Tankvorrichtung zur Speicherung eines gasförmigen Mediums für ein Brennstoffzellensystem

Die Erfindung betrifft eine Tankvorrichtung für einen Brennstoffzellentank, insbesondere zur Speicherung von Wasserstoff, beispielsweise zur Anwendung in Fahrzeugen mit Brennstoffzellenantrieb.

Stand der Technik

Aus der DE 10 2018 218 425 Al ist eine Tankvorrichtung bekannt, die zur Speicherung eines gasförmigen Mediums für ein Brennstoffzellensystem dient, wobei es sich bei dem gasförmigen Medium insbesondere um Wasserstoff handelt. Die Sicherheitsvorrichtungen für solch eine Tankvorrichtung sind normiert. Dabei muss jede Tankvorrichtung solch ein Absperrventil aufweisen. So kann das Absperrventil bei einer Beschädigung der Tankvorrichtung hervorgerufen durch einen Unfall des Fahrzeugs mit Brennstoffzellenantrieb oder bei einem Bruch einer Leitung der Tankvorrichtung die Tankbehälter verschließen, so dass kein Gas aus der Tankvorrichtung austreten kann.

Aufgrund der hohen Sicherheitsanforderungen an die Absperrventile und aufgrund hoher Systemdrücke von beispielsweise 800 bar oder mehr sind solche Absperrventile konstruktiv sehr herausfordernd und weisen einen großen Bauraum auf. Dies erhöht wiederum das Gesamtgewicht der gesamten Tankvorrichtung, was im Falle eines Unfalls des Fahrzeugs mit Brennstoffzellenantrieb zu hohen auftretenden Beschleunigungskräften und möglichen Verformungen einer Ventilvorrichtung oder der Tankvorrichtung führen kann.

Die in der DE 10 2018 218 425 Al beschriebene Tankvorrichtung kann gewisse Nachteile aufweisen.

Da sich ein Großteil einer Ventilelement-Baugruppe außerhalb eines Halsbereich eines Tanks befindet und aus diesem herausragt kann es im Falle eines Unfalls des Fahrzeugs, beispielsweise mit Brennstoffzellenantrieb, zu hohen auftretenden Beschleunigungskräften und möglichen Verformungen der Ventilvorrichtung oder der Tankvorrichtung führen, wobei die Ventilelement-Baugruppe durch einsetzende Querkräfte oder Kollisionen mit anderen Bauteile vom Flaschenhals abgetrennt werden kann und/oder abgeschert werden kann. Dabei kann es dazu kommen, dass beispielsweise Bauteile des Fahrzeugs oder der Umwelt im Falle eines Unfalls orthogonal zu einer Längsachse auf die Ventilelement-Baugruppe einwirken und diese vom Halsbereich eines Tankgehäuses abscheren, da die Ventilelement-Baugruppe nur auf den Halsbereich aufgesetzt ist und dieses zumindest teilweise an seinem Außendurchmesser umschließt. Die Ausfallwahrscheinlichkeit im Falle eines Unfalls ist somit erhöht und kann zu einem unkontrollierten Ausströmen von Wasserstoff führen, der im Falle eines Unfalls des Fahrzeugs zu einem unkontrollierten Entzünden an einer Wärmequelle führen kann.

Vorteile der Erfindung

Eine erfindungsgemäße Tankvorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass in konstruktiv einfacher Weise ein kompakt ausgelegtes Sicherheitsventil für ein Tanksystem mit positiver Energiebilanz und Einhaltung aller sicherheitsrelevanten Kriterien erzielt wird.

Dazu weist die Tankvorrichtung zur Speicherung eines gasförmigen Mediums, insbesondere Wasserstoff, eine Ventilvorrichtung und einen Tank auf. Die Ventilvorrichtung weist ein Ventilgehäuse mit einer Längsachse auf, wobei in diesem Ventilgehäuse ein entlang der Längsachse bewegliches Ansteuerventilelement angeordnet ist. Das Ansteuerventilelement wirkt zum Öffnen und Schließen einer Auslassöffnung mit einem Dichtsitz zusammen und bildet so ein Ansteuerventil aus. Die Ventilvorrichtung ist dabei mittels einer Magnetspule ansteuerbar, wobei eine entlang der Längsachse verlaufende Ventilelement-Baugruppe am Ventilgehäuse angeordnet ist. Dabei weist die Ventilelement-Baugruppe zumindest die Bauteile topfförmiges Gehäuseelement, Magnetspule und Ansteuerventilelement auf. Darüber hinaus befindet sich die Ventilelement-Baugruppe zumindest nahezu vollständig in einem Halsbereich des Tanks und/oder ist fest in diesem integriert. Dabei ist das Ventilgehäuse und das Gehäuseelement kraftschlüssig und/oder formschlüssig und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden. Weiterhin ist die Ventilvorrichtung mittels eines Tankdrucks in dem Tank und mittels einer ersten Feder bei ausgeschalteter Magnetspule in einer geschlossenen Position angeordnet.

Auf diese Weise kann ein kompakt konstruiertes, einfachschaltendes Absperrventil erzielt werden, das aufgrund nahezu vollständiger Integration in den Halsbereich des Tanks besser gegen mechanische Belastungen von außen, insbesondere im Falle eines Unfalls des Gesamtfahrzeugs geschützt ist. Die Ventilelement-Baugruppe befindet sich dabei in Richtung der Längsachse zumindest nahezu vollständig im Halsbereich des Tanks und ist durch ein Tankgehäuse des Tanks gegen mechanische und auch thermische Kraft geschützt. Nur eine kleiner Teile des Ventilgehäuses kann aus dem Halsbereich herausragen, um eine fluidische Koppelung an das Anodensystem sicherzustellen und um die Möglichkeit der Koppelung eines Anschlusses an ein Brennstoffzellensystem sicherzustellen. Somit kann bei einem Unfall des Gesamtfahrzeugs die Auftretenswahrscheinlichkeit von Austretendem Wasserstoff und somit das Risiko eines Entzündens des Wasserstoffs reduziert werden, wodurch das Gesamtfahrzeug beschädigt werden könnte.

Zudem bietet die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Tankvorrichtung den Vorteil, dass eine kompakte Bauweise der Tankvorrichtung herbeigeführt werden kann. Dabei ragt, die Ventilvorrichtung nicht so weit aus dem Tank heraus, wodurch der benötigte Bauraum im Gesamtfahrzeug in Richtung der Längsachse reduziert werden kann.

Des Weiteren kann mittels der kraftschlüssig und/oder formschlüssig und/oder stoffschlüssig Verbindung des Ventilgehäuses mit dem Gehäuseelement der Vorteil herbeigeführt werden, dass eine sichere Verbindung der Bauteile sichergestellt werden kann und somit die Ausfallwahrscheinlichkeit der Ventilvorrichtung reduziert/minimiert werden kann. Zudem können die innenliegenden Bauteile besser gekapselt werden gegen Einflüsse aus der Umwelt, wie eindringende Flüssigkeit oder Verschmutzung, wie beispielsweise elektrische Bauteile, wie die Magnetspule. Somit kann die Ausfallwahrscheinlichkeit der Tankvorrichtung oder der Ventilvorrichtung reduziert werden.

Weiterhin kann auf diese Weise ein kompakt konstruiertes, einfachschaltendes Absperrventil erzielt werden, das aufgrund der integrierten Bauweise die Sicherheitsanforderungen erfüllt und eine Kostenersparnis erzielt. Außerdem ist insbesondere bei ausgeschalteter Magnetspule gesichert, dass kein gasförmiges Medium, insbesondere Wasserstoff, aus dem Tank über die Ventilvorrichtung entweichen kann, da aufgrund des Druckunterschieds zwischen dem Tank und einem Durchlasskanal und der Kraft der ersten Feder das Ansteuerventilelement an den Dichtsitz gedrückt wird.

Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Tankvorrichtung weist die Ventilelement-Baugruppe zusätzlich die Bauteile Stützelement und/oder Hauptventilelement und/oder erste Feder und/oder Magnetspule auf. Auf diese Weise können nahezu alle Bauteile der Ventilelement-Baugruppe, die aktorisch wirken und somit beweglich sind innerhalb des Halsbereichs angeordnet, und somit gegen Scherkräfte geschützt werden. Auf diese Weise kann die Lebensdauer der Tankvorrichtung und/oder Ventilvorrichtung erhöht werden. Des Weiteren können die Montagekosten reduziert werden, da alle relevanten Bauteile bereits in der Ventilelement-Baugruppe integriert sind. Des Weiteren kann der Vorteil erzielt werden, dass eine vereinfachte Montage aller Bauteile, die zur Funktion der Tankvorrichtung und/oder der Ventilvorrichtung benötigt werden, in der Ventilelement-Baugruppe integriert sind und somit in einem Arbeitsschritt im Halsbereich des Tanks montiert werden können.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Tankvorrichtung weist das Ventilgehäuse auf seiner dem topfförmigen Gehäuseelement zugewandten Seite eine zylindrisch um die Längsachse verlaufende Anformung auf, wobei die zylindrische Anformung auf der der Längsachse abgewandten Seite einen Absatz aufweist. Auf diese Weise kann eine vereinfachte Montage des Ventilgehäuses im Halsbereich des Tankgehäuses und/oder eine vereinfachte Montage des Ventilgehäuses mit dem topfförmigen Gehäuseelement erzielt werden. Somit lassen sich die Montagekosten reduzieren, wodurch die Gesamtkosten der Tankvorrichtung reduziert werden können.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Tankvorrichtung weist das topfförmige Gehäuseelement auf der dem Tankinnenraum abgewandten Seite einen hülsenförmiger Bereich mit einem ersten innenliegenden Ringraum auf. Auf diese Weise lässt sich zum einen eine schnelle und kostengünstige Montage des topfförmigen Gehäuseelements mit dem Ventilgehäuse erreichen, wodurch die Montagkosten reduziert werden können. Zum anderen besteht der Vorteil, dass zumindest nahezu alle Bauteile der Ventilelement-Baugruppe innerhalb des ersten Ringraums angeordnet werden können und somit benötigter Bauraum reduziert werden kann, indem die Bauteile nahezu vollständig im topförmigen Gehäuseelement integriert werden. Somit lässt sich eine kompakte Bauform der Tankvorrichtung herbeiführen.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Tankvorrichtung ragt die zylindrische Anformung des Ventilgehäuses in den ersten Ringraum des Gehäuseelements hinein. Dabei ist das Gehäuseelement mit seinem hülsenförmigen Bereich mit der zylindrischen Anformung des Ventilgehäuses verbunden. Auf diese Weise kann eine stabile Verbindung und eine strukturelle Haltbarkeit des Montageverbunds des Ventilgehäuses mit dem Gehäuseelement herbeigeführt werden, wodurch sich die Ausfallwahrscheinlichkeit der Tankvorrichtung und/oder der Ventilvorrichtung verringern lässt.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Tankvorrichtung weist das Ventilgehäuse im Bereich der zylindrischen Anformung den Absatz mit einem Hinterschnitt und/oder einer umlaufenden Aussparung auf, wobei das Gehäuseelement mit seinem hülsenförmigen Bereich, insbesondere einer der Längsachse zugewandten umlaufenden Nase, den Bereich des Hinterschnitts der Anformung übergreift. Dabei wird ein Kontaktbereich zwischen dem Ventilgehäuse und dem Gehäuseelement ausgebildet, wobei es sich bei der Verbindung insbesondere um eine Bördelung handelt. Auf diese Weise lässt sich eine schnelle Montage mittels einer Rastung des hülsenförmigen Bereichs, insbesondere mittels der Nase, in dem Hinterschnitt und/oder der umlaufenden Aussparung am Ventilgehäuse erreichen, wodurch die Montagekosten reduziert werden WO 2022/100973 - ß - PCT/EP2021/079159 können und die Auftretenswahrscheinlichkeit von Montagefehlern reduziert werden können. Zudem kann eine effiziente Kapselung der innenliegenden Bauteile, wie Magnetspule, Stützelement, erste Feder, Hauptventilelement, Ansteuerventilelement, zweiter Ringraum herbeigeführt werden, da mittels der Bördelung ein Eindringen von Flüssigkeiten oder Verschmutzungen in den ersten Ringraum verhindert werden kann. Somit kann die Lebensdauer der Tankvorrichtung und/oder der Ventilvorrichtung erhöht werden. Zudem lässt sich ein stabiler Montageverbund des Gehäuseelements mit dem Ventilgehäuse mittels des hülsenförmigen Bereichs und des Absatzes erreichen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausbildung der Tankvorrichtung weist das Ventilgehäuse, insbesondere im Bereich der zylindrischen Anformung, umlaufend um die Längsachse ein erstes Gewinde und ein zweites Gewinde auf. Darüber hinaus weist das topfförmige Gehäuseelement an seinem Innendurchmesser des hülsenförmigen Bereichs ein umlaufend um die Längsachse verlaufendes drittes Gewinde auf, insbesondere ein Innengewinde. Das Ventilgehäuse und das Gehäuseelement sind dabei mittels der jeweiligen Gewinde verbunden. Auf diese Weise kann ein stark verjüngter Bereich oder ein Zwischenboden, der insbesondere als Teil des Tankgehäuses ausgebildet sein kann, entfallen. Die Abdichtung erfolgt nach außen radial an der Ventilvorrichtung und die innendruckbedingten Axialkräfte aufgrund des im Tank vorherrschenden Drucks werden vom ersten Gewinde aufgenommen. Des Weiteren lässt sich eine schnelle und kostengünstige Montage der Ventilelement-Baugruppe und/oder des Ventilgehäuses mit dem topfförmigen Gehäuseelement erzielen, indem das Gehäuseelement mit seinem ringförmigen Ende auf die zylindrische Anformung des Ventilgehäuses aufgeschraubt werden kann. Des Weiteren ist eine schnelle Demontage möglich, falls die innenliegenden Bauteile der Ventilelement-Baugruppe ausgetauscht werden müssen. Somit lassen sich die Betriebskosten der Tankvorrichtung und/oder des gesamten Fahrzeugs reduzieren.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Tankvorrichtung weist das Gehäuseelement an seiner dem in Richtung der Längsachse dem Ventilgehäuse zugewandten Seite umlaufend um die Längsachse ein ringförmiges Ende auf, insbesondere direkt angrenzend an den hülsenförmigen Bereich, wobei das Gehäuseelement im Bereich des ringförmigen Endes einen vergrößerten Durchmesser aufweist und/oder in Richtung der Längsachse zumindest teilweise aus dem Halsbereich des Tanks herausragt. Auf diese Weise lässt sich eine vereinfachte Montage des topfförmigen Gehäuseelements und/oder der Ventilelement-Baugruppe erzielen, da bei der Montage der Montageverbund in Richtung der Längsachse zum Tank hin so weit eingeschoben wird, bis das ringförmige Ende mit einer dem Tank zugewandten Stirnseite an eine Stirnseite des Halsbereichs des Tankgehäuses in Anlage kommt. Somit kann ein zu weites Einschrauben bzw. Einführen des Montageverbunds Ventilelement-Baugruppe in den Halsbereich und/oder den Tank und somit möglicherweise ein Hereinfallen des Montageverbunds in den Tank bei der Montage verhindert werden. Somit kann die Häufigkeit von Montagefehlern reduziert werden. Zudem lässt sich auf diese Weise die Zuverlässigkeit der Verbindung der Ventilvorrichtung mit dem Tank, insbesondere mit dem Tankgehäuse, erhöhen, da die Kontakt- und Anlagefläche der Bauteile Tank und topfförmiges Gehäuseelement erhöht werden kann.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Tankvorrichtung ist das ringförmige Ende des Gehäuseelements als ein erster Sechskant ausgebildet und/oder das Ventilgehäuse weist einen scheibenförmigen Bereich mit einem vergrößerten Durchmesser auf, wobei dieser Bereich als ein zweiter Sechskant ausgebildet ist. Auf diese Weise wird eine schnelle und kostengünstige Montage des Gehäuseelements und/oder des Ventilgehäuses und/oder des Tanks miteinander ermöglicht. Des Weiteren kann auf diese Weise eine schnelle und kostengünstige Demontage für Wartungszwecke ermöglicht werden, wodurch die Betriebskosten der Tankvorrichtung und der Ventilvorrichtung reduziert werden können.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft vorgesehen, dass in dem Gehäuseelement ein Durchgangskanal ausgebildet ist, über weichen Durchgangskanal der Tank mit der Ventilvorrichtung verbunden ist. Dies führt zu einer höheren Robustheit des gesamten Tanks, insbesondere im Falle eines Unfalls.

Die beschriebene Tankvorrichtung eignet sich vorzugsweise in einer Brennstoffzellenanordnung zur Speicherung von Wasserstoff für den Betrieb einer Brennstoffzelle.

Die beschriebene Tankvorrichtung eignet sich weiterhin in einem brennstoffzellenbetriebenen Fahrzeug zur Speicherung von Wasserstoff. Zeichnungen

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Tankvorrichtung zur Speicherung eines gasförmigen Mediums, insbesondere Wasserstoff, dargestellt. Es zeigt in

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Tankvorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung im Längsschnitt,

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Tankvorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung im Längsschnitt,

Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Tankvorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung im Längsschnitt,

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In der Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Tankvorrichtung 1 mit einer erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung 2 im Längsschnitt für ein gasförmiges Medium gezeigt. Die Tankvorrichtung 1 weist einen Tank 10 und die Ventilvorrichtung 2 auf. Der Tank 10 weist ein Tankgehäuse 47 auf, in dem ein Tankinnenraum 100 ausgebildet ist. Das Tankgehäuse 47 umfasst weiterhin einen Halsbereich 6, in den die Ventilvorrichtung 2 mittels eines topfförmigen Gehäuseelements 24 integriert ist. Die Tankvorrichtung 1 dient dabei zur Speicherung eines gasförmigen Mediums, insbesondere Wasserstoff.

In dem topfförmigen Gehäuseelement 24 ist ein Durchgangskanal 244 ausgebildet, so dass gasförmiges Medium, insbesondere Wasserstoff, auf diese Weise beispielsweise einem Anodenbereich einer Brennstoffzelle in einer Brennstoffzellenanordnung über die Ventilvorrichtung 2 aus dem Tankinnenraum 100 über einen zylinderförmigen Durchlasskanal 80 zuführbar ist. Weiterhin ist der Tank 10 über den Durchgangskanal 244 mit der Ventilvorrichtung 2 verbunden. Die Ventilvorrichtung 2 weist ein Ventilgehäuse 20 mit einer Längsachse 11 auf, in dem ein stufenförmiger Innenraum 7 ausgebildet ist. Die Ventilvorrichtung 2 weist weiterhin in dem topfförmigen Gehäuseelement 24 eine zylinderförmige Einlassöffnung 28 auf, wobei die Einlassöffnung 28 in den Durchgangskanal 244 mündet. Sowohl die Anströmung als auch die Abströmung der Ventilvorrichtung 2 erfolgt hier axial zu der Längsachse 11 der Ventilvorrichtung 2. Wobei in dem Ventilgehäuse 20 ein entlang der Längsachse 11 bewegliches Ansteuerventilelement 18 angeordnet ist, welches Ansteuerventilelement 18 zumindest mittelbar zum Öffnen und Schließen mindestens einer jeweiligen Auslassöffnung 31a, b mit mindestens einem jeweiligen Dichtsitz 4, 40 zusammenwirkt. Dabei ist die Ventilvorrichtung 2 mittels einer Magnetspule 14 ansteuerbar, wobei eine entlang der Längsachse 11 verlaufende Ventilelement-Baugruppe 16 am Ventilgehäuse 20 angeordnet. Des Weiteren weist die Ventilelement-Baugruppe 16 dabei zumindest die Bauteile topfförmiges Gehäuseelement 24, Magnetspule 14 und Ansteuerventilelement 18 auf.

Weiterhin ist die Magnetspule 14 in dem Ventilgehäuse 20 und/oder dem topfförmigen Gehäuseelement 24 aufgenommen und integriert, wobei die Magnetspule 14 mittels eines Stützelements 22 in dem Ventilgehäuse 20 und/oder dem topfförmigen Gehäuseelement 24 fixiert und mittels Dichtelementen an dem Stützelement 22 gegen den Innenraum 7 abgedichtet ist. Die Magnetspule 14 ist dabei über einen elektrischen Anschluss 30 ansteuerbar.

Weiterhin ist in Fig. 1 gezeigt, dass das Ansteuerventilelement 18 und das Ventilgehäuse 20 einen zweiten Ringraum 27 begrenzen, wobei das Ansteuerventilelement 18 und das Gehäuseelement 24 einen Federraum 25 begrenzen. Im zweiten Ringraum 27 befindet sich zudem ein Hauptventilelement 15, welches zwischen dem Ventilgehäuse 20 und dem Ansteuerventilelement 18 angeordnet ist. Dabei ist das Hauptventilelement 15 derart am Ansteuerventilelement 18 angeordnet, das dieses zusammen mit dem Ansteuerventilelement 18 einen ersten Dichtsitz 4 ausbildet und mit einem an dem Ventilgehäuse 20 konisch ausgebildeten zweiten Dichtsitz 40 und/oder ein Ansteuerventil 44 ausbildet. Das Hauptventilelement 15 ist dabei zumindest nahezu zylindrisch ausgeführt und weist im Bereich des zweiten Dichtsitzes 40 eine konische verlaufende Kontaktfläche auf, mit der er auf dem zweiten Dichtsitz 40 aufliegt, und ist vorzugsweise aus einem Kunststoff oder einer dichten Materialpaarung gefertigt. Durch das Ansteuerventilelement 18, das sich insbesondere mit dem Hauptventilelement 15 in Richtung der Längsachse 11 zum Tank 10 hinbewegt, kann eine Verbindung zwischen dem zweiten Ringraum 27 und dem Durchlasskanal 80 geöffnet und geschlossen werden, wobei es sich hierbei insbesondere in einem geöffneten Zustand der Verbindung ausgebildete Auslassöffnung 31b handelt.

Darüber hinaus ist in dem Hauptventilelement 15 eine zylinderförmige Auslassöffnung 31a mit einer Drossel in Form einer Verengung der Auslassöffnung 31a 26 ausgebildet. Dabei wirkt ein kuppenförmiger Ansatz 343 des Ansteuerventilelements 18 mit dem ersten Dichtsitz 4 zum Öffnen und Schließen der Auslassöffnung 31a zusammen.

Der Durchlasskanal 80, der einen Durchmesser D aufweist mündet, in einen Bereich mit einem kleineren Durchmesser d, wobei dieser Bereich im Hauptventilelement 15 ausgebildet ist. Vom Bereich des Durchmessers verläuft in Richtung der Längsachse 11 ein konischer, sich zum Ansteuerventil 18 hin verjüngender Übergangsbereichs 42, der schlussendlich in die Auslassöffnung 31 mündet, wobei sich die Auslassöffnung 31 im Hauptventilelement 15 befindet. Der Durchmesser D des Durchlasskanals 80 ist größer als der Durchmesser d der Auslassöffnung 31.

Das Hauptventilelement 15 wirkt zum Öffnen und Schließen der Auslassöffnung 31b, die auch als eine Hauptöffnung 31b bezeichnet werden kann, mit dem zweiten Dichtsitz 40 zusammen, wobei ein Öffn ungsqu erseh nitt dieser Hauptöffnung 31b in Verbindung mit dem zweiten Dichtsitz 40 größer ist als ein Öffnungsquer- schnitt der Auslassöffnung 31a und/oder des konischen Übergangsbereichs 42 in Verbindung mit dem ersten Dichtsitz 4. Denn der Durchmesser der Hauptöffnung 31b ist größer als der Durchmesser der Auslassöffnung 31a

In dem Ansteuerventilelement 18 sind eine Längsöffnung 33 und weitere Öffnungen 32a ausgebildet, wobei diese Öffnung 32a zumindest nahezu orthogonal zur Längsachse 11 verläuft und in eine Öffnung 32b mündet, wobei die Öffnung 32b im Hauptventilelement 15 ausgebildet ist. Die Öffnung 32a mündet einerseits über die Öffnung 32b in den zweiten Ringraum 27 und die Längsöffnung 33 mündet andererseits in den Federraum 25. Des Weiteren weist das Ansteuerelement 18 auf der dem Hauptventil 15 zugewandten Seite den kuppenförmigen Ansatz 343 auf, wobei der kuppenförmige Ansatz 343 beispielsweise derart mit dem Hauptventilelement 15 in Anlage steht, dass mittels des ersten Dichtsitzes 4 eine Auslassöffnung 31 verschlossen ist.

Weiterhin weist das Ansteuerventilelement 18 eine Ausnehmung 45 auf, welche mit der Längsöffnung 33 verbunden ist. In der Ausnehmung 45 ist der Federraum 25 ausgebildet und eine erste Feder 26 angeordnet, welche sich einerseits an dem Gehäuseelement 24 und andererseits an dem Ansteuerventilelement 18 abstützt und welche das Ansteuerventilelement 18 in Richtung des zweiten Dichtsitzes 40 drückt.

Der Druck P2 im Tank 10 ist außerdem größer als der Druck pi im Durchlasskanal 80, so dass neben der Kraft der ersten Feder 26 eine weitere schließende Kraft auf das Ansteuerventilelement 18 wirkt und die Ventilvorrichtung 2 bei un- bestromter Magnetspule 14 in einer geschlossenen Position angeordnet ist.

Die Funktionsweise der Tankvorrichtung 1 ist wie folgt: Bei einer Bestromung der Magnetspule 14 bildet sich ein magnetisches Feld aus, was zu einer magnetischen Kraftwirkung zwischen dem Ansteuerventilelement 18 und dem Gehäuseelement 24 führt. Bei ausreichend hoher Magnetkraft hebt das Ansteuerventilelement 18 von dem ersten Dichtsitz 4 ab und gibt den Öffnungsquerschnitt zwischen dem kuppenförmigen Ansatz 343 und dem Hauptventilelement 15, insbesondere der Auslassöffnung 31, frei. So strömt nun gasförmiges Medium, beispielsweise Wasserstoff, aus dem Tankinnenraum 100 über Einlassöffnung 28 des Gehäuseelements 24, den Federraum 25 und die Längsöffnung 33 des Ansteuerventilelements 18, weiter durch die jeweiligen weiteren Öffnungen 32a, 32b und durch die Auslassöffnung 31 und den konischen Übergangsbereich 42 hin zum Durchlasskanal 80 des Ventilgehäuses 20.

Wird die Bestromung der Magnetspule 14 unterbrochen, so bricht das magnetische Feld zusammen und es wird eine schließende Kraft auf das Ansteuerventilelement 18 und das Hauptventilelement 15 durch die erste Feder 26 und den pneumatischen Druckverhältnissen in der Ventilvorrichtung 2 ausgeübt. Das Ansteuerventilelement 18 und das Hauptventilelement 15 bewegen sich dadurch wieder in Richtung des ersten Dichtsitzes 4 und des zweiten Dichtsitzes 40 und dichten so wieder die Öffn ungsqu erseh nitte ab. Gasförmiges Medium strömt nun nicht mehr aus der Tankvorrichtung 1 über die Ventilvorrichtung 2 in Richtung des Anodenbereichs des Brennstoffzellensystems.

Soll die Wasserstoff-Zufuhr zu der Brennstoffzelle unterbrochen werden, wird die Magnetspule 14 nicht weiter bestromt, so dass das magnetische Feld abgebaut wird und sich das Ansteuerventilelement 18 mittels der Kraft der ersten Feder 26 und des Druckunterschieds zwischen dem Tank 10 und dem Durchlasskanal 80 wieder in Richtung des ersten Dichtsitzes 4 bewegt und diesen schließt.

Das Prinzip des selbstständigen Verschließens der Ventilvorrichtung 2 wirkt auch bei einem Notfall, wenn beispielsweise die Stromzufuhr unterbrochen ist. So kann sichergestellt werden, dass der Wasserstoff in der Tankvorrichtung 1 eingeschlossen ist und dieser nicht unkontrolliert in die Umgebung abgegeben wird.

Im Betankungsfall wird der Durchlasskanal 80 über eine Tankeinheit mit Druck versorgt. Dabei ist der anstehende Druck in der Hauptöffnung 28 höher als in der Ventilvorrichtung 2 und dem Tankinnenraum 100. Die unterschiedlichen Druckverhältnisse führen dazu, dass das Hauptventilelement 15 aus dem zweiten Dichtsitz 40 gedrückt wird und der große Öffnungsquerschnitt freigegeben wird. Der Tankinnenraum 100 kann nun mit Wasserstoff befüllt werden. Wird der Tankvorgang beendet, so gleicht sich der Druck in der Hauptöffnung 28 wieder dem Druck in der Ventilvorrichtung 2 und dem Tankinnenraum 100 an, so dass sich das Hauptventilelement 15, unterstützt durch die Kraft einer zweiten Feder 46, in Richtung des zweiten Dichtsitzes 40 bewegt und diesen wieder verschließt. Somit kann der Tankinnenraum 100 über eine Zulaufleitung und den Durchlasskanal 80, welche hier dann an eine Tankstelle angeschlossen wird, über dieselbe Ventilvorrichtung 2 mit Wasserstoff befüllt werden, wie der Wasserstoff für die Brennstoffzelle zur Verfügung gestellt wird.

Im Falle einer Befüllung des Tanks 10 mit gasförmigem Medium, hier Wasserstoff, bei dem die Strömungsrichtung von der Auslassöffnung 31a, b in Richtung der Einlassöffnung 28 verläuft, wird der Durchlasskanal 80 mit einem externen Tanksystem verbunden. Da beim Betanken nicht bestromt werden darf, muss die Ventilvorrichtung 2 so ausgelegt sein, dass über die an der Ventilvorrichtung 2 anstehenden Druckverhältnisse die Ventilvorrichtung 2 aufgedrückt werden kann. Da beim Betankungsfall der Druck im Durchlasskanal 80 größer ist als im Bereich des Ansteuerventilelements 18, müssen die Druckverhältnisse so ausgelegt sein, dass das Ansteuerventilelement 18 gegen die Kraft der ersten Feder 26 und den in dem Tank 10 anstehenden Druck gedrückt und geöffnet werden kann, sodass der Tank 10 mit Wasserstoff gefüllt werden kann. Sobald der Betankungsvorgang beendet wird, stellt sich vor und hinter dem zweiten Dichtsitz 40 gleiche Druckverhältnisse ein, sodass die Ventilvorrichtung 2 über die Kraft der ersten Feder 26 wieder verschlossen wird.

In Fig. 1 ist zudem gezeigt, dass sich die Ventilelement-Baugruppe 16 zumindest nahezu vollständig in dem Halsbereich 6 des Tanks 10 befindet und/oder fest integriert ist, wobei das Ventilgehäuse 20 und das Gehäuseelement 24 kraftschlüssig und/oder formschlüssig und/oder stoffschlüssig verbunden ist und wobei die Ventilvorrichtung 2 mittels eines Tankdrucks in dem Tank 10 und mittels einer ersten Feder 26 bei ausgeschalteter Magnetspule 14 in einer geschlossenen Position angeordnet ist. Dabei weist die Ventilelement-Baugruppe 16 zusätzlich die Bauteile Stützelement 22 und/oder Ansteuerventilelement 18 und/oder Hauptventilelement 15 und/oder erste Feder 26 auf.

Des Weiteren weist das Ventilgehäuse 20 auf seiner dem topfförmigen Gehäuseelement 24 zugewandten Seite eine zylindrisch um die Längsachse 11 verlaufende Anformung 21 auf, wobei die zylindrische Anformung 21 auf der der Längsachse 11 abgewandten Seite einen Absatz 38 aufweist. Dabei weist das topfförmige Gehäuseelement 24 auf der dem Tankinnenraum 100 abgewandten, und somit insbesondere der dem Ventilgehäuse 20 zugewandten Seite einen hülsenförmiger Bereich 242 mit einem ersten innenliegenden Ringraum 8 auf. Die Magnetspule 14 befindet sich dabei orthogonal und/oder konzentrisch zur Längsachse 11 zwischen der zylindrischen Anformung 21 und dem hülsenförmigen Bereich 242.

Fig. 1 zeigt weiterhin, dass die zylindrische Anformung 21 des Ventilgehäuses 20 in den Ringraum 8 des Gehäuseelements 24 hineinragt. Dabei ist das Gehäu- seelement 24 mit seinem hülsenförmigen Bereich 242 mit der zylindrischen Anformung 21 des Ventilgehäuses 20 verbunden. Das Ventilgehäuse 20 weist dabei im Bereich der zylindrischen Anformung 21 den Absatz 38 mit einem Hinterschnitt 17 und/oder einer umlaufenden Aussparung 17 auf, wobei das Gehäuseelement 24 mit seinem hülsenförmigen Bereich 242, insbesondere einer der Längsachse 11 zugewandten umlaufenden Nase 35, den Bereich des Hinterschnitts 17 der Anformung 21 übergreift, so dass ein Kontaktbereich 34 zwischen dem Ventilgehäuse 20 und dem Gehäuseelement 24 ausgebildet wird, wobei es sich bei der Verbindung insbesondere um eine Bördelung 34 handelt.

In Fig. 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Tankvorrichtung 1 mit der erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung 2 im Längsschnitt gezeigt. Dabei ist dargestellt, dass das Ventilgehäuse 20, insbesondere im Bereich der zylindrischen Anformung 21, umlaufend um die Längsachse 11 ein erstes Gewinde 241 und ein zweites Gewinde 243 aufweist und das topfförmige Gehäuseelement 24 an seinem Innendurchmesser des hülsenförmigen Bereichs 242 ein umlaufend um die Längsachse 11 verlaufendes drittes Gewinde 245, insbesondere ein Innengewinde 245 aufweist, wobei das Ventilgehäuse 20 und das Gehäuseelement 24 mittels der jeweiligen Gewinde 243, 245 verbunden sind. Dabei handelt es sich bei dieser Verbindung insbesondere um eine Schraubverbindung 36.

Bei dem ersten Gewinde 241 und/oder dem zweiten Gewinde 243 kann es sich dabei beispielsweise um ein Außengewinde handeln. Dabei befindet sich das erste Gewinde 241 und das zweite Gewinde 243 in einem gestuften Verlauf der zylindrischen Anformung 21 des Ventilgehäuses 20, wobei das erste Gewinde 241 einen größeren Durchmesser als das zweite Gewinde 243 hat. Auf diese Weise lässt sich eine stabile Befestigung des topfförmigen Gehäuseelements 24 am Ventilgehäuse 20 erzielen und/oder eine stabile Verbindung der Ventilelement-Baugruppe 16 im Halsbereich 6 des Tankgehäuses 47 erzielen. Zudem kann im Falle von einer notwendigen Wartung und/oder eines Ersetzens bei einem Defekt ein schnelles und kostengünstiges Ausbauen der Ventilelement-Baugruppe 16 und ein Wiedereinbau dieser in den Tank 10 vollzogen werden, ohne dass Bauteile durch den Ausbau beschädigt werden. In Fig. 3 ist ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Tankvorrichtung 1 mit der erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung 2 im Längsschnitt gezeigt. Dabei weist das Gehäuseelement 24 an seiner dem in Richtung der Längsachse 11 dem Ventilgehäuse 20 zugewandten Seite umlaufend um die Längsachse 11 ein ringförmiges Ende 246 auf, insbesondere direkt angrenzend an den hülsenförmigen Bereich 242. Weiterhin weist Gehäuseelement 24 im Bereich eines ringförmigen Endes 246 einen vergrößerten Durchmesser auf und/oder in Richtung der Längsachse 11 zumindest teilweise aus dem Halsbereich 6 des Tanks 10 herausragt. Dabei ist das ringförmige Ende 246 des Gehäuseelements 24 als ein erster Sechskant 39 ausgebildet. Des Weiteren weist das Ventilgehäuse 20 einen scheibenförmigen Bereich 37 mit einem vergrößerten Durchmesser auf, wobei dieser Bereich 37 als ein zweiter Sechskant 41 ausgebildet ist. Dabei kann sich das Ventilgehäuse 20 mit dem scheibenförmigen Bereich 37 am ersten Sechskant 39 abstützen.

Weiterhin ist in Fig. 3 gezeigt, dass das topförmige Gehäuseelement 24 mit einem vierten Gewinde 247, insbesondere einem Außengewinde 247, in einen Halsbereich 6 des Tanks 10 eingeschraubt ist.