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Die
Erfindung betrifft Rohrverbindungsanordnung für ein Antriebsaggregat
eines Fahrzeugs, mit einem ersten Rohr, dessen Endabschnitt in einen korrespondierenden
Endabschnitt eines zweiten Rohres einführbar ist, wobei
ein Flansch des ersten Rohres mit einem Flansch des zweiten Rohres
mittels eines Verbindungsmittels verbindbar ist. Des Weiteren betrifft
die Erfindung ein Brennstoffzellensystem mit wenigstens zwei Modulen,
welche mittels einer Rohrverbindungsanordnung miteinander verbunden
sind.
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Die
EP 1 674 686 A1 beschreibt
eine Rohrverbindungsanordnung eines Abgasstrangs für ein Fahrzeug
mit Verbrennungsmotor. Hierbei weist ein erstes Rohr einen Endabschnitt
auf, welcher in einen korrespondierenden Endabschnitt eines zweiten Rohres
einführbar ist. Eine Außenkontur des einzuführenden
Endabschnitts und eine Innenkontur des korrespondierenden Endabschnitts
sind hierbei konisch ausgebildet. Ein Flansch des ersten Rohres
ist mit einem Flansch des zweiten Rohres mit einer Mehrzahl von
Schrauben verbindbar. Nach dem Verbinden der Flansche durch Anziehen
der Schrauben weist die Rohrverbindungsanordnung aufgrund der konischen
Ausbildung der ineinander eingeführten Endabschnitte eine
hohe Dichtigkeit auf. Die Dichtigkeit der Rohrverbindungsanordnung
ist zusätzlich erhöht durch ein zwischen den Endabschnitten
angeordnetes, in radialer Richtung abdichtendes Dichtelement.
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Als
nachteilig bei einer derartigen Rohrverbindungsanordnung ist der
Umstand anzusehen, dass eine mechanische Belastung der Rohrverbindungsanordnung
zu Undichtigkeiten oder Beschädigungen an von den Endabschnitten
abgewandten Bereichen der Rohre führen kann.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Rohrverbindungsanordnung
der eingangs genannten Art zu schaffen, welche eine verbesserte
Nachgiebigkeit gegenüber mechanischen Belastungen aufweist.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Rohrverbindungsanordnung mit den Merkmalen
des Patentanspruchs 1 gelöst. Des Weiteren wird diese Aufgabe durch
ein Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs
13 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltung mit zweckmäßigen
Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Die
erfindungsgemäße Rohrverbindungsanordnung für
ein Antriebsaggregat eines Fahrzeugs umfasst ein erstes Rohr, dessen
Endabschnitt in einen korrespondierenden Endabschnitt eines zweiten Rohres
einführbar ist. Hierbei sind der Endabschnitt des ersten
Rohres und der korrespondierende Endabschnitt des zweiten Rohres
in axialer Richtung überlappend angeordnet. Ein Flansch
des ersten Rohres ist mit einem Flansch des zweiten Rohres mittels
eines Verbindungsmittels verbindbar, wobei in verbundenem Zustand
der Flansche das erste Rohr und das zweite Rohr relativ zueinander
um eine Rohrachse verdrehbar sind. Im verbundenen Zustand der Flansche
hat das Verbindungsmittel seine Einbaulage erreicht, insbesondere
seine axiale Einbaulage. Handelt es sich bei dem Verbindungsmittel um
einen Bolzen oder eine Schraube, so ist der Bolzen bzw. die Schraube
im verbundenen Zustand angezogen. Als Verbindungsmittel kann anstelle
eines Bolzens oder einer Schraube ein als Klammer oder dergleichen
ausgebildetes Spannmittel vorgesehen sein.
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Eine
derartige Rohrverbindungsanordnung weist eine verbesserte Nachgiebigkeit
gegenüber mechanischen Belastungen auf, da Torsionen der Rohrverbindungsanordnung
infolge der relativen Verdrehbarkeit der Rohre zueinander um die
Rohrachse ausgleichbar sind.
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Der
Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Rohre der Rohrverbindungsanordnung
im Fahrzeug einer Torsion ausgesetzt sein können, wenn mittels
der Rohrverbindungsanordnung verbundene Module oder Komponenten
flexibel aufgehängt sind, beispielsweise um eine Schallentkopplung
der Module bzw. Komponenten zu erreichen. Ebenso können Torsionen
durch eine Verformung des Fahrzeugs im Fahrbetrieb hervorgerufen
sein. Durch die Verdrehbarkeit der Rohre relativ zueinander um die
Rohrachse kann die Rohrverbindungsanordnung einer Torsionsbeanspruchung nachgeben
und die Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung oder einer
Undichtigkeit der Rohrverbindungsanordnung infolge der mechanischen
Belastung ist verringert.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Verbindung sind die Flansche
unter Ausbildung eines Spalts zwischen den Flanschen mittels des
Verbindungsmittels verbindbar. Liegt zwischen den Flanschen der
Spalt vor, so ist eine Torsionsbewegung um die Rohrachse der Flanschverbindung
erleichtert.
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Handelt
es sich bei dem Verbindungsmittel um eine Schraube oder einen Bolzen,
so kann eine das Verbindungsmittel zumindest bereichsweise umgebende
Hülse vorgesehen sein, welche in Richtung der Rohrachse
länger ist als eine Breite eines Flansches in Richtung
der Rohrachse. Dadurch ist beim Verbinden der Flansche miteinander
durch Anziehen der Schraube die die Schraube umgebende Hülse und
nicht der Flansch kraftbeaufschlagt. Der nicht kraftbeaufschlagte
Flansch ist somit besonders leicht gegenüber dem Flansch
des angrenzenden Rohres bewegbar.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das
Verbindungsmittel in verbundenem Zustand der Flansche relativ zu
zumindest einem der Flansche bewegbar. Insbesondere kann das Verbindungsmittel
in eine Drehrichtung um die Rohrachse relativ bewegbar angeordnet
sein. Dadurch ist sicherstellbar, dass das Verbindungsmittel die
Bewegung der Rohre relativ zueinander nicht behindert.
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Zumindest
einer der Flansche kann eine Öffnung zum Aufnehmen des
Verbindungsmittels aufweisen, in welcher das Verbindungsmittel in
verbundenem Zustand der Flansche relativ zu dem Flansch bewegbar
ist. Die Öffnung kann hierbei als das Verbindungsmittel
in radialer Richtung lagegesichert haltende randliche Ausnehmung,
insbesondere jedoch als Langloch, ausgebildet sein. Eine besonders
hohe axiale Stabilität der Rohrverbindungsanordnung ist erreichbar,
wenn nur einer der Flansche die Öffnung aufweist, in welcher
das Verbindungsmittel in verbundenem Zustand der Flansche, also
nach Erreichen der Einbaulage des Verbindungsmittels, relativ zu dem
Flansch bewegbar ist. Durch die Größe und Formgebung
der Öffnung kann die relative Bewegbarkeit der Rohre zueinander
um die Rohrachse begrenzt werden.
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Als
weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn Mittel zum Vermindern
einer Reibung zwischen relativ zueinander bewegbaren Oberflächen
der Flansche vorgesehen sind. Dadurch ist eine Bewegbarkeit der
Rohre relativ zueinander um die Rohrachse insbesondere dann erleichtert,
wenn sich die Flansche in axialer Richtung zumindest bereichsweise
in Anlage befinden.
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Die
Mittel können eine, insbesondere ein Polymer aufweisende,
Beschichtung – beispielsweise aus Polytetrafluorethylen
(PTFE) – und/oder einen Wälzkörper umfassen.
Beschichtungen zeichnen sich durch Wartungsfreiheit aus. Beispielsweise
mittels eines eine Mehrzahl von Wälzkörpern aufweisenden
Wälzlagers kann ein In-Anlage-Bringen der Oberflächen
der Flansche vermieden, und so ein reibungsarmes Bewegen der Oberflächen
der Flansche erreicht werden.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind eine
Außenkontur des Endabschnitts des ersten Rohres und eine
Innenkontur des korrespondierenden Endabschnitts zumindest im Wesentlichen
parallel zu der Rohrachse. Dadurch ist, insbesondere im Vergleich
zu konisch ausgebildeten Endabschnitten, eine erleichterte Relativbeweglichkeit
der Rohre zueinander um die Rohrachse gegeben, da auch bei Kraftbeaufschlagung
der Rohrverbindungsanordnung in axialer Richtung eine Presspassung
der Endabschnitte vermeidbar ist.
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Als
weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn zwischen den Endabschnitten
der Flansche ein beim Verbinden der Flansche zumindest in radialer Richtung
abdichtendes Dichtelement angeordnet ist. Dadurch ist sicherstellbar,
dass auch bei Vorliegen des Spalts zwischen den Flanschen ein Entweichen eines
durch die Rohre sich bewegenden Mediums verhindert ist.
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Ist
in der Rohrverbindungsanordnung ein Einsatz eines Schmierstoffs
ermöglicht, so kann vorgesehen sein, dass das Dichtelement
eine gegenüber einem der Endabschnitte oder gegenüber
beiden Endabschnitten relativ bewegbare Dichtfläche aufweist.
Hierbei kann das Dichtelement in vorteilhafter Weise eine vergleichsweise
geringe Erstreckung in radialer Richtung aufweisen und so ein besonders kompaktes
Ausbilden der Rohrverbindungsanordnung ermöglichen.
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Insbesondere
bei einer Rohrverbindungsanordnung, bei welcher ein Eindringen des
Schmiermittels in das Rohr und somit ein Befördern des Schmiermittels
mit dem Medium vermieden werden soll, weist gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung das Dichtelement
eine jeweilige Dichtfläche auf, welche beim relativen Verdrehen der
Rohre zueinander um die Rohrachse gegenüber dem jeweiligen
Endabschnitt ortsfest ist. Ein derartiges Dichtelement ist in radialer
Richtung ausreichend groß zu dimensionieren um die damit
einhergehende elastische Verformung zu gewährleisten.
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Zum
Verhindern einer axialen Verschiebung des Dichtelements entlang
der Rohrachse kann das Dichtelement bereichsweise in einer Nut aufgenommen
sein, welche in zumindest einem Endabschnitt ausgebildet ist.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die
Rohre aus einem Stahl, insbesondere aus einem Edelstahl gebildet.
Derartige Rohre weisen im Vergleich zu, insbesondere dünnwandigen,
Kunststoffrohren eine besonders hohe Dichtigkeit gegenüber
leichtflüchtigen Medien, beispielsweise gegenüber
Wasserstoffgas, auf.
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Schließlich
hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn die, insbesondere von
einem Brennstoff, beispielsweise von Wasserstoffgas, durchströmbare Rohrverbindungsanordnung
zwischen Modulen eines Brennstoffzellensystems angeordnet ist. Bei
einer derartigen Rohrverbindungsanordnung ist ein Ausgleich von
Torsionen anhand der Verdrehbarkeit der Rohre relativ zueinander
um die Rohrachse besonders wünschenswert, da so eine Beschädigung und
ein Undichtwerden, insbesondere in von den ineinander eingeführten
Endabschnitten entfernten Bereichen der Rohrverbindungsanordnung
verhinderbar ist.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung wird die oben genannte Aufgabe gelöst
durch ein Brennstoffzellensystem mit wenigstens zwei Modulen, welche
mittels einer erfindungsgemäßen Rohrverbindungsanordnung
miteinander verbunden sind. Die für die erfindungsgemäße
Rohrverbindungsanordnung beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen
und Vorteile gelten auch für das erfindungsgemäße
Brennstoffzellensystem.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform sowie
anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 einen
Längsschnitt einer zwei Rohre umfassenden Rohrverbindungsanordnung
entlang einer Rohrmittelachse, wobei die Rohrverbindungsanordnung
Module eines Brennstoffzellensystems miteinander verbindet und von
Wasserstoff durchströmbar ist; und
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2 eine
teilweise geschnittene Ansicht der Rohrverbindungsanordnung gemäß 1 senkrecht
zu der Rohrmittelachse.
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1 zeigt
eine längs einer Rohrmittelachse A geschnittene Rohrverbindungsanordnung 10,
welche zwischen Modulen eines vorliegend nicht gezeigten Brennstoffzellensystems
eines Fahrzeugs angeordnet ist. Hierbei ist ein erstes Rohr 12,
dessen Endabschnitt 14 in einen korrespondierenden Endabschnitt 16 eines
zweiten Rohres 18 einführbar ist, ebenso wie das
zweite Rohr 18 von Wasserstoffgas durchströmbar.
Die Endabschnitte 14, 16 überlappen in
Richtung der Rohrmittelachse A.
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Ein
Flansch 20 des ersten Rohres 12 ist mit einem
Flansch 22 des zweiten Rohres 18 mittels eines
Schraubbolzens 24 verbunden. Der Schraubbolzen 24 ist
im Bereich des zweiten Flansches 22 von einer Hülse 26 umgeben,
welche in Richtung der Rohrmittelachse A länger ist als
eine Breite des Flansches 22 in Richtung der Rohrmittelachse
A. Im verbundenen Zustand der Flansche 20, 22,
wenn also der Schraubbolzen 24 die in 1 gezeigte
Einbaulage erreicht hat, ist die Hülse 26 mit
dem ersten Flansch 20 verspannt. Gleichzeitig ist zwischen
den Flanschen 20, 22 ein Spalt 28 ausgebildet.
In dem ersten Flansch 20 ist ein Gewindeabschnitt 30 des Schraubbolzens 24 in
einem Gewinde 32 des Flansches 20 aufgenommen.
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Demgegenüber
ist der von der Hülse 26 umgebene Schraubbolzen 24 gemeinsam
mit der Hülse 26 in dem zweiten Flansch 22 in
einem Langloch 34 aufgenommen (vgl. 2).
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Dadurch
sind in verbundenem Zustand der Flansche 20, 22 das
erste Rohr 12 und das zweite Rohr 18 relativ zueinander
um die Rohrmittelachse A verdrehbar. Die Rohrverbindungsanordnung 10 ermöglicht
somit einen Ausgleich von Torsionen, so dass Torsionen nicht zu
einer Beschädigung oder einer Undichtigkeit der Rohrverbindungsanordnung 10, insbesondere
in von den Flanschen 20, 22 entfernten Bereichen,
führen.
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Zum
Vermindern einer Reibung zwischen relativ zueinander bewegbaren
Oberflächen der Flansche 20, 22 und/oder
zwischen Flansch (22), Hülse (26), und
Kopf des Schraubbolzens (24) ist in vorliegend nicht näher
gezeigter Art und Weise eine Beschichtung aus Polytetrafluorethylen
(PTFE) vorgesehen. Ergänzend oder alternativ kann zwischen
die Flansche 20, 22 ein Wälzlager mit
Wälzkörpern eingebracht sein.
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Eine
Außenkontur des Endabschnitts 14 des ersten Rohres 12 und
eine Innenkontur des korrespondierenden Endabschnitts 16 sind
vorliegend parallel zu der Rohrmittelachse A ausgerichtet. Zwischen
den Endabschnitten 14, 16 ist ein die Rohrverbindungsanordnung 10 in
radialer Richtung abdichtendes Dichtelement 36 angeordnet.
Das Dichtelement 36 ist vorliegend in einer Nut 38 angeordnet, welche
in dem Endabschnitt 14 des ersten Rohres 12 als
umlaufende Ringnut ausgebildet ist.
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Das
Dichtelement 36 weist jeweilige Dichtflächen auf,
welche beim relativen Verdrehen der Rohre 12, 18 zueinander
um die Rohrmittelachse A gegenüber dem jeweiligen Endabschnitt 14, 16 ortsfest sind.
Eine Relativbewegung der Dichtfläche gegenüber
dem jeweiligen Endabschnitt 14, 16 ist vermieden.
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Die
Rohre 12, 18 sind vorliegend aus einem Edelstahl
gebildet.
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2 zeigt
die Rohrverbindungsanordnung 10 in einer Schnittansicht
senkrecht zu der Rohrmittelachse A, in welcher das zweite Rohr 18 an
einer von dem Flansch 22 entfernten Stelle geschnitten
ist. Aus 2 geht hervor, dass das Langloch 34 sowohl in
radialer Richtung als auch insbesondere in Drehrichtung um die Rohrmittelachse
A größer dimensioniert ist, als eine das Gewinde 32 aufweisende
Bohrung 40 in dem ersten Flansch 20, in welcher
zum Verbinden der Flansche 20, 22 miteinander
der in 2 nicht gezeigte Schraubbolzen 24 einführbar ist.
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- 10
- Rohrverbindungsanordnung
- 12
- erstes
Rohr
- 14
- Endabschnitt
- 16
- korrespondierender
Endabschnitt
- 18
- zweites
Rohr
- 20
- Flansch
- 22
- Flansch
- 24
- Schraubbolzen
- 26
- Hülse
- 28
- Spalt
- 30
- Gewindeabschnitt
- 32
- Gewinde
- 34
- Langloch
- 36
- Dichtelement
- 38
- Nut
- 40
- Bohrung
- A
- Rohrmittelachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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