DE102011115332A1

DE102011115332A1 - Druckgassystem, Handventilanordnung und Handventilkolben mit isochorer, thermischer Isolationszone

Info

Publication number: DE102011115332A1
Application number: DE201110115332
Authority: DE
Inventors: Jens-Uwe Sparschuh
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2010-10-12
Filing date: 2011-10-07
Publication date: 2012-04-12
Anticipated expiration: 2031-10-08
Also published as: US8511334B2; CN102563060B; DE102011115332B4; US20120085464A1; CN102563060A

Abstract

Es sind Handventilkolben, Handventilanordnungen, welche die Handventilkolben umfassen, und Druckgassysteme, welche die Handventilanordnungen umfassen, offenbart. Ein Handventilkolben zum Abdichten einer Druckgasleitung kann einen Kopfabschnitt, einen Dichtungsabschnitt und einen Schaftabschnitt zwischen dem Kopfabschnitt und dem Dichtungsabschnitt umfassen. Wenn sich der Handventilkolben in einer Leitung befindet, ist ein Spalt zwischen einem Sperrkranz des Kopfabschnittes definiert, der zulässt, dass Druckgas in einer isochoren, thermischen Isolationszone benachbart zu dem Schaftabschnitt eingeschlossen wird. Die isochore, thermische Isolationszone schützt in dem Dichtungsabschnitt sitzende Dichtungsringe vor extrem kaltem Druckgas, welches in das Druckgassystem eingeleitet wird. Die Handventilanordnungen umfassen einen Handventilkolben, der mit einem Kopplungskörper gekoppelt ist. Die Druckgassysteme umfassen einen Kraftstoffspeicherbehälter, eine Betankungsöffnung, interne Leitungen und eine Handventilanordnung, die in einer der internen Leitungen angeordnet ist.

Description

Technisches Gebiet
Diese Erfindung betrifft allgemein Druckgassysteme. Im Speziellen betrifft diese Erfindung Handventilanordnungen für die Druckgassysteme und Handventilkolben für die Handventilanordnungen.
Hintergrund
Druckgassysteme sind in zahlreichen Anwendungen anzutreffen. Beispielsweise umfassen mit einem Alternativkraftstoff betriebene Fahrzeuge typischerweise ein Druckgassystem zum Speichern von Druckgasen und Bereitstellen der Druckgase an einen Motor oder eine Brennstoffzelle als Quellen von Bewegungsenergie. Beispiele von Druckgasen, die in mit einem Alternativkraftstoff betriebenen Fahrzeugen verwendet werden, umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf Druck-Erdgas (CNG von compressed natural gas) und Wasserstoff.
Fahrzeugdruckgassysteme umfassen allgemein eine oder mehrere Dichtungen zwischen Komponenten des Systems. Beispiele für solche Dichtungen umfassen nicht nur Schweißnähte und andere dauerhafte Komponentenverbindungen, sondern auch Dichtungsringe wie z. B. O-Ringe. Wenn O-Ringe z. B. aus Kunststoffen oder Gummis hergestellt sind, kann ein wiederholtes Erwärmen und Abkühlen, die Einwirkung hoher Druckunterschiede und die allgemeine Sprödigkeit bei niedrigen Temperaturen die Haltbarkeit der O-Ringe und die Effektivität ihrer Dichtungseigenschaften herabsetzen. Somit ist die Zuverlässigkeit der Druckgassysteme insgesamt teilweise von der Dichtwirkung der Dichtungsringe sowie von dem Vermögen der Dichtungsringe abhängig, harschen Bedingungen wie z. B. hohen Drücken, großen und gelegentlich schnellen Druckänderungen, hohen und niedrigen Temperaturen und schnellen Temperaturänderungen standzuhalten. Als solches umfassen die Herausforderungen für die Optimierung von Druckgassystemen die Bereitstellung von Komponenten und das Ausgestalten der Systeme, um den Einfluss harscher Bedingungen auf die Dichtungen zu minimieren, welche die Tendenz zeigen, die Effektivität oder Lebensdauer der Dichtungen zu verringern.
Die öffentlichen Infrastrukturen zur Versorgung von Druckgassystemen mit Druckgasen in mit einem Alternativkraftstoff betriebenen Fahrzeugen liefern die Druckgase typischerweise bei herabgesetzten Temperaturen wie z. B. –40°C. Als solches können die Druckgassysteme während der Betankungsvorgänge einem erheblichen thermischen Schock ausgesetzt sein. In Umgebungen mit heißem Wetter, wenn die Umgebungstemperaturen +40°C überschreiten können, kann der thermische Schock die Folge einer großen Temperaturdifferenz zwischen dem kalten ankommenden Druckgas und den Umgebungsbedingungen sein. In Umgebungen mit kaltem Wetter, wenn die Temperaturen schon bei nur –40°C liegen können, kann das Starten des Fahrzeuges einen anfänglichen starken Anstieg des Druckes des Systems beinhalten, wenn die Dichtungskomponenten in dem System bereits durch die niedrige Umgebungstemperatur belastet sein können. Es besteht daher fortgesetzter Bedarf an der Entwicklung von Druckgassystemkomponenten, welche die Zuverlässigkeit und Haltbarkeit der Dichtungen in Druckgassystemen verbessern.
Zusammenfassung
Diesen und anderen Bedürfnissen wird durch die in den hierin beschriebenen Beispielausführungsformen im Detail dargelegten Merkmale nachgekommen.
In einer Ausführungsform umfasst ein Handventilkolben einen Kopfabschnitt, einen Schaftabschnitt und einen Dichtungsabschnitt. Der Kopfabschnitt umfasst ein oberes Ende, eine untere Fläche und einen Sperrkranz. Der Sperrkranz ist auf einer äußeren Fläche des Kopfabschnittes zwischen dem oberen Ende und der unteren Fläche definiert. Der Schaftabschnitt ist zwischen dem Kopfabschnitt und dem Dichtungsabschnitt angeordnet, sodass der Schaftabschnitt mit einer oberen Fläche des Dichtungsabschnittes und mit der unteren Fläche des Kopfabschnittes verbunden ist. Der Schaftabschnitt weist eine Schaftabschnittbreite auf, die kleiner ist als die Sperrkranzbreite. Der Dichtungsabschnitt weist eine Dichtungsringnut auf, die in einer äußeren Fläche desselben definiert ist, um zumindest einen Dichtungsring unterzubringen.
Der Handventilkolben kann zum Abdichten einer Druckgasleitung verwendet werden, die durch eine Leitungswand definiert ist und einen Leitungsinnendurchmesser aufweist. Die Breite des Sperrkranzes des Handventilkolbens ist kleiner als der Leitungsinnendurchmesser. Der Handventilkolben ist mit dem Kopfabschnitt zuerst durch eine Leitungsöffnung hindurch in die Druckgasleitung einsetzbar, sodass, wenn der Handventilkolben vollständig in die Druckgasleitung eingesetzt ist und zumindest ein Dichtungsring innerhalb der Dichtungsringnut sitzt, (1) ein Kranzspalt zwischen dem Sperrkranz des Kopfabschnittes und der Leitungswand definiert ist; (2) eine isochore, thermische Isolationszone in der Druckgasleitung zwischen der unteren Fläche des Kopfabschnittes und der oberen Fläche des Dichtungsabschnittes radial nach außen von dem Schaftabschnitt definiert ist; und (3) der zumindest eine Dichtungsring eine fluidtechnische Verbindung zwischen der isochoren, thermischen Isolationszone und der Leitungsöffnung im Wesentlichen verhindert.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst eine Handventilanordnung einen Handventilkolben und einen Kopplungskörper, der mit dem Handventilkolben gekoppelt ist. Der Kopplungskörper kann Kopplungskörpergewinde zum Eingreifen in entsprechende in der Leitungswand definierte Gewinde umfassen. Der Kopplungskörper kann ein einziges Teil oder zwei Teile umfassen. Der Kopplungskörper kann eine Werkzeugöffnung zum Betätigen der Handventilanordnung in eine Druckgasleitung hinein oder aus dieser heraus umfassen.
In einer noch weiteren Ausführungsform umfasst ein Druckgassystem einen Kraftstoffspeicherbehälter, eine Betankungsöffnung, eine Anschlussleitung, eine Druckgasleitung und eine Handventilanordnung gemäß einer oder mehrerer der hierin beschriebenen Ausführungsformen. Die Anschlussleitung steht in fluidtechnischer Verbindung mit zumindest einem von der Betankungsöffnung und dem Kraftstoffspeicherbehälter. Die Druckgasleitung steht in fluidtechnischer Verbindung mit der Anschlussleitung. Die Druckgasleitung weist einen Leitungsinnendurchmesser auf und ist durch eine Leitungswand definiert, welche mechanische Leitungsgewinde umfassen kann. Die Druckgasleitung umfasst eine Leitungsöffnung zu einer äußeren Umgebung mit Umgebungsdruck.
Diese und weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden mit Bezugnahme auf die nachfolgende Beschreibung, die beigefügten Ansprüche und die beiliegenden Zeichnungen besser verständlich.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Wenngleich die Patentbeschreibung mit Ansprüchen abschließt, welche die Erfindung speziell darlegen und eindeutig beanspruchen, ist davon auszugehen, dass die vorliegende Erfindung aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen besser verständlich wird, wobei:
1 eine perspektivische Darstellung eines Handventilkolbens gemäß einer oder mehreren der hierin beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen ist;
2 eine Querschnittsansicht des in 1 gezeigten Handventilkolbens ist, wenn der Handventilkolben vollständig in eine Druckgasleitung eingesetzt ist;
2A eine Ausschnittdarstellung ist, die einen Kranzspalt zeigt, der zwischen einem Sperrkranz und einer Leitungswand definiert ist;
3 eine perspektivische Darstellung mit einem Querschnitt einer Handventilanordnung ist, die einen Handventilkolben gemäß einer oder mehreren der hierin beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen umfasst;
4 eine Querschnitts- und schematische Darstellung eines Druckgassystems ist, das eine Handventilanordnung gemäß einer oder mehreren der hierin beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen umfasst; und
4A eine Ausschnittdarstellung ist, die den Kranzspalt von 4 zeigt, der zwischen dem Sperrkranz und der Leitungswand definiert ist;
Detaillierte Beschreibung
Wenngleich die nachfolgende detaillierte Beschreibung mitunter auf spezielle Ausführungsformen verweist, sollte einzusehen sein, dass es sich bei den speziellen Ausführungsformen nur um nicht einschränkende Beispiele handelt. Die speziellen Ausführungsformen sind so bereitgestellt, dass diese Offenlegung gründlich und vollständig sein wird und Fachleuten sämtliche Aspekte der Ansprüche vollauf erläutern und verdeutlichen wird.
Sofern nicht anders definiert, haben alle hierin verwendeten technischen und wissenschaftlichen Begriffe die gleiche Bedeutung, wie für einen Fachmanne auf dem Gebiet, dem die Erfindung zugehörig ist, allgemein verständlich. Die hierin in der Beschreibung verwendete Terminologie dient nur der Beschreibung spezieller Ausführungsformen und soll nicht einschränkend sein. Wie in der Patentbeschreibung und den beiliegenden Ansprüchen verwendet, sollen die Einzahlformen „ein/e/s” und „der/die/das” auch die Mehrzahlformen umfassen, es sei denn, der Kontext bringt deutlich das Gegenteil zum Ausdruck.
Sofern nicht anders angegeben, sind alle Zahlen, die Mengen oder Messwerte ausdrücken, welche in der Patentbeschreibung und den Ansprüchen verwendet werden, so zu verstehen, dass sie in allen Fällen durch den Ausdruck „etwa” abgewandelt sind. Sofern nicht anders angegeben, sind demgemäß die in der Patentbeschreibung und den Ansprüchen dargestellten numerischen Eigenschaften Annäherungen, die abhängig von den gewünschten Eigenschaften, die in Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschafft werden sollen, variieren können. Dessen ungeachtet, dass die den weitgefassten Schutzumfang der Erfindung darlegenden numerischen Bereiche und Parameter Annäherungen sind, sind die in den spezifischen Beispielen dargelegten numerischen Werte so genau wie möglich angeführt. Ein Fachmann wird einsehen, dass jegliche numerischen Werte naturgemäß gewisse Fehler beinhalten, welche auf die verwendeten Messtechniken zur Ermittlung der Werte zurückzuführen sind.
Sofern nicht anders angeführt, wird, wenn eine erste Maßangabe hierin als ein spezifizierter Prozentsatz einer spezifizierten zweiten Maßangabe bereitgestellt ist, einzusehen sein, dass die erste Maßangabe gleich der spezifizierten zweiten Maßangabe mal dem spezifizierten Prozentsatz dividiert durch 100 ist. Wenn z. B. eine erste Maßangabe als 80% einer zweiten Maßangabe beschrieben ist und die zweite Maßangabe 100 m beträgt, wurde die erste Maßangabe damit als 100 m × 80/100 = 80 m beschrieben. Wenn entweder für den spezifizierten Prozentsatz oder die spezifizierte zweite Maßangabe Bereiche bereitgestellt sind, soll die erste Maßangabe derart zu verstehen sein, dass sie den soweit wie möglich gefassten Bereich einschließt, der von den spezifizierten Werten ableitbar ist. Wenn z. B. eine erste Maßangabe als „von 80% bis 90%” einer zweiten Maßangabe spezifiziert ist, und die zweite Maßangabe als „von 50 m bis 100 m” spezifiziert ist, wurde die erste Maßangabe damit als von 40 m (80% von 50 m) bis 90 m (90% von 100 m) beschrieben, im Wissen, dass die ursprüngliche Einschränkung „von 80% bis 90%” zwangsläufig noch immer für die entsprechenden Werte der ersten Maßangabe und der zweiten Maßangabe zutrifft. Als solche kann die erste Maßangabe in dem obigen Szenario nicht 50 m betragen, wenn die zweite Maßangabe 100 m beträgt. Selbst wenn hier die erste Maßangabe innerhalb des Bereiches von 40 m bis 90 m liegen würde und die zweite Maßangabe innerhalb des Bereiches von 50 m bis 100 m liegen würde, würde die erste Maßangabe von 50 m nicht innerhalb des Bereiches von 80% bis 90% der zweiten Maßangabe von 100 m liegen.
Unter Bezugnahme auf 1 ist eine beispielhafte Ausführungsform eines Handventilkolbens 1 gezeigt. Der Handventilkolben 1 umfasst einen Kopfabschnitt 10, einen Schaftabschnitt 30 und einen Dichtungsabschnitt 40. Der Kopfabschnitt 10 umfasst ein oberes Ende 12, eine untere Kopfabschnittsfläche 14 und einen Sperrkranz 16. Der Sperrkranz 16 ist auf einer Kopfabschnittsaußenfläche 18 zwischen dem oberen Ende 12 und der unteren Kopfabschnittsfläche 14 definiert. Der Sperrkranz 16 weist eine Sperrkranzbreite w₁ auf. Der Handventilkolben 1 kann aus einem beliebigen geeigneten Material gebaut sein, das eine Festigkeit aufweist und eine Kompatibilität mit Druckgasen wie z. B. CNG oder Wasserstoff aufweist. Beispiele von Materialien, die für den Handventilkolben gut geeignet sind, umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf: austenitische Stähle wie z. B. jene nach den DIN-Spezifikationen 1.3952, 1.4433, 1.4435, 1.4438 oder 1.4439, ohne Berücksichtigung von Temperaturbeschränkungen; austenitische Stähle nach den DIN-Spezifikationen 1.4306, 1.4401, 1.4404, 1.4406; 1.4429, 1.4430, 1.4434, 1.4571 mit Temperaturbeschränkungen von –100°C bis +200°C; Aluminium; Aluminiumlegierungen wie z. B. EN AW-5042, EN AW-5049, EN AW-5083, EN AW-5754, EN AW-6060, EN AW-6061 oder EN AW-6082; und Polyetheretherketon (PEEK).
Der Schaftabschnitt 30 des Handventilkolbens 1 ist zwischen dem Kopfabschnitt 10 und dem Dichtungsabschnitt 40 angeordnet, sodass der Schaftabschnitt 30 mit einer oberen Dichtungsabschnittsfläche 46 des Dichtungsabschnittes 40 und mit der unteren Kopfabschnittsfläche 14 verbunden ist. Der Schaftabschnitt 30 weist eine Schaftabschnittbreite w₂ auf, die kleiner ist als die Sperrkranzbreite w₁. Der Dichtungsabschnitt 40 weist eine Dichtungsringnut 42 auf, um zumindest einen Dichtungsring (nicht gezeigt) unterzubringen. Die Dichtungsringnut 42 ist in einer äußeren Dichtungsabschnittsfläche 44 des Dichtungsabschnittes 40 definiert.
In bevorzugten Ausführungsformen, wie in 1 gezeigt, kann der Kopfabschnitt 10 eine Kopfabschnittaufweitung 25 benachbart zu der unteren Kopfabschnittsfläche 14 umfassen. Der Kopfabschnitt 10 kann ferner eine Kopfabschnittkappe 20 benachbart zu dem oberen Ende 12 umfassen. Die Kopfabschnittkappe 20 kann im Wesentlichen zylindrisch sein und eine Kopfabschnittkappenbreite aufweisen, die kleiner ist als die Sperrkranzbreite w₁. Die Kopfabschnittaufweitung 25 kann einen im Wesentlichen trapezförmigen Querschnitt aufweisen, sodass die Breite der Kopfabschnittaufweitung 25 von der Kopfabschnittkappenbreite zu der Sperrkranzbreite w₁ in der Richtung entlang der Kopfabschnittsaußenfläche 18 zu der unteren Kopfabschnittsfläche 14 hin zunimmt. Die exakte Kontur des Kopfabschnittes 10, einschließlich des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins einer Kopfabschnittkappe 20, einer Kopfabschnittaufweitung 25 oder beider, ist nicht kritisch. Dennoch kann die Kopfabschnittaufweitung 25, falls vorhanden, einem Druckgassystem günstige Strömungseigenschaften verleihen, wie nachfolgend beschrieben, beispielsweise durch Beeinflussen der Strömungsmuster in eine isochore, thermische Isolationszone, wie ebenfalls nachfolgend beschrieben.
Unter Bezugnahme auf die 1 und 2 kann der Handventilkolben 1 verwendet werden, um eine Druckgasleitung 140 abzudichten, die durch eine Leitungswand 145 definiert ist und einen Leitungsinnendurchmesser x aufweist. Im Speziellen kann der Handventilkolben 1 mit dem Kopfabschnitt 10 zuerst durch eine Leitungsöffnung 149 hindurch in die Druckgasleitung 140 eingesetzt werden. Wenn der Handventilkolben 1 vollständig in die Druckgasleitung 140 eingesetzt werden soll, sitzt bevorzugt zumindest ein Dichtungsring 50 in der Dichtungsringnut 42 des Dichtungsabschnittes 40. Wie hierin verwendet, bedeutet der Ausdruck „vollständig eingesetzt”, dass der Handventilkolben 1 soweit in die Druckgasleitung 140 eingesetzt ist, dass zumindest die gesamte Dichtungsringnut 42 einschließlich des zumindest einen Dichtungsringes 50, der in der Dichtungsringnut 42 sitzt, innerhalb der Druckgasleitung 140 angeordnet ist.
Der zumindest eine Dichtungsring 50 kann ein beliebiges Material umfassen, das zum Abdichten von Hochdrucksystemen geeignet ist, wobei diese Temperaturen im Bereich von etwa –45°C bis etwa +40°C ausgesetzt sind. Wenn mehr als ein Dichtungsring vorhanden ist, kann jeder Dichtungsring aus dem gleichen Material oder aus anderen Materialien hergestellt sein. Es kann z. B. mehr als ein Dichtungsring verwendet werden, um einen zweiten „Reserve-” Dichtungsring als ausfallsicheren Mechanismus hinter einem ersten Dichtungsring vorzusehen. Beispielsweise ist jeder Dichtungsring bevorzugt mit einem gewünschten Druckgas wie z. B. CNG oder Wasserstoff kompatibel. Die Materialien können auf der Basis ihres TR10-Wertes (d. h. der Temperatur, bei der das Material eine bleibende Druckverformung von 10% zeigt) im Hinblick auf die erwarteten Temperaturspezifikationen für ein Druckgassystem gewählt sein, in welchem der Handventilkolben 1 eingebaut sein soll. Der zumindest eine Dichtungsring 50 kann ein einfacher O-Ring sein oder kann jede beliebige gewünschte Kontur aufweisen. Es wird jedoch einzusehen sein, dass komplexere Dichtungsringstrukturen eine zusätzliche maschinelle Bearbeitung der Leitung erfordern können, die durch den zumindest einen Dichtungsring 50 abgedichtet werden soll. Materialien wie z. B. Polyurethan (PU) können vorteilhaft sein, da Polyurethane einen wünschenswert niedrigen TR10-Wert aufweisen und von ihnen als solches zu erwarten wäre, dass sie bei niedrigen Temperaturen von z. B. bis zu –50°C tief eine höhere Haltbarkeit aufweisen. Dennoch können Polyurethanmaterialien wesentlich kostspieliger sein als beispielsweise alternative elastische Materialien wie z. B. ein Ethylenpropylendienmonomer (EPDM), Fluorelastomere (FKM) und ein Nitril-Butadien-Kautschuk (NBR), ein hydrogenierter Nitril-Butadien-Kautschuk (HNBR), ein Isobutylen-Isopren-Kautschuk (IIR) und ein Chlorbutyl-Kautschuk (CIIR). Elastische Materialien wie diese können typischerweise bis zu etwa –40°C tiefen Temperaturen standhalten.
Wenn der Handventilkolben 1 vollständig in die Druckgasleitung 140 eingesetzt ist und zumindest ein Dichtungsring 50 innerhalb der Dichtungsringnut 42 sitzt, ist ein Kranzspalt 90 zwischen dem Sperrkranz 16 und der Leitungswand 145 definiert. Der Kranzspalt 90 ist in der Ausschnittsdarstellung von 2A weiter veranschaulicht. Außerdem ist eine isochore, thermische Isolationszone 95 in der Druckgasleitung 140 zwischen der unteren Kopfabschnittsfläche 14 und der oberen Dichtungsabschnittsfläche 46 radial nach außen von der äußeren Schaftabschnittsfläche 35 definiert. Der zumindest eine Dichtungsring 50 verhindert im Wesentlichen eine fluidtechnische Verbindung zwischen der isochoren, thermischen Isolationszone 95 und der Leitungsöffnung 149. Wie hierin verwendet, bedeutet die Formulierung „verhindert im Wesentlichen eine fluidtechnische Verbindung”, dass bei normalem und vorgesehenem Gebrauch jede fluidtechnische Verbindung verhindert ist. Dennoch wird vollauf in Erwägung gezogen, dass unter bestimmten Umständen ein vernachlässigbares oder sehr kleines Ausmaß einer unbeabsichtigten fluidtechnischen Verbindung, z. B. um einen nicht optimalen Dichtungsring herum oder über ein Diffusionsphänomen, vorhanden sein kann.
Wie in den 2 und 2A gezeigt, ist eine Kranzspaltbreite w₃ des Kranzspaltes 90 durch die Sperrkranzbreite w₁ des Sperrkranzes 16 definiert.
Die Sperrkranzbreite w₁ ist allgemein kleiner als der Leitungsinnendurchmesser x. Die Sperrkranzbreite w₁ ist bevorzugt kleiner als der Leitungsinnendurchmesser x und macht auch zumindest 80%, zumindest 90%, zumindest 95%, zumindest 99%, zumindest 99,9% oder selbst zumindest 99,99% des Leitungsinnendurchmessers x aus. Alternativ kann die Sperrkranzbreite w₁ 80% bis 99,99%, 90% bis 99,9%, 95% bis 99,9% oder 99% bis 99,99% des Leitungsinnendurchmessers x ausmachen. Als ein illustratives, nicht einschränkendes Beispiel würde, wenn der Leitungsinnendurchmesser x etwa 1 cm (10 mm) beträgt und die Sperrkranzbreite w₁ etwa 80% bis etwa 99,9% des Leitungsinnendurchmessers x ausmacht, die resultierende Breite des Kranzspaltes 90 etwa 0,01 mm bis etwa 2 mm betragen. Es wird einzusehen sein, dass die Druckgasleitung 140 keinen gleichmäßigen Leitungsinnendurchmesser x über ihre gesamte Tiefe aufweisen muss. Es wird als solches einzusehen sein, dass sich das Ausdrücken der Sperrkranzbreite w₁ als ein Bruchteil des Leitungsinnendurchmessers x auf den Leitungsinnendurchmesser x bei einem Querschnitt der Druckgasleitung 140 bezieht, welcher die untere Kopfabschnittsfläche 14 des Handventilkolbens 1 umfasst, wenn der Handventilkolben 1 vollständig in die Druckgasleitung eingesetzt ist.
Wie oben stehend angeführt, ist die Schaftabschnittbreite w₁ kleiner als die Sperrkranzbreite w₁. In bevorzugten Ausführungsformen macht die Schaftabschnittbreite w₂ etwa 10% bis etwa 70%, etwa 20% bis etwa 60%, etwa 30% bis etwa 50% oder etwa 30% bis etwa 40% der Sperrkranzbreite w₁ aus. Die Schaftabschnittbreite w₂ kann allgemein derart gewählt sein, dass sie hinreichend groß ist, um dem Schaftabschnitt 30 eine ausreichende Festigkeit zu verleihen, ohne Bedenken, dass sich der Schaftabschnitt 30 biegen oder brechen kann, wenn der Handventilkolben 1 wiederholt in die Druckgasleitung 140 eingesetzt oder aus dieser entfernt wird. Andererseits kann die Schaftabschnittbreite w₂ derart gewählt sein, dass sie hinreichend klein ist, um das Volumen der isochoren, thermischen Isolationszone 95 zu maximieren, vorausgesetzt, der Schaftabschnitt 30 behält eine ausreichende Festigkeit, um einem Biegen oder Brechen standzuhalten. Zusätzlich zu den Vorteilen, die unten stehend mit Bezug auf eine isochore, thermische Isolationszone im Detail beschrieben werden, verringert das Vorhandensein eines Schaftabschnittes 30, der schmaler ist als andere Teile des Handventilkolbens 1, vorteilhafterweise das Gewicht und die Materialkosten des Handventilkolbens 1 gegenüber den Kosten eines ähnlichen Kolbens mit einer im Wesentlichen gleichmäßigen Breite über seine gesamte Länge.
Eine Schaftabschnittlänge y des Schaftabschnittes 30, wie von der unteren Kopfabschnittsfläche 14 zu der oberen Dichtungsabschnittsfläche 46 gemessen, kann gewählt sein, um die thermischen Eigenschaften der isochoren, thermischen Isolationszone 95 zu optimieren. Im Speziellen kann die isochore, thermische Isolationszone 95 in dieser Weise in Übereinstimmung mit dem Material oder den Materialien, das/die für den zumindest einen Dichtungsring 50 verwendet werden soll/en, maßgeschneidert werden. In beispielhaften Ausführungsformen kann die Schaftabschnittlänge y mit Bezug auf die Sperrkranzbreite w₁ gewählt sein. Das Verhältnis y/w₁ kann z. B. etwa 0,4 bis etwa 1,5, etwa 0,5 bis etwa 1,3, etwa 0,75 bis etwa 1,2, bevorzugt etwa 0,75 bis etwa 1,0 betragen. In bevorzugten Ausführungsformen kann die Schaftabschnittlänge y mit Bezug auf die Differenz w₁ – w₂ zwischen der Sperrkranzbreite w₁ und der Schaftabschnittbreite w₂ gewählt sein. Beispielsweise kann das Verhältnis y/(w₁ – w₂) etwa 0,75 bis etwa 2,0, etwa 1,0 bis etwa 2,0, bevorzugt etwa 1,0 bis etwa 1,5, am stärksten bevorzugt etwa 1,2 bis etwa 1,3 betragen.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf 3 kann der Handventilkolben 1 in weiteren Ausführungsformen als eine Komponente einer Handventilanordnung 2 enthalten sein. Die Handventilanordnung 2 umfasst einen Handventilkolben 1 und einen Kopplungskörper 60, der mit dem Handventilkolben 1 gekoppelt ist. In der Handventilanordnung 2 kann der Handventilkolben 1 jedes beliebige oder alle der Merkmale umfassen, die mit Bezugnahme auf die 1 und 2 oben beschrieben sind. In 3 ist die Dichtungsringnut 42 als den zumindest einen Dichtungsring 50 beherbergend gezeigt.
In der Handventilanordnung 2 können der Handventilkolben 1 und der Kopplungskörper 60 als eine integrale Komponente zusammen gebildet sein oder sie können separate Komponenten sein. Wenn der Handventilkolben 1 und der Kopplungskörper 60 z. B. als mehrere Komponenten gebildet sind, kann der Kopplungskörper 60 ein Greifelement 77 umfassen, das mit einer Haltenut 45 in Eingriff steht, die in der äußeren Dichtungsabschnittsfläche 44 (siehe 1) des Handventilkolbens 1 definiert ist. Ebenso kann der Kopplungskörper 60 als eine einzige Komponente oder als mehrere Komponenten gebildet sein. Der Kopplungskörper 60 kann z. B. einen Einsetzabschnitt 70 und einen Zugangsabschnitt 65 umfassen. In solch einer Ausgestaltung des Kopplungskörpers 60 kann der Einsetzabschnitt 70 gegen den Zugangsabschnitt 65 durch eine Kopplungskörperdichtung 66 abgedichtet sein.
Der Kopplungskörper 60 kann eine Werkzeugöffnung 80 umfassen, die an einem unteren Ende 67 des Kopplungskörpers 60 angeordnet ist. Wenn der Kopplungskörper 60 als mehrere Komponenten gebildet ist, erstreckt sich die Werkzeugöffnung 80 bevorzugt durch zumindest einen Abschnitt einer jeden der mehreren Komponenten hindurch, sodass ein einzelnes Werkzeug in die Werkzeugöffnung eingesetzt und verwendet werden kann, um die Handventilanordnung 2 zu drehen, zu fassen, einzusetzen, festzuziehen, zu locker, zu entfernen oder sonst wie zu handhaben. Wenngleich die in 3 gezeigte Werkzeugöffnung 80 eine Innenöffnung ist, die ein einsetzbares Werkzeug wie z. B. einen Inbusschlüssel (wie gezeigt), einen ähnlichen einsetzbaren Schlüssel mit einer beliebigen gewünschten geometrischen Form, die bekannt oder noch zu erfinden ist, einen Schraubendreher oder ein kundenspezifisches einsetzbares Werkzeug erfordert, wird es ohne weiteres verständlich sein, dass die Werkzeugöffnung 80 alternativ als ein vorstehendes Element (nicht gezeigt) zur Handhabung oder zum Fassen durch ein Werkzeug wie z. B. einen Steckschlüssel, einen Schlüssel oder eine Zange ausgebildet sein kann und dennoch den/die gleiche/n Zweck und Funktion beibehält.
In bevorzugten Ausführungsformen kann der Kopplungskörper 60 Kopplungskörpergewinde 75 umfassen, um mit entsprechenden mechanischen Gewinden in Eingriff zu stehen, die in einem Gewindeabschnitt der Leitungswand definiert sind. Wenn der Kopplungskörper 60 aus mehreren Komponenten gebildet ist, können die Kopplungskörpergewinde 75 auf dem Einsetzabschnitt 70 des Kopplungskörpers 60 angeordnet sein. Wenn Kopplungskörpergewinde 75 vorhanden sind, sind das Greifelement 77 und die Haltenut 45 bevorzugt derart ausgebildet, dass der Kopplungskörper 60 frei um die Längsachse der Handventilanordnung herum gedreht werden kann, ohne den Handventilkolben 1 zu zwingen, sich gleichzeitig zu drehen. In solch einer Ausgestaltung kann die Handventilanordnung 2 in eine Druckgasleitung, die eine Leitungswand mit einem Gewindeabschnitt aufweist, eingesetzt und gesichert werden, indem die Handventilanordnung händisch oder mit einem Werkzeug in Zusammenwirken mit der Werkzeugöffnung 80 gedreht wird. Wenn sich der Kopplungskörper 60 frei dreht, ohne den Handventilkolben 1 zu zwingen, sich gleichzeitig zu drehen, wird der Handventilkolben einfach in die Druckgasleitung hinein getrieben, ohne gedreht zu werden. Dadurch kann ein Reibverschleiß des zumindest einen Dichtungsringes 50, der auf das Scheuern des zumindest einen Dichtungsringes 50 gegen die Leitungswand während der Drehung zurückzuführen ist, minimiert oder eliminiert werden. Wenn der Kopplungskörper 60 sowohl eine Werkzeugöffnung 80, wie oben beschrieben, als auch Kopplungskörpergewinde 75 umfasst, wird die Werkzeugöffnung 80 mechanisch mit den Kopplungskörpergewinden 75 gekoppelt, sodass eine Drehung eines mit der Werkzeugöffnung 80 in Eingriff stehenden Werkzeuges eine Drehung der Kopplungskörpergewinde 75 bewirkt. Zum Beispiel kann die in einer Druckgasleitung 140 angeordnete Handventilanordnung 2 aus der Druckgasleitung 140 entfernt werden, indem ein Werkzeug mit der Werkzeugöffnung 80 in Eingriff gebracht wird und das Werkzeug in eine Entlastungsrichtung gedreht wird.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf 4 kann die oben beschriebene Handventilanordnung 2 in ein Druckgassystem 100 eingebaut sein. Das Druckgassystem 100 kann einen Kraftstoffspeicherbehälter 110, eine Betankungsöffnung 120, eine Anschlussleitung 130, eine Druckgasleitung 140 und eine Handventilanordnung 2 umfassen. Die Druckgasleitung 140 steht in fluidtechnischer Verbindung mit der Anschlussleitung 130. Die Anschlussleitung 130 kann in fluidtechnischer Verbindung mit zumindest einem von der Betankungsöffnung 120 und dem Kraftstoffspeicherbehälter 110 stehen. Die Anschlussleitung 130 kann mit der Betankungsöffnung 120 z. B. über eine Betankungsleitung 125 in fluidtechnischer Verbindung stehen. In ähnlicher Weise kann z. B. die Anschlussleitung 130 mit dem Kraftstoffspeicherbehälter 110 über eine Behälterleitung 115 in fluidtechnischer Verbindung stehen. Es kann/können eine oder mehrere Komponenten des Druckgassystems 100 innerhalb eines Ventilgehäuses 105 angeordnet sein. Das Ventilgehäuse 105 kann mithilfe eines beliebigen praktischen Mittels direkt an dem Kraftstoffspeicherbehälter 110 montiert sein oder kann von dem Kraftstoffspeicherbehälter 110 räumlich getrennt sein, vorausgesetzt, dass in dem letzteren Fall eine fluidtechnische Verbindung zwischen dem Kraftstoffspeicherbehälter 110 und der Behälterleitung 115 hergestellt ist.
Optional kann/können die Betankungsleitung 125, die Behälterleitung 115 oder beide eine/n oder mehrere Strömungsbeeinflussungsvorrichtung/en oder Aktuator/en (nicht gezeigt) zum Starten einer Fluidströmung, Anhalten einer Fluidströmung oder Ändern einer Menge einer Fluidströmung umfassen. Beispielsweise, wie in 4 gezeigt, kann die Behälterleitung 115 ein automatisches Ventil 150 umfassen, das betreibbar ist, um eine fluidtechnische Verbindung zwischen dem Kraftstoffspeicherbehälter 110 und der Anschlussleitung 130 anzuhalten oder zu starten, indem es z. B. in Ansprechen auf Signale von verschiedenen Steuerungseinrichtungen (nicht gezeigt) oder auf eine oder mehrere vorbestimmte physikalische oder thermische Bedingungen in die Anschlussleitung 130 oder aus dieser hinaus bewegt wird. Ein Ende des automatischen Ventils 150 ist in 4 als Teil einer größeren Struktur gezeigt, die hergestellt sein kann, um sich nach oben oder unten in die Richtung der Pfeile zu bewegen. Wie schematisch veranschaulicht, kann die größere Struktur, von der das automatische Ventil 150 ein Endteil ist, eine Verbindungsöffnung 155 umfassen, um das automatische Ventil 150 in fluidischer Verbindung mit einer oder mehreren Vorrichtungen (nicht gezeigt), z. B. einer Brennstoffzelle, einem Einspritzsystem, einem Reformer oder einem Verbrennungsmotor anzuordnen.
Weiterhin Bezug nehmend auf 4 ist die Druckgasleitung 140 durch eine Leitungswand 145 definiert. Zumindest ein Abschnitt der Leitungswand 145 kann Leitungsgewinde 147 oder ein ähnliches Merkmal zum Fixieren der Handventilanordnung 2 innerhalb der Druckgasleitung 140 umfassen. Die Druckgasleitung 140 umfasst eine Leitungsöffnung 149 zu der Außenseite des Ventilgehäuses 105. Wenn somit die Handventilanordnung 2 vollständig in die Druckgasleitung eingesetzt ist, bleibt die Werkzeugöffnung 80 freiliegend, um es einem Techniker zu ermöglichen, die Handventilanordnung 2 zu entfernen, indem er ein geeignetes Werkzeug in die Werkzeugöffnung 80 einsetzt und die Handventilanordnung 2 gegen die Leitungsgewinde 147 an der Leitungswand 145 dreht. Im Speziellen stehen die Leitungsgewinde 147 mit den Kopplungskörpergewinden 75 (siehe 3) in Eingriff, um, abhängig von der Orientierung der Leitungsgewinde 147, sowohl eine Drehrichtung zum Einsetzen als auch eine Drehrichtung zum Entfernen für die die Handventilanordnung 2 zu definieren.
In dem Druckgassystem 100, das in 4 gezeigt ist, kann die Handventilanordnung 2 entfernt werden, um z. B. das Druckgassystem 100 als Ganzes oder Komponenten wie z. B. den Kraftstoffspeicherbehälter 110 zu warten. Insbesondere wenn das automatische Ventil 150 durch ein elektronisches Mittel wie z. B. eine batteriebetriebene Steuereinrichtung gesteuert ist, kann das automatische Ventil 150 unter Umständen nicht schließen oder es kann deaktiviert sein, wenn die Batterie abgeklemmt ist. Als solches kann die Handventilanordnung 2 Gebrauch als eine Druckentlastungsvorrichtung finden, um eine Wartung des Druckgassystems zuzulassen, wenn das automatische Ventil 150 nicht funktionsfähig ist.
Wie oben mit Bezugnahme auf 2 beschrieben, weist die Druckgasleitung 140 einen Leitungsinnendurchmesser x auf. Wie in den 4 und 4A gezeigt, weist in dem Druckgassystem 100 der Sperrkranz 16 des Handventilkolbens 1 der Handventilanordnung 2 eine Sperrkranzbreite w₁ auf, die kleiner ist als der Leitungsinnendurchmesser, um zwischen dem Sperrkranz 16 und der Leitungswand 145 einen Kranzspalt 90 mit einer Kranzspaltbreite w₃ zu definieren. Der Kranzspalt 90 ist typischerweise ziemlich schmal und muss nur hinreichend breit sein, um den Durchgang einer messbaren Menge von Druckgas von der Anschlussleitung 130 in die isochore, thermische Isolationszone 95 hinein zuzulassen. Die Sperrkranzbreite w₁ kann z. B. kleiner als der Leitungsinnendurchmesser x sowie zumindest 80%, zumindest 90%, zumindest 95%, zumindest 99%, oder selbst zumindest 99,9% des Leitungsinnendurchmessers x sein. Alternativ kann die Sperrkranzbreite w₁ 80% bis 99,9%, 90% bis 99,9%, 95% bis 99,9%, oder 99% bis 99,9% des Leitungsinnendurchmessers x betragen. Somit fungiert der Kranzspalt 90 diesbezüglich nicht als ein offener Fluiddurchgang, sondern vielmehr als ein Kanal, der von der Anschlussleitung 130 zu der isochoren, thermischen Isolationszone 95 führt und ein minimales Ausmaß fluidtechnischer Verbindung zwischen der isochoren, thermischen Isolationszone 95 und der Anschlussleitung 130 zulässt.
Wie oben mit Bezugnahme auf 2 ebenfalls beschrieben, weist der Schaftabschnitt 30 des Handventilkolbens 1 der Handventilanordnung 2 eine Schaftabschnittbreite w₂ auf, die kleiner ist als die Sperrkranzbreite w₁. In bevorzugten Ausführungsformen macht die Schaftabschnittbreite w₂ etwa 10% bis etwa 70%, etwa 20% bis etwa 60%, etwa 30% bis etwa 50% oder etwa 30% bis etwa 40% der Sperrkranzbreite w₁ aus. Dadurch ist eine isochore, thermische Isolationszone 95 in der Druckgasleitung 140 zwischen der unteren Kopfabschnittsfläche 14 und der oberen Dichtungsabschnittsfläche 46 radial nach außen von der äußeren Schaftabschnittsfläche 35 definiert. Der zumindest eine Dichtungsring 50 verhindert im Wesentlichen eine fluidtechnische Verbindung zwischen der isochoren, thermischen Isolationszone 95 und der Leitungsöffnung 149 und verhindert als solcher einen Austritt von Druckgas aus dem Druckgassystem 100 in die Außenumgebung. Ohne zu beabsichtigen, durch eine Theorie eingeschränkt zu sein, nimmt man an, dass eine schmale Sperrkranzbreite w₁ außerdem einen Schaden an dem zumindest einen Dichtungsring 50 durch plötzliche Druckanstiege in dem Druckgassystem 100, die am Beginn von Betankungs- und Fahrzeugstartvorgängen auftreten, verhindern kann.
Mit Bezug auf die isochore, thermische Isolationszone 95 wird der Ausdruck „isochor” in Übereinstimmung mit der allgemeinen Bedeutung von „ein konstantes Volumen aufweisend” verwendet. Die isochore, thermische Isolationszone 95 fungiert allgemein als ein thermischer Puffer zwischen der Anschlussleitung 130 und dem zumindest einen Dichtungsring 50, insbesondere, wenn extrem kaltes Druckgas von entweder der Betankungsleitung 125 oder der Behälterleitung 115 in die Anschlussleitung 130 eingeleitet wird. Dieser thermische Puffereffekt der isochoren, thermischen Isolationszone 95 kann weiter vorteilhaft sein, da kostengünstige Dichtungsringmaterialien mit einer geringeren Kältetoleranz anstelle kostspieligerer Materialien mit einer höheren Kältetoleranz verwendet werden können. Ohne zu beabsichtigen, durch irgend eine spezielle Betriebstheorie eingeschränkt zu sein, ist die Funktion der isochoren, thermischen Isolationszone 95 am besten in Anbetracht der Temperaturen und Drücke verständlich, die in verschiedenen Abschnitten des Druckgassystems 100 während Betankungs- und Fahrzeugstartvorgängen vorhanden sind.
Innerhalb des Druckgassystems 100 befindet sich die Betankungsleitung 125 bei einem Betankungsleitungsdruck P₁, der Kraftstoffspeicherbehälter 110 befindet sich bei einem Behälterdruck P₂ und die isochore, thermische Isolationszone 95 befindet sich bei einem Isolationszonendruck P₃. Wenn kein Druckgas in dem Druckgassystem 100 vorhanden ist, gilt P₁ = P₂ = P₃ und jeder Druck ist ungefähr gleich Atmosphärendruck etwa 1 atm). Die Temperatur des Druckgassystems 100 ist ungefähr gleich wie die Umgebungstemperatur der Umgebung außerhalb des Ventilgehäuses 105.
Während eines Betankungsbetriebes kann ein Druckgas wie z. B. Druck-Erdgas oder Wasserstoff durch die Betankungsöffnung 120 und die Betankungsleitung 125 hindurch in das Druckgassystem 100 eingeleitet werden. Das Druckgas kann beim Eintritt in die Betankungsleitung 125 eine Temperatur von –40°C oder weniger aufweisen und kann bei Drücken von mehr als 800 Atmosphären (atm) eingeleitet werden. Um zuzulassen, dass Druckgas während des Betankens in den Kraftstoffspeicherbehälter 110 gelangt, wird das automatische Ventil 150 in eine offene Position gezwungen, wie in 4 gezeigt. Zu Beginn ist der Betankungsleitungsdruck P₁ deutlich höher als der Behälterdruck P₂ und der Isolationszonendruck P₃. Als solches beginnt Druckgas durch die Behälterleitung 115 hindurch in den Kraftstoffspeicherbehälter 110 hinein und auch durch den Kranzspalt 90 hindurch in die isochore, thermische Isolationszone 95 hinein zu strömen. Der Großteil des Druckgases, das in die Betankungsleitung 125 eingeleitet wird, strömt weiter in den Kraftstoffspeicherbehälter 110 hinein, wo es beginnt, den Kraftstoffspeicherbehälter 110 zu füllen und verdichtet zu werden.
Wenngleich die Temperatur des Druckgases in dem Kraftstoffspeicherbehälter 110 zu steigen beginnt, wenn der Kraftstoffspeicherbehälter 110 gefüllt wird, bleibt das durch die Anschlussleitung 130 hindurch strömende Druckgas während des Betankens auf Grund des Vorhandenseins von Druckabfällen in den Leitungen, wie sie z. B. in der Nähe von Kanten, Dichtungen und kleinen Kanälen, die mit in 4 nicht gezeigten Komponenten verbunden sind, verursacht werden können, bei der im Wesentlichen gleichen Temperatur (d. h. bei nur –40°C). Somit könnte, wenn keine isochore, thermische Isolationszone 95 vorhanden wäre, der zumindest eine Dichtungsring 50 konstant sehr niedrigen Temperaturen während des Betankens ausgesetzt sein, die unter Umständen die Lebensdauer des zumindest einen Dichtungsringes 50 verkürzen. Da die isochore, thermische Isolationszone 95 aber ein konstantes Volumen ohne jegliche Druckabfälle aufweist, kann sich der Isolationszonendruck P₃ mit etwa der gleichen Rate an den Betankungsleitungsdruck P₁ angleichen, wie der Behälterdruck P₂ auf den Betankungsleitungsdruck P₁ ansteigt, wenn ein Füllen mit dem Druckgas stattfindet.
Die Wahl einer sehr schmalen Sperrspaltbreite w₃ stellt ferner sicher, dass das Druckgas im Wesentlichen in einer Richtung, in die isochore, thermische Isolationszone 95 hinein und nicht zurück hinaus in die Anschlussleitung 130 strömt. Somit ist die isochore, thermische Isolationszone 95 im Wesentlichen eine bewegungslose, tote Zone ohne Rezirkulation des Druckgases. Die Wahl einer sehr schmalen Sperrspaltbreite w₃ stellt auch sicher, dass der Anstieg des Isolationszonendrucks P₃ relativ langsam stattfindet. Der erwartete Anstieg der Temperatur innerhalb des konstanten Volumens der isochoren, thermischen Isolationszone 95 kann daher durch die kältere Temperatur des in die isochore, thermische Isolationszone 95 eintretenden Druckgases kompensiert werden. Thermische Simulationen der isochoren, thermischen Isolationszone 95, die an einem dem in 4 gezeigten Druckgassystem 100 ähnlichen System durchgeführt wurden, haben gezeigt, dass während eines Betankungsbetriebes die Temperatur der isochoren, thermischen Isolationszone 95 anfänglich geringfügig anstieg, danach aber im Wesentlichen konstant blieb. Es ist von Bedeutung, dass die im Wesentlichen konstante Temperatur in der isochoren, thermischen Isolationszone 95 während des Betankens anzeigte, dass der zumindest eine Dichtungsring vor einer konstanten Einwirkung des sehr kalten, in das Druckgassystem 100 eintretenden Druckgases geschützt war.
Während eines Fahrzeugstartbetriebes fungiert die isochore, thermische Isolationszone 95 in einer ähnlichen Weise, um den zumindest einen Dichtungsring vor einem thermischen Schock zu schützen. In dem Druckgassystem 100 wird unmittelbar vor einem Fahrzeugstartbetrieb die Betankungsöffnung 120 abgedichtet und das automatische Ventil befindet sich in einer geschlossenen Position (unten in 4), die eine fluidtechnische Verbindung zwischen der Behälterleitung 115 und der Anschlussleitung 130 verhindert. Der Betankungsleitungsdruck P₁ und der Isolationszonendruck P₃ zu Beginn des Fahrzeugstartbetriebes sind im Wesentlichen geringere Drücke als der Behälterdruck P₂. Wenn das Fahrzeug gestartet wird, wird das automatische Ventil 150 in die Position angehoben, die in 4 gezeigt ist, um eine fluidtechnische Verbindung zwischen dem Kraftstoffspeicherbehälter 110 und der Verbindungsöffnung 155 und im Spezielleren zwischen dem Kraftstoffspeicherbehälter 110 und einer beliebigen Vorrichtung (nicht gezeigt) wie z. B. einer Brennstoffzelle oder einem Verbrennungsmotor in fluidtechnischer Verbindung mit der Verbindungsöffnung 155 herzustellen.
Wie aus 4 ersichtlich ist, setzt das Öffnen des automatischen Ventils 150 die Anschlussleitung 130 einem sich unter hohem Druck ausdehnenden Druckgas aus dem Kraftstoffspeicherbehälter 110 aus. Die Ausdehnung von Druckgas aus dem Kraftstoffspeicherbehälter 110 hat naturgemäß eine Abnahme der Temperatur des Druckgases zur Folge. Insbesondere wenn die Umgebungstemperatur sehr niedrig ist, z. B. unter –30°C, kann eine weitere Abnahme der Druckgastemperatur während eines Fahrzeugstartbetriebes den zumindest einen Dichtungsring 50 bei Nichtvorhandensein einer isochoren, thermischen Isolationszone 95 in genau derselben Weise beeinträchtigen, wie es kaltes Gas kann, das während eines Betankungsbetriebes in die Betankungsleitung 125 eintritt. Während eines Fahrzeugstartbetriebes lässt es die Ausgestaltung der isochoren, thermischen Isolationszone 95 jedoch zu, dass der Isolationszonendruck P₃ langsam auf den Behälterdruck P₂ ansteigt. Der Anstieg des Isolationszonendrucks P₃ erzeugt einen Anstieg der Temperatur in der Isolationszone, der die sinkende Temperatur des sich aus dem Kraftstoffspeicherbehälter 110 ausdehnenden Druckgases kompensiert. Wie bei dem Betankungsbetrieb bleibt die Temperatur der isochoren, thermischen Isolationszone während des Fahrzeugstartbetriebes im Wesentlichen konstant, um dadurch den zumindest eine Dichtungsring 50 vor übermäßig niedrigen Temperaturen zu schützen und dadurch auch die Lebensdauer des zumindest einen Dichtungsringes 50 zu verlängern.
Es ist wird darauf hingewiesen, dass einer oder mehrere der nachfolgenden Ansprüche den Ausdruck „wobei” als eine Übergangsformulierung verwendet/n. Um die vorliegenden Erfindung zu definieren, wird darauf hingewiesen, dass dieser Ausdruck in den Ansprüchen als eine offene Übergangsformulierung eingeführt wurde, die verwendet wird, um eine Aufzählung einer Reihe von Eigenschaften der Struktur einzuführen, und in gleicher Weise zu verstehen ist, wie der häufiger verwendete offene Präambelausdruck „umfassend”.
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 Nicht-Patentliteratur

DIN-Spezifikationen 1.3952 [0022]
1.4433 [0022]
1.4435 [0022]
1.4438 [0022]
1.4439 [0022]
DIN-Spezifikationen 1.4306 [0022]
1.4401 [0022]
1.4404 [0022]
1.4406 [0022]
1.4429 [0022]
1.4430 [0022]
1.4434 [0022]
1.4571 [0022]
EN AW-5042 [0022]
EN AW-5049 [0022]
EN AW-5083 [0022]
EN AW-5754 [0022]
EN AW-6060 [0022]
EN AW-6061 [0022]
EN AW-6082 [0022]

Claims

Druckgassystem, umfassend einen Kraftstoffspeicherbehälter, eine Betankungsöffnung, eine Anschlussleitung, eine Druckgasleitung und eine Handventilanordnung, wobei: die Anschlussleitung in fluidtechnischer Verbindung mit zumindest einem von der Betankungsöffnung und dem Kraftstoffspeicherbehälter steht; die Druckgasleitung in fluidtechnischer Verbindung mit der Anschlussleitung steht; die Druckgasleitung einen Leitungsinnendurchmesser aufweist und durch eine Leitungswand definiert ist; die Druckgasleitung eine Leitungsöffnung zu einer äußeren Umgebung mit Umgebungsdruck umfasst; wobei die Handventilanordnung umfasst: einen Handventilkolben mit einem Schaftabschnitt, einem Halsabschnitt, einem Dichtungskörperabschnitt und zumindest einem Dichtungsring, wobei: der Kopfabschnitt ein oberes Ende, eine untere Fläche und einen Sperrkranz umfasst, wobei der Sperrkranz auf einer äußeren Fläche des Kopfabschnittes zwischen dem oberen Ende und der unteren Fläche definiert ist; der Sperrkranz eine Sperrkranzbreite aufweist, die kleiner ist als der Leitungsinnendurchmesser; der Schaftabschnitt zwischen dem Kopfabschnitt und dem Dichtungsabschnitt angeordnet ist, sodass der Schaftabschnitt mit einer oberen Fläche des Dichtungsabschnittes und mit der unteren Fläche des Kopfabschnittes verbunden ist; der Schaftabschnitt eine Schaftabschnittbreite aufweist, die kleiner ist als die äußere Kranzbreite; und der Dichtungsabschnitt eine Dichtungsringnut aufweist, die in einer äußeren Fläche desselben definiert ist; und einen Kopplungskörper, der mit dem Handventilkolben gekoppelt ist; wobei zumindest ein Dichtungsring in der Dichtungsringnut des Handventilkolbens sitzt; und die Handventilanordnung innerhalb der Druckgasleitung angeordnet ist, sodass: ein Kranzspalt zwischen dem Sperrkranz des Kopfabschnittes und der Leitungswand definiert ist; eine isochore, thermische Isolationszone in der Druckgasleitung zwischen der unteren Fläche des Kopfabschnittes und der oberen Fläche des Dichtungsabschnittes radial nach außen von dem Schaftabschnitt definiert ist; und wobei der zumindest eine Dichtungsring eine fluidtechnische Verbindung zwischen der isochoren, thermischen Isolationszone und der Leitungsöffnung verhindert.
Druckgassystem nach Anspruch 1, wobei: der Kranzspalt eine Kranzspaltbreite aufweist, die durch die Sperrkranzbreite und den Leitungsinnendurchmesser definiert ist; und die Sperrkranzbreite zumindest 80% des Leitungsinnendurchmessers ausmacht.
Druckgassystem nach Anspruch 2, wobei die Sperrkranzbreite etwa 80% bis 99,9% des Leitungsinnendurchmessers ausmacht.
Druckgassystem nach Anspruch 1, wobei die Schaftabschnittbreite etwa 10% bis etwa 70% der Sperrkranzbreite ausmacht.
Druckgassystem nach Anspruch 1, wobei der Schaftabschnitt eine Schaftabschnittlänge aufweist, sodass das Verhältnis der Schaftabschnittlänge zu der Sperrkranzbreite etwa 0,4 bis etwa 1,5 beträgt.
Druckgassystem nach Anspruch 1, wobei der Schaftabschnitt eine Schaftabschnittlänge aufweist, sodass das Verhältnis der Schaftabschnittlänge zu der Differenz zwischen der Sperrkranzbreite und der Schaftabschnittbreite etwa 0,75 bis etwa 2,0 beträgt.
Druckgassystem nach Anspruch 1, wobei: der Kranzspalt eine Kranzspaltbreite aufweist, die durch die Sperrkranzbreite und den Leitungsinnendurchmesser definiert ist; die Sperrkranzbreite etwa 90% bis 99,99% des Leitungsinnendurchmessers ausmacht; die Schaftabschnittbreite etwa 30% bis etwa 40% der Sperrkranzbreite ausmacht; und der Schaftabschnitt eine Schaftabschnittlänge aufweist, sodass das Verhältnis der Schaftabschnittlänge zu der Differenz zwischen der Sperrkranzbreite und der Schaftabschnittbreite etwa 1,0 bis etwa 1,5 beträgt.
Druckgassystem nach Anspruch 1, wobei: die Leitungswand Leitungsgewinde umfasst; der Kopplungskörper Kopplungskörpergewinde umfasst; und die Kopplungskörpergewinde mit den Leitungsgewinden in Eingriff stehen.
Druckgassystem nach Anspruch 1, wobei der zumindest eine Dichtungsring zumindest einen Polyurethandichtungsring umfasst.
Druckgassystem nach Anspruch 1, wobei der zumindest eine Dichtungsring zumindest zwei Dichtungsringe umfasst, wobei jeder Dichtungsring aus einem Material gebildet ist, das unabhängig aus der Gruppe gewählt ist, die aus einem Ethylen-Propylen-Dien-Monomer, einem Fluorelastomer, einem Nitril-Butadien-Kautschuk und Polyurethan besteht.