DE102021212272A1

DE102021212272A1 - Drosselklappenanordnung und Brennstoffzellensystem

Info

Publication number: DE102021212272A1
Application number: DE102021212272.8A
Authority: DE
Inventors: Marc Israel; Lukas Bitala; Waldemar Kiel; Roman Janousek; Sabine Reinke; Libin Antony
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-10-29
Filing date: 2021-10-29
Publication date: 2023-05-04

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Drosselklappenanordnung (10) für ein Brennstoffzellensystem (11) zum Kontrollieren einer Prozessgaszufuhr zu einer Brennstoffzelle im Brennstoffzellensystem (11) oder zum Kontrollieren einer Gasabfuhr aus dem Brennstoffzellensystem, aufweisend eine in einem Leitvolumen (14) angeordnete Drosselklappe (15) mit einem Klappendeckel (16) und einem Deckelrand (17), ein elastisches Dichtmittel (19) zum Abdichten eines ringförmigen Spalts (20) zwischen dem Deckelrand (17) und einer Kanalinnenseite (13), wobei das Dichtmittel (19) einen Randabschnitt (61) aufweist sowie einen sich vom Randabschnitt (61) in einer radialen Richtung (R), die sich quer zur Flussrichtung (A) erstreckt, nach innen erstreckenden Kontaktvorsprung (62) zum Kontaktieren des Deckelrands (17), wenigstens einen Halterand (63, 64) mit wenigstens einer der Drosselklappe (16) zugewandten Fluidleitfläche (65, 66) und wenigstens einer der Drosselklappe (16) abgewandten Haltefläche (67, 68), und ein elastisches Vorspannmittel (26) zum Aufbringen einer Vorspannkraft auf den Randabschnitt (61) des Dichtmittels (19) zum Halten des Randabschnitts (61) zwischen dem Vorspannmittel (26) und der wenigstens einen Haltefläche (67, 68). Die Erfindung betrifft ferner ein Brennstoffzellensystem (11) mit einer erfindungsgemäßen Drosselklappenanordnung (10).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Drosselklappenanordnung für ein Brennstoffzellensystem zum Kontrollieren einer Prozessgaszufuhr zu einer Brennstoffzelle im Brennstoffzellensystem oder zum Kontrollieren einer Gasabfuhr aus dem Brennstoffzellensystem. Die Erfindung betrifft ferner ein Brennstoffzellensystem mit einer solchen Drosselklappenanordnung.
Stand der Technik
Brennstoffzellensysteme benötigen für die gewünschte Betriebsweise einen Brennstoff und ein Oxidationsmittel. Der Brennstoff wird bei bekannten Systemen in der Regel in Form von z.B. gasförmigem Wasserstoff oder in Form von z.B. gasförmigem Kohlenwasserstoff zugeführt. Das Oxidationsmittel wird für gewöhnlich in Form von z.B. gasförmigem Sauerstoff, insbesondere in Form von Luft, zugeführt. Je nach Betriebs- und/oder Funktionszustand des Brennstoffzellensystems muss mehr oder weniger Oxidationsmittel zugeführt werden. Im Stand der Technik sind unterschiedliche Systeme zum Kontrollieren bzw. zum Steuern und/oder Regeln der Oxidationsmittelzufuhr und/oder einer Gasabfuhr für Brennstoffzellensysteme bekannt. Ferner ist es im Stand der Technik bekannt, Prozessgase im Brennstoffzellensystem, zum Brennstoffzellensystem und/oder vom Brennstoffzellensystem mittels Drosselklappenanordnungen zu kontrollieren. Drosselklappenanordnungen sind neben der Verwendung für Brennstoffzellensysteme insbesondere für die Verwendung in Verbrennungsmotoren bekannt. Dort wird durch die Drosselklappenanordnung insbesondere eine Luftzufuhr zu wenigstens einer Brennkammer des Verbrennungsmotors kontrolliert, um ein gewünschtes Luft/Brennstoff-Verhältnis zu realisieren. Aufgrund der hohen Temperaturen in und an einer Brennkraftmaschine werden in den bekannten Drosselklappenanordnungen bevorzugt ausschließlich Metallbauteile verwendet. Dasselbe trifft in analoger Weise auf die Verwendung einer Drosselklappenanordnung für herkömmliche Brennstoffzellensysteme zu. Zum Kontrollieren der Oxidationsmittel- bzw. Luftzufuhr in einem Brennstoffzellensystem sind jedoch relativ niedrige Leckagewerte gefordert, die mit den konventionellen Drosselklappenanordnungen nicht erreicht werden können. Gleichzeitig sind möglichst robuste und zuverlässig funktionierende Drosselklappenanordnungen gewünscht.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß werden nun eine verbesserte Drosselklappenanordnung sowie ein Brennstoffzellensystem mit einer solchen Drosselklappenanordnung vorgeschlagen und durch die Patentansprüche definiert. Aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Figuren ergeben sich verschiede Ausführungsformen der Erfindung. Dabei gelten Merkmale, die im Zusammenhang mit der Drosselklappenanordnung beschrieben sind auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird und/oder werden kann.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Drosselklappenanordnung für ein Brennstoffzellensystem zum Kontrollieren einer Prozessgaszufuhr zu einer Brennstoffzelle im Brennstoffzellensystem oder zum Kontrollieren einer Gasabfuhr aus dem Brennstoffzellensystem vorgeschlagen. Die Drosselklappenanordnung weist auf bzw. umfasst:

- ein Kanalgehäuse mit einer Kanalinnenseite, durch die ein Leitvolumen zum Leiten von Prozessgas zur Brennstoffzelle definiert ist,
- eine im Leitvolumen angeordnete Drosselklappe mit einem Klappendeckel und einem Deckelrand,
- eine Lagerwelle, an bzw. auf der die Drosselklappe zwischen einem Freigabezustand zum Ermöglichen eines Prozessgasflusses in einer Flussrichtung durch das Leitvolumen und einem Sperrzustand zum Verhindern eines Prozessgasflusses durch das Leitvolumen verschwenkbar gelagert ist,
- ein elastisches Dichtmittel zum Abdichten eines ringförmigen Spalts im Sperrzustand zwischen dem Deckelrand und der Kanalinnenseite, wobei das Dichtmittel einen Randabschnitt aufweist sowie einen sich vom Randabschnitt in einer radialen Richtung, die sich quer zur Flussrichtung erstreckt, nach innen erstreckenden Kontaktvorsprung zum Kontaktieren des Deckelrands im Sperrzustand,
- wenigstens einen Halterand mit wenigstens einer der Drosselklappe zugewandten Fluidleitfläche und wenigstens einer der Drosselklappe abgewandten Haltefläche, und
- ein elastisches Vorspannmittel zum Aufbringen einer Vorspannkraft auf den Randabschnitt des Dichtmittels zum Halten des Randabschnitts zwischen dem Vorspannmittel und der wenigstens einen Haltefläche.

Der (wenigstens eine) Halterand kann beispielsweise vom Dichtmittel separat ausgebildet sein. Das Dichtmittel kann z.B. zerstörungsfrei lösbar am Halterand anliegen bzw. lose anliegen bzw. angeordnet sein.
Die Drosselklappenanordnung kann somit für ein Brennstoffzellensystem ausgebildet bzw. eingerichtet sein. Sie kann zum Einsatz oder Einbau oder zur Verwendung in einem Brennstoffzellensystem eingerichtet bzw. ausgebildet sein. Vorzugsweise ist das Dichtmittel nicht am Klappendeckel montiert. Die Flussrichtung kann auch als axiale Richtung bezeichnet werden. Sie wird von einer Umlaufrichtung umlaufen.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde zunächst erkannt, dass Dichtmittel für Drosselklappen, die bislang meist nur in technologiefremden Gebieten wie der Lebensmittelindustrie zum Einsatz kommen, unter Verwendung geeigneter Materialien auch den in Brennstoffzellensystemen nötigen Betriebsanforderungen standhalten. Insbesondere die anspruchsvollen Betriebsanforderungen hinsichtlich Umgebungstemperaturen, Taktung sowie der wirkenden Kräfte sind es, die bislang davon abhielten, derartige beispielsweise aus anderen technischen Gebieten wie der Lebensmittelindustrie bekannte Dichtmittel für Drosselklappen in Kraftfahrzeugen zu verwenden. Basierend auf dieser Erkenntnis wurde nun ein Konzept entwickelt, bei welchem durch ein Zusammenspiel zwischen Dichtmittel, Halterand bzw. Halterändern und Vorspannmittel neue Möglichkeiten hinsichtlich einer zuverlässigen und gleichzeitig materialschonenden Dichtfunktion geschaffen werden können. So ist es vorliegend beispielsweise möglich, dass das Dichtmittel aus einem relativ weichen Material und/oder einer Geometrie mit einer besonders hohen elastischen Verformbarkeit besteht und die gewünschte Stabilität durch die Funktion des Vorspannmittels ergänzt wird. Damit kann beispielsweise eine Abnutzung am Klappendeckel bzw. des Abschnitts des Dichtmittels, welches mit dem Klappendeckel im Sperrzustand in Kontakt kommt, minimiert bzw. reduziert werden und trotzdem ein ausreichend hoher Anpressdruck des Dichtmittels am Klappendeckel im Sperrzustand realisiert werden. Mit anderen Worten, durch die erfindungsgemäße Drosselklappenanordnung wird ein langlebiges Dichtmittel mit einer effektiven Dichtwirkung im Sperrzustand geschaffen. Unter Verwendung des vorgeschlagenen Ansatzes können Reparatur- und Instandhaltungskosten gering gehalten werden.
Das Dichtmittel kann als interne Dichtung oder als wenigstens ein Teil einer internen Dichtung der Drosselklappenanordnung wirken und/oder verstanden werden, mittels welchem bzw. welcher in einem Sperrzustand der Drosselklappe ein Leckagepfad zwischen einem Raum stromaufwärts der Drosselklappe und einem Raum stromabwärts der Drosselklappe verhindert wird. Insbesondere der Kontaktvorsprung kann als interne Dichtung wirken. Der Randabschnitt des Dichtmittels kann als externe Dichtung wirken, mittels welcher ein Austreten von Prozessgas aus dem Leitvolumen in die Umgebung der Drosselklappenanordnung verhindert wird. Das Vorspannmittel kann ebenfalls als externe Dichtung oder als wenigstens ein Teil einer externen Dichtung der Drosselklappenanordnung verstanden werden.
Der Halterand ist bevorzugt separat zum Dichtmittel ausgestaltet. Wenigstens ein Halterand ist zudem bevorzugt als Bestandteil, insbesondere als monolithischer Bestandteil, des Kanalgehäuses ausgestaltet.
Das Dichtmittel kann dahingehend ausgestaltet sein, dass es in Flussrichtung bzw. in axialer Richtung betrachtet überlappend zum Klappendeckel (insbesondere im Sperrzustand) ausgestaltet und angeordnet ist, sodass der Deckelrand das Dichtmittel im Sperrzustand in Strömungs- bzw. Flussrichtung vollumfänglich (entlang der Umlaufrichtung) mechanisch kontaktiert und/oder druckbeaufschlagt und dadurch die gewünschte Dichtwirkung erzeugt.
Das Dichtmittel kann einen elastischen Werkstoff aufweisen, aus einem elastischen Werkstoff bestehen und/oder durch seine Geometrie die gewünschte Elastizität aufweisen. Das Dichtmittel weist wenigstens einen der folgenden Werkstoffe auf, insbesondere zum überwiegenden Teil (also mehr als 50%) oder besteht aus wenigstens einem der folgenden Werkstoffe: EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-(Monomer)-Kautschuk), HNBR (Hydrierter Acrylnitritbutadien-Kautschuk), FKM (Fluorkautschuk). Ferner ist es möglich, dass das Dichtmittel TPU (thermoplastisches Polyurethan) aufweist, insbesondere zum überwiegenden Teil, oder aus TPU besteht. Das Vorspannmittel besteht vorzugsweise aus einem Elastomer oder weist einen Elastomer auf, insbesondere zum überwiegenden Teil.
Der Klappendeckel wird vorzugsweise als einstückiges und/oder monolithisches Bauteil bereitgestellt. Insbesondere kann auf einen Dichtrand aus einem elastischen Material verzichtet werden. Damit kann die Drosselklappe relativ kostengünstig und logistisch einfach zur Verfügung gestellt werden. Das Dichtmittel und/oder das Vorspannmittel werden vorzugsweise jeweils als separates, insbesondere einstückiges und/oder ringförmiges Bauteil zur Verfügung gestellt. Auch dies ist hinsichtlich möglicher Reparatur- und/oder Wartungsarbeiten von Vorteil. Das Dichtmittel ist vorzugsweise direkt an der Kanalinnenseite positioniert und/oder befestigt.
Unter dem Freigabezustand ist insbesondere ein Zustand zu verstehen, in welchem wenigstens ein Teil des Klappendeckels beabstandet vom Dichtmittel und/oder in welchem der Klappendeckel annähernd vollständig beabstandet vom Dichtmittel positioniert ist. Der Klappendeckel kann im Freigabezustand abhängig vom gewünschten Prozessgasbedarf in unterschiedlichen Stellungen ausgelenkt sein oder werden. Die Drosselklappe ist dahingehend gelagert, dass, bei einer Auslenkung der Drosselklappe von beispielsweise dem Sperrzustand in den Freigabezustand, ein Teil des Deckelrands entlang der Flussrichtung ausgelenkt und/oder verschwenkt wird und ein anderer Teil des Deckelrands entgegen der Flussrichtung ausgelenkt und/oder verschwenkt wird. Im Bereich einer Wellenachse der Lagerwelle und/oder in der Nähe der Lagerwelle findet keine oder kaum eine Verschwenkung des Deckelrands statt, d.h.: hier entfernt sich der Deckelrand bei gleichem Verschwenkwinkel bezogen auf einen Abstand wesentlich weniger weit von dem Dichtmittel als in Abschnitten, die weit weg von der Mittelachse angeordnet sind. In diesem Bereich ist der Deckelrand in jeder Stellung der Drosselklappe und/oder des Klappendeckels mit dem Dichtmittel und insbesondere mit dem Kontaktvorsprung in Kontakt. Die Wellenachse der Lagerwelle kann sich durch den Klappendeckel hindurch, oder, bei einer einfach oder doppelt exzentrischen Drosselklappe, beabstandet vom Klappendeckel erstrecken. Unter der Drosselklappenanordnung für eine Brennstoffzelle ist eine Drosselklappenanordnung zu verstehen, die für den Einsatz in einem gattungsgemäßen Brennstoffzellensystem eingerichtet und/oder ausgestaltet ist.
Unter dem Sperrzustand ist insbesondere ein Zustand zu verstehen, in welchem der Klappendeckel das Dichtmittel vollumfänglich kontaktiert, um eine Prozessgas- und insbesondere Luftzufuhr zur Brennstoffzelle zu verhindern. Unter der Drosselklappe kann mithin auch eine Absperrklappe verstanden werden. Die Flussrichtung erstreckt sich vorzugsweise orthogonal zu einer Lagerachse der Lagerwelle. Die Flussrichtung erstreckt sich insbesondere entlang einer Strömungsrichtung des Prozessgases durch das Leitvolumen. Die Flussrichtung kann sich, abhängig von einer Betriebsweise der Drosselklappenanordnung bzw. einer Fluidströmungsrichtung im Leitvolumen, in eine erste Richtung und/oder in eine der ersten Richtung entgegengesetzte zweite Richtung erstrecken.
Das Prozessgas wird vorzugsweise in Form von Sauerstoff, Luft, oder eines anderen sauerstoffhaltigen Oxidationsmittels zur Verfügung gestellt. Das Dichtmittel ist durch das Befestigungsmittel bevorzugt direkt an der Kanalinnenseite befestig. Das Dichtmittel ist vorzugsweise am Kanalgehäuse und/oder im Leitvolumen ortsfest, insbesondere form- und/oder kraftschlüssig, lösbar fixiert.
Das Kanalgehäuse kann in Form einer Rohrleitung und/oder eines Gehäuses mit einer Rohrleitung ausgestaltet sein. Der Deckelrand erstreckt sich bevorzugt über eine Höhe des Klappendeckels und wird durch eine Oberseite sowie eine Unterseite des Klappendeckels begrenzt. Unter dem Deckelrand kann mithin auch eine Außenumfangsfläche und/oder eine Außenwandung in Umlaufrichtung des Klappendeckels verstanden werden. Der Deckelrand kann als eine im Wesentlichen (+/-30°) nach radial außen gerichtete Stirnseite des Klappendeckels angesehen werden. Eine mögliche Verrundung dieser Stirnseite kann dem Deckelrand zugerechnet werden.
Der Klappendeckel kann im Bereich des Deckelrands wenigstens eine Fase aufweisen. Die wenigstens eine Fase kann demnach, im Bereich des Deckelrands, an der Oberseite und/oder an der Unterseite des Klappendeckels ausgestaltet sein. Damit kann die Drosselklappe bzw. der Klappendeckel während eines Wechsels zwischen dem Freigabezustand und dem Sperrzustand dichtungsmaterialschonend und trotzdem unter Gewährleistung einer zuverlässigen Dichtfunktion am Dichtmittel entlanggeführt werden. Außerdem kann der Klappendeckel mit einem relativ geringen Kraftaufwand aus dem Sperrzustand in den Freigabezustand bewegt werden, wodurch die Drosselklappenanordnung effizient betrieben werden kann. Betriebsstörungen durch beispielsweise ein unbeabsichtigtes Verklemmen zwischen dem Klappendeckel und dem Dichtmittel können verhindert oder reduziert werden. Diese Fase kann in einer grundsätzlich möglichen Ausführung entlang einer um die Flussrichtung umlaufende Umfangsrichtung betrachtet in ihrem Winkel und/oder in ihrer Richtung unterschiedlich gestaltet sein. Sie kann beispielsweise so ausgestaltet sein, dass der Deckelrand im Sperrzustand mit einer vergrößerten, z.B. flachen, Auflagefläche auf dem Dichtmittel aufliegt. Da der Deckelrand wegen seiner Verschwenkung um die Lagerwelle auf einer Seite der Lagerwelle das Dichtmittel entlang der Flussrichtung und auf einer gegenüberliegenden Seite entgegen der Flussrichtung kontaktiert kann die Fase z.B. auf den beiden Seiten der Drosselklappe relativ zur Lagerwelle betrachtet eine unterschiedliche Richtung aufweisen. Es ist auch möglich, dass der Klappenrand auf jeder Seite bezüglich der Flussrichtung eine Fase aufweist, also an seiner Oberseite und an seiner Unterseite. Es kann vorgesehen sein, dass der Deckelrand und/oder die Fase im Bereich der Welle einen sogenannten S-Schlag aufweist, also die Richtung ändert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Drosselklappenanordnung ein Befestigungsmittel zum Befestigen des Dichtmittels aufweisen, wobei das Dichtmittel einen T-förmigen Querschnitt aufweist und der Randabschnitt einen ersten Gegen-Halteabschnitt und einen zweiten Gegen-Halteabschnitt umfasst, zwischen welchen sich der Kontaktvorsprung radial nach innen erstreckt (also in Richtung eines Inneren des Kanalgehäuses). Das Befestigungsmittel und das Kanalgehäuse bilden eine Kammer, die das Kanalgehäuse entlang einer die Flussrichtung umlaufende Umlaufrichtung umläuft, wobei die Kammer eine im Wesentlichen radial nach innen gerichtete Kammeröffnung aufweist. Das Vorspannmittel und der Randabschnitt sein in der Kammer angeordnet. Der Kontaktvorsprung erstreckt sich durch die Kammeröffnung aus der Kammer heraus. Das Kanalgehäuse bildet einen ersten Halterand mit einer ersten Haltefläche. Das Befestigungsmittel bildet einen zweiten Halterand mit einer zweiten Haltefläche, wobei der erste Gegen-Halteabschnitt zwischen der ersten Haltefläche und dem Vorspannmittel eingeklemmt ist, wobei der zweite Gegen-Halteabschnitt zwischen der zweiten Haltefläche und dem Vorspannmittel eingeklemmt ist.
Auf diese Weise kann das Dichtmittel vorteilhaft bei einem Zusammenbau der Drosselklappenanordnung einfach und genau in der gewünschten Position platziert werden. Zudem kann das Dichtmittel vorteilhaft zwischen den Halterändern und dem Vorspannmittel während eines Betriebs der Drosselklappenanordnung zuverlässig in der gewünschten Position gehalten werden. Das Vorspannmittel und das Dichtmittel sind auf diese Weise z.B. in der Kammer derart eingeschlossen, dass das Vorspannmittel eine Vorspannkraft im Wesentlichen entlang der radialen Richtung auf das Dichtmittel ausübt. Dabei ist unter dem Begriff „im Wesentlichen entlang der radialen Richtung“ zu verstehen, dass die Wirkrichtung um höchstens +/-30° von der radialen Richtung abweicht, bevorzugt um höchstens +/- 15°.
Das Befestigungsmittel ist vorzugsweise separat zum Dichtmittel und zum Vorspannmittel ausgestaltet. Dadurch können das Dichtmittel und das Vorspannmittel annähernd reibungsfrei in der Drosselklappenanordnung installiert werden. Auf ein Hineinquetschen des Dichtmittels in eine dafür vorgesehene Position kann verzichtet werden. Der Kontaktvorsprung erstreckt sich durch die Kammeröffnung aus der Kammer heraus. Er kann beispielsweise ins Innere des Kanalgehäuses hineinragen. Die Kammeröffnung kann entsprechend als ringförmiger Spalt bzw. als ein Spalt, der sich in Umlaufrichtung erstreckt und zwischen dem ersten Halterand und dem zweiten Halterand geformt ist, ausgestaltet sein. Die Kammeröffnung kann mithin als ringförmiger Öffnungsspalt bezeichnet werden. Darunter, dass sich der Kontaktvorsprung radial nach innen erstreckt kann verstanden werden, dass der Kontaktvorsprung in das Innere des Leitvolumens und/oder in Richtung der Drosselklappe ragt.
Das Befestigungsmittel ist bevorzugt einstückig und/oder monolithisch ausgestaltet. Ferner ist das Befestigungsmittel vorzugsweise ringförmig und/oder hülsenförmig ausgestaltet. Das Dichtmittel und das Befestigungsmittel sind vorzugsweise koaxial, insbesondere mit Bezug auf eine Achse entlang der bzw. parallel zur Flussrichtung bzw. zur axialen Richtung, zueinander ausgestaltet.
In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Vorspannmittel in Form eines O-Rings ausgestaltet ist. Ein solches Vorspannmittel kann besonders einfach und kostengünstig zur Verfügung gestellt werden. Darüber hinaus kann auf das Vorspannmittel damit als Standardbauteil zugegriffen werden, wodurch sich Vorteile hinsichtlich der Logistik und der Verfügbarkeit des Vorspannmittels ergeben. Das Vorspannmittel kann in Form eines O-Rings einen entsprechend runden und/oder kreisförmigen oder einen ovalen oder mehreckigen Querschnitt aufweisen. In Form eines O-Rings kann das Vorspannmittel eine radial nach innen gerichtete Vorspannkraft auf das Dichtmittel besonders gleichmäßig aufbringen.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltungsvariante ist der Kontaktvorsprung in der Kammeröffnung mit einem Lagerspiel positioniert, sodass der Kontaktvorsprung bei einem Wechsel vom Freigabezustand in den Sperrzustand durch den Klappendeckel in der Kammeröffnung verformbar und/oder bewegbar und/oder verlagerbar ist, insbesondere im Wesentlichen entlang der oder parallel zur Flussrichtung. Dadurch ist es möglich, dass der Kontaktvorsprung durch den Deckelrand relativ leichtgängig und trotzdem kontrolliert bewegt werden kann, ohne ausschließlich durch eine Knickbewegung beim Kontakt mit dem Klappendeckel bzw. dem Deckelrand verformt zu werden. Dadurch kann vorteilhaft die Lebensdauer des Dichtmittels erhöht werden. Unter dem Lagerspiel kann eine Lücke und/oder ein Freiraum zwischen dem ersten Halterand und dem zweiten Halterand verstanden werden, durch welche sich der Kontaktvorsprung radial nach innen erstreckt. Mit anderen Worten: in einem Zustand, in dem der Kontaktvorsprung durch die Kammeröffnung ins Innere des Kanalgehäuses ragt bleibt dennoch eine Lücke und/oder ein Freiraum zwischen dem Kontaktvorsprung und dem ersten Halterand und/oder zwischen dem Kontaktvorsprung und dem zweiten Halterand. Der Kontaktvorsprung kann bei einem Wechsel vom Freigabezustand in den Sperrzustand durch den Klappendeckel in der Kammeröffnung verlagerbar und/oder verschwenkbar sein.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass der Kontaktvorsprung einen ersten Anschlag und einen zweiten Anschlag aufweist, wobei der erste Halterand einen ersten Gegen-Anschlag aufweist, wobei der zweite Halterand einen zweiten Gegen-Anschlag aufweist, wobei der erste Gegen-Anschlag eingerichtet ist zum Kontaktieren des ersten Anschlags, so dass eine Verformungsbewegung des Kontaktvorsprungs begrenzt wird. Der zweite Gegen-Anschlag ist eingerichtet zum Kontaktieren des zweiten Anschlags, so dass eine Verformungsbewegung des Kontaktvorsprungs begrenzt wird. Die Verformungsbewegungen des Kontaktvorsprungs treten z.B. bei einem Wechsel zwischen Freigabezustand und Sperrzustand auf. Diese Verformungsbewegungen sind z.B. im Wesentlichen parallel zur Flussrichtung (+/- 30°) gerichtet. Sie können z.B. durch eine Verschiebung und/oder eine Verschwenkung und/oder eine Verkippung gegeben sein. Diese Verformungsbewegungen werden durch den ersten und zweiten Gegen-Anschlag (je nach Verformungsrichtung) zuverlässig begrenzt. Durch die Positionierung des Kontaktvorsprungs zwischen dem ersten Gegen-Anschlag und dem zweiten Gegen-Anschlag kann eine übermäßige Verformung des Kontaktvorsprungs bzw. des Dichtmittels, welche zu einer Ermüdung des Dichtmittels und/oder zu einer Undichtigkeit im Sperrzustand führen könnte, auf einfache und zuverlässige Weise verhindert werden. Der erste Gegen-Anschlag und der zweite Gegen-Anschlag sind in Flussrichtung betrachtet vorzugsweise direkt übereinander oder in Radialrichtung versetzt übereinander bzw. hintereinander angeordnet und/oder ausgestaltet. Der Klappendeckel bzw. der Deckelrand kann in zwei Abschnitte unterteilt werden, die sich auf unterschiedlichen Seiten der Lagerwelle befinden. Somit trifft der Deckelrand des einen Abschnitts bei einem Verschwenken des Klappendeckels um die Lagerwelle vom Freigabezustand in den Sperrzustand z.B. ungefähr entlang der Flussrichtung auf das Dichtmittel bzw. den Kontaktvorsprung. Der Deckelrand des anderen Abschnitts trifft in diesem Fall dagegen ungefähr entgegen der Flussrichtung auf das Dichtmittel bzw. den Kontaktvorsprung. Somit wirkt für den einen Abschnitt des Deckelrands bzw. für den diesem Abschnitt entsprechenden Abschnitt des Kontaktvorsprungs z.B. der erste Gegen-Anschlag als Begrenzung und für den anderen Abschnitt des Deckelrandes bzw. den entsprechenden Abschnitt des Kontaktvorsprungs wirkt der zweite Gegen-Anschlag als Begrenzung. Für das Verschwenken des Klappendeckels aus dem Sperrzustand in den Freigabezustand kehren sich die Verhältnisse um. Beim Wechsel vom Sperrzustand in den Freigabezustand können erster und/oder zweiter Gegen-Anschlag vorteilhaft eine übermäßige Verformungsbewegung bzw. Verlagerung des Kontaktvorsprungs verhindern, wenn z.B. in Folge niedriger Temperaturen und einer Eisbildung der Deckelrand zumindest teilweise an dem Kontaktvorsprung angefroren ist.
In einer Weiterbildung ist das Vorspannmittel eingeklemmt bzw. klemmend gehalten bzw. eingespannt gehalten. Das Vorspannmittel ist eingeklemmt bzw. eingespannt zwischen dem Randabschnitt und einer Klemmfläche des Befestigungsmittels. Das Vorspannmittel ist alternativ oder zusätzlich eingeklemmt bzw. eingespannt zwischen dem Randabschnitt und der Kanalinnenseite. Damit kann eine besonders einfache und platzsparende Positionierung des Vorspannmittels geschaffen werden. Auf separate Befestigungsmittel kann verzichtet werden. Das Vorspannmittel kann, mit anderen Worten, direkt zwischen einer, z.B. im Wesentlichen nach radial außen weisenden, Oberfläche des Dichtmittels und einer, z.B. im Wesentlichen nach radial innen weisenden, Oberfläche des Befestigungsmittels eingeklemmt und/oder eingespannt befestigt sein. Das heißt, das Vorspannmittel, das Dichtmittel und das Befestigungsmittel sind vorzugsweise gegeneinander verklemmt, verpresst und/oder druckbeaufschlag gelagert. Dadurch kann auf einfache Weise z.B. ein als elastisches Element ausgebildetes Vorspannmittel vorgespannt werden, so dass es die Vorspannkraft auf das Dichtmittel übertragen kann.
In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Kontaktvorsprung eine konvex gekrümmte Kontaktfläche zum Kontaktieren des Deckelrands im Sperrzustand aufweist. Beispielsweise kann die Kontaktfläche entlang der Flussrichtung betrachtet eine Stromlinien- und/oder Tropfenform aufweisen. Durch die konvexe Krümmung und/oder Stromlinienform von wenigstens einem Teil des internen Dichtungsabschnitts kann ein möglicher Verschleiß am Dichtmittel reduziert werden. Ferner können durch eine solche Ausgestaltung einer zum Deckelrand in Radialrichtung nach innen gerichteten Außenseite des internen Dichtungsabschnitts Verwirbelungen im Leitvolumen verhindert oder reduziert werden, wodurch ein möglichst effizienter Betrieb der Drosselklappenanordnung ermöglich wird. Die Ausbildung bzw. Beibehaltung eines laminaren Flusses des im Kanalgehäuse strömenden Gases wird somit befördert.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass das Befestigungsmittel als Presspassteil in das Kanalgehäuse eingepresst ist. Auf zusätzliche Befestigungsmittel und/oder Prozesse für einen etwaigen Stoffschluss kann hierbei vorteilhaft verzichtet werden. Das Befestigungsmittel kann damit entsprechend einfach und platzsparend an der gewünschten Position platziert werden. Insbesondere kann das Befestigungsmittel entlang der Flussrichtung in das Kanalgehäuse eingesetzt und/oder entsprechend einsetzbar konfiguriert sein.
Das Befestigungsmittel selber kann hierzu z.B. entlang der radialen Richtung betrachtet ein geringfügiges Übermaß bezüglich der Kanalinnenseite aufweisen, so dass es nach der Montage (z.B. durch ein Einschieben bzw. Einstecken des Befestigungsmittels in den Kanal entlang der oder parallel zur Flussrichtung bzw. der axialen Richtung) im Presssitz in dem Kanalgehäuse festgelegt ist. Selbstverständlich sind auch andere Befestigungsarten des Befestigungsmittels im Kanalgehäuse möglich.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Drosselklappe als exzentrische Drosselklappe ausgestaltet ist, insbesondere als doppelt exzentrische Drosselklappe. Dabei ist eine Exzentrizität der Lagerwelle in Flussrichtung bezüglich des Zentrums der Drosselklappe und/oder in der zur Flussrichtung senkrechten radialen Richtung möglich.
Der Begriff „doppelt exzentrisch“ bedeutet, dass die Lagerwelle in Flussrichtung betrachtet etwas beabstandet zum Klappendeckel angeordnet ist und dass die Lagerwelle gleichzeitig auch in radialer Richtung zur Mitte des Klappendeckels versetzt ist.
In Kombination mit dem erfindungsgemäßen Dichtmittel bzw. einer entsprechenden Kontaktdichtung ist es dadurch vorteilhaft möglich, den Klappendeckel bereits bei einer geringfügigen Auslenkung deutlich vom Dichtmittel zu beabstanden bzw. die Drosselklappe vom Sperrzustand in den Freigabezustand zu verstellen. Diese Beabstandung wird an allen Stellen des Deckelrandes erreicht, also auch in den Abschnitten, durch die die Lagerwelle verlaufen würde (Polabschnitte) bei Montage in der Drosselklappe selber. Dazu kann die Drosselklappe beispielsweise ebenso wie das Kanalgehäuse im Bereich der Drosselklappe kreisrund gestaltet sein. Die Beabstandung des Randes der Drosselklappe an ihren Polabschnitten zur Kanalinnenseite bzw. zum Dichtmittel kann wie folgt verstanden werden: Beim Öffnen der Drosselklappe in den Freigabezustand wird die Drosselklappe mit ihren polseitigen Abschnitten aus einer Schließebene bzw. Sperrebene des Kanalgehäuses herausgedreht. Mit anderen Worten: das Kanalgehäuse weist in der Sperrebene inklusive des Dichtmittels einen definierten (Innen)Durchmesser auf. Die Drosselklappe weist beispielsweise einen äußeren Durchmesser auf, der kleiner ist als der Innendurchmesser der Kanalinnenseite, jedoch größer als der Innendurchmesser in der Sperrebene, in der das Dichtmittel den (Innen)Durchmesser des Kanalgehäuses verkleinert. Würde die Lagerwelle nicht exzentrisch, sondern zentrisch durch die Drosselklappe verlaufen, so würden auch bei einer Verschwenkung der Drosselklappe deren polseitige Abschnitte stets in der Sperrebene verlaufen und diese polseitigen Abschnitte stets in Kontakt mit dem Dichtmittel stehen. Bei einer exzentrischen Anordnung der Lagerwelle (egal, ob in Flussrichtung oder in radialer Richtung) dagegen gelangt bei einer Verschwenkung der Drosselklappe aus dem Sperrzustand heraus ein Abschnitt der Drosselklappe in die Sperrebene, der in einem Schnitt mit der Sperrebene nicht mehr den vollen Durchmesser der Drosselklappe aufweist. Die Polabschnitte der Drosselklappe (an denen die Drosselklappe in einer Richtung parallel zur Lagerwelle ihre größte Erstreckung, nämlich den äußeren Durchmesser, aufweist) dagegen liegen nun etwas außerhalb der Sperrebene parallel zur Flussrichtung betrachtet. An dieser Stelle ist innerhalb des Kanalgehäuses jedoch kein Dichtmittel mehr vorhanden, so dass die Drosselklappe keinen mechanischen Kontakt mehr mit der Kanalinnenseite aufweist und auch nicht mit dem Dichtmittel in der Sperrebene.
Dadurch wird ein Verschleiß des Dichtmittels verringert, insbesondere auch in denjenigen Bereichen des Dichtmittels, die nahe an der Lagerwelle angeordnet sind. Diese Bereiche sind im Falle einer nicht exzentrischen Drosselklappe über einen deutlich größeren Verschwenkbereich des Klappendeckels in mechanischem Kontakt mit den Deckelrand und verschleißen daher schneller.
Weiterhin ist im Unterschied zu einer zentrischen Drosselklappe auf diese Weise keine Durchführung der Lagerwelle durch das Dichtmittel hindurch notwendig. Dadurch kann das Dichtmittel vorteilhaft entlang der Flussrichtung betrachtet dünner ausgestaltet werden und die Dichtwirkung wird nicht durch eine Materialschwächung im Bereich der Wellendurchführung gefährdet. Die Lebensdauer des Dichtmittels wird auf diese Weise vorteilhaft erhöht. Der Klappendeckel kann ferner eine konische, insbesondere eine im Sperrzustand sich in Flussrichtung verjüngende Form, aufweisen, um diesen Effekt zu verstärken. Hierdurch kann außerdem ein Kontaktdruck zwischen dem Deckelrand und dem Dichtmittel bzw. ein entsprechendes Lösemoment zum Verstellen der Drosselklappe aus dem Sperrzustand in den Freigabezustand verringert werden. Außerdem taucht die Drosselklappe beim Öffnen bereits bei einem kleinerem Verschwenkwinkel aus dem Dichtmittel aus, insbesondere im Vergleich zu einem z.B. zylindrischen Deckelrand. Damit können wiederum ein Verschleiß am Dichtmittel sowie an der Drosselklappe verringert und folglich die Lebenszeit der Drosselklappenanordnung verlängert werden. Weiterhin kann ein besonders homogenes Andrücken des Deckelrands an das Dichtmittels erreicht werden. Weiterhin vorteilhaft kann durch die in radialer Richtung versetzt angeordnete Lagerwelle ein leichteres Öffnen aus dem Sperrzustand oder alternativ ein selbsttätiges Geschlossenhalten des Klappendeckels im Sperrzustand ermöglichen. Da die Lagerwelle in radialer Richtung nicht zentrisch verläuft wird weist eine der beiden Seiten des Klappendeckels relativ zu der Lagerwelle eine größere Fläche auf. Ein mit Druck anstehendes fluides Medium, z.B. Prozessgas, drückt somit den Klappendeckel ohne Gegenhaltekraft auf, wenn diejenige Seite des Klappendeckels die größere Fläche aufweist, die in Flussrichtung öffnet. Weist dagegen die andere Seite eine größere Fläche auf (die in Flussrichtung schließt), so wird der Sperrzustand durch anstehendes Gas aufrecht erhalten, so dass z.B. keine Motorkraft notwendig ist, um den Sperrzustand zu bewahren. Somit kann je nach Anwendungsfall durch diese Exzentrizität ein Energieverbrauch der Drosselklappe im Betrieb verringert werden.
Bereits eine einfach exzentrische Anordnung ermöglicht das oben beschriebene Austauchen. Eine doppelte Exzentrizität ermöglicht ein noch schnelleres Austauchen der Drosselklappe aus dem Dichtmittel und damit einen noch geringeren Verschleiß des Dichtmittels.
Dabei kann bezüglich der Flussrichtung betrachtet die Lagerwelle z.B. außerhalb der Sperrebene der Dichtung angeordnet sein. Mit anderen Worten: die Exzentrizität in dieser Richtung kann derart gestaltet sein, dass die Dichtung keine Durchführung (nicht einmal partiell) für die Lagerwelle bereitstellen muss.
Bezüglich der radialen Richtung betrachtet kann Exzentrizität z.B. wenigstens 0,5%, bevorzugt wenigstens 1% und ganz besonders bevorzugt wenigstens 1,5% des Durchmessers betragen. Beispielsweise kann bei einem kreisrunden Klappendurchmesser von 100mm die Lagerwelle an einer radialen Position von 48,5mm liegen, somit also 1,5mm und damit 1,5% des Durchmessers vom idealen Zentrum entfernt sein, welches bei 50mm liegen würde. Die Exzentrizität in radialer Richtung kann auf z.B. höchstens 20%, bevorzugt höchstens 15% und besonders bevorzugt auf höchstens 10% des Durchmessers beschränkt sein.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem mit einer Brennstoffzelle und mit einer wie vorstehend im Detail beschriebenen Drosselklappenanordnung. Damit bringt das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf die erfindungsgemäße Drosselklappenanordnung beschrieben worden sind. Die Drosselklappenanordnung befindet sich vorzugsweise direkt an der Brennstoffzelle, sodass ein Leitvolumen stromabwärts der Drosselklappe der Brennstoffzelle zugeordnet werden kann und ein Leitvolumen stromaufwärts der Drosselklappe einer Zuführleitung zum Zuführen von Prozessgas, insbesondere Oxidationsmittel in Form von Luft, zugeordnet werden kann. Falls die Drosselklappe zum Kontrollieren einer Gasabfuhr gedacht ist, so ist das Leitvolumen stromaufwärts der Drosselklappe der Brennstoffzelle zugeordnet und das Leitvolumen stromabwärts ist einer Ableitung zugeordnet.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zu verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind.
Es zeigen jeweils schematisch:

1 eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Drosselklappenanordnung gemäß einer ersten Ausführungsform,
2 eine Detail-Schnittansicht der erfindungsgemäßen Drosselklappenanordnung gemäß der ersten Ausführungsform,
3 eine Detail-Schnittansicht der erfindungsgemäßen Drosselklappenanordnung gemäß der ersten Ausführungsform in einem Freigabezustand,
4 eine Detail-Schnittansicht der erfindungsgemäßen Drosselklappenanordnung gemäß der ersten Ausführungsform in einem Sperrzustand,
5 ein Dichtmittel für eine erfindungsgemäße Drosselklappenanordnung,
6 eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Drosselklappenanordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform,
7 eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Drosselklappe, und
8 ein Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem.

Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 und 2 zeigen eine Drosselklappenanordnung 10 für ein in 8 gezeigtes Brennstoffzellensystem 11 zum Kontrollieren einer Prozessgaszufuhr zu einer Brennstoffzelle im Brennstoffzellensystem 11 oder zum Kontrollieren einer Gasabfuhr aus dem Brennstoffzellensystem 11. Die Drosselklappenanordnung 10 kann beispielsweise eingerichtet oder ausgebildet sein für ein derartiges Brennstoffzellensystem 11, z.B. eingerichtet oder ausgebildet zur Montage oder zum Betrieb oder zur Verwendung in einem derartigen Brennstoffzellensystem 11. Die Drosselklappenanordnung 10 weist ein Kanalgehäuse 12 mit einer Kanalinnenseite 13, durch die ein Leitvolumen 14 zum Leiten von Prozessgas zur Brennstoffzelle definiert ist, auf bzw. umfasst dieses. Die Drosselklappenanordnung 10 umfasst ferner eine im Leitvolumen 14 angeordnete und in 7 im Detail gezeigte hier beispielhaft doppelt exzentrisch ausgebildete Drosselklappe 15 mit einem Klappendeckel 16 und einem Deckelrand 17. Sie weist weiterhin eine Lagerwelle 18 auf, an bzw. auf der die Drosselklappe 15 zwischen einem Freigabezustand zum Ermöglichen eines Prozessgasflusses in einer Flussrichtung A (die Flussrichtung A kann auch als axiale Richtung bezeichnet werden) durch das Leitvolumen und einem Sperrzustand zum Verhindern eines Prozessgasflusses durch das Leitvolumen 14 verschwenkbar gelagert ist. Weiterhin weist die Drosselklappenanordnung 10 ein elastisches Dichtmittel 19 auf, das in 5 in einer beispielhaften Ausführungsform im Detail gezeigt ist, zum Abdichten eines ringförmigen Spalts 20 im Sperrzustand zwischen dem Deckelrand 17 und der Kanalinnenseite 13. Das Dichtmittel 19 weist einen Randabschnitt 61 auf. Das Dichtmittel 19 weist ferner einen Kontaktvorsprung 62 zum Kontaktieren des Deckelrands 17 im Sperrzustand auf. Der Kontaktvorsprung 62 erstreckt sich vom Randabschnitt 61 in einer radialen Richtung, die sich quer zur Flussrichtung erstreckt, nach innen (hier: in Richtung einer Mittelachse 31 des Kanalgehäuses 12). Der Kontaktvorsprung 62 weist hier beispielhaft eine konvex gekrümmte Kontaktfläche zum Kontaktieren des Deckelrands 17 im Sperrzustand auf, wobei der Kontaktvorsprung 62 entlang der Flussrichtung A betrachtet eine Stromlinienform aufweist.
Die Flussrichtung A kann auch als axiale Richtung bezeichnet werden. Sie wird von einer Umlaufrichtung U umlaufen.
Die gezeigte Drosselklappenanordnung 10 weist ferner ein Befestigungsmittel 21 zum Befestigen des Dichtmittels 19 im Leitvolumen 14 auf. Das Befestigungsmittel 21 ist hier beispielhaft hülsenförmig gestaltet. Das Befestigungsmittel 21 ist als Presspassteil in das Kanalgehäuse 12 eingepresst und wurde hierzu entlang der Flussrichtung A in das Kanalgehäuse 12 eingesetzt bzw. ist entsprechend einsetzbar konfiguriert. Darüber hinaus weist die Drosselklappenanordnung 10 ein elastisches Vorspannmittel 26 auf, das hier lediglich beispielhaft in Form eines O-Rings ausgebildet ist. Der hier dargestellte O-Ring kann z.B. aus einem Elastomer gebildet sein bzw. einen Elastomer als Material aufweisen. Das Vorspannmittel 26 ist geeignet oder eingerichtet zum Aufbringen einer Vorspannkraft auf den Randabschnitt 61 des Dichtmittels 19.
In den 3 und 4 ist die Drosselklappenanordnung 10 im weiteren Detail und insbesondere in zwei unterschiedlichen Betriebszuständen dargestellt.
3 zeigt einen Freigabezustand, in welchem der Klappendeckel 16 im Wesentlichen, das heißt, abgesehen von zwei Stellen an bzw. in der Nähe der Lagerwelle 18 (hier nicht dargestellt), vom Dichtmittel 19 beabstandet ist.
4 zeigt einen Sperrzustand, in welchem der Klappendeckel 16 bzw. der Deckelrand 17 vollumfänglich am Dichtmittel 19 angeordnet ist und das Dichtmittel 19 dadurch wie in 4 gezeigt elastisch verformt. Dabei wird hier beispielhaft der überwiegende Teil der radialen elastischen Verformung durch das Vorspannmittel 26 aufgenommen. Das Dichtmittel 19 weist hier lediglich beispielhaft einen T-förmigen Querschnitt auf. Es versteht sich, dass auch andere Formen denkbar sind. Der Randabschnitt 61 umfasst einen ersten Gegen-Halteabschnitt 69 und einen zweiten Gegen-Halteabschnitt 70, zwischen welchen sich der Kontaktvorsprung 62 radial nach innen erstreckt. Das Befestigungsmittel 21 und das Kanalgehäuse 12 bilden (im Bereich der Kanalinnenseite 13) eine Kammer 71. Die Kammer 71 umläuft das Kanalgehäuse entlang der Umlaufrichtung U umläuft. Sie ist hier beispielhaft entlang der Umlaufrichtung U ringförmig ausgebildet. Die Kammer 71 weist eine radial nach innen gerichteten Kammeröffnung 72 auf bzw. einen entsprechend geformten ringförmigen Spalt. Die gezeigte Drosselklappenanordnung 10 weist zwei vom Dichtmittel 19 separate Halteränder 63, 64 mit jeweils einer der Drosselklappe 16 zugewandten Fluidleitfläche 65, 66 und jeweils einer der Drosselklappe 16 abgewandten Haltefläche 67, 68 auf. Genauer gesagt bildet in dieser beispielhaften Ausführungsform das Kanalgehäuse 12 einen ersten Halterand 63 mit einer ersten Haltefläche 67 und das Befestigungsmittel 21 bildet einen zweiten Halterand 64 mit einer zweiten Haltefläche 68. In diesem Ausführungsbeispiel bildet das Kanalgehäuses 12 bzw. die Kanalinnenseite 13 weiterhin eine erste Fluidleitfläche 65. In diesem Ausführungsbeispiel bildet das Befestigungsmittel 21 eine zweite Fluidleitfläche 66 bzw. einen zweiten Halterand 64. Wie in den 3 und 4 gezeigt, ist das Vorspannmittel 26 zum Aufbringen der Vorspannkraft auf den Randabschnitt 61 des Dichtmittels 19 konfiguriert, um den Randabschnitt 61 zwischen dem Vorspannmittel 26 und den beiden Halteflächen 67, 68 zu halten.
Wie in der gezeigten Detailansicht, insbesondere in 3, weiter zu erkennen, sind das Vorspannmittel 26 und der Randabschnitt 61 in der Kammer 71 angeordnet, während sich der Kontaktvorsprung 62 durch die Kammeröffnung 72 aus der Kammer 71 heraus und ins Innere des Kanalgehäuses 12 hinein erstreckt. Der erste Gegen-Halteabschnitt 69 ist hierbei zwischen der ersten Haltefläche 67 und dem Vorspannmittel 26 eingeklemmt und der zweite Gegen-Halteabschnitt 70 ist zwischen der zweiten Haltefläche 68 und dem Vorspannmittel 26 eingeklemmt. In 3 ist ferner gezeigt, dass der Kontaktvorsprung 62 in der Kammeröffnung 72 mit einem Lagerspiel positioniert ist, sodass der Kontaktvorsprung 62 bei einem Wechsel zwischen Freigabezustand und Sperrzustand durch den Klappendeckel 16 in der Kammeröffnung 72 entlang der bzw. parallel zur Flussrichtung A verformbar und/oder bewegbar bzw. verlagerbar ist.
Unter Betrachtung der 3 und 4 kann weiterhin erkannt werden, dass der Kontaktvorsprung 62 des Dichtmittels 19 einen (oberen) ersten Anschlag 73 und einen (unteren) zweiten Anschlag 74 aufweist. Der erste Halterand 63 weist einen ersten Gegen-Anschlag 75 auf und der zweite Halterand 64 weist einen zweiten Gegen-Anschlag 76 auf. Der erste Gegen-Anschlag 75 ist zum Kontaktieren des (oberen) ersten Anschlags 73 konfiguriert, um hierbei eine Verformungsbewegung des Kontaktvorsprungs 62 zu begrenzen. Der zweite Gegen-Anschlag 76 ist zum Kontaktieren des (unteren) zweiten Anschlags 74 konfiguriert, um die in 4 gezeigte Verformungsbewegung des Kontaktvorsprungs 62 bei einer Verformungsbewegung des Kontaktvorsprungs 62 bei einem Wechsel zwischen Freigabezustand und Sperrzustand zu begrenzen. Mit anderen Worten: der erste Gegen-Anschlag 75 ist eingerichtet zum Kontaktieren des ersten Anschlags 73, so dass eine Verformungsbewegung des Kontaktvorsprungs 62 begrenzt wird und der zweite Gegen-Anschlag 76 ist eingerichtet zum Kontaktieren des zweiten Anschlags 74, so dass eine Verformungsbewegung des Kontaktvorsprungs 62 begrenzt wird.
Der erste Gegen-Anschlag 75 und der zweite Gegen-Anschlag 76 sind hier beispielhaft in Flussrichtung A bzw. parallel zur Flussrichtung A übereinander und hierbei in Radialrichtung R versetzt zueinander ausgestaltet, wobei sie entlang der Flussrichtung A betrachtet (noch) überlappen.
Bei dem in den 1 bis 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Vorspannmittel 26, insbesondere entlang der radialen Richtung R betrachtet, zwischen dem Randabschnitt 61 und einer Klemmfläche 77 des Befestigungsmittels 21 eingeklemmt bzw. eingespannt.
6 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei welchem das Vorspannmittel 26 im Wesentlichen zwischen dem Randabschnitt 61 und der Kanalinnenseite 13 eingeklemmt ist, insbesondere entlang der radialen Richtung R betrachtet. Die Kanalinnenseite 13 weist einen stufenförmigen Rücksprung 22 auf, wobei das Vorspannmittel 26 in 6 im Bereich des Rücksprungs 22 an der Kanalinnenseite 13 eingeklemmt ist.
Sowohl in der Ausführungsform der 1 bis 4 als auch in der Ausführungsform gemäß 6 ist das Vorspannmittel 26 sowie das Dichtmittel 19 durch das entlang der bzw. parallel zur Flussrichtung A im Kanalgehäuse 12 montierte Befestigungsmittel 21 in Zusammenwirkung mit dem Rücksprung 22 verliersicher in der Drosselklappenanordnung 10 angeordnet. Weitere Befestigungsmittel sind vorteilhafterweise nicht erforderlich.
In 7 ist eine Drosselklappe 15 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt. Die gezeigte Drosselklappe 15 ist als doppelt exzentrische Drosselklappe 15 konfiguriert. Der in 7 gezeigte Klappendeckel 16 weist ferner eine konische Form auf, die durch die gestrichelten Linien angedeutet ist. Dadurch kann vorteilhaft das Schließen bzw. Öffnen der Drosselklappe 15 besonders materialschonend für das Dichtmittel 19 bzw., den Kontaktvorsprung 62 erfolgen. Denn die konische Form bewirkt eine Art Einführschräge bei einer Relativbewegung zwischen Dichtmittel 19 bzw. Kontaktvorsprung 62 und Deckelrand 17. Der Klappendeckel 16 weist im Bereich des Deckelrands 17 außerdem eine (obere) erste und eine (untere) zweite Fase 47 auf, die sich in Umlaufrichtung U um den Klappendeckel 16 erstrecken. Auch diese ermöglichen einen materialschonenden Öffnungsvorgang bzw. Schließvorgang.
In 8 ist ein Fahrzeug 90 mit einem Brennstoffzellensystem 11 und einer elektrischen Maschine 80 dargestellt. Die elektrische Maschine 80 ist zum Antreiben des Fahrzeugs 90 konfiguriert und ausgestaltet. Das Brennstoffzellensystem 11 ist für eine Stromversorgung der elektrischen Maschine 80 konfiguriert und ausgestaltet. Das gezeigte Brennstoffzellensystem 11 weist die vorstehend im Detail beschriebene Drosselklappenanordnung 10 zum Kontrollieren einer Prozessgaszufuhr zu einer Brennstoffzelle des Brennstoffzellensystems 11 oder zum Kontrollieren einer Gasabfuhr aus dem Brennstoffzellensystem 11 auf.
Die Erfindung lässt neben den dargestellten Ausführungsformen weitere Gestaltungsgrundsätze zu. D.h., die Erfindung soll nicht auf die mit Bezug auf die Figuren erläuterten Ausführungsbeispiele beschränkt betrachtet werden.

Claims

Drosselklappenanordnung (10) für ein Brennstoffzellensystem (11) zum Kontrollieren einer Prozessgaszufuhr zu einer Brennstoffzelle im Brennstoffzellensystem (11) oder zum Kontrollieren einer Gasabfuhr aus dem Brennstoffzellensystem, aufweisend: - ein Kanalgehäuse (12) mit einer Kanalinnenseite (13), durch die ein Leitvolumen (14) zum Leiten von Prozessgas zur Brennstoffzelle definiert ist, - eine im Leitvolumen (14) angeordnete Drosselklappe (15) mit einem Klappendeckel (16) und einem Deckelrand (17), - eine Lagerwelle (18), an der die Drosselklappe (15) zwischen einem Freigabezustand zum Ermöglichen eines Prozessgasflusses in einer Flussrichtung (A) durch das Leitvolumen (14) und einem Sperrzustand zum Verhindern eines Prozessgasflusses durch das Leitvolumen (14) verschwenkbar gelagert ist, - ein elastisches Dichtmittel (19) zum Abdichten eines ringförmigen Spalts (20) im Sperrzustand zwischen dem Deckelrand (17) und der Kanalinnenseite (13), wobei das Dichtmittel (19) einen Randabschnitt (61) aufweist sowie einen sich vom Randabschnitt (61) in einer radialen Richtung (R), die sich quer zur Flussrichtung (A) erstreckt, nach innen erstreckenden Kontaktvorsprung (62) zum Kontaktieren des Deckelrands (17) im Sperrzustand, - wenigstens einen, insbesondere vom Dichtmittel (19) separaten, Halterand (63, 64) mit wenigstens einer der Drosselklappe (16) zugewandten Fluidleitfläche (65, 66) und wenigstens einer der Drosselklappe (16) abgewandten Haltefläche (67, 68), und - ein elastisches Vorspannmittel (26) zum Aufbringen einer Vorspannkraft auf den Randabschnitt (61) des Dichtmittels (19) zum Halten des Randabschnitts (61) zwischen dem Vorspannmittel (26) und der wenigstens einen Haltefläche (67, 68).
Drosselklappenanordnung (10) nach Anspruch 1, wobei die Drosselklappenanordnung (10) ein Befestigungsmittel (21) zum Befestigen des Dichtmittels (19) aufweist, wobei das Dichtmittel (19) einen T-förmigen Querschnitt aufweist und der Randabschnitt (61) einen ersten Gegen-Halteabschnitt (69) und einen zweiten Gegen-Halteabschnitt (70) umfasst, zwischen welchen sich der Kontaktvorsprung (62) radial nach innen erstreckt, wobei das Befestigungsmittel (21) und das Kanalgehäuse (12) eine Kammer (71) bilden, die das Kanalgehäuse (12) entlang einer die Flussrichtung (A) umlaufende Umlaufrichtung (U) umläuft, wobei die Kammer (71) eine radial nach innen gerichtete Kammeröffnung (72) aufweist, wobei das Vorspannmittel (26) und der Randabschnitt (61) in der Kammer (71) angeordnet sind und sich der Kontaktvorsprung (62) durch die Kammeröffnung (72) aus der Kammer (71) heraus, insbesondere ins Innere des Kanalgehäuses (12) hinein, erstreckt, wobei das Kanalgehäuse (12) einen ersten Halterand (63) mit einer ersten Haltefläche (67) bildet, wobei das Befestigungsmittel (21) einen zweiten Halterand (64) mit einer zweiten Haltefläche (68) bildet, wobei der erste Gegen-Halteabschnitt (69) zwischen der ersten Haltefläche (67) und dem Vorspannmittel (26) eingeklemmt ist, wobei der zweite Gegen-Halteabschnitt (70) zwischen der zweiten Haltefläche (68) und dem Vorspannmittel (26) eingeklemmt ist.
Drosselklappenanordnung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das Vorspannmittel (26) in Form eines O-Rings ausgestaltet ist.
Drosselklappenanordnung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei der Kontaktvorsprung (62) in der Kammeröffnung (72) mit einem Lagerspiel positioniert ist, sodass der Kontaktvorsprung (62) bei einem Wechsel vom Freigabezustand in den Sperrzustand durch den Klappendeckel (16) in der Kammeröffnung (72) verformbar und/oder bewegbar ist, insbesondere im Wesentlichen parallel zur Flussrichtung (A).
Drosselklappenanordnung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei der Kontaktvorsprung (62) einen ersten Anschlag (73) und einen zweiten Anschlag (74) aufweist, wobei der erste Halterand (63) einen ersten Gegen-Anschlag (75) aufweist, wobei der zweite Halterand (64) einen zweiten Gegen-Anschlag (76) aufweist, wobei der erste Gegen-Anschlag (75) eingerichtet ist zum Kontaktieren des ersten Anschlags (73), so dass eine Verformungsbewegung des Kontaktvorsprungs (62) begrenzt wird und der zweite Gegen-Anschlag (76) eingerichtet ist zum Kontaktieren des zweiten Anschlags (74), so dass eine Verformungsbewegung des Kontaktvorsprungs (62) begrenzt wird, insbesondere bei einem Wechsel zwischen Freigabezustand und Sperrzustand.
Drosselklappenanordnung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das Vorspannmittel (26) eingeklemmt ist zwischen dem Randabschnitt (61) und einer Klemmfläche (77) des Befestigungsmittels (21) und/oder zwischen dem Randabschnitt (61) und der Kanalinnenseite (13).
Drosselklappenanordnung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei der Kontaktvorsprung (62) eine konvex gekrümmte Kontaktfläche zum Kontaktieren des Deckelrands (17) im Sperrzustand aufweist, wobei insbesondere der Kontaktvorsprung (62) entlang der Flussrichtung (A) betrachtet eine Stromlinienform aufweist.
Drosselklappenanordnung (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei das Befestigungsmittel (21) als Presspassteil in das Kanalgehäuse (12) eingepresst ist, wobei das Befestigungsmittel (21) insbesondere entlang der Flussrichtung (A) in das Kanalgehäuse (12) eingesetzt ist.
Drosselklappenanordnung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Drosselklappe (15) als exzentrische, insbesondere doppelt exzentrische, Drosselklappe (15) ausgestaltet ist.
Brennstoffzellensystem (11) mit einer Brennstoffzelle und mit einer Drosselklappenanordnung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche.