WO2023072881A1 - Drosselklappenanordnung und brennstoffzellensystem - Google Patents

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Publication number
WO2023072881A1
WO2023072881A1 PCT/EP2022/079677 EP2022079677W WO2023072881A1 WO 2023072881 A1 WO2023072881 A1 WO 2023072881A1 EP 2022079677 W EP2022079677 W EP 2022079677W WO 2023072881 A1 WO2023072881 A1 WO 2023072881A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
throttle valve
fuel cell
flow
sealing means
projection
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/079677
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Waldemar Kiel
Libin Antony
Lukas BITALA
Marc Israel
Roman JANOUSEK
Sabine REINKE
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Publication of WO2023072881A1 publication Critical patent/WO2023072881A1/de

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K1/00—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces
    • F16K1/16—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces with pivoted closure-members
    • F16K1/18—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces with pivoted closure-members with pivoted discs or flaps
    • F16K1/22—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces with pivoted closure-members with pivoted discs or flaps with axis of rotation crossing the valve member, e.g. butterfly valves
    • F16K1/226—Shaping or arrangements of the sealing
    • F16K1/2263—Shaping or arrangements of the sealing the sealing being arranged on the valve seat

Definitions

  • the present invention relates to a throttle valve arrangement for a fuel cell system for controlling a process gas supply to a fuel cell in the fuel cell system or for controlling a gas discharge from the fuel cell system.
  • the invention also relates to a fuel cell system with such a throttle valve arrangement.
  • Fuel cell systems require a fuel and an oxidant for the desired mode of operation.
  • the fuel is generally supplied in the form of, for example, gaseous hydrogen or in the form of, for example, gaseous hydrocarbons.
  • the oxidizing agent is usually supplied in the form of, for example, gaseous oxygen, in particular in the form of air.
  • more or less oxidizing agent has to be supplied.
  • Different systems for monitoring or for controlling and/or regulating the supply of oxidizing agent and/or a gas discharge for fuel cell systems are known in the prior art.
  • throttle valve assemblies In addition to being used for fuel cell systems, throttle valve assemblies are known in particular for use in internal combustion engines. There, the throttle valve arrangement controls in particular an air supply to at least one combustion chamber of the internal combustion engine in order to achieve a desired air/fuel ratio. Because of the high temperatures in and on an internal combustion engine, only metal components are preferably used in the known throttle valve arrangements. The same applies in an analogous manner to the use of a throttle valve arrangement for conventional fuel cell systems. In order to control the supply of oxidant or air in a fuel cell system, however, relatively low leakage values are required, which cannot be achieved with conventional throttle valve arrangements. At the same time, throttle valve assemblies that are as robust and reliable as possible are desired.
  • a throttle valve arrangement for a fuel cell system for controlling a process gas supply to a fuel cell in the fuel cell system or for controlling a gas discharge from the fuel cell system.
  • the throttle assembly includes or has:
  • duct housing with a duct interior that defines a guide volume for conducting process gas to the fuel cell
  • a throttle valve arranged in the guide volume with a flap cover and a cover edge
  • the throttle valve arrangement can thus be designed or set up for a fuel cell system. It can be set up or designed for use or installation or for use in a fuel cell system.
  • the sealing means is not mounted on the flap cover.
  • the sealant can be designed such that it is designed and arranged so that it overlaps the flap cover when viewed in the flow direction, so that the edge of the cover completely covers or pressurizes the sealant in the blocking state in the flow or flow direction and thereby produces the desired sealing effect.
  • the sealing means is designed in such a way that it has an inner radius that is smaller than an outer radius of the lid edge of the flap lid. In the locked state, the lid edge thus comes into contact with the sealant. The gap between the edge of the cover and the inside of the channel is sealed in this way.
  • the flap cover is preferably provided as a one-piece and/or monolithic component.
  • a sealing edge made of an elastic material can be dispensed with.
  • the throttle valve can thus be made available in a relatively inexpensive and logistically simple manner.
  • the sealing means is preferably made available as a separate, in particular one-piece and/or ring-shaped component. This is also advantageous with regard to possible repair and/or maintenance work.
  • the sealant is preferably positioned and/or attached directly to the inside of the duct.
  • the release state is to be understood in particular as a state in which at least part of the flap cover is positioned at a distance from the sealant and/or in which the flap cover is positioned almost completely spaced away from the sealant.
  • the flap cover can be deflected into different positions depending on the desired process gas requirement.
  • the throttle valve is mounted in such a way that, when the throttle valve is deflected from the blocked state to the released state, for example, part of the edge of the cover is deflected and/or pivoted along the direction of flow and another part of the edge of the cover is deflected and/or pivoted counter to the direction of flow.
  • the shaft axis of the bearing shaft can extend through the valve cover or, in the case of a single or double eccentric throttle valve, at a distance from the valve cover.
  • the throttle valve arrangement for a fuel cell is to be understood as meaning a throttle valve arrangement which is set up and/or designed for use in a generic fuel cell system.
  • the blocking state is to be understood in particular as a state in which the flap cover is in full contact with the sealant in order to prevent a supply of process gas and, in particular, air to the fuel cell.
  • the throttle valve can therefore also be understood to mean a shut-off valve.
  • the direction of flow preferably extends orthogonally to a bearing axis of the bearing shaft.
  • the direction of flow extends in particular along a direction of flow of the process gas through the guide volume.
  • the flow direction can extend in a first direction and/or in a second direction opposite to the first direction, depending on an operating mode of the throttle valve arrangement or a fluid flow direction in the guide volume.
  • the process gas is preferably made available in the form of oxygen, air or another oxygen-containing oxidizing agent.
  • the sealing means is preferably fastened directly to the inside of the duct and/or is fastened there by at least one fastening means.
  • the sealing means is preferably fixed in place on the duct housing and/or in the conducting volume, in particular in a form-fitting and/or force-fitting, releasable manner.
  • the sealing means is preferably an elastic sealing means which has an elastic material, consists of an elastic material and/or has a certain elasticity due to its geometry.
  • the sealant can have at least one of the following materials or consist of or have at least one of the following materials, in particular for the most part (ie more than 50%): EPDM (ethylene propylene diene (monomer) rubber), HNBR (Hydrogenated acrylonitrile butadiene rubber), FKM (Fluoro rubber). It is also possible for the sealant to have TPU (thermoplastic polyurethane) or to consist of TPU.
  • the duct housing can be designed in the form of a pipeline and/or a housing with a pipeline.
  • the edge of the lid preferably extends over a height of the flap lid and is delimited by an upper side and an underside of the flap lid.
  • the cover edge can therefore also be understood to mean an outer peripheral surface and/or an outer wall in the circumferential direction of the flap cover.
  • the edge of the lid can be regarded as an end face of the flap lid which is directed essentially (+/'30°) radially outwards. A possible rounding of this face can be attributed to the edge of the cover.
  • the flap cover can be in the area of the Lid edge have at least one chamfer.
  • the at least one chamfer can therefore be configured in the area of the edge of the lid on the upper side and/or on the underside of the flap lid.
  • the throttle valve or the valve cover can thus be guided along the sealing means during a change between the release state and the blocked state in a way that is gentle on the sealing material and still ensures a reliable sealing function.
  • the valve cover can be moved from the locked state to the unlocked state with a relatively small amount of force, which enables the throttle valve assembly to be operated efficiently. Malfunctions caused by, for example, unintentional jamming between the flap cover and the sealant can be prevented or reduced.
  • this chamfer can be designed differently in terms of its angle and/or its direction, viewed along a circumferential direction running around the direction of flow. It can, for example, be designed in such a way that the edge of the lid rests on the sealant with an enlarged, for example flat, contact surface in the locked state. Since the edge of the cover, due to its pivoting about the bearing shaft, contacts the sealant along the direction of flow on one side of the bearing shaft and counter to the direction of flow on an opposite side, the chamfer can have a different direction, for example, on the two sides of the throttle valve relative to the bearing shaft.
  • edge of the flap prefferably has a chamfer on each side with respect to the direction of flow, ie on its upper side and on its lower side. Provision can be made for the cover edge and/or the chamfer in the region of the corrugation to have a so-called S-shape, ie to change direction.
  • the inside of the duct prefferably has a stepped recess and for the sealing means to be fastened to the recess by a fastening means of the throttle valve arrangement.
  • the sealing means can be fixed in a non-positive, frictional and/or form-fitting manner, for example viewed along the direction of flow, between a distal end of the fastening means and the recess, in particular can be detached without being destroyed. For example, it can be caulked, pressed and/or clamped between the distal end of the fastening means and the recess. In this way, in particular, it is possible to dispense with positioning the sealing means, for example, in a holding means in the form of a jacket.
  • the sealant and the fastener can be easily and non-destructively detached from one another for repair and maintenance purposes.
  • a recess is simpler and more economical to produce than, for example, a groove arranged on the inside of the wall, in which case demolding the duct housing from a tool is complex or requires a complex milling process.
  • the stepped recess on the inside of the duct can be understood to mean a stepped recess in the duct housing. In the area of the recess, the inner diameter of the channel housing or the diameter of the guide volume changes. In particular, the recess is not designed in the form of a groove.
  • the recess or step preferably has an angle in a range between 60° and 120°.
  • the recess preferably has an angle or inner angle in a range between 80° and 100°, in particular an angle of 90 °, on.
  • the (elastic) sealing means preferably has a complementary angle at this point.
  • the fastening means acts on the sealing means in particular in the direction of flow and/or parallel to the direction of flow. This means that the fastening means preferably applies, for example, a clamping force essentially (eg +/-30°) to the sealing means in the direction of flow and/or parallel to the direction of flow.
  • the fastening means is preferably configured in one piece and/or monolithically. Furthermore, the fastening means is preferably ring-shaped and/or sleeve-shaped.
  • the sealing means and the fastening means are preferably coaxial with one another, in particular with respect to an axis along the direction of flow. Furthermore, it is possible for the sealant to have:
  • annular bearing projection extending at least substantially parallel to the direction of flow.
  • the bearing projection can, for example, essentially protrude from the sealant in the opposite direction to the direction of flow.
  • the fastening means has an annular bearing recess for supporting the bearing projection with a radial bearing clearance and the contact projection and the bearing projection are in operative connection with one another for moving the bearing projection within the bearing clearance upon movement and/or deformation of the contact projection.
  • This makes it possible for the contact projection to be moved relatively easily and yet in a controlled manner through the edge of the cover. In this way, the contact projection can be displaced or give way in a defined manner when the edge of the cover strikes the contact projection, and the risk of damage or breakage or cracks is reduced.
  • the bearing projection which interacts with the bearing recess, advantageously at the same time limits excessive displacement or pivoting or tilting of the contact projection.
  • the bearing projection and the contact projection are preferably arranged next to one another, in particular directly next to one another, and extend away from one another. They are preferably formed in one piece with the sealant and in one piece with one another.
  • the fact that the contact projection essentially extends inwards in a radial direction perpendicular to the direction of flow can be understood to mean that the contact projection extends in an angular range between 0° and 30°, in particular in an angular range between 0° and 15°, to the radial direction extends inside (inside the channel housing).
  • the bearing projection extends at least substantially in the direction of flow be understood that the bearing projection extends in an angular range between 0 ° and 30 °, in particular in an angular range between 0 ° and 15 ° to the direction of flow.
  • the bearing clearance can be understood to mean a gap and/or a free space between the bearing projection and the bearing recess, through which a deformation-free or essentially deformation-free movement of the bearing projection in the bearing recess is possible.
  • the sealing means has an annular sealing means depression which extends essentially in the direction of flow, a side wall of the sealing means depression being configured by the bearing projection, the fastening means having a fastening projection positioned in the sealing means depression for fastening the sealing means to the recess.
  • the fastening means can be inserted into the duct housing along the direction of flow, which can also define an axial direction, and thereby press the sealing means against the projection along the direction of flow.
  • the sealant recess reduces the risk of the sealant being drawn radially inwards into the interior of the channel when there is a vacuum in the channel housing. In this way it is ensured that the sealing means or the contact projection is stationary under all operating conditions and the sealing effect is thus always guaranteed when the flap cover is closed in the locked state.
  • the fastening projection and the sealant recess are each preferably ring-shaped in one circumferential direction, in particular in the form of a closed ring.
  • the sealant indentation can therefore be designed as an annular groove or groove with an indentation direction essentially in the direction of flow.
  • sealant recess or the direction of the recess extends essentially in the flow direction can be understood to mean that the sealant recess extends in an angular range between 0° and 30°, in particular in an angular range between 0° and 15°, to the flow direction.
  • the sealing means in a throttle valve arrangement according to the invention, it is also possible for the sealing means to have a contact projection Has stop section and the fastening means has a spaced apart from the stop section in the release state counter-stop section for limiting a deformation movement of the contact projection in the locked state.
  • the deformation movement of the contact projection can be limited, for example (in addition to other limitations, see above) by the stop section abutting against the counter-stop section. In this way, in particular, a buckling of the contact projection and a leakage or leakage resulting therefrom can be prevented.
  • the contact projection has a certain degree of freedom of movement, as a result of which, for example, an unintentional jamming of the flap cover in the sealant can be prevented.
  • the play of movement can be implemented in such a way that the stop section is positioned at a distance from the counter-stop section in the release state.
  • the flap cover can have a flap cover thickness, in particular in the area of the cover edge, and the contact projection can have a contact projection thickness in the direction of flow, the contact projection thickness being smaller than the flap cover thickness.
  • This structure makes it possible to provide a particularly material-saving sealant with a relatively thin contact projection.
  • the flap cover according to the invention has the greater flap cover thickness in particular in an outer region of the flap cover viewed in the radial direction, in which the flap cover can have, for example, an annular elevation and/or thickening.
  • valve cover can have a greater valve cover thickness in a radially outer area than in a radially inner area.
  • the greater flap cover thickness in the radially outer edge area leads to a reliable sealing effect on the slim contact projection and at the same time to a material-saving production of the flap cover and/or the throttle valve.
  • a chamfer can be particularly easily attached in such a slightly thicker designed edge of the cover, which is advantageous Contact surface of the flap cover on the sealant is increased, eg on the contact projection of the sealant.
  • the contact projection can have a convexly curved contact surface for contacting the edge of the lid in the locked state.
  • the contact surface can have a streamline and/or droplet shape. Possible wear on the sealant can be reduced by the convex curvature and/or streamline shape.
  • turbulence in the guide volume can be prevented or reduced by such a configuration of an outer side of the contact projection directed inwards in the radial direction towards the edge of the lid, as a result of which the most efficient possible operation of the throttle valve arrangement is made possible. The formation or maintenance of a laminar flow of the gas flowing in the channel housing is thus promoted.
  • the fastening means can be pressed into the duct housing as a press-fit part. Additional fastening means and/or processes for any material connection can be dispensed with for this.
  • the fastening means can thus be placed in the desired position in a correspondingly simple, quick, cost-effective and space-saving manner.
  • the fastener itself can have a slight oversize relative to the inside of the channel, e.g. viewed along the radial direction, so that after assembly (e.g. by pushing or inserting the fastener into the channel along the direction of flow or the axial direction) it is press-fit in the Duct housing is fixed.
  • assembly e.g. by pushing or inserting the fastener into the channel along the direction of flow or the axial direction
  • it is press-fit in the Duct housing is fixed.
  • other types of fastening of the fastening means in the duct housing are also possible.
  • the throttle valve is designed as an eccentric throttle valve, in particular as a double eccentric throttle valve.
  • an eccentricity of the bearing shaft in the direction of flow with respect to the center of the throttle valve and/or in the radial direction perpendicular to the direction of flow is possible.
  • double eccentric means that the bearing shaft is arranged at a certain distance from the valve cover, viewed in the direction of flow, and that the bearing shaft is also offset in the radial direction towards the center of the valve cover.
  • the flap cover In combination with the sealing means according to the invention or a corresponding contact seal, it is advantageously possible to clearly space the flap cover from the sealing means even with a slight deflection or to adjust the throttle valve from the blocked state to the released state.
  • This spacing is achieved at all points of the lid edge, ie also in the sections through which the bearing shaft would run (pole sections) when installed in the throttle valve itself.
  • the throttle flap for example, like the duct housing, can be circular in the area of the throttle flap.
  • the spacing of the edge of the throttle valve at its pole sections from the inside of the duct or from the sealant can be understood as follows: When the throttle valve is opened to the release state, the throttle valve is rotated with its pole-side sections out of a closing plane or blocking plane of the duct housing.
  • the duct housing has a defined (internal) diameter in the barrier level, including the sealant.
  • the throttle valve has, for example, an outer diameter that is smaller than the inner diameter of the inside of the duct, but larger than the inner diameter in the blocking plane, in which the sealant reduces the (inner) diameter of the duct housing. If the bearing shaft did not run eccentrically but centrally through the throttle valve, its pole-side sections would always run in the blocking plane even when the throttle valve pivoted, and these pole-side sections would always be in contact with the sealant.
  • the bearing shaft is arranged eccentrically (regardless of whether it is in the direction of flow or in the radial direction), on the other hand, when the throttle valve is pivoted out of the blocking state, a section of the throttle valve enters the blocking plane which, in a section with the blocking plane, no longer has the full diameter of the throttle valve having.
  • the pole sections of the throttle valve at which the throttle valve has its greatest extent, namely the outer diameter, in a direction parallel to the bearing shaft), on the other hand, now lie somewhat outside the blocking plane viewed parallel to the direction of flow. At this point, however, there is no longer any sealant within the duct housing, so that the throttle valve no longer has any mechanical contact with the inside of the duct and also not with the sealant in the blocking plane.
  • the sealing means reduces wear on the sealing means, in particular also in those areas of the sealing means which are arranged close to the bearing shaft. In the case of a non-eccentric throttle flap, these areas are in mechanical contact with the edge of the flap over a significantly larger pivoting range and therefore wear out more quickly. Furthermore, in contrast to a central throttle valve, the bearing shaft does not have to be passed through the sealant in this way. As a result, the sealing means can advantageously be made thinner when viewed along the direction of flow and the sealing effect is not jeopardized by a weakening of the material in the area of the shaft passage. The service life of the sealant is advantageously increased in this way.
  • the valve cover can also have a conical shape, in particular a shape that tapers in the direction of flow in the blocked state, in order to enhance this effect.
  • a contact pressure between the edge of the lid and the sealing means or a corresponding release moment for adjusting the throttle valve from the blocked state to the released state can also be reduced.
  • the throttle valve emerges from the sealant even at a smaller pivoting angle when opening, especially in comparison to a cylindrical lid edge, for example. This in turn can reduce wear on the sealant and on the throttle valve and consequently extend the service life of the throttle valve arrangement.
  • a particularly homogeneous pressing of the edge of the lid onto the sealant can be achieved.
  • the bearing shaft which is offset in the radial direction, makes it easier to open from the locked state or, alternatively, automatically keeps the flap cover closed in the
  • one of the two sides of the flap cover has a larger area relative to the bearing shaft.
  • a pressurized fluid medium e.g. process gas
  • the flap cover open without counter-holding force if that side of the flap cover has the larger surface that is in Flow direction opens.
  • the other side has a larger area (which closes in the direction of flow)
  • the blocked state is maintained by the presence of gas, so that, for example, no motor power is required to maintain the blocked state.
  • energy consumption by the throttle valve during operation can thus be reduced by this eccentricity.
  • the bearing shaft can be arranged, for example, outside the blocking plane of the seal.
  • the eccentricity in this direction can be designed in such a way that the seal does not have to provide a passage (not even partially) for the bearing shaft.
  • eccentricity can be, for example, at least 0.5%, preferably at least 1% and most preferably at least 1.5% of the diameter.
  • the bearing shaft can be at a radial position of 48.5mm, i.e. 1.5mm and thus 1.5% of the diameter away from the ideal center, which would be 50mm.
  • the eccentricity in the radial direction can be limited to, for example, at most 20%, preferably at most 15% and particularly preferably at most 10% of the diameter.
  • a further aspect of the present invention relates to a fuel cell system with a fuel cell and with a throttle valve arrangement as described in detail above.
  • the fuel cell system according to the invention thus brings with it the same advantages as have been described in detail with reference to the throttle valve arrangement according to the invention.
  • the throttle valve arrangement is preferably located directly on the fuel cell, so that a guide volume can be assigned to the fuel cell downstream of the throttle valve and a guide volume upstream of the throttle valve can be assigned to a supply line for supplying process gas, in particular oxidizing agent in the form of air. If the throttle valve is intended to control a gas discharge, then the guide volume is assigned to the fuel cell upstream of the throttle valve and the guide volume is assigned to a discharge line downstream.
  • FIG. 1 shows a sectional view of a throttle valve arrangement according to a preferred embodiment
  • FIG. 2 shows a detailed sectional view of a throttle valve arrangement according to the preferred embodiment in a first operating state
  • FIG. 3 shows a detailed sectional view of a throttle valve arrangement according to the preferred embodiment in a second operating state
  • Figure 4 is a sectional view of a sealant according to the invention.
  • Figure 5 is a sectional view of a fastener according to the invention.
  • FIG. 6 is a sectional view of a throttle valve according to the invention.
  • FIG. 7 shows a vehicle with a fuel cell system according to the invention.
  • FIG. 1 shows a throttle valve arrangement 10 for a fuel cell system 11 shown in FIG. 7 for controlling a process gas supply to a Fuel cell in the fuel cell system 11 or for controlling a gas discharge from the fuel cell system 11.
  • the throttle valve assembly 10 can, for example, be set up or designed for such a fuel cell system 11, for example set up or designed for installation or for operation or for use in such a fuel cell system 11.
  • the throttle valve assembly shown 10 has a channel housing 12 with a channel inside 13, through which a guide volume 14 is defined for conducting process gas to the fuel cell.
  • the throttle valve arrangement 10 also comprises a throttle valve 15, which is arranged in the guide volume 14 and is double-eccentric, for example, with a valve cover 16 and a cover edge 17, as well as a bearing shaft 18, on which the throttle valve 15 changes between a release state for enabling a flow of process gas in a flow direction A is pivotably mounted through the guide volume and a locked state to prevent a flow of process gas through the guide volume.
  • the throttle valve assembly 10 also includes an elastic sealing means 19 for sealing an annular gap 20 in the locked state between the cover edge 17 and the channel inside 13.
  • the inner side of the duct 13 has a stepped recess 22 here, for example, and the sealing means 19 is fastened to the recess 22 by a fastening means 21 .
  • a fastening means 21 This is done here—only for example—by the sealing means 19 being clamped or pressed in a non-positive and positive manner, viewed along the flow direction A, between a distal end 46 of the fastening means 21 shown in FIG. 5 and the recess 22 .
  • the fastening means 21 is pressed into the duct housing 12 as a press-fit part.
  • the direction of flow A can also be referred to as the axial direction. It is encircled by a direction of rotation U.
  • the sealing means 19 has a contact projection 30 extending inward in a radial direction R perpendicular to the flow direction A for contacting the lid edge 17 and thereby sealing the annular gap 20 in the blocked state.
  • the sealing means 19 also has an annular bearing projection 27 extending along the direction of flow A, with the fastening means 21 having a annular bearing recess 28 for storing the bearing projection 27 with a radial bearing clearance 29 has. More precisely, in the example shown, the bearing projection 27 is positioned in the bearing recess 28 with a bearing play in the radial direction R and in the axial direction A.
  • the bearing projection 27 extends parallel to the direction of flow A and here protrudes against the direction of flow A from the sealing means 19 .
  • Contact projection 30 and bearing projection are here, for example, integrally connected to sealing means 19 in one piece.
  • the sealant 19 can be an injection molded part, for example.
  • the contact projection 30 and the bearing projection 27 are operatively connected to one another such that when the contact projection 30 moves and/or is deformed, the bearing projection 27 is moved within the bearing play 29 .
  • the contact projection 30 is partially pressed parallel to the flow direction A (here: downwards) by the valve cover 16 or the cover edge 17, whereby the bearing projection 27 is partially moved in the radial direction or the radial direction R is pressed or moved outwards.
  • the sealant 19 has a sealant depression 41, e.g. annular, for example along the circumferential direction U, which extends essentially parallel to the direction of flow A with respect to the depression (here: in the direction of flow A), with a side wall 43 of the sealant depression 41 is configured by the bearing projection 27 .
  • the sealing means 19 has a stop section 44 configured on the contact projection 30 .
  • the contact projection 30 has a convexly curved contact surface for contacting the cover edge 17, at least with regard to the cross section shown.
  • the fastening means 21 has a counter-stop section 45 which, in the blocking state shown in Fig. 2, limits a deformation movement of the contact projection 30, in particular parallel to the flow direction A.
  • the contact projection 30 is in the 2 is shifted and deformed downwards or in flow direction A until the stop section 44 rests against the counter-stop section 45 and/or the movement of the bearing projection 27 in of the bearing recess 28 is delimited in the radial direction R by the fastening projection 42 .
  • FIG. 3 shows a release state in which a process gas flow in the flow direction A through the guide volume 14 is possible.
  • the section of the throttle flap 15 or of the cover edge 17 shown in detail is not in contact with the sealing means 19 . Consequently, the stop section 44 is arranged at a distance from the counter-stop section 45 identified in FIG. 5 .
  • FIG. 5 also shows that the fastening means 21 has a fastening projection 42 positioned in the sealant recess 41 for fastening the sealant 19 to the recess 22 .
  • FIG. 6 shows a throttle flap 15 according to a preferred embodiment.
  • the throttle valve 15 shown is configured as a double eccentric throttle valve 15 .
  • the flap cover 16 has a flap cover thickness D1, in particular in a radially outer region.
  • the bump 30 has a bump thickness D2.
  • the contact projection thickness D2 is smaller than the flap cover thickness D1.
  • the flap cover 16 shown in FIG. 6 also has a conical shape, which is indicated by the dashed lines.
  • the flap lid 16 also has an upper and a lower bevel 47 which extend in the circumferential direction U around the flap lid 16 .
  • a vehicle 90 with a fuel cell system 11 and an electric machine 80 is shown in FIG.
  • the electric machine 80 is configured and configured to propel the vehicle 90 .
  • the fuel cell system 11 is configured and designed to supply power to the electric machine 80 .
  • the fuel cell system 11 shown has the throttle valve arrangement 10 described in detail above for controlling a process gas supply to a fuel cell of the fuel cell system 11 or for controlling a gas discharge from the fuel cell system 11 .
  • the invention permits further design principles. That is, the invention should not be considered limited to the exemplary embodiments explained with reference to the figures.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Drosselklappenanordnung (10) für ein Brennstoffzellensystem zum Kontrollieren einer Prozessgaszufuhr zu einer Brennstoffzelle im Brennstoffzellensystem oder zum Kontrollieren einer Gasabfuhr aus dem Brennstoffzellensystem, aufweisend ein Kanalgehäuse (12) mit einer Kanalinnenseite (13), durch die ein Leitvolumen (14) zum Leiten von Prozessgas zur Brennstoffzelle definiert ist, eine im Leitvolumen (14) angeordnete Drosselklappe mit einem Klappendeckel (16) und einem Deckelrand (17), und eine Lagerwelle, an der die Drosselklappe zwischen einem Freigabezustand zum Ermöglichen eines Prozessgasflusses in einer Flussrichtung (A) durch das Leitvolumen und einem Sperrzustand zum Verhindern eines Prozessgasflusses durch das Leitvolumen verschwenkbar gelagert ist, wobei die Drosselklappenanordnung ein elastisches Dichtmittel (19) aufweist zum Abdichten eines ringförmigen Spalts (20) im Sperrzustand zwischen dem Deckelrand (17) und der Kanalinnenseite (13). Die Erfindung betrifft ferner ein Brennstoffzellensystem mit einer erfindungsgemäßen Drosselklappenanordnung (10).

Description

Beschreibung
Titel
Drosselklappenanordnung und Brennstoffzellensystem
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Drosselklappenanordnung für ein Brennstoffzellensystem zum Kontrollieren einer Prozessgaszufuhr zu einer Brennstoffzelle im Brennstoffzellensystem oder zum Kontrollieren einer Gasabfuhr aus dem Brennstoffzellensystem. Die Erfindung betrifft ferner ein Brennstoffzellensystem mit einer solchen Drosselklappenanordnung.
Stand der Technik
Brennstoffzellensysteme benötigen für die gewünschte Betriebsweise einen Brennstoff und ein Oxidationsmittel. Der Brennstoff wird bei bekannten Systemen in der Regel in Form von z.B. gasförmigem Wasserstoff oder in Form von z.B. gasförmigem Kohlenwasserstoff zugeführt. Das Oxidationsmittel wird für gewöhnlich in Form von z.B. gasförmigem Sauerstoff, insbesondere in Form von Luft, zugeführt. Je nach Betriebs- und/oder Funktionszustand des Brennstoffzellensystems muss mehr oder weniger Oxidationsmittel zugeführt werden. Im Stand der Technik sind unterschiedliche Systeme zum Kontrollieren bzw. zum Steuern und/oder Regeln der Oxidationsmittelzufuhr und/oder einer Gasabfuhr für Brennstoffzellensysteme bekannt. Ferner ist es im Stand der Technik bekannt, Prozessgase im Brennstoffzellensystem, zum Brennstoffzellensystem und/oder vom Brennstoffzellensystem mittels Drosselklappenanordnungen zu kontrollieren. Drosselklappenanordnungen sind neben der Verwendung für Brennstoffzellensysteme insbesondere für die Verwendung in Verbrennungsmotoren bekannt. Dort wird durch die Drosselklappenanordnung insbesondere eine Luftzufuhr zu wenigstens einer Brennkammer des Verbrennungsmotors kontrolliert, um ein gewünschtes Luft/Brennstoff-Verhältnis zu realisieren. Aufgrund der hohen Temperaturen in und an einer Brennkraftmaschine werden in den bekannten Drosselklappenanordnungen bevorzugt ausschließlich Metallbauteile verwendet. Dasselbe trifft in analoger Weise auf die Verwendung einer Drosselklappenanordnung für herkömmliche Brennstoffzellensysteme zu. Zum Kontrollieren der Oxidationsmittel- bzw. Luftzufuhr in einem Brennstoffzellensystem sind jedoch relativ niedrige Leckagewerte gefordert, die mit den konventionellen Drosselklappenanordnungen nicht erreicht werden können. Gleichzeitig sind möglichst robuste und zuverlässig funktionierende Drosselklappenanordnungen gewünscht.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß werden nun eine verbesserte Drosselklappenanordnung sowie ein Brennstoffzellensystem mit einer solchen Drosselklappenanordnung vorgeschlagen und durch die Patentansprüche definiert. Aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Figuren ergeben sich verschiede Ausführungsformen der Erfindung. Dabei gelten Merkmale, die im Zusammenhang mit der Drosselklappenanordnung beschrieben sind auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird und/oder werden kann.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Drosselklappenanordnung für ein Brennstoffzellensystem zum Kontrollieren einer Prozessgaszufuhr zu einer Brennstoffzelle im Brennstoffzellensystem oder zum Kontrollieren einer Gasabfuhr aus dem Brennstoffzellensystem vorgeschlagen. Die Drosselklappenanordnung umfasst bzw. weist auf:
- ein Kanalgehäuse mit einer Kanalinnenseite, durch die ein Leitvolumen zum Leiten von Prozessgas zur Brennstoffzelle definiert ist,
- eine im Leitvolumen angeordnete Drosselklappe mit einem Klappendeckel und einem Deckelrand, und
- eine Lagerwelle, an der die Drosselklappe zwischen einem Freigabezustand zum Ermöglichen eines Prozessgasflusses in einer Flussrichtung durch das Leitvolumen und einem Sperrzustand zum Verhindern eines Prozessgasflusses durch das Leitvolumen verschwenkbar gelagert ist, wobei die Drosselklappenanordnung ein elastisches Dichtmittel aufweist zum Abdichten eines ringförmigen Spalts im Sperrzustand zwischen dem Deckelrand und der Kanalinnenseite.
Die Drosselklappenanordnung kann somit für ein Brennstoffzellensystem ausgebildet bzw. eingerichtet sein. Sie kann zum Einsatz oder Einbau oder zur Verwendung in einem Brennstoffzellensystem eingerichtet bzw. ausgebildet sein. Vorzugsweise ist das Dichtmittel nicht am Klappendeckel montiert.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde nicht nur erkannt, dass die Verwendung eines elastischen Dichtmittels in einer Drosselklappenanordnung für ein Brennstoffzellensystem zu einer verbesserten Dichtwirkung, insbesondere gegenüber gasförmigen Medien wie Luft, Sauerstoff, Wasserstoff und/oder gasförmigen Kohlenwasserstoffen, führt, sondern auch, dass das Dichtmittel unter Verwendung geeigneter Materialien auch den in Brennstoffzellensystemen nötigen Betriebsanforderungen standhält. Insbesondere die anspruchsvollen Betriebsanforderungen hinsichtlich Umgebungstemperaturen, Taktung sowie der wirkenden Kräfte sind es, die bislang davon abhielten, beispielsweise aus anderen technischen Gebieten wie der Lebensmittelindustrie bekannte Dichtmittel für Drosselklappen in Kraftfahrzeugen zu verwenden.
Mit dem erfindungsgemäßen Dichtmittel wird eine verbesserte Dichtwirkung im Sperrzustand geschaffen. Das Dichtmittel kann dahingehend ausgestaltet sein, dass es mit Blick in Flussrichtung überlappend zum Klappendeckel ausgestaltet und angeordnet ist, sodass der Deckelrand das Dichtmittel im Sperrzustand in Strömungs- bzw. Flussrichtung vollumfänglich überdeckt bzw. druckbeaufschlagt und dadurch die gewünschte Dichtwirkung erzeugt. Mit anderen Worten: das Dichtmittel ist derart ausgestaltet, dass es einen inneren Radius aufweist, der kleiner ist als ein äußerer Radius des Deckelrands des Klappendeckels. Im Sperrzustand tritt somit der Deckelrand in Kontakt mit dem Dichtmittel. Der Spalt zwischen Deckelrand und Kanalinnenseite ist auf diese Weise abgedichtet. Der Klappendeckel wird vorzugsweise als einstückiges und/oder monolithisches Bauteil bereitgestellt. Insbesondere kann auf einen Dichtrand aus einem elastischen Material verzichtet werden. Damit kann die Drosselklappe relativ kostengünstig und logistisch einfach zur Verfügung gestellt werden. Das Dichtmittel wird vorzugsweise als separates, insbesondere einstückiges und/oder ringförmiges Bauteil zur Verfügung gestellt. Auch dies ist hinsichtlich möglicher Reparatur- und/oder Wartungsarbeiten von Vorteil. Das Dichtmittel ist vorzugsweise direkt an der Kanalinnenseite positioniert und/oder befestigt.
Unter dem Freigabezustand ist insbesondere ein Zustand zu verstehen, in welchem wenigstens ein Teil des Klappendeckels beabstandet vom Dichtmittel und/oder in welchem der Klappendeckel annähernd vollständig beabstandet vom Dichtmittel positioniert ist. Der Klappendeckel kann im Freigabezustand abhängig vom gewünschten Prozessgasbedarf in unterschiedlichen Stellungen ausgelenkt sein. Die Drosselklappe ist dahingehend gelagert, dass, bei einer Auslenkung der Drosselklappe von beispielsweise dem Sperrzustand in den Freigabezustand, ein Teil des Deckelrands entlang der Flussrichtung ausgelenkt und/oder verschwenkt wird und ein anderer Teil des Deckelrands entgegen der Flussrichtung ausgelenkt und/oder verschwenkt wird. Im Bereich einer Wellenachse der Lagerwelle und/oder in der Nähe der Lagerwelle findet bezogen auf eine absolute Auslenkung (nicht bezüglich des Winkels) kaum eine bzw. nur eine geringe Verschwenkung des Deckelrands statt, v.a. verglichen zu den äquatorialen Abschnitten des Deckelrandes. In diesem Bereich befindet sich der Deckelrand in jeder Stellung der Drosselklappe und/oder des Klappendeckels sehr nahe am Dichtmittel, wieder verglichen mit den äquatorialen Bereichen. Die Wellenachse der Lagerwelle kann sich durch den Klappendeckel hindurch, oder, bei einer einfach oder doppelt exzentrischen Drosselklappe, beabstandet vom Klappendeckel erstrecken. Unter der Drosselklappenanordnung für eine Brennstoffzelle ist eine Drosselklappenanordnung zu verstehen, die für den Einsatz in einem gattungsgemäßen Brennstoffzellensystem eingerichtet und/oder ausgestaltet ist.
Unter dem Sperrzustand ist insbesondere ein Zustand zu verstehen, in welchem der Klappendeckel das Dichtmittel vollumfänglich kontaktiert, um eine Prozessgas- und insbesondere Luftzufuhr zur Brennstoffzelle zu verhindern. Unter der Drosselklappe kann mithin auch eine Absperrklappe verstanden werden. Die Flussrichtung erstreckt sich vorzugsweise orthogonal zu einer Lagerachse der Lagerwelle. Die Flussrichtung erstreckt sich insbesondere entlang einer Strömungsrichtung des Prozessgases durch das Leitvolumen. Die Flussrichtung kann sich, abhängig von einer Betriebsweise der Drosselklappenanordnung bzw. einer Fluidströmungsrichtung im Leitvolumen, in eine erste Richtung und/oder in eine der ersten Richtung entgegengesetzte zweite Richtung erstrecken.
Das Prozessgas wird vorzugsweise in Form von Sauerstoff, Luft, oder eines anderen sauerstoffhaltigen Oxidationsmittels zur Verfügung gestellt. Das Dichtmittel ist bevorzugt direkt an der Kanalinnenseite befestig und/oder ist dort durch wenigstens ein Befestigungsmittel befestigt. Das Dichtmittel ist vorzugsweise am Kanalgehäuse und/oder im Leitvolumen ortsfest, insbesondere form- und/oder kraftschlüssig, lösbar fixiert.
Bei dem Dichtmittel handelt es sich vorzugsweise um ein elastisches Dichtmittel, das einen elastischen Werkstoff aufweist, aus einem elastischen Werkstoff besteht und/oder durch seine Geometrie eine gewisse Elastizität aufweist. Das Dichtmittel kann wenigstens einen der folgenden Werkstoffe aufweisen oder aus wenigstens einem der folgenden Werkstoffe bestehen bzw. diesen aufweisen, insbesondere zum überwiegenden Teil (also mehr als 50%): EPDM (Ethylen- Propylen-Dien-(Monomer)-Kautschuk), HNBR (Hydrierter Acrylnitritbutadien- Kautschuk), FKM (Fluorkautschuk). Ferner ist es möglich, dass das Dichtmittel TPU (thermoplastisches Polyurethan) aufweist oder aus TPU besteht.
Das Kanalgehäuse kann in Form einer Rohrleitung und/oder eines Gehäuses mit einer Rohrleitung ausgestaltet sein. Der Deckelrand erstreckt sich bevorzugt über eine Höhe des Klappendeckels und wird durch eine Oberseite sowie eine Unterseite des Klappendeckels begrenzt. Unter dem Deckelrand kann mithin auch eine Außenumfangsfläche und/oder eine Außenwandung in Umlaufrichtung des Klappendeckels verstanden werden. Der Deckelrand kann als eine nach im Wesentlichen (+/'30°) radial außen gerichtete Stirnseite des Klappendeckels angesehen werden. Eine mögliche Verrundung dieser Stirnseite kann dem Deckelrand zugerechnet werden. Der Klappendeckel kann im Bereich des Deckelrands wenigstens eine Fase aufweisen. Die wenigstens eine Fase kann demnach, im Bereich des Deckelrands, an der Oberseite und/oder an der Unterseite des Klappendeckels ausgestaltet sein. Damit kann die Drosselklappe bzw. der Klappendeckel während eines Wechsels zwischen dem Freigabezustand und dem Sperrzustand dichtungsmaterialschonend und trotzdem unter Gewährleistung einer zuverlässigen Dichtfunktion am Dichtmittel entlanggeführt werden. Außerdem kann der Klappendeckel mit einem relativ geringen Kraftaufwand aus dem Sperrzustand in den Freigabezustand bewegt werden, wodurch die Drosselklappenanordnung effizient betrieben werden kann. Betriebsstörungen durch beispielsweise ein unbeabsichtigtes Verklemmen zwischen dem Klappendeckel und dem Dichtmittel können verhindert oder reduziert werden. Diese Fase kann in einer grundsätzlich möglichen Ausführung entlang einer um die Flussrichtung umlaufende Umfangsrichtung betrachtet in ihrem Winkel und/oder in ihrer Richtung unterschiedlich gestaltet sein. Sie kann beispielsweise so ausgestaltet sein, dass der Deckelrand im Sperrzustand mit einer vergrößerten, z.B. flachen, Auflagefläche auf dem Dichtmittel aufliegt. Da der Deckelrand wegen seiner Verschwenkung um die Lagerwelle auf einer Seite der Lagewelle das Dichtmittel entlang der Flussrichtung und auf einer gegenüberliegenden Seite entgegen der Flussrichtung kontaktiert kann die Fase z.B. auf den beiden Seiten der Drosselklappe relativ zur Lagerwelle betrachtet eine unterschiedliche Richtung aufweisen. Es ist auch möglich, dass der Klappenrand auf jeder Seite bezüglich der Flussrichtung eine Fase aufweist, also an seiner Oberseite und an seiner Unterseite. Es kann vorgesehen sein, dass der Deckelrand und/oder die Fase im Bereich der Welle einen sogenannten S- Schlag aufweist, also die Richtung ändert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es möglich, dass die Kanalinnenseite einen stufenförmigen Rücksprung aufweist und das Dichtmittel durch ein Befestigungsmittel der Drosselklappenanordnung am Rücksprung befestigt ist. Dabei kann das Dichtmittel z.B. entlang der Flussrichtung betrachtet zwischen einem distalen Ende des Befestigungsmittels und dem Rücksprung kraftschlüssig, reibschlüssig und/oder formschlüssig festgelegt sein, insbesondere zerstörungsfrei lösbar. Es kann z.B. verstemmt, verpresst und/oder eingeklemmt sein zwischen dem distalen Ende des Befestigungsmittels und dem Rücksprung. Damit kann insbesondere darauf verzichtet werden, das Dichtmittel beispielsweise in einem mantelförmigen Haltemittel zu positionieren. Außerdem kann darauf verzichtet werden, das Dichtmittel aufwändig in einer Nut in der Wand des Kanalgehäuses positionieren zu müssen. Dies hat wiederum den Effekt, dass das Dichtmittel besonders platzsparend zur Verfügung gestellt werden kann. Es kann einfach und kostengünstig und zuverlässig in der richtigen Orientierung montierbar werden, was für die Dichtwirkung sehr wichtig ist.
Darüber hinaus lassen sich das Dichtmittel und das Befestigungsmittel für Reparatur- und Wartungszwecke einfach und zerstörungsfrei voneinander lösen. Weiterhin ist ein solcher Rücksprung einfacher und kostengünstiger herstellbar als z.B. eine an der Wandinnenseite angeordnete Nut, bei der eine Entformung des Kanalgehäuses aus einem Werkzeug aufwändig ist bzw. die einen aufwändigen Fräsvorgang erfordert. Unter dem stufenförmigen Rücksprung an der Kanalinnenseite kann ein stufenförmiger Rücksprung im Kanalgehäuse verstanden werden. Im Bereich des Rücksprungs verändert sich der Innendurchmesser des Kanalgehäuses bzw. der Durchmesser des Leitvolumens. Der Rücksprung ist insbesondere nicht in Form einer Nut ausgestaltet.
Der Rücksprung bzw. die Stufe weist vorzugsweise einen Winkel in einem Bereich zwischen 60° und 120° auf. An der Stelle, an welcher das Dichtmittel in oder an den Rücksprung bzw. in oder an die Stufe gedrückt wird bzw. ist, weist der Rücksprung vorzugsweise einen Winkel bzw. Innenwinkel in einem Bereich zwischen 80° und 100°, insbesondere einen Winkel von 90°, auf. Das (elastische) Dichtmittel weist an dieser Stelle vorzugsweise einen komplementären Winkel auf. Das Befestigungsmittel wirkt insbesondere in Flussrichtung und/oder parallel zur Flussrichtung auf das Dichtmittel. Das heißt, das Befestigungsmittel bringt vorzugsweise z.B. eine Klemmkraft im Wesentlichen (z.B. +/'30°) in Flussrichtung und/oder parallel zur Flussrichtung auf das Dichtmittel auf. Das Befestigungsmittel ist bevorzugt einstückig und/oder monolithisch ausgestaltet. Ferner ist das Befestigungsmittel vorzugsweise ringförmig und/oder hülsenförmig ausgestaltet. Das Dichtmittel und das Befestigungsmittel sind vorzugsweise koaxial, insbesondere mit Bezug auf eine Achse entlang der Flussrichtung, zueinander ausgestaltet. Weiterhin ist es möglich, dass das Dichtmittel aufweist:
- einen sich zumindest im Wesentlichen in einer zur Flussrichtung senkrechten Radialrichtung bzw. radialen Richtung nach innen erstreckenden Kontaktvorsprung zum Kontaktieren des Deckelrands und dadurch zum Abdichten des ringförmigen Spalts im Sperrzustand, und
- einen sich zumindest im Wesentlichen parallel zur Flussrichtung erstreckenden ringförmigen Lagervorsprung. Der Lagervorsprung kann z.B. im Wesentlichen entgegen der Flussrichtung vom Dichtmittel abragen.
Das Befestigungsmittel weist eine ringförmige Lagervertiefung zum Lagern des Lagervorsprungs mit einem radialen Lagerspiel auf und der Kontaktvorsprung und der Lagervorsprung stehen in Wirkverbindung miteinander, zum Bewegen des Lagervorsprungs innerhalb des Lagerspiels bei einer Bewegung und/oder Verformung des Kontaktvorsprungs. Dadurch ist es möglich, dass der Kontaktvorsprung durch den Deckelrand relativ leichtgängig und trotzdem kontrolliert bewegt werden kann. Auf diese Weise kann der Kontaktvorsprung beim Auftreffen des Deckelrandes auf den Kontaktvorsprung in einer definierten Weise verlagert werden bzw. ausweichen und die Gefahr einer Beschädigung bzw. eines Bruchs oder von Rissen wird verringert. Durch den Lagervorsprung, der mit der Lagervertiefung zusammenwirkt wird vorteilhaft gleichzeitig eine übermäßige Verlagerung bzw. Verschwenkung bzw. Verkippung des Kontaktvorsprungs eingeschränkt. Denn der Lagervorsprung stößt bei einer zu großen Verschwenkung des Kontaktvorsprungs an eine Wandung der Lagervertiefung an und begrenzt so den Verlagerungsweg des Kontaktvorsprungs. Der Lagervorsprung und der Kontaktvorsprung sind vorzugsweise nebeneinander, insbesondere direkt nebeneinander, angeordnet und erstrecken sich voneinander weg. Sie sind vorzugsweise einstückig mit dem Dichtmittel und einstückig untereinander ausgebildet. Darunter, dass sich der Kontaktvorsprung im Wesentlichen in einer zur Flussrichtung senkrechten Radialrichtung nach innen erstreckt, kann verstanden werden, dass sich der Kontaktvorsprung in einem Winkelbereich zwischen 0° und 30°, insbesondere in einem Winkelbereich zwischen 0° und 15°, zur Radialrichtung nach innen (ins Innere des Kanalgehäuses hinein) erstreckt. Darunter, dass sich der Lagervorsprung zumindest im Wesentlichen in Flussrichtung erstreckt, kann verstanden werden, dass sich der Lagervorsprung in einem Winkelbereich zwischen 0° und 30°, insbesondere in einem Winkelbereich zwischen 0° und 15°, zur Flussrichtung erstreckt. Unter dem Lagerspiel können eine Lücke und/oder ein Freiraum zwischen dem Lagervorsprung und der Lagervertiefung verstanden werden, durch welche eine verformungsfreie oder im Wesentlichen verformungsfreie Bewegung des Lagervorsprungs in der Lagervertiefung möglich ist.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltungsvariante weist das Dichtmittel eine ringförmige Dichtmittelvertiefung auf, die sich im Wesentlichen in Flussrichtung erstreckt, wobei eine Seitenwandung der Dichtmittelvertiefung durch den Lagervorsprung ausgestaltet ist, wobei das Befestigungsmittel einen in der Dichtmittelvertiefung positionierten Befestigungsvorsprung zum Befestigen des Dichtmittels am Rücksprung aufweist. Auf diese Weise ist das Dichtmittel auf besonders kompakte und entsprechend platzsparende Weise zuverlässig in der gewünschten Position befestigt. Beispielsweise kann das Befestigungsmittel entlang der Flussrichtung, die auch eine axiale Richtung definieren kann, in das Kanalgehäuse eingesetzt werden und dabei das Dichtmittel entlang der Flussrichtung an den Vorsprung pressen. Durch die Dichtmittelvertiefung wird das Risiko verringert, dass das Dichtmittel bei einem Unterdrück im Kanalgehäuse nach radial innen in das Innere des Kanals gezogen wird. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass das Dichtmittel bzw. der Kontaktvorsprung unter allen Betriebsbedingungen ortsfest ist und so die Dichtwirkung beim Schließen des Klappendeckels in den Sperrzustand stets gewährleistet ist. Der Befestigungsvorsprung und die Dichtmittelvertiefung sind jeweils bevorzugt in einer Umlaufrichtung ringförmig, insbesondere geschlossen ringförmig, ausgestaltet. Die Dichtmittelvertiefung kann mithin als ringförmige Nut oder Rille mit einer Vertiefungsrichtung im Wesentlichen in Flussrichtung ausgestaltet sein. Darunter, dass sich die Dichtmittelvertiefung bzw. die Vertiefungsrichtung im Wesentlichen in Flussrichtung erstreckt, kann verstanden werden, dass sich die Dichtmittelvertiefung in einem Winkelbereich zwischen 0° und 30°, insbesondere in einem Winkelbereich zwischen 0° und 15°, zur Flussrichtung erstreckt.
Bei einer erfindungsgemäßen Drosselklappenanordnung ist es ferner möglich, dass das Dichtmittel einen am Kontaktvorsprung ausgestalteten Anschlagabschnitt aufweist und das Befestigungsmittel einen im Freigabezustand vom Anschlagabschnitt beabstandeten Gegen- Anschlagabschnitt aufweist zum Begrenzen einer Verformungsbewegung des Kontaktvorsprungs im Sperrzustand. Die Verformungsbewegung des Kontaktvorsprungs kann z.B. (zusätzlich zu anderen Begrenzungen, s.o.) durch einen Anschlag des Anschlagabschnitts am Gegen-Anschlagabschnitt begrenzt werden. Damit können insbesondere ein Wegknicken des Kontaktvorsprungs und eine daraus resultierende Leckage bzw. Undichtigkeit verhindert werden. Gleichwohl weist der Kontaktvorsprung ein gewisses Bewegungsspiel auf, wodurch z.B. ein unbeabsichtigtes Klemmen des Klappendeckels im Dichtmittel verhindert werden kann. Das Bewegungsspiel kann dahingehend realisiert werden, dass der Anschlagabschnitt im Freigabezustand beabstandet vom Gegen-Anschlagabschnitt positioniert ist.
In einer Weiterbildung kann der Klappendeckel, insbesondere im Bereich des Deckelrands, eine Klappendeckeldicke aufweisen und der Kontaktvorsprung in Flussrichtung eine Kontaktvorsprungsdicke aufweisen, wobei die Kontaktvorsprungsdicke kleiner als die Klappendeckeldicke ist. Durch diesen Aufbau ist es möglich, ein besonders materialsparendes Dichtmittel mit einem relativ dünnen Kontaktvorsprung zur Verfügung zu stellen. Im Stand der Technik bekannte Systeme, beispielsweise im entfernten technischen Gebiet der Lebensmittelindustrie, weisen einen grundlegend anderen Aufbau und deshalb meist deutlich größere Dichtmittel mit einer entsprechend größeren Dicke bzw. Höhe in Flussrichtung auf. Die größere Klappendeckeldicke weist der erfindungsgemäße Klappendeckel insbesondere in einem in Radialrichtung betrachteten äußeren Bereich des Klappendeckels auf, in welchem der Klappendeckel beispielsweise eine ringförmige Erhöhung und/oder Verdickung aufweisen kann. Das heißt, der Klappendeckel kann in einem radial äußeren Bereich eine größere Klappendeckeldicke als in einem radial inneren Bereich aufweisen. Die größere Klappendeckeldicke im radial äußeren Randbereich führt zu einer zuverlässigen Dichtwirkung am schlanken Kontaktvorsprung und zugleich zu einer materialsparenden Fertigung des Klappendeckels und/oder der Drosselklappe. Weiterhin vorteilhaft kann in einem derart etwas dicker gestalteten Deckelrand besonders einfach eine Fase angebracht werden, die die Auflagefläche des Klappendeckels auf dem Dichtmittel erhöht, z.B. auf dem Kontaktvorsprung des Dichtmittels.
Weiterhin ist es möglich, dass der Kontaktvorsprung eine konvex gekrümmte Kontaktfläche zum Kontaktieren des Deckelrands im Sperrzustand aufweist. Beispielsweise kann die Kontaktfläche entlang der Flussrichtung betrachtet eine Stromlinien- und/oder Tropfenform aufweisen. Durch die konvexe Krümmung und/oder Stromlinienform kann ein möglicher Verschleiß am Dichtmittel reduziert werden. Ferner können durch eine solche Ausgestaltung einer zum Deckelrand in Radialrichtung nach innen gerichteten Außenseite des Kontaktvorsprungs Verwirbelungen im Leitvolumen verhindert oder reduziert werden, wodurch ein möglichst effizienter Betrieb der Drosselklappenanordnung ermöglich wird. Die Ausbildung bzw. Beibehaltung eines laminaren Flusses des im Kanalgehäuse strömenden Gases wird somit befördert.
In einer Weiterbildung kann das Befestigungsmittel als Presspassteil in das Kanalgehäuse eingepresst sein. Auf zusätzliche Befestigungsmittel und/oder Prozesse für einen etwaigen Stoffschluss kann hierfür verzichtet werden. Das Befestigungsmittel kann damit entsprechend einfach, schnell, kostengünstig und platzsparend an der gewünschten Position platziert werden.
Das Befestigungsmittel selber kann hierzu z.B. entlang der radialen Richtung betrachtet ein geringfügiges Übermaß bezüglich der Kanalinnenseite aufweisen, sodass es nach der Montage (z.B. durch ein Einschieben bzw. Einstecken des Befestigungsmittels in den Kanal entlang der Flussrichtung bzw. der axialen Richtung) im Presssitz in dem Kanalgehäuse festgelegt ist. Selbstverständlich sind auch andere Befestigungsarten des Befestigungsmittels im Kanalgehäuse möglich.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Drosselklappe als exzentrische Drosselklappe ausgestaltet ist, insbesondere als doppelt exzentrische Drosselklappe. Dabei ist eine Exzentrizität der Lagerwelle in Flussrichtung bezüglich des Zentrums der Drosselklappe und/oder in der zur Flussrichtung senkrechten radialen Richtung möglich. Der Begriff „doppelt exzentrisch“ bedeutet, dass die Lagerwelle in Flussrichtung betrachtet etwas beabstandet zum Klappendeckel angeordnet ist und dass die Lagerwelle gleichzeitig auch in radialer Richtung zur Mitte des Klappendeckels versetzt ist.
In Kombination mit dem erfindungsgemäßen Dichtmittel bzw. einer entsprechenden Kontaktdichtung ist es dadurch vorteilhaft möglich, den Klappendeckel bereits bei einer geringfügigen Auslenkung deutlich vom Dichtmittel zu beabstanden bzw. die Drosselklappe vom Sperrzustand in den Freigabezustand zu verstellen. Diese Beabstandung wird an allen Stellen des Deckelrandes erreicht, also auch in den Abschnitten, durch die die Lagerwelle verlaufen würde (Polabschnitte) bei Montage in der Drosselklappe selber. Dazu kann die Drosselklappe beispielsweise ebenso wie das Kanalgehäuse im Bereich der Drosselklappe kreisrund gestaltet sein. Die Beabstandung des Randes der Drosselklappe an ihren Polabschnitten zur Kanalinnenseite bzw. zum Dichtmittel kann wie folgt verstanden werden: Beim Öffnen der Drosselklappe in den Freigabezustand wird die Drosselklappe mit ihren polseitigen Abschnitten aus einer Schließebene bzw. Sperrebene des Kanalgehäuses herausgedreht. Mit anderen Worten: das Kanalgehäuse weist in der Sperrebene inklusive des Dichtmittels einen definierten (Innen) Durchmesser auf. Die Drosselklappe weist beispielsweise einen äußeren Durchmesser auf, der kleiner ist als der Innendurchmesser der Kanalinnenseite, jedoch größer als der Innendurchmesser in der Sperrebene, in der das Dichtmittel den (Innen) Durchmesser des Kanalgehäuses verkleinert. Würde die Lagerwelle nicht exzentrisch, sondern zentrisch durch die Drosselklappe verlaufen, so würden auch bei einer Verschwenkung der Drosselklappe deren polseitige Abschnitte stets in der Sperrebene verlaufen und diese polseitigen Abschnitte stets in Kontakt mit dem Dichtmittel stehen. Bei einer exzentrischen Anordnung der Lagerwelle (egal, ob in Flussrichtung oder in radialer Richtung) dagegen gelangt bei einer Verschwenkung der Drosselklappe aus dem Sperrzustand heraus ein Abschnitt der Drosselklappe in die Sperrebene, der in einem Schnitt mit der Sperrebene nicht mehr den vollen Durchmesser der Drosselklappe aufweist. Die Polabschnitte der Drosselklappe (an denen die Drosselklappe in einer Richtung parallel zur Lagerwelle ihre größte Erstreckung, nämlich den äußeren Durchmesser, aufweist) dagegen liegen nun etwas außerhalb der Sperrebene parallel zur Flussrichtung betrachtet. An dieser Stelle ist innerhalb des Kanalgehäuses jedoch kein Dichtmittel mehr vorhanden, sodass die Drosselklappe keinen mechanischen Kontakt mehr mit der Kanalinnenseite aufweist und auch nicht mit dem Dichtmittel in der Sperrebene.
Dadurch wird ein Verschleiß des Dichtmittels verringert, insbesondere auch in denjenigen Bereichen des Dichtmittels, die nahe an der Lagerwelle angeordnet sind. Diese Bereiche sind im Falle einer nicht exzentrischen Drosselklappe über einen deutlich größeren Verschwenkbereich des Klappendeckels in mechanischem Kontakt mit den Deckelrand und verschleißen daher schneller. Weiterhin ist im Unterschied zu einer zentrischen Drosselklappe auf diese Weise keine Durchführung der Lagerwelle durch das Dichtmittel hindurch notwendig. Dadurch kann das Dichtmittel vorteilhaft entlang der Flussrichtung betrachtet dünner ausgestaltet werden und die Dichtwirkung wird nicht durch eine Materialschwächung im Bereich der Wellendurchführung gefährdet. Die Lebensdauer des Dichtmittels wird auf diese Weise vorteilhaft erhöht. Der Klappendeckel kann ferner eine konische, insbesondere eine im Sperrzustand sich in Flussrichtung verjüngende Form, aufweisen, um diesen Effekt zu verstärken. Hierdurch kann außerdem ein Kontaktdruck zwischen dem Deckelrand und dem Dichtmittel bzw. ein entsprechendes Lösemoment zum Verstellen der Drosselklappe aus dem Sperrzustand in den Freigabezustand verringert werden. Außerdem taucht die Drosselklappe beim Öffnen bereits bei einem kleinerem Verschwenkwinkel aus dem Dichtmittel aus, insbesondere im Vergleich zu einem z.B. zylindrischen Deckelrand. Damit können wiederum ein Verschleiß am Dichtmittel sowie an der Drosselklappe verringert und folglich die Lebenszeit der Drosselklappenanordnung verlängert werden. Weiterhin kann ein besonders homogenes Andrücken des Deckelrands an das Dichtmittels erreicht werden. Weiterhin vorteilhaft kann durch die in radialer Richtung versetzt angeordnete Lagerwelle ein leichteres Öffnen aus dem Sperrzustand oder alternativ ein selbsttätiges Geschlossenhalten des Klappendeckels im
Sperrzustand ermöglichen. Da die Lagerwelle in radialer Richtung nicht zentrisch verläuft wird weist eine der beiden Seiten des Klappendeckels relativ zu der Lagerwelle eine größere Fläche auf. Ein mit Druck anstehendes fluides Medium, z.B. Prozessgas, drückt somit den Klappendeckel ohne Gegen haltekraft auf, wenn diejenige Seite des Klappendeckels die größere Fläche aufweist, die in Flussrichtung öffnet. Weist dagegen die andere Seite eine größere Fläche auf (die in Flussrichtung schließt), so wird der Sperrzustand durch anstehendes Gas aufrecht erhalten, sodass z.B. keine Motorkraft notwendig ist, um den Sperrzustand zu bewahren. Somit kann je nach Anwendungsfall durch diese Exzentrizität ein Energieverbrauch der Drosselklappe im Betrieb verringert werden.
Bereits eine einfach exzentrische Anordnung ermöglicht das oben beschriebene Austauchen. Eine doppelte Exzentrizität ermöglicht ein noch schnelleres Austauchen der Drosselklappe aus dem Dichtmittel und damit einen noch geringeren Verschleiß des Dichtmittels.
Dabei kann bezüglich der Flussrichtung betrachtet die Lagerwelle z.B. außerhalb der Sperrebene der Dichtung angeordnet sein. Mit anderen Worten: die Exzentrizität in dieser Richtung kann derart gestaltet sein, dass die Dichtung keine Durchführung (nicht einmal partiell) für die Lagerwelle bereitstellen muss.
Bezüglich der radialen Richtung betrachtet kann Exzentrizität z.B. wenigstens 0,5%, bevorzugt wenigstens 1% und ganz besonders bevorzugt wenigstens 1,5% des Durchmessers betragen. Beispielsweise kann bei einem kreisrunden Klappendurchmesser von 100mm die Lagerwelle an einer radialen Position von 48,5mm liegen, somit also 1,5mm und damit 1,5% des Durchmessers vom idealen Zentrum entfernt sein, welches bei 50mm liegen würde. Die Exzentrizität in radialer Richtung kann auf z.B. höchstens 20%, bevorzugt höchstens 15% und besonders bevorzugt auf höchstens 10% des Durchmessers beschränkt sein.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem mit einer Brennstoffzelle und mit einer wie vorstehend im Detail beschriebenen Drosselklappenanordnung. Damit bringt das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf die erfindungsgemäße Drosselklappenanordnung beschrieben worden sind. Die Drosselklappenanordnung befindet sich vorzugsweise direkt an der Brennstoffzelle, sodass ein Leitvolumen stromabwärts der Drosselklappe der Brennstoffzelle zugeordnet werden kann und ein Leitvolumen stromaufwärts der Drosselklappe einer Zuführleitung zum Zuführen von Prozessgas, insbesondere Oxidationsmittel in Form von Luft, zugeordnet werden kann. Falls die Drosselklappe zum Kontrollieren einer Gasabfuhr gedacht ist, so ist das Leitvolumen stromaufwärts der Drosselklappe der Brennstoffzelle zugeordnet und das Leitvolumen stromabwärts ist einer Ableitung zugeordnet.
Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zu verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind.
Es zeigen jeweils schematisch:
Figur 1 eine Schnittansicht einer Drosselklappenanordnung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform,
Figur 2 eine Detail-Schnittansicht einer Drosselklappenanordnung gemäß der bevorzugten Ausführungsform in einem ersten Betriebszustand,
Figur 3 eine Detail-Schnittansicht einer Drosselklappenanordnung gemäß der bevorzugten Ausführungsform in einem zweiten Betriebszustand,
Figur 4 eine Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Dichtmittels,
Figur 5 eine Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Befestigungsmittel,
Figur 6 eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Drosselklappe, und
Figur 7 ein Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem.
Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Figur 1 zeigt eine Drosselklappenanordnung 10 für ein in Fig. 7 dargestelltes Brennstoffzellensystem 11 zum Kontrollieren einer Prozessgaszufuhr zu einer Brennstoffzelle im Brennstoffzellensystem 11 oder zum Kontrollieren einer Gasabfuhr aus dem Brennstoffzellensystem 11. Die Drosselklappenanordnung 10 kann beispielsweise eingerichtet oder ausgebildet sein für ein derartiges Brennstoffzellensystem 11, z.B. eingerichtet oder ausgebildet zur Montage oder zum Betrieb oder zur Verwendung in einem derartigen Brennstoffzellensystem 11. Die gezeigte Drosselklappenanordnung 10 weist ein Kanalgehäuse 12 mit einer Kanalinnenseite 13, durch die ein Leitvolumen 14 zum Leiten von Prozessgas zur Brennstoffzelle definiert ist, auf. Die Drosselklappenanordnung 10 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel ferner eine im Leitvolumen 14 angeordnete, hier beispielhaft doppelt exzentrische, Drosselklappe 15 mit einem Klappendeckel 16 und einem Deckelrand 17 sowie eine Lagerwelle 18, an der die Drosselklappe 15 zwischen einem Freigabezustand zum Ermöglichen eines Prozessgasflusses in einer Flussrichtung A durch das Leitvolumen und einem Sperrzustand zum Verhindern eines Prozessgasflusses durch das Leitvolumen verschwenkbar gelagert ist. Die Drosselklappenanordnung 10 umfasst darüber hinaus ein elastisches Dichtmittel 19 zum Abdichten eines ringförmigen Spalts 20 im Sperrzustand zwischen dem Deckelrand 17 und der Kanalinnenseite 13.
Die Kanalinnenseite 13 weist hier beispielhaft einen stufenförmigen Rücksprung 22 auf und das Dichtmittel 19 ist durch ein Befestigungsmittel 21 am Rücksprung 22 befestigt. Dies erfolgt hier -lediglich beispielsweise - indem das Dichtmittel 19 entlang der Flussrichtung A betrachtet zwischen einem in Fig. 5 gezeigten distalen Ende 46 des Befestigungsmittels 21 und dem Rücksprung 22 kraft- und formschlüssig eingeklemmt bzw. verpresst ist. Das Befestigungsmittel 21 ist als Presspassteil in das Kanalgehäuse 12 eingepresst.
Die Flussrichtung A kann auch als axiale Richtung bezeichnet werden. Sie wird von einer Umlaufrichtung U umlaufen.
Wie in Figur 2 im Detail beispielhaft dargestellt, weist das Dichtmittel 19 einen sich in einer zur Flussrichtung A senkrechten Radialrichtung R nach innen erstreckenden Kontaktvorsprung 30 zum Kontaktieren des Deckelrands 17 und dadurch zum Abdichten des ringförmigen Spalts 20 im Sperrzustand auf. Das Dichtmittel 19 weist ferner einen sich entlang der Flussrichtung A erstreckenden ringförmigen Lagervorsprung 27 auf, wobei das Befestigungsmittel 21 eine ringförmige Lagervertiefung 28 zum Lagern des Lagervorsprungs 27 mit einem radialen Lagerspiel 29 aufweist. Genauer gesagt ist der Lagervorsprung 27 in dem gezeigten Beispiel mit einem Lagerspiel in Radialrichtung R sowie in Axialrichtung A in der Lagervertiefung 28 positioniert. Der Lagervorsprung 27 erstreckt sich parallel zur Flussrichtung A und ragt hier entgegen der Flussrichtung A vom Dichtmittel 19 ab. Kontaktvorsprung 30 und Lagervorsprung sind hier beispielhaft integral mit dem Dichtmittel 19 einstückig verbunden. Das Dichtmittel 19 kann z.B. ein Spritzgussteil sein. Wie in Fig. 2 zu erkennen, stehen der Kontaktvorsprung 30 und der Lagervorsprung 27 dahingehend in Wirkverbindung miteinander, dass bei einer Bewegung und/oder Verformung des Kontaktvorsprungs 30 der Lagervorsprung 27 innerhalb des Lagerspiels 29 bewegt wird. Im gezeigten Beispiel (und auf der dargestellten Seite der Drosselklappe) wird der Kontaktvorsprung 30 durch den Klappendeckel 16 bzw. den Deckelrand 17 teilweise parallel zur Flussrichtung A (hier: nach unten) gedrückt, wodurch der Lagervorsprung 27 teilweise in Radialrichtung bzw. der radialen Richtung R nach außen gedrückt bzw. bewegt wird.
Wie in den Figuren 2 und 4 dargestellt, weist das Dichtmittel 19 eine beispielsweise entlang der Umlaufrichtung U z.B. ringförmige Dichtmittelvertiefung 41 auf, die sich mit Bezug auf die Vertiefung im Wesentlichen parallel zur Flussrichtung A erstreckt (hier: in Flussrichtung A), wobei eine Seitenwandung 43 der Dichtmittelvertiefung 41 durch den Lagervorsprung 27 ausgestaltet ist. In Fig. 4 ist ferner zu erkennen, dass das Dichtmittel 19 einen am Kontaktvorsprung 30 ausgestalteten Anschlagabschnitt 44 aufweist. Der Kontaktvorsprung 30 weist, zumindest mit Blick auf den dargestellten Querschnitt, eine konvex gekrümmte Kontaktfläche zum Kontaktieren des Deckelrands 17 auf.
Mit zusätzlichem Blick auf Figur 5 ist zu erkennen, dass das Befestigungsmittel 21 einen Gegen-Anschlagabschnitt 45 aufweist, der in dem in Fig. 2 gezeigten Sperrzustand eine Verformungsbewegung des Kontaktvorsprungs 30 begrenzt, insbesondere parallel zur Flussrichtung A. Der Kontaktvorsprung 30 wird in dem in Fig. 2 gezeigten Beispiel so weit nach unten bzw. in Flussrichtung A verschoben und verformt, bis der Anschlagabschnitt 44 am Gegen- Anschlagabschnitt 45 anliegt und/oder die Bewegung des Lagervorsprungs 27 in der Lagervertiefung 28 in Radialrichtung R durch den Befestigungsvorsprung 42 begrenzt wird.
Figur 3 zeigt einen Freigabezustand, in welchem ein Prozessgasfluss in der Flussrichtung A durch das Leitvolumen 14 möglich ist. In diesem Zustand liegt der im Detail gezeigte Abschnitt der Drosselklappe 15 bzw. des Deckelrands 17 nicht am Dichtmittel 19 an. Folglich ist der Anschlagabschnitt 44 beabstandet von dem in Fig. 5 gekennzeichneten Gegen-Anschlagabschnitt 45 angeordnet. In Fig. 5 ist ferner dargestellt, dass das Befestigungsmittel 21 einen in der Dichtmittelvertiefung 41 positionierten Befestigungsvorsprung 42 zum Befestigen des Dichtmittels 19 am Rücksprung 22 aufweist.
In Figur 6 ist eine Drosselklappe 15 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt. Die gezeigte Drosselklappe 15 ist als doppelt exzentrische Drosselklappe 15 konfiguriert. Der Klappendeckel 16 weist insbesondere in einem radial äußeren Bereich eine Klappendeckeldicke Dl auf. Wie in Fig. 4 dargestellt, weist der Kontaktvorsprung 30 eine Kontaktvorsprungsdicke D2 auf. Wie nun insbesondere in den Figuren 1 bis 3 zu erkennen, ist die Kontaktvorsprungsdicke D2 kleiner als die Klappendeckeldicke Dl. Der in Fig. 6 gezeigte Klappendeckel 16 weist ferner eine konische Form auf, die durch die gestrichelten Linien angedeutet ist. Der Klappendeckel 16 weist im Bereich des Deckelrands 17 außerdem eine obere und eine untere Fase 47 auf, die sich in Umlaufrichtung U um den Klappendeckel 16 erstrecken.
In Figur 7 ist ein Fahrzeug 90 mit einem Brennstoffzellensystem 11 und einer elektrischen Maschine 80 dargestellt. Die elektrische Maschine 80 ist zum Antreiben des Fahrzeugs 90 konfiguriert und ausgestaltet. Das Brennstoffzellensystem 11 ist für eine Stromversorgung der elektrischen Maschine 80 konfiguriert und ausgestaltet. Das gezeigte Brennstoffzellensystem 11 weist die vorstehend im Detail beschriebene Drosselklappenanordnung 10 zum Kontrollieren einer Prozessgaszufuhr zu einer Brennstoffzelle des Brennstoffzellensystems 11 oder zum Kontrollieren einer Gasabfuhr aus dem Brennstoffzellensystem 11 auf. Die Erfindung lässt neben den dargestellten Ausführungsformen weitere Gestaltungsgrundsätze zu. Das heißt, die Erfindung soll nicht auf die mit Bezug auf die Figuren erläuterten Ausführungsbeispiele beschränkt betrachtet werden.

Claims

Ansprüche
1. Drosselklappenanordnung (10) für ein Brennstoffzellensystem (11) zum Kontrollieren einer Prozessgaszufuhr zu einer Brennstoffzelle im Brennstoffzellensystem (11) oder zum Kontrollieren einer Gasabfuhr aus dem Brennstoffzellensystem (11), aufweisend:
- ein Kanalgehäuse (12) mit einer Kanalinnenseite (13), durch die ein Leitvolumen (14) zum Leiten von Prozessgas zur Brennstoffzelle definiert ist,
- eine im Leitvolumen (14) angeordnete Drosselklappe (15) mit einem Klappendeckel (16) und einem Deckelrand (17), und
- eine Lagerwelle (18), an der die Drosselklappe (15) zwischen einem Freigabezustand zum Ermöglichen eines Prozessgasflusses in einer Flussrichtung (A) durch das Leitvolumen und einem Sperrzustand zum Verhindern eines Prozessgasflusses durch das Leitvolumen verschwenkbar gelagert ist, wobei die Drosselklappenanordnung ein elastisches Dichtmittel (19) aufweist zum Abdichten eines ringförmigen Spalts (20) im Sperrzustand zwischen dem Deckelrand (17) und der Kanalinnenseite (13).
2. Drosselklappenanordnung (10) nach Anspruch 1, wobei die Kanalinnenseite (13) einen stufenförmigen Rücksprung (22) aufweist und das Dichtmittel (19) durch ein Befestigungsmittel (21) der Drosselklappenanordnung (10) am Rücksprung (22) befestigt ist, insbesondere indem das Dichtmittel (19) entlang der Flussrichtung (A) betrachtet zwischen einem distalen Ende (46) des Befestigungsmittels (21) und dem Rücksprung (27) kraftschlüssig oder reibschlüssig oder formschlüssig festgelegt ist.
3. Drosselklappenanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Dichtmittel (19) aufweist: - einen sich zumindest im Wesentlichen in einer zur Flussrichtung (A) senkrechten Radialrichtung (R) nach innen erstreckenden Kontaktvorsprung (30) zum Kontaktieren des Deckelrands (17) und dadurch zum Abdichten des ringförmigen Spalts (20) im Sperrzustand und
- einen sich zumindest im Wesentlichen parallel zur Flussrichtung (A) erstreckenden, insbesondere im Wesentlichen entgegen der Flussrichtung (A) vom Dichtmittel (19) abragenden, ringförmigen Lagervorsprung (27), wobei das Befestigungsmittel (21) eine ringförmige Lagervertiefung (28) zum Lagern des Lagervorsprungs (27) mit einem radialen Lagerspiel (29) aufweist und der Kontaktvorsprung (30) und der Lagervorsprung (27) in Wirkverbindung miteinander stehen, zum Bewegen des Lagervorsprungs (27) innerhalb des Lagerspiels (29) bei einer Bewegung und/oder Verformung des Kontaktvorsprungs (30). Drosselklappenanordnung (10) nach Anspruch 3, wobei das Dichtmittel (19) eine ringförmige Dichtmittelvertiefung (41) aufweist, die sich im Wesentlichen in Flussrichtung (A) erstreckt, wobei eine Seitenwandung (43) der Dichtmittelvertiefung (41) durch den Lagervorsprung (27) ausgestaltet ist, wobei das Befestigungsmittel (21) einen in der Dichtmittelvertiefung (41) positionierten Befestigungsvorsprung (42) zum Befestigen des Dichtmittels (19) am Rücksprung (22) aufweist. Drosselklappenanordnung (10) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei das Dichtmittel (19) einen am Kontaktvorsprung (30) ausgestalteten Anschlagabschnitt (44) aufweist, wobei das Befestigungsmittel (21) einen im Freigabezustand vom Anschlagabschnitt (44) beabstandeten Gegen-Anschlagabschnitt (45) aufweist zum Begrenzen einer Verformungsbewegung des Kontaktvorsprungs (30) im Sperrzustand, insbesondere durch einen Anschlag des Anschlagabschnitts (44) am Gegen-Anschlagabschnitt (45). Drosselklappenanordnung (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei der Klappendeckel (16), insbesondere im Bereich des Deckelrands eine Klappendeckeldicke (Dl) aufweist, wobei der Kontaktvorsprung (30) in Flussrichtung (A) eine Kontaktvorsprungsdicke (D2) aufweist, wobei die Kontaktvorsprungsdicke (D2) kleiner als die Klappendeckeldicke (Dl) ist. Drosselklappenanordnung (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei der Kontaktvorsprung (30) eine konvex gekrümmte Kontaktfläche zum Kontaktieren des Deckelrands (17) im Sperrzustand aufweist, wobei insbesondere die Kontaktfläche entlang der Flussrichtung (A) betrachtet eine Stromlinienform aufweist. Drosselklappenanordnung (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei das Befestigungsmittel (21) als Presspassteil in das Kanalgehäuse (12) eingepresst ist. Drosselklappenanordnung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Drosselklappe (15) als exzentrische, insbesondere doppelt exzentrische, Drosselklappe (15) ausgestaltet ist. Brennstoffzellensystem (11) mit einer Brennstoffzelle und mit einer Drosselklappenanordnung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche.
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