WO2014086455A1

WO2014086455A1 - Vorrichtung zum anschliessen eines hochdrucksensors

Info

Publication number: WO2014086455A1
Application number: PCT/EP2013/003379
Authority: WO
Inventors: Thomas Baur; Bernd Buchauer; Felix Most
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2012-12-04
Filing date: 2013-11-08
Publication date: 2014-06-12
Anticipated expiration: 2015-06-04
Also published as: DE102012023677A1

Abstract

Die Erfindung betrifft Vorrichtung (1) zum Anschließen eines Hochdrucksensors (2) an ein unter Hochdruck stehendes Volumen (3) mit einem ersten mit dem Hochdrucksensor (2) korrespondierenden Bauteil (4) und einem zweiten mit dem Volumen (3) korrespondierenden Bauteil (5), mit wenigstens zwei Dichtringen (8, 13) aus einem elastischen Material, welche im montierten Zustand dichtend zwischen dem ersten Bauteil (4) und dem zweiten Bauteil (5) verspannt sind. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass eines der Bauteile (5) mit einem Innengewinde und eines der Bauteile (4) mit einem korrespondierenden Außengewinde versehen ist, wobei die wenigstens zwei Dichtringe (8, 13) im montierten Zustand auf der jeweils gegenüberliegenden Seite der Gewinde (6) angeordnet sind.

Description

Vorrichtung zum Anschließen eines Hochdrucksensors

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Anschließen eines Hochdrucksensors an einen unter Hochdruck stehendes Volumen nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, dass Gassensoren an ein unter Hochdruck stehendes Volumen angeschlossen und gegenüber diesem entsprechend abgedichtet werden müssen. Die Stelle, an welche der Hochdrucksensor mit dem Gasvolumen verbunden ist, stellt dabei immer einen hinsichtlich der Dichtheit kritischen Punkt innerhalb des Systems dar. Die US 2004/0182705 A1 beschreibt deshalb einen

Gassensor, welcher über eine Mehrzahl von Dichtringen, welche sowohl in axialer als auch in radialer Richtung verpresst ausgebildet sind, abgedichtet wird. Der Aufbau ist dabei vergleichsweise komplex und kann lediglich eine Abdichtung gegenüber dem in dem Volumen befindlichen Medium gewährleisten. Umgebungseinflüsse wie

beispielsweise in der Umgebung auftretendes Wasser oder dergleichen können von der gegenüberliegenden Seite in den dort nicht oder nur mangelhaft abgedichteten Sensor eintreten. Dies ist insbesondere dann kritisch, wenn unterschiedliche Materialien eingesetzt werden, beispielsweise ein Leichtmetall oder ein kohlefaserverstärktes Material auf der einen Seite und ein Anschlusselement aus einer Stahllegierung, einem Edelstahl oder dergleichen auf der anderen Seite. Aufgrund der unterschiedlichen

Elektronegativitätswerte kann es dann, insbesondere beim Eindringen von Feuchtigkeit, welche als Elektrolyt dient, zu einer elektrochemischen Korrosivität zwischen den beiden unterschiedlichen Materialien kommen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, eine Vorrichtung zum Anschließen eines Hochdrucksensor an ein unter Hochdruck stehendes Volumen zu schaffen, welche die oben genannten Nachteile vermeidet und einen einfachen, sicheren und zuverlässigen Aufbau gewährleistet.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und

Weiterbildungen der Vorrichtung ergeben sich aus den hiervon abhängigen

Unteransprüchen. Ferner ist eine Verwendung einer derartigen Vorrichtung angegeben.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird ein mit einem Hochdrucksensor

korrespondierendes Bauteil mit einem zweiten mit dem Volumen korrespondierenden Bauteil verbunden, wobei, ähnlich wie beim Stand der Technik, wenigstens zwei

Dichtringe aus einem elastischen Material, welche im montierten Zustand dichtend zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil verpresst sind, vorgesehen sind.

Erfindungsgemäß ist es nun so, dass eines der Bauteile ein Innengewinde und eines der Bauteile ein korrespondierendes Außengewinde aufweist. Die wenigstens zwei Dichtringe sind, zumindest im montierten Zustand, auf der jeweils gegenüberliegenden Seite der Gewinde angeordnet. Über eine solche Anordnung der beiden Dichtringe auf den gegenüberliegenden Seiten des Gewindes wird erreicht, dass, von der Seite des

Volumens her gesehen, eine erste Abdichtung vor dem Gewinde und eine zweite

Abdichtung nach dem Gewinde stattfindet. Hierdurch wird eine sehr gute Abdichtung erzielt, wobei die wenigstens zwei Dichtringe unterschiedliche Dichtaufgaben

übernehmen und dementsprechend hierauf optimiert werden können.

Gemäß einer besonders günstigen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es dementsprechend vorgesehen, dass der Dichtring auf der dem Volumen zugewandten Seite gegen das in dem Volumen befindliche Medium beständig ausgebildet ist, während der wenigstens eine andere Dichtring gegen in der Umgebung auftretende Medien, insbesondere Wasser, beständig ist. Eine solche Abdichtung mit zwei unterschiedlichen Dichtringen ermöglicht es beispielsweise bei der Abdichtung eines

Hochdrucksensoranschlusses für einen Wasserstoffsensor, den ersten dem

Wasserstoffvolumen zugewandten Dichtring so auszubilden, dass dieser hochbeständig gegenüber Wasserstoff ausgebildet ist. Er kann beispielsweise aus PU oder

vorzugsweise aus TPU ausgebildet sein. Ein solcher gegen Wasserstoff sehr beständiger Dichtring wäre andererseits gegen Umgebungseinflüsse, beispielsweise Wasser, welches zum Beispiel bei der Reinigung der Vorrichtung unter hohem Druck auf den anderen Dichtring gespült werden würde, nicht übermäßig beständig. Deshalb kann der andere Dichtring gegen eben diese Medien beständig ausgebildet werden, beispielsweise aus einem Silikonkautschuk oder Fluor-Silikonkautschuk. Die erste Dichtung übernimmt dann die eigentliche Abdichtung gegenüber dem unter hohem Druck stehenden Gas, während der andere Dichtring die Abdichtung der Verbindung, nämlich der Gewinde gegenüber Umgebungseinflüssen, übernimmt. Durch diesen Aufbau kann beispielsweise ein

Gewinde aus Stahl oder Edelstahl in einen Tank, vorzugsweise einen Wasserstofftank, aus Aluminium und/oder kohlefaserverstärktem Kunststoff eingeschraubt werden.

Aufgrund der Abdichtung durch den gegenüber den in der Umgebung auftretenden Medien beständigen Dichtring wird das Eindringen von Wasser und Feuchtigkeit in das Gewinde sicher und zuverlässig verhindert, sodass ein Elektrolyt, welcher für eine elektrochemische Korrosivität notwendig wäre, nicht vorliegt und die Materialien dementsprechend trotz ihres Kontakt zueinander und der unterschiedlichen

Elektronegativitätswerte nicht korrodieren.

In einer sehr günstigen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es ferner vorgesehen, dass der gegen die in der Umgebung auftretenden Medien beständige Dichtring zumindest auf seiner dem einen Bauteil zugewandten Seite im Querschnitt konkav gewölbt ausgebildet ist. Eine solche konkave Wölbung im Bereich der Anlage an eine Dichtfläche ermöglicht, insbesondere wenn der Querschnitt im Bereich der konkaven Wölbung dabei spiegelsymmetrisch zu einer mittig zum Querschnitt und parallel zur Achse der Gewinde verlaufende Spiegelachse ausgebildet ist, dass trotz einer in radialer Richtung oder mit einer Richtungskomponente in radialer Richtung auftretenden

Belastung auf den Dichtring, beispielsweise durch das Aufspritzen von Wasser aus einem Hochdruckreiniger, eine Verformung des Dichtrings typischerweise nicht zu einem

Abheben des Dichtrings von der Dichtfläche führt, da durch die konkav gewölbte Form auch bei einem verformten Dichtring weiterhin eine Anlage an dieser Fläche gegeben ist. Dies gilt insbesondere für Dichtringe, welche in axialer Richtung eine deutlich größere Ausdehnung in ihrem Querschnitt aufweisen als in radialer Richtung. Der Aufbau kann damit so ausgebildet werden, dass dieser auch bei widrigen Bedingungen sehr dicht gestaltet ist.

In einer bevorzugten Weiterbildung hiervon kann es außerdem vorgesehen sein, dass der gegenüber die auftretenden Medien beständige Dichtring auf seiner in axialer Richtung gegenüber dem Bereich mit der konkaven Wölbung angeordneten Seite eine Dichtlippe aufweist, welche im bestimmungsgemäß eingebauten Zustand von der Seite der Achse der Gewinde nach außen weist. Eine solche Dichtlippe kann ebenfalls das Eindringen von Wasser sicher und zuverlässig verhindern, da sie bei von außen auftretendem

Wasserdruck gegen das Material des Bauteils bzw. der Dichtfläche gepresst wird und somit ein Eindringen von Wasser verhindert. Da zwei Dichtlippen typischerweise hinsichtlich der Herstellung und der Montage außerordentlich komplex sind, ist der gegen die in der Umgebung auftretenden Medien beständige Dichtring idealerweise so ausgebildet, dass er an seinem einen axialen Ende die Dichtlippe und an seinem anderen axialen Ende den konkav gewölbten, insbesondere spiegelsymmetrischen, Querschnitt aufweist.

Alternativ zu einem solchen komplex geformten Dichtring wäre selbstverständlich auch ein einfacher O-Ring, bevorzugt aus Fluor-Silikonkautschuk, möglich, welcher ebenfalls, und zwar an allen Seiten, konkav gewölbt und spiegelsymmetrisch ausgebildet ist.

In einer weiteren sehr günstigen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es ferner vorgesehen, dass das Material des gegenüber den in der Umgebung

auftretenden Medien beständigen Dichtrings radial innerhalb der Dichtlippe im montierten Zustand nicht über den gesamten Umfang an eine Dichtfläche anliegend ausgebildet ist. Das Material in radialer Richtung innerhalb der Dichtlippe kann beispielsweise mehrere Nuten oder Durchbrüche aufweisen, sodass es nicht über den ganzen Umfang hinweg dichtend an einer Dichtfläche anliegt. Die Abdichtung in diesem Bereich übernimmt die Dichtlippe, welche entsprechend nach außen weist und in der üblichen Art abdichtet. Kommt es nun zu einer ungewollten aber gegebenenfalls sicherheitskritischen Undichtheit im Bereich des anderen das Volumen abdichtenden Dichtrings, dann kann das aus dem Volumen austretende Medium, beispielsweise Wasserstoff, annähernd ungehindert durch die ineinander verschraubten Gewinde hindurchdringen und gelangt in den Bereich des gegen die in der Umgebung auftretenden Medien beständigen Dichtrings, dessen

Aufgabe es definitiv nicht sein soll, dieses Medium gegenüber der Umgebung

abzudichten. Dementsprechend kann aufgrund des nicht über den gesamten Umfang an der Dichtfläche anliegenden Materials ein Durchtritt des Mediums in den Bereich direkt unterhalb der Dichtlippe stattfinden. Ab einem entsprechenden Überdruck wird dann die Dichtlippe angehoben, um so einen Austritt des unter Druck stehenden Mediums, beispielsweise des Wasserstoffs, nach außen zu gewährleisten. Die Vorrichtung dient also gleichzeitig als Sicherheitsventil, welches ab einem gewissen Überdruck, nämlich immer dann, wenn der das Volumen abdichtende Dichtring versagt, ein Abblasen des Mediums nach außen zulässt, indem der gegen die in der Umgebung auftretenden Medien beständige Dichtring beispielsweise durch die eben beschriebene Ausgestaltung eine gewollte Undichtheit ab einem gewissen Überdruck ermöglicht.

In einer alternativen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann es alternativ dazu oder gegebenenfalls auch ergänzend dazu ferner vorgesehen sein, dass der gegen die in der Umgebung auftretenden Medien beständige Dichtring in einem Dichtspalt zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil angeordnet ist, welcher so ausgebildet, dass er sich in radialer Richtung außerhalb des Dichtrings im montierten Zustand zumindest in einem Abschnitt erweitert. Eine solche Erweiterung des Dichtspalts außerhalb des Dichtrings im montierten Zustand kann beispielsweise durch eine konische Ausgestaltung des Dichtspalts realisiert sein, sodass dieser sich beispielsweise nach außen kontinuierlich erweitert. Ebenso wäre es denkbar, dass die Erweiterung

stufenförmig erfolgt, oder dass einer oder mehrere idealerweise radial verlaufende Kanäle in die Dichtfläche eingebracht sind, welche im angedachten montierten Zustand radial außerhalb des Dichtrings liegen, und welche eine zumindest abschnittsweise

Vergrößerung des Querschnitts des Dichtspalts bewirken.

In allen beschriebenen und denkbaren Ausführungsvarianten dieser Erweiterung des Dichtspalts ist es nun so, dass sich bei einem Überdruck aufgrund eines Versagens oder einer Undichtheit im Bereich des Dichtrings, welcher das Volumen abdichtet, ein

Überdruck aufbaut. Ein solcher sich durch das Gewinde fortsetzender Überdruck dehnt den gegenüber den Medien in der Umgebung beständigen Dichtring entsprechend auf und bewegt diesen zumindest abschnittsweise radial nach außen. Eine Erweiterung des Dichtspalts radial außerhalb der Position des Dichtrings im bestimmungsgemäßen Gebrauch führt deshalb zu einer gewollten Undichtheit zwischen dem Dichtring und dem erweiterten Abschnitt des Dichtspalts, sodass bei einem Überdruck, welcher ausreicht, um den Dichtring entsprechend weit aufzuweiten, ein gezieltes Ablassen des unter Überdruck stehenden Mediums, beispielsweise des Wasserstoffs, realisiert wird. Dieses Aufweiten des Dichtrings bei Überdruck funktioniert sowohl bei O-Ringen, länglich gestreckt ausgebildeten Ringen mit zwei konkaven Wölbungen an ihren axialen Enden, als auch bei Dichtringen mit einer konkaven Wölbung an ihrem axialen Ende und einer Dichtlippe auf der anderen Seite. Hierdurch wird die Möglichkeit einer

Überdrucksicherung, vergleichbar der sich anhebenden Lippe in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel, geschaffen. Die beiden Varianten könnten dabei, wie bereits erwähnt, untereinander auch kombiniert ausgeführt werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann es außerdem vorgesehen sein, dass zumindest im Bereich eines der Dichtringe, bevorzugt im Bereich des das Volumen abdichtenden Dichtrings, ein Anschlagelement zur Begrenzung des axialen Wegs der Bauteile gegeneinander beim Verschrauben angeordnet ist. Ein solches Anschlagelement erlaubt es, die Dichtringe nur bis zu einer definierten Verformung zu verspannen und hierdurch eine Beschädigung der Dichtringe, beispielsweise durch ein zu starkes Anziehen der beiden Bauteile über ihre Gewinde gegeneinander zu verhindern.

In einer vorteilhaften Weiterbildung hiervon ist es dabei vorgesehen, dass das

Anschlagelement einstückig mit einem der Bauteile, insbesondere mit dem das

Außengewinde aufweisenden Bauteil, ausgebildet ist. Ein solches Anschlagelement kann beispielsweise in das Bauteil integriert sein, um so sicher und zuverlässig und ohne das es verloren werden kann, bei der Montage zur Verfügung zu stehen.

Gemäß einer besonders vorteilhaften alternativen Weiterbildung ist das Anschlagelement als ringförmiges Element, vorzugsweise aus einem Kunststoff, ausgebildet, welches auf/in einem der Bauteile auf-/eingesteckt ist. Ein solches aufgestecktes bzw.

eingestecktes Anschlagelement kann neben der Ausbildung eines Anschlagselements gleichzeitig dafür sorgen, dass in dem Bereich, in dem der Anschlag zwischen den beiden Bauteilen stattfindet, keine Beschädigung der Bauteile auftritt. Die Vorrichtung kann dadurch annähernd beliebig oft montiert und demontiert werden, ohne dass eine

Beschädigung eintritt, welche die Dichtheit bei einer nachfolgenden Montage

gegebenenfalls gefährden könnte. Bei Bedarf kann das idealerweise aus Kunststoff ausgebildete Anschlagelement einfach ausgetauscht werden.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann es außerdem vorgesehen sein, dass das Bauteil mit dem Außengewinde in seinem im montierten Zustand dem anderen Bauteil zugewandten Bereich einen gewindelosen Fortsatz im Anschluss an das Außengewinde aufweist, welcher insbesondere als Anschlagelement oder zur Aufnahme des

ringförmigen Anschlagelements ausgebildet ist. Ein solcher Fortsatz des Gewindes bzw. Bauteils ohne Gewinde ist ideal geeignet, um einen solchen Anschlag auszubilden oder um ein ringförmiges Anschlagelement, beispielsweise aus Kunststoff, darauf aufzustecken. Er kann bei der Herstellung des Gewindes einfach und effizient gefertigt werden. Die Tatsache, dass der Abschnitt gewindelos ausgebildet ist, stellt eine plane Anlagefläche des Abschnitts, insbesondere wenn dieser selbst als Anschlagelement ausgebildet ist, sicher, wodurch ein sicherer und zuverlässiger Anschlag über die gesamte Umfangsfläche hinweg realisiert werden kann. Eine Beschädigung der gegenüberliegenden Fläche, welche in diesem Fall idealerweise plan ausgebildet ist, kann somit nahezu ausgeschlossen werden. Dies wirkt sich außerordentlich vorteilhaft auf die Möglichkeit der Demontage und der erneuten Montage aus, wobei eine Vielzahl von Demontagen und Montagen ausgeführt werden können, ohne dass hierdurch ein Nachteil hinsichtlich der Dichtheit bei einer erneuten Montage auftritt.

Die Vorrichtung eignet sich insbesondere zum Anschließen eines Hochdrucksensors an ein Wasserstoffsystem, wie es oben bereits angedeutet worden ist. Bei derartigen

Systemen und den typischerweise auftretenden Drücken in Wasserstoffsystemen von beispielsweise 350 oder 700 bar ist eine gute Abdichtung gegenüber dem Wasserstoff entsprechend wichtig, welcher vorzugsweise durch eine Dichtung erzielt werden kann, welche ein sehr gut gegen Wasserstoff beständiges Material aufweist. Eine solche Dichtung wird typischerweise jedoch gegen Wasser recht unbeständig sein, sodass bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung über eine andere Dichtung eine Abdichtung gegenüber Wasser und anderen in der Umgebung auftretenden Medien erfolgt. Da die für den Hochdruckwasserstoff eingesetzten Tanks bzw. Anschlussteile typischerweise aus Aluminium und/oder kohlefaserverstärkten Kunststoffen bestehen, ist es außerdem entscheidend, dass die Abdichtung gegenüber den in der Umgebung auftretenden Medien, insbesondere Wasser, außerordentlich gut ist, um kein Elektrolyt zwischen den Gewinden zu haben und hierdurch sicher und zuverlässig eine Kontaktkorrosion zu verhindern. Eine entsprechend gute Abdichtung erlaubt dann den Einsatz beispielsweise von Edelstahl in dem Bauteil, welches in das andere Bauteil zum Beispiel aus Aluminium eingeschraubt wird, und welches mit dem Hochdrucksensor entsprechend korrespondiert. Der Aufbau ist einfach, effizient, sicher und zuverlässig, insbesondere auch, da er die Möglichkeit bietet, eine Überdrucksicherung in das System mitzuintegrieren, sodass er insbesondere für ein Brennstoffzellensystem geeignet ist, vor allem für ein

Brennstoffzellensystem, welches zur Bereitstellung von elektrischer Leistung, insbesondere elektrischer Antriebsleistung, in einem Fahrzeug dient. Für solche Systeme gelten entsprechend hohe Sicherheitsanforderungen bei einfacher, kompakter und leichter Bauweise, welche aufgrund des Einsatzes in einem Fahrzeug zwingend notwendig sind. All diese Anforderungen lassen sich durch die erfindungsgemäße

Vorrichtung ideal erfüllen.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den Ausführungsbeispielen, welche nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben werden.

Dabei zeigen:

Fig. 1 eine Schnittdarstellung durch eine Vorrichtung gemäß der Erfindung in einer

möglichen Ausführungsform;

Fig. 2 einen Ausschnitt aus der Darstellung analog Fig. 1 in einer alternativen

Ausführungsform;

Fig. 3 einen Ausschnitt aus der Darstellung analog Fig. 2 in einer weiteren alternativen Ausführungsform;

Fig. 4 zwei weitere alternative Ausgestaltungen eines Ausschnitts aus der Vorrichtung analog Fig. 1 ; und

Fig. 5 eine alternative Ausführungsform eines Dichtrings.

In der Darstellung der Figur 1 ist eine Schnittdarstellung durch eine Vorrichtung 1 zum Anschließen eines prinzipmäßig angedeuteten Hochdrucksensors 2 an ein unter

Hochdruck stehendes Volumen 3, beispielsweise einem Druckgasspeicher für

Wasserstoff in einem Brennstoffzellenfahrzeug, gezeigt. Die Vorrichtung 1 besteht im Wesentlichen aus einem ersten Bauteil 4, welches mit dem Hochdrucksensor 2

korrespondiert, und einem zweitem Bauteil 5, welches mit dem Volumen 3 korrespondiert, welcher insbesondere einen Anschlussstutzen beispielsweise eines

Hochdruckwasserstofftanks oder dergleichen ausbildet bzw. Teil eines solchen ist.

Im Bereich des Bauteils 4 ist ein Außengewinde vorgesehen, im Bereich des Bauteils 5 eine Bohrung mit einem entsprechenden Innengewinde, wobei aufgrund des in Figur 1 dargestellten verschraubten Zustande der Bauteile 4, 5 beide Gewinde zusammen lediglich mit einem Bezugszeichen 6 versehen sind. Auf der dem Volumen 3

zugewandten Seite der Gewinde 6 befindet sich in dem ersten Bauteil 4 eine im Wesentlichen ringförmige Ausnehmung 7, in welcher ein Dichtring 8 angeordnet ist. Dieser Dichtring 8 ist dabei gegen das in dem Volumen 3 befindliche Medium, also gegenüber dem Wasserstoff, beständig ausgebildet, soweit dies bei Wasserstoff überhaupt möglich ist. Ein geeignetes Material für einen derartigen gegen Wasserstoff vergleichsweise beständig ausgebildeten Dichtring 8 kann beispielsweise TPU sein. Um zu verhindern, dass der Dichtring 8 bei der Montage der Vorrichtung 1 stärker gequetscht wird, als vorgesehen, ist im Anschluss an das auf dem ersten Bauteil 4 aufgebrachte Außengewinde 6 ein gewindeloser Fortsatz 9 ausgebildet, welcher auf seiner dem zweiten Bauteil 5 zugewandten Seite den am weitesten vorstehenden Teil des ersten Bauteils 4 ausbildet und somit als Anschlagelement dienen kann. Dadurch, dass der gewindelose Fortsatz 9 kein Gewinde aufweist, kann sein Ende plan ausgebildet werden, sodass es mit einer ebenfalls plan ausgebildeten Dichtfläche 10 zusammenwirkt, ohne dass bei einer Montage und einer anschließenden Demontage eine starke

Beeinträchtigung der Materialien zurückbleibt, welche im Falle einer erneuten Montage eventuell zu Undichtheiten führen könnte. Das Anschlagelement 9 kann dabei einen in radialer Richtung nach innen weisenden Vorsprung 11 aufweisen, um so den Dichtring 8 vor der Montage am Herausfallen zu hindern.

Neben dieser Abdichtung der Vorrichtung 1 gegen den Wasserstoff mittels des Dichtrings 8 muss nun außerdem für eine Abdichtung gegenüber in der Umgebung auftretenden Medien, insbesondere Wasser, gesorgt werden, insbesondere da typischerweise das erste Bauteil 4 aus einem Edelstahl ausgebildet wird, und das zweite Bauteil 5

beispielsweise aus Aluminium besteht. Um eine Kontaktkorrosion im Bereich der

Gewinde 6 sicher und zuverlässig auszuschließen, muss dafür gesorgt werden, dass keinerlei Feuchtigkeit in die Gewinde 6 eindringt, da diese hier als Elektrolyt dienen könnte und somit die Kontaktkorrosion begünstigen würde.

Um diese Abdichtung gegenüber der Umgebung zu realisieren, ist bei dem in der Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel in dem ersten Bauteil 4 eine weitere ringförmige Ausnehmung 12 ausgebildet, in welcher ein gegenüber den in der Umgebung

auftretenden Medien beständiger Dichtring 13 angeordnet ist. Dieser Dichtring 13 kann beispielsweise als O-Ring ausgeführt sein. Er kann vorzugsweise aus Silikonkautschuk oder einem Fluor-Silikonkautschuk ausgebildet werden, um eine entsprechend gute Beständigkeit gegenüber den Medien der Umgebung, insbesondere Wasser,

aufzuweisen. Um beispielsweise auch Wasser aus einem Hochdruckreiniger sicher und zuverlässig von dem Dichtring 13, zumindest im vollen Strahl, abhalten zu können, ist dabei außerhalb der ringförmigen Ausnehmung 12 eine Schulter 14 ausgebildet, welche den Spalt zum Eindringen von Wasser unter hohem Druck entsprechend verringert. Die Abdichtung selbst wird dann über den Dichtring 13 in an sich bekannter Art und Weise realisiert. Der Dichtring 13 ist dabei in seinem Innendurchmesser geringfügig kleiner als das Außengewinde auf dem ersten Bauteil 4, sodass durch diese Ausgestaltung und die Anordnung innerhalb der Schulter 14 der Dichtring 13 bei der Montage sicher und zuverlässig auf dem Bauteil 4 verbleibt und nicht verloren werden kann.

In der Darstellung der Figur 2 ist nun eine alternative Ausführungsform des Bereichs um den Dichtring 8 herum zu erkennen. Anstelle des gewindelosen Fortsatzes 9, welcher gleichzeitig als Anschlagelement dient, ist der gewindelose Fortsatz 9 hier mit einem deutlich kleineren Durchmesser als der Grunddurchmesser des Außengewindes ausgeführt. Auf diesen Bereich wird dann ein eigenständiges ringförmiges

Anschlagelement 15, welches bevorzugt aus einem Kunststoffmaterial ausgebildet ist, aufgesetzt. Dieses ringförmige Anschlagelement 15 nimmt dabei die Stützkräfte auf und sorgt für einen Anschlag, welcher ein zu starkes Quetschen des Dichtrings 8 sicher und zuverlässig verhindert. Gleichzeitig vermeidet es aufgrund seiner Ausgestaltung aus Kunststoffmaterial eine Beschädigung der planen Dichtfläche 10 bzw. der Fläche des ersten Bauteils 4 beim Einschrauben, da Abdrücke, welche insbesondere als Folge eines mehrmaligen Einschraubens in den Flächen verursacht werden, durch das ringförmige Anschlagelement 15 aus einem Kunststoffmaterial sicher und zuverlässig verhindert werden. Sollte das ringförmige Anschlagelement 15 aus Kunststoff nach mehrmaligem Montieren und Demontieren verschlissen oder beschädigt sein, dann kann es sehr einfach gegen ein neues ausgetauscht werden, welches in sehr einfacher Art und Weise auf den gewindelosen Fortsatz 9 aufgesteckt werden kann.

In der Darstellung der Figur 3 ist eine weitere alternative Ausführungsform des bereits in Figur 2 beschriebenen und gezeigten Bereichs zu erkennen. Das ringförmige

Anschlagelement 15 aus einem Kunststoffmaterial ist in dieser Ausführungsform mit einer etwas größeren Wandstärke ausgebildet, sodass der gewindelose Fortsatz 9 zwischen dem Dichtring 8 und dem ringförmigen Anschlagelement 15 gänzlich entfallen kann. Hierdurch verringert sich die Gefahr, dass sich durch Toleranzen am Dichtgrund ein Spalt ergibt, in welchen der Dichtring 8 extrudiert werden könnte. Dies hätte eine Beschädigung des Dichtrings und eine Beeinträchtigung der Abdichtung, spätestens nach einer erneuten Wiedermontage, zur Folge.

In der Darstellung der Figur 4 ist nochmals ein Ausschnitt aus der Vorrichtung 1 analog zur Darstellung in Figur 1 aufgegriffen. Der Ausschnitt zeigt im Wesentlichen den Bereich um den Dichtring 13, wobei oberhalb einer zentralen Achse 16 der Gewinde 6 eine andere Ausführungsvariante dargestellt ist, als unterhalb dieser Achse 16. Die Wirkung beider Ausgestaltungsvarianten ist dabei jedoch dieselbe. Beide Ausgestaltungsvarianten weisen eine im Vergleich zur Darstellung in Figur 1 in radialer Richtung sehr viel dünnere Schulter 14 auf. Ein Dichtspalt 17 zwischen dem ersten Bauteil 4 und dem zweiten Bauteil 5, in welchem der Dichtring 13 angeordnet ist, ist dabei in beiden Ausführungsvarianten so ausgebildet, dass er sich zumindest abschnittsweise außerhalb des Dichtrings 13 in seiner Position im bestimmungsgemäßen Gebrauch erweitert. In der Darstellung oberhalb der Achse 16 erfolgt die Erweiterung über wenigstens einen radial von innen nach außen verlaufenden Kanal 18, welcher in dem ersten Bauteil 4 angeordnet ist, und welcher zu dem anderen Bauteil 5 hin geöffnet ausgebildet ist. Einer oder mehrere derartige Kanäle 18 könnten sowohl in dem Bauteil 4 als auch in dem Bauteil 5 oder in beiden Bauteilen 4, 5 angeordnet sein. Kommt es nun zu einem Überdruck im Bereich der Gewinde 6, weil beispielsweise Wasserstoff durch den Dichtring 8 ausgetreten ist oder der Dichtring 8 entsprechend beschädigt ist, dann wird der Überdruck den Dichtring 13 nach außen aufdehnen, sodass sich der Dichtring 13 in radialer Richtung nach außen bewegt, zum Beispiel in die gestrichelt dargestellte Position. Er gibt dabei zumindest einen Teil des Kanals 18 frei, sodass durch diesen Kanal 18 der Wasserstoff abströmen kann und der Überdruck zwischen den Bauteilen 4, 5 abgebaut wird. Dadurch lässt sich die Sicherheit der Vorrichtung 1 entsprechend steigern.

In der unteren Hälfte der Darstellung in Figur 4 ist eine alternative Ausführungsform dargestellt. Die Dichtfläche, welche den Dichtspalt 17 im Bereich des ersten Bauteils 4 begrenzt, verläuft dabei in axialer Richtung schräg, sodass also ein konischer Dichtspalt entsteht. Auch hier wäre es selbstverständlich wieder denkbar, alternativ dazu die Fläche im Bereich des anderen Bauteils 5 oder die Fläche im Bereich beider Bauteile 4, 5 entsprechend schräg verlaufen zu lassen. Wird der Dichtring 13 nun nach außen in die gestrichelt dargestellte Position gedrückt, so verliert er seine Pressung in axialer Richtung und dichtet nicht mehr zuverlässig ab. Zwischen dem Dichtring 13 und dem Material der Bauteile 4, 5 kann dann das unter Überdruck stehende Gas entsprechend entweichen. Anstelle einer kontinuierlichen Querschnittserweiterung, wie in der unteren Hälfte der Figur 3 dargestellt, wäre selbstverständlich auch eine Querschnittserweiterung des Dichtspalts 17 beispielsweise mittels einer oder mehrerer Stufen denkbar.

In der Darstellung der Figur 5 ist eine weitere mögliche Ausführungsvariante eines Dichtrings 13 zur Abdichtung der Bauteile 4, 5 gegenüber in der Umgebung auftretenden Medien dargestellt. Der Dichtring 13 umfasst dabei eine Dichtlippe 19, welche

beispielsweise dem zweiten Bauteil 5 zugewandt ist, sowie einem dann dem ersten Bauteil 4 zugewandten Ende mit einer konkaven Wölbung 20, welche vorzugsweise spiegelsymmetrisch zu einer Spiegelachse ausgebildet ist, welche in axialer Richtung verläuft und parallel zu der Achse 16 der Gewinde 6 angeordnet ist. Diese beispielshafte Einbaurichtung des Dichtrings 13 könnte genauso gut umgekehrt werden, sodass die Dichtlippe 19 im ersten Bauteil 4 und die konkave Wölbung 20 dem zweiten Bauteil 5 zugewandt ist. Vorzugsweise wird der Dichtring 13 typischerweise so eingebaut, dass ein Ablaufen von eventuell eindringender Flüssigkeit entlang der Dichtlippe 19 durch die Schwerkraft möglich wird. Diese bevorzugte Einbaulage ist in Figur 4 entsprechend dargestellt.

Die konkave Wölbung 20 ermöglicht es dem Dichtring 13, zum Beispiel bei einer

Beaufschlagung von außen mit unter Hochdruck stehendem Wasser, trotz einer

Verformung weiterhin durch die konkave gewölbten Wölbung 20 an dem Material beispielsweise des ersten Bauteils 4 anzuliegen. Gleichzeitig wird dann auf der anderen Seite die Dichtlippe 19 sicher und zuverlässig gegen das zweite Bauteil 5 gepresst. Bei einer Ausgestaltung, wie sie beispielsweise aus dem Stand der Technik üblich ist, wäre anstelle der konkaven Wölbung 20 eine konvexe Wölbung vorgesehen. Im Falle einer vergleichbaren Druckbeaufschlagung würde sich zumindest eine der Kanten der konvexen Wölbung beispielsweise von dem Material des ersten Bauteils 4 entsprechend abheben, wodurch es zu Undichtheiten kommen kann.

Um bei dem in der Darstellung der Figur 5 gezeigten Dichtring die Möglichkeit zu schaffen, dass im Bereich der Gewinde 6 auftretender Überdruck durch den Dichtring 13 sicher und zuverlässig abströmen kann, ist radial innerhalb der Dichtlippe 19 das Material des Dichtrings 13 so ausgebildet, dass dieses abwechselnd aus Vorsprüngen 21 und Nuten 22 besteht, sodass unter Überdruck stehender Wasserstoff im Bereich der Gewinde 6 die Dichtlippe 19 anheben und unter der Dichtlippe 19 hindurch abströmen kann. Als Material für den Dichtring 13 in der Ausgestaltung gemäß Figur 5 lässt sich beispielsweise wiederum Silikonkautschuk oder bevorzugt Fluor-Silikonkautschuk einsetzen. Auch alternative Materialien, wie beispielsweise PU, TPU, Grafit- Nanofaserwerkstoffe, flexibles Grafit, welches auch unter Grafoil, Sigraflex, Grafiflex bekannt ist, oder weitere dem Fachmann für dieses Anwendung bekannte Materialien, einzeln oder in geeigneter Kombination, oder als Verbundwerkstoff sind denkbar, wobei gegebenenfalls durch eine Beschichtung der Außenfläche die Beständigkeit gegenüber Wasser als eines der entscheidenden Medien in der Umgebung der Vorrichtung 1 bei Bedarf erhöht werden kann.

Claims

Patentansprüche

Vorrichtung (1) zum Anschließen eines Hochdrucksensors (2) an ein unter Hochdruck stehendes Volumen (3) mit einem ersten mit dem Hochdrucksensor

(2) korrespondierenden Bauteil (4) und einem zweiten mit dem Volumen (3) korrespondierenden Bauteil (5), mit wenigstens zwei Dichtringen (8, 13) aus einem elastischen Material, welche im montierten Zustand dichtend zwischen dem ersten Bauteil (4) und dem zweiten Bauteil (5) verspannt sind,

dadurch gekennzeichnet, dass

eines der Bauteile (5) mit einem Innengewinde und eines der Bauteile (4) mit einem korrespondierenden Außengewinde versehen ist, wobei die wenigstens zwei Dichtringe (8, 13) im montierten Zustand auf der jeweils gegenüberliegenden Seite der Gewinde (6) angeordnet sind.

Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Dichtring (8) auf der dem Volumen

(3) zugewandten Seite gegen das in dem Volumen befindliche Medium beständig ausgebildet ist, während der wenigstens eine andere Dichtring (13) gegen in der Umgebung auftretende Medien, insbesondere Wasser, beständig ausgebildet ist.

Vorrichtung (1) nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, dass

der gegen in der Umgebung auftretende Medien beständig ausgebildete Dichtring (13) zumindest auf seiner dem einen der Bauteile (4) zugewandten Seite im Querschnitt konkav gewölbt ausgebildet ist.

4. Vorrichtung (1) nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Querschnitt im Bereich der konkaven Wölbung (20) spiegelsymmetrisch zu einer mittig zum Querschnitt und parallel zur Achse (16) der Gewinde (6) verlaufenden Spiegelachse ausgebildet ist.

5. Vorrichtung (1) nach Anspruch 3 oder 4,

dadurch gekennzeichnet, dass

der gegen die in der Umgebung auftretenden Medien beständig ausgebildete Dichtring (13) auf seiner in axialer Richtung gegenüber des Bereichs (20) mit der konkaven Wölbung angeordneten Seite eine Dichtlippe (19) aufweist, welche im bestimmungsgemäß eingebauten Zustand von der Seite der Achse (16) schräg auf eines der Bauteile (5) zulaufend nach außen weist.

6. Vorrichtung (1) nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Material des gegen die in der Umgebung auftretenden Medien beständig ausgebildeten Dichtrings (5) radial innerhalb der Dichtlippe (19) im montierten Zustand nicht über den gesamten Umfang an eine Dichtfläche anliegend

ausgebildet ist.

7. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 6,

dadurch gekennzeichnet, dass

der gegenüber den in der Umgebung auftretenden Medien beständig ausgebildete Dichtring (13) in einem Dichtspalt (17) zwischen dem ersten Bauteil (4) und dem zweiten Bauteil (5) angeordnet ist, welcher so ausgebildet ist, dass er sich in radialer Richtung außerhalb des Dichtrings (13) im montierten Zustand zumindest in einem Abschnitt erweitert.

8. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7,

dadurch gekennzeichnet, dass

zumindest im Bereich eines der Dichtringe (8, 13), bevorzugt im Bereich des das Volumen (3) abdichtenden Dichtrings (8), ein Anschlagelement (9, 15) zur

Begrenzung des axialen Wegs der Bauteile (4, 5) gegeneinander beim

Verschrauben angeordnet ist.

9. Vorrichtung (1) nach Anspruch 8,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Anschlagelement (9) einstückig mit einem der Bauteile (4, 5) ausgebildet ist.

10. Vorrichtung (1) nach Anspruch 8,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Anschlagelement (15) als ringförmiges Element (15), insbesondere als ringförmiges Anschlagelement aus Kunststoff, ausgebildet ist, welches auf/in eines der Bauteile (4, 5) auf-/eingesteckt ist.

11. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 8, 9 oder 10

dadurch gekennzeichnet, dass

das Bauteil (4) mit dem Außengewinde in seinem im montierten Zustand dem anderen Bauteil (5) zugewandten Ende einen gewindelosen Fortsatz (9) im

Anschluss an das Außengewinde aufweist, welcher insbesondere als

Anschlagelement (9) oder zur Aufnahme des ringförmigen Anschlagelements (15) ausgebildet ist.

12. Verwendung der Vorrichtung (1) zum Anschließen eines Hochdrucksensors (2) an ein Wasserstoff System, bevorzugt in einem Brennstoffzellensystem, besonders bevorzugt in einem Brennstoffzellensystem, welches zur Bereitstellung von elektrischer Leistung, insbesondere elektrischer Antriebsleistung, in einem

Fahrzeug dient.