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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abblasen von Gas nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung einer derartigen Vorrichtung.
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Vorrichtungen zum Abblasen von Gas aus einem Bereich, in welchem es unter hohem Druck steht, beispielsweise einem Druckgasspeicher, insbesondere zur Entleerung des Druckgasspeichers für den Reparaturfall, oder insbesondere auch wenn ein Sicherheitsventil, beispielsweise ein thermisch auslösendes Sicherheitsventil, angesprochen hat, sind aus dem Stand der Technik bekannt. Die
DE 10 2013 019 821 A1 beschreibt in diesem Zusammenhang eine Abblasleitung, welche das über ein Sicherheitsventil und/oder ein Entleerventil bei Bedarf aus dem Druckgasspeicher über eine Abblasöffnung abgeblasene Gas gezielt in einen vorgegebenen Bereich der Umgebung leitet. Um das Eindringen von Schmutz in die Abblasleitung zu verhindern, ist es dabei vorgesehen, dass die Abblasleitung an ihrem der Abblasöffnung des Sicherheits- und/oder Entleerventils abgewandten Seite mit einem Verschlusselement verschlossen ist, welches in rastendem Eingriff mit einem Grundkörper steht. Der Aufbau ist also in der Art einer Kappe ausgebildet, welche bei Bedarf von dem unter Druck stehenden abgeblasenen Gas geöffnet wird, und welche ansonsten die Abblasleitung sicher und zuverlässig verschließt, um diese vor Schmutz und Feuchtigkeit zu schützen.
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Die
DE 10 2014 010 157 A1 der Anmelderin bildet dieses Konzept der aufgesetzten Kappe dahingehend weiter, dass diese durch eine Art Rückschlagventil ersetzt wird, welches das Eindringen von Schmutz in die Abblasleitung verhindert und welches ebenso wie die Kappe durch das abgeblasene Gas bei Bedarf geöffnet wird. In der Praxis hat sich gezeigt, dass sowohl die Kappe als auch das Rückschlagventil am Ende der Abblasleitung vergleichsweise leicht verschmutzen können und beispielsweise im Falle einer Benetzung mit Schmutz und Feuchtigkeit bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts einfrieren können.
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Die nicht vorveröffentlichte
DE 10 2015 012 034 der Anmelderin schlägt deshalb vor, das Rückschlagventil an das andere Ende der Abblasleitung zu verlegen. Das Rückschlagventil als Schmutzschutzeinrichtung soll also gemäß dieser nicht vorveröffentlichten Schrift an den dem Druckgasspeicher zugewandten Ende der Abblasleitung angeordnet werden, um so für das Eindringen von Schmutz und Feuchtigkeit einen vergleichsweise langen Weg durch die Abblasleitung hindurch zu schaffen. Die Gefahr einer Verschmutzung und/oder eines Einfrierens wird dadurch minimiert.
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Bei beiden Aufbauten mit dem Rückschlagventil ist es so, dass der Ventilkörper vorzugsweise als Kugel ausgebildet ist und im Bereich des Ventilsitzes eine Dichtung in Form eines O-Rings angeordnet wird. In der Praxis tritt bei einem Ansprechen des Entleerventils oder des Sicherheitsventils oder eines Druckentlastungsventils aufgrund des typischerweise sehr hohen Druckunterschieds, beispielsweise bei der Speicherung von Wasserstoff bis zu 100 MPa, und des vergleichsweise geringen Querschnitts zwischen dem Ventilsitz und dem Ventilkörper eine entsprechend hohe Geschwindigkeit des Gasstroms auf. Der Gasstrom kann dann, so hat es sich den Erfindern gezeigt, herkömmliche O-Ringe oder auch vergleichbar ausgeformte Dichtelemente mit quadratischem Querschnitt im Bereich der Nut, in welcher diese angeordnet sind, unterwandern und lockern. Im schlimmsten Fall reißt der Gasstrom das Dichtelement mit, sodass dieses beispielsweise in einem Bereich des Ventilkörpers zur Anlage kommt, welcher nicht der Bereich ist, der später, wenn das Rückschlagventil wieder schließt, mit dem Ventilsitz zusammenwirkt. Die Abdichtung des Aufbaus ist dann nicht mehr gegeben. Der Nachteil besteht insbesondere darin, dass eine reversible Betätigung des Rückschlagventils damit nicht mehr möglich ist, da im Falle eines Ansprechens des Rückschlagventils mit einer Beschädigung der Dichteinrichtung gerechnet werden muss, was später dann zu einem gegenüber Feuchtigkeit und Schmutz undichten Aufbau führt. Insbesondere beim Einsatz zur Speicherung von Wasserstoff in Fahrzeugen stellt dies ein erhebliches Sicherheitsproblem dar.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, eine verbesserte Vorrichtung zum Abblasen von Gas im Sinne der beiden zuletzt genannten Schriften anzugeben, welche den dort beschriebenen Aufbau weiter verbessert.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen im Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen. Im Anspruch 9 ist außerdem eine besonders bevorzugte Verwendung der Vorrichtung angegeben. Eine vorteilhafte Weiterbildung hiervon ergibt sich aus dem abhängigen Unteranspruch.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Abblasen von Gas ist es nun so, dass, vergleichbar wie im Stand der Technik eine Abblasleitung im Bereich einer Abblasöffnung eines Sicherheits-, Druckregel- und/oder Entleerventils angeordnet ist, und das abgeblasene Gas gezielt in einen vorgegebenen Bereich in der Umgebung leitet, insbesondere einen Bereich, in welchem das Gas vergleichsweise unschädlich und hinsichtlich der Sicherheit unkritisch abgegeben werden kann. Eine Schmutzschutzeinrichtung ist dabei in der Abblasleitung vorhanden, um das Eindringen von Wasser und Schmutz in den Bereich der Abblasleitung und hier insbesondere in die Abblasöffnung und von hier in den Bereich des Sicherheitsventils zuverlässig zu vermeiden, um so eine potenzielle Fehlfunktion des Sicherheits- und/oder Entleerventils sicher auszuschließen.
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Die Schmutzschutzeinrichtung ist dabei als Rückschlagventil ausgebildet, welches einen Ventilkörper, vorzugsweise eine Kugel, und einen Ventilsitz, vorzugsweise einen Zylinderstumpf, in deren Bereich die Kugel anliegt, aufweist. Im Bereich des Ventilsitzes ist dabei eine Nut angeordnet, insbesondere eine zur Durchströmungsrichtung und damit zu der Richtung der zentralen Achse des Rückschlagventils senkrecht, also radial in das Material des Ventilsitzes, eingebrachte Nut. In dieser Nut ist vergleichbar wie im Stand der Technik ein Dichtring eingelegt, welcher im verschlossenen Zustand des Rückschlagventils entsprechend mit dem Ventilkörper zusammenwirkt und so für eine dichte Anlage des Ventilkörpers am Ventilsitz bzw. dessen Dichtring sorgt.
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Erfindungsgemäß ist es bei der Vorrichtung dabei vorgesehen, dass sowohl der Dichtring als auch die ihn aufnehmende Nut im Querschnitt in radialer Richtung größer als in axialer Richtung, jeweils bezogen auf die Mittelachse des Ventilsitzes, ausgebildet sind.
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Der Dichtring und die mit seiner Form korrespondierende ihn aufnehmende Nut erstrecken sich also in Radialrichtung weiter in das Material des Ventilsitzes hinein, als es bei den O-Ringen mit rundem Querschnitt in den Aufbauten gemäß dem Stand der Technik der Fall ist. Der Dichtring selbst ist dann entsprechend oval oder rechteckig, idealerweise mit abgerundeten Kanten, in seinem Querschnitt ausgebildet. Er ragt weiter in die gegenüber den Aufbauten gemäß dem Stand der Technik tiefer in Radialrichtung ausgeführte Nut hinein. Dadurch wird auch bei schnellströmendem Gas zwischen dem Dichtring und dem Ventilkörper eine gute Anlage des Dichtrings an dem die Nut umgebenden Material gewährleistet. Anders als bei der vergleichsweise geringen Ausdehnung in Radialrichtung, welche ein O-Ring und die mit ihm korrespondierende Nut aufweist, kann so eine Hinterströmung des Dichtrings und damit ein Lockern des Dichtrings aus der Nut weitgehend verhindert werden. Die Gefahr, dass der Dichtring sich aus der Nut löst und mit dem Gasstrom in Richtung des Ventilkörpers fortgerissen wird, kann somit erheblich minimiert werden, wie sich den Erfindern in Versuchsreihen gezeigt hat.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Idee kann es dabei vorgesehen sein, dass die radiale Breite des Querschnitts des Dichtrings mindestens das 1,5-fache, bevorzugt ca. das 2-fache, seiner axialen Höhe beträgt. Bei einer solchen Ausgestaltung des Dichtrings mit einer radialen Breite, welche vorzugsweise das 1,5- bis 2-fache der Höhe in axialer Richtung beträgt, lässt sich bei vertretbarem Materialaufwand eine sehr gute Wirkung erzielen. Die Kosten für den Dichtring steigen bei dem Aufbau unwesentlich. Die Gefahr, dass der Dichtring sich beim Ansprechen des Rückschlagventils löst, lässt sich jedoch erheblich verringern. Dadurch kann sichergestellt werden, dass das Rückschlagventil vollkommen reversibel arbeitet und nach einem Ansprechen des Rückschlagventils die Abdichtung der Abblasleitung auch weiterhin zuverlässig gegeben ist.
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Gemäß einer weiteren sehr günstigen Ausgestaltung der Idee kann es nun ferner vorgesehen sein, dass das Material des Ventilsitzes, in welches die Nut eingebracht ist, den Dichtring aus der Anströmungsrichtung des Gases gesehen, zumindest zu 85%, bevorzugt zu mehr als 90%, seiner radialen Breite verdeckt. Ein solcher Aufbau stellt zusätzlich zu den Vorteilen, welche durch den in Radialrichtung breiteren Dichtring und die in Radialrichtung tiefere Nut erzielt werden, eine Art „Strömungsschutz” für den Dichtring dar, sodass dieser nicht oder nicht mehr so stark angeströmt wird und deshalb weniger stark verformt wird. Er bewegt sich damit nicht mehr so weit wie bisher aus seiner gewollten Position.
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Gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung kann es dabei vorgesehen sein, dass die Schmutzschutzeinrichtung an dem der Abblasöffnung zugewandten Ende der Abblasleitung angeordnet ist. Anders als bei der Klappe im zuerst genannten Stand der Technik und bei dem Rückschlagventil im zweiten genannten Stand der Technik kann es nun also vorgesehen sein, dass die Schmutzschutzeinrichtung an dem der Abblasöffnung zugewandten Ende der Abblasleitung angeordnet ist. Sie kann damit das Eindringen von Wasser und Schmutz in die Abblasöffnung und damit in den Bereich des Sicherheits- und/oder Entleerventil sicher und zuverlässig verhindern. Die Abblasleitung selbst, vorzugsweise wenn sie frei von weiteren Einbauten ist, ist vergleichsweise unanfällig gegen Schmutz und Feuchtigkeit, wird nun nicht mehr über ihre gesamte Länge verschlossen. Dies hat hinsichtlich der Funktionalität kaum Nachteile, da insbesondere im Falle einer Entleerung des Druckgasspeichers ein vergleichsweise großer Volumenstrom an Gas unter hohem Druck vorliegt, beispielsweise wenn in dem Druckgasspeicher Wasserstoff bei einem Nenndruck von 70 MPa gespeichert ist. Eventuelle Feuchtigkeit und Schmutz im Bereich der Ablassleitung wird dann zuverlässig ausgetragen. Darüber hinaus ist es nun so, dass eindringende Feuchtigkeit und eindringender Schmutz, beispielsweise beim Einsatz in einem Fahrzeug aufgewirbelte Steine oder Wasser eines Hochdruckreinigers, welcher zur Fahrzeugreinigung eingesetzt wird, nicht mehr unmittelbar in den Bereich der Schmutzschutzeinrichtung gelangen, da zwischen der Umgebung und dieser die Leitungslänge der Abblasleitung angeordnet ist. Bis Wasser, Steinchen und Schmutz den Bereich der Schmutzschutzeinrichtung erreichen, müssen sie also erst über die Lauflänge der Abblasleitung durch diese gelangen.
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Insbesondere bei einer entsprechenden Ausgestaltung der Abblasleitung, beispielsweise einer S-förmigen Ausgestaltung, ist dies nicht oder nur in sehr stark eingeschränktem Umfang möglich. Der beschriebene Aufbau ermöglicht also sehr einfach und effizient einen Schutz der Abblasöffnung und des Sicherheits- und/oder Entleerventils vor Schmutz und erlaubt gleichzeitig den Einsatz einer einfachen und effizienten Schmutzschutzeinrichtung mit einem Federelement, einem Ventilkörper und einem Ventilsitz in der Art eines Rückschlagventils, ohne dass dieses selbst entsprechend resistent gegen eine Verschmutzung ausgebildet werden muss, da diese aufgrund der Leitungslänge der Abblasleitung typischerweise nicht oder nur in sehr stark eingeschränktem Umfang in den Bereich der Schmutzschutzeinrichtung gelangt.
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Dies gilt insbesondere für den Fahrzeugeinsatz, da hier beim Einsatz von Hochdruckreinigern eine außerordentlich gute Abschirmung der Schmutzschutzeinrichtung notwendig ist, um sie gegen ein versehentliches Öffnen bei dem an ihr anstehenden Druck des Hochdruckreinigers zu sichern. Diese Notwendigkeit entfällt bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung aufgrund der zwischen den für den Hochdruckreiniger erreichbaren Stellen und der Schmutzschutzeinrichtung angeordneten Leitungslänge der Abblasleitung.
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Der Dichtring kann dabei gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Idee aus einem elastischen und bevorzugt aus einem für Wasser undurchlässigen und für Wasserstoff durchlässigen Material bestehen. Beispielsweise kann ein Dichtring eingesetzt werden, welcher aus einem Silikonmaterial besteht. Ein solcher Dichtring aus Silikonmaterial im Bereich des Ventilsitzes erlaubt eine dichte und zuverlässige Anlage des Ventilkörpers, beispielsweise der Kugel, auch ohne dass entsprechend hohe Toleranzen bei der Herstellung des Ventilsitzes und Ventilkörpers eingehalten werden müssen. Dies erlaubt eine einfache und kostengünstige Herstellung. Außerdem ermöglicht ein solcher elastischer Dichtring aus einem Silikonwerkstoff eine zuverlässige Abdichtung gegen Wasser einerseits und ist für Wasserstoff permeabel, sodass eventuelle Leckagen von Wasserstoff bei der Anwendung der Vorrichtung in einem Wasserstoffspeichersystem, welche im Bereich des Entleerventils und/oder Sicherheitsventils typischerweise unvermeidlich sind, in die Umgebung diffundieren kann. Hierdurch wird eine unnötige Ansammlung von Wasserstoff in der Abblasleitung über die Betriebsdauer hinweg sicher und zuverlässig verhindert.
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Wie bereits mehrfach erwähnt, kann die Vorrichtung insbesondere in einem Fahrzeug eingesetzt werden. Die besonders bevorzugte Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt daher in ihrem Einsatz zum Abblasen von komprimiertem Wasserstoff oder komprimiertem Erdgas aus einem unter Druck stehenden Bereich in einem Fahrzeug. Ein solches Fahrzeug kann mit dem Erdgas oder dem Wasserstoff verbrennungsmotorisch angetrieben werden oder kann insbesondere als Brennstoffzellenfahrzeug ausgebildet sein, welches den komprimierten Wasserstoff zusammen mit Sauerstoff aus der Luft direkt zur Erzeugung von elektrischer Antriebsleistung einsetzt.
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In einer besonders günstigen und vorteilhaften Weiterbildung dieser Verwendung kann es dabei ferner vorgesehen sein, dass die der Schmutzschutzeinrichtung abgewandte Öffnung der Abblasleitung sich schräg zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs nach hinten öffnet. Die gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ohnehin schräg verlaufende Abblasleitung kann sich also bei der bevorzugten Verwendung in Fahrtrichtung nach hinten schräg öffnen. Hierdurch wird ein Eindringen von Schmutz und Feuchtigkeit aufgrund des Fahrtwinds des Fahrzeugs im Fahrbetrieb sicher und zuverlässig verhindert. Unter schräg im Sinne der hier vorliegenden Erfindung kann dabei eine Winkellage von 30° bis 60°, vorzugsweise 40° bis 50°, besonders bevorzugt von ca. 45° im bestimmungsgemäßen Einsatz gegenüber der Schwerkraft verstanden werden.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den weiteren abhängigen Unteransprüchen und werden zusammen mit einer Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung aus dem Ausführungsbeispiel deutlich, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben wird.
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Dabei zeigen:
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1 ein beispielhaft angedeutetes Brennstoffzellenfahrzeug mit einem Druckgasspeicher für Wasserstoff;
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2 eine Schnittdarstellung einer möglichen Ausführungsform der Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik;
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3 eine analoge Schnittdarstellung einer alternativen Ausführungsform gemäß dem Stand der Technik;
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4 Detail der Vorrichtung gemäß 2 oder 3 in erfindungsgemäßer Ausführung, bei geschlossener Schmutzschutzeinrichtung; und
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5 Detail der Vorrichtung gemäß 2 oder 3 in erfindungsgemäßer Ausführung bei geöffneter Schmutzschutzeinrichtung.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird nachfolgend anhand eines Ausführungs- und Anwendungsbeispiels in einem Brennstoffzellenfahrzeug mit einem Wasserstofftank als Druckgasspeicher beschrieben und näher erläutert. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann genauso gut für Fahrzeuge eingesetzt werden, welche beispielsweise durch Wasserstoff oder komprimiertes Abgas mittels eines Verbrennungsmotors angetrieben werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann außerdem außerhalb eines Fahrzeugs eingesetzt werden, hat jedoch aufgrund ihrer kompakten Bauform sowie der einfachen Montage und dem sicheren und zuverlässigen Schutz vor Verschmutzungen einen besonders bevorzugten Einsatzzweck im Bereich der Fahrzeuge. Ferner ist die Vorrichtung nicht auf einen Druckgasspeicher und/oder ein Sicherheitsventil beschränkt. Sie kann genauso gut im Bereich von Druckregelventilen und/oder Entleerventilen in Hochdruckleitungen oder anderen gasführenden Bereichen eingesetzt werden.
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In der Darstellung der 1 ist sehr stark schematisiert ein Fahrzeug 1 angedeutet, welches über eine Brennstoffzelle 2 mit elektrischer Antriebsleistung versorgt wird. Die Brennstoffzelle 2 umfasst dabei einen Kathodenbereich, welchem Luft als Sauerstofflieferant zugeführt wird, sowie einen Anodenbereich, welchem Wasserstoff aus einer Speichervorrichtung 5 zum Speichern von Wasserstoff unter hohem Druck zugeführt wird. Beispielhaft für die gesamte Speichervorrichtung 5, welche typischerweise aus diversen Verrohrungen, Ventileinrichtungen, einem Tankanschluss sowie einem oder mehreren Druckgasspeichern 6 ausgebildet ist, ist in der Darstellung der 1 lediglich einer der Druckgasspeicher 6 sowie eine beispielhafte Ventileinrichtung 10, ein sogenanntes On-Tank-Ventil (OTV) angedeutet. Über die Ventileinrichtung 10 ist der Druckgasspeicher 6 mit einer Wasserstoffleitung 7 zu dem Anodenraum der Brennstoffzelle 2 verbunden. Typischerweise sind hierin Druckregel- und Dosiereinheiten und dgl. angeordnet. Diese sind in der Darstellung der 1 jedoch nicht gezeigt.
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Die Brennstoffzelle 2 liefert elektrische Antriebsleistung für das Fahrzeug 1, welche über eine angedeutete Leistungselektronik 8 aufbereitet und einem prinzipmäßig dargestellten Fahrmotor 9 zugeführt wird.
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In der Praxis ist es nun so, dass insbesondere bei der Speicherung von Wasserstoff in der Speichervorrichtung
5 bzw. ihrem wenigstens einen Druckgasspeicher
6 Nenndrücke von 70 MPa üblich sind. Zu höheren Drücken kann es einerseits durch eine Fortentwicklung des Standes der Technik kommen und andererseits in speziellen Anwendungsfällen, wenn beispielsweise der Druckgasspeicher
6 sich aufgrund von Sonneneinstrahlung oder dgl. erwärmt. Bei dem angesprochenen Nenndruck von 70 MPa sind dabei typischerweise Drücke bis zu 105 MPa zu erwarten. Nun kann es im Falle eines Unfalls des Fahrzeugs
1 und einem beispielsweise damit einhergehenden Brand oder auch einem Radbrand beispielsweise aufgrund einer defekten Bremse oder dgl. zu einer unerwünschten Erwärmung der Speichervorrichtung
5 bzw. ihrer Druckgasspeicher
6 kommen. Im schlimmsten Fall würde dies zu einem so hohen Überdruck in den Druckgasspeichern
6 führen, dass diese explodieren könnten. Aus diesem Grund ist in der Speichervorrichtung
5 bzw. im Bereich jedes der Druckgasspeicher
6 dieser Speichervorrichtung
5 wenigstens ein Sicherheitsventil angeordnet, welches typischerweise als thermisch auslösendes Sicherheitsventil konzipiert ist und ab einer bestimmten Temperatur öffnet, um so das unter Druck stehende Gas über eine Abblasöffnung in die Umgebung abgeben zu können. Ergänzend zu einem solchen Sicherheitsventil ist typischerweise auch ein manuelles Entleerventil vorhanden, um beispielsweise für den Wartungsfall den Wasserstoff oder zumindest einen in dem jeweiligen Druckgasspeicher
6 verbliebenen Rest an Wasserstoff in die Umgebung abblasen zu können, um so beispielsweise die Ventileinrichtung
10 demontieren zu können. Das Entleerventil und/oder Sicherheitsventil kann dabei im Bereich der Ventileinrichtung
10 oder auch beispielsweise alternativ oder ergänzend am anderen Ende des Druckgasspeichers in dem sogenannten Endplug angeordnet sein. Rein beispielhaft ist in der Darstellung der
2 ein solches Sicherheitsventil angedeutet und mit dem Bezugszeichen
11 versehen. Es befindet sich in der Darstellung der
2, welche einen Aufbau analog zu den der nicht vorveröffentlichten
DE 10 2015 012 034 zeigt, innerhalb eines mit
12 bezeichneten Ventilgehäuses, wie es beispielsweise ein Teil der Ventileinrichtung
10 im Sinne der oben beschriebenen Ausführung sein kann. Das Sicherheitsventil
11 ist hier lediglich beispielhaft zu verstehen und könnte genauso gut durch ein manuelles Entleerventil oder ein andersartiges Entleerventil ersetzt werden. Es ist in dem Ventilgehäuse
12 montiert und steht in nicht dargestellter Art und Weise mit dem Inneren des Druckgasspeichers
6, welcher in der Darstellung der
2 nicht nochmals dargestellt ist, in Verbindung. Auf der in der Darstellung der
2 rechts unten liegenden Seite steht es mit einer Abblasöffnung
13 des Ventilgehäuses
12 in Verbindung. Öffnet das Sicherheitsventil
11, so stellt es eine direkte Verbindung zwischen dem Inneren des Druckgasspeichers
6 und dieser Abblasöffnung
13 her. Aus dem Bereich dieser Abblasöffnung
13 wird das im Bedarfsfall, also beispielsweise, wenn das Sicherheitsventil
11 angesprochen hat, abgeblasene Gas dann über eine Abblasleitung
14 in die Umgebung des Druckgasspeichers
6 und hier insbesondere des Fahrzeugs
1 geleitet. Von dem Fahrzeug
1 ist dabei in der Darstellung der
2 lediglich eine mit
15 bezeichnete Unterbodenverkleidung zu erkennen, welche eine Öffnung
16 aufweist, in deren Bereich die Abblasleitung
14 endet.
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Um nun insbesondere die Abblasöffnung 13 und das Sicherheitsventil 11 vor eindringendem Schmutz und/oder Feuchtigkeit zu schützen, ist in der Abblasleitung 14 eine Schmutzschutzeinrichtung 17 vorgesehen. Diese ist im Bereich des Übergangs von der Abblasöffnung 13 in die Abblasleitung 14 vorgesehen. Die Schmutzschutzeinrichtung 17 befindet sich also im Bereich des dem Sicherheitsventil 11 zugewandten Endes der Abblasleitung 14. Die Abblasleitung 14 selbst ist in diesem Bereich dabei über einen aufgepressten, verklebten und/oder verschweißten Flansch 18 beispielsweise mit dem Ventilgehäuse 12 verbunden.
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Wie es in der Darstellung der
2 zu erkennen ist, weist die Schmutzschutzeinrichtung
17 eine Kugel
19 als Ventilkörper auf. Dieser Ventilkörper
19 ist über ein Federelement
20 in Form einer Spiralfeder in einem mit
21 bezeichneten Tragelement abgestützt. Ferner weist das Tragelement
21 Längsrippen
22 auf, welche zur Führung der Kugel als Ventilkörper
19 dienen. Diese Funktionalität ist dabei soweit in der eingangs genannten
DE 10 2014 010 157 beschrieben. Die Ausführungen hinsichtlich der Längsrippen
22 aus dieser Schrift werden hiermit einbezogen.
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Der Tragkörper 21 kann beispielsweise mit eingelegtem Federelement 20 und eingelegtem Ventilkörper 19 in das Ende der Abblasleitung 14 eingeschoben werden. Anschließend wird ein Abschlusskörper 23 in die Abblasleitung 14 bzw. den Flansch 18 eingepresst. Dieser Abschlusskörper 23 weist dabei den Ventilsitz 24 auf, welcher zusätzlich mit einem Dichtring 25, beispielsweise einem O-Ring vorzugsweise aus einem Silikonmaterial versehen ist. Über das Federelement 20 wird der Ventilkörper 19 gegen den Ventilsitz 24 bzw. sein Dichtring 25 gedrückt und dichtet somit den Aufbau zuverlässig ab. Kommt es zu einem Ansprechen des Sicherheitsventils 11, dann wird im Bereich der Abblasöffnung 13 ein entsprechend hoher Druck und Volumenstrom an Gas aus dem Druckgasspeicher 6 anstehen. Dieser drückt den Ventilkörper 19 gegen die Kraft des Federelements 20 auf, sodass dieses Gas durch die Abblasleitung 14 abströmen kann. Minimale Leckagen an Wasserstoff, welche aufgrund der physikalischen Eigenschaften von Wasserstoff im Bereich des Sicherheitsventils 11 typischerweise nicht gänzlich zu vermeiden sein werden, können durch den Dichtring 25, insbesondere wenn dieser als Silikonring ausgebildet ist, in die Umgebung diffundieren, sodass sich keine größere Menge an Wasserstoff im Bereich zwischen dem Sicherheitsventil 11 und der Schmutzschutzeinrichtung 17 ansammeln kann. Gleichzeitig erlaubt das Silikonmaterial jedoch eine sehr gute Abdichtung gegen Schmutz, Feuchtigkeit und in die Abblasleitung 14 eindringendes Wasser.
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Um das Eindringen von Schmutz und Wasser in die Abblasleitung 14 bestmöglich zu verhindern, ist die Abblasleitung 14 dabei im Wesentlichen S-förmig gebogen ausgeführt. In Strömungsrichtung des abgeblasenen Gases folgt auf die Abblasöffnung 13 ein gerader in einem Winkel von etwa 45° schräg zur Schwerkraft g nach unten laufender Abschnitt, in welchem auch die Schmutzschutzeinrichtung 17 angeordnet ist. Im Anschluss folgt ein im Wesentlichen waagrechter, also senkrecht zur Schwerkraft g verlaufender Bereich, der sich wiederum in einem Winkel von etwa 45° schräg nach unten laufender Bereich anschließt. Hierdurch ist das Eindringen von Schmutz und Feuchtigkeit bis in den Bereich der Schmutzschutzeinrichtung 17 weitgehend ausgeschlossen. Insbesondere kann eine Reinigung mit einem Hochdruckstrahler nicht dazu führen, dass die Kugel als Ventilkörper 19 von dem Strahl des Hochdruckstrahlers getroffen wird und beginnt sich zu drehen, wodurch Feuchtigkeit und Wasser in den Bereich der Abblasöffnung 13 gelangen könnten.
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Einen weiteren Schutz bietet die Unterbodenverkleidung 15 mit der Öffnung 16. Außerdem ist es so vorgesehen, dass die dem Sicherheitsventil 11 abgewandte Seite der Abblasleitung 14 bzw. die dort befindliche Öffnung 26 schräg zu einer Fahrtrichtung F des Fahrzeugs 1 nach hinten ausgerichtet ist, sodass auch ein Eintrag von Schmutz und Wasser durch den Fahrtwind beim Fahren des Fahrzeugs 1 verhindert werden kann.
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In der Darstellung der
3 ist beispielhaft die Schmutzschutzeinrichtung
17 am anderen Ende der Abblasleitung
14 dargestellt. Dieser Aufbau entspricht dabei weitgehend dem in der bereits mehrfach genannten
DE 10 2014 010 157 A1 . In der Darstellung der
3 ist die Schmutzschutzeinrichtung
17 also am anderen Ende der Abblasleitung
14 dargestellt. Auch hier dient als Ventilkörper eine Kugel
19 im Bereich des Ventilsitzes
24. Auch hier findet sich ein Dichtring
25, der in einer später noch näher erläuterten Nut
27 angeordnet ist. Die Kugel
19 als Ventilkörper wird wieder über ein Federelement
20 gehalten, welches in diesem Fall in einer auf die Abblasleitung
14 aufgepressten Abschlusskappe
28 angeordnet ist. Der Aufbau ist dabei aus dem vorveröffentlichten Stand der Technik bekannt, sodass hierauf nicht weiter eingegangen werden muss.
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In beiden Fällen ist es nun so, dass der Einsatz herkömmlicher im Querschnitt kreisförmiger Dichtringe 25 und damit korrespondierender typischerweise im Querschnitt quadratischer beziehungsweise rechteckiger Nuten, welche in Axialrichtung a eine größere Ausdehnung aufweisen als in Radialrichtung r, dazu führen, dass das zwischen dem Ventilsitz 24 und der Kugel 19 als Ventilkörper vorbeiströmende Gas die Dichtringe 25 leicht hinterströmt und somit im Bereich der Nut 27 einen Druck aufbaut, welcher dazu führt, dass die Dichtringe 25 aus der Nut 27 herausgerissen und von der Gasströmung mit fortgeführt und beispielsweise unterhalb der Berührungslinie mit dem Ventilsitz 25 auf die Kugel 19 gepresst werden. Schließt die Kugel 19 nach einem Rückgang der Abströmung des Gases wieder, dann führt dies zu einer unzureichenden Abdichtung. Die Reversibilität der Schmutzschutzeinrichtung 17 in Form des Rückschlagventils ist also nicht mehr gegeben. Um hier Abhilfe zu schaffen, ist der Aufbau aus dem Dichtring 25 und der Nut 27 nun so ausgeführt, wie nachfolgend dargestellt.
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In der Darstellung der 4 und 5 ist jeweils ein Ventilsitzträger 28 gezeigt, welcher den eigentlichen Ventilsitz 24 sowie in der Darstellung der 4 die Kugel 19 zeigt. In dem Ventilsitz 24 befindet sich die Nut 27 und in der Nut 27 ist der Dichtring 25 angeordnet. Der Dichtring 25, welcher vorzugsweise aus einem für Wasser undurchlässigen und für Wasserstoff durchlässigen Dichtmaterial besteht, beispielsweise aus Silikon, ist dabei in der axialen Richtung a weniger hoch axiale Höhe h ausgeführt, als er in der radialen Richtung r breit (radiale Breite b) ist. Die Nut 27 korrespondiert hiermit, sodass der in radialer Richtung r breitere Dichtring 25 sehr tief in der in Radialrichtung ebenfalls deutlich tieferen als in Axialrichtung a breiten Nut 27 liegt. Hierdurch wird ein Hinterströmen des Dichtrings 25 beim Abströmen von Gas, wie es in der Darstellung der 5 durch die Pfeile A angedeutet ist, verhindert. Der Dichtring 25 kann zwar geringfügig verformt werden, wie in 5 ebenfalls angedeutet, wird jedoch nicht aus der Nut 27 herausgerissen. Die Schmutzschutzeinrichtung 17 bleibt damit nach dem erneuten Schließen, also nach der Rückkehr der Kugel 19 in die in 4 dargestellte Position, dicht, sodass eine zuverlässige reversible Funktionalität des Aufbaus gewährleistet ist.
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Durch diese sehr einfache Abwandlung des Aufbaus des Dichtrings 25 und der Nut 27 wird eine sehr hohe Zuverlässigkeit bei verlässlich reversibler Funktionalität der Schmutzschutzeinrichtung 17 in Form eines Rückschlagventils erzielt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013019821 A1 [0002]
- DE 102014010157 A1 [0003, 0036]
- DE 102015012034 [0004, 0030]
- DE 102014010157 [0032]