机动车用压力容器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种机动车用压力容器(100)，该压力容器具有固定装置(140、140’)。所述固定装置(140、140’)构成为用于将压力容器(100)与机动车的车身(200)连接。固定装置(140、140’)包括：至少一个相对于车身(200)或相对于压力容器(100)可移动的连接销(141、142；141’、142’)；和至少一个紧固机构(143、144；143’、144’)。所述紧固机构(143、144；143’、144’)构成为用于至少暂时夹紧连接销(141、142；141’、142’)。
【专利说明】
机动车用压力容器
技术领域
[0001]在此公开的技术此外涉及一种机动车用压力容器。例如可以涉及其中储存有燃料的低温压力容器或高压气体容器。
【背景技术】
[0002]压力容器有关于如压力容器的内压P或温度T这样的因素而膨胀。出于该原因，压力容器根据固定支承-浮动支承原理接合到车身上。由现有技术已知具有压力容器膨胀补偿的支承装置，在所述支承装置中，压力容器沿径向R和沿压力容器纵轴线A-A的方向的膨胀通过多个单独的机构进行补偿。这些实施方案相对耗费并且因此成本密集。此外，这些实施方案需要相对大的结构空间。这些实施方案另外不能将所有的力和力矩从压力容器的一端传递到压力容器的另一端。例如已知的解决方案对设置于机动车的中央通道中的压力容器来说不能将沿行驶方向X的力无间隙地(spielfrei)传递。此外，不能将围绕车辆横轴线y和车辆竖轴线z的力矩无间隙地传递。
【发明内容】
[0003]在此公开的技术的任务在于，减小或消除已知解决方案的缺点。另外的任务由在此公开的技术的有利效果产生。所述任务通过权利要求1的技术方案解决。从属的方面构成优选的设计方案。
[0004]在此公开的技术涉及一种用于储存机动车用燃料的压力容器。这样的压力容器例如可以是低温压力容器或高压气体容器。压力容器可以用在机动车中，该机动车例如以压缩天然气(经常称为Compressed Natural Gas(CNG))或者以氢气运行(燃料电池电动车)。低温压力容器可以储存优选在液体或超临界物态下的燃料。所述燃料例如可以在大约30K至360K的温度下储存在低温压力容器中。高压气体容器优选构成为用于将燃料持久地在超过大约350巴、此外优选超过大约500巴并且特别优选超过大约700巴的压力下储存。
[0005]压力容器包括固定装置，该固定装置构成为用于将压力容器在压力容器的一侧与机动车车身连接。在此，可将机动车的其上可固定压力容器的各种适合的结构视为车身的一部分。机动车的所述至少一个压力容器例如可以设置在中央通道中。然而压力容器此外也可以安置在别的位置上、例如安置在后座椅之下。
[0006]固定装置可以在压力容器的一侧或者说一端具有至少两个连接销，所述连接销可以分别与压力容器在一个压力容器连接区域中特别是刚性连接。所述至少两个连接销可以从压力容器的外表面远离延伸。连接销也可以称为连接杆或连接栓。连接销优选构成为刚性的或者相对于压力容器或相对于车身不可运动。
[0007]所述至少两个固定销可以分别在一个支承件中被引导或容纳。特别优选的是，支承件或者说引导装置适于在固定销与支承件或者说引导装置之间能实现相对移动。此外优选的是，支承件可以是如也在此公开的紧固机构那样的紧固机构。
[0008]各一个连接销可以与一个支承件在一个连接点V处连接。
[0009]另外，作为前述设计方案的备选方案，固定装置也可以在压力容器的一侧或者说一端具有如下的至少两个支承件，所述支承件分别与压力容器在一个压力容器连接区域中连接并且从压力容器的外表面远离延伸。该方面是前述方面的在运动学上的颠倒。代替在车身侧设置支承件，也可以在压力容器侧设置支承件。所述至少两个连接销于是设置在车身侧并且与该车身连接。也可以是(支承件和连接销的)组合与压力容器连接。
[0010]压力容器可以在这些压力容器连接区域中分别具有膨胀E或者沿该方向E膨胀。
[0011]连接销和支承件可以在连接点V处至少在部分区域上如此成形和设置，使得所述膨胀E通过支承件和/或连接销的具有仅一个平移自由度的运动在运动学上被引导。优选的是，膨胀E在压力容器连接区域B中由此至少部分地被补偿。换言之，膨胀E引起与之刚性连接的部件(支承件或连接销)的运动。然而该部件具有这样的形状，使得该部件可以如此跟随膨胀E的运动，以致通过膨胀E本身并没有附加力和/或力矩或仅很少的附加力和/或力矩在连接点V处传递到固定装置的另外的部件(对应的连接销或支承件)上。
[0012]支承件和/或连接销的具有仅一个平移自由度的运动意为:在平移运动时在空间中所述运动的坐标x、y和z相互依赖并且不可以相互独立地变化。所述仅一个平移自由度可以是沿直线或弯曲轨迹的运动。该轨迹的精确走向由容器几何结构、该容器的膨胀行为以及支承件/连接销的布置结构得出。
[0013]所有其它的自由度在这里公开的技术中是受约束的。由此能够无间隙地传递相比于在已知解决方案中更多的沿车辆轴线的力或力矩分量。此外，可简单地实现用于压力容器的这样的悬挂装置或者说固定装置。优选的是，在每个压力容器侧设有四个连接销。
[0014]—种特定情况在于压力容器连接区域B的线性或直线膨胀E。在线性膨胀E(在所述线性膨胀时，角度α因此对于所有膨胀状态都保持不变)的该特定情况下，连接销于是至少在部分区域上是直线的，并且于是不变的膨胀方向E可以优选至少在部分区域上与连接销的和/或支承件的纵轴线共线。由于膨胀Ε、亦即例如由压力容器内压或温度变化引起的膨胀平行于连接销的纵轴线，因而对于每个悬挂点在连接点V处仅发生线性运动。因此可以使用特别简单构成的部件。
[0015]膨胀E可以与连接销的或支承件的轴线共线地延伸或略微错开。如果连接销或支承件的纵轴线相比于膨胀E(例如以向外的偏置)错开地设置，那么通过这样的结构也许可以更好地传递可能的力矩。以下主要探讨膨胀E和支承件/连接销的纵轴线的平行布置结构的特殊情况。然而公开的技术似乎可用于具有仅一个沿弯曲轨迹的自由度的平移运动。
[0016]所述至少两个连接销和/或所述至少两个支承件可以相互成角度地设置。如果连接销和/或所述至少两个支承件相互成角度地设置，亦即彼此不平行，那么可以传递另外的力和力矩。如果连接销和/或支承件平行设置，那么不能无间隙地传递沿共线的轴线(例如压力容器纵轴线)方向的力。
[0017]所述至少两个连接销和/或所述至少两个支承件的纵轴线可以相互以角度β设置，该角度在2°至178°之间、优选在5°至90°之间并且特别优选在10°至50°之间。在所述角度范围内，根据压力容器的设计方案可能存在由压力容器应力产生的膨胀Ε。所产生的膨胀E能够在前期已经通过模拟和试验良好地预测。
[0018]所述至少两个固定销和/或所述至少两个支承件的纵轴线优选与压力容器纵轴线A-A成角度地、亦即不平行地设置。于是消除了沿压力容器纵轴线A-A的自由度。所述至少两个固定销和/或所述至少两个支承件的纵轴线可以与压力容器纵轴线A-A成角度α地设置，该角度在2°至178°之间、优选在5°至90°之间并且特别优选在10°至50°之间。如果压力容器例如安装在中央通道中，那么可以传递沿车辆纵向的力。该任务在如今常见的车辆结构工程方面由纵梁承担。如果现在储存箱部分地承担该任务，那么可以减小车辆质量和/或提高车辆刚性。
[0019]支承件可以构成为球窝关节。特别是作为如下球窝关节，固定销被可移动地容纳在所述球窝关节中并且这些球窝关节另外允许相应固定销的转动，类似于例如由在拖拉机的上导杆中的球窝关节已知的那样。因此，由支承件和连接销构成的支承装置除了仅一个平移自由度之外同样具有至少一个、优选多个旋转自由度。
[0020]在压力容器的每一侧都可以设有在此公开的固定装置。该固定装置可以优选具有四个连接销和四个支承件，这四个连接销和四个支承件符合目的地围绕主体(Boss)同中心地设置。因此，主体本身对于可能的供给线路来说可良好地接近。
[0021 ]存在通过压力容器结构进一步改善或主动改变车身刚性的需求。
[0022]这另外通过这样一种机动车用压力容器来实现，该压力容器具有固定装置，其中，固定装置构成为用于将压力容器与机动车车身连接。所述固定装置在此可以具有至少一个相对于车身或相对于压力容器可移动的连接销。所述连接销例如可以与压力容器或与车身连接、优选刚性连接。特别是连接销可以是所述至少两个前述连接销之中的一个连接销。
[0023]在此公开的技术此外包含至少一个这样的紧固机构，所述紧固机构可以与车身或与压力容器连接(亦即与连接销相反;也就是说，如果紧固机构与车身连接，那么连接销与压力容器连接，并且反之亦然)。紧固机构可以构成为用于至少暂时夹紧而在其它时刻松开连接销。因此，该紧固机构是可松开的紧固机构。紧固机构优选刚性地或不可运动地与车身或与压力容器连接。紧固机构可以构成为用于当控制装置发送相应控制信号时至少暂时夹紧连接销。如果其余的沿连接销或支承件的纵轴线方向的自由度也被锁定，那么车身被额外地加固。同时，通过该可调节的紧固机构可以补偿可能的膨胀，所述膨胀例如可能由压力容器的压力变化或温度变化产生。
[0024]特别优选的是，连接销在紧固机构中被引导。优选紧固机构同时是用于连接销的引导装置或者说支承装置。换言之，紧固机构优选可以构成前述的支承件。紧固机构优选平行于连接销设置。优选在压力容器的每一侧设有至少两个、特别优选四个紧固机构或者说支承件或者说引导装置。
[0025]紧固机构可以构成为用于当机动车经受大于第一极限值的动态要求时夹紧连接销。因此，例如可以在高动态要求的情况下额外加固机动车。提高的动态要求例如可以由路面状况和车辆驾驶员行驶风格产生。动态要求例如可以由动态稳定控制系统(DSC)的测量值确定。为此可以使用本就已经安装的传感器(转速传感器、横向加速度传感器等)。
[0026]紧固机构可以构成为用于当机动车经受小于第一极限值的动态要求时、例如当机动车静止时不夹紧连接销。如果在该状态下不夹紧连接销，那么又可以消除可能的固有应力，该固有应力由压力容器的内压或温度变化引起。这可能在静止状态下在没有附加的移动促动器的情况下发生。此外，已知的动态影响不使调节出错。
[0027]紧固机构可以构成为用于当填充压力容器时不夹紧连接销。当填充车辆时，容器的膨胀显著变化。如果紧固机构夹紧连接销，那么可能会将不希望的甚至可能有害的负荷传递到车身上。
[0028]特别优选的是，紧固机构通过至少一个压电元件紧固。特别是所述至少一个压电元件和紧固机构可以构成为，使得当不在该压电元件上施加电压时，紧固机构禁止连接销的移动。这样的元件可以特别快速、有利且精确地禁止连接销的移动。
[0029]紧固机构可以构成为机电或液压促动器。特别是这样，S卩，通过控制信号，机电或液压促动器可以至少暂时夹紧连接销以及可以在其它时刻松开连接销。
[0030]除了紧固机构仅禁止移动的一种设计方案之外，也可以设有促动器，该促动器主动调节或移动连接销。因此，可以主动影响车身的固有应力或刚性。根据车辆驾驶员所预选的行驶模式，车身于是更硬或更软。优选的是，该机电促动器可以由至少一个压电元件驱动。
[0031]在一种特别优选的设计方案中，机电促动器是尺蠖电机。尺蠖电机是这样的压电促动器，该压电促动器在其内部可以按纳米精度来运动或促动杆、在此为固定销。为此，所述机电促动器具有两个沿轴向通过压电元件相互间隔开的抓取区域，所述抓取区域可以交替地并且短时重叠地牢靠抓取固定销。在抓取之后，压电元件改变其长度，从而移动固定销。借助于该尺蠖电机也可以在大的力的情况下非常精确地并且以持续的力锁合促动连接销。此外可以同时测量机械应力。因此涉及主动牵杆，该主动牵杆可以积极地影响车辆特性。尺蠖电机的另一优点在于，在每个时刻都可以产生力锁合。
[0032]在此公开的技术还涉及一种机动车，该机动车具有在此示出的压力容器并且具有至少一个控制装置。该控制装置可以构成为用于当紧固机构的运行参数位于运行参数极限值之上时松开连接销。运行参数例如可以是促动器(例如压电元件、尺蠖电机)的电压。该电压可以代表压力储存箱或压力储存箱的悬挂装置所经受的机械应力。因此，根据机械应力于是可以由控制装置决定，松开还是夹紧所述至少一个连接销。这样的调节系统可以特别简单且精确地实现。
[0033]此外，控制装置可以构成为用于当识别到事故时松开所述至少一个连接销。事故例如可以根据车辆的另外的探测系统识别。这样的探测系统是已知的并且例如用于安全气囊。如果所述至少一个连接销在事故期间不通过紧固机构夹紧，那么该连接销在事故事件期间被更少地机械加载。压力容器上的损坏程度因此可以至少减小。
【附图说明】
[0034]现在根据附图阐明在此公开的技术:图1至3示意地示出在此公开的技术的设计方案。
【具体实施方式】
[0035]在图1中示出压力容器100，该压力容器在此沿车辆纵向X安装在车辆中、例如安装在中央通道中。压力容器100包括内衬110和纤维加强的层120。在压力容器的两侧或者说两端、亦即在极冠上设有固定装置140、140’，所述固定装置将压力容器100与车身的相应连接点、例如相邻于前桥支座和后桥支座的相应横梁连接。固定装置140可以直接或间接与车身连接。在图1中，在每一侧分别示出两个固定装置140。特别优选的是，在压力容器100的每一端设有四个固定装置140。所述固定装置140在此包括连接销141、142; 141’、142，和支承件143、144;143，、144，，所述连接销141、142; 141’、142’在所述支承件中被可移动地引导。固定装置140、140，的支承件143、144; 143，、144，和连接销141、142; 141’、142，在此构成为共线。所述支承件和连接销两者都与压力容器纵轴线A-A成角度α地延伸。支承件143、144;143 ’、144 ’固定或刚性地与车身200直接或间接连接。连接销141、142; 141’、142 ’在此与压力容器100在压力容器连接区域B中连接。在此，连接销141、142; 141’、142’被引导穿过纤维加强的层120。但是也可想到用于将连接销141、142; 141’、142’固定在压力容器100上的其它固定可能性。双箭头E表示在压力容器连接区域B中的压力容器膨胀。该膨胀或者说膨胀方向E是压力容器100对变化的运行状态、主要是对压力容器100的变化的内压P的反应。支承件143、144; 143，、144，和连接销141、142; 141，、142，平行于膨胀E设置。如果压力容器100基于内压变化而膨胀(或者收缩)，那么该运动可以被共线设置的固定装置140、140’吸纳。固定装置140、140’基于其具有仅一个自由度的构成方式和布置结构足以应付沿连接销纵轴线的移动。运动可能性因此被大幅限制。
[0036]固定装置140、140’的纵轴线相互间以角度β或者说成角度地设置。基于这两个固定装置140、140’也与压力容器100刚性连接的事实，虽然提供对压力容器膨胀的补偿，然而禁止压力容器100整体上沿固定装置140、140’的纵轴线的平移运动。因此，压力容器100的所有运动可能性被固定装置140、140’禁止。换言之，压力容器100可以利用在此公开的固定装置140、140’补偿由内压引起的膨胀并同时无间隙或尽可能无间隙地传递沿所有方向的力和力矩。具有在此公开的固定装置140、140’的压力容器100因此于是可以将力和力矩由接近前桥的一个区域传递到接近后桥的一个区域或反之亦然。特别是在此公开的固定装置140、140 ’比较简单和节省空间地构成。在一侧的固定装置140、140 ’在此对称地设置。但是这也不必一定是这种情况。例如，左侧的两个固定装置140也可以具有不同的角度α(参见图3)。优选的是，固定装置140、140’同中心地并且与主体略微间隔开地设置。
[0037]图2示出基本上与图1的压力容器相同的压力容器100。因此仅仅讨论区别。支承件143、144; 143’、144’在此构成为球窝关节，连接销141、142; 141’、142’可移动地设置在所述球窝关节中。球窝关节能实现连接销141、142;141’、142’围绕球窝关节中点的转动运动可能性。所述球窝关节改善了连接销141、14 2; 141’、14 2 ’的可移动性。然而因为连接销141、142; 141’、142’在其另一端上被夹紧，所以固定装置140、140’继续能够(尽可能)无间隙地传递力和力矩。
[0038]图3示出基本上与图1和2的压力容器相同的压力容器100。因此仅仅阐明区别。如在压力容器100的左端所示的那样，支承件143、144; 143’、144’和连接销141、142; 141’、142’的布置结构也可以互换。亦即支承件143、144; 143’、144’也可以夹紧在压力容器100上，而连接销141、142; 141’、142’也可以与车身200连接。在该设计方案中也可以设有球窝关节。自然也可想到在压力容器100的一端由固定装置140、140’的不同设置的部件143、144; 143’、144’ ； 141、142; 141’、142’形成的组合，如在图3中在右端所示的那样。这两端在此对称地构成。在左端简化地省去一些附图标记。
[0039]在图1至3中，可以设有支承件143、144;143’、144’，和/或除了支承件143、144;143’、144’之外也可以设有紧固机构143、144;143’、144’。优选的是，紧固机构143、144;143’、144’引导连接销141、142;141’、142’。紧固机构143、144;143’、144’或者说紧固元件构成为用于至少暂时夹紧连接销141、142;141’、142’。为此，固定装置140、140’不必一定相互成角度地延伸。所述固定装置也可以相互平行地延伸。在此公开的技术的该方面因此独立于固定装置140、140’的布置结构。紧固机构143、144; 143’、144’因此能够选择性地释放或锁止至少一个自由度、特别是沿固定装置纵轴线的可移动性。因此实现了车身的可变化的刚性，该刚性例如可根据动态要求进行调节。如果车辆驾驶员切换到运动模式，那么车辆可以借助于紧固机构143、144;143’、144’紧固连接销141、142;141’、142’，从而力和力矩可以(更好地)通过压力容器100传递。同时能实现选择性地紧固，使得在车辆中不出现不希望的固有应力的情况下能补偿可能的与内压有关的压力容器变形。在一种简单的设计方案中，紧固机构143、144； 143，、144’仅可以夹紧和释放连接销141、142 ； 141，、142，。
[0040]在另一设计方案中，连接销141、142;141’、142’被机电促动器主动移动。在一种这样的设计方案中，可以通过用作主动牵杆的压力容器100随时精确调节车身刚性。特别是压电元件和尺蠖电机适于以要求的精度施加对于移动来说可能大的力。
[0041]固定装置140、140’的支承件 143、144; 143’、144’和连接销 141、142; 141’、142’在图1至3中共线并且直线地构成。然而这不必一定如此。同样可想到的是，连接销141、142;141’、142’在支承件143、144; 143’、144’与压力容器连接区域B之间的区域中具有S形走向，而连接销141、142; 141’、142’的容纳在支承件143、144; 143’、144’中的部段平行于膨胀E的轴线延伸。这样的偏置可能有利于将更大的力矩由车身传递到压力容器。同样，膨胀E可以不是直线地、而是曲线地延伸。连接销141、142; 141，、142，和/或支承件143、144; 143，、144，于是在连接点V处如此成形，使得所述连接销通过具有一个自由度的平移运动引导该弯曲的膨胀E。
[0042]只要部件:固定装置、连接销、支承件等在此被以单数列举，那么同时应该一起公开了它们的复数。此外，在此公开的技术也包括一种机动车，该机动车具有在此公开的压力容器之中的至少一个压力容器并且具有用于控制压力容器并且可能用于控制紧固机构的控制装置。
[0043]本发明的前述描述仅用于解释性目的而并不是为了对本发明进行限制。在本发明的范围内，不同的变化和改型是可能的，而不脱离本发明的范围及其等同物。关于固定装置140、140’相对于压力容器100的空间布置结构的所述方面独立于关于紧固机构143、144;143’、144’的所述方面。两者的方面因此也可以相互独立地被要求保护。然而优选的是，以组合的方式对这两者的方面加以应用。
【主权项】
1.机动车用压力容器(100)，具有固定装置(140、140’)，其中，所述固定装置(140、140’)构成为用于将所述压力容器(100)与机动车的车身(200)连接，其中，所述固定装置(140、140，)具有: -至少一个相对于所述车身(200)或相对于压力容器(100)可移动的连接销(141、142;141，、142，)，和 -至少一个紧固机构(143、144;143’、144’)，该紧固机构构成为用于至少暂时夹紧所述连接销(141、142; 141’、142’)。2.根据权利要求1所述的压力容器(100)，其中，连接销(141、142; 141’、142 ’)在紧固机构(143、144; 143’、144，)中被引导。3.根据权利要求1或2所述的压力容器(100)，其中，紧固机构(143、144;143’、144’)构成为用于当机动车经受大于第一极限值的动态要求时夹紧连接销(141、142;141’、142’)；和/或紧固机构(143、144;143’、144’)构成为用于当机动车经受小于第一极限值的动态要求时、例如当机动车静止时不夹紧连接销(141、142; 141’、142’)。4.根据上述权利要求之一所述的压力容器(100)，其中，紧固机构(143、144;143’、144’)构成为用于当填充压力容器(100)时不夹紧连接销(141、142; 141’、142’)。5.根据上述权利要求之一所述的压力容器(100)，其中，紧固机构(143、144;143’、144’)通过至少一个促动器、例如至少一个压电元件促动。6.根据权利要求5所述的压力容器(100)，其中，所述至少一个压电元件和紧固机构(143、144; 143’、144’)构成为，使得当不在该压电元件上施加电压时，紧固机构(143、144;143’、144’)禁止连接销(141、142;141’、142’)的移动。7.根据上述权利要求之一所述的压力容器(100)，其中，紧固机构(143、144;143’、144’)构成为机电促动器。8.根据权利要求7所述的压力容器(100)，其中，所述机电促动器由至少一个压电元件驱动。9.根据权利要求7或8所述的压力容器(100)，其中，所述机电促动器是尺蠖电机。10.机动车，具有根据上述权利要求之一所述的压力容器(100)和至少一个控制装置，其中，该控制装置构成为用于当紧固机构的运行参数位于运行参数极限值之上时松开所述至少一个连接销(141、142; 141’、142’)。11.具有根据上述权利要求1至9之一所述的压力容器(100)和至少一个控制装置的机动车或者根据权利要求10所述的机动车，其中，该控制装置构成为用于当识别到事故时松开所述至少一个连接销(141、142; 141’、142 ’)。
【文档编号】B60K15/07GK105984331SQ201610152556
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2016年3月17日
【发明人】H-U·斯塔尔
【申请人】宝马股份公司