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Die
Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Ventil für eine Gasflasche,
insbesondere eine Gasflasche für
ein gasbetriebenes Kraftfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1.
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Die
bekannten elektromagnetisch betätigten Ventile
oder soleonid-betätigten
Ventile dienen der Steuerung der Strömung komprimierter Gase in
die Gasflasche hinein oder aus der Gasflasche hinaus. Gasflaschen
für gasbetriebene
Fahrzeuge enthalten das Verbrennungsgas bei einem Überdruck,
beispielsweise zwischen 2 und 260 bar. Die genannten elektromagnetischen
Ventile ermöglichen
einen bidirektionalen Gasstrom einerseits beim Betanken in die Gasflasche
hinein und andererseits im Fahrbetrieb des Motors aus der Gasflasche
hinaus zu dem Motor hin. Im Fahrbetrieb strömt das Gas von dem Innenraum
der Gasflasche mit hohem Druck durch einen Anschlußkanal in
die Zuführleitung
zum Druckminderer, in dem der Druck auf den erforderlichen Einblasdruck
des Motors reduziert wird, z.B. 2-8 bar. Im Tankbetrieb strömt das Gas
in entgegengesetzte Richtung von einer Betankungsanlage über den
gleichen Anschlußkanal
in die Gasflasche hinein. Der Betankungskanal der Betankungsanlage
weist während
des Betankungsvorgangs einen hohen Innendruck z.B. 200-260 bar auf.
Die leere Gasflasche hat einen niedrigeren Innendruck, bis sie vollständig mit Gas
befüllt
ist und den Druck der Betankungsanlage erreicht.
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Neben
ihrer Funktion der zuverlässigen
Regelung der Gasströmung
in den beiden unterschiedlichen Betriebssituationen müssen derartige
elektromagnetische Ventile hohe Sicherheitsanforderungen erfüllen. Aus
diesem Grund wurde in den genannten US-Patenten vorgeschlagen, den
Hohlraum zur Aufnahme des Absperrkolbens und der elektromagnetischen
Steuerelemente des Ventils innerhalb des Gewindeabschnittes und/oder
des in die Gasflasche hineinragenden Abschnittes des Ventilkörpers anzuordnen.
Der Ventilkörper
besteht aus einem relativ weichen Material, beispielsweise Messing,
wogegen die Gasflasche aus sehr hartem Material, üblicherweise
Stahl oder Kompositwerkstoff, besteht. Durch das Verlagern des Absperrkolbens
und der Steuerelemente in Abschnitte des Ventilkörpers, die sich innerhalb der
harten Wandung der Gasflasche befinden, wird die Sicherheit des
Ventils im Crash-Fall, d.h.
bei starken Schlägen
auf das Ventil aufgrund eines Unfalls, stark erhöht im Vergleich zu Ventilen
mit außerhalb
der Flasche liegenden funktionalen Elementen. Zur Demontage der
Ventile für
Wartungs- oder Reinigungszwecke muß zunächst der Ventilkörper aus
der Gasflasche herausgeschraubt werden, damit die funktionalen Elemente
des Ventils, nämlich der
Absperrkolben und die Steuerelemente, von der in der Gasflasche
liegenden Rückseite
des Ventilkörpers
aus zugänglich
sind.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, die Demontage und Montage eines gattungsgemäßen Ventils
zu erleichtern.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
daß eine
Mündung
des Hohlraums an dem außerhalb
der Gasflasche liegenden Kopfende des Ventilkörpers angeordnet ist und der
Absperrkolben und die elektromagnetischen Steuerelemente durch die
Mündung
in den Hohlraum einfügbar
sind.
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Durch
das Öffnen
des Hohlraums für
den Absperrkolben und die elektromagnetischen Steuerelemente zur
Vorderseite, d.h. zur außen
liegenden Seite des Ventilkörpers
hin, wird deren Demontage und Montage bei in der Gasflasche eingeschraubtem Ventilkörper ermöglicht.
Dies erleichtert wesentlich die Wartungs- und Reinigungsarbeiten
an derartigen Ventilen. Es ist nicht erforderlich, den Ventilkörper aus
der Gasflasche zu entfernen, um die funktionalen Elemente des Ventils
auszubauen. Hierdurch können die
Zeiten, die für
die Wartung und Reinigung erforderlich sind, stark reduziert werden.
Da bei Wartungsarbeiten der Ventilkörper nicht von der Gasflasche
entfernt wird, braucht anschließend
die Verbindung zwischen Ventil und Gasflasche nicht auf Dichtheit
geprüft
zu werden.
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Im
Bereich der Mündung
des Hohlraums kann in der Praxis ein Außengewinde angeordnet sein,
in das ein Schraubdeckel einschraubbar ist. Der Schraub deckel dichtet
den Hohlraum gegen die Umgebung ab und vermeidet das Eindringen
von Schmutz und Feuchtigkeit in den Hohlraum und die darin aufgenommenen
funktionalen Elemente des elektromagnetischen Ventils.
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In
der Praxis kann der Hohlraum am unteren Ende ein Innengewinde aufweisen,
in welches ein Außengewinde
einer Hülse
des Ventils einschraubbar ist. Innerhalb der Hülse ist der Absperrkolben mit weiteren
funktionalen Elementen des Ventils sowie die von außen elektromagnetisch
verstellbaren Anker und weitere Steuerelemente des elektromagnetischen
Ventils angeordnet. Der obere Abschnitt der Hülse ist zylindermantelförmig ausgebildet.
Nach der Montage der Hülse
wird eine Spule auf einen zylindermantelförmigen Abschnitt der Hülse innerhalb
des Hohlraums aufgeschoben. Die Spule betätigt die elektromagnetischen
Steuerelemente, d.h. die Anker. Der Schraubdeckel schützt die
eingeschraubte Hülse und
die Spule vor Feuchtigkeit und Verschmutzen.
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Elektromagnetische
Ventile, z.B. nach ECE R110, weisen in der Praxis weitere Elemente
auf. Derartige Elemente sind beispielsweise ein manuelles Absperrventil,
mit dem der Gasfluß durch
das elektromagnetische Ventil unabhängig von dessen Steuerungszustand
unterbrochen werden kann. Ferner sind Anschlußstutzen vorgesehen, welche
ein Rückschlagventil
aufweisen, wenn diese zum Anschluß an die Betankungsanlage vorgesehen
sind. Ein derartiges Rückschlagventil
verhindert den Rückfluß des Gases
aus den Gasflaschen durch den Anschluß für die Betankungsanlage im Crash-Fall
und nach dem Abziehen der Tankarmatur. Ein weiterer Anschlußstutzen
ohne Rückschlagventil
kann zur Verbindung der Gasflasche mit dem Motor oder mit weiteren
Gasflaschen an dem Fahrzeug vorgesehen sein.
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Besondere
Bedeutung haben Sicherungselemente an dem Ventil. Zum einen sollte
eine Überdrucksicherung
mit einer Berstscheibe vorgesehen sein. Eine derartige Überdrucksicherung
ermöglicht das
Ausströmen
des Gases in einem Fall, wenn der Innendruck der Gasflasche einen
kritischen Wert erreicht hat. Beispielsweise kann sich das Gas in
einer Gasflasche im Falle eines Feuers so weit erhitzen, daß die Flasche
zu explodieren droht. In einem solchen Fall ist es vorzuziehen,
das Gas kontrolliert abzulassen, um eine Explosion zu vermeiden.
Weiter können
thermische Sicherungselemente vorgesehen sein.
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Derartige
Sicherungselemente umfassen in der Regel fluidgefüllte Glaskörper. Die
Glaskörper zerplatzen,
wenn die Temperatur der Flüssigkeit
in dem Glaskörper
einen kritischen Wert übersteigt.
Ein derartiges Sicherungselement vermeidet ein Explodieren der Gasflasche
im Falle der Erweichung ihrer Außenhaut aufgrund großer Hitze.
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Bei
einer praktischen Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Ventils
weist der Ventilkörper mindestens
einen Aufnahmeraum für
ein weiteres Element auf, welches eines der oben beschriebenen Elemente
sein kann. Der Aufnahmeraum weist eine Öffnung außerhalb der Gasflasche auf,
durch welche das weitere Element einfügbar ist. Hierdurch wird ermöglicht,
daß das
genannte weitere Element wie das Ventil selbst bei in die Gasflasche
eingeschraubtem Ventilkörper
eingebaut und ausgebaut und somit gewartet und gereinigt werden
kann.
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Um
zu ermöglichen,
daß durch
den Hohlraum in dem Ventilkörper,
in dem der Absperrkolben und die Steuerungselemente angeordnet sind,
Gas aus dem Flascheninneren ausströmt oder dorthin einströmt, weist
der Ventilkörper
vorzugsweise mindestens einen Strömungskanal auf, der den Hohlraum
mit mindestens einer Anschlußöffnung außerhalb
der Gasflasche verbindet. An der Anschlußöffnung werden vorzugsweise
Kupplungsstücke
angeordnet, die mit einer Abströmleitung
und/oder Zuströmleitung
verbindbar sind. Insbesondere für
den Anschluß einer
Zuströmleitung
von einer Tankanlage kann das Kupplungsstück mit einem Rückschlagventil
versehen sein. Da die Anschlußöffnungen
ebenfalls außerhalb
der Gasflasche liegen, sind derartige Kupplungsstücke auch
bei fest in der Gasflasche montiertem Ventilkörper lösbar und montierbar.
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Ferner
kann der Ventilkörper
in der Praxis mindestens einen Strömungskanal umfassen, der den
Hohlraum mit einer Mündung
in den Innenraum der Gasflasche verbindet. Zusätzlich kann der Ventilkörper mindestens
einen Strömungskanal
umfassen, der den mindestens einen Aufnahmeraum mit einer Mündung in
den Innenraum verbindet. Dies ist beispielsweise erforderlich, wenn
in dem Aufnahmeraum ein Sicherungselement angeordnet ist, das die kontrollierte
Abströmung
des Gases aus dem Innenraum bewirken soll.
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An
der Mündung
in den Innenraum der Gasflasche kann in der Praxis ein Durchflußbegrenzer angeordnet
werden. Der Durchflußbegrenzer
hat einen gegen eine Federkraft verschiebbaren Verschlußkörper. Bei
einer untypisch hohen Druckdifferenz zwischen der Vorderseite und
der Rückseite
dieses Verschlußkörpers wird
die Ausströmgeschwindigkeit
aus der Gasflasche so weit reduziert, daß beispielsweise gefährliche
Flammenbildung außerhalb der
Gasflasche vermieden oder vermindert wird. In einer Ausführungsform
können
alle zum Innenraum der Gasflasche führenden Strömungskanäle mit der gleichen Mündung verbunden
sein. Der Durchflußbegrenzer
wirkt in diesem Fall gleichermaßen
zur Begrenzung des Durchflusses im Falle der Beschädigung einer
Zuführleitung
des Gases zum Motor. Falls beim Auslösen der Sicherungselemente
ein ungehindertes Abfließen
der Flaschenfüllung
gewünscht
ist, können
die Sicherungselemente auch über
separate Kanäle
ohne Durchflußbegrenzer
mit dem Innenraum der Gasflasche verbunden sein.
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An
der Mündung
in den Innenraum der Gasflasche kann ebenfalls ein Filter angeordnet
sein. Vorzugsweise werden an der Mündung sowohl ein Filter als
auch ein Durchflußbegrenzer
angeordnet. Zwar wird davon ausgegangen, daß in eine Gasflasche einströmendes Gas
und hieraus ausströmendes
Gas frei von Verunreinigungen ist. Erfahrungen aus dem Dauerbetrieb
zeigen jedoch, daß Verunreinigungspartikel
sowie Korrosionspartikel Verunreinigungen zur Folge haben können. Derartige
Verunreinigungen können
durch den genannten Filter aus dem Gasstrom entfernt werden.
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Bei
einer praktischen Ausführungsform
ist das außerhalb
der Gasflasche liegende Kopfende des Ventilkörpers durch eine harte Schutzplatte
abgedeckt. Die Schutzplatte kann aus dem gleichen Material bestehen
wie die Gasflasche. Dies ist üblicherweise
Stahl. Auf diese Weise schützt
die Schutzplatte den Ventilkörper
in Bereichen, in denen er nicht von dem Mantel oder von dem Gewindeabschnitt
der Gasflasche umgeben ist.
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In
der Praxis kann das Kopfende des Ventilkörpers gerundete Kanten aufweisen.
Im Bereich der Rundung der Kanten entsteht ein kleiner Abstand zwischen
dem Kopfende des Ventilkörpers
und der Schutzplatte. Dadurch wird der Schutzplatte im Falle eines
Schlages auf ihren Rand ein Einfedern ermöglicht. Ferner kann die Schutzplatte
im Bereich von Anschlüssen
des Ventilkörpers
Stützrippen
aufweisen, die gegen das Kopfende des Ventilkörpers anliegen. Dies erhöht die schützende Wirkung
der Schutzplatte für
die aus dem Ventilkörper
herausragenden Anschlüsse.
Auch kann im Bereich mindestens eines Anschlusses eine Aussparung
in der Schutzplatte angeordnet sein, um die Zugänglichkeit z.B. mit einem Schraubwerkzeug
zu verbessern. Insbesondere im Fall der Stützrippen weisen die Schutzplattenbereiche
seitlich der Aussparung eine ausreichende Festigkeit auf, um den
Anschluß vor
Schlägen
zu schützen.
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Zwischen
der Schutzplatte und dem Kopfende des Ventilkörpers kann eine elastische
Schicht angeordnet werden. Die elastische Schicht besteht in der
Praxis beispielsweise aus einem thermoplatischen Kunststoff, insbesondere
einem gummiartigen Material. Die elastische Schicht schützt zum
einen das Kopfende des Ventilkörpers
gegen Verschmutzung und Feuchtigkeit und bewirkt zum anderen eine Dämpfung zwischen
der Schutzplatte und dem Kopfende. Die Dämpfung verringert die Wirkung
von Schlägen
gegen den Ventilkörper.
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In
der Praxis kann das Kopfende des Ventilkörpers als Mehrkant, insbesondere
Vierkant oder Sechskant, ausgebildet sein. Dies ermöglicht das
Ansetzen eines Schraubwerkzeugs zum Einschrauben des Ventilkörpers in
das Innengewinde der Gasflasche.
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Wenn
die Gasflasche an einem Kraftfahrzeug mit Fahrgastzelle angebracht
wird, sollten die Ausströmöffnungen
der Sicherungselemente möglichst
an der von der Fahrgastzelle abgewandten Seite des Ventilkörpers angeordnet
sein. Hierdurch wird vermieden, daß in einem Notfall, bei dem
ein Ausströmen über eines
der Sicherungselemente ausgelöst
wird, das entzündliche
Gas unmittelbar zur Fahrgastzelle hin strömt.
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Die
Erfindung betrifft ferner ein elektromagnetisches Ventil für eine Gasflasche,
insbesondere eine Gasflasche für
einen gasbetriebenen Kraftfahrzeugmotor mit den Merkmale des Oberbegriffs
des Anspruchs 19.
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Ein
derartiges Ventil ist beispielsweise aus der europäischen Patentanmeldung
EP 1 327 809 A1 bekannt.
Hier wird der Absperrkolben über
eine Schließfeder,
welche sich gegen den Ventilkörper
abstützt,
mit seiner Hauptdichtung gegen den Hauptdichtungssitz gedrückt. Beim Öffnen der
Vorsteuerdichtung durch die elektromagnetischen Steuerelemente wird
eine Strömung
durch den Druckabbaukanal in dem Absperrkolben hindurch ermöglicht.
Die unten liegende vordere Mündung
des Druckabbaukanals ist in dem Fahrbetrieb mit der Niederdruckseite,
d.h. mit den Zuführleitungen
zum Motor, verbunden. Auf der Rückseite
des Absperrkolbens herrscht ein hoher Druck, der durch eine Verbindung
mit dem Ringraum resultiert, der mit dem Hochdruckbereich in der
Gasflasche verbunden ist. Beim Öffnen
des Druckabbaukanals fällt
der hohe Druck schlagartig ab. Der Volumenstrom durch die Verbindung
des Ringraums mit der Rückseite
des Kolbens ist kleiner als der Volumenstrom, der durch den Vorsteuersitz
abfließen
kann.
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Beim Öffnen des
Druckentlastungskanals ergibt sich aufgrund der Druckdifferenz zwischen
dem Hochdruck in dem Ringraum und dem an der Rückseite des Kolbens entstehenden
Niederdruck, der im wesentlichen dem Druck der Abströmung durch
den Anschlußkanal
entspricht, eine Kraft zum Öffnen
des Absperrkolbens, welche diesen bei dem genannten Stand der Technik
entgegen der Kraft der Schließfeder
von dem Hauptdichtungssitz wegdrückt.
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Beim
Betanken entsteht dagegen der größte Druck
im Bereich des Anschlußkanals,
der mit der Betankungsanlage verbunden wird. Beim Betanken öffnet dieser
Druck in der Regel ohne elektromagnetische Betätigung der Vorsteuerorgane
den Absperrkolben und füllt
die Flasche, bis der Innendruck in der Flasche dem Druck der Betankungsanlage
entspricht. Hierbei wurden Instabilitäten aufgrund der Schließfeder zwischen
Absperrkolben und Ventilkörper
beobachtet. In bestimmten Betankungssituationen reicht die Druckdifferenz
nicht aus, um die Kraft der Schließfeder zu überwinden. In diesem Fall drückt die
Schließfeder
den Kolben in den Hauptdichtungssitz und versperrt die Gasströmung. Durch
dynamische Strömungseffekte
wächst
anschließend der
Druck im mittleren Bereich bis auf den Druck der Tankanlage an.
Wenn dieser Druck einen gewissen Grenzwert überschreitet, öffnet der
Absperrkolben wieder. Diese periodischen Vorgänge können zu unangenehmen Geräuschentwicklungen
führen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein elektromagnetisches Ventil der genannten
Art zu schaffen, das die beschriebenen Instabilitäten reduziert
oder beseitigt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs
19 dadurch gelöst,
daß der
Absperrkolben im wesentlichen frei verschiebbar in dem Ventilkörper angeordnet
ist und allein die Vorspannfeder für die Vorsteuerdichtung eine
den Absperrkolben gegen den Hauptdichtungssitz drückende Vorspannkraft
entwickelt.
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Die
Vorspannkraft der Vorspannfeder für die Vorsteuerdichtung ist
bedeutend kleiner als die Kraft der aus dem Stand der Technik bekannten
Schließfeder.
Das sichere Öffnen
und Schließen
des Absperrkolbens wird im wesentlichen durch strömungsdynamische
Effekte erzielt.
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Vorzugsweise
mündet
der Druckabbaukanal über
kleine Strömungskanäle an der
Vorderseite des Absperrkolbens nahe dem Hauptdichtungssitz. In diesem
Bereich entsteht bei geöffnetem
Absperrkolben der kleinste Strömungsquerschnitt
und somit die größte Strömungsgeschwindigkeit.
Da die Strömungsgeschwindigkeit
von diesem Bereich zum Anschlußkanal
hin wieder abnimmt, der einen größeren Querschnitt
aufweist, ist in dem genannten Bereich mit größter Strömungsgeschwindigkeit der statische Druck
am geringsten. Durch diese strömungsdynamische
Erhöhung
des Unterdrucks an der Mündung des
Druckabbaukanals wird die Druckdifferenz zwischen der Vorderseite
des Absperrkolbens und seiner Rückseite
erhöht
und ein sicheres Öffnen
bewirkt, wenn die Vorsteuerdichtung den Druckabbaukanal freigibt.
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Ein
Rückschlagventil,
welches insbesondere an dem Betankungsanschluß der zuvor beschriebenen elektromagnetischen
Ventile angeordnet werden kann, ist vorzugsweise ebenfalls magnetisch
ausgebildet. Es umfaßt
einen Sperrkörper
und einen Sitz für
den Sperrkörper,
wobei Sperrkörper
und Sitz zusammen zwei einander magnetisch anziehende Teile bilden.
Mindestens eines dieser Teile entwickelt permanentmagnetische oder
elektromagnetische Anziehungskräfte.
Das andere Teil besteht entweder aus einem magnetisch angezogenen
Eisenwerkstoff oder ebenfalls aus einem permanentmagnetischen Werkstoff,
so daß es
gegen das erstgenannte Teil gezogen wird. Eine derartige Ausbildung
des Rückschlagventils
vermeidet den Einsatz mechani scher Elemente wie Rückstellfedern,
die einem Verschleiß oder
Geräusch- und Vibrationsbildung
unterliegen können.
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Schließlich bezieht
sich die Erfindung auf eine thermische Sicherungsanordnung, die
vorzugsweise bei einem elektromagnetischen Ventil der beschriebenen
Art eingesetzt wird. Die thermische Sicherungsanordnung umfaßt einen
Schließkolben, der
von einem fluidgefüllten
Glaskörper
gegen einen Dichtsitz gedrückt
wird. Derartige thermische Sicherungsanordnungen sind bekannt. Erfindungsgemäß umfaßt die Sicherungsanordnung
weiter eine Vorspannfeder, die den Schließkolben zum Glaskörper hin
vom Dichtsitz wegdrückt.
Mit anderen Worten erzeugt die Vorspannfeder eine Kraft in Öffnungsrichtung
des Schließkolbens.
Bei einer Zerstörung
des Glaskörpers
durch Überhitzen
ist somit sichergestellt, daß der
Schließkörper aufgrund
der Kraft der Vorspannfeder öffnet.
Bisher bekannte Sicherungsanordnungen verfügten nicht über Vorspannfedern und öffneten
nur bei einem erheblichen Überdruck, der
auf den Schließkolben
wirkte.
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Ausführungsformen
der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben. Die Zeichnungen zeigen in:
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1 eine
Seitenansicht eines oberen Flaschenabschnitts mit eingeschraubtem
elektromagnetischem Ventil,
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2 eine
Vorderansicht der Anordnung aus 1,
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3 eine
Draufsicht der Anordnung aus 1,
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4 eine
entlang der Schnittlinie A-A in 3 geschnittene
Darstellung der Anordnung,
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5 eine
entlang der Schnittlinie B-B aus 4 geschnittene
Darstellung,
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6 eine
entlang der Schnittlinie C-C in 5 geschnittene
Darstellung des elektromagnetischen Ventils,
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7 eine
entlang der Schnittlinie D-D in 5 geschnittene
Darstellung der thermischen Sicherungsanordnung,
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8 eine
entlang der Schnittlinie E-E in 5 geschnittene
Darstellung eines manuellen Absperrventils,
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9 eine
entlang der Schnittlinie F-F in 5 geschnittene
Darstellung eines Überdruck-Sicherungselements
mit Berstscheibe,
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10 einen
Ausschnitt aus dem Ventilkörper
mit daran angeordnetem Absperrkolben und elektromagnetischen Steuerelementen
in geschnittener Darstellung,
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11 eine
verkleinerte Darstellung der zusammengesetzten Teile des elektromagnetischen Ventils
aus 10 in Seitenansicht,
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12 eine
vergrößerte Darstellung
der Einzelteile des thermischen Sicherungselements aus 7,
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13 eine
schaubildliche Darstellung der Einzelteile des thermischen Sicherungselements
aus 12,
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14 eine
geschnittene Darstellung eines Durchflußbegrenzers und
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15 die
Seitenansicht des Durchflußbegrenzers
aus 14,
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16 eine
Seitenansicht eines Kupplungsstücks
mit Rückschlagventil,
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17 eine
geschnittene Darstellung eines Kupplungsstücks mit Rückschlagventil und
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18 die
schaubildliche Darstellung des Kupplungsstücks aus den 16 und 17.
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Die 1 bis 4 zeigen
den oberen Abschnitt einer Gasflasche 1, in deren Flaschenhals
ein Innengewinde 2 zur Aufnahme eines Außengewindes 3 an
einem Ventilkörper 4 (siehe 3)
angeordnet ist. Das außerhalb
der Gasflasche 1 liegende Kopfende 5 des Ventilkörpers 4 ist
in den 1, 2 und 4 zu erkennen.
Es ist mit einer Schutzplatte 6 aus Stahl abgedeckt. Der
Ventilkörper 4 selbst
besteht im vorliegenden Fall aus Messing. Die Schutzplatte 6 ist
mit Befestigungsschrauben 63 (3) an dem
Ventilkörper 4 befestigt.
Zwischen der Schutzplatte 6 und dem Kopfende 5 des
Ventilkörpers 4 befindet
sich eine elastische Schicht 7 aus Kunststoff. Die elastische
Schicht 7 dämpft
Schläge auf
die Schutzplatte 6 und dichtet das Kopfende 5 des
Ventilkörpers 4 gegen
Feuchtigkeit ab.
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Wie
insbesondere in den 4 und 5 zu erkennen,
befinden sich alle Öffnungen
für Aufnahmeräume und
die Mündung
des Hohlraums 15 für den
Absperrkolben und die elektromagnetischen Steuerelemente des Ventils
im Bereich des Kopfendes 5 des Ventilkörpers 4. So ist das
Kupplungsstück 8 ohne
Rückschlagventil
in einen mit einem Innengewinde 9 versehenen Aufnahmeraum 9 am
Kopfende 5 des Ventilkörpers 4 eingeschraubt.
Das Kupplungsstück 8 ohne
Rückschlagventil
dient dem Anschluß an
den Motor oder an eine weitere Gasflasche 1. Das Kupplungsstück 10 in
dem gegenüherliegenden
Aufnahmeraum 11 weist ein Rückschlagventil auf und dient
dem Anschluß an
eine Tankanlage. Im Bereich der Kupplungsstücke 8,10 befinden
sich Öffnungen von
Strömungskanälen 12,13,14,
die mit dem Hohlraum 15 zur Aufnahme der elektromagnetischen Steuerelemente 25,28,29 und
des Absperrkolbens 31 verbunden sind. Ein weiterer Strömungskanal 16 verbindet
das elektromagnetische Ventil über
einen Durchflußbegrenzer 17 mit
dem Innenraum der Gasflasche 1. Ein manuell betätigbares
Absperrventil 18 ist in dem Strömungskanal 16 zum
Durchflußbegrenzer 17 innerhalb
der Gasflasche 1 angeordnet. Durch ein geeignetes Drehwerkzeug
kann dieses manuelle Absperrventil 18 verschlossen werden,
so daß der Gasfluß zu dem
Hohlraum 15 unterbrochen wird. Weitere Strömungskanäle 19 führen aus
dem Inneren der Gasflasche 1 zu einem Überdrucksicherungselement in
Form einer Berstscheibe 20, die bei einem überhöhten Druck
innerhalb der Gasflasche 1 zerbricht. Ebenfalls führt ein
Strömungskanal 21 aus dem
Inneren der Gasflasche 1 zur thermischen Sicherung 22.
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Die
Funktionsweise des elektromagnetischen Ventils wird insbesondere
aus der 10 ersichtlich. In den Hohlraum 15 innerhalb
des Ventilkörpers 4 sind
die funktionalen Elemente des Ventils eingefügt. Der Hohlraum 15 ist
durch einen Schraubdeckel 23 verschlossen, der in ein Innengewinde
am oberen Ende des Hohlraums 15 eingeschraubt und über einen
Dichtring 24 abgedichtet ist. In dem Hohlraum 15 ist
die Spule 25 zur Betätigung
des elektrischen Ventils eingefügt.
Die Spule 25 ist durch ein Anschlußkabel 26 an einer
nicht dargestellte Stromquelle angeschlossen. Innerhalb der Spule 25 verläuft eine
Hülse 27,
deren unterer Fußabschnitt 28 mit
dem unteren Abschnitt des Hohlraums 15 verschraubt ist.
Der obere Abschnitt der Hülse 27 ist
zylindermantelförmig
und umgibt zwei Anker 28,29.
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Der
erste Anker 28 ist über
ein Distanzstück 30 gegenüber einem
Absperrkolben 31 abgestützt, der
innerhalb der Hülse 27 verschiebbar
angeordnet ist. Am oberen Ende befindet sich in der Mitte des Absperrkolbens 31 ein
Druckabbaukanal 32, dessen obere Öffnung eine Vorsteueröffnung bildet.
Gegen die Vorsteueröffnung
liegt eine Vorsteuerdichtung 33 an, die von einem Stößel 34 mittels
einer Feder 35, die sich gegen die obere Deckwandung 36 der
Hülse 27 abstützt, gegen
die Vorsteueröffnung
gedrückt wird.
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Der
in 10 gezeigte Schließzustand des Ventils herrscht
bei nicht angelegtem Strom in der Spule. Wird die Spule mit Strom
beaufschlagt, so wird der Anker 29 angehoben und nimmt
dabei die Vorsteuerdichtung 33 mit. Hierdurch wird die
Strömung
durch den Druckabbaukanal 32 freigegeben und die Öffnungsbewegung
des Sperrkolbens 31 für die
kontrollierte Gasentnahme während
des Fahrbetriebs ermöglicht.
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Der
Ringraum 37, der teilweise von der äußeren Ringfläche des
Absperrkolbens 31 und teilweise vom unteren Abschnitt der
Hülse 27 begrenzt
ist, ist mit dem Inneren der Gasflasche 1 verbunden. Ferner
sorgen Spalte und Bohrungen in der Ventilanordnung für eine Verbindung
des Ringraums 37 mit dem oberhalb und auf der Rückseite
des Absperrkolbens 31 liegenden Raum innerhalb der Hülse 27.
Der Anschlußkanal 38 vor
dem mittleren Bereich des Kolbens 31 ist über Strömungskanäle mit dem
Motor verbunden und weist einen relativ niedrigen Druck auf.
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Um
die Verbindung zwischen dem Ringraum 37 und dem Anschlußkanal 38 zu öffnen, muß der Kolben 31 angehoben
werden. Dadurch wird eine Hauptdichtung 39 an dem Kolben 31 von
einem Hauptdichtungssitz 40 im Ventilkörper 4 fortbewegt und
ein Strömungsquerschnitt
zwischen Hauptdichtung 39 und Hauptdichtungssitz 40 eröffnet. Die Hauptdichtung 39 ist über einen
mit dem Kolben 31 verschraubten Dichtungshalter 41 an
dem Kolben 31 befestigt. Der Dichtungshalter 41 wird
von dem unteren Abschnitt des Druckentlastungskanals 32 durchragt.
Nach außen
mündet
der Druckentlastungskanal 32 am Umfang des Kopfes des Dichtungshalters 41 über zwei
Strömungskanäle 42 mit
kleinem Querschnitt. Es ist zu erkennen, daß die Strömungskanäle 42 mit kleinem
Querschnitt bei geöffnetem
Absperrkolben 31 nahe dem kleinsten Querschnitt zwischen dem
Ringrum 37 und dem Anschlußkanal 38 liegen. In
diesem Bereich ist die Strömungsgeschwindigkeit am
höchsten
und folglich der statische Druck am niedrigsten. Bei geschlossenem
Absperrkolben 31 herrscht in dem Anschlußkanal 38 der
niedrige Druck der Zuführleitung
zum Motor. Auf der Rückseite
des Absperrkolbens 31, d.h. der zu den Ankern 28,29 hin gerichteten
Seite des Absperrkolbens 31, baut sich über die erwähnten Spalte der hohe Druck
in der Gasflasche 1 und in dem Ringspalt 37 auf.
Die Druckdifferenz zwischen diesem hohen Druck und dem niedrigen
Druck in dem Anschlußkanal 38 führt dazu, daß der Absperrkolben 31 in
seine dargestellte Schließstellung
gedrückt
wird.
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Beim Öffnen des
Druckabbaukanals 32 durch Anheben der Vorsteuerdichtung 33 mittels
des beweglichen Ankers 29 strömt der hohe Druck von der Rückseite
des Absperrkolbens 31 durch den Druckabbaukanal 32 in
den Anschlußkanal 38.
Durch die engen Spalte und Bohrungen kann aus dem Ringraum 37 nur
langsam Gas auf die Rückseite
des Absperrkolbens 31 strömen, so daß der Druck hier bei geöffnetem
Druckabbaukanal im wesentlichen dem niedrigen Druck in dem Strömungsquerschnitt
zwischen Hauptdichtung 39 und Hauptdichtungssitz 40 entspricht.
Der Überdruck
in dem Ringraum 37, der mit dem Innenraum der Gasflasche 1 kommuniziert, drückt den
Absperrkolben 31 in seine obere Öffnungsstellung. Dabei wird
der erwähnte
Strömungsquerschnitt
zwischen der Hauptdichtung 39 und dem Hauptdichtungssitz 40 freigegeben.
Durch die Strömungsgeschwindigkeit
und -umlenkung wird, wie erwähnt,
der Druck im Bereich der Mündungen
der Ausströmkanäle 42 zusätzlich reduziert,
so daß der Druck
auf der Rückseite
des Absperrkolbens 31 weiter abfällt. Der Absperrkolben 31 verharrt
somit bei geöffnetem
Druckabbaukanal 32 in seiner Öffnungsstellung.
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Zum
Schließen
braucht lediglich die Vorsteuerdichtung 33 durch Entregen
der Spule 25 wieder mittels der Vorspannfeder 35 gegen
die Mündung des
Druckabbaukanals 32 gedrückt werden. Der Durchfluß von Gas
von der Rückseite
des Absperrkolbens 31 zu dessen Vorderseite wird unterbrochen, und
es kann sich auf der Rückseite
des Kolbens 31 über
die erwähnten
Spalte der große
Druck aus dem Ringraum 37 und dem Innenraum der Gasflasche 1 aufbauen.
Die Druckdifferenz gegenüber
dem niedrigen Druck im Anschlußkanal 38 treibt
den Kolben 31 in seine Schließstellung.
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Es
sind weitere Dichtungen 43 bis 45 vorgesehen,
um unkontrollierte Gasströmungen
zu vermeiden. In dem Druckabbaukanal 32 ist ein Filter 46 vorgesehen,
der ein Verschmutzen der elektromagnetischen Steuerelemente auf
der Rückseite
des Absperrkolbens 31 verhindert.
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Beim
Betanken wird die Anordnung in umgekehrter Richtung durchströmt. Dabei
ist die Spule 25 in der Regel entregt, d.h. es liegt kein
Strom an, und der Absperrkolben 31 in seiner Schließstellung.
Innerhalb der Gasflasche 1 herrscht nur noch ein geringer Überdruck.
Von außen
wird ein Tankanschluß angebracht,
der dem Anschlußkanal 38 Gas
mit hohem Druck zuführt.
Der hohe Überdruck
dieses Gases schiebt den Absperrkolben 31 in seine Offenstellung. Anders
als im Stand der Technik wirkt – mit
Ausnahme der kleinen Federkraft der Feder 35 zum Schließen der
Vorsteuerdichtung 33 – keine
mechanische Schließkraft
auf den Absperrkolben 31. Dieser wird somit schon bei geringem Überdruck
innerhalb des Anschlußkanals 38 in
seine Offenstellung gedrückt. In
diesem Moment kann Gas aus der Betankungsanlage über den Anschlußkanal 38 durch
den Ringraum 37 in die Gasflasche strömen. Da keine erhebliche mechanische
Schließkraft
dem Öffnen
des Absperrkolbens 31 entgegenwirkt, werden instabile Zustände, in
denen eine derartige Schließkraft
während
des Betankens den Absperrkolben in die Schließstellung bewegt, vermieden.
Die Drosselwirkung am Ausströmkanal 42 bewirkt
eine hohe Druckdifferenz zwischen dem Anschlußkanal 38 und dem
Raum oberhalb der Dichtung 44.
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Die 11 zeigt
eine Seitenansicht des Schraubdeckels 23 mit Dichtring 24,
Spule 25 sowie dem unteren Abschnitt der Hülse 27 mit
weiterem Dichtring 43 und Außengewinde 47.
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Die 12 und 13 zeigen
die Einzelteile der thermischen Sicherung 22. Diese besteht
aus einem Verschlußdeckel 48,
der in ein Gewinde in einem Aufnahmeraum 49 des Ventilkörpers 4 (siehe 7)
eingeschraubt wird. Der Verschlußdeckel 48 drückt gegen
einen Glaskörper 50.
Der Glaskörper 50 hält einen
Schließkolben 51 in
einer Schließstellung,
insbesondere wenn das Gas durch den Vorsteuersitz in den Raum oberhalb
des Absperrkolbens gelangt. Wie in 7 erkennbar,
befindet sich in der Schließstellung
der untere Abschnitt des Schließkolbens 51 in
dem Strömungskanal 20 und
dichtet diesen über
den Dichtring 62 (12) ab.
Eine Vorspannfeder 52 erzeugt eine Kraft, die den Schließkolben 51 zum
Glaskörper 50 hin
bewegt.
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Der
Glaskörper 50 ist
mit einer Flüssigkeit gefüllt und
platzt bei Überhitzung.
In diesem Moment drückt
die Vorspannfeder 52 den Schließkolben 51 aus seinem
Sitz und öffnet
den Strömungskanal 21 (siehe 7),
so daß das
Gas aus der Gasflasche 1 entweichen kann. Aufgrund der
Vorspannfeder 52 erfolgt dieses Öffnen sehr viel sicherer als
bei Vorrichtungen gemäß dem Stand
der Technik, bei denen allein der Innendruck der Gasflasche das Öffnen des Schließkolbens 51 bewirkte.
Die Vorspannfeder 52 bewirkt auch ein Öffnen ohne nennenswerten Innendruck
in der Gasflasche.
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Die
Ausströmöffnung 59 der
thermischen Sicherung ist in 5 zu erkennen.
Sie liegt wie die Ausströmöffnung 60 des
Sicherungselements mit Berstscheibe 20 an dem unteren Teil
des Umfangs des Kopfendes 5 des Ventilkörpers. Der Ventilkörper 4 ist
mit der Gasflasche 1 unterhalb der Fahrgastzelle (nicht
dargestellt) eines Fahrzeuges angebracht, so daß beide Ausströmöffnungen 59, 60 auf
der von der Fahrgastzelle abgewandten Seite liegen.
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Die 14 und 15 zeigen
einen bekannten Durchflußbegrenzer 17,
der an der Mündung des
Strömungskanals 16 (vgl. 8)
angebracht ist. Der Durchflußbegrenzer 17 bewirkt
mit einem Sperrkörper 53,
daß bei
einer großen
Druckdifferenz zwischen dem Strömungskanal 16 und
dem Innenraum der Gasflasche 1 die ausströmende Gasmenge durch
den Sperrkörper 53 reduziert
wird. Zusätzlich ist
ein Filter 54 vorgesehen, der das Einströmen von Verschmutzungen
in den Strömungskanal 16 verhindert.
Der Filter 54 kann bei einer alternativen Ausführungsform
entfallen.
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Die 16 bis 18 zeigen
ein Kupplungsstück 10 mit
Rückschlagventil.
Das Rückschlagventil
ist insbesondere in der Schnittdarstellung der 17 zu
erkennen. Es dient der Verbindung des Betankungsanschlusses mit
der Gasflasche 1. Das Rückschlagventil
hat im wesentlichen zwei wirkende Elemente, nämlich einen kugelförmigen Sperrkörper 55 und
einen Sitz 56 für
den Sperrkörper 55.
Der kugelförmige
Sperrkörper 55 besteht aus
permanentmagnetischem Material, und der Sitz 56 besteht,
anders als die anderen Bauteile des Kupplungsstücks, aus ferromagnetischem
Material, welches von dem Permanentmagneten des Sperrkörpers 55 angezogen
wird. So wird in Abwesenheit eines Überdrucks auf der rechten Seite
des Sperrkörpers 55 dieser
gegen den Dichtring 61 in Richtung des Sitzes 56 gezogen
und dichtet den Kanal innerhalb des Kupplungsstücks 10 ab.
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- 1
- Gasflasche
- 2
- Innengewinde
- 3
- Außengewinde
- 4
- Ventilkörper
- 5
- Kopfende
- 6
- Schutzplatte
- 7
- elastische
Schicht
- 8
- Kupplungsstück ohne
Rückschlagventil
- 9
- Aufnahmeraum
für Kupplungsstück
- 10
- Kupplungsstück mit Rückschlagventil
- 11
- Aufnahmeraum
für Kupplungsstück
- 12
- Strömungskanal
- 13
- Strömungskanal
- 14
- Strömungskanal
- 15
- Hohlraum
- 16
- Strömungskanal
- 17
- Durchflußbegrenzer
- 18
- manuelles
Absperrventil
- 19
- Strömungskanal
- 20
- Berstscheibe
- 21
- Strömungskanal
- 22
- thermische
Sicherung
- 23
- Schraubdeckel
- 24
- Dichtring
- 25
- Spule
- 26
- Stromkabel
- 27
- Hülse
- 28
- Anker
- 29
- Anker
- 30
- Distanzstück
- 31
- Absperrkolben
- 32
- Druckabbaukanal
- 33
- Vorsteuerdichtung
- 34
- Stößel
- 35
- Feder
- 36
- Deckwandung
- 37
- Ringraum
- 38
- Anschlußkanal
- 39
- Hauptdichtung
- 40
- Hauptdichtungssitz
- 41
- Dichtungshalter
- 42
- Ausströmkanal
- 43-45
- Dichtungen
- 46
- Filter
- 47
- Außengewinde
- 48
- Verschlußdeckel
- 49
- Aufnahmeraum
- 50
- Glaskörper
- 51
- Schließkolben
- 52
- Vorspannfeder
- 53
- Sperrkörper
- 54
- Filter
- 55
- Sperrkörper
- 56
- Sitz
- 57
- Stützrippe
- 58
- Aussparung
- 59
- Auströmöffnung der
thermischen Sicherung
- 60
- Ausströmöffnung des
Sicherungselements mit Berstscheibe
- 61
- Dichtring
- 62
- Dichtring
- 63
- Befestigungsschraube