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Die hier offenbarte Technologie betrifft u. a. einen Druckbehälter für Kraftfahrzeuge. Beispielsweise kann es sich um einen kryogenen Druckbehälter oder um einen Hochdruckgasbehälter handeln, in dem Brennstoff gespeichert wird.
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Druckbehälter dehnen sich aus abhängig von Faktoren wie dem Innendruck p oder der Temperatur T des Druckbehälters. Aus diesem Grund werden Druckbehälter nach dem Festlager-Loslager-Prinzip an die Karosserie angebunden. Aus dem Stand der Technik sind Lagerungen mit Druckbehälterausdehnungskompensation bekannt, bei denen die Ausdehnungen eines Druckbehälters in radialer Richtung R und in Richtung der Druckbehälterlängsachse A-A durch separate Mechanismen kompensiert werden. Diese Ausführungen sind relativ aufwendig und somit kostenintensiv. Überdies benötigen sie relativ viel Bauraum. Sie sind überdies nicht in der Lage, alle Kräfte und Momente von einem Ende eines Druckbehälters auf ein anderes Ende des Druckbehälters zu übertragen. Beispielsweise sind die vorbekannten Lösungen nicht in der Lage, bei einem im Mitteltunnel eines Kraftfahrzeuges angeordneten Druckbehälter Kräfte in Fahrtrichtung x spielfrei zu übertragen. Ferner sind Momente um die Fahrzeugquerachse y und die Fahrzeughochachse z nicht spielfrei übertragbar.
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Es ist eine Aufgabe der hier offenbarten Technologie, die Nachteile der vorbekannten Lösungen zu verringern oder zu beheben. Weitere Aufgaben ergeben sich aus den vorteilhaften Effekten der hier offenbarten Technologie. Die Aufgabe(n) wird/werden gelöst durch den Gegenstand des Patenanspruch 1. Die abhängigen Aspekte stellen bevorzugte Ausgestaltungen dar.
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Die hier offenbarte Technologie betrifft einen Druckbehälter zur Speicherung von Brennstoff für ein Kraftfahrzeug. Ein solcher Druckbehälter kann beispielsweise ein kryogener Druckbehälter oder ein Hochdruckgasbehälter sein. Der Druckbehälter kann in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden, das beispielsweise mit komprimiertem Erdgas, oft als Compressed Natural Gas (CNG) bezeichnet, oder mit Wasserstoff betrieben wird (fuel cell electrical vehicle). Der kryogene Druckbehälter kann Brennstoff bevorzugt im flüssigen oder überkritischen Aggregatszustand speichern. Der Brennstoff kann bspw. bei Temperaturen von ca. 30 K bis 360 K im kryogenen Druckbehälter gespeichert werden. Hochdruckgasbehälter sind bevorzugt ausgebildet, Brennstoff dauerhaft bei einem Druck von über ca. 350 barü, ferner bevorzugt von über ca. 500 barü und besonders bevorzugt von über ca. 700 barü zu speichern.
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Der Druckbehälter umfasst eine Befestigungsvorrichtung, wobei die Befestigungsvorrichtung ausgebildet ist, den Druckbehälter an einer Seite des Druckbehälters mit einer Karosserie des Kraftfahrzeuges zu verbinden. Als Teil der Karosserie ist dabei jede geeignete Struktur des Kraftfahrzeuges anzusehen, an der der Druckbehälter befestigt werden kann. Beispielsweise kann der mindestens eine Druckbehälter des Kraftfahrzeugs im Mitteltunnel angeordnet sein. Ferner kann der Druckbehälter aber auch woanders, z. B. unter den Fondsitzen untergebracht sein.
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Die Befestigungsvorrichtung kann auf einer Seite bzw. einem Ende des Druckbehälters mindestens zwei Verbindungstifte aufweisen, die jeweils mit dem Druckbehälter in einem Druckbehälteranschlussbereich insbesondere starr, verbunden sein können. Die mindestens zwei Verbindungstifte können sich von der Außenoberfläche des Druckbehälters weg erstrecken. Der Verbindungsstift kann auch als Verbindungsstange bzw. Verbindungsbolzen bezeichnet werden. Der Verbindungsstift ist bevorzugt starr bzw. unbeweglich zum Druckbehälter oder zur Karosserie ausgebildet.
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Die mindestens zwei Befestigungsstifte können jeweils in einem Lager geführt bzw. aufgenommen sein. Besonders bevorzugt sind die Lager bzw. Führungen geeignet, eine Relativverschiebung zwischen den Befestigungsstiften und den Lagern bzw. Führungen zu ermöglichen. Ferner bevorzugt können die Lager Feststellmechanismen sein, wie sie ebenfalls hier offenbart sind.
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Jeweils ein Verbindungsstift kann mit einem Lager in einem Verbindungspunkt V verbunden sein.
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Die Befestigungsvorrichtung kann auf einer Seite bzw. einem Ende des Druckbehälters ferner als Alternative zur vorangegangenen Ausgestaltung auch mindestens zwei Lager auffassen, die jeweils mit dem Druckbehälter in einem Druckbehälteranschlussbereich verbunden sind und sich von der Außenoberfläche des Druckbehälters weg erstrecken. Dieser Aspekt stellt die kinematische Umkehr vom vorherigen Aspekt dar. Anstatt das/die Lager karosserieseitig anzuordnen können auch das/die Lager druckbehälterseitig angeordnet sein. Die mindestens zwei Verbindungsstifte wären dann karosserieseitig angeordnet und mit dieser verbunden. Auch kann eine Kombination (ein Lager und ein Verbindungsstift) mit dem Druckbehälter verbunden sein.
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Der Druckbehälter kann in den Druckbehälteranschlussbereichen jeweils eine Ausdehnung E aufweisen bzw. sich in diese Richtung E ausdehnen.
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Der Verbindungsstift und das Lager können im Verbindungspunkt V zumindest bereichsweise derart geformt und angeordnet sein, dass die Ausdehnung E durch eine Bewegung des Lagers und/oder des Verbindungsstiftes mit nur einem translatorischen Freiheitsgrad kinematisch geführt wird. Bevorzugt wird die Ausdehnung E im Druckbehälteranschlussbereich B dadurch zumindest teilweise kompensiert. Mit anderen Worten verursacht die Ausdehnung E eine Bewegung der mit ihr starr verbundenen Komponente (Lager oder Verbindungsstift). Diese Komponente hat jedoch eine solche Form, dass sie die Bewegung der Ausdehnung E so folgen kann, dass durch die Ausdehnung E selbst keine oder nur geringe zusätzliche Kräfte und/oder Momente am Verbindungspunkt V auf die weitere Komponente der Befestigungsvorrichtung (korrespondierende Verbindungsstift oder Lager) übertragen werden.
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Eine Bewegung des Lagers und/oder des Verbindungsstiftes mit nur einem translatorischen Freiheitsgrad bedeutet, dass bei der translatorischen Bewegung im Raum die Koordinaten x, y und z der Bewegung voneinander abhängig sind und nicht unabhängig voneinander verändert werden können. Der nur eine translatorische Freiheitsgrad kann eine Bewegung entlang einer geraden oder gekrümmten Bahn sein. Der genaue Verlauf der Bahn ergibt sich aus der Behältergeometrie, dessen Ausdehnungsverhalten sowie der Anordnung der Lager/der Verbindungsstifte.
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Alle anderen Freiheitsgrade sind bei der hier offenbarten Technologie eingeschränkt. Dadurch lassen sich spielfrei mehrere Kraft- bzw. Momentenkomponenten entlang der Fahrzeugachsen übertragen als bei vorbekannten Lösungen. Ferner ist eine solche Aufhängung bzw. Befestigungsvorrichtung für einen Druckbehälter einfach zu realisieren. Bevorzugt sind vier Verbindungsstifte auf jeder Druckbehälterseite vorgesehen.
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Ein Spezialfall ist eine lineare oder gerade Ausdehnung E des Druckbehälteranschlussbereichs B. Im Spezialfall einer linearen Ausdehnung E, bei der also der Winkel α für alle Ausdehnungszustände konstant bleibt, sind die Verbindungsstifte zumindest bereichsweise gerade und die dann konstante Ausdehnungsrichtung E kann bevorzugt zumindest bereichsweise kollinear zu den Längsachsen der Verbindungsstifte und/oder der Lager sein. Dadurch, dass die Ausdehnungs E, also die beispielsweise durch den Druckbehälterinnendruck- bzw. Temperaturänderung verursachte Ausdehnung, parallel zur Längsachse der Verbindungsstifte ist, findet nur noch pro Aufhängungspunkt im Verbindungspunkt V eine lineare Bewegung statt. Somit können besonders einfach aufgebaute Komponenten verwendet werden. Die Ausdehnung E kann kollinear mit den Achsen der Verbindungsstifte bzw. der Lager verlaufen oder leicht versetzt. Sind die Längsachsen der Verbindungsstifte bzw. der Lager im Vergleich zur Ausdehnung E versetzt angeordnet, beispielsweise mit einem Offset nach außen, lassen sich über eine solche Struktur eventuell besser etwaige Momente übertragen. Nachstehend wird in erster Linie auf den Sonderfall der parallelen Anordnung von der Ausdehnung E und den Längsachsen der Lager/Verbindungsstifte eingegangen. Die offenbarte Technologie ist aber gleichsam auf translatorische Bewegungen mit nur einem Freiheitsgrad entlang gekrümmte Bahnen anwendbar.
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Die mindestens zwei Verbindungsstifte und/oder die mindestens zwei Lager können winkelig zueinander angeordnet sein. Sind die Verbindungsstifte und/oder die mindestens zwei Lager winkelig zueinander angeordnet – also nicht parallel zueinander- können weitere Kräfte und Momente übertragen werden. Wären die Verbindungsstifte und/oder die Lager parallel angeordnet, so wären Kräfte in Richtung der kollinearen Achse (z. B. der Druckbehälterlängsachse) nicht spielfrei übertragbar.
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Die Längsachsen der mindestens zwei Verbindungsstifte und/oder der mindestens zwei Lager können in einen Winkel β zueinander angeordnet sein, der zwischen 2° und 178°, bevorzugt zwischen 5° und 90° und besonders bevorzugt zwischen 10° und 50° beträgt. In diesen Winkelbereichen kann je nach Ausgestaltung des Druckbehälters die aus den Druckbehälterbeanspruchungen resultierende Ausdehnung E liegen. Im Vorfeld lässt sich die resultierende Ausdehnung E bereits durch Simulationen und Versuche gut vorhersagen.
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Die Längsachsen der mindestens zwei Befestigungsstifte und/oder der mindestens zwei Lager sind bevorzugt winkelig, also nicht parallel, zur Druckbehälterlängsachse A-A angeordnet. Es entfällt dann ein Freiheitsgrad entlang der Druckbehälterlängsachse A-A. Die Längsachsen der mindestens zwei Befestigungsstifte und/oder der mindestens zwei Lager können in einem Winkel α zur Längsachse A-A des Druckbehälters angeordnet sein, der zwischen 2° und 178°, bevorzugt zwischen 5° und 90° und besonders bevorzugt zwischen 10° und 50° beträgt. Ist der Druckbehälter beispielsweise im Mitteltunnel verbaut, können so Kräfte in Fahrzeuglängsrichtung übertragen werden. Diese Aufgabe wird in heute üblichen Fahrzeugarchitekturen von Längsträgern übernommen. Übernimmt nun der Tank teilweise diese Aufgabe, kann Fahrzeugmasse eingespart werden und/oder die Fahrzeugsteifigkeit erhöht werden
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Die Lager können als Kugelgelenke ausgeführt sein. Insbesondere als Kugelgelenke, in denen die Befestigungsstifte verschiebbar aufgenommen sind und die zudem eine Drehung der jeweiligen Befestigungsstifte zulassen, ähnlich wie es beispielsweise von Kugelgelenken bei Oberlenkern von Traktoren bekannt ist. Somit kann die aus einem Lager und einem Verbindungsstift ausgebildete Lagerung neben nur einem translatorischen Freiheitsgrad ebenfalls mindestens einen, bevorzugt mehrere, rotatorische Freiheitsgrad(e) aufweisen.
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An jeder Seite des Druckbehälters kann die hier offenbarte Befestigungsvorrichtung vorgesehen sein. Die Befestigungsvorrichtung kann bevorzugt vier Verbindungstifte und vier Lager aufweisen, die zweckmäßig konzentrisch um den Boss angeordnet sind. Somit ist der Boss selbst gut zugänglich für etwaige Versorgungsleitungen.
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Es besteht ein Bedürfnis, die Steifigkeit der Karosserie durch die Druckbehälterstruktur weiter zu verbessern bzw. aktiv zu verändern.
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Dies wird u. a. erreicht durch einen Druckbehälter für ein Kraftfahrzeug mit einer Befestigungsvorrichtung, wobei die Befestigungsvorrichtung ausgebildet ist, den Druckbehälter mit der Karosserie des Kraftfahrzeuges zu verbinden. Die Befestigungsvorrichtung kann dabei mindestens einen relativ zur Karosserie oder relativ zum Druckbehälter verschiebbaren Verbindungstift aufweisen. Der Verbindungstift kann beispielsweise mit dem Druckbehälter oder mit der Karosserie verbunden sein, bevorzugt starr. Insbesondere kann der Verbindungsstift einer der mindestens zwei zuvor erläuterten Verbindungsstifte sein.
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Die hier offenbarte Technologie umfasst ferner mindestens einen Feststellmechanismus, der mit der Karosserie oder mit dem Druckbehälter verbunden sein kann (also gegengleich zum Verbindungsstift; d. h.: ist der Feststellmechanismus mit der Karosserie verbunden so ist der Verbindungsstift mit dem Druckbehälter verbunden und vice versa). Der Feststellmechanismus kann ausgebildet sein, den Verbindungsstift zumindest zeitweise festzuklemmen. Der Feststellmechanismus ist bevorzugt starr bzw. unbeweglich mit der Karosserie oder mit dem Druckbehälter verbunden. Der Feststellmechanismus kann ausgebildet sein, den Verbindungsstift zumindest zeitweise dann festzuklemmen, wenn eine Steuerung ein entsprechendes Steuersignal sendet. Ist der verbleibende Freiheitsgrad in Richtung der Längsachse der Verbindungsstift bzw. des Lagers ebenfalls blockiert, so wird die Karosserie zusätzlich versteift. Gleichzeitig ist es durch diesen regelbaren Feststellmechanismus möglich, etwaige Ausdehnungen zu kompensieren, die sich z. B. durch Druckänderungen bzw. Temperaturänderungen des Druckbehälters ergeben können.
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Besonders bevorzugt ist der Verbindungsstift in dem Feststellmechanismus geführt. Bevorzugt ist der Feststellmechanismus gleichzeitig die Führung bzw. Lagerung für den Verbindungsstift. Mit anderen Worten kann der Feststellmechanismus bevorzugt das zuvor erläuterte Lager ausbilden. Der Feststellmechanismus ist bevorzugt parallel zum Verbindungsstift angeordnet. Bevorzugt sind auf jeder Seite des Druckbehälters mindestens zwei, besonders bevorzugt vier Feststellmechanismen bzw. Lager bzw. Führungen vorgesehen.
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Der Feststellmechanismus kann ausgebildet sein, den Verbindungsstift festzuklemmen, wenn das Kraftfahrzeug einer Dynamikanforderung unterliegt, die größer als ein erster Grenzwert ist. Somit ist es beispielsweise möglich, bei einer hohen Dynamikanforderung das Kraftfahrzeug zusätzlich zu versteifen. Eine erhöhte Dynamikanforderung kann beispielsweise aus der Fahrbahnbeschaffenheit und dem Fahrstil des Fahrzeugführers resultieren. Die Dynamikanforderung kann beispielsweise aus den Messwerten einer dynamischen Stabilitätskontrolle (DSC) ermittelt werden. Hierzu können ohnehin bereits verbaute Sensoren (Drehratensensoren, Querbeschleunigungssensor etc.) verwendet werden.
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Der Feststellmechanismus kann ausgebildet sein, den Verbindungsstift nicht festzuklemmen, wenn das Kraftfahrzeug einer Dynamikanforderung unterliegt, die kleiner als ein erster Grenzwert ist, beispielsweise wenn das Kraftfahrzeug ruht. Wird der Verbindungsstift in diesem Zustand nicht festgeklemmt, so können sich etwaige Eigenspannungen wieder abbauen, die durch eine Änderung von Innendruck oder Temperatur des Druckbehälters induziert wurden. Dies kann im ruhenden Zustand ohne zusätzlichen Verschiebeaktuator geschehen. Überdies verfälschen nicht bekannte Dynamikeinflüsse die Einstellung.
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Der Feststellmechanismus kann ausgebildet sein, den Verbindungsstift nicht festzuklemmen, wenn der Druckbehälter betankt wird. Wird das Fahrzeug betankt, ändert sich die Ausdehnung des Behälters beträchtlich. Würde der Feststellmechanismus den Verbindungsstift festklemmen, könnten unerwünschte evtl. sogar schädigende Belastungen auf die Karosserie übertragen werden.
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Besonders bevorzugt wird der Feststellmechanismus durch mindestens ein Piezo-Element festgestellt. Insbesondere können das mindestens eine Piezo-Element und der Feststellmechanismus derart ausgebildet sein, das der Feststellmechanismus die Verschiebung des Verbindungsstiftes unterbindet, wenn am Piezo-Element keine elektrische Spannung anliegt. Solche Elemente können besonders schnell, günstig und präzise die Verschiebung des Verbindungsstiftes unterbinden.
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Der Feststellmechanismus kann als elektromechanischer Aktuator ausgebildet sein. Neben einer Ausgestaltung, bei der der Feststellmechanismus lediglich die Verschiebung unterbindet kann auch ein Aktuator vorgesehen sein, der den Verbindungsstift aktiv verstellt bzw. verschiebt. Somit lässt sich die Eigenspannung bzw. die Steifigkeit der Karosserie aktiv beeinflussen. Je nach Fahrmodus, den der Fahrzeugführer vorwählt, ist die Karosserie dann steifer oder weicher. Bevorzugt kann dieser elektromechanische Aktuator von mindestens einem Piezo-Element angetrieben werden.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist der elektromechanische Aktuator ein Inchworm-Motor. Ein Inchworm-Motor ist ein piezoelektrischer Aktuator, der in seinem Inneren einen Schaft, hier den Befestigungsstift, mit Nanometerpräzision bewegen bzw. aktuieren kann. Dazu besitzt er zwei in axialer Richtung durch Piezo-Elemente voneinander beabstandete Greifbereiche, die den Befestigungsstift alternierend und kurze Zeit überlappend fest greifen können. Nach dem Greifen verändern die Piezo-Elemente ihre Länge, wodurch der Befestigungsstift verschoben wird. Mit diesem Inchworm-Motor kann auch bei hohen Kräften sehr präzise und mit kontinuierlichem Kraftschluss der Verbindungsstift aktuiert werden. Ferner kann die mechanische Spannung gleichzeitig gemessen werden. Es handelt sich also um eine aktive Strebe, die die Fahrzeugeigenschaften positiv beeinflussen kann. Ein weiterer Vorteil des Inchworm-Motors ist, dass zu jedem Zeitpunkt der Kraftschluss gegeben sein kann.
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Die hier offenbarte Technologie betrifft ferner ein Kraftfahrzeug mit einem hier gezeigten Druckbehälter und mit mindestens einer Steuerung. Die Steuerung kann ausgebildet sein, den mindestens einen Verbindungsstift zu lösen, wenn ein Betriebsparameter des Feststellmechanismus oberhalb eines Betriebsparametergrenzwertes liegt. Beispielsweise kann der Betriebsparameter die Spannung des Aktuators (z. B. Piezo-Element, Inchworm-Motor) sein. Diese Spannung kann repräsentativ für die mechanische Beanspruchung sein, die der Drucktank bzw. die Aufhängung des Drucktanks ausgesetzt ist. In Abhängigkeit von der mechanischen Beanspruchung kann dann also von der Steuerung entschieden werden, ob der mindestens eine Verbindungstift gelöst oder festgeklemmt wird. Ein solches Regelungssystem lässt sich besonders einfach und genau realisieren.
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Die bzw. eine Steuerung kann ferner ausgebildet sein, den mindestens einen Verbindungsstift zu lösen, wenn ein Unfall erkannt wird. Ein Unfall kann beispielsweise anhand weiterer Detektionssysteme des Fahrzeugs erkannt werden. Solche Detektionssystemen sind bekannt und werden beispielsweise für Airbags eingesetzt. Ist der mindestens eine Verbindungstift während eines Unfalls nicht durch den Feststellmechanismus festgeklemmt, so wird er während des Unfallereignisses weniger mechanisch belastet. Das Schadensmaß am Druckbehälter kann somit zumindest verringert werden.
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Die hier offenbarte Technologie wird nun anhand der Figuren erläutert: Die 1 bis 3 zeigen schematisch Ausgestaltungen der hier offenbarten Technologie.
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In der 1 ist ein Druckbehälter 100 gezeigt, der hier in Fahrzeuglängsrichtung X im Fahrzeug verbaut ist, beispielsweise im Mitteltunnel. Der Druckbehälter 100 umfasst einen Liner 110 und eine faserverstärkte Schicht 120. An den beiden Seiten bzw. Enden des Druckbehälters, also an den Polkappen, sind Befestigungsvorrichtungen 140, 140' vorgesehen, die den Druckbehälter 100 mit entsprechenden Anbindungspunkten der Karosserie, beispielsweise entsprechenden Querträgern benachbart zum vorderen und hinteren Achsträger, verbindet. Die Befestigungsvorrichtung 140 kann direkt oder indirekt mit der Karosserie verbunden sein. In der 1 sind auf jeder Seite jeweils zwei Befestigungsvorrichtungen 140 gezeigt. Besonders bevorzugt sind vier Befestigungsvorrichtungen 140 an jedem Ende des Druckbehälters 100 vorgesehen. Die Befestigungsvorrichtungen 140 umfassen hier Verbindungstifte 141, 142; 141', 142' und Lager 143, 144; 143', 144', in denen die Verbindungstifte 141, 142; 141', 142' verschiebbar geführt sind. Die Lager 143, 144; 143', 144' und Verbindungstifte 141, 142; 141', 142' einer Befestigungsvorrichtung 140, 140' sind hier kollinear ausgebildet. Sie verlaufen beide in einem Winkel α zur Druckbehälterlängsachse A-A. Die Lager 143, 144; 143', 144' sind fest bzw. starr mit der Karosserie 200 direkt oder indirekt verbunden. Die Verbindungstifte 141, 142; 141', 142' sind hier mit dem Druckbehälter 100 in einem Druckbehälteranschlussbereich B verbunden. Hier sind die Verbindungstifte 141, 142; 141', 142' durch die faserverstärkte Schicht 120 hinein geführt. Es sind aber auch andere Befestigungsmöglichkeiten für die Befestigung der Verbindungstifte 141, 142; 141', 142' am Druckbehälter 100 denkbar. Der Doppelpfeil E symbolisiert die Druckbehälterausdehnung im Druckbehälteranschlussbereich B. Diese Ausdehnung bzw. Ausdehnungsrichtung E ist eine Reaktion des Druckbehälters 100 auf sich ändernde Betriebszustände, im Wesentlichen auf einen sich ändernden Innendruck p des Druckbehälters 100. Die Lager 143, 144; 143', 144' und Verbindungstifte 141, 142; 141', 142' sind parallel zur Ausdehnung E angeordnet. Dehnt sich der Druckbehälter 100 aufgrund einer Innendruckveränderung aus (oder zieht sich zusammen), so kann diese Bewegung durch die kollinear angeordnete Befestigungsvorrichtung 140, 140' aufgenommen werden. Die Befestigungsvorrichtung 140, 140' kommt aufgrund ihrer Ausbildung und Anordnung mit lediglich einem Freiheitsgrad, der Verschiebung entlang der Verbindungsstiftlängsachse, aus. Die Bewegungsmöglichkeiten sind daher stark eingeschränkt.
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Die Längsachsen der Befestigungsvorrichtungen 140, 140' sind in einem Winkel β bzw. winkelig zueinander angeordnet. Aufgrund der Tatsache, dass die beiden Befestigungsvorrichtungen 140, 140' auch starr mit dem Druckbehälter 100 verbunden sind, ist zwar eine Kompensation der Druckbehälterausdehnung gegeben, eine translatorische Bewegung des Druckbehälter 100 insgesamt entlang der Längsachsen der Befestigungsvorrichtungen 140, 140' ist jedoch unterbunden. Es werden somit alle Bewegungsmöglichkeiten des Druckbehälters 100 durch die Befestigungsvorrichtung 140, 140' unterbunden. Mit anderen Worten kann ein Druckbehälter 100 mit der hier offenbarten Befestigungsvorrichtung 140, 140' innendruckinduzierte Ausdehnungen kompensieren und gleichzeitig Kräfte und Momente in allen Richtungen spielfrei bzw. weitgehend spielfrei übertragen. Der Druckbehälter 100 mit den hier offenbarten Befestigungsvorrichtung 140, 140' kann somit also Kräfte und Momente von einem Bereich nahe der Vorderachse zu einem Bereich nahe der Hinterachse bzw. umgekehrt übertragen. Insbesondere ist die hier offenbarte Befestigungsvorrichtung 140, 140' vergleichsweise einfach und platzsparend aufgebaut. Die Befestigungsvorrichtungen 140, 140' einer Seite sind hier symmetrisch angeordnet. Dies muss aber nicht der Fall sein. Beispielsweise könnten die beiden Befestigungsvorrichtungen 140 der linken Seite auch unterschiedliche Winkel α aufweisen (vgl. 3). Bevorzugt sind die Befestigungsvorrichtungen 140, 140' konzentrisch und leicht beabstandet vom Boss angeordnet.
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Die 2 zeigt einen Druckbehälter 100, der im Wesentlichen identisch ist mit dem der 1. Daher wird nur auf den Unterschied eingegangen. Die Lager 143, 144; 143', 144' sind hier als Kugelgelenke ausgebildet, in denen die Verbindungstifte 141, 142; 141', 142' verschiebbar angeordnet sind. Die Kugelgelenke ermöglichen eine Drehbeweglichkeit der Verbindungstifte 141, 142; 141', 142' um den Mittelpunkt der Kugelgelenke. Diese Kugelgelenke verbessern die Verschiebbarkeit der Verbindungstifte 141, 142; 141', 142'. Da die Verbindungstifte 141, 142; 141', 142' jedoch an ihrem anderen Ende eingespannt sind, sind die Befestigungsvorrichtungen 140, 140' weiterhin in der Lage, Kräfte und Momente (weitgehend) spielfrei zu übertragen.
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Die 3 zeigt einen Druckbehälter 100, der im Wesentlichen identisch ist mit denen der 1 und 2. Daher werden nur die Unterschiede erläutert. Wie am linken Ende des Druckbehälters 100 gezeigt ist, kann die Anordnung der Lager 143, 144; 143', 144' und Verbindungstifte 141, 142; 141', 142' auch vertauscht werden. D. h. auch die Lager 143, 144; 143', 144' können am Druckbehälter 100 eingespannt sein und die Verbindungstifte 141, 142; 141', 142' können mit der Karosserie 200 verbunden sein. Auch in dieser Ausgestaltung könnten Kugelgelenke vorgesehen sein. Selbstverständlich wäre auch eine Kombination aus unterschiedlich angeordneten Komponenten 143, 144; 143', 144, 141, 142; 141', 142' einer Befestigungsvorrichtung 140, 140' an einem Ende des Druckbehälters 100 denkbar, wie es beispielsweise am rechten Ende in der 3 dargestellt ist. Die beiden Enden sind hier symmetrisch ausgebildet. Am linken Ende wurden einige Bezugszeichen vereinfachend weggelassen.
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In den 1 bis 3 können die Lager 143, 144; 143', 144' und/oder zusätzlich zu den Lager 143, 144; 143', 144' auch Feststellmechanismen 143, 144; 143', 144' vorgesehen sein. Bevorzugt führen die Feststellmechanismen 143, 144; 143', 144' die Verbindungstifte 141, 142; 141', 142'. Die Feststellmechanismen 143, 144; 143', 144' bzw. Feststellelemente sind ausgebildet, den Verbindungsstift 141, 142; 141', 142' zumindest zeitweise festzuklemmen. Dazu müssen die Befestigungsvorrichtungen 140, 140' nicht zwingend winkelig zueinander verlaufen. Sie könnten auch parallel zueinander verlaufen. Dieser Aspekt der hier offenbarten Technologie ist also unabhängig von der Anordnung der Befestigungsvorrichtungen 140, 140'. Die Feststellmechanismen 143, 144; 143', 144' sind also in der Lage, mindestens einen Freiheitsgrad, insbesondere die Verschiebbarkeit entlang der Befestigungsvorrichtungslängsachse selektiv freizugeben oder zu sperren. Somit wird eine skalierbare Steifigkeit der Karosserie erzielt, die beispielsweise je nach Dynamikanforderung adaptiert werden kann. Schaltet der Fahrzeugführer in den Sportmodus, so kann das Fahrzeug mittels der Feststellmechanismen 143, 144; 143', 144' die Verbindungstifte 141, 142; 141', 142' feststellen, so dass Kräfte und Momente (besser) über den Druckbehälter 100 übertragen werden können. Gleichzeitig ermöglicht das selektive Feststellen, dass etwaige innendruckbedingte Druckbehälterverformungen kompensiert werden können, ohne dass im Fahrzeug unerwünschte Eigenspannungen auftreten. In einer einfachen Ausgestaltung können die Feststellmechanismen 143, 144; 143', 144' lediglich die Verbindungstifte 141, 142; 141', 142' festklemmen und loslassen.
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In einer weiteren Ausgestaltung werden die Verbindungstifte 141, 142; 141', 142' durch einen elektromechanischen Aktuator aktiv verschoben. Bei einer solchen Ausgestaltung Isst sich die Karosseriesteifigkeit durch den als aktive Strebe eingesetzten Druckbehälter 100 jederzeit genau einstellen. Insbesondere Piezo-Elemente und Inchworm-Motoren sind geeignet, die zur Verschiebung evtl. hohen Kräfte in der geforderten Genauigkeit aufzubringen.
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Die Lager 143, 144; 143', 144' und die Verbindungstifte 141, 142; 141', 142' einer Befestigungsvorrichtung 140, 140' sind in den 1 bis 3 kollinear und gerade ausgebildet. Das muss jedoch nicht so sein. Es wäre ebenfalls denkbar, dass der Verbindungsstift 141, 142; 141', 142' im Bereich zwischen Lager 143, 144; 143', 144' und Druckbehälteranschlussbereich B einen S-förmigen Verlauf hat und der Abschnitt des Verbindungsstiftes 141, 142; 141', 142', der im Lager 143, 144; 143', 144' aufgenommen ist, parallel zur Achse der Ausdehnung E verläuft. Ein solcher Offset wäre evtl. vorteilhaft, um höhere Momente von der Karosserie auf den Druckbehälter zu übertragen. Ebenso könnte die Ausdehnung E nicht gerade, sondern gekrümmt verlaufen. Dann wäre der Verbindungsstift 141, 142; 141', 142' und/oder das Lager 143, 144; 143', 144 im Verbindungspunkt V derart geformt, dass er durch eine translatorische Bewegung mit einem Freiheitsgrad diese gekrümmte Ausdehnung E führt.
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Sofern die Komponenten Befestigungsvorrichtung, Verbindungsstift, Lager, etc. hier in der Einzahl angeführt sind soll gleichzeitig deren Mehrzahl mit offenbart sein. Ferner umfasst die hier offenbarte Technologie auch ein Kraftfahrzeug mit mindestens einen der hier offenbarten Druckbehälter und mit einer Steuerung zur Steuerung des Druckbehälters, und gegebenenfalls zur Feststellmechanismus-Steuerung.
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Die vorhergehende Beschreibung der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihrer Äquivalente zu verlassen. Die Aspekte hinsichtlich der räumlichen Anordnung der Befestigungsvorrichtungen 140, 140' zum Drucktank 100 sind unabhängig von den Aspekten bezüglich der Feststellmechanismen 143, 144; 143', 144'. Beide Aspekte können daher auch unabhängig voneinander beansprucht sein. Bevorzugt werden sie jedoch in Kombination eingesetzt.
