DE102014016975A1 - Device for connecting a gas-carrying line element to a component - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zum Verbinden eines gasführenden Leitungselements (2) mit einem Bauteil (3), wobei das Ende (4) des Leitungselements (2) in dichtendem Eingriff mit dem Bauteil (3) steht. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Ende (4) des Leitungselements (2) eine gerundete Form (4) aufweist, und frei von Dichtelementen in dichtendem Eingriff mit einer sich verjüngenden Form (5) des Bauteils (3) steht.The invention relates to a device (1) for connecting a gas-carrying line element (2) to a component (3), wherein the end (4) of the line element (2) is in sealing engagement with the component (3). The device according to the invention is characterized in that the end (4) of the conduit element (2) has a rounded shape (4) and is free of sealing elements in sealing engagement with a tapered shape (5) of the component (3).
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verbinden eines gasführenden Leitungselements mit einem Bauteil nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Außerdem betrifft die Erfindung die Verwendung einer derartigen Vorrichtung.The invention relates to a device for connecting a gas-conducting conduit element with a component according to the closer defined in the preamble of
Vorrichtungen zur Verbindung eines gasführenden Leitungselements mit einem Bauteil, beispielsweise mit einem Bauteil, in welches das Gas einströmt, oder auch mit einem Bauteil, welches als Kupplungselement eines anderen Leitungselements ausgebildet ist, sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Da die Abdichtung bei Gasen eine entscheidende Rolle spielt, werden typischerweise Dichtelemente eingesetzt. Dies gilt insbesondere auch bei Hochdruckanwendungen, wie beispielsweise bei Leitungselementen für komprimiertes Erdgas oder für komprimierten Wasserstoff. Insbesondere bei der Abdichtung von Wasserstoff sind entsprechende Dichtelemente, welche dem Wasserstoff einen hohen Diffusionswiderstand entgegenbringen, von entscheidender Bedeutung.Devices for connecting a gas-conducting conduit element with a component, for example with a component, in which the gas flows, or with a component which is designed as a coupling element of another line element are known from the general prior art. Since the sealing of gases plays a crucial role, sealing elements are typically used. This is especially true in high pressure applications, such as compressed natural gas line or compressed hydrogen line elements. In particular, in the sealing of hydrogen are appropriate sealing elements, which bring the hydrogen a high diffusion resistance, of crucial importance.
In der Praxis ist es nun so, dass sich die Dichtheit einer entsprechenden Vorrichtung zur Verbindung eines gasführenden Leitungselements mit einem Bauteil in der Praxis nicht über den gesamten Einsatzbereich hinweg als robust und sicher zeigt. Typicherweise wird für Abdichtungen, insbesondere beim Einsatz in Fahrzeugen, ein Einsatzbereich zwischen –50°C bis +120°C gefordert. Bei diesem entsprechend großen Temperaturbereich ist es schwierig bis annähernd unmöglich, Elastomerdichtungen zu finden, welche den gesamten Temperaturbereich sicher abdecken und dabei eine entsprechend hohe Dichtheit gegenüber dem in dem Leitungselement bzw. dem Bauteil geführten Gas sicherstellen.In practice, it is now so that the tightness of a corresponding device for connecting a gas-conducting conduit element with a component in practice does not show over the entire field of application as robust and safe. Typically, a range of application between -50 ° C to + 120 ° C is required for seals, especially when used in vehicles. In this correspondingly large temperature range, it is difficult to nearly impossible to find elastomeric seals, which cover the entire temperature range safe and thereby ensure a correspondingly high density against the guided in the conduit member or the component gas.
Aus dem Bereich der allgemeinen Ventiltechnik, beispielsweise in Form der
Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, die oben genannten Nachteile durch eine geeignete Vorrichtung zu minimieren und eine sichere und zuverlässige Abdichtung über den gesamten notwendigen Temperaturbereich einer entsprechenden Vorrichtung hinweg zu gewährleisten.The object of the present invention is now to minimize the above-mentioned disadvantages by a suitable device and to ensure a safe and reliable seal over the entire necessary temperature range of a corresponding device away.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen im Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Unteransprüchen. Eine besonders bevorzugte Verwendung ist im Anspruch 8 angegeben. Eine vorteilhafte Weiterbildung ergibt sich aus dem hiervon abhängigen Unteranspruch.According to the invention this object is achieved by a device having the features in
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Verbinden eines gasführenden Leitungselements mit einem Bauteil ist es vorgesehen, dass das Ende des Leitungselements eine gerundete Form aufweist und frei von Dichtelementen im dichtenden Eingriff mit einer sich verjüngenden Form des Bauteils steht. Durch dieses Zusammenwirken einer gerundeten Form des Leitungselements einerseits und einer sich verjüngenden Form des Bauteils andererseits entsteht ein Aufbau, welcher durch ein entsprechendes Zusammenpressen des Leitungselements und des Bauteils zuverlässig in einen dichtenden Eingriff gebracht werden kann, ohne dass ein klassisches Dichtelement, insbesondere ein Dichtelement aus einem elastomeren Werkstoff, notwendig ist. Hierdurch entsteht ein Aufbau, welcher unabhängig von der Glasübergangstemperatur eines elastomeren Dichtelements immer zuverlässig abdichten kann, sodass die Vorrichtung über einen sehr großen Temperaturbereich hinweg eine hohe Dichtwirkung ermöglicht.In the device according to the invention for connecting a gas-carrying line element to a component, it is provided that the end of the line element has a rounded shape and is free of sealing elements in sealing engagement with a tapered shape of the component. By this interaction of a rounded shape of the conduit member on the one hand and a tapered shape of the component on the other hand, a structure which can be reliably brought into a sealing engagement by a corresponding compression of the conduit member and the component, without a classic sealing element, in particular a sealing element an elastomeric material, is necessary. This results in a structure which can always reliably seal independently of the glass transition temperature of an elastomeric sealing element, so that the device enables a high sealing effect over a very wide temperature range.
Entsprechend zweier vorteilhafter Weiterbildungen der Vorrichtung, welche prinzipiell unabhängig voneinander sind, kann es dabei vorgesehen sein, dass die gerundete Form kugelig ausgebildet ist, und die sich verjüngende Form keglig. Ein solches Zusammenwirken einer kugeligen Form am Ende des Leitungselements, welche beispielsweise durch einen Umformprozess direkt an dem Leitungselement angebracht werden, ermöglicht im Zusammenwirken mit einer kegligen Form des Bauteils, beispielsweise einem Kegel mit einem Öffnungswinkel von ca. 60°, eine sehr gute Abdichtung. Die gerundete oder kugelige Form des Leitungselements kann insbesondere durch eine Umformung durch Stauchen des Leitungselements einstückig mit diesem ausgebildet sein, sodass keine zusätzlichen Bauteile und Dichtstellen notwendig werden und der Aufbau sehr einfach und kostengünstig realisiert und abgedichtet werden kann.According to two advantageous developments of the device, which are in principle independent of each other, it may be provided that the rounded shape is spherical, and the tapered shape keglig. Such cooperation of a spherical shape at the end of the conduit element, which are attached directly to the conduit element, for example, by a forming process, in conjunction with a conical shape of the component, for example, a cone with an opening angle of about 60 °, a very good seal. The rounded or spherical shape of the conduit member may be integrally formed in particular by a deformation by upsetting the conduit member so that no additional components and sealing points are necessary and the structure can be realized very easily and inexpensively and sealed.
Vorteilhafterweise sind sowohl das Leitungselement als auch das Bauteil zumindest im Bereich des dichtenden Eingriffs aus einem Stahlwerkstoff, insbesondere einem nicht rostenden Stahlwerkstoff, hergestellt. Eine solche Ausführung des gerundeten Endes des Leitungselements und der sich verjüngenden Form des Bauteils aus einem nicht rostenden, umgangssprachlich auch als Edelstahl bezeichneten Stahlwerkstoff, ist insbesondere für die Speicherung von leicht flüchtigen Gasen unter hohem Druck von besonderem Vorteil, da dieses Material eine gute Abdichtung in Verbindung mit einer hohen Festigkeit, bei typischerweise ausreichender chemischer Resistenz, ermöglicht.Advantageously, both the conduit element and the component are produced at least in the region of the sealing engagement of a steel material, in particular a stainless steel material. Such a design of the rounded end of the conduit member and the tapered shape of the component of a non-rusting, colloquially referred to as stainless steel steel material is particularly for the storage of volatile gases under high pressure of particular advantage, since this material allows a good seal in conjunction with a high strength, with typically sufficient chemical resistance.
Zum Zusammenpressen der gerundeten Form und der sich verjüngenden Form in dem Leitungselement einerseits und dem Bauteil andererseits kann es gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, dass diese Teile im abgedichteten Zustand über eine Verschraubung gegeneinander gepresst sind. Über eine solche Verschraubung kann mit vorgegebenem Anzugsmoment die gewünschte Anpressung realisiert werden, sodass über den gesamten Temperaturbereich hinweg eine dichtende Anlage der entsprechenden Elemente aneinander gegeben ist. Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann es außerdem vorsehen, dass zwischen einem Schraubmittel der Verschraubung und dem gerundeten Ende des Leitungselements eine Dehnhülse angeordnet ist, welche die Anpresskräfte von dem Schraubenmittel auf das Leitungselement überträgt und so ausgestaltet ist, dass auch bei sehr unterschiedlichen Temperaturen der Vorrichtung eine sichere und dichte Anlage gewährleistet ist.For compressing the rounded shape and the tapered shape in the line element on the one hand and the component on the other hand, it may be provided according to an advantageous embodiment of the invention that these parts are pressed against each other in the sealed state via a screw. About such a screwing the desired contact pressure can be realized with a predetermined torque, so over the entire temperature range across a sealing contact of the corresponding elements is given to each other. An advantageous development of the device according to the invention may also provide that between a screw means of the screw and the rounded end of the conduit element, an expansion sleeve is arranged, which transmits the contact forces of the screw means on the line member and is designed so that even at very different temperatures Device a safe and dense system is guaranteed.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung lässt sich also sehr einfach und kostengünstig realisieren und erlaubt über einen hohen Temperaturbereich hinweg eine sehr gute Abdichtung von gasführenden Leitungselementen und Bauteilen. Sie eignet sich daher insbesondere für die Abdichtung in Anlagen, in welchen Wasserstoff oder komprimiertes Erdgas eingesetzt wird. Derartige Anlagen, welche besonders hohen Temperaturschwankungen ausgesetzt sind, finden sich insbesondere in Fahrzeugen, in denen der Wasserstoff bei Drücken von 700 bar bzw. das komprimierte Erdgas bei typischerweise 260 bar als Brennstoff zum Antreiben des Fahrzeugs beispielsweise über einen Verbrennungsmotor, oder insbesondere im Fall von Wasserstoff über eine Brennstoffzelle, eingesetzt wird. Dies soll der bevorzugte Anwendungsfall für die erfindungsgemäße Vorrichtung sein.The device according to the invention can therefore be realized very simply and inexpensively and allows a very good sealing of gas-carrying line elements and components over a high temperature range. It is therefore particularly suitable for sealing in plants in which hydrogen or compressed natural gas is used. Such systems, which are exposed to particularly high temperature fluctuations, can be found in particular in vehicles in which the hydrogen at pressures of 700 bar or the compressed natural gas at typically 260 bar as fuel for driving the vehicle, for example via an internal combustion engine, or in particular in the case of Hydrogen via a fuel cell, is used. This should be the preferred application for the device according to the invention.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den Ausführungsbeispielen, welche nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben sind.Further advantageous embodiments of the device according to the invention will become apparent from the embodiments, which are described below with reference to the figures.
Dabei zeigen:Showing:
In der Darstellung der
Der Aufbau ohne den Einsatz von elastomeren Dichtelementen ist dabei einfach, kostengünstig und erlaubt, entsprechende Oberflächenqualitäten des Kegels
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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