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Die Erfindung betrifft ein Treibstofftank-Modul für die Speicherung von Gas zur Montage in einem gasbetriebenen Fahrzeug, insbesondere einem Nutzfahrzeug, wobei das Treibstofftank-Modul mehrere Einzeltanks, sowie eine Tragstruktur, an der die Einzeltanks befestigt sind, umfasst. Die Tragstruktur ist dazu vorgesehen, das Treibstofftank-Modul an dem Fahrzeug zu befestigen. Die Einzeltanks weisen eine langgestreckte Form auf, die im Mittelbereich zylinderförmig und an beiden Enden mit gewölbten Polkappen abgeschlossen ist, und die Einzeltanks weisen eine Verstärkungsschicht aus faserverstärktem Kunststoff und an jeder der Polkappen ein metallisches Anschlussstück, einen sogenannten Boss, auf.
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Weiterhin betrifft die Erfindung ein entsprechendes Fahrzeug mit Treibstofftank-Modul sowie für ein solches Modul passende Einzeltanks.
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Im Stand der Technik sind Treibstofftank-Module für gasbetriebene Fahrzeuge bekannt. Unter anderem wird in der
DE 202007015487 U1 ein Tankmodul beschrieben. Die beiden Einzeltanks werden hier mit zwei Spannbändern als Befestigungseinrichtung an einer Tragstruktur verspannt. Über die Tragstruktur wird das Tankmodul am Boden eines Fahrzeuges befestigt. An einem Ende des Tanks ist eine Armatur vorgesehen, über die die Tanks befüllt und entleert werden und die notwendige Sicherheitseinrichtungen enthält.
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In der
EP 3597466 A1 und in der
US 2012/0152215 A1 werden weitere Ausführungen von Nutzfahrzeugen mit Treibstofftanks gezeigt. Ebenso wie im zuvor genannten Beispiel werden die Einzeltanks horizontal liegend unter dem Fahrzeugboden befestigt. In der Ausführung gemäß der US`215 sind die Einzeltanks wiederum mit Befestigungsbändern, die den zylindrischen Teil umschließen, an einer Tragstruktur befestigt. Und die Einzeltanks weisen ein Tankventil auf einer Seite des Einzeltanks auf.
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Zusätzlich ist im Stand der Technik bekannt, die Einzeltanks querliegend hinter der Fahrerkabine eines Nutzfahrzeugs anzuordnen, wie es beispielsweise in der
CN 109305034 A offenbart ist. Auch hier sind die beiden Einzeltanks mit Befestigungsbändern an einer Tragstruktur fixiert. Die auf einer Seite der Einzeltanks vorhandenen Ventile werden durch zusätzliche Wände geschützt.
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Die im Stand der Technik bekannten Befestigungsbänder erlauben allerdings nur einen waagrechten Einbau der Einzeltanks im Fahrzeug. Das Gewicht der Einzeltanks nach unten kann nur so gut getragen werden.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine alternative Befestigungsmöglichkeit bereitzustellen und damit andere Ausgestaltungen eines Treibstofftank-Moduls und andere Anordnungen der Einzeltanks in einem gasbetriebenen Fahrzeug zu ermöglichen. Sowie weitere Vorteile in Hinblick auf Sicherheit und Größe zu nutzen.
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Die Aufgabe wird zum einen durch ein Treibstofftank-Modul gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Merkmale sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen genannt.
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Erfindungsgemäß zeichnet sich das Treibstofftank-Modul nach Anspruch 1 dadurch aus, dass das Treibstofftank-Modul derart ausgeführt ist, dass nach der Montage am Fahrzeug die Einzeltanks mit ihrer Längsachse (t) senkrecht zur Querrichtung (Q) des Fahrzeugs und zwischen 45° und 90° zur Längsrichtung (L) des Fahrzeugs ausgerichtet sind (inklusive der Grenzwerte), wobei je Einzeltank eine untere Halterung zur Abstützung des Gewichts des Einzeltanks vorgesehen ist, die den jeweiligen unteren Boss mit der Tragstruktur verbindet. Wobei die Abstützung des Gewichts nicht notwendigerweise das komplette Gewicht umfasst, sondern zumindest eine Großteil des Gewichts. Es kann beispielsweise auch noch eine weitere Halterung am Einzeltank vorgesehen sein, die einen kleineren Teil des Gewichts abstützt.
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Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Ausführung besteht darin, dass durch diese Lösung die Einzeltanks senkrecht im Fahrzeug angeordnet werden können und das Gewicht der Einzeltanks im Wesentlichen unter dem Schwerpunkt abgestützt wird. Dadurch reduziert sich der Aufwand der für die Halterung notwendig ist deutlich.
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Die Einzeltanks sind insbesondere als Wasserstofftanks ausgeführt, beispielsweise für Fahrzeuge mit Brennstoffzellen-Antrieb oder mit Gasmotor. Die Einzeltanks können auch für Biogas, Propan, Methan, Erdgas oder Gasgemische ausgeführt sein. Typisch für solche Einzeltanks ist, dass das Gas unter hohem Druck gespeichert wird, insbesondere sind Drücke von über 200 bar, oftmals bis 600 bar und teilweise sogar bis 700 oder 875 bar vorgesehen. Aufgrund der hohen Druckfestigkeit wiegen solche Einzeltanks durchaus bis zu 300 kg. Eine sichere und doch möglichst platz- und gewichtsparende Befestigung ist essentiell.
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Eine besonders gute Befestigung ergibt sich dadurch, dass die Halterung am sogenannten Boss des Einzeltanks angreift. Der Boss ist ein Metallteil, das den Einzeltank am äußersten Teil der Polkappen abschließt und dafür vorgesehen ist, eine Armatur zum Befüllen und Entleeren aufzunehmen.
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Die senkrechte Anordnung bietet darüber hinaus den Vorteil, dass die Einzeltanks länger sein können und nicht durch die Breite des Fahrzeuges begrenzt sind. Zudem sind die Tankarmaturen, also die Ventile, nicht im seitlichen Bereich des Fahrzeuges angeordnet, wo sie bei Unfällen gefährdet sind, sondern unter oder über dem Einzeltank, wo sie bei Unfällen nicht so leicht beschädigt werden können. Das ist ein bedeutender Sicherheitsgewinn. Nur durch diese Anordnung kann der Bauraum bis zur Seitenkante des Fahrzeuges für die Einzeltanks voll ausgenutzt werden. Bei seitlicher Anordnung der Ventile muss immer ein Sicherheitsabstand von der Seitenkante eingehalten werden, so dass die Ventile bei leichten Seitenunfällen nicht gleich betroffen sind.
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Durch die verbesserte Bauraum-Ausnutzung kann insbesondere ein für Nutzfahrzeuge notwendiges Tankvolumen auf dem Fahrzeug untergebracht werden, so dass attraktive Reichweiten möglich sind.
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Ein weiterer Vorteil ist, dass die Einzeltanks zum Austausch einzeln nach oben aus der Tragstruktur entnommen werden können, wenn die Halterungen gelöst werden, ohne dass benachbarte Einzeltanks dabei im Weg sind.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausprägung ist die jeweilige untere Halterung so ausgeführt, dass sie den unteren Boss konzentrisch umschließt und diesen derart elastisch mit der Tragstruktur verbindet, dass zwischen Einzeltank und Tragstruktur eine Relativbewegung, sowie eine Dämpfung von Vibrationen möglich ist. Insbesondere ist die elastische Verbindung an der unteren Halterung so ausgeführt, dass diese für sich genommen eine geringe Relativbewegung in Richtung der Längsachse des Einzeltanks als auch eine geringe Kippung der Längsachse gegenüber der Tragstruktur in mehrere Richtungen zulässt. Mit gering ist hierbei gemeint, dass zwar eine gewisse Beweglichkeit gegeben ist, um beispielsweise eine Längenänderung aufgrund von Temperatur- oder Druckschwankungen sowie Lageänderungen aufgrund von äußeren Beschleunigungen auszugleichen, andererseits aber eine zuverlässige Befestigung des Einzeltanks an der Tragstruktur gegeben ist.
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Besonders vorteilhaft ist, wenn die untere Halterung so elastisch ausgeführt ist, das die Längsachse (t) des Einzeltanks sich unter Belastung um mindestens 0,5° gegenüber einer Neutralstellung kippen kann. Die Neutralstellung ist bevorzugt die Höhenrichtung (H) des Fahrzeugs. Als Obergrenze für die zugelassene Kippung können wenige Grad, maximal 3° bis 5° angesehen werden.
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Ein besonderer Vorteil ergibt sich zudem daraus, dass die untere Halterung nicht nur ein Beweglichkeit zulässt, sondern auch geeignet ist Vibrationen zu dämpfen, beispielsweise indem die untere Halterung eines oder mehrere Elastomerbauteile, insbesondere eines oder mehrere Gummibauteile, umfasst, welches oder welche konzentrisch zum Boss angeordnet ist. Somit können Vibrationen in verschiedene Richtungen gedämpft werden.
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Insbesondere kann die untere Halterung als konzentrisch zum unteren Boss angeordnetes sogenanntes Konuslager ausgeführt sein. Das Konuslager umfasst eine innere Konushülse, eine äußere Konushülse und eines oder mehrere elastische Verbindungselemente, welches oder welche die beiden Konushülsen miteinander verbindet. Die Konushülsen sind bevorzugt aus einem Stahlwerkstoff, das oder die Verbindungselemente aus einem Elastomerwerkstoff, bevorzugt aus Gummi hergestellt.
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Die Konushülsen weisen eine konusförmige Fläche auf, die konzentrisch zum Boss angeordnet sind: Die innere Konunshülse weist auf der Außenseite die Konusfläche auf, die äußere Konushülse auf der Innenseite, wobei der mittlere Durchmesser der inneren Konushülse kleiner ist als der der äußeren Konushülse. Das oder die elastischen Verbindungselemente verbinden die beiden Konusflächen miteinander, so dass zum einen das Gewicht des Einzeltanks übertragen werden kann und die oben genannte Relativbewegung möglich ist. Beispielsweise kann das Verbindungselement ein auf die Konusflächen aufvulkanisiertes Gummielement sein. Über seine Innenseite ist die innerer Konushülse mit dem Boss verbunden und über seine Außenseite ist die äußere Konushülse mit einem Teil der Tragstruktur verbunden.
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Weiterhin kann vorteilhafterweise ein oberer Anschlag und/oder ein unterer Anschlag vorhanden sein, die derart ausgeführt sind, dass eine Verschiebung der äußeren Konushülse relativ zur inneren Konushülse in Richtung der Längsachse des Einzeltanks begrenzt wird. Dadurch wird auch bei einer starken, stoßartigen Belastung vermieden, dass das elastische Verbindungselement zu weit verformt und dadurch beschädigt werden könnte. Insbesondere sind die Anschläge so ausgeführt, dass diese relative Verschiebung auf maximal +/-6 mm, besonders bevorzugt auf maximal +/-3 mm begrenzt wird.
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In einer weiteren Ausführung kann die untere Halterung eine Tragscheibe aufweisen, auf der sich die Verstärkungsschicht des Einzeltanks abstützt. Dadurch wird der Boss etwas entlastet, weil ein Teil des getragenen Gewichts von der Verstärkungsschicht des Einzeltanks auf die untere Halterung übertragen wird. Und besonders bevorzugt weist die Tragscheibe auf der Fläche, die mit der Verstärkungsschicht in Kontakt kommt, eine Elastomer-Schicht, insbesondere eine Gummischicht, auf. So wird zum einen eine Beschädigung der steifen Verstärkungsschicht vermieden und zum anderen noch eine weitere Dämpfung gegen Vibrationen eingebracht.
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Die untere Halterung kann mit Hilfe einer Verschraubung, insbesondere einer Mutter auf dem Boss gesichert sein. Durch die Verschraubung kann die Halterung gesichert und eine gewünschte Verspannung, insbesondere bei Verwendung eines Konuslagers eingebracht werden.
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Besonders vorteilhaft kann die Erfindung angewandt werden, wenn im Treibstofftank-Modul mindestens vier Einzeltanks vorhanden sind. So kann der Bauraum gut ausgenutzt und eine ausreichende Tankkapazität zur Verfügung gestellt werden.
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Des Weiteren werden die Einzeltanks im Treibstofftank-Modul am besten in einer Reihe nebeneinander angeordnet, so sind sie gut zugänglich. Insbesondere sind die Einzeltanks und die unteren Halterungen eines Treibstofftank-Moduls alle gleich ausgeführt.
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Durch die senkrechte Anordnung der Einzeltanks kann die Ausführung so weiterentwickelt werden, dass jeder der Einzeltanks eine Tankarmatur zum Füllen und kontrollierten Abgeben des Gases, sowie ein Sicherheitsventil aufweisen, wobei bei allen Einzeltanks die Tankarmatur im unteren Boss und das Sicherheitsventil im oberen Boss vorgesehen ist. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass die Verrohrung für das Befüllen und Entnehmen des Gases auf der Unterseite des Treibstofftank-Moduls zusammengefasst werden kann, wo diese sehr gut geschützt sind vor Beschädigung bei etwaigen kleineren Unfällen des Fahrzeugs. Die Sicherheitsventile werden benötigt, um bei zu hoher Temperatur - im Brandfall - das Gas abblasen zu können. Bei der erfindungsgemäßen Ausführung ist es von Vorteil, dass das Gas nicht zur Seite abgeblasen wird, wo gegebenenfalls Personen in der Nähe gefährdet werden können.
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Insbesondere bei besonders großen Tanks, zum Beispiel mit eine Länge von 2 m oder mehr, kann es vorteilhaft sein, in der unten angeordneten Tankarmatur ein zusätzliches Sicherheitsventil zum Abblasen vorzusehen. Sind besonders hohe Antriebsleistungen gefragt, kann zusätzlich im oberen Boss eine weitere Tankarmatur vorgesehen werden, um einen höheren Gasstrom entnehmen zu können.
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In einer besonders bevorzugten Ausführung ist für jeden Einzeltank eine weitere Halterung vorhanden, die Kräfte senkrecht zur Längsachse (t) des Einzeltanks aufnehmen und in die Tragstruktur abstützen kann, wobei sich die weitere Halterung bevorzugt im zylindrischen Bereich des Einzeltanks befindet, und wobei die weitere Halterung bevorzugt so ausgeführt ist, dass zumindest eine gewisse Beweglichkeit in Richtung der Längsachse (t) noch möglich ist.
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Das Gewicht der Einzeltanks wird zum größten Teil über die untere Halterung aufgenommen. Die Beschleunigungskräfte beim Fahren des Fahrzeugs, die vor allem in Querrichtung und Längsrichtung des Fahrzeugs, also senkrecht zur Längsachse des Einzeltanks, auftreten, werden dann vorteilhafterweise zu einem großen Teil von der jeweiligen weiteren Halterung aufgenommen. So kann die untere Halterung leichter ausgeführt werden.
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Um die Tragstruktur möglichst leicht und klein zu machen, ist es von Vorteil, wenn der Abstand zwischen der weiteren Halterung und der unteren Halterung höchstens ¾ der Länge des Einzeltanks entspricht. Die Tragstruktur kann noch niedriger ausgeführt werden, wenn der genannte Abstand insbesondere maximal 60% der Länge des Einzeltanks beträgt.
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Eine zusätzliche Verbesserung wird erzielt, wenn die weitere Halterung so ausgeführt ist, dass sie Verschiebungen aufgrund der Elastizität der unteren Halterung und/oder aufgrund einer Längenänderung des Einzeltanks aufgrund von Druck- und/oder Temperatureinflüssen zulässt, wobei die weitere Halterung bevorzugt eine oder mehrere Spannbänder, besonders bevorzugt eine oder mehrere sogenannte Gelenkbandschellen umfasst. Diese weitere Halterung bietet eine gute und steife Befestigung senkrecht zur Längsachse der Einzeltanks bei geringem Gewicht und sie lassen sich einfach lösen, um Einzeltanks auszuwechseln zu können. Gleichzeitig ist sie so ausgeführt, dass in Richtung der Längsachse elastisch ist und dadurch eine gewisse Relativbewegung zwischen Einzeltank und Tragstruktur zulässt.
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Weiterhin wird die Aufgabe durch einen Einzeltank für ein erfindungsgemäßes Treibstofftank-Modul gemäß Anspruch 13 und/oder Anspruch 14 gelöst. Ein solcher erfindungsgemäßer Einzeltank umfasst einen unteren Boss mit einem Halsbereich zur Aufnahme in einer unteren Halterung eines Treibstofftank-Moduls, wobei der Halsbereich eine Länge (a) in Richtung der Längsachse (t) des Einzeltanks aufweist, die mindestens 50% des Außendurchmessers (b), gemessen an der dünnsten Stelle des Halsbereiches, beträgt und die bevorzugt zwischen 40 mm und 80 mm beträgt, und/oder er weist eine untere Halterung auf, welche das Gewicht des Einzeltanks tragen kann und den Boss aufnimmt, und geeignet ist, den Einzeltank mit einer Tragstruktur eines Treibstofftank-Moduls derart zu verbinden, dass nach einer Montage am Fahrzeug die Einzeltanks mit ihrer Längsachse senkrecht zur Querachse (Q) des Fahrzeugs ausgerichtet sind.
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Und ebenso wird die Aufgabe durch ein gasbetriebenes Fahrzeug, insbesondere ein Nutzfahrzeug gemäß Anspruch 15 mit einem erfindungsgemäßen Treibstofftank-Modul gelöst. Gegebenenfalls können in einem Fahrzeug mehrere solche Treibstofftank-Module vorgesehen werden, wenn eine größere Tankkapazität und damit eine höherer Reichweite gewünscht ist.
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Anhand von Ausführungsbeispielen werden weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung erläutert unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
- 1 Schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs mit einem erfindungsgemäßem Treibstofftank-Modul (Seitenansicht)
- 2 Schematische Darstellung wie 1 in Rückansicht
- 3 Schematische Detaildarstellung einer unteren Halterung für einen erfindungsgemäßen Einzeltank oder ein erfindungsgemäßes Treibstofftank-Modul
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Die 1 zeigt ein gasbetriebenes Fahrzeug 30. Bevorzugt ist das Fahrzeug 30 ein Nutzfahrzeug, wie etwa ein Lkw. Besonders bei Nutzfahrzeugen werden große Treibstoffmengen für eine wirtschaftlich sinnvolle Reichweite benötigt. Der Antrieb kann beispielsweise über eine Brennstoffzelle und Elektromotor oder über einen Gasmotor erfolgen. Der Treibstoff kann Wasserstoff, Biogas, Methan, Ethan, Erdgas oder ein Gasgemisch sein. Gespeichert wird das Gas unter Druck in den Einzeltanks 1. Dabei wird üblicherweise ein Druck von mindestens 200 bar, oft bis zu 700 oder 800 bar verwendet. Gezeigt ist ein Fahrzeug mit zwei Treibstofftank-Modulen 20,20' hintereinander. Das zweite Modul ist optional, zum Beispiel wenn eine höhere Tankkapazität und damit eine höhere Reichweite ermöglicht werden soll.
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Jedes Treibstofftank-Modul 20,20' umfasst mehrere Einzeltanks 1, die in einer Reihe nebeneinander in Querrichtung Q angeordnet sind. Die Einzeltanks 1 sind im eingebauten Zustand mit ihrer Längsachse t vertikal, also senkrecht zur Querrichtung Q und senkrecht zur Längsrichtung L des Fahrzeugs, ausgerichtet. Das bietet eine optimale Ausnutzung des Bauraums, also maximal mögliches Tankvolumen, bei gleichzeitig verbesserter Sicherheit, da die Tankarmaturen auf der Unterseite gut geschützt sind und nicht seitlich am Fahrzeug im gefährdeten Bereich angeordnet werden. Je nach Gegebenheit im Fahrzeug können die Einzeltanks 1 auch etwas geneigt in oder gegen die Längsrichtung L ausgerichtet sein, so dass der Winkel zwischen Längsachse t und Längsrichtung L zwischen 45° und 90° (inklusive der Grenzwerte) beträgt.
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Die Einzeltanks 1 haben eine langgestreckte Form, die rotationssymmetrisch zur Längsachse t ist. Im Mittelbereich weisen sie eine zylindrische Form auf, welche an beiden Enden mit gewölbten Polkappen abgeschlossen wird, die in einem sogenannten Boss enden.
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Die Einzeltanks 1 sind an der Tragstruktur 2,2' jeweils über ihren unteren Boss mit Hilfe der unteren Halterung 10 befestigt, welche einen Großteil des Gewichts der Einzeltanks 1 trägt. Diese Halterung 10 ist bevorzugt elastisch ausgeführt, so dass eine gewisse Beweglichkeit in Richtung der Längsachse t möglich ist, die eine Verschiebung und auch eine Kippung erlaubt. Weiterhin kann dadurch eine Vibrationsdämpfung erfolgen. Um die untere Halterung 10 leichter ausführen zu können, ist an jedem Einzeltank 1 eine weitere Halterung 9 vorgesehen, die bevorzugt Spannbänder oder sogenannte Gelenkbandschellen umfasst.
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Als Schutz kann noch eine Verkleidung 21 vorgesehen sein.
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2 stellt eine schematische Darstellung des Fahrzeugs 30 mit einem Treibstofftank-Modul 20 in Rückansicht dar. Die Raumrichtungen des Fahrzeugs sind wiederum durch die Querrichtung Q, die Längsrichtung L und die Höhenrichtung H gekennzeichnet. Die Ausrichtung der Einzeltanks 1 ist so, dass die Längsachse t senkrecht zur Querrichtung Q angeordnet ist. Es ist gut zu erkennen, dass dadurch der gesamte Bauraum hinter der Fahrerkabine optimal in der Breite ausgenutzt werden kann, ohne dass es sicherheitskritische Probleme gibt.
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Die Einzeltanks 1 - hier vier Stück - sind über die unteren Halterungen 10 an der Tragstruktur 2 befestigt, so dass der Großteil des Gewichts darüber getragen wird. Die Tragstruktur 2 kann beispielsweise als Stahlrahmen ausgeführt sein und ist dazu vorgesehen das Treibstofftank-Modul am Fahrzeug zu befestigen. Über jeweils eine weitere Halterung 9 sind die Einzeltanks 1 zusätzlich an der Tragstruktur 2 befestigt, so dass Querkräfte in Richtung der Querrichtung Q und der Längsrichtung L aufgenommen werden können. Die weitere Halterung 9 ist hierbei so ausgeführt, dass sie in Richtung der Längsachse (t) elastisch ist und somit ebenfalls eine Relativbewegung entlang der Längsachse (t) zwischen dem Einzeltank (1) und der Tragstruktur (2,3) zulässt.
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Dadurch dass der Abstand c zwischen der unteren Halterung 10 und der weiteren Halterung 9 nur ¾ der Länge der Einzeltanks beträgt, kann die Tragstruktur 2 im Rückenbereich niedriger und leichter ausgeführt werden, da sie nicht so hoch sein muss, wie die Einzeltanks. Um die Tragstruktur 2 noch leichter ausführen zu können, kann der Abstand c auch noch geringer insbesondere weniger als 60% der Länge des Einzeltanks betragen.
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Die Einzeltanks 1 weisen am Ende der Polkappen je einen oberen Boss 5 und einen unteren Boss 4 auf. Am oberen Boss 5 ist ein Sicherheitsventil 8 vorgesehen, dass bei zu hoher Temperatur oder zu hohem Druck das Gas abbläst und so den Tank entlastet, beispielsweise im Brandfall um eine Explosion zu vermeiden. Am unteren Boss 4 ist eine Tankarmatur 7 vorhanden. Über diese kann der Einzeltank 1 mit Gas befüllt und im Betrieb kontrolliert Gas entnommen werden. Die Tankarmaturen 7 können optional zusätzliche Sicherheitsventile umfassen, so dass auch bei einer Temperaturerhöhung im unteren Bereich des Einzeltanks rechtzeitig abgeblasen wird.
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In 3 ist eine Ausschnittdarstellung eines Einzeltanks 1 mit der unteren Halterung 10 zu sehen. Die untere Halterung 10 umschließt den unteren Boss 4, genau gesagt den Halsbereich 4.1 des unteren Boss, und trägt darüber das Gewicht des Einzeltanks. Befestigt ist die untere Halterung 10 über Verschraubungen 19 an einem Teil der Tragstruktur 2 - hier an einem Querbalken, der beispielsweise als Winkel- oder U-Profil ausgeführt ist.
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Der Einzeltank 1 hat eine Verstärkungsschicht 3 aus faserverstärktem Kunststoff, bevorzugt aus CFK, um den Druckkräften standhalten zu können, und einen innenliegenden Liner 6 zur Abdichtung, bevorzugt aus Thermoplast, zum Beispiel PA6, oder aus Metall, zum Beispiel Aluminium.
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Der sogenannte Boss ist ein Metallanschlussstück, das den Tankmantel an den Polkappen abschließt und dafür vorgesehen ist, den Einzeltank mit entsprechenden Tankarmaturen oder Sicherheitsventilen zu verbinden. Dafür weist der Boss üblicherweise ein Innengewinde am Ende des Halsbereichs auf. Wird ein Boss nicht für einen Anschluss gebraucht, kann er mit einen Verschluss versehen werden.
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Der untere Boss 4 hat beim erfindungsgemäßen Einzeltank 1 einen verlängerten Halsbereich 4.1, der bevorzugt zylindrisch ausgeführt ist. Der Halsbereich 4.1 hat eine Länge a, in welcher die untere Halterung 10 diesen umfasst. Die Länge a beträgt dabei mindestens die 50% vom Außendurchmesser b des Halsbereichs, gemessen an der dünnsten Stelle des Halsbereichs, falls dieser nicht zylindrisch mit einheitlichem Außendurchmesser ausgeführt ist. Möglich wäre beispielsweise auch eine gestufte oder eine konische Ausführung des Halsbereichs. Bevorzugt beträgt die Länge a insbesondere zwischen 40 mm und 80 mm, so kann eine ausreichende Kraft zur Aufnahme des Gewichts zuverlässig übertragen werden.
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In der dargestellten Ausführung ist die untere Halterung 10 als sogenanntes Konuslager ausgebildet. Die Halterung 10 umfasst dabei eine innere Konushülse 11, die auf den Halsbereich 4.1 des Bosses aufgebracht ist, und eine äußere Konushülse 12, die mit einem Teil der Tragstruktur 2 verschraubt ist. Wobei die innere Konushülse mit einer Mutter 18 auf dem Halsbereich des Bosses gesichert wird. Zusätzlich umfasst die Halterung 10 noch ein elastisches Verbindungselement 13, das die beiden Konushülsen 11,12 verbindet, indem es sowohl mit der konusförmige Außenfläche der inneren Konushülse 11 als auch mit der konusförmigen Innenfläche der äußeren Konushülse 12 verbunden ist. Das Verbindungselement 13 kann bevorzugt ein aufvulkanisiertes Gummielement sein. In der dargestellten Variante hat das Verbindungselement einen „N“-förmigen Querschnitt und ist konzentrisch zum Boss 4 angeordnet. Bei Belastungen in Richtung der Längsachse t kann sich das Verbindungselement 13 leicht verformen und so eine gewisse Relativbewegung zwischen den Konushülsen 11,12 und damit zwischen Einzeltank 1 und Tragstruktur 2 zulassen. Zusätzlich werden durch das elastische Verbindungselement auch Vibrationen gedämpft.
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Selbstverständlich kann das Verbindungselement 13 auch einen anderen Querschnitt aufweisen. Und es können auch statt einem konzentrisch angeordneten, mehrere um den Halsbereich herum angeordnete Verbindungselemente 13 vorgesehen werden. Wichtig ist, dass eine elastische Verbindung geschaffen wird, die eine gewisse Relativbewegung sowohl in der Richtung der Längsachse t als auch in der Kippung zulässt und eine Dämpfung von Vibrationen bietet.
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Insbesondere ist es von Vorteil, wenn eine Kippung von wenigstens 0,5° gegenüber der Längsachse t möglich ist und wenn diese Kippung in verschiedene, bevorzugt in alle Raumrichtungen möglich ist.
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Die Relativbewegung zwischen innerer Konushülse 11 und äußerer Konushülse 12 sollte so begrenzt sein, dass das elastische Verbindungselement 13 nicht durch zu große Auslenkung geschädigt wird. Dazu umfasst die Halterung 10 eine Scheibe als unterer Anschlag 16 und eine weitere Scheibe als oberer Anschlag 17. Die beiden Scheiben sind durch die innere Konushülse 11 festgeklemmt. Die Form der Scheiben und damit der Abstand der Anschläge 16,17 zur äußeren Konushülse 12 bestimmen das Ausmaß der zugelassenen Relativbewegung. Bevorzugt wird die Relativbewegung in Richtung der Längsachse t auf +/- 6 mm, besonders bevorzugt auf +/-3 mm begrenzt. Um die Funktion ausreichend zu gewährleisten, ist eine Beweglichkeit von mindestens +/-1 mm wünschenswert.
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In der dargestellten Variante hat die obere Scheibe nicht nur die Funktion des oberen Anschlags 17, sondern ist als Tragscheibe 14 ausgeführt. So wird ein Teil des Gewichts des Einzeltanks über die Verstärkungsschicht 3 auf die innere Konushülse 11 übertragen, wodurch der untere Boss 4 etwas entlastet wird. Zur Schonung der Verstärkungsschicht 3 und zur zusätzlichen Dämpfung von Vibrationen ist eine elastische Schicht 15, insbesondere eine Gummischicht, zwischen Tragscheibe 14 und der Verstärkungsschicht 3 vorhanden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Einzeltank
- 2,2'
- Tragstruktur
- 3
- Verstärkungsschicht
- 4
- unterer Boss
- 4.1
- Halsbereich
- 5
- oberer Boss
- 6
- Liner
- 7
- Tankarmatur
- 8
- Sicherheitsventil
- 9
- weitere Halterung
- 10
- untere Halterung
- 11
- innere Konushülse
- 12
- äußere Konushülse
- 13
- elastische(s) Verbindungselement(e)
- 14
- Tragscheibe
- 15
- Elastomer-Schicht
- 16
- unterer Anschlag
- 17
- oberer Anschlag
- 18
- Mutter
- 19
- Verschraubung
- 20, 20'
- Treibstofftank-Modul
- 21
- Verkleidung
- 30
- gasbetriebenes Fahrzeug
- a
- Länge Halsbereich
- b
- Außendurchmesser Halsbereich
- c
- Abstand
- H
- Höhenrichtung des Fahrzeugs
- L
- Längsrichtung des Fahrzeugs
- Q
- Querrichtung des Fahrzeugs
- t
- Längsachse des Einzeltanks
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202007015487 U1 [0003]
- EP 3597466 A1 [0004]
- US 2012/0152215 A1 [0004]
- CN 109305034 A [0005]
