WO2018202345A1 - Dosing device for controlling a gaseous medium - Google Patents

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WO2018202345A1 PCT/EP2018/056290 EP2018056290W WO2018202345A1 WO 2018202345 A1 WO2018202345 A1 WO 2018202345A1 EP 2018056290 W EP2018056290 W EP 2018056290W WO 2018202345 A1 WO2018202345 A1 WO 2018202345A1
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gaseous medium
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sleeve
dosing device
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Jochen Wessner
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a metering device for controlling a gaseous medium, in particular hydrogen, for example for use in vehicles with fuel cell drive.
  • gaseous fuels are an alternative to conventional liquid fuels, especially hydrogen. at
  • the gas streams are not discontinuously controlled as in the injection of liquid fuel, but it is for example proportional valves used, which adjust an opening cross-section depending on a desired drive power.
  • the amount of hydrogen gas flow from the proportional valve to the fuel cell is adjustable by a stroke of an armature needle of the proportional valve. For precise adjustment and fine adjustment, precise adjustment of the hub of the anchor needle is necessary.
  • the proportional valve according to the invention for controlling a gaseous medium, in particular hydrogen has the advantage that the fine adjustment of the stroke of the armature needle takes place in a simple manner with a firmly integrated component, at the same time achieving a local adaptation of the material properties of the component to the function in the proportional valve becomes.
  • metering device for controlling a gaseous medium, in particular hydrogen a valve body, in which a cavity is formed. In the cavity, a lifting magnet armature device is arranged.
  • the metering device has a magnetic device, by means of which a magnetic force can be generated on the magnetic armature device and the magnetic armature device can be moved in a stroke.
  • the valve body comprises a sleeve, wherein the sleeve seals the magnetic device against the cavity and wherein the sleeve comprises a first sleeve part and a second sleeve part.
  • the hub of the anchor needle By using a sleeve fine adjustment of the hub of the anchor needle is possible. Furthermore, an optimal adaptation to the function in the metering device can be achieved by dividing the sleeve into a first sleeve part and a second sleeve part. Another advantage is the sealing of the magnet device from the cavity of the metering device. Thus, the magnetic device can not come into contact with the gaseous medium, in particular hydrogen, which would otherwise lead to wear and tear of the magnetic device.
  • the first sleeve part and the second sleeve part are made of different materials.
  • the first sleeve part and the second sleeve part can be adapted to the functional conditions at the respective position, depending on the spatial arrangement in the metering device.
  • the first sleeve part is made of a magnetic material, for example a ferritic steel. This is particularly useful when attaching the first sleeve member near a magnetic flux.
  • the second sleeve part is made of a weakly magnetic material, such as stainless steel.
  • the second sleeve part is particularly suitable for magnetic separation in the metering device.
  • first sleeve part and the second sleeve part are positively connected to each other, for example by a weld.
  • the first sleeve part surrounds a pole arranged in the cavity.
  • the magnet armature device comprises an anchoring needle and a magnet armature.
  • the magnet armature needle cooperates with a sealing element for opening and closing at least one passage opening.
  • a spring is arranged and the spring spring-loaded the armature needle in the direction of the sealing element. This ensures the sealing of the metering device when the solenoid is switched off, so that no hydrogen flow is possible.
  • the wall portion of the nozzle body comprises a recess, whereby the wall portion by a force from the outside in the axial direction is deformable such that the biasing force of the spring is adjustable. So can be compensated in a simple manner during operation fault tolerances in the manufacture of the metering device. By exerting a force on the wall portion, the biasing force of the spring can be increased and thus the stroke of the armature needle can be influenced.
  • the wall section is deformable so that the deformation stops even after the end of the force. This allows a precise adjustment of the metering without constructive redesign of the metering device.
  • the second sleeve part at least partially surrounds the magnet armature.
  • the metering device described is preferably suitable in a fuel cell arrangement for controlling a hydrogen supply to an anode region of a fuel cell. Advantages are the low pressure fluctuations in the anode path and a quiet operation.
  • a metering device for controlling a gas supply, in particular hydrogen to a fuel cell, are shown. It shows in 1 shows an embodiment of a metering device according to the invention with a sleeve in longitudinal section,
  • Fig. 2 shows the embodiment of the invention according to the invention
  • Fig.l shows an embodiment of the metering device 1 according to the invention in longitudinal section.
  • the metering device 1 has a valve body 2 with a cavity 3.
  • a magnetic device 7 is arranged on the valve body 2, wherein the magnetic device 7 comprises a magnetic coil 12 and a pole 22.
  • the pole 22 is arranged in the cavity 3 and is surrounded by a sleeve 21, wherein the sleeve 21 forms part of the valve body 2.
  • a magnet armature device 5 is further arranged, which comprises an anchoring needle 51 and a magnet armature 52.
  • the armature needle 51 and the sleeve 21 define a spring chamber 32, wherein the spring chamber 32 is formed as part of the cavity 3.
  • a spring 6 is arranged, which is supported on the one hand on a wall portion 10 of the sleeve 21 and on the other hand on a formed on the Ankernadel 51 spring plate 25.
  • the anchoring needle 51 has a first guide section 13 with a first seal 24 on the sleeve 21 and protrudes beyond the spring chamber 32 into a magnet armature space 33.
  • the armature space 33 is bounded by the valve body 2 and a second seal 26 at a second guide portion 14 of the armature needle 51 in the valve body 2 and is formed as part of the cavity 3.
  • the armature needle 51 is guided over the first seal 24 and the second seal 26 in the valve body 2.
  • In the magnet armature space 33 of the armature 52 is arranged.
  • the armature needle 51 protrudes in the region of the second guide section 14 beyond the magnet armature space 33 into an exit region 31, wherein the exit region 31 is formed as part of the cavity 3.
  • an outlet opening 91 is formed.
  • a closing element 8 is arranged, which is fixedly connected to the Ankernadel 51.
  • the closing element 8 has an elastic sealing element 15 at its end facing away from the anchoring needle 51.
  • the valve body 2 comprises a nozzle body 28, which has a passage opening 4, whereby the inlet region 92 can be connected to the outlet region 31.
  • a flat valve seat 16 is formed, which cooperates with the elastic sealing element 15 of the closing element 8, so that when the elastic sealing element 15 resting on the flat valve seat 16, the passage opening 4 is closed.
  • the valve body 2 of the metering device 1 is surrounded by a Kunststoffumspritzung 23 for protection against external influences.
  • the sleeve 21 comprises a first sleeve part 211 and a second sleeve part 212.
  • the first sleeve part 211 completely surrounds the pole 22, wherein the second sleeve part 212 partially surrounds the first sleeve part 211 Magnetic armature 52 surrounds.
  • the first sleeve part 211 and the second sleeve part 212 are inexpensively manufactured by means of a forming process and firmly connected to each other by a weld.
  • the first sleeve part 211 is made of a magnetic material, such as a ferritic steel. This favors the magnetic flux around the pole 22.
  • the second sleeve part 212 is made of a weakly magnetic material, for example stainless steel, so that a magnetic separation is made possible.
  • the wall section 10 of the first sleeve part 211 and the plastic extrusion coating 23 on the wall section 10 have an indentation 11 in an axial direction 34, so that a sleeve bottom section 213 of the first one can be actuated by a force from outside the metering device, for example by a tool or another component Sleeve part 211 can be deformed.
  • the force effecting a permanent deformation of the sleeve bottom portion 213 of the first sleeve part 211 is achieved.
  • the biasing force of the spring 6 can be flexibly adapted to the operating conditions of the metering device 1. Operation of the dosing device 1
  • the stroke of the closing element 8 can be adjusted via the height of the current at the magnetic coil 12. The higher the current intensity at the magnetic coil 12, the greater the stroke of the closing element 8 and the higher the gas flow in the metering device 1, since the force of the spring 6 is stroke-dependent. If the current is reduced at the solenoid coil 12, and the stroke of the closing element 8 is reduced and thus throttled the gas flow.
  • the magnetic force is reduced to the armature 52, so that the force is reduced to the closing element 8 by means of the armature needle 51.
  • the closing element 8 moves in the direction of the passage opening 4 and seals with the elastic sealing element 15 on the valve seat 16.
  • the gas flow in the metering device 1 is interrupted.
  • the inlet region 92 and the outlet region 31 can be interchanged so that a flow reversal takes place in the dosing device 1.
  • the metering device 1 according to the invention can be used, for example, in a fuel cell arrangement.
  • hydrogen can be supplied from a tank to an anode region of the fuel cell.
  • a flow cross-section of the passage opening 4 is changed such that a demand-oriented adjustment of the gas flow supplied to the fuel cell takes place continuously.
  • the metering device 1 for controlling a gaseous medium thus has the advantage that in this case the supply of the first gaseous medium and the metered addition of hydrogen into the anode region of the fuel cell by means of electronically controlled adjustment of the flow cross section of the passage opening 4 while controlling the anode pressure can be done much more accurately , As a result, the reliability and durability of the connected fuel cell are significantly improved, since hydrogen is always supplied in a superstoichiometric proportion. In addition, consequential damage, such as damage to a downstream catalyst can be prevented.

Abstract

The invention relates to a dosing device (1) for controlling a gaseous medium, in particular hydrogen, having a valve body (2) in which a cavity (3) is formed, wherein a magnetic armature device (5) that can perform reciprocating movements is arranged in the cavity (3). The dosing device has a magnet device (7), by means of which a magnetic force can be applied to the magnetic armature device (5) and the magnetic armature device (5) can be moved in a reciprocating manner. The valve body (2) further comprises a sleeve (21), the sleeve (21) sealing the magnet device (7) against the cavity (3) and the sleeve (21) comprising a first sleeve part (211) and a second sleeve part (212).

Description

Beschreibung  description
Dosiervorrichtung zum Steuern eines gasförmigen Mediums Dosing device for controlling a gaseous medium
Die Erfindung betrifft eine Dosiervorrichtung zum Steuern eines gasförmigen Mediums, insbesondere Wasserstoff, beispielsweise zur Anwendung in Fahrzeugen mit Brennstoffzellenantrieb. The invention relates to a metering device for controlling a gaseous medium, in particular hydrogen, for example for use in vehicles with fuel cell drive.
Stand der Technik State of the art
Im Bereich der Fahrzeugentwicklung sind gasförmige Kraftstoffe eine Alternative zu den herkömmlichen flüssigen Kraftstoffen, insbesondere Wasserstoff. Bei In the field of vehicle development, gaseous fuels are an alternative to conventional liquid fuels, especially hydrogen. at
Fahrzeugen mit einer Brennstoffzelle als Antrieb ist es dabei notwendig, Wasserstoffgasströme zu steuern, wobei die Gasströme nicht diskontinuierlich wie bei der Einspritzung von flüssigem Kraftstoff gesteuert werden, sondern es werden beispielsweise Proportionalventile verwendet, welche in Abhängigkeit von einer gewünschten Antriebsleistung einen Öffnungsquerschnitt anpassen. Die Menge des Wasserstoffgasstroms von dem Proportionalventil zur Brennstoffzelle ist durch einen Hub eines Ankernadel des Proportionalventils einstellbar. Für eine genaue Justierung und Feineinstellung, ist eine präzise Einstellung des Hubs der Ankernadel notwendig. Vehicles with a fuel cell as a drive, it is necessary to control hydrogen gas streams, the gas streams are not discontinuously controlled as in the injection of liquid fuel, but it is for example proportional valves used, which adjust an opening cross-section depending on a desired drive power. The amount of hydrogen gas flow from the proportional valve to the fuel cell is adjustable by a stroke of an armature needle of the proportional valve. For precise adjustment and fine adjustment, precise adjustment of the hub of the anchor needle is necessary.
Die Genauigkeit des Proportionalventils hängt unter anderem von Fertigungstoleranzen der verwendeten Feder ab, welche eine Vorspannkraft auf das Dichtelement ausübt. Für eine präzise Justierung ist aus der Druckschrift US 4610080 A ein Verfahren zum Steuern einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung bekannt, wobei der Hub der Ankernadel gemessen wird und in Abhängigkeit von dem gemessenen Hub Zwischenscheiben eingesetzt werden, welche die Vorspannkraft beeinflussen. Vorteile der Erfindung The accuracy of the proportional valve depends inter alia on manufacturing tolerances of the spring used, which exerts a biasing force on the sealing element. For precise adjustment, US Pat. No. 4,6100,880 A discloses a method for controlling a fuel injection device, wherein the lift of the armature needle is measured and, depending on the measured stroke, intermediate disks are used which influence the preloading force. Advantages of the invention
Das erfindungsgemäße Proportionalventil zum Steuern eines gasförmigen Mediums, insbesondere Wasserstoff, weist den Vorteil auf, dass die Feinjustierung des Hubs der Ankernadel auf eine einfache Weise mit einem fest integrierten Bauteil erfolgt, wobei gleichzeitig eine lokale Anpassung der Materialeigenschaften des Bauteils an die Funktion im Proportionalventil erzielt wird. Hierzu weist Dosiervorrichtung zum Steuern eines gasförmigen Mediums, insbesondere Wasserstoff, einen Ventilkörper auf, in welchem ein Hohlraum ausgebildet ist. In dem Hohlraum ist eine hubbewegliche Magnetankervorrichtung angeordnet. Weiterhin weist die Dosiervorrichtung eine Magneteinrichtung auf, durch welche eine Magnetkraft auf die Magnetankervorrichtung erzeugbar und die Magnetankervorrichtung hubbewegbar ist. Darüber hinaus umfasst der Ventilkörper eine Hülse, wobei die Hülse die Magneteinrichtung gegen den Hohlraum abdichtet und wobei die Hülse einen ersten Hülsenteil und einen zweiten Hülsenteil umfasst. The proportional valve according to the invention for controlling a gaseous medium, in particular hydrogen, has the advantage that the fine adjustment of the stroke of the armature needle takes place in a simple manner with a firmly integrated component, at the same time achieving a local adaptation of the material properties of the component to the function in the proportional valve becomes. For this purpose, metering device for controlling a gaseous medium, in particular hydrogen, a valve body, in which a cavity is formed. In the cavity, a lifting magnet armature device is arranged. Furthermore, the metering device has a magnetic device, by means of which a magnetic force can be generated on the magnetic armature device and the magnetic armature device can be moved in a stroke. In addition, the valve body comprises a sleeve, wherein the sleeve seals the magnetic device against the cavity and wherein the sleeve comprises a first sleeve part and a second sleeve part.
Durch den Einsatz einer Hülse ist eine Feinjustierung des Hubs der Ankernadel möglich. Weiterhin kann durch die Aufteilung der Hülse in einen ersten Hülsenteil und einen zweiten Hülsenteil eine optimale Anpassung an die Funktion in der Dosiervorrichtung erzielt werden. Ein weiterer Vorteil ist die Abdichtung der Magneteinrichtung von dem Hohlraum der Dosiervorrichtung. So kann die Magneteinrichtung nicht mit dem gasförmigen Medium, insbesondere Wasserstoff, in Kontakt treten, was andernfalls zu Verschleiß und Abnutzung der Magneteinrichtung führen würde. By using a sleeve fine adjustment of the hub of the anchor needle is possible. Furthermore, an optimal adaptation to the function in the metering device can be achieved by dividing the sleeve into a first sleeve part and a second sleeve part. Another advantage is the sealing of the magnet device from the cavity of the metering device. Thus, the magnetic device can not come into contact with the gaseous medium, in particular hydrogen, which would otherwise lead to wear and tear of the magnetic device.
In einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist es vorteilhaft vorgesehen, dass das erste Hülsenteil und das zweite Hülsenteil aus unterschiedlichen Werkstoffen hergestellt sind. Dadurch kann das erste Hülsenteil und das zweite Hülsenteil je nach räumlicher Anordnung in der Dosiervorrichtung an die funktionalen Gegebenheiten an der jeweiligen Position angepasst werden. In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das erste Hülsenteil aus einem magnetischen Werkstoff, beispielsweise einem ferritischen Stahl, hergestellt. Dies eignet sich besonders bei der Anbringung des ersten Hülsenteils in der Nähe eines magnetischen Flusses. In a first embodiment of the invention, it is advantageously provided that the first sleeve part and the second sleeve part are made of different materials. As a result, the first sleeve part and the second sleeve part can be adapted to the functional conditions at the respective position, depending on the spatial arrangement in the metering device. In an advantageous development of the invention, the first sleeve part is made of a magnetic material, for example a ferritic steel. This is particularly useful when attaching the first sleeve member near a magnetic flux.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das zweite Hülsenteil aus einem schwach magnetischen Werkstoff, beispielsweise Edelstahl, hergestellt. Dadurch eignet sich das zweite Hülsenteil besonders zur magnetischen Trennung in der Dosiervorrichtung. In a further advantageous embodiment of the invention, the second sleeve part is made of a weakly magnetic material, such as stainless steel. As a result, the second sleeve part is particularly suitable for magnetic separation in the metering device.
Durch die Anpassung der Materialeigenschaften des ersten Hülsenteils und des zweiten Hülsenteils an die jeweilige räumliche Anordnung wird ebenfalls geringer Verschleiß und damit eine hohe Lebensdauer der Hülse begünstigt. By adapting the material properties of the first sleeve part and the second sleeve part to the respective spatial arrangement also low wear and thus a long life of the sleeve is favored.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das erste Hülsenteil und das zweite Hülsenteil formschlüssig miteinander verbunden sind, beispielsweise durch eine Schweißnaht. So wird eine kompakte Anordnung und Ausrichtung der Hülse in der Dosiervorrichtung erzielt. In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the first sleeve part and the second sleeve part are positively connected to each other, for example by a weld. Thus, a compact arrangement and alignment of the sleeve is achieved in the metering device.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Erfindungsgedankens umgibt das erste Hülsenteil einen in dem Hohlraum angeordneten Pol umgibt. In a further advantageous embodiment of the inventive idea, the first sleeve part surrounds a pole arranged in the cavity.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Magnetankervorrichtung eine Ankernadel und einen Magnetanker umfasst. In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the magnet armature device comprises an anchoring needle and a magnet armature.
In einer weiteren Ausführungsform ist es vorteilhaft vorgesehen, dass die Magnetankernadel mit einem Dichtelement zum Öffnen und Schließen mindestens einer Durchlassöffnung zusammenwirkt. In a further embodiment, it is advantageously provided that the magnet armature needle cooperates with a sealing element for opening and closing at least one passage opening.
Durch die Hubbewegung des Magnetankers und damit der Ankernadel kann über die Durchlassöffnung auf einfache Weise ein Wasserstoffdurchfluss gesteuert werden. In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass zwischen einem Wandabschnitt des Düsenkörpers und der Magnetankernadel eine Feder angeordnet ist und die Feder die Ankernadel in Richtung des Dichtelements federbeaufschlagt. Dies gewährleistet die Abdichtung der Dosiervorrichtung bei ausgeschalteter Magnetspule, so dass kein Wasserstoffdurchfluss möglich ist. By the lifting movement of the armature and thus the armature needle can be controlled via the passage opening in a simple way, a hydrogen flow. In an advantageous embodiment of the invention, it is provided that between a wall portion of the nozzle body and the armature needle, a spring is arranged and the spring spring-loaded the armature needle in the direction of the sealing element. This ensures the sealing of the metering device when the solenoid is switched off, so that no hydrogen flow is possible.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Wandabschnitt des Düsenkörpers eine Vertiefung umfasst, wodurch der Wandabschnitt durch eine Krafteinwirkung von außen in axialer Richtung derart verformbar ist, dass die Vorspannkraft der Feder einstellbar ist. So kann auf einfache Weise im Betrieb Fehlertoleranzen bei der Herstellung der Dosiervorrichtung ausgeglichen werden. Durch Ausüben einer Kraft auf den Wandabschnitt kann die Vorspannkraft der Feder erhöht und somit der Hub der Ankernadel beeinflusst werden. Der Wandabschnitt ist dabei derart verformbar, so dass auch nach Beendigung der Krafteinwirkung die Verformung anhält. Dies ermöglicht ohne konstruktive Umgestaltung der Dosiervorrichtung eine präzise Justierung der Dosiervorrichtung. In a further embodiment of the invention, it is provided that the wall portion of the nozzle body comprises a recess, whereby the wall portion by a force from the outside in the axial direction is deformable such that the biasing force of the spring is adjustable. So can be compensated in a simple manner during operation fault tolerances in the manufacture of the metering device. By exerting a force on the wall portion, the biasing force of the spring can be increased and thus the stroke of the armature needle can be influenced. The wall section is deformable so that the deformation stops even after the end of the force. This allows a precise adjustment of the metering without constructive redesign of the metering device.
In einer weiteren Ausführungsform umgibt das zweite Hülsenteil zumindest teilweise den Magnetanker. Somit wird eine kompakte Bauweise des Dosierventils erzielt. In a further embodiment, the second sleeve part at least partially surrounds the magnet armature. Thus, a compact design of the metering valve is achieved.
Die beschriebene Dosiervorrichtung eignet sich vorzugsweise in einer Brennstoffzellenanordnung zum Steuern einer Wasserstoffzufuhr zu einem Anodenbereich einer Brennstoffzelle. Vorteile sind die geringen Druckschwankungen im Anodenpfad und ein leiser Betrieb. The metering device described is preferably suitable in a fuel cell arrangement for controlling a hydrogen supply to an anode region of a fuel cell. Advantages are the low pressure fluctuations in the anode path and a quiet operation.
Zeichnungen drawings
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung zur Steuerung einer Gaszufuhr, insbesondere Wasserstoff zu einer Brennstoffzelle, dargestellt. Es zeigt in Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung mit einer Hülse im Längsschnitt, In the drawing, embodiments of a metering device according to the invention for controlling a gas supply, in particular hydrogen to a fuel cell, are shown. It shows in 1 shows an embodiment of a metering device according to the invention with a sleeve in longitudinal section,
Fig. 2 das erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen  Fig. 2 shows the embodiment of the invention according to the invention
Dosiervorrichtung mit einer Hülse aus der Fig. 1 in vergrößerter Darstellung und im Längsschnitt.  Dosing device with a sleeve of FIG. 1 in an enlarged view and in longitudinal section.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels Description of the embodiment
Fig.l zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung 1 im Längsschnitt. Die Dosiervorrichtung 1 weist einen Ventilkörper 2 mit einem Hohlraum 3 auf. An dem Ventilkörper 2 ist eine Magneteinrichtung 7 angeordnet, wobei die Magneteinrichtung 7 eine Magnetspule 12 und einen Pol 22 umfasst. Der Pol 22 ist in dem Hohlraum 3 angeordnet und wird von einer Hülse 21 umgeben, wobei die Hülse 21 einen Teil des Ventilkörpers 2 bildet. Fig.l shows an embodiment of the metering device 1 according to the invention in longitudinal section. The metering device 1 has a valve body 2 with a cavity 3. A magnetic device 7 is arranged on the valve body 2, wherein the magnetic device 7 comprises a magnetic coil 12 and a pole 22. The pole 22 is arranged in the cavity 3 and is surrounded by a sleeve 21, wherein the sleeve 21 forms part of the valve body 2.
In dem Hohlraum 3 ist weiterhin eine Magnetankervorrichtung 5 angeordnet, welche eine Ankernadel 51 und einen Magnetanker 52 umfasst. Die Ankernadel 51 und die Hülse 21 begrenzen einen Federraum 32, wobei der Federraum 32 als Teil des Hohlraums 3 ausgebildet ist. In dem Federraum 32 ist eine Feder 6 angeordnet, welche sich einerseits an einem Wandabschnitt 10 der Hülse 21 und andererseits an einem an der Ankernadel 51 ausgebildeten Federteller 25 abstützt. Die Ankernadel 51 weist einen ersten Führungsabschnitt 13 mit einer ersten Dichtung 24 an der Hülse 21 auf und ragt über den Federraum 32 hinaus in einen Magnetankerraum 33 hinein. In the cavity 3, a magnet armature device 5 is further arranged, which comprises an anchoring needle 51 and a magnet armature 52. The armature needle 51 and the sleeve 21 define a spring chamber 32, wherein the spring chamber 32 is formed as part of the cavity 3. In the spring chamber 32, a spring 6 is arranged, which is supported on the one hand on a wall portion 10 of the sleeve 21 and on the other hand on a formed on the Ankernadel 51 spring plate 25. The anchoring needle 51 has a first guide section 13 with a first seal 24 on the sleeve 21 and protrudes beyond the spring chamber 32 into a magnet armature space 33.
Der Magnetankerraum 33 ist durch den Ventilkörper 2 und eine zweite Dichtung 26 an einem zweiten Führungsabschnitt 14 der Ankernadel 51 in dem Ventilkörper 2 begrenzt und ist als Teil des Hohlraums 3 ausgebildet. Die Ankernadel 51 ist über die erste Dichtung 24 und die zweite Dichtung 26 in dem Ventilkörper 2 geführt. In dem Magnetankerraum 33 ist der Magnetanker 52 angeordnet. Die Ankernadel 51 ragt im Bereich des zweiten Führungsabschnitts 14 über den Magnetankerraum 33 hinaus in einen Austrittsbereich 31, wobei der Austrittsbereich 31 als Teil des Hohlraums 3 ausgebildet ist. In dem Austrittsbereich 31 ist eine Austrittsöffnung 91 ausgebildet. Weiterhin ist in dem Austrittsbereich 31 ein Schließelement 8 angeordnet, welches mit der Ankernadel 51 fest verbunden ist. Das Schließelement 8 weist an seinem der Ankernadel 51 abgewandten Ende ein elastisches Dichtelement 15 auf. Der Ventilkörper 2 umfasst einen Düsenkörper 28, welcher eine Durchlassöffnung 4 aufweist, wodurch der Eintrittsbereich 92 mit dem Austrittsbereich 31 verbindbar ist. An dem Düsenkörper 28 ist ein flacher Ventilsitz 16 ausgebildet, welcher mit dem elastischen Dichtelement 15 des Schließelements 8 zusammenwirkt, so dass beim Aufliegen des elastischen Dichtelements 15 auf dem flachen Ventilsitz 16 die Durchlassöffnung 4 geschlossen ist. The armature space 33 is bounded by the valve body 2 and a second seal 26 at a second guide portion 14 of the armature needle 51 in the valve body 2 and is formed as part of the cavity 3. The armature needle 51 is guided over the first seal 24 and the second seal 26 in the valve body 2. In the magnet armature space 33 of the armature 52 is arranged. The armature needle 51 protrudes in the region of the second guide section 14 beyond the magnet armature space 33 into an exit region 31, wherein the exit region 31 is formed as part of the cavity 3. In the outlet region 31, an outlet opening 91 is formed. Furthermore, in the exit region 31, a closing element 8 is arranged, which is fixedly connected to the Ankernadel 51. The closing element 8 has an elastic sealing element 15 at its end facing away from the anchoring needle 51. The valve body 2 comprises a nozzle body 28, which has a passage opening 4, whereby the inlet region 92 can be connected to the outlet region 31. On the nozzle body 28, a flat valve seat 16 is formed, which cooperates with the elastic sealing element 15 of the closing element 8, so that when the elastic sealing element 15 resting on the flat valve seat 16, the passage opening 4 is closed.
Der Ventilkörper 2 der Dosiervorrichtung 1 ist zum Schutz vor äußeren Einflüssen von einer Kunststoffumspritzung 23 umgeben. The valve body 2 of the metering device 1 is surrounded by a Kunststoffumspritzung 23 for protection against external influences.
Fig.2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt des Ausführungsbeispiels der Fig.l im Bereich der Hülse 21. Die Hülse 21 umfasst einen ersten Hülsenteil 211 und einen zweiten Hülsenteil 212. Das erste Hülsenteil 211 umgibt den Pol 22 vollständig, wobei das zweite Hülsenteil 212 teilweise den Magnetanker 52 umgibt. Das erste Hülsenteil 211 und das zweite Hülsenteil 212 sind mittels eines Umformprozesses kostengünstig hergestellt und durch eine Schweißnaht fest miteinander verbunden. The sleeve 21 comprises a first sleeve part 211 and a second sleeve part 212. The first sleeve part 211 completely surrounds the pole 22, wherein the second sleeve part 212 partially surrounds the first sleeve part 211 Magnetic armature 52 surrounds. The first sleeve part 211 and the second sleeve part 212 are inexpensively manufactured by means of a forming process and firmly connected to each other by a weld.
Das erste Hülsenteil 211 ist aus einem magnetischen Werkstoff, beispielsweise einem ferritischen Stahl, hergestellt. Dies begünstigt den magnetischen Fluss um den Pol 22. The first sleeve part 211 is made of a magnetic material, such as a ferritic steel. This favors the magnetic flux around the pole 22.
Das zweite Hülsenteil 212 ist aus einem schwach magnetischen Werkstoff, beispielsweise Edelstahl, hergestellt, so dass eine magnetische Trennung ermöglicht wird. The second sleeve part 212 is made of a weakly magnetic material, for example stainless steel, so that a magnetic separation is made possible.
Der Wandabschnitt 10 des ersten Hülsenteils 211 und die Kunststoffumspritzung 23 an dem Wandabschnitt 10 weisen in einer axialen Richtung 34 eine Vertiefung 11 auf, so dass durch eine Krafteinwirkung von außerhalb der Dosiervorrichtung, beispielsweise durch ein Werkzeug oder ein anderes Bauteil, ein Hülsenbodenabschnitt 213 des ersten Hülsenteils 211 verformt werden kann. Durch die Krafteinwirkung wird eine dauerhafte Verformung des Hülsenbodenabschnitts 213 des ersten Hülsenteils 211 erreicht. So kann die Vorspannkraft der Feder 6 flexibel an die Betriebsbedingungen der Dosiervorrichtung 1 angepasst werden. Funktionsweise der Dosiervorrichtung 1 The wall section 10 of the first sleeve part 211 and the plastic extrusion coating 23 on the wall section 10 have an indentation 11 in an axial direction 34, so that a sleeve bottom section 213 of the first one can be actuated by a force from outside the metering device, for example by a tool or another component Sleeve part 211 can be deformed. The force effecting a permanent deformation of the sleeve bottom portion 213 of the first sleeve part 211 is achieved. Thus, the biasing force of the spring 6 can be flexibly adapted to the operating conditions of the metering device 1. Operation of the dosing device 1
Bei nicht bestromter Magnetspule 12 wird das Schließelement 8 über die Feder 6 an den Ventilsitz 16 gedrückt, so dass die Verbindung zwischen dem Eintrittsbereich 92 und dem Austrittsbereich 31 unterbrochen ist und kein Gasdurchfluss erfolgt. When solenoid coil 12 is not energized, the closing element 8 is pressed by the spring 6 against the valve seat 16, so that the connection between the inlet region 92 and the outlet region 31 is interrupted and no gas flow takes place.
Wird die Magnetspule 12 bestromt, so wird eine magnetische Kraft auf den Magnetanker 52 erzeugt, welche der Schließkraft der Feder 6 entgegengerichtet ist. Diese magnetische Kraft wird über die Ankernadel 51 auf das Schließelement 8 übertragen, so dass die Schließkraft der Feder 6 überkompensiert wird und das Schließelement 8 vom Ventilsitz 16 abhebt. Ein Gasdurchfluss vom Eintrittsbereich 92 über die Durchlassöffnung 4 in den Austrittsbereich 31 ist freigegeben. If the magnetic coil 12 is energized, a magnetic force is generated on the armature 52, which is opposite to the closing force of the spring 6. This magnetic force is transmitted via the armature needle 51 to the closing element 8, so that the closing force of the spring 6 is overcompensated and the closing element 8 lifts off from the valve seat 16. A gas flow from the inlet region 92 via the passage opening 4 into the outlet region 31 is released.
Der Hub des Schließelements 8 kann über die Höhe der Stromstärke an der Magnetspule 12 eingestellt werden. Je höher die Stromstärke an der Magnetspule 12, desto größer ist der Hub des Schließelements 8 und desto höher ist auch der Gasdurchfluss in der Dosiervorrichtung 1, da die Kraft der Feder 6 hubabhängig ist. Wird die Stromstärke an der Magnetspule 12 reduziert, wird auch der Hub des Schließelements 8 reduziert und somit der Gasdurchfluss gedrosselt. The stroke of the closing element 8 can be adjusted via the height of the current at the magnetic coil 12. The higher the current intensity at the magnetic coil 12, the greater the stroke of the closing element 8 and the higher the gas flow in the metering device 1, since the force of the spring 6 is stroke-dependent. If the current is reduced at the solenoid coil 12, and the stroke of the closing element 8 is reduced and thus throttled the gas flow.
Wird der Strom an der Magnetspule 12 unterbrochen, wird die magnetische Kraft auf den Magnetanker 52 abgebaut, so dass die Kraft auf das Schließelement 8 mittels der Ankernadel 51 reduziert wird. Das Schließelement 8 bewegt sich in Richtung der Durchlassöffnung 4 und dichtet mit dem elastischen Dichtelement 15 an dem Ventilsitz 16 ab. Der Gasdurchfluss in der Dosiervorrichtung 1 ist unterbrochen. If the current is interrupted at the magnetic coil 12, the magnetic force is reduced to the armature 52, so that the force is reduced to the closing element 8 by means of the armature needle 51. The closing element 8 moves in the direction of the passage opening 4 and seals with the elastic sealing element 15 on the valve seat 16. The gas flow in the metering device 1 is interrupted.
Alternativ können der Eintrittsbereich 92 und der Austrittsbereich 31 vertauscht werden, so dass eine Durchflussumkehr in der Dosiervorrichtung 1 erfolgt. Die erfindungsgemäße Dosiervorrichtung 1 kann beispielsweise in einer Brennstoffzellenanordnung Verwendung finden. Mittels der Dosiervorrichtung 1 kann einem Anodenbereich der Brennstoffzelle Wasserstoff aus einem Tank zugeführt werden. Je nach Höhe der Stromstärke an der Magnetspule 12 der Dosiervorrichtung 1 , durch welche der Hub des Schließelements 8 betätigt wird, wird damit ein Strömungsquerschnitt der Durchlassöffnung 4 derart verändert, dass kontinuierlich eine bedarfsgerechte Einstellung der der Brennstoffzelle zugeführten Gasströmung erfolgt. Alternatively, the inlet region 92 and the outlet region 31 can be interchanged so that a flow reversal takes place in the dosing device 1. The metering device 1 according to the invention can be used, for example, in a fuel cell arrangement. By means of the metering device 1, hydrogen can be supplied from a tank to an anode region of the fuel cell. Depending on the magnitude of the current intensity at the magnetic coil 12 of the metering device 1, by which the stroke of the closing element 8 is actuated, a flow cross-section of the passage opening 4 is changed such that a demand-oriented adjustment of the gas flow supplied to the fuel cell takes place continuously.
Die Dosiervorrichtung 1 zum Steuern eines gasförmigen Mediums weist somit den Vorteil auf, dass hierbei die Zuführung des ersten gasförmigen Mediums und die Zudosierung von Wasserstoff in den Anodenbereich der Brennstoffzelle mittels elektronisch gesteuerten Anpassung des Strömungsquerschnitts der Durchlassöffnung 4 bei gleichzeitiger Regelung des Anodendrucks wesentlich exakter erfolgen kann. Hierdurch werden die Betriebssicherheit und Dauerhaltbarkeit der angeschlossenen Brennstoffzelle deutlich verbessert, da Wasserstoff immer in einem überstöchiometrischen Anteil zugeführt wird. Zudem können auch Folgeschäden, wie zum Beispiel Beschädigungen eines nachgeordneten Katalysators, verhindert werden. The metering device 1 for controlling a gaseous medium thus has the advantage that in this case the supply of the first gaseous medium and the metered addition of hydrogen into the anode region of the fuel cell by means of electronically controlled adjustment of the flow cross section of the passage opening 4 while controlling the anode pressure can be done much more accurately , As a result, the reliability and durability of the connected fuel cell are significantly improved, since hydrogen is always supplied in a superstoichiometric proportion. In addition, consequential damage, such as damage to a downstream catalyst can be prevented.

Claims

Ansprüche claims
Dosiervorrichtung (1) zum Steuern eines gasförmigen Mediums, insbesondere Wasserstoff, mit einem Ventilkörper (2), in welchem ein Hohlraum (3) ausgebildet ist, wobei in dem Hohlraum (3) eine hubbewegliche Magnetankervorrichtung (5) angeordnet ist, und mit einer Magneteinrichtung (7), durch welche eine Magnetkraft auf die Magnetankervorrichtung (5) erzeugbar und die Magnetankervorrichtung (5) hubbewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (2) eine Hülse (21) umfasst, wobei die Hülse (21) die Magneteinrichtung (7) gegen den Hohlraum (3) abdichtet und wobei die Hülse (21) einen ersten Hülsenteil (211) und einen zweiten Hülsenteil (212) umfasst. Dosing device (1) for controlling a gaseous medium, in particular hydrogen, with a valve body (2), in which a cavity (3) is formed, wherein in the cavity (3) a lifting magnetankankervorrichtung (5) is arranged, and with a magnetic device (7), by which a magnetic force can be generated on the magnet armature device (5) and the magnet armature device (5) can be moved, characterized in that the valve body (2) comprises a sleeve (21), wherein the sleeve (21) engages the magnet device (7 ) seals against the cavity (3) and wherein the sleeve (21) comprises a first sleeve part (211) and a second sleeve part (212).
Dosiervorrichtung (1) zum Steuern eines gasförmigen Mediums nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Hülsenteil (211) und das zweite Hülsenteil (212) aus unterschiedlichen Werkstoffen hergestellt sind. Dosing device (1) for controlling a gaseous medium according to claim 1, characterized in that the first sleeve part (211) and the second sleeve part (212) are made of different materials.
Dosiervorrichtung (1) zum Steuern eines gasförmigen Mediums nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Hülsenteil (211) aus einem magnetischen Werkstoff, beispielsweise einem ferritischen Stahl, hergestellt ist. Dosing device (1) for controlling a gaseous medium according to claim 1 or 2, characterized in that the first sleeve part (211) is made of a magnetic material, for example a ferritic steel.
Dosiervorrichtung (1) zum Steuern eines gasförmigen Mediums nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Hülsenteil (212) aus einem schwach magnetischen Werkstoff, beispielsweise Edelstahl, hergestellt ist. Dosing device (1) for controlling a gaseous medium according to one of the preceding claims, characterized in that the second sleeve part (212) is made of a weakly magnetic material, for example stainless steel.
Dosiervorrichtung (1) zum Steuern eines gasförmigen Mediums nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Hülsenteil (211) und das zweite Hülsenteil (212) formschlüssig miteinander verbunden sind, beispielsweise durch eine Schweißnaht. Dosing device (1) for controlling a gaseous medium according to one of the preceding claims, characterized in that the first sleeve part (211) and the second sleeve part (212) are positively connected to each other, for example by a weld.
Dosiervorrichtung (1) zum Steuern eines gasförmigen Mediums nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Hülsenteil (211) einen in dem Hohlraum (3) angeordneten Pol (22) umgibt. Dosing device (1) for controlling a gaseous medium according to one of the preceding claims, characterized in that the first sleeve part (211) surrounds a pole (22) arranged in the cavity (3).
7. Dosiervorrichtung (1) zum Steuern eines gasförmigen Mediums nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetankervorrichtung (5) eine Magnetankernadel (51) und einen Magnetanker (52) umfasst. 7. dosing device (1) for controlling a gaseous medium according to any one of the preceding claims, characterized in that the magnet armature device (5) comprises a magnet armature needle (51) and a magnet armature (52).
8. Dosiervorrichtung (1) zum Steuern eines gasförmigen Mediums nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetankernadel (5) mit einem Dichtelement (8) zum Öffnen und Schließen mindestens einer Durchlassöffnung (4) zusammenwirkt. 8. metering device (1) for controlling a gaseous medium according to claim 7, characterized in that the magnet armature needle (5) with a sealing element (8) for opening and closing at least one passage opening (4) cooperates.
9. Dosiervorrichtung (1) zum Steuern eines gasförmigen Mediums nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem Wandabschnitt (10) des Düsenkörpers (2) und der Magnetankernadel (5) eine Feder (6) angeordnet ist und die Feder (6) die Magnetankernadel (5) in Richtung des Dichtelements (8) federbeaufschlagt. 9. dosing device (1) for controlling a gaseous medium according to claim 7 or 8, characterized in that between a wall portion (10) of the nozzle body (2) and the armature needle (5) a spring (6) is arranged and the spring (6 ) the magnetic armature needle (5) spring-loaded in the direction of the sealing element (8).
10. Dosiervorrichtung (1) zum Steuern eines gasförmigen Mediums nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandabschnitt (10) des Düsenkörpers (2) eine Vertiefung (11) umfasst, wodurch der Wandabschnitt (10) durch eine Krafteinwirkung von außen in axialer Richtung (34) derart verformbar ist, dass die Vorspannkraft der Feder (6) einstellbar ist. 10. dosing device (1) for controlling a gaseous medium according to claim 9, characterized in that the wall portion (10) of the nozzle body (2) comprises a recess (11), whereby the wall portion (10) by a force from the outside in the axial direction (34) is deformable such that the biasing force of the spring (6) is adjustable.
11. Dosiervorrichtung (1) zum Steuern eines gasförmigen Mediums nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Hülsenteil (212) zumindest teilweise den Magnetanker (52) umgibt. 11. Dosing device (1) for controlling a gaseous medium according to one of claims 7 to 10, characterized in that the second sleeve part (212) at least partially surrounds the armature (52).
12. Brennstoffzellenanordnung mit einer Dosiervorrichtung (1) zum Steuern einer Wasserstoffzufuhr zu einer Brennstoffzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche. 12. A fuel cell assembly with a metering device (1) for controlling a hydrogen supply to a fuel cell according to one of the preceding claims.
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