Die Erfindung betrifft eine Ventilvorrichtung für eine Brennstoffzelle sowie eine Brennstoffzelle mit einer solchen Ventilvorrichtung.

Bei elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugen kommen neben rein batteriebasierten Kraftfahrzeugen auch Kraftfahrzeuge mit Brennstoffzellen zum Einsatz. Bei der Brennstoffzelle handelt es sich um eine galvanische Zelle, in der aufgrund einer chemischen Reaktion zwischen einem Brennstoff und einem Oxidationsmittel elektrische Energie gewonnen wird. Im Kraftfahrzeugbereich wird als Brennstoff vorzugsweise Wasserstoff eingesetzt. Als Oxidationsmittel dient Luftsauerstoff. Die Brennstoffzelle besteht im Wesentlichen aus zwei Elektroden (Anode und Kathode), welche durch einen, beispielsweise als eine semipermeable Membran ausgebildeten Festelektrolyten voneinander getrennt sind. Die beiden Reaktionspartner, Brennstoff und Oxidationsmittel, werden den Elektroden kontinuierlich zugeführt. Der Festelektrolyt ist dabei nur für bei der Reaktion freigesetzten lonensorte, z. B. Protonen, durchlässig. Bei der Reaktion zwischen dem Oxidationsmittel und dem Brennstoff wird elektrische Energie freigesetzt, welche zum Betrieb der Elektromotoren des Kraftfahrzeugs verwendet wird. Im Fall vom Wasserstoff als Brennstoff und Sauerstoff als Oxidationsmittel entsteht auf Seiten der Kathode Wasser als Reaktionsprodukt. Im Laufe des Betriebs der Brennstoffzelle diffundieren nach und nach Stickstoff (als Hauptbestandteil von Luft) und Wasser von der Kathode über den Festelektrolyten zur Anode der Brennstoffzelle. Dies ist unerwünscht, denn Stickstoff und Wasser blockieren die Kanäle der Wasserstoffversorgung und vermindern die gleichmäßige Verteilung des Wasserstoffs innerhalb der Anode, was den Wirkungsgrad der Brennstoffzelle negativ beeinträchtigt. Zur Verminderung dieses negativen Effekts wird der gesamte Anodenraum gespült, wobei die darin enthaltenen Substanzen rezirkuliert werden. Dies kann beispielsweise durch einen Rezirkulationspfad mit einem integrierten Gasgebläse realisiert werden. Die Substanzen, hauptsächlich Wasserstoff, Wasser und Stickstoff, werden dabei aus der Anode gespült und dieser zusammen mit frischem Wasserstoff wieder zugeführt. Auf diese Weise kann zwar die Verblockung der Anode und des Festelektrolyts entgegengewirkt werden, jedoch würde ohne weitere Maßnahmen nach und nach der Anteil an Stickstoff und Wasser im Bereich der Anode ansteigen. Daher werden das Wasser und der Stickstoff mittels eines im Rezirkulationspfad angeordneten Wasserabscheiders (z.B. Zyklonabscheider) großteils voneinander getrennt. Der Stickstoff wird über ein Spülventil (Purge valve) aus dem System evakuiert. Das im Sumpf des Wasserabscheiders abgeschiedene Wasser wird von Zeit zu Zeit über ein Ablassventil abgelassen.

Wird dieses System jedoch unter dem Gefrierpunkt von Wasser betrieben, was im Winterbetrieb jederzeit möglich ist, können diese Ventile durch die Bildung von Eis in ihrer Funktion stark eingeschränkt werden und durch auftretende Druckkräfte beschädigt oder gar zerstört werden. Dadurch kann es zu einer spürbaren Reduzierung des Wirkungsgrads der Brennstoffzelle, zu erheblichen Einschränkungen beim Betrieb der Brennstoffzelle bis hin zu deren Totalausfall kommen.

Eine Möglichkeit zur Behebung der Vereisungsgefahr wäre es, die Ventile aktiv zu beheizen. Jedoch erfordert dies zusätzliche technische Maßnahmen, was den Preis steigern würde. Ferner unterliegen auch die Komponenten der Fleizung einer gewissen Störanfälligkeit.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine kostengünstige Ventilvorrichtung mit einer verbesserten Betriebssicherheit und einer geringeren Störanfälligkeit auch bei Umgebungstemperaturen unter dem Gefrierpunkt von Wasser bereitzustellen. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung eine Brennstoffzellenvorrichtung bereitzustellen, welche sich durch eine verbesserte Betriebssicherheit, eine geringere Störanfälligkeit und einen hohen Wirkungsgrad auch bei Umgebungstemperaturen unter dem Gefrierpunkt von Wasser auszeichnet.

Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Eine Ventilvorrichtung für eine Brennstoffzellenvorrichtung gemäß Anspruch 1 weist einen Strömungskanal, einen im Strömungskanal befindlichen Ventilsitz, welcher einen Strömungsquerschnitt begrenzt, und einen beweglichen Ventilkörper auf, welcher in einer Schließposition mit einer Dichtfläche am Ventilsitz dichtend anliegt und den Strömungsquerschnitt verschließt, und welcher in einer Freigabeposition den Strömungsquerschnitt freigibt. Der Ventilkörper weist zumindest bereichsweise elastisches Material aufweist.

Die Ventilvorrichtung ist dazu ausgebildet, in einer Brennstoffzellenvorrichtung als Ablassventil oder als Spülventil zu fungieren. Bei einem bestimmungsgemäßen Einsatz befindet sich im Strömungskanal daher Wasser oder ein wasserhaltiges Medium. Je nach Umgebungstemperatur und Betriebszustand der Brennstoffzellenvorrichtung kann sich das Wasser in verschiedenen Aggregatzuständen befinden. Bei Temperaturen über dem Gefrierpunkt ist das Wasser flüssig oder auch gasförmig. Im Temperaturbereich unterhalb des Gefrierpunktes ist das Wasser fest, also Eis. Jeder Wechsel des Aggregatzustands des Wassers von einer deutlichen Dichte- und Volumenänderung begleitet. Ein Wechsel zwischen flüssigen und festen Zustand geht mit einer Volumenveränderung von ca. 10% einher. Dadurch verändern sich auch die Druckkräfte auf den von Wasser oder von dem wasserhaltigen Medium umgebenen Ventilkörper. Diese Druckkräfte können gerade bei einer Vereisung extrem hoch sein und eine zerstörerische Wirkung auf den Ventilkörper haben. Dadurch dass der Ventilkörper zumindest bereichsweise elastisches Material aufweist, kann er sich den wechselnden Druckkräften flexibel anpassen, ohne dass er mechanischen Schaden erleidet. Dadurch ist die Ventilvorrichtung erheblich robuster gegen temperaturbedingte, wechselnde Druckkräfte, welche von dem ihn umgebenden Wasser im Strömungskanal auf ihn einwirken. Damit zeichnet sich die Ventilvorrichtung durch eine hohe Betriebssicherheit aus. Ferner kann auf eine Fleizeinrichtung verzichtet werden, wodurch die Ventilvorrichtung auch sehr kostengünstig ist. Bei dem elastischen Material kann es sich beispielsweise um ein Elastomer handeln. Der Ventilkörper kann entweder ganz oder nur bereichsweise aus diesem Elastomer gebildet sein. Der Ventilkörper kann auch einen nichtelastischen Kern aus Metall oder Kunststoff aufweisen, welcher auf seiner dem Strömungskanal zugewandten Außenseite ganz oder bereichsweise mit elastischem Material beschichtet ist.

In einer Ausgestaltung der Ventilvorrichtung nach Anspruch 2 weist der Ventilkörper zumindest im Bereich der Dichtfläche elastisches Material auf.

Diese Ausgestaltung der Ventilvorrichtung bietet die zwei weiteren Vorteile, dass zum einen der Ventilkörper sich mit seiner elastischen Dichtfläche sehr gut an den Ventilsitz anschmiegen kann, wodurch die Dichteigenschaften der Ventilvorrichtung in der Schließposition verbessert wird. Zum anderen zweigen elastische Materialien, insbesondere Elastomere, aufgrund ihrer schlechten thermischen Leitfähigkeit eine reduzierte Tendenz zum Festfrieren an der Dichtfläche.

In einer Ausgestaltung der Ventilvorrichtung nach Anspruch 3 weist der Ventilkörper eine Membran aus elastischem Material auf.

Dabei weist die Ventilvorrichtung gemäß einer Ausgestaltung nach Anspruch 4 eine Aktuatoreinrichtung zum Bewegen des Ventilkörpers auf, welche in einem zum Strömungskanal hin offenen Aktuatorraum angeordnet ist, wobei die Membran den Aktuatorraum gegenüber dem Strömungskanal abdichtet.

Der elastischen Membran kommen dadurch zwei Funktionen zu: Zum einen bietet die elastische Membran die Dichtfläche zum Ventilsitz. Zum anderen dichtet die Membran den Aktuatorraum gegen den Strömungskanal ab. Die Abdichtung ist zumindest flüssigkeitsdicht, vorteilhafterweise sogar gasdicht. Dadurch kann kein Fluid in den Aktuatorraum eindringen. Die im Akuatorraum befindliche Aktuatoreinrichtung ist daher sicher gegen Verunreinigung oder Beschädigung durch im Strömungskanal befindliche Fluide geschützt. Insbesondere im Fall von Wasser als strömendes Medium ist die Aktuatoreinrichtung somit auch vor Einfrieren geschützt. Elastische Membranen, insbesondere aus einem Elastomer, sind zäh, robust, widerstandsfähig gegenüber aggressiven Fluiden, günstig in der Anschaffung, montagefreundlich und leicht herzustellen. In einer Ausgestaltung der Ventilvorrichtung nach Anspruch 5 weist der Ventilkörper einen Befestigungsabschnitt zur Befestigung an einem Gehäuse der Ventilvorrichtung aufweist. Dabei weist der Befestigungsabschnitt einen Metallring oder Kunststoffring auf. Der Ventilkörper ist mit dem Befestigungsabschnitt innerhalb des Gehäuses bzw. innerhalb des Aktuatorraums verpresst.

Der Metallring oder Kunststoffring dient der Stabilisierung und Versteifung des Ventilkörpers am Befestigungsabschnitt. Dadurch ist eine abdichtende Montage des Ventilkörpers durch Verpressen leicht möglich. Der Metallring oder Kunststoffring kann auch von der Membran umhüllt sein.

In einer Ausgestaltung der Ventilvorrichtung nach Anspruch 6 ist die Membran zumindest abschnittsweise als Faltenbalg ausgeführt.

Dadurch kann Ventilkörper bei geringer Materialbelastung einen größeren Hub überwinden, also eine größere Wegstrecke zwischen Schließposition und Freigabeposition.

In einer Ausgestaltung der Ventilvorrichtung nach Anspruch 7 weist die Membran im Bereich des Faltenbalgs eine geringere Materialdicke auf als in anderen Bereichen.

Dadurch weist die Membran im Bereich des Faltenbalgs eine höhere Flexibilität auf, während die Membran in anderen Bereichen, insbesondere im Bereich der Dichtfläche, eine stärkere Materialdicke und damit eine größere Robustheit aufweist.

In einer Ausgestaltung der Ventilvorrichtung nach Anspruch 8 weist die Membran im Bereich der Dichtfläche und/oder im Bereich einer Kontaktfläche mit der Aktuatoreinrichtung einen Kern aus Metall oder Kunststoff aufweist.

Dadurch sind die Widerstandsfähigkeit, Robustheit und Steifigkeit der Membran in Bereichen größerer mechanischer Belastung und Reibung erhöht. In einer Ausgestaltung der Ventilvorrichtung nach Anspruch 9 besteht die Membran bereichsweise aus unterschiedlichen elastischen Materialien.

Dadurch können die mechanischen und chemischen Eigenschaften der Membran je nach Art und Größe der lokalen Belastung angepasst werden.

Eine Brennstoffzellenvorrichtung gemäß Anspruch 10 weist eine Ventilvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 auf.

Die Brennstoffzellenvorrichtung kann eine wasserführende Leitung aufweisen, welche mit dem Strömungskanal der Ventilvorrichtung in fluidischer Verbindung steht. Bezüglich der Vorteile einer solchen Brennstoffzellenvorrichtung wird auf die Ausführungen zu Anspruch 1 verwiesen, welche hier in analoger Weise gelten.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Figuren näher erläutert. In den Figuren sind:

Fig. 1 Schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer

Brennstoffzellenvorrichtung;

Fig. 2 bis

Fig. 7 Schematische Darstellungen verschiedener Ausführungsbeispiele einer Ventilvorrichtung für die Brennstoffzellenvorrichtung

In Figur 1 ist ein Kraftfahrzeug 1 mit einer Brennstoffzellenvorrichtung 2 schematisch dargestellt. Kernstück der Brennstoffzellenvorrichtung 2 ist die eigentliche Brennstoffzelle 3, welche als galvanische Zelle fungiert. Die Brennstoffzelle 3 weist eine Anodeneinrichtung 4 und eine Kathodeneinrichtung 5 auf, die durch eine Elektrolyteinrichtung 6 (lonenleiter) voneinander getrennt sind. Die Elektrolyteinrichtung 6 ist im Ausführungsbeispiel als Polymerelektrolytmembran ausgebildet, welche nur für Protonen, nicht jedoch für Elektronen durchlässig ist. Alternativ können auch bestimmte Keramiken oder andere Festelektrolyten eingesetzt werden. Die Anodeneinrichtung 4 und die Kathodeneinrichtung 5 weisen Elektrodenplatten bzw. Bipolarplatten auf (nicht dargestellt), welche vorzugsweise aus Metall oder Kohlenstoff gefertigt sind und mit einem Katalysator, wie beispielsweise Platin oder Palladium beschichtet sind.

Zur Brennstoffzellenvorrichtung 2 zählen ferner eine Brennstoffversorgungseinrichtung 7, welche mit einem Eingang 8 der Anodeneinrichtung 4 gekoppelt ist, um diese mit Brennstoff zu versorgen. Die Brennstoffversorgungseinrichtung 7 weist einen Brennstofftank 71 auf, in dem der Brennstoff gelagert ist. Im Ausführungsbeispiel dient als Brennstoff Wasserstoff, welcher in flüssiger oder gasförmiger Form unter sehr hohen Druck (z.B. 350 bar bis 700 bar) Brennstofftank 71 gelagert ist. Der Brennstofftank 71 ist über eine Versorgungsleitung 72 mit dem Eingang 8 der Anodenvorrichtung 4 verbunden. Stromabwärts (Pfeil) des Brennstofftanks 71 sind in der Versorgungsleitung 72 hintereinander ein Absperrventil 73 und ein Druckminderer 74 angeordnet. Der Druckminderer 74 reduziert den Gasdruck auf ca. 10 bar bis 30 bar. Weiter stromabwärts in der Versorgungsleitung 72 ist ein steuerbares Dosierventil 75 vorgesehen, welches eine gezielte Dosierung des Wasserstoffs in die Anodeneinrichtung 4 ermöglicht. Die Steuerung des Dosierventils 75 erfolgt dabei durch eine der Brennstoffzellenvorrichtung 2 zugeordnete Steuervorrichtung 9, welche mit dem Dosierventil 75 elektrisch verbunden ist. Zwischen dem Dosierventil 75 und der Anodeneinrichtung 4 ist ferner ein Drucksensor 76 angeordnet, welcher ebenfalls mit der Steuervorrichtung 9 verbunden ist und dieser den Wasserstoffdruckwert am Eingang 8 der Anodeneinrichtung 4 bereitstellt. Der Druck innerhalb der Anodeneinrichtung 4 bewegt sich beim Betrieb der Brennstoffzelleneinrichtung 2 im Bereich zwischen 0,8 bar und 4 bar.

Zur Brennstoffzellenvorrichtung 2 zählt weiterhin eine

Oxidationsmittelversorgungseinrichtung 10, welche mit der Kathodeneinrichtung 5 gekoppelt ist, um diese mit Oxidationsmittel zu versorgen. Im Ausführungsbeispiel dient Luftsauerstoff als Oxidationsmittel, welcher der Kathodeneinrichtung durch die Oxidationsmittelversorgungseinrichtung 10 zugeführt wird. Um sicherzustellen, dass der Sauerstoffdruck in der Kathodeneinrichtung 5 ausreichend hoch ist, weist die Oxidationsmittelversorgungseinrichtung 10 einen weiteren Drucksensor 11 auf, welcher der Steuervorrichtung 9 den Sauerstoffdruck bzw. den Luftdruck am Eingang der Kathodeneinrichtung 5 liefert.

Der Wasserstoff auf Seiten der Anodeneinrichtung 4 reagiert mit dem Luftsauerstoff auf Seiten der Kathodeneinrichtung 5 unter Bildung von Wasser, wobei es zwischen der Anodeneinrichtung 4 und der Kathodeneinrichtung 5 zu einem Gleichstromfluss kommt. Der Gleichstrom kann zum Betrieb eines elektrischen Antriebsmotors (nicht dargestellt des Kraftfahrzeugs 1 verwendet werden. Das gebildete Wasser wird zusammen mit den anderen Luftkomponenten (hauptsächlich Stickstoff) größtenteils über eine Entsorgungsleitung 12 am Ausgang der Kathodeneinrichtung 5 entsorgt.

Mit der Zeit diffundieren Teile des Stickstoffs und Wasser von der Kathodeneinrichtung 5 durch die Polymerelektrolytmembran 6 zur Anodeneinrichtung 4. Die Diffusion dieser beiden Substanzen ist jedoch unerwünscht, da diese Substanzen die Versorgungskanäle für den Wasserstoff blockieren und ferner eine gleichmäßige Verteilung des Wasserstoffs über die gesamte Membranfläche verhindern. Um diesem Problem zu begegnen, werden die in der Anodeneinrichtung 4 enthaltenen Substanzen, im Ausführungsbeispiel Wasserstoff, Stickstoff und Wasser, rezirkuliert. Dazu umfasst die Brennstoffzellenvorrichtung 2 eine Rezirkulationsvorrichtung 20, welche einen Ausgang 30 der Anodeneinrichtung 4 mit deren Eingang 8 fluidisch verbindet. Mittels der Rezirkulationsvorrichtung 20 werden die in der Anodeneinrichtung 4 enthaltenen Substanzen über den Ausgang 230 abgeführt und der Anodeneinrichtung 4 über deren Eingang 8 zumindest teilweise wieder zugeführt.

Die Rezirkulationsvorrichtung 20 weist ein Gasgebläse 21 auf, welches die Substanzen über den Ausgang 30 aus der Anodeneinrichtung 4 saugt und über den Eingang 8 wieder der Anodeneinrichtung 4 zuführt. Langfristig würde durch eine solche, einfache Rezirkulation die Konzentration an Wasserstoff in der Anodeneinrichtung 4 stetig abnehmen und die Konzentration von Stickstoff und Wasser stetig zunehmen, was sich negativ auf den Wirkungsgrad der Brennstoffzelle 3 auswirken würde. Aus diesem Grund weist die Rezirkulationsvorrichtung 20 einen Wasserabscheider 22 und einen Stickstoffabscheider 23 auf, welche dazu ausgebildet ist, den Wasseranteil und den Stickstoffanteil in dem rückzuführenden Gasgemisch zu reduzieren und der Anodeneinrichtung 4 die Fraktion mit dem höheren Wasserstoffanteil wieder zuzuführen. Der Wasserabscheider 22 kann beispielsweise als Zyklonabscheider ausgebildet sein in dem das Wasser vom Stickstoff-Wasserstoff-Gasgemisch abgetrennt wird. Das Wasser sammelt sich Großteils im Sumpf des Wasserabscheiders 22 bzw. des Zyklonabscheiders an und kann mittels einer ersten steuerbaren Ventilvorrichtung 25 aus diesem abgeführt werden. Das abgetrennte Stickstoff-Wasserstoff-Gasgemisch, welches zu einem geringen Anteil immer noch Wasser enthält, wird dem Stickstoffabscheider 23 zugeführt, welcher als ein für Stickstoffmoleküle undurchlässiger Stickstofffilter ausgeführt sein kann, wobei der Stickstoff dann über eine zweite steuerbare Ventilvorrichtung 24 an die Umgebung abgeführt werden kann. Das auf diese Weise mit Wasserstoff angereicherte Rezirkulationsgas wird der Anodeneinrichtung 4 wieder zugeführt.

Besonders bei niedrigen Umgebungstemperaturen unter dem Gefrierpunkt von Wasser (Winterbetrieb des Kraftfahrzeugs 1 ) besteht die Gefahr, dass das sich in der Rezirkulationsvorrichtung 19 befindliche Wasser gefriert. Die Eisbildung stellt für Ventilvorrichtungen grundsätzlich ein großes Problem dar. Zum kann die Betätigungsmechanik einer Ventilvorrichtung zufrieren, wodurch diese nicht mehr zu betätigen ist bis das Eis wieder schmilzt. Desweiteren übt das sich bildende Eis sehr große Druckkräfte auf Ventilvorrichtungen aus, was dazu führen kann, dass diese beschädigt oder zerstört werden.

Die Eisbildung stellt für die in der oben beschriebenen Brennstoffzellenvorrichtung am Wasserabscheider und am Stickstofffilter verwendeten ersten und zweiten Ventilvorrichtungen 24, 25 kein Problem dar. Im Folgenden werden anhand der Fig. 2 bis Fig. 7 Ausführungsbeispiele dieser Ventilvorrichtungen 24, 25 beschrieben. Jede der Ventilvorrichtungen 24, 25 besitzt ein Gehäuse 200, einen im Gehäuse ausgebildeten Strömungskanal 201 mit zwei Strömungseingängen 202 (seitlich) und einem Strömungsausgang 203 (unten), einen im Strömungskanal 201 befindlichen und am Gehäuse ausgebildeten Ventilsitz 204, welcher einen Strömungsquerschnitt A im Strömungskanal 201 begrenzt.

Die Ventilvorrichtungen 24, 25 weisen ferner einen beweglichen Ventilkörper 300 auf, welcher in einer Schließposition (nicht dargestellt) mit einer Dichtfläche B am Ventilsitz 204 dichtend anliegt und den Strömungsquerschnitt A verschließt, und welcher in einer Freigabeposition (siehe Fig. 2) den Strömungsquerschnitt A freigibt. Der Ventilkörper 300 weist zumindest bereichsweise elastisches Material auf, vorteilhafterweise im Bereich der Dichtfläche. In den Ausführungsbeispielen weist der Ventilkörper eine Membran 301 aus elastischem Material auf, z.B. aus einem oder mehreren Elastomeren, wie Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuke (EPDM) oder Hydrierter Acrylnitrilbutadien-Kautschuk (FINBR).

Zur Ventilvorrichtung 24, 25 gehört ferner eine Aktuatoreinrichtung 400 zum Bewegen des Ventilkörpers 300 zwischen der Schließposition und der Freigabeposition. Die Aktuatoreinrichtung 400 ist zumindest teilweise in einen im Gehäuse 200 ausgebildeten und zum Strömungskanal 201 hin offenen Aktuatorraum 205 angeordnet. Die Aktuatoreinrichtung 400 weist einen elektrisch steuerbaren Antrieb 401 und ein mit dem Antrieb 401 gekoppelten finger- oder stiftförmiges Übertragungselement 402 auf. Das Übertragungselement 402 wiederrum steht mit der Membran 301 in Wirkverbindung und überträgt die Antriebsenergie des Antriebs 401 auf die Membran 301 . Der Antrieb 401 kann die Membran 301 mittels des Übertragungselements 402 zwischen der Schließposition und der Freigabeposition hin- und herbewegen.

Die Membran 301 ist an ihren Rändern am Gehäuse 200 gefestigt. Dabei trennt die Membran 301 den Aktuatorraum 205 vom Strömungskanal 201 flüssigkeitsdicht oder gasdicht ab. Auf diese Weise ist der Aktuatorraum 205 vor den im Strömungskanal 201 befindlichen Medien geschützt. Insbesondere kann kein Wasser in den Aktuatorraum 205 eindringen, was die Aktuatoreinrichtung 300 vor Vereisung oder Korrosion schützt.

Wie im Ausführungsbeispiel der Fig. 3 gezeigt weist der Ventilkörper 300 einen Befestigungsabschnitt 302 zur Befestigung am Gehäuse 200 der Ventilvorrichtung 24, 25 auf. Dieser Befestigungsabschnitt 302 weist einen Ring 303 aus steifem Material auf, z.B. aus Metall oder Kunststoff. Der Ring 303 kann von dem flexiblen Material der Membran 301 umgeben sein, z.B. von dem Elastomer der Membran 301 umspritzt sein. Der Ventilkörper 300 ist mit dem Befestigungsabschnitt 302 innerhalb des Aktuatorraums 205 mit dem Gehäuse 200 verpresst ist. Der Ring 303 aus steifem Material bietet die dazu notwendige Festigkeit.

In der Ausführung der Ventilvorrichtung gemäß Fig. 4 ist die Membran 301 abschnittsweise als Faltenbalg 304 ausgeführt. Dadurch können die Materialspannungen innerhalb der Membran 301 beim Bewegen zwischen der Schließposition und der Freigabeposition deutlich verringert werden, wodurch die Membran 301 sehr viele Öffnungs- und Schließzyklen durchlaufen kann ohne nennenswerten Materialverschleiß.

Wie in Fig. 5 gezeigt, kann die Membran 301 im Bereich des Faltenbalgs 304 eine geringere Materialdicke aufweist als in anderen Bereichen. Dadurch weist die Membran 301 im Bereich des sich streckenden und zusammenziehenden Faltenbalgs 304 eine höhere Geschmeidigkeit und Flexibilität auf als in anderen Bereichen, z.B. im Bereich der Dichtfläche, wo eine größere mechanische Robustheit erforderlich ist.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 6 weist die Membran 301 im Bereich einer Kontaktfläche mit dem Übertragungselement 402 der Aktuatoreinrichtung 400 einen Kern 305 aus Metall oder Kunststoff auf, um die Robustheit an dieser Stelle zu erhöhen.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 7 besteht die Membran 301 bereichsweise aus unterschiedlichen elastischen Materialien. SO kann der Bereich mit der helleren Grauschattierung aus einem hydrierten Acrylnitrilbutadien-Kautschuk mit höherer Shore-A-Härte (z.B. 80 Shore A) und der Bereich mit der dunkleren Grauschattierung aus einem hydrierten Acrylnitrilbutadien-Kautschuk mit geringerer Shore-A-Härte (z.B. 30 Shore A) gebildet sein. Auch mit anderen Elastomeren, wie EPDM, sind Bereich mit unterschiedlicher Shore-A Härte realsisierbar.