DE102022204544A1

DE102022204544A1 - Überdruckventil und Fluidversorgung mit einem Überdruckventil

Info

Publication number: DE102022204544A1
Application number: DE102022204544.0A
Authority: DE
Inventors: Mauro Grandi; Luca Matteucci; Cédric Louis Adrien Leger-Cartier; Mose Gado
Original assignee: Vitesco Technologies GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2022-05-10
Filing date: 2022-05-10
Publication date: 2023-11-16

Abstract

Überdruckventil (1) zur Steuerung des Drucks eines Fluids, das von einer Versorgungsleitung (2) in eine Zufuhrleitung strömt, wobei das Ventil (1) Folgendes umfasst:- ein Ventilgehäuse (3), das einen Hohlraum (9) mit einer Längsachse (L) und mit einem Fluideinlassabschnitt (7) und einem Fluidauslassabschnitt (8) umfasst,- eine Ventilnadel (10), die axial in dem Hohlraum (9) beweglich ist, wobei die Ventilnadel (10) einen Fluidstrom durch den Fluideinlassabschnitt (7) in einer Schließstellung verhindert und einen Fluidstrom durch den Fluideinlassabschnitt (7) in weiteren Stellungen gestattet,- ein Federelement (13), das zwischen der Nadel (10) und einem Gehäuseelement (6) angeordnet ist und die Nadel (10) in die Schließstellung vorspannt;wobei das Ventilgehäuse (3) ein externes Gehäuse (4) umfasst, das an einem ersten Anschlusspunkt P1 an die Versorgungsleitung (2) anschließbar ist und an einem zweiten Anschlusspunkt P2 an die Zufuhrleitung anschließbar ist,wobei das externe Gehäuse (4) zwischen dem ersten Anschlusspunkt P1 und dem zweiten Anschluss einstückig ausgebildet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Überdruckventil zur Steuerung des Drucks eines von einer Zufuhrleitung in eine Versorgungsleitung strömenden Fluids. Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf eine Fluidversorgung mit einem Überdruckventil, insbesondere auf eine Gasversorgung.
Überdruckventile werden oftmals bei einer Gasversorgung als eine Sicherheitsmaßnahme zur Steuerung oder Begrenzung des Drucks in dem System verwendet. Das Überdruckventil verhindert Fluidstrom durch das Ventil bis zu einem gewissen Druck in der Gasversorgung und lässt durch Öffnen des Ventils Gas ab, wenn der Druck in der Gasversorgung einen vorbestimmten Wert übersteigt.
Bekannte Überdruckventile liegen in der Regel in Form von eigenständigen Komponenten, die durch Hydraulikrohre mit dem Gesamtsystem verbunden sind, vor. Mehrere Hydraulikverbindungen stellen jedoch ein erhebliches Risiko für Gasleckagen dar. Des Weiteren umfasst diese Konfiguration mehrere Teile und hat somit den Nachteil, dass sie sehr kostenintensiv ist.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Überdruckventil und eine Gasversorgung mit einem Überdruckventil mit einem reduzierten Risiko für Leckagen und mit einer einfachen Konstruktion bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gemäß dem unabhängigen Anspruch gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterentwicklungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Überdruckventil zur Steuerung des Drucks eines Fluids, insbesondere eines Gases, das von einer Versorgungsleitung in eine Zufuhrleitung strömt, bereitgestellt. Das Ventil umfasst ein Ventilgehäuse, das einen Hohlraum mit einer Längsachse und mit einem Fluideinlassabschnitt und einem Fluidauslassabschnitt umfasst. Des Weiteren umfasst es eine Ventilnadel, die axial in dem Hohlraum beweglich ist, wobei die Ventilnadel einen Fluidstrom durch den Fluideinlassabschnitt in einer Schließstellung verhindert und einen Fluidstrom durch den Fluideinlassabschnitt in weiteren Stellungen gestattet. Des Weiteren umfasst das Überdruckventil ein Federelement, das zwischen der Nadel und einem Gehäuseelement angeordnet ist und die Nadel in die Schließstellung vorspannt. Das Ventilgehäuse umfasst ein externes Gehäuse, das durch einen ersten Anschluss an einem ersten Anschlusspunkt an die Versorgungsleitung anschließbar ist und durch einen zweiten Anschluss an einem zweiten Anschlusspunkt an die Zufuhrleitung anschließbar ist, wobei das externe Gehäuse zwischen dem ersten Anschlusspunkt und dem zweiten Anschlusspunkt einstückig ausgebildet ist.
Das Überdruckventil hat den Vorteil, dass sich keine Leckage zwischen dem ersten Anschlusspunkt und dem zweiten Anschlusspunkt bilden kann, da das Gehäuse einstückig ausgebildet ist. Ein einstückig ausgebildetes Gehäuse wird als ein Gehäuse definiert, das aus einem einzigen Stück ohne jegliche Verbindungen, Gewinde, Schweißnähte dazwischen ausgebildet wurde. Aufgrund des Fehlens solcher Verbindungen kann zwischen dem ersten Anschlusspunkt und dem zweiten Anschlusspunkt keine Leckage nach außen auftreten. Die Gesamtanzahl an potentiellen Leckagestellen wird reduziert, und die Montage des Ventils wird erleichtert. Das Ventil ist so ausgebildet, dass keine Gewindeverbindungen zum Anschluss des Ventils an die Versorgungs- und die Zufuhrleitung erforderlich sind.
Dort, wo das Überdruckventil an die Versorgungsleitung und die Zufuhrleitung angeschlossen wird, können ein Flansch und eine Gummidichtung zur Verhinderung von Leckage verwendet werden. Wenn es innerhalb des externen Gehäuses zu interner Leckage kommt, führt dies lediglich zu einem Wirkungsgradverlust des Ventils, jedoch nicht zu Leckage nach außen. Dies ist insbesondere bei Gasversorgungen von Vorteil, die möglicherweise gefährliche Gase, wie Wasserstoff, fördern. Wenn Wasserstoff in einer heiklen Umgebung, beispielsweise einem Fahrzeug, gefördert wird, müssen Gasleckagen verhindert werden. Das Überdruckventil hingegen wird in solch einer Umgebung einer besonderen Belastung aufgrund von Temperaturwechseln und Vibrationen ausgesetzt, was das Verhindern des Auftretens von Leckagen über einen längeren Zeitraum hinweg erschwert.
Deshalb stellt das Überdruckventil gemäß der Erfindung ein sicheres, einfaches und erschwingliches Ventil zur Verwendung bei einer Gasförderung bereit.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das externe Gehäuse einen Flansch zum Anschluss des Überdruckventils an die Versorgungsleitung. Dieser Flansch kann dazu verwendet werden, das Überdruckventil an einem Element der Versorgungsleitung zu befestigen, beispielsweise mit Befestigungsmitteln, wie z. B. Schrauben. Ferner stellt der Flansch einen Bereich bereit, in dem eine Gummidichtung dazu verwendet werden kann, Leckage zwischen der Versorgungsleitung und dem externen Gehäuse, d. h. an dem ersten Anschlusspunkt, zu verhindern.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Ventilgehäuse ferner ein oberes inneres Gehäuse und ein unteres inneres Gehäuse, die koaxial in dem externen Gehäuse angeordnet sind, wobei das untere innere Gehäuse einen unteren Teil der Nadel aufnimmt und das obere innere Gehäuse einen oberen Teil der Nadel und das Federelement aufnimmt.
Die Begriffe „obere/r/e“ und „untere/r/s“ beziehen sich nicht zwangsläufig auf eine vertikale Richtung, sondern auf die Richtung der Längsachse des Ventils. Das untere innere Gehäuse ist in dem Bereich des Fluideinlassabschnitts angeordnet, während das obere innere Gehäuse neben dem unteren inneren Gehäuse in dem Bereich des Fluidauslassabschnitts angeordnet ist.
Eine Nadelführung kann zwischen dem oberen inneren Gehäuse und dem unteren inneren Gehäuse mit einer mittigen Öffnung zum Aufnehmen und Führen der Nadel angeordnet sein.
Diese Konstruktion gestattet, dass alle Komponenten, d. h. insbesondere die Ventilnadel und die Feder, in dem externen Gehäuse angeordnet sind, während das externe Gehäuse einstückig ausgebildet ist.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das externe Gehäuse eine Umfangsnut in einem oberen Bereich zur Aufnahme eines O-Rings als einer Dichtung für den zweiten Anschluss auf. Gemäß dieser Ausführungsform kann ein O-Ring an der Außenseite des externen Gehäuses in der Nähe des Fluidauslassabschnitts angeordnet sein. Somit kann eine Fluidzufuhrleitung an das Überdruckventil an dem zweiten Anschlusspunkt angeschlossen sein, und Leckage kann durch den O-Ring verhindert werden.
Eine Gummidichtung kann zwischen dem Flansch und dem unteren inneren Gehäuse angeordnet sein. Die Gummidichtung kann interne Lecks verhindern.
Das beschriebene Überdruckventil kann vorteilhafterweise zur Steuerung des Strömens eines Gases, insbesondere von Wasserstoffgas, verwendet werden. Es kann auch dazu verwendet werden, das Strömen anderer Gase oder Flüssigkeiten, wie z. B. Flüssigerdgas, zu steuern.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Anordnung bereitgestellt, die eine Fluidversorgungsleitung und eine Fluidzufuhrleitung und das beschriebene Überdruckventil zwischen der Fluidversorgungsleitung und der Fluidzufuhrleitung angeordnet in Strömungsverbindung mit beiden umfasst, wobei das Ventil durch Befestigungselemente, die den Flansch an einem Teil der Versorgungsleitung befestigen, an der Versorgungsleitung befestigt ist.
Eine Gummidichtung kann zwischen dem Flansch und der Fluidversorgungsleitung angeordnet sein. Gleichermaßen kann eine Gummidichtung, beispielsweise ein U-Ring, zwischen einem oberen Teil des externen Gehäuses und der Fluidzufuhrleitung angeordnet sein.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf schematische Figuren beschrieben.

1 zeigt einen Längsschnitt eines Überdruckventils in einer geschlossenen Stellung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
2 zeigt das Überdruckventil gemäß 1 in einer geöffneten Stellung.

Beide Figuren zeigen ein Überdruckventil 1, das an eine Gasversorgungsleitung 2 angeschlossen ist. Das Überdruckventil 1 weist einen Fluideinlassabschnitt 7 und einen Fluidauslassabschnitt 8 auf. Der Fluideinlassabschnitt 7 ist an die Versorgungsleitung 2 angeschlossen. Der Fluidauslassabschnitt 8 kann an eine Zufuhrleitung, die in den Figuren nicht gezeigt wird, angeschlossen sein.
Das Überdruckventil 1 weist ein Ventilgehäuse 3 auf, das ein externes Gehäuse 4 umfasst, das einstückig ausgebildet ist. Das Ventilgehäuse 3 umfasst ferner ein unteres inneres Gehäuse 5 und ein oberes inneres Gehäuse 6. In dem Ventilgehäuse 3 ist ein Hohlraum 9 mit einer Längsachse L ausgebildet.
In dem Hohlraum 9 ist eine Ventilnadel 10 beweglich in Richtung der Längsachse L angeordnet. Die Ventilnadel 10 umfasst eine Nadelspitze 11 mit einer Gummidichtung 12 zur Verhinderung des Fluidstroms durch den Fluideinlassabschnitt 7 in der in 1 gezeigten Schließstellung und zum Gestatten des Fluidstroms durch den Fluideinlassabschnitt 7 in der in 2 gezeigten Öffnungsstellung.
Die Nadel 10 wird durch ein Federelement 13, das in dem Hohlraum 9 zwischen der Nadel 10 und einem Teil des oberen inneren Gehäuses 6 angeordnet ist, in die geschlossene Stellung vorgespannt. Die Kraft der Feder 13 definiert den Druck in der Versorgungsleitung 2, der zum Öffnen des Überdruckventils 1 erforderlich ist.
Eine Gummidichtung 16 ist zwischen dem Flansch 14 und einem Teil der Versorgungsleitung 2, an dem das Überdruckventil 1 befestigt ist, angeordnet. Ein O-Ring 18 ist in einer Umfangsnut 20 in der Nähe des Fluidauslassabschnitts 8 an dem Anschlusspunkt P2, an dem das Überdruckventil 1 an eine Zufuhrleitung angeschlossen sein kann, angeordnet. Der Anschluss des Ventils an die Zufuhrleitung kann durch Klemmen oder eine Steckverbindung erfolgen, wobei der O-Ring dazu dient, Leckage zwischen dem Ventil 1 und Teilen der Zufuhrleitung zu verhindern.
Zwischen dem ersten Anschlusspunkt P1 und dem zweiten Anschlusspunkt P2 kann keine Leckage nach außen an dem Überdruckventil 1 auftreten, da das externe Gehäuse 4 einstückig ausgebildet ist.
Eine Nadelführung 19 ist zwischen dem unteren inneren Gehäuse 5 und dem oberen inneren Gehäuse 6 angeordnet, die eine mittige Öffnung für die Nadel 10 zum Führen der axialen Bewegung der Nadel 10 aufweist.
2 zeigt das Überdruckventil 1 in der geöffneten Stellung, wobei der Gasstrom durch die Pfeile 21 und die gestrichelten Linien angezeigt wird und durch den Fluideinlassabschnitt 7 von der Versorgungsleitung 2 in den Hohlraum 9 eintritt und den Hohlraum 9 durch den Fluidauslassabschnitt 8 verlässt. Wenn interne Leckage auftritt, insbesondere an der Gummidichtung 12 oder der Gummidichtung 17, führt dies nicht zu Leckage nach außen, sondern reduziert lediglich den Ventilwirkungsgrad.
Bezugszeichenliste

1: Überdruckventil
2: Versorgungsleitung
3: Ventilgehäuse
4: externes Gehäuse
5: unteres inneres Gehäuse
6: oberes inneres Gehäuse
7: Fluideinlassabschnitt
8: Fluidauslassabschnitt
9: Hohlraum
10: Ventilnadel
11: Nadelspitze
12: Gummidichtung
13: Federelement
14: Flansch
15: Befestigungselement
16: Gummidichtung
17: Gummidichtung
18: O-Ring
19: Nadelführung
20: Umfangsnut
21: Pfeil
L: Längsachse
P1: erster Anschlusspunkt
P2: zweiter Anschlusspunkt

Claims

Überdruckventil (1) zur Steuerung des Drucks eines Fluids, das von einer Versorgungsleitung (2) in eine Zufuhrleitung strömt, wobei das Ventil (1) Folgendes umfasst: - ein Ventilgehäuse (3), das einen Hohlraum (9) mit einer Längsachse (L) und mit einem Fluideinlassabschnitt (7) und einem Fluidauslassabschnitt (8) umfasst, - eine Ventilnadel (10), die axial in dem Hohlraum (9) beweglich ist, wobei die Ventilnadel (10) einen Fluidstrom durch den Fluideinlassabschnitt (7) in einer Schließstellung verhindert und einen Fluidstrom durch den Fluideinlassabschnitt (7) in weiteren Stellungen gestattet, - ein Federelement (13), das zwischen der Nadel (10) und einem Gehäuseelement (6) angeordnet ist und die Nadel (10) in die Schließstellung vorspannt; wobei das Ventilgehäuse (3) ein externes Gehäuse (4) umfasst, das an einem ersten Anschlusspunkt P1 an die Versorgungsleitung (2) anschließbar ist und an einem zweiten Anschlusspunkt P2 an die Zufuhrleitung anschließbar ist, wobei das externe Gehäuse (4) zwischen dem ersten Anschlusspunkt P1 und dem zweiten Anschluss einstückig ausgebildet ist.
Überdruckventil (1) nach Anspruch 1, wobei das externe Gehäuse (4) einen Flansch (14) für den Anschluss des Überdruckventils (1) an die Versorgungsleitung (2) umfasst.
Überdruckventil (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Ventilgehäuse (3) ferner ein oberes inneres Gehäuse (6) und ein unteres inneres Gehäuse (5), die koaxial in dem externen Gehäuse (4) angeordnet sind, umfasst, wobei das untere innere Gehäuse (5) einen unteren Teil der Nadel (10) aufnimmt und das obere innere Gehäuse (6) einen oberen Teil der Nadel (10) und das Federelement (13) aufnimmt.
Überdruckventil (1) nach Anspruch 3, wobei eine Nadelführung (19) zwischen dem oberen inneren Gehäuse (6) und dem unteren inneren Gehäuse (5) mit einer zentralen Öffnung zum Aufnehmen und Führen der Nadel (10) angeordnet ist.
Überdruckventil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das externe Gehäuse (4) eine Umfangsnut (20) in einem oberen Bereich zur Aufnahme eines O-Rings (18) als eine Dichtung für den zweiten Anschlusspunkt P2 aufweist.
Überdruckventil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine Gummidichtung (17) zwischen dem Flansch (14) und dem unteren inneren Gehäuse (5) angeordnet ist.
Verwendung des Überdruckventils (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zur Steuerung des Strömens von Wasserstoffgas.
Anordnung, die eine Fluidversorgungsleitung (2) und eine Fluidzufuhrleitung und ein Überdruckventil (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 6 zwischen der Fluidversorgungsleitung (2) und der Fluidzufuhrleitung angeordnet in Strömungsverbindung mit beiden umfasst, wobei das Ventil (1) durch Befestigungselemente, die den Flansch (14) an einem Teil der Versorgungsleitung (2) befestigen, an der Versorgungsleitung (2) befestigt ist.
Anordnung nach Anspruch 8, wobei eine Gummidichtung (16) zwischen dem Flansch (14) und der Fluidversorgungsleitung (2) angeordnet ist.