DE102019128263B4

DE102019128263B4 - Drucktankanordnung für ein Kraftfahrzeug mit Kollisionserkennung (II)

Info

Publication number: DE102019128263B4
Application number: DE102019128263.2A
Authority: DE
Inventors: Oliver Stoll; Jannik Meyer
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2019-10-21
Filing date: 2019-10-21
Publication date: 2021-08-12
Anticipated expiration: 2039-10-22
Also published as: DE102019128263A1

Abstract

Drucktankanordnung (100) für ein Kraftfahrzeug, wenigstens umfassend:- einen Drucktank (110) zur Speicherung von Brennstoff;- ein den Drucktank (110) zumindest teilweise umgebendes Schalenelement (120), wobei das Schalenelement (120) mit Abstand zum Drucktank (110) angeordnet ist,- eine elektronische Druckmessfolie (130), die an der dem Drucktank (110) zugewandten Innenseite des Schalenelements (120) angeordnet ist, sodass mithilfe dieser elektronischen Druckmessfolie (130) eine kollisionsbedingte Flächenpressung zwischen dem Schalenelement (120) und dem Drucktank (110) erfasst werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft eine Drucktankanordnung für ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einem Drucktank zur Speicherung von Brennstoff.
In Kraftfahrzeugen werden zur Speicherung von Brennstoff, insbesondere zur Speicherung von Wasserstoff (H2) oder zur Speicherung von Erdgas (CNG) für den Antrieb des Kraftfahrzeugs, sowie gegebenenfalls auch zur Speicherung anderer Stoffe Drucktanks verwendet. In einem solchen Fahrzeugdrucktank (nachfolgend nur als Drucktank bezeichnet) herrschen Innendrücke von bis zu 750 bar und mehr.
Bei einer Kollision des Kraftfahrzeugs, womit insbesondere ein Verkehrsunfall mit einem anderen Kraftfahrzeug oder einem Hindernis gemeint ist (hierzu gehört auch das Aufsetzen des Kraftfahrzeugs auf ein Bodenhindernis), kann es infolge einer äußeren Krafteinwirkung zu Beschädigungen oder Vorbeschädigungen des Drucktanks kommen, die zunächst unbemerkt bleiben, jedoch im Weiteren zu Folgeschäden, schlimmstenfalls sogar zum Bersten des Drucktanks, führen können.
Die DE 10 2015 225 348 A1 beschreibt einen Druckbehälter zur Speicherung von Brennstoff in einem Kraftfahrzeug. Der Druckbehälter (10) umfasst einen die Behälterwandung zumindest bereichsweise mit ausbildenden Schichtaufbau (11). Im Schichtaufbau (11) ist ein Detektionsstoff (15) eingelagert. Der Detektionsstoff (15) und der Schichtaufbau (11) sind so ausgebildet, dass aus dem Schichtaufbau (11) mehr Detektionsstoff (15) entweicht, wenn eine Beschädigung des Schichtaufbaus (11) vorliegt.
Die DE 10 2018 115 540 A1 offenbart eine Drucktankanordnung für ein Kraftfahrzeug, wenigstens umfassend:

· einen Drucktank zur Speicherung von Brennstoff;
• ein den Drucktank zumindest teilweise umgebendes Schalenelement;
• eine elektronische Druckmessfolie, die an der dem Drucktank zugewandten Innenseite des Schalenelements angeordnet ist, sodass mithilfe dieser elektronischen Druckmessfolie eine kollisionsbedingte Flächenpressung zwischen dem Schalenelement und dem Drucktank erfasst werden kann.

Die DE 10 2017 223 652 A1 offenbart einen Druckbehälter mit zwei kreuzenden und gegeneinander elektrisch isolierten Leiterschichten in einer faserverstärkter Schicht.
Die DE 10 2017 110 036 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Detektieren einer mechanischen Lasteinwirkung, die von außen auf einen Behälter einwirkt. Die Vorrichtung umfasst zumindest zwei Sensoren, die jeweils auf oder in dem Behälter an verschiedenen Positionen anbringbar sind, um Sensorsignale an der jeweiligen Position ansprechend auf die mechanische Lasteinwirkung zu erfassen.
Die DE 10 2017 204 391 A1 offenbart einen Druckbehälter zur Aufnahme von Brennstoff, umfassend eine Druckbehälter-Wand mit einer oder mehreren faserverstärkte Schichten. Eine Außenseite der Druckbehälter-Wand ist zumindest teilweise mit einer Druckfolie bedeckt, wobei die Druckfolie ausgebildet ist, sich in Reaktion auf eine mechanische Einwirkung auf einen ersten Bereich der Druckfolie in dem ersten Bereich zu verfärben.
Die DE 10 2012 006 367 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Speichern von Gas in einem Kraftfahrzeug mit wenigstens einem Druckgasbehälter welcher an zumindest einer Seite von einem Abschirmelement umgeben ist, wobei zwischen dem Abschirmelement und dem Druckgasbehälter ein Freiraum verbleibt.
Die DE 10 2005 037 636 A1 offenbart eine modulare Kraftstoffspeicheranordnung für ein Fahrzeug, mit einem Gasspeichertank für gasförmigen Kraftstoff sowie einem Rahmen, der dazu dient, den Speichertank abzustützen.
Mit der erfindungsgemäßen Drucktankanordnung des Patentanspruchs 1 wird eine andere Möglichkeit aufgezeigt, wie die Sicherheit verbessert bzw. erhöht werden kann. Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Drucktankanordnung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der nachfolgenden Erfindungsbeschreibung und der Zeichnung.
Die erfindungsgemäße Drucktankanordnung umfasst wenigstens die folgenden Komponenten, die jeweils auch mehrfach vorhandenen sein können:

- einen Drucktank zur Speicherung von Brennstoff;
- ein den Drucktank zumindest teilweise umgebendes Schalenelement, wobei das Schalenelement mit Abstand zum Drucktank angeordnet ist;
- eine elektronische Druckmessfolie, die an der dem Drucktank zugewandten Innenseite des Schalenelements angeordnet ist, sodass mithilfe dieser elektronischen Druckmessfolie eine kollisionsbedingte Flächenpressung zwischen dem Schalenelement und dem Drucktank erfassbar ist bzw. erfasst werden kann.

Mit der erfindungsgemäßen Drucktankanordnung kann eine Kollision, die insbesondere nur lokal im Bereich des Drucktanks erfolgt und die möglicherweise zu einer Beschädigung des Drucktanks führt, erfasst bzw. detektiert werden. Die erfindungsgemäße Drucktankanordnung verfügt somit über eine Kollisionserkennung bzw. -erfassung. Bei einer detektierten Kollision kann dann wenigstens eine Maßnahme (Schutzmaßnahme) zum Schutz des Drucktanks bzw. Kraftfahrzeugs, von Personen und/oder der Umgebung veranlasst werden.
Die erfindungsgemäße Kollisionserkennung erfolgt mithilfe wenigstens einer elektronischen Druckmessfolie, die am Schalenelement angeordnet ist, derart, dass sich diese quasi zwischen dem Drucktank und dem Schalenelement befindet. Eine elektronische Druckmessfolie ist ein mattenartiges Gebilde, das (bspw. auf piezoresistiver Basis oder auf Basis der Piezofolientechnologie) abhängig von der einwirkenden Flächenpressung elektrische Ausgangssignale erzeugt oder verändert, was mittels Verstärker und/oder geeigneter Software ausgewertet werden kann, wobei insbesondere auch eine Auswertung in Echtzeit möglich ist. Elektronische Druckmessfolien sind von verschiedenen Herstellern (z. B. von der Firma Tekscan^TM) als Zukaufteile erhältlich. Elektronische Druckmessfolien sind vergleichweise günstig, leicht bzw. massearm und bei entsprechender Ausgestaltung auch wetterfest. Ferner sind elektronische Druckmessfolien bekannt, die zuschnittgeeignet sind, wodurch die Verarbeitung bzw. Montage vereinfacht wird.
Falls bei einer Kollision das Schalenelement gegen den Drucktank gedrückt wird, kann eine dabei zwischen der Innenseite bzw. Innenfläche des Schalenelements und der Außenfläche des Drucktanks auftretende Flächenpressung mithilfe der elektronischen Druckmessfolie erfasst bzw. detektiert werden. Somit kann tankextern eine eventuelle Kollisionsbelastung, insbesondere eine Stoßbelastung, auf den Drucktank detektiert werden. Je nach Ausgestaltung der elektronischen Druckmessfolie und/oder den vorgesehenen Auswertungsmöglichkeiten ist eine qualitative oder sogar quantitative Aussage über die auftretende Flächenpressung möglich. Die elektronische Druckmessfolie kann auch für eine ortsaufgelöste Erfassung bzw. Messung der Flächenpressung ausgebildet sein, sodass ermittelt werden kann, wo bzw. in welchen Bereichen kritische Kollisionskräfte auf den Drucktank einwirken, wodurch im Weiteren eine Schadensermittlung vereinfacht wird.
Das Schalenelement dient nicht nur als bevorzugter Träger für die elektronische Druckmessfolie, sondern bietet zudem einen mechanischen Schutz für den Drucktank, indem dieses quasi als Schutzblech fungiert und bei einer Kollision als zusätzliche Barriere wirkt und einwirkende Kollisionskräfte, insbesondere eine punktuell einwirkende Kollisionskraft, großflächig auf die Drucktankoberfläche verteilt.
Unter einem Schalenelement wird ein flächiges, dünnwandiges und in sich steifes Bauteil verstanden. Bevorzugt handelt es sich bei dem Schalenelement um ein Blechbauteil (Schutzblech), insbesondere aus einem hochfesten Stahlblech, oder um ein faserverstärktes Kunststoffbauteil (FVK-Bauteil), bspw. aus einem Organoblech. Bevorzugt ist das Schalenelement zumindest bereichsweise an die Außenform des Drucktanks angepasst. Bevorzugt ist das Schalenelement Bestandteil einer Heckverkleidung oder Unterbodenverkleidung des Kraftfahrzeugs bzw. ist in eine solche Verkleidung integriert, wodurch im Kraftfahrzeug vorhandener Bauraum optimal genutzt werden kann.
Erfindungsgemäß ist das Schalenelement mit Abstand zum Drucktank angeordnet. Der Abstand beträgt bevorzugt 5 mm bis 50 mm und insbesondere 10 mm bis 30 mm. Bei einer Kollision kann das Schalenelement unter Verringerung des Abstands in Richtung des Drucktanks verformt werden und schlägt dann mit kinetischer Energie gegen den Drucktank, wobei zumindest kurzzeitig hohe Flächenpressungen auftreten, die mithilfe der elektronischen Druckmessfolie erfasst bzw. detektiert werden können. Eine zum Drucktank beabstandete Anordnung des Schalenelements ermöglicht auch ein sogenanntes Atmen des Drucktanks infolge unterschiedlicher Tankinnendrücke.
Das Schalenelement kann auf seiner dem Drucktank zugewandten Innenseite eine Schaumstoffauflage aufweisen. Die Schaumstoffauflage kann auf das Schalenelement aufgeklebt oder aufgeschäumt sein und ist bevorzugt aus einem elastischen Schaum, z. B. einem PUR-Weichschaum, gebildet. Die Schaumstoffauflage kann auch mittels additivem Fertigungsverfahren (3D-Druck) direkt auf die Innenseite des Schalenelements aufgebracht (bzw. aufgedruckt) sein. Die Schaumstoffauflage sorgt bei einer Kollision für einen gedämpften Anschlag des Schalenelements am Drucktank und bewirkt zudem eine schützende Last- bzw. Druckverteilung. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die elektronische Druckmessfolie auf die Schaumstoffauflage aufgebracht ist, sodass sich die Schaumstoffauflage quasi zwischen der elektronischen Druckmessfolie und dem Schalenelement befindet, oder dass die elektronische Druckmessfolie unter der Schaumstoffauflage angeordnet ist, sodass sich die elektronische Druckmessfolie quasi zwischen der Schaumstoffauflage und dem Schalenelement befindet. Die elektronische Druckmessfolie kann durch Verkleben oder mittels Befestigungselementen (bspw. Klipselementen) am Schalenelement bzw. an der Schaumstoffauflage befestigt sein.
Die erfindungsgemäße Drucktankanordnung kann ferner umfassen:

- (wenigstens) eine Steuereinrichtung bzw. ein Steuergerät, die dazu ausgebildet ist, selbsttätig die (fortwährend erfassten) elektrischen Ausgangssignale der elektronischen Druckmessfolie auszuwerten und bei einer Kollision (d. h., falls sich bei der Auswertung eine unzulässige Flächenpressung ergibt), wenigstens eine Schutzmaßnahme zu veranlassen bzw. einzuleiten. Das Auswerten der elektrischen Ausgangssignale und das Veranlassen bzw. Einleiten wenigstens einer Schutzmaßnahme kann auch mithilfe unterschiedlicher Steuereinrichtungen bzw. Steuergeräte erfolgen, die hierzu miteinander kommunizieren.

Mögliche Schutzmaßnamen sind bspw. das Ausgeben einer Meldung an den Fahrer (z. B. „Dringend Werkstatt aufsuchen!“), das kontrollierte Abblasen des Drucktanks, das Ausschalten des Fahrzeugantriebs, das Verhindern einer Betankung (des Drucktanks) und dergleichen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Die in den schematischen Figuren der Zeichnung gezeigten und/oder nachfolgend erläuterten Merkmale können, auch unabhängig von bestimmten Merkmalskombinationen, allgemeine Merkmale der Erfindung sein und die Erfindung entsprechend weiterbilden.

1 zeigt in einer Schnittdarstellung eine erfindungsgemäße Drucktankanordnung für ein Kraftfahrzeug.
2 zeigt in einer Draufsicht die Innenseite des zur Drucktankanordnung der 1 gehörenden Schalenelements.

Die in 1 gezeigte Tankanordnung 100 umfasst einen Drucktank 110 zur Speicherung von Brennstoff, der einen Liner 111 und eine darauf aufgebrachte Faserummantelung 112 aufweist, und ein den Drucktank 110 teilweise umgebendes Schalenelement 120, das mit Abstand zum Drucktank 110 angeordnet ist und sich im Wesentlichen über die gesamte axiale Länge des Drucktanks 110 erstreckt. Das Schalenelement 120 ist bevorzugt ein Blechteil, das z. B. eine Blechdicke von 2 mm bis 3 mm aufweist. Der Drucktank 110 ist bspw. im Heckbereich eines Kraftfahrzeugs angeordnet. Das Schalenelement 120 kann zu einer Heck- oder Unterbodenverkleidung des Kraftfahrzeugs gehören, die hinter- und/oder unterhalb des Drucktanks 110 angeordnet ist.
An der dem Drucktank 110 zugewandten Innenseite des Schalenelements 120 befinden sich eine Schaumstoffauflage 140 und wenigstens eine auf der Schaumstoffauflage 140 angeordnete elektronische Druckmessfolie 130. Die Komponenten 120, 130, 140 können miteinander verklebt sein. Die elektronische Druckmessfolie 130 kann auch unter der Schaumstoffauflage 140 angeordnet sein oder ohne Schaumstoffauflage 140 direkt auf der Innenseite bzw. Innenfläche des Schalenelements 120 angebracht sein. Alternativ kann die elektronische Druckmessfolie 130 auch am Drucktank 110 (gegenüber dem Schalenelement 120 bzw. an einem dem Schalenelement 120 zugewandeten Außenflächenabschnitt) angebracht sein. Die Dicke der Schaumstoffschicht 140 beträgt bspw. 8 mm bis 12 mm. Die elektronische Druckmessfolie 130 kann ein Dicke < 1 mm aufweisen.
Falls bei einer Kollision K, insbesondere bei einem Heckaufprall, das Schalenelement 120 gegen den Drucktank 110 gedrückt wird, kann eine dabei zwischen der Innenseite des Schalenelements 120 und der Außenfläche des Drucktanks 110 auftretende Flächenpressung mithilfe der elektronischen Druckmessfolie 130 (siehe 2) erfasst bzw. detektiert werden. Falls eine Kollision K erfasst bzw. detektiert wurde und insbesondere dann, wenn dabei ein zuvor als zulässig definierter Flächenpressungswert überschritten wurde, kann wenigstens eine Schutzmaßnahme eingeleitet werden, wie oben beschrieben. Das Schalenelement 120 wirkt ferner in der Art eines Schutzblechs als zusätzliche Barriere und bewirkt dabei auch eine flächige Verteilung von Kollisionskräften, wodurch die Gefahr von Drucktankbeschädigungen verringert wird.
2 zeigt nicht maßstabsgerecht zur 1 die Innenseite des Schalenelements 120. Die elektronische Druckmessfolie 130 weist mehrere sich kreuzende Leiterbahnen auf, die zwischen zwei dünnen, flexiblen Kunststofffolien angeordnet sind. Die Kreuzungspunkte der Leiterbahnen bilden ein Messraster (Matrix), wobei jeder Kreuzungspunkt einen Widerstandsmesspunkt darstellt. Mit zunehmender Flächenpressung wird der elektrische Widerstand an den Kreuzungs- bzw. Messpunkten geringer. Die elektronische Druckmessfolie 130 kann über ein Bussystem (z. B. ein CAN-Bus) mit einer nicht gezeigten Steuereinrichtung (wie oben beschrieben) verbunden sein.
Die Drucktankanordnung 100 verfügt somit über eine Kollisionserkennung bzw. -erfassung, mit der zuverlässig eine Kollision K mit einer auf den Drucktank 110 einwirkenden Kollisionsbelastung erkannt bzw. detektiert werden kann. Die Sensitivität dieser Kollisionserkennung kann über die Beschaffenheit der elektronischen Druckmessfolie 130, das Schalenmaterial, die Schalendicke, den Abstand zwischen Schalenelement 120 und Drucktank 110, die Beschaffenheit der Schaumstoffauflage 140 und dergleichen an die Erfordernisse angepasst werden.

Claims

Drucktankanordnung (100) für ein Kraftfahrzeug, wenigstens umfassend: - einen Drucktank (110) zur Speicherung von Brennstoff; - ein den Drucktank (110) zumindest teilweise umgebendes Schalenelement (120), wobei das Schalenelement (120) mit Abstand zum Drucktank (110) angeordnet ist, - eine elektronische Druckmessfolie (130), die an der dem Drucktank (110) zugewandten Innenseite des Schalenelements (120) angeordnet ist, sodass mithilfe dieser elektronischen Druckmessfolie (130) eine kollisionsbedingte Flächenpressung zwischen dem Schalenelement (120) und dem Drucktank (110) erfasst werden kann.
Drucktankanordnung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schalenelement (120) auf seiner Innenseite eine Schaumstoffauflage (140) aufweist.
Drucktankanordnung (100) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Druckmessfolie (130) auf die Schaumstoffauflage (140) aufgebracht ist.
Drucktankanordnung (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Druckmessfolie (130) für eine ortsaufgelöste Erfassung der Flächenpressung ausgebildet ist.
Drucktankanordnung (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schalenelement (120) ein Blechbauteil oder ein faserverstärktes Kunststoffbauteil ist.
Drucktankanordnung (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schalenelement (120) Bestandteil einer Heckverkleidung oder Unterbodenverkleidung des Kraftfahrzeugs ist.
Drucktankanordnung (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, ferner umfassend: - eine Steuereinrichtung, die dazu ausgebildet ist, selbsttätig die elektrischen Ausgangssignale der elektronischen Druckmessfolie (130) auszuwerten und bei einer Kollision (K) wenigstens eine Schutzmaßnahme einzuleiten.