DE10225003A1

DE10225003A1 - Sicherheitsventil für Gasbehälter

Info

Publication number: DE10225003A1
Application number: DE10225003A
Authority: DE
Inventors: Arend Bruenjes
Original assignee: Adam Opel GmbH
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2002-06-06
Filing date: 2002-06-06
Publication date: 2003-12-18

Abstract

Die vorliegende Erfindung schlägt erstmals ein Sicherheitsventil (1) für Gasbehälter (2), wie beispielsweise Hochdruckgasbehälter, Gasspeichersysteme, Gasflaschen oder dergleichen, vorzugsweise für CNG-Kraftfahrzeuge, mit einem Ventilkörper (8), der auf den Gasbehälter (2) montierbar ist, vor. Dabei besteht der Ventilkörper (8) erstmals zumindest aus einem Gehäuse (10) und einem darin angeordneten Scheibenventil (18), wobei das Gehäuse (10) ein Unterteil (12), einen darauf gasdicht montierten Deckel (14) und eine von Unterteil (12) und Deckel (14) umschlossene kreisförmige Ausnehmung (16) aufweist. In der Ausnehmung (16) ist das Scheibenventil (18) drehbar angeordnet. Das Scheibenventil (18) ist aus einem zylindrischen scheibenförmigen Grundkörper (58) gebildet, der eine vom Kreisumfang abweichende vorbestimmte Kontur (60) aufweist, die über Aussparung (62, 64) verfügt, welche den jeweiligen Anforderungen angepasst sind, und welche mit in der Wandung (34) des Gehäuses (10) oder des Unterteils (12) enthaltenen Öffnungen (38, 40, 42, 44, 46, 48) je nach Stellung des Scheibenventils (18) korrespondieren und diese Öffnungen (38, 40, 42, 44, 46, 48) freigeben oder verschließen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sicherheitsventil für Gasbehälter, wie beispielsweise Hochdruckgasbehälter, Gasspeichersysteme, Gasflaschen, oder dergleichen, vorzugsweise für CNG-(compressed natural gas)-Kraftfahrzeuge, nach Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus eigenen praktischen Erfahrungen mit von der Anmelderin entwickelten und getesteten CNG-Kraftfahrzeugen ist das wesentliche Problem deren unzureichender Reichweite bekannt. Diese unzureichende Reichweite wird durch das Fassungsvermögen der Gasbehälter bestimmt und damit durch diese begrenzt. Das Fassungsvermögen der Gasbehälter ist wiederum nicht beliebig vergrößerbar, da es durch den im Kraftfahrzeug zur Unterbringung des Gasbehälters verfügbaren Bauraum begrenzt wird. Dieser Bauraum wiederum wird durch die Ausgestaltung der Karosserie und den Raumbedarf der Sicherheitsventile vorgegeben und damit entsprechend eingeschränkt.

Ein Beispiel eines bekannten Gasbehälters, wie beispielsweise eines Gasspeichersystems für CNG-Kraftfahrzeuge, ist in der DE 197 45 732 A1 offenbart. Dieses Gasspeichersystem soll crashsicher ausgebildet sein.

Derlei Gasspeichersysteme benötigen dementsprechend zuverlässige Sicherheitsventile.

Die bisher bekannten Sicherheitsventile bauen in aller Regel auf dem klassischen "T-Stück"-Prinzip auf, wie es von Taucherflaschen oder Schweißgeräten bekannt ist. Dieses Grundprinzip benötigt sehr viel Bauraum aufgrund der T-förmigen Ausgestaltung des Ventilkörpers. Dabei wird nicht nur sehr viel Bauraum verbraucht, der anderweitig sinnvoller genutzt werden könnte, sondern zudem von diesem verbrauchten Bauraum wiederum nur ein sehr kleiner Teil zur eigentlichen Darstellung der Ventilfunktionen sinnvoll genutzt. Damit wird aber inakzeptabel viel Bauraum als toter Raum verschwendet. Dieser verschwendete Todraum könnte wesentlich sinnvoller beispielsweise zur Erhöhung des Fassungsvermögens der Gasbehälter genutzt werden.

Eine beispielhafte Ausführungsform eines erheblichen Bauraum verschwendenden Füllventils zum Befüllen eines Brennstoffbehälters eines Fahrzeugs mit unter Druck stehendem Brennstoff, wie Flüssiggas (LPG) ist in der EP 0 321 007 B1 offenbart. Ein weiteres Beispiel eines erheblichen Bauraum verbrauchenden Ventils ist mit dem in der DE 44 17 094 A1 beschriebenen Scheibenventil für ein unter Druck stehendes Fluid bekannt geworden. Ferner offenbart die EP 0 265 537 B1 ein Scheibenventil mit einem mit einem Ventilgehäuse gebildeten Durchströmkanal und wenigstens zwei quer zu diesem angeordneten, konzentrischen und gegeneinander verdrehbaren Scheiben, welches wiederum den wesentlichen Mangel eines hohen Bauraumverbrauchs aufweist.

Eine weitere Variante eines Drehscheibensegmentventils zur Steuerung der Durchflussmenge eines flüssigen oder gasförmigen Mediums, wobei zwei mit Durchflussöffnungen versehene Scheiben in einem Gehäuse derart gegeneinander verdrehbar angeordnet sind, dass sich die Durchflussöffnungen beider Scheiben in einer ersten Stellung, der sogenannten Durchflussstellung, gegenüberstehen, und in einer zweiten Stellung, der Schließstellung, gegeneinander versetzt sind, ist aus der DE 42 20 070 C1 bekannt geworden. Wenngleich dieses Drehscheibensegmentventil kompakter bauen dürfte, als die dem T-förmigen Grundprinzip folgenden Ventile, wird auch bei dieser Variante noch zu viel Bauraum verbraucht.

In der Praxis wird bei der Anmelderin derzeit ein mechanisches Sicherheitsventil benutzt. Dieses Sicherheitsventil öffnet durch eine Magnetspule bei Beaufschlagung mit Strom den Auslass des Gasflaschenventils. Hierbei verschließt in Ruhestellung beispielsweise ein Stift oder ein sogenanntes Tulpenventil die Bohrung im Flaschenauslass. Diese Bauart wiederum setzt einen relativ komplizierten Grundkörper voraus, welcher bei der Bearbeitung auf spanabhebenden Bohr- und/oder Fräsvorrichtungen einen oder mehrere komplizierte Arbeitsschritte, die zudem entsprechend aufwendig aufeinander abzustimmen sind, voraussetzt. Der Grundkörper muss beispielsweise für die Bearbeitung mehrfach ein-, aus- oder umgespannt werden. Hierdurch wird nachteilig die Bearbeitungsqualität verringert und das Bauteil zudem unnötig teuer. Für eine akzeptable Qualität ist die Bearbeitungszeit entsprechend zu steigern, um die gewünschte Genauigkeit erreichen zu können, was wiederum zu einer unerwünschten Anhebung der Kosten führt.

Diese Variante eines Sicherheitsventils, bei dem die Ventilfunktion etwa mittels eines Stiftes oder einer Art Tulpenventil realisiert ist, führt zudem nachteilig zu Verschleißerscheinungen und damit zu nicht unerheblichen Funktionsstörungen. Entsprechende Auswertungen haben gezeigt, dass ein sicheres Verschließen solcher Ventile teilweise bereits nach kürzester Betriebsdauer nicht mehr ausreichend gegeben ist. Zudem neigt diese Mechanik sehr schnell dazu, sich zu verklemmen.

Darüber hinaus haben die vorstehend diskutierten handelsüblichen Sicherheitsventile, die mehr oder weniger ähnliche Qualitätsprobleme, Verschleißerscheinungen oder Funktionsstörungen aufweisen, bei von der Anmelderin durchgeführten Sicherheitstests, erhebliche Sicherheitsmängel aufgewiesen.

Aufgrund der von verschiedenen Seiten geforderten Anforderungen in punkto Sicherheit müssten diese bekannten Ventile noch eine Mehrzahl zusätzlicher Sicherheitsfunktionen aufweisen, die derzeit nicht gegeben sind. So verlangt beispielsweise der Gesetzgeber einen Schutz gegen beispielsweise bei Brand auftretender Überhitzung. Diesem gesetzgeberischen Verlangen kommen einige Hersteller mit einer Schmelzlotsicherung nach. Eine solche Schmelzlotsicherung schützt jedoch nicht gegen Überhitzung, wie sie beispielsweise durch Strahlungshitze entstehen kann. Hierfür wird dann eine Berstsicherung benötigt. Einige wenige Hersteller von Sicherheitsventilen bieten zwar Sicherheitsventile mit einer kombinierten Berstsicherung an, diese haben jedoch wieder den wesentlichen Nachteil eines sehr komplizierten und dementsprechend teueren Aufbaus.

Demzufolge ist es unter Vermeidung der vorstehenden Nachteile Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Sicherheitsventil für Gasbehälter, vorzugsweise für CNG- Kraftfahrzeuge, mit einem bauraumoptimierten, auf dem Gasbehälter montierbaren Ventilkörper zu schaffen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1.

Dabei wird erstmals ein Sicherheitsventil für Gasbehälter, wie beispielsweise Hochdruckgasbehälter, Gasspeichersysteme, Gasflaschen, oder dergleichen, vorzugsweise für CNG-Kraftfahrzeuge, mit einem Ventilkörper, der auf den Gasbehälter montierbar ist, vorgeschlagen, das sich erfindungsgemäß dadurch auszeichnet, dass der Ventilkörper zumindest aus einem Gehäuse und einem darin angeordneten Scheibenventil besteht. Das Gehäuse weist dabei ein Unterteil, einen darauf gasdicht montierten Deckel und eine von Unterteil und Decke umschlossene kreisförmige Ausnehmung auf, in welcher das Scheibenventil drehbar angeordnet ist. Dabei ist das Scheibenventil aus einem zylindrischen scheibenförmigen Grundkörper gebildet, der eine vom Kreisumfang abweichende vorbestimmte Kontur aufweist, die über Aussparungen verfügt, welche den jeweiligen Anforderungen angepasst sind, und welche mit in der Wandung oder dem Boden des Gehäuses enthaltenen Öffnungen je nach Stellung des Scheibenventils korrespondieren und diese Öffnungen freigeben oder verschließen.

Mit der im Prinzip kreisscheibenförmigen Grundform des erfindungsgemäßen Sicherheitsventils wird erstmals in vorteilhafter Weise ein derart bauraumoptimiertes Sicherheitsventil geschaffen, welches lediglich exakt den Bauraum verbraucht, der ausschließlich zur Darstellung der Ventilfunktionen benötigt wird, und welches keinerlei nutzlosen Todraum sinnlos vergeudet. Damit steht in vorteilhafter Weise wiederum mehr restlicher Bauraum zur Vergrößerung des Fassungsvermögens des Gasbehälters zur Verfügung. Darüber hinaus bietet das erfindungsgemäße Sicherheitsventil den weiteren Vorteil einer dauerhaft störungsfreien Funktion, da durch den hier erstmals vorgeschlagenen extrem schlanken Aufbau mit lediglich einem bewegten Bauteil - nämlich dem Scheibenventil, mit welchem sämtliche Ventilfunktionen dargestellt werden - den nicht voraussehbaren mechanischen Einflüssen schlichtweg jegliche Angriffsfläche entzogen ist, so dass es auch nicht zu den aus der Praxis bekannten Betriebsstörungen, einem Verklemmen, Undichtigkeiten beim Schließen, einem unvollständigen Öffnen oder sonstigen Funktionsstörungen kommen kann.

Darüber hinaus bietet das erfindungsgemäße Sicherheitsventil aufgrund seines einfachen und kompakten Aufbaus den weiteren Vorteil einer schnellen und kostengünstigen Fertigung unter gleichzeitiger Einhaltung höchster Qualitätsnormen.

Des weiteren ermöglicht das erfindungsgemäße Sicherheitsventil erstmals eine Integration aller bekannten und geforderten Sicherheitsfunktionen und es weist darüber hinaus - ohne Verbrauch jeglichen weiteren Bauraumes - zusätzliche Einbaumöglichkeiten für eventuell später geforderte zusätzliche Funktionen auf. Es ist damit sozusagen das erste frei skalierbare Sicherheitsventil.

Das erfindungsgemäße Sicherheitsventil ist das erste Sicherheitsventil, das tatsächlich die Bezeichnung einer kompakten Bauweise verdient. Fehlfunktionen durch klemmende Ventilbauteile - wie sie aus der Praxis bekannt sind - sind grundsätzlich vermieden. Zeit- und lohnintensive Arbeiten durch mehrmaliges Bearbeiten verschiedenster Bauteile auf verschiedensten Bearbeitungsstationen mit unzähligen Arbeitsschritten, wie beispielsweise Einrichten, Aufspannen, Umspannen, Entnehmen, wieder neu einrichten, usw., können Dank des erfindungsgemäßen bearbeitungs- und bauraumoptimierten Sicherheitsventils vollständig vermieden werden. Durch den Bauraumgewinn infolge der Bauraumoptimierung des Sicherheitsventils wird zugleich ein Speicherkapazitätsgewinn für den Gasbehälter erzielt.

Weiterhin bietet das Sicherheitsventil Fertigungs- und Kosteneinsparpotentiale durch weitere Optimierung. Es zeichnet sich aufgrund der druckneutralen Auslegung durch eine hohe Zuverlässigkeit aus. Es verfügt darüber hinaus über weitere zusätzliche Kapazitäten aufgrund der Erweiterungsmöglichkeiten. Ferner ist dessen Betriebs- und Lebensdauer wesentlich größer auslegbar, da sowohl Wartungs- als auch Instandsetzungsmöglichkeiten gegeben sind. Mit dem erfindungsgemäßen Sicherheitsventil werden alle jetzigen gesetzlichen Anforderungen an die Sicherheit erfüllt und es verfügt darüber hinaus über diesbezügliches Erweiterungspotential, um auch zukünftigen Anforderungen gerecht werden zu können.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche.

So ist in einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass das Scheibenventil die Ausnehmung im Gehäuse nur teilweise ausfüllt, wobei die aufgrund der in der Kontur des Scheibenventils vorhandenen Ausnehmungen verbleibenden Hohlräume durch jene dazwischen liegenden Abschnitte des Scheibenventils, die sich bis zur Gehäuseinnenwandung erstrecken, von einander getrennt sind, und dort eine Abdichtung durch Reibschluss erfolgt, vermittels des die jeweilige Gehäuseinnenwandung berührenden Scheibenventilbogensegments. Dies bietet den entscheidenden Vorteil, dass die vom Grundprinzip her aus dem Wankelmotor bekannte reibschlüssige Dichtwirkung erstmals in einem Sicherheitsventil genutzt werden kann, was zu einer besonders guten Abdichtung ohne zusätzliche Dichtungsbauteile führt. Eine kostengünstigere Herstellung der bei Sicherheitsventilen als besonders zuverlässig geforderten Abdichtung ist mit den derzeit zur Verfügung stehenden Produktionsmitteln nicht vorstellbar.

Ein weiterer Vorteil ist die Integration sämtlicher Ventilfunktionen in ein einziges Bauteil, nämlich das Scheibenventil. Dessen Kontur kann hierfür - ausgehend von einer Kreisscheibe - durch gezielte Einbringung von Aussparungen in die Kontur gestaltet werden, so als würde man den die ursprüngliche Kreisscheibenkontur ausbildenden Umfang an verschiedenen Stellen mehr oder weniger radial nach innen eindellen. Im Zusammenspiel des drehbaren Scheibenventils mit dem umgebenden Gehäuse und mit den ebenfalls drehbaren Hohlräumen, die aufgrund der Aussparungen in der Scheibenventilkontur in der Gehäuseausnehmung verbleiben, kann - je nach Stellung des Scheibenventils - eine Kommunikation und damit ein Strömen von Gas zwischen den in einer Stellung offenen und in einer anderen Stellung geschlossenen Öffnungen ausgewählt werden.

In einer weiter bevorzugten Ausführungsform des Sicherheitsventils ist vorgesehen, dass die Kontur des Scheibenventils derart ausgebildet ist, dass es keine Unwucht aufweist. Damit werden vorteilhaft extrem hohe und zugleich besonders schnelle Schaltzyklen realisierbar.

Zur Reduzierung der bewegten Massen kann es gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform vorteilhaft sein, das Scheibenventil aus Keramik herzustellen.

Entsprechend einer weiter bevorzugten Ausführungsform sind die in der Gehäusewandung oder im Boden enthaltenen Öffnungen als Bohrungen für Anschlüsse ausgebildet, wie beispielsweise für den Anschluss einer Gasbefüllungsleitung, einer Gasentnahmeleitung, eines Gasbehältereinlasses oder Gasbehälterauslasses, oder zur Integration einer Berstsicherung, einer Schmelzsicherung, einer Rückschlagsperre, eines Temperaturfühlers oder Druckaufnehmers, oder dergleichen mehr. Damit werden vorteilhaft nicht nur sämtliche bekannten oder zukünftig noch geforderten Funktionen eines Sicherheitsventils abgedeckt, sondern diese können aufgrund der Ausgestaltung der erforderlichen Öffnungen als Bohrungen möglichst einfach und kostengünstig hergestellt werden, wobei je nach Bedarf die Bohrungen mit entsprechenden Innengewinden versehen werden können, um dort wiederum kostengünstig am Markt verfügbare, standardisierte Fittinge anschrauben zu können.

Einer weiter bevorzugten Ausführungsform zufolge weist das Sicherheitsventil zur Betätigung des Scheibenventils ein Stellelement auf, welches beispielsweise ein Elektro-Magnet, Elektro-Motor, ein hydraulischer oder ein pneumatischer Stelltrieb sein kann. Dies bietet den weiteren Vorteil, dass das zur Betätigung des Scheibenventils erforderliche Stellelement im Sicherheitsventil innerhalb der vom Gehäuse umfassten Ausnehmung platzsparend angeordnet werden kann. Die vorstehend aufgezählten Stelltriebe oder Stellglieder bieten nicht nur den Vorteil einer kompakten Bauweise, sondern sie bieten auch den Vorteil einer absolut störungsfreien Ansprache bei erforderlichenfalls problemlos erfüllbaren hohen Schaltfrequenzen. Zudem zeichnen sich diese Stelltriebe oder Stellglieder neben der hohen Zuverlässigkeit auch durch eine besonders gute Genauigkeit aus. Schlussendlich sind derlei Stellelemente einfach zu montieren und können problemlos gasdicht ausgeführt werden.

Schließlich ist in einer weiter bevorzugten Ausführungsform eine Rückschlagfeder vorgesehen. Diese kann in vorteilhafter Weise ebenfalls platzsparend innerhalb des Sicherheitsventils angeordnet werden und bietet den Vorteil, dass selbst beim Ausfall sämtlicher Systeme eines CNG-Kraftfahrzeuges - sei es bei der Wartung, nach einem Unfall, oder aufgrund anderer Ereignisse - ein sofortiger, absolut sicherer Verschluss des Gasbehälters gewährleistet ist.

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der Figuren der Zeichnung mehr erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematisch vereinfachte Seitenansicht einer beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sicherheitsventils, welches auf einem Gasbehälter montiert ist;
Fig. 2 eine Schnittansicht längs des in Fig. 1 mit der gestrichelten Linie A-A angezeigten Schnittes;
Fig. 3 eine weitere Seitenansicht der in Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsform aus einem anderen Blickwinkel; und
Fig. 4 eine Draufsicht von oben auf die in Fig. 1 bis 3 gezeigte Variante eines erfindungsgemäßen Scheibenventils.
In Fig. 1 ist eine beispielhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sicherheitsventils 1 dargestellt. Das Sicherheitsventil 1 ist auf einem Gasbehälter 2 montiert. Der Gasbehälter 2 verfügt über ein genormtes Innengewinde 4, das mit einem entsprechenden Gegengewinde 6 der Sicherheitsventils 1 korrespondiert. Aufgrund der besonders kompakten Bauform des Sicherheitsventils 1 sitzt dieses direkt auf dem Gasbehälter 2 und schützt diesen damit zugleich gegen jegliche schädigende Einwirkung von außen. Der Ventilkörper 8 des Sicherheitsventils 1 besteht in der dargestellten Ausführungsform aus einem Gehäuse 10, das hier aus einem Unterteil 12 und einem darauf gasdicht montierten Deckel 14 gebildet ist. Innerhalb des Gehäuses 10 ist einer entsprechenden Ausnehmung 16 ein Scheibenventil 18 drehbar angeordnet. Dieses dreht sich um die hier gestrichelt dargestellte Hochachse Z.
Der Deckel 14 wird mit dem Unterteil 12vermittels geeigneter Befestigungsmittel gasdicht verbunden. In der hier dargestellten Ausführungsform sind als Befestigungsmittel Schrauben 20 gezeigt. Derlei Schraubverbindungen sorgen durch ihre Spannkraft für eine formschlüssige und gasdichte Verbindung. Im Deckel 14 befindet sich die kreisförmige Kammer bzw. Ausnehmung 16 für das Scheibenventil 18. Es ist ebenso denkbar, die Ausnehmung 16 sowohl den Deckel 14 als auch im Unterboden 12 oder nur im Unterboden 12 auszubilden und dementsprechend den Deckel 14 flach zu halten. Die Kammer bzw. Ausnehmung 16 für das Scheibenventil 18 sollte möglichst genau gefertigt werden, damit das Scheibenventil 18 sich darin präzise drehen bzw. bewegen kann dieses gleichzeitig dennoch optimal abdichtet.
Das Unterteil 12 weist in seiner Mitte koaxial zur Hochachse Z die Drehachse 22 für das Scheibenventil 18 auf, um welche sich das Scheibenventil 18 dreht. Auf der Unterseite des Unterteils 12 befindet sich die Verschraubung 6 mit der Gasspeicherflasche 2. Derartige Gasflaschen besitzen im Regelfall ein genormtes Innengewinde 4. In der Mitte dieses Verschraubungsbereiches befinden sich die Bohrungen für den Gasbehältereinlass 24 und den Gasbehälterauslass 26.
Innerhalb des Sicherheitsventils 1 ist eine Rückschlagfeder 28 und ein Elektro-Magnet 30 erkennbar. Ferner verfügt das hier dargestellte Sicherheitsventil über eine Handverstellung 32.
In Fig. 2 ist eine Schnittansicht längs der gestrichelten Linie A-A (wie in Fig. 1 angedeutet) dargestellt. Gleiche Bezugszeichen werden für gleiche oder ähnlich wirkende Bauteile bzw. -elemente zur Vereinfachung der weiteren Diskussion verwendet.
Der Deckel 14 ist mit geschnittener ringförmiger Wandung 34 gezeigt, so dass Bohrungen 36 für die Verschraubung des Deckels 14 mit dem in Fig. 1 gezeigten Unterbau 12 vermittels der Schrauben 10 erkennbar sind. Die Gehäusewandung 34 weist in dieser Darstellung vier Öffnungen 38, 40, 42 und 44 auf, die durch die Wandung 34 radial hindurchgehen.
Die Öffnung 38 ist für den Anschluss einer nicht näher dargestellten Gasentnahmeleitung vorgesehen. Dementsprechend ist die gestrichelt dargestellte Öffnung 46 im Unterteil 12 zur Verbindung mit dem Gasbehälterauslass 26 vorgesehen. Die Öffnung bzw. Bohrung 40 dient zum Anschluss einer nicht näher dargestellten Gasbefüllungsleitung. Dementsprechend ist die in dieser Ansicht kreisförmig dargestellte Öffnung 48 im Unterteil 12 zur Verbindung mit dem Gasbehältereinlass 24 vorgesehen. Die radiale Bohrung 42 dient zur Aufnahme einer Schmelzsicherung 50 und die radiale Bohrung 44 dient zur Aufnahme einer Berstsicherung 52. Die in dieser Ausführungsform als Bohrung ausgebildeten Öffnungen 38, 40, 42, 44, 46 und 48 dienen zur Medienzufuhr oder zur Medienabfuhr als auch für die angeschraubten oder integrierten Sicherheitsbauteile, wie beispielsweise die Berstsicherung 52 oder die Schmelzsicherung 50.
Am Unterteil 12 ist das als Elektro-Magnet 30 ausgebildete Stellelement befestigt. Dessen Versorgungsleitungen 56 können durch das Unterteil 12 nach außen geführt werden. Sowohl das Stellelement 30 als auch das Unterteil 12 sollten zur Erleichterung der Wartung verschraubt ausgeführt und gasdicht ausgelegt werden.
Das Scheibenventil 18, welches in der kreisförmigen Ausnehmung 16 drehbar angeordnet ist, ist aus einem scheibenförmigen Grundkörper 58 gebildet. Der scheibenförmige Grundkörper 58 weist jedoch eine vom Kreisumfang abweichende vorbestimmte Kontur 60 auf, die über Aussparungen 62 und 64 verfügt. Diese Aussparungen 62 und 64 sind den jeweiligen Anforderungen angepasst, um die gewünschten Schaltfunktionen des Sicherheitsventils 1 abbilden zu können. Die Aussparungen 62 und 64 in der Kontur 60 des Scheibenventils 18 korrespondieren je nach Stellung des Scheibenventils 18 mit in der Wandung 34 des Gehäuses 10 und des Unterteils 12 enthaltenen Öffnungen 38, 40, 42, 44, 46 oder 48 und geben dabei diese Öffnungen frei oder verschließen sie.
Indem das Scheibenventil 18 die kreisförmige Ausnehmung 16 im Gehäuse 10 des Sicherheitsventils 1 aufgrund der von einem Kreisumfang abweichenden Kontur 60 nicht vollständig ausfüllt, verbleiben in der Ausnehmung 16 wegen der Aussparungen 62 oder 64 der Kontur 60 Hohlräume 66 bzw. 68. Diese Hohlräume 66 bzw. 68 werden durch die Gehäuseinnenwandung 70 der Gehäusewandung 34 und die Aussparung 42 bzw. 44 der Kontur 60 begrenzt und durch die Scheibenventilbogensegmente 72 bzw. 74 gegenüber der Gehäuseinnenwandung 70 aufgrund einer reibschlüssigen Berührung gasdicht abgedichtet.
In Fig. 3 ist in einer weiteren Seitenansicht aus einem anderen Blickwinkel die in Fig. 1 und 2 dargestellte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sicherheitsventils 1 noch einmal verdeutlicht.
In Fig. 4 ist zum besseren Verständnis das Scheibenventil 18 in einer Draufsicht von oben alleine dargestellt. Daraus wird ersichtlich, dass das Scheibenventil 18 aus einem scheibenförmigen Grundkörper 58 herausgearbeitet wurde. Hierzu sind Aussparungen 62 bzw. 64 in die Kontur 60 des Grundkörpers 58 eingebracht worden, so dass die Kontur 60 schlussendlich teilweise von einem Kreis abweicht. Die verbleibenden Scheibenventilkreisbogensegmente 72 bzw. 74 dienen zur reibschlüssigen Abdichtung.
Die vorliegende Erfindung schlägt erstmals ein Sicherheitsventil für Gasbehälter, wie beispielsweise Hochdruckgasbehälter, Gasspeichersysteme, Gasflaschen, oder dergleichen, vorzugsweise für CNG-Kraftfahrzeuge, mit einem Ventilkörper, der auf den Gasbehälter montierbar ist, vor. Dabei besteht der Ventilkörper erstmals zumindest aus einem Gehäuse und einem darin angeordneten Scheibenventil, wobei das Gehäuse ein Unterteil, einen darauf gasdicht montierten Deckel und eine von Unterteil und Deckel umschlossene kreisförmige Ausnehmung aufweist. In der Ausnehmung ist das Scheibenventil drehbar angeordnet. Das Scheibenventil ist aus einem zylindrischen scheibenförmigen Grundkörper gebildet, der eine vom Kreisumfang abweichende vorbestimmte Kontur aufweist, die über Aussparung verfügt, welche den jeweiligen Anforderungen angepasst sind, und welche mit in der Wandung des Gehäuses oder des Unterteils enthaltenen Öffnungen je nach Stellung des Scheibenventils korrespondieren und diese Öffnungen freigeben oder verschließen.
Durch die besonders kompakte Bauweise des erfindungsgemäßen Sicherheitsventils wird erheblich weniger Bauraum benötigt, als bei herkömmlichen Sicherheitsventilen. Dieser gewonnene Bauraum kann so für die Speichertechnik verwendet werden und die Reichweite der Fahrzeuge wesentlich erhöhen. Durch die kompakte Bauweise um das Flaschenventil ist ein höherer Schutz gegen Beschädigung bzw. Abriss gegeben. Eindringende Fremdkörper finden weniger Angriffsfläche am Ventilkörper.
Die funktionellen Sicherheitseinrichtungen übertreffen alle auf dem Markt befindlichen Systeme und erfüllen die von der Anmelderin geforderten Auflagen. Diese umfassen u. a. eine Berstsicherung gegen ungewollte Druckerhöhung, eine Schmelzsicherung gegen Druckerhöhung durch Brand, eine integrierte Rückschlagsperre, zuverlässiges Abschalten des Ventils, zuverlässiges Anschalten des Ventils, geringer Verschleiß bei höherer Langlebigkeit, Anpassungsfähigkeit auf höhere Drücke, Anpassungsfähigkeit an andere Medien, wie beispielsweise Wasserstoff, Wartungsfähigkeit, Anpassbarkeit an neue Bauteile, Bestückbarkeit mit modernster Messtechnik sowie geringe Stückkosten durch leichtere und schnellere Fertigung.
Das Scheibenventil kann durch seine Kontur den jeweiligen Anforderungen angepasst werden. Der Grundkörper ist eine Scheibe bzw. ein Kreis. Dieser erhält in seiner Kontur den Anforderungen entsprechende Aussparungen. Diese Aussparungen dienen zum Beispiel auch dazu, einen Elektro-Magneten unterzubringen. Anstelle eines Elektro-Magnetes kann zur Betätigung bzw. zur Öffnung des Ventils auch ein Elektro-Motor benutzt werden, sowie eine hydraulische bzw. pneumatische Verstellung vorgesehen sein. Das Scheibenventil verschließt mit seinem Körper die Auslassbohrungen. Zum Öffnen wird die Scheibe um einen definierten Winkel um die Rotationsachse bewegt. Dies kann beispielsweise mittels des Elektro-Magneten geschehen. Der Elektro-Magnet wird durch eine Dauerspannung eingeschaltet und wirkt gegen die Rückstellkraft der Rückschlagfeder. Wird der Strom unterbrochen, so schaltet der Magnet ab und die federbewegte Scheibe um den gleichen Winkel wieder zurück. Das Ventil ist dann wieder geschlossen. Der Raum um die Einlassbohrung ist so zu bemessen, dass die Bohrung nicht verschlossen wird, auch wenn das Ventil um den definierten Winkel geöffnet wird. An diesem Bauraum können, durch Bohrungen durch das Gehäuse von außen, zusätzliche Sicherheitseinrichtungen oder Messmittel angeschlossen werden. Dies sind beispielsweise Rückschlagsperre, Schmelzlot, Berstsicherung, Temperaturfühler oder Druckaufnehmer.
Durch die große Auflagefläche ist ein zuverlässiges Dichten der Scheibenventilplatte auch bei Druckschwankungen gegeben. Die Ventilplatte kann bei großatmigen Medien auch aus Keramik gefertigt werden, damit die dynamischen Massen gering gehalten werden können. Das Dichtprinzip ist reibschlüssig und aus der Wankelmotortechnik erstmalig auf die Konstruktion von Sicherheitsventilen übertragen. Bezugszeichenliste 1 Sicherheitsventil
2 Gasbehälter
4 Innengewinde
6 Gegengewinde
8 Ventilkörper
10 Gehäuse
12 Unterteil
14 Dicke
16 Ausnehmung
18 Scheibenventil
20 Schraube
22 Drehachse
24 Gasbehältereinlass
26 Gasbehälterauslass
28 Rückschlagfeder
30 Elektro-Magnet
32 Handverstellung
34 Wandung
36 Bohrung (für Verschraubung)
38 Öffnung
40 Öffnung
42 Öffnung
44 Öffnung
46 Öffnung
48 Öffnung
50 Schmelzsicherung
52 Berstsicherung
54 -
56 Stromversorgung
58 scheibenförmiger Grundkörper
60 Kontur
62 Aussparung
64 Aussparung
66 Hohlraum
68 Hohlraum
70 Gehäuseinnenwandung
72 Scheibenventilbogensegment
74 Scheibenventilbogensegment

Claims

1. Sicherheitsventil (1) für Gasbehälter (2), wie beispielsweise Hochdruckgasbehälter, Gasspeichersysteme, Gasflaschen, oder dergleichen, vorzugsweise für CNG-Kraftfahrzeuge, mit einem Ventilkörper (8), der auf den Gasbehälter (2) montierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (8) zumindest aus einem Gehäuse (10) und einem darin angeordneten Scheibenventil (18) besteht, wobei das Gehäuse (10) ein Unterteil (12), einen darauf gasdicht montierten Deckel (14) und eine von Unterteil (12) und Deckel (14) umschlossene kreisförmige Ausnehmung (16) aufweist, in welcher das Scheibenventil (18) drehbar angeordnet ist, und dass das Scheibenventil (18) aus einem zylindrischen scheibenförmigen Grundkörper (58) gebildet ist, der eine vom Kreisumfang abweichende vorbestimmte Kontur (60) aufweist, die über Aussparungen (62, 64) verfügt, welche den jeweiligen Anforderungen angepasst sind, und welche mit in der Wandung (34) des Gehäuses (10) oder des Unterteils (12) enthaltenen Öffnungen (38, 40, 42, 44, 46, 48) je nach Stellung des Scheibenventils (18) korrespondieren und diese Öffnungen (38, 40, 42, 44, 46, 48) frei geben oder verschließen.

2. Sicherheitsventil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Scheibenventil (18) die Ausnehmung (16) im Gehäuse (10) nur teilweise ausfüllt, wobei die aufgrund der in der Kontur (60) des Scheibenventils (18) vorhandenen Aussparungen (62, 64) verbleibenden Hohlräume (66, 68) durch jene dazwischen liegenden Abschnitte des Scheibenventils (18), die sich bis zur Gehäuseinnenwandung (70) erstrecken, voneinander getrennt sind, und dort eine Abdichtung durch Reibschluss erfolgt, vermittels des jeweiligen die Gehäuseinnenwandung (70) berührenden Scheibenventilbogensegments (72, 74).

3. Sicherheitsventil (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur (60) des Scheibenventils (18) derart ausgebildet ist, dass es keine Unwucht aufweist.

4. Sicherheitsventil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Scheibenventil (18) aus Keramik hergestellt ist.

5. Sicherheitsventil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Gehäusewandung (34) oder im Unterteil (12) enthaltenen Öffnungen (38, 40, 42, 44, 46, 48) als Bohrungen für Anschlüsse ausgebildet sind, wie beispielsweise für den Anschluss einer Gasbefüllungsleitung, einer Gasentnahmeleitung, eines Gasbehältereinlasses (24) oder eines Gasbehälterauslasses (26), oder zur Integration einer Berstsicherung (52), einer Schmelzsicherung (50), einer Rückschlagsperre, eines Temperaturfühlers oder Druckaufnehmers, oder dgl. mehr.

6. Sicherheitsventil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Betätigung des Scheibenventils (18) ein Stellelement (30) vorgesehen ist, wie beispielsweise ein Elektro-Magnet (30), ein Elektro-Motor, ein hydraulischer oder ein pneumatischer Stelltrieb.

7. Sicherheitsventil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rückschlagfeder (28) vorgesehen ist.