WO2023285117A1 - Sperrventil und steuerungsverfahren zum steuern eines druckgasflusses aus einem drucktank - Google Patents

Sperrventil und steuerungsverfahren zum steuern eines druckgasflusses aus einem drucktank Download PDF

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Abstract

Sperrventil (100) zum Kontrollieren eines Druckgasflusses von einem Druckgasbehälter (109) in einen systemseitigen Raum (111), wobei das Sperrventil (100) ein Hauptventil (101), ein Servoventil (103), eine Spule (105) und einen Mitnehmer (107) umfasst. Ferner umfasst die Erfindung ein Steuerungsverfahren (200) zum Steuern eines Druckgasflusses aus einem Drucktank (300) mittels eines Sperrventils (100), ein Drucktanksystem (300) mit einem Sperrventil sowie ein Fahrzeug (200) mit einem Drucktanksystem (300).

Description

Beschreibung
Titel
Sperrventil und Steuerungsverfahren zum Steuern eines Druckgasflusses aus einem Drucktank
Stand der Technik
Wasserstoff wird häufig als Kraftstoff zum Betreiben von Brennstoffzellen aber auch von Verbrennungskraftmaschinen eingesetzt. Da Wasserstoff stark explosionsfähig ist, muss dieser sicher in einem Drucktank gelagert werden. Zum Kontrollieren eines Wasserstoffflusses aus einem Drucktank werden Sperrventile eingesetzt.
Offenbarung der Erfindung
Im Rahmen der vorgestellten Erfindung werden ein Sperrventil, ein Steuerungsverfahren, ein Drucktank und ein Fahrzeug mit den Merkmalen der jeweiligen unabhängigen Patentansprüche vorgestellt. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Sperrventil beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Steuerungsverfahren bzw. dem erfindungsgemäßen Drucktank und dem erfindungsgemäßen Fahrzeug, und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
Die vorgestellte Erfindung dient insbesondere dazu, eine robuste und verlässliche Kontrolle eines Flusses von Druckgas, insbesondere Wasserstoff, aus einem Drucktank zu ermöglichen. Es wird somit in einem ersten Aspekt der vorgestellten Erfindung ein Sperrventil zum Kontrollieren eines Druckgasflusses von einem Druckgasbehälter in einen systemseitigen Raum vorgestellt. Das Sperrventil umfasst ein Hauptventil, ein Servoventil, eine Spule und einen Mitnehmer.
Die Spule ist dazu konfiguriert, bei einer Bestromung der Spule mit elektrischem Strom, das Servoventil von einer ersten Servoventilstellung in eine zweite Servoventilstellung zu bewegen, sodass das Servoventil einen Steuerungskanal in dem Hauptventil zwischen einem Steuerraum des Sperrventils und einem systemseitigen Raum freigibt, und ein in dem Steuerraum befindliches Druckgas in den systemseitigen Raum strömt.
Das Servoventil verschließt in der ersten Servoventilstellung den Steuerungskanal gasdicht, insbesondere wasserstoffdicht. Weiterhin gibt das Servoventil in der zweiten Servoventilstellung den Steuerungskanal frei und ist in eine Ventilkammer über dem Servoventil eingefahren.
Der Mitnehmer ist an einer Mitnehmeraufnahme des Servoventils und an einer Hauptventilaufnahme des Hauptventils angeordnet, wobei die Mitnehmeraufnahme einen größeren Querschnitt aufweist als der Mitnehmer, sodass das Servoventil zwischen der ersten Servoventilstellung und einer Servoventilhilfsstellung bewegbar ist, ohne den Mitnehmer zu bewegen.
Das Servoventil gibt in der Servoventilhilfsstellung den Steuerungskanal frei, ist aber noch nicht in die Ventilkammer eingefahren.
Das Servoventil ist dazu konfiguriert, bei einer Bewegung von der Servoventilhilfsstellung in die zweite Servoventilstellung den Mitnehmer mit in Richtung der Ventilkammer zu bewegen.
Der Mitnehmer ist dazu konfiguriert, eine durch eine Bewegung des Servoventils in die zweite Servoventilstellung bereitgestellte Kraft auf das Hauptventil zu übertragen und das Hauptventil von einer ersten Hauptventilstellung in eine zweite Hauptventilstellung zu bewegen. Das Hauptventil verschließt in der ersten Hauptventilstellung einen Hauptkanal, der den Druckgasbehälter mit dem systemseitigen Raum verbindet, gasdicht, und gibt in der zweiten Hauptventilstellung den Hauptkanal frei.
Unter einem Sperrventil ist im Kontext der vorgestellten Erfindung ein Absperrventil zum Absperren und Freigeben eines druckgasleitenden Pfades zu verstehen.
Unter einem Druckgasbehälter ist im Kontext der vorgestellten Erfindung ein Raum zu verstehen, in dem ein Gas, insbesondere Wasserstoff mit Hochdruck, insbesondere mit einem Druck bis 1100 bar, gelagert wird.
Unter einem systemseitigen Raum ist im Kontext der vorgestellten Erfindung ein Raum zu verstehen, der abströmseitig vom Sperrventil angeordnet ist und üblicherweise Drücke zwischen Atmosphärendruck und Speicherdruck im Druckgasbehälter annehmen kann.
Unter einem Mitnehmer ist im Kontext der vorgestellten Erfindung ein mechanisches Kopplungselement zum Übertragen einer Kraft von einem ersten beweglichen Bauteil auf ein zweites bewegliches Bauteil zu verstehen.
Die vorgestellte Erfindung basiert auf zwei beweglichen Ventilen, nämlich einem Servoventil, das einen Druckgasfluss und, dadurch bedingt, einen Druckverlauf in dem Sperrventil einstellt, und einem Hauptventil, das einen Druckgasfluss aus dem Sperrventil bzw. durch das Sperrventil einstellt.
Erfindungsgemäß wirken das Servoventil und das Hauptventil zusammen, um eine robuste und verlässliche Bewegung des Hauptventils zwischen einer ersten Hauptventilstellung, bspw. einer Sperrsteilung und einer zweiten Hauptventilstellung, bspw. einer Freigabestellung, zu ermöglichen.
Das vorgestellte Sperrventil verbindet über einen Hauptkanal einen Druckgasbehälter, in der Regel einen Drucktank, mit einem systemseitigen Raum, welcher üblicherweise über eine fluidisch leitende Verbindung bspw. ein Brennstoffzellensystem oder eine Verbrennungskraftmaschine mit Brennstoff, insbesondere z.B. Wasserstoff versorgen kann. Zur Anpassung des Druckniveaus z.B. im Brennstoffzellensystem oder einer Verbrennungskraftmaschine werden diese üblicherweise mittelbar über Druckminderer mit dem systemseitigen Raum verbunden. In dem Hauptkanal ist das Hauptventil des Sperrventils beweglich angeordnet, sodass das Hauptventil ein Strömen von Druckgas aus dem Druckgasbehälter in den systemseitigen Raum verhindert bzw. sperrt, wenn sich das Hauptventil in der ersten Hauptventilstellung befindet und bspw. in den Hauptkanal hinein ragt bzw. den Hauptkanal gasdicht verschließt. In der zweiten Hauptventilstellung gibt das Hauptventil eine Strömung von Druckgas aus dem Druckgasbehälter in den systemseitigen Raum frei, was bspw. über eine beabstandete Position zum Hauptkanal erfolgt.
Um ein Bewegen des Hauptventils von der ersten Hauptventilstellung in die zweite Hauptventilstellung zu ermöglichen, umfasst das vorgestellte Sperrventil einen Mitnehmer, der das Servoventil und das Hauptventil mechanisch koppelt, sodass eine Kraft zum Bewegen des Servoventils zumindest teilweise auf das Hauptventil übertragen wird, wenn sich das Servoventil bewegt. Entsprechend bewirkt der Mitnehmer eine Beaufschlagung des Hauptventils mit additiven Kräften, nämlich einer durch eine Bewegung des Servoventils in die zweite Servoventilstellung bereitgestellte Kraft und eine pneumatische Kraft, die sich durch eine Druckdifferenz zwischen einem Steuerraum des Sperrventils und einem aus dem Druckgasbehälter auf das Hauptventil wirkenden Druck ergibt.
Aufgrund der additiven Beaufschlagung des Hauptventils mit verschiedenen Kräften wird eine sichere und schnelle Bewegung des Hauptventils von der ersten Hauptventilstellung in die zweite Hauptventilstellung sichergestellt.
Es kann vorgesehen sein, dass die Mitnehmeraufnahme einen Bewegungsraum zum Bewegen des Servoventils unabhängig von dem Mitnehmer umfasst, wobei der Bewegungsraum eine Höhe aufweist, die eine Bewegung des Servoventils von der ersten Servoventilstellung in die Servoventilhilfsstellung ermöglicht.
Die erfindungsgemäß vorgesehene Mitnehmeraufnahme kann bspw. eine Bohrung in dem Servoventil bzw. durch das Servoventil sein. In einerweiteren Ausführungsvariante kann die Mitnehmeraufnahme bspw. als Bohrung im bzw. durch das Hauptventil ausgeführt sein. Optional kann die Mitnehmeraufnahme einen Anschlag zum Kontaktieren des Mitnehmers umfassen. Dabei kann der Anschlag eine Form aufweisen, die einer vorgegebenen Übertragungsfunktion zum Übertragen einer Kraft von dem Servoventil auf das Hauptventil entsprechend gewählt ist, sodass die Übertragungsfunktion eine Kennlinie einer Bewegung des Hauptventils von der ersten Hauptventilstellung in die zweite Hauptventilstellung vorgibt.
Um eine bereichsweise unabhängige Bewegung des Servoventils von dem Mitnehmer zu ermöglichen, und bspw. das Servoventil von der ersten Servoventilstellung in die Servoventilhilfsstellung zu bewegen, ohne dass das Hauptventil bewegt wird, kann die Mitnehmeraufnahme einen Bewegungsraum zum Bewegen des Servoventils unabhängig von dem Mitnehmer umfassen. Der Bewegungsraum kann bspw. ein sogenanntes „Spiel“ zwischen dem Mitnehmer und der Mitnehmeraufnahme sein, innerhalb dessen das Servoventil sich unabhängig von dem Mitnehmer bzw. kontaktlos zu dem Mitnehmer bewegen kann.
In einer ersten Ausführungsvariante ist hierbei der Mitnehmer fest mit dem Servoventil verbunden. Entsprechend bewirkt der Bewegungsraum ein sukzessives Öffnen des vorgestellten Sperrventils, da zunächst das Servoventil von der ersten Servoventilstellung in die Servoventilhilfsstellung bewegt wird bis der Mitnehmer mit der Mitnehmeraufnahme in Kontakt kommt und anschließend, nachdem in der Servoventilhilfsstellung ein Druck in dem Steuerraum des Sperrventils minimiert wurde, das Servoventil in die zweite Servoventilstellung bewegt wird und dabei das Hauptventil von der ersten Hauptventilstellung in die zweite Hauptventilstellung zieht bzw. drückt.
In einerweiteren Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass der Mitnehmer fest mit dem Hauptventil verbunden ist.
Eine feste Verbindung, d.h. eine Verbindung ohne sogenanntes „Spiel“ bzw. ohne einen Bewegungsraum zur unabhängigen Bewegung von Hauptventil und Mitnehmer bewirkt eine direkte Übertragung einer durch den Mitnehmer bereitgestellten bzw. übertragenen Kraft auf das Hauptventil, sodass eine Bewegung des Mitnehmers direkt bzw. unmittelbar zu einer Bewegung des Hauptventils führt.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass der Mitnehmer ein Bolzen ist.
Ein Bolzen, insbesondere ein Metallbolzen hat sich als robust und verlässlich erwiesen und trägt daher zu einer langen Standzeit des vorgestellten Sperrventils bei.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Mitnehmer aus einem flexiblen bzw. elastischen Material besteht, um eine bereichsweise unabhängige Bewegung des Servoventils von dem Hauptventil zu ermöglichen.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass das Sperrventil einen Steuerraum umfasst, der mit dem Steuerungskanal fluidisch leitend verbunden ist, wenn sich das Servoventil in der Servoventilhilfsstellung befindet.
Ein Steuerraum zur Aufnahme von Druckgas aus dem Druckgasbehälter, der mit dem Steuerungskanal verbunden ist, kann dazu verwendet werden, einen in dem Steuerraum anliegenden Druck durch Abgabe von Druckgas in den Steuerungskanal zu reduzieren und, dadurch bedingt, eine Bewegung des Hauptventils zu ermöglichen. Dazu kann der Steuerraum bspw. zwischen dem Servoventil und dem Hauptventil angeordnet sein. Entsprechend kann das Servoventil dazu verwendet werden, einen Druck in dem Steuerraum einzustellen und dadurch bedingt, eine Bewegung des Hauptventils zu kontrollieren indem das Servoventil den Steuerungskanal verschließt oder freigibt.
Es kann vorgesehen sein, dass das Hauptventil eine gehäuseseitige Hubbegrenzung aufweist, derart, dass der Hauptventilhub kleiner als der Servoventilhub ist und bei vollständig geöffnetem Servoventil sowie vollständig geöffnetem Hauptventil der Servoventilsitz geöffnet bleibt und ein Druckausgleich zwischen Steuerraum und systemseitigem Raum stattfinden kann. Es kann ebenso vorgesehen sein, dass die pneumatische Trennung des Steuerraums vom Druckgasbehälter über eine Führung zwischen Servoventil und Gehäuse erfolgt.
In einerweiteren vorteilhaften Ausführung kann aber die pneumatische Trennung des Steuerraums auch durch übliche Dichtungselemente wie z.B. O-Ringe oder Dichtlippen in der Führung des Hauptventils erfolgen, was eine besonders starke Druckabsenkung im Steuerraum und dadurch auch eine besonders große öffnende Kraftwirkung am Hauptventil ermöglicht. Um in diesem Fall beim Schließvorgang nach Abschalten der magnetischen Kraftwirkung trotzdem ein sicheres Schließen zu gewährleisten muss dann eine alternative pneumatisch drosselnde Verbindung zwischen Steuerraum und Druckgasbehälter vorhanden sein, diese kann aber im Gegensatz zu einer Führung fertigungstechnisch besonders einfach z.B. durch Drosselbohrungen zwischen Hochdruckbereich 109 und Steuerraum erfolgen, z.B. im Hauptventil, im Servoventil oder im Gehäuse.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass das Sperrventil eine Druckfeder umfasst, die dazu konfiguriert ist, das Servoventil in die erste Servoventilstellung und das Hauptventil in die erste Hauptventilstellung zu drücken, wenn die Spule stromfrei ist.
Eine Druckfeder ermöglicht eine sichere und zuverlässige Absperrung des Sperrventils auch im Fehlerfall einer elektrischen Versorgung des Sperrventils.
In einem zweiten Aspekt betrifft die vorgestellte Erfindung ein Steuerungsverfahren zum Steuern eines Druckgasflusses aus einem Drucktank mittels eines Sperrventils. Das Sperrventil umfasst ein Hauptventil, ein Servoventil, eine Spule und einen Mitnehmer. Das Steuerungsverfahren umfasst einen Öffnungsschritt zum Öffnen des Sperrventils, bei dem die Spule mit elektrischem Strom bestromt wird, um das Servoventil von einer ersten Servoventilstellung in eine zweite Servoventilstellung zu bewegen, sodass das Servoventil einen Steuerungskanal in dem Hauptventil zwischen einem Steuerraum des Sperrventils und einem systemseitigen Raum freigibt, und ein in dem Steuerraum befindliches Druckgas in den systemseitigen Raum strömt, wobei ein Mitnehmer, der zwischen dem Servoventil und an dem Hauptventil angeordnet ist, eine zur Bewegung des Servoventils bereitgestellte Kraft auf das Hauptventil überträgt, wenn das Servoventil von der ersten Servoventilstellung in die zweite Servoventilstellung bewegt wird, sodass das Hauptventil von einer ersten Hauptventilstellung in eine zweite Hauptventilstellung bewegt wird und ein Hauptkanal, der einen Druckgasbehälter mit dem systemseitigen Raum verbindet freigegeben wird. Weiterhin umfasst das Steuerungsverfahren einen Absperrschritt zum Absperren des Sperrventils, bei dem die Spule stromfrei geschaltet wird, sodass eine Druckfeder das Servoventil von der zweiten Servoventilstellung in die erste Servoventilstellung bewegt, und das Servoventil den Steuerungskanal in dem Hauptventil gasdicht verschließt, und das Hauptventil den Hauptkanal gasdicht verschließt.
Das vorgestellte Steuerungsverfahren dient insbesondere zum Betrieb des vorgestellten Sperrventils.
In einem dritten Aspekt betrifft die vorgestellte Erfindung ein Drucktanksystem mit einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Sperrventils.
In einem vierten Aspekt betrifft die vorgestellte Erfindung ein Fahrzeug mit einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Drucktanksystems.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
Es zeigen:
Figuren la bis lf einen Ablauf einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Steuerungsverfahrens mit einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Sperrventils, Figur 2 eine mögliche Ausgestaltung des vorgestellten Fahrzeugs mit einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Drucktanksystems.
In Figur la ist ein Sperrventil 100 dargestellt. Das Sperrventil 100 umfasst ein Hauptventil 101, ein Servoventil 103, eine Spule 105 und einen Mitnehmer 107, wie in Figur la dargestellt.
Das Hauptventil 101 kontrolliert einen Wasserstofffluss zwischen einem Hochdruckbereich 109, wie bspw. einem Druckgastank und einem systemseitigen Bereich 111, der in einer üblichen Ausführungsvariante bspw. mit einem Brennstoffzellensystem oder einer Verbrennungskraftmaschine verbunden ist, wobei in der Verbindung ein Druckminderer zur einfachen Anpassung des Druckniveaus vorgesehen sein kann.
Zum Öffnen des Hauptventils 101 bzw. zum Ermöglichen eines Flusses von Wasserstoff aus dem Hochdruckbereich 109 in den systemseitigen Bereich 111 wird die Spule 105 bestromt, sodass diese eine elektromagnetische Kraft bereitstellt und das Servoventil 103 nach oben, von einem Steuerungskanal 113 in dem Hauptventil 101 weg, in eine Servoventilhilfsstellung zieht, wie in Figur lb dargestellt.
In der Servoventilhilfsstellung liegt der Mitnehmer 107 an einer Mitnehmeraufnahme 115 des Servoventils 103 an, da die Mitnehmeraufnahme 115 des Servoventils 103 sich in der Servoventilhilfsstellung auf den Mitnehmer 107 geschoben hat bzw. der Mitnehmer 107 derart an einer Mitnehmeraufnahme 115 des Hauptventils 101 angeordnet ist, dass der Mitnehmer 107 die Mitnehmeraufnahme 115 in der Servoventilhilfsstellung kontaktiert und der Mitnehmer 107 die Mitnehmeraufnahme 115 in der ersten Servoventilstellung nicht kontaktiert bzw. der Mitnehmer 107 in der ersten Servoventilstellung beabstandet von der Mitnehmeraufnahme 115 vorliegt. Dazu kann die Mitnehmeraufnahme 115 als Hinterschnitt ausgestaltet sein und einen oberen Teil 117 des Servoventils 103 mit einem unteren Teil 119 des Servoventils 103 verbinden, ohne den Mitnehmer 107 in der ersten Servoventilstellung zu kontaktieren. Die durch die Spule 105 bereitgestellte elektromagnetische Kraft zieht das Servoventil 103 zunächst in eine Servoventilhilfsstellung, wie in Figur lb dargestellt, in der das Servoventil 103 den Steuerungskanal 113 frei gibt, sodass Wasserstoff aus einem Steuerraum 121 des Sperrventils 100 durch den Steuerungskanal 113 in den systemseitigen Bereich 111 strömen kann. Aufgrund des aus dem Steuerraum 121 abströmenden Wasserstoffs verringert sich ein in dem Steuerraum 121 anliegender Druck, wie in Figur lc angedeutet, und das Servoventil 103 kann weiter in die zweite Servoventilstellung bewegt werden, wie in Figur ld dargestellt. Entsprechend wirkt der Steuerungskanal 113 als Drossel und steuert, in Verbindung mit dem Steuerraum 121, eine Bewegung des Servoventils 103 und, dadurch bedingt, eine Bewegung des Hauptventils 101. In der zweiten Servoventilstellung ist das Servoventil 103 in eine Ventilkammer 129 eingefahren.
Sobald das Servoventil 103 den Mitnehmer 107 und, dadurch bedingt, das Hauptventil 101 bewegt, strömt Wasserstoff über einen Hauptkanal 127 aus dem Hochdruckbereich 109 in den systemseitigen Bereich 111, wodurch ein pneumatischer Druck auf das Hauptventil 101 wirkt, sodass das Hauptventil 101 durch additive Kräfte, nämlich eine durch die Spule 105 bereitgestellte elektromagnetische Zugkraft, und eine pneumatische Druckkraft des aus dem Hochdruckbereich 109 strömenden Wasserstoffs, bewegt wird. Dabei kann vorgesehen sein, dass das Hauptventil 101 nur in einem ersten Bereich auf seinem Weg von der ersten Hauptventilstellung in die zweite Hauptventilstellung durch die elektromagnetische Kraft der Spule 105 in Kombination mit der pneumatischen Druckkraft des Wasserstoffs bewegt wird, und in einem zweiten Bereich des Weges des Hauptventils 101 von der ersten Hauptventilstellung in die zweite Hauptventilstellung, lediglich die pneumatische Druckkraft des Wasserstoffs das Hauptventil 101 bewegt. Ebenso kann vorgesehen sein, dass das Hauptventil 103 beispielsweise im Fall gleicher bzw. ähnlicher Druckniveaus im Hochdruckbereich 109 sowie im systemseitigen Bereich 111, also einem Betriebszustand, in dem durch das Steuerraumprinzip keine bzw. nur geringe unterstützende pneumatische Öffnungskräfte am Hauptventil vorhanden sind, auch über rein elektromagnetische Kräfte geöffnet werden kann, welche hierbei vom Servoventil über den Mitnehmer auf das Hauptventil übertragen werden. Insbesondere kann das Servoventil 103 in der zweiten Servoventilstellung derart angeordnet sein, dass eine untere Kante 123 der Mitnehmeraufnahme 115 den Mitnehmer 107 kontaktiert, wie in Figur ld dargestellt. Dazu kann bspw. eine Bewegungsbahn des Mitnehmers 107 begrenzt bzw. fest vorgegeben sein, sodass der Mitnehmer 107 eine Bewegungsbahn des Servoventils 103 von der ersten Servoventilstellung bzw. der Servoventilhilfsstellung in die zweite Servoventilstellung begrenzt bzw. fest vorgibt.
Um den Wasserstofffluss von dem Hochdruckbereich 109 in den systemseitigen Bereich 111 zu sperren, wird die Bestromung der Spule 105 unterbrochen, sodass das Servoventil 103, wie in Fig. le dargestellt, aufgrund einer durch eine Druckfeder 131 bereitgestellten Druckkraft aus der zweiten Servoventilstellung eine Schließbewegung in Richtung des Hauptventils 101 ausführt. Sobald das Servoventil 103 das Hauptventil 101 berührt, wird der Steuerungskanal 113 verschlossen und über einen Servoventilsitz eine mechanische Kraft auf das Hauptventil 101 ausgeübt. Zudem steigt der Druck im Steuerraum aufgrund der Befüllung über einen Drosselspalt 133 wieder an. Die Kombination aus Druckfeder 131, die über den Servoventilsitz mechanisch eine Schließkraft auf das Hauptventil 101 ausübt und gleichzeitiger Befüllung des Steuerraums führt zu einer gemeinsamen Schließbewegung des Verbandes bestehend aus Servoventil 103 und Hauptventil 101, sodass das Hauptventil 101 den Hauptkanal 127 und, dadurch bedingt, einen Austritt von Wasserstoff aus dem Hochdruckbereich 109 sperrt, wie in Figur lf dargestellt.
In Figur 2 ist ein Fahrzeug 200 dargestellt. Das Fahrzeug 200 umfasst ein Drucktanksystem mit einem Sperrventil 100 gemäß Figur 1.

Claims

Ansprüche
1. Sperrventil (100) zum Kontrollieren eines Druckgasflusses von einem Druckgasbehälter (109) in einen systemseitigen Raum (111), wobei das Sperrventil (100) umfasst:
- ein Hauptventil (101),
- ein Servoventil (103),
- eine Spule (105),
- einen Mitnehmer (107), wobei die Spule (105) dazu konfiguriert ist, bei einer Bestromung der Spule (105) mit elektrischem Strom, das Servoventil (103) von einer ersten Servoventilstellung in eine zweite Servoventilstellung zu bewegen, sodass das Servoventil (103) einen Steuerungskanal (113) in dem Hauptventil (101) zwischen einem Steuerraum (121) des Sperrventils (100) und dem systemseitigen Raum (111) freigibt, und in dem Steuerraum (121) befindliches Druckgas in den systemseitigen Raum (111) strömt, wobei das Servoventil (103) in der ersten Servoventilstellung den Steuerungskanal (113) gasdicht verschließt, und das Servoventil (103) in der zweiten Servoventilstellung den Steuerungskanal (113) freigibt und in eine Ventilkammer (129) über dem Servoventil (103) eingefahren ist, wobei der Mitnehmer (107) und eine Mitnehmeraufnahme (115) so angeordnet sind, dass das Servoventil (103) zwischen der ersten Servoventilstellung und einer Servoventilhilfsstellung bewegbar ist, ohne das Hauptventil (101) zu bewegen, wobei das Servoventil (103) den Steuerungskanal (113) in der Servoventilhilfsstellung freigibt, aber noch nicht in die Ventilkammer (129) eingefahren ist, wobei das Servoventil (103) dazu konfiguriert ist, bei einer Bewegung von der Servoventilhilfsstellung in die zweite Servoventilstellung den Mitnehmer (107) mit in Richtung der Ventilkammer zu bewegen, wobei der Mitnehmer (107) dazu konfiguriert ist, eine durch eine Bewegung des Servoventils (103) in die zweite Servoventilstellung bereitgestellte Kraft auf das Hauptventil (101) zu übertragen und das Hauptventil (101) von einer ersten Hauptventilstellung in eine zweite Hauptventilstellung zu bewegen, wobei das Hauptventil (101) in der ersten Hauptventilstellung einen Hauptkanal (127), der den Druckgasbehälter (109) mit dem systemseitigen Raum (111) verbindet, gasdicht verschließt, und das Hauptventil (101) in der zweiten Hauptventilstellung den Hauptkanal (127) freigibt.
2. Sperrventil (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mitnehmeraufnahme (115) einen Bewegungsraum zum Bewegen des Servoventils unabhängig von dem Mitnehmer (107) umfasst, wobei der Bewegungsraum eine Höhe aufweist, die eine Bewegung des Servoventils (103) von der ersten Servoventilstellung in die Servoventilhilfsstellung ermöglicht.
3. Sperrventil (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Mitnehmer (107) fest mit dem Hauptventil (101) verbunden ist.
4. Sperrventil (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Mitnehmer (107) fest mit dem Servoventil (103) verbunden ist.
5. Sperrventil (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mitnehmer (107) ein Bolzen ist.
6. Sperrventil (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrventil (100) einen Steuerraum (121) umfasst, der mit dem Steuerungskanal (113) fluidisch leitend verbunden ist, wenn sich das Servoventil (103) in der Servoventilhilfsstellung befindet.
7. Sperrventil (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hauptventil (101) eine gehäuseseitige Hubbegrenzung aufweist, derart, dass ein Hauptventilhub kleiner als ein Servoventilhub ist und bei vollständig geöffnetem Servoventil (103) sowie vollständig geöffnetem Hauptventil (101) ein Servoventilsitz geöffnet bleibt und ein Druckausgleich zwischen Steuerraum und systemseitigem Raum stattfinden kann.
8. Sperrventil (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine pneumatische Trennung des Steuerraums vom Druckgasbehälter über eine Führung zwischen Servoventil und Gehäuse erfolgt.
9. Sperrventil (100) nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass eine pneumatische Trennung des Steuerraums in einem Führungsbereich des Hauptventils durch ein Dichtungselement, insbesondere. O-Ringe, Dichtlippen oder Membranen erfolgt.
10. Sperrventil (100) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrventil eine pneumatisch drosselnde Verbindung zwischen Steuerraum und Druckgasbehälter umfasst.
11. Sperrventil (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrventil (100) eine Druckfeder (131) umfasst, die dazu konfiguriert ist, das Servoventil (103) in die erste Servoventilstellung und das Hauptventil (101) in die erste Hauptventilstellung zu drücken, wenn die Spule (105) stromfrei ist.
12. Steuerungsverfahren (200) zum Steuern eines Druckgasflusses aus einem Drucktank (300) mittels eines Sperrventils (100), wobei das Sperrventil (100) umfasst:
- ein Hauptventil (101),
- ein Servoventil (103), - eine Spule (105),
- einen Mitnehmer (107), wobei das Steuerungsverfahren (200) umfasst:
- einen Öffnungsschritt (201) zum Öffnen des Sperrventils (100), bei dem die Spule (105) mit elektrischem Strom bestromt wird, um das Servoventil (103) von einer ersten Servoventilstellung in eine zweite Servoventilstellung zu bewegen, sodass das Servoventil (103) einen Steuerungskanal (113) in dem Hauptventil (101) zwischen einem Steuerraum (115) des Sperrventils (100) und einem systemseitigen Raum (111) freigibt, und in dem Steuerraum (115) befindliches Druckgas in den systemseitigen Raum (111) strömt, wobei ein Mitnehmer (107), der an dem Servoventil (103) und an dem Hauptventil (101) angeordnet ist, eine zur Bewegung des Servoventils (103) bereitgestellte Kraft auf das Hauptventil (101) überträgt, wenn das Servoventil (103) von der ersten Servoventilstellung in die zweite Servoventilstellung bewegt wird, sodass das Hauptventil (101) von einer ersten Hauptventilstellung in eine zweite Hauptventilstellung bewegt wird und ein Hauptkanal (127), der den Druckgasbehälter (109) mit dem systemseitigen Raum (111) verbindet, freigegeben wird,
- einen Absperrschritt (203) zum Absperren des Sperrventils (100), bei dem die Spule (105) stromfrei geschaltet wird, sodass eine Druckfeder (131) das Servoventil (103) von der zweiten Servoventilstellung in die erste Servoventilstellung bewegt, und das Servoventil (103) den Steuerungskanal (113) in dem Hauptventil (101) gasdicht verschließt, und das Hauptventil (101) den Hauptkanal (127) gasdicht verschließt.
13. Drucktanksystem (300) mit einem Sperrventil (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
14. Fahrzeug (200) mit einem Drucktanksystem (300) nach Anspruch 13.
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