EP2742273A1 - Vorrichtung zur speicherung und abgabe von flüssigen und/oder gasförmigen medien unter druck sowie kraftstoffenergieumwandlungsvorrichtung und verfahren zur montage einer vorrichtung zur speicherung und abgabe von flüssigen und/oder gasförmigen medien unter druck - Google Patents

Vorrichtung zur speicherung und abgabe von flüssigen und/oder gasförmigen medien unter druck sowie kraftstoffenergieumwandlungsvorrichtung und verfahren zur montage einer vorrichtung zur speicherung und abgabe von flüssigen und/oder gasförmigen medien unter druck

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Publication number
EP2742273A1
EP2742273A1 EP12750322.5A EP12750322A EP2742273A1 EP 2742273 A1 EP2742273 A1 EP 2742273A1 EP 12750322 A EP12750322 A EP 12750322A EP 2742273 A1 EP2742273 A1 EP 2742273A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
wall
collar
valve
connection element
valve connection
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP12750322.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dragan Griebel
Thomas Lanzl
Alexander Oelschlegel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rehau Automotive SE and Co KG
Original Assignee
Rehau AG and Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rehau AG and Co filed Critical Rehau AG and Co
Publication of EP2742273A1 publication Critical patent/EP2742273A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F17C2223/03—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel characterised by the pressure level
    • F17C2223/035—High pressure (>10 bar)
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    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/32—Hydrogen storage

Definitions

  • Apparatus for storing and dispensing liquid and / or gaseous media under pressure and to a fuel energy conversion apparatus and method for assembling a device for storing and dispensing liquid and / or gaseous media under pressure
  • the invention relates to a device for storing and dispensing of liquid and / or gaseous media under pressure comprising a medium receiving plastic media container, at least one connected to the media container valve connection element and at least one connectable to the valve connection element valve element, wherein the media container to a externally projecting collar having a collar outer wall and a Krangeninnenwandung.
  • the upper end of the collar defines the free cross section of an opening of the media container, wherein the valve connection element is arranged in the region of this opening and the collar outer wall is enclosed by an inner wall of the valve connection element.
  • Such a device is known for example from EP 2,115,343 B1.
  • a portion of the valve element penetrates the opening and is enclosed by the collar inner wall.
  • O-ring seals are provided between this section and the collar inner wall. Due to the deformation properties of the O-rings, leakage of the medium should be permanently prevented.
  • the disadvantage here is that due to the dimensioning of the O-rings they achieve a seal between the portion of the valve element and the collar inner wall only in a very small, circular peripheral area.
  • the disadvantage here is that the chamfer of the frustoconical portion and the chamfer of the inner wall of the collar must be matched very closely to each other to ensure sufficient tightness to the effect that the pressurized medium is not between the clamping ring and the inner wall of the valve connection element and consequently between the inner wall of the valve connection element and the collar outer wall diffuses past or flows past and exits from the media container. Achieving a permanent tightness is particularly difficult if it - as in the case of the liner described here - is a simple plastic media container. Due to the applied between the collar made of plastic and the truncated cone-like section shear / compressive stress tends this material to avoid the applied thrust / compressive stress.
  • EP 0 821 194 B1 therefore further states that a highly elastic sealing means is provided for improving the sealing in the contact surface between the section of the clamping ring and the collar inner wall. Only then is it ensured that in particular the critical transition region between the frustoconical portion and the threaded portion of the clamping ring is permanently sealed.
  • a disadvantage of the prior art is therefore that in particular for the permanent guarantee of a tightness between the valve connection element and the collar of the media container complex and in particular additional sealing element are necessary.
  • the invention is therefore based on the object, a device for storing and dispensing of liquid and / or gaseous media under pressure in such a way that it ensures an improved and permanent tightness with a smaller number of sealing elements.
  • This object is achieved according to the invention by a device for storing and dispensing liquid and / or gaseous media under pressure:
  • valve connection element connected to the media container
  • valve connection element which can be connected to the valve connection element
  • the media container has an outwardly projecting collar with a collar outer wall of a collar inner wall, wherein the upper end of the collar defines the free cross section of an opening of the media container, wherein the valve connection element is arranged in the region of this opening and the collar outer wall is enclosed by an inner wall of the valve connection element, and wherein the valve element has a compression section which penetrates the opening and is enclosed by the collar inner wall, and wherein the outer diameter of the compression section before the valve element assembly is greater than the diameter of the collar inner wall, so that during the assembly of the valve element both between the compression section and the collar inner wall and between the collar outer wall and the inner wall of the valve connection element a permanent press fit e which seals the pressurized media.
  • crosslinked thermoplastic material By providing a crosslinked thermoplastic material, the interference fit formed by the excess of the compression section relative to the inside diameter of the collar inner wall and the shear and / or compressive stress associated therewith are permanently retained, since such a crosslinked thermoplastic material has no or negligible flow processes (creep ) and behaves largely purely elastic.
  • the use of crosslinked polyethylene has proved to be particularly advantageous.
  • Crosslinking of the polyethylene under elevated temperature by radical-forming peroxides (PE-Xa) has proved to be advantageous as crosslinking in this case.
  • PE-Xb radical-forming peroxides
  • PE-Xc radiation crosslinking of polyethylene
  • the degree of crosslinking of the thermoplastic or of the polyethylene can according to the present invention be 5% to 95%, preferably 15% to 90% and particularly preferably 50% to 85%.
  • the valve element is also referred to as an on-tank valve (OTV for short).
  • the pressurized medium may in particular be hydrogen (H 2 ).
  • the device then serves to store and dispense liquid and / or gaseous hydrogen under pressure.
  • the valve element can be constructed in several parts.
  • the valve element may consist of several segments.
  • the compression section can in particular be arranged on a separate first segment of the valve element.
  • the separate first segment may in particular be sleeve-shaped.
  • the multi-part structure is advantageous for the case of maintenance or repair of the device according to the invention, since possibly only a part or a segment of the valve element has to be replaced or maintained.
  • a sealing element preferably an O-ring is provided above the collar, which seals the valve tilan gleichelement against the valve element.
  • the seal thus takes place between the valve connection element and the valve element and not between the valve connection element and the outer wall of the collar or between the valve element and the inner wall of the collar.
  • the valve connection element and the valve element are formed from a metallic material. Such materials do not tend to creep at the operating temperatures of the device, so that an additional permanent seal is ensured by the direct sealing of this metallic valve connection element against the metallic valve element by means of a sealing element.
  • the sealing element may be fixed in position by a supporting element (for example a support ring).
  • the support element prevents a change in position of the sealing element into the gap between the valve element and the valve connection element during or during the use of the device.
  • the support member may also prevent disengagement of the seal member from its seating (e.g., circumferential annular groove within the valve member) on the valve member.
  • the support element is preferably located in the same receptacle as the sealing element.
  • the sealing element is preferably arranged on a separate second segment of the valve element.
  • the sealing element can then advantageously be easier to change or maintain.
  • the quotient of the difference between the outer diameter of the crimping section and the diameter of the collar inner wall with respect to the diameter of the collar inner wall is in a range between 0.005 and 0.04, preferably between 0.01 and 0.025, more preferably between 0.013 and 0.018.
  • This quotient which can be labeled as an oversize, has an optimized value for these areas.
  • the compression section may have a cylindrical or frusto-conical geometry.
  • a cylindrical geometry has proven to be particularly preferred in the manufacture of such devices, since the tolerances to be met here can be most easily realized and adhered to.
  • a cylindrical geometry has a uniform interference fit and a uniform compressive stress distribution along the entire contact surface (sealing surface) between the compression section and collar inner wall.
  • the respective outside diameter of the compression section before valve element mounting is greater than the respective diameter of the inside wall of the collar - in the assembled state then corresponding or then opposite one another.
  • the valve connection element can have at least one defined irregularity.
  • This irregularity causes a punctiform and / or linear increase of the compressive stress and allows a further improvement of the sealing effect.
  • This irregularity may be, in particular, a surface irregularity.
  • Exemplary of a defined surface irregularity are selectively set roughness values, a defined introduced herringbone pattern, ribs or other formations on the inner wall or recesses in the inner wall.
  • the collar or the collar outer wall can also have at least one defined irregularity. This irregularity causes a punctiform and / or linear increase of the compressive stress and allows a further improvement of the sealing effect.
  • This irregularity may in particular be a surface irregularity.
  • Exemplary of a defined surface irregularity are selectively set roughness values, a defined introduced herringbone pattern, ribs or other formations or recesses on or in the collar outer wall and / or collar inner wall.
  • the media container outside the region of the collar with the valve connection element is firmly connected.
  • the media container by means of a
  • Screw connection and / or by means of an adhesive layer with the valve connection element is firmly connected.
  • the media container may be surrounded by a, preferably wound or braided, reinforcing layer.
  • a reinforcing layer is absolutely necessary.
  • the reinforcing layer may comprise filaments in the form of e.g. Having threads or fibers.
  • the filaments can be formed from carbon, glass, polyamide, mineral materials or a combination of the aforementioned materials.
  • Part of the invention is further a fuel energy conversion device with a fuel cell unit, at least one media connection line, at least one pressure reducer and at least one device according to the invention.
  • the media connection line can connect the device to the fuel cell unit in a media-conducting manner
  • the pressure reducer can be arranged in the direction of media flow in front of the fuel cell unit.
  • part of the invention is a motor vehicle with a device according to the invention and a motor vehicle with a fuel energy conversion device according to claim 15.
  • part of the invention is a method for mounting a device for storing and dispensing of liquid and / or gaseous media under pressure
  • the device comprising: a medium receiving medium container made of a crosslinked thermoplastic, preferably crosslinked polyethylene, at least one valve connection element, at least one valve element connectable with the valve element, wherein the media container has an outwardly projecting collar with a collar outer wall and a collar inner wall and the upper end of the Collar defines the free cross-section of an opening of the media container, wherein the valve connection element arranged in the region of this opening and the collar outer wall of an inner wall de
  • the valve element is umschlössen, and wherein the valve element has a compression portion which penetrates the opening and is enclosed by the collar inner wall, and wherein the compression portion is pressed due to an oversize in the opening, so that both between the compression portion and the collar inner wall and between the collar outer wall and the valve connection element creates a permanent press fit, which seals against the pressurized medium.
  • FIG. 1 shows an axial longitudinal section through a device according to the invention prior to assembly of the valve element
  • FIG. 2 shows an axial longitudinal section through a device according to the invention after assembly of the valve element
  • FIG. 3 is a detailed view of the axial longitudinal section through a device according to the invention after assembly of the valve element of Figure 2,
  • FIG. 4 shows a schematic illustration of a fuel energy conversion device according to the invention
  • 5 shows an axial longitudinal section through a further embodiment of a device according to the invention prior to assembly of the valve element
  • FIG. 6 shows an axial longitudinal section through a further embodiment of a device according to the invention after assembly of the valve element.
  • FIGS. 1 to 3 show an axial longitudinal section through a device according to the invention before and after assembly of the valve element 3.
  • the device according to the invention for storing and dispensing liquid and / or gaseous media under pressure in this case has a medium-receiving media container 1 made of plastic.
  • the medium container 1 is preferably made by a blow molding method or a rotary method or a thermoforming method.
  • a valve connection element 2 With the media container 1, a valve connection element 2 is connected.
  • the device furthermore has a valve element 3 that can be connected to the valve connection element 2 (see FIG. 1).
  • the media container 1 has an outwardly projecting collar 4 with a collar outer wall 5 and a collar inner wall 6. The upper end 7 of the collar 4 defines the free cross-section of an opening 8 of the media container.
  • the valve connection element 2 is arranged in the region of this opening 8 and the collar outer wall 5 is enclosed by an inner wall 9 of the valve connection element 2.
  • the valve element 3 has a compression section 10. This is intended to penetrate the opening 8 and to be enclosed by the collar inner wall 6.
  • the media container 1 consists of a crosslinked thermoplastic, in this embodiment of crosslinked polyethylene of the type PE-Xa.
  • the outer diameter D of the compression section 10 is greater than the diameter d of the collar inner wall 6 before the valve element assembly (see Fig. 1).
  • a sealing element 11 in the form of an O-ring 11 is provided, which seals the valve connection element 2 against the valve element 3.
  • the O-ring 11 is fixed in position by a support ring (not shown here).
  • the support ring prevents in pressing the O-ring 11 in the gap between the valve element 3 and the valve connection element 2 or a falling out of the O-ring from its circumferential annular groove within the valve element.
  • the support ring is located in the same circumferential annular groove.
  • the compression section 10 has a cylindrical geometry.
  • a screw connection 12 is provided between the valve element 3 and the valve connection element 2 (see Fig. 3).
  • the inner wall 9 of the valve connection element 2 has a defined irregularity in the form of a herringbone pattern (not shown in detail here).
  • the media container 1 is fixedly connected to the valve connection element 2 outside the region of the collar 4.
  • the media container 1 is fixedly connected to the valve connection element 2 by means of a screw connection 13a and by means of an adhesive layer 13b.
  • the media container 1 is surrounded by a wound or braided reinforcing layer 14.
  • the polishing layer 14 has filaments of threads or fibers, for example.
  • the filaments are formed in this embodiment of carbon. Conceivable further materials of the filaments are glass, polyamide, mineral materials or a combination of all the aforementioned materials.
  • the valve element 3 shown in Figures 1 to 3 is integrally formed of a metallic material.
  • the passages leading through the valve element 3 out of the medium container 1 to the outside are outside the axial sectional plane of FIGS. 1 to 3, so that they are not recognizable here.
  • the valve element 3 is also referred to as an on-tank valve (OTV for short).
  • a method of assembling a device shown in Figures 1 to 3 comprises a device for storing and dispensing liquid and / or gaseous media under pressure, the device comprising:
  • the media container (1) has an outwardly projecting collar (4) with a collar outer wall (5) and a collar inner wall (6), and the upper end (7) of the collar (4) has the free cross section of an opening (8) of the media container (Fig.
  • valve connection element (2) is arranged in the region of this opening (8) and the collar outer wall (5) is enclosed by an inner wall (9) of the valve connection element (2)
  • valve element (3) has a compression section (10), which penetrates through the opening (8) and is enclosed by the collar inner wall (6)
  • media container (1) consists of a crosslinked thermoplastic, preferably of cross-linked polyethylene, and the compression section (10) due to an excess in the opening (8) is pressed so that both between the compression portion (10) and the collar inner wall (6) and between the collar outer wall (5) and the Ven tilan gleichelement (2) a permanent interference fit is formed, which seals against the pressurized medium.
  • FIG 4 shows a fuel energy conversion device according to the invention with a fuel cell unit 15, a media connection line 16, a pressure reducer 17 and a device 18 according to the invention.
  • the media connection line 16 connects the device 18 to the fuel cell unit 15 in a media-conducting manner. That is to say, via the media connection line 16 that in FIG Device 18 stored medium, preferably hydrogen, can flow to the fuel cell. Since the pressurized medium within the device 18 according to the invention is under a greatly increased pressure (in this embodiment hydrogen at 750 bar), a pressure reducer 17 is arranged in the direction of media flow in front of the fuel cell unit 15.
  • the in the fuel cell from the fuel (in this case, hydrogen) converted electrical energy is via electrical connection lines 20 an electrical load 19 (eg, an electric motor) or an energy storage 19 (eg
  • FIGS. 5 and 6 shows a further embodiment of a device according to the invention for storing and dispensing liquid and / or gaseous media under pressure.
  • the device comprises: a plastic medium container 1 accommodating plastic, at least one valve connection element 2 connected to the medium container 1, at least one valve element 3, 3a, 3b connectable to the valve connection element 2.
  • the media container 1 has an outwardly projecting collar 4 with a collar outer wall 5 and a collar inner wall 6.
  • the upper end 7 of the collar 4 defines the free cross section of an opening 8 of the media container, wherein the valve connection element 2 is arranged in the region of this opening 8 and the collar outer wall 5 is enclosed by an inner wall 9 of the valve connection element 2.
  • the valve element 3, 3a has a compression section 10, which penetrates the opening 8 and is enclosed by the collar inner wall 6.
  • the valve element 3 is constructed in several parts.
  • the compression section 10 is arranged on a separate first segment 3 a of the valve element 3.
  • the media container 1 consists of a crosslinked thermoplastic, preferably of crosslinked polyethylene.
  • the outer diameter D of the Verpressungsabitess 10 of the first segment 3 a of the valve element 3 is greater than the diameter d of the collar inner wall 6 before the valve element assembly, so that during assembly of the first segment 3 a of the valve element 3 both between the compression section 10 and the collar inner wall 6 and between see the collar outer wall 5 and the inner wall 9 of the valve connection element 2, a permanent interference fit is formed, which seals the pressurized medium.
  • a sealing element 11, preferably an O-ring 1 1 is provided, which seals the valve connecting element 2 against the valve element 3, 3b.
  • the sealing element 1 1 is arranged on a separate second segment 3 b of the valve element 3.
  • the quotient (Dd) / d of the difference (Dd) of the outer diameter D of the compression portion 10 of the first segment 3a of the valve element 3 and the diameter d of the collar inner wall 6 with respect to the diameter d of the collar inner wall 6 is in a range between 0.013 and 0.018 ,
  • the media container 1 is surrounded by a, preferably wound or braided, reinforcing layer 14.
  • the reinforcing layer 14 has filaments, e.g. As threads or fibers.
  • Both the first segment 3a and the second segment 3b of the valve element 3 can be connected to the valve connection element 2 by means of a screw connection 12a, 12b.
  • a first screw connection 12a between the first segment 3a and the valve connection element 2 and a second screw connection 12b between the second segment 3b of the valve element 3 and the valve connection element 2 are provided above the collar 4.
  • the first segment 3 a of the valve element 3 has a key receptacle 26 for an Allen key, by means of which the first segment 3 a can be connected to the valve connection element 2 via the screw connection 12 a.
  • the second segment 3b of the valve connection element 3 has an extension 25 of the media-carrying valve feedthrough, via which the medium can be discharged via the valve connection element 3 or 3b.
  • the extension 25 is designed such that it penetrates or passes through a continuous recess of the first segment 3a of the valve connection element 3 and protrudes into the media container 1 in the mounted state of the device so that a thermal loading of the device, in particular during refueling of the device Media container 1, is reduced.
  • the extension 25 projects beyond the first segment 3 a into the media container.
  • the lower end 27 of the extension 25 is spaced from the first segment 3a by at least a distance greater than or equal to the outer diameter D of the first segment 3a of the valve connecting element 3.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Speicherung und Abgabe von flüssigen und/oder gasförmigen Medien unter Druck, sowie eine Kraftstoffenergieumwandlungsvorrichtung und ein Verfahren zur Montage einer Vorrichtung zur Speicherung und Abgabe von flüssigen und/oder gasförmigen Medien unter Druck. Die Vorrichtung zeichnet sich durch eine geringere Anzahl von Dichtelementen bei einer gleichzeitig verbesserten und dauerhaften Gewährleistung der Dichtheit aus.

Description

Vorrichtung zur Speicherung und Abgabe von flüssigen und/oder gasförmigen Medien unter Druck sowie Kraftstoffenergieumwandlungsvorrichtung und Verfahren zur Montage einer Vorrichtung zur Speicherung und Abgabe von flüssigen und/oder gasförmigen Medien unter Druck
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Speicherung und Abgabe von flüssigen und/oder gasförmigen Medien unter Druck aufweisend einen das Medium aufnehmenden Medienbehälter aus Kunststoff, mindestens ein mit dem Medienbehälter verbundenes Ventilanschlusselement und mindestens ein mit dem Ventilanschlusselement verbindbares Ventil- element, wobei der Medienbehälter einen nach außen vorstehenden Kragen mit einer Kragenaußenwandung und einer Krangeninnenwandung aufweist. Das obere Ende des Kragens definiert dabei den freien Querschnitt einer Öffnung des Medienbehälters, wobei das Ventilanschlusselement im Bereich dieser Öffnung angeordnet und die Kragenaußenwandung von einer Innenwandung des Ventilanschlusselementes umschlossen ist.
Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der EP 2 115 343 B1 bekannt. Hierbei durchdringt ein Abschnitt des Ventilelements die Öffnung und wird von der Krageninnenwandung umschlossen. Um zu verhindern, dass das flüssige und/oder gasförmige Medium unter Druck aus dem Inneren des Medienbehälters aus Kunststoff entweichen kann, ist hierbei vorgesehen, dass im Bereich dieses Abschnittes O-Ring Dichtungen zwischen diesem Abschnitt und der Krageninnenwandung vorgesehen sind. Aufgrund der Verformungseigenschaften der O-Ringe soll ein Austreten des Mediums dauerhaft verhindern werden. Nachteilig ist hierbei, dass aufgrund der Dimensionierung der O-Ringe diese nur in einem sehr geringen, kreisförmig umlaufenden Bereich eine Abdichtung zwischen dem Abschnitt des Ventilelements und der Krageninnenwandung erzielen. Dem Dokument ist daher zu entnehmen, dass zur Vergrößerung dieser Dichtfläche mindestens ein zweiter O-Ring erforderlich ist, um eine dauerhafte Mediendichtheit zu gewährleisten. Die O-Ringe dichten zudem gegenüber der Krageninnenwandung des Medienbehälters, so dass eine dauerhafte Dichtheit der O-Ringe gegenüber einem Kunststoffmaterial gewährleistet sein muss, des- sen Langzeitverformungen mit hoher Wahrscheinlichkeit zu Undichtigkeiten führen. Die Druckschrift EP 0 821 194 B1 schlägt demgegenüber vor, dass ein Klemmring in das Ventilaufnahmeelement einschraubbar ist, welcher in einen kegelstumpfartigen Abschnitt übergeht. Der letztgenannte kegelstumpfartige Abschnitt presst dann die Innenwandung des Halsstückes eines Medienbehälters, welche mit einer zum Abschnitt korrespondierenden Anschrägung versehen ist, gegen die Innenwandung des Ventilaufnahmeelements. Nachteilig ist hierbei, dass die Anschrägung des kegelstumpfartigen Abschnittes und die Anschrägung der Innenwandung des Kragens sehr exakt aufeinander abgestimmt sein müssen, um eine ausreichende Dichtheit dahingehend zu gewährleisten, dass das unter Druck stehende Medium nicht zwischen dem Klemmring und der Innenwandung des Ventilanschlusselementes und infolgedessen zwischen der Innenwandung des Ventilanschlusselementes und der Kragenaußenwandung vorbei diffundiert bzw. vorbeifließt und aus dem Medienbehälter austritt. Die Erzielung einer dauerhaften Dichtheit ist insbesondere dann erschwert, wenn es sich - wie bei dem hier beschriebenen Liner - um einen einfachen Kunststoff-Medienbehälter handelt. Aufgrund der zwischen dem Kragen aus Kunststoff und dem kegelstumpfartigen Abschnitt anliegenden Schub-/ Druckspannung neigt dieses Material in Folge dessen dazu der anliegenden Schub-/ Druckspannung auszuweichen. Man spricht hierbei vom so genannten Fließen oder Kriechen des Kunststoffes. Dies hat zur Folge, dass die Verpressung nach und nach gelockert wird (relaxiert) und somit zwangsläu- fig eine Undichtheit entsteht. Die EP 0 821 194 B1 führt deswegen ferner aus, dass zur Verbesserung der Abdichtung in der Kontaktfläche zwischen dem Abschnitt des Klemmrings und der Krageninnenwandung ein hochelastisches Dichtmittel vorgesehen ist. Erst dann ist sichergestellt, dass insbesondere der kritische Übergangsbereich zwischen dem kegelstumpfartigen Abschnitt und dem Gewindeabschnitt des Klemmrings dauerhaft dicht ist.
Nachteilig am Stand der Technik ist daher, dass insbesondere zur dauerhaften Gewährleistung einer Dichtheit zwischen dem Ventilanschlusselement und dem Kragen des Medienbehälters aufwändige und insbesondere zusätzliche Dichtelement notwendig sind.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Speicherung und Abgabe von flüssigen und/oder gasförmigen Medien unter Druck derart weiterzuentwickeln, dass diese bei einer geringeren Anzahl von Dichtelementen eine verbesserte und dauerhafte Dichtheit gewährleistet. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zur Speicherung und Abgabe von flüssigen und/oder gasförmigen Medien unter Druck aufweisend:
- einen das Medium aufnehmenden Medienbehälter aus einem vernetzten thermoplastischen Kunststoff, vorzugsweise aus vernetztem Polyethylen,
- mindestens ein mit dem Medienbehälter verbundenes Ventilanschlusselement,
- mindestens ein mit dem Ventilanschlusselement verbindbares Ventilelement, wobei der Medienbehälter einen nach außen vorstehenden Kragen mit einer Kragenaußenwandung einer Krageninnenwandung aufweist, wobei das obere Ende des Kragens den freien Querschnitt einer Öffnung des Medienbehälters definiert, wobei das Ventilanschluss- element im Bereich dieser Öffnung angeordnet und die Kragenaußenwandung von einer Innenwandung des Ventilanschlusselementes umschlossen ist, und wobei das Ventilelement einen Verpressungsabschnitt aufweist, der die Öffnung durchdringt und von der Krageninnenwandung umschlossen ist, und wobei der Außendurchmesser des Verpressungs- abschnitts vor der Ventilelementmontage größer als der Durchmesser der Krageninnen- wandung ist, sodass bei der Montage des Ventilelements sowohl zwischen dem Verpressungsabschnitt und der Krageninnenwandung als auch zwischen der Kragenaußenwandung und der Innenwandung des Ventilanschlusselementes ein dauerhafter Presssitz entsteht, der das unter Druck stehende Medien abdichtet. Durch das Vorsehen eines vernetzten thermoplastischen Kunststoffes bleibt der durch das Übermaß des Verpressungs- abschnittes gegenüber dem Innendurchmesser der Krageninnenwandung gebildete Presssitz und die hiermit verbundene Schub- und/oder Druckspannung dauerhaft erhalten, da ein derart vernetzter thermoplastischer Kunststoff keine bzw. vernachlässigbar geringe Fließvorgänge (Kriechen) zeigt und sich weitgehend rein elastisch verhält. Als besonders vorteilhaft hat sich hierbei die Verwendung von vernetztem Polyethylen erwiesen. Als Vernet- zung hat sich hierbei insbesondere die Vernetzung des Polyethylens unter erhöhter Temperatur durch radikal bildende Peroxide (PE-Xa) als vorteilhaft erwiesen. Darüber hinaus kann auch eine silanische Vernetzung von Polyethylen (PE-Xb) oder eine Strahlenvernetzung von Polyethylen (PE-Xc) angewendet werden. Der Vernetzungsgrad des thermoplastischen Kunststoffs bzw. des Polyethylens kann gemäß der vorliegenden Erfindung 5% bis 95%, bevorzugt 15% bis 90% und besonders bevorzugt 50% bis 85% betragen. Prinzipiell bezeichnet man das Ventilelement auch als On-Tank-Valve (kurz OTV). Das unter Druck stehende Medium kann insbesondere Wasserstoff (H2) sein. Die Vorrichtung dient dann zur Speicherung und Abgabe von flüssigem und/oder gasförmigem Wasserstoff unter Druck. Das Ventilelement kann mehrteilig aufgebaut sein. Das Ventilelement kann aus mehreren Segmenten bestehen. Der Verpressungsabschnitt kann insbesondere an einem separaten ersten Segment des Ventilelements angeordnet sein. Das separate erste Segment kann insbesondere hülsenförmig ausgebildet sein. Der mehrteilige Aufbau ist vorteilhaft für den Fall einer Wartung oder Reparatur der erfindungsgemäßen Vorrichtung, da ggf. nur ein Teil bzw. ein Segment des Ventilelements ausgetäuscht oder gewartet werden muss.
Als vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass oberhalb des Kragens ein Dichtungselement, vorzugsweise ein O-Ring vorgesehen ist, welches das Ven- tilanschlusselement gegen das Ventilelement abdichtet. Vorteilhafterweise erfolgt die Abdichtung somit zwischen dem Ventilanschlusselement und dem Ventilelement und nicht zwischen dem Ventilanschlusselement und der Außenwandung des Kragens bzw. zwischen dem Ventilelement und der Innenwandung des Kragens. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das Ventilanschlusselement und das Ventilelement aus einem metallischen Werkstoff gebildet sind. Derartige Werkstoffe neigen bei den Einsatztemperaturen der Vorrichtung nicht zum Kriechen, sodass durch die direkte Abdichtung dieses metallischen Ventilanschlusselements gegen das metallische Ventilelement mittels eines Dichtelements eine zusätzliche dauerhafte Dichtung gewährleistet ist. Das Dichtelement kann durch ein Stützelement (z.B. einen Stützring) lagefixiert sein. Das Stützelement verhindert eine Lagever- änderung des Dichtelements hinein in den Spalt zwischen Ventilelement und Ventilanschlusselement im oder während des Gebrauch der Vorrichtung. Das Stützelement kann zudem ein Lösen des Dichtelements aus seiner Aufnahme (z.B. umlaufende Ringnut innerhalb des Ventilelements) an dem Ventilelement verhindern. Das Stützelement befindet sich vorzugsweise in derselben Aufnahme wie das Dichtelement.
Für den Fall eines mehrteiligen Aufbaus des Ventilelementes ist das Dichtungselement vorzugsweise an einem separaten zweiten Segment des Ventilelements angeordnet. Das Dichtungselement kann dann vorteilhaft leichter gewechselt bzw. gewartet werden. Vorzugsweise liegt der Quotient aus der Differenz des Außendurchmessers des Ver- pressungsabschnitts und des Durchmessers der Krageninnenwandung in Bezug zu dem Durchmesser der Krageninnenwandung in einem Bereich zwischen 0,005 und 0,04, vorzugsweise zwischen 0,01 und 0,025, weiter vorzugsweise zwischen 0,013 und 0,018. Dieser als Übermaß bezeichenbare Quotient weist für diese Bereiche einen optimierten Wert auf. Diese optimierten Werte gewährleisten akzeptable Montagekräfte des Ventilelements bei einem die Dichtheit dauerhaft gewährleistenden Presssitz. Durch die Ausbildung eines dauerhaften Presssitzes bei der Montage des Ventilelements sowohl zwischen dem Verpressungsabschnitt und der Krageninnenwandung als auch zwischen der Kragenaußenwandung und der Innenwandung des Ventilanschlusselementes kann im Bereich des Verpressungsabschnittes und/oder der Kragenaußenwandung kein separates Dichtungselement vorgesehen sein. In vorteilhafter Weise kann durch die erfin- dungsgemäße Ausbildung der Vorrichtung in diesem Bereich auf ein zusätzliches Dichtungselement, im Gegensatz zu Vorrichtungen des Standes der Technik, vollständig verzichtet werden.
Der Verpressungsabschnitt kann eine zylindrische oder kegelstumpfförmige Geometrie aufweisen. Insbesondere eine zylindrische Geometrie hat sich bei der Fertigung derartiger Vorrichtungen als besonders bevorzugt erwiesen, da die hierbei einzuhaltenden Toleranzen am einfachsten realisiert und eingehalten werden können. Zudem weist eine zylindrische Geometrie einen gleichmäßigen Presssitz und eine gleichmäßige Druckspannungsverteilung entlang der gesamten Kontaktfläche (Dichtfläche) zwischen Verpressungsabschnitt und Krageninnenwandung auf. Im Fall einer kegelstumpfförmigen Geometrie ist der jeweilige Außendurchmesser des Verpressungsabschnitts vor der Ventilelementmontage größer als der jeweilige - im Montagezustand dann korrespondierende bzw. dann gegenüberliegende - Durchmesser der Krageninnenwandung. Das Ventilanschlusselement kann mindestens eine definierte Unregelmäßigkeit aufweisen. Diese Unregelmäßigkeit bewirkt eine punktuelle und/oder linienförmige Erhöhung der Druckspannung und ermöglicht eine weitere Verbesserung der Dichtwirkung. Diese Unregelmäßigkeit kann insbesondere eine Oberflächenunregelmäßigkeit sein. Beispielhaft für eine definierte Oberflächenunregelmäßigkeit sind gezielt eingestellte Rauheitswerte, ein definiert eingebrachtes Fischgrätmuster, Rippen oder andere Ausformungen auf der Innenwandung oder Ausnehmungen in der Innenwandung. Alternativ oder in Kombination kann auch der Kragen bzw. die Kragenaußenwandung mindestens eine definierte Unregelmäßigkeit aufweisen. Diese Unregelmäßigkeit bewirkt eine punktuelle und/oder linienförmige Erhöhung der Druckspannung und ermöglicht eine weitere Verbesserung der Dichtwirkung. Diese Unregelmäßigkeit kann insbesondere eine Ober- flächenunregelmäßigkeit sein. Beispielhaft für eine definierte Oberflächenunregelmäßigkeit sind gezielt eingestellte Rauheitswerte, ein definiert eingebrachtes Fischgrätmuster, Rippen oder andere Ausformungen oder Ausnehmungen auf oder in der Kragenaußenwandung und/oder Krageninnenwandung. Vorzugsweise ist der Medienbehälter außerhalb des Bereiches des Kragens mit dem Ventilanschlusselement fest verbunden. Um sich den Vorteil eines möglichst flächig anliegenden Presssitzes zu erhalten, ist es besonders vorteilhaft, die Verbindung zwischen dem Medienbehälter und dem Ventilanschlusselement nur außerhalb des Bereichs des Kragens zu realisieren. Hierzu kann vorgesehen sein, dass der Medienbehälter mittels einer
Schraubverbindung und/oder mittels einer Klebstoffschicht mit dem Ventilanschlusselement fest verbunden ist.
Der Medienbehälter kann von einer, vorzugsweise gewickelten oder geflochtenen, Armierungsschicht umgeben sein. Insbesondere zur Realisierung von Drücken des Mediums innerhalb des Medienbehälters im typischen Bereich von mehreren hundert bar ist eine Armierungsschicht zwingend erforderlich. Die Armierungsschicht kann Filamente in Form von z.B. Fäden oder Fasern aufweisen. Die Filamente können aus Kohlenstoff, Glas, Polyamid, Mineralwerkstoffen oder einer Kombination der vorgenannten Werkstoffe gebildet sein.
Teil der Erfindung ist ferner eine Kraftstoffenergieumwandlungsvorrichtung mit einer Brennstoffzelleneinheit, mindestens einer Medienverbindungsleitung, mindestens einem Druckminderer und mindestens einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Hierbei kann die Medienverbindungsleitung die Vorrichtung mit der Brennstoffzelleneinheit medienleitend verbinden und der Druckminderer kann in Medienflussrichtung vor der Brennstoffzelleneinheit angeordnet sein. Weiterhin Teil der Erfindung ist ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und ein Kraftfahrzeug mit einer Kraftstoffenergieumwandlungsvorrichtung nach Anspruch 15. Weiterhin Teil der Erfindung ist ein Verfahren zur Montage einer Vorrichtung zur Speicherung und Abgabe von flüssigen und/oder gasförmigen Medien unter Druck, wobei die Vorrichtung Folgendes aufweist: einen das Medium aufnehmenden Medienbehälter aus einem vernetzten thermoplastischen Kunststoff, vorzugsweise aus vernetztem Polyethylen, mindestens ein Ventilanschlusselement, mindestens ein mit dem Ventilanschlusselement verbindbares Ventilelement, wobei der Medienbehälter einen nach außen vorstehenden Kragen mit einer Kragenaußenwandung und einer Krageninnenwandung aufweist und das obere Ende des Kragens den freien Querschnitt einer Öffnung des Medienbehälters definiert, wobei das Ventilanschlusselement im Bereich dieser Öffnung angeordnet und die Kragenaußenwandung dabei von einer Innenwandung des Ventilanschlusselementes um- schlössen wird, und wobei das Ventilelement einen Verpressungsabschnitt aufweist, der die Öffnung durchdringt und von der Krageninnenwandung umschlossen ist, und wobei der Verpressungsabschnitt aufgrund eines Übermaßes in die Öffnung eingepresst wird, sodass sowohl zwischen dem Verpressungsabschnitt und der Krageninnenwandung als auch zwischen der Kragenaußenwandung und dem Ventilanschlusselement ein dauerhafter Press- sitz entsteht, der gegen das unter Druck stehende Medium abdichtet.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand lediglich Ausführungsbeispiele darstellender Zeichnungen erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen axialen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung vor der Montage des Ventilelements,
Fig. 2 einen axialen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung nach der Montage des Ventilelements,
Fig. 3 eine Detaildarstellung des axialen Längsschnittes durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung nach der Montage des Ventilelements aus Figur 2,
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Kraftstoffenergieum- Wandlungsvorrichtung, Fig. 5 einen axialen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung vor der Montage des Ventilelements, Fig. 6 einen axialen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung nach der Montage des Ventilelements.
In den Figuren 1 bis 3 ist ein axialer Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung vor und nach der Montage des Ventilelements 3 dargestellt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Speicherung und Abgabe von flüssigen und/oder gasförmigen Medien unter Druck weist dabei einen das Medium aufnehmenden Medienbehälter 1 aus Kunststoff auf. Der Medienbehälter 1 ist vorzugsweise in einem Blasformverfahren oder in einem Rotationsverfahren oder in einem Thermoumformverfahren hergestellt. Mit dem Medienbehälter 1 ist ein Ventilanschlusselement 2 verbunden. Die Vorrichtung weist ferner ein mit dem Ventilanschlusselement 2 verbindbares Ventilelement 3 auf (vgl. Fig. 1). Der Medienbehälter 1 weist dabei einen nach außen vorstehenden Kragen 4 mit einer Kragenaußenwandung 5 und einer Krageninnenwandung 6 auf. Das obere Ende 7 des Kragens 4 definiert den freien Querschnitt einer Öffnung 8 des Medienbehälters. Das Ventilanschlusselement 2 ist im Bereich dieser Öffnung 8 angeordnet und die Kragenaußenwandung 5 von einer In- nenwandung 9 des Ventilanschlusselements 2 umschlossen. Das Ventilelement 3 weist einen Verpressungsabschnitt 10 auf. Dieser ist dafür vorgesehen, die Öffnung 8 zu durchdringen und von der Krageninnenwandung 6 umschlossen zu werden. Der Medienbehälter 1 besteht aus einem vernetzten thermoplastischen Kunststoff, in diesem Ausführungsbeispiel aus vernetztem Polyethylen des Typs PE-Xa. Der Außendurchmesser D des Verpressungsabschnitts 10 ist vor der Ventilelementmontage größer als der Durchmesser d der Krageninnenwandung 6 (vgl. Fig. 1). Bei bzw. nach der Montage des Ventilelements 3 (vgl. Fig. 2 und Fig. 3) entsteht somit sowohl zwischen dem Verpressungsabschnitt 10 und der Krageninnenwandung 6 als auch zwischen der Kragenaußenwandung 5 und der Innenwandung 9 des Ventilanschlusselements 2 ein dauerhafter Presssitz, der das unter Druck stehende Medium abdichtet. Oberhalb des Kragens ist ein Dichtelement 11 in Form eines O-Rings 11 vorgesehen, welches das Ventilanschlusselement 2 gegen das Ventilelement 3 abdichtet. Der O-Ring 11 ist durch einen Stützring (hier nicht näher dargestellt) lagefixiert. Der Stützring verhindert ein herein drücken des O-Rings 11 in den Spalt zwischen Ventilelement 3 und Ventilanschlusselement 2 bzw. ein herausfallen des O-Ring aus seiner umlaufenden Ringnut innerhalb des Ventilelements 3. Der Stützring befindet sich in derselben umlaufenden Ringnut. Der Quotient (D-d) / d aus der Differenz (D-d) des Außendurchmessers D des Verpressungsabschnitts 10 und des Durchmessers d der Krageninnenwandung 6 in Bezug zu (=Division durch) dem Durchmesser d der Krageninnenwandung 6 liegt in einem Bereich zwischen 0,013 und 0,018. Im Bereich des Verpressungsabschnitts 10 und im Bereich der Kragenaußenwandung 5 ist kein separates Dichtungselement vorgesehen. Der Verpressungsabschnitt 10 weist eine zylindrische Geometrie auf. Oberhalb des Kragens 4 ist eine Verschraubung 12 zwischen dem Ventilelement 3 und dem Ventilanschlusselement 2 (vgl. Fig. 3) vorgesehen. Die Innenwandung 9 des Ventilanschlusselements 2 weist eine definierte Unregelmäßigkeit in Form eines Fischgrätmusters (hier nicht näher dargestellt) auf. Der Medienbehälter 1 ist außerhalb des Bereichs des Kragens 4 mit dem Ventilanschlusselement 2 fest verbunden. Hierbei ist der Medienbehälter 1 mittels einer Schraubverbindung 13a und mittels einer Klebstoffschicht 13b mit dem Ventilanschlusselement 2 fest verbunden. Der Medienbehälter 1 ist von einer gewickelten bzw. geflochtenen Armierungsschicht 14 umgeben. Die Ar- mierungsschicht 14 weist Filamente z.B. aus Fäden oder Fasern auf. Die Filamente sind in diesem Ausführungsbeispiel aus Kohlenstoff gebildet. Denkbare weitere Werkstoffe der Filamente sind Glas, Polyamid, Mineralwerkstoffe oder auch eine Kombination aller vorgenannten Werkstoffe. Das in den Figuren 1 bis 3 dargestellte Ventilelement 3 ist einstückig aus einem metallischen Werkstoff ausgebildet. Die das Medium aus dem Medienbehälter 1 nach außen führenden Durchführungen durch das Ventilelement 3 liegen außerhalb der axialen Schnittebene der Figuren 1 bis 3, so dass diese hier nicht erkennbar sind. Prinzipiell bezeichnet man das Ventilelement 3 auch als On-Tank-Valve (kurz OTV).
Ein Verfahren zur Montage einer in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Vorrichtung umfasst eine Vorrichtung zur Speicherung und Abgabe von flüssigen und/oder gasförmigen Medien unter Druck wobei die Vorrichtung folgendes aufweist:
- einen das Medium aufnehmenden Medienbehälter (1 ) aus Kunststoff,
- mindestens ein Ventilanschlusselement (2),
- mindestens ein mit dem Ventilanschlusselement (2) verbindbares Ventilelement (3), wobei der Medienbehälter (1) einen nach außen vorstehenden Kragen (4) mit einer Kragenaußenwandung (5) und einer Krageninnenwandung (6) aufweist und das obere Ende (7) des Kragens (4) den freien Querschnitt einer Öffnung (8) des Medienbehälters (1) definiert, wobei das Ventilanschlusselement (2) im Bereich dieser Öffnung (8) angeordnet und die Kragenaußenwandung (5) dabei von einer Innenwandung (9) des Ventilanschlusselementes (2) umschlossen wird, und wobei das Ventilelement (3) einen Verpressungs- abschnitt (10) aufweist, der die Öffnung (8) durchdringt und von der Krageninnenwandung (6) umschlossen ist, und wobei der Medienbehälter (1) aus einem vernetzen thermoplastischen Kunststoff, vorzugsweise aus vernetztem Polyethylen, besteht und der Verpres- sungsabschnitt (10) aufgrund eines Übermaßes in die Öffnung (8) eingepresst wird, so dass sowohl zwischen dem Verpressungsabschnitt (10) und der Krageninnenwandung (6) als auch zwischen der Kragenaußenwandung (5) und dem Ventilanschlusselement (2) ein dauerhafter Presssitz entsteht, der gegen das unter Druck stehende Medium abdichtet. Die Figur 4 zeigt eine erfindungsgemäße Kraftstoffenergieumwandlungsvorrichtung mit einer Brennstoffzelleneinheit 15, einer Medienverbindungsleitung 16, einem Druckminderer 17 und einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 18. Die Medienverbindungsleitung 16 verbindet die Vorrichtung 18 medienleitend mit der Brennstoffzelleneinheit 15. Das heißt, dass über die Medienverbindungsleitung 16 das in der erfindungsgemäßen Vorrichtung 18 gespeicherte Medium, vorzugsweise Wasserstoff, zur Brennstoffzelle fließen kann. Da das unter Druck stehende Medium innerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung 18 unter einem stark erhöhten Druck (in diesem Ausführungsbeispiel Wasserstoff mit 750 bar) steht, ist in Medienflussrichtung vor der Brennstoffzelleneinheit 15 ein Druckminderer 17 angeordnet. Die in der Brennstoffzelle aus dem Kraftstoff (in diesem Fall Wasserstoff) umge- wandelte elektrische Energie wird über elektrische Verbindungsleitungen 20 einem elektrischen Verbraucher 19 (z.B. ein Elektromotor) oder einem Energiespeicher 19 (z.B.
Traktionsbatterie) zugeführt.
Das in den Figuren 5 und 6 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt eine weitere Ausfüh- rungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Speicherung und Abgabe von flüssigen und / oder gasförmigen Medien unter Druck. Die Vorrichtung weist auf: einen das Medium aufnehmenden Medienbehälter 1 aus Kunststoff, mindestens ein mit dem Medienbehälter 1 verbundenes Ventilanschlusselement 2, mindestens ein mit dem Ventilanschlusselement 2 verbindbares Ventilelement 3, 3a, 3b. Der Medienbehälter 1 weist einen nach außen vorstehenden Kragen 4 mit einer Kragenaußenwandung 5 und einer Krageninnenwandung 6 auf. Das obere Ende 7 des Kragens 4 definiert den freien Querschnitt einer Öffnung 8 des Medienbehälters, wobei das Ventilanschlusselement 2 im Bereich dieser Öffnung 8 angeordnet und die Kragenaußenwandung 5 von einer Innenwandung 9 des Ventilanschlusselementes 2 umschlossen ist. Das Ventilelement 3, 3a weist einen Verpressungsabschnitt 10 auf, der die Öffnung 8 durchdringt und von der Krageninnenwandung 6 umschlossen ist. Das Ventilelement 3 ist mehrteilig aufgebaut. Der Verpressungsabschnitt 10 ist dabei an einem separaten ersten Segment 3a des Ventilelements 3 angeordnet. Ferner besteht der Medienbehälter 1 aus einem vernetzten thermoplastischen Kunststoff, vorzugsweise aus vernetztem Polyethylen. Der Außendurchmesser D des Verpressungsabschnitts 10 des ersten Segments 3a des Ventilelements 3 ist vor der Ventilelementmontage größer als der Durchmesser d der Krageninnenwandung 6, so dass bei der Montage des ersten Segments 3a des Ventilelements 3 sowohl zwischen dem Verpressungsabschnitt 10 und der Krageninnenwandung 6 als auch zwi- sehen der Kragenaußenwandung 5 und der Innenwandung 9 des Ventilanschlusselements 2 ein dauerhafter Presssitz entsteht, der das unter Druck stehende Medium abdichtet. Oberhalb des Kragens 4 ist ein Dichtelement 11 , vorzugsweise ein O-Ring 1 1 vorgesehen, welches das Ventilanschlusselement 2 gegen das Ventilelement 3, 3b abdichtet. Das Dichtungselement 1 1 ist an einem separaten zweiten Segment 3b des Ventilelements 3 angeordnet. Der Quotient (D-d) / d aus der Differenz (D-d) des Außendurchmessers D des Verpressungsabschnitts 10 des ersten Segments 3a des Ventilelements 3 und des Durchmessers d der Krageninnenwandung 6 in Bezug zu dem Durchmesser d der Krageninnenwandung 6 liegt in einem Bereich zwischen 0,013 und 0,018. Der Medienbehälter 1 ist von einer, vorzugsweise gewickelten oder geflochtenen, Armierungsschicht 14 umgeben. Die Armierungsschicht 14 weist Filamente, z. B. Fäden oder Fasern auf. Die Filamente sind in diesem Ausführungsbeispiel aus Glas bzw. einem Glaswerkstoff gebildet. Sowohl das erste Segment 3a als auch das zweite Segment 3b des Ventilelements 3 sind mittels einer Ver- schraubung 12a, 12b mit dem Ventilanschlusselement 2 verbindbar. Hierzu ist oberhalb des Kragens 4 eine erste Verschraubung 12a zwischen dem ersten Segment 3a und dem Ventilanschlusselement 2 und eine zweite Verschraubung 12b zwischen dem zweiten Segment 3b des Ventilelements 3 und dem Ventilanschlusselement 2 vorgesehen. Das erste Segment 3a des Ventilelements 3 weist eine Schlüsselaufnahme 26 für einen Innen- sechskantschlüssel auf, mittels welchem das erste Segment 3a über die Verschraubung 12a mit dem Ventilanschlusselement 2 verbindbar ist. Das zweite Segment 3b des Ventilanschlusselements 3 weist eine Verlängerung 25 der medienführenden Ventildurchführung auf, über welche das Medium über das Ventilanschlusselement 3 bzw. 3b abgeführt werden kann. Die Verlängerung 25 ist so ausgebildet, dass diese eine durchgehende Ausnehmung des ersten Segments 3a des Ventilanschluss- elements 3 durchdringt bzw. durchfasst und im montierten Zustand der Vorrichtung soweit in den Medienbehälter 1 hineinragt, dass eine thermische Belastung der Vorrichtung, insbesondere bei der Betankung des Medienbehälters 1 , verringert ist. Hierzu ragt die Verlängerung 25 über das erste Segment 3a hinaus in den Medienbehälter hinein. Vorzugsweise ist im montierten Zustand der Vorrichtung das untere Ende 27 der Verlängerung 25 min- destens mit einem Abstand größer/gleich des Außendurchmessers D des ersten Segments 3a des Ventilanschlusselements 3 von dem ersten Segment 3a beabstandet.

Claims

Patentansprüche
Vorrichtung zur Speicherung und Abgabe von flüssigen und/oder gasförmigen Medien unter Druck aufweisend:
- einen das Medium aufnehmenden Medienbehälter (1) aus einem vernetzen
thermoplastischen Kunststoff, vorzugsweise aus vernetzten! Polyethylen,
- mindestens ein mit dem Medienbehälter (1) verbundenes Ventilanschlusselement (2),
- mindestens ein mit dem Ventilanschlusselement (2) verbindbares Ventilelement (3, 3a, 3b), wobei der Medienbehälter (1) einen nach außen vorstehenden Kragen (4) mit einer Kragenaußenwandung (5) und einer Krageninnenwandung (6) aufweist,
wobei das obere Ende (7) des Kragens (4) den freien Querschnitt einer Öffnung (8) des Medienbehälters (1) definiert,
wobei das Ventilanschlusselement (2) im Bereich dieser Öffnung (8) angeordnet und die Kragenaußenwandung (5) von einer Innenwandung (9) des Ventilanschlusselementes (2) umschlossen ist, und
wobei das Ventilelement (3, 3a) einen Verpressungsabschnitt (10) aufweist, der die Öffnung (8) durchdringt und von der Krageninnenwandung (6) umschlossen ist, und wobei der Außendurchmesser (D) des Verpressungsabschnitts (10) vor der Ventilelementmontage größer als der Durchmesser (d) der Krageninnenwandung (6) ist, so dass bei der Montage des Ventilelements (3) sowohl zwischen dem Verpressungsabschnitt (10) und der Krageninnenwandung (6) als auch zwischen der Kragenaußenwandung (5) und der Innenwandung (9) des Ventilanschlusselement (2) ein dauerhafter Presssitz entsteht, der das unter Druck stehende Medium abdichtet.
Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (3) mehrteilig aufgebaut ist, wobei der Verpressungsabschnitt (10) an einem separaten, hülsenförmigen ersten Segment (3a) des Ventilelements (3) angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb des Kragens (4) ein Dichtungselement (11), vorzugsweise ein O-Ring (11) vorgesehen ist, welches das Ventilanschlusselement (2) gegen das Ventilelement (3) abdichtet.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungselement (11) an einem separaten zweiten Segment (3b) des Ventilelements (3) angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Quotient aus der Differenz (D-d) des Außendurchmessers (D) des Verpressungs- abschnitts (10) und des Durchmessers (d) der Krageninnenwandung (6) im Bezug zu dem Durchmesser (d) der Krageninnenwandung (6) in einem Bereich zwischen 0,005 und 0,04, vorzugsweise zwischen 0,01 und 0,025, weiter vorzugsweise zwischen 0,013 und 0,018 liegt.
6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Verpressungsabschnitts (10) und/oder der Kragenaußenwandung (5) kein separates Dichtungselement vorgesehen ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verpressungsabschnitt (10) eine zylindrische oder kegelstumpfförmige Geometrie aufweist.
8. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb des Kragens (4) eine Verschraubung (12) zwischen dem Ventilelement (3) und dem Ventilanschlusselement (2) vorgesehen ist.
9. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwandung (9) des Ventilanschlusselementes (2) mindestens eine definierte
Unregelmäßigkeit aufweist.
10. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Medienbehälter (1) außerhalb des Bereichs des Kragens (4) mit dem Ventilanschlusselement (2) fest verbunden ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Medienbehälter (1) mittels einer Schraubverbindung (13a) und/oder mittels einer Klebstoffschicht (13b) mit dem Ventilanschlusselement (2) fest verbunden ist.
12. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Medienbehälter (1) von einer, vorzugsweise gewickelten oder geflochtenen, Armierungsschicht (14) umgeben ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das die Armierungsschicht (14) Filamente, z.B. Fäden oder Fasern, aufweist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Filamente aus Kohlenstoff, Glas, Polyamid, Mineralwerkstoffen oder einer Kombination der vorgenannten Werkstoffe gebildet sind.
15. Kraftstoffenergieumwandlungsvorrichtung mit
- einer Brennstoffzelleneinheit (15),
- mindestens einer Medien-Verbindungsleitung (16),
- mindestens einem Druckminderer (17) und
- mindestens einer Vorrichtung (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 14,
wobei die Medien-Verbindungsleitung (16) die Vorrichtung (18) mit der Brennstoffzelleneinheit (15) medienleitend verbindet und der Druckminderer (17) in Medienflussrich- tung vor der Brennstoffzelleneinheit (15) angeordnet ist.
16. Kraftfahrzeug mit einer Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 14 oder mit einer Kraftstoffenergieumwandlungsvorrichtung nach Anspruch 15.
17. Verfahren zur Montage einer Vorrichtung zur Speicherung und Abgabe von flüssigen und/oder gasförmigen Medien unter Druck wobei die Vorrichtung folgendes aufweist:
- einen das Medium aufnehmenden Medienbehälter (1) aus einem vernetzen
thermoplastischen Kunststoff, vorzugsweise aus vernetzten! Polyethylen, - mindestens ein Ventilanschlusselement (2),
- mindestens ein mit dem Ventilanschlusselement (2) verbindbares Ventilelement (3),
wobei der Medienbehälter (1) einen nach außen vorstehenden Kragen (4) mit einer Kragenaußenwandung (5) und einer Krageninnenwandung (6) aufweist und das obere Ende (7) des Kragens (4) den freien Querschnitt einer Öffnung (8) des Medienbehälters (1) definiert,
wobei das Ventilanschlusselement (2) im Bereich dieser Öffnung (8) angeordnet und die Kragenaußenwandung (5) dabei von einer Innenwandung (9) des Ventilanschlusselementes (2) umschlossen wird, und
wobei das Ventilelement (3) einen Verpressungsabschnitt (10) aufweist, der die Öffnung (8) durchdringt und von der Krageninnenwandung (6) umschlossen ist, und wobei der Verpressungsabschnitt (10) aufgrund eines Übermaßes in die Öffnung (8) eingepresst wird, so dass sowohl zwischen dem Verpressungsabschnitt (10) und der Krageninnenwandung (6) als auch zwischen der Kragenaußenwandung (5) und dem Ventilanschlusselement (2) ein dauerhafter Presssitz entsteht, der gegen das unter Druck stehende Medium abdichtet.
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