WO2023001743A1 - Halterahmen zur befestigung von hochdruckspeicherbehältern an fahrzeugen, insbesondere nutzfahrzeug, und fahrzeug aufweisend den halterahmen - Google Patents

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pressure
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Jan Andreas
Lucky BAGHA
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Definitions

  • the present invention relates to a holding frame for fastening high-pressure accumulators on vehicles, in particular commercial vehicles, and vehicles, in particular commercial vehicles, having the holding frame according to the invention for fastening high-pressure accumulators.
  • high-pressure accumulators are fastened to frames by means of loops or metal straps and are thus fastened to the respective vehicle.
  • such holding devices are not sufficiently torsionally rigid, so that in the event of an accident, in particular a head-on collision with another vehicle the acceleration forces in the several G range act on the vehicle, in particular the high-pressure storage tank, the holding device is easily deformed and thus a secure accommodation of the high-pressure storage tank cannot be guaranteed. In the worst case, this can lead to undesired damage to the storage container and, associated with this, to an uncontrolled release of the fuel, in particular the gaseous hydrogen.
  • one object of the present invention is to provide a holding frame for fastening at least one high-pressure storage tank to a vehicle, in particular a commercial vehicle, that is able to securely fasten the high-pressure storage tank to the vehicle on the one hand, so that the containers, even in the event of an accident, where high forces and moments can act on the containers, can be held securely on the vehicle and twisting of the holding frame can be reduced or completely prevented, and at the same time the holding device can be optimized in terms of its own weight.
  • One of the basic ideas of the present invention is to provide a holding frame for attaching high-pressure storage tanks to a vehicle, in which the high-pressure storage tanks are received directly by a support device attached to the vehicle chassis (vehicle frame) via a base structure, without the interposition of tethers, whereby the forces and moments occurring in an accident can be introduced directly from the tanks via the support device into the vehicle chassis.
  • the holding frame provided should make it possible to fix the tanks directly above the vehicle chassis, in particular the side members of the truck, so that only small forces and moments act on the chassis.
  • the rigidity of the mounting or attachment of the high-pressure storage tank(s) to the vehicle can be improved and thus the integrity of the attachment of the high-pressure storage tanks can be ensured even in a frontal crash in which acceleration forces in the several G ranges act on the tanks .
  • a holding frame for attaching high-pressure storage tanks to a vehicle has: a base structure, in particular base plate(s), which is set up to be attached to a counter-structure, in particular a vehicle frame or vehicle chassis, of the vehicle and a support device which is set up to accommodate at least one high-pressure storage container, in particular a hydrogen tank, the support device having a first support element which consists of at least two spaced a predetermined distance apart in the transverse direction of the vehicle shell elements or holding elements spaced apart from one another, the shell elements having a preferably arcuate first receiving section which is set up to enclose the at least one preferably cylindrical high-pressure storage tank over a predetermined angular range.
  • the term "comprises” in the context of the present invention describes that the preferably two shell elements, which consist of plates as described further below, have a receiving section (the first receiving section) on their end face, in which the at least one high-pressure storage tank is received in such a way that the over the predetermined angular range at least partially comes into contact with the end face.
  • the high-pressure storage tank may abut directly against the end surface, or a buffering member such as a hard rubber member may be interposed to absorb shock or vibration between the shell member and the high-pressure storage tank to dampen.
  • this makes it possible to increase the rigidity of the accommodation or fastening of the high-pressure storage tanks on the vehicle, as a result of which the high-pressure storage tank or tanks can be securely fastened to the vehicle, in particular in the event of an accident of the vehicle.
  • vehicle or “means of transport” or other similar terms as used below includes motor vehicles in general, such as passenger automobiles including Sports Utility Vehicles (SUV), buses, trucks, various commercial vehicles, watercraft including various boats and ships , Aircraft, trains, and the like, hybrid vehicles, electric vehicles, plug-in hybrid electric vehicles, water fuel vehicles and other alternative vehicles (e.g. fuels derived from resources other than petroleum) .
  • a hybrid vehicle is a vehicle that uses two or more fuels, such as a gasoline-powered vehicle and an electric-powered vehicle at the same time.
  • the support device can be set up to accommodate a large number of high-pressure storage tanks, preferably 3 to 8, more preferably 4 to 6 high-pressure storage tanks, with the two shell elements each having a number of first ones corresponding to the number of high-pressure storage tanks to be accommodated Have recording sections.
  • the at least one high-pressure storage tank is used to store fuel, in particular compressed gaseous and/or vaporous hydrogen.
  • the two shell elements are each formed from a plate, in particular a metal plate, the lengthwise and widthwise directions of which extend in a plane that includes the longitudinal direction of the vehicle (also the direction of travel of the vehicle) and the vertical direction (height direction of the vehicle, which extending perpendicularly to the floor, wherein the plate is formed with the first receiving portion and the plate is preferably provided with cutouts for weight reduction.
  • the plate with the first or the first receiving section(s) and the cutouts that are preferably provided can preferably be made from solid material, in particular milled, or a base plate can be prefabricated by laser cutting or flame cutting, which is then placed on the is reworked to exact dimensions, in particular remilled, with the contact surfaces in particular being reworked and the necessary bores being provided.
  • the plates of the two shell elements can be arranged with their longitudinal extent perpendicular to the base structure, in particular the base plate, and the width of the plates can preferably decrease from the base structure in the vertical direction (away from the base structure).
  • the at least one first receiving section is set up to enclose or receive the at least one preferably cylindrical high-pressure storage container over an angular range of at least 90 degrees and at most 180 degrees, preferably over an angular range of 120 degrees to 180 degrees.
  • the holding frame can also have two stiffening plates, which are each attached transversely (perpendicular to the respective plate, i.e. transverse to the direction of the vehicle) on one of the two shell elements, in particular on the end face of the plate oriented opposite to the direction of travel, with the stiffening plates being preferred are welded to the respective shell element.
  • the holding frame also has a stiffening structure which is set up to brace the two shell elements against one another in the transverse direction of the vehicle, in particular to brace them against one another by means of two transverse tubes.
  • the holding frame has a second support element which is set up to hold the at least one high-pressure storage tank in the at least one first receiving section of the two Press shell elements preferably biased by a spring.
  • the at least one high-pressure storage tank or the plurality of high-pressure storage tanks is pressed into the first receiving section of the two shell elements, preloaded by a spring, it can be ensured that, regardless of the filling pressure of the high-pressure storage tank(s), this(s) can be inserted with the necessary force into the first receiving portion can be pressed while allowing the container(s) to breathe.
  • the second support element has two tensioning elements, each of which is preferably formed from a plate, in particular a metal plate, with the longitudinal and width directions of the two plates extending in a plane which is the longitudinal direction of the vehicle and the vertical direction which is extending perpendicularly to the bottom, including or including at least one second arcuate receiving portion formed in the panel adapted to encompass the at least one high pressure storage vessel over a predetermined angular range.
  • the at least one second receiving section is set up to hold the at least one, preferably cylindrical, high-pressure storage tank over an angular range ⁇ of at least 90 degrees and a maximum of 180 degrees, preferably over an angular range ⁇ of 120 degrees to 180 degree to encompass.
  • the holding frame also has a test console holder which is arranged or fastened laterally on one of the two shell elements and extends in the transverse direction of the vehicle away from the shell member.
  • the holding frame also has a stiffening plate which is attached to the stiffening structure, in particular the two transverse tubes, in order to stiffen them, the stiffening plate preferably being supported via two cross braces on one of the two shell elements.
  • the two shell elements have a multiplicity of first receiving sections, with the uppermost of the first receiving sections enclosing or receiving the high-pressure storage container only from below in a range from 60 degrees to 120 degrees, preferably from 70 degrees to 90 degrees , and/or the two clamping elements have a plurality of second receiving sections, the uppermost of the second receiving sections enclosing or receiving the high-pressure storage tank only from below in a range from 60 degrees to 120 degrees, preferably from 70 degrees to 90 degrees.
  • the at least one first receiving section and the at least one second receiving section are arranged in such a way that they together encompass or receive the at least one high-pressure storage tank to be received over an angular range g of at least 240 degrees to a maximum of 360 degrees.
  • the base structure has two floor panels, which are preferably arranged one behind the other, in particular spaced apart, in the longitudinal direction of the vehicle, and both floor panels are preferably provided with receiving grooves that run in the longitudinal direction of the vehicle and are set up for this purpose are to accommodate the two shell elements and clamping elements.
  • the two floor panels are each provided with lateral fastening flanges which are designed to fasten the base structure to the counter-structure, in particular the vehicle frame, of the vehicle, the fastening flanges preferably being fastened to the respective floor plate, front and rear floor plate, are screwed on.
  • fastening flanges with stiffening ribs and preferably to provide the fastening flanges with through-holes for fastening to the counter-structure of the vehicle.
  • the present invention relates to a high-pressure storage system for storing fuel, in particular compressed gaseous and/or vaporous hydrogen, which is preferably set up to supply fuel to a fuel cell system, in particular of a vehicle, having: the holding frame described above according to one of the described embodiments, at least one high-pressure storage container for storing fuel, in particular compressed gaseous and/or vaporous hydrogen, and at least one in-tank valve which is set up to control and/or to control the fuel filling and/or fuel removal into or from the at least one high-pressure storage container regulate.
  • the high-pressure accumulator system can also have a thermal pressure relief device, which is preferably integrated into the at least one in-tank valve and is set up to open an outlet of the in-tank valve through the action of heat, in particular when a predetermined temperature is reached, in order to release the pressurized to protect standing high-pressure storage tank against overpressure, in this case the discharged fuel can preferably be discharged upwards via a vent line.
  • a thermal pressure relief device which is preferably integrated into the at least one in-tank valve and is set up to open an outlet of the in-tank valve through the action of heat, in particular when a predetermined temperature is reached, in order to release the pressurized to protect standing high-pressure storage tank against overpressure, in this case the discharged fuel can preferably be discharged upwards via a vent line.
  • the stored Fuel in particular the hydrogen, can be discharged in a controlled manner, with the discharged fuel preferably being discharged upwards or in the height direction of the vehicle away from the vehicle in order to protect persons or equipment from the escaping hydrogen which may ignite.
  • the high-pressure storage system also has: a large number of high-pressure storage containers, each of which is provided with an in-tank valve and is preferably connected to one another in a gas-carrying manner by means of a valve device (GHU), so that a fuel cell system to be supplied can be supplied with fuel centrally via connection connections .
  • GHU valve device
  • the high-pressure accumulator system can also have a pressure accumulator attachment device which is set up to attach the at least one high-pressure accumulator tank to the holding frame, in particular to the first and/or second support elements, the pressure accumulator attachment device preferably having a plurality of preferably metallic) pressure accumulator fastening straps.
  • the high-pressure accumulator system also has an energy supply, in particular plug-in connections, via which the high-pressure accumulator system can be supplied with energy or electricity, in particular electricity can be supplied by the vehicle. It is further preferred that the high-pressure accumulator system has a support structure for attaching a tubing, which is set up to supply the fuel to the at least one high-pressure accumulator tank and/or to discharge it therefrom.
  • the present invention relates to a vehicle, in particular a commercial vehicle, more preferably a truck, which is preferably driven by a fuel cell drive, having: a vehicle frame (vehicle chassis), a passenger cabin, in particular a driver's cab, for accommodating people, and the high-pressure accumulator system described above according to one of the described embodiments, wherein the high-pressure accumulator system is fastened to the vehicle frame by means of the base structure of the holding frame, in particular is arranged or fastened in the longitudinal direction or in the direction of travel of the vehicle behind the vehicle cabin on the vehicle frame.
  • the fuel cell drive of the vehicle can be supplied with fuel, in particular compressed gaseous and/or vaporous hydrogen, via the high-pressure storage system.
  • the fastening flanges of the base structure are designed to be fastened to longitudinal members of the chassis of the vehicle, in particular of the truck, with the holding frame preferably being designed in such a way that the first support element and/or the second support element (112) are arranged centrally above the side members of the vehicle chassis.
  • the weight of the holding frame is arranged directly above the side members of the vehicle and the forces and moments of the holding frame, which during a journey of the vehicle from the holding frame in the vehicle, in particular in the Vehicle frame are introduced, directly, without large lever arm, are introduced into the side members of the vehicle chassis, whereby the moments introduced into the side members can be minimized.
  • FIG. 1 schematically shows the structure of a known holding device for fastening high-pressure storage tanks to vehicles
  • Fig. 2 shows schematically the structure of another known holding device for attaching high-pressure storage tanks to trucks
  • FIG. 3 schematically shows the structure of a high-pressure accumulator system according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 shows schematically the structure of a holding frame according to an embodiment of the present invention (without high-pressure storage tank),
  • FIG. 5 shows schematically the structure of a base structure with a shell element and an associated clamping element according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 1 shows schematically the structure of a known holding device for attaching hydrogen tanks 413 (high-pressure storage tanks) on a commercial vehicle, in particular a truck (truck).
  • the hydrogen tanks are usually arranged behind the driver's cab 411, at least in Europe. This is due to the fact that the length of commercial vehicles in Europe is limited and therefore the installation space for installing hydrogen tanks in the vehicle is limited.
  • the hydrogen tanks 414 are suspended in a steel frame 416 consisting of individual steel profiles and the steel frame is clad with individual steel sheets 415.
  • the holding devices do not have sufficient inherent rigidity, so that in the event of an accident in particular, due to the high moments of inertia, the holding device tends to be easily deformed and to exert high forces and moments on the vehicle frame (vehicle chassis) 412 or to initiate them.
  • the hydrogen tanks 413 are arranged with their longitudinal direction or longitudinal extent in a transverse direction (Q) of the truck.
  • FIG 2 shows schematically the structure of another known holding device for attaching high-pressure accumulator tanks on trucks.
  • This is a truck holding device designed for use in North America or Australia, where the length of the truck or tractor unit is not as strictly regulated.
  • Hydrogen tanks 311, 312 with their longitudinal extent in the direction of travel of the vehicle or in the longitudinal direction of the vehicle.
  • the substructure of the truck is shown, consisting of the longitudinal frame 301, the front axle 304, the rear axle 303 consisting of two axles and the fifth wheel coupling 302, which is used to attach an articulated lorry (not shown).
  • the lateral hydrogen tanks 311 of the hydrogen storage system 310 are integrated into the lateral underrun protection 305, being attached to the longitudinal frame 301 of the truck by means of two holding devices 320.
  • the hydrogen storage system 310 shown also has central hydrogen tanks 312 which are arranged between the two longitudinal members of the longitudinal frame 301 of the truck.
  • FIG. 3 schematically shows the structure of a high-pressure accumulator system 200 according to one embodiment of the present invention.
  • the high-pressure storage system 300 consists of a holding frame 100 which is used to fasten the high-pressure storage system 300, in particular its hydrogen tanks, to the chassis of a truck.
  • the high-pressure storage system 300 shown has five cylindrical hydrogen tanks 201 which are stacked vertically (in the vertical direction of the truck) one above the other, in particular stacked congruently one above the other.
  • all hydrogen tanks 201 are provided with their own in-tank valve 203 (OTV), which is set up to regulate the fuel filling with hydrogen and the removal of the hydrogen.
  • OEM in-tank valve
  • the high-pressure storage system (200) is also provided with a central valve device (207), in particular a gas handling device, which serves to control or regulate the complete hydrogen flow within the high-pressure storage system 200 and between the high-pressure storage system 200 and the truck.
  • the system 200 also includes connection ports 209 which are used to centrally supply fuel (hydrogen) to the fuel cell system of the truck.
  • the system 200 has pressure accumulator fastening straps or pressure accumulator fastening buckles, which serve to fasten the individual high-pressure storage containers (hydrogen tanks) 201 to the support frame 100 and thereby allow the hydrogen tanks 201 to breathe. Breathing is understood here to mean that the diameter of the hydrogen tanks 201 can expand or contract depending on the existing storage pressure of the hydrogen that is filled in.
  • the high-pressure accumulator system 200 is provided with an energy supply 212, in particular plug-in connections, via which the system 200 can be supplied with electricity from the truck.
  • the high-pressure accumulator system 200 shown has a support structure 202 for attaching a tubing 204, which serves to direct the hydrogen to the hydrogen tanks 201 during filling and when supplying the truck with hydrogen from the tanks to the truck.
  • the support structure 202 can also be used to attach the two vent lines 205 .
  • a further vent line 206 is attached to the support structure 202 and serves to vent the gas handling device 207 .
  • the shown System 200 is also provided with a test console 208 , which is used on the one hand to carry out a leak test on system 200 , for example, and on the other hand can be used to fill and empty high-pressure accumulator system 200 .
  • FIG. 4 schematically shows the structure of a holding frame 100 according to an embodiment of the present invention, the high-pressure storage tanks 201 not being shown for the sake of clarity.
  • the holding frame 100 shown has a base structure 101, which is formed from two floor panels 131 and 132 and is set up to be attached to a vehicle frame of a vehicle (not shown), and a support device 110 set up for this purpose is to accommodate five high-pressure storage tanks 201.
  • the support device 110 has a first support element 111, which consists of at least two shell elements 111A, 111B (plates) spaced apart from one another by a predetermined distance A in the transverse direction Q of the vehicle.
  • the shell elements 111A, 111B each have five approximately circular first receiving sections 111C, which are designed for the purpose shown in FIG. 3 illustrated cylindrical high-pressure storage container 201 over an angular range of about 180 or to enclose.
  • the uppermost of the first receiving sections 111 is designed in such a way that it only encompasses the hydrogen tank 201 over an angle of less than 90 degrees, so that the hydrogen tank 201 is only supported from below and somewhat from the side.
  • FIG. 1 As can also be seen from FIG.
  • the two shell elements 111A and 111B are each reinforced by a stiffening plate 113 provided on the end face of the respective shell element, which in particular increases the rigidity of the two shell elements 111A and 111B in the transverse direction Q (width direction) of the holding frame, which corresponds to the lateral direction Q of the vehicle (in the state installed in the vehicle).
  • Figure 4 also shows that the holding frame 100 can also be provided with a stiffening structure 114, which serves to brace the two shell elements 111, 111B in the transverse direction Q of the holding frame (transverse direction of the vehicle) against one another by means of two transverse tubes (raw profiles).
  • the holding frame 100 also has a second support element 112, which serves to press the four lower hydrogen tanks 201 into the respective first receiving section 111C of the two shell elements 111A, 111B, the second support element 112 being pressed for this purpose by means of a spring can be biased against the hydrogen tanks 201 .
  • the second support element consists of two clamping elements 112A, 112B, which are also each made of a plate, in particular a metal plate, with the longitudinal and width directions L, B of the two plates extending in a plane E, which is the vehicle longitudinal direction and the vertical direction , which extends perpendicularly to the bottom (bottom plate), five arcuate, in particular circular, receiving sections 111D also being formed in the two plates, which serve to support the five high-pressure storage tanks 201 over an angular range of approximately 180 degrees (the uppermost only approximately 90 degree) to include.
  • the holding frame is provided with a test console mount 120 on which test connections or a filling connection for filling the high-pressure storage system 200 with hydrogen can be provided.
  • the holding frame 100 has a stiffening plate 115, which is attached to the stiffening structure 114, in particular the two cross tubes thereof, and serves to stiffen them against one another, the stiffening plate being supported via two cross braces 117 on one of the two shell elements 111A, 111B can.
  • the first receiving sections 111C and second receiving section 111D which are arranged in a complementary manner to one another, are each arranged such that they together encompass or can receive the high-pressure storage tank 201 to be received over an angular range g of 240 degrees to 360 degrees. In the illustrated embodiment, they encompass this by about 360 degrees.
  • FIG. 5 schematically shows the structure of a base structure 101 with a shell element 111A and an associated clamping element 112A according to an embodiment of the present invention.
  • the two elements 111A, 111B are formed from a metal plate, the lengthwise and widthwise directions L, B of which extend in a plane E, which defines the longitudinal direction of the vehicle (also the direction of travel of the vehicle) and the vertical direction (height direction of the vehicle, which perpendicular to the bottom or bottom plate 131, 132, with cutouts being provided in the plate of the shell member 111A for weight reduction.
  • FIG. 6 shows a base structure 101 according to an embodiment of the present invention.
  • the base structure 101 has two floor panels 131, 132, which are preferably arranged one behind the other, in particular spaced apart, in the longitudinal direction of the vehicle, and both floor panels 131, 132 are provided with receiving grooves 133, which are in the longitudinal direction of the vehicle run and are set up to receive the two shell elements 111A, 111B and clamping elements 112A, 112B, whereby transverse forces acting on the shell elements 111A, 111B and the clamping elements 112A, 112B can be better introduced into the base plates 131, 132.
  • the figure 6 also shows that the two base plates 131, 132 laterally (in the transverse direction) each with mounting flanges 141A, 141B; 142A, 142B are provided, which are used to be able to fasten the base structure 101 to the counter-structure, in particular the vehicle frame, of the vehicle, in particular to be able to fasten it to it by means of screw connections.
  • the two base plates 131, 132 laterally (in the transverse direction) each with mounting flanges 141A, 141B; 142A, 142B are provided, which are used to be able to fasten the base structure 101 to the counter-structure, in particular the vehicle frame, of the vehicle, in particular to be able to fasten it to it by means of screw connections.
  • the two base plates 131, 132 laterally (in the transverse direction) each with mounting flanges 141A, 141B; 142A, 142B are provided, which are used to be able to fasten the base structure 101 to the counter-structure
  • mounting flanges 141A, 141B; 142A, 142B can be screwed or welded to the respective base plate 131, 132.
  • the mounting flanges 141, 141B; 142A, 142B are for
  • Stiffening provided with stiffening ribs 143, the fastening flanges 141, 141B; 142A, 142B

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Halterahmen 100 zur Befestigung von Hochdruckspeicherbehältern 201 an einem Fahrzeug, insbesondere einem Nutzfahrzeug, aufweisend: eine Basisstruktur 101, die dazu eingerichtet ist an einer Gegenstruktur des Fahrzeugs befestigt zu werden, und eine Stützeinrichtung 110, die dazu eingerichtet ist zumindest einen Hochdruckspeicherbehälter 201, insbesondere Wasserstofftank, aufzunehmen, wobei die Stützeinrichtung 110 ein erstes Stützelement 111 aufweist, das aus zumindest zwei in Querrichtung Q des Fahrzeugs mit einem vorbestimmten Abstand A voneinander beabstandeten Schalenelementen 111A, 111B besteht, wobei die Schalenelemente 111A, 111B einen bevorzugt bogenförmigen ersten Aufnahmeabschnitt 111C aufweisen, der dazu eingerichtet ist, den zumindest einen bevorzugt zylinderförmigen Hochdruckspeicherbehälter 201 über einen vorbestimmten Winkelbereich α zu umfassen. Die vorliegende Erfindung ist ferner auf ein Hochdruckspeichersystem 200 zur Speicherung von Kraftstoff aufweisend den Halterahmen 100 sowie ein Fahrzeug aufweisend das erfindungsgemäße Hochdruckspeichersystem 200.

Description

ARGO-008-PCT-2022 247 637 p!2
Argo GmbH c/o BahnhofStraße 100 82166 Gräfelfing
HALTERAHMEN ZUR BEFESTIGUNG VON HOCHDRUCKSPEICHERBEHÄLTERN AN FAHRZEUGEN, INSBESONDERE NUTZFAHRZEUG, UND FAHRZEUG AUFWEISEND DEN HALTERAHMEN
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Halterahmen zur Befestigung von Hochdruckspeicherbehältern an Fahrzeugen, insbesondere Nutzfahrzeugen, und Fahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug, aufweisend den erfindungsgemäßen Halterahmen zur Befestigung von Hochdruckspeichern.
Stand der Technik
In jüngster Zeit präsentieren immer mehr Fahrzeughersteller Kraftfahrzeuge, welche durch gasförmige Kraftstoffe wie Erdgas, Autogas oder Wasserstoff angetrieben werden. Dazu zählen nicht nur Personenkraftwagen, sondern auch Busse, Lastwagen und Gabelstapler. Hierbei stellt insbesondere die Befestigung der KraftstoffSpeicher, insbesondere Hochdruckspeicherbehälter, eine Herausforderung dar, insbesondere da die notwendige Befestigung sicherstellen muss, dass auch im Falle eines Unfalls des Fahrzeugs die Behälter sicher und fest an dem Fahrzeug gehalten bzw. gesichert werden.
Herkömmlicherweise werden Hochdruckspeicher in mittels Schlaufen oder metallischen Haltegurten an Rahmengestellen befestigt und damit an dem jeweiligen Fahrzeug befestigt. Derartige Haltevorrichtungen sind jedoch nicht ausreichend verwindungssteif, sodass im Falle eines Unfalls, insbesondere eines Frontalzusammenstoßes mit einem anderen Fahrzeug, bei dem Beschleunigungskräfte im mehreren G-Bereich auf das Fahrzeug, insbesondere die Hochdruckspeicherbehälter wirken, sich die Haltevorrichtung leicht verformt und damit eine sichere Aufnahme der Hochdruckspeicherbehälter nicht gewährleistet werden kann. Hierbei kann es im schlimmsten Fall zu einer unerwünschten Beschädigung der Speicherbehälter und damit verbunden zu einer unkontrollierten Freisetzung des Kraftstoffs, insbesondere des gasförmigen Wasserstoffs, kommen.
Daher besteht ein großer Bedarf an verwindungssteifen Befestigungsvorrichtungen oder Haltesystemen zur sicheren Befestigung und Aufnahme von Hochdruckspeicherbehältern an Fahrzeugen, insbesondere Nutzfahrzeugen, bei denen Aufgrund des hohen Gewichts des Nutzfahrzeugs (beispielsweise LKW + Anhänger) plus Ladung ein hoher Bedarf an Kraftstoff, insbesondere Wasserstoff, besteht, womit das notwendige Hochdruckspeichersystem entsprechend groß ausgelegt werden muss.
Darstellung der Erfindung
Vor dem Hintergrund des oben beschriebenen Bedarfs liegt eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen Halterahmen zur Befestigung von mindestens einen Hochdruckspeicherbehälter an einem Fahrzeug, insbesondere einem Nutzfahrzeug, bereitzustellen, dass in der Lage ist, einerseits die Hochdruckspeicherbehälter sicher an dem Fahrzeug zu befestigen, sodass die Behälter auch im Falle eines Unfalls, wobei hohe Kräfte und Momente auf die Behälter wirken können, sicher am Fahrzeug gehalten werden können und eine Verwindung des Halterahmens reduziert oder vollständig unterbunden werden kann, und gleichzeitig die Haltevorrichtung in ihrem Eigengewicht optimiert werden kann.
Die genannte Aufgabe wird gelöst durch einen Halterahmen nach Anspruch 1, ein Hochdruckspeichersystem nach Anspruch 12 sowie ein Fahrzeug nach Anspruch 16. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Hierbei ist einer der Grundgedanken der vorliegenden Erfindung, einen Halterahmen zur Befestigung von Hochdruckspeicherbehältern an einem Fahrzeug bereitzustellen, bei dem die Hochdruckspeicherbehälter direkt von einer an dem Fahrzeugchassis (Fahrzeugrahmen) über eine Basisstruktur befestigten Stützeinrichtung, ohne Zwischenschaltung von Haltegurten, aufgenommen werden, wodurch die bei einem Unfall auftretenden Kräfte und Momente, direkt von den Tanks über die Stützeinrichtung in das Fahrzeugchassis eingeleitet werden können. Ferner soll der bereitgestellte Halterahmen es ermöglichen, die Fixierung der Tanks direkt oberhalb des Fahrzeugchassis, insbesondere den Längsträgern des LKWs, anzuordnen, sodass nur geringe Kräfte und Momente auf das Chassis einwirken.
Auf diese Weise kann die Steifigkeit der Halterung oder Befestigung des oder der Hochdruckspeicherbehälter(s) an dem Fahrzeug verbessert werden und damit die Integrität der Befestigung der Hochdruckspeicherbehälter selbst bei einem Frontalunfall, bei dem Beschleunigungskräfte im mehreren G-Bereich auf die Behälter wirken, sichergestellt werden.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Halterahmen zur Befestigung von Hochdruckspeicherbehältern an einem Fahrzeug, insbesondere einem Nutzfahrzeug, auf: eine Basisstruktur, insbesondere Bodenplatte (n), die dazu eingerichtet ist an einer Gegenstruktur, insbesondere einem Fahrzeugrahmen oder Fahrzeugchassis, des Fahrzeugs befestigt zu werden, und eine Stützeinrichtung, die dazu eingerichtet ist zumindest einen Hochdruckspeicherbehälter, insbesondere Wasserstofftank, aufzunehmen, wobei die Stützeinrichtung ein erstes Stützelement aufweist, das aus zumindest zwei in Querrichtung des Fahrzeugs mit einem vorbestimmten Abstand voneinander beabstandeten Schalenelementen oder Halteelementen besteht, wobei die Schalenelemente einen bevorzugt bogenförmigen ersten Aufnahmeabschnitt aufweisen, der dazu eingerichtet ist, den zumindest einen bevorzugt zylinderförmigen Hochdruckspeicherbehälter über einen vorbestimmten Winkelbereich zu umfassen.
Hierbei beschreibt der Begriff „umfasst" im Rahmen der vorliegenden Erfindung, dass die bevorzugt beiden Schalenelemente, die wie nachstehend weiter beschrieben aus Platten bestehen, an ihrer Stirnfläche einen Aufnahmeabschnitt (den ersten Aufnahmeabschnitt) aufweisen, in dem der zumindest eine Hochdruckspeicherbehälter derart aufgenommen ist, dass der über den vorbestimmten Winkelbereich zumindest teilweise mit der Stirnfläche in Kontakt kommt. Hierbei kann der Hochdruckspeicherbehälter direkt an der Stirnfläche anliegen, oder es kann ein Pufferelement, wie beispielsweise ein Hartgummielement, dazwischen angeordnet sein, um Schläge oder Vibrationen zwischen dem Schalenelement und dem Hochdruckspeicherbehälter zu dämpfen.
Wie oben bereits erwähnt wird es auf diese Weise ermöglicht, die Steifigkeit der Aufnahme oder Befestigung der Hochdruckspeicherbehälter an dem Fahrzeug zu erhöhen, wodurch insbesondere im Falle eines Unfalls des Fahrzeugs der oder die Hochdruckspeicherbehälter an dem Fahrzeug sicher befestigt werden können.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst der Begriff „Fahrzeug" oder „Verkehrsmittel" oder andere ähnliche Begriffe wie nachfolgend genutzt Kraftfahrzeuge im Allgemeinen, wie Passagierautomobile umfassend Sports Utility Vehicles (SUV), Busse, Lastwagen, verschiedene kommerzielle Fahrzeuge, Wasserfahrzeuge umfassend verschiedene Boote und Schiffe, Flugzeuge, Züge, und dergleichen, Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeuge, Wasser- stoff-Fahrzeuge und andere alternative Fahrzeuge (z.B. Treibstoffe welche aus anderen Ressourcen als Erdöl gewonnen werden) . Wie hier angeführt, ein Hybridfahrzeug ist ein Fahrzeug mit zwei oder mehreren Energieträgern, zum Beispiel benzinbetriebene und gleichzeitig elektrisch betriebene Fahrzeuge .
Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann es vorteilhaft sein, dass die Stützeinrichtung dazu eingerichtet ist eine Vielzahl von Hochdruckspeicherbehältern, bevorzugt 3 bis 8, weiter bevorzugt 4 bis 6 Hochdruckspeicherbehälter aufzunehmen, wobei die beiden Schalenelemente jeweils eine der Anzahl an aufzunehmenden Hochdruckspeicherbehältern entsprechende Anzahl an ersten Aufnahmeabschnitten aufweisen.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann es vorteilhaft sein, dass der zumindest eine Hochdruckspeicherbehälter zur Speicherung von Kraftstoff, insbesondere verdichtetem gas- und/oder dampfförmigem Wasserstoff, dient.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn die beiden Schalenelemente jeweils aus einer Platte, insbesondere Metallplatte, ausgebildet sind, deren Längs- und Breitenrichtung sich in einer Ebene erstrecken, welche die Fahrzeuglängsrichtung (auch Fahrtrichtung des Fahrzeugs) sowie die Vertikalrichtung (Höhenrichtung des Fahrzeugs, welche sich senkrecht zum Boden erstreckt, einschließt, wobei in der Platte der erste Aufnahmeabschnitt ausgebildet ist und die Platte bevorzugt mit Ausschnitten zur Gewichtsreduzierung versehen ist.
Hierbei kann bevorzugt die Platte mit dem ersten oder den ersten Aufnahmeabschnitt(en) und den bevorzugt vorgesehenen Ausschnitten aus dem Vollen gefertigt, insbesondere gefräst, sein, oder eine Grundplatte durch Laserschneiden oder Brennschneiden vorgefertigt werden, welche dann auf die genauen Maße nachbearbeitet, insbesondere nachgefräst wird, wobei insbesondere die Kontaktflächen nachgearbeitet und die notwendigen Bohrungen vorgesehen werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung können die Platten der beiden Schalenelemente mit ihrer Längserstreckung senkrecht auf der Basisstruktur, insbesondere der Bodenplatte, angeordnet sein und sich die Breite der Platten von der Basisstruktur in Vertikalrichtung (weg von der Basisstruktur) bevorzugt verringern.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn der zumindest eine erste Aufnahmeabschnitt dazu eingerichtet ist, den zumindest einen bevorzugt zylinderförmigen Hochdruckspeicherbehälter über einen Winkelbereich von mindestens 90 Grad und maximal 180 Grad, bevorzugt über einen Winkelbereich von 120 Grad bis 180 Grad, zu umfassen oder aufzunehmen.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann der Halterahmen ferner zwei Versteifungsbleche aufweisen, die jeweils quer (senkrecht zur jeweiligen Platte, d.h. quer zur Fahrzeugrichtung) an einem der beiden Schalenelemente, insbesondere an der der Fahrtrichtung entgegengesetzt ausgerichteten Stirnfläche der Platte, angebracht sein, wobei die Versteifungsbleche bevorzugt an dem jeweiligen Schalenelement angeschweißt sind.
Ferner ist es bevorzugt, dass der Halterahmen ferner eine Versteifungsstruktur aufweist, die dazu eingerichtet ist, die beiden Schalenelemente in Querrichtung des Fahrzeugs gegeneinander abzustützen, insbesondere durch zwei Querrohre gegeneinander zu verstreben.
Hierbei kann es ferner vorteilhaft sein, wenn der Halterahmen ein zweites Stützelement aufweist, das dazu eingerichtet ist, den zumindest einen Hochdruckspeicherbehälter in den zumindest einen ersten Aufnahmeabschnitt der beiden Schalenelemente bevorzugt durch eine Feder vorgespannt zu drücken .
Wird der zumindest eine Hochdruckspeicherbehälter oder die Vielzahl an Hochdruckspeicherbehältern durch eine Feder vorgespannt in den ersten Aufnahmeabschnitt der beiden Schalenelemente gedrückt, kann sichergestellt werden, dass unabhängig von dem Fülldruck des oder der Hochdruckspeicherbehälter (s), diese(r) mit der notwendigen Kraft in den ersten Aufnahmeabschnitt gedrückt werden kann oder können und gleichzeitig es dem Behälter(n) ermöglicht wird zu atmen.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn das zweite Stützelement zwei Spannelemente aufweist, die bevorzugt jeweils aus einer Platte, insbesondere Metallplatte, ausgebildet sind, wobei die Längs- und Breitenrichtung der beiden Platten sich in einer Ebene erstrecken, welche die Fahrzeuglängsrichtung sowie die Vertikalrichtung, welche sich senkrecht zum Boden erstreckt, einschließt oder enthält, wobei in der Platte zumindest ein zweiter bogenförmiger Aufnahmeabschnitt ausgebildet, der dazu eingerichtet ist, den zumindest einen Hochdruckspeicherbehälter über einen vorbestimmten Winkelbereich zu umfassen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es vorteilhaft, wenn der zumindest eine zweite Aufnahmeabschnitt dazu eingerichtet ist, den zumindest einen bevorzugt zylinderförmigen Hochdruckspeicherbehälter über einen Winkelbereich ß von mindestens 90 Grad und maximal 180 Grad, bevorzugt über einen Winkelbereich ß von 120 Grad bis 180 Grad, zu umfassen.
Hierbei ist es vorteilhaft, wenn der Halterahmen ferner eine Prüfkonsolenhalterung aufweist, die seitlich an einem der beiden Schalenelemente angeordnet oder befestigt ist und sich in Querrichtung des Fahrzeugs von dem Schalenelement weg erstreckt .
Des Weiteren kann es vorteilhaft sein, wenn der Halterahmen ferner ein Versteifungsblech aufweist, das an der Versteifungsstruktur, insbesondere den zwei Querrohren, befestigt ist, um diese zu versteifen, wobei das Versteifungsblech bevorzugt über zwei Querstreben an einem der beiden Schalenelemente abgestützt ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weisen die beiden Schalenelemente eine Vielzahl von ersten Aufnahmeabschnitten auf, wobei der oberste der ersten Aufnahmeabschnitte den Hochdruckspeicherbehälter lediglich von unten in einem Bereich von 60 Grad bis 120 Gard, bevorzugt von 70 Gard bis 90 Grad, umfasst oder aufnimmt, und oder die beiden Spannelemente eine Vielzahl von zweiten Aufnahmeabschnitten aufweisen, wobei der oberste der zweiten Aufnahmeabschnitte den Hochdruckspeicherbehälter lediglich von unten in einem Bereich von 60 Grad bis 120 Gard, bevorzugt von 70 Gard bis 90 Grad, umfasst oder aufnimmt.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn der zumindest eine erste Aufnahmeabschnitt und der zumindest eine zweite Aufnahmeabschnitt so angeordnet sind, dass sie den zumindest einen aufzunehmenden Hochdruckspeicherbehälter zusammen über einen Winkelbereich g von mindestens 240 Grad bis maximal 360 Grad umfassen oder aufnehmen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass die Basisstruktur zwei Bodenplatten aufweist, die bevorzugt in Längsrichtung des Fahrzeugs hintereinander, insbesondere beabstandet, angeordnet sind, und beide Bodenplatten bevorzugt mit Aufnahmenuten versehen sind, die in Längsrichtung des Fahrzeugs verlaufen und dazu eingerichtet sind, jeweils die beiden Schalenelemente und Spannelemente aufzunehmen. Ferner ist es bevorzugt, dass die beiden Bodenplatten jeweils mit seitlichen Befestigungsflanschen versehen sind, die dazu eingerichtet sind, die Basisstruktur an der Gegenstruktur, insbesondere dem Fahrzeugrahmen, des Fahrzeugs zu befestigen, wobei die Befestigungsflansche bevorzugt an der jeweiligen Bodenplatte, vordere und hintere Bodenplatte, angeschraubt sind.
Es kann ebenfalls vorteilhaft sein, die Befestigungsflansche jeweils mit Versteifungsrippen zu versehen und die Befestigungsflansche bevorzugt mit Durchgangslöchern zur Befestigung an der Gegenstruktur des Fahrzeugs zu versehen.
Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Hochdruckspeichersystem zur Speicherung von Kraftstoff, insbesondere verdichtetem gas- und/oder dampfförmigem Wasserstoff, das bevorzugt dazu eingerichtet ist, ein Brennstoffzellensystem, insbesondere eines Fahrzeugs, mit Kraftstoff zu versorgen, aufweisend: den oben beschriebenen Halterahmen gemäß einer der beschriebene Ausführungsformen, zumindest einen Hochdruckspeicherbehälter zur Speicherung von Kraftstoff, insbesondere verdichtetem gas- und/oder dampfförmigem Wasserstoff, und zumindest ein Intankventil, das dazu eingerichtet ist, die Kraftstoffbefüllung und/oder Kraftstoffentnähme in oder aus dem zumindest einen Hochdruckspeicherbehälter zu steuern und/oder zu regeln.
Hierbei kann es vorteilhaft sein, dass das Hochdruckspeichersystem ferner eine thermische Druckentlastungsvorrichtung aufweist, die bevorzugt in das zumindest eine Intankventil integriert ist und dazu eingerichtet ist, durch Wärmeeinwirkung, insbesondere beim Erreichen einer vorbestimmten Temperatur, einen Auslass des Intankventils zu öffnen, um den unter Druck stehenden Hochdruckspeicherbehälter vor Überdruck zu schützen, hierbei kann bevorzugt der ausgelassene Kraftstoff über eine Entlüftungsleitung nach oben abgelassen werden. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass wenn ein Zustand eintritt, in dem der Druck innerhalb des Behälters aufgrund einer erhöhten Umgebungstemperatur, beispielsweise Feuer bei einem Unfall, ein gefährliches Niveau erreicht, bei dem die Integrität des Behälters nicht mehr sichergestellt werden kann, der gespeicherte Kraftstoff, insbesondere der Wasserstoff, geregelt entleert werden kann, wobei der ausgeleitete Kraftstoff bevorzugt nach oben oder in Höhenrichtung des Fahrzeugs weg von dem Fahrzeug ausgelassen wird, um Personen oder Equipment von dem ausströmenden Wasserstoff, der sich eventuell entzündet, zu schützen.
Des Weiteren kann es vorteilhaft sein, wenn das Hochdruckspeichersystem ferner aufweist: eine Vielzahl von Hochdruckspeicherbehältern, die jeweils mit einem Intankventil versehen sind und bevorzugt mittels einer Ventileinrichtung (GHU) gasführend miteinander verbunden sind, sodass ein zu versorgendes Brennstoffzellensystem zentral über Verbindungsanschlüsse mit Kraftstoff versorgbar ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann das Hochdruckspeichersystem ferner eine Druckspeicher befestigungseinrichtung aufweisen, die dazu eingerichtet ist, den zumindest einen Hochdruckspeicherbehälter an dem Halterahmen, insbesondere an den ersten und/oder zweiten Stützelementen, zu befestigen, wobei die Druckspeicherbefestigungseinrichtung bevorzugt eine Vielzahl an (bevorzugt metallischen) Druckspeicherbefestigungsgurten aufweist .
Ferner ist es vorteilhaft, wenn das Hochdruckspeichersystem ferner eine Energiezufuhr, insbesondere Steckanschlüsse, aufweist, über welche das Hochdruckspeichersystem mit Energie oder Strom versorgbar ist, insbesondere von dem Fahrzeug mit Strom versorgbar ist. Es ist ferner bevorzugt, dass das Hochdruckspeichersystem eine Stützstruktur zur Befestigung einer Verrohrung aufweist, die dazu eingerichtet ist, den Kraftstoff zu dem mindestens einen Hochdruckspeicherbehälter zuzuführen und/oder von diesem abzuführen.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Fahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug, weiter bevorzugt einen LKW, das bevorzugt durch einen Brennstoffzellen-Antrieb angetrieben wird, aufweisend: einen Fahrzeugrahmen (Fahrzeugchassis), eine Personenkabine, insbesondere Fahrerhaus, zur Aufnahme von Personen, und das oben beschriebene Hochdruckspeichersystem gemäß einer der beschriebenen Ausführungsformen, wobei das Hochdruckspeichersystem mittels der Basisstruktur des Halterahmens an dem Fahrzeugrahmen befestigt ist, insbesondere in Längsrichtung oder in Fahrtrichtung des Fahrzeugs hinter der Fahrzeugkabine auf dem Fahrzeugrahmen angeordnet oder befestigt ist.
Hierbei ist es vorteilhaft, wenn der Brennstoffzellen-Antrieb des Fahrzeugs über das Hochdruckspeichersystem mit Kraftstoff, insbesondere verdichtetem gas- und/oder dampfförmigem Wasserstoff, versorgbar ist.
Des Weiteren ist es bevorzugt, dass die Befestigungsflansche der Basisstruktur, insbesondere der Bodenplatten, dazu eingerichtet sind, an Längsträgern des Chassis des Fahrzeugs, insbesondere des LKWs, befestigt zu werden, wobei der Halterahmen bevorzugt derart gestaltet ist, dass das erste Stützelement und/oder das zweite Stützelement (112) mittig oberhalb der Längsträger des Fahrzeugchassis angeordnet sind.
Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass das Gewicht des Halterahmens direkt oberhalb der Längsträger des Fahrzeugs angeordnet ist und die Kräfte und Momente des Halterahmens, die während einer Fahrt des Fahrzeugs von dem Halterahmen in das Fahrzeug, insbesondere in den Fahrzeugrahmen eingeleitet werden, direkt, ohne großen Hebelarm, in die Längsträger des Fahrzeugchassis eingeleitet werden, wodurch die in die Längsträger eingeleiteten Momente minimiert werden können.
Kurze Beschreibung der Figuren
Weitere Merkmale und Vorteile einer Vorrichtung, einer Verwendung und/oder eines Verfahrens ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren. Von diesen Figuren zeigt:
Fig. 1 schematisch den Aufbau einer bekannten Haltevorrichtung zur Befestigung von Hochdruckspeicherbehältern an Fahrzeugen,
Fig. 2 schematisch den Aufbau einer weiteren bekannten Haltevorrichtung zur Befestigung von Hochdruckspeicherbehältern an LKWs,
Fig. 3 schematisch den Aufbau eines Hochdruckspeichersystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 4 schematisch den Aufbau eines Halterahmens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (ohne Hochdruckspeicherbehälter),
Fig. 5 schematisch den Aufbau einer Basisstruktur mit einem Schalenelement und einem dazugehörigen Spannelement gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und
Fig. 6 eine Basisstruktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Beschreibung von Ausführungsformen
Gleiche Bezugszeichen, die in verschiedenen Figuren aufgeführt sind, benennen identische, einander entsprechende, oder funktionell ähnliche Elemente.
Figur 1 zeigt schematisch den Aufbau einer bekannten Haltevorrichtung zur Befestigung von Wasserstofftanks 413 (Hochdruckspeicherbehältern) an einem Nutzfahrzeug, insbesondere einem Lastkraftwagen (LKW). Wie der Figur 1 entnommen werden kann, sind für gewöhnlich, zumindest in Europa, die Wasserstofftanks hinter dem Fahrerhaus 411 angeordnet. Dies ist der Tatsache geschuldet, dass in Europa die Länge der Nutzfahrzeuge limitiert und somit der Bauraum für die Installation von Wasserstofftanks im Fahrzeug begrenzt ist. Wie der Figur 1 weiter entnommen werden kann, sind die Wasserstoffbehälter 414 in einem Stahlrahmen 416 bestehend aus einzelnen Stahlprofilen aufgehängt und der Stahlrahmen durch einzelne Stahlbleche 415 verkleidet. Derartige Haltevorrichtungen weisen jedoch keine ausreichende Eigensteifigkeit auf, so dass insbesondere im Falle eines Unfalls aufgrund der hohen Trägheitsmomente die Haltevorrichtung dazu neigt, leicht verformt zu werden und hohe Kräfte und Momente auf den Fahrzeugrahmen (Fahrzeugchassis) 412 auszuüben oder in diesen einzuleiten. Wie der Figur 1 ebenfalls entnommen werden kann, sind die Wasserstofftanks 413 mit ihrer Längsrichtung oder Längserstreckung in einer Querrichtung (Q) des LKWs angeordnet.
Figur 2 zeigt schematisch den Aufbau einer weiteren bekannten Haltevorrichtung zur Befestigung von Hochdruckspeicher behältern an LKWs. Hierbei handelt es sich um eine Haltevorrichtung für LKWs die für den Einsatz in Nordamerika oder Australien konzipiert sind, wo die Länge des LKWs oder der Zugmaschine nicht so streng reglementiert sind. In diesen Ländern bietet sich eine Unterbringung der Wasserstofftanks 311, 312 mit ihrer Längserstreckung in Fahrtrichtung des Fahrzeugs oder in Längsrichtung des Fahrzeugs an. In dem in Figur 2 gezeigten LKW-Chassis 300 ist der Unterbau des LKWs gezeigt, bestehend aus dem Längsrahmen 301, der Vorderachse 304, der aus zwei Achsen bestehenden Hinterachse 303 sowie der Sattelkupplung 302, die zum Anhängen eines Sattelschleppers (nicht dargestellt) dient.
In der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform sind die seitliche Wasserstof ftanks 311 des WasserstoffSpeichersystems 310 in den seitlichen Unterfahrschutz 305 integriert, wobei sie mittels zweier Haltevorrichtungen 320 am Längsrahmen 301 des LKWs befestigt sind. Das gezeigte Wasserstoffspeicher-system 310 weist ferner mittlere Wasserstofftanks 312 auf, die zwischen den beiden Längsträgern des Längsrahmens 301 des LKWs angeordnet sind.
Figur 3 zeigt schematisch den Aufbau eines Hochdruckspeicher system 200 gemäß einer Aus führungsform der vorliegenden Erfindung. Wie der Figur 3 entnommen werden kann, besteht das Hochdruckspeichersystem 300 aus einem Halterahmen 100 der zur Befestigung des Hochdruckspeichersystems 300, insbesondere deren Wasserstofftanks, am Chassis eines LKWs dient. Das dargestellte Hochdruckspeichersystem 300 weist fünf zylinderförmige Wasserstofftanks 201 auf, die vertikal (in Höhenrichtung des LKWs) übereinandergestapelt sind, insbesondere deckungsgleich übereinandergestapelt sind. Wie die Figur 3 weiter zeigt, sind sämtliche Wasserstofftanks 201 mit einem eigenen Intankventil 203 (OTV) versehen, das dazu eingerichtet ist, die Kraftstoffbefüllung mit Wasserstoff und die Entnahme des Wasserstoffs zu regeln. In das Intankventil 203 kann ferner eine thermische Druckentlastungsvorrichtung (TPRD = Temperature Pressure Relief Device) integriert sein, dass dazu eingerichtet ist, beim Erreichen einer vorgegebenen Maximaltemperatur (zum Beispiel im Falle eines Feuers nach einem Unfall) die Wasserstofftanks 201 kontrolliert über eine oder mehrere Entlüftungsleitungen 205, die bevorzugt wie dargestellte nach oben (insbesondere oberhalb des Fahrerhauses des LKWs) führen, entleert werden können. Das Hochdruckspeichersystem (200) ist ferner mit einer zentralen Ventileinrichtung (207) versehen, insbesondere einer Gashandhabungsvorrichtung, die dazu dient den kompletten Wasserstofffluss innerhalb des Hochdruckspeichersystems 200 und zwischen dem Hochdruckspeichersystem 200 und dem LKW zu steuern oder zu regeln. Das System 200 weist ferner Verbindungsanschlüsse 209 auf, die dazu dienen, das Brennsoffzellensystem des LKWs zentral mit Kraftstoff (Wasserstoff) zu versorgen.
Wie der Figur 3 ferner entnommen werden kann, weist das System 200 Druckspeicherbefestigungsgurte oder Druckspeicherbefestigungsschnallen auf, welche dazu dienen, die einzelnen Hochdruckspeicherbehälter (Wasserstoff tanks) 201 an dem Halterahmen 100 zu befestigen und es dabei den Wasserstofftanks 201 zu ermöglichen zu atmen. Unter Atmen wird hierbei verstanden, dass sich die Wasserstofftanks 201 in ihrem Durchmesser abhängig vom vorliegenden Speicherdruck des eingefüllten Wasserstoffs ausdehnen oder zusammenziehen können. Ferner ist das Hochdruckspeichersystem 200 mit einer Energiezufuhr 212, insbesondere Steckanschlüssen, versehen, über die das System 200 vom LKW mit Strom versorgt werden kann. Ferner weist das dargestellte Hochdruckspeicher system 200 eine Stützstruktur 202 zur Befestigung einer Verrohrung 204 auf, die dazu dient, den Wasserstoff bei der Befüllung zu den Wasserstofftanks 201 und bei der Versorgung des LKWs mit Wasserstoff diesen von den Tanks zum LKW zu leiten. Die Stützstruktur 202 kann auch verwendet werden, um die beiden Entlüftungsleitungen 205 zu befestigen. Wie die Figur 3 ebenfalls zeigt, ist eine weitere Entlüftungsleitung 206 an der Stützstruktur 202 befestigt, welche zur Entlüftung der Gashandhabungsvorrichtung 207 dient. Das dargestellte System 200 ist ferner mit einer Prüfkonsole 208 versehen, die einerseits dazu dient, beispielsweise eine Dichtheitsprüfung an dem System 200 durchzuführen, andererseits zur Befüllung und Entleerung des Hochdruckspeichersystems 200 verwendet werden kann.
Figur 4 zeigt schematisch den Aufbau eines Halterahmens 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei zur besseren Darstellung die Hochdruckspeicherbehälter 201 nicht dargestellt sind. Wie der Figur entnommen werden kann, weist der gezeigte Halterahmen 100 eine Basisstruktur 101, die aus zwei Bodenplatten 131 und 132 ausgebildet ist und dazu eingerichtet ist, an einem Fahrzeugrahmen eines Fahrzeugs (nicht dargestellt) befestigt zu werden, und eine Stützeinrichtung 110 die dazu eingerichtet ist, fünf Hochdruckspeicherbehälter 201 aufzunehmen, auf. Die Stützeinrichtung 110 weist hierzu ein erstes Stützelement 111, das aus zumindest zwei in Querrichtung Q des Fahrzeugs mit einem vorbestimmten Abstand A voneinander beabstandeten Schalenelementen 111A, 111B (Platten) besteht, auf. Die Schalenelemente 111A, 111B weisen jeweils fünf in etwa kreisförmige erste Aufnahmeabschnitte 111C auf, die dazu eingerichtet sind, die in Figur. 3 dargestellten zylinderförmigen Hochdruckspeicherbehälter 201 über einen Winkelbereich von ungefähr 180 zu umfassen oder aufzunemen. Der oberste der ersten Aufnahmeabschnitte 111 ist dabei so ausgestaltet, dass er den Wasserstofftank 201 lediglich über einen Winkel von weniger also 90 Grad umfasst, so dass der Wasserstofftank 201 nur von unten und etwas von der Seite gestützt wird. Wie der Fig. 4 weiter entnommen werden kann, sind die beiden Schalenelemente 111A und 111B durch jeweils ein an der Stirnseite des jeweiligen Schalenelements vorgesehenen Versteifungsblechs 113 versteift, womit insbesondere die Steifigkeit der beiden Schalenelemente 111A und 111B in Querrichtung Q (Breitenrichtung) des Halterahmens, welche der Querrichtung Q des Fahrzeugs entspricht (im in das Fahrzeug installierten Zustand). Die Figur 4 zeigt ebenfalls, dass der Halterahmen 100 zusätzlich mit einer Versteifungsstruktur 114 versehen sein kann, die dazu dient, die beiden Schalenelemente 111, 111B in Querrichtung Q des Halterahmens (Querrichtung des Fahrzeugs) gegeneinander durch zwei Querrohre (Rohprofile) gegeneinander zu verstreben.
Des Weiteren weist der Halterahmen 100 gemäß der dargestellten Ausführungsform ferner ein zweites Stützelement 112 auf, das dazu dient, die vier unteren Wasserstofftanks 201 in den jeweiligen ersten Aufnahmeabschnitt 111C der beiden Schalenelemente 111A, 111B zu drücken, wobei hierzu das zweite Stützelement 112 mittels einer Feder gegen die Wasserstofftanks 201 vorgespannt sein kann. Hierbei besteht das zweite Stützelement aus zwei Spannelementen 112A, 112B, die ebenfalls jeweils aus einer Platte, insbesondere Metallplatte, ausgebildet sind, wobei die Längs- und Breitenrichtung L, B der beiden Platten sich in einer Ebene E erstrecken, welche die Fahrzeuglängsrichtung sowie die Vertikalrichtung, welche sich senkrecht zum Boden (Bodenplatte) erstreckt, einschließt, wobei in den beiden Platten ebenfalls fünf bogenförmige, insbesondere kreisförmige, Aufnahmeabschnitt 111D ausgebildet, die dazu dienen, die fünf Hochdruckspeicherbehälter 201 über einen Winkelbereich von ungefähr 180 Grad (der oberste lediglich etwa 90 Grad) zu umfassen. Ferner ist der Halterahmen mit einer Prüfkonsolenhalterung 120 versehen, an der Prüfanschlüsse oder ein Befüllanschluss zur Befüllung des Hochdruckspeichersystems 200 mit Wasserstoff vorgesehen werden können.
Ferner weist der Halterahmen 100 ein Versteifungsblech 115 auf, das an der Versteifungsstruktur 114, insbesondere den zwei Querrohren davon, befestigt ist und dazu dient, diese gegeneinander zu versteifen, wobei das Versteifungsblech über zwei Querstreben 117 an einem der beiden Schalenelemente 111A, 111B abgestützt werden kann. Wie der Figur 4 ferner entnommen werden kann, sind die jeweils zueinander komplementär angeordneten ersten Aufnahmeabschnitte 111C und zweiten Aufnahmeabschnitt 111D jeweils so angeordnet, dass sie den aufzunehmenden Hochdruckspeicherbehälter 201 zusammen über einen Winkelbereich g von 240 Grad bis 360 Grad umfassen oder aufnehmen können. In der dargestellten Ausführungsform umfassen sie diese um ca. 360 Grad.
Figur 5 zeigt schematisch den Aufbau einer Basisstruktur 101 mit einem Schalenelement 111A und einem dazugehörigen Spannelement 112A gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie oben bereits beschrieben, sind die beiden Elemente 111A, 111B aus einer Metallplatte ausgebildet, deren Längs- und Breitenrichtung L, B sich in einer Ebene E erstrecken, welche die Fahrzeuglängsrichtung (auch Fahrtrichtung des Fahrzeugs) sowie die Vertikalrichtung (Höhenrichtung des Fahrzeugs, welche sich senkrecht zum Boden oder zur Bodenplatte 131, 132 erstreckt, einschließt, wobei in den Platte des Schalenelements 111A Ausschnitte zur Gewichtsreduzierung vorgesehen sind.
Des Weiteren zeigt Figur 6 eine Basisstruktur 101 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie der Figur 6 entnommen werden kann, weist die Basisstruktur 101 zwei Bodenplatten 131, 132 auf, die bevorzugt in Längsrichtung des Fahrzeugs hintereinander, insbesondere beabstandet, angeordnet sind, und beide Bodenplatten 131, 132 mit Aufnahmenuten 133 versehen sind, die in Längsrichtung des Fahrzeugs verlaufen und dazu eingerichtet sind, jeweils die beiden Schalenelemente 111A, 111B und Spannelemente 112A, 112B aufzunehmen, wodurch auf die Schalenelemente 111A, 111B und die Spannelemente 112A, 112B wirkende Querkräfte besser in die Bodenplatten 131, 132 eingeleitet werden können.
Die Figur 6 zeigt ebenfalls, dass die beiden Bodenplatten 131, 132 seitlich (in Querrichtung) jeweils mit Befestigungsflanschen 141A, 141B; 142A, 142B versehen sind, die dazu dienen, die Basisstruktur 101 an der Gegenstruktur, insbesondere dem Fahrzeugrahmen, des Fahrzeugs befestigen zu können, insbesondere mittels Schraubverbindungen an dieser befestigen zu können. Hierbei können die
Befestigungsflansche 141A, 141B; 142A, 142B an der jeweiligen Bodenplatte 131, 132 angeschraubt oder angeschweißt sein. Die Befestigungsflansche 141, 141B; 142A, 142B sind zur
Versteifung jeweils mit Versteifungsrippen 143 versehen, wobei die Befestigungsflansche 141, 141B; 142A, 142B
Durchgangslöcher 144 zur Befestigung an der Gegenstruktur des Fahrzeugs aufweisen.
Bezugszeichenliste
100 Halterahmen
101 Basisstruktur
110 Stützeinrichtung
111 erstes Stützelement 111A, 111B Schalenelemente 111C erster Aufnahmeabschnitt
112 zweites Stützelement 112A, 112B Spannelemente
113 Versteifungsbleche
114 Versteifungsstruktur 120 Prüfkonsolenhalterung
131 (vordere) Bodenplatte
132 (hintere) Bodenplatte
133 Aufnahmenuten
141, 142 Befestigungsflansche
143 Versteifungsrippen
144 Durchgangslöcher
200 Hochdruckspeichersystem
201 Hochdruckspeicherbehälter
202 Stützstruktur für Verrohrung 203 Ventileinrichtung (OTV)
204 Verrohrung (Zufuhr- und Abfuhrleitung)
205 Entlüftungleitung (OTVs)
206 Entlüftungsleitung (GHU)
207 Ventileinrichtung (GHU)
208 Prüfkonsole
209 Verbindungsanschlüsse zum Fahrzeug
210 Druckspeicherbefestigungseinrichtung
211 Druckspeicherbefestigungsgurte
212 Energiezufuhr vom Fahrzeug

Claims

ANSPRÜCHE
1. Halterahmen (100) zur Befestigung von Hochdruckspeicherbehältern an einem Fahrzeug, insbesondere einem Nutzfahrzeug, umfassend: eine Basisstruktur (101), insbesondere Bodenplatte (131, 132), die dazu eingerichtet ist an einer Gegenstruktur, insbesondere einem Fahrzeugrahmen, des Fahrzeugs befestigt zu werden, und eine Stützeinrichtung (110), die dazu eingerichtet ist zumindest einen Hochdruckspeicherbehälter (201), insbesondere Wasserstofftank, aufzunehmen, wobei die Stützeinrichtung (110) ein erstes Stützelement (111) aufweist, das aus zumindest zwei in Querrichtung (Q) des Fahrzeugs mit einem vorbestimmten Abstand (A) voneinander beabstandeten Schalenelementen (111A, 111B) besteht, wobei die Schalenelemente (111A, 111B) einen bevorzugt bogenförmigen ersten Aufnahmeabschnitt (111C) aufweisen, der dazu eingerichtet ist, den zumindest einen bevorzugt zylinderförmigen Hochdruckspeicherbehälter (201) über einen vorbestimmten Winkelbereich (ex) zu umfassen.
2. Halterahmen (100) nach Anspruch 1, wobei die Stützeinrichtung (110) dazu eingerichtet ist eine Vielzahl von Hochdruckspeicherbehältern (201), bevorzugt 3 bis 8, weiter bevorzugt 4 bis 6 Hochdruckspeicherbehälter aufzunehmen, wobei die beiden Schalenelemente (111A, 111B) jeweils eine der Anzahl an aufzunehmenden Hochdruckspeicherbehältern (201) entsprechende Anzahl an ersten Aufnahmeabschnitten (111C) aufweisen.
3. Halterahmen (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die beiden Schalenelemente (111A, 111B) jeweils aus einer Platte, insbesondere Metallplatte, ausgebildet sind, deren Längs- und Breitenrichtung (L, B) sich in einer Ebene (E) erstrecken, welche die Fahrzeuglängsrichtung sowie die Vertikalrichtung, welche sich senkrecht zum Boden oder parallel zur Schwerkraftsrichtung erstreckt, einschließt, wobei in der Platte der erst Aufnahmeabschnitt (111C) ausgebildet ist und die Platte bevorzugt mit Ausschnitten zur Gewichtsreduzierung versehen ist.
4. Halterahmen (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zumindest eine erste Aufnahmeabschnitt (111C) dazu eingerichtet ist, den zumindest einen bevorzugt zylinderförmigen Hochdruckspeicherbehälter (201) über einen Winkelbereich (ex) von mindestens 90 Grad und maximal 180 Grad, bevorzugt über einen Winkelbereich (ex) von 120 Grad bis 180 Grad, zu umfassen.
5. Halterahmen (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend zwei Versteifungsbleche (113), die jeweils quer (senkrecht zur Platte) an einem der beiden Schalenelemente (111A, 111B), insbesondere an der der Fahrtrichtung entgegengesetzt ausgerichteten Stirnfläche der Platte, angebracht sind, wobei die Versteifungsbleche (113) bevorzugt an dem jeweiligen Schalenelement (111A, 111B) angeschweißt sind.
6. Halterahmen (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend eine Versteifungsstruktur (114), die dazu eingerichtet ist, die beiden Schalenelemente (111A, 111B) in Querrichtung (Q) des Fahrzeugs gegeneinander abzustützen, insbesondere durch zwei Querrohre gegeneinander zu verstreben.
7. Halterahmen (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend ein zweites Stützelement (112), das dazu eingerichtet ist, den zumindest einen Hochdruckspeicherbehälter (201) in den zumindest einen ersten Aufnahmeabschnitt (111C) der beiden Schalenelemente (111A, 111B) bevorzugt durch eine Feder vorgespannt zu drücken.
8. Halterahmen (100) nach Anspruch 7, wobei das zweite Stützelement (112) zwei Spannelemente (112A, 112B) aufweist, die bevorzugt jeweils aus einer Platte, insbesondere Metallplatte, ausgebildet sind, wobei die Längs- und Breitenrichtung (L, B) der beiden Platten sich in einer Ebene (E) erstrecken, welche die Fahrzeuglängsrichtung sowie die Vertikalrichtung, welche sich senkrecht zum Boden erstreckt, einschließt, wobei in der Platte zumindest ein zweiter bogenförmiger Aufnahmeabschnitt (111D) ausgebildet, der dazu eingerichtet ist, den zumindest einen Hochdruckspeicherbehälter (201) über einen vorbestimmten Winkelbereich (ß) zu umfassen.
9. Halterahmen (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Prüfkonsolenhalterung (120), die seitlich an einem der beiden Schalenelemente (111A, 111B) angeordnet ist und sich in Querrichtung (Q) des Fahrzeugs von dem Schalenelement (111A, 111B) weg erstreckt.
10. Halterahmen (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Basisstruktur (101) zwei Bodenplatten (131, 132) aufweist, die bevorzugt in Längsrichtung des Fahrzeugs hintereinander, insbesondere beabstandet, angeordnet sind, und beide Bodenplatten (131, 132) bevorzugt mit Aufnahmenuten (133) versehen sind, die in Längsrichtung des Fahrzeugs verlaufen und dazu eingerichtet sind, jeweils die beiden Schalenelemente (111A, 111B) und Spannelemente (112A, 112B) aufzunehmen.
11. Halterahmen (100) nach Anspruch 10, wobei die beiden Bodenplatten (131, 132) jeweils mit seitlichen Befestigungsflanschen (141A, 141B; 142A, 142B) versehen sind, die dazu eingerichtet sind, die Basisstruktur (101) an der Gegenstruktur, insbesondere dem Fahrzeugrahmen, des Fahrzeugs zu befestigen, wobei die Befestigungsflansche (141A, 141B; 142A, 142B) bevorzugt an der jeweiligen Bodenplatte (131, 132) angeschraubt sind.
12. Hochdruckspeichersystem (200) zur Speicherung von Kraftstoff, insbesondere verdichtetem gas- und/oder dampfförmigem Wasserstoff, das bevorzugt dazu eingerichtet ist, ein Brennstoffzellensystem, insbesondere eines Fahrzeugs, mit Kraftstoff zu versorgen, umfassend: den Halterahmen (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, zumindest einen Hochdruckspeicherbehälter (201) zur Speicherung von Kraftstoff, insbesondere verdichtetem gas- und/oder dampfförmigem Wasserstoff, und zumindest ein Intankventil (203), das dazu eingerichtet ist, die Kraftstoffbefüllung und/oder Kraftstoffentnähme zu steuern und/oder zu regeln.
13. Hochdruckspeichersystem (200) nach Anspruch 12, ferner umfassend: eine thermische Druckentlastungsvorrichtung, die bevorzugt in das zumindest eine Intankventil (203) integriert ist, und dazu eingerichtet ist, durch Wärmeeinwirkung, insbesondere beim Erreichen einer vorbestimmten Temperatur, einen Auslass des Intankventils (203) zu öffnen, um den unter Druck stehenden Hochdruckspeicherbehälter (201) vor Überdruck zu schützen, hierbei kann der ausgelassene Kraftstoff über eine Entlüftungsleitung (205) nach oben abgelassen werden.
14. Hochdruckspeichersystem (200) nach Anspruch 12 oder 13, ferner umfassend: eine Vielzahl von
Hochdruckspeicherbehältern (201), die jeweils mit einem Intankventil (203) versehen sind und bevorzugt mittels einer Ventileinrichtung (207) gasführend miteinander verbunden sind, sodass ein zu versorgendes Brennstoffzellensystem zentral über Verbindungsanschlüsse 209 mit Kraftstoff versorgbar ist.
15. Hochdruckspeichersystem (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 12 bis 14, ferner aufweisend eine Druckspeicherbefestigungseinrichtung (210) die dazu eingerichtet ist, den zumindest einen Hochdruckspeicherbehälter (201) an dem Halterahmen (100), insbesondere an den ersten und/oder zweiten Stützelementen (111, 112), zu befestigen, wobei die Druckspeicherbefestigungseinrichtung (210) bevorzugt eine Vielzahl an (bevorzugt metallischen) Druckspeicherbefestigungsgurten aufweist.
16. Fahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug, das bevorzugt durch einen Brennstoffzellen-Antrieb angetrieben wird, umfassend: einen Fahrzeugrahmen, eine Personenkabine, insbesondere Fahrerhaus, zur Aufnahme von Personen, und das Hochdruckspeichersystem (200) nach einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei das Hochdruckspeichersystem (200) mittels der Basisstruktur (101) des Halterahmens (100) an dem Fahrzeugrahmen befestigt ist, insbesondere in Längsrichtung oder in Fahrtrichtung des Fahrzeugs hinter der Fahrzeugkabine auf dem Fahrzeugrahmen angeordnet ist.
17. Fahrzeug nach Anspruch 16, wobei der Brennstoffzellen- Antrieb des Fahrzeugs über das Hochdruckspeichersystem (200) mit Kraftstoff, insbesondere verdichtetem gas- und/oder dampfförmigem Wasserstoff, versorgbar ist.
18. Fahrzeug nach Anspruch 16 oder 17, wobei die Befestigungsflansche (141A, 141B; 142A, 142B) der Basisstruktur (101) dazu eingerichtet sind, an Längsträgern des Chassis des Fahrzeugs, insbesondere des LKWs, befestigt zu werden, wobei der Halterahmen bevorzugt derart gestaltet ist, dass das erste Stützelement (111) und/oder das zweite Stützelement (112) mittig oberhalb der Längsträger des Fahrzeugchassis angeordnet sind.
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