WO2014095051A2

WO2014095051A2 - Druckregelventil

Info

Publication number: WO2014095051A2
Application number: PCT/EP2013/003824
Authority: WO
Inventors: Wolfgang Weh
Original assignee: Weh, Erwin
Priority date: 2012-12-19
Filing date: 2013-12-18
Publication date: 2014-06-26
Also published as: DE202013004126U1; WO2014095050A1; WO2014095051A3; DE112013006072A5; DE112013006097A5

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Druckregelventil für kontinuierliche Regelung eines Eingangsdruckes eines fluiden Mediums, insbesondere eines Gases, bevorzugt Wasserstoffgas von bis zu 500 bar, insbesondere bis zu 700 bar, insbesondere im Bereich von bis zu 700 bar bis zu 1000 bar, bevorzugt im Bereich von bis zu 700 bar bis zu 875 bar, auf einen Ausgangsdruck von weniger 50 bar, insbesondere weniger als 25 bar, insbesondere im Bereich 25 bar bis 5 bar, bevorzugt im Bereich 15 bar bis 9 bar, mit einem Schieberbauteil, einem Kolben sowie einer Feder, wobei die Druckregeleinheit ein Wandlungselement umfasst, das derart ausgestaltet ist, dass der Eingangsdruck mittels des Wandlungselementes auf den Ausgangsdruck geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Wandlungselement einen Kolben und ein Schieberbauteil umfasst, wobei der Kolben gegenüber dem Schieberbauteil schwimmend, insbesondere pendelnd gelagert ist oder Kolben und Schieberbauteil ein einziges Schieberkolbenbauteil ausbilden und das Wandlungselement des Weiteren eine Feder umfasst, die gegenüber dem Schieberkolbenbauteil schwimmend, insbesondere pendelnd gelagert ist oder das Wandlungselement eine Membran oder einen Balg umfasst und die Membran oder der Balg derart ausgestaltet sind, dass ein Eingangsdruck mittels der Membran oder dem Balg über eine Feder auf den Ausgangsdruck gewandelt bzw. geregelt wird.

Description

Druckregelventil

Die Erfindung betrifft ein Druckregelventil für eine kontinuierliche Regelung eines Eingangsdruckes eines fluiden Mediums, insbesondere eines Gases, mit bis zu 500 bar, insbesondere bis zu 700 bar, insbesondere im Bereich von bis zu 700 bar bis zu 1000 bar, auf einen Ausgangsdruck von weniger als 50 bar, insbesondere weniger als 25 bar, insbesondere im Bereich 25 bar bis 5 bar.

Heute werden zunehmend gasförmige Medien wie beispielsweise Erdgas oder Wasserstoff als Kraftstoffe zum Antrieb von Maschinen, insbesondere Fahrzeugen eingesetzt. Hierbei wird das gasförmige Medium, nachdem es von einer Tankstelle in einen Fahrzeugtank abgegeben wurde, beim Betrieb des Fahrzeugs

kontinuierlich zu einem Verbraucher, beispielsweise einem Motor oder einer Brennstoffzelle, geführt und dort verbraucht. Hierbei ergibt sich das Problem, dass der Tank des Fahrzeugs bei Verwendung bestimmter fluider Medien, wie

beispielsweise Wasserstoff, als Kraftstoff mit hohen Drücken mit mehr als 500 bar, insbesondere mehr als 700 bar, insbesondere im Bereich 700 bar bis 1000 bar, aufweist. Unter hohem Druck im Tank gelagerter Wasserstoff wird kontinuierlich an den Verbraucher, z. B. den Fahrzeugmotor oder die Brennstoffzelle abgegeben und unter gleichbleibendem Druck, bevorzugt einem Druck von weniger als 50 bar, insbesondere weniger als 25 bar, insbesondere im Bereich 25 bis 5 bar, verbraucht. Es ist daher notwendig, ein Druckregelventil zur Verfügung zu stellen, das eingangsseitig mit einem Druck von mehr als 500 bar aus dem Tank

beaufschlagt werden kann und ausgangsseitig am Verbraucher, z. B. am Motor oder an der Brennstoffzelle einen konstanten Druck von weniger als 50 bar, insbesondere im Bereich 25 bar bis 5 bar, bevorzugt 15 bar bis 9 bar, zur

Verfügung stellt, wobei zu beachten ist, dass bei kontinuierlichem Verbrauch unter hohem Druck der Druck des im Behälter gespeicherten Kraftstoffs beständig abnimmt. Trotz Druckabnahme im Kraftstoffbehälter soll ausgangsseitig am

Verbraucher immer derselbe Druck anliegen mit möglichst geringer Drucktoleranz. In der DE 10 2006 023 433 A1 ist ein mehrstufiger Druckregler offenbart, der eine besondere Anwendung für eine Anodeneingangsseite eines

Brennstoffzellensystems besitzt, um ein gewünschtes großes

Reduzierungsverhältnis vorzusehen. Der Druckregler umfasst zumindest zwei Ventile, die parallel positioniert sind, wobei das erste Ventil kleiner als das zweite Ventil ist. Bei geringen Durchsätzen wird das erste Ventil geöffnet und

geschlossen und das zweite Ventil wird geschlossen beibehalten. Sobald der Durchsatz groß genug ist, wird das erste Ventil vollständig offen gehalten und das zweite Ventil wird geöffnet und geschlossen, um den Durchfluss bei hohen

Durchsätzen zu steuern.

In der DE 10 2006 023 433 A1 ist aber nicht beschrieben, wie Querkräfte, die auf ein Schieberbauteil wirken, kompensiert werden können, ebensowenig wie eine einstufige Regelung von einem Eingangsdruck von bis zu 900 bar auf einen Ausgangsdruck von beispielsweise 9 bar.

Aus der DE 10 2008 044 819 A1 ist ein hydraulisches Element, insbesondere zur Anordnung in einer Druckleitung zwischen einem Geberzylinder und einem

Nehmerzylinder einer hydraulischen Kupplungsbetätigung, mit einem Gehäuse, das einen geberzylinderseitigen Hydraulikanschluss sowie einen

nehmerzylinderseitigen Hydraulikanschluss aufweist und das eine

Ventilanordnung aufnimmt, bekannt geworden.

In der DE 10 2008 044 819 A1 wird ein einfacherer Aufbau erzielt, indem die Ventilanordnung zwei Ventilkörper aufweist, die fliegend in dem Gehäuse gelagert sind und gegen die Kraft einer Feder relativ zueinander verschoben werden können.

Bei dem hydraulischen Element gemäß der DE 10 2008 044 819 A1 handelt es sich um ein Hydraulikbauteil mit einem ständigen Durchfluss im Gegensatz zu dem erfindungsgemäßen Druckregelventil mit einer Schließ- und Regelfunktion. Die DE 10 2006 026 338 A1 zeigt ein Druckreduzierventil zur Regulierung des Drucks eines in einem Druckbehälter aufbewahrten und unter einem Primärdruck stehenden Fluids auf einen vorbestimmten Druck. Das Druckreduzierventil (1) weist zwei oder mehrere Druckreduzierstufen (10; 46) auf und zumindest eine der Druckreduzierstufen ist mit einem

Druckregelmechanismus (12, 21-23; 44, 66-68) zum Regeln des Fluiddrucks stromabwärts der jeweiligen Druckreduzierstufe versehen. Das aus der DE 10 2006 026 338 A1 bekannte Druckreduzierventil ist für den

Betrieb eines Kraftsfahrzeuges nicht geeignet, da die Versorgung beispielsweise einer Brennstoffzelle mit ausreichend Gas, z. B. Wasserstoff für einen Fahrbetrieb nicht gewährleistet ist. Die DE 10 2010 025 175 A1 zeigt ein stufenlos regelbares Druckregelventil. Das Druckregelventilgehäuse umfasst, auf das eine auf einen Spulenträger gewickelte Spule, einen in einem Lager axial verschiebbaren Anker, einen Kern und eine Flussleiteinrichtung. Des Weiteren umfasst das Druckregelventilgehäuse eine erste Anschlussbohrung zur Verbindung mit einem Tank sowie einen

Anschlussstutzen besitzt, wobei der Anschlussstutzen einen Ventilsitz für ein Ventilglied des Ankers aufweist.

Die DE 10 2010 025 175 A1 beschreibt keine Verwendung bei hohen Drücken mit mehr als 500 bar und lediglich ein Einsatz in einem Ölkreislauf eines Fahrzeuges mit Drücken bis maximal 10 bar. Des Weiteren handelt es sich bei dem

Druckregelventil um ein elektrisch gesteuertes Druckregelventil und nicht um ein mechanisch gesteuertes Druckregelventil.

Das Druckregelventil soll sich des Weiteren durch eine hohe Zuverlässigkeit sowie einen einfachen, kompakten Aufbau auszeichnen und einen ausreichenden Durchfluss bereitstellen. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Druckregelventil gemäß Anspruch 1 gelöst, bei dem das Druckregelventil wenigstens ein Wandlungselement umfasst und das Druckregelventil derart ausgestaltet ist, dass der Eingangsdruck mittels des Wandlungselementes kontinuierlich auf den Ausgangsdruck geregelt wird.

Erfindungsgemäß können unterschiedliche Ausgestaltungen als

Wandlungselement eingesetzt werden.

So kann in einer ersten Ausgestaltung das Wandlungselement einen Kolben und ein Schieberbauteil umfassen, wobei der Kolben gegenüber dem Schieberbauteil schwimmend, insbesondere pendelnd gelagert ist oder Kolben und

Schieberbauteil bilden ein einziges Schieberkolbenbauteil aus und das

Wandlungselement umfasst des Weiteren eine Feder, die gegenüber dem

Schiebenkolbenbauteil schwimmend, insbesondere pendelnd gelagert ist. Als dritte Möglichkeit verbleibt die Möglichkeit, dass das Wandlungselement eine Membran oder einen Balg umfasst und die Membran oder der Balg derart ausgestaltet sind, dass ein Eingangsdruck mittels der Membran oder dem Balg über eine Feder auf den Ausgangsdruck gewandelt bzw. geregelt wird. Durch die verschiedenen Ausgestaltungen des Wandlungselementes wird für einen mechanischen, einstufigen Druckregler eine sehr geräuscharme hohe Regelgenauigkeit erreicht.

Des Weiteren erlauben insbesondere die Ausgestaltungen mit einer

schwimmenden Lagerung den Ausgleich von hohen Querkräften, die

beispielsweise durch die Feder, die bei dem breiten zu regelnden Druckbereich sehr starke Rückstellkräfte aufweist, erzeugt werden. Die schwimmende Lagerung z. B. des Kolbens erlaubt, dass der Kolben pendeln kann und so die z. B. durch die Feder bedingten Querkräfte ausgleicht. Durch den pendelnden Kolben kann der Verschleiß, der insbesondere durch die hohen, auf den Kolben wirkenden

Querkräfte bedingt ist, stark reduziert werden, so dass sich das erfindungsgemäße Druckregelventil durch eine hohe Lebensdauer und insbesondere auch eine hohe Regelgenauigkeit auszeichnet, die zudem über die Lebensdauer von bis zu 20 Jahren auch eine geringe Drift des Ausgangsdruckes aufweist. Die

Regelgenauigkeit des Druckregelventils gemäß der Erfindung ist ± 5 bar, insbesondere ± 2 bar, besonders bevorzugt ± 0,5 bar für einen Ausgangsdruck ausgangsseitig von weniger als 25 bar, insbesondere 5 bis 15 bar, bevorzugt beispielsweise 9 bar. Regelgenauigkeit bedeutet vorliegend, dass der

Ausgangsdruck auf beispielsweise 9 ± 0,5 bar eingehalten werden kann, bei Eingangsdrücken von bis zu 900 bar. Geringe Drift bedeutet vorliegend, dass der Ausgangsdruck über die Zeit nur wenig abdriftet, beispielsweise in 10 Jahren, insbesondere 20 Jahren, nur um ± 1 bar, bevorzugt ± 0,5 bar, d.h. der

Ausgangsdruck hat sich in 10 Jahren, insbesondere 20 Jahren, nur von 9,0 bar auf 9,5 bar, beispielsweise durch Verschleiß, geändert. Derselbe Effekt kann erreicht werden, wenn bei einem Schieberkolbenbauteil die Feder schwimmend, insbesondere pendelnd gelagert ist.

Das erfindungsgemäße Druckregelventil zeichnet sich des Weiteren dadurch aus, dass auf der Niederdruckseite ein ausreichender Massenstrom von beispielsweise 12 kg/h, bevorzugt 8 kg/h gasförmigen Mediums, insbesondere Wasserstoff mit einem Druck von beispielsweise 9 bar bereitgestellt werden kann, auch dann, wenn der Druck eingangsseitig des Druckregelventils durch Druckabfall im Tank von 1000 bar oder 500 bar auf einen Druck von beispielsweise 15 bar abgefallen ist.

Verantwortlich für den ausreichenden Durchfluss von der Eingangsseite zur Ausgangseite des Druckregelventiles ist die Größe der Bohrung der Dichtung, d. h. die Größe der Dichtungsbohrung. Wird das Gas durch das Schieberbauteil hindurchgeleitet, so ist selbstverständlich für den Durchfluss zur Ausgangsseite auch die Abmessung der Bohrung im Schieberbauteil und deren

strömungsoptimierte Ausführung maßgeblich.

Um die Rückstellkraft in der Feder und damit auch den Ausgangsdruck

ausgangsseitig einstellen zu können, ist vorgesehen, dass der Kolben auf dem Schieberbauteil beispielsweise mittels eines Gewindes verschoben werden kann. Um den Kolben in Position zu halten, kann eine Arretiervorrichtung, die als

Verdrehsicherung mit Arretieröffnungen, in die ein Bolzen des schwimmend gelagerten Kolbens eingreifen kann, ausgelegt ist, oder eine Kontermutter vorgesehen sein.

Um den Druck einstellen zu können, ist vorgesehen, dass die Feder des

Druckregelventils eine Vorspannung aufweist und die Feder auf den Kolben zur Einstellung des Ausgangsdruckes wirkt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich auch dadurch aus, dass das Gas von der Eingangsseite zur Ausgangsseite strömungsoptimiert strömen kann.

Hierzu ist in einer ersten Ausgestaltung vorgesehen, dass das Schieberbauteil eine Bohrung zum Hindurchleiten des fluiden Mediums, insbesondere des gasförmigen Mediums, von der Eingangsseite mit dem Eingangsdruck zu der

Ausgangsseite mit dem Ausgangsdruck und/oder einen spitzen Abschnitt umfasst, wobei die Bohrung und/oder der Spitzenabschnitt bevorzugt strömungsoptimiert ausgestaltet sind. Alternativ kann das Schieberbauteil in einer zweiten

Ausführungsform keine Bohrung aufweisen oder eine Bohrung mit geringem Durchmesser lediglich zum Herstellen einer druckleitenden Verbindung zu einer Kolbenaußenseite des Kolbens. Wie zuvor ausgeführt wird der Durchfluss von der Eingangseite des Druckregelventils zur Ausgangsseite im Wesentlichen durch die Größe der Dichtungsbohrung bestimmt. Im Falle der Schieber eine Bohrung zum Hindurchleiten von Gas von der Eingangseite zur Ausgangseite umfasst ist die Größe auch dieser Bohrung maßgeblich und deren strömungsoptimierte

Ausführung.

Aufgrund der hohen Regelgenauigkeit des Druckregelventils ist es möglich, die Bohrung, und/oder die Dichtungsbohrung mit einem relativ großen Durchmesser von mehr als 1 ,7 mm, insbesondere mehr als 2 mm oder mehr als 2,2 mm, bevorzugt mehr als 3 mm, auszubilden. Es ist dann möglich einen großen

Massendurchfluss von mehr als 8 kg fluidem Medium, insbesondere Wasserstoff, bevorzugt mehr als 12 kg fluidem Medium, insbesondere Wasserstoff, pro Stunde bei einem sehr geringen Eingangsdruck von nur 15 bar zu erzielen. Dies ermöglicht bei einem Verbau in einem Fahrzeug eine ausreichende

Wasserstoffzufuhr zu einer Brennstoffzelle bei fast leerem Vorratstank, der zu geringen Eingangsdrücken von z. B. 15 bar oder weniger, beispielsweise 9 bar führt.

Eine besonders gute Dichtheit wird erzielt, wenn an dem spitzen Abschnitt des Schieberbauteils das Druckregelventil eine Dichtung mit Dichtungsbohrung aufweist, die sowohl mit dem spitzen Abschnitt des Schieberbauteils als auch mit der Gehäusewand zur Anlage kommt. Sehr gute Dichtheitswerte und hohe

Langlebigkeit bei gutem Verschleißverhalten sowie hohe Temperaturbeständigkeit und hohe Widerstandsfähigkeit können dann erreicht werden, wenn die Dichtung im Bereich des Spitzenabschnittes als Dichtmaterial aus einem

wasserstoffbeständigen Material, insbesondere Polyamidimid, besteht. Im

Gegensatz zum Stand der Technik ist die Dichtung nicht auf der Spitze des Schieberbauteiles aufgebracht und dichtet nur gegen Metall, sondern ist als Dichtring ausgebildet, und die angeschrägten Seiten des Spitzenabschnittes des Schieberbauteils liegen am Dichtring an, wodurch eine sehr hohe Dichtheit erreicht wird. Des Weiteren ist der Verschleiß des Dichtmaterials niedrig, da die Dichtfläche vom Massenstrom des strömenden Mediums abgewandt ist, so dass Partikel, die sich im Massenstrom befinden, die Dichtung nicht zerstören bzw. angreifen können. Der Dichtring liegt somit nicht direkt im Strom des fluiden Mediums, und ist daher verschleißarm. Dadurch wird eine hohe Lebensdauer erreicht, was wiederum zu einer erhöhten Regelgenauigkeit d. h. geringe Ausgangsdrucktoleranz sowie zu einer geringen Drift des Ausgangsdruckes über die Gesamtlebensdauer führt. Der Dichtring selbst ist im Gehäuse des Druckreglers, das bevorzugt aus

Aluminium besteht, eingepresst. Die Dichtheit des Druckregelventils nach außen, d. h. in die Umgebung ist derart, dass die Leckage geringer als 10 Ncm³/h H₂ ist über alle Dichtstellen.

Besonders bevorzugt ist es, wenn die Leckage nach außen geringer als

2-10^"4 mbar l/s H₂ und zwar auch nach 10 Jahren, insbesondere nach 20 Jahren.

Die Dichtheit des Druckregelventils nach innen, d. h. im Inneren des

Druckregelventiles z. B. vom Hochdruck- zum Niederdruckteil ist derart, dass die Leckage geringer als 10 Ncm³/h H₂ ist.

Besonders bevorzugt ist es, wenn die Leckage nach innen, d. h. das Überströmen vom Hochdruckteil in den Niederdruckteil geringer als 2 10^"4 mbar l/s H₂ ist und zwar auch nach 10 Jahren, insbesondere nach 20 Jahren. Um praktisch gänzlich zu verhindern, dass Partikel mit dem Gasstrom

eingangsseitig in das Druckregelventil gelangen und von dort beispielsweise in den Motor oder die Brennstoffzelle, wird bevorzugt ein Feinfilter an der

Eingangsseite in Strömungsrichtung vor dem Schieberbauteil vorgesehen, wobei es sich beispielsweise um ein Filtersieb mit einer Maschenweite im Bereich 2 pm bis 100 pm, insbesondere 2 pm bis 40 pm, handelt. Ein derartiges Filtersieb ist in der für denselben Anmelder eingereicht aber nachveröffentlichten Anmeldung PCT/EP2012/004692 beschrieben, auf die vollumfänglich Bezug genommen wird. Anstelle des Filtersieb wie zuvor beschrieben wäre auch ein Sinterfilter dankbar oder ein drahtgewickelter Filter wie beispielsweise in der WO 02/00322 A1 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt vollumfänglich mit aufgenommen wird.

Bevorzugt umfasst das Filterbauteil neben dem Filtersieb einen Grundkörper, der den Stützkörper für das Filtersieb bzw. Filtermesh bildet. Durch eine derartige Ausgestaltung wird eine große Filterfläche auf kleinem Bauraum zur Verfügung gestellt. Des Weiteren erlaubt der Grundkörper einen mehrlagigen Aufbau der

Filterfläche, wodurch eine Optimierung an den jeweils geforderten Gasdurchfluss möglich ist. Des Weiteren weist ein derartig aufgebautes Filterbauteil auch eine ausreichende Resistenz gegen Druckspitzen und Wechselbelastungen im Bereich 700 bar bis 875 bar auf.

Um das Schieberbauteil führen zu können, besitzt das Druckregelventil eine Führungsbuchse. Die Führungsbuchse ist bevorzugt von der Feder umgeben, die auf den Kolben wirkt. Der Kolben wiederum weist bevorzugt Dichtungen auf, die bevorzugt zwischen Kolben und Schieberbauteil und/oder Kolben und

Gehäusewand angeordnet sind. Bei einer derartigen Anordnung der Kolben ist es möglich, dass ein druckloser Raum zwischen der Gehäusewand und dem

Schieberbauteil ausgebildet wird, in dem die Feder angeordnet ist. Ein derartiger druckloser Raum im Bereich der Feder kann an ein Entlüftungssystem

angeschlossen sein, so dass der Eintrag von Verunreinigungen von außen verhindert wird.

Bevorzugt ist das Druckregelventil in einem Fahrzeug angeordnet, wobei bei dem Fahrzeug mit dem erfindungsgemäßen Druckregelventil der Hochdruckteil (HT) des Druckregelventiles mit einem Tanksystem, insbesondere einem Tankbehälter fluidleitend verbunden ist und der Niederdruckteil mit einem Verbraucher, insbesondere einem Verbrennungsmotor oder einer Brennstoffzelle.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand der Figuren beschrieben werden.

Es zeigen:

Figur 1 eine Schnittansicht (Schnitt A-A gemäß Figur 2) einer ersten

Ausführungsform eines Druckregelventils, eingebaut in ein Gehäuse bei der der Kolben schwimmend bzw. pendelnd gelagert ist;

Figur 2 eine Draufsicht auf das Gehäuse, wobei Hochdruck- Niederdruckbereich gekennzeichnet sind;

Figur 3 Schnitt B-B durch den Hochdruckbereich gemäß Figur 2; Figur 4a eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform eines

Druckregelventils, bei dem die Feder schwimmend bzw. pendelnd gelagert ist mit Ausgangsseite für den Ausgangsdruck hinter dem Kolben;

Figur 4b eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform eines

Druckregelventils, bei dem die Feder schwimmend bzw. pendelnd gelagert ist mit einer Ausgangsseite für den Ausgangsdruck vor dem Kolben;

Fig. 5 eine Schnittansicht einer ersten Ausführungsform eines

Druckregelventils, bei der der Kolben schwimmend bzw. pendelnd gelagert ist mit einer Ausgangsseite für den Ausgangsdruck vor dem Kolben;

Fig. 6 eine Schnittansicht einer dritten Ausführungsform eines

Druckregelventils mit einem Balg als Wandlungselement.

Fig. 7 schematische Ansicht eines Tanksystems mit einem

erfindungsgemäßen Druckregelventil.

Figur 1 zeigt im Schnitt A-A gemäß Figur 2 einer ersten Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Druckregelventils 1 , das in vorliegendem Fall ohne

Beschränkung hierauf in ein Gehäusebauteil 3 integriert ist. Vorliegend ist das Gehäuse 3 ohne Beschränkung hierauf zweigeteilt in ein erstes Gehäuse 3.1 und ein zweites Gehäuse 3.2. Erstes und zweites Gehäuse sind wie in Fig. 2 gezeigt miteinander durch eine Flanschverbindung verbunden. Erfindungsgemäß umfasst das Druckregelventil 1 einen Kolben 5, der erfindungsgemäß auf einem

Schieberbauteil 10 schwimmend gelagert ist. Die schwimmende, insbesondere pendelnde Lagerung bedingt, dass der Kolben pendeln kann und auf diese Art und Weise Querkräfte, die beispielsweise durch die Feder erzeugt werden, ausgeglichen werden können. Des Weiteren umfasst das Druckregelventil eine Eingangsseite 20, die bevorzugt an einen Fahrzeugtank (nicht dargestellt) angeschlossen ist. An der Eingangsseite 20 des Druckregelventils steht ein fluides Medium, insbesondere ein gasförmiges Medium mit einem sehr hohen Druck an. Bei der Verwendung von Wasserstoff, wie es in mit Brennstoffzellen betriebenen Fahrzeugen zum Einsatz kommt, kann der Druck zwischen 0 und 500 bar, insbesondere zwischen 10 und 700 bar, insbesondere zwischen 9 bar und 1000 bar betragen. Das unter hohem Druck stehende fluide Medium strömt über Leitungen durch das Druckregelventil zur Ausgangsseite 30, wobei ausgangsseitig am Druckregelventil im Bereich der Arbeitsmaschine bzw. der Brennstoffzelle stets ein gleich großer Druck von weniger als 25 bar, insbesondere beispielsweise 9 bar, anliegt. Der Regler zeichnet sich dadurch aus, dass der Ausgangsdruck auf beispielsweise 9 bar auf bevorzugt 9 ± 5 bar, insbesondere 9 ± 2 bar, besonders bevorzugt 9 ± 1 bar, insbesondere bevorzugt 9 ± 0,5 bar geregelt werden kann.

Um den Druck von beispielsweise 875 bar auf 9 bar herunter zu regeln, ist eine Feder 40 vorgesehen, so dass der Eingangsdruck an der Eingangsseite 20 mittels des Kolbens 5 über die Feder 40 und das Schieberbauteil 10 auf den

Ausgangsdruck an der Ausgangsseite 30 herabgeregelt werden kann. Da die Druckregelung von der Eingangsseite zur Ausgangsseite in einer Druckstufe erfolgt, handelt es sich um ein einstufiges Druckregelventil.

Der ausgangsseitige Druck wirkt auf die Kolbenaußenseite 50 des Kolbens 5, da das Gas von der Eingangsseite 20 über die Bohrung 60, die bevorzugt

strömungsoptimiert für einen Durchfluss ausgelegt ist, in den Raum 70 an der Ausgangsseite 30 des Druckventils geleitet wird, wobei die Außenseite des

Kolbens 5 beaufschlagt wird und die Feder 40 die notwendige Gegenkraft zur Druckreduzierung aufbringt. Die Bohrung 60 kann aufgrund der hohen Regelgenauigkeit der

erfindungsgemäßen Anordnung relativ groß, beispielsweise mit einem

Durchmesser von mehr als 1 ,7 mm, beispielsweise 2,0 mm, ausgebildet sein. Bevorzugt sind Durchmesser von mehr als 2,2 mm, insbesondere 3 mm. Es ist dann möglich, einen großen Massendurchfluss an fluidem Medium, insbesondere Wasserstoff, zur Verfügung zu stellen. Bestimmend für den Massedurchfluss ist die Größe der Dichtungsbohrung 61. Diese kann auch mit einem großen

Durchmesser von mehr als 1 ,7 mm, beispielsweise 2,0 mm oder mehr als 2,2 mm, bevorzugt mehr als 3 mm ausgebildet sein, um einen Durchfluss von Gas, bevorzugt von mehr als 8 kg pro Stunde, insbesondere mehr als 12 kg pro Stunde bei 15 bar Eingangsdruck zu erzielen. Des Weiteren liegt ein stetiger Übergang bei sich veränderndem Querschnitt vor. Um den schwimmend gelagerten Kolben 5 auf dem Schieberbauteil 10 zu sichern bzw. zu arretieren, sind Öffnungen 80 in Schieberbauteil 10 vorgesehen, in die Bolzen 90, die durch den Kolben 5 hindurchgeführt werden, eingreifen können. Auf diese Art und Weise wird mittels Bolzen 90 der Kolben 5 in einer vorbestimmten Position auf dem Schieberbauteil drehsicher gehalten und der ausgangsseitige Druck eingestellt. Die

Verdrehsicherung verhindert, dass der Kolben sich aus der Gewindeposition herausdreht.

Während die Verdrehsicherung des Kolbens 5 mit Hilfe eines Bolzens 90 erfolgt, kann die Verschiebung des Kolbens 5 auf dem Schieberbauteil, beispielsweise mittels eines Gewindes, vorgenommen werden. Auch andere Ausführungsformen zur Verschiebung des Kolbens sind denkbar.

Wenn mehrere Öffnungen 80 entlang des Schieberbauteils vorgesehen sind, kann der Kolben an unterschiedlichen Positionen verdrehgesichert werden und so der Ausgangsdruck auf verschiedene Werte eingestellt werden. Der Kolben 5 ist sowohl gegenüber dem Gehäuse 3 mittels einer Dichtung 7 abgedichtet sowie zu einem Schieberbauteil mittels der Dichtung 9. An der Vorderseite 52 des Kolbens 5, auf den die Feder 40 wirkt, wird an der Gehäusewand des Gehäuses 3 ein Raum 54 ausgebildet, der weitgehend drucklos ist.

Der Raum 54 ist mittels eines Stopfens 56 verschlossen. Der Stopfen hat eine Membran über die Druck von innen nach außen abgelassen werden kann, wenn im Raum 54, z. B. aufgrund von Undichtigkeiten, ein Druck aufgebaut wird.

Andererseits wird durch die Membran verhindert, dass Schmutz und Feuchtigkeit in den Raum 54 eindringt. Die Führung des Schieberbauteils 10, auf dem der Kolben 5 schwimmend gelagert ist, wird mittels einer Führungsbuchse 100 gewährleistet. Durch die Führung wird ein Verkanten des Schieberbauteiles verhindert und damit die Regelgenauigkeit des erfindungsgemäßen Bauteiles erhöht.

Das Schieberbauteil 10 ist gegenüber dem Gehäuse vor der Buchse mit Dichtung 102 abgedichtet. Die Dichtung 102 hat den Zweck zu verhindern, dass fluides

Medium, insbesondere Wasserstoff, an dem Schieberbauteil vorbei in den Raum 54 gelangt anstatt durch die Bohrung 60 auf die Rückseite des Kolbens 5.

Der Hochdruckteil HT des Druckregelventils ist vom Niederdruckteil NT des Druckregelventils durch die Dichtung 200 mit Dichtungsbohrung 61 getrennt. Die Dichtung 200, die den Hochdruckteil HT vom Niederdruckteil NT trennt, ist bevorzugt eine Dichtung aus einem wasserstoffbeständigen Material,

beispielsweise Polyamidimid, Polyimid, PU, PCTFE, PTFE oder PEEK, das sehr gute Dichtheitswerte, ein sehr gutes Verschleißverhalten, eine hohe Langlebigkeit und eine hohe Temperaturbeständigkeit sowie eine sehr hohe

Widerstandsfähigkeit aufweist.

Das Schieberbauteil 10 weist eine Spitze bzw. einen Spitzenabschnitt 12 mit einer Schräge auf. Durch das Anliegen der Schräge der Spitze an Dichtung 200 wird eine sehr hohe Dichtheit erreicht. Besonders bevorzugt ist es, wenn eine Dichtheit nach innen und nach außen für das Gesamtsystem von 2-10^"4mbar l/s H₂ oder besser erzielt wird, ganz besonders bevorzugt für 10 Jahre, insbesondere für 20 Jahre, d. h. über den gesamten Lebenszyklus des Druckregelventiles. Durch die Schräge wird ein Dichtkonus ausgebildet, der mit der Dichtung zur Anlage kommt. Um Druck aus dem Niederdruckteil NT des Druckreglers ableiten und den

Druckregler vor Überdruck im Niederdruckteil NT schützen zu können, ist ein Überdruckventil 300 vorgesehen. Das Überdruckventil kann bei Fehlfunktion des Druckreglers einen unzulässig hohen Druck abführen. Das Überdruckventil kann, wie vorliegend, in das Gehäuse des Druckregelventiles integriert sein, muss es aber nicht. Es wäre auch möglich, es separat von der Druckregeleinheit anzuordnen.

Um das Druckregelventil selbst und die nachfolgenden Bauteilen vor Partikeln zu schützen, ist vorgesehen, im Hochdruckteil ein Filterbauteil 310 einzusetzen. Das Filterbauteil 310 umfasst beispielsweise einen Grundkörper 312, der bevorzugt kegelig oder zylindrisch ausgebildet ist sowie ein Filternetz 314, das über den Grundkörper 312 gespannt ist mit einer Maschenweite von 2 bis 100 pm, insbesondere 2 bis 40 pm.

Um das Tanksystem, das an die Hochdruckseite 20 des Druckregelventils angeschlossen sein kann, für Servicezwecke zu entleeren, ist auf der

Niederdruckseite NT des Druckreglers ein Entleernippel 400 vorgesehen, der eine einfache Entleerung des Tanksystems gestattet bei hoher äußerer Dichtheit. Insbesondere erlaubt diese Ausgestaltung, dass eine entsprechend ausgebildete Kupplung unter Druck leckagefrei angeschlossen werden kann. Auch der

Entleernippel kann in das Gehäuse integriert sein, muss es aber nicht. Es wäre auch eine separate Anordnung möglich.

In Figur 2 ist eine Draufsicht auf ein System, das in Figur 1 im Schnitt A-A dargestellt ist, gezeigt. Die Draufsicht auf das Druckregelventil 3 zeigt die

Draufsicht auf das Überdruckventil 300 sowie den Entleernippel 400. Die

Eingangsseite ist mit 20 gekennzeichnet, die Ausgangsseite mit 30. Der Schnitt durch das Druckregelventil entlang der Linie A-A gemäß Figur 1 ist in Figur 2 eingezeichnet. Deutlich zu erkennen in Figur 2 ist die Aufteilung des Gehäuses 3 des einstufigen Druckregelventils in zwei Gehäuseteilen 3.1 und 3.2. Sowohl im Hochdruckteil HT wie im Niederdruckteil NT können Anschlüsse für

Drucksensoren vorgesehen sein. In Figur 3 (Schnitt B-B) dargestellt ist ein

Hochdrucksensor 800 im Anschluss für den Hochdrucksensor, mit dem der Druck im Hochdruckteil des Druckregelventils bestimmt werden kann. Das Gehäuse umfasst in vorliegender Ausführungsform zwei Bauteile, die miteinander über einen Flansch 900 dicht verflanscht sind.

Bevorzugt ist auch auf der Niederdruckseite ein Drucksensor (nicht dargestellt) angeordnet, so dass der eingangs- wie der ausgangsseitige Druck des

Druckregelventils ständig überwacht werden kann.

In den Figuren 4a bis 6 sind Varianten des einstufigen Druckregelventils, wie es in den Figuren 1 bis 3 dargestellt und detailliert beschrieben ist, gezeigt.

Das Druckregelventil gemäß Figur 4a unterscheidet sich in der zweiten

Ausführungsform dadurch, dass das Druckregelventil keinen Kolben umfasst, der auf einem Schieberbauteil schwimmend, insbesondere pendelnd, gelagert ist, sondern Schieberbauteil 11 0 und Kolben 1105 sind fest miteinander verbunden, ergebend ein Schieberkolbenbauteil 1197. Gleiche Bauteile wie in den Figuren 1 bis 3 sind mit um 1 00 bzw. 11000 erhöhten Bezugsziffern bezeichnet. Die Feder 1140 wirkt auf ein Lagerelement 1198 und das Lagerelement 1198 direkt auf das Schieberkolbenbauteil 1197 im Bereich 1195. Die Verrundung 1199 im Bereich 1195 ermöglicht eine punktförmige Lagerung. Wie aus Fig. 4a gut zu erkennen ist, sind bei der zweiten Ausgestaltung das Schieberbauteil 1110 und Kolben 1105 starr miteinander verbunden. Die Feder 1140 ist gegenüber dem Kolben 1105 des Schieberkolbenbauteils schwimmend, insbesondere pendelnd, gelagert. Durch die schwimmende, insbesondere pendelnde Lagerung der Feder 1140 gegenüber dem Kolben 1 05 können auftretende Querkräfte ausgeglichen werden. Des Weiteren wird der Verschleiß minimiert, die Genauigkeit und Lebensdauer erhöht. Das Überdruckventil ist mit Bezugsziffer 11300 bezeichnet und, wie in den Figuren 1 bis 3 dargestellt, im vorderen Bereich des Druckregelventils angeordnet. Die Dichtung ist mit 11200, die Dichtungsbohrung mit 1161 bezeichnet. Um das Schieberkolbenbauteil 1197 noch weiter zu vereinfachen und trotzdem einen ausreichend hohen Durchfluss von der Eingangsseite zur Ausgangsseite zur Verfügung zu stellen, ist in einer weiteren Ausgestaltung der zweiten Ausführungsform der Erfindung mit einem Schieberkolbenbauteil 1297

vorgesehen, die Ausgangsseite an den Verbraucher im vorderen Teil des

Druckregelventils zur Verfügung zu stellen. Prinzipiell ist die Ausgestaltung gemäß Fig. 4b wie in Fig. 4a ausgeführt, d.h. Kolben 1205 und Schieberbauteil 1210 sind zu einem Schieberkolbenbauteil 1297 zusammengefasst. Das

Schieberkolbenbauteil 1297 kann einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein. Bei mehrteiliger Ausgestaltung sind die Einzelteile des Schieberkolbenbauteiles starr miteinander verbunden. Gleiche Bauteile wie in Fig. 1a werden mit um 1200 bzw. 12000 höheren Bezugsziffern gekennzeichnet. Dadurch, dass die Ausgangsseite 1230 des Druckregelventiles vor das Wandlungselement in Form des

Schieberkolbenbauteils 1297verlegt wurde, muss nur noch eine druckleitende Verbindung zur Kolbenaußenseite 1250 des Kolbens 1205 des

Schieberkolbenbauteiles 1297 hergestellt werden, damit der ausgangsseitige Druck auf die Kolbenaußenseite 1250 des Schieberkolbenbauteils wirken kann. Das Schieberkolbenbauteil muss dann nicht mehr strömungsoptimiert ausgeführt sein und die Bohrung 1260 an der Spitze des Schieberkolbenbauteils 1210 kann einfacher ausgeführt sein. Die Bohrung 1260 im Schieberkolbenbauteil dient nur noch dazu, den Steuerdruck an der Kolbenaußenseite 1250 zur Verfügung zu stellen, ein Durchfluss erfolgt nicht, da keine Abnahme hinter dem

Schieberkolbenbauteil mehr erfolgt. Die Dichtung ist mit 12200 bezeichnet, die den Durchfluss von der Eingangsseite zur Ausgangsseite bestimmende

Dichtbohrung mit 1261.

Wie in Figur 4a, sindKolben und Schieber zu einem Schieberkolbenbauteil starr miteinander verbunden. Um ein erfindungsgemäßes Auspendeln beim Regeln zu ermöglichen, ist die Feder 1240 schwimmend, insbesondere pendelnd, gelagert.

Hierzu wirkt die Feder 1240 auf ein Lagerelement 1298 und das Lagerelement

1298 direkt auf die Verrundung 1299 eines Aufnahmeelementes 1291. Das

Aufnahmeelement 1291 ist mit dem Schieberkolbenbauteil 1297 starr verbunden, bevorzugt über ein Gewinde 1293. Das Schieberkolbenbauteil 1297 kann gegenüber dem Aufnahmebauteil durch Verdrehen axial verschoben werden.

Hierdurch kann die Vorspannung der Feder 1240 und damit das Druckregelventil eingestellt werden. Um das Schieberkolbenbauteil 1297 gegenüber dem

Aufnahmebauteil verschieben zu können, ist am Ende des

Schieberkolbenbauteiles ein Eingriff, beispielsweise ein Sechskanteingriff 1295 vorgesehen. Um die Einstellung vorzunehmen, ist es im laufenden Betrieb ausreichend, die mit einem Stopfen 1294 verschlossene Öffnung des

Gehäuseteiles 1292 abzunehmen und den Sechskant in Eingriff mit dem

Schieberkolbenbauteil zu bringen. Die Verrundung 1299 des Aufnahmebauteiles 1291 in dem Bereich, in dem dieses auf das Schieberkolbenbauteil 1297 wirkt, bewirkt wie bei Figur 4a die pendelnde Lagerung des Schieberkolbenbauteils 1297. Ein weiterer Vorteil der Ausgestaltung in Figur 4b ist, dass die Feder 1240 außerhalb des mit Druck beaufschlagten Bereiches des Druckregelventils angeordnet ist. Bei der Ausgestaltung in Figur 4b ist die Feder 1240 in einem separaten, am einstufigen Druckregelventil angeordneten Gehäuse 1292, der einen drucklosen Raum umschließt, untergebracht. Dieses Gehäuse 1292 ist lösbar mit dem Druckregelventilgehäuse 1289 verbunden und kann abgenommen werden, ohne dass die Druckregelung beeinflusst wird. Alternativ umfasst das Gehäuse 1292 eine Öffnung 1287. Dies ermöglicht die Einstellung der

Federspannung des Federelements 1240 und damit des Druckregelventils im laufenden Betrieb bzw. nach Verbau des Druckregelventils. Ein Ausbau der Feder wie beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4a zur Einstellung des

Druckregelventiles ist nicht notwendig. Dies ist eine wesentliche Verbesserung gegenüber der in Figur 4a dargestellten Ausführungsform.

In Figur 5 ist eine Ausgestaltung eines Druckregelventils gezeigt, bei dem

Schieberbauteil und Kolben, wie in Figur 1 , getrennt ausgeführt sind.

Um das Schieberbauteil zu vereinfachen und trotzdem einen ausreichend hohen Durchfluss von der Eingangsseite 1320 zur Ausgangsseite 1330 zur Verfügung zu stellen, ist in der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform vorgesehen, die

Ausgangsseite 1330 an den Verbraucher im vorderen Teil des einstufigen

Druckregelventils, wie in Figur 4b, zur Verfügung zu stellen. Prinzipiell ist die Ausgestaltung gemäß Fig. 5 wie in Fig. 1 ausgeführt, d.h. Kolben und Schieberbauteil sind getrennt. Gleiche Bauteile wie in Fig. 1 werden mit um 1300 bzw. 13000 höheren Bezugsziffern gekennzeichnet. Dadurch, dass die

Ausgangsseite 1330 des Druckregelventiles vor das Wandlungselement in Form eines Kolbens 1305 verlegt wurde, muss nur noch eine druckleitende Verbindung zur Kolbenaußenseite 1350 des Kolbens 1305 hergestellt werden, damit der ausgangsseitige Druck auf die Kolbenaußenseite 1350 wirken kann. Das

Schieberbauteil muss dann nicht mehr strömungsoptimiert ausgeführt sein und die Bohrung 1360 an der Spitze des Schieberbauteils 1310 kann einfacher

ausgestaltet sein. Für die Menge des Durchflusses entscheiden ist die Größe der Dichtungsbohrung 1361 der Dichtung 13200. Bei einem Durchmesser von mehr als 1 ,7 mm, bevorzugt mehr als 2,0 mm, insbesondere mehr als 2,2 mm, ganz bevorzugt mehr als 3,0 mm wird auf der Niederdruckseite des Druckregelventils ein ausreichender Massenstrom von beispielsweise 12 kg/h, bevorzugt 8 kg/h gasförmigem Medium, insbesondere Wasserstoff mit einem Druck von

beispielsweise 9 bar bereitgestellt, und zwar auch dann, wenn der Druck

eingangsseitig des Druckregelventils durch Druckabfall im Tank von 1000 bar oder 500 bar auf einen Druck von beispielsweise 15 bar abgefallen ist.

In Fig. 6 ist schließlich eine Variante der Erfindung dargestellt, bei der die

Ausgestaltungen der in Figur 4b bis 5 entspricht, d.h. die Ausgangsseite 1730 vor dem Schieberbauteil 1710 angeordnet ist. Als Wandlungselement wird nicht ein Schieber und eine Feder, sondern ein Balg, bevorzugt ein Metallbalg 1779, eingesetzt. Anstelle des bevorzugt als Metallbalg 1779 ausgebildeten

Wandlungselementes kann bei einer Ausgestaltung gemäß Fig. 6 auch eine Membran eingesetzt werden. Gleiche Bauteile wie in Fig. 1 sind mit um 1700 bzw. 17000 erhöhten Bezugsziffern bezeichnet. Im Vergleich zu einem Kolben mit Schieber als Wandlungselement weist ein Balg eine höhere Genauigkeit auf wegen geringerer Reibung und Masse. Des Weiteren weist der Balg eine gewisse Federsteifigkeit auf. Dies ermöglicht die Verwendung einer schwächeren Feder gegenüber der Ausgestaltung aus Figur 1 oder sogar einen Verzicht hierauf. In Fig. 7 ist der Einbau eines Druckregelventiles gemäß der Erfindung in ein Tanksystem eines Fahrzeugs gezeigt. Die unterschiedlichen Tankreservoire des Tanksystems sind mit 2000.1 , 2000.2, 2000.3 bezeichnet. Die einzelnen Tanks 2000.1 , 2000.2, 2000.3 können über einen Tanknippel, und zwar von einem außerhalb des Fahrzeugs angeordneten Vorratsbehälter betankt werden. In den Betankungsstrang vom Tanknippel 2100 über das Verteilstück 2200 zu den jeweiligen Tanks 2000.1 , 2000.2, 2000.3 ist ein Rückschlagventil 2300

eingebracht. Nachdem das Fahrzeug über den Tanknippel betankt wurde und die einzelnen Tanks 2000.1 , 2000.2, 2000.3 mit fluidem Gas, insbesondere H₂, befüllt wurden, wird über das Verteilstück 2200 Gas mit hohem Druck zur Hochdruckseite HT einer Gasbehandlungseinheit 1000 mit einem erfindungsgemäßem

Druckregelventil geleitet. In der Leitung vom Tanknippel 2100 zum Vorteilstück 2000 ist ein Rückschlagventil 2300 vorgesehen. Da in der Regel bereits im

Tanknippel ein Rückschlagventil vorgesehen ist, dient das Rückschlagventil 2300 der Sicherheit. Ist beispielsweise das Rückschlagventil im Tanknippel undicht, so entleert sich nur das Volumen zwischen Tanknippel 2100 und dem zusätzlichen Rückschlagventil 2300. Wäre das zusätzliche Rückschlagventil 2300 nicht vorhanden, so würde sich das gesamte Leitungssystem entleeren. Die

Gasbehandlungseinheit 1000 mit einem erfindungsgemäßen Druckregelventil stellt auf der Niederdruckseite NT einem Verbraucher, beispielsweise einer

Brennstoffzelle oder einem Verbrennungsmotor 2500 fluides Gas zur Verfügung. In den Fluidweg von der Niederdruckseite NT zum Verbraucher 2500 ist das Absperrventil 2600 eingebracht sowie gegebenenfalls ein zweiter Druckregler. Das Absperrventil 2600, das auch als Sicherheitsabsperrventil bezeichnet wird, dient dazu den Gasstrom zum Verbraucher sicher unterbrechen zu können, falls es in der Druckregeleinheit eine erhöhte innere Undichtigkeit gäbe.

Obwohl vorstehendes System für ein Fahrzeug beschrieben ist, ist der Einsatz eines Druckregelventils auch bei einem stationären System möglich, d.h. z. B. bei einer stationären Brennstoffzelle. Auch hier stellt das Druckregelventil sicher, dass ein bestimmter Druck auf der Niederdruckseite NT für den Verbraucher,

beispielsweise die Brennstoffzelle, ständig zur Verfügung steht.

Mit der Erfindung wird erstmals ein Druckregelventil angegeben, mit dem es möglich ist, einen Vordruck von bis zu 1000 bar, bevorzug bis 900 bar,

insbesondere 875 bar einstufig mechanisch mit einer hohen Regelgenauigkeit auf beispielsweise 9 bar auf bevorzugt 9 ± 5 bar, bevorzugt 9 ± 2 bar, insbesondere bevorzugt ± 1 bar, ganz besonders bevorzugt 9 ± 0,5 bar und geringer Drift bei einer Lebensdauer von mehr als 10 Jahren, insbesondere mehr als 20 Jahren auf weniger als 25 bar, insbesondere ungefähr 9 bar, zu regeln sowie einen hohen

Durchfluss bereitzustellen. Auf der Niederdruckseite des Druckregelventils wird ein ausreichender Massenstrom von beispielsweise 12 kg/h, bevorzugt 8 kg/h gasförmigem Medium, insbesondere Wasserstoff mit einem Druck von

beispielsweise 9 bar bereitgestellt, und zwar auch dann, wenn der Druck

Des Weiteren zeichnet sich der Druckregler durch einen individuell wechselbaren Eingangsadapter aus, der an die jeweilige Kraftstoffleitung angepasst werden kann. Das Druckregelventil ermöglicht es, einen Tank in einem Fahrzeug, das mit einem fluiden Medium unter hohem Druck betrieben wird, beispielsweise einem Brennstoffzellenfahrzeug, den Tank direkt an den Verbraucher, beispielsweise die Brennstoffzelle, anzubinden. Hierdurch wird es möglich, Verbindungs- und

Leckagestellen zu minimieren, Gewicht sowie Bauraum einzusparen. Die erfindungsgemäße pendelnde und schwimmende Lagerung des Kolbens auf dem Schieberbauteil oder des Schieberkolbenbauteiles ermöglicht es, Querkräfte der Feder auszugleichen und damit die Regelgenauigkeit sowie die

Verschleißbeständigkeit und das Ansprechverhalten zu verbessern. Des Weiteren ist die Federkraft einstellbar, bevorzugt vor Auslieferung des Druckregelventils. Der Druckregler mit schwimmend gelagertem Kolben zeichnet sich durch hohe Verschleißarmut und sehr gute Führungen sowie sehr hohe Regelgenauigkeit und gutes Ansprechverhalten aus.

Die Anmeldung umfasst Aspekte, die in den nachfolgenden Sätzen niedergelegt sind, die Teil der Beschreibung sind, aber keine Ansprüche. Sätze

1. Druckregelventil (1) für kontinuierliche Regelung eines Eingangsdruckes eines fluiden Mediums, insbesondere eines Gases, bevorzugt

Wasserstoffgas von mehr als 500 bar, insbesondere mehr als 700 bar, insbesondere im Bereich 700 bar bis 1000 bar, bevorzugt im Bereich 700 bar bis 875 bar, auf einen Ausgangsdruck von weniger 50 bar,

insbesondere weniger als 25 bar, insbesondere im Bereich 25 bar bis 5 bar, bevorzugt im Bereich 15 bar bis 9 bar, mit

einem Schieberbauteil (10),

einem Kolben (5) sowie

einer Feder (40),

wobei das Druckregelventil (1) derart ausgestaltet ist, dass der

Eingangsdruck mittels des Kolbens (5) über die Feder (40) und das

Schieberbauteil (10) auf den Ausgangsdruck geregelt wird,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Kolben (5) gegenüber dem Schieberbauteil (10) schwimmend, insbesondere pendelnd gelagert ist. . Druckregelventil nach Satz 1 ,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Schieberbauteil (10) Arretiereinrichtungen bzw. Verdrehsicherungen mit wenigstens einer, bevorzugt mehreren Arretieröffnungen (80), für den Eingriff, insbesondere eines Bolzens (90) des schwimmend, gelagerten Kolbens (5) umfasst. Druckregelventil nach einem der Sätze 1 bis 2,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Feder (40) eine Vorspannung aufweist und die Feder(40) auf den Kolben (5) zur Einstellung des Ausgangsdruckes wirkt.

Druckregelventil nach einem der Sätze 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Schieberbauteil (10) eine Bohrung (60) zum Hindurch leiten des fluiden Mediums von einer Eingangsseite (20) mit dem Eingangsdruck zu einer Ausgangsseite (30) mit dem Ausgangsdruck und/oder einen

Spitzenabschnitt umfasst, wobei die Bohrung (60) und/oder der

Spitzenabschnitt (12) bevorzugt strömungsoptimiert ausgestaltet ist

Druckregelventil nach einem der Sätze 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Druckregelventil (1) eine Hauptdichtung (200), insbesondere in Form eines Dichtrings, umfasst, der bevorzugt mit dem Spitzenabschnitt (12) des Schieberbauteils (10) und der Gehäusewand zur Anlage kommt.

Druckregelventil nach Satz 5,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Hauptdichtung (200), insbesondere der Dichtring, aus einem

wasserstoffbeständigen Material, insbesondere Polyamidimid, Polyimid, PEEK besteht.

Druckregelventil nach einem der Sätze 1 bis 6,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Druckregelventil an der Eingangsseite (20) in Strömungsrichtung vor dem Schieberbauteil (10) ein Filterbauteil (310), insbesondere ein Filtersieb mit einer Maschenweite im Bereich 2 pm bis 100 pm, insbesondere 2 pm bis 40 pm oder einen drahtgewickelten filter oder einen Sinterfilter umfasst. Druckregelventil nach einem der Sätze 1 bis 7,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Druckregelventil eine Führungsbuchse (100), bevorzugt aus PEEK, zum Führen des Schieberbauteils (10) umfasst. Druckregelventil nach einem der Sätze 1 bis 8,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Feder in einem drucklosen Raum (54) angeordnet ist. Druckregelventil nach einem der Sätze 1 bis 9,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Kolben (5) Dichtungen (7, 9), bevorzugt aus wasserstoffverträglichen Elastomeren, umfasst, die bevorzugt zwischen Kolben und Schieberbauteil und/oder Kolben und Gehäusewand angeordnet sind. Fahrzeug mit einem Druckregelventil gemäß einem der Sätze 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruckteil (HT) des

Druckregelventiles mit einem Tanksystem, insbesondere einem

Tankbehälter fluidleitend verbunden ist und der Niederdruckteil mit einem Verbraucher, insbesondere einem Verbrennungsmotor oder einer

Brennstoffzelle.

Claims

Patentansprüche

Wasserstoffgas von bis zu 500 bar, insbesondere bis zu 700 bar, insbesondere im Bereich von bis zu 700 bar bis zu 1000 bar, bevorzugt im Bereich von bis zu 700 bar bis zu 875 bar, auf einen Ausgangsdruck von weniger 50 bar, insbesondere weniger als 25 bar, insbesondere im Bereich 25 bar bis 5 bar, bevorzugt im Bereich 15 bar bis 9 bar, mit

einem Schieberbauteil (10),

einem Kolben (5) sowie

einer Feder (40),

wobei das Druckregelventil (1) ein Wandlungselement umfasst, das derart ausgestaltet ist, dass der Eingangsdruck mittels des Wandlungselementes auf den Ausgangsdruck geregelt wird,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Wandlungselement einen Kolben und ein Schieberbauteil umfasst, wobei

der Kolben (5) gegenüber dem Schieberbauteil (10) schwimmend, insbesondere pendelnd gelagert ist

oder

Kolben (1105) und Schieberbauteil (1110) ein einziges

Schieberkolbenbauteil (1197) ausbilden und das Wandlungselement des Weiteren eine Feder (1140) umfasst, die gegenüber dem

Schieberkolbenbauteil (1197) schwimmend, insbesondere pendelnd gelagert ist

oder

das Wandlungselement eine Membran oder einen Balg (1779) umfasst und die Membran oder der Balg (1779) derart ausgestaltet sind, dass ein Eingangsdruck mittels der Membran oder dem Balg (1779) über eine Feder (1740) auf den Ausgangsdruck gewandelt bzw. geregelt wird. Druckregelventil nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Schieberbauteil (10) Arretiereinrichtungen bzw. Verdrehsicherungen mit wenigstens einer, bevorzugt mehreren Arretieröffnungen (80), für den Eingriff, insbesondere eines Bolzens (90) des schwimmend, gelagerten Kolbens (5) oder eine Kontermutter umfasst.

Druckregelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 2,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Feder (40, 1140) eine Vorspannung aufweist und die Feder(40; 1140) auf den Kolben (5; 1105) zur Einstellung des Ausgangsdruckes wirkt.

Druckregelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Schieberbauteil (10) oder Schieberkolbenbauteil (1 197, 1297) eine Bohrung (60) zum Hindurchleiten des fluiden Mediums von einer

Eingangsseite (20, 1120, 1220, 1320) mit dem Eingangsdruck zu einer Ausgangsseite (30) mit dem Ausgangsdruck und/oder einen

Spitzenabschnitt umfasst, wobei die Bohrung (60, 1160) und/oder der Spitzenabschnitt (12) bevorzugt strömungsoptimiert ausgestaltet ist oder das Schieberbauteil keine Bohrung oder eine Bohrung (1260, 1360) mit geringem Durchmesser lediglich zum Herstellen einer druckleitenden Verbindung zu einer Kolbenaußenseite (1200, 1350) des Kolbens (1205, 1305) umfasst.

Druckregelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Druckregelventil (1) eine Hauptdichtung (200), insbesondere in Form eines Dichtrings, mit einer Dichtungsbohrung (1161) umfasst, der bevorzugt mit dem Spitzenabschnitt (12) des Schieberbauteils (10) und der

Gehäusewand zur Anlage kommt.

6. Druckregelventil nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Dichtungsbohrung einen Durchmesser größer 1 ,7 mm, insbesondere größer 2 mm, bevorzugt größer 2,2 mm, insbesondere größer 3,0 mm aufweist.

7. Druckregelventil nach einem der Ansprüche 5 bis 6,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Dichtungsbohrung (1261) der Dichtung und/oder die Bohrung (60, 1260) des Schiebers derart ausgebildet ist, dass auf der Niederdruckseite des Druckregelventils ein ausreichender Massenstrom von mindestens 10 kg/h, bevorzugt 8 kg/h gasförmigem Medium, insbesondere Wasserstoff mit einem Druck von wenigstens 9 bar bereitgestellt wird, auch dann, wenn der Druck eingangsseitig des Druckregelventils durch Druckabfall im Tank von 000 bar oder 500 bar auf einen Druck von beispielsweise 15 bar

abgefallen ist.

8. Druckregelventil nach Ansprüche 5 bis 7,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Hauptdichtung (200), insbesondere der Dichtring, mit einer

Dichtungsbohrung (1261) aus einem Wasserstoff beständigen Material, insbesondere Polyamidimid, Polyimid, PU, PCTFE, PTFE, PEEK besteht.

9. Druckregelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Druckregelventil an der Eingangsseite (20) in Strömungsrichtung vor dem Schieberbauteil (10) ein Filterbauteil (310), insbesondere ein Filtersieb mit einer Maschenweite im Bereich 2 pm bis 100 pm, insbesondere 2 pm bis 40 pm oder einen drahtgewickelten Filter oder einen Sinterfilter umfasst.

10. Druckregelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass

das Druckregelventil eine Führungsbuchse (100), bevorzugt aus PEEK, zum Führen des Schieberbauteils (10) umfasst.

11. Druckregelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Feder in einem drucklosen Raum (54) angeordnet ist.

12. Druckregelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 11 ,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Kolben (5) Dichtungen (7, 9), bevorzugt aus wasserstoffverträglichen Elastomeren, umfasst, die bevorzugt zwischen Kolben und Schieberbauteil und/oder Kolben und Gehäusewand angeordnet sind.

13. Fahrzeug mit einem Druckregelventil gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruckteil (HT) des

Druckregelventiles mit einem Tanksystem, insbesondere einem

Brennstoffzelle.