DE102015001122A1

DE102015001122A1 - Primary sealing system

Info

Publication number: DE102015001122A1
Application number: DE102015001122.7A
Authority: DE
Inventors: Fabian Gall; Philipp Hausmann; Alessandro Lonati; Renato Santulli; Peter Schürstedt
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2015-01-29
Filing date: 2015-01-29
Publication date: 2016-08-04

Abstract

Die Erfindung betrifft ein primäres Dichtungssystem (12) für ein gasführendes Hochdrucksystem, mit zwei einander zugewandten Dichtflächen (16, 17), wobei die Dichtflächen (16, 17) metallisch ausgebildet sind und sich im montierten Zustand direkt oder über ein zwischengelegtes metallisches Dichtelement (20) berühren, und wobei jeweils eine der sich berührenden Dichtflächen (16, 17) oder der Dichtflächen (16, 17) und der den Dichtflächen (16, 17) zugewandten Dichtelementfläche einen kleineren Flächeninhalt aufweist, als die andere Dichtfläche (16, 17) oder Dichtelementfläche der Paarung.The invention relates to a primary sealing system (12) for a gas-conducting high-pressure system, with two facing sealing surfaces (16, 17), wherein the sealing surfaces (16, 17) are metallic and in the assembled state directly or via an interposed metallic sealing element (20 ), and wherein in each case one of the contacting sealing surfaces (16, 17) or the sealing surfaces (16, 17) and the sealing surfaces (16, 17) facing sealing element surface has a smaller surface area than the other sealing surface (16, 17) or Sealing element surface of the pairing.

Description

Die Erfindung betrifft ein primäres Dichtungssystem für ein gasführendes Hochdrucksystem. Außerdem betrifft die Erfindung ein Montageverfahren sowie die Verwendung eines derartigen primären Dichtungssystems. Letztlich betrifft die Erfindung außerdem ein Verfahren zur Montage eines derartigen primären Dichtungssystems.The invention relates to a primary sealing system for a gas-carrying high-pressure system. Moreover, the invention relates to a mounting method and the use of such a primary sealing system. Finally, the invention also relates to a method of assembling such a primary sealing system.

Bei gasführenden Hochdrucksystemen, insbesondere bei Brennstoffspeichersystemen in mit komprimiertem Erdgas oder insbesondere mit komprimiertem Wasserstoff angetriebenen Fahrzeugen, besteht immer die Gefahr, dass bei einer Undichtheit des Hochdrucksystems unkontrolliert Brennstoff entweicht. Sowohl bei Erdgas, insbesondere jedoch bei Wasserstoff, kann es so unter Umständen zu einem explosionsfähigen Gemisch kommen, wenn der Brennstoff sich mit dem typischerweise in der Umgebung eines solchen Systems vorhandenen Luftsauerstoff mischt. Um diese Gefahr soweit wie möglich zu eliminieren, werden die Bauteile und Hochdrucksysteme nach der Montage und während ihres Betriebs wiederkehrenden Prüfungen auf Dichtheit beispielsweise in Form von normierten oder standardisierten Leckageprüfungen bzw. Leckagetests unterzogen.In gas-carrying high-pressure systems, in particular in fuel storage systems in vehicles powered by compressed natural gas or, in particular, compressed hydrogen, there is always the risk that, in the event of a leak in the high-pressure system, fuel escapes in an uncontrolled manner. In the case of natural gas, but especially hydrogen, an explosive mixture may possibly result if the fuel mixes with the atmospheric oxygen that is typically present in the environment of such a system. In order to eliminate this risk as far as possible, the components and high-pressure systems are subjected to recurring leak tests after assembly and during their operation, for example in the form of standardized or standardized leak tests or leakage tests.

Insbesondere bei Wasserstoffhochdrucksystemen mit einem Nenndruck von 70 MPa, was in der Praxis zu Drücken im Bereich zwischen 0 MPa und 105 MPa führt, ist die Vermeidung von Leckagen eine der größten Herausforderungen bei der Entwicklung. Derzeit werden typsicherweise Dichtungen aus Elastomermaterialien eingesetzt, beispielsweise aus EPDM, PU, NBR oder ähnlichem. Kritisch ist bei derartigen elastomeren Dichtungen jedoch immer der, insbesondere bei Fahrzeuganwendungen, auftretende sehr hohe Temperaturbereich. Eine Dichtheit des Systems muss zwischen –45°C und +95°C gewährleistet sein. Derartige, insbesondere bei Fahrzeuganwendungen sehr häufig auftretende Temperaturwechsel, sind für das Dichtungsverhalten der Elastomerdichtungen als kritisch zu sehen, da die Struktur der Elastomere sich einerseits bei hohen Temperaturen verändert und hierdurch geschädigt wird. Andererseits kommt es bei sehr niedrigen Temperaturen häufig zu einer Verhärtung bzw. Versprödung des Elastomers, sodass zumindest bei diesen Temperaturen die Abdichtung nicht oder nicht in ausreichendem Maße gegeben ist. Materialen, die über den gesamten Temperaturbereich hinweg beste Eigenschaften hinsichtlich der Elastizität aufweisen, sind zwar grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt. Diese haben jedoch den gravierenden Nachteil, dass sie, insbesondere bei höheren Temperaturen, eine nur sehr geringe Dichtwirkung gegenüber Gasen, insbesondere gegenüber Wasserstoff, aufweisen, sodass sie ebenfalls problematisch sind.Especially in hydrogen high-pressure systems with a nominal pressure of 70 MPa, which in practice leads to pressures in the range between 0 MPa and 105 MPa, the avoidance of leaks is one of the biggest challenges in the development. At present, seals made of elastomeric materials such as EPDM, PU, NBR or the like are typically used. Critical in such elastomeric seals, however, is always the very high temperature range, especially in vehicle applications. Tightness of the system must be ensured between -45 ° C and + 95 ° C. Such, especially in vehicle applications very frequently occurring temperature changes are to be regarded as critical for the sealing behavior of the elastomer seals, since the structure of the elastomers on the one hand changes at high temperatures and is thereby damaged. On the other hand, it comes at very low temperatures often hardening or embrittlement of the elastomer, so that at least at these temperatures, the seal is not or not sufficiently given. Materials which have the best properties in terms of elasticity over the entire temperature range, although in principle known from the prior art. However, these have the serious disadvantage that, especially at higher temperatures, they have only a very low sealing effect against gases, in particular with respect to hydrogen, so that they are likewise problematic.

Ein besonderes Problem ist außerdem die Tatsache, dass derartige Dichtungen über den gesamten auftretenden Temperaturbereichen und bei den starken Druckschwankungen zwischen 0 MPa bei leerem Hochdrucksystem bzw. leerem Gastank und bis zu 105 MPa bei vollem und beispielsweise durch Sonneneinstrahlung entsprechend erwärmtem Gastank dicht sein müssen. Über die Lebensdauer der Dichtungen hinweg setzen diese Bedingungen dem Dichtmaterial sehr stark zu, sodass die oben beschriebenen elastomeren Materialien typischerweise nicht in der Lage sind, eine Abdichtung über die zu erwartende Lebensdauer von ca. 15 Jahren bzw. eine ausreichende Abdichtung über die Dauer von 20 Jahren, für welche derartige Systeme zertifiziert werden, sicherzustellen.A particular problem is also the fact that such seals must be tight over the entire temperature ranges occurring and in the strong pressure fluctuations between 0 MPa with empty high-pressure system or empty gas tank and up to 105 MPa at full and, for example, by sunlight correspondingly heated gas tank. Over the life of the gaskets, these conditions add very much to the sealing material, so that the elastomeric materials described above are typically incapable of providing a seal over the expected life of about 15 years or sufficient sealing over the duration of 20 years Years for which such systems are certified.

Beispielhaft wird in diesem Zusammenhang auf einen Dichtungsaufbau bei einem Hochdrucktank verwiesen, welcher in der DE 11 2008 004 249 T5 beschrieben ist. Die Primärdichtung, also diejenige Dichtung, welche auf der einen Seite mit dem unter Druck stehenden Gas und auf der anderen Seite beispielsweise mit der Atmosphäre in Verbindung steht, ist bei diesem Aufbau ein O-Ring, welcher zwischen zwei miteinander verschraubten Bauteilen angeordnet ist. Für ihn gelten die oben genannten Probleme entsprechend. Darüber hinaus weist der Aufbau als zweite sekundäre Dichtung, welche das System von außen beispielsweise gegen eindringende Feuchtigkeit abdichtet, eine metallische Anlage von zwei Dichtflächen aneinander auf. Dieser Aufbau einer sogenannten Sekundärdichtung ist dabei außerordentlich einfach und effizient im Aufbau, da er ohne ein weiteres Dichtelement auskommt. Er ist typischerweise jedoch nicht ausreichend dicht, um eine sichere und zuverlässige Abdichtung gegenüber dem Gas zu gewährleisten, sodass diese sogenannten Sekundärdichtung nur zusätzlich zu der Primärdichtung in Form von zwei O-Ringen in der genannten Veröffentlichung beschrieben ist.By way of example, reference is made in this connection to a seal assembly in a high-pressure tank, which in the DE 11 2008 004 249 T5 is described. The primary seal, that is, the seal which communicates on one side with the pressurized gas and on the other side with, for example, the atmosphere, is in this structure an O-ring, which is arranged between two components screwed together. For him, the above problems apply accordingly. In addition, the structure as a second secondary seal, which seals the system from the outside against, for example, penetrating moisture, a metallic system of two sealing surfaces together. This structure of a so-called secondary seal is extremely simple and efficient in construction, since he manages without another sealing element. However, it is typically not tight enough to ensure a safe and reliable seal against the gas, so this so-called secondary seal is only described in addition to the primary seal in the form of two O-rings in that publication.

Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein primäres Dichtsystem anzugeben, welches die genannten Nachteile vermeidet und bei Druckschwankungen in der genannten Größenordnung und gleichzeitig auftretenden Temperaturschwankungen in der genannten Größenordnung eine Dichtheit eines gasführenden Hochdrucksystems über die gesamte zu erwartende Lebensdauer hinweg zu gewährleisten.The object of the present invention is now to provide a primary sealing system which avoids the disadvantages mentioned and to ensure a tightness of a gas-conducting high-pressure system over the entire expected service life in pressure fluctuations in the order of magnitude and simultaneously occurring temperature fluctuations in the order of magnitude.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein primäres Dichtungssystem mit den Merkmalen im Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen. Außerdem ist im Anspruch 7 ein Verfahren zur Montage eines Dichtungssystems angegeben, welches besonders gut geeignet ist, das erfindungsgemäße Dichtungssystem so zu montieren, dass die genannten Anforderungen erfüllt werden. Letztlich ist im Anspruch 9 außerdem eine besonders bevorzugte Verwendung des primären Dichtungssystems angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und der Verwendung ergeben sich ebenfalls aus den jeweils abhängigen Unteransprüchen.According to the invention this object is achieved by a primary sealing system with the features in claim 1. Advantageous embodiments and further developments emerge from the subclaims dependent thereon. In addition, a method for mounting a sealing system is specified in claim 7, which is particularly well suited, the sealing system according to the invention so to assemble that the stated requirements are met. Finally, claim 9 also specifies a particularly preferred use of the primary sealing system. Advantageous embodiments of the method and the use also result from the respective dependent subclaims.

Bei dem primären Dichtungssystem gemäß der Erfindung ist es so, dass die Erfinder in überraschender Weise erkannt haben, dass sich rein metallische Dichtungssysteme bei einer entsprechenden Ausgestaltung eignen, um die oben beschriebene Aufgabe zu lösen. Das primäre Dichtungssystem gemäß der Erfindung besteht dabei aus zwei miteinander korrespondierenden metallischen Dichtflächen, welche direkt miteinander in dichtendem Eingriff stehen, oder welche mittelbar über ein zwischengelegtes metallisches Dichtelement dichtend miteinander im Eingriff stehen. Dabei ist es bei dem erfindungsgemäßen primären Dichtungssystem so, dass jeweils eine der sich berührenden Dichtflächen oder der Dichtfläche und der der Dichtfläche zugewandten Dichtelementfläche einen kleineren Flächeninhalt aufweist, als die andere Dichtfläche oder Dichtelementfläche der Paarung. Durch diese spezielle Ausgestaltung mit einer ersten kleineren Fläche und einer zweiten größeren Fläche der jeweiligen Paarung aus Dichtflächen und/oder Dichtelementflächen wird bei der Montage das Prinzip der Hertzschen Pressung ideal ausgenutzt, sodass durch die größte mechanische Spannung in der Mitte der Berührungsflächen der beiden zusammenwirkenden Dichtflächen zweier elastischer metallischer Körper eine sichere und zuverlässige Abdichtung bei Temperaturen zwischen –45°C und +95°C ebenso wie bei Druckschwankungen zwischen 0 MPa und mehr als 105 MPa erzielt werden können.The primary sealing system according to the invention is such that the inventors have surprisingly recognized that purely metallic sealing systems are suitable in a corresponding embodiment in order to achieve the object described above. The primary sealing system according to the invention consists of two mutually corresponding metallic sealing surfaces, which are directly in sealing engagement with each other, or which are indirectly via an interposed metallic sealing element sealingly engaged with each other. In the case of the primary sealing system according to the invention, in each case one of the contacting sealing surfaces or the sealing surface and the sealing surface surface facing the sealing surface has a smaller surface area than the other sealing surface or sealing element surface of the pairing. Due to this special configuration with a first smaller area and a second larger area of the respective pair of sealing surfaces and / or sealing element surfaces, the principle of Hertzian pressure is ideally utilized during assembly, so that the greatest mechanical stress in the middle of the contact surfaces of the two cooperating sealing surfaces two elastic metallic bodies can be achieved a safe and reliable sealing at temperatures between -45 ° C and + 95 ° C as well as with pressure fluctuations between 0 MPa and more than 105 MPa.

Gemäß einer besonders günstigen und vorteilhaften Weiterbildung der Idee ist es dabei ferner vorgesehen, dass wenigstens eine der Dichtflächen oder wenigstens eine, bevorzugt beide, der den Dichtflächen zugewandten Dichtelementflächen ein in Richtung der anderen Dichtfläche oder in Richtung der Dichtfläche/-n konvexe Wölbung oder Spitze, bevorzugt gerundete Spitze, aufweist. Dieser Aufbau mit einer in einem radialen Querschnitt konvexe Wölbung oder einer vorzugsweise gerundeten Spitze auf der einen Fläche der Paarung und einer, gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung ebenen Dichtfläche, welche mit der Wölbung oder Spitze zusammenwirkt, wird das Prinzip der Hertzschen Pressung noch besser ausgenutzt. Hierdurch kann eine noch bessere Verbindung zwischen den Dichtflächen bzw. den Dichtflächen über das Dichtelement erzielt werden, sodass die zuverlässige und lange wirkende Abdichtung nochmals verbessert werden kann.According to a particularly favorable and advantageous development of the idea, it is further provided that at least one of the sealing surfaces or at least one, preferably both, the sealing surfaces facing the sealing surfaces in the direction of the other sealing surface or in the direction of the sealing surface / -n convex curvature or tip , preferably rounded tip. This structure with a convex curvature in a radial cross section or a preferably rounded tip on the one surface of the pairing and a, according to a particularly advantageous development flat sealing surface, which cooperates with the curvature or tip, the principle of Hertzian pressure is better utilized. In this way, an even better connection between the sealing surfaces or the sealing surfaces on the sealing element can be achieved, so that the reliable and long-acting seal can be further improved.

Eine weitere sehr günstige Ausgestaltung der Erfindung kann es nun ferner vorsehen, dass eine der Dichtflächen oder wenigstens eine der Dichtelementflächen zwei radial beabstandete in Richtung der anderen Dichtfläche oder in Richtung der Dichtfläche/-n konvexe Wölbungen oder Spitzen, vorzugsweise gerundete Spitzen, aufweist. Dieser Aufbau sorgt letztlich, insbesondere wiederum im Zusammenspiel mit einer planen Gegenfläche, für zwei radial voneinander beabstandete Dichtungen in einem einzigen Bauteil, sodass eine Art doppelte Primärdichtung in einem einzigen Dichtungssystem erzielt wird. Sollte eine der Dichtungen, insbesondere die innere der Dichtungen, undicht sein, so kann durch die andere der Dichtungen dies im Idealfall ausgeglichen werden. Der Aufwand bei der Montage und Herstellung ist dabei dennoch deutlich kleiner, als er es bei der Verwendung von zwei getrennten Dichtungssystemen wäre, da hier die beiden integrierten Abdichtungen durch einen einzigen Montageschritt quasiintegriert entstehen.Another very favorable embodiment of the invention may now further provide that one of the sealing surfaces or at least one of the sealing element surfaces has two radially spaced in the direction of the other sealing surface or in the direction of the sealing surface / convex convexities or peaks, preferably rounded tips. This construction ultimately, in turn in cooperation with a planar mating surface, provides for two radially spaced seals in a single component, so that a kind of double primary seal is achieved in a single sealing system. Should one of the seals, in particular the inner of the seals, be leaking, so can be compensated by the other of the seals in the ideal case. The effort involved in assembly and production is still significantly smaller than it would be with the use of two separate sealing systems, since here the two integrated seals arise quasiintegriert by a single assembly step.

Eine weitere besonders vorteilhafte und günstige Weiterbildung des erfindungsgemäßen primären Dichtungssystems sieht es ferner vor, dass die die wenigstens eine Wölbung oder Spitze aufweisende Dichtfläche oder das die wenigstens eine Wölbung oder Spitze aufweisende Dichtelement aus einem Material ausgebildet ist, welches dieselbe oder bevorzugt eine größere Härte als das Material der anderen Dichtfläche oder der anderen Dichtflächen aufweist. Über eine solche Materialauswahl beispielsweise des die Wölbung oder Spitze aufweisenden Elements aus einem Stahlmaterial und der entsprechenden Ausgestaltung der Gegenfläche aus einem weniger harten Stahlmaterial oder beispielsweise einem Aluminiummaterial sorgt dafür, dass die Wölbung oder Spitze aufgrund der sehr großen in ihrem Bereich auftretenden Hertzschen Pressung für eine elastische Verformung des weicheren Gegenmaterials sorgt, sodass eine sichere und zuverlässige Anlage gegeben ist, wobei aufgrund der Gesetzmäßigkeiten der Hertzschen Pressung die höchsten auftretenden Kräfte in der Mitte, also in dem am weitesten vorstehenden Bereich der Wölbung oder Spitze auftreten und so insbesondere in diesem Bereich für eine ideale elastisch verformte Anlage der beiden korrespondierenden Flächen aneinander sorgen. Hierdurch wird eine sichere und zuverlässige Abdichtung über den gesamten gewünschten Bereich und eine sehr lange Lebensdauer hinweg gewährleistet.A further particularly advantageous and favorable development of the primary sealing system according to the invention further provides that the at least one buckle or tip having sealing surface or at least one buckle or tip sealing element is formed of a material which the same or preferably a greater hardness than having the material of the other sealing surface or the other sealing surfaces. About such a material selection, for example, the curvature or tip having element of a steel material and the corresponding configuration of the counter surface of a less hard steel material or, for example, an aluminum material ensures that the curvature or tip due to the very large Hertzian occurring in their area for a elastic deformation of the softer counter material ensures that a safe and reliable system is given, which occur due to the laws of Hertzian pressure, the highest forces occurring in the middle, ie in the most prominent portion of the curvature or peak and so especially in this area for provide an ideal elastically deformed system of the two corresponding surfaces together. This ensures a safe and reliable seal over the entire desired area and a very long life away.

Eine weitere sehr günstige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen primären Dichtungssystems sieht es dabei ferner vor, dass kein Dichtelement vorgesehen ist. Der Verzicht auf ein solches metallisches Dichtelement bedeutet, dass die entsprechenden Anforderungen an den Aufbau des primären Dichtungssystems in eine der Dichtflächen integriert sind. So kann diese beispielsweise in ihrem Dichtungsquerschnitt verkleinert werden oder insbesondere die angesprochene konvexe Wölbung oder, vorzugsweise gerundete, Spitze aufweisen. Die Gegenfläche ist vorzugsweise eben ausgebildet, sodass zwischen den beiden Dichtflächen direkt, ohne ein zwischengelegtes Bauteil, die gewünschte Abdichtung erzielt wird. Dies spart einerseits Bauteile ein und ermöglicht andererseits eine vergleichsweise einfache und sichere Montage, da nur die beiden Dichtflächen der miteinander zu verbindenden Bauteile miteinander verschraubt werden müssen. Die Gefahr, dass beim Einlegen des Dichtelements ein Fehler passiert, oder dass dieses bei der Montage beispielsweise vergessen wird, wird somit praktisch ausgeschlossen, was eine sehr einfache und zuverlässige Montage ermöglicht und dennoch einen sicheren dichten Aufbau des primären Dichtungssystems ermöglicht.A further very favorable embodiment of the primary sealing system according to the invention also provides that no sealing element is provided. The absence of such a metallic sealing element means that the corresponding requirements for the structure of the primary sealing system are integrated into one of the sealing surfaces. So this can for example in her Gasket cross-section be reduced or in particular the mentioned convex curvature or, preferably rounded tip. The counter surface is preferably flat, so that between the two sealing surfaces directly, without an intermediate component, the desired sealing is achieved. This saves on the one hand components and on the other hand allows a comparatively simple and safe installation, since only the two sealing surfaces of the components to be joined together must be bolted together. The risk that an error occurs when inserting the sealing element, or that this is forgotten during assembly, for example, is thus practically excluded, which allows a very simple and reliable installation, yet allows a secure tight construction of the primary sealing system.

Bei dem Verfahren zur Montage eines primären Dichtungssystems nach einer oder mehrerer der oben genannten Ausgestaltungen ist es dabei vorgesehen, dass die Dichtflächen oder die Dichtflächen und das Dichtelement montiert werden, ohne dass es bei der Montage zu einer Relativbewegung zwischen den Dichtflächen oder den Dichtflächen und dem Dichtelement in Umfangsrichtung kommt. Die Montage wird also so durchgeführt und gegebenenfalls durch den konstruktiven Aufbau entsprechend vorbereitet, dass eine rotatorische Relativbewegung der Dichtflächen oder der Dichtflächen und des Dichtelements gegeneinander ausgeschlossen wird. Hierdurch kommt es lediglich in axialer Richtung zu einer Anlage und einem anschließenden Aufeinanderpressen der beiden Dichtflächen oder der Dichtfläche und des Dichtelements. Hierdurch wird eine besonders gute Abdichtung durch das reine Aufeinanderpressen der beteiligten Flächen erreicht. Dadurch, dass eine Relativbewegung in Umfangsrichtung ausgeschlossen wird, kann es nicht zu einer plastischen Verformung, beispielsweise einem Eingraben der einen Dichtfläche in die andere Dichtfläche oder einer Riefenbildung, gegebenenfalls sogar einer materialabhebenden Verformung, kommen. Dies wirkt sich auf eine sichere und zuverlässige Abdichtung des primären Dichtungssystems außerordentlich positiv aus.In the method for mounting a primary sealing system according to one or more of the abovementioned embodiments, it is provided that the sealing surfaces or the sealing surfaces and the sealing element are mounted without it during assembly to a relative movement between the sealing surfaces or the sealing surfaces and the Sealing element comes in the circumferential direction. The assembly is thus carried out and optionally prepared according to the structural design that a rotational relative movement of the sealing surfaces or the sealing surfaces and the sealing element is excluded against each other. This results only in the axial direction to a plant and a subsequent pressing together of the two sealing surfaces or the sealing surface and the sealing element. As a result, a particularly good seal is achieved by the pure pressing together of the surfaces involved. The fact that a relative movement in the circumferential direction is excluded, it can not lead to a plastic deformation, for example a digging a sealing surface in the other sealing surface or a scoring, possibly even a material-removing deformation. This has an extremely positive effect on a safe and reliable sealing of the primary sealing system.

Gemäß einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es außerdem vorgesehen, dass nach erfolgter Anlage der Dichtflächen oder der Dichtflächen und des Dichtelements aneinander diese um eine vorgegebene Wegstrecke von 20 bis 100 μm, bevorzugt ca. 50 μm, aufeinander zubewegt werden. Diese Wegstrecke von beispielsweise 50 μm, um welche die Partner des Dichtungssystems nach dem Erreichen einer Anlage ihrer Oberflächen aufeinander zubewegt werden, sorgt für eine rein elastische Verformung beider Partner, wodurch durch die besondere Ausgestaltung der Oberflächen im Zentrum der Anlagefläche die größte Hertzsche Pressung auftritt. Ausgehend von diesem Punkt wird sich das elastisch verformte Material der beiden aneinander liegenden Flächen im montierten Zustand dann dichtend aneinander anlegen, sodass eine sehr gute und sichere Abdichtung im oben beschriebenen Sinne erzielt werden kann.According to a further very advantageous embodiment of the method according to the invention, it is also provided that after the conditioning of the sealing surfaces or the sealing surfaces and the sealing element to each other by a predetermined distance of 20 to 100 microns, preferably about 50 microns, are moved towards each other. This distance of, for example, 50 microns, by which the partners of the sealing system are moved toward each other after reaching an investment their surfaces, ensures a purely elastic deformation of both partners, which occurs due to the special design of the surfaces in the center of the contact surface, the largest Hertzian pressure. Starting from this point, the elastically deformed material of the two adjoining surfaces in the mounted state will then seal against each other, so that a very good and secure seal in the sense described above can be achieved.

Wie eingangs bereits erwähnt, liegt die besonders bevorzugte Verwendung eines derartigen primären Dichtungssystems im Bereich von gasführenden Systemen, welche einerseits hohen Druckschwankungen und andererseits hohen Temperaturschwankungen ausgesetzt sind. Darüber hinaus können über das primäre Dichtungssystem eine sehr hohe Lebensdauer der Dichtung erzielt werden. Die besonders bevorzugte Anwendung des erfindungsgemäßen primären Dichtungssystems liegt daher in ihrem Einsatz zur Abdichtung von gasführenden miteinander verbundenen Bauteilen in einem Hochdrucksystem, welches bei einem Nenndruck des Gases von wenigstens 20 MPa, bevorzugt von wenigstens 60 MPa, verwendet wird, und welches zur Speicherung von gasförmigen in einem Fahrzeug verwendeten Brennstoff dient. Der bevorzugte Einsatzzweck liegt also in einem Fahrzeug beispielsweise in einem System zur Speicherung von komprimiertem Erdgas, welches typischerweise bei einem Nenndruck von 26 MPa gespeichert wird. Mit sich zunehmend entleerendem Tank sinkt der Druck dann ab. Wird ein voller Tank beispielsweise bei hoher Umgebungstemperatur und großer Sonneneinstrahlung in dem Fahrzeug abgestellt oder mit dem Fahrzeug abgestellt, dann können auch deutlich höhere Drücke auftreten. Die alternative und besonders bevorzugte Verwendung liegt bei Systemen mit mehr als 60 MPa Nenndruck. Insbesondere sind solche Systeme als Wasserstoffsysteme in mit Wasserstoff direkt oder über eine Brennstoffzelle angetriebenen Fahrzeugen üblich. Die derzeit auftretenden Nenndrücke liegen in der Größenordnung von 70 MPa, sodass in der Praxis Drücke von bis zu 105 MPa auftreten werden. Der Aufbau kann jedoch auch für zukünftige Systeme verwendet werden, für welche noch höhere Nenndrücke, beispielsweise in der Größenordnung von 120 MPa angedacht sind.As already mentioned, the particularly preferred use of such a primary sealing system is in the area of gas-conducting systems, which on the one hand are exposed to high pressure fluctuations and on the other hand to high temperature fluctuations. In addition, a very long life of the seal can be achieved through the primary sealing system. The particularly preferred application of the primary sealing system according to the invention is therefore in its use for sealing gas-conducting interconnected components in a high-pressure system, which is used at a nominal pressure of the gas of at least 20 MPa, preferably of at least 60 MPa, and which for storage of gaseous used in a vehicle fuel serves. Thus, the preferred use is in a vehicle, for example in a system for storing compressed natural gas, which is typically stored at a nominal pressure of 26 MPa. As the tank progressively empties, the pressure drops. If a full tank, for example, at high ambient temperature and high solar radiation in the vehicle parked or parked with the vehicle, then significantly higher pressures can occur. The alternative and most preferred use is in systems with more than 60 MPa rating. In particular, such systems are common as hydrogen systems in vehicles powered by hydrogen directly or via a fuel cell. The currently occurring nominal pressures are in the order of 70 MPa, so that in practice pressures of up to 105 MPa will occur. However, the design can also be used for future systems for which even higher nominal pressures, for example of the order of magnitude of 120 MPa, are envisaged.

Dabei liegt die besonders bevorzugte Verwendung gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung darin, dass das Hochdrucksystem ein Wasserstoffsystem ist.In this case, the particularly preferred use according to an advantageous development is that the high-pressure system is a hydrogen system.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen primären Dichtungssystems werden auch aus den Ausführungsbeispielen deutlich, welche nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben sind.Further advantageous embodiments of the primary sealing system according to the invention are also clear from the embodiments, which are described in more detail below with reference to the figures.

Dabei zeigen:Showing:

1 ein prinzipmäßig angedeutetes Brennstoffzellenfahrzeug mit einem Wasserstoff-Hochdrucksystem; 1 a fuel cell vehicle indicated in principle with a high-pressure hydrogen system;

2 eine erste mögliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen primären Dichtungssystems in einem Zustand vor der Montage und einem montiertem Zustand; 2 a first possible embodiment of the primary sealing system according to the invention in a state before assembly and a mounted state;

3 eine erste mögliche Ausführungsform zur Ausgestaltung der Dichtflächen; 3 a first possible embodiment for the design of the sealing surfaces;

4 eine zweite mögliche Ausführungsform zur Ausgestaltung der Dichtflächen; 4 a second possible embodiment for the design of the sealing surfaces;

5 eine dritte mögliche Ausführungsform zur Ausgestaltung der Dichtflächen; 5 a third possible embodiment for the design of the sealing surfaces;

6 eine vierte mögliche Ausführungsform zur Ausgestaltung der Dichtflächen; 6 a fourth possible embodiment for the design of the sealing surfaces;

7 eine fünfte mögliche Ausführungsform zur Ausgestaltung der Dichtflächen; 7 a fifth possible embodiment for the design of the sealing surfaces;

8 eine sechste mögliche Ausführungsform zur Ausgestaltung der Dichtflächen; 8th a sixth possible embodiment for the design of the sealing surfaces;

9 eine siebte mögliche Ausführungsform zur Ausgestaltung der Dichtflächen; 9 a seventh possible embodiment for the design of the sealing surfaces;

10 eine alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen primären Dichtsystems mit einem Dichtelement in einer ersten möglichen Ausgestaltung; 10 an alternative embodiment of the primary sealing system according to the invention with a sealing element in a first possible embodiment;

11 eine alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen primären Dichtsystems mit einem Dichtelement in einer zweiten möglichen Ausgestaltung; 11 an alternative embodiment of the primary sealing system according to the invention with a sealing element in a second possible embodiment;

12 eine alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen primären Dichtsystems mit einem Dichtelement in einer dritten möglichen Ausgestaltung; und 12 an alternative embodiment of the primary sealing system according to the invention with a sealing element in a third possible embodiment; and

13 eine alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen primären Dichtsystems mit einem Dichtelement in einer vierten möglichen Ausgestaltung. 13 an alternative embodiment of the primary sealing system according to the invention with a sealing element in a fourth possible embodiment.

In der Darstellung der 1 ist ein prinzipmäßig angedeutetes Fahrzeug 1 zu erkennen, welches über ein Brennstoffzellensystem 2 verfügt, über das elektrische Antriebsleistung für das Fahrzeug 1 bereitgestellt wird. Den Kern des Brennstoffzellensystems 2 bildet dabei eine Brennstoffzelle 3, beispielsweise ein sogenannter Brennstoffzellenstack in PEM-Technologie, welche mit Luft und Wasserstoff versorgt wird. Die von der Brennstoffzelle 3 erzeugte elektrische Leistung gelangt über eine Leistungselektronik 4 zu einem Fahrmotor 5, über welchen die angetriebenen Räder des Fahrzeugs 1 angetrieben werden. Außerdem befindet sich in elektrischer Kommunikation mit der Leistungselektronik 4 eine elektrische Energiespeichereinrichtung 6, beispielsweise eine Batterie oder dergleichen, um überschüssige Leistung, insbesondere auch beim Abbremsen des Fahrzeugs 1 anfallende Leistung, aufnehmen zu können.In the presentation of the 1 is a vehicle indicated in principle 1 to recognize which via a fuel cell system 2 has, over the electrical drive power for the vehicle 1 provided. The core of the fuel cell system 2 forms a fuel cell 3 , for example, a so-called fuel cell stack in PEM technology, which is supplied with air and hydrogen. The fuel cell 3 generated electrical power passes through a power electronics 4 to a drive motor 5 over which the driven wheels of the vehicle 1 are driven. It is also in electrical communication with the power electronics 4 an electrical energy storage device 6 , For example, a battery or the like to excess power, especially when braking the vehicle 1 accumulating power to record.

Die Brennstoffzelle 3 wird kathodenseitig mit Luft als Sauerstofflieferant über eine Luftfördereinrichtung 7 versorgt. Ansonsten ist der Aufbau hier sehr einfach dargestellt, sodass die nicht verbrauchte Luft einfach an die Umgebung abgegeben wird. Dem Fachmann sind weitere Ausgestaltungen wie beispielsweise eine nachgeschaltete Turbine oder dergleichen geläufig. Auch die Befeuchtung und/oder Abkühlung der zugeführten Luft ist dem Fachmann geläufig, sodass hierauf nicht weiter eingegangen werden muss.The fuel cell 3 is the cathode side with air as an oxygen supplier via an air conveyor 7 provided. Otherwise, the structure is shown here very simply, so that the unused air is simply released to the environment. The person skilled in further embodiments such as a downstream turbine or the like are familiar. The moistening and / or cooling of the supplied air is familiar to the expert, so it need not be discussed further here.

Anodenseitig wird die Brennstoffzelle 3 mit Wasserstoff aus einem Druckspeichersystem versorgt. Beispielhaft ist ein Druckgasbehälter 8 dieses in seiner Gesamtheit nicht dargestellten Druckspeichersystems in der Darstellung der 1 angedeutet. Dieser Druckgasbehälter 8 ist über eine Ventileinrichtung 9, ein sogenanntes On-Tank-Valve, und ein Hochdrucksystem mit einer Druckregel- und Dosiereinheit 10 verbunden, von welcher aus der Wasserstoff im Bereich eines Niederdrucks oder mittleren Druckniveaus weitergeführt wird. Das Hochdrucksystem für den Wasserstoff umfasst also zumindest den, oder da typischerweise mehrere vorhanden sind die Druckgasbehälter 8, sowie ihre Ventile 9 und das hier mit 11 bezeichnete Leistungssystem bis zu einer Druckregeleinehit 10, in welcher das Druckniveau vom Nenndruck auf ein niedrigeres Druckniveau heruntergeregelt oder -gesetzt wird.On the anode side, the fuel cell 3 supplied with hydrogen from a pressure storage system. An example is a compressed gas tank 8th this not shown in its entirety accumulator system in the representation of 1 indicated. This compressed gas container 8th is via a valve device 9 , a so-called on-tank valve, and a high-pressure system with a pressure regulating and dosing unit 10 connected, from which the hydrogen is continued in the range of a low pressure or medium pressure level. The high-pressure system for the hydrogen thus comprises at least the, or since there are typically more available compressed gas containers 8th , as well as their valves 9 and this here 11 designated power system up to a Druckregeleinehit 10 in which the pressure level is reduced or set from the nominal pressure to a lower pressure level.

Derartige Hochdrucksysteme, nicht nur für Wasserstoff, wie es in der Darstellung der 1 angedeutet ist, sondern auch für komprimiertes Erdgas, welches typischerweise in einem Verbrennungsmotor verbrannt wird, sind nun sehr kritisch hinsichtlich der Abdichtung. Dies gilt wiederum vor allem für den Wasserstoff, welcher über gängige Dichtungsmaterialien nur sehr schwer abgedichtet werden kann. Dies gilt insbesondere bei den sehr hohen Drücken in einem derartigen Wasserstoffhochdrucksystem, welche typischerweise bei einem Nenndruck von 70 MPa liegen. In der Praxis bedeutet dies, dass Drücke von bis zu 105 MPa auftreten können und das andererseits, bei einem leeren Wasserstofftank sehr niedrige Drücke von typischerweise lediglich 1 MPa und theoretisch sogar Drücke in der Größenordnung von 0 MPa auftreten. Zusätzlich sind bei einem Fahrzeug 1 hohe Temperaturschwankungen nicht zu vermeiden. Solche Temperaturschwankungen können beispielsweise zwischen –45°C und +95°C bei der oben genannten Druckspanne auftreten. Darüber hinaus sollen derartige System in Fahrzeugen 1 eine entsprechend lange Lebensdauer auch unter den in Fahrzeugen 1 auftretenden oft durch Vibrationen und Erschütterungen erschwerten Bedingungen aufweisen. Typischerweise sind Lebensdauern von 15 Jahren anzustreben, wobei für eine Zertifizierung einer Wasserstoffhochdruckanlage in einem Fahrzeug 1 Betriebszeiträume von 20 Jahren angenommen werden. Um all diesen Voraussetzungen zu genügen, muss eine sehr gute Primärdichtung eingesetzt werden, welche all diesen Bedingungen über die gewünschte lange Lebensdauer hinweg problemlos standhält.Such high pressure systems, not only for hydrogen, as shown in the illustration of 1 is indicated, but also for compressed natural gas, which is typically burned in an internal combustion engine, are now very critical to the seal. This, in turn, is especially true for the hydrogen, which can be very difficult to seal over common sealing materials. This is especially true at the very high pressures in such a high pressure hydrogen system which are typically at a nominal pressure of 70 MPa. In practice, this means that pressures of up to 105 MPa can occur and, on the other hand, in the case of an empty hydrogen tank, very low pressures of typically only 1 MPa and theoretically even pressures of the order of 0 MPa occur. In addition, in a vehicle 1 high temperature fluctuations unavoidable. Such temperature fluctuations can For example, occur between -45 ° C and + 95 ° C at the above pressure range. In addition, such systems are intended in vehicles 1 a correspondingly long life even under those in vehicles 1 often encountered by vibrations and shocks difficult conditions. Typically, lifetimes of 15 years are to be strived for where a certification of a high-pressure hydrogen plant in a vehicle 1 Operating periods of 20 years are assumed. To meet all these requirements, a very good primary seal must be used, which can easily withstand all these conditions over the desired long service life.

In der Darstellung der 2 ist ein rein metallisches primäres Dichtungssystem 12 an einem Beispiel dargestellt. Beispielsweise soll das Dichtungssystem 12 Teil eines in einen sogenannten Boss des Druckgasbehälters 8 eingeschraubten Tankventils (On-Tank-Valve) 9 sein. Dieses Tankventil 9, welches beispielsweise in der aus der EP 1 682 801 B1 bekannten Art als Pilotventil ausgebildet sein kann, kann über das beschriebene primäre Dichtungssystem 12, also das Dichtungssystem 12, das auf der einen Seite mit dem Wasserstoff unter Hochdruck beaufschlagt ist und auf der anderen Seite direkt oder mittelbar über eine Sekundärdichtung gegen die Atmosphäre abdichtet, in der beschriebenen Art und Weise ausgeführt sein.In the presentation of the 2 is a purely metallic primary sealing system 12 illustrated by an example. For example, the sealing system 12 Part of a so-called boss of the gas cylinder 8th screwed tank valve (on-tank valve) 9 be. This tank valve 9 , which for example in the from the EP 1 682 801 B1 known type can be designed as a pilot valve, can be described on the primary sealing system 12 So the sealing system 12 , which is pressurized on one side with the hydrogen under high pressure and on the other hand, directly or indirectly via a secondary seal seals against the atmosphere, be carried out in the manner described.

In der Darstellung der 2a ist ein derartiges Dichtungssystem 12 in einem ersten möglichen Ausführungsbeispiel anhand einer links einer Symmetrieachse 13 angeordneten Druckhülse 14 einerseits und einem Grundkörper 15 des Pilotventils andererseits zu erkennen. Der Grundkörper 15 weist dabei eine ebene Dichtfläche 16 auf. Eine Dichtfläche 17 der Druckhülse 14 weist eine abgerundete Spitze 18 auf, welche im nicht montierten in 2a) dargestellten Aufbau sehr gut zu erkennen ist. Die Drückhülse 14 wird dann, wie es in der 2b zu erkennen ist, in Richtung des Grundkörpers 15 bewegt, sodass die Dichtfläche 16 und zumindest die abgerundete um den Umfang umlaufende Spitze 18 der Dichtfläche 17 in Eingriff zueinander kommen. Hierdurch wird der in 2b) gezeigte montierte Zustand erreicht, bei dem die Dichtfläche 16 und die abgerundete Spitze 18 auf der Dichtfläche 17 miteinander verspannt und in dichtendem Eingriff sind. Dabei wird zum Erzielen einer sehr guten und über einen langen Zeitraum auch unter den schwierigen Bedingungen in dem Fahrzeug 1 anhaltenden Dichtheit durch die Formgebung beispielsweise mit der abgerundeten Spitze 18 eine sehr hohe Hertzsche Pressung im Bereich des Zentrums der Spitze 18 erreicht. Hierdurch kommt es zu einer elastischen Verformung zwischen der Dichtfläche 16 und der abgerundeten Spitze 18, welche eine sehr gute Dichtheit sicherstellt. Insbesondere sollte dabei bei der Montage darauf geachtet werden, dass sich die Druckhülse 14 nicht rotatorisch relativ zum Grundkörper 15 bewegt, da hierdurch eine Beeinträchtigung der Dichtfläche 16 auftreten könnte, welche die spätere Abdichtung verschlechtert. Bei der Montage sollte idealerweise nur Druck in axialer Richtung, also parallel zu der mit 13 bezeichneten Mittelachse zwischen der Dichtfläche 16 und der abgerundeten Spitze 18 auftreten, sodass diese sich in die sich elastisch verformende Dichtfläche 16 eindrückt und durch das elastische Verhalten der beiden Partner die gewünschte sehr gute Abdichtung gewährleistet.In the presentation of the 2a is such a sealing system 12 in a first possible embodiment with reference to a left of an axis of symmetry 13 arranged pressure sleeve 14 on the one hand and a basic body 15 on the other hand. The main body 15 has a flat sealing surface 16 on. A sealing surface 17 the pressure sleeve 14 has a rounded tip 18 on which in not assembled in 2a) shown construction is very easy to recognize. The pressing sleeve 14 will then, as it is in the 2 B it can be seen in the direction of the main body 15 moves, leaving the sealing surface 16 and at least the rounded around the circumference circumferential tip 18 the sealing surface 17 engage each other. This will make the in 2 B) shown mounted state in which the sealing surface 16 and the rounded tip 18 on the sealing surface 17 clamped together and are in sealing engagement. This will help achieve a very good and over a long period of time even under the harsh conditions in the vehicle 1 lasting tightness through the shaping, for example, with the rounded tip 18 a very high Hertzian pressure in the area of the center of the tip 18 reached. This results in an elastic deformation between the sealing surface 16 and the rounded tip 18 , which ensures a very good tightness. In particular, care should be taken during assembly that the pressure sleeve 14 not rotational relative to the main body 15 moves, as this affects the sealing surface 16 could occur, which worsens the subsequent sealing. When mounting should ideally only pressure in the axial direction, ie parallel to the with 13 designated center axis between the sealing surface 16 and the rounded tip 18 occur, so that they are in the elastically deforming sealing surface 16 impressed and ensured by the elastic behavior of the two partners the desired very good seal.

In den 3 bis 9 sind verschiedene Ausführungsformen des soeben beschriebenen Aufbaus nochmals im Detail dargestellt und werden anhand dieser Figuren erläutert. So ist in der Darstellung der 3 ein Aufbau im montiertem Zustand zu erkennen, bei dem anstelle einer abgerundeten Spitze 18 lediglich auf eine kleinere Ausdehnung, also einen kleineren Flächeninhalt der mit 17 bezeichneten Dichtfläche der Druckhülse 14 im Vergleich zu dem Flächeninhalt der wiederum mit 16 bezeichneten Dichtfläche des Grundkörpers 15 gesetzt wird. Dieser Aufbau ist besonders einfach und effizient, weist jedoch den Nachteil einer vergleichsweise großen und gleichmäßigen Fläche und damit einer entsprechenden eher homogenen Verteilung der Hertzschen Pressung über die Berührungsfläche auf.In the 3 to 9 various embodiments of the structure just described are again shown in detail and will be explained with reference to these figures. So is in the presentation of the 3 to recognize a structure in the assembled state, in which instead of a rounded tip 18 only to a smaller extent, so a smaller area of the with 17 designated sealing surface of the pressure sleeve 14 in comparison to the surface of the turn with 16 designated sealing surface of the body 15 is set. This structure is particularly simple and efficient, but has the disadvantage of a comparatively large and uniform surface and thus a corresponding rather homogeneous distribution of the Hertzian pressure over the contact surface.

In der Darstellung der 4 ist ein Aufbau gezeigt, bei dem die Druckhülse 14 eine konvex in Richtung der wiederum mit 16 bezeichneten Dichtfläche des Grundkörpers 15 gewölbte Oberfläche aufweist. Diese mit 19 bezeichnete Wölbung der Dichtfläche 17 sorgt für eine ideale Konzentration der höchsten Hertzschen Pressung im zentralen Bereich der Anlage. Dadurch, dass bei der Montage die Wölbung 19 auf die ebene Dichtfläche 16 aufgesetzt wird, um anschließend beispielsweise um die mit Δl bezeichnete Länge zum Erzielen einer Abdichtung zugestellt wird. Diese Länge von Δl, welche idealerweise ca. 0,05 mm bzw. 50 μm beträgt, ermöglicht eine ideale Abdichtung im Bereich der sich durch die elastische Verformung in die Fläche 16 eindrückenden Wölbung 19. Dadurch, dass hier lediglich elastische Verformungen vorliegen, werden durch die dem Material immanenten „Federkräfte” die Flächen ständig gegeneinander gepresst und sorgen so über eine sehr lange Lebensdauer des Aufbaus hinweg für eine sehr gute Abdichtung. Idealerweise ist es dabei so, dass der Aufbau der Druckhülse 14, insbesondere im Bereich ihrer Dichtfläche 17, aus einem Material hergestellt ist, welches härter ist als das Material des Grundkörpers 15 bzw. seiner Dichtfläche 16. Grundsätzlich wären auch zwei vergleichbar harte Materialien denkbar. Den besten Effekt erzielt man jedoch dann, wenn die die Wölbung aufweisende Seite das härtere Material aufweist. Beispielsweise könnte der hier beschriebene Aufbau so realisiert werden, dass die Druckhülse 14 aus einem Stahlmaterial hergestellt wird, beispielsweise dem Stahl 1.4435 oder JIS G4303 SUS316L . Der Grundkörper 15, welcher beispielsweise geschmiedet hergestellt ist, könnte dann aus Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung bestehen, z. B. H4140 A6061FDT6 oder A6061FHT6.In the presentation of the 4 is shown a construction in which the pressure sleeve 14 a convex towards the turn with 16 designated sealing surface of the body 15 having a curved surface. This with 19 designated curvature of the sealing surface 17 ensures an ideal concentration of the highest Hertzian pressure in the central area of the plant. Due to the fact that during the assembly the curvature 19 on the flat sealing surface 16 is placed, and then delivered, for example, by the length designated by Δl to achieve a seal. This length of Δl, which is ideally about 0.05 mm or 50 microns, allows an ideal seal in the area by the elastic deformation in the area 16 impressing vaulting 19 , Because there are only elastic deformations here, the surfaces are constantly pressed against each other by the material inherent in the "spring forces" and thus ensure a very long service life of the structure for a very good seal. Ideally, it is the case that the construction of the pressure sleeve 14 , in particular in the region of its sealing surface 17 , is made of a material which is harder than the material of the body 15 or its sealing surface 16 , Basically, two comparable hard materials would be conceivable. The best effect is achieved, however, if the curvature-bearing side has the harder material. For example, the structure described here could be realized such that the pressure sleeve 14 is made of a steel material, for example the steel 1.4435 or JIS G4303 SUS316L , The main body 15 , which is for example made forged, could then consist of aluminum or an aluminum alloy, for. H4140 A6061FDT6 or A6061FHT6.

Insbesondre beim Einsatz in Fahrzeugen müssen die Materialien darüber hinaus den entsprechenden Regularien der entsprechenden Kodifizierungen und Standards zum Erlangen einer Fahrzeugzulassung bzw. Typgenehmigung im jeweiligen Zielmarkt entsprechen. Deshalb sind bestimmte Materialkombinationen erlaubt und andere ausgeschlossen. In jedem Fall wird jedoch die beste Abdichtung bei der beschriebenen Kombination aus einem Aluminiummaterial auf der einen Seite und einem entsprechenden nichtrostenden Stahlmaterial auf der anderen Seite erzielt. Ein solcher Aufbau unter Verwendung der jeweils zulässigen Legierungen ist dabei überall möglich und zugelassen. Weitere Materialkombinationen sind jedoch grundsätzlich denkbar und vom Umfang der Erfindung nicht ausgeschlossen.In particular, when used in vehicles, the materials must comply with the relevant regulations of the corresponding codifications and standards for obtaining vehicle approval or type approval in the respective target market. Therefore, certain material combinations are allowed and others excluded. In any case, however, the best seal is achieved in the described combination of an aluminum material on one side and a corresponding stainless steel material on the other side. Such a construction using the respective permissible alloys is everywhere possible and permitted. However, further material combinations are conceivable in principle and not excluded from the scope of the invention.

In der Darstellung der 5 ist ein Aufbau zu erkennen, welcher letztlich eine Vergrößerung des in 2 gezeigten Aufbaus darstellt. Die auch hier wiederum mit 17 bezeichnete Dichtfläche der Druckhülse 14 weist eine in Richtung der mit 16 bezeichneten Dichtfläche des Grundkörpers 15 ragende abgerundete Spitze 18 auf, welche analog zur Darstellung in 4 um die Länge Δl elastisch in die Dichtfläche 16 eingedrückt wird, um für eine entsprechende Abdichtung zu sorgen.In the presentation of the 5 is a structure to recognize, which is ultimately an enlargement of the in 2 represents shown construction. The again here with 17 designated sealing surface of the pressure sleeve 14 points in the direction of 16 designated sealing surface of the body 15 protruding rounded tip 18 on, which analogously to the representation in 4 by the length .DELTA.l elastic in the sealing surface 16 is pressed to provide a seal.

In der Darstellung der 6 ist ein Aufbau zu erkennen, welcher in seinem Funktionsprinzip wiederum dem in 4 dargestellten Aufbau entspricht. Anstelle der einen Wölbung 19 sind hier zwei Wölbungen 19.1 und 19.2 zu erkennen, welche radial zu der mit 13 bezeichneten Achse beabstandet voneinander angeordnet sind. Somit ergibt sich eine erste ringförmige Abdichtung aus Sicht der Achse 13 innen durch die Wölbung 19.1 und beabstandet davon durch die Wölbung 19.2 ein entsprechender zweiter ringförmiger Dichtungsbereich außerhalb. Durch diese Doppeldichtung, welche in einem einzigen Aufbau integriert ausgebildet ist, lässt sich die Dichtheit, insbesondere im Falle einer Undichtheit des inneren Dichtrings nochmals weiter steigern, ohne dass hierdurch der Montageaufwand erhöht wird.In the presentation of the 6 is a structure to recognize, which in its operating principle turn the in 4 corresponds to the structure shown. Instead of a vault 19 here are two vaults 19.1 and 19.2 to recognize which radial to the with 13 designated axis spaced from each other. This results in a first annular seal from the perspective of the axis 13 in through the vault 19.1 and spaced from it by the vault 19.2 a corresponding second annular sealing area outside. By this double seal, which is formed integrally in a single structure, the tightness, especially in the case of leakage of the inner sealing ring can be further increased without thereby increasing the assembly cost.

In den 3 bis 6 waren nun jeweils Aufbauten gezeigt, bei welchen in dem Grundkörper 15 eine ebene Dichtfläche 16 ausgebildet war, und bei welchem die Dichtfläche in bzw. an der Druckhülse 14 entsprechend kleiner und/oder mit einer Wölbung und/oder Spitze ausgestattet war. Dieser Aufbau lässt sich selbstverständlich auch umkehren, sodass jeweils an der Druckhülse 14 eine ebene Dichtfläche 17 realisiert ist und der entsprechende Aufbau mit verringerter Oberfläche, Spitze und/oder Wölbung an dem Grundkörper 15 bzw. im Bereich seiner Dichtfläche 16 realisiert ist. Dies ist beispielhaft in den 7 analog zur Darstellung in 3, in der 8 analog zur Darstellung in 5 und in der 9 analog zur Darstellung in 6 dargestellt.In the 3 to 6 In each case constructions were shown, in which in the body 15 a flat sealing surface 16 was formed, and wherein the sealing surface in or on the pressure sleeve 14 correspondingly smaller and / or with a curvature and / or tip was equipped. Of course, this structure can also be reversed, so that in each case on the pressure sleeve 14 a flat sealing surface 17 is realized and the corresponding structure with reduced surface, tip and / or curvature on the body 15 or in the region of its sealing surface 16 is realized. This is exemplary in the 7 analogous to the representation in 3 , in the 8th analogous to the representation in 5 and in the 9 analogous to the representation in 6 shown.

Ein weiterer grundsätzlicher Aufbau ist in der Darstellung der 10 zu erkennen. In dieser Ausführungsform sind beide der Dichtflächen 16, 17 sowohl der Druckhülse 14 als auch des Grundkörpers 15 eben ausgebildet. Zwischen ihnen ist ein mit 20 bezeichnetes ringförmiges Dichtelement eingelegt. Dieses Dichtelement 20 ist ebenfalls aus einem metallischen Werkstoff ausgeführt, idealerweise aus einem Werkstoff, welcher härter oder zumindest gleich hart ist, wie die Oberfläche der Dichtflächen 16, 17. Beispielsweise können bei dieser Ausführungsform sowohl die Druckhülse 14 als auch der Grundkörper 15 aus einem Aluminiummaterial bestehen, während das Dichtelement 20 aus Stahl hergestellt ist. In der Darstellung der 10 ist es nun, dass das Dichtelement 20 in sich eben ausgebildet ist, sodass im Prinzip die bereits aus den 3 und 7 beschriebene Wirkung hier durch ein weiteres zusätzliches Element entsteht.Another fundamental structure is in the representation of 10 to recognize. In this embodiment, both of the sealing surfaces 16 . 17 both the pressure sleeve 14 as well as the basic body 15 just trained. Between them is one with 20 designated annular sealing element inserted. This sealing element 20 is also made of a metallic material, ideally of a material which is harder or at least as hard as the surface of the sealing surfaces 16 . 17 , For example, in this embodiment, both the pressure sleeve 14 as well as the basic body 15 consist of an aluminum material, while the sealing element 20 made of steel. In the presentation of the 10 it is now that the sealing element 20 is trained in itself, so that in principle already from the 3 and 7 described effect arises here by another additional element.

Ein alternativer Aufbau ist in der Darstellung der 11 zu erkennen. Hier sind die den Dichtflächen 16, 17 zugewandten Oberflächen des Dichtelements 20 wiederum konvex gewölbt, sodass diese sich analog zur Darstellung in 4 entsprechend um das Wegstück Δl eindrücken, wobei sich im zentralen Bereich der Wölbung 19 die größte Hertzsche Pressung ergibt. Die Abdichtung wird hierdurch gegenüber dem zuvor beschriebenen Aufbau nochmals verbessert.An alternative construction is in the representation of 11 to recognize. Here are the sealing surfaces 16 . 17 facing surfaces of the sealing element 20 again curved convex, so that they are analogous to the representation in 4 correspondingly press in the distance Δl, whereby in the central area of the curvature 19 the largest Hertzian pressure results. The seal is thereby further improved over the structure described above.

Als Alternative zur Wölbung wurde ja bereits bei den bisherigen Ausführungsformen insbesondere in den 2, 5 und 8 eine abgerundete Spitze beschrieben. Diese abgerundete Spitze, in diesem Fall als Doppelspitze, welche einerseits in Richtung der Dichtfläche 16 und andererseits in Richtung der Dichtfläche 17 zeigt, ist bei dem in 12 beschriebenen Aufbau realisiert. Auch hier erfolgt die Abdichtung analog zu den bisherigen Beschreibungen einmal zwischen dem Druckhülse 14 und dem Dichtelement 20 und das andere Mal zwischen dem Dichtelement 20 und dem Grundkörper 15.As an alternative to the curvature was already in the previous embodiments, especially in the 2 . 5 and 8th a rounded tip described. This rounded tip, in this case as a double point, which on the one hand towards the sealing surface 16 and on the other hand in the direction of the sealing surface 17 shows is at the in 12 realized construction described. Again, the seal takes place analogously to the previous descriptions once between the pressure sleeve 14 and the sealing element 20 and the other time between the sealing element 20 and the body 15 ,

Abschließend ist in der Darstellung der 13 ein Aufbau gezeigt, welcher analog zu den Aufbauten in den 6 und 9 zu verstehen ist. Auf jeder Seite des Dichtelements 20 sind zwei entsprechende Wölbungen 19.1, 19.2 zu erkennen, welche wiederum zu einer vergleichbaren Abdichtung wie bei dem in den 6 und 9 beschriebenen Aufbau führen.Finally, in the presentation of the 13 a structure is shown, which analogous to the structures in the 6 and 9 to understand. On each side of the sealing element 20 are two corresponding vaults 19.1 . 19.2 to recognize, which in turn to a comparable seal like the one in the 6 and 9 lead described structure.

Eine Umkehr des Aufbaus in dem Sinne, dass eine oder beide der Wölbungen 19 und/oder Spitzen 18 in einer oder beiden Dichtflächen 16, 17 angeordnet sind und mit ebenen Dichtelementflächen des Dichtelements 20 zusammenwirken, wäre natürlich ebenso denkbar.A reversal of the construction in the sense that one or both of the vaults 19 and / or tips 18 in one or both sealing surfaces 16 . 17 are arranged and with flat sealing element surfaces of the sealing element 20 of course, would be equally conceivable.

Alle Aufbauten wurden realisiert und sowohl numerisch als auch in der Praxis getestet. Sie zeigen, dass die gewünschten Anforderungen zumindest erfüllt, in den allermeisten Fällen jedoch überschritten wurden. Als besonders bevorzugt haben sich dabei die Ausführungsvarianten gemäß den 4 und 5 erwiesen. Diese sind außerdem hinsichtlich der benötigten Anzahl an Bauteilen und hinsichtlich ihrer sehr einfachen Montage besonders zu bevorzugen.All superstructures have been realized and tested both numerically and in practice. They show that the desired requirements have at least been met, but exceeded in the vast majority of cases. Particularly preferred are the embodiments according to the 4 and 5 proved. These are also particularly preferred in terms of the required number of components and in terms of their ease of installation.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 112008004249 T5 [0005]
EP 1682801 B1 [0036]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

JIS G4303 SUS316L [0039]

Claims

Primary sealing system ( 12 ) for a gas-carrying high-pressure system, with two facing sealing surfaces ( 16 . 17 ), wherein the sealing surfaces ( 16 . 17 ) are formed metallic and in the mounted state directly or via an interposed metallic sealing element ( 20 ), and wherein in each case one of the contacting sealing surfaces ( 16 . 17 ) or the sealing surfaces ( 16 . 17 ) and the sealing surfaces ( 16 . 17 ) facing the sealing surface has a smaller surface area than the other sealing surface ( 16 . 17 ) or sealing element surface of the pairing.

Primary sealing system ( 12 ) according to claim 1, characterized in that at least one of the sealing surfaces ( 16 . 17 ) or at least one, preferably both, of the sealing surfaces ( 16 . 17 ) facing sealing element surfaces one in the direction of the other sealing surface ( 16 . 17 ) or in the direction of the sealing surface / -n ( 16 . 17 ) convex curvature ( 19 ) or tip ( 18 ), preferably rounded tip ( 18 ), having.

Primary sealing system ( 12 ) according to claim 2, characterized in that the with the curvature ( 19 ) or tip ( 18 ) cooperating sealing surface ( 16 . 17 ) is formed.

Primary sealing system ( 12 ) according to claim 2 or 3, characterized in that one of the sealing surfaces ( 16 . 17 ) or at least one of the sealing element surfaces two radially spaced in the direction of the other sealing surface ( 16 . 17 ) or in the direction of the sealing surface / -n ( 16 . 17 ) convex curvature ( 19.1 . 19.2 ) and / or tip ( 18 ) having.

Primary sealing system ( 12 ) according to one of claims 2 to 4, characterized in that the curvature ( 19 ) or tip ( 18 ) having sealing surface or the curvature ( 19 ) or tip ( 18 ) is formed from a material which has the same or preferably a greater hardness than the material of the other sealing surface ( 16 . 17 ) or sealing surfaces ( 16 . 17 ) having.

Primary sealing system ( 12 ) according to one of claims 1 to 5, characterized in that between the sealing surfaces ( 16 . 17 ) no sealing element ( 20 ) is provided.

Method for assembling a primary sealing system ( 12 ) according to one of claims 1 to 6, characterized in that the sealing surfaces ( 16 . 17 ) or the sealing surfaces ( 16 . 17 ) and the sealing element ( 20 ) are mounted without it during the assembly to a relative movement between the sealing surfaces ( 16 . 17 ) or the sealing surfaces ( 16 . 17 ) and the sealing element ( 20 ) comes in the circumferential direction.

A method according to claim 7, characterized in that after the investment of the sealing surfaces ( 16 . 17 ) or the sealing surfaces ( 16 . 17 ) and the sealing element ( 20 ) These are moved toward each other by a predetermined distance (.DELTA.l) of 20 .mu.m to 100 .mu.m, preferably about 50 .mu.m, per surface pairing.

Use of a primary sealing system ( 12 ) according to any one of claims 1 to 6 and / or a mounting method according to claim 7 or 8, for the sealing of interconnected gas-carrying components ( 14 . 15 ) in a high-pressure system which is used at a nominal pressure of the gases of at least 20 MPa, preferably of at least 60 MPa, and which is used for the storage of gaseous fuel in a vehicle ( 1 ) serves.

Use according to claim 9, characterized in that the high-pressure system is a high-pressure hydrogen system.