DE102023211716A1 - Pressure control unit for a hydrogen supply system of an internal combustion engine, method for producing the pressure control unit and hydrogen supply system - Google Patents
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Abstract
Druckregeleinheit (30) für ein Wasserstoffversorgungssystem (10) zur Druckregelung und Zuführung von gasförmigem Wasserstoff aus einem Hochdrucktank (12) zu einem Verbraucher (42), umfassend ein Gehäuse (52), einen Einlassstutzen (54) und einen Auslassstutzen (56), einen Fluidkanal (58), der sich vom Einlassstutzen (54) zum Auslassstutzen (56) durch das Gehäuse (52) hindurch erstreckt, und mindestens ein Ventil (32, 36), durch das ein Durchfluss des Wasserstoffs durch den Fluidkanal (58) drosselbar oder absperrbar ist, wobei das Ventil (32, 36) einen Ventilkörper (101) aufweist, der einen Ventilsitz (102) fixiert und in dem ein Ventilelement (103) beweglich aufgenommen ist, wobei der Ventilkörper (101) in einer mit dem Fluidkanal (58) fluidisch verbundenen Bohrung (104) des Gehäuses (52) angeordnet ist und wobei zwischen der Bohrung (104) und dem Ventilkörper (101) eine erste Dichtstelle (111) vorgesehen ist, die als Schweißnaht (120) ausgebildet ist, und eine zweite Dichtstelle (112) ausgebildet ist, die einen O-Ring (121) umfasst. Pressure control unit (30) for a hydrogen supply system (10) for pressure control and supply of gaseous hydrogen from a high-pressure tank (12) to a consumer (42), comprising a housing (52), an inlet nozzle (54) and an outlet nozzle (56), a fluid channel (58) extending from the inlet nozzle (54) to the outlet nozzle (56) through the housing (52), and at least one valve (32, 36) by means of which a flow of hydrogen through the fluid channel (58) can be throttled or blocked, wherein the valve (32, 36) has a valve body (101) which fixes a valve seat (102) and in which a valve element (103) is movably received, wherein the valve body (101) is arranged in a bore (104) of the housing (52) which is fluidically connected to the fluid channel (58), and wherein between the bore (104) and the valve body (101) a first sealing point (111) is provided, which is designed as a weld seam (120), and a second sealing point (112) is designed, which comprises an O-ring (121).
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft eine Druckregeleinheit für ein Wasserstoffversorgungssystem einer Brennkraftmaschine zur Zuführung und Druckregelung von Wasserstoff.The invention relates to a pressure control unit for a hydrogen supply system of an internal combustion engine for supplying and regulating the pressure of hydrogen.
Aus der nachveröffentlichten
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die vorliegende Erfindung bildet den eingangs genannten nachveröffentlichten Stand der Technik weiter.The present invention develops the previously published prior art mentioned at the beginning.
Erfindungsgemäß ist bei einer Druckregeleinheit für ein Wasserstoffversorgungssystem zur Druckregelung und Zuführung von gasförmigem Wasserstoff aus einem Hochdrucktank zu einem Verbraucher vorgesehen, dass die Druckregeleinheit ein Gehäuse, einen Einlassstutzen und einen Auslassstutzen umfasst. Der Einlassstutzen und der Auslassstutzen können beispielsweise unmittelbar an dem Gehäuse montiert sein oder an einer Komponente, die ihrerseits unmittelbar oder mittelbar an dem Gehäuse fixiert ist. According to the invention, a pressure control unit for a hydrogen supply system for pressure control and supply of gaseous hydrogen from a high-pressure tank to a consumer comprises a housing, an inlet nozzle, and an outlet nozzle. The inlet nozzle and the outlet nozzle can, for example, be mounted directly on the housing or on a component that is itself directly or indirectly fixed to the housing.
Erfindungsgemäß umfasst die Druckregeleinheit ferner einen Fluidkanal, der sich vom Einlassstutzen zum Auslassstutzen durch das Gehäuse hindurch erstreckt, und mindestens ein Ventil, durch das ein Durchfluss des Wasserstoffs durch den Fluidkanal drosselbar oder absperrbar ist.According to the invention, the pressure control unit further comprises a fluid channel which extends from the inlet nozzle to the outlet nozzle through the housing, and at least one valve by means of which a flow of hydrogen through the fluid channel can be throttled or blocked.
Es kann sich bei dem mindestens einen Ventil also um ein Absperrventil, beispielsweise um ein Schaltventil, oder um ein Druckregelventil, beispielsweise um ein Proportionalventil, handeln. Anderseits kann auch vorgesehen sein, dass die Druckregeleinheit ein Druckregelventil und ein Absperrventil aufweist oder zwei Druckregelventile aufweist, die beispielsweise zueinander parallel geschaltet sind, und zusätzlich ein Absperrventil aufweist, wobei alle diese Ventile oder nur eine Teilmenge dieser Ventile die Eigenschaften aufweisen können, die vorliegend der lediglich als „Ventil“ bezeichneten Komponente zugeordnet sind.The at least one valve can therefore be a shut-off valve, for example a switching valve, or a pressure control valve, for example a proportional valve. Alternatively, the pressure control unit can also comprise a pressure control valve and a shut-off valve, or two pressure control valves, which are connected in parallel, for example, and additionally comprise a shut-off valve. All of these valves, or only a subset of these valves, can have the properties associated with the component referred to herein simply as a "valve."
Es ist ferner erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Ventil einen Ventilkörper aufweist, der einen Ventilsitz fixiert. Der Ventilsitz kann also Teil des Ventilkörpers sein oder mit dem Ventilkörper starr verbunden sein. Es ist ferner erfindungsgemäß vorgesehen, dass in dem Ventilkörper ein Ventilelement beweglich aufgenommen ist. Beispielsweise kann das Ventilelement durch eine elastische Feder beaufschlagt sein und/oder durch einen mit dem Ventil zusammenarbeitenden Elektromagneten Kräfte in Öffnungs- und/oder Schließrichtung erfahren, sodass entsprechende Bewegungen des Ventilelements resultieren.The invention further provides that the valve has a valve body that fixes a valve seat. The valve seat can thus be part of the valve body or be rigidly connected to the valve body. The invention further provides that a valve element is movably accommodated in the valve body. For example, the valve element can be acted upon by an elastic spring and/or can experience forces in the opening and/or closing direction from an electromagnet cooperating with the valve, resulting in corresponding movements of the valve element.
Es ist ferner erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Ventilkörper in einer mit dem Fluidkanal fluidisch verbundenen Bohrung des Gehäuses angeordnet ist, wobei zwischen der Bohrung und dem Ventilkörper eine erste Dichtstelle vorgesehen ist, die als Schweißnaht ausgebildet ist, und eine zweite Dichtstelle ausgebildet ist, die einen O-Ring umfasst.It is further provided according to the invention that the valve body is arranged in a bore of the housing which is fluidically connected to the fluid channel, wherein a first sealing point is provided between the bore and the valve body, which is designed as a weld seam, and a second sealing point is formed which comprises an O-ring.
Die als Schweißnaht ausgebildete erste Dichtstelle realisiert mittels Stoffschluss eine nicht lösbare Verbindung. Ihre Festigkeit kann beispielsweise im Vergleich zu einer Schraubverbindung verbessert sein. Ihre Dichtigkeit kann hoch sein, beispielsweise kann sie einer Heliumdichtigkeit entsprechen. Die Ausführung der ersten Dichtstelle als Schweißnaht ermöglicht ferner eine kompakte Bauweise der Druckregeleinrichtung und beugt einer elektrochemischen Unterwanderung der im allgemeinen Umwelteinflüssen ausgesetzten ersten Dichtstelle wirkungsvoll vor.The first sealing point, designed as a weld seam, creates a permanent connection through a material bond. Its strength can be improved compared to a screw connection, for example. Its tightness can be high, for example, equivalent to helium tightness. The design of the first sealing point as a weld seam also enables a compact design of the pressure control device and effectively prevents electrochemical infiltration of the first sealing point, which is generally exposed to environmental influences.
Die Art der Schweißnaht und die Umstände ihrer Herstellung sind durch die Erfindung nicht zwingend eingeschränkt. Es kann sich zum Beispiel um eine durch Laserstrahlung hergestellte Schweißnaht („Laserschweißen“) handeln oder um eine Schweißnaht, die auf einer Erwärmung der Fügestellung durch elektrischen Strom beruht („Widerstandsschweißen“, „KE-Schweißen“). Im letzteren Fall sind unterschiedliche Schweißgeometrien grundsätzlich möglich, beispielsweise Ringbuckelschweißen und/oder Ringkantenschweißen.The type of weld and the circumstances of its production are not necessarily restricted by the invention. For example, it can be a weld produced by laser radiation ("laser welding") or a weld based on heating the joining position with electric current ("resistance welding", "CE welding"). In the latter case, different welding geometries are generally possible, for example, ring projection welding and/or ring edge welding.
Die erste Dichtstelle dichtet insbesondere die Bohrung und den Fluidkanal nach außen hin ab, sodass der durch die Druckregeleinheit hindurchgeleitete Wasserstoff nicht aus dem Wasserstoffversorgungssystem entweichen kann.The first sealing point seals in particular the bore and the fluid channel to the outside so that the hydrogen passed through the pressure control unit cannot escape from the hydrogen supply system.
Die zweite Dichtstelle umfasst einen O-Ring, woraus eine flexible Verbindung resultiert. Beispielsweise kann diese Verbindung Relativbewegungen zwischen dem Gehäuse und dem Ventilkörper, die zum Beispiel bei der Herstellung der Schweißverbindung oder bei Temperaturschwankungen resultieren, aufnehmen bzw. sich entsprechend in der Bohrung verschieben.The second sealing point comprises an O-ring, resulting in a flexible connection. This connection can accommodate relative movements between the housing and the valve body, for example, resulting from welding or temperature fluctuations, or can shift accordingly within the bore.
Die zweite Dichtstelle dichtet insbesondere zwischen dem Ventilkörper und dem Fluidkanal derart ab, dass innerhalb des Fluidkanals ein Bypass um das Ventil herum sicher ausgeschlossen wird.The second sealing point seals in particular between the valve body and the fluid channel of the ensures that a bypass around the valve is reliably excluded within the fluid channel.
Die erste Dichtstelle kann insbesondere im Bereich des Ausgangs der Bohrung vorgesehen sein, also an dem Ort auf der Außenfläche des Gehäuses, wo ein Spiralbohrer bei der gedachten Herstellung der Bohrung das Gehäuse zuerst zerspant hätte. Von dort geht die Bohrung aus, dort ist der Bereich ihres Ausgangs.The first sealing point can be provided, in particular, in the area of the bore's exit, i.e., at the location on the outer surface of the housing where a twist drill would have first cut the housing during the imaginary drilling of the bore. This is where the bore starts, and this is the area where it exits.
Die Bohrung kann beispielsweise in ihrem Ausgangsbereich eine Fase aufweise. Der Ventilkörper kann dann einfacher in die Bohrung eingebracht werden.For example, the bore can have a chamfer in its exit area. This makes it easier to insert the valve body into the bore.
Das Gehäuse und der Ventilkörper können aus Stahl bestehen, beispielsweise aus rostfreiem Stahl.The housing and valve body can be made of steel, for example stainless steel.
Die Schweißnaht kann beispielsweise mittels Kondensator-Entladungs-Einpressschweißen hergestellt werden, was wie unten noch ausführlicher erläutert, Vorteile mit sich bringt.The weld seam can be produced, for example, by means of capacitor discharge press-fit welding, which has advantages as explained in more detail below.
Eine Druckregeleinheit, die dadurch weitergebildet ist, dass sich der Ventilkörper über einen von dem Gehäuse weg weisenden Ringabsatz verjüngt, wobei der Ringabsatz im Bereich des Ausgangs der Bohrung mit der Außenfläche des Gehäuses koplanar ausgebildet ist, ist besonders geeignet, einen magnetischen Fluss, der von einem mit dem Ventil zusammenwirkenden Elektromagneten erzeugt wird, durch den Ventilkörper in das Gehäuse einzuleiten.A pressure control unit which is further developed in that the valve body tapers via an annular shoulder pointing away from the housing, wherein the annular shoulder is coplanar with the outer surface of the housing in the region of the outlet of the bore, is particularly suitable for introducing a magnetic flux, which is generated by an electromagnet cooperating with the valve, through the valve body into the housing.
Eine derartige Druckregeleinheit kann mit folgenden Schritten gefertigt werden bzw. das Fügen des Ventils in der Bohrung kann mit folgenden Schritten erfolgen:
- - Das Ventil und das Gehäuse werden zunächst separat voneinander bereitgestellt, wobei auf dem Ventilkörper ein O-Ring bereits montiert ist, sodann
- - wird der Ventilkörper gemäß eines radialen Übermaßes, das er im Vergleich zu der Bohrung aufweist, zunächst unvollständig in die Bohrung eingeführt, sodann
- - wird eine Elektrode auf dem Ringabsatz aufgesetzt wird, sodann
- - wird über die Elektrode und über den Ventilkörper ein elektrischer Strom in das Gehäuse eingeleitet, sodass der Ventilkörper und/oder das Gehäuse im Bereich der ersten Dichtstelle aufschmelzen, und zugleich
- - wird über die Elektrode eine Kraft in den Ventilkörper eingeleitet, die in Richtung des Gehäuses wirkt, sodass der Ventilkörper weiter in die Bohrung eingeführt wird, solange bis die Elektrode an einem mechanischen Anschlag anschlägt, wobei
- - sich der O-Ring während des weiteren Einführens des Ventilkörpers in die Bohrung entlang des Fluidkanals mitverschiebt.
- - The valve and the housing are initially provided separately from each other, with an O-ring already mounted on the valve body, then
- - the valve body is initially incompletely inserted into the bore due to a radial oversize that it has compared to the bore, then
- - an electrode is placed on the ring shoulder, then
- - an electric current is introduced into the housing via the electrode and the valve body, so that the valve body and/or the housing melt in the area of the first sealing point, and at the same time
- - a force is introduced into the valve body via the electrode, which acts in the direction of the housing, so that the valve body is inserted further into the bore until the electrode hits a mechanical stop, whereby
- - the O-ring moves along the fluid channel as the valve body is further inserted into the bore.
Abschließend kann der Elektromagnet auf dem verjüngten Teil des Ventilkörpers - also räumlich außerhalb des Gehäuses - montiert, beispielsweise verpresst, werden.Finally, the electromagnet can be mounted, for example pressed, on the tapered part of the valve body - i.e. spatially outside the housing.
Eine derartige Druckregeleinheit kann insbesondere mit folgenden Schritten gefertigt werden bzw. das Fügen des Ventils in der Bohrung kann mit folgenden Schritten erfolgen:
- - Das Ventil und das Gehäuse werden zunächst separat voneinander bereitgestellt, wobei auf dem Ventilkörper ein O-Ring bereits montiert ist, sodann
- - wird der Ventilkörper gemäß eines radialen Übermaßes, das er im Vergleich zu der Bohrung aufweist, zunächst unvollständig in die Bohrung eingeführt, sodann
- - wird eine plane Elektrode so auf dem Ringabsatz aufgesetzt wird, dass sie über den Ringabsatz radial übersteht, sodann
- - wird über die Elektrode und über den Ventilkörper ein elektrischer Strom in das Gehäuse eingeleitet, sodass der Ventilkörper und/oder das Gehäuse im Bereich der ersten Dichtstelle aufschmelzen, und zugleich
- - wird über die Elektrode eine Kraft in den Ventilkörper eingeleitet, die in Richtung des Gehäuses wirkt, sodass der Ventilkörper weiter in die Bohrung eingeführt wird, solange bis die Elektrode an der Außenfläche des Gehäuses anschlägt, wobei
- - sich der O-Ring während des weiteren Einführens des Ventilkörpers in die Bohrung entlang des Fluidkanals mitverschiebt.
- - The valve and the housing are initially provided separately from each other, with an O-ring already mounted on the valve body, then
- - the valve body is initially incompletely inserted into the bore due to a radial oversize that it has compared to the bore, then
- - a flat electrode is placed on the ring shoulder in such a way that it projects radially beyond the ring shoulder, then
- - an electric current is introduced into the housing via the electrode and the valve body, so that the valve body and/or the housing melt in the area of the first sealing point, and at the same time
- - a force is introduced into the valve body via the electrode, which acts in the direction of the housing, so that the valve body is inserted further into the bore until the electrode hits the outer surface of the housing, whereby
- - the O-ring moves along the fluid channel as the valve body is further inserted into the bore.
Abschließend kann der Elektromagnet auf dem verjüngten Teil des Ventilkörpers - also räumlich außerhalb des Gehäuses - montiert, beispielsweise verpresst, werden.Finally, the electromagnet can be mounted, for example pressed, on the tapered part of the valve body - i.e. spatially outside the housing.
Es kann vorgesehen sein, dass die Bohrung im Bereich der ersten Dichtstelle einen ersten Durchmesser aufweist und im Bereich der zweiten Dichtstelle einen zweiten Durchmesser aufweist. Wird das Verhältnis des ersten Durchmessers zum zweiten Durchmessers so gewählt, dass es nicht kleiner als 1,05 ist und nicht größer als 1,4 ist, ergibt sich die Wirkung, dass der auf dem Ventilkörper montierte O-Ring, der im Bereich der zweiten Dichtstelle dichtend in der Bohrung anliegt, leicht über den Bereich der ersten Dichtstelle hinweg in die Bohrung eingeführt werden kann.It can be provided that the bore has a first diameter in the area of the first sealing point and a second diameter in the area of the second sealing point. If the ratio of the first diameter to the second diameter is selected such that it is not less than 1.05 and not greater than 1.4, the effect is that the O-ring mounted on the valve body, which lies sealingly in the bore in the area of the second sealing point, projects slightly over the area of the can be inserted into the bore beyond the first sealing point.
Es kann vorgesehen sein, dass die zweite Dichtstelle innerhalb der Bohrung mit einem Abstand in Bohrungsrichtung zum Ausgang der Bohrung angeordnet ist und dass die Bohrung im Bereich der ersten Dichtstelle einen ersten Durchmesser aufweist. Wenn das Verhältnis des ersten Durchmessers zum Abstand in Bohrungsrichtung zum Ausgang der Bohrung nicht kleiner als 0,7 ist und nicht größer als 1,4 ist, hat das die technische Wirkung, dass der O-Ring zumindest so weit von der Schweißnaht entfernt ist, dass die bei der Herstellung der Schweißnaht in das Ventilgehäuse eingebrachte Wärmemenge den O-Ring zuverlässig nicht beschädigt.It can be provided that the second sealing point is arranged within the bore at a distance in the bore direction from the bore outlet, and that the bore has a first diameter in the region of the first sealing point. If the ratio of the first diameter to the distance in the bore direction from the bore outlet is not less than 0.7 and not greater than 1.4, this has the technical effect that the O-ring is at least far enough away from the weld seam that the amount of heat introduced into the valve housing during the production of the weld seam reliably does not damage the O-ring.
Es kann vorgesehen sein, dass die Bohrung im Bereich der zweiten Dichtstelle einen zweiten Durchmesser aufweist und dass das Ventilgehäuse im Bereich der zweiten Dichtstelle einen Gehäusedurchmesser aufweist. Wenn der Gehäusedurchmesser kleiner ist als der zweite Durchmesser, wird ein elektrischer Nebenschluss zwischen Ventilgehäuse und Gehäuse, zum Beispiel anlässlich einer Widerstandsschweißung, vermieden.It can be provided that the bore has a second diameter in the area of the second sealing point, and that the valve housing has a housing diameter in the area of the second sealing point. If the housing diameter is smaller than the second diameter, an electrical shunt between the valve housing and the housing is avoided, for example, during resistance welding.
Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert. In dieser zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung eines Brennstoffversorgungssystems zur Versorgung einer Brennkraftmaschine mit gasförmigem Brennstoff mit einer Druckregeleinheit mit zwei Druckregelventilen; -
2 eine schematische perspektivische Darstellung der Druckregeleinheit von1 ; -
3 eine schematische perspektivische Darstellung einer alternativen Druckregeleinheit mit nur einem einzigen Druckregelventil; -
4 einen schematischen Längsschnitt durch die Druckregeleinheit von3 ; -
5 einen schematischen Längsschnitt durch eine abgewandelte Ausführungsform der Druckregeleinheit von3 und -
6 eine Detaillierung der Bereiche der Druckregeleinheiten aus den4 und5 , in denen Ventile durch Schweißverbindung mit dem Gehäuse verbunden sind.
-
1 a schematic representation of a fuel supply system for supplying an internal combustion engine with gaseous fuel with a pressure control unit with two pressure control valves; -
2 a schematic perspective view of the pressure control unit of1 ; -
3 a schematic perspective view of an alternative pressure control unit with only a single pressure control valve; -
4 a schematic longitudinal section through the pressure control unit of3 ; -
5 a schematic longitudinal section through a modified embodiment of the pressure control unit of3 and -
6 a detail of the pressure control unit areas from the4 and5 in which valves are connected to the housing by welding.
Ein Brennstoffversorgungssystem trägt in
Der Wasserstoff ist in unter hohem Druck, beispielsweise unter 700 bar, in einem tankartigen Brennstoffspeicher 12 gespeichert. Dieser kann über einen Füllanschluss 14 befüllt werden. Am Brennstoffspeicher 12 ist ferner eine integrierte Einheit 16 aus einem Tankventil zur Befüllung und Abgabe von Wasserstoff in bzw. aus dem Brennstoffspeicher 12 und einem Temperatursensor zur Erfassung der Temperatur des aus dem Brennstoffspeicher 12 kommenden Wasserstoffs angeordnet.The hydrogen is stored under high pressure, for example, below 700 bar, in a tank-like
Der Wasserstoff gelangt über eine Druckleitung 18 zunächst zu einem Filter 20 und von dort weiter zu einer Hochdruck-Druckregeleinrichtung 22. Diese reduziert den Druck des gasförmigen Wasserstoffs beispielsweise auf einen Druck im Bereich von 40 bar. Die Druckleitung 18 führt von der Hochdruck-Druckregeleinrichtung 22 weiter zu einem Drucksensor 24, einen weiteren Filter 26 und eine optionale Temperiereinrichtung 28 schließlich zu einer Niederdruck-Druckregeleinheit 30 (kurz: „Druckregeleinheit“).The hydrogen first flows via a
Die Niederdruck-Druckregeleinheit 30 umfasst vorliegend beispielhaft zwei hydraulisch parallele Druckregelventile 32, einen Niederdruck-Drucksensor 34 und ein Sicherheitsventil in Form einer Absperrventileinrichtung 36. Die beiden Druckregelventile 32 sind identisch aufgebaut und sind vorliegend Proportionalregelventile. Durch die Niederdruck-Druckregeleinheit 30 wird der Druck in der Druckleitung 18 nochmals abgesenkt von dem eingangsseitigen vorliegend beispielhaften Druck von ungefähr 40 bar auf einen Druck beispielsweise von ungefähr 15 bar.The low-pressure
Stromabwärts von der Niederdruck-Druckregeleinheit 30 führt die Druckleitung 18 zu einer Brennstoffverteileinrichtung 38, die beispielsweise als längliches Rohr ausgebildet sein kann in der Art eines typischen Kraftstoffrails, wie es von Benzin- und Diesel-Kraftstoffsystemen bekannt ist. Der in der Brennstoffverteileinrichtung 38 herrschende Gasdruck wird von einem Drucksensor 40 erfasst.Downstream of the low-pressure
An die Brennstoffverteileinrichtung 38 sind mehrere Injektoren 42 angeschlossen, die den gasförmigen Wasserstoff vorliegend beispielhaft in Brennräume 44 der Brennkraftmaschine direkt einblasen. Der gasförmige Wasserstoff wird in den Brennräumen 44 mit Luftsauerstoff gemischt, und dieses Gemisch wird durch eine jeweilige Zündeinrichtung 46 entzündet. Typischerweise handelt es sich bei der Brennkraftmaschine um eine 2-Takt- oder 4-Takt-Kolben-Brennkraftmaschine von einer weitgehend üblichen Bauart. Beispielsweise wird eine solche Brennkraftmaschine zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs eingesetzt. Sie kann aber auch beispielsweise stationär zum Antrieb eines Generators zur Stromerzeugung verwendet werden.Connected to the
Gesteuert werden das Brennstoffversorgungssystem 10 und seine Komponenten durch eine elektronische Steuer- und Regeleinrichtung 48, die über einen oder mehrere entsprechende Mikroprozessoren, einen Speicher für Programmcode, etc., verfügt. Die Steuer- und Regeleinrichtung 48 erhält Signale unter anderem vom Temperatursensor (verbaut in der integrierten Einheit 16), dem Drucksensor 24, dem Drucksensor 34, dem Drucksensor 40, etc. Die Steuer- und Regeleinrichtung 48 steuert verschiedene Komponenten des Brennstoffversorgungssystems 10 an, unter anderem die Niederdruck-Druckregeleinrichtung 30, dass Sicherheitsventil 36 sowie die Zündeinrichtungen 46. Ferner wird auch eine Steuereinrichtung 50 von der Steuer- und Regeleinrichtung 48 angesteuert, die wiederum spezifisch den Betrieb des Brennstoffspeichers 12 steuert bzw. regelt.The
In
Das Gehäuse 52 ist aus einem Stahlmaterial hergestellt, vorliegend beispielhaft aus Edelstahl. Die beiden Druckregelventile 32 sind, wie weiter unten noch gezeigt werden wird, mit dem Gehäuse 52 der Druckregeleinheit 30 durch Schweißen fluiddicht verbunden. Ebenso können die Anschlussstutzen 54 und 56 und das Gehäuse der Absperrventileinrichtung 36 mit dem Gehäuse 52 fluiddicht verschweißt sein. Auch der Drucksensor 34 kann mit dem Gehäuse 52 fluiddicht verschweißt sein. Die Verschweißungen können durch Kondensator-Entladungsschweißen (KEEP-Prozess) oder durch Laserschweißen hergestellt werden.The
Die in
Man erkennt in
Zur bereichsweisen Aufnahme von Drucksensor 34 und Druckregelventil 32 im Gehäuse 52 umfasst dieses Aufnahmeöffnungen 60 und 62, deren Längsachsen 64 und 66 vorliegend beispielhaft orthogonal zu einer Längsachse 68 des Fluidkanals 58 verlaufen. Die Absperrventileinrichtung 36, der Drucksensor 34 und das Druckregelventil 32 weisen jeweiligen Gehäuse 70, 72 und 74 auf, die in
Bei der in
Die Verbindung des Gehäuses 70 mit dem restlichen Bereich des Gehäuses 52 erfolgt bei der in
Die in
Außerdem ist bei der Ausführungsform der
Es versteht sich, dass bei einer nicht gezeigten Ausführungsform die Druckregeleinheit 30 auch lediglich Gehäuse, Druckregelventil 32 und Anschlussstutzen 54, 56 umfassen kann. Auch könnten die Anschlussstutzen 54, 56 einstückig mit dem Gehäuse 52 der Druckregeleinheit 30 hergestellt sein.It is understood that in an embodiment not shown, the
In der
Demgemäß ist vorgesehen, dass das Ventil 32, 36 einen Ventilkörper 101 aufweist, der einen Ventilsitz 102 fixiert und in dem ein Ventilelement 103 beweglich aufgenommen ist. Der Ventilkörper 101 ist in einer mit dem Fluidkanal 58 fluidisch verbundenen Bohrung 104 des Gehäuses 52 angeordnet, die sich in der
Zwischen der Bohrung 104 und dem Ventilkörper 101 ist weiterhin eine zweite Dichtstelle 112 ausgebildet, die einen O-Ring 121 umfasst. Diese Dichtstelle 112 befindet sich in einem in der
Das Ventil 32, 36 weist einen Ventilkörper 101 auf, in dessen in der
In dem Ventilkörper 101 ist ferner ein Ventilelement 103 aufgenommen und verschiebbar, zwischen einer in der
Der Ventilkörper 101 ist über einen von dem Gehäuse 52 weg weisenden Ringabsatz 101R verjüngt, wobei der Ringabsatz 101R im Bereich des Ausgangs 104A der Bohrung 104 mit der Außenfläche 52E des Gehäuses 52 koplanar ausgebildet ist.The
Ein Elektromagnet 105, der mit dem Ventil 32, 36 zusammenarbeitet, und der in Längsrichtung gesehen lediglich auf Höhe des verjüngten Teils des Ventilkörpers 101 montiert ist, ist in der
Ein Ventil 32, 36, das wie in der
- -
32, 36Das Ventil und das Gehäuse 52 werden zunächst separat voneinander bereitgestellt, wobei aufdem Ventilkörper 101 ein O-Ring 112 bereits montiert ist, sodann - - wird der
Ventilkörper 101 gemäß eines radialen Übermaßes, das er im Vergleich zu derBohrung 104 aufweist, zunächst unvollständig indie Bohrung 104 eingeführt, sodann
- - wird eine Elektrode auf
dem Ringabsatz 101R aufgesetzt, sodann - - wird über die Elektrode und über
den Ventilkörper 101 ein elektrischer Strom indas Gehäuse 52 eingeleitet, sodass derVentilkörper 101 und/oder das Gehäuse 52 im Bereich der ersten Dichtstelle 111 aufschmelzen, und zugleich - - wird über die Elektrode eine Kraft in
den Ventilkörper 101 eingeleitet, die inRichtung des Gehäuses 52 wirkt, sodass derVentilkörper 101 weiter indie Bohrung 104 eingeführt wird, wobei - - sich der O-Ring 121 während des weiteren Einführens des
Ventilkörpers 101 indie Bohrung 104 entlang des Fluidkanals 58 mitverschiebt.
- - The
32, 36 and thevalve housing 52 are initially provided separately from each other, with an O-ring 112 already mounted on thevalve body 101, then - - the
valve body 101 is initially incompletely inserted into thebore 104 according to a radial oversize that it has compared to thebore 104, then
- - an electrode is placed on the
ring shoulder 101R, then - - an electric current is introduced into the
housing 52 via the electrode and thevalve body 101, so that thevalve body 101 and/or thehousing 52 melt in the area of the first sealing point 111, and at the same time - - a force is introduced into the
valve body 101 via the electrode, which acts in the direction of thehousing 52, so that thevalve body 101 is inserted further into thebore 104, whereby - - the O-ring 121 moves along the
fluid channel 58 during further insertion of thevalve body 101 into thebore 104.
Abschließend kann der Elektromagnet 105 auf dem verjüngten Teil des Ventilkörpers 101 - also räumlich außerhalb des Gehäuses 52 und der Bohrung 104 - montiert, beispielsweise verpresst, werden.Finally, the
Das Einführen des Ventilkörpers 101 in die Bohrung 104 kann mit einer Wegbegrenzung erfolgen. Die Wegbegrenzung kann dadurch erfolgen, dass eine die Elektrode vorschiebende Aktorik aus sich heraus bzw. gemäß ihrer elektronischen Ansteuerung den Vorschub beendet.The insertion of the
Alternativ kann eine Begrenzung des Einführwegs des Ventilkörpers 101 in die Bohrung 104 durch einen mechanischen Anschlag realisiert sein. Es kann dabei um einen in der Bohrung 104 ausgebildeten oder vorübergehend eingebrachten Anschlag handeln, an dem der Ventilkörper 101 anschlägt oder um einen an der Druckregeleinheit 30 ausgebildeten Anschlag, an dem die Elektrode anschlägt oder an dem die die Elektrode vorschiebende Aktorik anschlägt. Es kann sich anderseits auch um einen von der Druckregeleinheit 30 separaten Anschlag handeln, an dem wiederum die Elektrode anschlägt oder an dem die die Elektrode vorschiebende Aktorik anschlägt.Alternatively, the insertion path of the
Vorteilhafterweise wird durch den Anschlag nicht nur der mechanische Vorschub des Ventilkörpers 101 in die Bohrung 104 hinein gestoppt, sondern auch ein elektrischer Nebenschluss an der ersten Dichtstelle 111 vorbei geschaffen, so dass ein Stromfluss durch die Dichtstelle 111 und die damit verbundene Wärmeerzeugung - und somit der Schweißprozess - zum Erliegen kommt.Advantageously, the stop not only stops the mechanical advance of the
Im Beispiel weist die Bohrung 104 im Bereich der ersten Dichtstelle 111 einen ersten Durchmesser dk auf, der zum Beispiel 24mm beträgt, und im Bereich der zweiten Dichtstelle 112 einen zweiten Durchmesser ds auf, der zum Beispiel 21 mm beträgt. Das Ventilgehäuse 101 weist im Bereich der zweiten Dichtstelle 112 einen Gehäusedurchmesser db auf, der zum Beispiel 18mm beträgt. Die zweite Dichtstelle 112 ist innerhalb der Bohrung mit einem Abstand Is in Bohrungsrichtung zum Ausgang der Bohrung 104 angeordnet, der 20mm beträgt.In the example, the
Ein Ventil 32, 36, das wie in der
- -
32, 36Das Ventil und das Gehäuse 52 werden zunächst separat voneinander bereitgestellt, wobei aufdem Ventilkörper 101 ein O-Ring 112 bereits montiert ist, sodann - - wird der
Ventilkörper 101 gemäß eines radialen Übermaßes, das er im Vergleich zu derBohrung 104 aufweist, zunächst unvollständig indie Bohrung 104 eingeführt, sodann - - wird eine plane Elektrode so auf
dem Ringabsatz 101 R aufgesetzt, dass sie überden Ringabsatz 101R radial übersteht, sodann - - wird über die Elektrode und über
den Ventilkörper 101 ein elektrischer Strom indas Gehäuse 52 eingeleitet, sodass derVentilkörper 101 und/oder das Gehäuse 52 im Bereich der ersten Dichtstelle 111 aufschmelzen, und zugleich - - wird über die Elektrode eine Kraft in
den Ventilkörper 101 eingeleitet, die inRichtung des Gehäuses 52 wirkt, sodass derVentilkörper 101 weiter indie Bohrung 104 eingeführt wird, solange bis die Elektrode ander Außenfläche 52E des Gehäuses 52 anschlägt, wobei - - sich der O-Ring 121 während des weiteren Einführens des
Ventilkörpers 101 indie Bohrung 104 entlang des Fluidkanals 58 mitverschiebt.
- - The
32, 36 and thevalve housing 52 are initially provided separately from each other, with an O-ring 112 already mounted on thevalve body 101, then - - the
valve body 101 is initially incompletely inserted into thebore 104 according to a radial oversize that it has compared to thebore 104, then - - a flat electrode is placed on the
ring shoulder 101R in such a way that it projects radially beyond thering shoulder 101R, then - - an electric current is introduced into the
housing 52 via the electrode and thevalve body 101, so that thevalve body 101 and/or thehousing 52 melt in the area of the first sealing point 111, and at the same time - - a force is introduced into the
valve body 101 via the electrode, which force acts in the direction of thehousing 52, so that thevalve body 101 is inserted further into thebore 104 until the electrode strikes theouter surface 52E of thehousing 52, whereby - - the O-ring 121 moves along the
fluid channel 58 during further insertion of thevalve body 101 into thebore 104.
Abschließend kann der Elektromagnet 105 auf dem verjüngten Teil des Ventilkörpers 101 - also räumlich außerhalb des Gehäuses 52 und der Bohrung 104 - montiert, beispielsweise verpresst, werden.Finally, the
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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DE 10 2022 212 773 A1 [0002]
DE 10 2022 212 773 A1 [0002]
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|---|---|---|---|
| DE102023211716.9A DE102023211716A1 (en) | 2023-11-24 | 2023-11-24 | Pressure control unit for a hydrogen supply system of an internal combustion engine, method for producing the pressure control unit and hydrogen supply system |
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Family Applications (1)
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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