DE102018203006A1

DE102018203006A1 - Tank eines Kraftfahrzeuges mit Volumenelement

Info

Publication number: DE102018203006A1
Application number: DE102018203006.5A
Authority: DE
Inventors: Emmanuel Arras; Manfred Bigalke; Axel Frohwein; Markus Huber; Attila Farkas; Tim Walter; Daniel Harms; Gernot Weiss; Theodor Ossege; Jörg Koith; Christoph Mehren; Roman Bouffier
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG; Kautex Textron GmbH and Co KG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG; Kautex Textron GmbH and Co KG
Priority date: 2018-02-28
Filing date: 2018-02-28
Publication date: 2019-08-29
Also published as: CN112135745A; KR20200123237A; WO2019166422A1; US20200406745A1; JP2021516185A; CN112135745B; EP3758965A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Tank, insbesondere Kraftstofftank, zur Aufnahme einer Flüssigkeit in einem Kraftfahrzeug, umfassend eine Außenwandung, die einen Innenraum zur Aufnahme der Flüssigkeit bildet,zumindest ein im Innenraum angeordnetes Volumenelement zur Aufnahme von Gas, insbesondere Luft, und eine Öffnung, insbesondere eine das Gas führende Leitung zwischen dem Volumenelement und der Umgebung des Tanks zur Veränderung des Volumens des Volumenelements, wobei das zumindest eine Volumenelement zumindest teilweise als Faltenbalg ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Tank in einem Kraftfahrzeug zur Aufnahme einer Flüssigkeit, insbesondere Kraftstoff. Der Tank weist ein gasgefülltes Volumenelement mit veränderbarem Volumen auf.
Kohlenwasserstoffemissionen aus Kraftstofftanks müssen aufgrund ihrer umweltschädigenden Wirkung weitestgehend vermieden werden. Kohlenwasserstoffdämpfe entstehen aufgrund des hohen Partialdrucks der Kohlenwasserstoffe im Kraftstoff, insbesondere bei höheren Temperaturen. Drei wesentliche Prozesse führen zum potentiellen Austreten von Kohlenwasserstoffdämpfen aus dem Kraftstofftank. Ein Prozess ist die Permeation der Kohlenwasserstoffmoleküle durch die Außenwandung des Tanks. Dieser Prozess ist weitestgehend verstanden und vorhandene Lösungen führen zu einer ausreichenden Reduktion der Emission. Ein zweiter Prozess ist der Betankungsprozess. Das Füllen des Tanks mit flüssigem Kraftstoff erfordert ein Verdrängen des im Tank befindlichen Gases, welches mit Kohlenwasserstoffen gesättigt ist. Für das Auffangen dieser Gase gibt es zwei wesentliche Ansätze: Onboard Refueling Vapor Recovery (ORVR) mit großen Aktivkohlefiltern (AKF) oder das Absaugen des Gases durch die Betankungspistole der Tankstelle. Drittens entstehen Gase während des Parkens oder bei nicht laufendem Verbrennungsmotor durch eine Veränderung der Umgebungstemperatur, sog. Diurnal oder Parking Emissions. Diese können auch über einen Aktivkohlefilter abgepuffert werden, wenn es regelmäßig zu einem ausreichenden Spülprozess des Aktivkohlefilters kommt. Üblicherweise muss hierzu der Verbrennungsmotor in Betrieb sein. Dies kann insbesondere bei Hybridfahrzeugen mit Elektromotor und Verbrennungsmotor relativ aufwendig sein, da der Verbrennungsmotor nicht stets in Betrieb ist.
Eine Möglichkeit zur Reduktion der HC-Emissionen ohne den Tank unter Druck zu setzen besteht in der Realisierung eines drucklosen Tanks mit einem integrierten Volumenelement, welches entstehendes Gasvolumen durch Volumenänderung kompensiert. Das Volumenelement muss hierfür möglichst emissionsdicht gegenüber Kohlenwasserstoffen sein, so dass sich in seinem Inneren stets Luft befindet, welche aus dem Tanksystem direkt in die Atmosphäre herausgedrückt, oder in dieses hineingesaugt werden kann. Außerdem muss das Volumenelement so leicht verformbar sein, dass eine Druckdifferenz von wenigen Millibar (bis zu ±20mbar) ausreicht, um eine vollständige Befüllung und Entleerung zu gewährleisten. Des Weiteren muss das Volumendelta (maximales Volumen minus minimales Volumen) des Volumenelements so ausgelegt sein, dass das durch Verdunstung bei Temperaturerhöhung entstehende Gasvolumen druckneutral kompensiert werden kann.
WO 2016/012284 zeigt verschiedene Ausführungsformen des Volumenkörpers.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung einen Tank, insbesondere einen Kraftstofftank, eines Kraftfahrzeuges anzugeben, der bei einfachem Aufbau einen möglichst wartungsarmen, sicheren und umweltfreundlichen Betrieb des Kraftfahrzeuges ermöglicht.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Die abhängigen Ansprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung zum Gegenstand.
Somit wird die Aufgabe gelöst durch einen Tank, insbesondere ausgebildet als Kraftstofftank. Der Tank ist zur Anordnung in einem Kraftfahrzeug und zur Aufnahme einer Flüssigkeit ausgebildet. Bei dem Kraftfahrzeug handelt es sich insbesondere um ein Straßenfahrzeug, beispielsweise Pkw, Lkw oder Kraftrad. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Kraftfahrzeug um ein Hybridfahrzeug mit Elektromotor und Verbrennungsmotor. Bei der durch den Tank aufzunehmenden Flüssigkeit handelt es sich vorzugsweise um Kraftstoff, beispielsweise um Benzin oder Diesel.
Der Tank umfasst eine Außenwandung. Diese Außenwandung bildet einen Innenraum zur Aufnahme der Flüssigkeit. Des Weiteren umfasst der Tank zumindest ein im Innenraum angeordnetes Volumenelement. Das Volumenelement ist zur Aufnahme von Gas ausgebildet. Bei dem Gas handelt es sich insbesondere um Luft aus der Umgebung des Tanks.
Das durch die Außenwandung gebildete Behältervolumen kann somit, mit Ausnahme des durch das Volumenelement eingenommenen Volumens, zur Aufnahme der Flüssigkeit genutzt werden.
Ferner umfasst der Tank eine Leitung zwischen dem Volumenelement und der Umgebung des Tanks oder zumindest eine Öffnung des Volumenelements zur Umgebung. Die Leitung verbindet das Volumenelement gasführend durch die Außenwandung hindurch mit der Umgebung. Die Öffnung verbindet das Volumenelement gasdurchlässig durch die Außenwandung hindurch mit der Umgebung Durch die Leitung bzw. Öffnung kann das Gas aus dem Volumenelement nach außen und von außen in das Volumenelement strömen. Dadurch verändert sich die Masse an Gas im Volumenelement, sodass sich auch das Volumen des Volumenelements verändert, wenn sich der Druck im Innenraum und/oder die Füllmenge im Innenraum ändern. Das Volumenelement kann somit „atmen“.
Bei dem Gas handelt es sich insbesondere um Luft, die aus der Atmosphäre entnommen wird bzw. aus der Leitung oder durch die Öffnung wieder in die Atmosphäre strömt. Insbesondere strömt die Luft aus dem Volumenbehälter durch einen Filter, vorzugsweise Staubfilter, in die Atmosphäre.
Insbesondere besitzt das Volumenelement bei vollständig mit Flüssigkeit befülltem Tank sein minimales Volumen und wird bei Entnahme von Flüssigkeit aus dem Tank kontinuierlich mit Gas befüllt. In Zusammenhang mit einem neuerlichen Befüllen des Tanks wird das Volumenelement dann in die Umgebung entleert. Die Funktionsweise des Volumenelementes wird nachfolgend erläutert: Bei Änderung des Sättigungsdampfdruckes eines im Tank befindlichen Kraftstoffs (z.B. beim Parken) wird die sonst daraus resultierende Druckänderung kompensiert werden. Beispielsweise kann, wenn die Kraftstofftemperatur über den Tag stark schwankt (z.B. morgens 20°C, mittags 40°C, nachts 20°C) die Änderung des Sättigungsdampfdrucks mittels des Volumenelementes kompensiert werden. Hierbei besitzt das Volumenelement sein minimales Volumen bei maximaler Kraftstofftemperatur, während sein Volumen bei minimaler Kraftstofftemperatur maximal ist. WO 2016/012284 beschreibt im Detail die Funktion des Volumenelements.
In dem Innenraum des Tanks können auch mehrere der hier beschriebenen Volumenelemente angeordnet werden. Die Volumenelemente können gleich oder unterschiedlich ausgestaltet sein.
Das zumindest eine Volumenelement ist zumindest teilweise als Faltenbalg ausgebildet. Der Faltenbalg umfasst eine Vielzahl an Falten, die sich durch eine abwechselnde Anordnung von nach innen weisen Knickstellen und nach außen weisenden Knickstellen ergeben. Zwischen den Knickstellen erstrecken sich sog. Zwischenflächen des Faltenbalgs. Auch eine Faltenbalg mit nur einer, spiralförmig umlaufenden Falte ist möglich.
Der Faltenbalg bewegt sich beim Auf- und Zusammenfalten parallel zu einer imaginären Falt-Achse (auch: Z-Achse). Diese Falt-Achse, entlang der sich der Faltenbalg entfaltet und wieder zusammenfaltet, steht vorzugsweise senkrecht zur Oberseite der Außenwandung des Tanks.
Aufbau des Faltenbalgs
Bevorzugt umfasst das Volumenelement eine erste Elementwand und eine gegenüberliegende zweite Elementwand. Der Faltenbalg erstreckt sich zwischen den beiden Elementwänden. Die Falt-Achse steht vorzugsweise senkrecht zu den Elementwänden.
Die erste Elementwand und/oder die zweite Elementwand sind vorzugsweise als steife Platten ausgebildet. Alternative kann man umlaufende radiale Falten im Boden integrieren, damit der Boden sich innerhalb der Außenfalten etwas aufwärts bewegen kann, um das minimale Volumen (zusammengefahrenen Zustand des Volumenelements) weiter zu verringern. In diesem Fall ist die Elementwand keine steife Platte mehr.
Die erste Elementwand befindet sich vorzugsweise an der Tankoberseite. Insbesondere ist die erste Elementwand an der Tankoberseite befestigt.
An der ersten Elementwand ist vorzugsweise ein Anschluss, beispielsweise ein Nippel, ausgebildet, der durch die Außenwandung des Tanks nach außen ragt und dadurch mit der gasführenden Leitung verbunden werden kann. Insbesondere kann auch das Befestigen des Volumenelements an der Außenwandung dadurch erfolgen, dass dieser Anschluss in einem entsprechenden Loch der Außenwandung steckt.
In einer einfachen Ausgestaltung ist der Faktenbalg aus einem einschichtigen Material gebildet. Alternativ ist vorgesehen, dass der Faltenbalg zumindest zwei Schichten aufweist. Diese zwei Schichten sind eine Innenschicht und eine Außenschicht. Die Außenschicht ist dabei aus einem anderen Material gefertigt als die Innenschicht.
Alternativ ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Faltenbalg zumindest drei Schichten aufweist. Diese drei Schichten sind eine Innenschicht, eine Mittelschicht und eine Außenschicht. Die Mittelschicht ist dabei aus einem anderen Material gefertigt als die Innenschicht und die Außenschicht. Die Innenschicht und die Außenschicht können aus demselben Material gefertigt sein oder aus unterschiedlichen Materialien.
Die einzelnen Schichten sind vorzugsweise miteinander verklebt oder aufeinander laminiert. Die Schichten sind „Funktionsschichten“ und können ihrerseits wiederum aus mehreren Einzelschichten gefertigt sein.
Für die Außenschicht und die Innenschicht werden vorzugsweise Materialien gewählt, die eine Sperrwirkung gegenüber polaren Komponenten in flüssiger und gasförmiger Form (z.B. Wasser, Ethanol, usw.) als auch unpolaren Komponenten, und vorzugsweise eine Beständigkeit gegenüber der Flüssigkeit, insbesondere Kraftstoff, aufweisen. Für die Mittelschicht wird vorzugsweise ein Material gewählt, das gegenüber Kraftstoffemissionen sperrt.
Insbesondere wird für die Außen- und/oder Innenschicht Polyethylen bzw. ein polyethylenhaltiges Material verwendet. Insbesondere eignet sich dafür Polyethylen des Typs PE-HD oder PE-LD oder PE-LLD oder PE-HMW oder PE-UHMW oder PE-MD. Alternative können elastischere Materialien wie TPE,TPU oder ETFE verwendet werden.
Die Sperrwirkung in der Mittelschicht lässt sich vorzugsweise mit EthylenVinylalkohol-Copolymer (EVAL oder EVOH), aliphatischen oder (teil)-aromatischen Polyamiden erreichen. Besonders bevorzugt weist die Mittelschicht eine Dicke von 5 bis 1000 µm, insbesondere 10 bis 300 µm, besonders vorzugsweise 15 bis 100 µm auf. Zusätzlich oder alternativ ist bevorzugt vorgesehen, dass die Mittelschicht dünner ist als die Außenschicht und/oder dünner ist als die Innenschicht.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass der Faltenbalg durch strukturmechanische Bauteile verstärkt ist. Hierzu werden insbesondere Stützringe verwendet. Die Stützringe können an den nach innen weisenden Knickstellen und/oder an den nach außen weisenden Knickstellen eingesetzt sein.
Dabei ist es möglich, die Stützringe an der Außenseite der Wandung des Faltenbalgs und/oder an der Innenseite der Wandung des Faltenbalgs und/oder im Inneren der Wandung des Faltenbalgs anzuordnen. Insbesondere können die Stützringe mit der Wandung des Faltenbalgs verklebt und/oder an der Wandung angeschweißt und/oder in Laschen der Wandung eingesteckt werden. Bei der Anordnung der Stützringe im Inneren der Wandung des Faltenbalgs ist es möglich, die Stützringe zwischen die oben beschriebenen Schichten anzuordnen.
Da die eigentliche Faltfunktion durch die Stützringe nicht eingeschränkt werden soll, ist vorzugsweise vorgesehen, die Stützringe derart auszulegen, dass sie der erforderlichen Bewegung des Volumenelements nicht hinderlich sind. Sie werden hierzu vorzugsweise aus einem härteren Material hergestellt als die Wandung des Faltenbalgs selbst. Das Volumenelement wird so in Form gehalten und die Stützringe unterstützen die gewünschte Bewegung in lediglich einer Achsrichtung, hier definiert parallel zur Falt-Ache (Z-Achse).
Der Faltenbalg ist vorzugsweise kegelförmig oder kegelstumpfförmig. Diese Form beschreibt den Faltenbalg insbesondere in seinem aufgefalteten Zustand. Alternativ ist der Faltenbalg z.B. ballig oder zylindrisch.
Die Beschreibung „kegelförmig“ oder „kegelstumpfförmig“ ist hier nicht auf einen Faltenbalg mit einem runden oder ovalen Querschnitt (definiert senkrecht zur Z-Achse) beschränkt. In erster Linie beschreibt diese Form nämlich eine Verjüngung des Faltenbalgs, ausgehend von einem großen Durchmesser, insbesondere an der ersten Elementwand, hingehend zu einem kleineren Durchmesser, insbesondere an der zweiten Elementwand.
Im Querschnitt, senkrecht zur Falt-Achse (Z-Achse), kann der Faltenbalg insbesondere eine runde, ovale oder vieleckige Form aufweisen. Bei der vieleckigen Form sind die Ecken vorzugsweise abgerundet.
Die Kegelform oder Kegelstumpfform betrifft insbesondere zumindest einen Abschnitt des Faltenbalgs, wobei dieser Abschnitt mehrere Falten umfasst. So ist der Faltenbalg vorzugsweise vollständig kegelförmig oder kegelstumpfförmig. Alternativ kann der Faltenbalg jedoch auch einen Abschnitt aufweisen, der z.B. zylindrisch oder ballig ist und einen weiteren Abschnitt der kegelförmig oder kegelstumpfförmig ist. Jeder Abschnitt erstreckt sich dabei über mehrere Falten.
Des Weiteren kann der Faltenbalg auch mehrere Abschnitte aufweisen, die sich jeweils über mehrere Falten hinweg erstrecken, wobei diese einzelnen Abschnitte für sich genommen kegelförmig oder kegelstumpfförmig sind.
Für eine optimale Ausnutzung des Bauraums kann es auch von Vorteil sein, wenn der Faltenbalg entlang der Falt-Achse (Z-Achse) gekrümmt, beispielsweise bananenförmig, ausgebildet ist.
Zusätzlich oder alternativ kann für eine optimale Ausnutzung des Bauraums es auch von Vorteil sein, eine Seite des Faltenbalgs steifer zu gestaltet als eine weitere Seite, damit sich der Faltenbalg beim Atmen asymmetrisch bewegt.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass in einem Innenraum eines Tanks mehrere der Volumenelemente verwendet werden, um so den Bauraum optimal auszunutzen. Dadurch können auch komplexere Tankgeometrien genutzt werden, was wiederum vorteilhaft für die Unterbringung des Tanks im Fahrzeug ist.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass der Faltenbalg spiralförmig gefaltet ist. Bei der Atmung, also dem Auffalten und Zusammenfalten des Faltenbalgs, führt der Faltenbalg dabei eine Drehbewegung aus. Dabei ist es auch möglich, die oben beschriebenen Stützringe in Form einer spiralförmigen Feder an den nach innen weisenden Knickstellen und/oder an den außen weisenden Knickstellen anzuordnen. Diese Form der strukturmechanischen Unterstützung kann gleichzeitig als elastisches Element genutzt werden. Die Funktion des „elastischen Elements“ wird noch im Detail beschrieben.
Vorzugsweise umfasst der Tank zumindest eine Führungsanordnung im Volumenelement oder außerhalb des Volumenelements zum Führen des Faltenbalgs beim Auf- und Zusammenfalten parallel zu seiner Falt-Achse (Z-Achse) und zum Begrenzen einer Bewegung des Faltenbalgs senkrecht zur Falt-Achse. Es können auch mehrere gleiche oder verschiedene Führungsanordnung an selben Faltenbalg verwendet werden.
Vorzugsweise umfasst eine mögliche Führungsanordnung mehrere am Faltenbalg befestigte Führungselemente und zumindest eine Führung; vorzugsweise mehrere Führungen. Die Führungselemente sind fest mit dem Faltenbalg verbunden und an der Führung oder an den mehreren Führungen beweglich angeordnet. Beispielsweise ist die Führung eine Stange, insbesondere eine teleskopierbare Stange, an der die Führungselemente gleitbeweglich geführt sind.
Vorzugsweise umfasst eine mögliche Führungsanordnung zumindest ein Stützelement, z.B. in Form einer Wandung oder eines Holms. Vorzugsweise ist vorgesehen, im Innenraum des Tanks zumindest ein solches Stützelement anzuordnen, das sich unmittelbar an der Außenseite des Faltenbalgs entlang erstreckt. Das Stützelement ist fest mit der Außenwandung des Tanks verbunden. Dabei kann das Stützelement direkt mit der Außenwandung oder beispielsweise mit einer Schwallwand im Tank verbunden sein. Beispielsweise durch Schwallbewegungen der Flüssigkeit im Tank kann es zu einer Bewegung des Faltenbalgs kommen. Das Stützelement ist insbesondere so angeordnet, um diese Bewegung des Faltenbalgs weitestgehend zu verhindern.
Das zumindest eine Stützelement ist vorzugsweise an die Form des aufgefalteten Faltenbalgs angepasst und kann somit ebenfalls kegelförmig oder kegelstumpfförmig sein. Beispielsweise kann das Stützelement auch eine den Faltenbalg umhüllende Einhausung darstellen. So kann das Stützelement den Faltenbalg beim Atmen führen und eine Bewegung senkrecht zu Falt-Achse begrenzen.
bevorzugt ist vorgesehen, dass das zumindest eine Stützelement maximal 40 mm, vorzugsweise maximal 20 mm, vom aufgefalteten Faltenbalg entfernt ist oder unmittelbar am Faltenbalg anliegt.
Vorzugsweise ist eine mögliche Führungsanordnung durch die Außenwandung des Tanks gebildet, wobei sich die Außenwandung dabei in das Innere des Faltenbalgs erstreckt und so den Faltenbalg zumindest im zusammengefalteten Zustand stützen und führen kann. Dadurch, dass sich die Außenwandung nach innen erstreckt entsteht vorzugsweise auf ihrer Außenseite ein Freiraum, in dem vorzugsweise der Filter, insbesondere Staubfilter, angeordnet ist.
Des Weiteren ist bevorzugt zumindest ein elastisches Element vorgesehen. Das elastische Element ist beispielsweise als Spiralfeder ausgebildet. Das elastische Element kann im Inneren des Faltenbalgs angeordnet sein oder außen am Faltenbalg angreifen. Das elastische Element kann den Faltenbalg in Richtung seines zusammengefalteten Zustands und/oder seines aufgefalteten Zustands belasten. Die Belastungsrichtung kann dabei so gewählt werden, dass das elastische Element den Faltenbalg beim Auffalten oder beim Zusammenfalten unterstützt.
Wenn das elastische Element im Inneren des Faltenbalgs angeordnet ist, ist es vorzugsweise über den Anschluss und somit durch die erste Elementwand hindurch in den Faltenbalg eingesetzt. Wenn das elastische Element außerhalb des Faltenbalgs angeordnet ist, kann es sich beispielsweise an der zweiten Elementwand und der gegenüberliegenden Außenwandung des Tanks abstützen. Des Weiteren ist es möglich, an der zweiten Elementwand einen Hebel angreifen zu lassen. Dieser Hebel wiederum kann über das elastische Element belastet werden.
Alternative kann der Herstellprozess so eingestellt werden, dass der Faltenbalg sich bei der Abkühlung zusammenzieht, und damit in seinem Gleichgewichtszustand zusammengefaltet ist. Der Faltenbalg selbst erfüllt dann die Funktion des „elastischen Elements“. Die Federkraft des Faltenbalgs wird durch Material, Wanddicke und Geometrie des Faltenbalgs sowie durch dessen Herstellungsprozess eingestellt.
Zusätzlich oder alternativ zu dem elastischen Element kann der Tank einen Aktuator aufweisen. Der Aktuator ist beispielsweise eine Pumpe, mit der aktiv das Gas in das Volumenelement gepumpt oder abgesaugt wird.
Darüber hinaus kann der Aktuator auch mechanisch am Volumenelement angreifen, beispielsweise über den oben beschriebenen Hebel, um das Volumen des Volumenelements aktiv zu verändern. Hierzu wird beispielsweise ein elektromotorischer, elektromagnetischer oder piezoelektrischer Aktuator eingesetzt.
Durch die aktive Unterstützung, sei es durch das elastische Element oder den Aktuator, ist es möglich, die Effizienz des Volumenelements zu erhöhen, da ein zügigeres Ansprechverhalten, beispielsweise bei einer Betankung möglich ist. Des Weiteren kann so auch die volle Funktionsfähigkeit bei der Betankung sichergestellt werden. Ferner können höhere Wanddicken bzw. Materialfestigkeiten und somit ein robusteres Design gewählt werden, wobei gleichzeitig das Volumenelement durch die aktive Unterstützung ein zügiges Ansprechverhalten aufweist. Auch die Funktionssicherheit bei tieferen Temperaturen wird durch die aktive Unterstützung verbessert.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass der Tank zumindest einen Sensor zur Ermittlung des Volumens des Volumenelements aufweist. Der Sensor kann beispielsweise als Abstandssensor, als Winkelsensor oder als Drucksensor arbeiten.
Der Abstandssensor ermittelt vorzugsweise den Abstand zwischen den beiden gegenüberliegenden Elementwänden des Volumenelements oder beispielsweise des Abstand zwischen der zweiten Elementwand und der gegenüberliegenden Außenwandung des Tanks (vorzugsweise der unteren Außenwandung).
Der oben beschriebene Hebel, welcher insbesondere an der zweiten Elementwand des Volumenelements angreift, ist vorzugsweise im Tank drehbeweglich angelenkt. So kann am Hebel mit einem entsprechenden Sensor beispielsweise der Winkel des Hebels erfasst werden. Bei bekannter Geometrie des Aufbaues lässt sich aus diesem Winkel das Volumen des Volumenelements errechnen.
Darüber hinaus kann im Innenraum des Tanks (außerhalb des Volumenelements) und/oder im Volumenelement der Druck bestimmt werden. Basierend auf diesem Druck und gegebenenfalls basierend auf den Werten des beschriebenen elastischen Elements und/oder der aktiven Unterstützung mit dem Aktuator, kann das Volumen des Volumenelements errechnet werden.
Des Weiteren ist es auch möglich, mehrere der beschriebenen Sensoren miteinander zu kombinieren, um daraus das Volumen des Volumenelements zu berechnen.
Vorzugsweise ist ein Verfahren zur aktiven Unterstützung des Volumenelements mit dem beschriebenen Aktuator vorgesehen, wobei der Aktuator in Abhängigkeit des Volumens, insbesondere bestimmt mit zumindest einem der Sensoren, des Volumenelements angesteuert wird.
Ersatz bzw. Reparatur des Volumenelements
Gemäß einer bevorzugten Variante ist das Volumenelement an einem Deckel befestigt, so dass durch Entfernen des Deckels, welcher die Außenwandung des Tanks verschließt, das Volumenelement entnommen wird. An demselben Deckel oder an einem anderen Deckel kann ein neues Volumenelement befestigt werden. Dabei ist jedoch zu beachten, dass der Deckel und das durch den Deckel zu verschließende Loch entsprechend der Größe des Volumenelements zu gestalten sind.
Vorzugsweise umfasst der Tank zumindest eine lösbare Halteanordnung. Diese Halteanordnung ist dazu ausgebildet, zumindest zwei benachbarte Falten des Faltenbalgs im zusammengefalteten Zustand zu halten.
Gemäß einer Variante, hält die lösbare Halteanordnung, beispielsweise in Form einer von außen oder innen aufgesteckten Klammer, lediglich manche der Falten des Faltenbalgs zusammen, wobei sich die verbleibenden Falten zusammenfalten und wieder auseinanderfalten können, um somit ein Atmen des Volumenelements zu ermöglichen. Nach einer gewissen Betriebsdauer kann die Halteanordnung gelöst werden und gegebenenfalls an anderen, bereits benutzten Falten angesetzt werden.
Die von der Halteanordnung zusammengehaltenen Falten bilden somit einen Reserve-Bereich des Faltenbalgs. Die verbleibenden Falten können die Atmung ausführen und bilden somit einen Aktiv-Bereich des Faltenbalgs. Sowohl der Aktiv-Bereich als auch der Reserve-Bereich umfassen jeweils mehrere Falten.
Nach einer gewissen Betriebsdauer, nach einem Verschleiß oder bei Auftreten eines Lecks kann die Halteanordnung am Reserve-Bereich gelöst werden, so dass diese Falten aktiv werden. Zusätzlich ist es möglich, dieselbe Haltevorrichtung oder eine weitere Haltevorrichtung zu setzen und dadurch die vorherigen Falten des Aktiven-Bereichs in einen passiven Zustand zu versetzen.
Das Betätigen der zumindest einen Halteanordnung erfolgt beispielsweise über einen Deckel in der Außenwandung des Tanks. Durch Öffnen des Deckels kann beispielsweise mit der Hand in das Innere des Tanks und somit zum Volumenelement oder direkt in das Innere des Volumenelements gegriffen werden.
Falls die Halteanordnung im Innen des Volumenelements ist, wird vorzugsweise über den Deckel ein Zugang zum Faltenbalg ermöglicht. Ferner kann das Volumenelement auch direkt zur Umgebung offen sein, wobei auf den Deckel verzichtet werden kann.
Alternativ oder zusätzlich ist auch vorgesehen, dass die Halteanordnung durch ein Auslösesignal von außen gelöst und/oder gesetzt werden kann. Hierzu befindet sich an der Halteanordnung ein entsprechend ansteuerbarer Aktuator.
Die Halteanordnung kann außen an dem Faltenbalg angesetzt sein. Hierzu kann beispielsweise eine Klammer verwendet werden, die mehrere der Falten umklammert und somit in ihrem passiven Zustand zusammenhält.
Darüber hinaus ist es möglich, sowohl außen als auch im inneren des Faltenbalgs eine Halteanordnung zu verwenden, die ineinander rastet oder beispielsweise magnetisch aneinander hält.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass der Faltenbalg im Inneren durch eine Trennwand in zwei Bereiche unterteilt ist, der eine Bereich ist dabei zunächst als Aktiv-Bereich ausgestaltet. Im zweiten Bereich ist die Halteanordnung vorgesehen, die die einzelnen Falten im gefalteten Zustand zusammenhält. Die beiden Bereiche bzw. die Volumen der beiden Bereiche sind durch eine Öffnung in der Trennwand miteinander verbunden.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass in den Innenraum des Tanks zumindest zwei Volumenelemente, jeweils mit einem Faltenbalg, angeordnet sind. Eines der beiden Volumenelemente ist zunächst aktiv und kann durch seine Verbindung mit der gasführenden Leitung atmen. Das zweite Volumenelement ist als Reserve-Volumenelement ausgebildet und verbleibt in seinem zusammengefalteten Zustand.
Insbesondere ist am Reserve-Volumenelement die beschriebene Halteanordnung vorgesehen, um den zusammengefalteten Zustand aller Falten aufrecht zu erhalten. Nach einer gewissen Betriebsdauer, nach Verschleiß oder einer Leckage wird das aktive Volumenelement durch das Reserve-Volumenelement ersetzt.
Gemäß einer Variante ist das aktive Volumenelement, beispielsweise über seinen Anschluss, der sich an der ersten Elementwand befindet, an der Außenwandung des Tanks befestigt und über den Anschluss mit der gasführenden Leitung verbunden. Das Reserve-Volumenelement ist unabhängig vom aktiven Volumenelement an einer geeigneten Stelle im Innenraum angeordnet. Die beschriebene Halteanordnung hält das Reserve-Volumenelement im zusammengefalteten Zustand. Insbesondere weist dieses Reserve-Volumenelement einen eigenen Anschluss auf. Dieser Anschluss ist vorzugsweise mittels eines Verschlusses, beispielsweise einer Kappe, verschlossen, so dass kein Kraftstoff in das Innere des Reserve-Volumenelements eintritt. Beim Wechsel des Volumenelements, wird das erste Volumenelement von der gasführenden Leitung abgeschlossen. Das erste Volumenelement kann dann beispielsweise im Inneren des Tanks verbleiben oder kann durch die entsprechende Öffnung aus dem Innenraum entfernt werden. Hierzu kann auch eine relativ kleine Öffnung verwendet werden, da es möglich ist, das erste Volumenelement im Innenraum zu zerkleinern oder zusammenzuknüllen, so dass es durch die relativ kleine Öffnung entfernt werden kann. Daraufhin wird der Verschluss am Anschluss des Reserve-Volumenelements gelöst und das Reserve-Volumenelement an die gasführende Leitung angeschlossen. Ferner wird auch die Halteanordnung am Reserve-Volumenelement gelöst, so dass das Reserve-Volumenelement atmen kann.
Gemäß einer weiteren Variante ist vorgesehen, dass in dem Innenraum zwei Volumenelemente angeordnet sind, wobei jedes Volumenelement über einen eigenen Anschluss direkt mit der gasführenden Leitung verbunden ist. Um zunächst eines der beiden Volumenelemente als „Reserve-Volumenelement“ auszugestalten, weist dieses Volumenelement beispielsweise die beschriebene Halteanordnung auf, um seine Falten im zusammengefalteten Zustand zu halten. Bei Wechsel wird dann die Halteanordnung des Reservevolumenelements gelöst und am ersten Volumenelement die Halteanordnung gesetzt.
Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, das Zu- und Abströmen des Gases zu einem der beiden Volumenelemente, beispielsweise durch ein 3-Wege Ventil in der entsprechenden Leitung, abzusperren, wodurch auch erreicht wird, dass das gewünschte Volumenelement im zusammengefalteten Zustand verbleibt. Dadurch kann u. U. auf eine Halteanordnung verzichtet werden. Es werden dann vorzugsweise Überdruckventile an jedem Volumenelement angeschlossen, um sicherzustellen, dass das gesperrte Volumenelement, trotz Diffusion durch seine Wandung immer im verdrängten Zustand bleibt.
Gemäß einer weiteren Variante ist vorgesehen, dass lediglich eines der beiden Volumenelemente über den Anschluss direkt mit der gasführenden Leitung verbunden ist. Das zweite Volumenelement (Reserve-Volumenelement) ist über seinen Anschluss direkt mit dem ersten Volumenelement verbunden. Beispielsweise steckt der Anschluss des Reserve-Volumenelements in der zweiten Elementwand des ersten Volumenelements. Auch hier können wieder Halteanordnungen an beiden Volumenelementen verwendet werden, um so zu definieren, welches der beiden Volumenelemente atmen soll.
Darüber hinaus ist es möglich, manche oder alle Falten des Faltenbalgs bistabil auszulegen, so dass der für eine komplette Durchatmung des Volumenelements benötigte maximale Überdruck geringer ausfällt und der minimale Unterdruck höher ausfällt als im Vergleich zu einem Faltenbalg mit stabilen Falten. Des Weiteren werden die Falten insgesamt weniger beansprucht, da nur die Falten, die „auf“ sind, sich tatsächlich bewegen.
Zur Unterstützung einer gleichmäßigen Bewegung des Faltenbalgs entlang der Falt-Achse (Z-Achse) und um die Atmung zu vereinfachen und die Falten gleichzeitig zu stabilisieren ist vorzugsweise vorgesehen, dass die zwischen den Knickstellen befindlichen Zwischenflächen wellenförmig gestaltet sind. Die Wellen sind vorzugsweise radial umlaufend und können auch als „Falten in den Falten“ bezeichnet werden.
Die Erfindung umfasst des Weiteren ein Kraftfahrzeug mit zumindest einem vorab beschriebenen Tank.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. Es zeigen:

1 bis 9 unterschiedliche Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Tanks mit einem Volumenelement, ausgebildet als Faltenbalg,
10 bis 13 unterschiedliche Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Tanks mit einem Volumenelement, wobei der Faltenbalg aktive und passive Bereiche aufweist,
14 bis 17 unterschiedliche Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Tanks mit zwei Volumenelementen, jeweils ausgebildet als Faltenbalg,
18 ein Volumenelement, ausgebildet als Faltenbalg mit bistabilen Falten, und
19 eine schematische Darstellung zur 18, und
20 ein Volumenelement, ausgebildet als Faltenbalg mit Wellen auf den Zwischenflächen.

Die Figuren zeigen schematisch unterschiedliche Ausgestaltungen eines Tanks 1. Der Tank 1 wird insbesondere in einem Kraftfahrzeug verwendet.
Der Tank 1 umfasst eine Außenwandung 2, die einen Innenraum 3 zur Aufnahme von Kraftstoff bildet. In dem Innenraum 3 befindet sich zumindest ein Volumenelement 4. An der Außenwandung 2 kann ein Deckel 5 zum Öffnen einer Öffnung ausgebildet sein.
Zu dem Tank 1 führt eine gasführende Leitung 6. Diese ist mit dem zumindest einen Volumenelement 4 gasführend verbunden.
Im Folgenden werden unterschiedliche Ausgestaltungen des Tanks 1 und des Volumenelements 4 im Detail beschrieben. Diese unterschiedlichen Ausgestaltungen sind vorzugsweise miteinander kombinierbar.
1 zeigt, dass das Volumenelement 4 zwei gegenüberliegende Elementwände umfasst, nämlich eine oben liegende erste Elementwand 11 und eine gegenüberliegende zweite Elementwand 12. Die beiden Elementwände 11, 12 des Volumenelements 4 sind durch einen Faltenbalg 10 miteinander verbunden. Beim Atmen des Volumenelements bewegt sich der Faltenbalg 10 entlang der eingezeichneten Falt-Achse Z.
An der ersten Elementwand 11 ist ein Anschluss 16 in Form eines Nippels ausgebildet. Dieser Anschluss 16 ragt durch die Außenwandung 2 nach außen und ist mit der gasfüllenden Leitung 6 verbunden.
Des Weiteren zeigt 1, die Möglichkeit zwischen der ersten Elementwand 11 und der Außenwandung 2 des Tanks 1 zumindest einen Abstandshalter 17 anzuordnen. Die Außenwandung 2 des Tanks 1 kann durch Aufblasen einer Kunststoffform erzeugt werden. Dabei kann bereits vor dem Aufblasen das Volumenelement 4 in dem entstehenden Tank 1 angeordnet sein. Nach dem Aufblasen der Außenwandung 2 kühlt diese ab. Um durch die Erwärmung während des Aufblasens bzw. die nachfolgende Abkühlung das Volumenelement 4 nicht zu beschädigen, ist dieses vorzugsweise durch den zumindest einen Abstandshalter 17 beabstandet.
Des Weiteren zeigt 1 als optionale Ausgestaltung die schematische Anordnung einer Führungsanordnung 56. Die Führungsanordnung 56 umfasst mehrere Führungselemente 57. Die Führungselemente 57 sind an unterschiedlichen Positionen mit der Außenseite des Faltenbalgs fest verbunden. Des Weiteren umfasst die Führungsanordnung 56 eine Führung 58. Die Führung 58 ist hier als teleskopierbare Stange ausgebildet, die sich entlang der Falt-Achse Z erstreckt. Die Führungselemente sind gleitbeweglich an der Führung 58 geführt. Die schematische Darstellung in 1 zeigt rein beispielhaft nur eine Führung 58. Tatsächlich können jedoch mehrere dieser Führungen 58 verwendet werden. Insbesondere werden auch mehr als die zwei dargestellten Führungselemente 57 verwendet.
Die Führungsanordnung 56 führt und stützt den Faltenbalg 10 beim Ein- und Ausfalten und somit bei seiner Bewegung parallel zur Falt-Achse Z. Eine Bewegung senkrecht zur Falt-Achse Z wird durch die Führungsanordnung 56 verhindert bzw. begrenzt.
2 zeigt in einer Detaildarstellung den mehrschichtigen Aufbau der Wandung des Faltenbalgs 10 mit Innenschicht 13, Mittelschicht 14 und Außenschicht 15.
Des Weiteren zeigt 2, dass der Faltenbalg abwechselnd eine Vielzahl an nach innen weisenden Knickstellen 18 und nach außen weisenden Knickstellen 19 aufweist. Zwischen den Knickstellen befinden sich jeweils Zwischenflächen 20. 2 zeigt die Anordnung von Stützringen 21 an der Innenseite der nach innen weisenden Knickstellen 18. Zusätzlich oder alternativ können solche Stützringe 21 auch an den nach außen weisenden Knickstellen 19 angeordnet werden. Es ist möglich, Stützringe 21 an allen oder manchen Falten anzuordnen. Ferner ist es möglich, die Stützringe 21 sowohl innen als auch außen oder zwischen den Schichten 13, 14, 15 anzuordnen.
Ferner zeigt 2 senkrecht zur Z-Achse einen großen Durchmesser 7 des Volumenelements 4 an der ersten Elementwand 11 und einen kleinen Durchmesser 8 des Volumenelements 4 an der zweiten Elementwand 12. Durch diese Ausgestaltung der Durchmesser 7, 8 ergibt sich ein kegelstumpfförmiges Volumenelement 4. Die Seite mit dem größeren Durchmesser 7 ist vorzugsweise oben angeordnet und liegt an der Außenwandung 2 an.
3 zeigt ein Stützelement 30 in Form einer Einhausung als Führungsanordnung 56. Dieses Stützelement 30 ist unmittelbar an der Außenseite des aufgefalteten Faltenbalgs 10 angeordnet und begrenzt eine etwaige Bewegung des Faltenbalgs 10, beispielsweise verursacht durch die sich im Innenraum 3 bewegende Flüssigkeit.
Darüber hinaus führt das Stützelement 30, ausgebildet als Führungsanordnung 56, den Faltenbalg beim Ein- und Ausfalten und begrenzt dabei eine etwaige Bewegung senkrecht zur Falt-Achse Z.
4 zeigt eine weitere mögliche Ausgestaltung der Führungsanordnung 56. Hierzu zeigt 4 auf der linken Seite den Faltenbalg 10 im ausgefalteten Zustand. Auf der rechten Seite zeigt 4 den eingefalteten Faltenbalg. Gemäß 4 ist die Führungsanordnung 56 dadurch gebildet, dass sich die Außenwandung 2 in das Innere des Faltenbalgs 10 erstreckt. Dieser Bereich der Außenwandung 2 kann alternativ auch durch einen Deckel 5 gebildet werden, der einen Teil der Außenwandung 2 darstellt.
Dadurch dass sich gemäß 4 die Außenwandung 2 in das Innere des Faltenbalgs 10 erstreckt, kann dieser Bereich der Außenwandung 2 den Faltenbalg zumindest teilweise stützen und/oder führen. So begrenzt auch dieser nach Innen gewölbte Bereich der Außenwandung 2 eine Bewegung des Faltenbalgs 10 senkrecht zur Falt-Achse Z.
5 zeigt eine mögliche Ausgestaltung des Faltenbalgs 10 mit spiralförmiger Faltung. Beim Auf- und Zufalten des Faltenbalgs 10 entlang der Z-Achse dreht sich die zweite Elementwand 12 relativ zur ersten Elementwand 11 um die Z-Achse.
Der Stützring 21 ist hier spiralförmig ausgestaltet und kann gleichzeitig auch als elastisches Element 36 verwendet werden. Das elastische Element 36 wird anhand von 6 genauer erläutert.
Ferner zeigt 5 die Verwendung eines Abstandssensors 31. Hier ist der Abstandssensor 31 an der Innenseite der ersten Elementwand 11 angeordnet und misst den Abstand zur zweiten Elementwand 12. Vorzugsweise befindet sich hierzu an der zweiten Elementwand 12 ein entsprechendes Gegenstück 32, beispielsweise ausgebildet als Reflektor. Der Abstandssensor 31 kann beispielsweise optisch oder elektromagnetisch arbeiten. Durch Messen des Abstandes zwischen den beiden Elementwänden 11, 12 kann eine entsprechende Steuereinheit das aktuelle Volumen des Volumenelements 4 berechnen. Die Verwendung des Abstandssensors 21 ist dabei unabhängig von der etwaigen spiralförmigen Faltung des Faltenbalgs 10.
Bei der spiralförmigen Faltung dreht sich das Gegenstück 32 relativ zum Abstandssensor 31. Dadurch kann der Abstandssensor 31 auch einen Drehwinkel zum Gegenstück 32 erfassen und dadurch auf den Abstand rückschließen.
6 zeigt neben der Verwendung eines Abstandssensors 31 im Inneren des Volumenelements 4 noch weitere mögliche Sensoren, die auch einzeln verwendet werden können, um Rückschlüsse auf das Volumen des Volumenelements 4 zu ziehen:
So zeigt 6 beispielsweise einen Abstandssensor 31 am Boden der Außenwandung 2, der den Abstand zur zweiten Elementwand 12, gegebenenfalls ebenfalls mit einem Gegenstück 32, misst.
Zusätzlich oder alternativ kann ein Drucksensor 33 verwendet werden, der beispielsweise den Druck im Innenraum 3 außerhalb des Volumenelements 4 oder (nicht dargestellt) den Druck im Volumenelement 4 misst.
Unabhängig von den Sensoren zeigt 6 eine mögliche Anordnung eines elastischen Elements 36, hier in Form einer Feder. Im gezeigten Beispiel ist das elastische Element 36 im Inneren des Volumenelements 4 angeordnet. Das elastische Element 36 stützt sich im Inneren des Volumenelements 4 gegen die zweite Elementwand 12 und ist auf der Gegenseite beispielsweise im Inneren des Anschlusses 16 abgestützt. Insbesondere kann dieses elastische Element 36 auch durch den Anschluss 16 hindurch in das Innere des Volumenelements 4 eingeführt werden. Das elastische Element kann alternativ an der oberen Wandung befestigt sein; wie mit 36' in 6 dargestellt ist.
Alternativ hierzu ist es beispielsweise auch möglich, ein elastisches Element 36 an der Unterseite der zweiten Elementwand 12 anzuordnen und gegen die Außenwandung 2 abzustützen.
Ferner zeigt 6 eine Verwendung eines Hebels 34, der im Innenraum 3 schwenkbar angelenkt ist und mit der zweiten Elementwand 12 verbunden ist. Die Bewegung dieses Hebels kann beispielsweise mit einem Winkelsensor 35 erfasst werden, wodurch sich wiederum Rückschlüsse ziehen lassen auf das aktuelle Volumen des Volumenelements 4.
Des Weiteren kann der Tank 1 zumindest einen Aktuator 37 umfassen, mit dem es möglich ist, das Volumen des Volumenelements 4 aktiv zu beeinflussen. Dies kann insbesondere basierend auf dem durch die Sensoren 31, 33, 35 ermittelten Volumen erfolgen.
Ein möglicher Aktuator 37 ist eine Pumpe, mit der über den Anschluss 16 Gas in das Volumenelement 4 gepumpt oder abgesaugt werden kann. Darüber hinaus ist es möglich, beispielsweise einen Aktuator 37 in Form eines elektrischen Antriebs am Hebel 34 anzuordnen. Dadurch kann mit dem Aktuator 37 der Hebel 34 bewegt werden, wodurch wiederum die zweite Elementwand 12 gegenüber der ersten Elementwand 11 bewegt wird.
7 zeigt rein schematisch eine Ausgestaltung, bei der der Faltenbalg 10 auf einer Seite steifer ausgebildet ist als auf einer gegenüberliegenden Seite. Diese Ausgestaltung des Faltenbalgs 10 kann mit allen anderen hier vorgestellten Ausgestaltungen kombiniert werden. 7 verdeutlicht, wie durch die unterschiedlichen Steifigkeiten der Faltungen des Faltenbalgs 10 es möglich ist, dass sich der Faltenbalg asymmetrisch auf- und zufaltet. Dadurch kann der Faltenbalg 10 an spezifische Geometrien des Innenraums 3 angepasst werden.
8 verdeutlicht rein schematisch, dass der Faltenbalg nach oben direkt offen sein kann und über eine entsprechende Öffnung in der Außenwandung 2 mit der Umgebung verbunden sein kann. In dieser Ausgestaltung ist keine gasführende Leitung 6 nötig, sondern das Innere des Faltenbalgs 10 ist direkt zur Umgebung hin offen.
9 zeigt eine einfache Möglichkeit zum Auswechseln des Volumenelements 4. Gemäß 9 ist in der Außenwandung 2 ein Deckel 5 angeordnet. Das Volumenelement 4 ist an der Innenseite dieses Deckels 5 angeordnet. Der Deckel 5 verschließt eine Öffnung, die groß genug ist, um den Deckel samt Volumenelement 4 aus dem Innenraum 3 zu entfernen.
10 zeigt eine Variante, bei der mehrere benachbarte Falten des Faltenbalgs 10 mittels einer Halteanordnung 40 im gefalteten Zustand zusammengehalten werden. In diesem Beispiel ist die Halteanordnung 40 als eine Klammer ausgebildet, die von außen auf den Faltenbalg 10 aufgesetzt ist. Die Halteanordnung 40 hält somit bestimmte Falten des Faltenbalgs 10 zusammen, die einen Reserve-Bereich des Faltenbalgs 10 bilden. Durch Entfernen dieser Halteanordnung 40 und gegebenenfalls durch Setzen der Halteanordnung 40 an anderen Falten des Faltenbalgs 10, kann der Reserve-Bereich aktiviert werden.
11 zeigt, dass die Halteanordnung 40, wie sie anhand von 10 erläutert wurde, auch im Inneren des Faltenbalgs 10 angeordnet werden kann. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass der Deckel 5 in der Außenwandung 2 des Tanks 1 so angeordnet ist, dass durch Öffnen des Deckels direkt das Innere des Faltenbalgs 10 zugänglich ist. Dadurch kann die Halteanordnung 40 durch eine Person gelöst werden.
Der in 11 gezeigte Deckel 5, welcher einen direkten Zugang in das Innere des Faltenbalgs 10 ermöglicht, kann auch unabhängig von der gezeigten Halteanordnung 40 verwendet werden, um beispielsweise eine Reparatur des Faltenbalgs 10 von innen zu ermöglichen.
12 zeigt eine Ausgestaltung der Halteanordnung 40 mit zwei gegenüberliegenden Elementen, die ineinander rasten oder anderweitig, beispielsweise magnetisch, aneinander halten. In der Darstellung nach 12 ist die untere Hälfte des Faltenbalgs 10 passiv und dient zur Reserve. Nach einem entsprechenden Verschleiß oder beispielsweise einer Leckage kann die Halteanordnung 40 so gesetzt werden, dass die obere Hälfte des Faltenbalgs 10 passiv wird und die untere Hälfte des Faltenbalgs 10 zum Atmen verwendet wird.
13 zeigt eine ähnliche Variante wie in 12. Allerdings befindet sich hier die Haltevorrichtung 40 im Inneren des Faltenbalgs 10, in Form eines Quick-Connectors. Vorteil der Vorrichtung ist, dass ein Leck im oberen Teil die Emissionen nicht beeinflussen würden, weil es abgedichtet ist.
Des Weiteren zeigt 13, dass der Faltenbalg 10 durch eine Trennwand 43 unterteilt ist. Die Trennwand 43 weist eine Öffnung auf, so dass die beiden Bereiche des Faltenbalgs miteinander verbunden sind. An dieser Öffnung sowie an der ersten Elementwand 11 bzw. am Anschluss 16 befindet sich die Haltevorrichtung 40, die es ermöglicht, diese Öffnung der Trennwand 43 direkt mit dem Anschluss 16 zu verbinden. Dies erfolgt dann, wenn die Halteanordnung 40 des unteren Bereichs des Faltenbalgs gelöst wird und der obere Bereich des Faltenbalgs 10 passiv gesetzt wird. Die Haltevorrichtung 40 im ersten Volumenelement 4 ist gleichzeitig als Verbindungsanordnungen 41 ausgebildet, die einen einfachen und lösbaren Anschluss der Öffnung der Trennwand 43 an die gasführende Leitung 6 ermöglicht. Zur Entbindung der unteren Haltevorrichtung 40 (z. B. in der Werkstatt, bei einer Reparatur oder einem Service) kann man bspw. die Verbindungsanordnungen 41 oben anschließen, und das Volumenelement 4 mit Druck beaufschlagen, bis zum Reißen der Haltevorrichtung 40.
14 zeigt eine Variante, bei der sich zwei Volumenelemente 4 im Innenraum 3 befinden. Während das eine Volumenelement 4 durch seine Verbindung mit der gasförmigen Leitung 6 atmet, verbleibt das Reserve-Volumenelement 4 im zusammengefalteten Zustand, gehalten durch die Halteanordnung 40, an einer beliebigen Stelle im Innenraum 3. Insbesondere ist der Anschluss 16 des Reserve-Volumenelements 4 dabei durch einen Verschluss 42 (Kappe) verschlossen, so dass kein Kraftstoff in das Innere des Reserve-Volumenelements 4 eintreten kann. Beim Wechseln der Volumenelemente 4 wird das erste Volumenelement 4 abgezogen. Vom Reserve-Volumenelement 4 wird der Verschluss 42 entfernt, so dass der Anschluss 16 des Reserve-Volumenelements 4 an der entsprechenden Öffnung in der Außenwandung 2 angeschlossen werden kann. Hierzu sind an der Außenwandung 2 und an den Anschlüssen 16 vorzugsweise entsprechend lösbare Verbindungsanordnungen 41 vorgesehen.
15 zeigt eine Variante, bei der sich ebenfalls zwei Volumenelemente 4 im Innenraum 3 befinden. Das Reserve-Volumenelement 4 ist dabei wiederum mittels einer Halteanordnung 40 im zusammengefalteten Zustand gehalten. Beide Volumenelemente 4 sind stets über eigene Anschlüsse 16 mit der gemeinsamen gasführenden Leitung 6 verbunden. Durch entsprechendes Lösen und Setzen der Halteanordnungen 40 im ersten Volumenelement 4 bzw. im Reserve-Volumenelement 4 kann bestimmt werden, welches Volumenelement im zusammengefalteten Zustand verbleibt und welches Volumenelement 4 atmet.
16 zeigt wie 15 zwei Volumenelemente 4, jeweils als Faltenbalg 10, im Inneren des Tanks 1. Beide Volumenelemente 4 sind über eigene gasführende Leitungen 6 mit der Umgebung verbunden. In der Variante nach 16 bedarf es allerdings keiner Halteanordnungen 40. Gemäß 16 sind die beiden Leitungen 6 der beiden Volumenelemente 4 über ein Dreiwegeventil 61 miteinander verbunden. Durch entsprechende Schaltung des Dreiwegeventils 61 kann entweder das eine oder das andere Volumenelement 4 zur Anwendung kommen.
Es werden dann vorzugsweise Überdruckventile 60 an jedem Volumenelement 4 verwendet, um sicherzustellen, dass das gesperrte Volumenelement 4, trotz Diffusion durch seine Wandung immer im verdrängten Zustand bleibt.“
17 zeigt ebenfalls eine Anordnung mit zwei Volumenelementen 4 im Innenraum 3. Diese Anordnung entspricht der Darstellung in 9 mit dem Unterschied, dass es sich hierbei nicht um einen einzelnen Faltenbalg 10 handelt, der durch eine Trennwand 43 unterteilt ist, sondern um zwei eigene Faltenbälge 10, die miteinander verbunden sind. Im Gegensatz zu 13 weist das erste Volumenelement 4 gemäß 17 eine Halteanordnung 40 auf, die eigenständig von der Verbindungsanordnung 41 konstruiert ist.
18 zeigt die Möglichkeit, die Falten des Faltenbalgs 10 bistabil auszubilden. 18 zeigt hierzu eine bistabile Falte 55, wobei insbesondere mehrere oder alle der Falten als bistabile Falten 55 ausgebildet sein können.
19 zeigt zu 18 den vorteilhaften Verlauf des Volumens des Faltenbalgs 10 in Abhängigkeit des Drucks im Volumenelement 4 als gestrichelte Linie unter Verwendung von bistabilen Falten 55 für alle Falten im Vergleich zu herkömmlichen stabilen Falten mit der durchgezogenen Linie.
20 zeigt in rein schematischer Darstellung für alle hier gezeigten Ausführungsbeispiele, dass zur Unterstützung einer gleichmäßigen Bewegung des Faltenbalgs 10 entlang der Falt-Achse Z und um die Atmung zu vereinfachen und die Falten gleichzeitig zu stabilisieren optional vorgesehen sein kann, dass die zwischen den Knickstellen befindlichen Zwischenflächen 20 Wellen 62 aufweisen und somit wellenförmig bzw. in Wellenstruktur gestaltet sind.
Die erste Elementwand 11 und/oder die zweite Elementwand 12 können als steife Platten ausgebildet sein. Alternative kann man umlaufende radiale Falten im Boden integrieren, damit der Boden sich innerhalb der Außenfalten etwas aufwärts bewegen kann, um das minimale Volumen weiter zu verringern. In diesem Fall ist die Elementwand 12 keine steife Platte mehr. 20 zeigt diese Ausgestaltung, die mit oder ohne den Welle 62 zur Anwendung kommen kann.
Bezugszeichenliste

1: Tank
2: Außenwandung
3: Innenraum
4: Volumenelement
5: Deckel
6: gasführende Leitung
7: großer Durchmesser
8: kleiner Durchmesser
10: Faltenbalg
11: erste Elementwand
12: zweite Elementwand
13: Innenschicht
14: Mittelschicht
15: Außenschicht
16: Anschluss
17: Abstandshalter
18: nach innen weisende Knickstellen
19: nach außen weisenden Knickstellen
20: Zwischenflächen
21: Stützringe
30: Stützelement als Führungsanordnung 56
31: Abstandssensor
32: Gegenstück
33: Drucksensor
34: Hebel
35: Winkelsensor
36: elastisches Element
37: Aktuator
40: Halteanordnung
41: Verbindungsanordnung
42: Verschluss
43: Trennwand
50: austretende Strömung
51: Leck
55: bistabile Falte
56: Führungsanordnung
57: Führungselement
58: Führung
59: Filter
60: Überdruckventil
61: Dreiwegeventil
62: Wellenstruktur

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2016/012284 [0004, 0012]

Claims

Tank (1), insbesondere Kraftstofftank, zur Aufnahme einer Flüssigkeit in einem Kraftfahrzeug, umfassend • eine Außenwandung (2), die einen Innenraum (3) zur Aufnahme der Flüssigkeit bildet, • zumindest ein im Innenraum (3) angeordnetes Volumenelement (4) zur Aufnahme von Gas, insbesondere Luft, und • eine Öffnung, insbesondere eine das Gas führende Leitung (6), zwischen dem Volumenelement (4) und der Umgebung des Tanks (1) zur Veränderung des Volumens des Volumenelements (4), • wobei das zumindest eine Volumenelement (4) zumindest teilweise als Faltenbalg (10) ausgebildet ist.
Tank nach Anspruch 1, wobei der Faltenbalg (10) • zumindest zwei Schichten aufweist, nämlich eine Innenschicht (13) und eine Außenschicht (15), wobei die Innenschicht (13) aus einem anderen Material gefertigt ist als die Außenschicht (15), oder • zumindest drei Schichten aufweist, nämlich eine Innenschicht (13), eine Mittelschicht (14) und eine Außenschicht (15), wobei die Mittelschicht (14) aus einem anderen Material gefertigt ist als die Innenschicht (13) und die Außenschicht (15).
Tank nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Faltenbalg (10) kegelförmig oder kegelstumpfförmig ist.
Tank nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Faltenbalg (10) spiralförmig gefaltet ist.
Tank nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Volumenelement (4) eine der Außenwandung (2) des Tanks (1) gegenüberliegende erste Elementwand (11) aufweist, wobei zwischen der ersten Elementwand (11) und der Außenwandung (2) zumindest ein Abstandshalter (17) angeordnet ist.
Tank nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend zumindest eine Führungsanordnung (XXX) zum Führen des Faltenbalgs (10) beim Auf- und Zusammenfalten parallel zu seiner Falt-Achse (Z) und zum Begrenzen einer Bewegung des Faltenbalgs (10) senkrecht zur Falt-Achse (Z).
Tank nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend eine den Faltenbalg (10) umgebende Schutzhülle.
Tank nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend zumindest ein elastisches Element (36), vorzugsweise eine Feder, wobei das elastische Element (36) angeordnet ist, um den Faltenbalg (10) in Richtung seines zusammengefalteten Zustands und/oder aufgefalteten Zustands zu belasten.
Tank nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend zumindest einen Sensor (31, 33, 35) zur Ermittlung des Volumens des Volumenelements (4).
Tank nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend zumindest einen Aktuator (37) zum aktiven Verändern des Volumens des Volumenelements (4).
Tank nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend zumindest eine lösbare Halteanordnung (40), die zumindest zwei benachbarte Falten des Faltenbalgs (10) im zusammengefalteten Zustand zusammenhält.
Tank nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend zumindest zwei der Volumenelemente (4) im Innenraum (3), nämlich zumindest ein aktives Volumenelement (4) und zumindest ein Reserve-Volumenelement (4), wobei das Volumen des aktive Volumenelements (4) durch seine Verbindung mit der gasführenden Leitung (6) veränderbar ist während das Reserve-Volumenelement (4) bis zu seiner Verwendung im zusammengefalteten Zustand verbleibt.
Tank nach Anspruch 12, wobei das aktive Volumenelement (4) und das Reserve-Volumenelement (4) jeweils über einen eigenen Anschluss (16) gleichzeitig mit der gasführenden Leitung (6) verbunden sind.
Tank nach Anspruch 12, wobei die Volumen des aktiven Volumenelements (4) und des Reserve-Volumenelements (4) direkt miteinander verbunden sind.