EP4673680A1 - Brennstofftankventil und verfahren zum betreiben eines brennstofftankventils - Google Patents

Brennstofftankventil und verfahren zum betreiben eines brennstofftankventils

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EP4673680A1
EP4673680A1 EP24704764.0A EP24704764A EP4673680A1 EP 4673680 A1 EP4673680 A1 EP 4673680A1 EP 24704764 A EP24704764 A EP 24704764A EP 4673680 A1 EP4673680 A1 EP 4673680A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
valve
electrical conductor
fuel tank
housing body
valve housing
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.)
Pending
Application number
EP24704764.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dieter Junger
Martin Kessler
Jens-Peter Nagel
Florian Reisdorf
Manfred Schuppert
Thomas Nierychlo
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.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP4673680A1 publication Critical patent/EP4673680A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Definitions

  • the invention relates to a fuel tank valve for filling and/or emptying a pressure tank with a tank interior containing fuel, and with a temperature sensor device that is integrated into the fuel tank valve and protrudes into the tank interior to detect the temperature of the fuel in the tank interior, wherein the temperature sensor device is attached to a valve housing body and is connected to an electrical conduction device that comprises at least one elongate electrical conductor that extends in a longitudinal direction through an elongate connecting channel in the valve housing body, wherein the elongate electrical conductor is formed from an electrically conductive material that is different from the material from which the valve housing body is formed.
  • the invention further relates to a method for operating such a fuel tank valve in a fuel cell system.
  • German laid-open specification DE 10 2020 201 172 A1 a device for storing compressed gas, for example hydrogen or natural gas, comprising a storage line to which at least one compressed gas container is connected, wherein a safety solenoid valve, also referred to as a shut-off valve, is integrated into the storage line.
  • a safety solenoid valve also referred to as a shut-off valve
  • the German laid-open specification DE 10 2018 221 602 A1 discloses a tank device for storing a gaseous medium, in particular hydrogen, with a valve device and a tank, wherein the valve device comprises a valve housing with a movable control valve element. Disclosure of the invention
  • the object of the invention is to improve a fuel tank valve according to the preamble of patent claim 1 functionally and/or in terms of manufacturing technology.
  • a fuel tank valve for filling and/or emptying a pressure tank with a tank interior that contains fuel and with a temperature sensor device that is integrated into the fuel tank valve and protrudes into the tank interior in order to detect the temperature of the fuel in the tank interior
  • the temperature sensor device is attached to a valve housing body and is connected to an electrical conduction device that comprises at least one elongate electrical conductor that extends in a longitudinal direction through an elongate connecting channel in the valve housing body, wherein the elongate electrical conductor is formed from an electrically conductive material that is different from the material from which the valve housing body is formed, in that the elongate electrical conductor is positively connected to at least one expansion transmission body in at least one axial section.
  • the elongate electrical conductor is made, for example, from a stamped grid.
  • the material from which the elongate electrical conductor is formed is preferably a bronze material.
  • the elongate electrical conductor can have a rectangular cross section. However, the elongated electrical conductor can also have a substantially round cross-section.
  • the connecting channel can also have a rectangular or a substantially round cross-section.
  • the at least one expansion transmission body has, for example, an external cross-section that essentially corresponds to the internal cross-section of the connecting channel in the valve housing body.
  • the positive connection between the expansion transmission body and the elongated electrical conductor ensures that longitudinal forces are transmitted from the expansion transmission body to the conductor.
  • the positive connection between the The expansion transmission body and the elongated electrical conductor ensure that its extension in the longitudinal direction approximately corresponds to that of the valve housing body.
  • the term longitudinal direction refers to a longitudinal extension of the elongated electrical conductor.
  • the elongated electrical conductor and the connecting channel in the valve housing extend in the same longitudinal direction.
  • the electrical conduction device preferably comprises two electrical conductors, which preferably extend essentially parallel to one another through the connecting channel in the valve housing body.
  • the two elongated electrical conductors are advantageously arranged coaxially in the connecting channel.
  • the electrical conductors are sufficiently spaced both from one another and from the valve housing body in the connecting channel. Compliance with these distances is advantageously also ensured by the at least one expansion transmission body, in which the two electrical conductors are embedded in the respective axial section together, but sufficiently spaced from one another.
  • the expansion transmission body is advantageously formed from a plastic material with which the elongated electrical conductor, preferably the two elongated electrical conductors, is or are overmolded in the respective axial section.
  • a preferred embodiment of the fuel tank valve is characterized in that the elongated electrical conductor has at least two arms that are spaced apart from one another in the longitudinal direction and are embedded in the expansion transmission body. This ensures a stable, positive connection between the elongated electrical conductor and the expansion transmission body in a simple manner.
  • the elongated electrical conductor preferably comprises at least two arms that extend from the elongated electrical conductor in opposite directions.
  • the elongated electrical conductor comprises two pairs, each with two arms that extend from the elongated electrical conductor in opposite directions, the two pairs of arms being spaced apart from one another in the axial direction.
  • the expansion transmission body has, for example, essentially the shape of a right circular cylinder that is arranged with clearance in a longitudinal bore which represents the connecting channel in the valve housing body
  • a further preferred embodiment of the fuel tank valve is characterized in that the elongated electrical conductor is positively connected in at least two axial sections to an expansion transmission body each, which is arranged with play in the connecting channel of the valve housing body.
  • the different expansions of the elongated electrical conductor or the elongated electrical conductors and the valve housing body can be very effectively coordinated and adjusted to one another via the size, number, shape and material properties of the expansion transmission bodies. This makes it possible for no significant differences to occur in the expansion of the elongated electrical conductor or the elongated electrical conductors and the valve housing body, particularly in the event of strong temperature fluctuations.
  • a further preferred embodiment of the fuel tank valve is characterized in that the elongated electrical conductor between two expansion transmission bodies has a clearance section in which the elongated electrical conductor is arranged in the connecting channel at a sufficient insulating distance from the valve housing body. If two elongated electrical conductors extend through the two expansion transmission bodies, then these are also arranged at a sufficient insulating distance relative to one another.
  • the clearance section between the two expansion transmission bodies advantageously prevents the expansion transmission bodies from heating up to an undesirable degree when in contact with the valve housing body.
  • the clearance section has a smaller axial dimension than the expansion transmission bodies. This ensures that the expansion transmission bodies perform their desired expansion transmission function from the valve housing body to the elongated electrical conductor to the desired extent.
  • a further preferred embodiment of the fuel tank valve is characterized in that an end of the fuel tank valve facing the tank interior is elongated electrical conductor is positively connected to a holding body, which is non-positively connected in the connecting channel and additionally positively connected to the valve housing body in such a way that the holding body cannot move further into the connecting channel.
  • the holding body creates a kind of fixed bearing for the end of the elongated electrical conductor facing the tank interior. This ensures that an electrical connection of the elongated electrical conductor to the temperature sensor device is firmly fixed even at different temperatures in the tank interior.
  • a further preferred embodiment of the fuel tank valve is characterized in that an end of the elongated electrical conductor facing away from the tank interior is electrically connected to a connecting line by a plug connection.
  • the connecting line serves, for example, to connect the elongated electrical conductor arranged in the connecting channel to a connector that is arranged outside the pressure tank.
  • the plug connection creates a type of floating bearing, which simplifies the manufacture of the fuel tank valve, in particular the connection of the temperature sensor device integrated in the fuel tank valve to the connector attached to the outside of the valve housing.
  • the claimed combination of the electrical conduction device with the at least one expansion transmission body, preferably with several expansion transmission bodies ensures that the electrical contact in the plug connection between the elongated electrical conductors and the connecting lines is not impaired by different expansions under the influence of temperature.
  • a further preferred embodiment of the fuel tank valve is characterized in that the elongated electrical conductor and the expansion transmission body(s) are selected and designed in terms of their cross-sections, elastic moduli and thermal expansion coefficients as well as their number, shape and size such that the elongated electrical conductor does not move differently in its longitudinal direction than the valve housing body or the Plug connection expands at the end facing away from the tank interior in a way that does not impair its function.
  • Non-impairing means in particular that the elongated electrical conductor may expand differently than the valve housing body within a permissible tolerance range, but without thereby impairing the plug connection's function.
  • the different expansions under the influence of temperature can alternatively be represented using a spring model and calculated using a corresponding expansion equation. The calculation can be checked using a finite element method, for example.
  • a further preferred embodiment of the fuel tank valve is characterized in that the elongated electrical conductor is made of a bronze material, the valve housing body is made of an aluminum material, and the expansion transmission body(s) is/are made of a plastic material.
  • the bronze material is preferably an alloy that contains copper and tin.
  • the aluminum material is preferably also an alloy that contains aluminum and magnesium.
  • the plastic material is preferably a thermoplastic material, in particular a polyester, such as polybutylene terephthalate. These materials have proven to be particularly advantageous in this combination for the claimed application.
  • the above-mentioned object is alternatively or additionally achieved in that the elongated electrical conductor expands in its longitudinal direction at the significantly different operating temperatures within a permissible tolerance range in the same or similar way as the valve housing body.
  • the same or similar expansion is ensured by the expansion transmission body or bodies.
  • the invention also relates to a fuel cell system with at least one pressure tank which is equipped with at least one fuel tank valve as described above.
  • the invention further relates to an expansion transmission body, an elongated electrical conductor and/or a valve housing body for a fuel tank valve as described above. The parts mentioned can be sold separately.
  • Figure 1 is a perspective longitudinal sectional view of a fuel tank valve with an integrated temperature sensor device
  • Figure 2 is an enlarged view of a contact area from Figure 1;
  • Figure 3 is a perspective view of the contact area of Figure 2 with only one elongated electrical conductor;
  • Figure 4 is an enlarged view of an electrical connection between the temperature sensor device and an electrical conductor device comprising two elongated electrical conductors;
  • Figure 5 is an enlarged detail of Figure 4 with only one elongated electrical conductor
  • Figure 6 is a schematic representation of a conventional fuel cell system as disclosed in German patent application DE 10 2020 208 038 A1;
  • Figure 7 is an enlarged view of a line section from Figure 1 with an elongated electrical conductor
  • Figure 8 is an enlarged view of a section of Figure 7 to illustrate a mathematical determination of the various strains in the longitudinal direction under the influence of temperature
  • Figure 9 shows a replacement model for the different strains under temperature influence with four springs.
  • FIG. 6 shows a schematic representation of a conventional fuel cell system 101.
  • the fuel cell system 101 comprises an anode path 104, which connects a hydrogen tank 128 to an anode 112 of a fuel cell stack 120. At least two valves 132, 134 are arranged within the anode path 104.
  • the first valve 132 is designed as a shut-off valve 132.
  • the shut-off valve 132 is open during operation of the fuel cell system 101. When the fuel cell system 101 is shut down, the shut-off valve 132 is closed so that no more hydrogen can flow from the hydrogen tank 128 to the anode 112.
  • the second valve 134 is designed as an HGI valve 134 and can meter the amount of hydrogen required by the fuel cell stack 120 depending on the respective operating state to the anode 112.
  • a connecting line 108 is arranged between the first valve 132 and the second valve 134.
  • a sensor 110 which can determine the pressure within the connecting line 108.
  • a pressure control valve 130 can be located between the hydrogen tank 128 and the first valve 132, which reduces the pressure before the hydrogen flows to the HGI valve 134 or the anode 112.
  • the pressure at the inlet of the first valve 132, which corresponds to the tank pressure or has been reduced by the pressure control valve 130 is called supply pressure.
  • the fuel cell system 101 further comprises a cathode gas supply line 115 which supplies a cathode 116 of the fuel cell stack 120 with air, and a cathode gas discharge line 117 which discharges the used air and exhaust gases from the fuel cell stack 120.
  • hydrogen is delivered to the anode path 104 via the hydrogen tank 128, the first valve 132 and via the second valve 134 to the anode 112. Since the hydrogen is supplied to the anode 112 over-stoichiometrically for performance and component protection reasons, the unused hydrogen is returned via an anode gas return line 114 and reintroduced into the anode path 104 at a hydrogen return point 122.
  • a recirculation pump 142 and other valves and components may be arranged within the anode gas return line 114.
  • the fuel cell system 101 has a measuring arrangement for checking at least one valve 132, 134.
  • the measuring arrangement comprises a sensor 110 for recording measured values for determining a current pressure at a position within the connecting line 108 of the anode path 104. In an alternative embodiment, the sensor 110 can also additionally record the current temperature of the gas at this position.
  • a control unit 111 is connected to the sensor 110 by cable or wirelessly in order to record measured values, in particular pressure values and/or temperature values, and to evaluate them according to the method according to the invention in order to check whether there is a leak in the first valve (shut-off valve) 132 or the second valve (HGI valve) 134.
  • the control unit 111 is also connected to other components of the fuel cell system 101.
  • the control unit 111 can also have a connection to the first valve 132 and/or second valve 134 in order to detect the time of opening and closing of the first valve 132 and second valve 134 and to incorporate this into the calculation of a leakage rate.
  • a fuel tank valve 1 is shown in perspective in longitudinal section.
  • the fuel tank valve 1 is, for example, a pressure control valve, as is assigned to the hydrogen tank 128 in the fuel cell system 101 shown in Figure 6. Since the hydrogen in the hydrogen tank 128 can be subjected to high pressures, for example up to seven hundred bar, the hydrogen tank 128 can also be referred to as a pressure tank 128.
  • the fuel tank valve 1 can also be referred to as a hydrogen tank valve 1.
  • the fuel tank valve 1 is also referred to as a tank valve for short.
  • Hydrogen can be removed from the pressure tank via the fuel tank valve 1.
  • the fuel tank valve 1 has, for example, two fluid connections 2, 3.
  • the pressure tank can also be filled with fuel, in particular hydrogen, via the hydrogen tank valve or fuel tank valve 1.
  • the hydrogen tank valve 1 can also be equipped with an additional fluid connection.
  • the fuel tank valve 1 advantageously comprises several valves.
  • the valves that are combined in the fuel tank valve 1 are, for example, a manually operated valve that can be used to empty the pressure tank.
  • a vent valve can be integrated into the fuel tank valve 1.
  • the pressure control valve is designed, for example, as a shut-off valve, which is also referred to by the English term shut-off valve.
  • the shut-off valve is operated electromagnetically.
  • At least one sensor device is advantageously integrated into the fuel tank valve 1.
  • the sensor device can be a pressure sensor.
  • at least one temperature sensor device 8 is integrated into the fuel tank valve 1.
  • the temperature sensor device 8 projects with a sensor body 16 into a tank interior 6 of the pressure tank.
  • an ejector 5 projects into the tank interior 6 of the pressure tank.
  • the fuel tank valve 1 is equipped with an electrical connection 4. Electrical and/or electronic devices in the fuel tank valve 1, such as a magnetic assembly of the pressure control valve or the temperature sensor device 8, can be electrically supplied and/or electronically controlled via the electrical connection 4, which is equipped with a connection plug 7.
  • the fuel tank valve 1 comprises a valve housing body 10 made of an aluminum material.
  • a connecting channel 23 is provided in the valve housing body 10 for electrical contacting of the temperature sensor device 8.
  • the connecting channel 23 is designed as a bore with a circular cross-section.
  • the connecting channel 23 has a longitudinal axis which is aligned with a longitudinal axis of the Temperature sensor device 8 coincides and extends in a vertical direction in Figure 1.
  • a contact region 9 for an electrical conduction device 20 is arranged.
  • the contact region 9 serves to represent an electrical connection of the electrical conduction device 20 to the connection plug 7.
  • the electrical conduction device 20 is electrically connected to the temperature sensor device 8 in a contact region 24.
  • FIG 2 it can be seen that in the contact area 9 two conductors 21, 22 of the electrical conduction device 20 are inserted into contact forks 17, 18 which are formed at the lower ends of two connecting conductors 27, 28 in Figure 2.
  • the connecting conductors 27, 28 serve for the electrical connection to the connection plug 7.
  • the contact forks 17, 18 represent plug connections 12, 13 which represent a type of floating bearing for the two electrical conductors 21, 22 of the electrical conduction device 20.
  • the connecting channel 23 has a recess 19 with an enlarged diameter at its upper end shown in Figure 2.
  • both the conductor 22 and the connecting conductor 28 with the contact fork 18 have essentially rectangular cross-sections.
  • the conductors 21, 22 and the connecting conductors 27, 28 are made of a bronze material with good electrical conductivity.
  • the contact area 24 is shown enlarged in longitudinal section.
  • the two conductors 21, 22 of the electrical conduction device 20 are connected to sensor wires 51, 52.
  • the electrical connection is established, for example, with two positive and material-locking connections 53, 54.
  • the temperature sensor device 8 comprises a sensor housing body 55, which is firmly connected to the valve body 10 with the interposition of a sealing device 56. Due to the positive and material-locking connections 53, 54, the contact area 24 represents a type of fixed bearing for the electrical conduction device 20.
  • Valve housing body 10 supports
  • Figure 5 shows that the positive and material-locking connection 54 between the sensor wire 52 and the conductor 22 is arranged in a holding body 30.
  • the holding body 30 is made of a plastic material.
  • the positive and material-locking connection 53 is, for example, overmolded with the plastic material from which the holding body 30 is made.
  • the holding body 30 is pressed into the connecting channel 23 and is additionally fixed in the axial direction by a shoulder 58 in the connecting channel 23 of the valve housing body 10. This ensures that the holding body 30 cannot move upwards in the connecting channel 23 in Figure 5.
  • a line section 14 with the electrical conductor 22 of the electrical conduction device 20 from Figure 1 is shown in longitudinal section alone.
  • the conductor 22 made of the bronze material in the line section 14 between the fixed bearing-like contact area 24 and the loose bearing-like contact area 9 expands differently than the valve housing body 10 made of the aluminum material.
  • the conductor 22 is embedded in seven axial sections in seven expansion transmission bodies 31 to 37.
  • the number seven refers to the exemplary embodiment shown. Depending on the design, the use of more than seven or fewer expansion transmission bodies may be useful.
  • the expansion transmission bodies 31 to 37 are made of a plastic material with which the conductor 22 is molded in the relevant axial sections.
  • the conductor 22 has four arms 25, 26; 65, 66 for each expansion transmission body 31 to 37.
  • the arms 25, 26; 65, 66 are arranged in pairs and angled in opposite directions from the conductor 22.
  • a play section 41 to 46 is provided in each case, in which the conductor 22 is not overmolded with plastic material.
  • Figures 8 and 9 illustrate how the thermal expansion of the conductor 22 can be made approximately equal to the thermal expansion of the valve body 10 by the multiple partial overmolding with the expansion transmission bodies 31 to 37.
  • a double arrow 61 indicates a diameter of the expansion transmission body 31, with which the expansion transmission body 31 is arranged with play in the connecting channel 23.
  • a double arrow 62 indicates an expansion length between the arms 25, 26 and 65, 66 in the expansion transmission body 31.
  • a double arrow 63 illustrates a total length of the line section 14.
  • Figure 9 shows an equivalent diagram of the temperature expansions in the form of a spring model with four springs 71, 72, 73 and 74.
  • the spring 71 illustrates the valve housing body 10.
  • An arrow 75 illustrates the expansion of the valve housing body 10.
  • the spring 72 illustrates the conductor 22 made of the bronze material.
  • the spring 73 illustrates the expansion transmission body 31 made of the plastic material.
  • the spring 74 illustrates a clearance section between two expansion transmission bodies.
  • the properties of stiffness and coefficient of linear expansion are combined in the springs 71 to 74.
  • the spring 72 which represents the bronze conductor
  • the spring 73 which represents the plastic expansion transfer body, are connected in parallel.
  • An arrow 76 indicates the joint expansion of this parallel connection from 72 to 73.
  • An arrow 77 indicates the expansion of the spring 74, which illustrates the play section and is connected in series with the parallel connection of 72 and 73.
  • Dimension arrows 78 and 79 illustrate a strain difference, namely a strain difference between the strain 75 of the
  • Valve housing body 10 minus the expansions indicated by arrows 76 and 77 are illustrated in Figure 9.
  • the guide element strain of the axial sections of the conductor overmolded with the strain transfer bodies can be calculated and checked, for example, using a finite element method.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Brennstofftankventil (1) zum Befüllen und/oder Entleeren eines Drucktanks mit einem Tankinnenraum (6), der Brennstoff enthält, und mit einer Temperatursensoreinrichtung (8), die in das Brennstofftankventil (1) integriert ist und in den Tankinnenraum ragt, um die Temperatur des Brennstoffs in dem Tankinnenraum zu erfassen, wobei die Temperatursensoreinrichtung an einem Ventilgehäusekörper (10) angebracht und mit einer elektrischen Leiteinrichtung (20) verbunden ist, die mindestens einen länglichen elektrischen Leiter umfasst, der sich in einer Längsrichtung durch einen länglichen Verbindungskanal (23) in dem Ventilgehäusekörper hindurch erstreckt, wobei der längliche elektrische Leiter aus einem elektrisch leitenden Material gebildet ist, das sich von dem Material unterscheidet, aus dem der Ventilgehäusekörper gebildet ist. Um das Brennstofftankventil funktionell und/oder herstellungstechnisch zu verbessern, ist der längliche elektrische Leiter in mindestens einem axialen Abschnitt formschlüssig mit mindestens einem Dehnübertragungskörper verbunden.

Description

Beschreibung
Titel
Brennstofftankventil und Verfahren zum Betreiben eines Brennstofftankventils
Die Erfindung betrifft ein Brennstofftankventil zum Befüllen und/oder Entleeren eines Drucktanks mit einem Tankinnenraum, der Brennstoff enthält, und mit einer Temperatursensoreinrichtung, die in das Brennstofftankventil integriert ist und in den Tankinnenraum ragt, um die Temperatur des Brennstoffs in dem Tankinnenraum zu erfassen, wobei die Temperatursensoreinrichtung an einem Ventilgehäusekörper angebracht und mit einer elektrischen Leiteinrichtung verbunden ist, die mindestens einen länglichen elektrischen Leiter umfasst, der sich in einer Längsrichtung durch einen länglichen Verbindungskanal in dem Ventilgehäusekörper hindurch erstreckt, wobei der längliche elektrische Leiter aus einem elektrisch leitenden Material gebildet ist, das sich von dem Material unterscheidet, aus dem der Ventilgehäusekörper gebildet ist. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Brennstofftankventils in einem Brennstoffzellensystem.
Stand der Technik
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2020 201 172 A1 ist eine Vorrichtung zum Speichern von Druckgas, beispielsweise Wasserstoff oder Erdgas, bekannt, umfassend eine Speicherleitung, an die mindestens ein Druckgasbehälter angeschlossen ist, wobei ein auch als Shut-Off-Ventil bezeichnetes Sicherheitsmagnetventil in die Speicherleitung integriert ist. Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2018 221 602 A1 offenbart eine Tankvorrichtung zur Speicherung eines gasförmigen Mediums, insbesondere Wasserstoff, mit einer Ventilvorrichtung und einem Tank, wobei die Ventilvorrichtung ein Ventilgehäuse mit einem beweglichen Ansteuerventilelement umfasst. Offenbarung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Brennstofftankventil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 funktionell und/oder herstellungstechnisch zu verbessern.
Die Aufgabe ist bei einem Brennstofftankventil zum Befüllen und/oder Entleeren eines Drucktanks mit einem Tankinnenraum, der Brennstoff enthält, und mit einer Temperatursensoreinrichtung, die in das Brennstofftankventil integriert ist und in den Tankinnenraum ragt, um die Temperatur des Brennstoffs in dem Tankinnenraum zu erfassen, wobei die Temperatursensoreinrichtung an einem Ventilgehäusekörper angebracht und mit einer elektrischen Leiteinrichtung verbunden ist, die mindestens einen länglichen elektrischen Leiter umfasst, der sich in einer Längsrichtung durch einen länglichen Verbindungskanal in dem Ventilgehäusekörper hindurch erstreckt, wobei der längliche elektrische Leiter aus einem elektrisch leitenden Material gebildet ist, das sich von dem Material unterscheidet, aus dem der Ventilgehäusekörper gebildet ist, dadurch gelöst, dass der längliche elektrische Leiter in mindestens einem axialen Abschnitt formschlüssig mit mindestens einem Dehnübertragungskörper verbunden ist. Der längliche elektrische Leiter ist zum Beispiel aus einem Stanzgitter hergestellt. Bei dem Material, aus welchem der längliche elektrische Leiter gebildet ist, handelt es sich vorzugsweise um ein Bronzematerial. Der längliche elektrische Leiter kann einen rechteckigen Querschnitt aufweisen. Der längliche elektrische Leiter kann aber auch einen im Wesentlichen runden Querschnitt aufweisen. Der Verbindungskanal kann ebenfalls einen rechteckigen oder einen im Wesentlichen runden Querschnitt aufweisen. Der mindestens eine Dehnübertragungskörper hat zum Beispiel einen Außenquerschnitt, der dem Innenquerschnitt des Verbindungskanals in dem Ventilgehäusekörper im Wesentlichen entspricht.
Zwischen dem Dehnübertragungskörper und dem Ventilgehäusekörper ist in dem Verbindungskanal ein ausreichendes Spiel vorzusehen, so dass sich der Dehnübertragungskörper ungehindert in dem Ventilgehäusekörper unter Temperatureinwirkung ausdehnen kann. Durch die formschlüssige Verbindung zwischen dem Dehnübertragungskörper und dem länglichen elektrischen Leiter wird erreicht, dass Längskräfte von dem Dehnübertragungskörper auf den Leiter übertragen werden. Über den Formschluss zwischen dem Dehnübertragungskörper und dem länglichen elektrischen Leiter wird erreicht, dass seine Ausdehnung in Längsrichtung annähernd der des Ventilgehäusekörpers entspricht. Der Begriff Längsrichtung bezieht sich auf eine Längserstreckung des länglichen elektrischen Leiters. Der längliche elektrische Leiter und der Verbindungskanal in dem Ventilgehäuse erstrecken sich in der gleichen Längsrichtung. Die elektrische Leiteinrichtung umfasst vorzugsweise zwei elektrische Leiter, die sich vorzugsweise im Wesentlichen parallel zu einander durch den Verbindungskanal in dem Ventilgehäusekörper erstrecken. Dabei sind die beiden länglichen elektrischen Leiter vorteilhaft koaxial in dem Verbindungskanal angeordnet. Um unerwünschte Kurzschlüsse zwischen den elektrischen Leitern und unerwünschte Masseschlüsse zwischen den elektrischen Leitern und dem Ventilgehäusekörper zu vermeiden, sind die elektrischen Leiter sowohl ausreichend voneinander als auch ausreichend zu dem Ventilgehäusekörper in dem Verbindungskanal beabstandet. Das Einhalten dieser Abstände wird vorteilhaft auch durch den mindestens einen Dehnübertragungskörper sichergestellt, in dem die beiden elektrischen Leiter in den jeweiligen axialen Abschnitt zusammen, aber ausreichend voneinander beabstandet, eingebettet sind. Der Dehnübertragungskörper ist vorteilhaft aus einem Kunststoffmaterial gebildet, mit welchem der längliche elektrische Leiter, vorzugsweise die beiden länglichen elektrischen Leiter, in dem jeweiligen axialen Abschnitt umspritzt ist beziehungsweise sind.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Brennstofftankventils ist dadurch gekennzeichnet, dass der längliche elektrische Leiter mindestens zwei in Längsrichtung voneinander beabstandete Ausleger aufweist, die in den Dehnübertragungskörper eingebettet sind. So wird auf einfache Art und Weise eine stabile formschlüssige Verbindung zwischen dem länglichen elektrischen Leiter und dem Dehnübertragungskörper sichergestellt. Der längliche elektrische Leiter umfasst vorzugsweise mindestens zwei Ausleger, die sich von dem länglichen elektrischen Leiter in entgegengesetzten Richtungen erstrecken. Besonders vorteilhaft umfasst der längliche elektrische Leiter zwei Paare mit jeweils zwei Auslegern, die sich von dem länglichen elektrischen Leiter in entgegengesetzten Richtungen erstrecken, wobei die beiden Auslegerpaare in axialer Richtung voneinander beabstandet sind. Der Dehnübertragungskörper hat zum Beispiel im Wesentlichen die Gestalt eines geraden Kreiszylinders, der mit Spiel in einer Längsbohrung angeordnet ist, die den Verbindungskanal in dem Ventilgehäusekörper darstellt
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Brennstofftankventils ist dadurch gekennzeichnet, dass der längliche elektrische Leiter in mindestens zwei axialen Abschnitten formschlüssig mit jeweils einem Dehnübertragungskörper verbunden ist, der mit Spiel in dem Verbindungskanal des Ventilgehäusekörpers angeordnet ist. Über die Größe, Anzahl, Gestalt und die Materialeigenschaften der Dehnübertragungskörper können die unterschiedlichen Dehnungen des länglichen elektrischen Leiters beziehungsweise der länglichen elektrischen Leiter und des Ventilgehäusekörpers sehr effektiv aufeinander abgestimmt und abgeglichen werden. Dadurch ist es möglich, dass insbesondere auch bei starken Temperaturschwankungen keine signifikanten Unterschiede in der Ausdehnung des länglichen elektrischen Leiters beziehungsweise der länglichen elektrischen Leiter und dem Ventilgehäusekörper auftreten.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Brennstofftankventils ist dadurch gekennzeichnet, dass der längliche elektrische Leiter zwischen zwei Dehnübertragungskörpern einen Spielabschnitt aufweist, in welchem der längliche elektrische Leiter in dem Verbindungskanal in einem ausreichenden Isolierabstand zu dem Ventilgehäusekörper angeordnet ist. Wenn sich zwei längliche elektrische Leiter durch die beiden Dehnübertragungskörper hindurch erstrecken, dann sind auch diese relativ zueinander in einem ausreichenden Isolierabstand angeordnet. Durch den Spielabschnitt zwischen den beiden Dehnübertragungskörpern wird vorteilhaft verhindert, dass sich die Dehnübertragungskörper im Kontakt mit dem Ventilgehäusekörper unerwünscht stark aufheizen. Allerdings hat der Spielabschnitt eine geringere axiale Abmessung als die Dehnübertragungskörper. Dadurch wird sichergestellt, dass die Dehnübertragungskörper ihre gewünschte Dehnübertragungsfunktion vom Ventilgehäusekörper auf den länglichen elektrischen Leiter in gewünschtem Umfang ausüben.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Brennstofftankventils ist dadurch gekennzeichnet, dass ein dem Tankinnenraum zugewandtes Ende des länglichen elektrischen Leiters formschlüssig mit einem Haltekörper verbunden ist, der in dem Verbindungskanal kraftschlüssig und zusätzlich formschlüssig so mit dem Ventilgehäusekörper verbunden ist, dass sich der Haltekörper nicht weiter in den Verbindungskanal hinein bewegen kann. Durch den Haltekörper wird sozusagen eine Art Festlager für das dem Tankinnenraum zugewandte Ende des länglichen elektrischen Leiters geschaffen. So wird sichergestellt, dass ein elektrischer Anschluss des länglichen elektrischen Leiters an die Temperatursensoreinrichtung auch bei unterschiedlichen Temperaturen im Tankinnenraum stabil fixiert wird.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Brennstofftankventils ist dadurch gekennzeichnet, dass ein dem Tankinnenraum abgewandtes Ende des länglichen elektrischen Leiters durch eine Steckverbindung elektrisch an eine Verbindungsleitung angebunden ist. Die Verbindungsleitung dient zum Beispiel dazu, den in dem Verbindungskanal angeordneten länglichen elektrischen Leiter an einen Anschlussstecker anzubinden, der außerhalb des Drucktanks angeordnet ist. Durch die Steckverbindung wird eine Art Loslager geschaffen, durch welches die Herstellung des Brennstofftankventils, insbesondere das Anbinden der in das Brennstofftankventil integrierten Temperatursensoreinrichtung an den außen an dem Ventilgehäuse angebrachten Anschlussstecker vereinfacht. Durch die beanspruchte Kombination der elektrischen Leiteinrichtung mit dem mindestens einen Dehnübertragungskörper, vorzugsweise mit mehreren Dehnübertragungskörpern, wird sichergestellt, dass der elektrische Kontakt in der Steckverbindung zwischen den länglichen elektrischen Leitern und den Verbindungsleitungen nicht durch unterschiedliche Ausdehnungen unter Temperatureinwirkung beeinträchtigt wird.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Brennstofftankventils ist dadurch gekennzeichnet, dass der längliche elektrische Leiter und der Dehnübertragungskörper/die Dehnübertragungskörper in ihren Querschnitten, Elastizitätsmodulen und Temperaturausdehnungskoeffizienten sowie in ihrer Anzahl, Gestalt und Größe so ausgewählt und ausgelegt sind, dass sich der längliche elektrische Leiter bei unterschiedlichen Betriebstemperaturen in seiner Längsrichtung nicht anders als der Ventilgehäusekörper oder die Steckverbindung an seinem dem Tankinnenraum abgewandten Ende in ihrer Funktion nicht beeinträchtigend ausdehnt. Nicht beeinträchtigend bedeutet insbesondere, dass sich der längliche elektrische Leiter zwar innerhalb eines zulässigen Toleranzbereichs eventuell anders als der Ventilgehäusekörper ausdehnen kann, aber ohne dadurch die Steckverbindung in ihrer Funktion zu beeinträchtigen. Die unterschiedlichen Dehnungen unter Temperatureinwirkung können ersatzweise mit Hilfe eines Federmodells dargestellt und mit einer entsprechenden Dehnungsgleichung berechnet werden. Die Berechnung kann zum Beispiel mit Hilfe eines Finite Elemente Verfahrens überprüft werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Brennstofftankventils ist dadurch gekennzeichnet, dass der längliche elektrische Leiter aus einem Bronzematerial gebildet ist, wobei der Ventilgehäusekörper aus einem Aluminiummaterial gebildet ist, wobei der/die Dehnübertragungskörper aus einem Kunststoffmaterial gebildet ist/sind. Bei dem Bronzematerial handelt es sich vorzugsweise um eine Legierung, die Kupfer und Zinn enthält. Bei dem Aluminiummaterial handelt es sich vorzugsweise ebenfalls um eine Legierung, die Aluminium und Magnesium enthält. Bei dem Kunststoffmaterial handelt es sich vorzugsweise um ein thermoplastisches Kunststoffmaterial, insbesondere um ein Polyester, wie Polybutylenterephtalat Diese Materialien haben sich in dieser Kombination für die beanspruchte Anwendung als besonders vorteilhaft erwiesen.
Bei einem Verfahren zum Betreiben eines vorab beschriebenen Brennstofftankventils in einem Brennstoffzellensystem bei signifikant unterschiedlichen Betriebstemperaturen, ist die oben angegebene Aufgabe alternativ oder zusätzlich dadurch gelöst, dass sich der längliche elektrische Leiter bei den signifikant unterschiedlichen Betriebstemperaturen innerhalb eines zulässigen Toleranzbereichs in seiner Längsrichtung so oder so ähnlich wie der Ventilgehäusekörper ausdehnt. Die gleiche oder ähnliche Ausdehnung wird durch den beziehungsweise die Dehnübertragungskörper sichergestellt.
Die Erfindung betrifft gegebenenfalls auch ein Brennstoffzellensystem mit mindestens einem Drucktank, der mit mindestens einem vorab beschriebenen Brennstofftankventil ausgestattet ist. Die Erfindung betrifft des Weiteren einen Dehnübertragungskörper, einen länglichen elektrischen Leiter und/oder einen Ventilgehäusekörper für ein vorab beschriebenes Brennstofftankventil. Die genannten Teile sind separat handelbar.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Es zeigen:
Figur 1 eine perspektivische Längsschnittdarstellung eines Brennstofftankventils mit einer integrierten Temperatursensoreinrichtung;
Figur 2 eine vergrößerte Darstellung eines Kontaktbereichs aus Figur 1 ;
Figur 3 eine perspektivische Darstellung des Kontaktbereichs aus Figur 2 mit nur einem länglichen elektrischen Leiter;
Figur 4 eine vergrößerte Darstellung einer elektrischen Verbindung zwischen der Temperatursensoreinrichtung und einer elektrischen Leiteinrichtung, die zwei längliche elektrische Leiter umfasst;
Figur 5 einen vergrößerten Ausschnitt aus Figur 4 mit nur einem länglichen elektrischen Leiter;
Figur 6 eine schematische Darstellung eines herkömmlichen Brennstoffzellensystems, wie es in der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2020 208 038 A1 offenbart ist;
Figur 7 eine vergrößerte Darstellung eines Leitungsabschnitt aus Figur 1 mit einem länglichen elektrischen Leiter; Figur 8 eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts aus Figur 7 zur Veranschaulichung einer rechnerischen Ermittlung der verschiedenen Dehnungen in Längsrichtung unter Temperatureinwirkung; und
Figur 9 ein Ersatzmodell für die unterschiedlichen Dehnungen unter Temperatureinwirkung mit vier Federn.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Figur 6 zeigt eine schematische Darstellung eines herkömmlichen Brennstoffzellensystems 101. Das Brennstoffzellensystem 101 umfasst einen Anodenpfad 104, welcher einen Wasserstofftank 128 mit einer Anode 112 eines Brennstoffzellenstacks 120 verbindet. Innerhalb des Anodenpfades 104 sind mindestens zwei Ventile 132, 134 angeordnet.
Das erste Ventil 132, ist als Absperrventil oder Shut-Off-Ventil 132 ausgebildet. Das Shut-Off-Ventil 132 ist im Betrieb des Brennstoffzellensystems 101 geöffnet. Wenn das Brennstoffzellensystem 101 heruntergefahren wird, wird das Shut-Off- Ventil 132 geschlossen, so dass kein Wasserstoff aus dem Wasserstofftank 128 mehr zur Anode 112 strömen kann.
Das zweite Ventil 134 ist als HGI-Ventil 134 ausgebildet und kann die Menge an Wasserstoff, welche abhängig von dem jeweiligen Betriebszustand vom Brennstoffzellenstack 120 benötigt wird, zur Anode 112 zu dosieren.
Zwischen dem ersten Ventil 132 und dem zweiten Ventil 134 ist eine Verbindungsleitung 108 angeordnet. In der Verbindungsleitung 108 befindet sich ein Sensor 110, welcher den Druck innerhalb der Verbindungsleitung 108 bestimmen kann.
Im Wasserstofftank 128 ist der Wasserstoff meist unter hohen Druck bevorratet. Um den Druck zu reduzieren, kann sich zwischen dem Wasserstofftank 128 und dem ersten Ventil 132 ein Druckregelventil 130 befinden, welches den Druck reduziert, bevor der Wasserstoff zum HGI-Ventil 134 beziehungsweise zur Anode 112 strömt. Der Druck am Eingang des ersten Ventils 132, welcher dem Tankdruck entspricht oder durch das Druckregelventil 130 reduziert wurde, wird Versorgungsdruck genannt.
Das Brennstoffzellensystem 101 weist des Weiteren eine Kathodengaszuführleitung 115, auf, welche eine Kathode 116 des Brennstoffzellenstacks 120 mit Luft versorgt, sowie eine Kathodengasabführleitung 117, welche die verbrauchte Luft und Abgase vom Brennstoffzellenstack 120 ableitet.
Im Betrieb des Brennstoffzellensystems 101 wird dem Anodenpfad 104 Wasserstoff über den Wasserstofftank 128, das erste Ventil 132 und über das zweite Ventil 134 an die Anode 112 abgegeben. Da der Wasserstoff der Anode 112 aus Performance- und Komponentenschutzgründen überstöchiometrisch zugeführt wird, wird der nicht verbrauchte Wasserstoff über eine Anodengasrückführleitung 114 zurückgeführt und an einer Wasserstoffrückführstelle 122 wieder in den Anodenpfad 104 eingeleitet.
Innerhalb der Anodengasrückführleitung 114 können eine Rezirkulationspumpe 142, sowie weitere Ventile und Komponenten angeordnet sein.
Weil während der Brennstoffzellenreaktion Stickstoff von der Kathode 116 zur Anoden 112 diffundiert und sich über die Anodengasrückführleitung 114 mit steigendem Anteil innerhalb des Anodenpfades 104 ansammelt, muss der innerhalb des Anodenpfades 104 angesammelte Stickstoff von Zeit zu Zeit aus dem Brennstoffzellensystem 101 entfernt werden.
Dies kann vorliegend über ein Purge-Ventil 141 erfolgen, welches in der Anodengasrückführleitung 114 angeordnet ist. Zur Abführung eines Wasserüberschusses aus der Anode 112 beziehungsweise dem Anodenpfad 104 kann ferner ein Wasserabscheider, ein Wasserreservoir sowie ein Drain- Ventil innerhalb des Anodengasrückführleitung 114 angeordnet sein, welche in der Zeichnung nicht explizit dargestellt sind, da sie nicht erfindungswesentlich sind. Das Brennstoffzellensystem 101 weist eine Messanordnung zur Überprüfung mindestens eines Ventils 132, 134 auf. Die Messanordnung umfasst einen Sensor 110 zum Erfassen von Messwerten zur Bestimmung eines aktuellen Druckes an einer Position innerhalb der Verbindungsleitung 108 des Anodenpfades 104. In einer alternativen Ausführungsform kann der Sensor 110 zusätzlich auch die aktuelle Temperatur des Gases an dieser Position erfassen.
Eine Steuereinheit 111 ist kabelgebunden oder kabellos mit dem Sensor 110 verbunden, um Messwerte, insbesondere Druckwerte und/oder Temperaturwerte, zu erfassen und gemäß des erfindungsgemäßen Verfahren auszuwerten, um zu überprüfen, ob eine Leckage des ersten Ventils (Shut-Off- Ventil) 132 oder des zweiten Ventils (HGI-Ventils) 134 vorliegt.
Die Steuereinheit 111 ist auch mit weiteren Komponenten des Brennstoffzellensystems 101 verbunden. Die Steuereinheit 111 kann auch eine Verbindung zum ersten Ventil 132 und/oder zweiten Ventil 134 aufweisen, um den Zeitpunkt des Öffnens und Schließens des ersten Ventils 132 und zweiten Ventils 134 zu erfassen und in die Berechnung einer Leckage-Rate einfließen zu lassen.
In Figur 1 ist ein Brennstofftankventil 1 perspektivisch im Längsschnitt dargestellt. Bei dem Brennstofftankventil 1 handelt es sich zum Beispiel um ein Druckregelventil, wie es in dem Brennstoffellensystem 101 , das in Figur 6 dargestellt ist, dem Wasserstofftank 128 zugeordnet ist. Da der Wasserstoff in dem Wasserstofftank 128 mit hohen Drücken, zum Beispiel bis zu siebenhundert bar, beaufschlagbar ist, kann der Wasserstofftank 128 auch als Drucktank 128 bezeichnet werden.
Wenn das Brennstofftankventil 1 in einem Brennstoffzellensystem verwendet wird, das mit Wasserstoff als Brennstoff betrieben wird, kann das Brennstofftankventil 1 auch als Wasserstofftankventil 1 bezeichnet werden. Das Brennstofftankventil 1 wird verkürzt auch als Tankventil bezeichnet. Über das Brennstofftankventil 1 kann Wasserstoff aus dem Drucktank entnommen werden. Zu diesem Zweck weist das Brennstofftankventil 1 zum Beispiel zwei Fluidanschlüsse 2, 3 auf. Je nach Ausführung kann der Drucktank auch über das Wasserstofftankventil oder Brennstofftankventil 1 mit Brennstoff, insbesondere Wasserstoff, befüllt werden. Zu diesem Zweck kann das Wasserstofftankventil 1 auch mit einem weiteren Fluidanschluss ausgestattet sein.
Das Brennstofftankventil 1 umfasst vorteilhaft mehrere Ventile. Bei den Ventilen, die in dem Brennstofftankventil 1 kombiniert sind, handelt es sich zum Beispiel um ein manuell betätigbares Ventil, über das der Drucktank entleert werden kann. Darüber hinaus kann ein Entlüftungsventil in das Brennstofftankventil 1 integriert sein. Das Druckregelventil ist zum Beispiel als Absperrventil ausgeführt, das auch mit dem englischen Begriff Shut Off Valve bezeichnet wird. Das Shut Off Valve wird elektromagnetisch betätigt.
In das Brennstofftankventil 1 ist darüber hinaus vorteilhaft mindestens eine Sensoreinrichtung integriert. Bei der Sensoreinrichtung kann es sich um einen Drucksensor handeln. Des Weiteren ist mindestens eine Temperatursensoreinrichtung 8 in das Brennstofftankventil 1 integriert. Die Temperatursensoreinrichtung 8 ragt mit einem Sensorkörper 16 in einen Tankinnenraum 6 des Drucktanks. Darüber hinaus ragt ein Ejektor 5 in den Tankinnenraum 6 des Drucktanks.
Das Brennstofftankventil 1 ist mit einem Elektroanschluss 4 ausgestattet. Über den Elektroanschluss 4, der mit einem Anschlussstecker 7 ausgestattet ist, können elektrische und/oder elektronische Einrichtungen in dem Brennstofftankventil 1 wie eine Magnetbaugruppe des Druckregelventils oder die Temperatursensoreinrichtung 8 elektrisch versorgt und/oder elektronisch angesteuert werden.
Das Brennstofftankventil 1 umfasst einen Ventilgehäusekörper 10 aus einem Aluminiummaterial. Zur elektrischen Kontaktierung der Temperatursensoreinrichtung 8 ist in dem Ventilgehäusekörper 10 ein Verbindungskanal 23 vorgesehen. Der Verbindungskanal 23 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als Bohrung mit einem kreisrunden Querschnitt ausgeführt. Der Verbindungskanal 23 hat eine Längsachse, die mit einer Längsachse der Temperatursensoreinrichtung 8 zusammenfällt und sich in Figur 1 in einer vertikalen Richtung erstreckt.
An einem in Figur 1 oberen Ende ist ein Kontaktbereich 9 für eine elektrische Leiteinrichtung 20 angeordnet Der Kontaktbereich 9 dient zur Darstellung einer elektrischen Anbindung der elektrischen Leiteinrichtung 20 an den Anschlussstecker 7. An einem in Figur 1 unteren Ende ist die elektrische Leiteinrichtung 20 in einem Kontaktbereich 24 elektrisch an die Temperatursensoreinrichtung 8 angebunden.
In Figur 2 sieht man, dass in dem Kontaktbereich 9 zwei Leiter 21 , 22 der elektrischen Leiteinrichtung 20 in Kontaktgabeln 17, 18 eingesteckt sind, die an in Figur 2 unteren Enden zweier Verbindungsleiter 27, 28 ausgebildet sind. Die Verbindungsleiter 27, 28 dienen zur elektrischen Anbindung an den Anschlussstecker 7. Die Kontaktgabeln 17, 18 stellen Steckverbindungen 12, 13 dar, die eine Art Loslager für die beiden elektrischen Leiter 21 , 22 der elektrischen Leiteinrichtung 20 darstellen. Zur Aufnahme der Steckverbindungen 12, 13 weist der Verbindungskanal 23 an seinem in Figur 2 dargestellten oberen Ende eine Ausnehmung 19 mit einem vergrößerten Durchmesser auf.
In der perspektivischen Schnittdarstellung der Figur 3 sieht man, dass sowohl der Leiter 22 als auch der Verbindungsleiter 28 mit der Kontaktgabel 18 im Wesentlichen rechteckige Querschnitte aufweisen. Die Leiter 21 , 22 und die Verbindungsleiter 27, 28 sind aus einem elektrisch gut leitenden Bronzematerial gebildet.
In Figur 4 ist der Kontaktbereich 24 vergrößert im Längsschnitt dargestellt. In dem Kontaktbereich 24 sind die beiden Leiter 21 , 22 der elektrischen Leiteinrichtung 20 mit Sensordrähten 51 , 52 verbunden. Die elektrische Verbindung wird zum Beispiel mit zwei form- und stoffschlüssigen Verbindungen 53, 54 hergestellt. Die Temperatursensoreinrichtung 8 umfasst einen Sensorgehäusekörper 55, der unter Zwischenschaltung einer Dichteinrichtung 56 fest mit dem Ventilkörper 10 verbunden ist. Durch die form- und stoffschlüssigen Verbindungen 53, 54 stellt der Kontaktbereich 24 eine Art Festlager für die elektrische Leiteinrichtung 20 dar. In Figur 4 sieht man, dass sich der Sensorgehäusekörper 55 mit einem Absatz 57 an einem Absatz 11 des
Ventilgehäusekörpers 10 abstützt
In Figur 5 ist dargestellt, dass die form-und stoffschlüssige Verbindung 54 zwischen dem Sensordraht 52 und dem Leiter 22 in einem Haltekörper 30 angeordnet ist. Der Haltekörper 30 ist aus einem Kunststoffmaterial gebildet. Die form- und stoffschlüssige Verbindung 53 ist zum Beispiel mit dem Kunststoffmaterial, aus welchem der Haltekörper 30 gebildet ist, umspritzt. Der Haltekörper 30 ist in den Verbindungskanal 23 eingepresst und zusätzlich durch einen Absatz 58 in dem Verbindungskanal 23 des Ventilgehäusekörpers 10 in axialer Richtung festgelegt. Dadurch wird sichergestellt, dass sich der Haltekörper 30 in dem Verbindungskanal 23 in Figur 5 nicht nach oben bewegen kann.
In Figur 7 ist ein Leitungsabschnitt 14 mit dem elektrischen Leiter 22 der elektrischen Leiteinrichtung 20 aus Figur 1 alleine im Längsschnitt dargestellt. Bei unterschiedlichen Temperaturen dehnt sich der Leiter 22 aus dem Bronzematerial in dem Leitungsabschnitt 14 zwischen dem festlagerartigen Kontaktbereich 24 und dem loslagerartigen Kontaktbereich 9 anders aus als der aus dem Aluminiummaterial gebildete Ventilgehäusekörper 10. Um diese im Hinblick auf die elektrischen Kontaktierungen in den Kontaktbereichen 9 und 24 unerwünschten unterschiedlichen Dehnungen in Längsrichtung des Leiters 22 zu unterbinden, ist der Leiter 22 in sieben axialen Abschnitten in sieben Dehnübertragungskörper 31 bis 37 eingebettet. Die Anzahl sieben bezieht sich auf das dargestellte Ausführungsbeispiel. Je nach Ausführung kann der Einsatz von mehr als sieben oder weniger Dehnübertragungskörpern sinnvoll sein.
Die Dehnübertragungskörper 31 bis 37 sind aus einem Kunststoffmaterial gebildet, mit welchem der Leiter 22 in den betreffenden axialen Abschnitten umspritzt ist. Zur besseren Verankerung des Leiters 22 in den Dehnübertragungskörpern 31 bis 37 weist der Leiter 22 pro Dehnübertragungskörper 31 bis 37 jeweils vier Ausleger 25, 26; 65, 66 auf. Die Ausleger 25, 26; 65, 66 sind jeweils paarweise angeordnet und in entgegengesetzten Richtungen von dem Leiter 22 abgewinkelt. In Figur 7 sieht man, dass zwischen zwei in Längsrichtung aufeinanderfolgenden Dehnübertragungskörpern 31 , 32; 32, 33; 33, 34; 34, 35; 35, 36; 36, 37 jeweils ein Spielabschnitt 41 bis 46 vorgesehen ist, in welchem der Leiter 22 nicht mit Kunststoffmaterial umspritzt ist
In den Figuren 8 und 9 ist veranschaulicht, wie die Temperaturdehnung des Leiters 22 durch die mehrfache Teilumspritzung mit den Dehnübertragungskörpern 31 bis 37 annähernd mit der Temperaturdehnung des Ventilkörpers 10 gleichgestellt werden kann. Durch einen Doppelpfeil 61 ist ein Durchmesser des Dehnübertragungskörpers 31 bezeichnet, mit welchem der Dehnübertragungskörper 31 mit Spiel in dem Verbindungskanal 23 angeordnet ist. Durch einen Doppelpfeil 62 ist eine Dehnlänge zwischen den Auslegern 25, 26 und 65, 66 in dem Dehnübertragungskörper 31 bezeichnet. Durch einen Doppelpfeil 63 ist eine Gesamtlänge des Leitungsabschnitts 14 veranschaulicht.
In Figur 9 ist ein Ersatzschaubild der Temperaturdehnungen in Form eines Federmodells mit vier Federn 71 , 72, 73 und 74 veranschaulicht. Die Feder 71 veranschaulicht den Ventilgehäusekörper 10. Ein Pfeil 75 veranschaulicht die Dehnung des Ventilgehäusekörpers 10. Die Feder 72 veranschaulicht den Leiter 22 aus dem Bronzematerial. Die Feder 73 veranschaulicht den Dehnübertragungskörper 31 aus dem Kunststoffmaterial. Die Feder 74 veranschaulicht einen Spielabschnitt zwischen zwei Dehnübertragungskörpern.
In den Federn 71 bis 74 sind die Eigenschaften Steifigkeit und Längendehnungskoeffizient jeweils zusammengefasst. Die Feder 72, die den Bronzeleiter darstellt, und die Feder 73, die den Dehnübertragungskörper aus Kunststoff darstellt, sind parallel geschaltet. Durch einen Pfeil 76 ist die gemeinsame Dehnung dieser Parallelschaltung von 72 auf 73 angedeutet. Durch einen Pfeil 77 ist die Dehnung der den Spielabschnitt veranschaulichenden Feder 74 angedeutet, die in Reihe zu der Parallelschaltung aus 72 und 73 geschaltet ist.
Durch Bemaßungspfeile 78 und 79 ist eine Dehnungsdifferenz veranschaulicht, und zwar einer Dehnungsdifferenz zwischen der Dehnung 75 des
Ventilgehäusekörpers 10 abzüglich der Dehnungen, die durch die Pfeile 76 und 77 in Figur 9 veranschaulicht sind. Die Führungselementdehnung der mit den Dehnübertragungskörpern umspritzten axialen Abschnitte des Leiters lässt sich berechnen und zum Beispiel mit einem Finite Elemente Verfahren überprüfen.

Claims

Ansprüche
1. Brennstofftankventil (1) zum Befüllen und/oder Entleeren eines Drucktanks (128) mit einem Tankinnenraum (6), der Brennstoff enthält, und mit einer Temperatursensoreinrichtung (8), die in das Brennstofftankventil (1) integriert ist und in den Tankinnenraum (6) ragt, um die Temperatur des Brennstoffs in dem Tankinnenraum (6) zu erfassen, wobei die Temperatursensoreinrichtung (8) an einem Ventilgehäusekörper (10) angebracht und mit einer elektrischen Leiteinrichtung (20) verbunden ist, die mindestens einen länglichen elektrischen Leiter (21 ,22) umfasst, der sich in einer Längsrichtung durch einen länglichen Verbindungskanal (23) in dem Ventilgehäusekörper (10) hindurch erstreckt, wobei der längliche elektrische Leiter (21 ,22) aus einem elektrisch leitenden Material gebildet ist, das sich von dem Material unterscheidet, aus dem der Ventilgehäusekörper (10) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der längliche elektrische Leiter (21 ,22) in mindestens einem axialen Abschnitt formschlüssig mit mindestens einem Dehnübertragungskörper (31 -37) verbunden ist.
2. Brennstofftankventil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der längliche elektrische Leiter (21 ,22) mindestens zwei in Längsrichtung voneinander beabstandete Ausleger (25,26) aufweist, die in den Dehnübertragungskörper (31 -37) eingebettet sind.
3. Brennstofftankventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der längliche elektrische Leiter (21 ,22) in mindestens zwei axialen Abschnitten formschlüssig mit jeweils einem Dehnübertragungskörper (31 -37) verbunden ist, der mit Spiel in dem Verbindungskanal (23) des Ventilgehäusekörpers (10) angeordnet ist.
4. Brennstofftankventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der längliche elektrische Leiter (21 ,22) zwischen zwei Dehnübertragungskörpern (31 -37) einen Spielabschnitt (41 -46) aufweist, in welchem der längliche elektrische Leiter (21 ,22) in dem Verbindungskanal (23) in einem ausreichenden Isolierabstand zu dem Ventilgehäusekörper (10) angeordnet ist.
5. Brennstofftankventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein dem Tankinnenraum (6) zugewandtes Ende des länglichen elektrischen Leiters (21 ,22) formschlüssig mit einem Haltekörper (30) verbunden ist, der in dem Verbindungskanal (23) kraftschlüssig und zusätzlich formschlüssig so mit dem Ventilgehäusekörper (10) verbunden ist, dass sich der Haltekörper (30) nicht weiter in den Verbindungskanal (23) hinein bewegen kann.
6. Brennstofftankventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein dem Tankinnenraum (6) abgewandtes Ende des länglichen elektrischen Leiters (21 ,22) durch eine Steckverbindung (12) elektrisch an eine Verbindungsleitung (27,28) angebunden ist.
7. Brennstofftankventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der längliche elektrische Leiter (21 ,22) und der Dehnübertragungskörper/die Dehnübertragungskörper (31 -37) in ihren Querschnitten, Elastizitätsmodulen und Temperaturausdehnungskoeffizienten sowie in ihrer Anzahl, Gestalt und Größe so ausgewählt und ausgelegt sind, dass sich der längliche elektrische Leiter (21 ,22) bei unterschiedlichen Betriebstemperaturen in seiner Längsrichtung nicht anders als der Ventilgehäusekörper (10) oder die Steckverbindung (12) an seinem dem Tankinnenraum (6) abgewandten Ende in ihrer Funktion nicht beeinträchtigend ausdehnt.
8. Brennstofftankventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der längliche elektrische Leiter (21 ,22) aus einem Bronzematerial gebildet ist, wobei der Ventilgehäusekörper (10) aus einem Aluminiummaterial gebildet ist, wobei der/die Dehnübertragungskörper (31 - 37) aus einem Kunststoffmaterial gebildet isl/sind.
9. Verfahren zum Betreiben eines Brennstofftankventils (1) in einem Brennstoffzellensystem (101) bei signifikant unterschiedlichen Betriebstemperaturen, dadurch gekennzeichnet, dass sich der längliche elektrische Leiter (21 ,22) bei den signifikant unterschiedlichen Betriebstemperaturen innerhalb eines zulässigen Toleranzbereichs in seiner Längsrichtung so oder so ähnlich wie der Ventilgehäusekörper (10) ausdehnt.
10. Dehnübertragungskörper (31 -37), länglicher elektrischer Leiter (21 ,22) und/oder Ventilgehäusekörper (10) für ein Brennstoffzellenventil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
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