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Die Erfindung betrifft die Anordnung eines Kraftstofftanks gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Anordnung.
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Kraftstofftanks werden in heutigen Kraftfahrzeugen meist unter den Rücksitzen und seltener unter den Vordersitzen oder im Bereich des Kofferraums hinter den Rücksitzen verbaut. Soll zusätzlich zu einem Kraftstofftank ein elektrischer Antriebsenergiespeicher, insbesondere eine Hochvolt-Batterie, in einem Kraftfahrzeug installiert werden, an welche höhere Sicherheitsanforderungen gestellt werden als an Kraftstofftanks, stellt sich die Frage, wie und wo die zu installierenden Energiespeicher sicher und kostengünstig angeordnet werden können. Dabei sind weitere Rahmenbedingungen zu beachten, insbesondere dass die Strecke von einer Kraftstoff-Befüllöffnung bis zum Kraftstofftank möglichst kurz sein soll, um eine Siphonbildung und Rückströmungen während des Tankvorgangs zu vermeiden und dass Änderungen an bestehenden Karosserieteilen, die in Massenfertigung hergestellt werden (z.B. an Längs- und Querträgern der Karosserie, an Fahrzeugachsen etc.), häufig mit hohen Kosten verbunden sind.
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Aus
DE 10 2010 007 414 A1 ist ein Einbaumodul für den Einbau in ein Hybridfahrzeug mit einem Kraftstofftank und einem elektrischen Antriebsenergiespeicher bekannt, bei welchem der Kraftstofftank und der elektrische Antriebsenergiespeicher vor den Hinterradträgern nebeneinander angeordnet sind. Ein Nachteil dieser Anordnung ist das in diesem Bereich nur begrenzt zur Verfügung stehende Nutzungsvolumen und die dadurch entstehenden Einbußen im Fassungsvolumen des Kraftstofftanks und in der Kapazität des elektrischen Antriebsenergiespeichers.
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Aus
DE 10 2009 056 851 A1 ist eine Karosserie für ein Kraftfahrzeug bekannt, die vor und hinter einer Hinterachse Halterungen für einen Kraftstofftank und einen elektrischen Speicher aufweist. Diese Halterungen sind an der Hinterrahmenstruktur und somit an der Karosserie angebunden, was kostentreibende Anbindungspunkte an der Hinterrahmenstruktur erfordert.
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Die Halterung hinter der Hinterachse hat ferner den Nachteil, dass diese das Kofferraumvolumen verringert und eine nur geringe Crashsicherheit aufweist.
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Aus
US 5,174,628 A ist eine Anordnung eines Kraftstofftanks bekannt, der sich zumindest teilweise über den Bereich zwischen den Hinterradträgern eines Kraftfahrzeuges erstreckt und welcher über eine Verbindungsleitung mit einem weiteren Kraftstofftank gekoppelt ist. Der im Bereich zwischen den Hinterradträgern angeordnete Kraftstofftank ist über Metallbänder befestigt.
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Aus
DE 102 39 500 A1 ist eine Anordnung eines Kraftstofftanks in einem Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung für einen Kraftstofftank gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Anordnung zur Verfügung zu stellen, die ausgehend von existierenden Kraftfahrzeugen kostengünstig realisierbar sind, eine hohe Crashsicherheit bieten und Raum für die Anordnung eines elektrischen Antriebsenergiespeichers schaffen.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bzw. 5.
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Bei einer erfindungsgemäßen Anordnung eines Kraftstofftanks im Bereich einer Hinterachse eines Kraftfahrzeuges erstreckt sich der Kraftstofftank zumindest teilweise über den Bereich zwischen den Hinterradträgern. Ferner ist der Kraftstofftank durch mindestens ein Element der Hinterachse rückseitig vor mechanischer Einwirkung geschützt. Mit anderen Worten ausgedrückt, wird gemäß einer erfindungsgemäßen Anordnung der Raum im Bereich einer Hinterachse für die Anordnung eines Kraftstofftanks und die Gestaltung der Hinterachse für den Schutz des Kraftstofftanks genutzt. Dies ermöglicht es, bei einem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug einen elektrischen Antriebsenergiespeicher vor der Hinterachse dort anzuordnen, wo bei dem existierenden Kraftfahrzeug üblicherweise der Kraftstofftank angeordnet ist, insbesondere unter den Rücksitzen. Eine erfindungsgemäße Anordnung hat den weiteren Vorteil, dass die Strecke zwischen einer Standard-Kraftstoff-Befüllöffnung und dem Kraftstofftank sehr kurz ist.
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Die Befestigung eines Kraftstofftanks einer erfindungsgemäßen Anordnung im Bereich einer Hinterachse erfolgt über einen Tankrahmen, der fest mit einem Element der Hinterachse verbunden ist, nämlich mit einem Hilfsrahmen, insbesondere wie nachstehend beschrieben.
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Dies hat den Vorteil, dass der Tankrahmen, der Hilfsrahmen und der Kraftstofftank bereits vormontiert und dann gemeinsam als eine Baueinheit mit der Karosserie verbunden werden können.
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Die Realisierung einer erfindungsgemäßen Anordnung ist besonders kostengünstig und mit nur geringen Montage- und Anpassungskosten verbunden, weil der Hilfsrahmen und der Tankrahmen mindestens teilweise übereinstimmende Anbindungspunkte zur Verbindung mit der Karosserie des Fahrzeugs aufweisen. Vorzugsweise ist der Tankrahmen so gestaltet, dass er ausschließlich mit einem Hilfsrahmen übereinstimmende Anbindungspunkte (z.B. Durchgangsöffnungen zur gemeinsamen Verschraubung) aufweist. In diesem Fall kann der Tankrahmen zusammen mit dem Hilfsrahmen im gleichen Montageschritt mit der Karosserie verbunden werden.
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Als Schutzelement können insbesondere die Felgen des Fahrzeugs, die Bremssättel und/oder die Längsträger dienen. Dies ist insbesondere der Fall, wenn der Kraftstofftank maximal bis zu einer in Fahrzeugquerrichtung verlaufenden Verbindungslinie zwischen den hinteren Felgenrändern des Kraftfahrzeugs, den hinteren Begrenzungen der Bremssättel und/oder den hinteren Begrenzungen der Längsträger ragt. In diesem Fall werden bei einem Heckaufprall (z.B. bei einem Heck-Crashtest) wirkende, sich über die gesamte Fahrzeugbreite erstreckende Lasten zunächst vollständig von den Rädern und Felgen, den Bremssätteln bzw. den Längsträgern aufgenommen. Der Kraftstofftank ist somit sicher im Bereich der Hinterachse „eingebettet“.
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Wenn die Hinterachse einer erfindungsgemäßen Anordnung eine Verbundlenkerachse mit einem vor den Hinterradträgern angeordneten Querträger ist und die Vorderseite des Kraftstofftanks hinter diesem Querträger angeordnet ist, ist der Kraftstofftank durch diesen Querträger auch nach vorne gut geschützt.
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Die Crash-Sicherheit einer wie vorstehend beschriebenen Anordnung, insbesondere mit einer Verbundlenkerachse, kann weiter erhöht werden, wenn in dem Bereich unmittelbar hinter dem Kraftstofftank mindestens ein sich im Wesentlichen über die gesamte Breite der Hinterachse erstreckender Querträger angeordnet ist.
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Ein hinter dem Kraftstofftank angeordneter Querträger ist bei einer erfindungsgemäßen Anordnung ohne Mehrkosten bereits vorhanden, wenn die erfindungsgemäße Anordnung an einer Hinterachse mit einem geschlossenen Hilfsrahmen mit einem vorderen Querträger, einem hinteren Querträger und zwei mit den Querträgern verbundenen Längsträgern realisiert ist und der Kraftstofftank vor dem hinteren Querträger des Hilfsrahmens angeordnet ist. In diesem Fall kann der Kraftstofftank darüber hinaus durch die beiden Längsträger vor äußeren Krafteinwirkungen geschützt werden, wenn er im Wesentlichen innerhalb des Hilfsrahmens positioniert und von diesem umschlossen ist. Der Kraftstofftank kann alternativ oder in Ergänzung dazu vor mechanischer Beschädigung von hinten geschützt werden, wenn er vor einem hinteren Querträger eines Tankrahmens angeordnet ist.
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Der Bereich vor der Hinterachse eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs und/oder der Tankrahmen können für die sichere Anordnung weiterer Elemente eines elektrischen Antriebs und/oder einer elektrischen Energieversorgung genutzt werden, beispielsweise für Hochspannungskomponenten, Leistungselektronik, Ladegerät, Spannungswandler, 12V-Bordbatterie etc.
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Weitere praktische Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
- 1 eine Anordnung in einem Kraftfahrzeug in einer schematischen und perspektivischen Darstellung (Stand der Technik),
- 2 die in 1 gezeigte Ausführungsform in einer Ansicht von oben (Stand der Technik),
- 3 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung in einer perspektivischen Darstellung von schräg oben,
- 4 die in 3 gezeigte Ausführungsform in einer Explosionsdarstellung
- 5 die in den 3 und 4 gezeigte Ausführungsform im eingebauten Zustand in einem Fahrzeug in einer Ansicht von unten,
- 6 einen Hilfsrahmen und einen Tankrahmen für eine erfindungsgemäße Anordnung und
- 7 eine weitere Ausführungsform einer Anordnung gemäß Stand der Technik in einer Ansicht von oben.
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1 zeigt in schematischer Darstellung ein Kraftfahrzeug 10 mit einer Vorderachse 12 und einer Hinterachse 14. Im Bereich der Vorderachse ist ein vereinfacht dargestellter konventioneller Verbrennungsmotor 16 angeordnet, der über nicht dargestellte Kraftstoffleitungen von einem im Bereich der Hinterachse angeordneten Kraftstofftank 18 mit Kraftstoff versorgt wird. Die in dem Verbrennungsmotor 16 entstehenden Abgase werden über eine Abgasleitung 20 unter dem Fahrzeug zu dessen Rückseite geführt und dort in bekannter Weise der Atmosphäre zugeführt.
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In der in 2 dargestellten Ansicht von oben lässt sich die Anordnung 22 des Kraftstofftanks 18 im Bereich der Hinterachse 14 gut erkennen. Die in der gezeigten Ausführungsform als Verbundlenkerachse ausgebildete Hinterachse 14 umfasst Hinterradträger 24a, 24b zur Aufnahme von aus Felgen 26a, 26b und Reifen 28a, 28b bestehenden Hinterrädern 30a, 30b. Die Hinterradträger 24a, 24b sind über sich von den Hinterradträgern 24a, 24b im Wesentlichen in Längsrichtung nach vorne erstreckenden Längslenkern 32a, 32b und einem die Längslenker 32a, 32b verbindenden Querträger 34 miteinander verbunden. Wie zu erkennen ist, ist der Kraftstofftank 18 geschützt zwischen den Längslenkern 32a, 32b und hinter dem Querträger 34 angeordnet. Die Rückseite 36 des Kraftstofftanks 18 ragt ferner nach hinten nicht über die Verbindungslinie 38 zwischen den hinteren Felgenrändern 40a, 40b hinaus. In der gezeigten Ausführungsform befindet sich die Rückseite 36 des Kraftstofftanks 18 sogar vor der Verbindungslinie 38 zwischen dem hintersten Element der Fahrzeugachse (ohne Räder), den vorliegend die Bremssättel 42a, 42b bilden. Die Anordnung des Kraftstofftanks 18 hat den Vorteil, dass der Kraftstofftank 18, insbesondere im Falle eines Heck-Crashs (z.B. simuliert durch einen Crashtest), wirksam vor Beschädigung geschützt ist, da die eingeleiteten Kräfte zunächst von den Hinterrädern 30a, 30b, im Falle deren Zerstörung von den Felgen 26a, 26b und schließlich von den Bremssätteln 42a, 42b und den hinteren Bereichen der Längslenker 32a, 32b aufgenommen werden.
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Vor dem Querträger 34 ist als zweiter Antriebsenergiespeicher ein elektrischer Energiespeicher 44, wie z.B. eine Hochvoltbatterie, angeordnet. An dieser Stelle befinden sich üblicherweise die Rücksitze eines Kraftfahrzeuges 10, unter welchen der elektrische Energiespeicher sicher und gut zugänglich anordenbar ist.
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Die 3 bis 5 zeigen eine erste erfindungsgemäße Anordnung 22 mit einem anderen Hinterachstyp, nämlich einer Hinterachse 14 mit einem Hilfsrahmen 46 und einem Tankrahmen 54. Für funktionsgleiche Elemente werden nachfolgend die gleichen Bezugszeichen wie bei den 1 und 2 verwendet.
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6 zeigt einen Hilfsrahmen 46 und einen Tankrahmen 54, die gegenüber den in den 3 bis 5 gezeigten Hilfsrahmen 46 und Tankrahmen 54 zwar leichte Abweichungen in der Geometrie aufweisen. Diese Abweichungen sind jedoch für die Erfindung nicht relevant. Der in 6 gezeigte Hilfsrahmen 46 und der Tankrahmen 54 können daher ohne Weiteres als Detaildarstellung des in den 3 bis 5 gezeigten Hilfsrahmens 46 und des in den 3 bis 5 gezeigten Tankrahmens 54 angesehen werden. Im Folgenden wird daher zwischen Hilfsrahmen 46 und Tankrahmen 54 in den 3-5 bzw. 6 nicht mehr unterschieden.
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Wie in den 4 und 6 zu erkennen ist, besteht der Hilfsrahmen 46 aus einem vorderen Querträger 48, einem hinteren Querträger 50 und zwei die Querträger 48, 50 verbindenden Längsträgern 52a, 52b. Die Querträger 48, 50 und Längsträger 52a, 52b bilden zusammen eine in der Draufsicht annähernd rechteckige Fläche.
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Das Prinzip der erfindungsgemäßen Anordnung eines Kraftstofftanks 18 mit Hilfsrahmen 46 und Tankrahmen 54 wird nun zunächst anhand von 6 erläutert.
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Der Tankrahmen 54 umfasst einen vorderen Querträger 56, einen hinteren Querträger 58 sowie mehrere Längsträger 60a, 60b, 60c, 60d. Der Kraftstofftank 18 (in 6 nicht dargestellt) wird über fest mit dem Tankrahmen 54 verbundene oder an diesem ausgebildeten Auflageflächen 62a, 62b, 62c verbunden, insbesondere verschraubt (vgl. 6). Er wird ferner von unten, insbesondere durch die Längsträger 60a, 60b, 60c, 60d, gestützt (vgl. 5). Der Tankrahmen 54 selbst wird über an seitlichen Auslegern 64a, 64b, 64c, 64d ausgebildete Anbindungspunkte 66a, 66b, 66c, 66d zusammen mit dem Hilfsrahmen fest mit der Karosserie des Kraftfahrzeuges 10 verbunden, insbesondere verschraubt.
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In der in den 3 bis 6 gezeigten Ausführungsform ist der Tankrahmen 54 aus miteinander verschweißten Rundrohren hergestellt, die im Bereich der Anbindungspunkte 66a, 66b, 66c, 66d flach gepresst wurden. Der Tankrahmen 54 ist nicht auf diese Ausführungsform beschränkt und kann im Rahmen der Kenntnisse des Fachmanns für spezielle Anwendungen modifiziert werden. Insbesondere können die Anbindungspunkte 66a, 66b, 66c, 66d aus Vollmaterial hergestellt sein, um einem Setzen einer Schraubverbindung durch Reduzierung der Materialschichten entgegenzuwirken.
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Bei der in den 3 bis 5 gezeigten Ausführungsform ist die Rückseite 36 des Kraftstofftanks 18 durch den hinteren Querträger 58 des Tankrahmens 54 vor mechanischer Einwirkung geschützt. Von hinten wirkende Kräfte, wie sie im Falle eines Heckaufpralls auftreten, werden zunächst von diesem Querträger 58 aufgenommen.
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Die Sicherheit einer erfindungsgemäßen Anordnung kann weiter erhöht werden, wenn der Tankrahmen 54 nicht nach hinten über den hinteren Querträger 50 des Hilfsrahmens 46 hinausragt. In diesem Fall würde durch den Querträger 50 des Hilfsrahmens 46 rückseitig ein zusätzlicher Schutz entstehen. Diese Ausführungsform hätte jedoch den Nachteil eines kleineren Kraftstofftank-Fassungsvolumens.
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In den 3 und 4 ist auch eine zu dem Kraftstofftank 18 führende Befüllleitung 68 mit Befüllöffnung 70 (nur in 3) dargestellt. Es ist zu erkennen, dass der Weg von der Befüllöffnung 70 bis zum Kraftstofftank 18 relativ kurz ist und nahezu senkrecht verläuft.
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7 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Anordnung gemäß Stand der Technik die im Wesentlichen mit der in den 1 und 2 gezeigten Anordnung übereinstimmt. Insoweit wird auf die Beschreibung dieser Ausführungsform verwiesen. In der in 7 gezeigten Ausführungsform sind zusätzlich zwei Längsträger 72a, 72b der Karosserie dargestellt, die im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen und deren Abstand sich im Verlauf von vorne nach hinten sich vor der Hinterachse verringert. Hinter dem Kraftstofftank 18 sind die Längsträger 72a, 72b über einen Querträger 74 miteinander verbunden. Der Querträger 74 dient einerseits der Versteifung der Karosserie und andererseits als zusätzliches Schutzelement für den Kraftstofftank 18. Wie zu erkennen ist, ist der Querträger 74 in der gezeigten Ausführungsform im Bereich der hinteren Begrenzungsflächen der Hinterräder 30a, 30b angeordnet. Anstelle des dargestellten Querträgers 74 können auch andere energieabsorbierende Crashelemente eingesetzt werden, die im Falle eines Heckaufpralls einer mechanischen Beschädigung des Kraftstofftanks 18 entgegenwirken.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kraftfahrzeug
- 12
- Vorderachse
- 14
- Hinterachse
- 16
- Verbrennungsmotor
- 18
- Kraftstofftank
- 20
- Abgasleitung
- 22
- Anordnung
- 24a
- Hinterradträger
- 24b
- Hinterradträger
- 26a
- Felge
- 26b
- Felge
- 28a
- Reifen
- 28b
- Reifen
- 30
- Hinterrad
- 32
- Längslenker
- 34
- Querträger (der Hinterachse)
- 36
- Rückseite (des Kraftstofftanks)
- 38
- Verbindungslinie
- 40a
- hinterer Felgenrand
- 40b
- hinterer Felgenrand
- 42a
- Bremssattel
- 42b
- Bremssattel
- 44
- Energiespeicher
- 46
- Hilfsrahmen
- 48
- vorderer Querträger (des Hilfsrahmens)
- 50
- hinterer Querträger (des Hilfsrahmens)
- 52
- Längsträger (des Hilfsrahmens)
- 54
- Tankrahmen
- 56
- vorderer Querträger (des Tankrahmens)
- 58
- hinterer Querträger (des Tankrahmens)
- 60
- Längsträger (des Tankrahmens)
- 62a
- Auflagefläche
- 62b
- Auflagefläche
- 62c
- Auflagefläche
- 64
- seitlicher Ausleger
- 66a
- Anbindungspunkt
- 66b
- Anbindungspunkt
- 66c
- Anbindungspunkt
- 66d
- Anbindungspunkt68 Befüllleitung
- 70
- Befüllöffnung
- 72
- Längsträger (der Karosserie)
- 74
- Querträger
