WO2018001542A1

WO2018001542A1 - Tankventil

Info

Publication number: WO2018001542A1
Application number: PCT/EP2017/000657
Authority: WO
Inventors: Simone Albert; Fabian Gall; Philipp Hausmann; Alessandro Lonati; Renato Santulli
Original assignee: Daimler Ag
Priority date: 2016-07-01
Filing date: 2017-06-07
Publication date: 2018-01-04
Also published as: US20190249779A1; EP3478995A1; JP2019521297A; CN109416128A; DE102016008058A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Tankventil (4) zur Montage an einem Druckgasbehälter (3), mit einem Grundkörper (5), mit mehreren Funktionsuntergruppen zur Betankung des Druckgasspeichers (3), zur Entnahme von Gas aus dem Druckgasspeicher (3) sowie zur Umsetzung von Sicherheits- und Bedienfunktionen, wobei eine der Funktionsuntergruppen als ein Entnahmeventil (6) ausgebildet ist, und wobei wenigstens eine andere der Funktionsuntergruppen als ein Rückschlagventil (14, 17) ausgebildet ist. Das erfindungsgemäße Tankventil ist dadurch gekennzeichnet, dass sowohl das Entnahmeventil (6) als auch das wenigstens eine Rückschlagventil (14, 17) jeweils einen Ventilsitzträger (22) mit einen Ventilsitz (21) und einen Ventilkörper (19) aufweisen, wobei der mit dem Ventilkörper (19) zusammenwirkende Teil des Ventilsitzträgers (22) eine in axialer Richtung überstehende Dichtlippe (23) als Teil des Ventilsitzes (21) aufweist.

Description

Tankventil

Die Erfindung betrifft ein Tankventil nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Außerdem betrifft die Erfindung die Verwendung eines derartigen

Tankventils.

Ein Tankventil zur Montage an einem Druckgasbehälter ist aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Ein solches Tankventil wird auch häufig mit dem englischen Begriff On-Tank-Valve bzw. seiner Abkürzung OTV bezeichnet. Das Tankventil ist dabei ein Aufbau mit einem Grundkörper, welcher sogenannte Funktionsuntergruppen aufweist, die zur Realisierung der Funktionalität des Tankventils notwendig sind. Derartige

Funktionsuntergruppen können beispielsweise ein Entnahmeventil, ein Rückschlagventil, ein Sicherheitsventil, ein (manuelles) Absperrventil, ein Filter, ein Gasanschluss für eine Betankung und/oder Entnahme oder Ähnliches umfassen.

Beispielhaft soll hinsichtlich eines derartigen Tankventils auf die JP 2009-168165 A hingewiesen werden, welche ein solches unter der Bezeichnung Hochdruckventil zeigt. Weitere Ventile sind beispielsweise aus der US 2009/0146094 A1 oder in der

Ausgestaltung als Pilotventil auch aus der EP 1 682 801 B1 bekannt.

Der Nachteil bei derartigen Anordnungen ist einerseits die Tatsache, dass eine

Abdichtung, insbesondere im Bereich von Pilotventilen als Entnahmeventilen und im Bereich von Rückschlagventilen, eine vergleichsweise hohe Druckdifferenz erfordert, um zuverlässig zu wirken. Dies gilt insbesondere bei der Speicherung von Wasserstoff, welcher bekanntermaßen leicht flüchtig ist. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die Kosten für derartige Tankventile vergleichsweise hoch sind, da sehr viele teilweise sehr komplex geformte unterschiedliche Bauteile innerhalb eines solchen Tankventils benötigt werden.

Aus dem weiteren allgemeinen Stand der Technik in Form der US 8 087 642 B2 ist außerdem ein Betankungsventil für einen Kohlendioxidspeicher bekannt. In einer Ausführungsvariante des Betankungsventils kann dabei eine Dichtlippe vorgesehen sein, welche zur Verbesserung der Abdichtung als Teil eines Ventilsitzes bzw. Ventilkörpers ausgebildet ist.

Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein sehr einfaches und kostengünstiges Tankventil anzugeben, welches hinsichtlich der Abdichtung sehr zuverlässig funktioniert.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Tankventil mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und

Weiterbildungen ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen. Im

Anspruch 10 ist außerdem eine besonders bevorzugte Verwendung eines derartigen Tankventils angegeben.

Das erfindungsgemäße Tankventil weist ein Entnahmeventil und wenigstens ein

Rückschlagventil auf, wie es bereits aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt ist. Erfindungsgemäß ist es dabei vorgesehen, dass sowohl das Entnahmeventil als auch das wenigstens eine Rückschlagventil jeweils einen Ventilsitzträger mit einem Ventilsitz und einem Ventilkörper aufweisen. Der mit dem Ventilkörper zusammenwirkende Teil des Ventilsitzträgers weist dabei eine in axialer Richtung überstehende Dichtlippe als Teil des Ventilsitzes auf. Eine solche in axialer Richtung über das Material des Ventilsitzträges überstehende Dichtlippe ermöglicht eine hohe Elastizität des Ventilsitzes im Bereich dieser Dichtlippe. Hierdurch wird eine gute Anlage des Ventilsitzes an den Ventilkörper und damit eine sehr gute Abdichtung erzielt. Durch die über die Dichtlippe erzielte Elastizität und die hierdurch verbesserte Abdichtung lässt sich auch bei leicht flüchtigen Gasen wie beispielsweise Wasserstoff eine sehr gute Abdichtung erzielen. Dies gilt sowohl im Bereich des Entnahmeventils als auch im Bereich von Rückschlagventilen. Insbesondere lässt sich dabei auch bei einer vergleichsweise geringen Druckdifferenz zwischen der einen und der anderen Seite, was bei Entnahmeventilen, welche

insbesondere als Pilotventil ausgebildet sein können, im zyklischen Betrieb häufig auftritt und was bei Rückschlagventilen im Betrieb gelegentlich ebenso der Fall ist, eine sehr gute Abdichtung erzielen.

Der Ventilkörper und/oder der Ventilsitz können dabei als kugeliges Bauteil einerseits und als Kugelkalotte andererseits ausgebildet sein. Auch die Kombination zwischen einem kugligen Bauteil und einem kegligen Ventilsitz ist denkbar. Eine besonders gute

Abdichtung lässt sich jedoch insbesondere dann erzielen, wenn, gemäß einer sehr günstigen Ausgestaltung der Idee der als Ventilkörper genutzte Teil des

Entnahmekolbens keglig ausgebildet ist und der keglige Ventilkörper mit einem kegligen Ventilsitz zusammenwirkt, wobei die Öffnungswinkel der Kegel des Ventilkörpers und des Ventilsitzes voneinander abweichen. Ein solcher kegliger Ventilkörper kann dann ideal mit dem kegligen Ventilsitz zusammenwirken. Unter kegelig im Sinne der hier vorliegenden Erfindung ist dabei eine Form zu verstehen, welche auch als Mantelfläche eines

Kegelstumpfs bezeichnet wird. Dabei umfasst kegelig im Sinne der Erfindung nicht nur die Mantelfläche eines einzelnen Kegelstumpfs, sondern kann auch mehrere sich aneinander anschließende Mantelflächen unterschiedlicher Kegelstümpfe mit

unterschiedlichen Öffnungswinkeln umfassen. Der Kegelstumpf, welcher die Form vorgibt, kann also mehrere axiale Abschnitte unterschiedlichen Öffnungswinkels aufweisen. Ein solcher Kegelstumpf ermöglicht eine sehr gute Abdichtung, vor allem dann, wenn gemäß dieser Idee der keglige Ventilkörper im Bereich seiner Berührung mit dem kegligen Ventilsitz einen kleineren oder größeren Öffnungswinkel des Kegelstumpfs aufweist, als der Ventilsitz. Dieser Unterschied in den voneinander abweichenden

Öffnungswinkeln der Kegelstümpfe der beiden kegligen zusammenwirkenden Elemente Ventilkörper und Ventilsitz, ermöglicht eine weitgehend linienförmige umlaufende Anlage des Ventilkörpers am Ventilsitz. Hierdurch wird eine entsprechend hohe Flächenpressung erreicht, welche eine sehr gute Abdichtung ermöglicht, was insbesondere bei Wasserstoff einen entscheidenden Vorteil bei der Dichtheit ermöglicht.

Gemäß einer sehr günstigen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Tankventils kann es dabei vorgesehen sein, dass die Ventilsitzträger in dem Entnahmeventil und in allen Rückschlagventilen die gleichen Bauteile sind. Über eine solche Ausgestaltung der Ventilsitzträger mit der Dichtlippe in Form von Gleichteilen für alle Rückschlagventile und das Entnahmeventil innerhalb des Grundkörpers des Tankventils lässt sich die Anzahl der gleichartigen Bauteile erhöhen. Hierdurch wird jedes einzelne dieser Bauteile durch einen Skaleneffekt kostengünstiger, sodass auch insgesamt das Tankventil entsprechend kostengünstiger ausgeführt werden kann.

Gemäß einer weiteren sehr günstigen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Tankventils kann es außerdem vorgesehen sein, dass der Ventilsitzträger verdrehsicher in dem Grundkörper befestigt ist, und dass ein den Ventilkörper tragender oder aufweisender Ventilkörperträger über wenigstens ein Führungselement verdrehsicher gegenüber dem Ventilsitzträger ausgebildet ist. Dieser Aufbau, welcher beispielsweise über einen

Führungsstift oder eine nicht rotationssymmetrische Form des Ventilkörperträgers und einer Führungsöffnung für diesen realisiert sein kann, verhindert, dass der Ventilsitz und der Ventilkörper sich im Betrieb relativ zueinander verdrehen. Im Betrieb kommt es zu einem Öffnen und Schließen des Ventils, sodass in der Geöffnet-Stellung der Ventilsitz vom Ventilkörper abgehoben ist und in der Geschlossen-Stellung der Ventilkörper am Ventilsitz anliegt. Mit zunehmendem Betrieb und zunehmenden Zyklen des Öffnens und des Schließens kommt es so in jedem Fall zu einer - zumindest geringfügigen - mechanischen Anpassung der Oberflächen beider Bauteile gegeneinander. Minimale Verformungen im Ventilkörper und/oder Ventilsitz sorgen dann für eine noch bessere Anlage der Oberflächen dieser beiden Bauteile aneinander und erhöhen damit die

Dichtwirkung. Durch ein Verhindern einer relativen Drehung der Bauteile zueinander im Betrieb kann also letztlich die Dichtheit gesteigert werden.

Gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung des Tankventils kann es beim Einsatz einer Dichtlippe vorgesehen sein, dass um die Dichtlippe ein Aktivierungsvolumen angeordnet ist, welches mit dem unter Druck am Ventilkörper und Ventilsitz in der Geschlossenstellung anstehenden Gas verbunden ist. Ein solches Aktivierungsvolumen auf der in der Geschlossen-Stellung des Ventilkörpers diesem abgewandten Seite der Dichtlippe des Ventilsitzes führt dazu, dass durch den im Bereich dieses Aktivierungsvolumens anstehenden Druck des unter Überdruck stehenden Gases die vergleichsweise elastische Dichtlippe in Richtung des Ventilkörpers gedrückt wird. Der Druck des unter Überdruck stehenden Gases hilft also, die Dichtlippe möglichst fest und abdichtend an den

Ventilkörper zu pressen. Das Gas selbst hilft also, die Abdichtung zu verbessern, weshalb man hier von einer Druckaktivierung spricht.

Gemäß einer besonders günstigen Ausgestaltung der Idee kann das Entnahmeventil als elektromagnetisch betätigtes Pilotventil ausgebildet sein, wobei der Ventilsitzträger mit dem Ventilsitz und der Ventilkörper die Hauptdichtung des Pilotventils ausbilden. Eine solche Ausgestaltung des Entnahmeventils als Pilotventil ist bei Hochdruckgasspeichern, beispielsweise zur Speicherung von Wasserstoff oder komprimiertem Erdgas, prinzipiell bekannt. Die Ansteuerung eines solchen Pilotventils erfolgt typischerweise

elektromagnetisch und wird nach einer ersten Aktivierung durch den Druck des Gases selbst unterstützt, sodass eine sehr zuverlässige und gut funktionierende Dossierung über ein solches Pilotventil möglich ist. Dieses Pilotventil kann nun im Bereich seiner Hauptdichtung über den Ventilsitz mit der Dichtlippe verfügen und kann so auch bei hinsichtlich der Abdichtung kritischen Gasen, wie beispielsweise Wasserstoff, eine sehr gute Abdichtung ermöglichen.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Tankventils kann es außerdem vorgesehen sein, dass das wenigstens eine Rückschlagventil als Rückschlagventil in einer

Betankungsleitung und/oder als Rückschlagventil in einer Entnahmeleitung ausgebildet ist. Rückschlagventile werden im Bereich der Tankventile häufig eingesetzt. Insbesondere ist ein Rückschlagventil im Bereich einer Betankungsleitung allgemein bekannt und üblich. Es wird dort so eingesetzt, dass es von dem bei der Betankung in den

Druckgasbehälter einströmenden Gas aufgedrückt wird und nach Abschluss der

Betankung von dem in dem Inneren des Druckgasbehälters herrschenden Druck zuverlässig verschlossen wird. Eine Ausgestaltung der Dichtung mit einer Dichtlippe kann hier also eine zuverlässige Abdichtung des Betankungspfades immer dann gewährleisten, wenn gerade nicht betankt wird.

Das Rückschlagventil kann alternativ oder ergänzend hierzu auch in der Entnahmeleitung ausgebildet sein. In der Praxis ist es so, dass ein Entnahmeventil, insbesondere wenn es als Pilotventil ausgebildet ist, bei hohen Differenzdrücken, welche entgegen seiner üblichen Durchströmungsrichtung wirken, nicht bzw. nicht immer zuverlässig schließt. Um ein Einströmen des Gases durch das Entnahmeventil hindurch zu verhindern, kann deshalb in der Entnahmeleitung ein Rückschlagventil angeordnet sein. Dieses

Rückschlagventil ist dabei so angeordnet, dass es im Falle der Entnahme von Gas geöffnet und im Falle der Betankung entsprechend verschlossen ist, um ein

Durchströmen der Entnahmeleitung während des Betankens zu verhindern. Auch hier spielt eine gute Abdichtung eine Rolle, sodass auch für dieses Rückschlagventil der Einsatz einer Dichtung mit Dichtlippe in dem oben beschriebenen Sinn besonders vorteilhaft ist. Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Tankventils kann der Ventilsitzträger und/oder der Ventilkörper aus einem Hochleistungskunststoff, insbesondere einem Hochleistungsthermoplast, ausgebildet sein. Dieser Einsatz eines Hochleistungskunststoffes, wie beispielsweise PEEK (Polyetheretherketon), PI (Polyimid), PAI (Polyamidimide) oder eines anderen Hochleistungskunststoffes ist von besonderem Vorteil. Diese Hochleistungskunststoffe haben eine Glasübergangs- und

Schmelztemperatur, welche oberhalb der üblicherweise im Betrieb auftretenden

Temperaturen liegt. Damit liegt in dem ganzen Temperaturbereich, in dem das

Entnahmeventil betrieben wird, eine gleichmäßige und homogene Materialeigenschaft vor. Außerdem weisen die Hochleistungskunststoffe bei mechanischer Formbeständigkeit eine gewisse Restelastizität, insbesondere von ca. 3 %, auf. Dies reicht aus, um eine sehr gute dichtende Anlage zwischen dem Ventilsitz und dem Ventilkörper zu gewährleisten. Dabei lassen die Kunststoffe sich sehr gut in der gewünschten Art und Weise bearbeiten. Die Bearbeitung kann beispielsweise durch Spritzprägen oder Sintern, insbesondere mit einer mechanischen Nachbearbeitung im Bereich des das Aktivierungsvolumen

ausbildenden Hinterschnitts der Dichtlippe erfolgen. Außerdem weisen sie sehr gute Gleiteigenschaften, eine hohe Abriebfestigkeit und sehr gute mechanische Eigenschaften auf. Sie eignen sich deshalb ideal zur Ausgestaltung des Ventilsitzes und/oder

Ventilkörpers gemäß der Erfindung. Insbesondere der Ventilsitz, welcher einstückig mit der Dichtlippe ausgebildet ist, ermöglicht durch den Einsatz derartiger

Hochleistungskunststoffe einen sehr einfachen und effizienten Aufbau. Beispielsweise kann der Ventilsitz mit seiner Dichtlippe aus PEEK oder PI hergestellt sein. Er würde in diesem Fall idealerweise mit einem einstückig am Entnahmekolben angebrachten

Ventilsitz zusammenwirken, welcher seinerseits aus dem Material des Entnahmekolbens, beispielsweise einem Stahlwerkstoff, wie insbesondere 1 .4016IM, 1.4435 oder SUSF316L oder ebenfalls aus einem der genannten Hochleistungskunststoff hergestellt ist.

Der entscheidende Vorteil des erfindungsgemäßen Tankventils liegt in der sicheren Funktionalität und den verringerten Herstellungskosten. Diese Vorteile wirken sich insbesondere bei Fahrzeuganwendungen mit hohen Stückzahlen aus. Deshalb ist eine Verwendung des Tankventils gemäß Anspruch 10 an einem Druckgasbehälter zur Speicherung von Wasserstoff oder Erdgas, und hier insbesondere bei einem Nenndruck von mehr als 65 MPa, als Brennstoff in einem Fahrzeug vorgesehen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Tankventils sowie seiner Verwendung ergeben sich außerdem aus den weiteren abhängigen Unteransprüchen sowie aus dem Ausführungsbeispiel, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben ist.

Dabei zeigen:

Fig. 1 ein prinzipmäßig dargestelltes Fahrzeug mit einem Speichersystem für

komprimiertes Gas als Brennstoff;

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines möglichen Tankventils gemäß der Erfindung in einem pneumatischen Fließbild;

Fig. 3 eine prinzipmäßige nicht maßstäbliche Schnittdarstellung durch den

Dichtungsbereich eines Pilotventils in der Geöffnet-Stellung; und

Fig. 4 eine prinzipmäßige nicht maßstäbliche Schnittdarstellung durch den

Dichtungsbereich eines Rückschlagventils in der Geschlossen-Stellung.

In der Darstellung der Figur 1 ist rein beispielhaft ein Fahrzeug 1 angedeutet. Dieses soll mit einem gasförmigen Brennstoff, beispielsweise mit komprimiertem Erdgas oder komprimiertem Wasserstoff, angetrieben werden. Der Brennstoff kann dazu in einem Verbrennungsmotor oder insbesondere bei der Verwendung von Wasserstoff

vorzugsweise auch in einem Brennstoffzellensystem in die für den Antrieb genutzte Leistung umgesetzt werden. Zur Speicherung des komprimierten Gases ist in dem

Fahrzeug 1 eine in ihrer Gesamtheit mit 2 bezeichnete Speichervorrichtung vorhanden. Diese besteht aus mehreren einzelnen Druckgasbehältem 3, von denen jeder ein

Tankventil 4 trägt. Dieses Tankventil 4 wird auch als On-Tank-Valve oder abgekürzt als OTV bezeichnet. Die einzelnen Druckgasbehälter 3 können dabei zusammen mit ihren Tankventilen 4 beispielsweise so wie es aus dem eingangs erwähnten Stand der Technik bekannt ist, über eine gemeinsame Leitung miteinander verbunden sein, sodass Gas aus der Speichervorrichtung 2 in dem Fahrzeug genutzt werden kann. Insbesondere bei der Speicherung von Wasserstoff, beispielsweise für die bevorzugte Anwendung in einem Brennstoffzellensystem, liegt dabei der Nenndruck bei derartigen Druckgasbehältern 3 mit ihren Tankventilen 4 typischerweise in der Größenordnung von 70 MPa. Neben den Sicherheitsanforderungen an die einzelnen Druckgasbehälter 3 sowie ihre Tankventile 4 müssen außerdem hohe Anforderungen hinsichtlich der Dichtheit aber auch hinsichtlich der Möglichkeit, diese sicher, zuverlässig und kostengünstig herzustellen, gestellt werden. In der Darstellung der Figur 2 ist eine schematische Darstellung eines Tankventils 4 zu erkennen. Das Tankventil 4 umfasst dabei einen Grundkörper 5, welcher im

Wesentlichen aus zwei Abschnitten besteht. Ein erster Grundkörperabschnitt 5.1 ist so ausgebildet, dass er im späteren montierten Zustand des Tankventils 4 in den jeweiligen Druckgasbehälter 3 ragt. Er weist dafür in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ein nicht dargestelltes Gewinde auf, welches mit einem entsprechenden Gewinde in einem Aufnahmeelement des hier nicht dargestellten Druckgasbehälters 3 zusammenwirkt. Ein zweiter Grundkörperabschnitt 5.2 ist in der Darstellung der Figur 2 im unteren Bereich des Tankventils 4 zu erkennen. Dieser zweite Grundkörperabschnitt 5.2 befindet sich nach der Montage des Tankventils 4 außerhalb des Druckgasbehälters 3. Der zweite Grundkörperabschnitt 5.2 weist dabei mehrere sogenannte Funktionsuntergruppen des Tankventils 4 auf. Die Funktionsuntergruppen im zweiten Grundkörperabschnitt 5.2 umfassen dabei ein elektromagnetisch betätigtes Pilotventil 6 als Entnahmeventil 6 zur Entnahme von Gas aus dem Druckgasbehälter 3. Es wird über eine mit 7 bezeichnete elektromagnetische Spule betätigt. Hinsichtlich der Funktionalität eines solchen

Pilotventils kann beispielhaft auf die Ausführungen in der DE 10 2013 019 978 A1 der Anmelderin hingewiesen werden.

In der Darstellung der Figur 2 sind weitere in den zweiten Grundkörper 5 integrierte Funktionsuntergruppen zu erkennen. Diese können verschiedene Funktionalitäten umfassen. Einige davon sind nachfolgend erläutert, ohne dass die

Funktionsuntergruppen in der Figur dargestellt sind. Sie sind für den Fachmann jedoch geläufig, sodass auf eine detailliertere Erläuterung verzichtet werden kann. Diese nicht dargestellten Funktionsuntergruppen, welche jedoch in dem Tankventil 4 vorhanden sein können, können beispielsweise ein manuelles Absperrventil umfassen. Als weitere Funktionsuntergruppe könnte außerdem ein thermisch auslösendes Sicherheitsventil vorhanden sein. Solche thermisch auslösenden Sicherheitsventile sind prinzipiell aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. In einer üblichen Ausführungsform wird hier eine Schraube eingesetzt, welche eine zentrale Bohrung aufweist. In der zentralen Bohrung befindet sich ein Lot oder ein über ein Lot festgehaltener Sperrkörper. Erhitzt sich der Bereich des Tankventils 4 bzw. des thermisch auslösenden Sicherheitsventils über die Schmelztemperatur des Lots hinaus, dann wird die Durchgangsbohrung in der Schraube freigegeben und das mit der Schraube in dauerhafter Verbindung stehende Gas im Inneren des Druckgasbehälters kann abströmen. Eine Alternative hierzu, welche insbesondere im europäischen und amerikanischen Markt sehr häufig eingesetzt wird, besteht in einem Aufbau, bei welchem ein Ventilkörper von einer Glasampulle mit einer leicht siedenden Flüssigkeit in Position gehalten wird. Der Siedepunkt der Flüssigkeit in der Glasampulle ist so abgestimmt, dass diese bei einer kritischen Temperatur des thermisch auslösenden Sicherheitsventils beginnt zu sieden. Durch die Volumenzunahme beim Sieden wird die Glasampulle zerstört und gibt den Ventilkörper gegenüber dem Ventilsitz frei. Durch den Druck des Gases in dem Druckgasbehälter, welcher an dem Ventilkörper ansteht, wird dieser in eine geöffnete Position, weg von dem Ventilsitz, bewegt, sodass das Gas aus dem Druckgasbehälter 3 abströmen kann.

Als weitere Funktionsuntergruppe im Bereich des zweiten Grundkörper 5 ist in der Darstellung der Figur 2 ein Gasanschluss 8 zu erkennen. Dieser Gasanschluss dient zur Entnahme von Gas aus dem Druckgasbehälter über das Pilotventil 6 und zur Betankung des Druckgasbehälters 3. In den Gasanschluss 8 kann ein erster Filter 9 integriert sein. Zur Betankung und zur Entnahme von Gas lässt sich das Tankventil 4 über den

Gasanschluss 8 an ein Leitungssystem anschließen, welches den mit dem Tankventil 4 ausgestatteten Druckgasbehälter 3 mit einer Betankungsleitung und einem Verbraucher und/oder weiteren Druckgasbehältern 3 der Speichervorrichtung 2 verbindet.

Der Gasanschluss 8 ist über einen Leitungsabschnitt 10 in dem Grundkörper 5

weitergeführt und verzweigt sich dann in eine Betankungsleitung 11 und eine

Entnahmeleitung 12. Beide Leitungen haben dabei denselben durchströmbaren

Querschnitt. Dies macht insbesondere die Fertigung der typischerweise in dem

Grundkörper 5 gebohrten Leitungen 11 , 12 besonders einfach. Die Betankungsleitung 11 führt zu einem Rohrabschnitt 13 und weist ein Rückschlagventil 14 auf. Dieses

Rückschlagventil 14 wird gegen die Kraft einer Feder beim Betankungsvorgang aufgedrückt, sodass das Gas bei der Betankung über den Rohrabschnitt 13 in den Druckgasbehälter 3 einströmen kann. Die Einströmung wird durch den leicht gebogenen oder leicht geknickten Rohrabschnitt 13 dabei an einem Temperatursensor 5

vorbeigeleitet, sodass dieser die Temperatur des sich in dem Druckgasbehälter 3 bildendenden Gasgemischs und nicht die Temperatur des unmittelbar einströmenden Gases misst.

Die Entnahmeleitung 12 verläuft ebenfalls durch den Grundkörper 5 und weist einen Filter 16 auf. Die Entnahmeleitung 12 weist als Entnahmeventil 6 das Pilotventil 6 auf, welches beispielsweise in der in der oben genannten deutschen Anmeldung zitierten Art und Weise funktioniert. Darüber hinaus ist in der Entnahmeleitung 2 ein weiteres

Rückschlagventil 17 vorgesehen. Es ist im Normalfall durch eine Feder leicht geöffnet. Es wird von dem bei der Entnahme zum Pilotventil 6 strömenden Gas durch die Feder unterstützt aufgedrückt, sodass eine Entnahme problemlos möglich ist. Bei der

Betankung ist es so, dass das Pilotventil 6 Gas bei höheren Druckdifferenzen

durchlassen würde. Um eine Durchströmung des Pilotventils 6 zu verhindern, ist das Rückschlagventil 17 deshalb so ausgeführt, dass es bei der Strömungsrichtung bei der Betankung des Druckgasbehälters 3 die Entnahmeleitung 12 gegen die Kraft der Feder sperrt. Hierdurch wird einerseits das Pilotventil 6 geschont und andererseits wird verhindert, dass Gas unmittelbar in der Nähe des Temperatursensors 5 austritt und damit die gemessene Temperatur des in dem Druckgasbehälter 3 befindlichen Gases in unerwünschter Art und Weise verfälscht.

Sowohl das Entnahmeventil 6 als auch die beiden Rückschlagventile 14, 17 in dem Tankventil 4 weisen nun einen Ventilkörper einerseits und einen Ventilsitz andererseits auf. In der schematischen Darstellung der Figur 2 sind diese Bauteile nicht näher beziffert. In der Darstellung der Figur 3 ist eine schematische Darstellung einer sogenannten Hauptdichtung 18 des Entnahmeventils bzw. Pilotventils 6 zu erkennen. Die Hauptdichtung 18 besteht einerseits aus einem Ventilkörper 19, welcher hier als Teil bzw. Spitze eines sogenannten Entnahmekolbens als Ventilkörperträger 28 des Pilotventils 6 angedeutet ist. Der Ventilkörper 19 weist im Zentrum eine mit 20 bezeichnete Bohrung auf, welche zu der sogenannten Pilotöffnung am anderen Ende des Entnahmekolbens führt. Auf die Funktionalität muss nicht weiter eingegangen werden, sie lässt sich beispielsweise aus der oben genannten Anmeldung der Anmelderin zum Pilotventil im Detail entnehmen. Sie ist für die vorliegende Erfindung auch nicht weiter relevant. Der Ventilkörper 19 wirkt nun mit einem Ventilsitz 21 zusammen. In der Darstellung der Figur 3 ist dabei die Geöffnet-Stellung der Hauptdichtung 18 dargestellt. In der Geschlossenstellung würden der Ventilkörper 19 und der Ventilsitz 21 sich entsprechend berühren. Der Ventilsitz 21 ist dabei in einem Ventilsitzträger 22 ausgebildet, welcher in den

Grundkörper 5 dichtend und verdrehsicher eingebracht, beispielsweise eingepresst, ist. In dem Bereich, in dem in der Geschlossen-Stellung der Ventilkörper 19 am Ventilsitz 21 anliegt, befindet sich außerdem eine Dichtlippe 23, die über den Grundkörper des

Ventilsitzträgers 22 in Richtung des Ventilkörpers 19 übersteht. Unter kegelig im Sinne der hier vorliegenden Erfindung ist, wie eingangs bereits erläutert, eine Kegelstumpfmantelfläche zu verstehen, oder auch zwei oder mehrere sich einander anschließende - gegebenenfalls im Übergang verrundete - Kegelstumpfmantelflächen, welche unterschiedliche Öffnungswinkel aufweisen. Der Ventilkörper 19 ist ebenfalls kegelig im Sinne der hier vorliegenden Erfindung ausgestaltet. Als Alternative wäre auch ein leicht verrundeter Kegel oder ein kugeliges Element mit entsprechend großem Radius denkbar. Die Winkel der Kegel oder im Falle eines zu kugeligen Elements der Tangente im Bereich des Berührens zwischen dem Ventilsitz 21 und dem Ventilkörper 19 sind dabei nicht gleich sondern weichen voneinander ab. Der Ventilkörper 19 weist dabei

vorzugsweise einen kleineren Öffnungswinkel (z.B. 90°) auf, als der den Ventilsitz 19 ausbildende Kegel (z.B. 100°) tangential zum Bereich der Berührung. Hierdurch ist eine Linienanlage des Ventilkörpers 19 am Ventilsitz 21 gewährleistet, welche eine sehr hohe Flächenpressung und damit eine sehr gute Abdichtung ermöglicht. In der Darstellung der Figur 4 ist dieser Aufbau rechts der Mittellinie dargestellt. In Figur 4 auf der linken Seite ist dagegen ein Aufbau dargestellt, bei welchem der den Ventilsitz 19 ausbildende Kegel tangential zum Bereich der Berührung denselben Winkel aufweist, wie auf der rechten Seite, während der Ventilkörper 28 einen größeren Winkel von beispielsweise ca. 1 10° aufweisen soll.

Der Ventilsitzträger 22 ist dabei vorzugsweise aus einem Hochleistungskunststoff hergestellt, beispielsweise PEEK, PI oder PAI. Der gesamte Entnahmekolben oder zumindest der Bereich, welcher den Ventilkörper 19 ausbildet, kann beispielsweise aus einem Stahlwerkstoff oder vorzugsweise ebenfalls aus einem vergleichbaren

Hochleistungskunststoff ausgebildet sein. Diese Hochleistungskunststoffe haben dabei den Vorteil, dass sie eine Glasübergangstemperatur haben, welche oberhalb der üblicherweise im Betrieb auftretenden Temperaturen liegt. Damit liegt in dem ganzen Temperaturbereich, in dem das Tankventil 4 betrieben wird, eine gleichmäßige und homogene Materialeigenschaft vor. Außerdem weisen die Hochleistungskunststoffe bei mechanischer Formbeständigkeit eine gewisse Restelastizität, insbesondere von ca. 3 %, auf. Dies reicht aus, um eine sehr gute dichtende Anlage zwischen dem Ventilsitz 21 und dem Ventilkörper 19 zu gewährleisten. Hierdurch ist eine gute Abdichtung des

Hauptventilsitzes des Entnahmeventils 4 möglich, insbesondere auch bei sehr hohen Nenndrücken und leicht flüchtigen Gasen, wie beispielsweise Wasserstoff bei einem Nenndruck von 70 MPa, was in der Praxis zu Drücken zwischen typischerweise 10 MPa und 105 MPa führen kann. Der Ventilsitz 21 in der hier dargestellten Ausgestaltung weist nun außerdem eine Dichtlippe 23 auf. Diese Dichtlippe 23 ist über das Material des Ventilsitzträgers 22 in Richtung des Entnahmekolbens überstehend ausgebildet. Zwischen der Dichtlippe 23 und einem Haltering 24, welcher beispielsweise dazu dient, den Ventilsitzträger 22 gegenüber dem Grundkörper 5 sicher zu fixieren, verbleibt ein leerer Raum. In der Geschlossen-Stellung steht dieser Raum mit dem unter Druck der Hauptdichtung 18 anstehenden Gas in Verbindung. Er bildet ein Aktivierungsvolumen 25 aus. Das unter Druck stehende Gas in dem Aktivierungsvolumen 25 hilft damit die Dichtlippe 23 in Richtung des Ventilkörpers 19 zu drücken und verbessert somit die Abdichtung. Man spricht hierbei auch von einer Druckaktivierung.

Die primäre Strömungsrichtung des Gases bei der Entnahme ist dabei in der Darstellung der Figur 3 durch den mit E bezeichneten Pfeil zur Verdeutlichung der Strömungsrichtung bei der Entnahme dargestellt.

In der Darstellung der Figur 4 findet sich nun analog zur Darstellung in Figur 3, dieses Mal aber in der Geschlossen-Stellung, der zur Hauptdichtung vergleichbare Aufbau in einem oder beiden der Rückschlagventile 14, 17. Dabei ist rechts der Mittellinie der Aufbau des Ventilkörpers 28 mit kleinerem Öffnungswinkel, als der Winkel des

Ventilsitzes 21 dargestellt, links der Mittellinie ein größerer Winkel des Ventilkörpers bei entsprechend gleichem Winkel des Ventilsitzes. Der Ventilsitzträger 22 mit dem Ventilsitz 21 ist dabei identisch aufgebaut und weist ebenfalls die Dichtlippe 23 auf. Er ist verdrehsicher mit dem Grundkörper 5 verbunden, beispielsweise verpresst und/oder durch den Haltering 24 entsprechend gehalten. Der einzige Unterschied liegt in dem Ventilkörper 19, welcher hier nicht der Teil eines Entnahmekolbens ist und daher die Bohrung 20 nicht aufweist. Ansonsten ist die Funktionalität im Wesentlichen dieselbe. Bei der Betankung wird das Gas entsprechend der Strömungsrichtung B in diesem Fall durch die Betankungsleitung 11 zugeführt und drückt den Ventilkörper 19 in seine Geöffnet- Stellung. Nach Abschluss der Betankung liegt in der Betankungsleitung 1 1 kein Druck mehr vor, sodass der Ventilkörper 19 durch den Innendruck im Druckgasbehälter 3 in die hier dargestellte Geschlossen-Stellung gedrückt wird. Der Druck steht in diesem Fall also oberhalb des Ventilsitzträgers 22 an. Auch hier kommt es zu einer Ausbreitung des Drucks in das Aktivierungsvolumen 25, sodass dieselbe Funktionalität wie bei der Hauptdichtung 18 erzielt wird. Der Ventilsitzträger 22 ist in beiden Anwendungsfällen dabei als Gleichteil ausgeführt und lässt sich aufgrund der größeren Anzahl an Teilen, welche innerhalb des Tankventils 4 benötigt werden, damit entsprechend kostengünstiger herstellen.

In der Darstellung der Figur 4 ist außerdem rein beispielhaft und exemplarisch eine Verdrehsicherung gezeigt, welche ein Verdrehen des Ventilkörpers 19 gegenüber dem Ventilsitzträger 22 verhindern soll. Hierfür ist beispielsweise eine Nut 26 in dem

Ventilkörper 19 enzhaltenden den Ventil Körperträger 28 eingebracht. Über einen im Grundkörper 5 gehaltenen, beispielsweise eingepressten Stift 27, welcher mit der Nut 26 korrespondiert, ist eine Bewegung in axialer Richtung, also in der Darstellung der Figur 4 nach oben und unten, problemlos möglich. Ein Verdrehen wird jedoch durch den Stift 27 und die Nut 26 als Verdrehsicherung verhindert. Alternative Ausgestaltungen wie beispielsweise eine formschlüssige Aufnahme eines Führungselements oder Ähnliches sind ebenso denkbar.

Claims

Patentansprüche

1. Tankventil (4) zur Montage an einem Druckgasbehälter (3), mit einem Grundkörper (5), mit mehreren Funktionsuntergruppen zur Betankung des Druckgasspeichers (3), zur Entnahme von Gas aus dem Druckgasspeicher (3) sowie zur Umsetzung von Sicherheits- und Bedienfunktionen, wobei eine der Funktionsuntergruppen als ein Entnahmeventil (6) ausgebildet ist, und wobei wenigstens eine andere der Funktionsuntergruppen als ein Rückschlagventil (14, 17) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass

sowohl das Entnahmeventil (6) als auch das wenigstens eine Rückschlagventil (14, 17) jeweils einen Ventilsitzträger (22) mit einen Ventilsitz (21 ) und einen

Ventilkörper (19) aufweisen, wobei der mit dem Ventilkörper (19)

zusammenwirkende Teil des Ventilsitzträgers (22) eine in axialer Richtung überstehende Dichtlippe (23) als Teil des Ventilsitzes (21 ) aufweist.

2. Tankventil (4) nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Ventilkörper (19) und der Ventilsitz (21 ) kegelig ausgebildet ist, wobei die Öffnungswinkel der Kegel des Ventilkörpers (19) und des Ventilsitzes (21 ) voneinander abweichen.

3. Tankventil (4) nach Anspruch 1 oder 2;

dadurch gekennzeichnet, dass

die Ventilsitzträger (22) in dem Entnahmeventil (9) und in allen

Rückschlagventilen(14, 17) die gleichen Bauteile sind.

4. Tankventil (4) nach Anspruch 1 , 2 oder 3,

dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Ventilsitzträger (22) verdrehsicher in dem Grundkörper (5) befestigt ist, und dass ein den Ventilkörper (19) aufweisender Ventilkörperträger (28) über wenigstens ein Führungselement (26, 27) verdrehsicher gegenüber dem

Ventilsitzträger (22) ausgebildet ist.

Tankventil (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet, dass

um die Dichtlippe (23) ein Aktivierungsvolumen (25) angeordnet ist, welches mit dem unter Druck am Ventilkörper (19) und Ventilsitz (21 ) in der Geschlossenstellung anstehenden Gas verbunden ist.

Tankventil (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Entnahmeventil (6) als elektromagnetisch betätigbares Pilotventil (6) ausgebildet ist, wobei der Ventilsitzträger (22) mit dem Ventilsitz (21 ) und der Ventilkörper (19) eine Hauptdichtung (18) des Pilotventils ausbilden.

Tankventil (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 6,

dadurch gekennzeichnet, dass

das wenigstens eine Rückschlagventil (14, 17) als Rückschlagventil (14) in einer Betankungsleitung (11 ) und/oder als Rückschlagventil (17) in einer

Entnahmeleitung (12) ausgebildet ist.

Tankventil (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 7,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Ventilsitzträger (22) und/oder der Ventilkörper (19) aus einem

Hochleistungskunststoff ausgebildet sind.

Verwendung eines Tankventils (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 8,

an einem Druckgasbehälter (3) zur Speicherung von Wasserstoff oder Erdgas, insbesondere bei einem Nenndruck von mehr als 65 MPa, als Brennstoff in einem Fahrzeug (1 ).