WO2012003952A1 - Elektromagnetisches ventil für einen druckbehälter - Google Patents

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WO2012003952A1
WO2012003952A1 PCT/EP2011/003306 EP2011003306W WO2012003952A1 WO 2012003952 A1 WO2012003952 A1 WO 2012003952A1 EP 2011003306 W EP2011003306 W EP 2011003306W WO 2012003952 A1 WO2012003952 A1 WO 2012003952A1
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sealing element
plunger
opening
stop member
movable
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PCT/EP2011/003306
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Andreas Zieger
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Magna Steyr Fahrzeugtechnik Ag & Co Kg
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    • F16K1/00—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces
    • F16K1/32—Details
    • F16K1/34—Cutting-off parts, e.g. valve members, seats
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    • F16K31/0644—One-way valve
    • F16K31/0655—Lift valves
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    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/0318—Processes
    • Y10T137/0391—Affecting flow by the addition of material or energy

Definitions

  • Electromagnetic valve for a pressure vessel DESCRIPTION
  • the present invention relates to an electromagnetic valve for a pressure vessel according to the preamble of claim 1 and a method for operating an electromagnetic valve to a pressure vessel according to the preamble of claim 13 and a pressure vessel, in particular a composite container.
  • a pressure vessel for storing liquid or gaseous media preferably of hydrogen or natural gas, comprises at least one storage vessel for enclosing the liquid or gaseous medium with at least one opening into which a valve is inserted.
  • the electromagnetic valve is energized during the removal of the medium and actively opened. When refueling the electromagnetic valve is not energized. For safety reasons, the electromagnetic valve is closed when de-energized.
  • a pilot operated valve to keep the power consumption low.
  • a gas cylinder valve arrangement which has a housing with a main valve body.
  • the main valve body has a fluid connection, wherein a liquid between the inlet and the housing or a Ventilkorperauslass flows, wherein a valve stem for blocking the flow of liquid through a through connection can be moved.
  • a manual shut-off valve extends within the valve body to selectively block the flow of liquid through the passageway. The use of two valves increases both the amount of space and the cost of such an electromagnetic valve.
  • the object of the present invention is therefore to provide an electromagnetic valve, a method for operating an electromagnetic valve and a pressure vessel in which the electromagnetic valve requires a small space despite manual shut-off. Furthermore, the electromagnetic valve should be inexpensive to manufacture.
  • an electromagnetic valve for a pressure vessel comprising a manual shut-off of the valve, a stop and an electromagnetic shut-off of the valve with a sealing element, a magnetic coil, a plunger and a spring element, wherein the pressed by the spring element against the sealing element plunger when the solenoid is switched off, the sealing element presses together with the force exerted by the pressure on a second opening to prevent a fluid-conducting connection in or out of the valve or from the pressure vessel and the plunger with activated magnetic coil of the sealing element up to the stop is movable, whereby the fluid-conducting connection is releasable, since the plunger is in mechanical communication with the sealing element, wherein the stop is formed by a movable stop member of the manual barrier.
  • the movable stop member, the sealing element of the electromagnetic barrier and / or the sealing element is movable by the movable stop member in a first direction, so that the sealing element closes the opening, or the sealing element is by the movable stop member in a second direction movable, so that the sealing element releases the opening.
  • the movable stop member is in mechanical communication with the plunger for moving the plunger. The plunger as a functional element of the electromagnetic barrier is operated manually by the movable stop member.
  • the movable stop member is movable with a mechanism, the mechanism in particular comprising a thread or a spindle drive.
  • the plunger comprises a connecting part, which engages in the movable knock-out part, so that due to a positive connection between the plunger and the stop member, the plunger is movable by the stop member.
  • the connecting part thus allows the manual opening of the valve. Such a manual opening is necessary to be able to empty the pressure vessel, for example, in case of service, without having to control the valve electromagnetically.
  • the connecting part engages in a cavity of the movable stop member and / or in de-energized, deactivated magnetic coil is a gap between the plunger and the formed movable stop member.
  • the movable stop member when the magnet coil is activated, serves as a stop for the tappet, with the gap between the tappet and the movable stop member being reduced.
  • the fluid can be introduced through a first opening into a space which extends between plunger and sealing element of the electromagnetic shutoff unit, whereby a pressure in the space can be built up and from the plunger with activated magnetic coil, a first travel is ceremonieslegbar, so that a through hole of the sealing element is released, while the sealing element maintains its position.
  • a back pressure due to a flow of the fluid through the first opening and the through hole can be built, with activated magnetic force of the magnetic coil, as soon as the pressure ratio between both sides of the sealing element is sufficient , the plunger covers a second travel, in which the sealing element is moved by a driver from its position and the second opening releases as soon as the force of the solenoid and the pressure ratio between both sides of the sealing element is sufficient, whereby one, preferably in comparison to the through hole larger, fluid-conducting connection between the first and the second opening is releasable.
  • Such a stepped opening of the valve reduces the force necessary to move the sealing element out of its position and to release the second opening.
  • the sealing element comprises a second recess, wherein a support element is inserted into the first recess and the second recess and a geometry of the first recess and the second recess is designed accordingly in that the plunger covers the first travel without the sealing element changing its position.
  • the sealing element consists at least partially, in particular completely, of a metallic material or of plastic.
  • the plunger and / or the valve housing and / or the driver and / or the valve body at least partially, in particular completely, made of metal, for. As steel or aluminum.
  • valve it is expedient for the valve to be able to carry out a method described in this patent application.
  • An inventive pressure vessel in particular a composite container comprises a valve described in the patent application.
  • An inventive method for operating an electromagnetic valve in a pressure vessel wherein the valve is shut off by a solenoid remains energized, wherein a plunger is pressed by a spring force and by an optionally existing pressure force against a sealing element and thereby the sealing element closes a second opening and / or the valve is opened electromagnetically by the pusher is moved by the magnetic force against the spring force when energized solenoid and the sealing element of the plunger, preferably after pressure equalization via the through hole in the sealing element, is moved and thereby opened the second opening and the valve is manually shut off or opened, wherein for manual shut-off the stop member is moved in a first direction, whereby the sealing element is moved towards the second opening and the second opening is closed and / or for manual opening the stop member in a second Direction is moved, whereby the sealing element is moved away from the second opening and the second opening is opened.
  • the plunger is moved by means of a positive connection between the stop member and plunger from the stop member and / or by means of a positive, material and / or non-positive connection between plunger and sealing element, the sealing element moves from the plunger.
  • Fig. 1 section through an electromagnetic valve
  • the illustrated in Fig. 1 electromagnetic valve 1 is used to remove a liquid or a gas, for. B. hydrogen or natural gas, which is hereinafter referred to as fluid, from a pressure vessel or for refueling of the pressure vessel (not shown).
  • the electromagnetic valve 1 consists of a valve housing 2, in the interior of which a plunger 3 is arranged, which is pressed by means of a spring element 4 against a sealing element 5.
  • the sealing element 5 has a through hole 6 in the form of a through opening, which has two different cross-sections. In the direction of the plunger 3, the through hole 6 has a smaller diameter, followed by a larger diameter, which extends in the opposite direction.
  • a magnetic coil 8 surrounds the valve housing 2 and thus also the plunger 3, which is arranged in the valve housing 2.
  • the plunger 3 is seated with its end face on a projection 15 of the sealing element 5.
  • the sealing element 2 itself sits on the valve body 21 of the pressure vessel at a second opening 12 and thus closes the valve 1 from the environment. This portion of the sealing element 5 is referred to as the headquarters. In contrast, the portion which the plunger 3 occupies on the projection 15 of the sealing element 5, in which the through hole 6 of the sealing element 5 is kept closed, referred to as the pilot seat 9.
  • the plunger 3 On the side facing away from the sealing element 5, the plunger 3 has a mushroom-shaped connecting part 23, which engages in a cavity 25 of a movable stop member 22.
  • the movable stop member 22 and the plunger 3 are separated by a gap 26 when the solenoid 8 is deactivated.
  • the movable stop member 22 is disposed between the solenoid 8 and connected to a hexagon 24 which protrudes from the valve assembly.
  • the hexagon 24 By means of the hexagon 24, the provided with an external thread movable stop member 22 in the valve housing 2, which has an internal thread, moved by hand from the outside with a screwing.
  • valve 1 If the valve 1 is to be closed manually, the stopper 22 is screwed inwardly with the hexagon 24 to the sealing element 5 in a first direction to the plunger 3 until the stop member 22 contacts the plunger 3 (not shown) and the gap 26 has disappeared , The plunger 3 is optionally pressed against the magnetic force of the solenoid 8 down against the sealing element 5, which in turn is pressed onto the second opening 12 and closes them, whereby the valve 1 is closed manually and not be opened even with an activated solenoid 8 can. A filling of the pressure vessel is in this state not possible because even at a higher pressure in opening 12 than in opening 1 1, the sealing element 5 is held on the plunger 3 by the stop member 22 in its position, whereby opening 12 remains closed.
  • a manual opening of the valve 1 is possible.
  • the movable stop member 22 is unscrewed with the hexagon 24 from the valve housing 2 in a second direction, whereby the connecting part 23 of the plunger 3 is taken from the movable stop member 22, since the connecting part 23 rests on a lower boundary of the cavity 25 (not shown) and the plunger 3 is raised against the spring force of the spring element 4.
  • the first and second directions of movement of the stop member 22 are oppositely directed.
  • the plunger 3 releases a pilot seat 9 of the sealing element 5. After pressure equalization (see description below), the sealing element 5 moves in the direction of the plunger 3, whereby the sealing element 5, the opening 12 releases and the valve 1 is opened.
  • annular space 13 is formed between the plunger 3 and the sealing element 5 (FIG. 2), which is connected via a channel 14 with the opening 1 1, wherein the opening 1 1 leads to a pressure vessel.
  • the plunger 3 is formed integrally with a driver 7, wherein the driver 7, the sealing element 5 largely encloses.
  • the sealing element 5 has a first annular groove 18, which is formed in the lower part of the sealing element 5 in the direction of the opening 12. In this annular groove 18, a support member 17 is inserted. This support member 17 is formed so that it projects radially beyond the sealing element 5 in its dimensions and engages in a second annular groove 16 of the driver 7.
  • This second annular groove 16 is formed so that the thickness of the support element 17 corresponds to the axial extent of the annular groove 16, so that the support element 17 can not move within the recess 16 of the driver 7.
  • the axial overhangs Extension of the first annular groove 18 of the sealing element 5 the thickness of the support element 17, so that the support member 17 is spaced from the inner walls of the annular groove 18 of the sealing element 5 is arranged.
  • the operation of the electromagnetic valve 1 will be explained in more detail. Starting from the position of the valve 1 shown in FIG. 2, the support element 17 is arranged centrally in the annular groove 18 of the sealing element 5. It should be considered the case that the fluid is to be removed from the pressure vessel, not shown, and flows out of the valve 1 through the opening 12.
  • the fluid first flows through the opening 11 via the channel 14 into the space 13, in particular annular space 13.
  • the solenoid coil 8 prevails in the annular space 13 or space 13 due to the existing fluid-conducting connection between the first opening 11 and the annulus 13 in the annular space 13 is substantially the same pressure as at the first opening 1 1, which opens into a pressure vessel enclosed by the pressure vessel interior. Due to this pressure, a force is applied to a first side 19 of the sealing element 5, which presses the sealing element 5 on the valve body 21, so that the second opening 12 is closed.
  • the second opening 12 opens when using the pressure vessel with the valve 1 in a motor vehicle, for example, to an internal combustion engine or a fuel cell, and a filling port.
  • the plunger 3 moves away from the projection 15 of the sealing element 5 in a first travel and thus releases the through hole 6.
  • the first travel which covers the plunger 3, the support member 17, which is entrained by the driver 7 due to the movement of the plunger 3, still within the second recess 18 of the sealing element 5.
  • the sealing element 5 thus remains in its position.
  • the fluid flows out of the annular space 13 through the passage bore 6 released by the plunger 3 and out of the sealing element 5 on the opposite side. This requires that on this second side 20 of the sealing element 5, a back pressure which presses against the sealing element 5 from the outside, so that the sealing element 5 can be moved away from the second opening 12 with a small force.
  • the plunger 3 With further activated magnetic coil 8 and a sufficient pressure equalization between the annular space 13 and the second opening 12, the plunger 3 sets a second travel back, in which now the support member 17 is pressed by the driver 7 against the wall of the annular groove 18 of the sealing element 5, wherein the Sealing element 5 is pressed out of its position. Due to the back pressure, which has been set on the second side 20 of the sealing element 5, only a smaller force is necessary to move the sealing element 5 out of its position and the opening 12 of the valve body 21 is released. By this movement of the sealing element 5, the opening 1 1 is connected directly to the opening 12, wherein the fluid in a larger amount than through the through hole 6 can flow out of the pressure vessel.
  • the solenoid 8 is switched off. Since the opening 1 1 is connected directly to the opening 12 at this time, there is approximately the same pressure both in the annular space 13 and in the opening 12. As a result, the pressure forces have only a small influence on the position of the sealing element 5. As a result, the sealing element 5 is moved by the force of the spring element 4 against the opening 12 of the valve housing 21, whereby the opening 12 is closed when the coil is de-energized.
  • the solenoid 8 is de-energized. Due to the de-energized, deactivated state of the solenoid 8, the plunger 3 is pressed by the effective spring force of the spring element 4 on the sealing element 5 and thus closes the valve 1.
  • the sealing element 5 and the plunger 3 are pressed against the force of the spring 4, and the opening 12 of the valve housing 2 is released.
  • the movements of the ram 3 for the electromagnetic actuation of the valve 1 are possible because the cavity 25 in the movable stop member 22 allows movement of the connecting part 23 in the cavity 25 due to its geometry with freedom of movement.
  • the stop member 22 is in a corresponding position.
  • the stop member 22 must thus be for electromagnetic opening and closing of the valve 1 in this position, so that the movement of the plunger 3 is not hindered by the stop member 22.
  • the valve 1 requires only an additional stop member 22 to use functional elements of the electromagnetic barrier, such as plunger 3 and sealing element 5, for a manual actuation of the valve 1. Due to the structural design of the valve 1, the space of the valve 1 is substantially reduced and the number of components significantly reduced.
  • Electromagnetic valve for pressure vessel REFERENCE LIST Valve

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Abstract

Bei einem elektromagnetisches Ventil (1) für einen Druckbehälter, umfassend eine manuelle Absperrung des Ventils (1), einen Anschlag (22) und eine elektromagnetische Absperrung des Ventils (1) mit einem Dichtelement (5), einer Magnetspule (8), einem Stößel (3) und einem Federelement (4), wobei der durch das Federelement (4) gegen das Dichtelement (5) gedrückte Stößel (3) das Dichtelement (5) bei stromlos geschalteter, deaktivierter Magnetspule (8) auf eine zweite Öffnung (12) drückt, um eine fluidleitende Verbindung aus dem Druckbehälter heraus zu unterbinden und der Stößel (3) bei aktivierter Magnetspule (8) von dem Dichtelement (5) weg bis zu dem Anschlag (22) bewegbar ist, wodurch die fluidleitende Verbindung freigebbar ist, da der Stößel (3) in mechanischer Verbindung mit dem Dichtelement (5) steht, soll das elektromagnetische Ventil (1) trotz manueller Absperrung einen geringen Bauraum benötigen. Ferner soll das elektromagnetische Ventil (1) in seiner Herstellung preiswert sein. Diese Aufgabe wird gelöst, indem der Anschlag durch ein bewegbares Anschlagteil (22) der manuellen Absperrung gebildet ist.

Description

Elektromagnetisches Ventil für einen Druckbehälter BESCHREIBUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Ventil für einen Druckbehälter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben eines elektromagnetischen Ventils an einem Druckbehälter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 13 und einen Druckbehälter, insbesondere einen Compositebehälter.
Ein Druckbehälter zur Speicherung von flüssigen oder gasförmigen Medien, vorzugsweise von Wasserstoff oder Erdgas, umfasst zumindest einen Speicherbehälter zur Umschließung des flüssigen oder gasförmigen Mediums mit zumindest einer Öffnung, in welche ein Ventil eingesetzt ist. Durch die in den Ventilgrundkörper eingebauten Schalt- und Regelelemente erfolgen die Betankung und die Entnahme des flüssigen oder gasförmigen Mediums. Das elektromagnetische Ventil wird bei der Entnahme des Mediums strombeaufschlagt und aktiv geöffnet. Bei der Betankung wird das elektromagnetische Ventil nicht strombeaufschlagt. Aus Sicherheitsgründen ist das elektromagnetische Ventil im stromlosen Zustand geschlossen. Als elektromagnetisches Ventil wird bei solchen Druckbehältern in der Regel ein vorgesteuertes Ventil eingesetzt, um die Leistungsaufnahme gering zu halten.
Aus der DE 10 2006 025 965 A1 ist eine Gaszylinder-Ventilanordnung bekannt, welche ein Gehäuse mit einem Hauptventilkörper aufweist. Der Hauptventilkörper hat eine Flüssigkeitsverbindung, wobei eine Flüssigkeit zwischen dem Einlass und dem Gehäuse oder einem Ventilkorperauslass strömt, wobei ein Ventilschaft zum Sperren der Flüssigkeitsströmung durch eine Durchgangsverbindung bewegt werden kann. Am Hauptventilkörper verläuft innerhalb des Ventilkörpers ein manuelles Abschaltventil, um selektiv die Flüssigkeitsströmung durch die Durchgangsverbindung zu sperren. Die Verwendung von zwei Ventilen erhöht sowohl den Aufwand an Bauraum als auch die Kosten für ein solches elektromagnetisches Ventil.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, ein elektromagnetisches Ventil, ein Verfahren zum Betreiben eines elektromagnetischen Ventils und einen Druckbehälter zur Verfügung zu stellen, bei dem das elektromagnetische Ventil trotz manueller Absperrung einen geringen Bauraum benötigt. Ferner soll das elektromagnetische Ventil in seiner Herstellung preiswert sein.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einem elektromagnetischen Ventil für einen Druckbehälter, umfassend eine manuelle Absperrung des Ventils, einen Anschlag und eine elektromagnetische Absperrung des Ventils mit einem Dichtelement, einer Magnetspule, einem Stößel und einem Federelement, wobei der durch das Federelement gegen das Dichtelement gedrückte Stößel das Dichtelement bei stromlos geschalteter, deaktivierter Magnetspule zusammen mit dem durch den Druck ausgeübten Kraft auf eine zweite Öffnung drückt, um eine fluidleitende Verbindung in oder aus dem Ventil bzw. aus dem Druckbehälter zu unterbinden und der Stößel bei aktivierter Magnetspule von dem Dichtelement weg bis zu dem Anschlag bewegbar ist, wodurch die fluidleitende Verbindung freigebbar ist, da der Stößel in mechanischer Verbindung mit dem Dichtelement steht, wobei der Anschlag durch ein bewegbares Anschlagteil der manuellen Absperrung gebildet ist.
Bei einem solchen elektromagnetischen Ventil wird der Bauraum verkleinert, da bei einer manuellen Absperrung des elektromagnetischen Ventils Funktionselemente der elektromagnetischen Absperrung per Hand zum Verschluss des Druckbehälters betätigt werden. Eine solche Vorrichtung ermöglicht sowohl ein elektromagnetisches als auch ein manuelles Öffnen und Schließen des elektromagnetischen Ventils mit dem gleichen Dichtelement, so dass das Ventil nur ein Dichtelement aufweist.
In einer weiteren Ausgestaltung betätigt, vorzugsweise mittelbar, das bewegbare Anschlagteil das Dichtelement der elektromagnetischen Absperrung und/oder das Dichtelement ist durch das bewegbare Anschlagteil in eine erste Richtung bewegbar, so dass das Dichtelement die Öffnung verschließt, oder das Dichtelement ist durch das bewegbare Anschlagteil in eine zweite Richtung bewegbar, so dass das Dichtelement die Öffnung freigibt. Durch die verringerte Anzahl von notwendigen Bauteilen des elektromagnetischen Ventils verringert sich nicht nur der Bauraumbedarf, sondern es wird gleichzeitig die Anzahl der Dichtstellen reduziert. Insbesondere steht das bewegbare Anschlagteil mit dem Stößel in mechanischer Verbindung zum Bewegen des Stößels. Der Stößel als Funktionselement der elektromagnetischen Absperrung wird dabei manuell von dem bewegbaren Anschlagteil betätigt. In einer ergänzenden Ausführungsform ist das bewegbare Anschlagteil mit einem Mechanismus bewegbar, wobei der Mechanismus insbesondere ein Gewinde oder einen Spindeltrieb umfasst.
Vorzugsweise umfasst der Stößel ein Verbindungsteil, welcher in das bewegbare Abschlagteil eingreift, so dass aufgrund eines Formschlusses zwischen dem Stößel und dem Anschlagteil der Stößel von dem Anschlagteil bewegbar ist. Das Verbindungsteil ermöglicht somit das manuelle Öffnen des Ventils. Ein solches manuelles Öffnen ist notwendig, um beispielsweise im Servicefall den Druckbehälter entleeren zu können, ohne das Ventil elektromagnetisch ansteuern zu müssen.
In einer weiteren Ausgestaltung greift das Verbindungsteil in einen Hohlraum des bewegbaren Anschlagteiles ein und/oder bei stromlos geschalteter, deaktivierter Magnetspule ist ein Zwischenraum zwischen Stößel und dem bewegbaren Anschlagteil ausgebildet. Somit wird die Funktionsweise des Ventils bei dessen elektromagnetischer Betätigung zuverlässig gewährleistet.
In einer Variante dient bei aktivierter Magnetspule das bewegbare Anschlagteil unter Rückbildung des Zwischenraumes zwischen Stößel und bewegbarem Anschlagteil als Anschlag für den Stößel.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Fluid durch eine erste Öffnung in einen Raum einleitbar, welcher sich zwischen Stößel und Dichtelement der elektromagnetischen Absperreinheit erstreckt, wodurch ein Druck in dem Raum aufbaubar ist und von dem Stößel bei aktivierter Magnetspule ein erster Stellweg zurücklegbar ist, so dass eine Durchgangsbohrung des Dichtelementes freigegeben ist, und dabei das Dichtelement seine Position beibehält.
In einer weiteren Ausführungsform ist bei der durch den Stößel freigegebenen Durchgangsbohrung des Dichtelementes an der zweiten Öffnung ein Gegendruck aufgrund eines Strömens des Fluids durch die erste Öffnung und die Durchgangsbohrung aufbaubar, wobei bei aktivierter Magnetkraft der Magnetspule, sobald das Druckverhältnis zwischen beiden Seiten des Dichtelementes ausreicht, der Stößel einen zweiten Stellweg zurücklegt, bei welchem das Dichtelement durch einen Mitnehmer aus seiner Position bewegbar ist und die zweite Öffnung freigibt, sobald die Kraft der Magnetspule und das Druckverhältnis zwischen beiden Seiten des Dichtelementes dazu ausreicht, wodurch eine, vorzugsweise im Vergleich zur Durchgangsbohrung größere, fluidleitende Verbindung zwischen der ersten und der zweiten Öffnung freigebbar ist. Durch ein solches gestuftes Öffnen des Ventiles wird die Kraft, die notwendig ist, um das Dichtelement aus seiner Lage zu bewegen und die zweite Öffnung freizugeben, verringert. Dies erfolgt insbesondere dadurch, dass sich ein Gegendruck an einer zweiten Seite des Dichtelementes aufbaut. Zusätzlich wird die erforderliche Zeit zum Öffnen des Ventils verkürzt, da das Dichtelement bei hinreichendem Druckverhältnis zwischen der ersten und zweiten Öffnung durch den Mitnehmer aktiv geöffnet wird. In einer ergänzenden Variante weist der Mitnehmer eine zu dem Dichtelement gerichtete erste Ausnehmung auf und das Dichtelement umfasst eine zweite Ausnehmung, wobei in die erste Ausnehmung und die zweite Ausnehmung eingreifend ein Tragelement eingelegt ist und eine Geometrie der ersten Ausnehmung und der zweiten Ausnehmung dahingehend ausgelegt ist, dass der Stößel den ersten Stellweg zurücklegt, ohne dass das Dichtelement seine Position ändert. In einer bevorzugten Ausführungsform besteht das Dichtelement wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, aus einem metallischen Werkstoff oder aus Kunststoff.
In einer weiteren Ausgestaltung besteht der Stößel und/oder das Ventilgehäuse und/oder der Mitnehmer und/oder der Ventilgrundkörper wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, aus Metall, z. B. Stahl oder Aluminium.
Zweckmäßig ist von dem Ventil ein in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenes Verfahren ausführbar.
Ein erfindungsgemäßer Druckbehälter, insbesondere ein Compositebehälter umfasst ein in der Schutzrechtsanmeldung beschriebenes Ventil. Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben eines elektromagnetischen Ventils in einem Druckbehälter, bei welchem das Ventil abgesperrt wird, indem eine Magnetspule unbestromt bleibt, wobei ein Stößel durch eine Federkraft und durch eine gegebenenfalls vorhandene Druckkraft gegen ein Dichtelement gedrückt wird und dadurch das Dichtelement eine zweite Öffnung verschließt und/oder das Ventil elektromagnetisch geöffnet wird, indem bei bestromter Magnetspule der Stößel von der Magnetkraft entgegen der Federkraft bewegt wird und das Dichtelement von dem Stößel, vorzugsweise nach erfolgtem Druckausgleich über die Durchgangsbohrung im Dichtelement, mitbewegt wird und dadurch die zweite Öffnung geöffnet wird und das Ventil manuell abgesperrt oder geöffnet wird, wobei zur manuellen Absperrung das Anschlagteil in eine erste Richtung bewegt wird, wodurch das Dichtelement zur zweiten Öffnung hin bewegt wird und die zweite Öffnung so verschlossen wird und/oder zur manuellen Öffnung das Anschlagteil in eine zweite Richtung bewegt wird, wodurch das Dichtelement von der zweiten Öffnung weg bewegt wird und die zweite Öffnung so geöffnet wird. Trotz einer begrenzten Anzahl an Bauelementen kann das Ventil zuverlässig sowohl auf elektromagnetischem Wege betätigt als auch auf manuellem Wege geöffnet und verschlossen werden.
In einer ergänzenden Variante werden der Stößel und/oder das Dichtelement von dem Anschlagteil mitbewegt.
Vorzugsweise wird mittels einer formschlüssigen Verbindung zwischen Anschlagteil und Stößel der Stößel vom Anschlagteil bewegt und/oder mittels einer form-, Stoff- und/oder kraftschlüssigen Verbindung zwischen Stößel und Dichtelement das Dichtelement von dem Stößel bewegt.
Im Nachfolgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 : Schnitt durch ein elektromagnetisches Ventil und
Fig. 2: Ausschnitt aus dem elektromagnetischen Ventil gemäß Fig. 1.
Das in Fig. 1 dargestellte elektromagnetische Ventil 1 dient zur Entnahme einer Flüssigkeit oder eines Gases, z. B. Wasserstoff oder Erdgas, welches im Weiteren als Fluid bezeichnet wird, aus einem Druckbehälter bzw. zur Betankung des Druckbehälters (nicht dargestellt).
Das elektromagnetische Ventil 1 besteht aus einem Ventilgehäuse 2, in dessen Innerem ein Stößel 3 angeordnet ist, welcher mittels eines Federelementes 4 gegen ein Dichtelement 5 gedrückt wird. Das Dichtelement 5 weist dabei eine Durchgangsbohrung 6 in Form einer durchgehenden Öffnung auf, welche zwei unterschiedliche Querschnitte aufweist. In Richtung zum Stößel 3 weist die Durchgangsbohrung 6 einen kleineren Durchmesser auf, woran sich ein größerer Durchmesser anschließt, der sich in entgegen gesetzter Richtung erstreckt. Eine Magnetspule 8 umgreift das Ventilgehäuse 2 und somit auch den Stößel 3, welcher in dem Ventilgehäuse 2 angeordnet ist. Der Stößel 3 sitzt mit seiner Stirnseite auf einem Vorsprung 15 des Dichtelementes 5. Das Dichtelement 2 selbst sitzt auf dem Ventilgrundkörper 21 des Druckbehälters an einer zweiten Öffnung 12 und verschließt somit das Ventil 1 gegenüber der Umgebung. Dieser Abschnitt des Dichtelementes 5 wird als Hauptsitz bezeichnet. Demgegenüber wird der Abschnitt, die der Stößel 3 auf dem Vorsprung 15 des Dichtelementes 5 einnimmt, bei welcher die Durchgangsbohrung 6 des Dichtelementes 5 verschlossen gehalten wird, als Vorsteuersitz 9 bezeichnet.
Auf der zu dem Dichtelement 5 abgewandten Seite weist der Stößel 3 ein pilzförmiges Verbindungsteil 23 auf, welches in einen Hohlraum 25 eines bewegbaren Anschlagteiles 22 eingreift. Das bewegbare Anschlagteil 22 und der Stößel 3 sind bei deaktivierter Magnetspule 8 durch einen Zwischenraum 26 getrennt. Das bewegbare Anschlagteil 22 ist zwischen der Magnetspule 8 angeordnet und mit einem Sechskant 24 verbunden, welcher aus dem Ventilaufbau herausragt. Mittels des Sechskantes 24 wird das mit einem Außengewinde versehene bewegbare Anschlagteil 22 in das Ventilgehäuse 2, welches ein Innengewinde aufweist, per Hand von außen mit einem Schraubwerkzeug bewegt. Soll das Ventil 1 manuell geschlossen werden, wird mit dem Sechskant 24 das Anschlagteil 22 nach innen zu dem Dichtelement 5 in einer ersten Richtung zu dem Stößel 3 geschraubt, bis das Anschlagteil 22 den Stößel 3 berührt (nicht dargestellt) und der Zwischenraum 26 verschwunden ist. Der Stößel 3 wird gegebenenfalls auch gegen die Magnetkraft der Magnetspule 8 nach unten gegen das Dichtelement 5 gedrückt, welches wiederum auf die zweite Öffnung 12 gedrückt wird und diese verschließt, wodurch das Ventil 1 manuell verschlossen wird und auch bei einer aktivierter Magnetspule 8 nicht geöffnet werden kann. Auch ein Befüllen des Druckbehälters ist in diesem Zustand nicht möglich, da auch bei einem höheren Druck in Öffnung 12 als in Öffnung 1 1 das Dichtelement 5 über den Stößel 3 durch das Anschlagteil 22 in seiner Position gehalten wird, wodurch Öffnung 12 verschlossen bleibt. Ebenso ist ein manuelles Öffnen des Ventils 1 möglich. Das bewegbare Anschlagteil 22 wird mit dem Sechskant 24 aus dem Ventilgehäuse 2 in einer zweiten Richtung herausgeschraubt, wodurch das Verbindungsteil 23 des Stößels 3 von dem bewegbaren Anschlagelement 22 mitgenommen wird, da das Verbindungsteil 23 auf einer unteren Begrenzung des Hohlraumes 25 aufliegt (nicht dargestellt) und der Stößel 3 entgegen der Federkraft des Federelementes 4 angehoben wird. Die erste und zweite Richtung der Bewegung des Anschlagteiles 22 sind entgegengesetzt gerichtet. Der Stößel 3 gibt einen Vorsteuersitz 9 des Dichtelementes 5 frei. Nach erfolgtem Druckausgleich (siehe nachfolgende Beschreibung) bewegt sich das Dichtelement 5 in Richtung des Stößels 3, wodurch das Dichtelement 5 die Öffnung 12 freigibt und das Ventil 1 geöffnet wird.
Neben dem manuellen Öffnen und Schließen des Ventils 1 ist dieses auch elektromagnetisch betätigbar, was im Folgenden beschrieben ist.
Beim Vorsteuersitz 9 ist zwischen dem Stößel 3 und dem Dichtelement 5 ein Ringraum 13 ausgebildet (Fig. 2), welcher über einen Kanal 14 mit der Öffnung 1 1 verbunden ist, wobei die Öffnung 1 1 zu einem Druckbehälter führt. Darüber hinaus ist der Stößel 3 einstückig mit einem Mitnehmer 7 ausgebildet, wobei der Mitnehmer 7 das Dichtelement 5 weitgehend umschließt. Das Dichtelement 5 weist eine erste Ringnut 18 auf, welche im unteren Teil des Dichtelementes 5 in Richtung Öffnung 12 ausgebildet ist. In diese Ringnut 18 ist ein Tragelement 17 eingelegt. Dieses Tragelement 17 ist so ausgebildet, dass es in seinen Abmessungen radial über das Dichtelement 5 herausragt und in eine zweite Ringnut 16 des Mitnehmers 7 eingreift. Diese zweite Ringnut 16 ist dabei so ausgebildet, dass die Dicke des Tragelementes 17 der axialen Ausdehnung der Ringnut 16 entspricht, so dass sich das Tragelement 17 innerhalb der Ausnehmung 16 des Mitnehmers 7 nicht bewegen kann. Im Gegensatz dazu überragt die axiale Ausdehnung der ersten Ringnut 18 des Dichtelementes 5 die Dicke des Tragelementes 17, so dass das Tragelement 17 beabstandet zu den Innenwänden der Ringnut 18 des Dichtelementes 5 angeordnet ist. Im Weiteren soll die Funktionsweise des elektromagnetischen Ventiles 1 näher erläutert werden. Ausgehend von der in Figur 2 dargestellten Position des Ventiles 1 ist das Tragelement 17 mittig in der Ringnut 18 des Dichtelementes 5 angeordnet. Es soll der Fall betrachtet werden, dass aus dem nicht weiter dargestellten Druckbehälter das Fluid entnommen werden soll und aus dem Ventil 1 durch die Öffnung 12 ausströmt. Dabei fließt das Fluid zunächst durch die Öffnung 11 über den Kanal 14 in den Raum 13, insbesondere Ringraum 13. Vor der Aktivierung der Magnetspule 8 herrscht in dem Ringraum 13 bzw. Raum 13 aufgrund der vorhandenen fluidleitenden Verbindung zwischen der ersten Öffnung 11 und dem Ringraum 13 in dem Ringraum 13 im Wesentlichen der gleiche Druck wie an der ersten Öffnung 1 1 , welche in einen von dem Druckbehälter eingeschlossenen Druckbehälterinnenraum mündet. Aufgrund dieses Druckes wird auf eine erste Seite 19 des Dichtelementes 5 eine Kraft aufgebracht, welche das Dichtelement 5 auf den Ventilgrundkörper 21 drückt, so dass die zweite Öffnung 12 verschlossen ist. Die zweite Öffnung 12 mündet bei einem Einsatz des Druckbehälters mit dem Ventil 1 in einem Kraftfahrzeug beispielweise zu einem Verbrennungsmotor oder einer Brennstoffzelle, und einem Füllanschluss. Ist die Magnetspule 8 aktiviert, bewegt sich der Stößel 3 weg von dem Vorsprung 15 des Dichtelementes 5 in einem ersten Stellweg und gibt somit die Durchgangsbohrung 6 frei. Bei dem ersten Stellweg, welchen der Stößel 3 zurücklegt, bewegt sich das Tragelement 17, welches von dem Mitnehmer 7 aufgrund der Bewegung des Stößels 3 mitgenommen wird, noch innerhalb der zweiten Ausnehmung 18 des Dichtelementes 5. Das Dichtelement 5 verbleibt somit in seiner Lage. Das Fluid fließt aus dem Ringraum 13 durch die vom Stößel 3 freigegebene Durchgangsbohrung 6 und auf der entgegengesetzten Seite aus dem Dichtelement 5 aus. Das bedingt, dass sich auf dieser zweiten Seite 20 des Dichtelementes 5 ein Gegendruck aufbaut, welcher von außen gegen das Dichtelement 5 drückt, so dass das Dichtelement 5 mit einer geringen Kraft von der zweiten Öffnung 12 weg bewegt werden kann. Bei weiter aktivierter Magnetspule 8 und einem ausreichendem Druckausgleich zwischen Ringraum 13 und der zweiten Öffnung 12 legt der Stößel 3 einen zweiten Stellweg zurück, bei welchem nun das Tragelement 17 von dem Mitnehmer 7 gegen die Wandung der Ringnut 18 des Dichtelementes 5 gedrückt wird, wobei das Dichtelement 5 aus seiner Lage gedrückt wird. Auf Grund des Gegendruckes, welcher sich an der zweiten Seite 20 des Dichtelementes 5 eingestellt hat, ist nur eine geringere Kraft notwendig, um das Dichtelement 5 aus seiner Lage zu bewegen und die Öffnung 12 des Ventilgrundkörpers 21 wird frei gegeben. Durch diese Bewegung des Dichtelementes 5 wird die Öffnung 1 1 direkt mit der Öffnung 12 verbunden, wobei das Fluid in einer größeren Menge als durch die Durchgangsbohrung 6 aus dem Druckbehälter ausfließen kann.
Bei Beendigung des Entnahmevorgangs wird die Magnetspule 8 stromlos geschalten. Da die Öffnung 1 1 zu diesem Zeitpunkt direkt mit der Öffnung 12 verbunden ist, herrscht sowohl im Ringraum 13 als auch in der Öffnung 12 annähernd der gleiche Druck. Dadurch haben die Druckkräfte nur einen geringen Einfluss auf die Lage der Dichtelementes 5. Infolgedessen wird bei stromlos geschalteter Spule das Dichtelement 5 durch die Kraft des Federelementes 4 gegen die Öffnung 12 des Ventilgehäuses 21 bewegt, wodurch die Öffnung 12 verschlossen wird.
Soll nun der Druckbehälter gefüllt werden, ist die Magnetspule 8 stromlos geschaltet. Durch den stromlos geschalteten, deaktivierten Zustand der Magnetspule 8 wird der Stößel 3 durch die wirksame Federkraft des Federelementes 4 auf das Dichtelement 5 gedrückt und schließt somit das Ventil 1. Durch den Druck des einströmenden Fluids, welches an der zweiten Seite 20 des Dichtelementes 5 eine Kraft aufbringt, werden das Dichtelement 5 und der Stößel 3 entgegen der Kraft der Feder 4 gedrückt, und die Öffnung 12 des Ventilgehäuses 2 wird freigegeben. Die Bewegungen des Stößels 3 für das elektromagnetische Betätigen des Ventils 1 sind möglich, weil der Hohlraum 25 in dem bewegbaren Anschlagteil 22 eine Bewegung des Verbindungsteiles 23 in dem Hohlraum 25 aufgrund dessen Geometrie mit Bewegungsfreiraum gestattet. Hierzu befindet sich das Anschlagteil 22 in einer entsprechenden Position. Das Anschlagteil 22 muss sich somit für ein elektromagnetisches Öffnen und Schließen des Ventils 1 in dieser Position befinden, damit die Bewegung des Stößels 3 von dem Anschlagteil 22 nicht behindert ist. Insgesamt betrachtet sind mit dem erfindungsgemäßen elektromagnetischen Ventil 1 wesentliche Vorteile verbunden. Das Ventil 1 benötigt nur ein zusätzliches Anschlagteil 22, um Funktionselemente der elektromagnetischen Absperrung, wie Stößel 3 und Dichtelement 5, für eine manuelle Betätigung des Ventils 1 zu benutzen. Durch die konstruktive Gestaltung des Ventils 1 wird der Bauraum des Ventils 1 wesentlich verkleinert und die Anzahl der Bauteile entscheidend reduziert.
Elektromagnetisches Ventil für einen Druckbehälter BEZUGSZEICHENLISTE Ventil
Ventilgehäuse
Stößel
Federelement
Dichtelement
Durchgangsbohrung
Mitnehmer
Magnetspule
Vorsteuersitz
Hauptsitz
Erste Öffnung
Zweite Öffnung
Ringraum
Kanal
Vorsprung
Zweite Ringnut
Tragelement
Erste Ringnut
erste Seite des Dichtelementes
zweite Seite des Dichtelementes
Ventilgrundkörper
Bewegbares Anschlagteil
Verbindungsteil
Sechskant
Hohlraum
Zwischenraum

Claims

ANSPRÜCHE
1. Elektromagnetisches Ventil (1) für einen Druckbehälter, umfassend
- eine manuelle Absperrung des Ventils (1),
- einen Anschlag (22) und
- eine elektromagnetische Absperrung des Ventils (1 ) mit einem
Dichtelement (5), einer Magnetspule (8), einem Stößel (3) und einem Federelement (4), wobei der durch das Federelement (4) gegen das Dichtelement (5) gedrückte Stößel (3) das Dichtelement (5) bei stromlos geschalteter, deaktivierter Magnetspule (8) auf eine zweite Öffnung (12) drückt, um eine fluidleitende Verbindung aus dem Druckbehälter zu unterbinden und der Stößel (3) bei aktivierter Magnetspule (8) von dem Dichtelement (5) weg bis zu dem Anschlag (22) bewegbar ist, wodurch die fluidleitende
Verbindung freigebbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlag (22) durch ein bewegbares Anschlagteil (22) der manuellen Absperrung gebildet ist.
2. Elektromagnetisches Ventil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das bewegbare Anschlagteil (22) das Dichtelement (5) der
elektromagnetischen Absperrung, vorzugsweise mittelbar, betätigt, und/oder
das Dichtelement (5) durch das bewegbare Anschlagteil (22) in eine erste Richtung bewegbar ist, so dass das Dichtelement (5) die
Öffnung (12) verschließt oder das Dichtelement (5) durch das bewegbare Anschlagteil (22) in eine zweite Richtung bewegbar ist, so dass das Dichtelement (5) die Öffnung (12) freigibt.
3. Elektromagnetisches Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegbare Anschlagteil (22) mit dem Stößel (3) in mechanischer Verbindung steht zum Bewegen des Stößels (3).
4. Elektromagnetisches Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegbare Anschlagteil (22) mit einem Mechanismus bewegbar ist, wobei der Mechanismus insbesondere ein Gewinde oder einen Spindeltrieb umfasst.
5. Elektromagnetisches Ventil nach einem oder mehreren der
vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, der Stößel (3) ein Verbindungsteil (23) umfasst, welcher in das bewegbare Anschlagteil (22) eingreift, so dass aufgrund eines Formschlusses zwischen dem Stößel (3) und dem Anschlagteil (22) der Stößel (3) mit dem Anschlagteil (22) bewegbar ist.
6. Elektromagnetisches Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsteil (23) in einen Hohlraum (25) des bewegbaren
Anschlagteiles (22) eingreift
und/oder
bei stromlos geschalteter, deaktivierter Magnetspule (8) ein
Zwischenraum (26) zwischen Stößel (3) und dem bewegbaren
Anschlagteil (22) ausgebildet ist.
7. Elektromagnetisches Ventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei aktivierter Magnetspule (8) das bewegbare Anschlagteil (22) unter Rückbildung des Zwischenraumes (26) zwischen Stößel (3) und bewegbarem Anschlagteil (22) als Anschlag für den Stößel (3) dient.
8. Elektromagnetisches Ventil nach einem oder mehreren der
vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid durch eine erste Öffnung (11) in einen Raum (13) einleitbar ist, welcher sich zwischen Stößel (3) und Dichtelement (5) der elektromagnetischen Absperreinheit erstreckt, wodurch ein Druck in dem Raum (13) aufbaubar ist und von dem Stößel (3) bei aktivierter Magnetspule (8) ein erster Stellweg zurücklegbar ist, so dass eine
Durchgangsbohrung (6) des Dichtelementes (5) freigegeben ist, und dabei das Dichtelement (5) seine Position beibehält.
9. Elektromagnetisches Ventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei der durch den Stößel (3) freigegebenen Durchgangsbohrung (6) des Dichtelementes (5) an der zweiten Öffnung (12) ein Gegendruck aufgrund eines Strömens des Fluids durch die erste Öffnung (1 1) und die Durchgangsbohrung (6) aufbaubar ist, wobei bei aktivierter Magnetkraft der Magnetspule (8) der Stößel (3) einen zweiten
Stellweg zurücklegt, bei welchem das Dichtelement (5) durch den Mitnehmer (7) aus seiner Position bewegbar ist und die zweite
Öffnung (12) freigibt sobald die Kraft der Magnetspule (8) und das Druckverhältnis zwischen den beiden Seiten (19, 20) des
Dichtelementes (5) dazu ausreicht, wodurch eine, vorzugsweise im Vergleich zur Durchgangsbohrung (6) größere, fluidleitende
Verbindung zwischen der ersten Öffnung (11 ) und der zweiten
Öffnung (12) freigebbar ist. l O.EIektromagnetisches Ventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Mitnehmer (7) eine zu dem Dichtelement (5) gerichtete erste Ausnehmung (16) aufweist und das Dichtelement (5) eine zweite
Ausnehmung (18) umfasst, wobei in die erste Ausnehmung (16) und die zweite Ausnehmung (18) eingreifend ein Tragelement (17) eingelegt ist und eine Geometrie der ersten Ausnehmung (16) und der zweiten Ausnehmung ( 8) dahingehend ausgelegt ist, dass der Stößel (3) den ersten Stellweg zurücklegt, ohne dass das Dichtelement (5) seine Position verändert.
1 1. Elektromagnetisches Ventil nach einem oder mehreren der
vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von dem Ventil (1 ) ein Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 15 ausführbar ist.
12. Druckbehälter, insbesondere Compositebehälter, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckbehälter ein Ventil (1 ) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
13. Verfahren zum Betreiben eines elektromagnetischen Ventils in einem Druckbehälter, bei welchem
- das Ventil (1 ) abgesperrt wird, indem eine Magnetspule (8)
unbestromt bleibt, wobei ein Stößel (3) durch eine Federkraft gegen ein Dichtelement (5) gedrückt wird und dadurch das Dichtelement (5) eine zweite Öffnung (12) verschließt
und/oder
das Ventil (1 ) elektromagnetisch geöffnet wird, indem bei bestromter Magnetspule (8) der Stößel (3) von der Magnetkraft entgegen der Federkraft bewegt wird und das Dichtelement (5) von dem Stößel (3) mitbewegt wird und dadurch die zweite Öffnung (12) geöffnet wird, - das Ventil (1) manuell abgesperrt oder geöffnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur manuellen Absperrung das Anschlagteil (22) in eine erste
Richtung bewegt wird, wodurch das Dichtelement (5) zur Öffnung (12) hin bewegt wird und so die Öffnung (12) verschlossen wird
und/oder
zur manuellen Öffnung das Anschlagteil (22) in eine zweite Richtung bewegt wird, wodurch das Dichtelement (5) von der Öffnung (12) weg bewegt wird und so die Öffnung (12) geöffnet wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Stößel (3) und/oder das Dichtelement (5) von dem Anschlagteil (22) mitbewegt werden. 15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer formschlüssigen Verbindung zwischen Anschlagteil (22) und Stößel (3) der Stößel (3) vom Anschlagteil (22) bewegt wird und/oder
mittels einer form-, stoff- und/oder kraftschlüssigen Verbindung zwischen Stößel (3) und Dichtelement (5) das Dichtelement (5) von dem Stößel (3) bewegt wird.
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