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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Tankventileinrichtung für zumindest einen Tankbehälter, Tankvorrichtung für einen Treibstoff und Verfahren zum Betreiben einer Tankvorrichtung für einen Treibstoff.
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Stand der Technik
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In Tanksystemen für Wasserstoff als Druckgas in mobilen Anwendungen werden üblicherweise ein Rückschlagventil für die Betankung und ein Shut-Off-Ventil für die Entnahme von Wasserstoff zur Versorgung des Antriebsystems (beispielsweise Brennstoffzellen oder Wasserstoffverbrenner) mit Kraftstoff verwendet.
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Ein federbelastetes Rückschlagventil für die Betankung ermöglicht einen Massenstrom in das Tanksystem, wenn der Gasdruck vor dem Ventil höher als der Druck im Tankbehälter ist, was normalerweise bei der Betankung der Fall ist. Ansonsten dichtet das Rückschlagventil das Tanksystem ab. Das Absperrventil (Shut-Off-Ventil) arbeitet üblicherweise als ein elektrisch gesteuertes Magnetventil. Im Entnahmefall wird das Magnet elektrisch bestromt. Das Ventil öffnet und Wasserstoff strömt aus dem Tankbehälter zum Verbraucher. Beim inaktiven Magnet bleibt das Ventil geschlossen und dichtet das Tanksystem ab. Ein Tanksystem kann aus mehreren Tankbehältern bestehen, wobei jeder Behälter ein eigenes Rückschlagventil für die Betankung und ein eigenes Shut-Off-Ventil für die Entnahme aufweisen kann. Bekannt sind mobile Wasserstofftanksysteme für Kraftfahrzeuge zur Umsetzung des Wasserstoffs in Brennstoffzellen oder Wasserstoffverbrennungsmotoren. Für den Fall eines Leitungsbruchs oder Unfalls kann es nötig sein, die Wasserstofftanks mittels Shut-Off-Ventil zu schließen.
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Andererseits kann eine magnetische Öffnung eines Servoventils mit kleinem Sitzdurchmesser zur Erzeugung eines Druckausgleichs an einem Hauptventil erfolgen, wobei die Öffnung des Hauptventils mittels mechanischem Mitnehmer erfolgen kann.
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Andererseits kann eine magnetische Öffnung eines Servoventils mit kleinem Sitzdurchmesser zur Erzeugung eines Druckausgleichs an einem Hauptventil erfolgen, wobei eine Öffnung des Hauptventils mittels Magnetkraft erfolgen kann.
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Andererseits kann eine magnetische Öffnung eines Servoventils mit kleinem Sitzdurchmesser zur Erzeugung eines Druckabfalls in einem Steuerraum, vergleichbar zu Common-Rail-Injektoren, erfolgen.
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Für die selbsttätige Schließfunktion können mehrere Prinzipien bekannt sein, wobei eine mechanische Kopplung des Hauptventils an das Servoventil erfolgen kann, wobei das Servoventil über eine Feder schließen kann und dabei das Hauptventil mitnehmen kann.
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Andererseits kann eine elektrische Kopplung des Hauptventils an das Servoventil erfolgen, wobei der Servomagnet abgeschalten wird und dadurch auch ein Magnet des Hauptventils abgeschaltet wird und beide Ventile über Federn schließen können.
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In der
DE112006003013B4 wird ein Tank mit einer Armatur und einem Ventil beschrieben, wobei das Ventil in der Armatur befestigt ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung schafft eine Tankventileinrichtung für zumindest einen Tankbehälter nach Anspruch 1, eine Tankvorrichtung für einen Treibstoff nach Anspruch 8 und ein Verfahren zum Betreiben einer Tankvorrichtung für einen Treibstoff nach Anspruch 11.
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Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Vorteile der Erfindung
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Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Idee besteht darin, eine Tankventileinrichtung für zumindest einen Tankbehälter, eine Tankvorrichtung für einen Treibstoff und ein Verfahren zum Betreiben einer Tankvorrichtung für einen Treibstoff anzugeben, wobei durch eine Öffnung einer Servoventileinrichtung im Inneren eines Hauptventilkörpers auch der Hauptventilkörper bewegt werden kann und ein Durchfluss des Treibstoffs durch das Hauptventil erzeugt und/oder geschlossen werden kann.
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Es kann durch eine Steuerung eines Hubs einer Servoventileinrichtung im Inneren eines Hauptventilkörpers auch der Hub des Hauptventilkörpers steuerbar sein und dadurch die Steuerung der Hübe und ein Öffnen des Ventils verbessert werden.
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Erfindungsgemäß umfasst die Tankventileinrichtung für zumindest einen Tankbehälter ein Ventilgehäuse mit einer Auslassöffnung und einem Einlassbereich und einem Vorsteuervolumen, wobei der Einlassbereich mit dem Tankbehälter verbindbar ist und ein Treibstoff aus dem Tankbehälter in den Einlassbereich einlassbar ist; einen Hauptventilkörper mit einem Innenbereich und mit einem Längskanal in dem Innenbereich, wobei der Hauptventilkörper derart in dem Ventilgehäuse angeordnet ist, dass dieser entlang einer Längsrichtung vor die Auslassöffnung hin- und wieder von dieser wegbewegbar ist, so dass die Auslassöffnung durch den Hauptventilkörper gegenüber dem Einlassbereich dicht verschließbar ist, und der Längskanal zur Auslassöffnung ausgerichtet ist; eine Servoventileinrichtung, welche innerhalb des Hauptventilkörpers angeordnet ist und entlang der Längsrichtung bewegbar ist, derart dass ein Durchfluss zum Längskanal von dem Vorsteuervolumen für den Treibstoff erzeugbar und/oder unterbrechbar ist, wobei das Vorsteuervolumen über eine Drossel für den Treibstoff mit dem Einlassbereich verbunden ist; und eine Magneteinrichtung, durch welche ein Magnetfeld erzeugbar ist, mittels dessen die Servoventileinrichtung entlang der Längsrichtung verschiebbar ist und durch den Durchfluss zum Längskanal eine Druckminderung in dem Vorsteuervolumen erzeugbar ist, wobei der Hauptventilkörper derart dimensioniert und derart angeordnet ist, um nach der Druckminderung in das Vorsteuervolumen entlang der Längsrichtung durch einen Treibstoffdruck im Einlassbereich eingeschoben zu werden und die Auslassöffnung zu öffnen.
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Es kann eine magnetische Öffnung eines Servoventils mit einem kleinen Sitzdurchmesser zur Erzeugung eines Druckausgleichs an einem Hauptventil erfolgen, wobei die Öffnung des Hauptventils mittels öffnender Federkraft erfolgen kann.
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Im Grundprinzip nach der Erfindung kann eine magnetische Öffnung eines Servoventils mit kleinem Sitzdurchmesser zur Erzeugung eines Druckabfalls in einem Steuerraum (Vorsteuervolumen), vergleichbar zu Common-Rail-Injektoren, erfolgen.
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Durch die Tankventileinrichtung kann ein Treibstoff aus dem Tankbehälter zumindest teilweise abgelassen werden. Bei dem Treibstoff kann es sich um einen gasförmigen Treibstoff oder ein Gas-Flüssigkeitsgemisch handeln.
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Die Drossel kann den Einlassbereich mit dem Vorsteuervolumen für einen Fluss des Treibstoffs verbinden, allerdings kann dabei eine Verzögerung des Druckausgleichs zwischen Vorsteuervolumen und Einlassbereich erzeugt werden um den Hauptventilkörper in eine Ausnehmung zum Vorsteuerventil hineinzuziehen und einen Dichtsitz zwischen dem Hauptventilkörper und der Auslassöffnung zumindest bis zu einem Druckausgleich zwischen Einlassbereich und Vorsteuervolumen zu öffnen. Der Einlassbereich kann den Hauptventilkörper bereichsweise umgeben. Der Einlassbereich kann eine für den Treibstoff durchlässige Außenseite aufweisen, die mit einem Zufluss des Treibstoffs verbunden sein kann, beispielsweise kann diese Außenseite eine Außenseite des Ventilgehäuses darstellen und Löcher für den Treibstoff aufweisen, welcher dann in das Ventilgehäuse eindringen kann.
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Die Tankventileinrichtung kann als ein Ablassventil (sogenanntes Shut-Off-Ventil) ausgeformt sein und dazu bei einem Treibstofftank eingesetzt werden und kann als ein miniaturisiertes Shut-Off-Ventil ausgeführt sein. Durch eine geringe Größe kann eine möglichst geringe Kraftangriffsfläche an Bauteilen außerhalb des Tankbehälters gegeben sein und der Platz im Flaschenhals eines Tankbehälters für die Montage ausreichen, wodurch ein Einbauort mit einer verbesserten Stabilität der Montage erreicht werden kann. Durch eine Ausführung des Servoventils im Hauptventil kann ein erster Hub (zur Öffnung) der Servoventileinrichtung sich von einem zweiten Hub (zur Öffnung) des Hauptventils unterscheiden, etwa größer oder kleiner sein. Dadurch kann auch nur eine Magneteinrichtung für beide Hübe genutzt werden und eine Größe der Tankventileinrichtung verringert werden und Kosten gespart werden.
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Das Ventilgehäuse und der Hauptventilkörper sowie ein Dichtsitz an der Auslassöffnung können aus einem Metall geformt sein, wodurch ein Verschleiß und weiterführend eine Undichtigkeit des Systems zumindest verringert werden kann.
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Es besteht nun die Möglichkeit mit einem Magnetkreis zwei Ventile gleichzeitig ansteuern zu können. Durch das Anlegen eines elektrischen Stromes an der Spule der Magneteinrichtung kann ein magnetisches Feld erzeugt werden, welches Einfluss auf die beiden magnetisch leitenden Ventilkörper nehmen kann. Wegen der Anordnung des Systems bewegt sich zuerst das Servoventil entgegen der Federkraft aus seinem Sitz heraus und gibt eine bestimmte Menge des Treibstoffs aus dem Vorsteuervolumen, welches über Drosseln aus dem Einlassbereich als Hochdruckbereich gespeist werden kann, in das System über einen Ausgangspfad (Längskanal über Ausgangsöffnung) als Niederdruckpfad frei. Durch diese Druckentlastung des Vorsteuervolumens können also die Druckverhältnisse so gerichtet sein, dass die am Hauptventil öffnende Kraftvektoren, durch das magnetische Feld unterstützend, das Hauptventil ebenfalls entlang der Längsachse völlig öffnen können und den Ventilverband, dabei auch bei Druck- und Mengenschwankungen, stabil in dieser geöffneten Stellung halten können, bis das magnetische Feld abgeschaltet wird und die Feder beide Ventile zurück in die Schließstellung drücken kann.
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Im geöffneten Zustand ist der Pfad vom Hochdruckbereich des Tanks zum Abfluss ins System (Ablassbereich) frei und der maximale Volumenstrom kann fließen.
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Das Servoventil (der Servoventilkörper) kann sich demnach innerhalb des Hauptventilkörpers bewegen und macht neben seiner eigenen Längsbewegung gleichzeitig die Längsbewegung des Hauptventils mit. Auf diese Weise können mit einem Magneten zwei unterschiedliche Ventilhübe umgesetzt werden.
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Es können über den ersten und/oder zweiten (Ventil)hub entsprechende unterschiedliche Mengenflüsse an Treibstoff erfüllt werden.
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Gegenüber einer Anordnung der Ventile in Reihe können die Ventilhübe und dafür nötige große Kräfte, große Magnete, große Ströme und große Abmessungen verringert/verkleinert werden.
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Durch den Tauchanker und/oder den Flachanker sowie durch eine etwaige bereichsweise Aussparung von Material an einem Seitenbereich des Hauptventilkörpers, welcher sich in einem Bereich der Magnetfeldlinien bewegen kann, kann eine Wirkung des Magnetfelds auf die beiden oder auf zumindest einen der beiden Ventilkörper (Hauptventilkörper, Servoventilkörper) bewirkt und bei Variation des Materials entlang der Seite modifiziert werden (Magnetfeldoptimierung).
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Es kann eine optimale Einkoppelung des magnetischen Felds über das Hauptventil zum Servoventil auch während der Längsbewegung des Hauptventils erzielt werden. An dem Hauptventilkörper, beispielsweise als Nadel ausgeformt, kann neben dem Tauchankerprinzip zusätzlich eine magnetische Einkoppelung auf Basis des Flachankers ausgebildet sein. Zusätzlich zu einer (stirnseitigen, etwa zur Aussparung hin) Magnetfeldoptimierung kann das Magnetfeld somit bei Aussparungen oder Variationen an Materialien an der Seite des Hauptventilkörpers gezielt in das Servoventil eingeleitet werden.
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Eine stirnseitig angebrachte Rückstellfeder kann für ein zusätzliche Schließkraft in Richtung der beiden Dichtsitze der Ventile (Servoventil zum Längskanal hin und Hauptventilkörper zur Auslassöffnung hin) sorgen, sobald das magnetische Feld abgeschalten wird. In der Ruhestellung stellen sich an den Servoventilen immer schließende Kräfte ein, sodass die Ventile durch den Tankdruck unterstützend im Sitz gehalten werden können.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Tankventileinrichtung umfasst die Servoventileinrichtung einen Absteuerbereich, welcher mit dem Längskanal verbunden ist oder diesem zugewandt ist und durch welchen der Treibstoff in den Längskanal ablassbar ist.
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Der (innere) Absteuerbereich kann an den Längskanal anschließen. Wenn die Servoventileinrichtung durch eine Bewegung des Servoventilkörpers hin zum Vorsteuervolumen einen inneren Hub einnimmt/ausübt, kann in oder an dem Absteuerbereich ein Freiraum, etwa als Spalt, erzeugt werden, durch welchen dann der Treibstoff von dem Vorsteuervolumen in den Längskanal fließen/strömen kann. Die resultierende Druckminderung im Vorsteuervolumen kann dann den Hauptventilkörper um einen zweiten Hub in das Vorsteuervolumen oder eine Ausnehmung des Gehäuses in dieser Richtung, hineinziehen. Die beiden Hübe können des Weiteren durch das Magnetfeld und einen Tauchanker der Servoventileinrichtung und einen Flachanker des Hauptventilkörpers beeinfluss werden. Der Treibstoff kann also in den Längskanal fließen wenn das Servoventil von einem inneren Dichtsitz und von dem Längskanal weggeschoben wird.
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Der Treibstoff kann bei geöffnetem Servoventil durch eine Ausnehmung im Hauptventilkörper zum Längskanal fließen, durch das Servoventil und/oder um dieses herum.
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Es kann also vorteilhaft der Absteuerbereich des Servoventils mit dem Absteuerbereich des Hauptventils verbunden sein. Beide Absteuerbereiche sind mit dem Leitungssystem zum Druckminderer verbunden. Über das Servoventil kann entsprechend der Funktionsweise eines Common-Rail-Injektors ein Druckabfall an einer schließenden Druckfläche eines Hauptventils erzeugt werden, was zum Öffnen des Hauptventils führen kann.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Tankventileinrichtung umfasst das Ventilgehäuse einen Materialblock, welcher an den Einlassbereich in Längsrichtung anliegt und in welchem sich eine Aussparung befindet, die das Vorsteuervolumen umfasst.
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Der Materialblock kann einen Bereich des Ventilgehäuses bilden, etwa jenen Teil, in welchen das Vorsteuervolumen und eine Leitung mit einer Drossel zwischen Vorsteuervolumen und Einlassbereich umfasst sein können.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Tankventileinrichtung umfasst die Servoventileinrichtung einen Tauchanker, welcher in die Aussparung von dem Einlassbereich in Längsrichtung einschiebbar ist.
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Mit einer Bewegung des Tauchankers in die Aussparung kann ein Magnetfluss durch diesen Tauchanker und durch das Servoventil verändert werden, wodurch eine Bewegung der Servoventileinrichtung innerhalb der Aussparung steuerbar sein kann.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Tankventileinrichtung umfasst der Hauptventilkörper einen Flachanker, welcher bei einer Bewegung des Hauptventilkörpers in Längsrichtung auf dem Materialblock aufsetzbar ist.
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Bei Annäherung des Flachankers kann dieser mit dem Magnetfeld wechselwirken und den Flachanker in an den Materialblock heranziehen, etwa der Flachanker direkt auf den Materialblock aufsetzen oder unter Belassung eines restlichen Spalts zwischen Materialblock und Flachanker. Durch diese Bewegung kann dann ein zweiter Hub des Hauptventilkörpers gesteuert werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Tankventileinrichtung ist die Magneteinrichtung neben der Aussparung und im Materialblock angeordnet.
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Durch die Positionierung der Magneteinrichtung neben der Aussparung kann bei Einschieben des Tauchankers und/oder Annähern des Flachankers an den Materialblock der Magnetfeldfluss und die Magnetkraft auf den Tauchanker und/oder Flachanker beeinflusst werden, vorteilhaft vergrößert werden und eine anziehende Kraft in die Aussparung hinein (oder zumindest hin zum Vorsteuervolumen) vergrößert werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Tankventileinrichtung umfasst diese eine Rückstellfeder, die in dem Vorsteuervolumen angeordnet ist, und dazu eingerichtet ist, eine Rückstellkraft auf den Hauptventilkörper und/oder auf die Servoventileinrichtung auszuüben, welche entlang der Längsrichtung und zur Auslassöffnung gerichtet ist.
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Wenn ein Bestromen der Magneteinrichtung beendet wird, kann die Rückstellfeder den Hauptventilkörper und/oder die Servoventileinrichtung (den Servoventilkörper) wieder in eine Ausgangslage schieben, in welcher dann die Auslassöffnung durch den Hauptventilkörper und/oder der Längskanal durch die Servoventileinrichtung (den Servoventilkörper) für den Durchfluss des Treibstoffs verschlossen werden kann.
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Erfindungsgemäß umfasst die Tankvorrichtung für einen Treibstoff einen Tankbehälter mit einer Öffnung, und eine erfindungsgemäße Tankventileinrichtung, welche in der Öffnung des Tankbehälters angeordnet ist oder mit diesem verbunden oder verbindbar ist; und, und eine Steuereinrichtung, welche mit der Magneteinrichtung verbunden ist und dazu eingerichtet ist, diese zu steuern.
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Durch die Steuereinrichtung kann die Magneteinrichtung bestromt werden und eine Kraft in Richtung des Vorsteuervolumens, vom Hauptventilkörper und/oder von der Servoventileinrichtung (dem Servoventilkörper) aus gesehen, erzeugt werden.
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Die Tankvorrichtung kann mit einem Verbraucher verbunden sein, beispielsweise in einem Fahrzeug verbaut sein und mit dem Motor verbunden sein. Bei dem Fahrzeug kann es sich um ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor oder um ein Brennstoffzellen-Fahrzeug handeln. Der Treibstoff kann dabei ein gasförmiges Gas für das Betreiben einer Brennstoffzelle sein, beispielsweise Wasserstoff oder auch andere dafür mögliche Gase. Andererseits kann es sich bei dem Gastreibstoff auch um ein Gas für ein gasbetriebenes Fahrzeug handeln, etwa CNG oder LPG, hierbei kann es sich auch um Flüssiggas handeln.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Tankvorrichtung umfasst diese einen Druckminderer, welcher mit der Auslassöffnung verbunden ist.
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Durch den Druckminderer kann in eine Ableitung von dem Ventilgehäuse ein geringerer Druck erzeugt werden als in dem Vorsteuervolumen und/oder in dem Einlassbereich.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Tankvorrichtung ist der Tankbehälter ein Wasserstofftank.
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Erfindungsgemäß erfolgt bei einem Verfahren zum Betreiben einer Tankvorrichtung für einen Treibstoff, ein Bereitstellen einer erfindungsgemäßen Tankvorrichtung; ein Erkennen einer Notwendigkeit zum Ablassen des Treibstoffs und danach ein Bestromen der Magneteinrichtung und dadurch zumindest teilweise Herausleiten des Treibstoffs aus dem Tankbehälter und/oder ein Erkennen einer Notwendigkeit zum Verschließen der Tankventileinrichtung und Unterbrechen eines Stroms an der Magneteinrichtung und dadurch Schließen eines Durchflusses von Treibstoff durch die Tankventileinrichtung.
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Die Magneteinrichtung kann eine Spule aufweisen, die bestromt werden kann.
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Die Tankvorrichtung und/oder Tankventileinrichtung kann sich auch durch die in Verbindung mit dem Verfahren genannten Merkmale und dessen Vorteile auszeichnen und umgekehrt.
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Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.
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Figurenliste
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Tankvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- 2 eine schematische Darstellung einer Tankventileinrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- 3 eine Blockdarstellung von Verfahrensschritten des Verfahrens zum Betreiben einer Tankvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Tankvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Die Tankvorrichtung 10 für einen Treibstoff umfasst einen Tankbehälter TB mit einer Öffnung OF, und eine erfindungsgemäße Tankventileinrichtung 1, welche in der Öffnung OF des Tankbehälters TB angeordnet ist oder mit diesem verbunden oder verbindbar ist; und eine Steuereinrichtung SE, welche mit der Magneteinrichtung verbunden ist und dazu eingerichtet ist, diese zu steuern. Über die Tankventileinrichtung 1 kann ein Treibstoff in einen Niederdruckbereich, etwa in eine Abgasleitung und/oder in eine Umgebung V, abgelassen werden.
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2 zeigt eine schematische Darstellung einer Tankventileinrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Die Tankventileinrichtung 1 für zumindest einen Tankbehälter TB umfasst ein Ventilgehäuse G mit einer Auslassöffnung AO und einem Einlassbereich EB und einem Vorsteuervolumen VV, wobei der Einlassbereich EB mit dem Tankbehälter TB verbindbar ist und ein Treibstoff aus dem Tankbehälter in den Einlassbereich EB einlassbar ist; einen Hauptventilkörper HK, etwa als Nadel ausgeformt, mit einem Innenbereich IB und mit einem Längskanal LK im Innenbereich IB, wobei der Hauptventilkörper HK derart in dem Ventilgehäuse G angeordnet ist, dass dieser entlang einer Längsrichtung LR vor die Auslassöffnung AO hin- und wieder von dieser wegbewegbar ist, so dass die Auslassöffnung AO durch den Hauptventilkörper HK gegenüber dem Einlassbereich EB dicht verschließbar ist (über einen Dichtsitz DS-A am Gehäuse G), und der Längskanal LK zur Auslassöffnung AO ausgerichtet ist. Des Weiteren umfasst die Tankventileinrichtung 1 eine Servoventileinrichtung SV, etwa mit einem inneren Registerventil,, welche innerhalb des Hauptventilkörpers HK angeordnet ist und entlang der Längsrichtung LR bewegbar ist, derart dass ein Durchfluss zum Längskanal LK von dem Vorsteuervolumen VV für den Treibstoff erzeugbar und/oder unterbrechbar ist, wobei das Vorsteuervolumen VV über eine Drossel (nicht gezeigt) für den Treibstoff mit dem Einlassbereich EB verbunden ist; und eine Magneteinrichtung M, durch welche ein Magnetfeld B erzeugbar ist, mittels dessen die Servoventileinrichtung SV entlang der Längsrichtung LR verschiebbar ist und der Durchfluss zum Längskanal LK zu einer Druckminderung in dem Vorsteuervolumen VV erzeugbar ist (nach einem Herausziehen des Servoventils aus einem Dichtsitz am Längskanal), wobei der Hauptventilkörper HK derart dimensioniert und derart angeordnet ist, um nach der Druckminderung in das Vorsteuervolumen VV entlang der Längsrichtung LR durch einen Treibstoffdruck im Einlassbereich EB eingeschoben zu werden und die Auslassöffnung AO zu öffnen.
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Es ist mit anderen Worten ein Shut-Off-Ventil mit Servoprinzip dargestellt, wobei eine Öffnungskraft des Servoventils sowie die Haltekraft am Hauptventil durch eine einzige Spule der Magneteinrichtung M erreicht werden kann. Nach einem Öffnen des Servoventils kann der Druck an einer schließenden Druckfläche des Hauptventils abgesenkt werden, etwa beim Übergang in die Aussparung AS, wodurch das Hauptventilkörper HK aus der Ruhelage zum Vorsteuervolumen VV hin und vom Dichtsitz DS-A an der Ausgangsöffnung AO weggeschoben werden kann und damit das Hauptventil öffnet. Durch das Öffnen des Servoventils geht vorteilhafterweise ein Bereich des (primären) Magnetkreises in Sättigung. Die Sättigungsmagnetisierung ist die maximal mögliche Magnetisierung eines Materials.
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Mit zunehmender Öffnungsbewegung verringert sich dann ein Luftspalt zwischen Tauchanker sowie Flachanker FA und Materialblock (und der Aussparung) und somit auch der magnetische Widerstand, was zu einer Vergrößerung der Kraft an den Grenzflächen zwischen Materialblock MB und Hauptventilkörper und/oder Servoventilkörper führen kann und somit zu einer Unterstützung der Öffnungsbewegung am Hauptventil führen kann. Sobald das Hauptventil den Hubanschlag erreicht, ist der Luftspalt minimal und die daraus resultierende Haltekraft hält das Hauptventil gegen die schließende Federkraft und einen ggf. vorhandenen Druckabfall mit daraus resultierenden Schließkräften auch mit relativ kleinen Strömen offen.
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Ein Einsatz kann bei Tanksystemen für mobile Wasserstoffanwendungen erfolgen.
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Es kann die Servoventileinrichtung (und/oder der Hauptventilkörper HK einen Ablassbereich AB umfassen, dieser etwa an der Nadelspitze) einen Absteuerbereich AB-SV umfassen, welcher mit dem Längskanal LK verbunden ist oder diesem zugewandt ist und durch welchen der Treibstoff in den Längskanal LK ablassbar ist. Es kann das Ventilgehäuse G einen Materialblock MB umfassen, welcher an den Einlassbereich EB in Längsrichtung LR anliegen kann und in welchem sich eine Aussparung AS befinden kann, die das Vorsteuervolumen VV umfasst oder zumindest mit dem Vorsteuervolumen VV an einer Stirnseite der Servoventileinrichtung in Verbindung stehen kann.
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Des Weiteren kann die Servoventileinrichtung SV einen Tauchanker TA umfassen, welcher in die Aussparung AS von dem Einlassbereich EB in Längsrichtung LR einschiebbar sein kann, wenn eine Bestromung an der Magneteinrichtung M und ein dadurch erzeugtes Magnetfeld B vorliegt. Der Hauptventilkörper HK kann einen Flachanker FA umfassen, welcher bei einer Bewegung des Hauptventilkörpers HK in Längsrichtung LR auf dem Materialblock MB aufsetzbar sein kann oder zumindest an diesen angenähert (angezogen in Unterstützung zum Druckausgleich zum Vorsteuervolumen hin) werden kann, was einen zweiten Hub des Hauptventilkörpers steuern kann. Die Magneteinrichtung M kann neben der Aussparung AS und im Materialblock MB angeordnet sein. Eine Rückstellfeder RF kann in dem Vorsteuervolumen VV angeordnet sein, und dazu eingerichtet sein, eine Rückstellkraft RK auf den Hauptventilkörper HK und/oder auf die Servoventileinrichtung SV auszuüben, welche entlang der Längsrichtung LR und zur Auslassöffnung AO hin gerichtet sein kann. Eine Abgasleitung kann mit einem Niederdruck pND und mit einem Druckminderer D verbunden sein und einen gegenüber dem Einlassbereich und dem Vorsteuervolumen VV niedrigeren Druck beaufschlagt sein.
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Seitlich und an den Materialblock anliegend kann bei geöffneter Servoventileinrichtung SV und/oder bei geöffnetem Hauptventilkörper ein Seitenbereich SB des Hauptventilkörpers eine seitliche Aussparung aufweisen oder ein weiteres Material vorhanden sein, wobei die Magnetfeldlinien B durch diesen Seitenbereich durchdringen können und durch eine Änderung im Material oder der Aussparung gegenüber dem restlichen Material des Hauptventilkörpers eine Veränderung des Magnetkraft auf diesen Bereich und somit auf den Hauptventilkörper erzeugbar sein kann, die Magnetkraft und der zweite Hub somit beeinflussbar sein kann.
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3 zeigt eine Blockdarstellung von Verfahrensschritten des Verfahrens zum Betreiben einer Tankvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Bei dem Verfahren zum Betreiben einer Tankvorrichtung für einen Treibstoff, erfolgt ein Bereitstellen S1 einer erfindungsgemäßen Tankvorrichtung; ein Erkennen S2 einer Notwendigkeit zum Ablassen des Treibstoffs und danach ein Bestromen der Magneteinrichtung und dadurch zumindest teilweise Herausleiten des Treibstoffs aus dem Tankbehälter und/oder ein Erkennen S3 einer Notwendigkeit zum Verschließen der Tankventileinrichtung und Unterbrechen eines Stroms an der Magneteinrichtung und dadurch Schließen eines Durchflusses von Treibstoff durch die Tankventileinrichtung.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand des bevorzugten Ausführungsbeispiels vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 112006003013 B4 [0009]
