WO2022243384A1

WO2022243384A1 - Ventilanordnung

Info

Publication number: WO2022243384A1
Application number: PCT/EP2022/063459
Authority: WO
Inventors: Mihai Drienovsky; Deian Rasici; Alexandru Popa; Dmytro Rozputniak; Pavel-Sorin Han; Cosmin Ion BELIN; Robert-Marian CHITAC
Original assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2021-05-19
Filing date: 2022-05-18
Publication date: 2022-11-24
Also published as: JP2024518123A; EP4341590A1; MX2023013636A

Abstract

Ventilanordnung, insbesondere für eine Gasleitung, insbesondere für eine Gasleitung einer Brennstoffzellenanordnung und/oder einer Kraftfahrzeugantriebsanordnung, wobei die Ventilanordnung ein Gehäuse (10) mit einer Fluidleitung (12), ein in der Fluidleitung (12) angeordnetes Ventil mit einem Ventilsitz (42), einer Ventilklappe (16) und einer Ventilöffnung aufweist, wobei die Ventilklappe (16) um eine Schwenkachse zwischen einer Schließstellung, in der die Ventilklappe (16) an dem Ventilsitz (42) anliegt und die Ventilöffnung fluiddicht verschließt, und einer Offenstellung, in der die Ventilklappe (16) die Ventilöffnung freigibt, schwenkbar ist, wobei die Ventilklappe (16) in der Schließstellung die X-Y-Ebene eines Koordinatensystems (22) definiert und die Schwenkachse in einem Abstand von der X-Y-Ebene angeordnet ist und die Y-Richtung des Koordinatensystems (22) definiert, wobei die Ventilanordnung einen Ausrichtmechanismus aufweist, mit dem die Anordnung, in der sich die Ventilklappe (16) in der Schließstellung relativ zu dem Ventilsitz (42) befindet, mindestens in der X-Richtung ausrichtbar und fixierbar ist.

Description

Beschreibung

Ventilanordnung

Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung, insbesondere für eine Gasleitung, insbesondere für eine Gasleitung einer Brennstoffzellenanordnung und/oder einer Kraftfahrzeugantriebsanordnung.

Ventile zum Öffnen und Schließen von Leitungen, insbesondere Gasleitungen, müssen vielfältige Anforderungen erfüllen. So soll bei geschlossenem Ventil eine möglichst perfekte Abdichtung erzielt werden, gleichzeitig soll das Ventil mit möglichst geringen Stellkräften betätigt werden können. Mit Blick auf die Lebensdauer, aber auch zur Vermeidung von Verschmutzungen soll im Bereich der miteinander zusammenwirkenden Dichtflächen ein möglichst geringer Verschleiß gewährleistet werden. Wird die Ventilanordnung zum Beispiel für eine Wasserstoff-Brennstoffzelle eingesetzt, spielt die Dichtigkeit bei geschlossenem Ventil eine besonders große Rolle, weil bei abgeschaltetem Antrieb ein Eindringen von Luft bzw. Sauerstoff verhindert werden muss, um eine Korrosion der Brennstoffzelle zu vermeiden.

Um die genannten Anforderungen möglichst weitgehend zu erfüllen, werden häufig sogenannte Schmetterlingsventile eingesetzt. Bei diesen führt die Ventilklappe eine Schwenkbewegung um eine mehr oder weniger mittig innerhalb der Gasleitung angeordnete Schwenkachse aus. Diese können zumeist mit relativ geringen Stellkräften betätigt werden, erfordern jedoch einen relativ hohen Fertigungsaufwand, um eine optimale Abdichtung und einen geringen Abrieb zu erzielen.

Aus der Druckschrift EP 2 299 151 A2 ist ein Schmetterlingsventil bekannt geworden, bei dem die Schwenkachse einer Ventilscheibe in zwei Richtungen versetzt angeordnet ist. Eine den Ventilsitz bildende Fläche ist teilweise konisch ausgebildet. Aus der Druckschrift GB 2516094 A ist ein Schmetterlingsventil bekannt geworden, bei dem die Schwenkachse eines Ventilglieds in zwei Richtungen versetzt angeordnet ist. Eine den Ventilsitz bildende Fläche ist konisch ausgebildet.

Aus der Druckschrift WO 2014/175886 A1 ist ein Schmetterlingsventil bekannt geworden, bei dem die Schwenkachse eines Ventilglieds in zwei Richtungen versetzt angeordnet ist. Am Ventilglied ist eine kreisförmig umlaufende, schneidenartige Kante ausgebildet, die in der Geschlossenstellung mit dem Ventilsitz in Kontakt gelangt.

Aus den Druckschriften US 2011/0272613 A1 , US 2019/0203676 A1 und US 2019/0136981 A1 sind Schmetterlingsventile für Abgasrückführsysteme bekannt geworden.

Davon ausgehend ist es die Aufgabe der Erfindung, eine Ventilanordnung zur Verfügung zu stellen, die insbesondere bei Verwendung mit einer Brennstoffzelle die hohen Anforderungen erfüllt und die besonders einfach zu fertigen ist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Ventilanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 . Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den sich anschließenden Unteransprüchen angegeben.

Die Ventilanordnung ist insbesondere für eine Gasleitung, insbesondere für eine Gasleitung einer Brennstoffzellenanordnung und/oder einer Kraftfahrzeugantriebsanordnung, vorgesehen. Die Ventilanordnung weist ein Gehäuse mit einer Fluidleitung, ein in der Fluidleitung angeordnetes Ventil mit einem Ventilsitz, einer Ventilklappe und eine Ventilöffnung auf, wobei die Ventilklappe um eine Schwenkachse zwischen einer Schließstellung, in der die Ventilklappe an dem Ventilsitz anliegt und die Ventilöffnung fluiddicht verschließt, und eine Offenstellung, in der die Ventilklappe die Ventilöffnung freigibt, schwenkbar ist, wobei die Ventilklappe in der Schließstellung die X-Y-Ebene eines Koordinatensystems definiert und die Schwenkachse in einem Abstand von der X-Y-Ebene angeordnet ist und die Y-Richtung des Koordinatensystems definiert. Die Ventilanordnung zeichnet sich durch einen Ausrichtmechanismus aus, mit dem die Anordnung, in der sich die Ventilklappe in der Schließstellung relativ zu dem Ventilsitz befindet, mindestens in der X-Richtung ausrichtbar und fixierbar ist.

Die Fluidleitung kann eine Leitungsachse aufweisen, die im Wesentlichen in der Z-Richtung des Koordinatensystems angeordnet ist, also etwa senkrecht zur Ebene der Ventilklappe in der Schließstellung. Die Ventilklappe ist um eine Schwenkachse schwenkbar, sodass sie zwischen der Schließstellung und der Offenstellung hin- und herschwenken kann. Hierfür kann die Ventilanordnung einen Schwenkantrieb aufweisen, insbesondere mit einem elektrischen Aktuator. Der Schwenkantrieb kann in das Gehäuse der Ventilanordnung integriert sein. Es ist jedoch ebenfalls möglich, die Ventilanordnung ohne Schwenkantrieb einzusetzen, beispielsweise als Rückschlagventil.

Das Ventil kann eine elastische Dichtung aufweisen, die entweder an der Ventilklappe oder an dem Ventilsitz angeordnet ist. Hierfür kann ein gesondertes Dichtelement aus einem elastischen Material hergestellt und mit dem Ventilsitz bzw. der Ventilklappe verbunden werden, beispielsweise kann ein O-Ring in eine um die Ventilklappe umlaufende Nut eingesetzt werden. Eine solche, gesonderte Dichtung bietet sich insbesondere an, wenn die Ventilklappe bzw. der Ventilsitz in einem zerspanenden Verfahren hergestellt wird, zum Beispiel aus Metall. Wird der Ventilsitz bzw. die Ventilklappe im Spritzgießverfahren hergestellt, insbesondere aus Kunststoff, kann die elastische Dichtung als gesondertes Teil in die Herstellungsform eingelegt oder angespritzt werden.

Die Schwenkachse der Ventilklappe ist in einem Abstand von der X-Y-Ebene, d. h. von der Ebene der Ventilklappe in der Schließstellung, angeordnet. Sie befindet sich also „außerhalb der Ventilklappe“ und ist gegenüber der Ebene, in der der Ventilsitz angeordnet ist, versetzt angeordnet. Die Schwenkachse kann insbesondere ebenfalls in der X-Richtung relativ zur Leitungsachse versetzt angeordnet sein. Diese Anordnung der Schwenkachse ist von Schmetterlingsventilen bekannt und wird auch als zweifach versetzte Anordnung bezeichnet.

Bei der Erfindung weist die Ventilanordnung einen Ausrichtmechanismus auf, mit dem die Anordnung, in der sich die Ventilklappe in der Schließstellung relativ zu dem Ventilsitz befindet, mindestens in der X-Richtung ausrichtbar und fixierbar ist. Bei bekannten Ventilanordnungen ist die Ausrichtung der Ventilklappe in der X-Richtung durch die Schwenkachse vorgegeben und kann nicht justiert werden. Dies macht es erforderlich, die bei Herstellung und Montage unvermeidlichen Toleranzen klein zu halten und/oder durch großzügig bemessene, elastische Dichtungen auszugleichen. Bei der Erfindung ist es stattdessen möglich, die Anordnung der Ventilklappe in der Geschlossenstellung auszurichten, um die unvermeidlichen Toleranzen auszugleichen, und die Ventilklappe anschließend in dieser ausgerichteten Stellung zu fixieren. Dadurch kann eine sehr gute Abdichtung erzielt werden, ohne dass es zu größeren Stellkräften und höherem Verschleiß kommt.

In einer Ausgestaltung ist die Anordnung, in der sich die Ventilklappe in der Schließstellung relativ zu dem Ventilsitz befindet, mit dem Ausrichtmechanismus zusätzlich in der Y-Richtung ausrichtbar und fixierbar. Somit ist auch in Richtung der Schwenkachse mithilfe des Ausrichtmechanismus eine Feinjustierung möglich.

In einer Ausgestaltung ist die Anordnung, in der sich die Ventilklappe in der Schließstellung relativ zu dem Ventilsitz befindet, mit dem Ausrichtmechanismus zusätzlich in der Z-Richtung ausrichtbar und fixierbar. Durch diese zusätzliche Ausrichtmöglichkeit kann nicht nur die Position der Ventilklappe in der Ventilebene justiert werden, sondern auch in Richtung der Leitungsachse. Dies ermöglicht insbesondere eine Beeinflussung des Anpressdrucks an eine elastische Dichtung, die zwischen Ventilsitz und Ventilklappe angeordnet ist.

In einer Ausgestaltung weist das Ventil eine Welle zur Verschwenkung der Ventilklappe auf, wobei der Ausrichtmechanismus die Befestigung der Ventilklappe an der Welle betrifft. Die Welle kann insbesondere mit einem Stellantrieb verbunden sein, der außerhalb der Leitung und zum Beispiel in dem Gehäuse angeordnet ist. Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Schmetterlingsventilen ist die Ventilklappe ohne Möglichkeit einer Feineinstellung fest mit der Welle verbunden, insbesondere durch Aufpressen. Bei der Erfindung ist ein zwischen Welle und Ventilklappe wirkender Ausrichtmechanismus vorgesehen, mit dem die Anordnung der Ventilklappe relativ zu der Welle justiert werden kann. Auf diese Weise kann die Anordnung der Ventilklappe einfach eingestellt werden, ohne dass konstruktive Änderungen auf Seiten des Stellantriebs bzw. der Lagerung der Welle erforderlich sind.

In einer Ausgestaltung weist der Ausrichtmechanismus eine Schraubbefestigung der Ventilklappe an der Welle auf. Auf diese Weise kann die Anordnung der Ventilklappe relativ zu der Welle vor dem Festziehen der Schrauben einfach justiert werden.

In einer Ausgestaltung weist die Welle mindestens ein Durchgangsloch, in dem eine Schraube der Schraubbefestigung angeordnet ist, und eine ebene, erste Anschlagsfläche auf, die das Durchgangsloch an einer der Ventilklappe zugewandten Seite der Welle umgibt und die durch die Schraubbefestigung mit der Ventilklappe verspannt ist. Auf diese Weise gelingt eine einfache und sichere Befestigung der Ventilklappe an der Welle. Mit der ersten Anschlagfläche der Welle kann die Anordnung der Ventilklappe in der Z-Richtung (in der Schließstellung) fest vorgegeben werden, es besteht jedoch die gewünschte Ausrichtmöglichkeit in der Ebene der Ventilklappe (X- und/oder Y-Richtung).

In einer Ausgestaltung ist der Außendurchmesser der Schraube kleiner als eine Querschnittsabmessung des Durchgangslochs, um eine Ausrichtung in der X-Y-Ebene zu ermöglichen. Die Schraube ist also nicht exakt in das Durchgangsloch eingepasst, sondern durch die genannte Abstimmung des Außendurchmessers der Schraube auf die Querschnittsabmessung des Durchgangslochspielbehaftet, sodass die Anordnung der Ventilklappe in der X-Y-Ebene erst durch das Anziehen der Schraube fixiert wird. Das Durchgangsloch kann im Querschnitt kreisförmig sein, in diesem Fall entspricht die Querschnittsabmessung dem Innendurchmesser des Durchgangslochs. Das Durchgangsloch kann jedoch auch eine längliche, elliptische oder sonstige Querschnittsgeoemtrie aufweisen, insbesondere als Langloch ausgeführt sein. In diesem Fall entspricht die Querschnittsabmessung einer maximalen Öffnungsweite des Durchgangslochs. Insbesondere kann der Außendurchmesser der Schraube mindestens 2 %, mindestens 10 % oder mindestens 15 % kleiner sein, als die Querschnittsabmessung des Durchgangslochs. Dass sich so ergebende Spiel ist für die angestrebte Ausrichtung ausreichend. Eine untere Grenze für den Außendurchmesser der Schraube wird durch die Festigkeitsanforderungen vorgegeben. Sie kann zum Beispiel bei mindestens 10% oder mindestens 20% der Querschnittsabmessung des Durchgangslochs liegen.

In einer Ausgestaltung weist die Welle an einer von der Ventilklappe abgewandten Seite eine zweite Anschlagsfläche auf, die planparallel zu der ersten Anschlagfläche angeordnet ist und an der sich ein Kopf der Schraube abstützt. Es versteht sich, dass der Kopf der Schraube hierfür nicht unmittelbar an der zweiten Anschlagfläche anliegen muss, sondern gegebenenfalls beispielsweise eine Unterlegscheibe dazwischen angeordnet sein kann. Durch die beiden planparallelen Anschlagsflächen kann die von der Ventilklappe und der Schraube gebildete Einheit insgesamt in der X-Y-Ebene entlang der planparallelen Anschlagsflächen verschoben werden, bis die gewünschte Ausrichtung erzielt ist.

In einer Ausgestaltung ist an der Ventilklappe ein Sackloch mit einem Gewinde ausgebildet, in das die Schraube eingeschraubt ist. Durch diese Lösung wird sichergestellt, dass die Ventilklappe durch den Ausrichtmechanismus nicht mit einer Undichtigkeit versehen wird. Zudem kann die Ventilklappe auf der von der Schwenkachse abgewandten Seite glatt und/oder eben ausgeführt werden, was insbesondere in der Offenstellung strömungstechnisch vorteilhaft sein kann.

In einer Ausgestaltung weist die Welle zwei Durchgangslöcher auf, die zu beiden Seiten einer Mittelachse der Leitung angeordnet sind und in denen jeweils eine Schraube angeordnet ist. Insbesondere können die beiden genannten Anschlagflächen so groß ausgeführt werden, dass sie beide Durchgangslöcher umfassen, dass mit anderen Worten also ein Mittelabschnitt der Welle von beiden Seiten abgeflacht ist. Auch dies hat strömungstechnische Vorteile und kann die Fertigung sowie die gewünschte Ausrichtung der Ventilklappe relativ zu der Welle vereinfachen.

In einer Ausgestaltung weist der Ausrichtmechanismus eine Kleb- oder Schweißbefestigung der Ventilklappe an der Welle auf. In diesem Fall kann die Ventilklappe vor der Montage der Ventilanordnung in der gewünschten Weise ausgerichtet und durch nachfolgendes Verschweißen bzw. Aushärten der Verklebung fixiert werden. Die Schweißbefestigung kann insbesondere durch Laserschweißen ausgeführt werden, insbesondere in Verbindung mit einer Ventilklappe und einer Welle, die aus einem thermoplastischen Material hergestellt sind.

In einer Ausgestaltung weist die Welle ein Durchgangsloch auf, in das ein an der Ventilklappe ausgebildeter Zapfen eingesetzt ist, wobei zwischen dem Zapfen und dem Durchgangsloch ein Ringspalt ausgebildet ist, der bei der Montage der Ventilanordnung die Ausrichtung der Ventilklappe ermöglicht und der bei der Befestigung der Ventilklappe an der Welle zumindest teilweise durch Verkleben oder Verschweißen geschlossen wird. Durch den Ringspalt ist die beschriebene Ausrichtung der Ventilklappe in derX-Y-Ebene möglich. Die Länge des Zapfens und des Durchgangslochs können so aufeinander abgestimmt sein, dass die gewünschte Befestigung auch nach dem Justieren in der Z-Richtung gelingt.

Die oben angegebene Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch die Brennstoffzellenanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 13. Die Brennstoffzellenanordnung ist insbesondere für einen Kraftfahrzeugantrieb vorgesehen und hat mindestens eine Brennstoffzelle und eine Gasleitung zum Zu- und/oder Abführen von Gas zu der bzw. von der mindestens einen Brennstoffzelle. Die Brennstoffzellenanordnung weist eine Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 zum Sperren der Gasleitung durch Verstellen der Ventilklappe in die Schließstellung auf. Die Brennstoffzelle kann insbesondere eine Wasserstoff-Brennstoffzelle sein. Die oben angegebene Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch das Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 14. Das Kraftfahrzeug hat eine Leitung und eine Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 zum Sperren der Leitung durch Verstellen der Ventilklappe in die Schließstellung, wobei die Leitung insbesondere eine Gasleitung eines Kraftfahrzeugantriebs und/oder einer Brennstoffzellenanordnung des Kraftfahrzeugs ist.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine Ventilanordnung in einer perspektivischen Darstellung,

Figur 2 die Ventilanordnung aus Figur 1 in einer weiteren perspektivischen Darstellung, teilweise im Schnitt,

Figur 3 die Ventilanordnung aus Figur 1 in einer Schnittdarstellung,

Figur 4 die Ventilanordnung aus 1 in einer weiteren Schnittdarstellung,

Figur 5 eine weitere Ventilanordnung in einer Schnittdarstellung, und

Figur 6 noch eine weitere Ventilanordnung, ebenfalls in einer Schnittdarstellung.

Die Ventilanordnung aus Figur 1 weist ein Gehäuse 10 auf, durch das eine Fluidleitung 12 hindurch ausgebildet ist. Die Fluidleitung 12 hat einen kreisförmigen Querschnitt. Dem Betrachter zugewandt ist ein Flansch 14 des Gehäuses 10, über den die Ventilanordnung an ein weiteres Leitungsstück angeschlossen werden kann. Eine Ventilklappe 16 ist in der Figur 1 , ebenso wie in allen weiteren Figuren, in ihrer Schließstellung gezeigt. Die Ventilklappe 16 liegt mit ihrem äußeren, kreisförmigen Rand an einer elastischen Dichtung 18 an, die einen Ventilsitz bildet. Die Ventilklappe 16 ist scheibenförmig. Sie ist in der gezeigten Schließstellung orthogonal zu einer Leitungsachse 20 (siehe Figur 2) der Fluidleitung 12 angeordnet und definiert eine X-Y-Ebene eines Koordinatensystems 22, das für die weitere Beschreibung der jeweiligen Richtungen verwendet wird. Die Leitungsachse 20 ist eine Mittellängsachse der Fluidleitung 12 im Bereich der Ventilklappe 16.

Parallel zur Y-Achse dieses Koordinatensystems 22 verläuft eine Welle 24 des Ventils, die eine Schwenkachse der Ventilklappe 16 definiert. Die Welle 24 verläuft quer durch die Fluidleitung 12 hindurch und ist mit einem an das Gehäuse 10 angeflanschten, elektrischen Aktuator 26 der Ventilanordnung verbunden. Der elektrische Aktuator 26 dient als Stellantrieb für das Ventil und kann die Ventilklappe 16 durch Drehen der Welle 24 zwischen der gezeigten Schließstellung und einer nicht gezeigten Offenstellung hin- und herbewegen.

Der Ausrichtmechanismus zur Ausrichtung und Fixierung der Ventilklappe 16 relativ zu dem Ventilsitz ist im Ausführungsbeispiel der Figur 1 bis 4 und im Ausführungsbeispiel der Figur 5 durch eine Schraubbefestigung der Ventilklappe 16 an der Welle 24 realisiert. In Figur 1 ist erkennbar, dass die Welle 24 in einem mittleren Abschnitt zwei planparallele Anschlagsflächen aufweist. Eine erste, ebene Anschlagsfläche 28 befindet sich in der Figur 1 an der vom Betrachter abgewandten Seite der Welle 24. Eine zweite, ebene Anschlagsfläche 30 ist dem Betrachter zugewandt. In einem Abstand zu beiden Seiten der Leitungsachse und innerhalb der beiden Anschlagsflächen 20, 30 weist die Welle 24 zwei Durchgangslöcher 32 (siehe Figur 3) auf, durch die jeweils eine Schraube 34 hindurchgeführt ist.

An der in Figur 1 dem Betrachter zugewandten Seite der Ventilklappe 16, die auch der Welle 24 sowie deren erster Anschlagsfläche 28 zugewandt ist, weist die Ventilklappe 16 zwei domartige Ansätze 36 auf, in denen jeweils ein Sackloch 38 (siehe Figur 3) mit einem Gewinde ausgebildet ist, in das jeweils eine der Schrauben 34 eingeschraubt ist. Auf diese Weise ist die Ventilklappe 16 mit der ersten Anschlagfläche 28 verspannt. Dabei ist der Innendurchmesser der Durchgangslöcher 32 größer als der Außendurchmesser der Schrauben 34, sodass die Schraubverbindung in X-Richtung und in Y Richtung spielbehaftet ist. Bei der Montage der Ventilanordnung, vor dem Festziehen der Schrauben 34, kann die Ventilklappe 16 daher in der X-Y-Ebene ausgerichtet und auf den Ventilsitz abgestimmt werden. Anschließend werden die Schrauben 34 festgezogen, dadurch wird die Anordnung der Ventilklappe 16 relativ zum Ventilsitz fixiert.

In Figur 2 ist die Leitungsachse 20 der Fluidleitung 12 eingezeichnet. Man erkennt, dass sie entlang der Z-Richtung des ebenfalls eingezeichneten Koordinatensystems 22 verläuft. Gut erkennbar ist auch der abgeflachte Querschnitt der Welle in dem mittleren Längsabschnitt mit den beiden Anschlagsflächen 28, 30. Ebenfalls gut erkennbar ist die komplexe Querschnittsgeometrie der umlaufenden, elastischen Dichtung 18, und dass diese Dichtung 18 in die kreisrunde Öffnung des Gehäuses 10, welche die Fluidleitung 12 bildet, eingesetzt ist. Die Welle 24 verläuft entlang der Schwenkachse der Ventilklappe 16. Die Schwenkachse ist in einem Abstand von der Ebene der Ventilklappe 16 angeordnet.

In der Schnittdarstellung der Figur 3 verläuft die Schnittebene parallel zur X-Z-Ebene. Gut erkennbar sind in der Figur 3 die wesentlichen Elemente des Ausrichtmechanismus. Man erkennt, dass die Innendurchmesser der beiden Durchgangslöcher 32 deutlich größer sind, als die Außendurchmesser der Schrauben 34, sodass eine Ausrichtung der Ventilklappe 16 relativ zum Ventilsitz in der X-Y-Ebene möglich ist. Gut erkennbar ist auch, dass die Ventilklappe 16 über die Schrauben 34 mit der ersten Anschlagfläche 28 verspannt ist und dass die Köpfe der Schrauben 34 an der zweiten Anschlagsfläche 30 anliegen. Die Welle 24 ist drehbar im Gehäuse 10 gelagert und mit dem elektrischen Aktuator 26 (in Figur 3 rechts nur andeutungsweise erkennbar) verbunden.

In Figur 4 ist die Anordnung aus den Figuren 1 bis 3 nochmals in einer anderen Schnittebene gezeigt. Diesmal verläuft die Schnittebene parallel zur X-Z-Ebene des Koordinatensystems 22. Man erkennt, dass die Welle 24 und damit die Schwenkachse der Ventilklappe 16 senkrecht zur Leitungsachse 20 der Fluidleitung 12 sowie seitlich (in X-Richtung) versetzt dazu angeordnet ist. Im weiteren Ausführungsbeispiel der Figur 5 sind nur einige Elemente einer anderen Ventilanordnung im Schnitt dargestellt. Man erkennt, dass die Ventilklappe 16 eine umlaufende Nut 40 aufweist, in die als elastische Dichtung 18 ein O-Ring eingesetzt ist. Dieser dichtet gegenüber dem Ventilsitz 42 ab. Als Ausrichtmechanismus kommt ebenfalls eine Schraubverbindung zum Einsatz mit einer Schraube 34, die spielbehaftet durch ein Durchgangsloch 32 in einer Welle 24 eingesetzt ist. Eingeschraubt ist die Schraube 34 in ein Sackloch 38 mit Gewinde, das in einem domartige Ansatz 36 an der Ventilklappe 16 ausgebildet ist. Auch in diesem Ausführungsbeispiel weist die Welle 24 auf der der Ventilklappe 16 zugewandten Seite eine ebene Anschlagsfläche 28 auf, mit der die Ventilklappe 16 über die Schraube 34 verspannt ist, sowie eine zweite, planparallel zu der ersten Anschlagsfläche 28 ausgerichtete Anschlagfläche 30, an der der Kopf der Schraube 34 anliegt.

Figur 6 zeigt ebenfalls nur ausgewählte Elemente einer anderen Ventilanordnung in einer Schnittdarstellung. Die Ventilklappe 16 ist ähnlich wie die aus Figur 5 mit einer umlaufenden Nut 40 versehen, in die eine elastische Dichtung 18 in Form eines O-Rings eingesetzt ist. Es ist jedoch ein anderer Ausrichtmechanismus vorgesehen, der keine Verschraubung aufweist. Statt der Verschraubung ist an der Ventilklappe 16 ein Zapfen 44 ausgebildet, der in ein Durchgangsloch 32 in der Welle 24 hindurchgeführt ist. Der Durchmesser des Durchgangslochs 32 ist größer gewählt, als der Außendurchmesser des Zapfens 44, sodass auch diese Anordnung zunächst soweit spielbehaftet ist, dass eine Ausrichtung der Ventilklappe 16 relativ zum Ventilsitz 42 möglich ist, und zwar in X-, Y-, und Z-Richtung. Nachdem die gewünschte Ausrichtung gefunden ist, wird eine dauerhafte Verbindung zwischen dem Zapfen 44 und der Welle 24 durch Laserschweißen hergestellt, wobei der zwischen Zapfen 44 und Durchgangsloch 32 ausgebildete Ringspalt ganz oder teilweise geschlossen wird.

Claims

Patentansprüche

1. Ventilanordnung, insbesondere für eine Gasleitung, insbesondere für eine Gasleitung einer Brennstoffzellenanordnung und/oder einer Kraftfahrzeugantriebsanordnung, wobei die Ventilanordnung ein Gehäuse (10) mit einer Fluidleitung (12), ein in der Fluidleitung (12) angeordnetes Ventil mit einem Ventilsitz (42), einer Ventilklappe (16) und einer Ventilöffnung aufweist, wobei die Ventilklappe (16) um eine Schwenkachse zwischen einer Schließstellung, in der die Ventilklappe (16) an dem Ventilsitz (42) anliegt und die Ventilöffnung fluiddicht verschließt, und einer Offenstellung, in der die Ventilklappe (16) die Ventilöffnung freigibt, schwenkbar ist, wobei die Ventilklappe (16) in der Schließstellung die X-Y-Ebene eines Koordinatensystems (22) definiert und die Schwenkachse in einem Abstand von der X-Y-Ebene angeordnet ist und die Y-Richtung des Koordinatensystems (22) definiert, gekennzeichnet durch einen Ausrichtmechanismus, mit dem die Anordnung, in der sich die Ventilklappe (16) in der Schließstellung relativ zu dem Ventilsitz (42) befindet, mindestens in der X-Richtung ausrichtbar und fixierbar ist.

2. Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung, in der sich die Ventilklappe (16) in der Schließstellung relativ zu dem Ventilsitz (42) befindet, mit dem Ausrichtmechanismus zusätzlich in der Y-Richtung ausrichtbar und fixierbar ist.

3. Ventilanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung, in der sich die Ventilklappe (16) in der Schließstellung relativ zu dem Ventilsitz (42) befindet, mit dem Ausrichtmechanismus zusätzlich in der Z-Richtung ausrichtbar und fixierbar ist.

4. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h gekennzeichnet, dass das Ventil eine Welle (24) zur Verschwenkung der Ventilklappe (16) aufweist, wobei der Ausrichtmechanismus die Befestigung der Ventilklappe (16) an der Welle (24) betrifft.

5. Ventilanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausrichtmechanismus eine Schraubbefestigung der Ventilklappe (16) an der Welle (24) aufweist.

6. Ventilanordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (24) mindestens ein Durchgangsloch (32), in dem eine Schraube (34) der Schraubbefestigung angeordnet ist, und eine ebene, erste Anschlagsfläche (28) aufweist, die das Durchgangsloch (32) an einer der Ventilklappe (16) zugewandten Seite der Welle (24) umgibt und die durch die Schraubbefestigung mit der Ventilklappe (16) verspannt ist.

7. Ventilanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser der Schraube (24) kleiner als eine Querschnittsabmessung des Durchgangslochs (32) ist, um eine Ausrichtung in der X-Y-Ebene zu ermöglichen.

8. Ventilanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (24) an einer von der Ventilklappe (16) abgewandten Seite eine zweite Anschlagsfläche (30) aufweist, die planparallel zu der ersten Anschlagsfläche (28) angeordnet ist und an der sich ein Kopf der Schraube (34) abstützt.

9. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, d a d u r c h gekennzeichnet, dass an der Ventilklappe (16) ein Sackloch (38) mit einem Gewinde ausgebildet ist, in das die Schraube (34) eingeschraubt ist.

10. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, d a d u r c h gekennzeichnet, dass die Welle (24) zwei Durchgangslöcher (32) aufweist, die zu beiden Seiten einer Leitungsachse (20) der Fluidleitung (12) angeordnet sind und in denen jeweils eine Schraube (34) angeordnet ist.

11. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h gekennzeichnet, dass der Ausrichtmechanismus eine Kleb- oder Schweißbefestigung der Ventilklappe (16) an der Welle (24) aufweist.

12. Ventilanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (24) ein Durchgangsloch (32) aufweist, in das ein an der Ventilklappe (16) ausgebildeter Zapfen (44) eingesetzt ist, wobei zwischen dem Zapfen (44) und dem Durchgangsloch (32) ein Ringspalt ausgebildet ist, der bei der Montage der Ventilanordnung die Ausrichtung der Ventilklappe (16) ermöglicht und der bei der Befestigung der Ventilklappe (16) an der Welle (24) zumindest teilweise durch Verkleben oder Verschweißen geschlossen wird.

13. Brennstoffzellenanordnung, insbesondere für einen Kraftfahrzeugantrieb, mit mindestens einer Brennstoffzelle und einer Gasleitung zum Zu- und/oder Abführen von Gas zu der bzw. von der mindestens einen Brennstoffzelle, und einer Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 zum Sperren der Gasleitung durch Verstellen der Ventilklappe (16) in die Schließstellung.

14. Kraftfahrzeug mit einer Leitung und einer Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 zum Sperren der Leitung durch Verstellen der Ventilklappe in die Schließstellung, wobei die Leitung insbesondere eine Gasleitung eines Kraftfahrzeugantriebs und/oder einer Brennstoffzellenanordnung des Kraftfahrzeugs ist.