DE102009030949A1

DE102009030949A1 - Pressure tank i.e. hydrogen tank, for gaseous medium i.e. hydrogen, in motor vehicle, has extraction device and ring-like seal that exhibits triangular cross-section, where seal is pressed on stop surface

Info

Publication number: DE102009030949A1
Application number: DE102009030949A
Authority: DE
Inventors: Judson B. Milford Estes; Jens Dipl.-Ing. Franzen; Kai Dipl.-Ing. Kioschis; Steffen Dipl.-Phys. Maus; Stephan Dipl.-Ing. Watrin
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2009-06-29
Filing date: 2009-06-29
Publication date: 2010-01-14

Abstract

The tank (1) has an extraction device (2) i.e. cylinder valve, and a ring-like seal that exhibits a triangular cross-section. The seal made of polyetheretherketone material is pressed on a stop surface (6). The seal is arranged for the tank and/or the device during screwing the tank with the device over a thread such that a compression force in a radial direction (P) is caused due to a bent side surface of the seal by screwing the device in an axial direction. The seal having an isosceles shape has side pieces (5, 5a) with a right angle. A sealing surface is formed at the tank.

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckbehälter für ein gasförmiges Medium mit einer Entnahmevorrichtung und einer ringförmig umlaufenden Dichtung.The The invention relates to a pressure vessel for a gaseous medium with a sampling device and a annular circumferential seal.

In Kraftfahrzeugen finden moderne Antriebskonzepte unter Verwendung von Wasserstoff als Energieträger zunehmend Verbreitung. Gasförmiger Wasserstoff wird dabei in Druckbehältern mit bis zu 700 bar Arbeitsdruck im Kraftfahrzeug mitgeführt. Der Betankungsdruck kann sogar bis zu 875 bar betragen. Als Druckbehälter dienen bei niedrigen Drücken Flaschen aus Stahl und bei hohen Drücken Flaschen aus einem Faserverbundwerkstoff. Am Druckbehälter ist eine Entnahmevorrichtung wie ein Druck- oder Flaschenventil vorgesehen, wobei eine Abdichtung beispielsweise des Druckventils zum eigentlichen Druckbehälter über eine ringförmig umlaufende Dichtung wie ein O-Ring erfolgt.In Motor vehicles are using modern drive concepts of hydrogen as an energy source increasingly widespread. Gaseous hydrogen is in pressure vessels carried with up to 700 bar working pressure in the vehicle. Of the Fueling pressure can even be up to 875 bar. As a pressure vessel serve at low pressures bottles of steel and at high pressure bottles made of a fiber composite material. At the pressure vessel is a removal device such as a pressure or Bottle valve provided, with a seal, for example of the pressure valve to the actual pressure vessel over an annular circumferential seal such as an O-ring takes place.

Zum Erzeugen ausreichender Dichtkräfte wird das Flaschenventil üblicherweise mittels eines Gewindes in den Druckbehälter eingeschraubt, wobei der O-Ring in einer korrespondierenden Nut eingepresst wird.To the Generating sufficient sealing forces, the cylinder valve is usually screwed into the pressure vessel by means of a thread, wherein the O-ring is pressed in a corresponding groove.

Als nachteilig hierbei ist es anzusehen, dass bei schneller Gasentnahme aus dem Druckbehälter die Temperatur im Bereich des Flaschenventils beziehungsweise der ringförmig umlaufenden Dichtung unter –40°C fallen kann, so dass die Elastizität des O-Rings stark abnimmt und eine zuverlässige Abdichtung nicht mehr gewährleistet ist.When The disadvantage here is to see that at rapid gas extraction from the pressure vessel the temperature in the area of the cylinder valve or the annular peripheral seal below -40 ° C can fall, making the elasticity of the O-ring strong decreases and a reliable seal no longer guaranteed is.

Die US 2007/0111579 A1 offenbart einen derartigen Druckbehälter mit einer Dichtung, wobei zusätzlich ein Bereich großer Härte an den Dichtflächen vorgesehen ist, um eine zuverlässige Abdichtung zu gewährleisten. Ein solcher Abschnitt muss jedoch üblicherweise als separates Bauteil ausgebildet sein, so dass der Herstellungsaufwand wesentlich erhöht ist.The US 2007/0111579 A1 discloses such a pressure vessel with a seal, in addition, a region of great hardness is provided on the sealing surfaces in order to ensure a reliable seal. However, such a section usually has to be designed as a separate component, so that the production outlay is substantially increased.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Druckbehälter der Eingangs genannten Art zu schaffen, der über eine Dichtung verfügt, die den Druckbehälter auch bei tiefen Temperaturen zuverlässig abdichtet und einen einfachen Aufbau aufweist.outgoing From this prior art, the invention is based on the object to create a pressure vessel of the type mentioned, which has a seal that holds the pressure vessel Reliably seals even at low temperatures has a simple structure.

Diese Aufgabe wird durch einen Druckbehälter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.These Task is by a pressure vessel with the features of claim 1.

Bei einem derart ausgebildeten Druckbehälter ist eine Dichtung vorgesehen, die im Querschnitt betrachtet im Wesentlichen dreieckig ausgebildet ist. Formgebung und Größenverhältnisse des dreieckigen Querschnitts der durchgehend umlaufenden Dichtung können vom Fachmann im Rahmen der Erfindung in an sich beliebiger Weise ausgestaltet werden, bevorzugt jedoch wie im Folgenden beschrieben.at Such a trained pressure vessel is a seal provided, which in cross-section substantially triangular is trained. Shaping and proportions the triangular cross section of the continuous circumferential seal can be used by the person skilled in the art within the scope of the invention be configured in any way, but preferably as follows described.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass beispielsweise beim herkömmlichen Einschrauben der Entnahmevorrichtung, vorzugsweise in Form eines Flaschenventils, in einem Gewinde am Druckbehälter die im Querschnitt gesehen dreieckige Dichtung derart zum Druckbehälter beziehungsweise zur Entnahmevorrichtung angeordnet werden, dass durch das Einschrauben der Entnahmevorrichtung in axialer Richtung gleichzeitig eine Kraft in radialer Richtung aufgrund der geneigten Seitenfläche der dreieckigen Dichtung auf diese einwirkt. Somit wird die Dichtung zuverlässig in einen Dichtungssitz eingepresst beziehungsweise an korrespondierende Anschlagsflächen angepresst. Bei geeigneter Wahl der Materialien, ebenfalls bevorzugt wie im Folgenden beschrieben, verfügt eine derartig ausgeformte Dichtung auch über ausreichende Elastizitäten bei tiefen Temperaturen, die bei schneller Gasentnahme auftreten können.Of the Advantage of the invention is that, for example, in the conventional Screwing the removal device, preferably in the form of a Bottle valve, in a thread on the pressure vessel the Seen in cross-section triangular seal such to the pressure vessel or arranged for removal device that by the screwing of the sampling device in the axial direction at the same time a force in the radial direction due to the inclined side surface the triangular seal acts on them. Thus, the seal reliably pressed into a seal seat or pressed against corresponding abutment surfaces. If appropriate Choice of materials, also preferred as described below, has such a molded seal also over sufficient elasticity at low temperatures, the can occur with fast gas sampling.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindungen sind der Gegenstand von Unteransprüchen.Further Embodiments of the invention are the subject of dependent claims.

In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die im Wesentlichen dreieckig ausgestaltete Dichtung eine gleichschenklige Formgebung auf, wobei beispielsweise die beiden Schenkel jeweils an einer korrespondierenden Anschlagsfläche an der Entnahmevorrichtung anliegen können.In a preferred embodiment has the substantially triangular configured seal on an isosceles shape, wherein For example, the two legs each at a corresponding Abutment surface may abut the removal device.

Insbesondere mit einer rechtwinkligen Ausgestaltung der gleichschenkligen Dreiecksform kann ein im Wesentlichen symmetrischer Aufbau dieser Anschlagsflächen erzielt werden. Zudem können dann Anschlagsflächen im Wesentlichen in axialer und radialer Richtung, ins Längsrichtung der Entnahmevorrichtung beziehungsweise des gesamten Druckbehälters gesehen, angeordnet werden, so dass durch eine schräge, korrespondierende Anschlags- oder Dichtfläche am Druckbehälter eine gleichmäßige Kraftkomponente in radialer Richtung auf die Dichtung einwirkt.Especially with a right-angled configuration of the isosceles triangular shape can be a substantially symmetrical structure of these stop surfaces be achieved. In addition, then stop surfaces essentially in the axial and radial directions, in the longitudinal direction the removal device or the entire pressure vessel be seen, arranged so that by an oblique, corresponding stop or sealing surface on the pressure vessel a uniform force component in radial Direction acts on the seal.

Es ist für den Fachmann ersichtlich, dass entsprechende Anschlagsflächen auch am Druckbehälter und eine weitere schräge Anschlagsfläche an der Entnahmevorrichtung ausgebildet sein kann.It is apparent to those skilled in that corresponding stop surfaces also on the pressure vessel and another oblique Stop surface formed on the sampling device can be.

Als Material für die im Wesentlichen dreieckig ausgeformte Dichtung wird ein PEEK-Material vorgeschlagen, ein Poly-Ether-Ether-Keton. Derartige Werkstoffe sind an sich bekannt und können beispielsweise in Form extrudierter Profile, als Dreh- und Frästeile oder durch Spritzguss in beliebige Form gebracht werden. Derartige PEEK-Materialien können beispielsweise von der Firma Kern GmbH, Technische Kunststoffteile, Clemens-Kern-Straße 1, D-56276 Groß Maischeid bezogen werden. Derartige Materialien sind auch bei Temperaturen kleiner als –40°C ausreichend elastisch, um eine ausreichende Dichtwirkung zu gewährleisten. Weiterhin verfügen derartige dem Fachmann bekannte Werkstoffe über ausreichende Festigkeiten, um auch hohe Anpresskräfte und Gasdrücke aus dem Inneren des Druckbehälters aufnehmen zu können.As the material for the substantially triangular shaped gasket, a PEEK material is proposed, a polyether ether ketone. Such materials are known per se and can be brought into any shape, for example in the form of extruded profiles, as turned and milled parts or by injection molding. Such PEEK materials can be obtained, for example, from Kern GmbH, Tech niche plastic parts, Clemens-Kern-Straße 1, D-56276 Groß Maischeid. Such materials are sufficiently elastic even at temperatures less than -40 ° C to ensure a sufficient sealing effect. Furthermore, such materials known to those skilled in the art have sufficient strengths to be able to absorb high contact pressures and gas pressures from the interior of the pressure vessel.

Insbesondere ist damit gewährleistet, dass Anpresskräfte und die Dichtwirkung alleine durch die Verschraubung der Entnahmevorrichtung in einem korrespondierenden Gewinde am Druckbehälter aufgebracht wird und keine zusätzlichen Dichtmittel wie beispielsweise ein Federring oder dergleichen zur Kraftbeaufschlagung der Dichtung notwendig sind.Especially is thus ensured that contact forces and the sealing effect alone by screwing the removal device applied in a corresponding thread on the pressure vessel and no additional sealants such as a spring ring or the like for applying force to the seal necessary.

Zur Erleichterung der Montage und um ein Verlieren der Dichtung während des Montagevorganges zu vermeiden kann eine derartige Dichtung vor dem Zusammenschrauben der Entnahmevorrichtung mit dem Druckbehälter an einer oder zwei Anschlagsflächen, beispielsweise an der Entnahmevorrichtung, aufgesetzt und eingepresst werden. Durch die Elastizität des PEEK-Materials ist gewährleistet, dass durch das Ein- oder Aufpressen die Dichtung mit ausreichenden Haltekräften beispielsweise an der Entnahmevorrichtung gehaltert ist. Somit ist auch die Passgenauigkeit während der Montage gewährleistet, da ein nachträgliches Justieren insbesondere bei maschinellem Einpressen entfällt.to Facilitating the assembly and losing the seal during To avoid the assembly process, such a seal before Screw together the extraction device with the pressure vessel on one or two stop surfaces, for example on the sampling device, put on and pressed. By the elasticity of the PEEK material is ensured that by pressing or pressing the seal with sufficient Holding forces, for example, on the removal device is held. Thus, the fit is also during assures the assembly, as an afterthought Adjustment is no longer necessary, especially when using a mechanical pressfit.

Es ist für den Fachmann ersichtlich, dass anstatt PEEK-Materialien auch andere Materialien mit ähnlichen physikalischen Eigenschaften verwendet werden können, in Abhängigkeit der im Druckbehälter herrschenden Drücke beziehungsweise der eingefüllten Gase.It It will be apparent to those skilled in the art that rather than PEEK materials also other materials with similar physical properties can be used depending on the Pressure vessel prevailing pressures respectively the filled gases.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung können der nachfolgenden Beschreibung des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels sowie den einzelnen Patentansprüchen entnommen werden.Further Advantages and features of the invention may be the following Description of the embodiment shown in the drawing and the individual claims.

In der Zeichnung zeigt:In the drawing shows:

1 einen Druckbehälter mit Dichtung in schematischer Querschnittsdarstellung. 1 a pressure vessel with seal in a schematic cross-sectional view.

In der 1 ist ein Druckbehälter 1, vorzugsweise ein Wasserstofftank in einem Kraftfahrzeug, mit einer Entnahmevorrichtung 2, beispielsweise ein Flaschenventil, schematisch abgebildet. Die jeweils dargestellten Objekte sind rotationssymmetrisch, wie durch die Rotationsachse R angedeutet. Der Druckbehälter 1 wird mit der Entnahmevorrichtung 2 über ein Gewinde 3 verschraubt, so dass auf eine Dichtung 4 Kompressionskräfte K ausgeübt werden, wie durch die beiden Pfeile K in 1 veranschaulicht.In the 1 is a pressure vessel 1 , preferably a hydrogen tank in a motor vehicle, with a removal device 2 , For example, a cylinder valve, shown schematically. The respective objects shown are rotationally symmetrical, as indicated by the axis of rotation R. The pressure vessel 1 is with the sampling device 2 over a thread 3 bolted, leaving on a seal 4 Compressive forces K are exercised, as indicated by the two arrows K in 1 illustrated.

Die Dichtung 4 weist einen im Wesentlichen dreieckigen Querschnitt auf, wobei die beiden Schenkel 5, 5a gleich lang sind und einen rechten Winkel einschließen. Die beiden Schenkel 5, 5a stehen jeweils an Anschlagsflächen 6, 6a an der Entnahmevorrichtung 2 an. Am Druckbehälter 1 ist eine Dichtfläche 7 ausgebildet, die an einem weiteren Schenkel 8 der dreieckigen Dichtung 4 anliegt. Beim Verschrauben der Entnahmevorrichtung 2 mit dem Druckbehälter 1 in axialer Richtung A, wie durch den Pfeil A angedeutet, wird somit die Dichtung 4 mit einer Anpresskraft in radialer Richtung P beaufschlagt. Eine Abdichtung erfolgt dadurch, dass die Schenkel 5, 5a an die Anschlagsflächen 6, 6a sowie der weitere Schenkel 8 an die Dichtfläche 7 angepresst werden und das unter hohem Druck im Druckbehälter stehende Gas nicht entweichen kann.The seal 4 has a substantially triangular cross-section, wherein the two legs 5 . 5a are the same length and include a right angle. The two thighs 5 . 5a are each at stop surfaces 6 . 6a at the removal device 2 at. At the pressure vessel 1 is a sealing surface 7 formed on another leg 8th the triangular seal 4 is applied. When screwing the sampling device 2 with the pressure vessel 1 in the axial direction A, as indicated by the arrow A, thus the seal 4 subjected to a contact force in the radial direction P. A seal is made by the fact that the legs 5 . 5a to the stop surfaces 6 . 6a and the other leg 8th to the sealing surface 7 be pressed and the high pressure in the pressure vessel gas can not escape.

Um ein Verlieren während der Montage zu vermeiden kann die Dichtung 4 auch auf die Anschlagsflächen 6, 6a aufgepresst werden.To avoid losing during assembly, the seal can 4 also on the stop surfaces 6 . 6a be pressed on.

11: Druckbehälterpressure vessel
22: Entnahmevorrichtungremoval device
33: Gewindethread
44: Dichtungpoetry
55: Schenkelleg
66: Anschlagsflächestop surface
77: Dichtflächesealing surface
88th: weiterer SchenkelAnother leg
RR: Rotationsachseaxis of rotation
KK: Kompressionskraftcompressive force
PP: Kraft in radialer Richtungforce in the radial direction

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list The documents listed by the applicant have been automated generated and is solely for better information recorded by the reader. The list is not part of the German Patent or utility model application. The DPMA takes over no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 2007/0111579 A1 [0005]

Claims

Pressure vessel ( 1 ) for a gaseous medium with a removal device ( 2 ) and an annular peripheral seal ( 4 ), characterized in that the seal ( 4 ) has a triangular cross-section.

Pressure vessel ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the seal ( 4 ) isosceles ( 5 . 5a ) is trained.

Pressure vessel ( 1 ) according to claim 2, characterized in that the seal ( 4 ) has a right angle.

Pressure vessel ( 1 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the seal ( 4 ) consists of a PEEK material.

Pressure vessel ( 1 ) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the seal ( 4 ) on a stop surface ( 6 ) is pressed.