DE102018219559A1

DE102018219559A1 - Fahrzeug mit einem Druckbehälter

Info

Publication number: DE102018219559A1
Application number: DE102018219559.5A
Authority: DE
Inventors: Theodoros Tzivanopoulos; Manuel Schöttler; Frank Minter; Katrin Riedel
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2018-11-15
Filing date: 2018-11-15
Publication date: 2020-05-20

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einem darin verbauten Druckbehälter, der einen zylindrischen Behältermantel aufweist und an axial gegenüberliegenden Druckbehälter-Stirnseiten (23, 25) jeweils an einem karosserieseitigen ersten und einem axial davon beabstandeten Lagerelement (19, 21) gelagert ist, wobei in einem Crashfall die beiden Lagerelemente (19, 21) mitsamt zwischengeordnetem Druckbehälter (27) in einem Lastpfad (L) eingebunden sind, über den Crashenergie zur crashabgewandten Fahrzeugseite übertragen wird. Erfindungsgemäß ist dem Druckbehälter (27) eine Bewegungsübertragungseinheit (29) zugeordnet, mittels der im Crashfall eine translatorische Crashbewegung angrenzender Fahrzeugteile (1) teilweise in eine rotatorische Bewegung umgewandelt wird, die auf den Druckbehälter (27) wirkt, so dass in der Bewegungsübertragungseinheit (29) eine Aufteilung des Lastpfads (L) in einen Linear-Lastpfad (L) erfolgt, in dem eine in der Bewegungsübertragungseinheit (29) gebildete Linearkraft-Komponente (F) in der Crashrichtung (x) auf den Druckbehälter (27) einwirkt, und in einem Torsions-Lastpfad (L) erfolgt, in dem eine in der Bewegungsübertragungseinheit (29) gebildete Torsionskraft-Komponente (F) in Umfangsrichtung auf den Druckbehälter (27) einwirkt und diesen mit einem Torsionsmoment (M) auf Torsion beansprucht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
In einem Brennstoffzellen-Fahrzeug wird in einem Brennstoffzellen-System aus Wasserstoff elektrische Energie gewonnen, die entweder direkt zu einer Elektromaschine geleitet wird oder in einer Traktionsbatterie zwischengespeichert wird. Die Erfindung basiert speziell auf einem aus der DE 10 2008 051 786 A1 bekannten Fahrzeugkonzept, bei dem sowohl das Brennstoffzellen-System, der Wasserstoff-Druckspeicher als auch die Traktionsbatterie in der Fahrzeugkarosserie verbaut sind. Dabei kann der Wasserstoff-Druckspeicher unterflurig in der Fahrzeugmitte im Bereich des Mitteltunnels liegen, während die Brennstoffzellen-Komponenten als eine Einheit auf einer Fahrzeugseite am Unterboden angeordnet sind und die Traktionsbatterie auf der anderen Fahrzeugseite am Unterboden angeordnet ist. Bei einem solchen Fahrzeugkonzept ist der Wasserstoff-Druckbehälter vergleichsweise groß dimensioniert und in Längsrichtung im Mitteltunnel eingebaut. Der Druckbehälter kann speziell ein Typ-IV-Hochdruckbehälter sein, das heißt als Innenlage einen Kunststoff-Liner aufweisen, der zum Beispiel in einem Nasswickelverfahren mit einer verstärkenden Faserwicklung als Mittellage umwickelt ist. Ein solcher Typ-IV-Hochdruckbehälter weist im Betriebsfall einen Innendruck im Bereich von beispielhaft 700 bar auf. Zwischen dem befüllten und unbefüllten Zustand ergibt sich im Hochdruckbehälter eine Längenänderung im Bereich von bis zu 2%
In der aus der DE 10 2008 051 786 A1 bekannten gattungsgemäßen Karosseriestruktur ist ein Druckbehälter verbaut, der einen zylindrischen Behältermantel aufweist, der an axial gegenüberliegenden Seiten jeweils mit nach außen gewölbten Behälterböden geschlossen ist. Der Druckbehälter ist an zumindest einer karosserieseitigen Lagerstelle an die Karosseriestruktur des Fahrzeugs angebunden.
In derzeitigen Brennstoffzellen-Fahrzeugen sind die Druckbehälter meist so an der Karosseriestruktur angebunden, dass möglichst keine Kräfte in den Druckbehälter eingeleitet werden. Zusätzlich wird in den meisten Brennstoffzellen-Fahrzeugen eine massive Schutzstruktur rund um den Druckbehälter vorgehalten, so dass auch im Crashfall keine Kräfte in den Druckbehälter eingeleitet werden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Karosseriestruktur für ein Fahrzeug bereitzustellen, bei der ein Druckbehälter in einfacher Weise als ein lasttragendes Versteifungselement in die Karosseriestruktur einbindbar ist.
Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
Die Erfindung beruht auf dem Sachverhalt, dass speziell ein Hochdruckbehälter einen hochsteifen Werkstoffverbund aufweist und daher eine entsprechend hohe Bauteilstabilität bzw. -steifigkeit bereitstellt. Vor diesem Hintergrund wird erfindungsgemäß der Hochdruckbehälter so in die Karosseriestruktur verbaut, dass dieser in einem Lastfall (zum Beispiel bei einem Fahrzeugcrash oder im normalen Fahrbetrieb) in einem Lastpfad integriert ist, um beschädigungsfrei Betriebskräfte und/oder Crashkräfte aufzunehmen und weiterzuleiten. Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 wird im Crashfall (zum Beispiel Front- oder Seitencrash) eine translatorische Crashbewegung angrenzender, crashzugewandter Fahrzeugteile teilweise in eine rotatorische Bewegung umgewandelt, die auf den Druckbehälter wirkt. Dadurch erfolgt in der Bewegungsübertragungseinheit eine Aufteilung des Crash-Lastpfads in einen Linear-Lastpfad und in einen Torsions-Lastpfad. Im Linear-Lastpfad wirkt eine in der Bewegungsübertragungseinheit gebildete Linearkraft-Komponente in der Crashrichtung auf den Druckbehälter ein. Im Torsions-Lastpfad wirkt dagegen ein in der Bewegungsübertragungseinheit gebildete Torsionskraft-Komponente auf den Druckbehälter ein, wodurch dieser mit einem, um die Druckbehälter-Achse wirkenden Torsionsmoment auf Torsion beansprucht wird.
In einer konkreten Ausführungsvariante wird die resultierende Kraft aus einem Frontalcrash über ein Stoßelement in die Konstruktion eingeleitet. Durch ein Torsionselement mit Steilgewinde wird eine Crashkraft sowohl in eine Axialkraft F_ax als auch in eine Umfangskraft F_ux aufgeteilt, welche im Torsionselement mit Steilgewinde in einem Torsionsmoment resultiert. Um ein Verdrehen des Stoßelements zu verhindern, sind sowohl fahrer- als auch beifahrerseitig sogenannten Führungen angebracht. Das Gegenmoment, welches über dem Torsionselement mit Steilgewinde eingeleitet wurde, wird weiter über einen Torsionsring, welcher wiederum am Druckbehälter festgeklebt ist, in Richtung Druckbehälter geleitet. Ein Fixierring sorgt dafür, dass sowohl der Torsionsring als auch das Torsionselement mit Steilgewinde nicht in axialer Richtung (x-Richtung) verschoben werden. Das Torsionselement mit Steilgewinde und der Fixierring sind miteinander verschraubt.
Der Druckbehälter kann eine Wicklung auf seiner Umfangsseite aufweisen. Daraus resultiert die Einleitung des Torsionsmoment in Umfangsrichtung (F_U,3 & F_U,4) und somit eine optimale Überleitung der Torsionskraft in eine Zugkraft in den Druckbehälter-Fasern aus CFK. Auf der Tankhinterseite ist dieser fest mit dem Fahrzeug verspannt, wodurch das resultierende Moment am Ende des Druckbehälters in die hintere Fahrzeugkarosserie übergeleitet wird. Bei der Tanklagerung handelt es sich um eine sogenannte Fest-Los-Lagerung.
Die Fest-Loslagerung der Erfindung gewährleistet die Längenausdehnung des Druckspeichers zwischen voll und leer und beträgt ca. 1-2% der Druckspeicherlänge. Druckspeicher für Wasserstoff nach Typ 4 bestehen aus einem Kohlefasergeflecht. Kohlefaser als solches wird idealerweise auf Zug beansprucht. Das auf den Tank aufgebrachte Torsionselement sorgt dafür, dass die translatorische Stoßbelastung im Falle eines Frontalaufpralles in eine Torsionsbelastung des Druckspeichers gewandelt wird und die Kohlefasern auf Zug beansprucht.
Im Falle eines Frontalcrashes wird durch umliegende Bauteile das Stoßelement beaufschlagt. Dieses bewegt die in x Richtung verschiebbare Torsionsmuffe, die die translatorische Bewegung in eine rotatorische Bewegung wandelt (vergleichbar einer Schraubverbindung) und diese über ein Gewinde das Torsionselement, das mit dem Druckspeicher formschlüssig verbunden ist, beaufschlagt. Durch das Torsionselement wird der Druckspeicher tordiert und das Kohlefasergeflecht auf Zug belastet. Die Fest-Lagerung des Druckspeichers verhindert, dass der Tank sich frei verdreht.
Übersteigt das durch die Crashlast eingeleitete Torsionsmoment eine kritische Größe, die zum Beispiel zum Bersten des Tanks führen kann, so greift ein Sollbruchstelle im Torsionselement und der Tank wird nicht weiter auf Torsion belastet.
Der Grundgedanke der Erfindung liegt darin, den großen steifen Hochdruckbehälter (zum Beispiel Wasserstoff-Druckspeicher) zumindest im Crashfall, gegebenenfalls aber auch für Betriebslasten und/oder zur Erhöhung der Karosseriesteifigkeit als Lastpfad zu nutzen, das heißt strukturell in die Karosserie zu integrieren. Dadurch ergibt sich das Potenzial einer hohen Gewichtseinsparung und auch von Packagevorteilen. Speziell ein Druckbehälter des Typs IV unter 700 bar Innendruck kann sehr hohe Lasten tragen, allerdings dürfen die Kräfte nicht lokal in die Druckbehälterstruktur eingeleitet werden.
In einer technischen Umsetzung kann das in der Bewegungsübertragungseinheit im Crashfall gebildete Torsionsmoment über das erste Lagerelement in den Druckbehälter eingeleitet werden. Für eine einwandfreie Einleitung des Torsionsmomentes in den Druckbehälter ist es bevorzugt, wenn die beiden Lagerelemente in torsionskraftübertragender (das heißt drehfester) Verbindung mit dem Druckbehälter sind. Zudem ist es bevorzugt, wenn das zweite Lagerelement verwindungssteif an der Fahrzeugkarosserie angebunden ist, während das erste Lagerelement kräftemäßig entkoppelt von der Fahrzeugkarosserie momentenübertragend an der Bewegungsübertragungseinheit angebunden ist.
In einer konstruktiv einfachen Ausführungsvariante ist die Bewegungsübertragungseinheit als ein Gewindetrieb ausgebildet, und zwar mit einem crashzugewandten Eingangselement sowie einem crashabgewandten Ausgangselement. Die Eingangs- und Ausgangselement sind miteinander in Gewindeeingriff. Das Ausgangselement der Bewegungsübertragungseinheit kann außerdem momentenübertragend (das heißt weitgehend verwindungssteif) mit dem ersten Lagerelement verbunden sein.
Im Hinblick auf eine einwandfreie Funktionsfähigkeit der Bewegungsübertragungseinheit im Crashfall ist eine einwandfreie Krafteinleitung der Kollisionskräfte in die Bewegungsübertragungseinheit von Bedeutung. Vor diesem Hintergrund kann das Eingangselement mit einem, in der Fahrzeuglängsrichtung fahrzeugvorderen Stoßelement, etwa einer großflächigen Stoßplatte, ausgebildet sein. Es ist ebenfalls vorstellbar, einen Bauteilhilfsrahmen als krafteinleitendes Stoßelement zu verwenden. An dem Stoßelement kann sich in der Fahrzeuglängsrichtung nach fahrzeughinten eine Torsionsbuchse anschließen. Die Torsionsbuchse kann hohlzylindrisch mit einem Innengewinde-Abschnitt ausgebildet sein. Der Innengewinde-Abschnitt der Torsionsbuchse kann in Gewindeeingriff mit einem dazu korrespondierenden Außengewinde-Abschnitt des Ausgangselementes sein.
Damit im Crashfall die Bewegungsübertragungseinheit die rotatorische Torsionsbewegung generieren kann, ist es bevorzugt, wenn das Eingangselement der Bewegungsübertragungseinheit an einer karosserieseitigen Linearführung zwar in der Fahrzeuglängsrichtung längsverstellbar ist, jedoch um die Torsionsachse drehfest geführt ist. Dadurch wird im Crashfall ein Verdrehen des Eingangselementes um die Torsionsachse verhindert. In einer konkreten Ausführungsvariante kann das Eingangselement in der Fahrzeugquerrichtung betrachtet beidseitig Führungsschienen aufweisen, die in einer karosserieseitigen Längsnut verschiebbar geführt ist. Die zumindest eine Führungsschiene kann über eine Sollbruchstelle am Eingangselement angebunden sein. Die Sollbruchstelle kann bei Aufbau eines übermäßig großen Torsionsmomentes brechen, wodurch eine Drehbewegung des Eingangselementes freigegeben wird. Auf diese Weise wird eine Beschädigung des Druckbehälters aufgrund eines zu großen Torsionsmomentes verhindert.
Jedes der beiden Lagerelemente kann als eine schalenförmige, bzw. kalottenförmige Lagerschale ausgebildet sein. Die jeweilige Lagerschale kann einen stirnseitig nach außen gewölbten Behälterboden des Druckbehälters einfassen.
Bevorzugt kann die drehfeste Verbindung zwischen der Lagerschale und dem Druckbehälter als eine Formschlussverbindung realisiert sein. In diesem Fall kann die Lagerschale mit einem hohlzylindrischen Torsionselement verlängert sein, dass dem Außenumfang des Druckbehälters umgreift. Am Druckbehälter-Außenumfang kann zumindest ein Formschlusselement abragen, das mit einer konturangepassten Vertiefung am Innenumfang des Lagerschalen-Torsionselementes zusammenwirkt.
Bei der obigen Bauteil-Geometrie ist es von Vorteil, wenn die Vertiefung am Innenumfang des Lagerschalen-Torsionselementes an einer freien, umlaufenden Lagerschalen-Randkante axial offen gestaltet ist. In diesem Fall kann beim Zusammenbau die Lagerschale in der Druckbehälter-Axialrichtung leichtgängig über das Druckbehälter-Formschlusselement geschoben werden, und zwar unter Bildung der obigen Formschlussverbindung.
In der oben beschriebenen Druckbehälter-Lagerung bildet das erste Lagerelement, das Ausgangselement sowie das Eingangselement der Bewegungsübertragungseinheit einen Bauteilverbund. Dieser ist über die bereits erwähnte Linearführung in der Fahrzeuglängsrichtung nach fahrzeugvorne verstellbar. Um eine übermäßig große Längsbewegung des Bauteilverbundes zu begrenzen oder zu verhindern, ist es bevorzugt, wenn der ersten Lagerschale ein Riegel zugeordnet ist, mit dem eine Längsbewegung des Bauteilverbundes begrenzt oder verhindert ist. Der Riegel kann in einer konkreten Ausführungsvariante ein Fixierring sein, der an der umlaufenden, freien Lagerschalen-Randkante drehbar zwischen einer Entriegelungsposition und einer Verriegelungsposition gelagert ist. In der Entriegelungsposition kann die erste Lagerschale leichtgängig, das heißt störkonturfrei, auf den Druckbehälter aufgeschoben werden (Zusammenbauschritt). In der Zusammenbaulage kann der Fixierring in seine Verriegelungsposition gedreht werden. In dieser hintergreift der Fixierring das Druckbehälter-Formschlusselement, so dass die erste Lagerschale am Druckbehälter lagegesichert ist.
Wird die Karosserie in Längsrichtung belastet, zum Beispiel bei einem Front- oder Heckcrash, können die Lagerschalen weitestgehend flächig zur Anlage an den Enden des Druckbehälters kommen und werden die Lasten in Längsrichtung über den Druckbehälter geleitet. Zusätzlich verhindern die Halbschalen ein Herausfallen des Druckbehälters im Crashfall.
Bezüglich der Befestigung des Druckbehälters an der Karosseriestruktur gibt es zwei grundsätzliche Konzepte: eine Lagerung, die den Längenausdehnung des Druckbehälters zulässt, oder eine starre Anbindung an die Karosserie, die eine Längenausdehnung verhindert. Die Lagerung mit Längenausdehnung kann bevorzugt in einer klassische Fest-Los-Lagerung realisiert sein, bei der die Ventil-Seite des Druckbehälters fest mit der Karosserie verbunden ist (zum Beispiel neck-mounted) und das andere Druckbehälterende über einen Dorn in der Kalotte geführt wird. Eine andere Möglichkeit der Karosserieanbindung ist das sogenannte „belly-mounting“. Dabei wird der Druckbehälter mittels Spannbänder (meist Metall) an der Karosserie befestigt. Die gängige Methode ist, zunächst den Druckbehälter an mehreren Stellen (meist 2-3 Stellen) zu umspannen und dann als Einheit unter die Karosserie zu schrauben. Das erfindungsgemäße Konzept sieht hingegen vor, den zylindrischen Druckbehälter im Mitteltunnel an voraussichtlich drei Stellen direkt gegen die Karosserie zu verspannen. Die innere Lage der Spannbänder wie auch die innere Lage der Widerlager bestehen aus einem elastischen Material, zum Beispiel Silikon, um ein „Atmen“ des Druckbehälters in Umfangrichtung und auch eine Längenausdehnung des Druckbehälters zuzulassen. Die Einspannkraft kann mittels eines Federelements eingestellt werden.
Bei beiden Lagerungsvarianten (das heißt sowohl bei der Fest-Los-Lagerung als auch beim belly-mounting), hat der Druckbehälter im normalen Betriebsfall Freigang zu mindestens einer Halbschale/Kalotte. Im Falle eines Längscrashs deformiert sich die Karosserie, so dass der Freiraum aufgebraucht wird und die Halbschalen auf mindestens einer, eher auf beiden Seiten möglichst formschlüssig zum Anliegen kommen und somit eine weitestgehend flächige Krafteinleitung gewährleistet wird. Der Lastpfad im Längscrash über die Längsträger vorn (hinten), über die Längsträger-Knoten vorn (hinten), von dort aus aufgeteilt in den Schweller und über die Druckbehälter-Kalotten in den Druckbehälter hinüber zur anderen Fahrzeughälfte ist somit aufgebaut.
Bei dieser Art der Anbindung werden im normalen Betriebsfall keine Lasten in bzw. über den Druckbehälter geleitet und die Karosseriesteifigkeit wird nicht bzw. nur geringfügig durch den Druckbehälter erhöht. Das heißt die Karosserieeigenschaften im normalen Betrieb sind weitestgehend unabhängig vom Druckbehälter. Der Druckbehälter wird nur im Crashfall strukturell eingebunden.
Bei der starren Druckbehälter-Anbindung wird der Druckbehälter an beiden Enden fest mit den Druckbehälter-Kalotten, also der Karosseriestruktur, verbunden. Eine Ausdehnung des Druckbehälters in Längsrichtung wird somit nicht zugelassen. Die Ausdehnung des Druckbehälters muss entweder über einen entsprechenden Druckbehälter-Lagenaufbau abgebaut werden oder die durch die Ausdehnung auftretenden Kräfte müssen von der Karosserie (den Druckbehälter-Kalotten) aufgenommen werden oder es tritt eine Kombination aus beidem ein.
Bei der starren Druckbehälter-Anbindung verlaufen die Lastpfade im Längscrash analog wie bei der Fest-Los-Lagerung beschrieben, allerdings ohne zusätzliche freie Crashlänge. Dafür besteht hier die Möglichkeit, auch Betriebslasten über den Druckbehälter aufzunehmen oder auch den Druckbehälter zur Erhöhung der Struktursteifigkeit zu nutzen.
Je nach Befüllungsgrad kann sich das Längenmaß des Hochdruckbehälters ändern. Um daher solche Längenänderungen des Druckbehälters weitgehend spannungsfrei auszugleichen, ist es bevorzugt, wenn der zur Lagesicherung eingesetzte Spannbügel, das Spannband und/oder die Unterseite des Mitteltunnels an ihren, dem Behältermantel zugewandten Seite eine elastische Materialschicht aufweisen, um solche Ausgleichsbewegungen des Druckbehälters zuzulassen.
Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.
Es zeigen:

1 in einer Seitenansicht ein Brennstoffzellen-Fahrzeug mit teilweisem Aufriss;
2 in einer perspektivischen Teilansicht von unten den Fahrzeugboden des Fahrzeugs;
3 in einer perspektivischen Teilansicht die fahrzeugvordere Anbindung des Druckbehälters an der Fahrzeugkarosserie;
4 bis 6 jeweils Einzelteile der Bewegungsübertragungseinheit;
7 und 8 den Fixierring in seiner Einbaulage bzw. in Alleinstellung;
9 eine Skizze, anhand der die Lastverteilung in der Fahrzeugkarosserie bei einem Frontcrashfall veranschaulicht ist; und
10 bis 47 in Prinzipdarstellung weitere Konzepte einer Druckbehälter-Lagerung.

In der 1 ist ein Brennstoffzellen-Fahrzeug mit teilweisem Aufriss dargestellt, in dem grob vereinfacht die Karosseriestruktur insoweit angedeutet ist, als es für das Verständnis der Erfindung erforderlich ist. Demzufolge ist im Vorderwagen ein gestrichelt angedeutetes Antriebsaggregat 1 an seitliche Karosserie-Längsträger 2 angebunden, die bis zu einer vorderen Querträger-Baugruppe 5 im Bereich der A-Säule 7 geführt sind. Die Querträger-Baugruppe 5 weist unter anderem eine querverlaufende Stirnwand 9 sowie Stirnwand-Querträger 10 auf. Im weiteren Längsverlauf in Richtung Fahrzeugheck schließt sich an die vordere Quer-Baugruppe 5 ein Bodenblechteil 11 an, in dem ein Mitteltunnel 13 (2) gebildet ist. Das Bodenblechteil 11 erstreckt sich bis zu einer hinteren Quer-Baugruppe 15. Die hintere Baugruppe 15 weist einen hinteren Querträger 17 auf, an dem eine später beschriebene hintere kalottenförmige Lagerschale 19 angebunden ist.
Die hintere Lagerschale 19 bildet zusammen mit einer vorderen kalottenförmigen Lagerschale 21 eine Druckbehälter-Lagerung, die die stirnseitig nach außen gewölbten Behälterböden 23, 25 eines zylindrischen Druckbehälters 27 einfassen.
Wie aus der 1 weiter hervorgeht, ist dem Druckbehälter 27 in der Fahrzeuglängsrichtung x nach vorne eine Bewegungsübertragungseinheit 29 vorgelagert, deren Funktionsweise im Frontcrashfall später beschrieben ist. Die Bewegungsübertragungseinheit 29 ist als ein Gewindetrieb realisiert, und zwar mit einem fahrzeugvorderen Eingangselement 31 und einem fahrzeughinteren Ausgangselement 33. Das fahrzeugvordere Eingangselement 31 ist mit einer vorderen Stoßplatte 35 ausgebildet, die in der 1 über einen Freiraum f von dem Antriebsaggregat 1 beabstandet ist. An der Stoßplatte 35 ist in der Fahrzeuglängsrichtung x nach fahrzeughinten eine hohlzylindrische Torsionsbuchse 37 angebunden, die ein Innengewinde 39 (6) aufweist. Das Innengewinde 39 der Torsionsbuchse 37 ist in Gewindeeingriff mit einem Außengewinde 41 (Steilgewinde) des Ausgangselementes 33. In der 3 geht das Ausgangselement 33 über einen durchmessergrößeren Ringbund 43 materialeinheitlich und einstückig in die vordere Lagerschale 21 über. Die vordere Lagerschale 21, der Ringbund 43 sowie das Ausgangselement 33 sind als ein materialeinheitliches sowie einstückiges Kunststoff-Formteil realisiert.
Im weiteren Verlauf nach fahrzeughinten ist die vordere Lagerschale 21 mit einem hohlzylindrischen Torsionselement 45 verlängert, das den Außenumfang des Druckbehälters 27 umschließt. Das Lagerschalen-Torsionselement 45 und der Druckbehälter-Außenumfang sind in einer Formschlussverbindung FS, die in den 1 und 3 durch Kreuze angedeutet ist. Der Aufbau der Formschlussverbindung FS geht aus den 4 und 5 hervor. Demzufolge ragen am Druckbehälter-Außenumfang Formschlusselemente 47 radial nach außen ab. Diese wirken jeweils mit konturangepassten Vertiefungen 49 am Innenumfang des Lagerschalen-Torsionselementes 45 zusammen.
Wie aus der 4a hervorgeht, sind die Formschluss-Vertiefungen 49 am Innenumfang des Lagerschalen-Torsionselementes 45 an einer freien umlaufenden Lagerschalen-Randkante 51 axial offen gestaltet. Bei einem Zusammenbau kann daher die vordere Lagerschale 21 leichtgängig (das heißt störkonturfrei) in der Druckbehälter-Axialrichtung über die Druckbehälter-Formschlusselemente 47 geschoben werden, wodurch die Formschlussverbindung FS gebildet ist.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Formschlusselemente 47 nicht unmittelbar am Druckbehälter-Außenumfang ausgebildet, sondern vielmehr an einem Torsionsring 53 (5). Dieser ist im Zusammenbauzustand über eine Klebschicht (in 5 durch Kreuzschraffur angedeutet) mit dem Druckbehälter-Außenumfang verklebt.
Wie aus der 3 weiter hervorgeht, ist das Eingangselement 31 der Bewegungsübertragungseinheit 29 an einer karosserieseitigen Linearführung 55 in der Fahrzeuglängsrichtung x längsverstellbar, jedoch um die Druckbehälter-Achse A (2) drehfest geführt. Die Linearführung 55 weist in der 3 Längsschienen 57 auf, die in der Fahrzeugquerrichtung y beidseitig an der Torsionsbuchse 37 angeformt sind. Die Längsschienen 57 wirken mit U-förmigen Führungsleisten 59 zusammen, die karosseriefest am Stirnwand-Querträger 10 verbaut sind. In der 2 sind die Längsschienen 57 unter Bildung einer später beschriebenen Sollbruchstelle 61 am Torsionsring-Außenumfang angeformt.
Wie aus der Vorbeschreibung hervorgeht, bildet die vordere Lagerschale 21 zusammen mit der Bewegungsübertragungseinheit 29 einen Bauteilverbund B (2), der in der Fahrzeuglängsrichtung x über die Linearführung 55 nach fahrzeugvorne frei verstellbar ist. Um im normalen Fahrbetrieb einen Längs-Verstellweg des Bauteilverbundes 63 zu begrenzen oder zu vermeiden, ist an der Randkante 51 der vorderen Lagerschale 21 ein Fixierring 65 (7 oder 8) drehbar gelagert. Der Fixierring 65 ist zwischen einer Entriegelungsposition und einer Verriegelungsposition verdrehbar. Beim Zusammenbau der vorderen Lagerschale 21 mit dem Druckbehälter 27 befindet sich der Fixierring 65 in seiner Entriegelungsposition. In der Entriegelungsposition befinden sich die Spannstelle 54 und die Formschlußelemente 47 des Torsionsrings 65 in axialer Flucht mit Aussparungen 64, 66 (8) des Torsionsrings 65. Daher sind in der Entriegelungsposition die axial offenen Formschluss-Vertiefungen 49 freigelegt. Die vordere Lagerschale 21 kann daher beim Zusammenbau störkonturfrei auf den Druckbehälter 27 aufgeschoben werden. In der Einbaulage wird der Fixierring 65 in seine Verriegelungsposition gedreht, in der der Fixierring die Druckbehälter-Formschlusselemente 47 hintergreift, so dass die vordere Lagerschale 21 am Druckbehälter 27 lagegesichert ist.
Für eine zusätzliche Lagesicherung des Druckbehälters 27 ist in der 2 oder 3 ein Spannbügel 44 bereitgestellt, der den Außenumfang des Lagerschalen-Torsionselementes 45 umspannt und den Druckbehälter 27 im Mitteltunnel 13 hält.
Anhand der Prinzipskizze der 9 ist die Funktionsweise der Bewegungsübertragungseinrichtung 29 im Frontcrashfall beschrieben: Demzufolge wird das in den Crash-Lastpfad L eingebundene Antriebsaggregat 1 unter Aufbrauch des Freigangs Δx in einer Crashbewegung gegen die Stoßplatte 35 der Bewegungsübertragungseinheit 29 gedrückt. In dem Gewindetrieb 29 wird die translatorische Crashbewegung des Antriebsaggregates 1 teilweise in eine rotatorische Bewegung umgewandelt, die auf den Druckbehälter 27 wirkt. Dadurch erfolgt in dem Gewindetrieb 29 eine Aufteilung des Crash-Lastpfads L in einen Torsions-Lastpfad L_U , in der eine im Gewindetrieb 29 gebildete Torsionskraft-Komponente Fu in Druckbehälter-Umfangsrichtung auf den Druckbehälter 27 einwirkt, so dass der Druckbehälter 27 mit einem Torsionsmoment M_TE auf Torsion beansprucht wird. Zudem wird ein Linear-Lastpfad L_ax gebildet, bei dem eine im Gewindetrieb 29 gebildete Linearkraft-Komponente F_ax (das heißt Axialkraft-Komponente) in der Crashrichtung x auf den Druckbehälter 27 einwirkt. Die beiden Teil-Lastpfade L_ax und Lu werden an einer zwischen der hinteren Lagerschale 19 und dem hinteren Querträger 17 gebildeten Knotenstelle wieder zusammengeführt und nach fahrzeughinten weitergeleitet.
In den nachfolgenden 10 bis 47 sind in Prinzipdarstellung weitere Konzepte einer Druckbehälter-Lagerung angedeutet, in der der Druckbehälter 27 im Crashfall oder auch im normalen Fahrbetrieb in einem Lastpfad einbindbar ist, das heißt strukturell in die Karosserie integriert ist: So ist in der 10 die vordere Lagerschale 21 als eine federnde Kappe realisiert, die in der Fahrzeuglängsrichtung x über eine Freigang vom vorderen Stirnwand-Querträger 10 beabstandet ist und mittels Federelemente 71 gegen den vorderen Stirnwand-Querträger 10 abgestützt ist. Die hintere Lagerschale 19 ist zweiteilig ausgeführt und über Schaummaterial 73 am hinteren Querträger 17 abgestützt (Festlager).
In der 11a und 11b ist der Druckbehälter 27 ebenfalls über vordere und hintere Lagerschalen 19, 21 am vorderen und hinteren Querträger 10, 17 abgestützt. Die hintere Lagerschale 19 ist eine zweiteilige Kalotte mit zugeordnetem zusätzlichen Torsionsring 75 in gleicher Weise auch der vorderen Lagerschale 21 ein Torsionsring 75 zugeordnet. Die beiden Torsionsringe 75 bewirken eine verwindungssteife Formschlussverbindung FS zwischen dem Druckbehälter und den vorderen und hinteren Querträgern 10, 17, wodurch zwischen den Querträgern 10, 17 und dem Druckbehälter 27 Torsion übertragbar ist.
In der 12 ist der Druckbehälter 27 über eine „neck-mounted“-Lagerung in der Fahrzeugkarosserie gehaltert, wobei von der vorderen Lagerschale 21 ein Wellenelement 77 abragt, das über ein Federelement 79 am vorderen Querträger 10 abgestützt ist. Der Druckbehälter ist über die hintere Lagerschale 19 nach Art eines Festlagers am hinteren Querträger 17 gehaltert.
Das in der 13 gezeigte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen der 10. In der 13 weist der Druckbehälter 27 zusätzlich einen mittig positionierten aufgeklebten Ring 81 auf, in den Zug- oder Druckkräfte einleitbar sind, und zwar vom vorderen Querträger 10 und/oder vom hinteren Querträger 17. In der 14 ist der am Außenumfang des Druckbehälters 27 aufgeklebte Ring 81 lediglich mit einer seiner Seitenflanken in kraftübertragender Anbindung zum hinteren Querträger 17. In der 15 ist im Freigang zwischen der vorderen Lagerschale 21 und dem vorderen Querträger 10 ein Airbag 83 positioniert. Am Außenumfang des Druckbehälters 27 sind Dehnmessstreifen 85 angeordnet. Der Airbag 83 kann in einer Druckregelung eingebunden sein, mittels der ein Innendruck des Airbags 83 abhängig vom Betankungszustand geregelt wird. Dieser kann über die Dehnmessstreifen 85 und/oder über das Druckbehälter-Ventil sowie den Druckbehälter-Innendruck erfasst werden.
In der 16 ist die hintere Lagerschale 19 unter Bildung eines Festlagers über Schaummaterial 73 am hinteren Querträger 17 angebunden. Die vordere Lagerschale 21 ist unter Zwischenschaltung einer Hydraulikeinheit 87 mit einem hydraulischen Tassenstößel am vorderen Querträger 10 abgestützt. Mittels der Hydraulikeinheit 87 kann ein automatischer Spielausgleich erfolgen. In der 17 ist die vordere Lagerschale 21 ebenfalls über Federelemente 79 am vorderen Querträger 10 abgestützt. Zudem ist die vordere Lagerschale 21 mit einer Welle 89 nach vorne verlängert, die drehbar im vorderen Querträger 10 gelagert ist. Die hintere Lagerschale 19 ist über eine Passfeder 91 im hinteren Querträger 17 positioniert. In der 18 ist der Freiraum zwischen der vorderen Lagerschale 21 und dem vorderen Querträger 10 durch Schaummaterial 73 aufgefüllt, wie es auch zwischen der hinteren Lagerschale 19 und dem hinteren Querträger 17 der Fall ist. In der 19 gehen sowohl der vordere Querträger 10 als auch der hintere Querträger 17 in Tunnellängsträger 93 über. Diese sind jeweils mit Flanken 95 in Anlage, die beidseitig in Richtung auf die Druckbehälter-Mitte ansteigen. Auf diese Weise ergibt sich im Lastfall eine großflächige Krafteinleitung sowie eine gute Ausnutzung des Druckbehälters 27. In der 20 weist die vordere Lagerschale 21 eine Blattfeder bzw. eine Membran 97 auf, über die Lagerschale 19 am vorderen Querträger 10 gelagert ist. In der 21 ist die vordere Lagerschale 21 über einer Antriebsspindel 99 in trieblicher Verbindung mit einem Elektromotor 101. Die Lagerschale 21 ist über ein elastisches Material 103 an dem vorderen Querträger 10 abgestützt. In der 22 ist der Druckbehälter 27 mitsamt seinen Lagerschalen 19, 21 in einem fluiddichten Tank 107 angeordnet. Die vordere Lagerschale 21 ist über ein Loslager (Federelement 79) frontseitig abgestützt, während die hintere Lagerschale 19 über ein Loslager (Federelement) am hinteren Querträger 17 abgestützt ist. Der Druckbehälter 21 ist innerhalb des Tanks 107 in einem Fluid 109 eingetaucht. Bei schneller Belastung weist das Fluid 109 steife Lagereigenschaften auf, während bei langsamer Belastung das Fluid 109 elastische Lagereigenschaften aufweist. In der 23 ist der Druckbehälter 27 mit einem pneumatischen Muskel 113 ausgebildet. Dieser verkürzt sich bei Druck-Beaufschlagung und erzeugt im Crashfall einen festen Halt. Zudem ist der Druckbehälter-Außenumfang von einer Schürze 111 (aus Faserverbundkunststoff) umgeben. Dem pneumatischen Muskel 113 ist ein Druckreservoir 112 zugeordnet.
In der 24 ist die vordere Lagerschale 21 über ein durchflussgesteuertes Ventil 115 wie unter Bildung eines Loslagers am vorderen Querträger 10 angebunden. Das Ventil 115 schließt bei zu hoher Durchflussgeschwindigkeit. Bei geringer Durchflussgeschwindigkeit ist dagegen eine Ausdehnung des Druckbehälters 27 möglich. In der 25 ist die vordere Lagerschale 21 über ein magnetisches Feld 119 am vorderen Querträger 10 angebunden. Eine Sensorik 117 erfasst einen Crashfall. Bei Vorliegen einer Crash-Situation wird ein Elektromagnet bestromt, um ein magnetisches Feld 119 zu generieren und um so den Kraftfluss zum Druckbehälter 27 herzustellen. In der 26 ist die vordere Lagerschale 21 über ein Einsatz-Bauteil 119 am vorderen Querträger 10 abgestützt. In gleicher Weise ist auch die hintere Lagerschale 19 unter Zwischenschaltung eines Einsatzbauteils 119 sowie unter Zwischenschaltung von Schaummaterial 73 am hinteren Querträger 17 abgestützt. In der 27 ist der Druckbehälter 27 unter Zwischenschaltung von torsionsleitenden Stegen 121 am vorderen Querträger 10 abgestützt. Die torsionsleitenden Stege 121 sind in Formschlussverbindung mit dazu korrespondierenden Nuten 123 im vorderen Querträger 10. Auf diese Weise kann im Crashfall eine Druckbelastung in eine Torsionsbelastung umgewandelt werden. Die Fasern im Druckbehälter-Mantel können auf Zug belastet werden. Zudem ist eine einwandfreie Führung zwischen Nut 123 und Steg 121 ermöglicht, wodurch ein Torsionsmoment herstellbar ist.
In der 28a ist der Druckbehälter 27 über eine vordere Lagerschale 21 sowie unter Zwischenlage von Schaummaterial 73 am vorderen Querträger 10 abgestützt. Zudem ist die vordere Lagerschale 21 über den Torsionsring 75 am Druckbehälter 27 befestigt. In gleicher Weise ist auch der hintere Querträger 17 über den Torsionsring 75 verwindungssteif am Druckbehälter 27 angebunden. In der 28b ist der Karosserie-Aufbau der 28a in Vorderansicht gezeigt. Demzufolge ist der vordere Querträger 10 zweigeteilt ausgeführt, und zwar bestehend aus zwei Querträger-Segmenten 125, 127, deren einander zugewandte Enden in der Fahrzeughochrichtung z versetzt sind. In einem Seitenaufprall erzeugt der z-versetzte Querträger 10 ein Torsionsmoment in der vorderen Lagerschale 21.
In der 29 erfolgt eine zusätzliche Kraftübertragung zwischen den Tunnellängsträgern 93 und außenumfangsseitigen Noppen 129 des Druckbehälter 27. Die Noppen 129 sind in Langlöchern 131 in Axialrichtung verstellbar geführt, die jeweils in den Tunnellängsträgern 93 ausgebildet sind. In der 30 ist der vordere Querträger 10 über eine zusätzliche Formschlussverbindung am Außenumfang des Druckbehälters angebunden. Die Formschlussverbindung weist einen am Außenumfang des Druckbehälters aufgeklebten Einrastring 133 auf, der über bewegliche Rasten 135 am vorderen Querträger 10 angebunden ist. In der 31 ist der vordere Querträger 10 in Klemmverbindung mit dem Druckbehälter-Außenumfang, und zwar nach dem „Ratschenprinzip“, bei dem Stifte/Klemmen/Scheiben 137 des Querträgers 10 in Eingriff mit einem Einrastring 133 sind, der auf den Druckbehälter 27 aufgeklebt ist. Die Stifte/Klemmen/Scheiben 137 können bei Betankung eingefahren werden.
In der 32 ist der Druckbehälter 27 mittels einem Sicherheitsgurt 139 an der Fahrzeugkarosserie angespannt. Der Sicherheitsgurt 139 ist über mechanische Gurtspannrollen 141 karosserieseitig geführt. Ein Gurt-Auszug wird im Crashfall durch Fliehkraftausnutzung gesperrt. In der 33 erfolgt die Druckbehälter-Lagerung ebenfalls über Sicherheitsgurte 139. In diesem Fall werden die Druckkräfte gezielt eingeleitet und über den Sicherheitsgurt 139 abgefangen. In der 34 ist im Querträger 10 ein Form-/Kraftschlusselement 143 ausgebildet, das über ein Federelement 145 vorgespannt ist. Das Form-/Kraftschlusselement 143 wirkt mit einer korrespondierenden Formschlusskontur am Druckbehälter-Außenumfang zusammen. In diesem Fall kann die Druckbehälter-Lagerung über ein Airbag-Steuergerät ansteuerbar sein. Die Druckbehälter-Lagerung arbeitet mittels gespeicherter Federenergie und ist zumindest teilweise innerhalb des Querträgers 10 angeordnet. In der 35 ist die vordere Lagerschale 21 über eine Klauenkupplung 147 am vorderen Querträger 10 angebunden. Die Klauenkupplung ist in Gewindeeingriff 149 mit dem vorderen Querträger 10, wodurch im Crashfall ein Torsionselement in den Druckbehälter 27 einleitbar ist. Im Crashfall wird der Gewindetrieb mittels eines Trägers 151 angetrieben. In der 36 ist die vordere Lagerschale 21 über ein lineares Führungselement 153 an den Tunnellängsträgers 93 gehaltert. In dem Druckbehälter-Außenumfang und den Tunnellängsträgern 93 befindet sich Schaummaterial 73.
In der 37 ist die vordere Lagerschale 21 über einen Luftfederbalg 155 am vorderen Querträger 10 abgestützt. Auf diese Weise ergibt sich eine Luftfederlagerung, wie sie auch bei Nutzfahrzeugen Anwendung finden. In der 38 ist dem Druckbehälter 27 ein Luftschlauch 157 zugeordnet, der den Druckbehälter 27 umschließt und an seinen stirnseitigen Enden jeweils über ein großes Luftreservoir verfügt. Der Luftschlauch 157 ist unter Bildung einer Sollbruchstelle über Elastomerelemente 159 am vorderen und hinteren Querträger 10, 17 gehaltert. In der 39 ist der Druckbehälter 27 im Hinblick auf einen Seitencrashfall crashsicher gelagert. Die Druckbehälter-Lagerung weist hierzu eine Hydraulikeinheit auf, deren Hydraulikfluid 161 über Kolben 163 begrenzt ist, die in Fahrzeugquerrichtung y oder in Fahrzeuglängsrichtung x verschiebbar positioniert sind. Mittels der Hydraulikeinheit können Aufprallkräfte im Seitencrashfall hydraulisch umgeleitet werden und als Zugkräfte in den Tank eingeleitet werden. Hierzu ist am Druckbehälter-Außenumfang eine speziell dafür vorgesehene Krafteinleitung 165 bereitgestellt.
In der 40 ist die Fahrzeugkarosserie im Bereich des hinteren Querträgers 17 so ausgelegt, dass sie elastisch genug ist, um eine Druckbehälter-Dehnung aufzunehmen. In der 40 ist die Ausdehnung 167 gestrichelt dargestellt. In gleicher Weise ist auch der vordere Längsträger 10 realisiert. In der 41 ist der Druckbehälter dem „belly-mounted“-Prinzip gelagert. Die Karosseriestruktur ist dabei so gestaltet, dass sie sich im Crashfall am Druckbehälter 27 abstützt. Hierzu wird der Druckbehälter 27 von Spannbändern 169 umgriffen. Die vordere Lagerschale 21 ist in der 41 flächenbündig in einer Aufnahme 171 des vorderen Querträgers 10 gelagert. In der 42 erfolgt die Druckbehälter-Lagerung mittels eines aufgeklebten Zylinders 173, der über ein sogenanntes Flexrohr 175 am vorderen Querträger 10 abgestützt ist. Die hintere Lagerschale ist über einen Torsionsring 75 am Druckbehälter 27 angebunden. Zwischen der hinteren Lagerschale 19 und dem hinteren Querträger 10 ist ein Langloch 177 ausgebildet. In gleicher Weise ist auch zwischen der vorderen Lagerschale 19 und dem vorderen Querträger 10 ein Langloch 177 ausgebildet, und zwar in Kombination mit einem Führungssteg 179. In der 43 ist an der vorderen Lagerschale 21 ein Strukturelement 181 zur Krafteinleitung angebunden. Das Strukturelement 181 wirkt im Crashfall mit einem Vorderwagen-Aggregat 1 zusammen. Zwischen der vorderen Lagerschale 21 und dem vorderen Querträger 10 befindet sich ein Langloch 177, in dem die vordere Lagerschale 21 längsgeführt ist, so dass eine Ausdehnung ermöglicht ist. In der 44 ist das Strukturelement 181 über ein elastisches Ausgleichselement 183 an einer Hilfsrahmenkonstruktion 185 abgestützt. Die vordere Lagerschale 21 ist über ein Langloch 177 im vorderen Querträger 10 in Längsrichtung x geführt. In der 45 ist die vordere Lagerschale 21 über eine Piezokeramik 187 an der an der Hilfsrahmenkonstruktion 185 abgestützt die Piezokeramik 187 bewirkt in der Aufnahme eine Kopplung der Dehnungen. Über Dehnmessstreifen 85 wird ein Piezoaktor der Piezokeramik 187 abhängig vom Betankungszustand angesteuert, um einen Spielausgleich vorzunehmen. Zwischen der Piezokeramik und dem vorderen Querträger 10 befindet sich eine Sollbruchstelle 189.
In der 46 ist der Druckbehälter 27 über ein geklebtes Torsionselement 191 sowie unter Zwischenschaltung einer Torsionseinleitung 193 an der Hilfsrahmenkonstruktion 185 abgestützt. Im Crashfall ergibt sich eine Zugbeanspruchung 195 der Fasern des Druckbehälters. In der 47 sind der vorderen Lagerschale 21 Form-/Kraftschlusselemente 197 zugeordnet, die in Rastverbindung mit einer crasheinleitenden Struktur 199 sind. Die crasheinleitende Struktur 199 ist mit einem Federelement 201 vorgespannt.
Bezugszeichenliste

1: Antriebsaggregat
2: Karosserie-Längsträger
5: Quer-Baugruppe
7: A-Säule
9: Stirnwand
10: Stirnwand-Querträger
11: Bodenblechteil
13: Mitteltunnel
15: hintere Quer-Baugruppe
17: hinterer Querträger
19: hintere Lagerschale
21: vordere Lagerschale
23, 25: Behälterböden
27: Druckbehälter
29: Bewegungsübertragungseinheit
31: Eingangselement
33: Ausgangselement
35: Stoßplatte
37: Torsionsbuchse
39: Innengewinde-Abschnitt
41: Außengewinde-Abschnitt
43: Ringbund
44: Spannbügel
45: Torsionselement
46: fensterartige Ausnehmungen
47: Formschlusselemente
48: Fixierelemente
49: Formschluss-Vertiefungen
50: Torsionsversteifung
51: Lagerschalen-Randkante
53: Torsionsring
54: Spannstelle
55: Linearführung
57: Längsschiene
59: U-förmige Längsführungen
61: Sollbruchstelle
63: Bauteilverbund
64: Aussparung für die Spannstelle 54 des Torsionsringes 53
65: Fixierring
66: Aussparungen für die Formschlußelemente 47 des Torsionsringes 53
67: Spannbügel
69: Wicklung
L: Crash-Lastpfad
L_U: Torsions-Lastpfad
L_ax: Linear-Lastpfad
F_U: Torsionskraft-Komponente
Fa_x: Linearkraft-Komponente
A: Druckbehälter-Achse
M_TE: Torsionsmoment
FS: Formschlußverbindung
Δx: Freiraum
71: Federelement
73: Schaummaterial
75: Torsionsring
77: Wellen
79: Federelement
81: Ring
83: Airbag
85: Dehnmessstreifen
87: Hydraulikeinheit
89: Welle
91: Passfeder
93: Tunnellängsträger
95: Flanken
97: Membran
99: Antriebsspindel
101: Elektromotor
103: elastisches Material
105: Gasdruckfeder
107: Tank
109: Fluid
111: Schürze
112: Druckreservoir
113: pneumatischer Muskel
115: Ventil
117: Sensor
119: Einsatzteil
121: Stege
123: Nuten
125, 127: Querträger-Segmente
129: Noppen
131: Langlöcher
133: Einrastring
135: bewegliche Rasten
137: Klemmstifte
139: Sicherheitsgurt
141: Gurtspannrolle
143: Form-/Kraftschlusselement
145: Federelement
147: Klauenkupplung
149: Gewindeeingriff
151: Träger
153: Linearführung
155: Luftfederbalg
157: Luftschlauch
159: elastisches Element
161: Hydraulikfluid
163: Kolben
165: Krafteinleitung
167: Ausdehnung
169: Spannbügel
171: Aufnahme
173: Zylinder
175: Flexrohr
177: Langloch
179: Führungssteg
181: Strukturelement
183: Ausgleichselement
185: Hilfsrahmenkonstruktion
187: Piezokeramik
189: Sollbruchstelle
191: Torsionselement
193: Torsionseinleitung
195: Zugbeanspruchung
197: Form-/Kraftschlusselement
199: crasheinleitende Struktur
201: Federelement

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

DE 102008051786 A1 [0002, 0003]

Claims

Fahrzeug mit einem darin verbauten Druckbehälter (27), der einen zylindrischen Behältermantel aufweist und an axial gegenüberliegenden Druckbehälter-Stirnseiten (23, 25) jeweils an einem karosserieseitigen ersten und einem axial davon beabstandeten Lagerelement (19, 21) gelagert ist, wobei in einem Crashfall die beiden Lagerelemente (19, 21) mitsamt zwischengeordnetem Druckbehälter (27) in einem Lastpfad (L) eingebunden sind, über den Crashenergie zur crashabgewandten Fahrzeugseite übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass dem Druckbehälter (27) eine Bewegungsübertragungseinheit (29) zugeordnet ist, mittels der im Crashfall eine translatorische Crashbewegung angrenzender Fahrzeugteile (1) teilweise in eine rotatorische Bewegung umgewandelt wird, die auf den Druckbehälter (27) wirkt, so dass in der Bewegungsübertragungseinheit (29) eine Aufteilung des Lastpfads (L) in einen Linear-Lastpfad (L_ax) erfolgt, in dem eine in der Bewegungsübertragungseinheit (29) gebildete Linearkraft-Komponente (F_ax) in der Crashrichtung (x) auf den Druckbehälter (27) einwirkt, und in einem Torsions-Lastpfad (L_U) erfolgt, in dem eine in der Bewegungsübertragungseinheit (29) gebildete Torsionskraft-Komponente (F_U) in Umfangsrichtung auf den Druckbehälter (27) einwirkt und diesen mit einem Torsionsmoment (M_TE) auf Torsion beansprucht.
Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Bewegungsübertragungseinheit (29) im Crashfall gebildete Torsionsmoment (M_TE) über ein erstes Lagerelement (21) in den Druckbehälter (27) einleitbar ist, und dass zur Einleitung des Torsionsmoments (M_TE) in den Druckbehälter (27) die beiden Lagerelemente (19, 21) in torsionskraftübertragender, das heißt drehfester, torsionssteifer Verbindung (FS) mit dem Druckbehälter (27) sind, und dass das zweite Lagerelement (19) verwindungssteif an der Fahrzeugkarosserie (17) angebunden ist, und dass das erste Lagerelement (19), kräftemäßig entkoppelt von der Fahrzeugkarosserie, momentenübertragend an der Bewegungsübertragungseinheit (29) angebunden ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsübertragungseinheit (29) ein Gewindetrieb ist, mit einem crashzugewandten Eingangselement (31), das in Gewindeeingriff mit einem crashabgewandten Ausgangselement (33) ist, das momentenübertragend, das heißt torsionssteif, mit dem ersten Lagerelement (21) verbunden ist.
Fahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangselement (31) ein in der Fahrzeuglängsrichtung (x) fahrzeugvorderes Stoßelement (35) aufweist, an dem in der Fahrzeuglängsrichtung (x) nach fahrzeughinten eine Torsionsbuchse (37) angebunden ist, und dass die Torsionsbuchse (37) einen Innengewinde-Abschnitt (39) aufweist, und dass der Innengewinde-Abschnitt (39) der Torsionsbuchse (37) in Gewindeeingriff mit einem Außengewinde-Abschnitt (41), insbesondere Steilgewinde, des Ausgangselements (33) ist.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangselement (31) der Bewegungsübertragungseinheit (29) über eine karosserieseitige Linearführung (55) in der Fahrzeuglängsrichtung (x) längsverstellbar, jedoch um die Torsionsachse (A) drehfest geführt ist, wodurch im Crashfall ein Verdrehen des Eingangselements (31) um die Torsionsachse (A) verhindert ist, und dass die Linearführung (55) eine Sollbruchstelle (61) aufweist, die bei Aufbau eines übermäßig großen Torsionsmoments (M_TE) bricht, und zwar unter Freigabe einer Drehbewegung des Eingangselements (31).
Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der beiden Lagerelemente (19, 21) als halbschalenförmige bzw. kalottenförmige Lagerschalen ausgebildet ist und einen stirnseitig nach außen gewölbten Behälterboden (23, 25) des Druckbehälters (27) einfassen, und dass insbesondere die kalottenförmige Lagerschale (19, 21) mit einem hohlzylindrischen Torsionselement (45) verlängert ist, das den Außenumfang des Druckbehälters (27) umgreift, und/oder dass die torsionskraftübertragende Verbindung (FS) zwischen der Lagerschale (19, 21) und dem Druckbehälter (27) eine Formschlussverbindung ist, bei der am Druckbehälter-Außenumfang zumindest ein Formschlusselement (47) abragt, das mit einer konturangepassten Vertiefung (49) am Innenumfang des Lagerschalen-Torsionselements (45) zusammenwirkt.
Fahrzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Formschluss-Vertiefung (49) am Innenumfang des Lagerschalen-Torsionselements (47) an einer freien umlaufenden Randkante (51) axial offen ist, so dass beim Zusammenbau die Lagerschale (19, 21) leichtgängig in der Druckbehälter-Axialrichtung über das Druckbehälter-Formschlusselement (47) schiebbar ist, und zwar unter Bildung der Formschlussverbindung (FS).
Fahrzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Lagerelement (21) und das Ausgangselement (33) einen Bauteilverbund (63) bilden, der über die Linearführung (55) in der Fahrzeuglängsrichtung (x) nach fahrzeugvorne verstellbar ist, und dass dem ersten Lagerelement (21) ein Riegelelement (65) zugeordnet ist, mit dem eine mit Bezug auf den Druckbehälter (27) erfolgende Linearbewegung des Bauteilverbunds (63) begrenzt oder verhindert ist.
Fahrzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Riegelelement (65) ein an der umlaufenden freien Randkante (51) des ersten Lagerelements (21) drehbar gelagerter Fixierring ist, der zwischen einer Entriegelungsposition und einer Verriegelungsposition drehbar ist, und dass in der Entriegelungsposition das erste Lagerelement (21) leichtgängig auf den Druckbehälter (27) aufschiebbar ist, und in der Verriegelungsposition der Fixierring (65) das Druckbehälter-Formschlusselement (47) hintergreift und so das erste Lagerelement (19) am Druckbehälter lagesichert.