AT17625U1 - Befestigungsssystem für einen Druckzylinder - Google Patents

Abstract

Befestigungssystem (100) für einen Druckzylinder (1) umfassend einen Druckzylinder (l), einen Rahmen (2) und ein Ventil (3), wobei das Ventil (3) trennbar oder untrennbar mit dem Druckzylinder (1) verbunden ist, wobei das Ventil (3) trennbar oder untrennbar mit dem Rahmen (2) verbunden ist, wobei die auf den Druckzylinder (1) in axialer und/oder radialer Richtung wirkenden Kräfte und Momente über das Ventil (3) auf den Rahmen (2) übertragen werden und wobei wahlweise die auf den Rahmen (2) in axialer und/oder radialer Richtung wirkenden Kräfte und Momente über das Ventil (3) auf den Druckzylinder (1) übertragen werden. Das offenbarte Befestigungssystem (100) ermöglicht das maximale Speichervolumen des/der Druckzylinders in einem i.A. begrenzten Bauraum sowie den Schutz des Ventils und der Verbindungsleitungen bei äußerer Krafteinwirkung.

Description

Beschreibung

BEFESTIGUNGSSYSTEM FÜR EINEN DRUCKZYLINDER

STAND DER TECHNIK

[0001] Die Erfindung betrifft ein Befestigungssystem für einen Druckzylinder für Gase und/oder Flüssigkeiten nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

[0002] Gasförmige Kraftstoffe für alternative Antriebe zur CO2-Einsparung wie z.B. Erdgas oder Wasserstoff werden typischerweise in Druckzylindern mit Nenndrücken bis 700 bar gespeichert. Die Kraftstoffversorgungsanlage eines gasbetrieben Kraftfahrzeuges besteht u.A. aus einem oder mehreren Druckzylindern zur Aufnahme des Gases sowie einem Ventil am Druckzylinder zur Steuerung des Fluidstroms bei der Befüllung und der Entleerung des Druckzylinders, wobei der/die Druckzylinder zur einfachen Handhabung bzw. zur Schutz der einzelnen Komponenten auf einem vorzugsweise gemeinsamen Rahmen befestigt sind. Der Rahmen der Kraftstoffversorgungsanlage ist mit dem Fahrzeug verschraubt.

[0003] Derartige Befestigungen von Druckzylindern sind u.a. aus den Brennstoffzellenfahrzeugen „Toyota Mirai“ oder „Mercedes B-Class F-Cell“ bekannt: Das Befestigungssystem im Mercedes wird als „neck-mounting“ bezeichnet, wobei jeder Druckzylinder an beiden axialen Enden mit einer Klemme am Rahmen befestigt ist und die Klemme das Festlager oder das Loslager darstellt. Das Befestigungssystem im Toyota wird als „belly-mounting“ bezeichnet, wobei jeder Druckzylinders am Umfang des Druckzylinders mit zwei Spannbändern samt Gummieinlage gehalten wird. Auch Mischsysteme aus neck-mounting und belly-mounting werden vereinzelt eingesetzt.

[0004] Ein Nachteil des neck-mounting und des belly-mounting ist das verringerte Speichervolumen des Druckzylinders in einem i.A. begrenzten Bauraum des Fahrzeuges: beim neck-mouning wird die Länge des Druckzylinders durch die axiale Erstreckung der Klemmen (jeweils ca. 20-50 mm) beschränkt, beim belly-mouning wird der Durchmesser des Druckzylinders durch die radiale Erstreckung des Spannbands (5-10 mm) beschränkt.

[0005] Ein weiterer Nachteil des neck-mounting und des belly-mounting ist die Anordnung der mit dem Behälter verbunden Behälterventile bzw. Behälterverschlüsse sowie die Anordnung der Leitungen zur fluidtechnischen Verbindung der einzelnen Komponenten außerhalb des schützenden Rahmens.

TECHNISCHE AUFGABE

[0006] Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden, insbesondere das Speichervolumen zu vergrößern und die Komponenten zu schützen.

TECHNISCHE LÖSUNG

[0007] Erfindungsgemäß werden die Aufgaben durch Bereitstellung eines Befestigungssystems mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Das Befestigungssystem umfasst einen Druckzylinder, ein Behälterventil bzw. einen Behälterverschluss (in weiterer Folge „Ventil" genannt) und einen Rahmen, wobei das Ventil trennbar oder untrennbar durch Kraft- Form- oder Stoffschluss mit dem Druckzylinder verbunden ist, wobei das Ventil trennbar oder untrennbar durch Kraft- Form- oder Stoffschluss mit dem Rahmen verbunden ist, wobei das Ventil bevorzugt alle oder zumindest einen Teil der auf den Druckzylinder in radialer Richtung, d.h. normal zur Längsachse des Druckzylinders und/oder bevorzugt alle oder zumindest einen Teil der auf den Druckzylinder in axialer Richtung, d.h. in Längsachse des Druckzylinders wirkenden Kräfte und Momente zum Rahmen weiterleitet und wobei das Ventil u.U. bevorzugt alle oder zumindest einen Teil der auf den Rahmen in radialer und/oder axialer Richtung wirkenden Kräfte und Momente zum Druckbehälter weiterleitet.

Je nach Verbindungstechnik zwischen dem Ventil und dem Rahmen stellen das Ventil und der Rahmen ein Festlager oder ein Loslager dar.

[0008] Die Erfindung vergrößert das in einem vorgegebenen Bauraum zu erzielende Speichervolumen.

[0009] Die Erfindung schützt das Ventil und die Verbindungsleitungen bei äußerer Krafteinwirkung wie z.B. bei einem Unfall.

[0010] Die Erfindung nutzt bisher ungenutzte Teile des Ventils zur Befestigung des Druckzylinders am Rahmen und erhöht die Funktionalität des Ventils.

[0011] Die Erfindung reduziert das Gesamtgewicht der Kraftstoffversorgungsanlage. [0012] Die Erfindung reduziert die Gesamtkosten der Kraftstoffversorgungsanlage.

AUSFÜHRUNGSFORM

[0013] Das erfindungsgemäße Befestigungssystem sowie alternative Ausführungsvarianten werden in weiterer Folge anhand der Figuren erläutert.

[0014] Figur 1 zeigt eine Ansicht des erfindungsgemäßen Befestigungssystems in einer bevorzugten Ausführungsform, wobei das Ventil mit mehreren in axialer Richtung wirkenden Schraubverbindungen am Rahmen befestigt ist.

[0015] Figur 2 zeigt eine alternative Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Befestigungssystems, wobei das Ventil mit einem in radialer Richtung wirkenden Teller und einer in axialer Richtung wirkenden Schraubverbindung am Rahmen befestigt ist.

[0016] Figur 3 zeigt eine weitere alternative Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Befestigungssystems, wobei das Ventil mit mehreren in radialer und in axialer Richtung wirkenden Klammern und mit mehreren in axialer Richtung wirkenden Schraubverbindungen am Rahmen befestigt ist.

[0017] Figur 4 zeigt eine weitere alternative Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Befestigungssystems, wobei das Ventil mit einem in radialer Richtung wirkendem Profil und einem in axialer Richtung wirkendem Sicherungsring am Rahmen befestigt ist.

[0018] Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Befestigungssystem (100) mit einem Ausschnitt eines Druckzylinders (1) zur Umschließung des Kraftstoffs umfassend eine Schale (1a) und eine Ventilaufnahme (1b), einem Ausschnitt eines Rahmens (2) zur Befestigung des Druckzylinders (1) oder des Kraftstoffversorgungssystems im Fahrzeug umfassend einen Rahmenbauteil (2a) mit mehreren Bohrungen (2b) sowie ein Ventil (3) umfassend einen Grundkörper (3a) mit mehrere Gewindebohrungen (3b).

[0019] Das Ventil (3) ist mit der Ventilaufnahme (1b) verschraubt und durch mehrere Schrauben (4) am Rahmen (2) befestigt, wobei sich das Ventil (3) mit der Anschlagfläche (3c) an der Innenseite (2g) des Rahmenbauteils (2a) abstützt und wobei sich die Schrauben (4) durch die Bohrungen (2b) im Rahmenbauteil (2a) erstrecken und mit den zugeordneten Gewindebohrungen (3b) des Ventils (3) Zusammenwirken. Die Verbindungsleitung (5) am Ventil (3) ist in axialer Richtung geschützt zwischen der äußeren Begrenzungsfläche (2c) des Rahmenbauteils (2a) und dem Druckzylinder (1) angeordnet.

[0020] Durch den beschriebenen Aufbau bilden der Druckzylinder (1), der Rahmen (2) und das Ventil (3) eine starre Einheit, wobei auf den Druckzylinder (1) in radialer und/oder in axialer Richtung wirkenden Kräfte über den Grundkörper (3a) und die Gewindebohrungen (3b) des Ventils (3) und die Schrauben (4) bzw. über die Anschlagfläche (3c) des Ventils (3) und die Innenseite (2g) des Rahmenbauteils (2a) bzw. soweit vorhanden über die Reibung zwischen der Anschlagfläche (3c) des Ventils (3) und der Innenseite (2g) des Rahmenbauteils (2a) auf den Rahmen (2) übertragen werden.

[0021] Figur 2 zeigt eine alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Befestigungssystems (100) mit einem Ausschnitt eines Druckzylinders (1) zur Umschließung des Kraftstoffs um-

fassend eine Schale (la) und eine Ventilaufnahme (1b), einem Ausschnitt eines Rahmens (2) zur Befestigung des Druckzylinders (1) oder des Kraftstoffversorgungssystems im Fahrzeug umfassend einen Rahmenbauteil (2a) mit einer Bohrung (2b) und einem mit dem Rahmenbauteil (2b) verbundenen Aufnahmeteller (2d) mit einem Formprofil (2e) sowie ein Ventil (3) umfassend einen Grundkörper (3a) mit einer Gewindebohrung (3b) und einem Formprofil (3d).

[0022] Das Ventil (3) ist mit der Ventilaufnahme (1b) verschraubt und durch eine Schraube (4) und den Aufnahmeteller (2d) am Rahmen (2) befestigt, wobei sich das Ventil (3) mit der Anschlagfläche (3c) an der Innenseite (2g) des Rahmenbauteils (2a) abstützt, wobei sich die Schraube (4) durch die Bohrung (2b) im Rahmenbauteil (2a) erstreckt und mit der zugeordneten Gewindebohrung (3b) des Ventils (3) zusammenwirkt und wobei das beliebige Formprofil (3d) des Ventils (3) mit dem zu jedem Formprofil (3d) des Ventils (3) korrespondierenden Formprofil (2e) des Aufnahmetellers (2d) in radialer Richtung zusammenwirkt. Die Verbindungsleitung (5) am Ventil (3) ist in axialer Richtung geschützt zwischen der äußeren Begrenzungsfläche (2c) des Rahmens (2) und dem Druckzylinder (1) angeordnet.

[0023] Durch den beschriebenen Aufbau bilden der Druckzylinder (1), der Rahmen (2) und das Ventil (3) eine starre Einheit, wobei auf den Druckzylinder (1) in axialer Richtung wirkenden Kräfte über den Grundkörper (3a) und die Gewindebohrung (3b) des Ventils (3) und die Schraube (4) bzw. über die Anschlagfläche (3c) des Ventils (3) und die Innenseite (2g) des Rahmenbauteils (2a) auf den Rahmen (2) übertragen werden und wobei auf den Druckzylinder (1) in radialer Richtung wirkenden Kräfte über das Formprofil (3d) des Ventils (3) und das Formprofil (2e) des Aufnahmetellers (2d) bzw. soweit vorhanden über die Reibung zwischen der Anschlagfläche (3c) des Ventils (3) und der Innenseite (2g) des Rahmenbauteils (2a) auf den Rahmen (2) übertragen werden.

[0024] Figur 3 zeigt eine weitere alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Befestigungssystems (100) mit einem Ausschnitt eines Druckzylinders (1) zur Umschließung des Kraftstoffs umfassend eine Schale (1a) und eine Ventilaufnahme (1b), einem Ausschnitt eines Rahmens (2) zur Befestigung des Druckzylinders (1) oder des Kraftstoffversorgungssystems im Fahrzeug umfassend einen Rahmenbauteil (2a) mit Bohrungen (2b) und mehrerer mit dem Rahmenbauteil (2a) verschraubte Klemmen (2d) mit Formprofil (2e) und Gewindebohrung (2f) sowie ein Ventil (3) umfassend einen Grundkörper (3a) mit Formprofilen (3d).

[0025] Das Ventil (3) ist mit der Ventilaufnahme (1b) verschraubt und durch mehrere Schrauben (4) und Klemmen (2e) am Rahmen (2) befestigt, wobei sich das Ventil (3) mit der Anschlagfläche (3c) an der Innenseite (2g) des Rahmenbauteils (2a) abstützt, wobei sich die Schrauben (4) durch die Bohrungen (2b) im Rahmenbauteil (2a) erstrecken und mit den zugeordneten Gewindebohrungen (2f) der Klemmen (2d) zusammenwirken und wobei die beliebigen Formprofile (3d) des Ventils (3) mit dem zu jedem Formprofil (3d) des Ventils (3) korrespondierenden Formprofil (2e) der Klemme (2d) in radialer und axialer Richtung Zusammenwirken. Die Verbindungsleitung (5) am Ventil (3) ist in axialer Richtung geschützt zwischen der äußeren Begrenzungsfläche (2c) des Rahmens (2) und dem Druckzylinder (1) angeordnet.

[0026] Durch den beschriebenen Aufbau bilden der Druckzylinder (1), der Rahmen (2) und das Ventil (3) eine starre Einheit, wobei auf den Druckzylinder (1) in axialer Richtung wirkenden Kräfte über den Grundkörper (3a) und die Formprofile (3d) des Ventils (3), das Formprofil (2e) und die Gewindebohrungen (3b) der Klemmen (2d) und die Schrauben (4) bzw. über die Anschlagfläche (3c) des Ventils (3) und die Innenseite (2g) des Rahmenbauteils (2a) auf den Rahmen (2) übertragen werden und wobei auf den Druckzylinder (1) in radialer Richtung wirkenden Kräfte über den Grundkörper (3a) und die Formprofile (3d) des Ventils (3) und das Formprofil (2e) der Klemmen (2d) bzw. soweit vorhanden über die Reibung zwischen der Anschlagfläche (3c) des Ventils (3) und der Innenseite (2g) des Rahmenbauteils (2a) auf den Rahmen (2) übertragen werden.

[0027] Figur 4 zeigt eine weitere alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Befestigungssystems (100) mit einem Ausschnitt eines Druckzylinders (1) zur Umschließung des Kraftstoffs umfassend eine Schale (1a) und eine Ventilaufnahme (1b), einem Ausschnitt eines Rahmens (2) zur Befestigung des Druckzylinders (1) oder des Kraftstoffversorgungssystems im Fahr-

zeug umfassend einen Rahmenbauteil (2a) mit einer Formbohrung (2b) sowie ein Ventil (3) umfassend einen Grundkörper (3a) mit einem Formprofil (3d) und einer Nut (3e) zur Aufnahme eines Sicherungsrings (6).

[0028] Das Ventil (3) ist mit der Ventilaufnahme (1b) verschraubt und stützt sich mit der Anschlagfläche (3c) an der Innenseite (2g) des Rahmenbauteils (2a) und über den in der Nut (3e) verbauten Sicherungsring (6) an der äußeren Begrenzungsfläche (2c) des Rahmenbauteils (2a) ab, wobei sich das Formprofil (3d) des Ventils (3) durch die Formbohrung (2b) des Rahmenbauteils (2a) erstreckt und wobei das beliebige Formprofil (3d) des Ventils (3) mit der zum Formprofil (3d) des Ventils (3) korrespondierenden Formbohrung (2b) des Rahmenbauteils (2a) in radialer Richtung zusammenwirkt. Die Verbindungsleitung (5) am Ventil (3) ist in axialer Richtung geschützt zwischen der äußeren Begrenzungsfläche (2c) des Rahmens (2) und dem Druckzylinder (1) angeordnet.

[0029] Durch den beschriebenen Aufbau bilden der Druckzylinder (1), der Rahmen (2) und das Ventil (3) eine starre Einheit, wobei auf den Druckzylinder (1) in axialer Richtung wirkenden Kräfte über den Grundkörper (3a) und die Nut (3d) des Ventils (3) und den Sicherungsring (6) und die äußere Begrenzungsfläche (2c) des Rahmenbauteils (2a) bzw. über den Grundkörper (3a) und die Anschlagfläche (3c) des Ventils (3) und die Innenseite (2g) des Rahmenbauteils (2a) auf den Rahmen (2) übertragen werden und wobei auf den Druckzylinder (1) in radialer Richtung wirkenden Kräfte über den Grundkörper (3a) und das Formprofil (3d) des Ventils (3) und die Formbohrung (2e) des Rahmenbauteils (2a) bzw. soweit vorhanden über die Reibung zwischen der Anschlagfläche (3c) des Ventils (3) und der Innenseite (2g) des Rahmenbauteils (2a) auf den Rahmen (2) übertragen werden.

[0030] Figur 1 bis Figur 4 stellen ein Festlager dar, wobei durch den Entfall der axialen Sicherung, d.h. der Schraube (4) in Figur 2, des axial wirkendes Formprofils (2e, 3d) in Figur 3 und des Sicherungsrings (6) in Figur 4 ein Loslager entsteht und durch den Entfall der axialen Sicherung eine axiale Verschiebung des Druckzylinders (1) samt Ventil (3) relativ zum Rahmenbauteil (2) ermöglicht wird.

[0031] Gemeinsames Merkmal der beschriebenen Befestigungssysteme (100) als Festlager ist die in allen Richtungen, d.h. in axialer und radialer Richtung starre Verbindung zwischen dem Rahmen (2) und dem Ventil (3), wodurch alle oder zumindest ein Anteil der auf den Druckzylinder (1) in axialer und radialer Richtung wirkenden Kräfte und/oder Momente über das Ventil (3) auf den Rahmen (2) übertragen werden und wodurch alle oder zumindest ein Anteil der auf den Rahmen (2) in axialer und radialer Richtung wirkenden Kräfte und/oder Momente über das Ventil (3) auf den Druckzylinder (1) übertragen werden. Zwischen dem Rahmen (2) und dem Ventil (3) kann jede beliebig wirkende Verbindungstechnik oder jede beliebig wirkende Kombination von verschiedenen Verbindungstechniken eingesetzt werden, die die Übertragung von axial und radial wirkenden Kräften und/oder Momenten zwischen dem Ventil (3) und dem Rahmen (2) ermöglicht und hierbei keine Bewegung in axialer und radialer Richtung zwischen dem Ventil (3) und dem Rahmen (2) zulässt.

[0032] Gemeinsames Merkmal der beschriebenen Befestigungssysteme (100) als Loslager ist die in radialer Richtung starre Verbindung zwischen dem Rahmen (2) und dem Ventil (3) bei gleichzeitiger Ermöglichung einer axialen Bewegung zwischen dem Rahmen (2) und dem Ventil (3), wodurch alle oder zumindest ein Anteil der auf den Druckzylinder (1) in radialer Richtung wirkenden Kräfte und/oder Momente über das Ventil (3) auf den Rahmen (2) übertragen werden und wodurch alle oder zumindest ein Anteil der auf den Rahmen (2) in radialer Richtung wirkenden Kräfte und/oder Momente über das Ventil (3) auf den Druckzylinder (1) übertragen werden. Zwischen dem Rahmen (2) und dem Ventil (3) kann jede beliebig wirkende Verbindungstechnik oder jede beliebig wirkende Kombination von verschiedenen Verbindungstechniken eingesetzt werden, die die Übertragung von radial wirkenden Kräften und/oder Momenten zwischen dem Ventil (3) in den Rahmen (2) ermöglicht und hierbei eine Bewegung in axialer Richtung zwischen dem Ventil (3) und dem Rahmen (2) zulässt.

[0033] Wahlweise kann als Schraube (4) eine beliebige Schraube (4) wie z.B eine Sechskant-

schraube oder eine Senkschraube oder eine beliebige Schraubverbindung wie z.B. ein Gewindebolzen oder ein Schweißbolzen am Rahmenbauteil (2a) oder am Ventil (3) in Verbindung mit einer Mutter eingesetzt werden.

[0034] Wahlweise kann ein Paßstift oder mehrere Paßstifte zur Übertragung der radialen Kräfte zwischen Ventil und Rahmen verwendet werden.

[0035] Wahlweise kann eine Niete statt einer Schraube (4) oder einem Paßstift eingesetzt werden.

[0036] Wahlweise ist der Teller (2d) eine verformte Struktur des Rahmenbauteils (2a). [0037] Wahlweise kann jeder beschriebene Bauteil ein oder mehrteilig ausgeführt werden.

[0038] Wahlweise ist zwischen dem Rahmen (2) und dem Ventil (3) eine stoffschlüssige Verbindung wie z.B. Schweißen, Löten oder Kleben zur Kraftübertragung ausgeführt.

[0039] Durch Kombination und/oder Entfall der offenbarten Komponenten entstehen weitere Befestigungssysteme (100), u.a. durch Verwendung einer Schraubverbindung (4) mit nur einer exzentrisch oder nur einer zentral angeordneten Schraube oder einer einteiligen Klammer (2c).

[0040] Wahlweise ist ein dämpfendes Material zwischen dem Rahmen (2) und dem Ventil (3) verbaut.

[0041] Wahlweise ist ein federndes Material zwischen dem Rahmen (2) und dem Ventil (3) verbaut.

[0042] Wahlweise ist das Ventil (3) untrennbar mit dem Druckzylinder (1) verbunden oder einstückig mit der Ventilaufnahme (1b) des Druckzylinders (1) ausgeführt.

[0043] Bevorzugt ist der Druckzylinder ein Typ Ill-, ein Typ IV oder ein Typ V-Druckbehälter für gasförmige und/oder flüssige Medien, wahlweise ist der Druckzylinder ein Typ I- oder ein Typ IlDruckbehälter für gasförmige und/oder flüssige Medien.

[0044] Wahlweise ist der Rahmen (2) ein Bestandteil der Karosserie, d.h. Teile der Karosserie bildet den Rahmen (2).

[0045] Wahlweise ist der Rahmen (2) ein Transportrahmen.

[0046] Wahlweise wird das offenbarte Befestigungssystem (100) mit neck-mounting und des belly-mounting kombiniert, sodass nur ein Anteil der in radialer und/oder in axialer Richtung auf den Druckzylinder (1) wirkenden Kräfte über das Ventil (3) auf den Rahmen (2) übertragen werden.

Claims (2)

Ansprüche

1. Befestigungssystem (100) für einen Druckzylinder (1) umfassend einen Druckzylinder (1), einen Rahmen (2), ein Ventil (3) und eine Leitung (5) zur Befüllung und zur Entleerung des Druckzylinders (1), dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (3) trennbar oder untrennbar mit dem Druckzylinder (1) verbunden ist und dass das Ventil (3) trennbar oder untrennbar mit dem Rahmen (2) verbunden ist, wobei alle oder zumindest ein Anteil der auf den Druckzylinder (1) in axialer und/oder radialer Richtung wirkenden Kräfte über das Ventil (3) auf den Rahmen (2) übertragbar sind und wobei die Leitung (5) im Bauraum zwischen einer außenseitigen Begrenzungsfläche (2c) des Rahmens (2) und dem Druckzylinder (1) angeordnet ist.

2. Befestigungssystem (100) für einen Druckzylinder (1) nach Anspruch 1 mit mehreren Leitungen (5) zur Befüllung und zur Entleerung des Druckzylinders (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungen (5) im Bauraum zwischen einer außenseitigen Begrenzungsfläche (2c) des Rahmens (2) und dem Druckzylinder (1) angeordnet ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen