DE102019214174A1

DE102019214174A1 - Sealing unit and hydrogen tank

Info

Publication number: DE102019214174A1
Application number: DE102019214174.9A
Authority: DE
Inventors: Egon Stratmann; Linda Klein
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-09-18
Filing date: 2019-09-18
Publication date: 2021-03-18

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Dichtungseinheit (10) zum Abdichten eines Wasserstoffbehälters (1), aufweisend ein erstes Dichtelement (11) zum Abdichten eines Spaltes (4) des Wasserstoffbehälters (1) in einem Niederdruckbereich (201) und ein zweites Dichtelement (12) zum Abdichten des Spaltes (4) des Wasserstoffbehälters (1) in einem Hochdruckbereich (202), wobei das erste und das zweite Dichtelement (11, 12) aneinander angeordnet sind.Ferner betrifft die Erfindung einen Wasserstoffbehälter (1).The invention relates to a sealing unit (10) for sealing a hydrogen container (1), comprising a first sealing element (11) for sealing a gap (4) in the hydrogen container (1) in a low-pressure area (201) and a second sealing element (12) for sealing of the gap (4) of the hydrogen container (1) in a high-pressure area (202), the first and the second sealing element (11, 12) being arranged next to one another. The invention also relates to a hydrogen container (1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Dichtungseinheit zum Abdichten eines Wasserstoffbehälters sowie einen Wasserstoffbehälter.The invention relates to a sealing unit for sealing a hydrogen container and to a hydrogen container.

Stand der TechnikState of the art

Aus dem Stand der Technik sind Wasserstoffbehälter mit Armaturen bekannt. Die Armaturen können z. B. Ventile oder Sensoren aufweisen, über die Wasserstoffdruck geregelt bzw. der Druck im Wasserstoffbehälter gemessen werden kann. Verbindungsbereiche, in welchem die Armaturen mit einer Behälterwandung verbunden sind, weisen häufig einen Spalt auf, welcher mit einer Dichtung gegen ein Austreten von Wasserstoff abgedichtet wird. Um zu verhindern, dass die Dichtung unter bestimmten Kombinationen aus Druck und Temperatur in den Spalt extrudiert, d. h. plastisch fließt, und damit ihre Funktion verliert, werden sog. Stützringe eingesetzt. Diese haben jedoch üblicherweise keine Dichtfunktion. Insbesondere wenn der Wasserstoffbehälter als Wasserstofftank für ein Fahrzeug dienen soll, werden jedoch hohe Anforderungen an die Dichtheit und den Temperaturbereich der Dichtung gestellt. Dabei haben konventionelle Dichtungen oft den Nachteil, dass das Material entweder nur im Hochdruckbereich oder nur im Niedrigdruckbereich eine hohe Dichtwirkung hat. Ferner kann insbesondere bei niedrigen Temperaturen das Dichtmaterial verspröden, wodurch die Dichtwirkung verringert sein kann.Hydrogen tanks with fittings are known from the prior art. The fittings can, for. B. have valves or sensors via which the hydrogen pressure can be regulated or the pressure in the hydrogen container can be measured. Connection areas in which the fittings are connected to a container wall often have a gap which is sealed with a seal against the escape of hydrogen. To prevent the gasket from extruding into the gap under certain combinations of pressure and temperature, e.g. H. so-called support rings are used. However, these usually have no sealing function. In particular, if the hydrogen container is to serve as a hydrogen tank for a vehicle, however, high demands are placed on the tightness and the temperature range of the seal. Conventional seals often have the disadvantage that the material has a high sealing effect either only in the high pressure area or only in the low pressure area. Furthermore, the sealing material can become brittle, particularly at low temperatures, which can reduce the sealing effect.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird eine Dichtungseinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Wasserstoffbehälter mit den Merkmalen des Anspruchs 10 vorgeschlagen. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Dichtungseinheit beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Wasserstoffbehälter und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.In the context of the present invention, a sealing unit with the features of claim 1 and a hydrogen container with the features of claim 10 are proposed. Further features and details of the invention emerge from the respective subclaims, the description and the drawings. Features and details that are described in connection with the sealing unit according to the invention naturally also apply in connection with the hydrogen container according to the invention and vice versa, so that with regard to the disclosure of the individual aspects of the invention, reference is or can always be made to each other.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist eine Dichtungseinheit zum Abdichten eines Wasserstoffbehälters vorgesehen. Dabei weist die Dichtungseinheit ein erstes Dichtelement zum Abdichten eines Spaltes des Wasserstoffbehälters in einem Niederdruckbereich und ein zweites Dichtelement zum Abdichten des Spaltes des Wasserstoffbehälters in einem Hochdruckbereich auf. Ferner sind das erste und das zweite Dichtelement, insbesondere direkt, aneinander angeordnet. Das erste Dichtelement weist ein Elastomermaterial auf. Weiterhin ist das zweite Dichtelement als Stützelement zur mechanischen Stabilisierung des ersten Dichtelementes ausgebildet.According to a first aspect of the invention, a sealing unit for sealing a hydrogen container is provided. The sealing unit has a first sealing element for sealing a gap in the hydrogen container in a low-pressure area and a second sealing element for sealing the gap in the hydrogen container in a high-pressure area. Furthermore, the first and the second sealing element are arranged, in particular directly, on one another. The first sealing element has an elastomer material. Furthermore, the second sealing element is designed as a support element for mechanical stabilization of the first sealing element.

Insbesondere werden dadurch voranstehende, aus dem Stand der Technik bekannte Nachteile zumindest teilweise behoben. Ferner wird insbesondere eine Abdichtung eines Wasserstoffbehälters in Bezug auf ihren operativen Temperatur- und Druckbereich, vorzugsweise bei vereinfachter Herstellung und/oder Montage, verbessert.In particular, this at least partially eliminates the above disadvantages known from the prior art. Furthermore, sealing of a hydrogen container is improved in particular with regard to its operative temperature and pressure range, preferably with simplified manufacture and / or assembly.

Unter dem Elastomermaterial kann ein weitmaschig vernetzter Kunststoff verstanden werden. Die Vernetzung ist insbesondere in Form einer chemischen Vernetzung ausgebildet. Eine solche Vernetzung weist weitmaschige Makromoleküle auf, die ein dreidimensionales Netzwerk bilden. Insbesondere können mechanische Eigenschaften, wie die Härte und die Zähigkeit, sowie Permeationseigenschaften, durch die Vernetzung vorteilhaft beeinflusst und/oder bestimmt sein. Das Elastomermaterial kann insbesondere zumindest bereichsweise vernetzt ausgebildet sein. Unter der zumindest bereichsweisen Vernetzung des Elastomermateriales kann eine chemische Vernetzung verstanden werden. Eine solche Vernetzung weist Makromoleküle auf, die ein dreidimensionales Netzwerk bilden. Insbesondere können mechanische Eigenschaften, wie die Härte und die Zähigkeit, durch die Vernetzung beeinflusst oder maßgeblich bestimmt sein. Die bereichsweise Vernetzung kann ferner umfassen, dass das Elastomermaterial Bereiche aufweist, die lokal vernetzt sind und Bereiche, die lokal unvernetzt sind.The elastomer material can be understood to be a wide-meshed crosslinked plastic. The crosslinking is in particular in the form of a chemical crosslinking. Such a network has wide-meshed macromolecules that form a three-dimensional network. In particular, mechanical properties, such as hardness and toughness, as well as permeation properties, can advantageously be influenced and / or determined by the crosslinking. The elastomer material can in particular be designed to be networked at least in some areas. The at least regional crosslinking of the elastomer material can be understood to mean chemical crosslinking. Such a network has macromolecules that form a three-dimensional network. In particular, mechanical properties, such as hardness and toughness, can be influenced or significantly determined by the crosslinking. The crosslinking in regions can furthermore include that the elastomer material has regions that are locally crosslinked and regions that are locally uncrosslinked.

Vorzugsweise kann das zweite Dichtelement als Stützring ausgeführt sein. Das erste Dichtelement kann ringartig, vorzugsweise in Form eines O-Ringes oder entsprechend der Geometrie eines O-Ringes, ausgebildet sein. Dadurch kann die Dichtungseinheit vorteilhaft im Spalt, vorzugsweise an einer Armatur, des Wasserstoffbehälters montierbar sein. Durch eine Ausgestaltung des zweiten Dichtelementes als Stützring, kann für das erste Dichtelement verhinderbar sein, dass das erste Dichtelement bei hohen Drücken extrudiert. Insbesondere kann das zweite Dichtelement einen kristallinen Kunststoff aufweisen.The second sealing element can preferably be designed as a support ring. The first sealing element can be ring-like, preferably in the form of an O-ring or in accordance with the geometry of an O-ring. As a result, the sealing unit can advantageously be mounted in the gap, preferably on a fitting, of the hydrogen container. By designing the second sealing element as a support ring, the first sealing element can be prevented from extruding at high pressures. In particular, the second sealing element can have a crystalline plastic.

Vorzugsweise kann das erste Dichtelement aus dem Elastomermaterial bestehen. Insbesondere sind an das Elastomermaterial geringere Anforderungen in Bezug auf die Permeationseigenschaften von Wasserstoff gestellt, da diese Funktion, also eine geringe Wasserstoffpermeation, vorzugsweise das zweite Dichtelement übernimmt. Für das Abdichten des Spaltes im Hochdruckbereich kann das zweite Dichtelement eine geringe Permeabilität von Wasserstoff aufweisen und dazu ausgebildet sein, dass es über einen operativen Temperaturbereich, insbesondere in einem hohen Temperaturbereich, eine ausreichende Steifigkeit beibehält.The first sealing element can preferably consist of the elastomer material. In particular, lower demands are placed on the elastomer material with regard to the permeation properties of hydrogen, since this function, that is to say a low hydrogen permeation, is preferably performed by the second sealing element. For sealing the gap in the high pressure area, the second sealing element can have a low permeability of hydrogen and can be designed to that it maintains sufficient rigidity over an operational temperature range, especially in a high temperature range.

Bei dem Wasserstoffbehälter kann es sich vorteilhafterweise um einen Wasserstofftank, insbesondere für ein Fahrzeug, handeln. Der Wasserstoffbehälter kann für den Niederdruckbereich und den Hochdruckbereich ausgelegt sein. Im Niederdruckbereich kann der Druck des Wasserstoffs an der Dichtungseinheit und/oder im Wasserstoffbehälter bspw. kleiner oder gleich 50 bar betragen, im Hochdruckbereich über 50 bar.The hydrogen tank can advantageously be a hydrogen tank, in particular for a vehicle. The hydrogen tank can be designed for the low-pressure range and the high-pressure range. In the low pressure range, the pressure of the hydrogen on the sealing unit and / or in the hydrogen container can be, for example, less than or equal to 50 bar, and in the high pressure range it can be above 50 bar.

Somit sind das erste und zweite Dichtelement insbesondere für ein Abdichten des Spaltes in unterschiedlichen Druckbereichen ausgelegt. Der einsetzbare Temperaturbereich der Dichtungseinheit kann dabei vorzugsweise bei -60°C bis 100°C liegen. Durch die Kombination des ersten und zweiten Dichtelementes in einer Dichtungseinheit können vorteilhafterweise unterschiedliche Anforderungsprofile abgedeckt sein. Dadurch, dass diese jeweils ein unterschiedliches Dichtelement bilden, wird dabei sichergestellt, dass unter Betriebsbedingungen, unter welchen eines der Dichtelemente eine geringere Dichtwirkung aufweist, das andere Dichtelement diesen Verlust an Dichtwirkung ausgleichen kann. Insbesondere bleibt dadurch eine Dichtwirkung auch bei hohen Drücken und niedrigen Temperaturen, d.h. insbesondere über den gesamten operativen Temperaturbereich der Dichtungseinheit, erhalten. So kann das Elastomermaterial bei niedrigem Druck und niedriger Temperatur eine Elastizität erhalten und den Spalt elastisch ausformen, um die Dichtwirkung zu erzielen. Weiterhin kann der Kunststoff des zweiten Dichtelementes über den gesamten operativen Temperaturbereich soweit verformbar sein, um die Dichtwirkung zu erzielen.Thus, the first and second sealing elements are designed in particular for sealing the gap in different pressure areas. The usable temperature range of the sealing unit can preferably be -60 ° C to 100 ° C. By combining the first and second sealing element in one sealing unit, different requirement profiles can advantageously be covered. The fact that these each form a different sealing element ensures that under operating conditions under which one of the sealing elements has a lower sealing effect, the other sealing element can compensate for this loss of sealing effect. In particular, a sealing effect is retained even at high pressures and low temperatures, i.e. in particular over the entire operative temperature range of the sealing unit. In this way, the elastomer material can obtain elasticity at low pressure and low temperature and shape the gap elastically in order to achieve the sealing effect. Furthermore, the plastic of the second sealing element can be deformable over the entire operative temperature range to achieve the sealing effect.

Vorzugsweise kann bei einer erfindungsgemäßen Dichtungseinheit vorgesehen sein, dass das Elastomermaterial einen Elastomer und/oder einen thermoplastischen Elastomer aufweist. Unter einem thermoplastischen Elastomer kann insbesondere ein in die elastischen Polymerketten eingebundenes thermoplastisches Material ohne eine chemische Vernetzung verstanden werden. Vorzugsweise kann es sich bei dem Elastomermaterial um einen sog. TPE handeln. Aufgrund der Elastizität kann das Elastomermaterial damit ferner vorteilhaft für ein Abdichten des Wasserstoffbehälters im Niederdruckbereich geeignet sein. Gleichzeitig kann das thermoplastische Elastomer dazu geeignet sein in einem Spritzgießverfahren verarbeitet zu werden. Dadurch kann die Herstellung der Dichtungseinheit vereinfacht sein. Insbesondere kann der thermoplastische Elastomer die Verarbeitungsvorteile des thermoplastischen Kunststoffs besitzen. Das Spritzgussverfahren kann auch verwendet werden, wenn es sich beim Elastomermaterial um einen Elastomer handelt. Das zweite Dichtelement kann beispielsweise als Einlegeteil mit dem Kunststoff des ersten Dichtelements umspritzt, bzw. das erste Dichtelement kann angespritzt werden. Insbesondere kann das Elastomermaterial derart ausgebildet sein, dass es in einem operativen Temperaturbereich der Dichtungseinheit seine elastischen Eigenschaften beibehält.In the case of a sealing unit according to the invention, it can preferably be provided that the elastomer material comprises an elastomer and / or a thermoplastic elastomer. A thermoplastic elastomer can in particular be understood to mean a thermoplastic material incorporated into the elastic polymer chains without chemical crosslinking. The elastomer material can preferably be a so-called TPE. Due to the elasticity, the elastomer material can therefore also advantageously be suitable for sealing the hydrogen container in the low-pressure range. At the same time, the thermoplastic elastomer can be suitable for processing in an injection molding process. This can simplify the manufacture of the sealing unit. In particular, the thermoplastic elastomer can have the processing advantages of the thermoplastic material. Injection molding can also be used when the elastomer material is an elastomer. The second sealing element can, for example, be molded with the plastic of the first sealing element as an insert, or the first sealing element can be molded on. In particular, the elastomer material can be designed in such a way that it retains its elastic properties in an operative temperature range of the sealing unit.

Weiterhin ist es bei einer erfindungsgemäßen Dichtungseinheit denkbar, dass das zweite Dichtelement einen Kunststoff, insbesondere in Form eines thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoffes, aufweist. Der thermoplastische Kunststoff kann kristalline Bereiche aufweisen und/oder amorph ausgebildet sein. Bei dem thermoplastischen Kunststoff handelt es sich insbesondere um ein Thermoplast, vorzugsweise in Form eines unvernetzten Kunststoffes. Vorzugsweise kann das zweite Dichtelement ein Polyamid aufweisen oder aus einem Polyamid bestehen. Bspw. kann es sich bei dem thermoplastischen Kunststoff um PA66 handeln. Zusätzlich oder alternativ kann der thermoplastische Kunststoff ein Polyetheretherketon (PEEK) umfassen oder daraus bestehen. Insbesondere kann der thermoplastische Kunststoff eine niedrige Permeabilität gegenüber Wasserstoff aufweisen und damit vorteilhaft für ein Abdichten des Wasserstoffbehälters im Hochdruckbereich geeignet sein.Furthermore, it is conceivable in a sealing unit according to the invention that the second sealing element has a plastic, in particular in the form of a thermoplastic or thermosetting plastic. The thermoplastic plastic can have crystalline areas and / or be amorphous. The thermoplastic plastic is in particular a thermoplastic, preferably in the form of a non-crosslinked plastic. The second sealing element can preferably have a polyamide or consist of a polyamide. For example, the thermoplastic material can be PA66. Additionally or alternatively, the thermoplastic material can comprise or consist of a polyetheretherketone (PEEK). In particular, the thermoplastic material can have a low permeability to hydrogen and can thus advantageously be suitable for sealing the hydrogen container in the high pressure range.

Vorzugsweise kann bei einer erfindungsgemäßen Dichtungseinheit vorgesehen sein, dass der Kunststoff des zweiten Dichtelementes faserverstärkt oder unverstärkt ist. Vorzugsweise handelt es sich bei der Faserverstärkung um eine Glasfaserverstärkung oder eine Kohlefaserverstärkung. Vorzugsweise ist der Faseranteil des zweiten Dichtelementes derart ausgestaltet, dass das zweite Dichtelement noch einen Toleranzausgleich der Geometrie der Dichtungseinheit herbeiführen kann. Der Faseranteil des Kunststoffs kann insbesondere zwischen 5 und 50, bevorzugt zwischen 10 und 25, besonders bevorzugt 15, Gewichtsprozent betragen. Vorzugsweise kann es sich bei dem Kunststoff um PA66-GF15 handeln. Insbesondere wenn das zweite Dichtelement als Stützring ausgeführt ist, führt der Glasfaseranteil zu einer verbesserten mechanischen Stabilität und damit zu einer verbesserten Stützwirkung.In the case of a sealing unit according to the invention, it can preferably be provided that the plastic of the second sealing element is fiber-reinforced or unreinforced. The fiber reinforcement is preferably a glass fiber reinforcement or a carbon fiber reinforcement. The fiber portion of the second sealing element is preferably designed in such a way that the second sealing element can still bring about a tolerance compensation of the geometry of the sealing unit. The fiber content of the plastic can in particular between 5 and 50 , preferably between 10 and 25th , particularly preferred 15th , Weight percent. The plastic can preferably be PA66-GF15. In particular if the second sealing element is designed as a support ring, the glass fiber content leads to improved mechanical stability and thus to an improved support effect.

Es ist ferner bei einer erfindungsgemäßen Dichtungseinheit denkbar, dass das erste und zweite Dichtelement kraft- und/oder stoffschlüssig aneinander befestigt sind. Dadurch können das erste und zweite Dichtelement eine einstückige Baueinheit bilden, die insbesondere bei der Montage als solche gehandhabt werden kann. Dadurch kann die Herstellung vereinfacht sein und somit können Kosten eingespart werden. Zur Herstellung einer stoffschlüssigen Verbindung können die Dichtelemente miteinander verklebt oder verschweißt sein. It is also conceivable in the case of a sealing unit according to the invention that the first and second sealing elements are fastened to one another in a force-locking and / or material-locking manner. As a result, the first and second sealing elements can form a one-piece structural unit that can be handled as such, in particular during assembly. As a result, production can be simplified and thus costs can be saved. To produce a material connection, the sealing elements can be glued or welded to one another.

Weiterhin ist es bei einer erfindungsgemäßen Dichtungseinheit denkbar, dass das erste und zweite Dichtelement durch ein Kunststoff-Spritzgussverfahren aneinander angespritzt sind. Dadurch können das erste und zweite Dichtelement bspw. in einer gemeinsamen Herstellmaschine verbunden werden, sodass ein Herstellprozess deutlich vereinfacht werden kann. Insbesondere wenn das erste Dichtelement einen thermoplastischen Elastomer aufweist, kann das erste Dichtelement vorteilhaft in einem Kunststoff-Spritzgussverfahren herstellbar sein. Weiterhin kann dadurch eine stoffschlüssige Verbindung der Dichtelemente vorgesehen sein. Bei dem Kunststoff-Spritzgussverfahren handelt es sich insbesondere um ein Mehrkomponenten-Spritzgussverfahren, vorzugsweise um ein Zweikomponenten-Spritzgussverfahren.Furthermore, it is conceivable in a sealing unit according to the invention that the first and second sealing elements are injection-molded onto one another using a plastic injection molding process. As a result, the first and second sealing elements can be connected, for example, in a common manufacturing machine, so that a manufacturing process can be significantly simplified. In particular if the first sealing element has a thermoplastic elastomer, the first sealing element can advantageously be produced in a plastic injection molding process. Furthermore, a material connection of the sealing elements can thereby be provided. The plastic injection molding process is, in particular, a multi-component injection molding process, preferably a two-component injection molding process.

Vorzugsweise kann bei einer erfindungsgemäßen Dichtungseinheit vorgesehen sein, dass das erste Dichtelement einen ersten Formschlussbereich und das zweite Dichtelement einen zweiten Formschlussbereich aufweist, wobei das erste und zweite Dichtelement durch den ersten und zweiten Formschlussbereich formschlüssig aneinander befestigt sind. Dadurch kann eine mechanische Verbindung der Dichtelemente gewährleistet und/oder verbessert sein. Insbesondere kann die formschlüssige Verbindung in Kombination mit einem Kunststoff-Spritzgussverfahren eingesetzt werden, um die mechanische Befestigung des ersten und zweiten Dichtelementes aneinander zu gewährleisten. Insbesondere, wenn das erste und das zweite Dichtelement in einem Kunststoff-Spritzgussverfahren aneinander angespritzt sind, kann der erste oder zweite Formschlussbereich als Hinterschneidung ausgebildet sein, in welche der jeweils andere Formschlussbereich eingreift.In a sealing unit according to the invention, it can preferably be provided that the first sealing element has a first form-fitting area and the second sealing element has a second form-fitting area, the first and second sealing elements being positively attached to one another by the first and second form-fitting areas. A mechanical connection of the sealing elements can thereby be ensured and / or improved. In particular, the positive connection can be used in combination with a plastic injection molding process in order to ensure the mechanical fastening of the first and second sealing elements to one another. In particular, if the first and the second sealing element are injection-molded onto one another in a plastic injection molding process, the first or second form-fit area can be designed as an undercut into which the other form-fit area engages.

Weiterhin ist es bei einer erfindungsgemäßen Dichtungseinheit denkbar, dass das erste und zweite Dichtelement derart angeordnet sind, dass das erste Dichtelement bei der Montage der Dichtungseinheit mit dem Wasserstoffbehälter in einer Gasaustrittsrichtung des Spaltes vor dem zweiten Dichtelement anordbar ist. Insbesondere sind das erste Dichtelement und das zweite Dichtelement in Reihe geschaltet und/oder in Reihe zueinander angeordnet. Somit kann es sich bei dem zweiten Dichtelement vorzugsweise um das in Bezug auf den Wasserstoffbehälter äußere der beiden Dichtelemente handeln. Insbesondere wenn das zweite Dichtelement als Stützring ausgeführt ist, kann das zweite Dichtelement gegenüber einem Innendruck des Wasserstoffbehälters dadurch eine mechanische Stützwirkung für das erste Dichtelement ermöglichen.Furthermore, it is conceivable in a sealing unit according to the invention that the first and second sealing elements are arranged in such a way that the first sealing element can be arranged in front of the second sealing element in a gas outlet direction of the gap when the sealing unit is assembled with the hydrogen container. In particular, the first sealing element and the second sealing element are connected in series and / or arranged in series with one another. Thus, the second sealing element can preferably be the outer one of the two sealing elements with respect to the hydrogen container. In particular if the second sealing element is designed as a support ring, the second sealing element can thereby enable a mechanical support effect for the first sealing element with respect to an internal pressure of the hydrogen container.

Es ist ferner bei einer erfindungsgemäßen Dichtungseinheit denkbar, dass das erste Dichtelement in einem ersten Anlagebereich an den Wasserstoffbehälter anlegbar ist, wobei der erste Anlagebereich zumindest abschnittsweise rund ausgebildet ist und/oder dass das zweite Dichtelement in einem zweiten Anlagebereich an den Wasserstoffbehälter anlegbar ist, insbesondere wobei der zweite Anlagebereich mit einem flachen oder keilförmigen Querschnitt ausgebildet ist. Vorzugsweise kann der zweite Anlagebereich, insbesondere im Querschnitt, flach oder keilförmig sein. Vorzugsweise kann das erste Dichtelement zumindest bereichsweise einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen. Über den ersten, runden Anlagebereich kann ermöglicht sein, dass sich das erste Dichtelement unter Druck vorteilhaft an eine Wandung des Wasserstoffbehälters und/oder an die Armatur anlegt, um die Abdichtung zu ermöglichen. Die flache Ausgestaltung des zweiten Anlagebereiches ermöglicht eine vorteilhafte, mechanische Abstützung des zweiten Dichtelementes, um die Dichtungseinheit im Spalt mechanisch zu stabilisieren.It is also conceivable in a sealing unit according to the invention that the first sealing element can be applied to the hydrogen container in a first contact area, the first contact area being at least partially round and / or that the second sealing element can be applied to the hydrogen container in a second contact area, in particular wherein the second contact area is designed with a flat or wedge-shaped cross section. The second contact area can preferably be flat or wedge-shaped, in particular in cross section. The first sealing element can preferably have a circular cross section, at least in some areas. The first, round contact area can make it possible for the first sealing element to contact a wall of the hydrogen container and / or the fitting under pressure, in order to enable the seal. The flat configuration of the second contact area enables an advantageous mechanical support of the second sealing element in order to mechanically stabilize the sealing unit in the gap.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Wasserstoffbehälter vorgesehen. Der Wasserstoffbehälter weist eine Behälterwandung, durch die ein Speicherbereich zur Aufnahme von Wasserstoff ausgebildet ist, und ein Armaturelement, welches mit der Behälterwandung einen Spalt bildet, auf. Ferner ist dabei vorgesehen, dass der Spalt durch eine erfindungsgemäße Dichtungseinheit abgedichtet ist.According to a further aspect of the invention, a hydrogen container is provided. The hydrogen container has a container wall, through which a storage area for receiving hydrogen is formed, and a fitting element which forms a gap with the container wall. It is also provided that the gap is sealed by a sealing unit according to the invention.

Somit bringt ein erfindungsgemäßer Wasserstoffbehälter die gleichen Vorteile mit sich, wie sie bereits ausführlich mit Bezug auf eine erfindungsgemäße Dichtungseinheit erläutert worden sind.Thus, a hydrogen container according to the invention has the same advantages as have already been explained in detail with reference to a sealing unit according to the invention.

Das Armaturelement kann insbesondere ein Ventil, eine Messeinheit zum Messen eines Innendrucks des Wasserstoffbehälters und/oder dergleichen aufweisen. Vorzugsweise können das Armaturelement und die Behälterwandung zweiteilig ausgeführt sein. Dadurch kann das Armaturelement austauschbar sein. Weiterhin kann das Armaturelement und/oder die Behälterwandung eine Verliersicherung aufweisen, welche ein Lösen der Dichtungseinheit vom Armaturelement und/oder von der Behälterwandung verhindert.The fitting element can in particular have a valve, a measuring unit for measuring an internal pressure of the hydrogen container and / or the like. The fitting element and the container wall can preferably be designed in two parts. As a result, the fitting element can be exchangeable. Furthermore, the fitting element and / or the container wall can have an anti-loss device which prevents the sealing unit from becoming detached from the fitting element and / or from the container wall.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen schematisch:

1 einen erfindungsgemäßen Wasserstoffbehälter mit einer erfindungsgemäßen Dichtungseinheit,
2 einen Spalt des erfindungsgemäßen Wasserstoffbehälters mit der erfindungsgemäßen Dichtungseinheit in einer Detaildarstellung,
3 ein Niederdruckbereich und ein Hochdruckbereich in einem Diagramm.

Further advantages, features and details of the invention emerge from the following description, in which exemplary embodiments of the invention are described in detail with reference to the drawings. The features mentioned in the claims and in the description can be essential to the invention individually or in any combination. They show schematically:

1 a hydrogen container according to the invention with a sealing unit according to the invention,
2 a gap of the hydrogen container according to the invention with the sealing unit according to the invention in a detailed representation,
3 a low pressure area and a high pressure area in one diagram.

In der nachfolgenden Beschreibung zu einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung werden für die gleichen technischen Merkmale auch in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen die identischen Bezugszeichen verwendet.In the following description of some exemplary embodiments of the invention, identical reference symbols are used for the same technical features in different exemplary embodiments.

1 zeigt einen erfindungsgemäßen Wasserstoffbehälter 1 mit einer Behälterwandung 2. Durch die Behälterwandung 2 ist ein Speicherbereich 7 ausgebildet, in welchem Wasserstoff zur Speicherung aufnehmbar ist. Vorzugsweise steht der Speicherbereich bei Vorhandensein von Wasserstoff im Speicherbereich 7 unter Druck 200, d. h. insbesondere unter einem Druck 200, der höher ist, als ein Umgebungsdruck. Weiterhin weist der Wasserstoffbehälter 1 ein Armaturelement 3 auf, das in eine Öffnung in der Behälterwandung 2 eingesetzt ist. Bei dem Armaturelement 3 kann es sich z. B. um ein Ventil oder eine Messeinheit zum Messen eines Innendrucks des Speicherbereichs 7 handeln. Zwischen der Behälterwandung 2 und dem Armaturelement 3 ist ein Spalt 4 ausgebildet, in welchen eine Dichtungseinheit 10 eingesetzt ist, sodass die Dichtungseinheit 10 den Spalt 4 nach außen abdichtet. Insbesondere sind der Spalt 4 und die Dichtungseinheit 10 umlaufend um das Armaturelement 3 ausgeführt. Wie in 2 gezeigt, weist das Armaturelement 3 vorzugsweise eine Verliersicherung 3.1 auf, um einen Verlust der Dichtungseinheit 10, insbesondere bei der Montage, zu verhindern. 1 shows a hydrogen container according to the invention 1 with a container wall 2 . Through the container wall 2 is a storage area 7th formed, in which hydrogen can be absorbed for storage. The storage area is preferably located in the storage area when hydrogen is present 7th negative pressure 200 that is, in particular, under a pressure 200 that is higher than an ambient pressure. Furthermore, the hydrogen tank 1 a fitting element 3 on that into an opening in the container wall 2 is used. With the fitting element 3 can it be z. B. a valve or a measuring unit for measuring an internal pressure of the storage area 7th act. Between the container wall 2 and the fitting element 3 is a crack 4th formed in which a sealing unit 10 is inserted so that the sealing unit 10 the gap 4th seals to the outside. In particular are the gap 4th and the sealing unit 10 all around the fitting element 3 executed. As in 2 shown, has the fitting element 3 preferably a loss protection 3.1 on to a loss of the sealing unit 10 , especially during assembly.

2 zeigt den Spalt 4 und die Dichtungseinheit 10 in einer Detaildarstellung. Die Dichtungseinheit 10 weist ein erstes Dichtelement 11 und ein zweites Dichtelement 12 auf. Das erste Dichtelement 11 weist ein Elastomermaterial und das zweite Dichtelement 12 einen thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoff auf. Dabei weist das Elastomermaterial insbesondere einen zumindest bereichsweise vernetzten Kunststoff auf. Bei dem Kunststoff des zweiten Dichtelementes 12 handelt es sich vorzugsweise um einen unvernetzten Kunststoff. Vorzugsweise besteht das erste Dichtelement 11 aus dem Elastomermaterial und das zweite Dichtelement 12 aus dem thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoff. Bei dem Elastomermaterial kann es sich vorteilhafterweise um ein thermoplastisches Elastomer und/oder bei dem Kunststoff des zweiten Dichtelementes 12 um ein Thermoplast handeln. Dadurch eignet sich das erste Dichtelement 11 zum Abdichten des Spaltes 4 des Wasserstoffbehälters 1 in einem Niederdruckbereich 201 und das zweite Dichtelement 12 zum Abdichten des Spaltes 4 in einem Hochdruckbereich 202. Somit können Verluste von Wasserstoff aus dem Wasserstoffbehälter 1 durch die Abdichtung mittels der Dichtungseinheit 10 reduziert oder vermieden werden. 2 shows the gap 4th and the sealing unit 10 in a detailed representation. The sealing unit 10 has a first sealing element 11 and a second sealing element 12th on. The first sealing element 11 comprises an elastomer material and the second sealing element 12th a thermoplastic or thermosetting plastic. The elastomer material has, in particular, a plastic that is crosslinked at least in some areas. In the case of the plastic of the second sealing element 12th it is preferably a non-crosslinked plastic. The first sealing element is preferably made 11 made of the elastomer material and the second sealing element 12th made of thermoplastic or thermosetting plastic. The elastomer material can advantageously be a thermoplastic elastomer and / or the plastic of the second sealing element 12th be a thermoplastic. This makes the first sealing element suitable 11 to seal the gap 4th of the hydrogen tank 1 in a low pressure area 201 and the second sealing element 12th to seal the gap 4th in a high pressure area 202 . Thus, there can be losses of hydrogen from the hydrogen container 1 by sealing by means of the sealing unit 10 be reduced or avoided.

Der Niederdruckbereich 201 und der Hochdruckbereich 202 sind schematisch in 3 dargestellt. Dabei ist ein Innendruck 200 des Speicherbereichs 7 in einem Diagramm aufgetragen und bildet, insbesondere in Abhängigkeit von einer Wasserstoffmenge im Wasserstoffbehälter 1, den Niederdruckbereich 201 und den Hochdruckbereich 202. Vorzugsweise liegt der Innendruck 200 im Niederdruckbereich 201 bei kleiner oder gleich 50 bar und im Hochdruckbereich 202 bei über 50 bar.The low pressure area 201 and the high pressure area 202 are schematically in 3 shown. There is an internal pressure 200 of the memory area 7th plotted in a diagram and forms, in particular as a function of an amount of hydrogen in the hydrogen container 1 , the low pressure area 201 and the high pressure area 202 . The internal pressure is preferably 200 in the low pressure range 201 at less than or equal to 50 bar and in the high pressure range 202 at over 50 bar.

Dadurch, dass das erste Dichtelement 11 ein thermoplastisches Elastomer aufweist, dichtet das erste Dichtelement 11 im Niederdruckbereich 201 den Spalt 4 ab, indem sich das Dichtelement 11 elastisch verformt und mit einem ersten Anlagebereich 15 an den Wasserstoffbehälter 1 anlegt. Um dabei eine hohe Dichtwirkung zu erzielen, ist der erste Anlagebereich zumindest abschnittsweise rund ausgebildet. Das zweite Dichtelement 12 dient als Stützelement für das erste Dichtelement 11 und ist bei der Montage der Dichtungseinheit 10 in Bezug auf den Speicherbereich 7 außen am ersten Dichtelement 11 angeordnet. Dadurch ist das erste Dichtelement 11 mit dem Wasserstoffbehälter 1 in einer Gasaustrittsrichtung 5 des Spaltes 4 vor dem zweiten Dichtelement 12 angeordnet. Durch das zweite Dichtelement 12 wird die Verformung des ersten Dichtelementes 11 begrenzt, sodass das erste Dichtelement 11, insbesondere im Hochdruckbereich 202, nicht plastisch in den Spalt 4 extrudiert. Dadurch, dass das zweite Dichtelement 12 einen, insbesondere für Wasserstoff niedrigpermeablen, thermoplastischen Kunststoff umfasst, weist das zweite Dichtelement 12 im Hochdruckbereich 202 einen großen Widerstand gegenüber Wasserstoffverlust auf. Insbesondere kann es sich bei dem thermoplastischen Kunststoff um ein Polyamid (PA) oder ein Polyetheretherketon (PEEK) handeln. Um die mechanische Stabilität der Dichtungseinheit 10 zu verbessern, weist das zweite Dichtelement 12 einen zweiten Anlagebereich 16 auf, mit welchem das zweite Dichtelement 12 am Wasserstoffbehälter 1 und/oder an dem Armaturelement 3 anliegt. Dadurch kann das zweite Dichtelement 12 insbesondere an eine Form des Spaltes 4 angepasst sein. Um eine mechanische Festigkeit der Dichtungseinheit 10 zu verbessern, kann das zweite Dichtelement 12 ferner glasfaserverstärkt sein. Insbesondere kann es sich bei dem Kunststoff des zweiten Dichtelementes 12 um PA66-GF15 handeln.In that the first sealing element 11 comprises a thermoplastic elastomer, seals the first sealing element 11 in the low pressure range 201 the gap 4th off by the sealing element 11 elastically deformed and with a first contact area 15th to the hydrogen tank 1 applies. In order to achieve a high sealing effect, the first contact area is round at least in sections. The second sealing element 12th serves as a support element for the first sealing element 11 and is during the assembly of the sealing unit 10 in terms of storage area 7th outside on the first sealing element 11 arranged. This is the first sealing element 11 with the hydrogen tank 1 in a gas exit direction 5 of the gap 4th in front of the second sealing element 12th arranged. Through the second sealing element 12th becomes the deformation of the first sealing element 11 limited so that the first sealing element 11 , especially in the high pressure area 202 , not plastically in the gap 4th extruded. Because the second sealing element 12th the second sealing element comprises a thermoplastic material which is particularly low-permeability for hydrogen 12th in the high pressure range 202 has great resistance to hydrogen loss. In particular, the thermoplastic material can be a polyamide (PA) or a polyetheretherketone (PEEK). To the mechanical stability of the sealing unit 10 to improve, has the second sealing element 12th a second investment area 16 on, with which the second sealing element 12th on the hydrogen tank 1 and / or on the fitting element 3 is applied. This allows the second sealing element 12th especially a shape of the gap 4th be adjusted. To ensure mechanical strength of the sealing unit 10 can improve the second sealing element 12th also be glass fiber reinforced. In particular, this can be the case with the plastic of the second sealing element 12th be PA66-GF15.

Das erste und zweite Dichtelement 11, 12 sind ferner durch ein Zweikomponenten-Kunststoff-Spritzgussverfahren stoffschlüssig miteinander verbunden. Insbesondere kann das erste Dichtelement 11 an das zweite Dichtelement 12 angespritzt sein. Ein thermoplastisches Elastomer weist hierzu eine besonders gute Verarbeitbarkeit im Kunststoff-Spritzgussverfahren auf. Weiterhin weist das erste Dichtelement 11 einen ersten Formschlussbereich 13 auf und das zweite Dichtelement 12 einen zweiten Formschlussbereich 14, z.B. in Form einer Hinterschneidung oder Bohrung, auf. Dadurch ergibt sich zusätzlich zu der stoffschlüssigen Befestigung der Dichtelemente 11, 12 eine formschlüssige Befestigung. Somit ist die Dichtungseinheit 10 als einzelne Baueinheit handhabbar, wodurch sich Vorteile bei der Montage und Handhabung ergeben. Darüber hinaus ist dadurch auch bei wechselnden Druckverhältnissen sichergestellt, dass die Dichtelemente 11, 12 ihre relative Lage zueinander beibehalten.The first and second sealing element 11 , 12th are furthermore firmly connected to one another by means of a two-component plastic injection molding process. In particular, the first sealing element 11 to the second sealing element 12th be sprayed on. For this purpose, a thermoplastic elastomer has particularly good processability in the plastic injection molding process. The first sealing element also has 11 a first form-fit area 13th on and the second sealing element 12th a second form-fit area 14th , for example in the form of an undercut or hole. This results in addition to the material fastening of the sealing elements 11 , 12th a form-fitting attachment. Thus the sealing unit 10 can be handled as a single unit, which results in advantages in terms of assembly and handling. In addition, this ensures that the sealing elements 11 , 12th maintain their relative position to each other.

Claims

Sealing unit (10) for sealing a hydrogen container (1), having a first sealing element (11) for sealing a gap (4) in the hydrogen container (1) in a low-pressure region (201) and a second sealing element (12) for sealing the gap (4) of the hydrogen container (1) in a high pressure area (202), wherein the first and the second sealing element (11, 12) are arranged on one another, wherein the first sealing element (11) has an elastomer material, the second sealing element (12) being designed as a support element for mechanical stabilization of the first sealing element (11).

Sealing unit (10) Claim 1 , characterized in that the elastomer material comprises an elastomer and / or a thermoplastic elastomer.

Sealing unit (10) Claim 1 or 2 , characterized in that the second sealing element (12) has a plastic in the form of a thermoplastic or thermosetting plastic.

Sealing unit (10) Claim 3 , characterized in that the plastic of the second sealing element (12) is fiber-reinforced or unreinforced.

Sealing unit (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the first sealing element (11) and the second sealing element (12) are non-positively and / or materially attached to one another.

Sealing unit (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the first sealing element (11) and the second sealing element (12) are molded onto one another by a plastic injection molding process.

Sealing unit (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the first sealing element (11) has a first form-fitting area (13) and the second sealing element (12) has a second form-fitting area (14), the first sealing element (11) and the second sealing element (12) are fastened to one another in a form-fitting manner by the first form-fit area (13) and the second form-fit area (14).

Sealing unit (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the first sealing element (11) and the second sealing element (12) are arranged in such a way that the first sealing element (11) with the hydrogen container ( 1) can be arranged in a gas outlet direction (5) of the gap (4) in front of the second sealing element (12).

Sealing unit (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the first sealing element (11) can be placed against the hydrogen container (1) in a first contact area (15), the first contact area (15) being at least partially round and / or that the second sealing element (12) can be placed against the hydrogen container (1) in a second contact area (16), the second contact area (16) being designed with a flat or wedge-shaped cross section.

Hydrogen container (1) having a container wall (2) through which a storage area (7) is formed for receiving hydrogen, and a fitting element (3) which forms a gap (4) with the container wall (2), characterized in that the gap (4) is sealed by a sealing unit (10) according to one of the preceding claims.