Titel

Gasspeichersystem

Die Erfindung betrifft ein Gasspeichersystem mit Gasspeichereinheiten, die jeweils ein Anschlussende aufweisen, mit dem die jeweilige Gasspeichereinheit druckdicht an eine gemeinsame Verbindungsstruktur angeschlossen ist.

Stand der Technik

Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2018 201 055 Al ist die Verwendung eines Gasspeichersystems in einem Kraftfahrzeug bekannt, wobei das Gasspeichersystem mindestens zwei Speichereinheiten umfasst, die über ein Leitungssystem mit einer Ausgangsleitung verbunden sind.

Offenbarung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Gasspeichersystem mit Gasspeichereinheiten, die jeweils ein Anschlussende aufweisen, mit dem die jeweilige Gasspeichereinheit druckdicht an eine gemeinsame Verbindungsstruktur angeschlossen ist, herstellungstechnisch und/oder funktionell zu verbessern.

Die Aufgabe ist bei einem Gasspeichersystem mit Gasspeichereinheiten, die jeweils ein Anschlussende aufweisen, mit dem die jeweilige Gasspeichereinheit druckdicht an eine gemeinsame Verbindungsstruktur angeschlossen ist, dadurch gelöst, dass dem Anschlussende eine Verbindungshülse zugeordnet ist, die mit einem ersten Dichtabschnitt fluiddicht in dem Anschlussende der Gasspeichereinheit aufgenommen ist, wobei die Verbindungshülse mit einem zweiten Dichtabschnitt fluiddicht in einer Anschlussausnehmung der gemeinsamen Verbindungsstruktur aufgenommen ist. Mit der Verbindungshülse wird zum Beispiel eine fluiddichte Steckverbindung zwischen dem Anschlussende der Gasspeichereinheit und der gemeinsamen Verbindungstruktur geschaffen. Die Verbindungshülse kann aber auch formschlüssig, stoffschlüssig oder gegebenenfalls auch einstückig mit dem Anschlussende der Gasspeichereinheit oder mit der gemeinsamen Verbindungsstruktur verbunden sein. Bei dem Gasspeichersystem handelt es sich vorzugsweise um ein mobiles Hochdruckspeichersystem, insbesondere um ein mobiles Wasserstoffspeichersystem eines Kraftfahrzeugs. Das Kraftfahrzeug wird, zumindest teilweise, mit Gas angetrieben. Besonders vorteilhaft ist das Kraftfahrzeug mit einem Wasserstoffantrieb ausgestattet, der Brennstoffzellen umfasst, in denen Wasserstoff umgesetzt wird, um elektrischen Strom zum Betreiben eines elektrischen Antriebsmotors zu erzeugen. Das Gas, insbesondere der Wasserstoff, wird in den Gasspeichereinheiten unter hohen Drücken gespeichert. Daher sind die Gasspeichereinheiten, die zum Beispiel als Gasflaschen ausgeführt sind, selbst sehr stabil und starr ausgeführt. Mit der Verbindungshülse wird eine Dichtfunktion zwischen den Gasspeichereinheiten und der gemeinsamen Verbindungsstruktur von einer Befestigungsfunktion entkoppelt. Die Befestigungsfunktion wird vorteilhaft unabhängig von der Dichtfunktion mit Hilfe einer im Folgenden beschriebenen Spannvorrichtung realisiert.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Gasspeichersystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungshülse mindestens ein Steckverbindungsende mit einer Dichtung aufweist. Die Dichtung ist zum Beispiel als O-Ring ausgeführt, der in einer Ringnut an dem Steckverbindungsende angeordnet ist. Die Verbindungshülse kann auch zwei Steckverbindungsenden aufweisen. Durch das Steckverbindungsende wird die Montage der Verbindungshülse vereinfacht.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Gasspeichersystems ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Dichtabschnitt und dem Anschlussende der Gasspeichereinheit ein Spiel vorgesehen ist, das einen Ausgleich von fertigungsbedingten Winkelfehlern zwischen dem Anschlussende und der Anschlussausnehmung der gemeinsamen Verbindungsstruktur ermöglicht. Das ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Gasspeichereinheiten und die gemeinsame Verbindungsstruktur in unterschiedlichen Herstellungsbetrieben hergestellt werden.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Gasspeichersystems ist dadurch gekennzeichnet, dass an dem Anschlussende der Gasspeichereinheit mindestens ein Kraftangriffskörper für eine Spannvorrichtung ausgebildet ist. Die Spannvorrichtung ist gemäß einem Ausführungsbeispiel für Anwendungen mit geringeren Drücken und kleineren Gasspeichereinheiten so oder so ähnlich wie ein bekannter Flaschenhebelverschluss ausgeführt. Bei diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Spannvorrichtung mindestens einen Kniehebelarm, der schwenkbar an der Spannvorrichtung angebracht ist. Über den Kniehebelarm wird im Zusammenwirken mit dem Kraftangriffskörper an der Gasspeichereinheit auf einfache Art und Weise stabiles Verspannen der Gasspeichereinheit relativ zu der gemeinsamen Verbindungsstruktur ermöglicht. Die Spannvorrichtung kann gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel für höhere Drücke und größere Gasspeichereinheiten aber auch bajonettartig ausgeführt sein. Dann ist die Gasspeichereinheit durch Verdrehen bajonettverschlussartig an der gemeinsamen Verbindungsstruktur befestigbar. Zum Befestigen an der gemeinsamen Verbindungsstruktur wird die Gasspeichereinheit nach einem Ansetzen relativ zu der gemeinsamen Verbindungsstruktur verdreht, um ein Verspannen der Gasspeichereinheit relativ zu der gemeinsamen Verbindungsstruktur zu erreichen. Diese Art der Befestigung ist einfach und kostengünstig realisierbar.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Gasspeichersystems ist dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftangriffskörper eine Rastnase aufweist, die in eine Rastausnehmung an der Spannvorrichtung einrastet, wenn die Gasspeichereinheit korrekt montiert ist. So können auf einfache Art und Weise unerwünschte Fehlmontagen vermieden werden.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Gasspeichersystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Spannvorrichtung eine Befestigungsmuffe mit einer Aussparung umfasst, durch welche sich die gemeinsame Verbindungsstruktur hindurch erstreckt. Dabei umgreift die Befestigungsmuffe die gemeinsame Verbindungsstruktur zumindest teilweise. Je nach Ausführung der Befestigungsmuffe wird die gemeinsame Verbindungsstruktur durch die Aussparung in der Befestigungsmuffe hindurch gesteckt oder von einer Seite in die einseitig offene Aussparung der Befestigungsmuffe eingeführt. Durch die Aussparung in der Befestigungsmuffe wird die Montage von mehreren Gasspeichereinheiten, denen jeweils eine Befestigungsmuffe zugeordnet ist, auf oder an der gemeinsamen Verbindungsstruktur vereinfacht.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Gasspeichersystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung als Durchgangsöffnung in der Befestigungsmuffe ausgeführt ist, wobei die Spannvorrichtung einen Stützriegel umfasst, der sich in der Aussparung an der Befestigungsmuffe abstützt und der ein mit einem Gewinde versehenes Durchgangsloch aufweist, in das eine Klemmschraube eingeschraubt ist, die mit einem freien Ende von einer der Gasspeichereinheit abgewandten Seite gegen die gemeinsame Verbindungsstruktur angezogen ist. Mit der Klemmschraube kann die mit Hilfe der vorab beschriebenen Spannvorrichtung vormontierte Gasspeichereinheit stabil an der gemeinsamen Verbindungsstruktur fixiert werden. So wird ein unerwünschtes Lösen der Gasspeichereinheit von der gemeinsamen Verbindungsstruktur im Betrieb eines mit dem Gasspeichersystem ausgestatteten Kraftfahrzeugs sicher verhindert.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Gasspeichersystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung eine einseitig offene U-Form mit einem ersten Schenkel zur Aufnahme des Anschlussendes der Gasspeichereinheit und einem zweiten Schenkel aufweist, der ein mit einem Gewinde versehenes Durchgangsloch aufweist, in das eine Klemmschraube eingeschraubt ist, die mit einem freien Ende von einer der Gasspeichereinheit abgewandten Seite gegen die gemeinsame Verbindungstruktur angezogen ist. Mit der Klemmschraube kann die mit Hilfe der vorab beschriebenen Spannvorrichtung vormontierte Gasspeichereinheit stabil an der gemeinsamen Verbindungsstruktur fixiert werden. So wird ein unerwünschtes Lösen der Gasspeichereinheit von der gemeinsamen Verbindungsstruktur im Betrieb eines mit dem Gasspeichersystem ausgestatteten Kraftfahrzeugs sicher verhindert. Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Gasspeichersystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungshülse mit einem Schraubbolzen kombiniert ist, der an einem ersten Ende zusätzlich zu dem ersten Dichtabschnitt einen Außengewindeabschnitt aufweist, der komplementär zu einem Innengewindeabschnitt im Anschlussende der Gasspeichereinheit ausgeführt ist, wobei der Schraubbolzen an einem zweiten Ende einen Spannkopf aufweist, mit dem die gemeinsame Verbindungsstruktur beim Anziehen des Schraubbolzens gegen das Anschlussende der Gasspeichereinheit verspannt wird, wobei der Schraubbolzen zwischen dem ersten und dem zweiten Ende einen Verbindungsabschnitt mit mindestens einem Fluidkanal umfasst, der die Gasspeichereinheit mit der gemeinsamen Verbindungsstruktur verbindet und der zusätzlich zu dem zweiten Dichtabschnitt einen dritten Dichtabschnitt aufweist. Der dritte Dichtabschnitt dient zusammen mit dem zweiten Dichtabschnitt dazu, den Fluidkanal beziehungsweise eine Schnittstelle zwischen dem Fluidkanal und der gemeinsamen Verbindungsstruktur abzudichten. Die Kombination der Verbindungshülse mit dem Schraubbolzen liefert den Vorteil, dass weniger Teile benötigt werden.

Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Verbindungsstruktur, eine Verbindungshülse, eine Spannvorrichtung, eine Befestigungsmuffe, eine Klemmschraube und/oder einen Schraubbolzen für ein vorab beschriebenes Gasspeichersystem. Die genannten Teile sind separat handelbar.

Die Erfindung betrifft gegebenenfalls auch ein Verfahren zum Montieren eines vorab beschriebenen Gasspeichersystems. Dabei werden vorteilhaft mehrere Gasspeichereinheiten mit jeweils einer Spannvorrichtung, insbesondere einer Befestigungsmuffe, und einer Klemmschraube an einer gemeinsamen Verbindungsstruktur montiert und fixiert.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind.

Kurze Beschreibung der Zeichnung Es zeigen:

Figur 1 ein Gasspeichersystem mit einer Gasspeichereinheit, die mit einem Anschlussende unter Zwischenschaltung einer Verbindungshülse druckdicht an eine Verbindungsstruktur angeschlossen ist, gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel im Schnitt;

Figur 2 eine Explosionsdarstellung des Gasspeichersystems aus Figur 1 mit einer Spannvorrichtung und einer Klemmschraube;

Figur 3 eine Darstellung des montierten Gasspeichersystems aus Figur 2 im Schnitt;

Figur 4 eine perspektivische Darstellung einer Variante des in Figur 3 dargestellten Gasspeichersystems; und

Figur 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Gasspeichersystems, bei dem die Verbindungshülse mit einem Schraubbolzen kombiniert ist, im Schnitt.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In den Figuren 1 bis 5 sind Ausführungsbeispiele eines Gasspeichersystems 1 in verschiedenen Ansichten dargestellt. Bei dem Gasspeichersystem 1 handelt es sich um ein mobiles Druckwasserstoffspeichersystem. Das mobile Druckwasserstoffspeichersystem umfasst, anders als dargestellt, mehrere Gasspeichereinheiten 2, die jeweils mit einem Anschlussende 4 an eine gemeinsame Verbindungsstruktur 5 angeschlossen sind. Bei den Gasspeichereinheiten 2 handelt es sich zum Beispiel um Gasflaschen 3. Die Gasflaschen 3 sind zum Beispiel aus einem Stahlmaterial gebildet.

Das Gasspeichersystem 1 dient in einem Brennstoffzellen-Fahrzeug dazu, Brennstoff in Form von Wasserstoff unter einem hohen Druck bereitzustellen. Über die gemeinsame Verbindungsstruktur 5 sind die Gasspeichereinheiten 2 miteinander verbunden. Die gemeinsame Verbindungsstruktur 5 wird auch als Rail 6 bezeichnet. Bei der Verbindung zwischen der Gasspeichereinheit 2 und der gemeinsamen Verbindungsstruktur 5 wird zum Abdichten eine Verbindungshülse 12 mit einem ersten Dichtabschnitt 13 und einem zweiten Dichtabschnitt 14 verwendet. Die Verbindungshülse 12 hat, wie man in Figur 1 sieht, die Gestalt eines geraden Kreiszylindermantels.

Mit dem ersten Dichtabschnitt 13 ist die Verbindungshülse 12 in dem Anschlussende 4 der Gasspeichereinheit 2 angeordnet. Eine als O-Ring ausgeführte erste Dichtung 15 ist in einer Ringnut in der Verbindungshülse 12 angeordnet und sorgt in dem ersten Dichtabschnitt 13 zur Abdichtung zwischen der Verbindungshülse 12 und dem Anschlussende 4 der Gasflasche 3. Der erste Dichtabschnitt 13 ist an einem in Figur 1 oberen Ende der Verbindungshülse 12 vorgesehen.

Der zweite Dichtabschnitt 14 ist an einem in Figur 1 unteren Ende der Verbindungshülse 12 vorgesehen. Mit dem zweiten Dichtabschnitt 14 ist die Verbindungshülse 12 in einer Anschlussausnehmung 9 des Rails 6 aufgenommen. Von der Anschlussausnehmung 9 geht eine Anschlussleitung 8 aus, die in eine Verbindungsleitung 7 des Rails 6 mündet.

Die Anschlussausnehmung 9 umfasst einen Aufnahmeabschnitt 10, der einen größeren Durchmesser als ein Aufnahmeabschnitt 11 aufweist, der wiederum einen größeren Durchmesser als die Anschlussleitung 8 in dem Rail 6 aufweist. In dem Aufnahmeabschnitt 10 ist das Anschlussende 4 der Gasflasche 3 aufgenommen. In dem Aufnahmeabschnitt 11 ist der zweite Dichtabschnitt 14 der Verbindungshülse 12 aufgenommen.

Zur Abdichtung zwischen dem Rail 6 und der Verbindungshülse 12 ist eine zweite Dichtung 16 in einer Ringnut der Verbindungshülse 12 angeordnet. Durch die gestufte Ausführung der Anschlussausnehmung 9 mit den Aufnahmeabschnitten 10 und 11 sowie der Anschlussleitung 8 werden vorteilhaft Anschläge für das Anschlussende 4 und das in Figur 1 untere Ende der Verbindungshülsel2 in dem Rail 6 geschaffen. Durch die Verbindungshülse 12 mit den zum Beispiel als O-Ringe ausgeführten Dichtungen 15, 16 wird eine druckdichte Abdichtung in der Gasflasche 3 und im Rail 6 bereitgestellt. Die Verbindungshülse 12 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel beidseitig gesteckt. Alternativ kann die Verbindungshülse 12 mit einem Ende mit der Gasflasche 3 oder mit dem Rail 6 form- oder stoffschlüssig verbunden sein.

Die Verbindungshülse 12 mit den Dichtungen 15, 16 liefert den großen Vorteil, dass zwischen der Verbindungshülse 12 und der Gasflasche 3 ein Spiel vorgesehen werden kann. Durch dieses Spiel zwischen der Gasflasche 3 und der Verbindungshülse 12 können Winkelfehler ausgeglichen werden.

Die Befestigung der Gasflasche 3 an dem Rail 6 erfolgt vorteilhaft unabhängig von der Verbindungshülse 12. Die Befestigung der Gasflasche 3 an dem Rail 6 erfolgt zum Beispiel mit einer in Figur 1 nur durch ein Bezugszeichen angedeuteten Spannvorrichtung 20, die an Kraftangriffskörpern 17, 18 angreift, die an der Gasflasche 3 ausgebildet sind. Die Kraftangriffskörper 17, 18 können Teile eines Bundes sein, der am Anschlussende 4 der Gasflasche 3 ausgebildet ist.

In den Figuren 2 und 3 ist gezeigt, wie die Gasflasche 3 mit Hilfe der Spannvorrichtung 20, die in den Figuren 2 und 3 von oben an den Kraftangriffskörpern 17,18 angreift, an dem Rail 6 befestigt wird. Dabei stützt sich die Spannvorrichtung 20 in den Figuren 2 und 3 von unten am Rail 6 ab.

Die Spannvorrichtung 20 umfasst eine Befestigungsmuffe 19 mit einem Stützriegel 27. An ihrem in den Figuren 2 und 3 oberen Ende weist die Befestigungsmuffe 19 radial innen Formschlusskörper 21, 22 auf, die bajonettverschlussartig mit den Kraftangriffskörpern 17, 18 am Anschlussende 4 der Gasflasche 3 Zusammenwirken.

Zum Befestigen der Gasflasche 3 an dem Rail 6 wird die Gasflasche 3 mit dem Anschlussende 4 zum Beispiel in Figur 2 von oben in die Befestigungsmuffe 19 eingeführt und um neunzig Grad verdreht. Durch mindestens eine Rastnase 23 am Anschlussende 4 der Gasflasche 3, die in eine Rastausnehmung 24 an der Befestigungsmuffe 19 einrastet, wird ein fehlerhafter Einbau vorteilhaft vermieden.

Die Befestigungsmuffe 19 umfasst eine Aussparung 25, die in den Figuren 2 und 3 als Durchgangsöffnung 26 für das Rail 6 ausgeführt ist. Vor der Montage der Gasflasche 3 wird das Rail 6 durch die Durchgangsöffnung 26 der Befestigungsmuffe 19 hindurch gesteckt. Vor der Befestigung der Gasflasche 3 an dem Rail 6 wird die Verbindungshülse 12 in das Anschlussende 4 der Gasflasche 3 oder in die Anschlussausnehmung 9 des Rails 6 eingesteckt. Dann wird die Gasflasche 3 mit dem Rail 6 zusammengeführt, wobei die Verbindungshülse 12 ihre Dichtwirkung entfaltet. Anschließend wird der Bajonettverschluss, der mit den Kraftangriffskörpern 17, 18 und den Formschlusskörpern 21, 22 dargestellt wird, geschlossen, bis die Rastnase 23 in die Rastausnehmung 24 einrastet.

Dann kann die Verbindung zwischen der Gasflasche 3 und dem Rail 6 zusätzlich mit einer Klemmschraube 30, die mit dem Stützriegel 27 zusammenwirkt, fixiert werden. Der Stützriegel 27 ist in eine Nut 28 an dem in Figur 2 unteren Ende der Durchgangsöffnung 26 der Befestigungsmuffe 19 eingelegt.

Der Stützriegel 27 umfasst ein mit einem Gewinde versehenes Durchgangsloch 29, durch das die Klemmschraube 30 eingeschraubt wird. In Figur 3 sieht man, wie die Klemmschraube 30 beim Einschrauben in das Durchgangsloch 29 des Stützriegels 27 in Figur 3 von unten gegen das Rail 6 drückt, um die Spannvorrichtung 20 stabil zu fixieren. So wird die Gasflasche 3 sicher am Rail 6 gehalten.

In Figur 4 ist eine Variante zu dem Ausführungsbeispiel der Figuren 2 und 3 gezeigt, wobei die Befestigungsmuffe 19 eine einseitig offene U-förmige Aussparung 31 mit einem ersten Schenkel 32 und einem zweiten Schenkel 33 aufweist. Diese einseitig offene Ausführung liefert den Vorteil, dass die Befestigungsmuffe 19 nachträglich über das Rail 6 geschoben werden kann. So können an einem Rail 6 mehrere Gasflaschen 3 einzeln montiert, insbesondere ausgetauscht, werden, ohne dass alle Gasflaschen 3 demontiert werden müssen. Auch bei den in den Figuren 1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispielen ist ein Tausch der Gasflaschen 3 möglich. Die Befestigungsmuffe 19 ist dann vorteilhaft nicht demontierbar.

Die bajonettverschlussartige Befestigung der Gasflasche 3 an dem ersten Schenkel 32 funktioniert so oder so ähnlich wie bei dem in den Figuren 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied dazu ist der Stützriegel (27 in den Figuren 2 und 3) in den zweiten Schenkel 33 der Befestigungsmuffe 19 integriert. Die Klemmschraube 30 zum Fixieren der Spannvorrichtung 20 funktioniert genauso wie bei dem in den Figuren 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiel.

In Figur 5 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem die Gasflasche 3 von der Rückseite, das heißt von der der Gasflasche 3 abgewandten Seite, des Rails 6 mit Hilfe eines Schraubbolzens 35 verschraubt wird, in den eine Verbindungshülse 34 integriert ist.

Die Verbindungshülse 34 umfasst einen ersten Dichtabschnitt 36 mit einer ersten Dichtung 37, die als O-Ring ausgeführt ist. Der erste Dichtabschnitt 36 mit der ersten Dichtung 37 ist an einem in Figur 5 in dem Anschlussende 4 der Gasflasche 3 befindlichen Ende des Schraubbolzens 35 vorgesehen. Axial benachbart zu dem ersten Dichtabschnitt 36 weist der Schraubbolzen 35 einen Außengewindeabschnitt 32 auf, mit welchem der Schraubbolzen 35 in einen Innengewindeabschnitt 43 im Anschlussende 4 der Gasflasche 3 eingeschraubt ist.

Axial benachbart zu dem Außengewindeabschnitt 42 weist der Schraubbolzen 35 einen zweiten Dichtabschnitt 38 mit einer zweiten Dichtung 39 auf. Zwischen dem zweiten Dichtabschnitt 38 und einem dritten Dichtabschnitt 40 mit einer dritten Dichtung 41 weist der Schraubbolzen 35 einen Verbindungsabschnitt 45 auf. In dem Verbindungsabschnitt 45 umfasst der Schraubbolzen 35 einen Fluidkanal 46, der in dem montierten Rail 6 einen Teil der Verbindungsleitung 7 darstellt. Von dem Fluidkanal 46 erstreckt sich ein Fluidkanal 47 durch den Schraubbolzen 35 in das Innere der Gasflasche 3. An seinem der Gasflasche 3 abgewandten Ende weist der Schraubbolzen 35 einen Spannkopf 44 auf, der sich beim Einschrauben des Schraubbolzens 35 in das Anschlussende 4 der Gasflasche 3 am Rail 6 abstützt.

Bei der Montage wird der Schraubbolzen 35 durch das Rail 6 gesteckt und in die Gasflasche 3 eingeschraubt. Beim Anziehen des Schraubbolzens 35 wird die Gasflasche 3 mit ihrem Anschlussende 4 fest an das Rail 6 gezogen.