EP4483087A1 - Ventilvorrichtung mit verkippbarem führungselement sowie fluidsystem - Google Patents

Ventilvorrichtung mit verkippbarem führungselement sowie fluidsystem

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EP4483087A1
EP4483087A1 EP23700653.1A EP23700653A EP4483087A1 EP 4483087 A1 EP4483087 A1 EP 4483087A1 EP 23700653 A EP23700653 A EP 23700653A EP 4483087 A1 EP4483087 A1 EP 4483087A1
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EP
European Patent Office
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valve
guide element
unit
guide
fluid
Prior art date
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EP23700653.1A
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Mathias Haenel
Dietmar Schmieder
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • F17C2270/0184—Fuel cells

Definitions

  • the invention relates to a valve device for a fluid system and a fluid system.
  • Valve devices are known from the prior art which can be switched from an open state to a closed state by pressing a valve ball onto a valve seat.
  • this often results in coaxiality due to tolerances, which is usually compensated for by a radial gap in a guide for the valve needle.
  • a large radial gap leads to higher demands on the drive, e.g. B. to a larger solenoid and / or higher power requirements.
  • the radial clearance between the valve ball and the valve seat can cause increased wear and higher noise emissions.
  • a valve device for a fluid system has a valve unit with a valve seat and a valve body, which contacts the valve seat in a closed state of the valve unit for closing a valve opening and is removed from the valve seat in an open state for releasing the valve opening for a fluid flow in the fluid system.
  • the valve device has a guide unit with a guide element which is connected to the valve body and for transferring the valve unit from Closure state is movable in the open state along an axis of movement on.
  • the guide unit includes a counter-guide element for guiding the guide element along the movement axis.
  • the guide unit has a tilting means, by means of which the guide element can be tilted, ie preferably inclined, relative to the axis of movement for the contacting, in particular in the closed state, between the valve seat and the valve body.
  • valve device according to the invention achieves improved guidance of a valve body when opening and/or closing a valve unit of the valve device.
  • the fluid flow can be a gas or a liquid.
  • the fluid flow includes a hydrogen.
  • valve unit is arranged between a valve inlet for the fluid flow to flow in and a valve outlet for the fluid flow to flow out.
  • the valve opening is in particular part of the valve unit.
  • the valve opening can have a cross section through which the fluid flow can flow when the valve unit is in the open state. In the closed state, the valve body can be pressed onto the valve seat.
  • the valve opening is preferably completely closed in the closed state. However, it is conceivable that a leakage flow can continue to flow through the valve opening in the closed state.
  • the valve seat is designed to be movable, in particular, with the guide element.
  • the valve seat can be stationary.
  • the movement axis can comprise a central axis of the guide unit, along which the guide element and/or the valve body moves when the valve unit is transferred from the closed state to the open state and/or vice versa.
  • the movement axis can form a central axis of the guide element and/or the valve body.
  • the guide unit can in particular comprise a linear guide.
  • the guide element can be slidably mounted in the valve body. It can be provided that a gap is formed between the guide element and the counter-guide element. When the guide element is tilted, the guide element can extend at least in sections into the gap.
  • the tilting of the guide element can be understood to mean that the guide element and/or the valve body has an angle to the axis of movement, ie can preferably be aligned obliquely to the axis of movement for tilting.
  • the guide element can preferably rotate around a center of rotation, ie in particular a pivot point or an instantaneous center, on the movement axis.
  • the tilting means can define the center of rotation. Furthermore, the tilting means can be integrated into the guide element or the counter-guide element. When tilting, the tilting means can contact the guide element or the counter-guide element, in particular permanently or temporarily.
  • the guide means and the counter-guide means preferably have a gap between them. The gap can have the smallest cross-section in the region of the tilting means.
  • the guide element and the counter-guide element can form a gimbal joint by the tilting means.
  • the tilting can take place in particular when the valve unit is transferred from the open state to the closed state or vice versa.
  • a coaxiality of the valve body and/or the movement axis relative to the valve seat in particular due to tolerances, can be compensated for.
  • a gap between the guide means and the counter-guide means can be kept small or eliminated by the tilting means.
  • the state change of the valve unit between the open state and the closed state can be simplified. For example, requirements for a drive unit can be reduced.
  • the guidance made possible by the guide unit can be improved, so that wear and/or noise emissions can be reduced.
  • the valve seat can have a contact surface that is at least partially or completely conical for the valve body, with the valve body having a contact surface that is at least partially round or completely, the contact surface lying on the support surface when the valve unit is closed.
  • the contact surface can slide along the support surface in order to close the valve opening when the valve unit is transferred from the open state to the closed state, as a result of which the guide element can be tilted relative to the counter-guide element and/or the movement axis.
  • the bearing surface and the contact surface can make circumferential contact with one another in order to seal the valve opening.
  • the contact surface can be configured spherically, at least in sections.
  • the contact surface can include one or more spherical segments, spherical sections and/or spherical rings.
  • the valve body is designed entirely as a ball.
  • the contact surface can be designed in the shape of a truncated cone, for example.
  • the valve opening is preferably located in the center of the conical configuration.
  • the bearing surface can run in a conical manner all the way around to the valve opening. Due to the round design of the contact surface, the valve body can rest circumferentially on the bearing surface even in an inclined position due to the tilting, in particular completely.
  • the counter-guide element has a cylindrical interior space in which the guide element is movably arranged.
  • the interior space can be hollow and/or surrounded by the counter-guide element.
  • the counter-guide element can advantageously be tubular.
  • the guide element can have a cylindrical shape, at least in sections, in order to be guided in the counter-guide element. As a result, the guide element can be guided linearly in the counter-guide element. When tilting, guidance in different directions in space can be ensured.
  • a magnetic drive unit for moving the guide element is, in particular wherein the guide element is designed as a magnet armature.
  • the drive unit can generate a magnetic drive force in order to move the guide element and the valve body.
  • the magnetic drive unit can, for example, comprise an electrical coil in order to move the magnet armature.
  • it is advantageous to keep a gap in the guide unit small in order to reduce a coil and/or a power requirement of the drive unit.
  • other drives such.
  • B. an electric motor conceivable to move the guide element.
  • the pretensioning unit can, for example, comprise a spring, in particular in the form of a compression spring.
  • the valve body can preferably be moved counter to the fluid flow and counter to the pretensioning unit in order to convert the valve unit into the open state.
  • self-locking of the valve unit can be made possible.
  • the drive unit e.g. B. due to a technical defect, can also be ensured by the biasing unit that the fluid does not flow through the valve device in an uncontrolled manner.
  • the security of the fluid system can be improved.
  • the tilting means surrounds the guide element in the manner of a ring.
  • the tilting means can be part of the guide element or of the counter-guide element. Due to the ring-like design around the guide element, a tolerance-related offset between the valve seat and/or the valve opening and the valve body in different spatial directions can be compensated.
  • the tilting means can be formed by a rolling section on the guide element or on the counter-guiding element, in particular with the rolling section being designed in the manner of a spherical ring.
  • the rolling section can be formed, for example, by a shape of the guide element or of the counter-guide element.
  • the outer contour of the guide element or of the counter-guide element can define the rolling section. Due to the rolling section, the guide element can roll on the counter-guide element when the guide element tilts relative to the counter-guide element and/or to the movement axis. This allows a defined tilting movement.
  • the rolling section prefferably be arranged, preferably centrally, between two ends of the guide element, in particular with the guide element having a conical guide surface between each of the two ends and the rolling section, which when the guide element is tilted relative to the counter-guide element and/or or can be placed against the movement axis on the counter-guide element.
  • the guide surfaces can in particular form opposite cones to one another. Due to the cone-like design, a gap between the guide element and the counter-guide element can be enlarged in the direction of the ends and thus a space for tilting the guide element.
  • the conical design of the guide surface can enable tolerance compensation in different spatial directions.
  • the guide surfaces each run tangentially to the rolling section. Due to the tangential course of the guide surfaces, the guide surfaces can preferably bear against the counter-guide element at least on one side at a maximum tilting angle of the guide element. As a result, linear guidance of the guide element can continue to be ensured, while at the same time the gap between the guide element and the counter-guide element can be kept small. For example, a required magnetic force for moving the guide element can depend on an average dimension of the gap.
  • a fluid system includes a fluid tank for storing a fluid and a utilization device for utilizing the fluid. Furthermore, that shows Fluid system on a valve device according to the invention, which is arranged between the fluid tank and the utilization device.
  • a fluid system according to the invention thus brings with it the same advantages as have already been described in detail with reference to a valve device according to the invention.
  • the fluid system can be designed for arrangement in a vehicle, for example.
  • the usage device can include a fuel cell system, in particular for driving the vehicle.
  • the utilization device can in particular also be referred to as a consumption device.
  • the fluid can be or can be stored in the fluid tank, in particular under high pressure.
  • a fluid flow of the fluid from the fluid tank to the usage device can be influenced, in particular regulated, by the valve device. It is conceivable that the fluid system has a control unit for controlling a drive unit of the valve device.
  • Figure 1 shows a fluid system according to the invention with a valve device according to the invention in a first embodiment
  • FIG. 2 shows a valve unit of the valve device in a detailed view
  • Figure 3 shows a valve body of the valve unit in a plan view
  • Figure 4 shows a tilting means of the valve device.
  • Figure 1 shows a fluid system 1 according to the invention in a first embodiment.
  • the fluid system 1 includes a fluid tank 2 for storing a fluid and a usage device 3 for using the fluid.
  • the fluid can preferably be a hydrogen.
  • the utilization device 3 can comprise a fuel cell system, for example.
  • a valve device 10 according to the invention is arranged between the fluid tank 2 and the utilization device 3 in order to influence a fluid flow 200 of the fluid from the fluid tank 2 to the utilization device 3 .
  • the valve device 10 comprises a valve unit 20 with a valve seat 21 shown in FIG.
  • the valve body 22 In an opening state I for releasing the valve opening 23 for a fluid flow 200 in the fluid system 1, the valve body 22 is arranged at a distance from the valve seat 21.
  • the valve body 22 can be moved along a movement axis 30.1.
  • the valve device 10 has a guide unit 30, which preferably forms a linear guide.
  • the guide unit 30 has a guide element 31 which is connected to the valve body 22 and can be moved with the valve body 22 when the valve unit 20 is transferred from the open state I to the closed state II and vice versa. Furthermore, the guide unit 30 has a counter-guide element 32 for guiding the guide element 31 along the movement axis 30.1.
  • the counter-guide element 32 is preferably fastened in a stationary manner.
  • the counter-guide element 32 comprises a cylindrical interior space 35, in which the guide element 31 is movably arranged.
  • the valve device 10 further comprises a magnetic drive unit 40 for moving the guide element 31 .
  • the guide element 31 is designed at least in sections as a magnet armature 41.
  • a gap 36 is formed between the guide element 31 and the counter-guide element 32 in order to enable a relative movement between the guide element 31 and the counter-guide element 32 by the magnetic drive unit 40.
  • the valve body 22 is prestressed into the closed state II by a prestressing unit 42 .
  • the prestressing unit 42 is designed to bring the valve unit 20 into the closed state II when the drive unit 40 is de-energized.
  • the valve seat 21 has a contact surface 24 for the valve body 22 that is conical at least in sections.
  • the valve body 22 also includes a contact surface 25 that is round at least in sections.
  • the contact surface 25 rests on the support surface 24 in the closed state II of the valve unit 20 .
  • the contact surface 25 and/or the bearing surface 24 can preferably comprise a hardened steel.
  • the contact surface 25 can, as shown in Figure 3 in a sectional plan view of the valve body 22, lateral, z. B. flat, have recesses 25.1, whereby the fluid in the open state I of the valve unit 20 can advantageously flow past the valve body 22 without a large valve lift is required.
  • the guide unit 30 includes a tilting means 33, as shown in FIG.
  • the guide element 31 can be tilted by the tilting means 33 to the movement axis 30.1 for the contacting between the valve seat 21 and the valve body 22 to the counter-guide element 32 and/or to the movement axis 30.1.
  • the tilting means 33 is formed by a rolling section 33.1 on the guide element 31, which surrounds the guide element 31 in the manner of a ring.
  • the rolling section 33.1 is designed in the manner of a spherical ring.
  • the rolling section 33.1 is arranged between two ends of the guide element 31.
  • the guide element 31 has a conical guide surface 34 between each of the two ends and the rolling section 33.1, which can be placed against the counter-guide element 32 when the guide element 31 is tilted relative to the counter-guide element 32 and/or to the movement axis 30.1.
  • the guide surfaces 34 each run tangentially to the rolling section 33.1, so that the guide surfaces 34 rest against the counter-guide element 32 when the guide element 31 tilts.
  • the tilting means 33 is located on the guide element 31 .
  • the tilting means 33 is arranged on the counter-guide element 32 and the guide element 31 has a straight course.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ventilvorrichtung (10) für ein Fluidsystem (1), aufweisend eine Ventileinheit (20) mit einem Ventilsitz (21) und einem Ventilkörper (22), der den Ventilsitz (21) in einem Verschlusszustand (II) der Ventileinheit (20) zum Verschließen der Ventilöffnung (23) kontaktiert und in einem Öffnungszustand (I) zur Freigabe der Ventilöffnung (23) für eine Fluidströmung (200) in dem Fluidsystem (1) von dem Ventilsitz (21) entfernt ist, eine Führungseinheit (30) mit einem Führungselement (31), welches mit dem Ventilkörper (22) verbunden und zum Überführen der Ventileinheit (20) vom Verschlusszustand (II) in den Öffnungszustand (I) entlang einer Bewegungsachse (30.1) bewegbar ist, und einem Gegenführungselement (32) zur Führung des Führungselementes (31) entlang der Bewegungsachse (30.1). Ferner betrifft die Erfindung ein Fluidsystem (1).

Description

Beschreibung
Titel
Stand der Technik
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Ventilvorrichtung für ein Fluidsystem, sowie ein Fluidsystem.
Aus dem Stand der Technik sind Ventilvorrichtungen bekannt, die von einem Öffnungszustand in einen Verschlusszustand überführt werden können, indem eine Ventilkugel auf einen Ventilsitz gedrückt wird. Dabei kommt es jedoch regelmäßig zu einer toleranzbedingen Koaxialität, die üblicherweise durch einen Radialspalt einer Führung der Ventilnadel ausgeglichen wird. Insbesondere in Verbindung mit einem magnetischen Antrieb führt ein großer Radialspalt jedoch zu höheren Anforderungen an den Antrieb, wie z. B. zu einer größeren Magnetspule und/oder höherem Strombedarf. Weiterhin kann durch das Radialspiel zwischen der Ventilkugel und dem Ventilsitz ein erhöhter Verschleiß und eine höhere Schallemission bedingt werden können.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist eine Ventilvorrichtung für ein Fluidsystem vorgesehen. Das Fluidsystem weist eine Ventileinheit mit einem Ventilsitz und einem Ventilkörper, der den Ventilsitz in einem Verschlusszustand der Ventileinheit zum Verschließen einer Ventilöffnung kontaktiert und in einem Öffnungszustand zur Freigabe der Ventilöffnung für eine Fluidströmung in dem Fluidsystem von dem Ventilsitz entfernt ist, auf. Weiterhin weist die Ventilvorrichtung eine Führungseinheit mit einem Führungselement, welches mit dem Ventilkörper verbunden und zum Überführen der Ventileinheit vom Verschlusszustand in den Öffnungszustand entlang einer Bewegungsachse bewegbar ist, auf. Ferner umfasst die Führungseinheit ein Gegenführungselement zur Führung des Führungselementes entlang der Bewegungsachse. Die Führungseinheit weist ein Kippmittel auf, durch welches das Führungselement zur Bewegungsachse für die Kontaktierung, insbesondere im Verschlusszustand, zwischen dem Ventilsitz und dem Ventilkörper verkippbar, d. h. vorzugsweise schräg ausrichtbar, ist.
Dadurch werden die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise behoben. Insbesondere wird durch die erfindungsgemäße Ventilvorrichtung eine verbesserte Führung eines Ventilkörpers beim Öffnen und/oder Schließen einer Ventileinheit der Ventilvorrichtung erzielt.
Bei der Fluidströmung kann es sich um ein Gas oder eine Flüssigkeit handeln. Vorzugsweise umfasst die Fluidströmung einen Wasserstoff.
Insbesondere ist die Ventileinheit zwischen einem Ventileingang zum Einströmen der Fluidströmung und einen Ventilausgang zum Ausströmen der Fluidströmung angeordnet. Die Ventilöffnung ist insbesondere Teil der Ventileinheit. Dabei kann die Ventilöffnung einen Querschnitt aufweisen, welcher im Öffnungszustand der Ventileinheit durch die Fluidströmung durchströmbar ist. Im Verschlusszustand kann der Ventilkörper auf den Ventilsitz gedrückt werden. Vorzugsweise ist die Ventilöffnung im Verschlusszustand vollständig verschlossen. Es ist jedoch denkbar, dass im Verschlusszustand weiterhin eine Leckageströmung durch die Ventilöffnung hindurchströmen kann.
Der Ventilsitz ist insbesondere mit dem Führungselement beweglich ausgebildet. Der Ventilsitz kann ortsfest ausgebildet sein. Die Bewegungsachse kann eine Mittelachse der Führungseinheit umfassen, entlang welcher sich das Führungselement und/oder der Ventilkörper beim Überführen der Ventileinheit vom Verschlusszustand in den Öffnungszustand und/oder umgekehrt bewegt. Dabei kann die Bewegungsachse eine Mittelachse des Führungselementes und/oder des Ventilkörpers bilden. Die Führungseinheit kann insbesondere eine Linearführung umfassen. Beispielsweise kann das Führungselement gleitend im Ventilkörper gelagert sein. Es kann vorgesehen sein, dass zwischen dem Führungselement und dem Gegenführungselement ein Spalt ausgebildet ist. Beim Verkippen des Führungselementes kann sich das Führungselement zumindest abschnittsweise in den Spalt erstrecken. Insbesondere kann unter dem Verkippen des Führungselementes verstanden werden, dass das Führungselement und/oder der Ventilkörper einen Winkel zur Bewegungsachse aufweist, d. h. vorzugsweise zum Verkippen schräg zur Bewegungsachse ausgerichtet werden kann. Dabei kann das Führungselement vorzugsweise um ein Drehzentrum, d.h. insbesondere einen Drehpunkt oder einen Momentanpol, auf der Bewegungsachse rotieren.
Das Kippmittel kann das Drehzentrum definieren. Ferner kann das Kippmittel in das Führungselement oder das Gegenführungselement integriert sein. Beim Verkippen kann das Kippmittel das Führungselement oder das Gegenführungselement, insbesondere dauerhaft oder temporär, kontaktieren. Vorzugsweise weisen das Führungsmittel und das Gegenführungsmittel einen Spalt zueinander auf. Im Bereich des Kippmittels kann der Spalt den geringsten Querschnitt aufweisen.
Vorzugsweise können das Führungselement und das Gegenführungselement durch das Kippmittel ein Kardanikgelenk bilden. Das Verkippen kann insbesondere beim Überführen der Ventileinheit vom Öffnungszustand in den Verschlusszustand oder umgekehrt erfolgen. Durch das Verkippen kann eine, insbesondere toleranzbedingte, Koaxialität des Ventilkörpers und/oder der Bewegungsachse zum Ventilsitz ausgeglichen werden. Durch das Kippmittel kann dabei ein Spalt zwischen dem Führungsmittel und dem Gegenführungsmittel gering gehalten werden oder entfallen. Dadurch kann der Zustandswechsel der Ventileinheit zwischen dem Öffnungszustand und dem Verschlusszustand vereinfacht sein. Beispielsweise können Anforderungen an eine Antriebseinheit reduziert sein. Ferner kann die durch die Führungseinheit ermöglichte Führung verbessert sein, sodass ein Verschleiß und/oder eine Geräuschemission verringert sein können. Weiterhin ist es bei einer erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung denkbar, dass der Ventilsitz eine zumindest abschnittsweise oder vollständig kegelartige Auflagefläche für den Ventilkörper aufweist, wobei der Ventilkörper eine zumindest abschnittsweise runde oder vollständig Kontaktfläche aufweist, wobei die Kontaktfläche im Verschlusszustand der Ventileinheit auf der Auflagefläche aufliegt. Insbesondere kann die Kontaktfläche auf der Auflagefläche entlanggleiten, um die Ventilöffnung zu verschließen, wenn die Ventileinheit vom Öffnungszustand in den Verschlusszustand überführt wird, wodurch das Führungselement zum Gegenführungselement und/oder zur Bewegungsachse verkippt werden kann. Im Verschlusszustand können die Auflagefläche und die Kontaktfläche einander umlaufend kontaktieren, um die Ventilöffnung abzudichten. Insbesondere kann die Kontaktfläche zumindest abschnittsweise kugelartig ausgebildet sein. Dabei kann die Kontaktfläche ein oder mehrere Kugelsegmente, Kugelausschnitte und/oder Kugelringe umfassen. Es ist jedoch ebenso denkbar, dass der Ventilkörper vollständig als Kugel ausgebildet ist. Die Auflagefläche kann beispielsweise kegelstumpf-förmig ausgebildet sein. Dabei befindet sich die Ventilöffnung vorzugsweise mittig der kegelartigen Ausbildung. Insbesondere kann die Auflagefläche umlaufend kegelartig auf die Ventilöffnung zulaufen. Durch die runde Ausbildung der Kontaktfläche kann der Ventilkörper auch bei einer Schrägstellung durch das Verkippen, insbesondere vollständig, umlaufend auf der Auflagefläche aufliegen.
Ferner kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass das Gegenführungselement einen zylinderförmigen Innenraum aufweist, in welchem das Führungselement bewegbar angeordnet ist. Der Innenraum kann hohl sein und/oder umlaufend durch das Gegenführungselement umgeben sein. Das Gegenführungselement kann vorteilhafterweise rohrartig ausgebildet sein. Das Führungselement kann eine zumindest abschnittsweise zylinderartige Form aufweisen, um im Gegenführungselement geführt zu werden. Dadurch kann das Führungselement im Gegenführungselement linear geführt werden. Beim Verkippen kann dabei eine Führung in unterschiedliche Raumrichtungen gewährleistet sein.
Es ist ferner bei einer erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung denkbar, dass eine magnetische Antriebseinheit zum Bewegen des Führungselementes vorgesehen ist, insbesondere wobei das Führungselement als Magnetanker ausgebildet ist Die Antriebseinheit kann dabei eine magnetische Antriebskraft, erzeugen, um das Führungselement und den Ventilkörper zu bewegen. Die magnetische Antriebseinheit kann beispielsweise eine elektrische Spule umfassen, um den Magnetanker zu bewegen. Gerade bei einer magnetischen Antriebseinheit ist es von Vorteil, einen Spalt in der Führungseinheit klein zu halten, um eine Spule und/oder einen Strombedarf der Antriebseinheit zu reduzieren. Alternativ sind jedoch noch weitere Antriebe, wie z. B. ein Elektromotor, denkbar, um das Führungselement zu bewegen.
Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass der Ventilkörper durch eine Vorspanneinheit in den Verschlusszustand vorgespannt ist, wobei die Vorspanneinheit dazu ausgebildet ist, die Ventileinheit in den Verschlusszustand zu bringen, wenn die Antriebseinheit stromlos ist. Die Vorspanneinheit kann beispielsweise eine Feder, insbesondere in Form einer Druckfeder, umfassen. Vorzugsweise ist der Ventilkörper entgegen der Fluidströmung und entgegen der Vorspanneinheit bewegbar, um die Ventileinheit in den Öffnungszustand zu überführen. Dadurch kann eine Selbstsicherung der Ventileinheit ermöglicht sein. Insbesondere, wenn die Antriebseinheit, z. B. durch einen technischen Defekt, ausfällt kann durch die Vorspanneinheit ferner sichergestellt sein, dass das Fluid die Ventilvorrichtung nicht unkontrolliert durchströmt. Somit kann die Sicherheit des Fluidsystems verbessert sein.
Ferner kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass das Kippmittel das Führungselement ringartig umgibt. Dabei kann das Kippmittel Teil des Führungselementes oder des Gegenführungselementes sein. Durch die ringartige Ausbildung um das Führungselement herum, kann ein toleranzbedingter Versatz zwischen dem Ventilsitz und/oder der Ventilöffnung und dem Ventilkörper in unterschiedliche Raumrichtungen ausgeglichen werden.
Es ist ferner bei einer erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung denkbar, dass das Kippmittel durch einen Abrollabschnitt am Führungselement oder am Gegenführungselement gebildet ist, insbesondere wobei der Abrollabschnitt kugelringartig ausgebildet ist. Der Abrollabschnitt kann beispielsweise durch eine Form des Führungselementes oder des Gegenführungselementes gebildet sein. Beispielsweise kann die äußere Kontur des Führungselementes oder des Gegenführungselementes den Abrollabschnitt definieren. Durch den Abrollabschnitt kann das Führungselement am Gegenführungselement abrollen, wenn das Führungselement zum Gegenführungselement und/oder zur Bewegungsachse verkippt. Dadurch kann eine definierte Kippbewegung ermöglicht sein.
Im Rahmen der Erfindung ist es weiterhin denkbar, dass der Abrollabschnitt, vorzugsweise mittig, zwischen zwei Enden des Führungselementes angeordnet ist, insbesondere wobei das Führungselement zwischen jedem der beiden Enden und dem Abrollabschnitt eine kegelartige Führungsfläche aufweist, die beim Verkippen des Führungselementes zum Gegenführungselement und/oder zur Bewegungsachse an dem Gegenführungselement anlegbar ist. Somit können die Führungsflächen insbesondere zueinander entgegengesetzte Kegel bilden. Durch die kegelartige Ausbildung kann ein Spalt zwischen dem Führungselement und dem Gegenführungselement in Richtung der Enden und damit ein Raum zum Verkippen des Führungselementes vergrößert sein. Die kegelartige Ausbildung der Führungsfläche kann einen Toleranzausgleich in unterschiedliche Raumrichtungen ermöglichen.
Weiterhin kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass die Führungsflächen jeweils tangential zum Abrollabschnitt verlaufen. Durch den tangentialen Verlauf der Führungsflächen können die Führungsflächen bei einem maximalen Kippwinkel des Führungselementes vorzugsweise zumindest einseitig am Gegenführungselement anliegen. Dadurch kann weiterhin eine lineare Führung des Führungselementes gewährleistet werden, während gleichzeitig der Spalt zwischen dem Führungselement und dem Gegenführungselement gering gehalten werden kann. Beispielsweise kann eine erforderliche Magnetkraft zum Bewegen des Führungselementes von einem mittleren Maß des Spaltes abhängen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Fluidsystem vorgesehen. Das Fluidsystem umfasst einen Fluidtank zur Speicherung eines Fluides und eine Nutzungsvorrichtung zur Nutzung des Fluides. Weiterhin weist das Fluidsystem eine erfindungsgemäße Ventilvorrichtung auf, die zwischen dem Fluidtank und der Nutzungsvorrichtung angeordnet ist.
Somit bringt ein erfindungsgemäßes Fluidsystem die gleichen Vorteile mit sich, wie sie bereits ausführlich mit Bezug auf eine erfindungsgemäße Ventilvorrichtung beschrieben worden sind. Das Fluidsystem kann beispielsweise zur Anordnung in einem Fahrzeug ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Nutzungsvorrichtung ein Brennstoffzellensystem, insbesondere zum Antrieb des Fahrzeuges, umfassen. Die Nutzungsvorrichtung kann insbesondere auch als Verbrauchsvorrichtung bezeichnet werden. In dem Fluidtank kann das Fluid, insbesondere unter Hochdruck, speicherbar oder gespeichert sein. Durch die Ventilvorrichtung kann eine Fluidströmung des Fluides vom Fluidtank zur Nutzungsvorrichtung beeinflussbar, insbesondere regelbar, sein. Es ist denkbar, dass das Fluidsystem eine Steuereinheit zum Ansteuern einer Antriebseinheit der Ventilvorrichtung aufweist.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen schematisch:
Figur 1 ein erfindungsgemäßes Fluidsystem mit einer erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung in einem ersten Ausführungsbeispiel,
Figur 2 eine Ventileinheit der Ventilvorrichtung in einer Detailansicht,
Figur 3 einen Ventilkörper der Ventileinheit in einer Draufsicht, und
Figur 4 ein Kippmittel der Ventilvorrichtung.
In der nachfolgenden Beschreibung zu einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung werden für die gleichen technischen Merkmale auch in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen die identischen Bezugszeichen verwendet.
Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Fluidsystem 1 in einem ersten Ausführungsbeispiel. Dabei umfasst das Fluidsystem 1 einen Fluidtank 2 zur Speicherung eines Fluides und eine Nutzungsvorrichtung 3 zur Nutzung des Fluides. Bei dem Fluid kann es sich vorzugsweise um einen Wasserstoff handeln. Die Nutzungsvorrichtung 3 kann beispielsweise ein Brennstoffzellensystem umfassen. Zwischen dem Fluidtank 2 und der Nutzungsvorrichtung 3 ist ferner eine erfindungsgemäße Ventilvorrichtung 10 angeordnet, um eine Fluidströmung 200 des Fluides vom Fluidtank 2 zur Nutzungsvorrichtung 3 zu beeinflussen.
Die Ventilvorrichtung 10 umfasst eine Ventileinheit 20 mit einem in Figur 2 dargestellten Ventilsitz 21 und einem Ventilkörper 22, der den Ventilsitz 21 in einem Verschlusszustand II der Ventileinheit 20 zum Verschließen einer Ventilöffnung 23 kontaktiert. In einem Öffnungszustand I zur Freigabe der Ventilöffnung 23 für eine Fluidströmung 200 in dem Fluidsystem 1 ist der Ventilkörper 22 von dem Ventilsitz 21 entfernt angeordnet. Zum Überführen der Ventileinheit 20 vom Öffnungszustand I in den Verschlusszustand II und umgekehrt vom Verschlusszustand II in den Öffnungszustand I kann der Ventilkörper 22 entlang einer Bewegungsachse 30.1 bewegt werden. Dazu weist die Ventilvorrichtung 10 eine Führungseinheit 30 auf, die vorzugsweise eine Linearführung bildet.
Die Führungseinheit 30 weist ein Führungselement 31 auf, welches mit dem Ventilkörper 22 verbunden ist und beim Überführen der Ventileinheit 20 vom Öffnungszustand I in den Verschlusszustand II und umgekehrt mit dem Ventilkörper 22 bewegt werden kann. Ferner weist die Führungseinheit 30 ein Gegenführungselement 32 zur Führung des Führungselementes 31 entlang der Bewegungsachse 30.1 auf. Das Gegenführungselement 32 ist vorzugsweise ortsfest befestigt. Zur Führung des Führungselementes 31 umfasst das Gegenführungselement 32 einen zylinderförmigen Innenraum 35, in welchem das Führungselement 31 bewegbar angeordnet ist. Um das Führungselement 31 mit dem Ventilkörper 22 anzutreiben, umfasst die Ventilvorrichtung 10 ferner eine magnetische Antriebseinheit 40 zum Bewegen des Führungselementes 31 . Dabei ist das Führungselement 31 zumindest abschnittsweise als Magnetanker 41 ausgebildet Zwischen dem Führungselement 31 und dem Gegenführungselement 32 ist ferner ein Spalt 36 ausgebildet, um eine Relativbewegung zwischen dem Führungselement 31 und dem Gegenführungselement 32 durch die magnetische Antriebseinheit 40 zu ermöglichen. Dabei ist der Ventilkörper 22 durch eine Vorspanneinheit 42 in den Verschlusszustand II vorgespannt. Für eine erhöhte Sicherheit im Fehlerfall, ist die Vorspanneinheit 42 dazu ausgebildet, die Ventileinheit 20 in den Verschlusszustand II zu bringen, wenn die Antriebseinheit 40 stromlos ist.
Wie in Figur 2 gezeigt, weist der Ventilsitz 21 eine zumindest abschnittsweise kegelartige Auflagefläche 24 für den Ventilkörper 22 auf. Der Ventilkörper 22 umfasst ferner eine zumindest abschnittsweise runde Kontaktfläche 25. Im Verschlusszustand II liegt die Kontaktfläche 25 im Verschlusszustand II der Ventileinheit 20 auf der Auflagefläche 24 auf. Die Kontaktfläche 25 und/oder die Auflagefläche 24 können vorzugsweise einen gehärteten Stahl umfassen. Die Kontaktfläche 25 kann dabei, wie in Figur 3 in einer geschnittenen Draufsicht des Ventilkörpers 22 gezeigt, seitliche, z. B. eben verlaufende, Ausnehmungen 25.1 aufweisen, wodurch das Fluid im Öffnungszustand I der Ventileinheit 20 vorteilhaft am Ventilkörper 22 vorbeiströmen kann, ohne dass ein großer Ventilhub erforderlich ist.
Um toleranzbedingte Koaxialität zwischen dem Ventilsitz 21 , der Ventilöffnung 23, der Bewegungsachse 30.1 und/oder dem Ventilkörper 22 auszugleichen, umfasst die Führungseinheit 30 ein Kippmittel 33, wie in Figur 4 gezeigt. Durch das Kippmittel 33 ist das Führungselement 31 zur Bewegungsachse 30.1 für die Kontaktierung zwischen dem Ventilsitz 21 und dem Ventilkörper 22 zum Gegenführungselement 32 und/oder zur Bewegungsachse 30.1 verkippbar. Durch die runde, vorzugsweise kugelartige Ausbildung der Kontaktfläche 25 kann der Ventilkörper 22 die Auflagefläche 24 schräg kontaktieren, wobei eine umlaufende Abdichtung der Ventilöffnung 23 durch den Kontakt zwischen der Auflagefläche 24 und der Kontaktfläche 25 nicht oder kaum beeinträchtigt wird. Weiterhin ist das Kippmittel 33 durch einen Abrollabschnitt 33.1 am Führungselement 31 gebildet, der das Führungselement 31 ringartig umgibt Dabei ist der Abrollabschnitt 33.1 kugelringartig ausgebildet. Weiterhin ist der Abrollabschnitt 33.1 zwischen zwei Enden des Führungselementes 31 angeordnet. Das Führungselement 31 weist zwischen jedem der beiden Enden und dem Abrollabschnitt 33.1 eine kegelartige Führungsfläche 34 auf, die beim Verkippen des Führungselementes 31 zum Gegenführungselement 32 und/oder zur Bewegungsachse 30.1 an dem Gegenführungselement 32 anlegbar ist. Die Führungsflächen 34 verlaufen dabei jeweils tangential zum Abrollabschnitt 33.1 , sodass sich die Führungsflächen 34 an das Gegenführungselement 32 anlegen, wenn das Führungselement 31 verkippt.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich das Kippmittel 33 an dem Führungselement 31 . Es ist jedoch ebenfalls denkbar, dass das Kippmittel 33 am Gegenführungselement 32 angeordnet ist und das Führungselement 31 einen geraden Verlauf aufweist.

Claims

Ansprüche
1. Ventilvorrichtung (10) für ein Fluidsystem (1), aufweisend eine Ventileinheit (20) mit einem Ventilsitz (21) und einem Ventilkörper (22), der den Ventilsitz (21) in einem Verschlusszustand (II) der Ventileinheit (20) zum Verschließen einer Ventilöffnung (23) kontaktiert und in einem Öffnungszustand (I) zur Freigabe der Ventilöffnung (23) für eine Fluidströmung (200) in dem Fluidsystem (1) von dem Ventilsitz (21) entfernt ist, eine Führungseinheit (30) mit einem Führungselement (31), welches mit dem Ventilkörper (22) verbunden und zum Überführen der Ventileinheit (20) vom Verschlusszustand (II) in den Öffnungszustand (I) entlang einer Bewegungsachse (30.1) bewegbar ist, und einem Gegenführungselement (32) zur Führung des Führungselementes (31) entlang der Bewegungsachse (30.1), wobei die Führungseinheit (30) ein Kippmittel (33) aufweist, durch welches das Führungselement (31) zur Bewegungsachse (30.1) für die Kontaktierung zwischen dem Ventilsitz (21) und dem Ventilkörper (22) verkippbar ist.
2. Ventilvorrichtung (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (21) eine zumindest abschnittsweise kegelartige Auflagefläche (24) für den Ventilkörper (22) aufweist, wobei der Ventilkörper (22) eine zumindest abschnittsweise runde Kontaktfläche (25) aufweist, wobei die Kontaktfläche (25) im Verschlusszustand (II) der Ventileinheit (20) auf der Auflagefläche (24) aufliegt.
3. Ventilvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegenführungselement (32) einen zylinderförmigen Innenraum (35) aufweist, in welchem das Führungselement (31) bewegbar angeordnet ist. Ventilvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine magnetische Antriebseinheit (40) zum Bewegen des Führungselementes (31) vorgesehen ist, wobei das Führungselement (31) als Magnetanker (41) ausgebildet ist. Ventilvorrichtung (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (22) durch eine Vorspanneinheit (42) in den Verschlusszustand (II) vorgespannt ist, wobei die Vorspanneinheit (42) dazu ausgebildet ist, die Ventileinheit (20) in den Verschlusszustand (II) zu bringen, wenn die Antriebseinheit (40) stromlos ist. Ventilvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kippmittel (33) das Führungselement (31) ringartig umgibt. Ventilvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kippmittel (33) durch einen Abrollabschnitt (33.1) am Führungselement (31) gebildet ist, wobei der Abrollabschnitt (33.1) kugelringartig ausgebildet ist. Ventilvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abrollabschnitt (33.1) zwischen zwei Enden des Führungselementes (31) angeordnet ist, wobei das Führungselement (31) zwischen jedem der beiden Enden und dem Abrollabschnitt (33.1) eine kegelartige Führungsfläche (34) aufweist, die beim Verkippen des Führungselementes (31) an dem Gegenführungselement (32) anlegbar ist. Ventilvorrichtung (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsflächen (34) jeweils tangential zum Abrollabschnitt (33.1) verlaufen. Fluidsystem (1) aufweisend einen Fluidtank (2) zur Speicherung eines Fluides, eine Nutzungsvorrichtung (3) zur Nutzung des Fluides, und eine Ventilvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die zwischen dem Fluidtank (2) und der Nutzungsvorrichtung (3) angeordnet ist.
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