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TECHNISCHES GEBIET
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Die Beschreibung betrifft allgemein Dichtungsbaugruppen und insbesondere Dichtungsbaugruppen für Behälter für unter Druck stehende Fluide.
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HINTERGRUND
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Druckbehälter zum Speichern von Fluiden umfassen typischerweise eine Druckkammer, die das unter Druck stehende Fluid enthält, und eine Dichtungsbaugruppe, die die Druckkammer gegenüber der Außenumgebung abdichtet. Die Dichtungsbaugruppe kann mit einem Ventil oder einer anderen Vorrichtung verbunden sein, das/die eine gesteuerte Freisetzung des komprimierten Fluids aus der Druckkammer sowie ein gesteuertes Einleiten eines komprimierten Fluids in die Druckkammer erlaubt. Insbesondere wenn die Druckbehälter zum Speichern von Wasserstoffgas verwendet werden, sind geeignete Materialien zur Verwendung in dem Druckbehälter oder dessen Dichtungsbaugruppe auf Materialien beschränkt, die mit Wasserstoffgas kompatibel sind. Obwohl es zum Beispiel aufgrund seines niedrigen Gewichts vorteilhaft ist, wird Aluminium bekanntermaßen bei Einwirken von Wasserstoffgas durch Hydridausbildung geschwächt oder brüchig und ist daher für den Einsatz bei Wasserstoffanwendungen als Ersatz für schwerere, teurerere Metalle wie Titan im Allgemeinen unbrauchbar.
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Im Hinblick auf das Vorstehende besteht nach wie vor Bedarf nach Druckbehältern und Dichtungsbaugruppen, die andere Materialien umfassen.
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DE 11 2006 003 013 B4 offenbart eine Dichtungsbaugruppe für einen Tank, wobei die Dichtungsbaugruppe an einem Ventilhalsabschnitt angeordnet ist.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Dichtungsbaugruppe und einen verbesserten Druckbehälter zum Aufnehmen von unter Druck stehendem Wasserstoff bereitzustellen.
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Zur Lösung der Aufgabe sind eine Dichtungsbaugruppe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Druckbehälter mit den Merkmalen des Anspruchs 10 vorgesehen. Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen.
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Einige Ausführungsformen hierin sind auf Dichtungsbaugruppen abgestellt. Die Dichtungsbaugruppen können mindestens einen Vorsprung; ein Ventil mit einem aus einem Ventilmaterial gebildeten Ventilhalsabschnitt umfassen. Der Ventilhalsabschnitt kann in dem mindestens einen Vorsprung angeordnet sein. Die Dichtungsbaugruppen können weiterhin eine Ummantelung umfassen, die aus einem Ummantelungsmaterial gebildet ist. Die Ummantelung kann eine äußere Ummantelungsfläche und eine innere Ummantelungsfläche aufweisen. Die innere Ummantelungsfläche kann ein Fassungsvolumen eines Druckbehälters, der zum Aufnehmen eines Fluids ausgelegt ist, festlegen. Die Ummantelung kann auch mindestens einen darin ausgebildeten Ummantelungshalsabschnitt aufweisen. Die innere Ummantelungsfläche des mindestens einen Ummantelungshalsabschnitts kann dem Ventil zugewandt sein, und die äußere Ummantelungsfläche des mindestens einen Ummantelungshalsabschnitts kann dem mindestens einen Vorsprung zugewandt sein. Die Dichtungsbaugruppen können weiterhin ein Stützelement umfassen, das ausgelegt ist, um mit dem Ummantelungshalsabschnitt und dem Ventil zusammenzuwirken. Das Stützelement kann einen Stützelementkörper umfassen, der aus einem eloxierten, elektrisch leitenden Stützmaterial gebildet ist. Der Stützelementkörper kann eine eloxierte innere Dichtungsfläche, die an dem Ventilhalsabschnitt anliegt, sowie eine eloxierte äußere Dichtungsfläche, die an dem mindestens einen Ummantelungshalsabschnitt anliegt, aufweisen. Die eloxierte innere Dichtungsfläche und die eloxierte äußere Dichtungsfläche können im Wesentlichen elektrisch nicht leitend sein. Die Dichtungsbaugruppen können weiterhin eine Innendichtung umfassen, die in einer kranzförmigen inneren Aussparung angeordnet ist, die in der inneren Dichtungsfläche des Stützelementkörpers ausgebildet ist. Die Innendichtung kann elektrisch leitende Innendichtungsflächen aufweisen. Die Dichtungsbaugruppen können weiterhin eine Außendichtung umfassen, die in einer kranzförmigen äußeren Aussparung angeordnet ist, die in der äußeren Dichtungsfläche des Stützelementkörpers ausgebildet ist. Die Außendichtung kann elektrisch leitende Außendichtungsflächen aufweisen. In den Dichtungsbaugruppen umfassen die kranzförmige innere Aussparung des Stützelements und die kranzförmige äußere Aussparung des Stützelements jeweils elektrisch leitende Aussparungsflächen. Dadurch wird zwischen dem Ventil und der Ummantelung durch die elektrisch leitenden Innendichtungsflächen, die elektrisch leitenden Aussparungsflächen der kranzförmigen inneren Aussparung, das elektrisch leitende Stützmaterial des Stützelementkörpers, die elektrisch leitenden Aussparungsflächen der kranzförmigen äußeren Aussparung und die elektrisch leitenden Außendichtungsflächen elektrischer Durchgang hergestellt.
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Andere Ausführungsformen hierin sind auf Druckbehälter zum Aufnehmen von unter Druck stehendem Wasserstoff gerichtet, die eine Dichtungsbaugruppe gemäß Ausführungsformen hierin umfassen. Die Druckbehälter können eine Dichtungsbaugruppe mit mindestens einem Vorsprung, einem Metallventil, einer Metallummantelung, die ein Fassungsvolumen festlegt, das ausgelegt ist, um den unter Druck stehenden Wasserstoff aufzunehmen, einem Verbundmaterialgehäuse, das die Ummantelung umschließt, und einem Stützelement, das ausgelegt ist, um mit dem Ummantelungshalsabschnitt und dem Ventil zusammenzuwirken, umfassen. Das Metallventil kann einen Ventilhalsabschnitt aufweisen, der in dem mindestens einen Vorsprung angeordnet ist. Die Metallummantelung kann eine äußere Ummantelungsfläche und eine innere Ummantelungsfläche aufweisen. Die innere Ummantelungsfläche kann das Fassungsvolumen festlegen. Die Metallummantelung kann mindestens einen darin ausgebildeten Ummantelungshalsabschnitt aufweisen. Die innere Ummantelungsfläche des mindestens einen Ummantelungshalsabschnitts ist dem Metallventil zugewandt, und die äußere Ummantelungsfläche des mindestens einen Ummantelungshalsabschnitts ist dem mindestens einen Vorsprung zugewandt. Das Stützelement kann ausgelegt sein, um mit der Metallummantelung und dem Metallventil zusammenzuwirken. Insbesondere kann das Stützelement einen Stützelementkörper umfassen, der aus eloxiertem Aluminium gebildet ist. Der Stützelementkörper kann eine eloxierte innere Dichtungsfläche, die an dem Ventilhalsabschnitt anliegt, sowie eine eloxierte äußere Dichtungsfläche, die an dem mindestens einen Ummantelungshalsabschnitt anliegt, aufweisen. Die eloxierte innere Dichtungsfläche und die eloxierte äußere Dichtungsfläche können im Wesentlichen elektrisch nicht leitend sein. Das Stützelement kann auch einen inneren leitenden O-Ring umfassen, der blanke Aluminiumflächen einer kranzförmigen inneren Aussparung berührt, die in der inneren Dichtungsfläche des Stützelementkörpers ausgebildet sind. Das Stützelement kann auch und einen äußeren leitenden O-Ring umfassen, der blanke Aluminiumflächen einer kranzförmigen äußeren Aussparung berührt, die in der äußeren Dichtungsfläche des Stützelementkörpers ausgebildet sind. Dadurch kann zwischen dem Metallventil und der Metallummantelung durch den inneren leitenden O-Ring, die blanken Aluminiumflächen der kranzförmigen inneren Aussparung, Aluminium in dem Stützelementkörper, die blanken Aluminiumflächen der kranzförmigen äußeren Aussparung und den äußeren leitenden O-Ring elektrischer Durchgang hergestellt werden.
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Weitere Merkmale und Vorteile der hierin beschriebenen Ausführungsformen werden in der folgenden eingehenden Beschreibung dargelegt und gehen zum Teil ohne Weiteres für Fachleute aus dieser Beschreibung hervor oder werden durch Umsetzen der hierin beschriebenen Ausführungsformen, einschließlich der folgenden ausführlichen Beschreibung, der Ansprüche sowie der beigefügten Zeichnungen, erkannt.
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Es versteht sich, dass sowohl die vorstehende allgemeine Beschreibung als auch die folgende ausführliche Beschreibung verschiedene Ausführungsformen beschreiben und einen Überblick bzw. Rahmen zum Verständnis der Art und des Wesens des beanspruchten Gegenstands bieten sollen. Die Begleitzeichnungen sind enthalten, um ein tiefergehendes Verständnis der verschiedenen Ausführungsformen zu bieten, und sind in diese Beschreibung aufgenommen und bilden einen Teil derselben. Die Zeichnungen veranschaulichen die hierin beschriebenen verschiedenen Ausführungsformen und dienen zusammen mit der Beschreibung der Erläuterung der Grundsätze und Wirkungsweisen des beanspruchten Gegenstands.
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Figurenliste
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- 1 ist ein Druckbehälter mit einem Fassungsvolumen, das durch eine Ummantelung einer Dichtungsbaugruppe nach hierin beschriebenen Ausführungsformen festgelegt ist;
- 2 ist eine Detailansicht der Dichtungsbaugruppe von 1;
- 3 ist eine Detailansicht einer Innendichtung und einer Außendichtung in einem Stützelement, das eine Komponente der Dichtungsbaugruppe von 1 und 2 ist;
- 4 ist eine Querschnittdraufsicht auf das Stützelement der Dichtungsbaugruppe von 1 und 2, wobei die Innendichtung und die Außendichtung entfernt sind.
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EINGEHENDE BESCHREIBUNG
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Nun werden Ausführungsformen von Dichtungsbaugruppen unter Bezugnahme auf 1-4 beschrieben. Gemäß einigen Ausführungsformen kann eine Dichtungsbaugruppe 30 mindestens einen Vorsprung 40, ein Ventil 70, eine Ummantelung 20 und ein Stützelement 60 umfassen. In manchen Ausführungsformen kann die Dichtungsbaugruppe 30 weiterhin ein Verbundmaterialgehäuse 50 umfassen, das die Ummantelung 20 umschließt und einer Beschädigung der Ummantelung 20 entgegenwirkt. Die Ummantelung 20 kann eine Ummantelungsaußenfläche 22 und eine Ummantelungsinnenfläche 24 aufweisen. Die Ummantelungsinnenfläche 24 kann ein Fassungsvolumen 25 eines Druckbehälters 10 festlegen, der ausgelegt ist, um ein (nicht gezeigtes) Fluid, wie etwa zum Beispiel eine komprimierte Flüssigkeit oder ein komprimiertes Gas, aufzunehmen. Die Ummantelung 20 kann mindestens einen darin ausgebildeten Ummantelungshalsabschnitt 26 aufweisen. Die Ummantelung 20 kann so ausgelegt sein, dass die Ummantelungsinnenfläche 24 des mindestens einen Ummantelungshalsabschnitts 26 dem Ventil 70 zugewandt ist und die Ummantelungsaußenfläche 22 des mindestens einen Ummantelungshalsabschnitts 26 dem mindestens einen Vorsprung 40 zugewandt ist.
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Die Dichtungsbaugruppe 30 kann ausgelegt sein, um mit einem abzudichtenden Erzeugnis zusammenzuwirken. Bei manchen Ausführungsformen kann das abzudichtende Erzeugnis die Ummantelung 20 sein, die das Fassungsvolumen 25 eines Druckbehälters 10 festlegt. Insbesondere kann der mindestens eine Ummantelungshalsabschnitt 26 der Ummantelung 20 um das Ventil 70 abgedichtet sein, wobei das Stützelement 60 zwischen die Ummantelung 20 und das Ventil 70 gesetzt ist, so dass sowohl zwischen der Ummantelung 20 und dem Stützelement 60 als auch zwischen dem Stützelement 60 und dem Ventil 70 im Wesentliche fluiddichte Dichtungen gebildet werden. Die im Wesentlichen fluiddichten Dichtungen können verhindern, dass ein in dem Fassungsvolumen 25 enthaltenes Fluid in die Außenumgebung entweicht. In manchen Ausführungsformen kann der Druckbehälter 10, in dem das Fassungsvolumen 25 festgelegt ist, ein Behälter des Typs IV oder ein Behälter des Typs V zum Speichern von komprimierten Kraftstoffgasen oder Flüssigkeiten wie etwa zum Beispiel Wasserstoff sein. Die Ummantelung 20 kann aus einem Ummantelungsmaterial gebildet sein. In manchen Ausführungsformen kann das Ummantelungsmaterial ein Polymer oder einen Kunststoff, insbesondere ein Thermoplast umfassen. In anderen Ausführungsformen kann das Ummantelungsmaterial ein Metall sein. Es versteht sich, dass andere aus dem Gebiet der Speicherung von komprimiertem Gas bekannte Materialien zur Verwendung als Ummantelungsmaterial geeignet sein können.
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Die Dichtungsbaugruppe 30 kann mindestens einen Vorsprung 40 zum Aufnehmen des Ventils 70 darin umfassen. Der mindestens eine Vorsprung 40 kann aus jedem herkömmlichen Material wie etwa zum Beispiel Metall gefertigt sein. In manchen Ausführungsformen kann das zum Bilden des mindestens einen Vorsprungs 40 verwendete Material einen Wärmeausdehnungskoeffizienten haben, der kleiner als ein Wärmeausdehnungskoeffizient des Materials ist, das zum Herstellen des abzudichtenden Erzeugnisses, nämlich des Ummantelungsmaterials, verwendet wird. Es versteht sich, dass der der hierin verwendete Begriff „Wärmeausdehnungskoeffizient“ eine Ausdehnungsrate eines Materials als Reaktion auf ein Erwärmen und eine Kontraktionsrate des Materials als Reaktion auf ein Kühlen ist.
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Unter Bezugnahme insbesondere auf 2 und 3 kann die Dichtungsbaugruppe 30 das Ventil 70 umfassen. Das Ventil 70 kann einen Ventilhalsabschnitt 77 umfassen, der aus einem Ventilmaterial gebildet ist. Der Ventilhalsabschnitt 77 kann in dem mindestens einen Vorsprung 40 der Dichtungsbaugruppe 30 angeordnet oder von dieser umgeben sein. Wie in der Ausführungsform von 2 und 3 gezeigt ist, kann das Ventil 70 einen Ventileinlass 72 und einen Ventilauslass 74 umfassen, die sich an einem Ventilanschluss 75 mit einer Tankleitung 76 verbinden können, die in das Fassungsvolumen 25 an einer Leitungsöffnung 78 mündet. Auch wenn die Ausführungsform von 2 und 3 eine bestimmte Konfiguration des Ventileinlasses 72, des Ventilauslasses 74, des Ventilanschlusses 75, der Tankleitung 76 und der Leitungsöffnung 78 umfasst, versteht sich, dass die bestimmte Konfiguration nicht einschränkend und nur beispielhaft ist. Im Allgemeinen kann das Ventil 70 eine beliebige Konfiguration aufweisen, die einen Pfad für komprimiertes Fluid vorsieht, das in das Fassungsvolumen 25 einzufüllen oder aus diesem zu entfernen ist. Ferner versteht sich, dass, falls vorhanden, der Ventileinlass 72 und/oder der Ventilauslass 74 mit (nicht gezeigten) externen Vorrichtungen verbunden sein können, die mit dem Fassungsvolumen 25 in Fluidverbindung stehen. In manchen Ausführungsformen kann der Ventileinlass 72 zum Beispiel mit einer Füllvorrichtung (nicht gezeigt) in Fluidverbindung gesetzt werden, die dem Fassungsvolumen 25 komprimiertes Fluid liefert, und der Ventilauslass 74 kann mit einer (nicht gezeigten) Kraftstoff-/Brennstoffanlage, etwa einer Brennstoffzelle oder einem Verbrennungsmotor, in Fluidverbindung gesetzt werden.
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Gemäß manchen Ausführungsformen kann die Ummantelung 20 der Dichtungsbaugruppe 30 mindestens einen darin ausgebildeten Ummantelungshalsabschnitt 26 umfassen. Wie in 3 gezeigt ist die Ummantelungsinnenfläche 24 in dem mindestens einen Ummantelungshalsabschnitt 26 dem Ventil 70 zugewandt, und die Ummantelungsaußenfläche 22 in dem mindestens einen Ummantelungshalsabschnitt 26 ist dem mindestens einen Vorsprung 40 zugewandt.
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Unter Bezugnahme auf 2-4 ist das Stützelement 60 der Dichtungsbaugruppe 30 ausgelegt, um mit dem mindestens einen Ummantelungshalsabschnitt 26 und dem Ventil 70 zusammenzuwirken. Insbesondere nimmt das Stützelement 60 den Ventilhalsabschnitt 77 auf, während es sowohl das Ventil 70 als auch die Ummantelung 20 vor Austreten eines komprimierten Fluids aus dem Fassungsvolumen 25 abdichtet. In manchen Ausführungsformen weist das Stützelement 60 eine im Allgemeinen kreisförmige Querschnittform auf und weist einen Durchlass 62 auf, der dadurch von einem ersten Ende 64 zu einem zweiten Ende 66 ausgebildet ist, um eine Fluidverbindung zwischen dem Fassungsvolumen 25 und der Leitungsöffnung 78 des Ventils 70 zu erleichtern.
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Unter Bezugnahme auf 3 und 4 kann das Stützelement 60 einen Stützelementkörper 65 umfassen, der aus einem eloxierten elektrisch leitenden Stützmaterial besteht. Das elektrisch leitende Stützmaterial kann ein beliebiges Material sein, das eloxierbar ist. In manchen Ausführungsformen kann das elektrisch leitende Stützmaterial ein beliebiges Metall sein, das eloxierbar ist, wie etwa zum Beispiel Aluminium, Titan, Zink, Magnesium, Niob, Zirkonium, Hafnium, Tantal oder Legierungen von beliebigen derselben. In bevorzugten Ausführungsformen ist das eloxierte elektrisch leitende Stützmaterial mit dem komprimierten Fluid kompatible, das in dem Fassungsvolumen 25 gehalten werden soll, etwa zum Beispiel Wasserstoff. In anderen bevorzugten Ausführungsformen kann das eloxierte elektrisch leitende Stützmaterial einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, der kleiner als der Wärmeausdehnungskoeffizient des Ventilmaterials ist. In besonders bevorzugten Ausführungsformen ist der Stützelementkörper 65 aus eloxiertem Aluminium gebildet. Ohne durch Theorie gebunden sein zu wollen, wird angenommen, dass blankes Aluminium zwar für eine Schwächung oder Rissbildung anfällig ist, wenn es komprimierten Fluiden wie etwa Wasserstoff (zum Beispiel durch Hydridausbildung) ausgesetzt wird, doch kann eloxiertes Aluminium ein hohes Maß an Undurchlässigkeit und Beständigkeit gegenüber Angriff durch Wasserstoffmoleküle aufweisen. Eine Eloxierung kann somit ein ansonsten unbrauchbares Materials für hierin beschriebene Ausführungsformen der Dichtungsbaugruppe 30 durchweg geeignet machen.
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In manchen Ausführungsformen kann der Stützelementkörper 65 eloxierte innere Dichtungsflächen 69a, 69b umfassen, die an dem Ventilhalsabschnitt 77 anliegen. Der Stützelementkörper kann auch eloxierte äußere Dichtungsflächen 67a-f umfassen. Ein oder mehrere der eloxierten äußeren Dichtungsflächen 67a-f liegen an dem mindestens einen Ummantelungshalsabschnitt 26 der Ummantelung 20 an. Wenn zum Beispiel das Stützelement 60 in die Dichtungsbaugruppe 30, wie in 2 gezeigt, der eloxierten äußeren Dichtungsflächen 67a-f, die auf dem Stützelement 60 von 4 bezeichnet sind, implementiert wird, liegen drei eloxierte äußere Dichtungsflächen 67d, 67e, 67f an dem mindestens einen Ummantelungshalsabschnitt 26 der Ummantelung 20 an. In manchen Ausführungsformen können ein oder beide von Stützelement-Deckfläche 61 und Stützelement-Bodenfläche 63 ebenfalls eloxierte Flächen sein. In bevorzugten Ausführungsformen ist zumindest die Stützelement-Bodenfläche 63 eine eloxierte Fläche. In bevorzugten Ausführungsformen ist der Stützelementkörper 65 aus eloxiertem Aluminium gebildet, wodurch die eloxierten inneren Dichtungsflächen 69a, 69b, die eloxierten äußeren Dichtungsflächen 67a-f und optional ein oder beide von Stützelement-Deckfläche 61 und Stützelement-Bodenfläche 63 im Wesentlichen elektrisch nicht leitende Schichten aus Aluminiumoxid sind. In manchen Ausführungsformen sind die im Wesentlichen elektrisch nicht leitenden Schichten aus Aluminiumoxid dick genug, um zwischen dem Ventil 70 und der Ummantelung 20 über beliebige der eloxierten Flächen des Stützelements 60 elektrischen Durchgang zu verhindern.
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Das Ausbilden des Stützelements 60 aus einem eloxierten elektrisch leitenden Material mit nur eloxierten Flächen kann die Verwendung alternativer Materialien in der Dichtungsbaugruppe 30 (wie etwa zum Beispiel Aluminium) fördern, die im Allgemeinen nicht mit Anwendungen kompatibel sind, die komprimierte Fluide wie etwa Wasserstoff involvieren. Dennoch kann es insbesondere bei Wasserstoffspeicherungsanwendungen wünschenswert sein, dass zwischen allen Komponenten der Dichtungsbaugruppe 30 elektrischer Durchgang hergestellt wird, so dass alle Komponenten der Dichtungsbaugruppe 30 bei dem gleichen elektrischen Potential gehalten werden können. Wenn Komponenten bei gleichen elektrischen Potentialen liegen, kann zwischen den Komponenten kein elektrischer Lichtbogen auftreten. Wenn zum Beispiel das Ventil 70 allgemein bei Massepotential liegt, kann ein Fehlen von elektrischem Durchgang zwischen dem Ventil 70 und der Ummantelung 20 es der Ummantelung 20 ermöglichen, ein höheres oder niedrigeres elektrisches Potential als das Ventil 70 zu haben. Daher können zusätzliche Merkmale des Stützelements 60 und der Dichtungsbaugruppe 30 vorgesehen werden, um zwischen der Ummantelung 20 und dem Ventil 70 elektrischen Durchgang herzustellen. Beispielhafte zusätzliche Merkmale dieser Art werden nun beschrieben.
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Gemäß bevorzugten Ausführungsformen umfasst das Stützelement 60 eine kranzförmige innere Aussparung 85, die in den eloxierten inneren Dichtungsflächen 69a, 69b des Stützelements 60 ausgebildet ist, die in Kontakt mit dem Ventil 70 stehen. Die kranzförmige innere Aussparung 85 kann durch eine innere Seitenfläche 82, eine innere Ventilseitenfläche 84a senkrecht zur inneren Seitenfläche 82 und eine innere Behälterseitenfläche 84b parallel zur inneren Ventilseitenfläche 84a festgelegt sein. Mindestens eine von innerer Seitenfläche 82, innerer Ventilseitenfläche 84a und innerer Ventilseitenfläche 84b ist elektrisch leitend. Vorzugsweise sind die innere Seitenfläche 82, die innere Ventilseitenfläche 84a und die innere Ventilseitenfläche 84b allesamt elektrisch leitend. Diesbezüglich ist mit elektrischer Leitfähigkeit einer oder aller von innerer Seitenfläche 82, innerer Ventilseitenfläche 84a und innerer Ventilseitenfläche 84b gemeint, dass zwischen einer leitenden Fläche und dem elektrisch leitenden Material in dem Stützelementkörper 65 elektrischer Durchgang gegeben ist. In bevorzugten Ausführungsformen ist das eloxierte leitende Stützmaterial eloxiertes Aluminium und die elektrisch leitenden Aussparungsflächen 82, 84a, 84b in der kranzförmigen inneren Aussparung 85 sind blankes Aluminium. Es versteht sich, dass die Rechteckform der kranzförmigen inneren Aussparung 85, die in der Ausführungsform von 3 beispielhaft gezeigt ist, veranschaulichend und nicht einschränkend sein soll. In anderen Ausführungsformen kann die kranzförmige äußere Aussparung 95 eine beliebige geeignete Geometrie haben, etwa zum Beispiel rund.
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In manchen Ausführungsformen können leitende Flächen der kranzförmigen inneren Aussparung 85 durch zunächst Formen oder Gießen des Stützelements 60, um die kranzförmige innere Aussparung 85 zu integrieren, Eloxieren des Stützelementkörpers 65, dann Entfernen eines eloxierten Materials aus der kranzförmigen inneren Aussparung 85 heraus, um blankes Metall freizulegen, gebildet werden. In anderen Ausführungsformen können leitende Flächen der kranzförmigen inneren Aussparung 85 durch Herstellen des Stützelements 60 ohne die kranzförmige innere Aussparung 85, Eloxieren des Stützelementkörpers 65, dann Herausarbeiten der kranzförmigen inneren Aussparung 85, um blankes Metall freizulegen, gebildet werden. In anderen Ausführungsformen können leitende Flächen der kranzförmigen inneren Aussparung 85 durch Formen oder Gießen des Stützelements 60, um die kranzförmige innere Aussparung 85 zu integrieren dann Eloxieren nur der inneren Dichtungsflächen 69a, 69b ohne Eloxieren der inneren Seitenfläche 82, der inneren Ventilseitenfläche 84a oder der inneren Ventilseitenfläche 84b der kranzförmigen inneren Aussparung 85 gebildet werden.
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Gemäß bevorzugten Ausführungsformen umfasst das Stützelement 60 auch eine kranzförmige äußere Aussparung 95, die in den eloxierten äußeren Dichtungsflächen 67e, 67f des Stützelements 60, die an der Ummantelungsinnenfläche 24 in dem mindestens einen Ummantelungshalsabschnitt 26 der Ummantelung 20 anliegen, ausgebildet sind. Die kranzförmige äußere Aussparung 95 kann durch eine äußere Seitenfläche 92, eine äußere Ventilseitenflächen 94a senkrecht zu der äußeren Seitenfläche 92 und eine äußere Behälterseitenfläche 94b parallel zu der äußeren Ventilseitenfläche 94a festgelegt sein. Mindestens eine von äußerer Seitenfläche 92, äußerer Ventilseitenfläche 94a und äußerer Ventilseitenfläche 94b ist elektrisch leitend. Vorzugsweise sind die äußere Seitenfläche 92, die äußere Ventilseitenfläche 94a und die äußere Ventilseitenfläche 94b allesamt elektrisch leitend. Diesbezüglich ist mit elektrischer Leitfähigkeit einer oder aller von äußerer Seitenfläche 92, äußerer Ventilseitenfläche 94a und äußerer Ventilseitenfläche 94b gemeint, dass zwischen einer leitenden Fläche und dem elektrisch leitenden Material in dem Stützelementkörper 65 elektrischer Durchgang gegeben ist. In bevorzugten Ausführungsformen ist das eloxierte leitende Stützmaterial eloxiertes Aluminium und die elektrisch leitenden Aussparungsflächen 92, 94a, 94b in der kranzförmigen äußeren Aussparung 95 sind blankes Aluminium. Es versteht sich, dass die Rechteckform der kranzförmigen äußeren Aussparung 95, die in der Ausführungsform von 3 beispielhaft gezeigt ist, veranschaulichend und nicht einschränkend sein soll. In anderen Ausführungsformen kann die kranzförmige äußere Aussparung 95 eine beliebige geeignete Geometrie haben, etwa zum Beispiel rund.
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In manchen Ausführungsformen können leitende Flächen der kranzförmigen äußeren Aussparung 95 durch zunächst Formen oder Gießen des Stützelements 60, um die kranzförmige äußere Aussparung 95 zu integrieren, Eloxieren des Stützelementkörpers 65, dann Entfernen eines eloxierten Materials aus der kranzförmigen äußeren Aussparung 95 heraus, um blankes Metall freizulegen, umfassen. In anderen Ausführungsformen können leitende Flächen der kranzförmigen äußeren Aussparung 95 durch Herstellen des Stützelements 60 ohne die kranzförmige äußere Aussparung 95, Eloxieren des Stützelementkörpers 65, dann Herausarbeiten der kranzförmigen äußeren Aussparung 95, um blankes Metall freizulegen, gebildet werden. In anderen Ausführungsformen können leitende Flächen der kranzförmigen äußeren Aussparung 95 durch Formen oder Gießen des Stützelements 60, um die kranzförmige äußere Aussparung 95 zu integrieren dann Eloxieren nur der äußeren Dichtungsflächen 67a-f, ohne Eloxieren der äußeren Seitenfläche 94, der äußeren Ventilseitenfläche 94a oder der äußeren Ventilseitenfläche 94b der kranzförmigen äußeren Aussparung 95, gebildet werden.
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Unter Bezugnahme auf 2 und 3 umfasst in bevorzugten Ausführungsformen das Stützelement 60 der Dichtungsbaugruppe 30 eine Innendichtung 80, die in der kranzförmigen inneren Aussparung 85 angeordnet ist, die in den inneren Dichtungsflächen 69a, 69b des Stützelementkörpers 65 ausgebildet sind. In manchen Ausführungsformen kann die Innendichtung 80 ein beliebiges geeignetes Dichtungselement sein, wie etwa zum Beispiel ein O-Ring. In manchen Ausführungsformen kann das zum Bilden der Innendichtung 80 verwendete Material einen Wärmeausdehnungskoeffizienten ähnlich dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Ventilmaterials aufweisen. Es versteht sich, dass die Innendichtung 80 von 3 mit ihrem ovalförmigen Querschnitt lediglich der Veranschaulichung dienen soll und dass die Innendichtung 80 jeden gewünschten Querschnitt haben kann. Zum Beispiel kann die Innendichtung 80 einen rechteckigen Querschnitt haben, um die kranzförmige innere Aussparung 85 der Ausführungsform von 3 bei Bedarf zu füllen.
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Die Innendichtung 80 umfasst elektrisch leitende Innendichtungsflächen. Die elektrisch leitenden Innendichtungsflächen der Innendichtung 80 umfassen alle Berührungspunkte der Innendichtung 80 mit dem Ventil 70 und alle Berührungspunkte der Innendichtung 80 mit elektrisch leitenden Flächen der kranzförmigen inneren Aussparung 85. In manchen Ausführungsformen kann die Innendichtung 80 aus einem leitenden Material wie etwa zum Beispiel einem Metall oder einem leitenden Polymer gebildet sein. In diesen Ausführungsformen können alle Flächen der Innendichtung 80 elektrisch leitend sein. In anderen Ausführungsformen kann die Innendichtung 80 aus einem nicht leitenden Material wie etwa zum Beispiel einem Kunststoff oder Gummi gebildet sein, und das nicht leitende Material kann mit einem beliebigen geeigneten leitenden Material wie etwa zum Beispiel einem Metall beschichtet sein. In diesen Ausführungsformen können nur die Abschnitte der Innendichtung 80, die mit dem leitenden Material beschichtet sind, elektrisch leitend sein. In bevorzugten Ausführungsformen ist die Innendichtung 80 aus einem Material gebildet, das bekanntermaßen mit dem komprimierten Fluid (wie etwa zum Beispiel Wasserstoff) kompatibel ist, das in dem Fassungsvolumen 25 zu speichern ist, oder ist mit einem Material beschichtet, das bekanntermaßen kompatibel mit dem komprimierten Fluid ist.
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In bevorzugten Ausführungsformen umfasst das Stützelement 60 der Dichtungsbaugruppe 30 auch eine Außendichtung 90, die in der kranzförmigen äußeren Aussparung 95 angeordnet ist, die in den äußeren Dichtungsflächen 67e, 67f des Stützelementkörpers 65 ausgebildet sind. In manchen Ausführungsformen kann die Außendichtung 90 ein beliebiges geeignetes Dichtungselement wie etwa zum Beispiel ein O-Ring sein. In manchen Ausführungsformen kann das zum Bilden der Außendichtung 90 verwendete Material einen Wärmeausdehnungskoeffizienten ähnlich dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Ventilmaterials aufweisen. Es versteht sich, dass die Außendichtung 90 von 3 mit ihrem ovalförmigen Querschnitt lediglich der Veranschaulichung dienen soll und dass die Außendichtung 90 jeden gewünschten Querschnitt haben kann. Zum Beispiel kann die Außendichtung 90 einen rechteckigen Querschnitt haben, um die kranzförmige äußere Aussparung 95 der Ausführungsform von 3 bei Bedarf zu füllen.
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Die Außendichtung 90 umfasst elektrisch leitende Außendichtungsflächen. Die elektrisch leitenden Außendichtungsflächen der Außendichtung 90 umfassen alle Berührungspunkte der Außendichtung 90 mit dem Ventil 70 und alle Berührungspunkte der Außendichtung 90 mit elektrisch leitenden Flächen der kranzförmigen äußeren Aussparung 95. In manchen Ausführungsformen kann die Außendichtung 90 aus einem leitenden Material wie etwa zum Beispiel einem Metall oder einem leitenden Polymer gebildet sein. In diesen Ausführungsformen können alle Flächen der Außendichtung 90 elektrisch leitend sein. In anderen Ausführungsformen kann die Außendichtung 90 aus einem nicht leitenden Material wie etwa zum Beispiel einem Kunststoff oder Gummi gebildet sein, und das nicht leitende Material kann mit einem beliebigen geeigneten leitenden Material wie etwa zum Beispiel einem Metall beschichtet sein. In diesen Ausführungsformen können nur die Abschnitte der Außendichtung 90, die mit dem leitenden Material beschichtet sind, elektrisch leitend sein. In bevorzugten Ausführungsformen ist die Außendichtung 90 aus einem Material gebildet, das bekanntermaßen mit dem komprimierten Fluid (wie etwa zum Beispiel Wasserstoff) kompatibel ist, das in dem Fassungsvolumen 25 zu speichern ist, oder ist mit einem Material beschichtet, das bekanntermaßen kompatibel mit dem komprimierten Fluid ist.
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Wie in den vorstehenden Ausführungsformen beschrieben ist das Stützelement 60 aus einem elektrisch leitenden Material gebildet, das nur nicht leitende eloxierte Flächen aufweist, die an der Ummantelung 20 und dem Ventil 70 anliegen. Das Stützelement 60 umfasst aber auch die kranzförmige innere Aussparung 85 und die kranzförmige äußere Aussparung 95, welche beide mindestens eine elektrisch leitende Fläche wie etwa das blanke, nicht eloxierte elektrisch leitende Material des Stützelements 60 umfassen. Die Innendichtung 80 ist ein elektrischer Leiter oder weist zumindest leitende Außenflächen auf und sitzt in der kranzförmigen inneren Aussparung 85. Die Außendichtung 90 ist ein elektrischer Leiter oder weist zumindest leitende Außenflächen auf und sitzt in der kranzförmigen äußeren Aussparung 95. In der Dichtungsbaugruppe 30 berühren leitende Flächen der Innendichtung 80 entsprechende leitende Flächen sowohl des Stützelements 60 (insbesondere die elektrisch leitenden Aussparungsflächen 82, 84a, 84b in der kranzförmigen inneren Aussparung 85) als auch des Ventils 70 (insbesondere die Ventilaußenfläche 71). Analog berühren leitende Flächen der Außendichtung 90 entsprechende leitende Flächen sowohl des Stützelements 60 (insbesondere die elektrisch leitenden Aussparungsflächen 92, 94a, 94b in der kranzförmigen äußeren Aussparung 95) als auch der Ummantelung 20 (insbesondere der Ummantelungsinnenfläche 24 in dem mindestens einen Ummantelungshalsabschnitt 26).
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Somit wird bei der Dichtungsbaugruppe 30 gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen elektrischer Durchgang zwischen dem Ventil 70 und der Ummantelung 20 mittels eines Durchgangspfads von dem Ventil 70; zu den elektrisch leitenden Flächen der Innendichtung 80; dann zu den elektrisch leitenden Aussparungsflächen 82, 84a, 84b der kranzförmigen inneren Aussparung 85; dann zu dem elektrisch leitenden Stützmaterial des Stützelementkörpers 65; dann zu den elektrisch leitenden Aussparungsflächen 92, 94a, 94b der kranzförmigen äußeren Aussparung 95; dann zu den elektrisch leitenden Flächen der Außendichtung 90; und schließlich zu der Ummantelung 20 hergestellt. Dieser elektrische Durchgang zwischen dem Ventil 70 und der Ummantelung 20 ermöglicht ein Halten des Ventils 70 und der Ummantelung 20 bei dem gleichen elektrischen Potential. In bevorzugten Ausführungsformen können zum Beispiel sowohl das Ventil 70 als auch die Ummantelung 20 bei Massepotential gehalten werden. Man meint daher, dass die Verwendung von leitenden Dichtungen (wie etwa der Innendichtung 80 und der Außendichtung 90), die in leitenden Aussparungen (wie etwa der kranzförmigen inneren Aussparung 85 und der kranzförmigen äußeren Aussparung 95) mit elektrisch leitenden Aussparungsflächen 82, 84a, 84b, 92, 94a, 94b sitzen, eine breitere Verwendung von alternativen Materialien für Stützelemente bei Dichtungsbaugruppen für Behälter für unter Druck stehende Fluide, einschließlich aber nicht ausschließlich die Verwendung von eloxierten Aluminiumstützelementen für Dichtungsbaugruppen von Wasserstoffspeicherbehältern, erleichtern kann.
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Gemäß weiteren Ausführungsformen kann ein Druckbehälter 10 eine Dichtungsbaugruppe 30 umfassen, wie sie gemäß einer beliebigen Kombination vor vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschrieben wird. In besonders bevorzugten Ausführungsformen kann der Druckbehälter 10 eine Dichtungsbaugruppe umfassen, bei der das Stützelement 60 eloxiertes Aluminium ist, die Innendichtung 80 und die Außendichtung 90 leitende O-Ringe sind, vorzugsweise Metall-O-Ringe, die blanke Aluminiumflächen der kranzförmigen inneren Aussparung 85 und der kranzförmigen äußeren Aussparung 95 jeweils berühren. In anderen solchen bevorzugten Ausführungsformen sind das Ventil 70 und die Ummantelung 20 beide aus Metall. Dadurch kann zwischen dem Metallventil und der Metallummantelung zunächst durch den inneren leitenden O-Ring, dann durch die blanken Aluminiumflächen der kranzförmigen inneren Aussparung, dann durch Aluminium in dem Stützelementkörper, dann durch die blanken Aluminiumflächen der kranzförmigen äußeren Aussparung und schließlich durch den äußeren leitenden O-Ring elektrischer Durchgang hergestellt werden.
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Gemäß weiteren Ausführungsformen kann eine Kraftstoffanlage für ein Kraftfahrzeug einen Druckbehälter 10 umfassen, der eine Dichtungsbaugruppe 30 umfasst, wie sie gemäß einer Kombination von vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschrieben wird.
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Sofern nicht anders festgelegt, haben alle hierin verwendeten technischen und wissenschaftlichen Begriffe die gleiche Bedeutung, wie sie von einem Durchschnittsfachmann des Gebiets, in das der beanspruchte Gegenstand fällt, üblicherweise verstanden würde. Die in der vorliegenden Beschreibung verwendete Terminologie dient lediglich zum Beschreiben bestimmter Ausführungsformen und soll die Erfindung nicht beschränken. Wie in der Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen verwendet sollen die Singularformen „ein“, „eine“, „einer“ sowie „der“, „die“, „das“ auch die Pluralformen einschließen, sofern der Kontext nicht eindeutig etwas anderes besagt.
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Zu beachten ist, dass Begriffe wie „bevorzugt“, „üblicherweise“ und „typischerweise“ hierin nicht genutzt werden, um den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche zu beschränken oder um zu implizieren, dass bestimmte Merkmale ausschlaggebend, wesentlich oder auch wichtig für die Struktur oder Funktion des beanspruchten Gegenstands sind. Vielmehr sollen diese Begriffe lediglich alternative oder zusätzliche Merkmale betonen, die in einer bestimmten Ausführungsform genutzt werden können, aber nicht genutzt werden müssen.
