DE102017208267A1 - Conveying unit for a fuel cell assembly for conveying and controlling a gaseous medium - Google Patents

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Abstract

Förderaggregat (8) für ein Brennstoffzellensystem (31), wobei das Förderaggregat (8) eine Gehäuse-Baugruppe (6) aufweist, in dem eine Düse (12) und eine Düsen-Nadel (2) angeordnet sind.
Erfindungsgemäß wird dabei in der Gehäuse-Baugruppe (6) ein Aktor (30) angeordnet, wobei die Düsen-Nadel (2) durch den Aktor (30) in Richtung einer Symetrieachse (52) verstellbar ist und wobei die Düse (12) als ein separater und/oder austauschbarer Einsatz ausgeführt ist, der im Inneren der Gehäuse-Baugruppe (6) angeordnet ist.

Figure DE102017208267A1_0000
Delivery unit (8) for a fuel cell system (31), wherein the delivery unit (8) has a housing assembly (6) in which a nozzle (12) and a nozzle needle (2) are arranged.
According to the invention an actuator (30) is arranged in the housing assembly (6), wherein the nozzle needle (2) by the actuator (30) in the direction of a symmetry axis (52) is adjustable and wherein the nozzle (12) as a separate and / or replaceable insert is arranged, which is arranged inside the housing assembly (6).
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Description

Stand der TechnikState of the art

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Förderaggregat für ein Brennstoffzellen-System zum Fördern und Steuern von einem gasförmigen Medium, insbesondere Wasserstoff, das insbesondere zur Anwendung in Fahrzeugen mit einem Brennstoffzellenantrieb vorgesehen ist.The present invention relates to a delivery unit for a fuel cell system for conveying and controlling a gaseous medium, in particular hydrogen, which is provided in particular for use in vehicles with a fuel cell drive.

Im Fahrzeugbereich spielen neben flüssigen Kraftstoffen in Zukunft auch gasförmige Kraftstoffe eine zunehmende Rolle. Insbesondere bei Fahrzeugen mit Brennstoffzellenantrieb müssen Wasserstoffgasströme gesteuert werden. Die Gasströme werden hierbei nicht mehr diskontinuierlich wie bei der Einspritzung von flüssigem Kraftstoff gesteuert, sondern es wird ein Gas aus mindestens einem Hochdrucktank entnommen und über eine Zuströmleitung eines Mitteldruckleitungssystem an das Förderaggregat geleitet. Dieses Förderaggregat führt das Gas über eine Verbindungsleitung eines Niederdruckleitungssystems zu einer Brennstoffzelle.In the vehicle sector, in addition to liquid fuels, gaseous fuels will also play an increasing role in the future. In particular, in vehicles with fuel cell drive hydrogen gas flows must be controlled. The gas streams are no longer controlled discontinuously as in the injection of liquid fuel, but it is removed from at least one high-pressure tank and fed via an inflow line of a medium-pressure line system to the delivery unit. This delivery unit leads the gas via a connecting line of a low-pressure line system to a fuel cell.

Aus der US 2002/0106547 A1 ist ein Förderaggregat für ein Brennstoffzellen-System bekannt, bei dem ein gasförmiges Medium gefördert wird und wobei das Förderaggregat eine Gehäuse-Baugruppe aufweist, in dem eine Düse und eine Düsen-Nadel angeordnet sind. Dabei kann mittels des Förderaggregats ein Medium, insbesondere ein Treibmedium durch die Düse abgelassen werden, welches dann mit einem Rezirkulationsmedium vermischt wird. Die Düsen-Nadel ist dabei verstellbar und die Düse ist als in der Gehäuse-Baugruppe feststehendes Bauteil ausgeführt und ist somit nicht verstellbar.From the US 2002/0106547 A1 a delivery unit for a fuel cell system is known in which a gaseous medium is conveyed and wherein the delivery unit comprises a housing assembly in which a nozzle and a nozzle needle are arranged. In this case, by means of the delivery unit, a medium, in particular a driving medium are discharged through the nozzle, which is then mixed with a recirculation medium. The nozzle needle is adjustable and the nozzle is designed as a fixed component in the housing assembly and is therefore not adjustable.

Das aus der US 2002/0106547 A1 bekannte Förderaggregat kann gewisse Nachteile aufweisen.That from the US 2002/0106547 A1 known delivery unit may have certain disadvantages.

Die verwendete Düse ist nicht austauschbar verbaut. Somit lässt sich keine Anpassung einer Größe einer Durchtrittsöffnung der Düse in einen zentralen Strömungsbereich und/oder eine Anpassung der Dimension eines Ringspaltes und/oder eine Änderung einer Düsenkontur vornehmen. Weiterhin kann das aus der US 2002/0106547 A1 bekannte Förderaggregat gewisse Nachteile aufweisen, insbesondere bei einer Verwendung von Bauteilen, die eine Unverträglichkeit gegenüber dem zu fördernden Medium, dem es sich insbesondere um Wasserstoff handeln kann, aufweisen. Hierbei kann es zu einer Schädigung der Bauteile kommen.The used nozzle is not installed interchangeably. Thus, no adaptation of a size of a passage opening of the nozzle into a central flow area and / or an adaptation of the dimension of an annular gap and / or a change in a nozzle contour can be made. Furthermore, the from the US 2002/0106547 A1 known delivery unit have certain disadvantages, especially when using components that have an incompatibility with the medium to be pumped, which may be in particular hydrogen. This can lead to damage to the components.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Erfindungsgemäß wird ein Förderaggregat für ein Brennstoffzellen-System vorgeschlagen, wobei das Förderaggregat eine Gehäuse-Baugruppe aufweist, in der eine Düse und eine Düsen-Nadel angeordnet sind und die Düsen-Nadel über einen im Inneren der Gehäuse-Baugruppe angeordneten Aktor in einer axialen Richtung verstellbar ist. In vorteilhafter Weise ist die Düsen-Nadel so angeordnet, dass diese eine Spaltweite eines Ringspaltes, der zwischen der in axialer Richtung verstellbaren Düsen-Nadel und der stationär in der Gehäuse-Baugruppe angeordneten Düse ausgeführt ist, ändert. Dadurch erfolgt eine Variation eines Querschnittverhältnisses zwischen dem Ringspalt, durch den ein Treibmedium ausströmt, in Bezug auf einen Strömungsquerschnitt und damit eine Regelung einer Rezirkulation. Weiterhin strömt ein Rezirkulationsmedium, dass insbesondere aus einem Brennstoffzellenstapel rezirkuliert wird, durch einen ersten Zulauf in einen zentralen Strömungsbereich des Förderaggregats. Zudem ist es möglich, dass sich die Düsen-Nadel mit einer Nadelfläche in der axialen Richtung vollständig an eine Düsenfläche der Düse heranbewegt und sich somit der Ringspalt komplett schließt und die Düsen-Nadel mit der Düse somit in Anlage steht. Dabei wird verhindert, dass weiteres Treibmedium aus einem zweiten Zulauf in den zentralen Strömungsbereich des Förderaggregats gelangen kann. Bei dem zu fördernden Rezirkulationsmedium und/oder dem Treibmedium kann es sich um ein gasförmiges Medium handeln, insbesondere um Wasserstoff, wobei der Wasserstoff im Folgenden als H2 bezeichnet wird. Durch die Möglichkeit der Variation eines Querschnittverhältnisses des Ringspalt zwischen der Nadelfläche und der Düsenfläche im Bezug auf den Strömungsquerschnitt lässt sich die Regelung einer H2-Rezirkulation je nach Bedarf bewirken.According to the invention, a delivery unit for a fuel cell system is proposed, wherein the delivery unit has a housing assembly in which a nozzle and a nozzle needle are arranged and the nozzle needle via an arranged in the interior of the housing assembly actuator in an axial direction is adjustable. Advantageously, the nozzle needle is arranged to change a gap width of an annular gap formed between the axially adjustable nozzle needle and the nozzle stationarily disposed in the housing assembly. This results in a variation of a cross-sectional ratio between the annular gap, through which a driving medium flows, with respect to a flow cross section and thus a regulation of a recirculation. Furthermore, a recirculation medium, which is in particular recirculated from a fuel cell stack, flows through a first inlet into a central flow region of the delivery unit. Moreover, it is possible for the nozzle needle with a needle surface in the axial direction to move completely towards a nozzle surface of the nozzle and thus the annular gap completely closes and the nozzle needle thus comes into contact with the nozzle. In this case, it is prevented that further driving medium can pass from a second inlet into the central flow region of the delivery unit. The recirculation medium to be pumped and / or the propellant medium may be a gaseous medium, in particular hydrogen, the hydrogen being referred to below as H 2 . By the possibility of varying a cross-sectional ratio of the annular gap between the needle surface and the nozzle surface with respect to the flow cross-section, the regulation of an H 2 recirculation can be effected as required.

Bezugnehmend auf Anspruch 1 ist der Aktor in der Gehäuse-Baugruppe angeordnet, wobei die Düsen-Nadel durch den Aktor in Richtung einer Symetrieachse verstellbar ist und wobei die Düse als ein separater und/oder austauschbarer Einsatz ausgeführt ist, der im Inneren der Gehäuse-Baugruppe angeordnet ist. Auf diese Weise bietet die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Förderaggregats den Vorteil, dass das Förderaggregat für unterschiedliche Anforderung, insbesondere die Verwendung in Brennstoffzellen-Systemen mit unterschiedlichen Leistungsklassen und/oder Förderraten, eingesetzt werden kann und die Anpassung durch ein schnelles und effizientes Austauschen der Düse bei der Montage des Förderaggregats erfolgen kann. Dabei weisen die austauschbaren Düsen unterschiedliche Ausprägungen hinsichtliche einer Größe der Durchtrittsöffnung zum zentralen Strömungsbereich und/oder hinsichtlich einer Dimension des Ringspaltes und/oder hinsichtlich einer geometrischen Ausformung einer Düsenkontur auf. Dies bietet den Vorteil, dass mittels des entwickelten Förderaggregats unterschiedliche Anforderungen, Brennstoffzellen-Systeme und Kundenforderungen bedient werden können und sich somit Entwicklungskosten, Fertigungskosten und Montagekosten einsparen lassen.Referring to claim 1, the actuator is arranged in the housing assembly, wherein the nozzle needle is adjustable by the actuator in the direction of a symmetry axis and wherein the nozzle is designed as a separate and / or replaceable insert, which is inside the housing assembly is arranged. In this way, the inventive design of the delivery unit offers the advantage that the delivery unit for different requirements, in particular the use in fuel cell systems with different power classes and / or delivery rates, can be used and the adaptation by a quick and efficient replacement of the nozzle in the Assembly of the delivery unit can be done. In this case, the exchangeable nozzles have different characteristics with regard to a size of the passage opening to the central flow region and / or with respect to a dimension of the annular gap and / or with regard to a geometric shaping of a nozzle contour. This offers the advantage that by means of the developed delivery unit different requirements, fuel cell systems and customer requirements are met and thus can save development costs, manufacturing costs and assembly costs.

Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.The subclaims relate to preferred developments of the invention.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Düse derart ausgeführt ist, dass die Düse formschlüssig zwischen einer Düsen-Aufnahme und einem Düsen-Gehäuse, die Teil der Gehäuse-Baugruppe sind, in Richtung der Symetrieachse verspannt ist. Weiterhin kann eine schnelle und kostengünstige Montage der Düse erfolgen. Zudem ist das entwickelte Förderaggregat derart für unterschiedliche Anforderungen anpassbar ist, dass bei der Montage unterschiedliche austauschbare Düsen verbaut werden können und dieser Einbau unterschiedlicher Düsen kann während der Gesamt-Montage des Föderaggregats schnell und kostengünstig erfolgen. Dabei weisen die unterschiedlichen austauschbaren Düsen nur im Bereich der Düsenkontur verschiedene Ausformungen auf. Im Bereich einer Schnittstelle der Düse zur Gehäuse-Baugruppe, insbesondere in dem Bereich in dem die Düse die mit der Düsen-Aufnahme, insbesondere einem Innendurchmesser der Düsen-Aufnahme, und dem Düsen-Gehäuse in Kontakt steht, ist die Ausformung der unterschiedlichen austauschbaren Düsen in diesem Bereich identisch, um eine einheitliche Schnittstelle der Düse mit der Gehäuse-Baugruppe sicherzustellen. Somit muss zudem nur ein einzelnes Bauteil eine Varianz aufweisen, insbesondere die Düse, während die restlichen Bauteile des Förderaggregats baulich unverändert bleiben können.According to an advantageous embodiment of the invention, the nozzle is designed such that the nozzle is positively clamped between a nozzle receptacle and a nozzle housing, which are part of the housing assembly, in the direction of the axis of symmetry. Furthermore, a quick and inexpensive installation of the nozzle can be done. In addition, the developed delivery unit is so adapted to different requirements that different replaceable nozzles can be installed during assembly and this installation of different nozzles can be done quickly and inexpensively during the entire assembly of Föderaggregats. The different replaceable nozzles have different shapes only in the region of the nozzle contour. In the region of an interface of the nozzle to the housing assembly, in particular in the region in which the nozzle is in contact with the nozzle receptacle, in particular an inner diameter of the nozzle receptacle, and the nozzle housing, the shape of the different replaceable nozzles identical in this area to ensure a uniform interface of the nozzle with the housing assembly. Thus, moreover, only a single component must have a variance, in particular the nozzle, while the remaining components of the delivery unit can remain structurally unchanged.

Dadurch ergibt sich der Vorteil von reduzierten Logistik-, Lager- und Montagekosten, da die bauliche Varianz auschliesslich in das Bauteil Düse verlagert ist. Dies reduziert die Kosten des Förderaggregats ohne eine Zuverlässigkeit des Förderaggregats zu beeinträchtrigen. Des weiteren können Wartungskosten beim Betrieb des Förderaggregats reduziert werden, da ein schneller Austausch der Düse vorgenommen werden kann, falls das Bauteil beschädigt ist.This results in the advantage of reduced logistics, storage and assembly costs, since the structural variance is shifted exclusively into the component nozzle. This reduces the cost of the delivery unit without impairing a reliability of the delivery unit. Furthermore, maintenance costs in the operation of the delivery unit can be reduced, since a quick replacement of the nozzle can be made if the component is damaged.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Düse über einen Teil Ihres Außendurchmessers radial zur Symetrieachse durch einen Innendurchmesser der Düsen-Aufnahme zentriert. Diese Weiterbildung bietet den Vorteil, dass das Risiko eines Montagefehlers reduziert ist. Dabei wird vermieden, dass die Düse und die Düsenkontur nicht konzentrisch zur Symetrieachse ausgerichtet sind und dass die Düse, und insbesondere die Düsenfläche, nicht konzentrisch zur Düsen-Nadel, insbesondere zur Nadelfläche, ausgerichtet sind. Ein Montagefehler des Bauteiles Düse kann dazu führen, dass die Funktionalität des Förderaggregats nur eingeschränkt gegeben ist, insbesondere die Ausbildung eines Dichtsitzes zwischen der Düse und der Düsen-Nadel, und/oder dass es zu einem vorzeitigen Ausfall des Förderaggregats kommt. Somit können Montagekosten reduziert werden und die Lebensdauer des Förderaggregats kann erhöht werden.According to an advantageous development, the nozzle is centered over a part of its outer diameter radially to the symmetry axis by an inner diameter of the nozzle receptacle. This development offers the advantage that the risk of a mounting error is reduced. In this case, it is avoided that the nozzle and the nozzle contour are not aligned concentrically with the axis of symmetry and that the nozzle, and in particular the nozzle surface, are not aligned concentrically with the nozzle needle, in particular with the needle surface. An assembly error of the component nozzle may result in that the functionality of the delivery unit is limited, in particular the formation of a sealing seat between the nozzle and the nozzle needle, and / or that there is a premature failure of the delivery unit. Thus, assembly costs can be reduced and the life of the delivery unit can be increased.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung ist der Aktor als ein elektrischer Aktor, insbesondere als ein elektromagnetischer Aktor , ausgebildet. Auf diese Weise kann der Vorteil erzielt werden, dass die Düsen-Nadel bei der Betätigung des Aktors in axialer Richtung verstellt werden kann, ohne dass ein mechanischer Kontakt des Aktors mit der Düsen-Nadel gegeben sein muss. According to a particularly advantageous development, the actuator is designed as an electrical actuator, in particular as an electromagnetic actuator. In this way, the advantage can be achieved that the nozzle needle can be adjusted in the actuation of the actuator in the axial direction, without having to be a mechanical contact of the actuator with the nozzle needle.

Dadurch können die Bauteile, die für eine mechanische Kraftübertragung des Aktors auf die Düsen-Nadel notwendig wären, eingespart werden, was die Bauteilkosten und die Montagekosten des Förderaggregats senkt.As a result, the components which would be necessary for a mechanical force transmission of the actuator to the nozzle needle can be saved, which reduces the component costs and the assembly costs of the delivery unit.

Des Weiteren wird die Ausfallwahrscheinlichkeit des Förderaggregats aufgrund einer Reduzierung der Gesamtanzahl an Bauteilen gesenkt, insbesondere aufgrund eines negativen Effekts aufgrund von Toleranzketten bei einer mechanischen Verstellung der Düsen-Nadel.Furthermore, the probability of failure of the delivery unit is reduced due to a reduction in the total number of components, in particular due to a negative effect due to tolerance chains in a mechanical adjustment of the nozzle needle.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich bei dem elektromagnetischen Aktor dadurch, dass mittels einer Messung der Eigenschaften eines Magnetfelds des Aktors Rückschlüsse auf eine Position der Düsen-Nadel in axialer Richtung und somit der Spaltweite zwischen der Düse und der Düsen-Nadel ziehen lassen. Dies ist möglich, ohne dass weitere Sensoren an der Düsen-Nadel und/oder dem Aktor und/oder den umliegenden Bauteilen angebracht werden müssen, was wiederum zur Kostenersparnis bei dem Förderaggregats führt.Another advantage arises in the case of the electromagnetic actuator in that, by means of a measurement of the properties of a magnetic field of the actuator, conclusions can be drawn about a position of the nozzle needle in the axial direction and thus the gap width between the nozzle and the nozzle needle. This is possible without additional sensors having to be attached to the nozzle needle and / or the actuator and / or the surrounding components, which in turn leads to cost savings in the delivery unit.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird die Düse mittels eines Umformprozesses, bei dem es sich insbesondere um einen Zugdruckumformprozess und/oder einen Tiefziehprozess handeln kann, hergestellt. Auf diese Weise lässt sich der Vorteil erzielen, dass die Düse mittels eines einzelnen Fertigungsschrittes hergestellt werden kann, wobei der Fertigungsschritt in einer sehr kurzen Zeitspanne erfolgt. Des weiteren bietet der beschriebene Umformprozess Vorteile im Hinblick auf Maschinenrüstzeiten, die wiederum zu reduzierten Bauteilkosten der Düse führen. Dadurch können bei der Fertigung der Düse Kosten eingesparrt und der benötigte Fertigungsaufwand kann reduziert werden. Des weiteren kann ein kostengünstiges Material für die Fertigung der Düse verwendet werden, während eine hohe Lebensdauer der Düse gewährleistet werden kann.According to an advantageous development of the nozzle by means of a forming process, which may in particular be a Zugdruckumformprozess and / or a deep-drawing process, produced. In this way, the advantage can be obtained that the nozzle can be manufactured by means of a single manufacturing step, wherein the production step takes place in a very short period of time. Furthermore, the described forming process offers advantages with regard to machine setup times, which in turn lead to reduced component costs of the nozzle. As a result, in the manufacture of the nozzle costs can be saved and the required production costs can be reduced. Furthermore, a low-cost material can be used for the production of the nozzle, while a long service life of the nozzle can be ensured.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist zwischen einer Nadelfläche der Düsen-Nadel und einer Düsenfläche der Düse ein Ringspalt ausgebildet, wobei der Ringspalt durch die Nadelfläche einerseits und die Düsenfläche andererseits begrenzt ist und wobei bei einer Betätigung des Aktors eine Spaltweite zwischen der Nadelfläche und der Düsenfläche änderbar ist. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass eine verbesserte Förderwirkung des Rezirkulationsmediums durch das Treibmedium erzielt werden kann. Zudem lässt sich durch eine entsprechende Anordnung der Düsen-Nadel und die Möglichkeit die Düsen-Nadel in axialer Richtung zu verstellen eine Förderrate des Förderaggregats derart einstellen, dass sich eine Einspritzmenge, eine Einspritzgeschwindigkeit und eine Einspritzrichtung, insbesondere in Form eines Einspritzkonus, des Treibmediums in den zentralen Strömungsbereich regulieren lässt.According to an advantageous embodiment is between a needle surface of the nozzle needle and an annular gap formed in the nozzle surface of the nozzle, wherein the annular gap is bounded by the needle surface on the one hand and the nozzle surface on the other hand and wherein a gap width between the needle surface and the nozzle surface can be changed upon actuation of the actuator. This embodiment has the advantage that an improved conveying effect of the recirculation medium can be achieved by the driving medium. In addition, can be adjusted by an appropriate arrangement of the nozzle needle and the ability to adjust the nozzle needle in the axial direction, a delivery rate of the delivery unit such that an injection quantity, an injection speed and an injection direction, in particular in the form of an injection cone, the driving medium in regulate the central flow area.

Weiterhin kann das Förderaggregat bestmöglich auf eine jeweilige Durchströmrate des Rezirkulationsmediums angepasst werden, indem durch die axial verstellbare Düsen-Nadel und die Düse die Strömungsgeschwindigkeit des Treibmediums und dessen Effekt auf das Rezirkulationsmedium beeinflusst wird. Damit lässt sich eine Effizienz des Förderaggregats erhöhen und die Durchströmrate lässt sich optimal an die jeweiligen Anforderungen des Betriebszustandes des Brennstoffzellen-Systems anpassen. Dies führt zu geringeren Betriebskosten und einer erhöhten Lebensdauer des gesamten Brennstoffzellen-Systems, da insbesondere eine dauerhafte Sättigung einer Brennstoffzelle mit dem Fördermedium gewährleistet werden kann.Furthermore, the delivery unit can best be adapted to a respective flow rate of the recirculation medium by the flow velocity of the driving medium and its effect on the recirculation medium is influenced by the axially adjustable nozzle needle and the nozzle. This can increase the efficiency of the delivery unit and the flow rate can be optimally adapted to the respective requirements of the operating state of the fuel cell system. This leads to lower operating costs and an increased life of the entire fuel cell system, since in particular a permanent saturation of a fuel cell can be ensured with the fluid.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist eine Kapselung des Aktors gegen ein Eindringen eines zu fördernden Mediums, insbesondere Wasserstoff, durch den Einsatz wenigstens eines Dichtelements vorgesehen. Auf diese Weise kann eine Schädigung von Bauteilen des Aktors verhindert werden, da eine Kapselung des Aktors und weiterer Bauteilen vom durchströmenden Medium durch die Verwendung wenigstens eines Dichtelements vorgesehen ist. Bei einer Nicht-Kapselung des Aktors kann es bei bestimmten Bauteilen, die beispielsweise aufgrund Ihrer Werkstoffeigenschaften mit dem durchströmenden Medium reagieren können, zur Schädigung und gegebenfalls zu einem Materialsversagen kommen, wodurch eine Ausfallwahrscheinlichkeit des Förderaggregats erhöht wird. Eine beispielhafte Reaktion insbesondere weichmagentischer Bauteile des Aktors mit H2 ist eine Wasserstoffversprödung, wobei die Materialeigenschaften durch ein Eindringen und Einlagern von H2, insbesondere von H2-Atomen, in beispielsweise ein Metallgitter verschlechtert werden, was letztendlich zu einem Versagen der Bauteile führen kann. Dieser negative Effekt kann jedoch durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Förderaggregats in Form der Kapselung verhindert werden, wodurch sich die Lebensdauer des Förderaggregats und somit des gesamten Brennstoffzellen-Systems erhöhen lässt. Des Weiteren lassen sich Kosten beim Betrieb des Förderaggregats einsparen, da die Bauteile und Komponenten des Förderaggregats weniger häufig gewartet und ausgetauscht werden müssen.According to an advantageous development, an encapsulation of the actuator against penetration of a medium to be conveyed, in particular hydrogen, by the use of at least one sealing element is provided. In this way, damage to components of the actuator can be prevented because an encapsulation of the actuator and other components is provided by the flowing medium through the use of at least one sealing element. In the case of non-encapsulation of the actuator, it is possible for certain components, which can react, for example, due to their material properties with the medium flowing through, to damage and, if necessary, to a material failure, which increases the probability of failure of the delivery unit. An exemplary reaction in particular weichmagentischer components of the actuator with H 2 is a hydrogen embrittlement, wherein the material properties are degraded by penetration and storage of H 2 , in particular H 2 atoms, for example, a metal mesh, which can ultimately lead to failure of the components , However, this negative effect can be prevented by the inventive design of the delivery unit in the form of encapsulation, which can increase the life of the delivery unit and thus the entire fuel cell system. Furthermore, costs can be saved in the operation of the delivery unit, since the components and components of the delivery unit must be maintained and replaced less frequently.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung Gemäß ist das Dichtelement radial zwischen der Düsen-Nadel und dem Führungselement eingespannt. Dies bietet den Vorteil, dass ein direkter Kontakt der Oberfläche der Düsen-Nadel mit dem Führungselement vermieden wird. Aufgrund eines für das Führungselement verwendeten Materials und einer damit einhergenden hohen Oberflächenhärte kann bei dem direkten Kontakt des Führungselements mit der Düsen-Nadel eine Schädigung der Oberfläche der Düsen-Nadel hervorgerufen werden, insbesondere bei der hochfrequenten Bewegung der Düsen-Nadel in axialer Richtung. Dies kann darüber hinaus zur reduzierten Lebensdauer des gesamten Förderaggregats führen, da ein Ausfall der Düsen-Nadel zum Ausfall des gesamten Förderaggregats führen kann. Zum anderen können beim direkten Kontakt der Düsen-Nadel mit dem Führungselement aufgrund der hohen Oberflächenhärte der Kontaktpartner Partikel aufgrund von Materialabtragungen an beiden Bauteilen auftreten. Diese Partikel können die Bauteile Düsen-Nadel und Führungselement weiter schädigen, und zudem können die umliegenden Bauteile durch die abfließenden Partikel beschädigt werden. Die Verwendung des Dichtelements, das aus einem weichen Material besteht, wird die Schädigung der Bauteile Düsen-Nadel und Führungselement, insbesondere bei einer hochfrequenten Bewegung der Düsen-Nadel, minimiert. Somit wird durch die besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung die Lebensdauer der Düsen-Nadel und somit des gesamten Förderaggregats erhöht.According to a particularly advantageous embodiment according to the sealing element is clamped radially between the nozzle needle and the guide element. This offers the advantage that direct contact of the surface of the nozzle needle with the guide element is avoided. Due to a material used for the guide element and a high surface hardness associated therewith, in the direct contact of the guide element with the nozzle needle damage to the surface of the nozzle needle can be caused, especially in the high-frequency movement of the nozzle needle in the axial direction. This can also lead to the reduced life of the entire delivery unit, since a failure of the nozzle needle can lead to failure of the entire delivery unit. On the other hand, in the case of direct contact of the nozzle needle with the guide element, particles may occur due to the high surface hardness of the contact partners due to material erosion on both components. These particles can further damage the nozzle-needle and guide element components and, in addition, the surrounding components can be damaged by the particles flowing out. The use of the sealing element, which consists of a soft material, the damage to the components nozzle needle and guide element, in particular at a high-frequency movement of the nozzle needle is minimized. Thus, the life of the nozzle needle and thus the entire delivery unit is increased by the particularly advantageous embodiment of the invention.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Förderaggregats stützt sich mindestens ein Federelement in einer axialen Richtung derart an der Düsen-Nadel ab, dass das Federelement mit einer Rückstellkraft auf die Düsen-Nadel wirkt, die entgegengesetz zu der Aktorkraft des Aktors in axialer Richtung wirkt. Auf diese Weise wird ein Zurückbewegen der Düsen-Nadel in eine Grundposition bewirkt wird, sobald der Aktor nicht mehr betätigt wird. Dadurch können die Bauteile eingespart werden, die benötigt werden, um die Düsen-Nadel in ihre Grundposition und Ruhestellung zurückzubewegen, wodurch die Komplexität des Förderaggregats verringert wird und somit Fertigungs- und Montagekosten reduziert werden können.According to an advantageous embodiment of the delivery unit, at least one spring element is supported in an axial direction on the nozzle needle such that the spring element acts with a restoring force on the nozzle needle, which acts in the axial direction opposite to the actuator force of the actuator. In this way, a retraction of the nozzle needle is effected in a basic position as soon as the actuator is no longer actuated. This can save the components needed to return the nozzle needle to its home position and rest position, thereby reducing the complexity of the delivery unit and thus reducing manufacturing and assembly costs.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist das mindestens eine Federelement als ein Wellbalg ausgeführt. Dadurch erfolgt eine zusätzliche Kapselung des Aktors gegen ein Eindringen des zu fördernden Mediums, insbesondere Wasserstoff. Auf diese Weise wird ein Kontakt des Fördermediums, insbesondere von H2, mit dem Aktor, insbesondere mit dem Bauteil Einstellelement, das als eine Magnetspule ausgeführt sein kann, verhindert und somit eine Beschädigung des-Aktors vermieden. Durch die Kapselung des Aktors mittels der Verwendung mindestens eines Wellbalgs kann ein Kurzschluss durch Eintrag des Fördermediums, insbesondere in die elektrischen Bauteile des Aktors und/oder des Einstellelements, vermieden werden, da sich alle elektrischen Bauteile innerhalb des gekapselten Raums befinden und somit gegen das Fördermedium geschützt sind.According to an advantageous development, the at least one spring element is designed as a bellows. This results in an additional encapsulation of the actuator against ingress of the medium to be delivered, in particular hydrogen. To this Way is a contact of the pumped liquid, in particular of H 2 , with the actuator, in particular with the component adjusting element, which may be designed as a magnetic coil, prevented and thus prevents damage to the actuator. By encapsulating the actuator by means of the use of at least one bellows a short circuit by entry of the pumped medium, in particular in the electrical components of the actuator and / or the adjusting element can be avoided, since all electrical components are within the enclosed space and thus against the fluid are protected.

Des Weiteren kann das Fördermedium die Oberflächen der magnetischen Bauteile des Aktors, insbesondere von weichmagnetischen Bauteilen, schädigen, wobei die Schädigung insbesondere durch Korrosion der Oberflächen der Bauteile erfolgen kann. Zudem wird durch die Kapselung des Aktors verhindert, dass sich das Fördermedium und ein gegebenenfalls vorhandener Sauerstoff, der insbesondere im Rezirkulationsmedium vorhanden sein kann, durch elektrische Funken des Elektromagneten entzündet und dadurch das Förderaggregat und weitere Bauteile des Brennstoffzellen-Systems schädigen kann. Somit lässt sich durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Förderaggregats gemäß Anspruch 10 die Lebensdauer des gesamten Förderaggregats erhöhen.Furthermore, the conveying medium can damage the surfaces of the magnetic components of the actuator, in particular of soft magnetic components, wherein the damage can be effected in particular by corrosion of the surfaces of the components. In addition, it is prevented by the encapsulation of the actuator, that the pumped liquid and an optionally present oxygen, which may be present in particular in the recirculation medium, ignited by electric sparks of the electromagnet, thereby damaging the delivery unit and other components of the fuel cell system. Thus, can be increased by the inventive design of the delivery unit according to claim 10, the life of the entire delivery unit.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weisen die Bauteile der Gehäuse-Baugruppe jeweils mindestens eine Durchgangsbohrung auf, die durch alle Bauteile parallel zur Symetrieachse verläuft und durch die mindestens ein Verschraubungselement gesteckt ist, das die Bauteile mittels eines Befestigungselements in Richtung der Symetrieachse, insbesondere formschlüssig, miteinander fixiert. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass alle Bauteile der Gehäuse-Baugruppe in einem einzigen Montageschritt auf eine kostengünstige Montageart miteinander fixiert werden können. Dies steht im Gegensatz zu einer aufwändigen Fixierung, bei dem die einzelnen Bauteile der Gehäuse-Baugruppe jeweils miteinander verbunden werden müssen. Ein weiterer Vorteil der Fixierung gemäß der vorteilhaften Ausgestaltung ist, dass auftretende Toleranzabweichung der Oberflächen der einzelnen Bauteile der Gehäuse-Baugruppe die miteinander in Kontakt stehen, insbesondere in axialer Richtung, durch diese Art der Fixierung ausgeglichen werden können. Dies hat zudem den Vorteil, dass eine verbesserte Dichtigkeit des Förderaggregats gegen ein Austreten des Wasserstoffs erreicht wird. Des Weiteren lassen sich die Fertigungskosten reduzieren und die Lebensdauer des gesamten Förderaggregats erhöhen.According to an advantageous embodiment, the components of the housing assembly each have at least one through hole extending through all components parallel to the axis of symmetry and is inserted through the at least one screw which fixes the components together by means of a fastener in the direction of the axis of symmetry, in particular form-fitting manner , This embodiment has the advantage that all components of the housing assembly can be fixed together in a single assembly step in a cost-effective mounting. This is in contrast to a complex fixation in which the individual components of the housing assembly must be connected to each other. Another advantage of the fixation according to the advantageous embodiment is that occurring tolerance deviation of the surfaces of the individual components of the housing assembly which are in contact with each other, in particular in the axial direction, can be compensated by this type of fixation. This also has the advantage that an improved tightness of the delivery unit is achieved against leakage of hydrogen. Furthermore, the manufacturing costs can be reduced and the service life of the entire delivery unit increased.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung steht die Düsen-Nadel im unbetätigten Zustand des Aktors zumindest mittelbar an einem Anschlagelement in Richtung der Symetrieachse in Anlage. Dabei wird die Düsen-Nadel insbesondere durch die Federkraft des Federelements gegen das Anschlagelement gedrückt. Auf diese Weise kann die Düsen-Nadel in unbetätigtem Zustand des Aktors zumindest mittelbar an einem Anschlagselement in Anlage stehen und/oder durch das Federelement in die Grundposition zurückbewegt werden. Des weiteren ist es dabei vorteilhaft, dass die genaue Position der Düsen-Nadel in axialer Richtung in dieser Grundposition durch die Bearbeitung eines Anschlagelements, insbesondere die Bearbeitung der Länge des Anschlagelements in Richtung der Symetrieachse, festgelegt werden kann und somit eine aufwändige Bearbeitung der Düsen-Nadel und/oder eines Deckels und/oder des Federelements und/oder des Führungselements entfallen kann. Dadurch lassen sich die Fertigungskosten und die Montagekosten des Förderaggregats reduzieren.According to an advantageous development, the nozzle needle is in the unactuated state of the actuator at least indirectly on a stop element in the direction of the axis of symmetry in abutment. In this case, the nozzle needle is pressed in particular by the spring force of the spring element against the stop element. In this way, the nozzle needle in the unactuated state of the actuator are at least indirectly on a stop element in Appendix and / or be moved back by the spring element in the basic position. Furthermore, it is advantageous that the exact position of the nozzle needle in the axial direction in this basic position by the processing of a stop element, in particular the processing of the length of the stop element in the direction of the axis of symmetry, can be set and thus a complex processing of the nozzle Needle and / or a lid and / or the spring element and / or the guide element can be omitted. As a result, the manufacturing costs and assembly costs of the delivery unit can be reduced.

Figurenlistelist of figures

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.With reference to the drawing, the invention will be described below in more detail.

Es zeigt:

  • 1 eine schematische Schnittansicht eines Förderaggregates mit einer axial verstellbaren Düsen-Nadel gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
  • 2 einen in 1 mit II bezeichneten Ausschnitt des Förderaggregats in vergrößerter Darstellung,
  • 3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Brennstoffzellenanordnung mit einer Brennstoffzelle und dem Förderaggregat,
  • 4 eine schematische Schnittansicht des Förderaggregates mit einer axial verstellbaren Düsen-Nadel gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
It shows:
  • 1 a schematic sectional view of a delivery unit with an axially adjustable nozzle needle according to a first embodiment of the invention,
  • 2 one in 1 with II designated section of the delivery unit in an enlarged view,
  • 3 a schematic representation of a fuel cell assembly according to the invention with a fuel cell and the delivery unit,
  • 4 a schematic sectional view of the delivery unit with an axially adjustable nozzle needle according to a second embodiment of the invention.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

Der Darstellung gemäß 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines Förderaggregates 8 gemäß der Erfindung mit einer axial verstellbaren Düsen-Nadel 2 zu entnehmen.The representation according to 1 is an embodiment of a delivery unit 8th according to the invention with an axially adjustable nozzle needle 2 refer to.

In 1 ist ein Längsschnitt durch das rotationssymmetrisch zu einer Symmetrieachse 52 ausgebildete erfindungsgemäß vorgeschlagene Förderaggregat 8 dargestellt. Das Förderaggregat 8 weist dabei eine Gehäuse-Baugruppe 6 auf, in der eine Düse 12 und die Düsen-Nadel 2 angeordnet sind. Weiterhin ist in der Gehäuse-Baugruppe 6 ein Aktor 30 angeordnet, wobei die Düsen-Nadel 2 durch den Aktor 30 in einer axialen Richtung 42, die in Richtung einer Symetrieachse 52 verläuft, verstellbar ist. Die Düse 12 ist hierbei stationär in der Gehäuse-Baugruppe 6 des Förderaggregats 8 angeordnet und die Düsen-Nadel 2 ist relativ zu dieser in der axialen Richtung 42 verstellbar. Die axiale Richtung 42 verläuft hierbei zumindest parallel zur Symetrieachse 52. Die Düse 12 ist im wesentlichen ringförmig ausgebildet, insbesondere im Bereich einer Düsenkontur 39 der Düse 12. Die Düse 12 mit Ihrer geometrischen Ausformung kann dabei kostengünstig mittels eines Umformprozesses und/oder eines Zugdruckumformprozesses und/oder eines Tiefziehprozesses hergestellt werden.In 1 is a longitudinal section through the rotationally symmetrical to an axis of symmetry 52 trained according to the invention proposed delivery unit 8th shown. The delivery unit 8th has a housing assembly 6 on, in which a nozzle 12 and the nozzle needle 2 are arranged. Furthermore, in the housing assembly 6 an actor 30 arranged, with the nozzle needle 2 through the actor 30 in an axial direction 42 pointing in the direction of a symmetry axis 52 runs, is adjustable. The jet 12 is stationary in the housing assembly 6 of the delivery unit 8th arranged and the nozzle needle 2 is relative to this in the axial direction 42 adjustable. The axial direction 42 runs here at least parallel to the axis of symmetry 52 , The nozzle 12 is formed substantially annular, in particular in the region of a nozzle contour 39 the nozzle 12 , The nozzle 12 With your geometric shape can be produced inexpensively by means of a forming process and / or a Zugdruckumformprozesses and / or a deep-drawing process.

Des Weiteren weist der Aktor 30 ein Einstellelement 18, eine Einstellelement-Aufnahme 4 und ein Zwischen-Gehäuse 20 auf, wobei die Einstellelement-Aufnahme 4 und das Zwischen-Gehäuse 20 zumindest teilweise aus einem weichmagnetischen Werkstoff ausgeführt sein können.Furthermore, the actuator indicates 30 an adjustment 18 , an adjustment element holder 4 and an intermediate housing 20 on, with the Einstellelementaufnahme 4 and the intermediate housing 20 at least partially made of a soft magnetic material.

Die Gehäuse-Baugruppe 6 weist hierbei einen Endabschnitt 16, eine Düsen-Aufnahme 29, ein Düsen-Gehäuse 25, ein Führungselement 14, die Einstellelement-Aufnahme 4, das Zwischen-Gehäuse 20 und einen Deckel 5 auf. Das Führungselement 14 dient hierbei zumindest einer mittelbaren Führung der Düsen-Nadel 2 radial zur Symsterieachse 52. Zudem ist die Düse 12 als separates und/oder austauschbarer Einsatz ausgeführt, der im Inneren der Gehäuse-Baugruppe 6 angeordnet ist. Dabei wird die Düse 12 in Richtung der Symetrieachse 52 zwischen den Bauteilen Düsen-Aufnahme 29 und Düsen-Gehäuse 25 verspannt, insbesondere formschlüssig verspannt. Durch diese Anordnung ist eine Ausrichtung der Düse 12 zu weiteren Bauteilen des Förderaggregats 8, insbesondere zur Düsen-Nadel 2, in axialer Richtung 42 gewährleistet.The enclosure assembly 6 here has an end section 16 , a nozzle shot 29 , a nozzle housing 25 , a guide element 14 , the adjusting element recording 4 , the intermediate housing 20 and a lid 5 on. The guide element 14 serves here at least an indirect guidance of the nozzle needle 2 radial to the axis of symmetry 52 , In addition, the nozzle 12 designed as a separate and / or replaceable insert inside the housing assembly 6 is arranged. Thereby the nozzle becomes 12 in the direction of the axis of symmetry 52 between the components nozzle intake 29 and nozzle housing 25 braced, in particular positively clamped. By this arrangement is an orientation of the nozzle 12 to other components of the delivery unit 8th , in particular to the nozzle needle 2 , in the axial direction 42 guaranteed.

In einem zentralen Strömungsbereich 35 des Förderaggregats 8 kann die Düsen-Nadel 2 durch Betätigung des Aktors 30 eine Spaltweite 46 zwischen einer Nadelfläche 48 der Düsen-Nadel 2 und einer Düsenfläche 50 der Düse 12 ändern, indem sich die Düsen-Nadel 2 in axialer Richtung 42 zur Düse 12 hin bewegt. Bei einer maximalen Annäherung der Düsen-Nadel 2 an die Düse 12 wird die Spaltweite 46 derart reduziert, dass die Nadelfläche 48 mit der Düsenfläche 50 in Kontakt kommt und sich ein Dichtsitz zwischen der Düsen-Nadel 2 und der Düse 12 ausbildet.In a central flow area 35 of the delivery unit 8th can the nozzle needle 2 by actuating the actuator 30 a gap width 46 between a needle surface 48 the nozzle needle 2 and a nozzle surface 50 the nozzle 12 change by the nozzle needle 2 in the axial direction 42 to the nozzle 12 moved. At a maximum approach of the nozzle needle 2 to the nozzle 12 becomes the gap width 46 so reduced that the needle surface 48 with the nozzle surface 50 comes into contact and gets a tight fit between the nozzle needle 2 and the nozzle 12 formed.

Wie in 1 dargestellt ist die Düse 12 radial zur Symetrieachse 52 durch einen Innendurchmesser 33 der Düsen-Aufnahme 29 zentriert. Damit ist eine Ausrichtung der Düse 12, insbesondere einer Düsenfläche 50 der Düse 12, zur Düsen-Nadel 2, insbesondere zu einer Nadelfläche 48 der Düsen-Nadel 2, gewährleistet. Es ist somit gewährleistet, dass sich eine konstante um die Symetrieachse 52 radial umlaufende Spaltweite 46 zwischen der Düsen-Nadel 2 und der Düse 12 ausbildet. Des weiteren ist durch diese Zentrierung gewährleistet, dass sich ein um die Symetrieachse 52 umlaufender und vollständig kapselnder Dichtsitz zwischen der Düsen-Nadel 2 und der Düse 12 ausbildet.As in 1 shown is the nozzle 12 radially to the axis of symmetry 52 through an inner diameter 33 the nozzle intake 29 centered. This is an alignment of the nozzle 12 , in particular a nozzle surface 50 the nozzle 12 , to the nozzle needle 2 , in particular to a needle surface 48 the nozzle needle 2 , guaranteed. It is thus ensured that there is a constant around the axis of symmetry 52 radial circumferential gap width 46 between the nozzle needle 2 and the nozzle 12 formed. Furthermore, this centering ensures that one around the axis of symmetry 52 circumferential and fully enclosed sealing seat between the nozzle needle 2 and the nozzle 12 formed.

Des Weiteren weist der Aktor 30 das Einstellelement 18 auf, wobei das Einstellelement 18 innerhalb der Gehäuse-Baugruppe 6 aufgenommen ist und zum einen radial zur Symetrieachse 52 vom Zwischen-Gehäuse 20 umgeben ist. Der Aktor 30 kann dabei als ein elektrischer Aktor 30, insbesondere als ein elektromagnetischer Aktor 30 ausgebildet sein, wobei das Einstellelement 18 insbesondere als eine Magnetspule 18 ausgebildet sein kann. Zum anderen grenzt das Bauteil Einstellelement-Aufnahme 4 an das Einstellelement 18. Weiterhin weist das Führungselement 14 ein Dichtelement 9 auf, wobei sich das Dichtelement 9 radial zur Symetrieachse 52 zwischen dem Führungselement 14 und dem der Düsen-Nadel 2 befindet. Das Dichtelement 9 dient zudem zur Lagerung und Führung der Düsen-Nadel 2, um eine Bewegung der Düsen-Nadel 2 in der axialen Richtung 42 zu ermöglichen und eine Bewegung der Düsen-Nadel 2 radial zur Symstrieachse 52 zu verhindern und um einen direkten Kontakt zwischen der Düsen-Nadel 2 und dem Führungselement 14 zu verhindern. Weiterhin dient das Dichtelement 9 zur Kapselung des Aktors 30 gegen ein Eindringen eines zu fördernden Mediums, insbesondere Wasserstoff. Das Dichtelement 9 kann dabei beispielsweise als ein O-Ring 9 ausgeführt sein.Furthermore, the actuator indicates 30 the adjustment element 18 on, with the adjusting element 18 within the enclosure assembly 6 is received and on the one hand radially to the symmetry axis 52 from the intermediate housing 20 is surrounded. The actor 30 can act as an electrical actuator 30 , in particular as an electromagnetic actuator 30 be formed, wherein the adjusting element 18 especially as a magnetic coil 18 can be trained. On the other hand, the component adjoins Einstellelement- recording 4 to the adjustment 18 , Furthermore, the guide element 14 a sealing element 9 on, wherein the sealing element 9 radially to the axis of symmetry 52 between the guide element 14 and the nozzle needle 2 located. The sealing element 9 also serves to store and guide the nozzle needle 2 to make a movement of the nozzle needle 2 in the axial direction 42 to allow and a movement of the nozzle needle 2 radially to the symphysis axis 52 prevent and direct contact between the nozzle needle 2 and the guide element 14 to prevent. Furthermore, the sealing element is used 9 for encapsulation of the actuator 30 against penetration of a medium to be conveyed, in particular hydrogen. The sealing element 9 can be used as an O-ring, for example 9 be executed.

Zudem ist das Dichtelement 9 radial zwischen der Düsen-Nadel 2 und dem Führungselement 14 eingespannt, wobei das Dichtelement 9 insbesondere als ein O-Ring 9 ausgeführt sein kann. Dadurch lässt sich ein direkter Kontakt der Bauteile Führungselement 14 und Düsen-Nadel 2 verhindern und eine verbesserte Führung der Düsen-Nadel 2 erzielen.In addition, the sealing element 9 radially between the nozzle needle 2 and the guide element 14 clamped, wherein the sealing element 9 especially as an O-ring 9 can be executed. This allows a direct contact of the components guide element 14 and nozzle needle 2 prevent and improved guidance of the nozzle needle 2 achieve.

Darüber hinaus ist die Düsen-Nadel 2 durch ein Lagerelement 10 gelagert und geführt, wobei sich das Lagerelement 10 insbesondere zwischen der Düsen-Nadel 2 und dem Deckel 5 befindet. Somit ist die Düsen-Nadel 2 durch die beiden Elemente Führungselement 14 und Lagerelement 10 geführt. Die Düsen-Nadel 2 ist in axialer Richtung 42 zwischen dem Deckel 5 und dem zentralen Strömungsbereich 35 angeordnet und weist auf der der Düse 12 zugewandten Seite die Nadelfläche 48 auf. Weiterhin weist die Düsen-Nadel 2 einen Bereich mit einem vergrößerten Durchmesser 24 auf, wobei der vergrößerte Durchmesser 24 radial zur Symetrieachse 52 verläuft. Im Bereich des vergrößerten Durchmessers 24 bildet die Düsen-Nadel 2 auf der dem Führungselement 14 zugewandten Seite einen ersten Absatz 26 und auf der dem Deckel 5 zugewandten Seite einen zweiten Absatz 27 aus.In addition, the nozzle needle 2 through a bearing element 10 stored and guided, with the bearing element 10 especially between the nozzle needle 2 and the lid 5 located. Thus, the nozzle needle 2 through the two elements guide element 14 and bearing element 10 guided. The nozzle needle 2 is in the axial direction 42 between the lid 5 and the central flow area 35 arranged and points to the nozzle 12 facing side of the needle surface 48 on. Furthermore, the nozzle needle 2 an area with an enlarged diameter 24 on, with the enlarged diameter 24 radially to the axis of symmetry 52 runs. In the area of increased diameter 24 forms the nozzle needle 2 on the guide element 14 facing side a first paragraph 26 and on the lid 5 facing side a second paragraph 27 out.

Aus der Darstellung gemäß 1 geht hervor, dass, sobald der Aktor 30 betätigt wird, die verstellbare Düsen-Nadel 2 aus einer Grundposition im umbestromten Zustand des Aktors 30 angezogen wird. Die Düsen-Nadel 2 und/oder ein mit der Düsen-Nadel 2 verbundenes Bauteil und/oder der Bereich mit dem vergrößerten Durchmesser 24 haben/hat dabei die Funktion eines Magnetankers 2 des Aktors 30. Dabei können die Bauteile Düsen-Nadel 2, Einstellelement 18, Einstellelement-Aufnahme 4 und Zwischen-Gehäuse 20 einen Magnetkreis ausbilden und zumindest teilweise aus einem weichmagnetischen Werkstoff ausgeführt sein. From the illustration according to 1 it turns out that as soon as the actor 30 is operated, the adjustable nozzle needle 2 from a basic position in the re-energized state of the actuator 30 is attracted. The nozzle needle 2 and / or one with the nozzle needle 2 connected component and / or the area with the enlarged diameter 24 have / has the function of a magnet armature 2 of the actor 30 , The components nozzle-needle 2 , Adjustment element 18 , Adjusting element holder 4 and intermediate housing 20 form a magnetic circuit and be at least partially made of a soft magnetic material.

In dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel ist ein Federelement 22 in axialer Richtung 42 zwischen dem ersten Absatz 26 der Düsen-Nadel 2 und dem Führungselement 14 angeordnet. Das sich am Führungselement 14 in axialer Richtung 42 abstützende Federelement 22 bewegt dabei die Düsen-Nadel 2 über den ersten Absatz 26 mittels einer Federkraft, insbesondere im unbetätigten Zustand des Aktors 30, zurück in die Grundposition. Dabei wird durch das Federelement 22 eine Rückstellkraft auf die Düsen-Nadel 2 ausgeübt, wobei die Rückstellkraft der Aktorkraft des Aktors 30 in axialer Richtung 42 entgegengesetzt ist. In dieser Grundposition wird die Düsen-Nadel 2 insbesondere in axialer Richtung 42 gegen ein Anschlagelement 7 gedrückt und/oder in Anlage gehalten, wobei sich das Anschlagelement 7 in axialer Richtung 42 zwischen der Düsen-Nadel 2 und dem Deckel 5 befindet.In the in 1 shown first embodiment is a spring element 22 in the axial direction 42 between the first paragraph 26 the nozzle needle 2 and the guide element 14 arranged. That is on the guide element 14 in the axial direction 42 supporting spring element 22 moves the nozzle needle 2 about the first paragraph 26 by means of a spring force, in particular in the unactuated state of the actuator 30 , back to the basic position. It is characterized by the spring element 22 a restoring force on the nozzle needle 2 exercised, wherein the restoring force of the actuator force of the actuator 30 in the axial direction 42 is opposite. In this home position, the nozzle needle 2 especially in the axial direction 42 against a stop element 7 pressed and / or held in abutment, wherein the stop element 7 in the axial direction 42 between the nozzle needle 2 and the lid 5 located.

In 1 ist zudem dargestellt, dass sich der zentrale Strömungsbereich 35 im Inneren der Gehäuse-Baugruppe 6 des Förderaggregats 8, insbesondere entlang eines Teils der Symetrieachse 52, befindet. In den zentralen Strömungsbereich 35 strömt von außerhalb des Förderaggregats 8 durch einen ersten Zulauf 28 ein gasförmiges Rezirkulationsmedium ein, insbesondere H2 , wobei das gasförmige Rezirkulationsmedium beispielsweise aus einem Brennstoffzellenstapel gefördert wird. Dieses gasförmige Rezirkulationsmedium strömt in einer Strömungsrichtung III zwischen der Düse 12 und dem Endabschnitt 16 hindurch in den zentralen Strömungsbereich 35 ein.In 1 is also shown that the central flow area 35 inside the enclosure assembly 6 of the delivery unit 8th , in particular along part of the axis of symmetry 52 , is located. In the central flow area 35 flows from outside the delivery unit 8th through a first inlet 28 a gaseous recirculation medium, in particular H 2 in which the gaseous recirculation medium is conveyed, for example, from a fuel cell stack. This gaseous recirculation medium flows in a flow direction III between the nozzle 12 and the end section 16 through into the central flow area 35 one.

Durch einen zweiten Zulauf 36 strömt strömt von außerhalb des Förderaggregats 8 ein gasförmiges Treibmedium, insbesondere H2 , in einen Bereich zwischen der Düse 12 und der Düsen-Nadel 2 ein, der als ein Ringspalt 44 bezeichnet wird, wobei sich der Ringspalt 44 insbesondere zwischen der Düsenfläche 50 und der Nadelfläche 48 ausbildet. Dabei strömt das gasfrömige Treibmedium in Richtung der Strömungsrichtung III. Das aus dem zweiten Zulauf 36 in den Ringspalt 44 strömende und als Treibmedium dienende H2 weist eine Druckdifferenz zum Rezirkulationsmedium auf, das aus dem ersten Zulauf 28 in das Förderaggregat 8 einströmt, wobei das Treibmedium insbesondere einen höheren Druck von mindestens 10 bar aufweist. Damit sich ein sogenannter Strahlpumpeneffekt einstellt wird das Rezirkulationsmedium mit einem geringen Druck und einem geringen Maßenstrom in den zentralen Strömungsbereich 35 des Förderaggregats 8 gefördert, beispielsweise durch die Verwendung einer, dem Förderaggregat 8 vorgeschalteten, Rezirkulations-Pumpe. Dabei strömt das Treibmedium mit der beschriebenen Druckdifferenz und einer hohen Geschwindigkeit, die insbesondere Nahe der Schallgeschwindigkeit liegen kann, durch den Ringspalt 44 in den zentralen Strömungsbereich 35 ein. Dabei trifft das Treibmedium auf das Rezirkulationsmedium, das sich bereits im zentralen Strömungsbereich 35 befindet. Aufgrund der hohen Geschwindigkeits und/oder Druckdifferenz zwischen dem Treibmediums und dem Rezirkulationsmedium wird eine innere Reibung und Turbulenzen zwischen den Medien erzeugt. Dabei entsteht eine Scherspannung in der Grenzschicht zwischen dem schnellen Treibmedium und dem wesentlich langsameren Rezirkulationsmedium. Diese Spannung bewirkt eine Impulsübertragung, wobei das Rezirkulationsmedium beschleunigt und mitgerissen wird. Die Mischung geschieht nach dem Prinzip der Impulserhaltung. Dabei wird das Rezirkulationsmedium in der Strömungsrichtung III beschleunigt und es entsteht auch für das Rezirkulationsmedium ein Druckabfall, wodurch eine Saugwirkung einsetzt und somit weiteres Rezirkulationsmedium aus dem Bereich des ersten Zulaufs 28 nachgefördert wird. Dieser Effekt kann als Strahlpumpeneffekt bezeichnet werden. Durch die Änderung der Spaltweite 46 des Ringspaltes 44, insbesondere durch die Bewegung der Düsen-Nadel 2 in axialer Richtung 42, kann die Einströmmenge und/oder der Einströmwinkel und/oder die Einströmgeschwindigkeit und/oder die Einspritzrichtung des Treibmediums reguliert werden. Dadurch kann eine Förderrate des Rezirkulationsmediums reguliert werden und auf den jeweiligen Bedarf eines gesamten Brennstoffzellen-Systems 31 (nicht in 1 gezeigt, vgl. 3) je nach Betriebszustand und Betriebsanforderungen angepasst werden.Through a second inlet 36 flows flows from outside the delivery unit 8th a gaseous propellant medium, in particular H 2 , in an area between the nozzle 12 and the nozzle needle 2 one acting as an annular gap 44 is designated, wherein the annular gap 44 especially between the nozzle surface 50 and the needle surface 48 formed. The gaseous propellant flows in the direction of flow III , That from the second inlet 36 in the annular gap 44 flowing and serving as a driving medium H 2 has a pressure difference to the recirculation medium, which from the first inlet 28 in the delivery unit 8th flows in, wherein the driving medium in particular has a higher pressure of at least 10 bar. So that a so-called jet pump effect sets the recirculation medium with a low pressure and a low flow rate in the central flow area 35 of the delivery unit 8th promoted, for example by the use of a, the delivery unit 8th upstream, recirculation pump. In this case, the driving medium flows through the annular gap with the described pressure difference and a high speed, which may in particular be close to the speed of sound 44 in the central flow area 35 one. The driving medium hits the recirculation medium, which is already in the central flow area 35 located. Due to the high velocity and / or pressure difference between the propellant and the recirculation medium, internal friction and turbulence is created between the media. This creates a shear stress in the boundary layer between the fast drive medium and the much slower recirculation medium. This voltage causes a momentum transfer, whereby the recirculation medium is accelerated and entrained. The mixture happens according to the principle of momentum conservation. In this case, the recirculation medium in the flow direction III accelerated and there is also a pressure drop for the recirculation medium, whereby a suction effect and thus further recirculation medium from the region of the first inlet 28 is subsidized. This effect can be called a jet pumping effect. By changing the gap width 46 of the annular gap 44 in particular by the movement of the nozzle needle 2 in the axial direction 42 , the inflow quantity and / or the inflow angle and / or the inflow velocity and / or the injection direction of the drive medium can be regulated. Thereby, a delivery rate of the recirculation medium can be regulated and the respective needs of an entire fuel cell system 31 (not in 1 shown, cf. 3 ) depending on the operating condition and operating requirements.

In einem beispielhaften Betriebszustand des Förderaggregats 8 bei dem sich die Düsen-Nadel 2 mit der Düse 12 in Anlage befindet und sich der Dichtsitz zwischen der Düsen-Nadel 2 mit der Düse 12 ausgebildet hat, kann verhindert werden, dass das Treibmedium aus dem zweiten Zulauf 36 in den zentralen Stömungsbereich 35 nachströmt, so dass das Treibmedium nicht weiter in Strömungsrichtung III zum Rezirkulationsmedium einströmen kann und somit der Strahlpumpeneffekt aussetzt. In einer beispielhaften Ausführungsform des Förderaggregats 8 kann jedoch auch durch ein dem zweiten Zulauf 36 vorgelagertes Ventil, insbesondere ein Proportionalventil und/oder ein Dosierventil und/oder ein Wasserstoffdosierventil ein Einströmen des Treibmediums in den zentralen Strömungsbereich 35 des Förderaggregats durch den zweiten Zulauf 36 verhindert oder geregelt werden.In an exemplary operating state of the delivery unit 8th where the nozzle needle 2 with the nozzle 12 in place and the sealing seat between the nozzle needle 2 with the nozzle 12 has formed, can be prevented that the driving medium from the second inlet 36 into the central flow area 35 nachströmt, so that the driving medium not further in the flow direction III can flow to the recirculation medium and thus exposes the jet pump effect. In an exemplary embodiment of the delivery unit 8th However, it can also by a the second inlet 36 upstream valve, in particular a proportional valve and / or a metering valve and / or a hydrogen metering valve, an inflow of the driving medium in the central flow region 35 of the delivery unit through the second inlet 36 prevented or regulated.

In einer weiteren Ausführungsform des Förderaggregats 8 kann das Federelement 22 als ein Wellbalg 22 ausgeführt sein, um eine verbesserte Kapselung des Aktors 30 gegen das durchströmende Medium bewirken zu können. Dabei ist der Wellbalg 22 mit dem Führungselement 14 und dem ersten Absatz 26 der Düsen-Nadel 2 verbunden, so dass eine Kapselung des Aktors erzielt werden kann. In a further embodiment of the delivery unit 8th can the spring element 22 as a corrugated bellows 22 be executed in order to improve the encapsulation of the actuator 30 to be able to effect against the medium flowing through. Here is the corrugated bellows 22 with the guide element 14 and the first paragraph 26 the nozzle needle 2 connected, so that an encapsulation of the actuator can be achieved.

2 zeigt einen in 1 mit II bezeichneten Ausschnitt des Förderaggregats 8, bei dem insbesondere die Bauteile der Gehäuse-Baugruppe 6 und die Düse 12 teilweise dargestellt sind. 2 shows an in 1 With II designated section of the delivery unit 8th in which in particular the components of the housing assembly 6 and the nozzle 12 partially shown.

Wie in 2 dargestellt weisen die Bauteile der Gehäuse-Baugruppe 6 jeweils mindestens eine Durchgangsbohrung 11 auf, die durch alle Bauteile parallel zur Symetrieachse 52 verläuft. Durch diese Durchgangsbohrung 11 ist mindestens ein Verschraubungselement 13 gesteckt, das die Bauteile mittels eines Befestigungselements 15, insbesondere formschlüssig, miteinander fixiert. Dabei kann das Verschraubungselelement 13, das insbesondere als ein Bolzen 13 ausgeführt ist, ein Außengewinde 17 aufweisen. Das Befestigungselement 15, dass insbesondere als eine Mutter 15 ausgeführt ist, kann ein Innengewinde 19 aufweisen, so dass beide Bauteile 13, 15 miteinander verschraubt werden können. Die Gehäuse-Baugruppe 6 kann dabei die Bauteile Endabschnitt 16, Düsen-Aufnahme 29, Düsen-Gehäuse 25, Führungselement 14, Einstellelement-Aufnahme 4, Zwischen-Gehäuse 20 und Deckel 5 umfassen. Das Verschraubungselement 13 verläuft dabei in Richtung der Symetrieachse 52 durch die Durchgangsbohrung 11 aller Bauteile der Gehäuse-Baugruppe 6. Die Düse 12 ist dabei zumindest teilweise zwischen den Bauteilen Düsen-Aufnahme 29 und Düsen-Gehäuse 25 angeordnet und die Düse 12 ist in Richtung der Symetrieachse 52 zwischen den Bauteilen Düsen-Aufnahme 29 und Düsen-Gehäuse 25 verspannt. Vorteilhafterweise können durch diese Form der Fixierung der Bauteile der Gehäuse-Baugruppe Toleranzabweichungen der Breite der Bauteile der Gehäuse-Baugruppe 6 in Richtung der Symetrieachse 52 ausgeglichen werden und eine erhöhte Dichtigkeit des Förderaggregat gegen ein Austreten von H2 erzielt werden.As in 2 shown have the components of the housing assembly 6 in each case at least one through-bore 11 on, passing through all components parallel to the axis of symmetry 52 runs. Through this through hole 11 is at least one screwing element 13 inserted, the components by means of a fastener 15 , in particular form-fitting, fixed together. In this case, the Verschraubungselelement 13 especially as a bolt 13 is executed, an external thread 17 exhibit. The fastener 15 that in particular as a mother 15 is executed, can be an internal thread 19 have, so that both components 13 . 15 can be screwed together. The enclosure assembly 6 can thereby the components end section 16 , Nozzle intake 29 , Nozzle housing 25 , Guide element 14 , Adjusting element holder 4 , Intermediate housing 20 and lid 5 include. The screwing element 13 runs in the direction of the axis of symmetry 52 through the through hole 11 all components of the enclosure assembly 6 , The nozzle 12 is at least partially between the components nozzle intake 29 and nozzle housing 25 arranged and the nozzle 12 is in the direction of the axis of symmetry 52 between the components nozzle intake 29 and nozzle housing 25 braced. Advantageously, by this form of fixing the components of the housing assembly tolerance deviations of the width of the components of the housing assembly 6 in the direction of the axis of symmetry 52 be compensated and increased leakage of the delivery unit against leakage H 2 be achieved.

Des weiteren bietet die Fixierung der Bauteile der Gehäuse-Baugruppe 6 mittels des Verschraubungselements 13 und des Befestigungselements 15 den Vorteil, dass eine einfache und kostengünstige Montage der Düse 12 zwischen den Bauteilen Düsen-Gehäuse 25 und Düsen-Aufnahme 29 erfolgen kann. Dies ist dadurch begründet, dass das Bauteil Düse 12 und die einzelnen Bauteile der Gehäuse-Baugruppe 6 bei der Montage nur in der richtigen Reihenfolge aneinander gelegt werden und dann mittels des Verschraubungselements 13 und des Befestigungselements 15 fixiert werden müssen. Montagefehler können durch diese erfindungsgemäße Ausgestaltung des Förderaggregats 8 reduziert werden.Furthermore, the fixation of the components of the housing assembly provides 6 by means of the screwing element 13 and the fastener 15 the advantage that a simple and inexpensive installation of the nozzle 12 between the components nozzle housing 25 and nozzle intake 29 can be done. This is due to the fact that the component nozzle 12 and the individual components of the housing assembly 6 be placed together in the assembly only in the correct order and then by means of the screwing 13 and the fastener 15 must be fixed. Mounting errors can by this inventive design of the delivery unit 8th be reduced.

In 3 ist eine beispielhafte Ausführungsform eines Brennstoffzellen-Systems 31 dargestellt, das das Föderaggregat 8 und weitere Bauteile aufweist, wobei insbesondere eine Anodenseite des Brennstoffzellen-Systems 31 dargestellt ist. Wie aus 3 ersichtlich, ist das Förderaggregat 8 über eine Verbindungsleitung 37 mit einer Brennstoffzelle 32 verbunden, die einen Anodenbereich 38 und einen Kathodenbereich 40 umfasst. Zudem ist eine Rückführleitung 23 vorgesehen, die den Anodenbereich 38 der Brennstoffzelle 32 mit einem Ansaugbereich, der insbesondere als der erste Zulauf 28 ausgebildet ist, des Förderaggregats 8 verbindet. Mittels der Rückführleitung 23 kann das im Anodenbereich 38 beim Betrieb der Brennstoffzelle 32 nicht verwertete erste gasförmige Medium zum ersten Zulauf 28 zurückgeführt werden. Bei diesem ersten gasförmigen Medium handelt es sich insbesondere um das vorrangegangen beschriebene Rezirkulationsmedium.In 3 is an exemplary embodiment of a fuel cell system 31 represented, that the Fed aggregate 8th and further components, in particular an anode side of the fuel cell system 31 is shown. How out 3 can be seen, is the delivery unit 8th over a connecting line 37 with a fuel cell 32 connected to an anode area 38 and a cathode region 40 includes. There is also a return line 23 provided, which is the anode area 38 the fuel cell 32 with a suction area, in particular as the first inlet 28 is formed, the delivery unit 8th combines. By means of the return line 23 this can be done in the anode area 38 during operation of the fuel cell 32 unused first gaseous medium to the first inlet 28 to be led back. This first gaseous medium is, in particular, the recirculation medium described above.

Wie aus 3 weiter ersichtlich, wird das in einem Tank 34 gespeicherte zweite gasförmige Medium über eine Zuströmleitung 21 einem Zuströmbereich, der insbesondere als der zweite Zulauf 36 ausgebildet ist, des Förderaggregats 8 zugeführt. Bei diesem zweiten gasförmigen Medium handelt es sich insbesondere um das Treibmedium.How out 3 as you can see in a tank 34 stored second gaseous medium via an inflow line 21 an inflow region, in particular as the second feed 36 is formed, the delivery unit 8th fed. This second gaseous medium is in particular the propellant.

In 4 ist eine schematische Schnittansicht des Förderaggregats 8 gemäß dem zweiten Ausführungbeispiel dargestellt. Das zweite Ausführungsbeispiel ist dabei vom Grundaufbau gleich wie das erste Ausführungsbeispiel, im Folgenden werden jedoch die Unterschiede zum ersten Ausführungsbeispiel beschrieben. In diesem zweiten Ausführungsbeispiel des Förderaggregats 8 ist das Federelement 22 in axialer Richtung 42 zwischen dem zweiten Absatz 27 der Düsen-Nadel 2 und dem Lagerelement 10 angeordnet. Weiterhin weist der Deckel 5 einen dritten Absatz 54 auf, über den sich das Federelement 22 zumindest mittelbar über das Lagerelement 10 am Deckel 5 in axialer Richtung 42 abstützen kann. Das sich am Lagerelement 10 und mittelbar am Deckel 5 in axialer Richtung 42 abstützende Federelement 22 bewegt dabei die Düsen-Nadel 2 über den zweiten Absatz 27 mittels einer Federkraft, insbesondere im unbetätigten Zustand des Aktors 30, zurück in die Grundposition. In dieser Grundposition wird die Düsen-Nadel 2 insbesondere in axialer Richtung 42 gegen die Düse 12 gedrückt und/oder in Anlage gehalten, so dass sich zwischen der Düsen-Nadel 2 und der Düse 2 der Dichtsitz ausbildet und somit kein Treibmedium aus dem zweiten Zulauf 36 in den zentralen Strömungsbereich 35 nachströmen kann.In 4 is a schematic sectional view of the delivery unit 8th shown according to the second embodiment example. The second embodiment is the same as the first embodiment of the basic structure, but in the following the differences from the first embodiment will be described. In this second embodiment of the delivery unit 8th is the spring element 22 in the axial direction 42 between the second paragraph 27 the nozzle needle 2 and the bearing element 10 arranged. Furthermore, the lid shows 5 a third paragraph 54 on, over which the spring element 22 at least indirectly via the bearing element 10 on the lid 5 in the axial direction 42 can support. That is on the bearing element 10 and indirectly on the lid 5 in the axial direction 42 supporting spring element 22 moves the nozzle needle 2 about the second paragraph 27 by means of a spring force, in particular in the unactuated state of the actuator 30 , back to the basic position. In this home position, the nozzle needle 2 especially in the axial direction 42 against the nozzle 12 pressed and / or held in place, allowing itself between the nozzle needle 2 and the nozzle 2 the sealing seat forms and thus no Driving medium from the second inlet 36 in the central flow area 35 can flow.

Aus der Darstellung gemäß 4 geht hervor, dass, sobald der Aktor 30 betätigt wird, die verstellbare Düsen-Nadel 2 aus Ihrer Schließstellung mit der Düse 12 im umbestromten Zustand des Aktors 30 angezogen wird und somit das Treibmedium in den zentralen Strömungsbereich 35 einströmen kann. Die Düsen-Nadel 2 und/oder ein mit der Düsen-Nadel 2 verbundenes Bauteil hat dabei die Funktion eines Magnetankers 2 des Aktors 30.From the illustration according to 4 it turns out that as soon as the actor 30 is operated, the adjustable nozzle needle 2 from your closed position with the nozzle 12 in umbestromten state of the actuator 30 is attracted and thus the driving medium in the central flow area 35 can flow in. The nozzle needle 2 and / or one with the nozzle needle 2 connected component has the function of a magnet armature 2 of the actor 30 ,

Die Anordnung des Federelements 22 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel bietet den Vorteil, dass ein Zurückbewegen der Düsen-Nadel 2 in die Schließstellung bewirkt wird, sobald der Aktor 30 nicht mehr betätigt wird. Dies bietet den Vorteil, dass sich im Falle eines Stromausfalls oder eines Ausfalls des Aktors 30 der Dichtsitz zwischen der Düse 12 und der Düsen-Nadel 2 einstellt und somit ein Einströmen des Treibmediums verhindert werden kann.The arrangement of the spring element 22 according to the second embodiment has the advantage that a backward movement of the nozzle needle 2 is effected in the closed position, as soon as the actuator 30 is no longer operated. This offers the advantage that in case of power failure or failure of the actuator 30 the sealing seat between the nozzle 12 and the nozzle needle 2 adjusts and thus inflow of the propellant can be prevented.

Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich.The invention is not limited to the embodiments described herein and the aspects highlighted therein. Rather, a large number of modifications is possible within the scope indicated by the claims.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 2002/0106547 A1 [0003, 0004, 0005]US 2002/0106547 A1 [0003, 0004, 0005]

Claims (14)

Förderaggregat (8) für ein Brennstoffzellen-System (31), wobei das Förderaggregat (8) eine Gehäuse-Baugruppe (6) aufweist, in dem eine Düse (12) und eine Düsen-Nadel (2) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass in der Gehäuse-Baugruppe (6) ein Aktor (30) angeordnet ist, wobei die Düsen-Nadel (2) durch den Aktor (30) in Richtung einer Symetrieachse (52) verstellbar ist und wobei die Düse (12) als ein separater und/oder austauschbarer Einsatz ausgeführt ist, der im Inneren der Gehäuse-Baugruppe (6) angeordnet ist.Delivery unit (8) for a fuel cell system (31), wherein the delivery unit (8) comprises a housing assembly (6) in which a nozzle (12) and a nozzle needle (2) are arranged, characterized in that in the housing assembly (6) an actuator (30) is arranged, wherein the nozzle needle (2) by the actuator (30) in the direction of a symmetry axis (52) is adjustable and wherein the nozzle (12) as a separate and / or exchangeable insert is arranged, which is arranged inside the housing assembly (6). Förderaggregat (8) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass die Düse (12) derart ausgeführt ist, dass sie formschlüssig zwischen einer Düsen-Aufnahme (29) und einem Düsen-Gehäuse (25), die Teil der Gehäuse-Baugruppe (6) sind, in Richtung der Symetrieachse (52) verspannt ist.Delivery unit (8) according to Claim 1 , characterized in that the nozzle (12) is designed such that it is positively connected between a nozzle receptacle (29) and a nozzle housing (25), which are part of the housing assembly (6), in the direction of the axis of symmetry (52 ) is braced. Förderaggregat (8) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (12) über einen Teil Ihres Außendurchmessers radial zur Symetrieachse (52) durch einen Innendurchmesser (33) der Düsen-Aufnahme (29) zentriert ist.Delivery unit (8) according to Claim 1 or 2 , characterized in that the nozzle (12) is centered over a part of its outer diameter radially to the symmetry axis (52) by an inner diameter (33) of the nozzle receptacle (29). Förderaggregat (8) nach einem der vorrangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (30) als ein elektrischer Aktor (30), insbesondere als ein elektromagnetischer Aktor (30), ausgebildet ist.Delivery unit (8) according to one of the preceding claims, characterized in that the actuator (30) as an electrical actuator (30), in particular as an electromagnetic actuator (30) is formed. Förderaggregat (8) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (12) mittels eines Umformprozesses, insbesondere mittels eines Zugdruckumformprozesses und/oder mittels eines Tiefziehprozesses, hergestellt ist.Delivery unit (8) according to one of Claims 1 to 4 , characterized in that the nozzle (12) by means of a forming process, in particular by means of a Zugdruckumformprozesses and / or by means of a deep-drawing process, is made. Förderaggregat (8) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer Nadelfläche (48) der Düsen-Nadel (2) und einer Düsenfläche (50) der Düse (12) ein Ringspalt (44) ausgebildet ist, wobei der Ringspalt (44) durch die Nadelfläche (48) einerseits und die Düsenfläche (50) andererseits begrenzt ist.Delivery unit (8) according to one of the preceding claims, characterized in that between a needle surface (48) of the nozzle needle (2) and a nozzle surface (50) of the nozzle (12) an annular gap (44) is formed, wherein the annular gap ( 44) by the needle surface (48) on the one hand and the nozzle surface (50) on the other hand is limited. Förderaggregat (8) gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei Betätigung des Aktors (30) eine Spaltweite (46) zwischen der Nadelfläche (48) und der Düsenfläche (50) änderbar ist.Delivery unit (8) according to Claim 6 , characterized in that upon actuation of the actuator (30) a gap width (46) between the needle surface (48) and the nozzle surface (50) is changeable. Förderaggregat (8) gemäß einem der vorrangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kapselung des Aktors (30) gegen ein Eindringen eines zu fördernden Mediums, insbesondere Wasserstoff, durch wenigstens ein Dichtelement (9) vorgesehen ist.Delivery unit (8) according to one of the preceding claims, characterized in that an encapsulation of the actuator (30) is provided against ingress of a medium to be conveyed, in particular hydrogen, by at least one sealing element (9). Förderaggregat nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (9) radial zwischen der Düsen-Nadel (2) und einem Führungselement (14) eingespannt ist.Conveying unit after Claim 8 , characterized in that the sealing element (9) is clamped radially between the nozzle needle (2) and a guide element (14). Förderaggregat (8) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich mindestens ein Federelement (22) in einer axialen Richtung (42) derart an der Düsen-Nadel (2) abstützt, dass das Federelement (22) mit einer Rückstellkraft auf die Düsen-Nadel (2) wirkt, die entgegengesetzt zu der Aktorkraft des Aktors (30) in axialer Richtung (42) wirkt.Delivery unit (8) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one spring element (22) in an axial direction (42) on the nozzle needle (2) is supported, that the spring element (22) with a restoring force on the Nozzle needle (2) acts, which acts in the axial direction (42) opposite to the actuator force of the actuator (30). Förderaggregat (8) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Federelement (22) als ein Wellbalg (22) ausgeführt ist und dadurch eine zusätzliche Kapselung des Aktors (30) gegen ein Eindringen des zu fördernden Mediums, insbesondere Wasserstoff, erfolgt.Delivery unit (8) to Claim 10 , characterized in that the at least one spring element (22) is designed as a corrugated bellows (22) and thereby an additional encapsulation of the actuator (30) against ingress of the medium to be conveyed, in particular hydrogen, takes place. Förderaggregat (8) nach einem der vorrangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile der Gehäuse-Baugruppe (6) jeweils mindestens eine Durchgangsbohrung (11) aufweisen, die durch alle Bauteile parallel zur Symetrieachse (52) verläuft und durch die mindestens ein Verschraubungselement (13) gesteckt ist, das die Bauteile mittels eines Befestigungselements (15) in Richtung der Symetrieachse (52), insbesondere formschlüssig, miteinander fixiert.Delivery unit (8) according to one of the preceding claims, characterized in that the components of the housing assembly (6) each have at least one through hole (11) which extends through all components parallel to the axis of symmetry (52) and by the at least one screw ( 13) is plugged, which fixes the components together by means of a fastening element (15) in the direction of the axis of symmetry (52), in particular form-fitting. Förderaggregat (8) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen-Nadel (2) im unbetätigten Zustand des Aktors (30) zumindest mittelbar an einem Anschlagelement (7) in Richtung der Symetrieachse (52) in Anlage steht, wobei die Düsen-Nadel (2) insbesondere durch die Federkraft des Federelements (22) gegen das Anschlagelement (7) gedrückt wirdDelivery unit (8) according to one of Claims 10 to 12 , characterized in that the nozzle needle (2) in the unactuated state of the actuator (30) at least indirectly on a stop element (7) in the direction of the symmetry axis (52) in abutment, wherein the nozzle needle (2) in particular by the Spring force of the spring element (22) against the stop element (7) is pressed Brennstoffzellen-System (31) mit einem Förderaggregat (8) nach einem der vorherigen Ansprüche.Fuel cell system (31) with a delivery unit (8) according to one of the preceding claims.
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