Die Erfindung betrifft ein Brenngastanksystem mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Stand der Technik

Bekannt sind mobile Brenngastanksysteme mit mindestens einem Brenngastank zur Speicherung von Brenngas, beispielsweise Wasserstoff oder Erdgas. Die Brenngastanks sind dabei in der Regel als Hochdrucktanks ausgelegt. Ein Hochdrucktank benötigt immer ein Absperrventil, um den Tank dicht abzusperren, wenn das Fahrzeug nicht in Betrieb ist. Zudem muss eine Zuleitung zum Befüllen des Tanks vorhanden sein. Beides ist üblicherweise in eine Tankeinheit integriert, die mit einem Brenngastank eines Brenngastanksystems verbindbar ist, wobei die Tankeinheit als Anbauteil außen am Brenngastank angebracht wird.

Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Bauraumbedarf eines Brenngastanksystems zu senken.

Zur Lösung der Aufgabe wird das Brenngastanksystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Offenbarung der Erfindung

Vorgeschlagen wird ein Brenngastanksystem mit mindestens einem Brenngastank und einer Tankeinheit. In die Tankeinheit ist ein Absperrventil integriert, das einen Magne- taktor zur Einwirkung auf einen von der Federkraft einer Feder beaufschlagten, hubbeweglichen Magnetanker umfasst. Der Magnetanker bildet zum Freigeben und Verschließen eines Ventilsitzes ein Ventilglied aus oder er ist mit einem Ventilglied verbunden. Erfindungsgemäß ist die Tankeinheit in einen Auslass des Brenngastanks integriert und das Absperrventil der Tankeinheit ragt in ein Speichervolumen des Brenngastanks hinein, so dass zumindest der Magnetaktor des Absperrventils im Speichervolumen aufgenommen ist.

Durch die Integration der Tankeinheit in den Auslass des Brenngastanks benötigt diese keinen zusätzlichen Bauraum. Das heißt, dass der Bauraumbedarf des Brenngastanksystems reduziert wird. Durch die Integration der Tankeinheit in den Auslass des Brenngastanks ist zudem das Absperrventil der Tankeinheit optimal vor äußeren Einwirkungen geschützt. Ferner kann die Anzahl der Hochdruckdichtstellen reduziert werden.

Da zumindest der Magnetaktor des Absperrventils im Speichervolumen des Brenngastanks aufgenommen ist, muss er nicht druckfest und/oder gasdicht ausgeführt werden. Die Anzahl der Dichtstellen kann dadurch weiter reduziert werden.

Das vorgeschlagene Brenngastanksystem gelangt vorzugsweise in einem Brennstoffzellenfahrzeug oder in einem Gasfahrzeug zum Einsatz.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Ventilsitz des Absperrventils durch einen Ventilkörper ausgebildet, der zum Freigeben und Verschließen eines weiteren Ventilsitzes gegenüber dem Ventilglied hubbeweglich ist. Dies ermöglicht ein mehrstufiges Öffnen des Absperrventils. In einer ersten Stufe wird zunächst das Ventilglied mittels Magnetkraft aus dem ersten Ventilsitz gehoben. In einer zweiten Stufe, das heißt zeitversetzt, öffnet der zweite Ventilsitz. Das Öffnen des zweiten Ventilsitzes wird dadurch unterstützt, dass durch das über den ersten Ventilsitz ausströmende Brenngas bereits in der ersten Stufe ein Druckausgleich bewirkt wird, so dass zum Öffnen des zweiten Ventilsitzes im Wesentlichen nur die Federkraft der Feder überwunden werden muss. Das Öffnen beider Sitze kann somit mit nur einer Magnetspule und mit einer vergleichsweise geringen Magnetkraft bewirkt werden. Das heißt, dass eine vergleichsweise kleine Magnetspule verwendet werden kann, so dass der Bauraumbedarf des Absperrventils und damit der Tankeinheit gesenkt wird. Das heißt, dass Bauraum eingespart wird. Zugleich ist mit Öffnen des zweiten Ventilsitzes ein ausreichend großer Öffnungsquerschnitt sichergestellt.

Bevorzugt weist der weitere Ventilsitz einen Sitzdurchmesser D2 auf, der größer als ein Sitzdurchmesser D1 des ersten Ventilsitzes ist. Auf diese Weise kann ein noch größerer Öffnungsquerschnitt bereitgestellt werden. Da beim mehrstufigen Öffnen des Absperrventils bereits in der ersten Stufe ein Druckausgleich erfolgt, hat die Vergrößerung des Sitzdurchmessers des zweiten Ventilsitzes im Wesentlichen keinen Einfluss auf die zum Öffnen benötigte Magnetkraft. Die Magnetspule muss demnach nicht größer ausgelegt werden.

Ferner bevorzugt sind das Ventilglied und der Ventilkörper koaxial angeordnet und durch die Feder in Richtung der Ventilsitze vorgespannt. Zum Schließen der beiden Ventilsitze wird demnach nur eine Feder benötigt, so dass weiterer Bauraum eingespart wird.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass der Ventilkörper in einem Ventilraum aufgenommen ist, in den aus radialer Richtung ein mit einem Speichervolumen des Brenngastanks verbindbarer Zulauf mündet. Über den Zulauf kann dann eine direkte Verbindung des Ventilraums mit dem Speichervolumen hergestellt werden.

In Weiterbildung der Erfindung wird ferner vorgeschlagen, dass die Tankeinheit den weiteren Ventilsitz sowie mindestens eine Gasleitung zur Entnahme von Brenngas und/oder zum Befüllen mit Brenngas ausbildet. Durch diese Maßnahmen kann die Tankeinheit noch kompakter gestaltet werden. Denn zum Einen benötigt das Absperrventil kein separates Ventilgehäuse. Zum Anderen kann in die Tankeinheit eine Füllleitung ggf. mit einem weiteren Ventil und/oder Sensor integriert werden. Die Funktionsintegration wiederum hilft Bauraum einzusparen.

Vorteilhafterweise sind das Ventilglied und der Ventilkörper ineinander geführt und über einen Ringbund koppelbar, der an einem im Ventilkörper aufgenommenen Endabschnitt des Ventilglieds ausgebildet ist. Über den Ringbund kann eine Mitnehmerfunktion realisiert werden. Idealerweise gelangt der Ringbund nach einem Teilhub des Ventilglieds zum Öffnen des ersten Ventilsitzes zur Anlage am Ventilkörper, so dass dieser durch das Ventilglied aus dem zweiten Ventilsitz gehoben wird. Der zweite Ventilsitz kann in diesem Fall wie der erste Ventilsitz mittels der Magnetkraft des Magnetaktors geöffnet werden. Die verschachtelte Anordnung von Ventilglied und Ventilkörper hilft zusätzlichen Bauraum einzusparen, und zwar insbesondere in axialer Richtung.

Alternativ wird vorgeschlagen, dass der Ventilkörper in Richtung des Ventilglieds durch eine weitere Feder vorgespannt ist, deren Federkraft kleiner als die der ersten Feder ist. Nach einem Teilhub des Ventilglieds ist der Ventilkörper von der Federkraft der in Schließrichtung wirkenden Feder entlastet. Zugleich erfolgt über den geöffneten ersten Ventilsitz ein Druckausgleich, so dass - zeitlich versetzt - der Ventilkörper mittels der weiteren Feder aus dem zweiten Ventilsitz gehoben wird. Der zweite Ventilsitz wird in diesem Fall mittels der Federkraft einer weiteren Feder geöffnet. Dadurch, dass die Federkraft der weiteren Feder kleiner als die der in Schließrichtung wirkenden ersten Feder gewählt ist, ist ein sicheres Schließen des Absperrventils gewährleistet.

Im Ruhezustand, das heißt bei unbestromtem Magnetaktor sind beide Ventilsitze geschlossen. Wird der Magnetaktor bestromt, baut sich ein Magnetfeld auf, dessen Magnetkraft auf den Magnetanker wirkt. Der Magnetanker bewegt sich in Richtung des Magnetaktors, wobei das Ventilglied aus dem ersten Ventilsitz gehoben wird und der erste Ventilsitz öffnet. Über den ersten Ventilsitz ausströmendes Brenngas bewirkt einen Druckausgleich, so dass zeitlich versetzt der zweite Ventilsitz mit geringer Kraft (Magnetkraft oder Federkraft) geöffnet werden kann. Dadurch steht ein größerer Öff- nungsquerschnitt zur Verfügung, der auch bei geringem Speicherdruck einen ausreichenden Durchfluss von Brenngas ermöglicht. Zum Schließen des Absperrventils wird die Bestromung der Magnetspule beendet, so dass die Feder das Ventilglied und den Ventilkörper in ihre Ventilsitze zurückstellt.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt einen schematischen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Brenngastanksystem im Bereich eines Absperrventils, das in einen Brenngastank des Brenngastanksystems integriert ist. Ausführliche Beschreibung der Zeichnung

Das in der Figur dargestellte erfindungsgemäße Brenngastanksystem umfasst eine Tankeinheit 16, die in einen Brenngastank 13 des Brenngastanksystems integriert ist, und zwar im Bereich eines flaschenhalsartigen Auslasses 15 des Brenngastanks 13. Durch die Integration der Tankeinheit 16 in den Brenngastank 13 kann Bauraum eingespart werden, so dass der Bauraumbedarf des erfindungsgemäßen Brenngastanksystems sinkt. Die Integration der Tankeinheit 16 in den Brenngastank 13 wird ermöglicht durch den kompakten Aufbau der Tankeinheit 16.

Die Tankeinheit 16 umfasst ein Absperrventil 1 , das der Entnahme von Brenngas aus einem Speichervolumen 14 des Brenngastanks 13 dient. Hierzu ist in die Tankeinheit 16 eine erste Gasleitung 17 integriert. Über eine parallel hierzu angeordnete weitere Gasleitung 18 der Tankeinheit 16 kann das Speichervolumen 14 des Brenngastanks 13 mit Brenngas befüllt werden.

Das Absperrventil 1 der in der Figur dargestellten Tankeinheit 16 ist an einem Ende der Tankeinheit 16 angeordnet, so dass es in das Speichervolumen 14 des Brenngastanks 13 hineinragt. Ein Magnetaktor 2 zur Betätigung des Absperrventils 1 ist von Speicherdruck bzw. Hochdruck umgeben, so dass er nicht nach außen druckfest bzw. gasdicht abgedichtet werden muss. Lediglich im Bereich einer elektrischen Anschlussleitung 12, die dem Anschluss des Magnetaktors 2 an eine externe Stromquelle dient und über die Tankeinheit 16 nach außen geführt ist, muss ein Dichtring 9 eingesetzt werden. Durch die Integration der Tankeinheit 16, insbesondere des Absperrventils 1 der Tankeinheit 16, in den Brenngastank 13 kann somit die Anzahl der Dichtstellen minimiert werden.

Ferner ist das im Brenngastank 13 aufgenommene Absperrventil 1 optimal vor äußeren Einwirkungen geschützt.

Der Magnetaktor 2 des Absperrventils 1 wirkt auf einen hubbeweglichen Magnetanker 4 ein, der mit einem bolzenförmigen Ventilglied 6 verbunden ist. Der Magnetanker 4 und das Ventilglied 6 sind durch die Federkraft einer Feder 3 in Richtung eines Ventilsitzes 5 vorgespannt. Der Magnetaktor 2 weist vorliegend eine den Magnetanker 4 abschnittsweise umgebende ringförmige Magnetspule 2.1 auf, die in einem Außenpolkörper 2.2 aufgenommen ist. Wird die Magnetspule 2.1 bestromt, bildet sich ein Magnet- feld aus, dessen Magnetkraft den Magnetanker 4 einschließlich des Ventilglieds 6 in Richtung des Magnetaktors 2 bewegt. Dabei öffnet sich der Ventilsitz 5. Da der Ventilsitz 5 einen vergleichsweise kleinen Sitzdurchmesser D1 aufweist, wird zum Öffnen nur eine geringe Magnetkraft benötigt.

Der Ventilsitz 5 wird durch einem Ventilkörper 7 ausgebildet, der hierzu eine Bohrung 7.2 aufweist. Über eine weitere Bohrung 7.1 ist ein Endabschnitt 6.1 des Ventilglieds 6 in den Ventilkörper 7 eingeführt. An dem Endabschnitt 6.1 ist ein Ringbund 6.2 ausgebildet, der nach einem Teilhub des Ventilglieds 6 zur Anlage am Ventilkörper 7 gelangt. Mit Fortsetzung des Hubs des Ventilglieds 6 wird dann der Ventilkörper 7 mitgeführt und dabei von einem weiteren Ventilsitz 8 gehoben. Dieser weist einen Sitzdurchmesser D2 auf, der deutlich größer als der Sitzdurchmesser D1 des ersten Ventilsitzes 5 ist. Dennoch reicht die Magnetkraft des Magnetaktors 2 aus, den Ventilkörper 7 aus dem zweiten Ventilsitz 8 zu heben, da im Wesentlichen nur die Federkraft der Feder 3 überwunden werden muss. Denn bereits mit Öffnen des ersten Ventilsitzes 5 strömt Brenngas aus einem Ventilraum 10, der über einen Zulauf 11 mit dem Speichervolumen 14 verbunden ist, in die Gasleitung 17 ab, so dass ein Druckausgleich bewirkt wird.

Anstelle der dargestellten mechanischen Kopplung des Ventilglieds 6 und des Ventilkörpers 7 über den Ringbund 6.2 kann auch eine weitere Feder (nicht dargestellt) vorgesehen sein, mittels welcher der Ventilkörper 7 in Richtung des Ventilglieds 6 vorgespannt ist. Das Öffnen des zweiten Ventilsitzes 8 wird dann nicht mit Hilfe der Magnetkraft des Magnetaktors 2, sondern mittels der Federkraft der weiteren Feder bewirkt. Das Ventilglied 6 und der Ventilkörper 7 können in diesem Fall einfacher ausgeführt sein.