EP4735780A1 - Drosselklappenvorrichtung, brennstoffzellensystem und fahrzeug - Google Patents

Drosselklappenvorrichtung, brennstoffzellensystem und fahrzeug

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EP4735780A1
EP4735780A1 EP24736012.6A EP24736012A EP4735780A1 EP 4735780 A1 EP4735780 A1 EP 4735780A1 EP 24736012 A EP24736012 A EP 24736012A EP 4735780 A1 EP4735780 A1 EP 4735780A1
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EP
European Patent Office
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throttle valve
end section
section
channel end
adjustment
Prior art date
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Pending
Application number
EP24736012.6A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Mihai Drienovsky
Alexandru Popa
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG and Co KG
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Publication date
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Drosselklappenvorrichtung (3a) mit einem Drosselklappensteller, einem Drosselklappenkanalmittelabschnitt (4a), sowie einem ersten und zweiten Drosselklappenkanalendabschnitt (4b, 4c), wobei der Drosselklappensteller eine Drosselklappe (5) umfasst. In einer Ebene, senkrecht zu einer Achse (6), um die die Drosselklappe (5) verstellbar ist, ist eine Ausnehmungsgeometrie (10a) des ersten Drosselklappenkanalendabschnitts (4b) entlang eines Verstellbereichs der Drosselklappe (5) verlaufend ausgebildet. Ferner betrifft die Erfindung ein Brennstoffzellensystem (2) und ein Fahrzeug (1) mit einer derartigen Drosselklappenvorrichtung (3a).

Description

Beschreibung
Drosselklappenvorrichtung, Brennstoffzellensystem und Fahrzeug
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Drosselklappenvorrichtung, ein Brennstoffzellensystem mit einer derartigen Drosselklappenvorrichtung und ein Fahrzeug mit einer derartigen Drosselklappenvorrichtung oder einem derartigen Brennstoffzellensystem.
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik sind Drosselklappensteller bekannt, die ausschließlich auf ihr jeweiliges Einsatzgebiet ausgelegt sind.
Nachteilig an den Vorrichtungen im Stand der Technik ist insbesondere, dass Neukonstruktionen von Drosselklappenstellern notwendig sind, wenn ein anderer Anwendungsfall beabsichtigt ist.
Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile
Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine alternative Drosselklappenvorrichtung zu schaffen, welche sich insbesondere durch eine einfache Herstellbarkeit, geringe Herstellungskosten und/oder ihre flexible Einsetzbarkeit auszeichnet. Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein Brennstoffzellensystem mit einer derartigen Drosselklappenvorrichtung bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein Fahrzeug mit einem derartigen Brennstoffzellensystem und/oder einer derartigen Drosselklappenvorrichtung bereitzustellen.
Die Aufgabe hinsichtlich der Drosselklappenvorrichtung wird durch eine Drosselklappenvorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Ein Aspekt der Erfindung betrifft eine Drosselklappenvorrichtung mit einem Drosselklappensteller, einem Drosselklappenkanalmittelabschnitt, sowie einem ersten und zweiten Drosselklappenkanalendabschnitt, wobei der Drosselklappensteller eine Drosselklappe umfasst, wobei die Drosselklappe verstellbar in dem Drosselklappenkanalmittelabschnitt angeordnet ist und ein Strömungsquerschnitt in Abhängigkeit der Stellung der Drosselklappe veränderbar ist, wobei der Strömungsquerschnitt durch die Drosselklappe sowie einer Ausnehmungsgeometrie des ersten Drosselklappenkanalendabschnitts und/oder einer Ausnehmungsgeometrie des zweiten Drosselklappenkanalendabschnitts begrenzt ist, wobei in einer Ebene senkrecht zu einer Achse, um die die Drosselklappe verstellbar ist, die Ausnehmungsgeometrie des ersten Drosselklappenkanalendabschnitts einem Verstellbereich der Drosselklappe entlang verlaufend ausgebildet ist und/oder die Ausnehmungsgeometrie des zweiten Drosselklappenkanalendabschnitts einem Verstellbereich der Drosselklappe entlang verlaufend ausgebildet ist.
Hierdurch wird eine Drosselklappenvorrichtung geschaffen, die sich insbesondere durch ihre einfache Herstellbarkeit, geringe Herstellungskosten und/oder ihre flexible Einsetzbarkeit auszeichnet.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn es sich bei der Drosselklappenvorrichtung um eine Drosselklappenvorrichtung für ein Brennstoffzellensystem handelt. Auch ist es vorteilhaft, wenn es sich bei der Drosselklappenvorrichtung um eine Drosselklappenvorrichtung für ein Brennstoffzellensystem eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, handelt.
Auch ist es vorteilhaft, wenn der Drosselklappenkanalmittelabschnitt einteilig mit dem Drosselklappensteller ausgebildet ist. Damit kann ein separater Montagevorgang eingespart werden, was die Herstellungskosten nochmals senkt.
Auch ist es vorteilhaft, wenn die Drosselklappe einen kreisrunden oder ovalen Querschnitt aufweist. Der Querschnitt bezieht sich auf eine Ansicht, senkrecht zu der Achse, um die die Drosselklappe verstellbar ist, und/oder senkrecht zur Erstreckungsfläche der Drosselklappe.
Auch ist es zweckmäßig, wenn die Drosselklappe mittels eines Elektromotors verstellbar ist. Der Drosselklappensteller und/oder Drosselklappenvorrichtung umfassen vorzugsweise diesen Elektromotor. Der Elektromotor ist vorteilhafterweise mit der Drosselklappe antriebsübertragend gekoppelt.
Vorzugsweise ist die Stellung der Drosselklappe aufgrund ihrer Verstellbarkeit veränderbar. Mit anderen Worten verändert sich die Stellung der Drosselklappe, wenn die Drosselklappe verstellt wird. Hierdurch ist es möglich den Strömungsquerschnitt zu verändern und insbesondere einem Betriebspunkt, vorzugsweise eines Brennstoffzellensystems, anzupassen.
Vorzugsweise erstreckt sich die Achse, um die die Drosselklappe verstellbar ist, in einer Ebene, in der sich die Drosselklappe erstreckt. Alternativ durchdringt die Achse, um die die Drosselklappe verstellbar ist, eine Ebene, in der sich die Drosselklappe erstreckt, in einem Winkel. Alternativ verläuft die Achse, um die die Drosselklappe verstellbar ist, parallel und beabstandet zu einer Ebene, in der sich die Drosselklappe erstreckt.
Unabhängig von der Erstreckungsrichtung der Achse, um die die Drosselklappe verstellbar ist, ist die Achse durch eine Welle definiert, mit der die Drosselklappe antriebsübertragend verbunden ist. Damit ist gemeint, dass sich eine Welle in Richtung der Achse erstreckt. Die Verbindung kann stoffschlüssig, formschlüssig und/oder kraftschlüssig ausgebildet sein.
Allgemein ist es vorteilhaft, wenn es sich bei der Achse, um die die Drosselklappe verstellbar ist, um eine Verstellachse, Verstellwelle oder Drosselklappenverstellachse, Drosselklappenverstellwelle handelt.
Besonders bevorzugt ist es, wenn unter dem Verstellbereich der Drosselklappe ein Verstellbewegungsverlauf der Drosselklappe gemeint ist. Außerdem ist es besonders bevorzugt, wenn sich die beiden Ausnehmungsgeometrien einander gegenüberliegen. Vorzugsweise ist die Drosselklappe zwischen den beiden Ausnehmungsgeometrien angeordnet.
Grundsätzlich ist es bevorzugt, wenn die Ausnehmungsgeometrie oder die Ausnehmungsgeometrien durchdringungsfrei und/oder stetig ausgebildet sind. Hierdurch werden Druckabfälle einer zu regulierenden Strömung reduziert.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass der Verstellbereich einen ersten Verstellteilbereich umfasst, dass die Ausnehmungsgeometrie des ersten Drosselklappenkanalendabschnitts und/oder die Ausnehmungsgeometrie des zweiten Drosselklappenkanalendabschnitts derart auf den ersten Verstellteilbereich ausgelegt ist, dass der Strömungsquerschnitt bei einer Verstellung der Drosselklappe im ersten Verstellteilbereich über den ganzen ersten Verstellbereich konstant oder variabel ist. Im Fall, dass der Strömungsquerschnitt bei einer Verstellung der Drosselklappe im ersten Verstellteilbereich über den ganzen ersten Verstellbereich konstant ist, ist es bevorzugt, wenn die Drosselklappe derart um die Achse verstellbar ist, dass die Ausnehmungsgeometrie in der Ebene, senkrecht zu der Achse, im ersten Verstellteilbereich parallel zum Verstellbereich oder ersten Verstellteilbereich der Drosselklappe verläuft. Das bezieht sich auf den ersten und/oder zweiten Drosselklappenkanalendabschnitt.
Mit der Variabilität des Strömungsquerschnitts über den ganzen ersten Verstellteilbereich ist insbesondere gemeint, dass der Strömungsquerschnitt in Abhängigkeit der Stellung der Drosselklappe im ersten Verstellteilbereich veränderbar ist. Mit der Veränderbarkeit und/oder Variabilität des Strömungsquerschnitts ist insbesondere eine Veränderbarkeit der Strömungsquerschnittsfläche und/oder der Strömungsquerschnittsform des Strömungsquerschnitts gemeint. Die zuvor genannten Definitionen sind vorzugsweise ebenfalls für Teilströmungsquerschnitte gültig. Im Fall, dass die zweite Drosselklappenvorrichtung keinen zweiten Verstellteilbereich umfasst, handelt es sich bei dem ersten Verstellteilbereich lediglich um einen Verstellteilbereich und nicht um den ersten Verstellteilbereich. Ganz allgemein ist es bevorzugt, wenn der Strömungsquerschnitt einen ersten und einen zweiten Teilströmungsquerschnitt umfasst. Der erste Teilströmungsquerschnitt ist durch die Drosselklappe und die Ausnehmungsgeometrie des ersten Drosselklappenendabschnitts definiert und/oder begrenzt. Der zweite Teilströmungsquerschnitt ist durch die Drosselklappe und die Ausnehmungsgeometrie des zweiten Drosselklappenendabschnitts definiert und/oder begrenzt. Die beiden Ausnehmungsgeometrien können beide derart an den ersten Verstellteilbereich der Drosselklappe angepasst sein, dass einer der beiden Teilströmungsquerschnitte bei einer Verstellung der Drosselklappe im ersten Verstellteilbereich über den ganzen ersten Verstellbereich konstant ist, während der andere Teilströmungsquerschnitt variabel ist. Auch eine Ausführung in der beide konstant oder beide variabel sind, ist denkbar.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass der Verstellbereich einen zweiten Verstellteilbereich umfasst, dass die Ausnehmungsgeometrie des ersten Drosselklappenkanalendabschnitts und/oder die Ausnehmungsgeometrie des zweiten Drosselklappenkanalendabschnitts derart auf den zweiten Verstellteilbereich ausgelegt ist, dass der Strömungsquerschnitt bei einer Verstellung der Drosselklappe im zweiten Verstellteilbereich über den ganzen zweiten Verstellteilbereich variabel ist.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsquerschnitt im zweiten Verstellteilbereich bei einer Verstellung der Drosselklappe variabler ist als bei einer Verstellung der Drosselklappe im ersten Verstellteilbereich. Mit anderen Worten liegt hier eine größere Veränderung der Strömungsquerschnittfläche und/oder der Strömungsquerschnittsform bei vergleichbarer Veränderung der Stellung der Drosselklappe vor. Die Veränderung der Stellung der Drosselklappe bezieht sich vorzugsweise auf eine Winkelverstelländerung der Drosselklappe, wobei sich diese Winkeländerung auf die Lage der Drosselklappe, bezogen auf die Achse, um die die Drosselklappe verstellbar ist, bezieht. Dadurch fällt der erzielte Druckabfall in der Drosselklappenvorrichtung in Abhängigkeit der Stellungsänderung der Drosselklappe im ersten und zweiten Verstellteilbereich unterschiedlich aus. Auch ist es zu bevorzugen, wenn eine Krümmung der Ausnehmungsgeometrie in der Ebene, senkrecht zu der Achse, um die die Drosselklappe verstellbar ist, im zweiten Verstellteilbereich größer ist als im ersten Verstellteilbereich.
Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn der erste Verstellteilbereich, der zweite Verstellteilbereich, der Verstellbereich und/oder der Übergang zwischen dem ersten und dem zweiten Verstellteilbereich in der Ebene, senkrecht zu der Achse, um die die Drosselklappe verstellbar ist, stetig ausgebildet ist.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass der erste Verstellteilbereich zwischen dem zweiten Verstellteilbereich und einer Geschlossenstellung oder Minimalstellung angeordnet ist. Unter der Geschlossenstellung ist vorzugsweise gemeint, dass der Strömungsquerschnitt durch die Drosselklappe vollständig verschlossen ist. Unter vollständig verschlossen ist hier vorzugsweise zu verstehen, dass die Strömungsquerschnittsfläche des Strömungsquerschnitts vom Wert her null beträgt. Unter der Minimalstellung ist vorzugsweise gemeint, dass die Drosselklappe eine Lage einnimmt, in der die Strömungsquerschnittsfläche im Vergleich zu allen anderen möglichen Stellungen der Drosselklappe einen Minimalwert einnimmt.
Auch ist es zu bevorzugen, wenn die Drosselklappe in einer oder der Geschlossenstellung der Drosselklappe an einer Dichtung anliegt. Vorzugsweise ist die Dichtung als Elastomerdichtung ausgebildet. Mit anderen Worten besteht oder umfasst sie ein Elastomer, was die Dichtwirkung der Drosselklappe in dieser Stellung erhöht.
Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn die Dichtung zwischen den Drosselklappenkanalmittelabschnitt und einen der Drosselklappenkanalendabschnitte oder zwischen beide Drosselklappenkanalendabschnitte geklemmt angeordnet ist. Das vereinfacht die Montage der Dichtung. Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungsgeometrie des zweiten Drosselklappenkanalendabschnitts derart auf den zweiten Verstellteilbereich ausgelegt ist, dass der Strömungsquerschnitt im zweiten Verstellteilbereich mit zunehmendem Abstand der Stellung der Drosselklappe zu der Geschlossenstellung, Minimalstellung oder dem ersten Verstellteilbereich zunimmt. Mit anderen Worten erhöht sich hierbei mit zunehmendem Abstand die Strömungsquerschnittsfläche. Hierbei ist es möglich, dass eine der beiden Teilströmungsquerschnitte eine konstante Teilströmungsquerschnittsfläche bei zunehmendem Abstand der Stellung der Drosselklappe zu der Geschlossenstellung, Minimalstellung oder dem ersten Verstellteilbereich beibehält.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungsgeometrie des ersten Drosselklappenkanalendabschnitts und/oder die Ausnehmungsgeometrie des zweiten Drosselklappenkanalendabschnitts kugelförmig, vorzugsweise als negativ kugelförmig, ausgebildet ist. Alternativ oder zusätzlich ist die Ausnehmungsgeometrie mindestens einer der beiden Drosselklappenendabschnitte in der Ebene, senkrecht zu der Achse, um die die Drosselklappe verstellbar ist, ellipsenartig, vorzugsweise auch stetig, ausgebildet.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass der erste Drosselklappenkanalendabschnitt und/oder der zweite Drosselklappenkanalendabschnitt separat zum Drosselklappensteller und/oder zum Drosselklappenkanalmittelabschnitt ausgebildet ist. Hiermit ist es möglich, mit ein und demselben Drosselklappensteller unterschiedliche Drosselklappenvorrichtungen zu schaffen, indem lediglich unterschiedliche Drosselklappenkanalendabschnitte vorgesehen werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass der erste Drosselklappenkanalendabschnitt und/oder der zweite Drosselklappenkanalendabschnitt lösbar mit dem Drosselklappensteller und/oder zum Drosselklappenkanalmittelabschnitt befestigt ist. Vorzugsweise ist für diese Befestigung eine Schraubenverbindung vorgesehen. Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass der Drosselklappenkanalmittelabschnitt einen Aufnahmeraum umfasst, in dem die Drosselklappe angeordnet ist, und dass der erste Drosselklappenkanalendabschnitt einen Fluidkanal umfasst, der fluidisch mit dem Aufnahmeraum verbunden ist, und/oder der zweite Drosselklappenkanalendabschnitt einen Fluidkanal umfasst, der fluidisch mit dem Aufnahmeraum verbunden ist. Mit anderen Worten führen die Fluidkanäle der beiden Drosselklappenkanalendabschnitte fluidisch derart in den Aufnahmeraum, dass ein Fluid, welches mittels des Fluidkanals des ersten Drosselklappenkanalendabschnitts in den Aufnahmeraum förderbar ist, mittels des Fluidkanals des zweiten Drosselklappenkanalendabschnitts aus dem Aufnahmeraum herausgeleitbar ist.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmeraum fluidisch zwischen dem Fluidkanal des ersten Drosselklappenkanalendabschnitts und dem Fluidkanal des zweiten Drosselklappenkanalendabschnitts angeordnet ist. Auch ist es zu bevorzugen, wenn ein Fluid, welches durch einen der Fluidkanäle in den Aufnahmeraum eintritt lediglich über den anderen Fluidkanal und/oder durch denselben Fluidkanal aus dem Aufnahmeraum heraustreten kann.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Vektor, der durch den Flächenschwerpunkt des Strömungsquerschnitts des Fluidkanals des ersten Drosselklappenkanalendabschnitts verläuft, und/oder dass ein zweiter Vektor, der durch den Flächenschwerpunkt des Strömungsquerschnitts des Fluidkanals des zweiten Drosselklappenkanalendabschnitts verläuft.
Vorzugsweise ist mit dem Strömungsquerschnitt des Fluidkanals des ersten Drosselklappenkanalendabschnitts ein Strömungsquerschnitt an einer Stelle entlang des Verlaufs desselben Fluidkanals gemeint. Vorzugsweise handelt es sich um einen Strömungsquerschnitt, der fluidisch unmittelbar an den Aufnahmeraum anschließt oder angrenzt. Vorzugsweise ist mit dem Strömungsquerschnitt des Fluidkanals des zweiten Drosselklappenkanalendabschnitts ein Strömungsquerschnitt an einer Stelle entlang des Verlaufs desselben Fluidkanals gemeint. Vorzugsweise handelt es sich um einen Strömungsquerschnitt, der fluidisch unmittelbar an den Aufnahmeraum anschließt oder angrenzt.
Allgemein ist es bevorzugt, wenn der der Strömungsquerschnitt des Fluidkanals des ersten und/oder zweiten Drosselklappenkanalendabschnitts senkrecht zu einer Strömungsrichtung eines durch den jeweiligen Fluidkanal förderbaren Fluids verläuft. Grundsätzlich ist es bevorzugt, wenn der erste oder der zweite Vektor senkrecht zum jeweiligen Strömungsquerschnitt verläuft.
Allgemein ist es bevorzugt, wenn die Drosselklappenvorrichtung für ein Gas, vorzugsweise Luft, ausgebildet ist.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselklappe an einer ersten Stelle durch den ersten Vektor geschnitten ist, die beabstandet zu einerweiteren Stelle angeordnet ist, an der die Drosselklappe durch den zweiten Vektor geschnitten ist. Mit anderen Worten ist es bevorzugt, wenn die beiden Fluidkanäle der Drosselklappenkanalendabschnitte versetzt zueinander angeordnet sind. Dieser Versatz bezieht sich vorzugsweise auf eine Ebene, die senkrecht zu einem der Vektoren oder senkrecht zu beiden der Vektoren verläuft.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass sich die Drosselklappe an einer ersten Stelle, an der sie vom ersten Vektor geschnitten ist, bei einer Verstellung der Drosselklappe von der Geschlossenstellung oder der Minimalstellung in Richtung des ersten Verstellteilbereichs oder von dem ersten Verstellteilbereich in Richtung des zweiten Verstellteilbereichs vom ersten Drosselklappenkanalendabschnitt wegbewegt.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass sich die Drosselklappe an einer zweiten Stelle, an der sie vom zweiten Vektor geschnitten ist, bei einer Verstellung der Drosselklappe von der Geschlossenstellung oder der Minimalstellung in Richtung des ersten Verstellteilbereichs oder von dem ersten Verstellteilbereich in Richtung des zweiten Verstellteilbereichs vom zweiten Drosselklappenkanalendabschnitt wegbewegt.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vektoren beabstandet zueinander verlaufen und/oder die Vektoren sich außerhalb des Aufnahmeraums schneiden.
Die Aufgabe bezüglich des Brennstoffzellensystems wird durch ein Brennstoffzellensystem gelöst, welches mindestens eine erfindungsgemäße Drosselklappenvorrichtung umfasst.
Die Aufgabe bezüglich des Fahrzeugs, wird durch ein Fahrzeug gelöst, welches ein erfindungsgemäßes Brennstoffzellensystem und/oder mindestens eine erfindungsgemäße Drosselklappenvorrichtung umfasst. Bei dem Fahrzeug handelt es sich vorzugsweise um ein Kraftfahrzeug, einen Personenkraftwagen oder einen Lastkraftwagen, der besonders bevorzugterweise über einen Elektroantrieb verfügt. Es ist besonders bevorzugt, wenn das Fahrzeug lediglich über einen Elektroantrieb verfügt.
Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen und in der nachfolgenden Figurenbeschreibung beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 ein Fahrzeug mit einem Brennstoffzellensystem und einer Drosselklappenvorrichtung,
Fig. 2a eine Drosselklappenvorrichtung,
Fig. 2b eine Schnittansicht durch eine Drosselklappenvorrichtung, Fig. 2c eine Detailansicht der Fig. 2b,
Fig. 3a ein Drosselklappenkanalendabschnitt, und
Fig. 3b ein weiterer Drosselklappenkanalendabschnitt.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Die Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Fahrzeug 1 mit einem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem 2 und einer Drosselklappenvorrichtung 3a. Bei dem Fahrzeug 1 handelt es sich um ein Kraftfahrzeug mit Elektroantrieb, wobei der Elektroantrieb durch das Brennstoffzellensystem 2 mit elektrischer Energie versorgbar ist und mittels der Drosselklappenvorrichtung 3a ein Strömungskanal des Brennstoffzellensystems 2 regulierbar ist.
Die Figur 2a zeigt die erfindungsgemäße Drosselklappenvorrichtung 3a, die einen Elektromotor 12 umfasst, mit dem eine Drosselklappe der Drosselklappenvorrichtung 3a verstellbar ist. Die Drosselklappenvorrichtung 3a umfasst einen Drosselklappenkanalmittelabschnitt 4a, einen ersten Drosselklappenkanalendabschnitt 4b sowie einen zweiten Drosselklappenkanalendabschnitt 4c. Während der Drosselklappenkanalmittelabschnitt 4a einteilig mit dem Gehäuse des Drosselklappenstellers ausgebildet ist, sind die beiden Drosselklappenkanalendabschnitte 4b, 4c separat zum Drosselklappenkanalmittelabschnitt 4a ausgebildet und mittels einer lösbaren Schraubenverbindung am Drosselklappenkanalmittelabschnitt 4a befestigt.
Die Figur 2b zeigt eine Schnittansicht durch die Drosselklappenvorrichtung 3a der Figur 2a. Der Schnitt der Schnittansicht verläuft in der X-Y-Ebene, die sich senkrecht zu einer Achse 6 erstreckt, um die eine Drosselklappe 5 verstellbar ist. Die Drosselklappe 5 begrenzt zusammen mit jeweils einer Ausnehmungsgeometrie 10a, 10b der beiden Drosselklappenkanalendabschnitte 4b, 4c einen Strömungsquerschnitt in einem Aufnahmeraum 13, in dem die Drosselklappe 5 angeordnet ist. Eine Dichtung 9 ist zwischen dem Drosselklappenkanalmittelabschnitt 4a und dem ersten Drosselklappenkanalendabschnitt 4b geklemmt angeordnet. Die Drosselklappe 5 liegt in einer Geschlossenstellung abdichtend an der Dichtung 9 an. Der erste Drosselklappenkanalendabschnitt 4b umfasst einen Fluidkanal 7a, dessen Strömungsquerschnitt eine Strömungsquerschnittsfläche mit einem Flächenschwerpunkt aufweist, durch den ein erster Vektor 7b senkrecht zu der dazugehörigen Strömungsquerschnittsfläche verläuft. Der zweite Drosselklappenkanalendabschnitt 4c umfasst ebenfalls einen Fluidkanal 8a, dessen Strömungsquerschnitt eine Strömungsquerschnittsfläche mit einem Flächenschwerpunkt aufweist, durch den ein zweiter Vektor 8b senkrecht zu der dazugehörigen Strömungsquerschnittsfläche verläuft. Die beiden Vektoren 7b, 8b verlaufen beabstandet zueinander und schneiden die Drosselklappe in der Geschlossenstellung der Drosselklappe 5 an zwei zueinander beabstandeten Stellen. Die durch den ersten Vektor 7b geschnittene Stelle bewegt sich bei einer Verstellung der Drosselklappe 5 von der Geschlossenstellung von dem ersten Drosselklappenkanalendabschnitt 4b weg. Die durch den zweiten Vektor 8b geschnittene Stelle bewegt sich bei einer Verstellung der Drosselklappe 5 von der Geschlossenstellung von dem zweiten Drosselklappenkanalendabschnitt 4c weg.
Die Drosselklappenvorrichtung 3a umfasst außerdem einen Stecker 3b, der zur Energieversorgung der Drosselklappenvorrichtung 3a, darunter vor allem der Energieversorgung des Elektromotors, dient. Außerdem dient der Stecker 3b der Ausgabe von Signalen, die repräsentativ für die Stellung der Drosselklappe 5 sind. Hierfür umfasst die Drosselklappenvorrichtung 3a einen Positionssensor, der dazu ausgebildet ist, die Stellung der Drosselklappe 6 über die Stellung der Welle 6 zu messen.
Die Figur 2c zeigt eine Detailansicht der Schnittansicht aus Figur 2a. Zu sehen ist ein Verstellbereich 11 , der einen ersten Verstellteilbereich 11a und einen zweiten Verstellteilbereich 11 b umfasst. Der Verstellbereich 11 der Drosselklappe 5 erstreckt sich von der Geschlossenstellung in eine Geöffnetstellung mit maximalem Strömungsquerschnitt. Die Figur 3a zeigt den ersten Drosselklappenkanalendabschnitt 4b aus den Figuren 2a bis 2c. Der Drosselklappenkanalendabschnitt 4b ist separat ausgebildet und umfasst gleichmäßig am Umfang verteilte Durchgangsöffnungen 4e, die Schraubenverbindungen mit dem Drosselklappenkanalmittelabschnitt der Drosselklap- penvorrichtung dienen. Ferner ist durch ein monolithisch ausgebildetes Formelement 4d sichergestellt, dass es zu einer ordnungsgemäßen Montage an der richtigen Stelle der Drosselklappenvorrichtung in der richtigen Ausrichtung zum Drosselklappenkanalmittelabschnitt kommt. Hierfür ist eine dazugehörige Ausnehmung am Drosselklappenmittelabschnitt vorgesehen. Darüber hinaus ist eine Ausnehmungsgeometrie 10a dargestellt, die zusammen mit der Drosselklappe den Strömungsquerschnitt der Drosselklappenvorrichtung begrenzt. Außerdem ist der Fluidkanal 7a dargestellt.
Die Figur 3b zeigt den zweiten Drosselklappenkanalendabschnitt 4c aus den Figuren 2a bis 2c. Der Drosselklappenkanalendabschnitt 4c ist separat ausgebildet und umfasst gleichmäßig am Umfang verteilte Durchgangsöffnungen 4e, die für Schraubenverbindungen mit dem Drosselklappenkanalmittelabschnitt der Drosselklappenvorrichtung dienen. Ferner ist ein Vorsprung 4f gezeigt, der für eine Klemmverbindung einer Dichtung zwischen dem Drosselklappenkanalendabschnitt 4c und dem Drosselklappenkanalmittelabschnitt dient. Außerdem ist der Fluidkanal 8a zu erkennen. Darüber hinaus ist eine Ausnehmungsgeometrie 10b dargestellt, die zusammen mit der Drosselklappe den Strömungsquerschnitt der Drosselklappenvorrichtung begrenzt.
Die Ausführungsbeispiele der Figuren 1 bis 3b weisen insbesondere keinen beschränkenden Charakter auf und dienen der Verdeutlichung des Erfindungsgedankens. Bezugszeichenliste
1 Fahrzeug
2 Brennstoffzellensystem
3a Drosselklappenvorrichtung
3b Stecker
4a Drosselklappenkanalmittelabschnitt
4b Drosselklappenkanalendabschnitt
4c Drosselklappenkanalendabschnitt
4d Formschlusselement
4e Befestigungsöffnung
4f Vorsprung
5 Drosselklappe
6 Achse
7a Fluidkanal
7b Vektor
8a Fluidkanal
8b Vektor
9 Dichtung
10a Ausnehmungsgeometrie
10b Ausnehmungsgeometrie
11 Verstellbereich
11 a Verstellteilbereich
11 b Verstellteilbereich
12 Elektromotor
13 Aufnahmeraum

Claims

Patentansprüche
1. Drosselklappenvorrichtung (3a) mit einem Drosselklappensteller, einem Drosselklappenkanalmittelabschnitt (4a), sowie einem ersten und zweiten Drosselklappenkanalendabschnitt (4b, 4c), wobei der Drosselklappensteller eine Drosselklappe (5) umfasst, wobei die Drosselklappe (5) verstellbar in dem Drosselklappenkanalmittelabschnitt (4a) angeordnet ist und ein Strömungsquerschnitt in Abhängigkeit der Stellung der Drosselklappe (5) veränderbar ist, wobei der Strömungsquerschnitt durch die Drosselklappe (5) sowie einer Ausnehmungsgeometrie (10a) des ersten Drosselklappenkanalendabschnitts (4b) und/oder einer Ausnehmungsgeometrie (10b) des zweiten Drosselklappenkanalendabschnitts (4c) begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Ebene, senkrecht zu einer Achse (6), um die die Drosselklappe (5) verstellbar ist, die Ausnehmungsgeometrie (10a) des ersten Drosselklappenkanalendabschnitts (4b) einem Verstellbereich der Drosselklappe (5) entlang verlaufend ausgebildet ist und/oder die Ausnehmungsgeometrie (10b) des zweiten Drosselklappenkanalendabschnitts (4c) einem Verstellbereich (11 ) der Drosselklappe (5) entlang verlaufend ausgebildet ist.
2. Drosselklappenvorrichtung (3a) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Verstellbereich (11 ) einen ersten Verstellteilbereich (11 a) umfasst, dass die Ausnehmungsgeometrie (10a) des ersten Drosselklappenkanalendabschnitts (4b) und/oder die Ausnehmungsgeometrie (10b) des zweiten Drosselklappenkanalendabschnitts (4c) derart auf den ersten Verstellteilbereich (11 a) ausgelegt ist, dass der Strömungsquerschnitt bei einer Verstellung der Drosselklappe (5) im ersten Verstellteilbereich (11 ) über den ganzen ersten Verstellbereich (11 a) konstant oder variabel ist.
3. Drosselklappenvorrichtung (3a) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstellbereich (11 ) einen zweiten Verstellteilbereich (11b) umfasst, dass die Ausnehmungsgeometrie (10a) des ersten Drosselklappenkanalendabschnitts (4b) und/oder die Ausnehmungsgeometrie (10b) des zweiten Drosselklappenkanalendabschnitts (4c) derart auf den zweiten Verstellteilbereich (11 b)ausgelegt ist, dass der Strömungsquerschnitt bei einer Verstellung der Drosselklappe (5) im zweiten Verstellteilbereich (11 b) über den ganzen zweiten Verstellteilbereich (11 b) variabel ist.
4. Drosselklappenvorrichtung (3a) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsquerschnitt im zweiten Verstellteilbereich (11 b) bei einer Verstellung der Drosselklappe (5) variabler ist als bei einer Verstellung der Drosselklappe im ersten Verstellteilbereich (11a).
5. Drosselklappenvorrichtung (3a) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Verstellteilbereich (11a) zwischen dem zweiten Verstellteilbereich (11 b) und einer Geschlossenstellung oder Minimalstellung angeordnet ist.
6. Drosselklappenvorrichtung (3a) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungsgeometrie (10b) des zweiten Drosselklappenkanalendabschnitts (4c) derart auf den zweiten Verstellteilbereich (11 b) ausgelegt ist, dass der Strömungsquerschnitt im zweiten Verstellteilbereich (11 b) mit zunehmendem Abstand der Stellung der Drosselklappe (5) zu der Geschlossenstellung, Minimalstellung oder dem ersten Verstellteilbereich zunimmt.
7. Drosselklappenvorrichtung (3a) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungsgeometrie (10a) des ersten Drosselklappenkanalendabschnitts (4b) und/oder die Ausnehmungsgeometrie (10b) des zweiten Drosselklappenkanalendabschnitts (4c) kugelförmig ausgebildet ist.
8. Drosselklappenvorrichtung (3a) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Drosselklappenkanalendabschnitt (4b) und/oder der zweite Drosselklappenkanalendabschnitt (4c) separat zum Drosselklappensteller (5) und/oder zum Drosselklappenkanalmittelabschnitt (4a) ausgebildet ist.
9. Drosselklappenvorrichtung (3a) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Drosselklappenkanalendabschnitt (4b) und/oder der zweite Drosselklappenkanalendabschnitt (4b) lösbar mit dem Drosselklappensteller und/oder zum Drosselklappenkanalmittelabschnitt (4a) befestigt ist.
10. Drosselklappenvorrichtung (3a) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drosselklappenkanalmittelabschnitt (4a) einen Aufnahmeraum (13) umfasst, in dem die Drosselklappe angeordnet ist, und dass der erste Drosselklappenkanalendabschnitt (4b) einen Fluidkanal (7a) umfasst, der fluidisch mit dem Aufnahmeraum verbunden ist, und/oder der zweite Drosselklappenkanalendabschnitt (4c) einen Fluidkanal (8a) umfasst, der fluidisch mit dem Aufnahmeraum (13) verbunden ist.
11 . Drosselklappenvorrichtung (3a) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmeraum (13) fluidisch zwischen dem Fluidkanal (7a) des ersten Drosselklappenkanalendabschnitts (4b) und dem Fluidkanal (8a) des zweiten Drosselklappenkanalendabschnitts (4c) angeordnet ist.
12. Drosselklappenvorrichtung (3a) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Vektor (7b), der durch den Flächenschwerpunkt des Strömungsquerschnitts des Fluidkanals (7a) des ersten Drosselklappenkanalendabschnitts (4b) verläuft, und/oder dass ein zweiter Vektor (8b), der durch den Flächenschwerpunkt des Strömungsquerschnitts des Fluidkanals (8a) des zweiten Drosselklappenkanalendabschnitts (4c) verläuft.
13. Drosselklappenvorrichtung (3a) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselklappe (5) an einer ersten Stelle durch den ersten Verktor (7b) geschnitten ist, die beabstandet zu einer weiteren Stelle angeordnet ist, an der die Drosselklappe (5) durch den zweiten Vektor (8b) geschnitten ist.
14. Drosselklappenvorrichtung (3a) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Drosselklappe (5) an einer ersten Stelle, an der sie vom ersten Vektor (7b) geschnitten ist, bei einer Verstellung der Drosselklappe (5) von der Geschlossenstellung oder der Minimalstellung in Richtung des ersten Verstellteilbereichs (11 a) oder von dem ersten Verstellteilbereich (11 a) in Richtung des zweiten Verstellteilbereichs (11 b) vom ersten Drosselklappenkanalendabschnitt (4b) wegbewegt.
15. Drosselklappenvorrichtung (3a) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Drosselklappe (5) an einer zweiten Stelle, an der sie vom zweiten Vektor (8b) geschnitten ist, bei einer Verstellung der Drosselklappe (5) von der Geschlossenstellung oder der Minimalstellung in Richtung des ersten Verstellteilbereichs (11 a) oder von dem ersten Verstellbereich (11 a) in Richtung des zweiten Verstellbereichs (11 b) vom zweiten Drosselklappenkanalendabschnitt (4c) wegbewegt.
16. Brennstoffzellensystem (2) mit mindestens einer Drosselklappenvorrichtung (3a) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
17. Fahrzeug (1 ) mit einem Brennstoffzellensystem (2) gemäß Anspruch 16 und/oder mindestens einer Drosselklappenvorrichtung (3a) nach einem der Ansprüche 1 bis 15.
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