofftank (1 ) eine langgestreckte Form hat, die im Mittelbereich zylinderförmig und an beiden Enden mit gewölbten Polkappen abgeschlossen ist, und eine Verstärkungsschicht aus faserverstärktem Kunststoff, sowie an jeder der Polkappen ein metallisches Anschlussstück, einen sogenannten Boss, aufweist, und wobei der Treibstofftank (1 ) zumindest zwei Befestigungsvorrichtungen (2,3) aufweist, die mit Hilfe von Spannbändern den Treibstofftank (1 ) im zylinderförmigen Mittelteil umfassen und zur Befestigung des Treibstofftanks (1 ) an einer Tragstruktur (10) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Treibstofftank (1 ) im zylinderförmigen Mittelbereich auf der Außenseite zumindest einen Wulst (6,6‘,6“) aufweist, welcher direkt neben einer der Befestigungsvorrichtungen (2,3) angeordnet ist und so an dieser anliegt und so ausgeführt ist, dass der Treibstofftank (1 ) in eine Richtung nicht durch das oder die Spannbänder dieser einen Befestigungsvorrichtung (2,3) hindurch rutschen kann.
2. Treibstofftank (1 ) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Wulst (6,6‘,6“) direkt neben der Befestigungsvorrichtung (2,3) angeordnet ist, die näher an dem Boss angeordnet ist, welcher dazu vorgesehen ist, die Tankarmatur aufzunehmen.
3. Treibstofftank (1 ) nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die zweite der beiden Befestigungsvorrichtungen (2,3) so elastisch und/oder verschiebbar ausgeführt ist, dass sich der Treibstofftank (1 ) in Tanklängsrichtung t ausdehnen kann.
4. Treibstofftank (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass im zylinderförmigen Mittelbereich auf der Außenseite ein zweiter Wulst (6;6‘,6“) vorhanden ist, der neben der zweiten Befestigungsvorrichtung (2,3) angeordnet ist, wobei die Wulste (6,6‘,6“) so an den jeweiligen Befestigungsvorrichtungen (2,3) anliegen und so ausgeführt sind, dass der Treibstofftank (1 ) in beide Richtungen nicht durch das oder die Spannbänder der Befestigungsvorrichtungen (2,3) hindurch rutschen kann.
5. Treibstofftank (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Wulst (6,6‘,6“) ringförmig ausgeführt ist und den Treibstofftank (1 ) auf seinem gesamten Umfang umgibt.
6. Treibstofftank (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass der Wulst (6,6‘,6“) als eines oder mehrere Ringsegmente ausgeführt ist, welche den Treibstofftank (1 ) auf seinem Umfang zumindest teilweise umgeben, wobei das oder die Ringsegmente zusammen bevorzugt mindestens 20%, besonders bevorzugt mindestens 40% des Umfangs umgeben.
7. Treibstofftank (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Wulst (6,6‘,6“) aus einem anderen Material als die Verstärkungsschicht des Treibstofftanks (1 ) gefertigt ist.
8. Treibstofftank (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass der Wulst (6,6‘,6“) als integraler Bestandteil der Verstärkungsschicht des Treibstofftanks (1 ) gefertigt ist.
9. Treibstofftank (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass der Wulst (6,6‘,6“) nach der Fertigung der Tankwandung auf der Außenseite des Treibstofftanks (1 ) befestigt worden ist.
10. Treibstofftank (1 ) nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass der Wulst (6,6‘,6“) aufgeklebt oder aufvulkanisiert ist.
11 . Treibstofftank (1 ) nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass der Wulst (6,6‘,6“) aufgepresst oder aufgespannt ist.
12. Treibstofftank (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Wulst (6,6‘,6“) formschlüssig an der Außenseite des Treibstofftanks (1 ) befestigt ist.
13. Treibstofftank (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Wulst (6,6‘,6“) ein metallisches Element aufweist, das auf der Seite angebracht ist, welche mit der einen Befestigungsvorrichtung (2,3) in Kontakt kommt.
14. Treibstofftank (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Treibstofftank so ausgeführt ist, dass er zur senkrechten Montage in einem gasbetriebenen Fahrzeug, insbesondere einem Nutzfahrzeug (20) vorgesehen ist und dass der Wulst (6,6‘,6“) direkt oberhalb von einer der beiden Befestigungsvorrichtungen (2,3) angeordnet ist.
15. Treibstofftank (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Wulst (6,6‘,6“) direkt oberhalb von der unteren der beiden Befestigungsvorrichtungen (2,3) angeordnet ist.
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