DE102017004261A1 - gas valve - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Gasventil (8, 11, 12, 14) mit wenigstens einem Ventilsitz und einem Ventilkörper, mit wenigstens einem im Wesentlichen in der Strömungsrichtung wirkenden Federmittel (9, 16, 17, 18), welches mit dem Ventilkörper in der Art zusammenwirkt, dass der Ventilkörper in Richtung auf den Ventilsitz zu oder von dem Ventilsitz weg durch das Federmittel (9, 16, 17, 18) gehalten ist. Das erfindungsgemäße Gasventil ist dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Federmittel (9, 16, 17, 18) eine degressiv-progressive Federkennlinie aufweist.The invention relates to a gas valve (8, 11, 12, 14) having at least one valve seat and a valve body, with at least one substantially acting in the flow direction spring means (9, 16, 17, 18) which cooperates with the valve body in the manner in that the valve body is held towards or away from the valve seat by the spring means (9, 16, 17, 18) towards the valve seat. The gas valve according to the invention is characterized in that the at least one spring means (9, 16, 17, 18) has a degressive-progressive spring characteristic.
Description
Die Erfindung betrifft ein Gasventil mit wenigstens einem Ventilsitz und einem Ventilkörper mit wenigstens einem im Wesentlichen in Durchströmungsrichtung wirkenden Federmittel nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Außerdem betrifft die Erfindung die Verwendung eines solchen Gasventils.The invention relates to a gas valve having at least one valve seat and a valve body with at least one substantially acting in the direction of flow spring means according to the closer defined in the preamble of
Bei Gasventilen ist der Einsatz von Federmitteln, um einen Ventilkörper gegen einen Ventilsitz zu drücken oder von einem Ventilsitz abzuheben, prinzipiell bekannt. Diese Federmittel sind dabei im Wesentlichen in Durchströmungsrichtung wirkend. Eine der Kraftkomponenten ihrer Federkraft wirkt also in Strömungsrichtung bzw. parallel zur zentralen Mittelachse des Ventils. Beispiele für solche Ventile sind Rückschlagventile oder auch sogenannte Rohrbruchsicherungen, welche vorzugsweise bei Gasleitungen zum Einsatz kommen. Wird das Rohr nach dem Ventil abgeschert oder bricht, dann fällt der Druck hier rapide ab. Der Ventilkörper wird dann über eine Feder auf den Ventilsitz gepresst, sodass kein weiteres Gas ausströmen kann. Die Wirkungsrichtung ist also im Wesentlichen umgekehrt, wie in einem Rückschlagventil.In gas valves, the use of spring means to push a valve body against a valve seat or to lift it off a valve seat is known in principle. These spring means are acting substantially in the direction of flow. One of the force components of their spring force thus acts in the flow direction or parallel to the central center axis of the valve. Examples of such valves are check valves or so-called pipe rupture, which are preferably used in gas lines. If the pipe shears or breaks after the valve, the pressure drops rapidly. The valve body is then pressed by a spring on the valve seat, so that no more gas can flow out. The direction of action is thus essentially the reverse, as in a check valve.
Bei derartigen Ventilen hat sich nun gezeigt, dass es so ist, dass diese beim Durchströmen in der gewünschten Richtung bei einer entsprechenden Belastung der Feder einen eher engen Spalt zwischen dem Ventilsitz und dem Ventilkörper aufweisen. Insbesondere bei Anwendungen mit hohem Druck und daraus resultierenden hohen Strömungsgeschwindigkeiten kommt es nun sehr leicht zu einer Schwingungsanregung des Ventilkörpers, welche soweit gehen kann, dass dieser auf dem Ventilsitz aufschlägt. Hierdurch kann es zu einer Schädigung des Ventilkörpers oder des Ventilsitzes kommen, sodass letzten Endes das Ventil zerstört oder zumindest Partikel des Ventilsitzes bzw. Ventilkörpers in die nachfolgenden Komponenten eingetragen werden. Insbesondere bei filigranen Hochdruckanwendungen wie beispielsweise einem Tankventil für einen Druckgasspeicher, insbesondere für Wasserstoff unter einem Nenndruck von 70 MPa, stellt dies ein erhebliches Problem dar.Such valves have now been shown to have a rather narrow gap between the valve seat and the valve body when flowing in the desired direction with a corresponding load on the spring. Especially in applications with high pressure and resulting high flow velocities, it is now very easy to vibrate the valve body, which can go so far that this strikes the valve seat. This can result in damage to the valve body or the valve seat, so that ultimately destroys the valve or at least particles of the valve seat or valve body are registered in the following components. In particular, in filigree high-pressure applications such as a tank valve for a compressed gas storage, in particular for hydrogen under a nominal pressure of 70 MPa, this represents a significant problem.
Die
Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein Gasventil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 anzugeben, welches der beschriebenen Problematik abhilft.The object of the present invention is now to provide a gas valve according to the preamble of
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Gasventil mit den Merkmalen im Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen sowie den Verwendungsansprüchen.According to the invention this object is achieved by a gas valve with the features in
Bei dem erfindungsgemäßen Gasventil ist es vorgesehen, dass die Federmittel eine degressiv-progressive Federkennlinie aufweisen. Eine solche degressiv-progressive Federkennlinie erlaubt im Gegensatz zu der bisher üblichen linearen Federkennlinie eine gezielte Auslegung des Auslösepunkts, beispielsweise des Gasventils bei seiner Verwendung als Rohrbruchsicherung oder Rückschlagventil. Durch die Verwendung eines solchen Federmittels ist bei gegebener Vorspannkraft ein klar definierter Schaltpunkt möglich. Hierdurch können Schwingungen des Systems aus Federmittel und Ventilkörper vermieden und die eingangs geschilderten Probleme umgangen werden. Das Federmittel erlaubt durch seine Auslegung nämlich eine Federkennlinie, welche bei einer klar definierten Federkraft und damit einer klar definierten Kraft auf den mit der Feder gekoppelten Ventilkörper einen zunehmenden Federweg zulässt, sodass der Öffnungsquerschnitt so groß wird, dass die Gefahr einer Anregung von Schwingungen praktisch ausgeschlossen ist.In the gas valve according to the invention, it is provided that the spring means have a degressive-progressive spring characteristic. Such a degressive-progressive spring characteristic allows, in contrast to the usual linear spring characteristic a targeted interpretation of the trip point, for example, the gas valve when used as a pipe rupture protection or check valve. By using such a spring means a clearly defined switching point is possible for a given biasing force. As a result, vibrations of the system of spring means and valve body can be avoided and circumvent the problems described above. Because of its design, the spring means permits a spring characteristic which, given a clearly defined spring force and thus a clearly defined force on the valve body coupled to the spring, allows an increasing spring travel, so that the opening cross section becomes so large that the danger of excitation of vibrations is virtually ruled out is.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Idee ist es dabei vorgesehen, dass die degressiv-progressive Federkennlinie als degressiv-waagrecht-progressive Federkennlinie ausgebildet ist. Eine solche degressiv-waagrecht-progressive Federkennlinie erlaubt noch mehr Einfluss, um das oben geschilderte Ansprechverhalten ideal in Anpassung auf die Strömungsquerschnitte und die bei der Durchströmung auftretenden Drücke und Geschwindigkeiten des Gases anzupassen.According to an advantageous development of the idea, it is provided that the degressive-progressive spring characteristic is designed as degressive-horizontal-progressive spring characteristic. Such a degressive-horizontal-progressive spring characteristic allows even more influence to adapt the above-described response ideally in adaptation to the flow cross-sections and the pressures and velocities of the gas occurring during the flow.
Eine weitere sehr vorteilhafte Ausgestaltung der Idee sieht es vor, dass die Federkennlinie noch weiter von der linearen Kennlinie entfernt wird, indem die degressiv-progressive Federkennlinie gemäß dieser Weiterbildung der Idee als degressiv-negativ-progressive Federkennlinie ausgebildet ist. Hierdurch kommt es auch bei einer Abnahme der Kraft auf die Feder in bestimmten Auslegungsbereichen zu einem sich abrupt und stark erhöhenden Federweg, sodass hierdurch der oben genannte Effekt noch effizienter realisiert werden kann.Another very advantageous embodiment of the idea provides that the spring characteristic is further removed from the linear characteristic by the degressive-progressive spring characteristic is formed according to this development of the idea as degressive-negative-progressive spring characteristic. As a result, even with a decrease in the force on the spring in certain design ranges to an abrupt and greatly increasing spring travel, so that the above-mentioned effect can be realized even more efficient.
Als Federmittel, welches eine derartige degressiv-progressive oder degressiv-waagrecht-progressive bzw. degressiv-negativ-progressive Federkennlinie aufweist, können beispielsweise sogenannte Knickfedern eingesetzt werden. Diese Federn, welche beispielsweise auch bei Computertastaturen ihre Verwendung finden, eignen sich für den erfindungsgemäßen Aufbau sehr gut. Darüber hinaus lassen sie sich entsprechend klein bauen, sodass sie auch im Inneren eines filigranen Gasventils, beispielsweise innerhalb des Ventilkörpers eines Tankventils, ideal eingesetzt werden können.As a spring means, which has such a degressive-progressive or degressive-horizontal-progressive or degressive-negative-progressive spring characteristic, for example, so-called buckling springs can be used. These springs, which find their use for example in computer keyboards, are very well suited for the construction according to the invention. In addition, they can be built accordingly small, so they too inside a filigree gas valve, for example, within the valve body of a tank valve, can be used ideally.
Eine alternative Ausgestaltung sieht es vor, dass die Feder mit der Federkennlinie gemäß der Erfindung als Tellerfeder ausgebildet ist. Tellerfedern lassen sich sehr leicht mit nicht linearen Kennlinien realisieren, sodass diese sich sehr gut für die Umsetzung der Erfindung eignen. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Idee kann es dabei ferner vorsehen, dass die Federmittel aus mehreren übereinander gestapelten Tellerfedern bestehen, was den Aufbau noch effizienter macht, da keine Feder mit einer entsprechenden Federkennlinie vorgehalten werden muss, sondern dass sich durch eine geeignete Auswahl von Tellerfedern die Federkennlinie bei der Montage praktisch in der gewünschten Art und Weise „einstellen“ lässt.An alternative embodiment provides that the spring is formed with the spring characteristic according to the invention as a plate spring. Disc springs can be realized very easily with non-linear characteristics, so that they are very well suited for the implementation of the invention. An advantageous development of the idea may also provide that the spring means consist of several stacked disc springs, which makes the structure even more efficient, since no spring with a corresponding spring characteristic must be maintained, but that by a suitable selection of disc springs, the spring characteristic virtually "set" during installation in the desired manner.
Eine außerordentlich günstige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gasventils sieht es dabei vor, dass die Kraftrichtung der Federmittel parallel zu einer Mittelachse einer das Gasventil aufweisenden Leitung ausgerichtet ist. Dieser Aufbau, axial fluchtend zu den sich dem Gasventil anschließenden Leitungselementen ist besonders effizient hinsichtlich des in Radialrichtung benötigten Bauraums, sodass das Gasventil eingesetzt werden kann, ohne eine nennenswerte Vergrößerung des erforderlichen Bauraums bezüglich des Durchmessers zu verursachen.An extraordinarily favorable embodiment of the gas valve according to the invention provides that the force direction of the spring means is aligned parallel to a central axis of a line having the gas valve. This construction, axially aligned with the line elements adjoining the gas valve, is particularly efficient with regard to the installation space required in the radial direction, so that the gas valve can be used without causing a significant increase in the required installation space with regard to the diameter.
Eine besonders bevorzugte Verwendung des Gasventils gemäß der Erfindung ist der Einsatz des Gasventils als Rohrbruchsicherung oder als Rückschlagventil, insbesondere als im Normalzustand geschlossenes Rückschlagventil. Eine weitere Verwendung für das erfindungsgemäße Gasventil bietet sich auch bei einem elektromagnetisch angetriebenen Dosierventil an. Insbesondere durch eine degressiv-negativ-progressive Federkennlinie erhält man hier den entscheidenden Vorteil, dass sich der Haltestrom für die elektromagnetische Betätigung des Dosierventils nach erfolgter Öffnung des Ventils reduzieren lässt. Hierdurch kommt es zu einer Reduktion des parasitären Stromverbrauchs, sodass sich insgesamt der Systemwirkungsgrad eines Systems, in dem ein derartiges Gasventil eingesetzt wird, steigern lässt.A particularly preferred use of the gas valve according to the invention is the use of the gas valve as a pipe rupture protection or as a check valve, in particular as a normally closed check valve. Another use for the gas valve according to the invention also lends itself to an electromagnetically driven metering valve. In particular, by a degressive-negative-progressive spring characteristic is obtained here the decisive advantage that the holding current for the electromagnetic actuation of the metering valve can be reduced after the opening of the valve. This results in a reduction of the parasitic power consumption, so that overall the system efficiency of a system in which such a gas valve is used can be increased.
Beispielhaft hinsichtlich eines derartigen Tankventils soll auf die
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Gasventils sowie seiner Verwendung ergeben sich auch aus dem Ausführungsbeispiel, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben ist.Further advantageous embodiments of the gas valve according to the invention and its use also result from the exemplary embodiment, which is described in more detail below with reference to the figures.
Dabei zeigen:
-
1 ein prinzipmäßig angedeutetes Fahrzeug mit einem Druckgasspeicher für Wasserstoff; -
2 eine mögliche Ausführungsform eines Tankventils an einem Druckgasbehälter; und -
3 mögliche Federkennlinien.
-
1 a principle indicated vehicle with a compressed gas storage for hydrogen; -
2 a possible embodiment of a tank valve on a compressed gas tank; and -
3 possible spring characteristics.
In der Darstellung der
Im Falle einer Betankung ist es nun so, dass das Gas über den Gasanschluss
In der Praxis ist es nun so, dass bei den relativ hohen Drücken von beispielsweise 70 MPa in dem Druckgasbehälter
Deshalb werden an der Stelle von Federmitteln
Bei der Rohrbruchsicherung
Auch im Fall des elektromagnetisch angesteuerten Entnahmeventils
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |