DE102018101437A1

DE102018101437A1 - Ventilvorrichtung ausgebildet zur Führung von Luft und/oder Kühlflüssigkeit einer Brennstoffzellenanordnung, Brennstoffzellenanordnung und Brennstoffzellenantrieb mit einer solchen Ventilvorrichtung

Info

Publication number: DE102018101437A1
Application number: DE102018101437.6A
Authority: DE
Inventors: Konstantin Geimann
Original assignee: Proton Motor Fuel Cell GmbH
Current assignee: Proton Motor Fuel Cell GmbH
Priority date: 2018-01-23
Filing date: 2018-01-23
Publication date: 2019-07-25

Abstract

Ventilvorrichtung, insbesondere ein Drosselventil, ausgebildet zur Führung von Luft und/oder Kühlflüssigkeit einer Brennstoffzellenanordnung, aufweisend ein erstes Kunststoffgehäuseteil mit einem ersten Kanal, und ein zweites Kunststoffgehäuseteil mit einem zweiten Kanal, wobei der erste Kanal und der zweite Kanal entlang einer Längsachse angeordnet sind und einen Durchflussdurchgang entlang der Längsachse ausbilden, wobei an dem ersten Kunststoffgehäuseteil ein erstes Drosselelement und an dem zweiten Kunststoffgehäuseteil ein zweites Drosselelement im Durchflussdurchgang angeordnet sind, und wobei das erste Kunststoffgehäuseteil und das zweite Kunststoffgehäuseteil ineinander steckbar und quer zur Längsachse gegeneinander verdrehbar sind und dadurch die Position des ersten Drosselelements und des zweiten Drosselelements zueinander veränderbar ist, so dass der Durchfluss eines Mediums durch den Durchflussdurchgang durch eine Kombination des ersten Drosselelements und des zweiten Drosselelements einstellbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ventilvorrichtung ausgebildet zur Führung von Luft und/oder Kühlflüssigkeit einer Brennstoffzellenanordnung, eine Brennstoffzellenanordnung, einen Brennstoffzellenantrieb mit einer solchen Ventilvorrichtung, sowie ein Verfahren zum Verstellen der Ventilvorrichtung zum bevorzugten Einsatz in Medienführungen im Fahrzeug, insbesondere bei Brennstoffzellen in Kühlwasserkreisläufen.
Kühlwasserkreisläufe in Brennstoffzellensystemen werden oftmals mit nicht regelbaren elektrischen Pumpen versehen. Aufgrund komplex verzweigter, mehrere unterschiedliche Komponenten gleichzeitig mit Kühlmittel durchflossener Kühlkreisläufe und variabler Betriebszustände ist eine Einstellbarkeit von Durchflusswerten in verschiedenen Abzweigungen oftmals wünschenswert.
Der Stand der Technik verwendet durchflussbegrenzenden Ventile, meist in Form fester Drosseln, wie beispielsweise Blenden, die in den Kühlkreislauf eingesetzt werden und sich nicht oder nur mit sehr großem Aufwand einstellen lassen, um den Durchfluss zu variieren. Eine feine Justierung im laufenden Betrieb ist nicht möglich. Ebenso können bauartbedingte Abweichungen nicht nachträglich korrigiert werden. Andere verwendete Drosseln sind z.B. ein Kugelhahn, der in einem Rohrsystem des Kühlkreislaufs eingesetzt wird. Der Kugelhahn erfordert aufgrund seiner Größe und seines Gewichts eine konventionelle, geschraubte Befestigung mit dem Kühlkreislauf. Ein solcher Kugelhahn ist aus Metall geformt und muss im Einsatz isoliert und geerdet sein, um einen elektrischen Stromfluss zu unterbinden bzw. kontrolliert abzuleiten.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine fein einstellbare und leichte Ventilvorrichtung ausgebildet zur Führung von Luft und/oder Kühlflüssigkeit einer Brennstoffzellenanordnung.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Eine erfindungsgemäße Ventilvorrichtung, insbesondere ein Drosselventil, die zur Führung von Luft und/oder Kühlflüssigkeit einer Brennstoffzellenanordnung ausgebildet ist, weist ein erstes Kunststoffgehäuseteil mit einem ersten Kanal und ein zweites Kunststoffgehäuseteil mit einem zweiten Kanal auf. Der erste Kanal und der zweite Kanal sind entlang einer Längsachse angeordnet und bilden einen Durchflussdurchgang entlang der Längsachse aus. An dem ersten Kunststoffgehäuseteil ist ein erstes Drosselelement und an dem zweiten Kunststoffgehäuseteil ist ein zweites Drosselelement im Durchflussdurchgang angeordnet. Das erste Kunststoffgehäuseteil und das zweite Kunststoffgehäuseteil sind ineinander steckbar und quer zur Längsachse gegeneinander verdrehbar. Dadurch kann die Position des ersten Drosselelements und des zweiten Drosselelements zueinander verdreht werden, so dass der Durchfluss eines Mediums durch den Durchflussdurchgang durch Kombination des ersten Drosselelements und des zweiten Drosselelements einstellbar ist.
Die erfindungsgemäße Ventilvorrichtung weist ein geringes Gesamtgewicht auf und der Durchfluss durch die Ventilvorrichtung kann besonders einfach durch Verdrehen der beiden Kunststoffgehäuseteile und damit der beiden Drosselelemente gegeneinander eingestellt werden.
Das erste Drosselelement und das zweite Drosselelement können so in dem Durchflussdurchgang angeordnet sein, dass sie in axialer Richtung aneinander anliegen. Die Drosselung des Durchflusses eines Mediums erfolgt durch die beiden Drosselelemente, wobei die Drosselelemente in Kombination miteinander den Durchflussdurchgang öffnen, teilweise öffnen oder verschließen können.
Das Zusammenführen beider Kunststoffgehäuseteile durch Ineinanderstecken ergibt eine einfache Ausrichtung beider Kunststoffgehäuseteile zueinander, wobei eines der beiden Kunststoffgehäuseteile als Führung für das andere Kunststoffgehäuseteil dient.
Das erste Kunststoffgehäuseteil kann als Einlassstutzen oder als Auslassstutzen ausgebildet sein. Gleiches gilt auch für das zweite Kunststoffgehäuseteil. Die Kunststoffgehäuseteile können dabei insbesondere rohrförmig ausgebildet sein. Die in den Kunststoffgehäuseteilen ausgebildeten Kanäle können einen runden, insbesondere einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen.
Die Ventilvorrichtung ist vorteilhafterweise so ausgebildet, dass sie direkt in eine flexible Schlauchleitung, insbesondere in eine Niederdruck-Schlauchleitung für gasförmige und flüssige Medien, insbesondere Kühlflüssigkeit oder Luft, montierbar ist. Durch Ausbildung mit Kunststoff ist sie besonders leicht und benötigt keine separaten Fixierungselemente für die Fixierung der Gehäuseteile gegeneinander, wie Schrauben oder Muffen, was das Gewicht zusätzlich verringert.
Die Ventilvorrichtung kann ein Halteelement aufweisen. Das Halteelement kann eine Halteklammer sein, die so ausgebildet ist, dass sie das erste Kunststoffgehäuseteil und das zweite Kunststoffgehäuseteil wenigstens teilweise umfasst und durch äußeres Aufstecken auf beide Kunststoffgehäuseteile quer zur Längsrichtung die Kunststoffgehäuseteile miteinander verbindet und gegeneinander hält. Das Halteelement stellt eine konstruktiv einfache Lösung dar und ermöglicht ein schnelles Lösen bzw. Verbinden der Kunststoffgehäuseteile. Die Halteklammer kann insbesondere einen Teilumfangsbereich der Kunststoffgehäuseteile von 200 bis 250 Grad, besonders einen Teilumfangsbereich von 220 bis 240 Grad umschließen. Das Halteelement kann insbesondere einen u-förmigen in einer Ebene quer zur Längsachse gesehenen Querschnitt aufweisen.
Das Halteelement weist gemäß einer Ausführungsform eine 3-Punkt-Auflage auf, mit der die beiden Kunststoffgehäuseteile an drei Punkten miteinander befestigt sind. Das Halteelement liegt dabei an drei radial verteilten Flächen mit exzentrischen Mittelpunkten tangential an den ineinander gesteckten Kunststoffgehäuseteilen an. Die 3-Punkt-Auflage ermöglicht eine zu den Kunststoffgehäuseteilen gerichtete Federspannung, wodurch das Halteelement fest auf den Kunststoffgehäuseteilen sitzt. Zum Ausgleich von Toleranzabweichungen der beiden Kunststoffgehäuseteile kann ein Innenmaß des Halteelements größer als ein Nennmaß bzw. Außenmaß der Kunststoffgehäuseteile sein.
Das Halteelement kann so ausgebildet sein, dass es eine Position des ersten Kunststoffgehäuseteils zum zweiten Kunststoffgehäuseteil und damit die Position des ersten Drosselelements zum zweiten Drosselelement sichert.
Ferner kann die Ventilvorrichtung ein drittes Drosselelement aufweisen, das zwischen dem ersten Drosselelement und dem zweiten Drosselelement angeordnet ist. Das dritte Drosselelement kann dabei verdrehbar an einem der Kunststoffgehäuseteile angeordnet sein, so dass das erste, das zweite und das dritte Drosselelement in Kombination miteinander den Durchfluss des Mediums durch den Durchflussdurchgang einstellen. Ferner kann das dritte Drosselelement relativ zum ersten bzw. zweiten Drosselelement verdrehbar ausgebildet sein. Bei der Verwendung von drei Drosselelementen ergibt sich ein größerer Durchflussdurchgang, denn die einzelnen Drosselelemente können filigraner ausgebildet sein als bei zwei Drosselelementen. In maximaler Öffnungsposition der Ventilvorrichtung liegen die Drosselelemente in Durchflussrichtung fluchtend übereinander, so dass ein größerer Durchflussdurchgang ermöglicht wird. Es können auch weitere Drosselelemente eingesetzt werden.
In einer Ausführungsform ist in wenigstens einem der ersten und/oder zweiten Kunststoffgehäuseteile wenigstens ein Mitnehmer ausgebildet. Der Mitnehmer oder die Mitnehmer sind so ausgebildet, dass bei Verdrehen des ersten und/oder zweiten Kunststoffgehäuseteils das dritte Drosselelement mitnehmbar ist und relativ zum ersten und/oder zweiten Kunststoffgehäuseteil verdrehbar ist.
Insbesondere ist gemäß einer Ausführungsform ein erster Mitnehmer als ein an dem ersten Kunststoffgehäuseteil sich in Richtung des zweiten Kunststoffgehäuseteils erstreckender erster Anschlagzapfen ausgebildet, und/oder ein zweiter Mitnehmer kann als ein an dem zweiten Kunststoffgehäuseteil sich in Richtung des ersten Kunststoffgehäuseteils erstreckender zweiter Anschlagzapfen ausgebildet. Wenigstens einer der Anschlagzapfen kann mit einer an einer Außenwand des dritten Drosselelements eingebrachten Aussparung im Eingriff sein, und beim Verdrehen der Kunststoffgehäuseteile zueinander die Drehbewegung auf das dritte Drosselelement übertragen und mitdrehen. Dadurch ist gewährleistet, dass das dritte Drosselelement allein durch Bewegung der Kunststoffgehäuseteile zueinander verstellbar ist.
Wenigstens eines der Drosselelemente kann scheibenförmig ausgebildet sein. Daraus ergibt sich eine flache Bauweise der Drosselelemente und somit eine kompakte Ventilvorrichtung.
Wenigstens eines der Drosselelemente kann wenigstens ein, insbesondere zwei oder mehr, Blendenelemente aufweisen. Der oder die Blendenelemente können so ausgebildet sein, dass durch Verdrehen der Kunststoffgehäuseteile zueinander, ein Querschnitt des Durchfluss-Durchgangs veränderbar und dadurch der Durchfluss eines Mediums einstellbar ist. Das Drosselelement ist dabei so ausgebildet, dass es einen äußeren und einen inneren Ring aufweist, die durch wenigstens eine oder mehrere Blendenelemente miteinander verbunden sind. Die Blendenelemente können jeweils eine Gestalt eines Kreissektors auf. Ein Durchbruch zwischen dem äußeren Ring und dem inneren Ring ist als Durchflussdurchgang ausgebildet. Der äußere Ring kann ein separat ausgebildeter Ring sein oder das Kunststoffgehäuseteil selbst sein. Weitere mögliche Ausbildungen des Blendenelements können fächerförmig, quadratisch oder auch strebenförmig sein.
Bei mehreren Blendenelementen, insbesondere Kreissektoren, können alle den gleichen Mittelpunkt aufweisen, wobei die Blendenelemente sternförmig um einen gemeinsamen Mittelpunkt angeordnet sein können. Eine Anzahl n von Blendenelementen pro Drosselelement beträgt mindestens n=1 und kann ein Vielfaches von n betragen. Beim Verdrehen der Drosselelemente zueinander wird durch eine Auslenkung von Blendenelementen ein Durchflussdurchgang reduziert oder vergrößert und damit eine Strömungsgeschwindigkeit des Mediums beeinflusst. Eine maximal erzielbare Fläche der Querschnittsverengung ergibt sich aus der Formel $A_{Q} = n * A_{KRSS} * p$
wobei A_Q die Durchflussdurchgangsquerschnittsfläche, n die Anzahl von Blendenelementen (Kreissektoren) pro Drosselelement, A_KRSS die Blendenelementfläche (Kreissektorfläche) und p die Anzahl von Drosselelementen in der Ventilvorrichtung angibt.
Gemäß einer Ausführungsform weist das erste Kunststoffgehäuseteil und/oder das zweite Kunststoffgehäuseteil eine Positionsanzeige auf einer Außenfläche des entsprechenden Kunststoffgehäuseteils auf. Die Positionsanzeige ermöglicht eine Kennzeichnung einer Verdrehung zueinander gleichbedeutend mit einem eingestellten Durchfluss. Dies ergibt eine einfache Kennzeichnung der Durchflussdurchgangseinstellung.
Die Positionsanzeige kann eine um einen Teilbereich der Außenfläche angeordnete, bogenförmige, mit mehreren Indikatoren versehene Skala sein. Das Halteelement kann dafür an einer in axialer Richtung zum zweiten oder zum ersten Kunststoffgehäuseteil weisenden Seite einen Rastvorsprung aufweisen, der dazu ausgebildet ist, mit der Skala im Eingriff zu stehen und eine Verdrehung der Kunststoffgehäuseteile zueinander zu sichern. Die Skala kann insbesondere als Zahnskala mit zahnförmigen Erhebungen als Indikatoren ausgebildet sein, in der der Rastvorsprung des Halteelements sicher eingreifen kann. Mittels dieser formschlüssigen Verbindung kann ein ungewolltes und/oder selbständiges Verstellen der Kunststoffgehäuseteile zusätzlich oder alleine zueinander vermieden werden.
Das erste Kunststoffgehäuseteil und das zweite Kunststoffgehäuseteil können so ausgebildet sein, dass das erste Kunststoffgehäuseteil oder das zweite Kunststoffgehäuseteil radial im zweiten bzw. im ersten Kunststoffgehäuseteil führbar ist. Dies ist eine kostengünstige Möglichkeit eine Führung bereitzustellen, denn es werden keine zusätzlichen Führungen benötigt.
Das erste Kunststoffgehäuseteil und/oder das zweite Kunststoffgehäuseteil weisen vorzugsweise eine auf einer Außenseite des entsprechenden Kunststoffgehäuseteils in Umfangsrichtung angeordnete Werkzeugeingrifffläche auf. Die Werkzeugeingrifffläche kann insbesondere zwei, drei, vier, sechs oder mehr radial um den Umfang des Kunststoffgehäuseteils verteilte Flächen aufweisen. Die Werkzeugeingrifffläche kann so ausgebildet sein, dass ein herkömmlicher Maulschlüssel als Eingriffselement verwendet werden kann.
Des Weiteren weist die Ventilvorrichtung gemäß einer Ausführungsform ein Dichtungselement auf. Das Dichtungselement kann zwischen dem ersten Kunststoffgehäuseteil und dem zweiten Kunststoffgehäuseteil angeordnet und insbesondere als Dichtungsring ausgeführt sein. Dies ermöglicht eine vorteilhafte Abdichtung der Kunststoffgehäuseteile zueinander, so dass das Medium an einem Austritt zwischen den Kunststoffgehäuseteilen gehindert wird.
Das erste und/oder das zweite Kunststoffgehäuseteil, ebenso wie das Halteelement, die Drosselelemente, also alle der Ventilvorrichtung zugehörigen Komponenten, sind durch ein 3D-Druckverfahren herstellbar. Auf diese Weise können die Komponenten schnell und kostengünstig hergestellt werden.
Das erste und/oder das zweite Drosselelement ist gemäß einer Ausführungsform integral mit dem entsprechenden Kunststoffgehäuseteil ausgeformt sein. Dies ergibt eine Reduzierung der beweglichen Teile in der Ventilvorrichtung und erhöht die Verlässlichkeit der Ventilvorrichtung.
Eine weitere Möglichkeit der Verstellung des Durchflusses stellt der Einsatz eines elektrischen, mechanischen oder pneumatischen Aktuators dar, der die beiden Kunststoffgehäuseteile automatisch zueinander verdreht und damit den Durchfluss des Mediums durch die Ventilvorrichtung einstellt.
Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Brennstoffzellenanordnung mit einer Medienführung für Luft und/oder Kühlflüssigkeit und einer erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung.
Die Erfindung betrifft ebenfalls einen Brennstoffzellenantrieb eines Fahrzeugs aufweisend eine erfindungsgemäße Brennstoffzellenanordnung.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Verstellen einer erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung. Dazu werden das erste und das zweite Kunststoffgehäuseteil zueinander verdreht, wodurch auch das erste Drosselelement und das zweite Drosselelement zueinander verdreht werden, so dass eine Öffnungsgröße des Durchflussdurchgangs eingestellt ist.
Diese Position des ersten und des zweiten Kunststoffgehäuseteils zueinander kann durch ein Halteelement fixiert werden, welches auf die beiden Kunststoffgehäuseteile aufgesetzt wird und somit die Positionierung der Drosselelemente zueinander festsetzt.
Die Vorteile und Ausführungsformen der Ventilvorrichtung gelten in gleicher Weise auch für die Brennstoffzellenanordnung, für den Brennstoffzellenantrieb und für das Verfahren zum Verstellen und Fixieren der Ventilvorrichtung. Um Wiederholungen zu vermeiden werden diese nicht noch einmal aufgeführt.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beiliegenden Figuren näher erläutert:

1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Ventilvorrichtung, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 zeigt eine Sicht entlang einer Achse A auf die Ventilvorrichtung gemäß 1;
3 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht mit einem Ausschnitt eines ersten Kunststoffgehäuseteils der Ventilvorrichtung gemäß 1;
4 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht mit einem Ausschnitt eines zweiten Kunststoffgehäuseteils der Ventilvorrichtung gemäß 1;
5 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Drosselelement der Ventilvorrichtung gemäß 1;
6 zeigt in vier Teilfiguren verschiedene Ansichten eines Halteelements der Ventilvorrichtung gemäß 1. 6a) zeigt eine schematisch perspektivische Ansicht des Halteelements, 6b) zeigt eine Frontansicht des Halteelements, 6c) zeigt eine Schnittansicht des Halteelements in Frontansicht, und 6d) zeigt eine Sicht eines Innenmaßes des Halteelements;
7 zeigt in einer 7a) eine Schnittansicht der Ventilvorrichtung gemäß 1, und in einer 7b) eine Explosionsansicht der Ventilvorrichtung gemäß 1;
8 zeigt in drei Teilfiguren eine Verstellung eines Durchflussdurchgangs der Ventilvorrichtung gemäß 1. 8a) zeigt die Ventilvorrichtung in einer maximalen Öffnungsposition mit voll geöffnetem Durchflussdurchgang, 8b) zeigt die Ventilvorrichtung in halb geöffneter Position mit halb geöffneten Durchflussdurchgang, und 8c) zeigt die Ventilvorrichtung in geschlossener Position mit geschlossenem Durchflussdurchgang.

1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Ventilvorrichtung 2 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Ventilvorrichtung 2 ist entlang einer Längsachse A von rechts hinten nach links vorne ausgerichtet. Die Ventilvorrichtung 2 weist einen ersten Kunststoffgehäuseteil 4 mit einem ersten verdeckten Kanal 6 und einen zweiten Kunststoffgehäuseteil 8 mit einem zweiten Kanal 10 auf. Der erste Kanal 6 und der zweite Kanal 10 sind entlang der Längsachse A angeordnet und bilden einen Durchflussdurchgang 12 in Strömungsrichtung S vom ersten Kunststoffgehäuseteil 4 zum zweiten Kunststoffgehäuseteil 8 entlang der Längsachse A aus. Das erste Kunststoffgehäuseteil 4 und das zweite Kunststoffgehäuseteil 8 sind ineinander gesteckt. Ein Halteelement 14 fasst als zusätzliche Sicherung jeweils einen Teilbereich der beiden Kunststoffgehäuseteile 4 und 8 und ist quer zur Längsachse A auf die Teilbereiche der beiden Kunststoffgehäuseteile 4 und 8 aufgesetzt. Das Halteelement 14 weist an seiner zum zweiten Kunststoffgehäuseteil 8 weisenden Seite einen vorragenden Rastvorsprung 17 auf, der einen Rastbereich 18 aufweist, das radial zur Längsachse A ragt. Das erste Kunststoffgehäuseteil 4 und das zweite Kunststoffgehäuseteil 8 sind quer zu der Längsachse A gegeneinander verdrehbar.
Der zweite Kunststoffgehäuseteil 8 weist an einem Teilbereich einer Außenfläche 16 eine Positionsanzeige 22 auf. Die Positionsanzeige 22 ist eine Skala mit Indikatoren, die insbesondere als Zahnskala ausgebildet ist. Die Positionsanzeige 22 erstreckt sich über einen Teilumfangsbereich des Teilbereichs der Außenfläche 16. Die Skala der Positionsanzeige 22 weist an ihrer von der Längsachse A radial wegweisenden Seite eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung darauf angeordneten Zähnen 26 auf. Die Zähne 26 sind dazu ausgebildet, eine Aufnahmefläche für den Rastbereich 18 des Rastvorsprungs 17 zu bilden. Die Positionsanzeige 22 hat an einem ersten Ende einen ersten Materialvorsprung 28, der sich radial von der Längsachse A weiter nach außen erstreckt als die Zähne 26 und zur Begrenzung des ersten Endes ausgebildet ist. An einem zweiten Ende der Positionsanzeige 22 weist sie einen zweiten Materialvorsprung 30 auf, der sich radial von der Längsachse A weiter nach außen erstreckt als die Zähne 26 und zur Begrenzung des zweiten Endes ausgebildet ist. Die Positionsanzeige 22 kann mit einer ersten Seite in axialer Richtung zu dem Teilbereich des Kunststoffgehäuseteils 8 angrenzen, über den das Halteelement 14 schiebbar ist. In dem Ausführungsbeispiel nimmt die Positionsanzeige 22 einen Umfangsbereich der Außenseite 16 von ungefähr 80° ein. Dieser Umfangsbereich ist abhängig von der Anzahl an Drosselelemente
Das zweite Kunststoffgehäuseteil 8 weist an einem weiteren Teilbereich der Außenseite 16 eine Werkzeugeingrifffläche 32 auf, die hier als sechs in Umfangsrichtung gleichmäßig angeordnete tangentiale Flächen 34 ausgebildet ist. Eine andere Zahl an Flächen 34 ist möglich, insbesondere vier Flächen. Die Werkzeugeingrifffläche 32 ist so ausgebildet, dass ein Maulschlüssel vorteilhaft an dieser Werkzeugeingrifffläche 32 ansetzbar ist. Die Werkzeugeingrifffläche 32 kann in axialer Richtung an eine zweite Seite der Positionsanzeige 22 angrenzen, die gegenüberliegend zu der ersten Seite der Positionsanzeige 22 ist.
Das erste Kunststoffgehäuseteil 4 weist an seiner Außenseite 36 entfernt von dem Teilbereich des ersten Kunststoffgehäuseteils 4, über den das Halteelement 14 schiebbar ist, über den gesamten Umfang eine Wölbung 38 in radialer Richtung weg von der Längsachse A auf. Die Wölbung 38 ist ausgebildet, einen Schlauch oder eine Leitung, die über den entsprechenden Teilbereich der Außenseite 36 schiebbar ist, zu halten. Das zweite Kunststoffgehäuseteil 8 weist an seiner Außenseite 16 entfernt von dem Teilbereich des Kunststoffgehäuseteils 8, über den das Halteelement 14 schiebbar ist, eine Wölbung 40 in radialer Richtung weg von der Längsachse A auf. Die Wölbung 40 ist ausgebildet, einen anderen Schlauch oder eine andere Leitung, die über den entsprechenden Teilbereich der Außenseite 16 schiebbar ist, zu halten.
Das erste Kunststoffgehäuseteil 4 kann als Einlassstutzen und das zweite Kunststoffgehäuseteil 8 als Auslassstutzen für das Medium ausgebildet sein. Ebenso kann das erste Kunststoffgehäuseteil 4 als Auslassstutzen und das zweite Kunststoffgehäuseteil 8 als Einlassstutzen ausgebildet sein. Wenigstens eines der beiden Kunststoffgehäuseteile 4 und 8 ist dabei so ausgebildet, dass es durch ein 3D-Druckverfahren herstellbar ist. Vorzugsweise sind beide Kunststoffgehäuseteil 4 und 8 durch ein 3D-Druckverfahren hergestellt. Genauso kann auch das Halteelement 14 mittels 3D-Druckverfahren herstellbar sein.
Die Ventilvorrichtung 2 ist dazu ausgebildet ein Medium, insbesondere Luft bzw. Kühlflüssigkeit einer Brennstoffzellenanordnung zu führen. Die Ventilvorrichtung ist insbesondere als Drosselventil ausgebildet.
2 zeigt eine Ansicht der Ventilvorrichtung 2 entlang der Längsachse A aus Richtung des zweiten Kunststoffgehäuseteils 8. In dem Durchflussdurchgang 12 ist ein erstes verdecktes Drosselelement 42 in dem ersten Kanal 6 und ein das erste Drosselement 42 verdeckende zweites Drosselelement 44 in dem zweiten Kanal 10 angeordnet. Die Drosselelemente 42 und 44 weisen jeweils wenigstens ein, in diesem Ausführungsbeispiel drei Blendenelemente 46 auf. Jedes Blendenelement 46 ist dabei als ein Kreissektor ausgebildet, der sich von einem auf der Längsachse liegendem ersten inneren Kreiselement 50 zu einer Innenseite 52 des ersten Kunststoffgehäuseteils 4 oder von einem auf der Längsachse liegendem zweiten Kreiselement 54 zu einer Innenseite 56 des zweiten Kunststoffgehäuseteils 8 erstreckt. Das innere Kreiselement 50 weist einen geringeren Außendurchmesser auf als ein Innendurchmesser des Durchflussdurchgangs 12. Zwischen benachbarten Blendenelementen 46 des jeweiligen Drosselelements 42 und 44 ist ein Durchgang gebildet. Zum Beispiel ist bei einem Blendenelement 46 ein erster Bereich von 180 Grad des ersten Kanals 6 verdeckt und ein zweiter Bereich von 180 Grad des ersten Kanals 6 durchlässig. Die Drosselelemente 42 und 44 stellen in Kombination miteinander einen Durchfluss des Mediums durch den Durchflussdurchgang 12 ein. Es kann auch ein drittes oder mehrere Drosselelemente zusätzlich zu den Drosselelementen 42 und 44 in der Ventilvorrichtung 2 eingesetzt werden. Dies beeinflusst einen Winkelbereich der durch die Blendenelemente 46 verdeckt ist. 2 zeigt ebenfalls das Halteelement 14, die Positionsanzeige 22 und die Werkzeugeingrifffläche 32.
3 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht mit einem Anschluss des ersten Kunststoffgehäuseteils 4 der Ventilvorrichtung 2. Das erste Drosselelement 42 ist quer zur Strömungsrichtung S des Mediums in dem ersten Kanal 6 angeordnet. Das Drosselelement 42 kann ein integraler Bestandteil des Kunststoffgehäuseteils 4 sein. Es ist ebenfalls möglich, dass das Drosselelement 42 separat zu dem Kunststoffgehäuseteil 4 ausgebildet ist. Das Drosselelement 42 weist in diesem Ausführungsbeispiel drei Blendenelemente 46 auf, die sich von dem inneren Kreiselement 50 zu der Innenseite 52 des ersten Kunststoffgehäuseteils 4 erstrecken. Von dem inneren Kreiselement 50 erstreckt sich in Strömungsrichtung S ein Zentrierzapfen 58, welcher dazu ausgebildet ist, ein weiteres Drosselelement aufzunehmen. Der Zentrierzapfen 58 weist an seinem, von dem inneren Kreiselement 50 entfernten Ende einen Rastvorsprung 60 aus. Das Drosselelement 42 ist näher zu einem stromabwärts seitigen Ende des ersten Kunststoffgehäuseteils 4 angeordnet als zu einem stromaufwärts seitigen Ende des ersten Kunststoffgehäuseteils 4, insbesondere in einem dritten Viertel des ersten Kunststoffgehäuseteils 4 in Strömungsrichtung S gesehen.
An dem stromaufwärts seitigen Ende des ersten Kunststoffgehäuseteils 4 ist die Wölbung 38 positioniert. An dem stromabwärts gerichteten Ende des Kunststoffgehäuseteils 4 ist ein erster Flanschbereich 62 mit einer radial nach außen gerichteten Außenmantelfläche 63 an der Außenseite 36 ausgebildet. Von dem Flanschbereich 62 entgegengesetzt der Strömungsrichtung S ist eine weitere Werkzeugeingrifffläche 64 ausgebildet, die eine gleiche Ausgestaltung wie die Werkzeugeingrifffläche 32 aufweisen kann. Zwischen dem Flanschbereich 62 und der Werkzeugeingrifffläche 64 ist eine Nut 66 angeordnet, die sich in Umfangsrichtung um die Außenseite 36 erstreckt. Die Nut 66 ist als eine Halteklammerführungsnut ausgebildet.
Das erste Kunststoffgehäuseteil 4 weist an seinem stromabwärts gerichteten Ende eine erste Radialführung 68 auf, die ausgebildet ist, das zweite Kunststoffgehäuseteil 8 in radialer Richtung zu führen. An der Innenseite 52 am stromabwärts gerichteten Ende des Kunststoffgehäuseteils 4 ist ein Dichtungsaufnahmebereich 70 ausgebildet, der einen größeren Innendurchmesser als der erste Kanal 6 aufweist. Der Dichtungsaufnahmebereich 70 weist eine Innenfläche 72 und eine erste Dichtungsanschlagsfläche 74 auf, die in einer Ebene quer zur Strömungsrichtung S angeordnet ist. An den Dichtungsaufnahmebereich 70 schließt sich ein Drosselelementaufnahmebereich 76 stromaufwärts mit einer ersten Länge an. Der Drosselelementaufnahmebereich 76 weist einen geringeren Innendurchmesser als der Dichtungsaufnahmebereich 70 und einen größeren Innendurchmesser als der erste Kanal 6 auf. Der Drosselelementaufnahmebereich 76 weist eine Innenfläche 78 und eine Drosselelementanschlagsfläche 80 auf, die in einer Ebene quer zur Strömungsrichtung S angeordnet ist. Im Ausführungsbeispiel ist die Drosselelementanschlagsfläche 80 in der selben Ebene wie eine stromabwärtsgerichtete Seite des Drosselelements 42 positioniert. Wenn die Ventilvorrichtung 2 nur zwei Drosselelement 42 und 44 aufweist, dann kann die Dichtungsanschlagsfläche 74 in der selben Ebene wie die stromabwärts gerichtete Seite des Drosselelements 42 positioniert sein.
Von einer Innenfläche 78 des Drosselelementaufnahmebereichs 76 erstreckt sich ein erster Mitnehmer 79, insbesondere ein Anschlagszapfen radial nach innen nahe der Drosselelementanschlagsfläche 80. Der Mitnehmer 79 ragt dabei nicht von außen nach innen über den Innendurchmesser des ersten Kanals 6 hinaus und weist in Strömungsrichtung S eine geringere Länge als die Länge des Drosselelementaufnahmebereichs 76 auf.
Wenn das erste Kunststoffgehäuseteil 4 in entgegengesetzter Richtung mit dem Medium durchströmt wird, ergibt sich die gleiche Ausbildung nur in entgegengesetzter Form.
4 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht mit einem Ausschnitt des zweiten Kunststoffgehäuseteils 8 der Ventilvorrichtung 2. Das Kunststoffgehäuseteil 8 weist an einem stromabwärts seitigen Ende die Wölbung 40 auf. An einem stromaufwärts seitigen Ende des Kunststoffgehäuseteils 8 ist das Drosselelement 44 angeordnet und weist eine identische Anzahl von Blendenelementen 46 wie das erste Drosselelement 42 auf. Es ist ebenfalls möglich, dass das zweite Drosselelement 44 eine andere Anzahl von Blendenelementen 46 aufweist als das erste Drosselelement 42. Das Drosselelement 44 ist quer zur Strömungsrichtung S in dem Kanal 8 angeordnet. Das innere Kreiselement 54 weist eine Aussparung 82, insbesondere ein Sackloch oder eine Bohrung, von einer stromaufwärts gerichteten Seite des Drosselelements 44 in Strömungsrichtung S auf. In diesem Ausführungsbeispiel weist das Drosselelement 44 drei Blendenelemente 46 auf. Die stromaufwärts gerichtete Seite des Drosselelements 44 bildet eine Endfläche des stromaufwärts seitigen Endes des zweiten Kunststoffgehäuseteils 8. Von der stromaufwärts gerichteten Seite des Drosselelements 44 und von einem Innendurchmesser des zweiten Kunststoffgehäuseteils 8 nach innen erstreckt sich ein zweiter Mitnehmer 84, insbesondere ein Anschlagszapfen entgegen der Strömungsrichtung S. Ein zweiter Dichtungsaufnahmebereich 86 erstreckt sich von dem stromaufwärts gerichteten Ende des zweiten Kunststoffgehäuseteils 8 an der Außenseite 16 in Strömungsrichtung S und weist eine zweite Dichtungsanschlagsfläche 90 auf, die in einer Ebene quer zur Strömungsrichtung S liegt.
Von einem radial äußeren Bereich der Dichtungsanschlagsfläche 90 erstreckt sich eine zweite Radialführung 92 in Stromaufwärtsrichtung. Die zweite Radialführung 92 bildet eine stromaufwärts gerichtete Stirnfläche, eine Radialführungsinnenfläche 94 und eine Radialführungsaußenfläche 96 aus. Stromabwärts von der Radialführung 92 ist die Positionsanzeige 22 auf der Außenseite 16 des zweiten Kunststoffgehäuseteils 8 ausgebildet. In axialer Richtung ist zwischen der Radialführung 92 und der Positionsanzeige 22 eine Nut 98 angeordnet. Die Nut 98 ist als Halteklammerführungsnut ausgebildet. Die Radialführung 92 bildet zusammen mit der Radialführungsaußenfläche 96 und der Nut 98 einen zweiten Flanschbereich 99 aus, der dazu ausgebildet ist, von dem Halteelement 14 umfasst zu werden. In Strömungsrichtung S angrenzend an die Positionsanzeige 22 ist die Werkzeugeingrifffläche 32 angeordnet. Der Außendurchmesser der Radialführung 92 ist größer als der Außendurchmesser des zweiten Dichtungsaufnahmebereichs 86. Die Nut 98 weist einen Außendurchmesser auf, der größer als der Innendurchmesser des Kanals 10 und kleiner als der Außendurchmesser der zweiten Radialführung 92 ist.
Die erste Radialführung 68 und die zweite Radialführung 92 sind so ausgebildet, dass sie schlüssig ineinander greifen und eine gegenseitige Bewegung der Kunststoffgehäuseteile 4 und 8 in radialer Richtung verhindern. Der Außendurchmesser des Flanschbereichs 99 ist annähernd identisch mit dem Außendurchmesser des Flanschbereichs 62, so dass die Außenmantelfläche 63 und die Radialführungsaußenfläche 96 fluchtend in Strömungsrichtung S zueinander angeordnet sind und eine gemeinsame Anlagefläche ausbilden.
5 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines dritten Drosselelements 100 für das Ausführungsbeispiel der Ventilvorrichtung 2. Das dritte Drosselelement 100 ist scheibenförmig ausgebildet und liegt in einer Ebene quer zu der Strömungsrichtung S. Das Drosselelement 100 weist einen inneren Ring 102 mit einer radial nach außen weisenden Außenseite 104 und einen den inneren Ring 102 umringenden äußeren Ring 105 mit einer radial nach innen weisenden Innenseite 106 auf. Die Außenseite 104 und die Innenseite 106 sind durch wenigstens ein, im Ausführungsbeispiel mit drei Blendenelementen 107 verbunden. Der innere Ring 102 weist eine zentrale Bohrung 109 auf. Die Außenseite 104 weist einen geringeren Durchmesser als die Innenseite 106 auf. An einer Außenseite 108 des äußeren Rings 105 ist in Umfangsrichtung eine Aussparung 110 angeordnet, die sich radial in Richtung zur Innenseite 106 des äußeren Rings 105 erstreckt. Die Blendenelemente 107 sind analog zu den Blendenelementen 46 ausgebildet und weisen eine Kreissektorform auf. Die Blendenelemente 107 können auch eine fächerförmige, quadratische oder strebenförmige Form aufweisen. Die Drosselelemente 42, 44 und 100 haben eine propellerartige Form, ähnlich zu einem Warnzeichen für Radioaktivität. Die Aussparung 110 ist dazu ausgebildet den Anschlagszapfen 79 und den Anschlagszapfen 84 aufzunehmen.
6 zeigt in vier Teilfiguren verschiedene Ansichten des Halteelements 14 des Ausführungsbeispiels der Ventilvorrichtung 2. Teilfigur a) zeigt eine schematisch perspektivische Ansicht des Halteelements 14, wobei die Strömungsrichtung S von hinten rechts nach vorne links verläuft. Teilfigur b) zeigt eine Frontansicht des Halteelements 14 in Strömungsrichtung S, c) zeigt eine Schnittansicht des Halteelements 14 in Frontansicht in Strömungsrichtung S, und d) zeigt eine Sicht eines Innendurchmessers 112 des Halteelements 14. Das Halteelement 14 ist als u-förmige Halteklammer ausgebildet, die einen Umfangsbereich von 200 bis 250 Grad, insbesondere einen Umfangsbereich von 220 bis 240 Grad umgreift. Das Halteelement 14 weist eine in Strömungsrichtung S liegende Hauptwand 114, eine an einer stromaufwärts gerichteten Seite der Hauptwand 114 angeordnete, radial nach innen gerichtete Seitenwand 116, und eine an einer stromabwärts gerichtete Seite der Hauptwand 114 angeordnete, radial nach innen gerichtete Seitenwand 118 auf. Die Hauptwand 114 und die Seitenwände 116 und 118 spannen einen rechteckigen Raum auf, der dazu ausgebildet ist, die Flanschbereiche 62 und 99 aufzunehmen.
An einer radial nach außen weisenden Außenseite 120 der Hauptwand 114 ist der Rastvorsprung 17 angeordnet, der in Strömungsrichtung S über die Seitenwand 118 hinausragt. An dem Rastvorsprung 17 ist radial nach innen weisend ein Rastbereich 18 in Form eines Zahns angeordnet, der dazu ausgebildet ist, mit der Positionsanzeige 22 in Eingriff zu sein, wenn das Halteelement 14 auf beiden Kunststoffgehäuseteilen 4 und 8 aufgeschoben ist. Die Seitenwand 116 weist an einer stromaufwärts gerichteten Seite eine sich in Strömungsrichtung S erstreckende Vertiefung 122 auf. Die Vertiefung 122 bildet vier radial nach innen gerichtete gerade Innenflächen 124 aus, die in Umfangsrichtung angeordnet sind und tangential an einem Innendurchmesser der Seitenwand 116 anliegen. Es ist auch eine geringere oder eine größere Anzahl von Innenflächen 124 möglich. Die Vertiefung 122 ist so ausgebildet, dass sie mit der Werkzeugeingrifffläche 32 in Eingriff ist, wenn das Halteelement 114 auf beide Kunststoffgehäuseteile 4 und 8 aufgesetzt ist.
Eine Innenseite 126 der Hauptwand 114 weist den Innendurchmesser 112 bzw. ein Innenmaß auf. Der Innendurchmesser 112 ist größer als ein Außendurchmesser 128 der Flanschbereiche 62 und 99, auch als Nennmaß bezeichnet, um Toleranzabweichungen bei der Herstellung der Kunststoffgehäuseteile 4 und 8 auszugleichen. Eine Innenfläche der Innenseite 126 weist drei Umfanginnenflächen 130, 132 und 134, und zwei Umfangverbindungsflächen 136 und 138 auf. Die Umfanginnenflächen 130, 132 und 134 weisen dabei einen größeren Radius auf als die Umfangverbindungsflächen 136 und 138. Die Umfanginnenfläche 130 und die Umfanginnenfläche 132 sind mit der Umfangverbindungsfläche 136 verbunden und die Umfanginnenfläche 134 ist mit der Umfanginnenfläche 132 mit der Umfangverbindungsfläche 138 verbunden. Ein Mittelpunkt B1 der Umfanginnenfläche 130, ein Mittelpunkt B3 der Umfanginnenfläche 132 und ein Mittelpunkt B2 der Umfanginnenfläche 134 sind exzentrisch um einen Mittelpunk C angeordnet. Daraus ergibt sich eine 3-Punkt-Halterung für das Halteelement 14, denn nur die Umfanginnenflächen 130, 132 und 134 sind in Kontakt mit dem Außendurchmesser 128. Durch diese Ausgestaltung ergibt sich eine Federspannung, die radial nach innen auf den Außendurchmesser 128 der Flanschbereiche 62 und 99 wirkt.
7 zeigt in einer Teilfigur a) eine Schnittansicht des Ausführungsbeispiels der Ventilvorrichtung 2, und in einer Teilfigur b) eine Explosionsansicht des Ausführungsbeispiels der Ventilvorrichtung 2. Die Kunststoffgehäuseteile 4 und 8 sind ineinander gesteckt und sind radial durch die Radialführungen 68 und 92 geführt, so dass die Kunststoffgehäuseteile 4 und 8 in radialer Richtung gegen Verschiebung gesichert sind. Der Durchflussdurchgang 12 ermöglicht einen Durchfluss des Mediums von dem ersten Kunststoffgehäuseteil 4 zum zweiten Kunststoffgehäuseteil 8. Der Durchfluss durch die Ventilvorrichtung kann auch in anderer Richtung erfolgen. Die Drosselelemente 42 und 44 sind in Strömungsrichtung S zueinander angeordnet. Zwischen den Drosselelementen 42 und 44 ist das dritte Drosselelement 100 angeordnet und mit der Bohrung 109 auf den Zentrierzapfen 58 aufgesetzt. In den Dichtungsaufnahmebereichen 70 und 86 ist ein Dichtelement 140 angeordnet, so dass zwischen dem ersten Kunststoffgehäuseteil 4 und dem zweiten Kunststoffgehäuseteil 8 kein Medium, welches durch die Ventilvorrichtung 2 geführt wird, austreten kann. Vorzugsweise ist es eine O-Ring-Dichtung oder ein Radialdichtring. Die Seitenwand 116 des Halteelements 14 ist in der Nut 66 und die Seitenwand 118 des Halteelements 14 ist in der Nut 98 positioniert, wenn das Halteelement 14 auf die Flanschbereiche 62 und 99 der Kunststoffgehäuseteile 4 und 8 aufgesteckt ist. Wenn das Halteelement 14 in seiner finalen Position auf den beiden Kunststoffgehäuseteilen 4 und 8 angeordnet ist, ist die Vertiefung 122 mit der Werkzeugeingrifffläche 64 des ersten Kunststoffgehäuseteils 4 und der Rastvorsprung 17 mit der Positionsanzeige 22 auf dem zweiten Kunststoffgehäuseteil 8 in Eingriff. Damit kann eine Stellung der Kunststoffgehäuseteile 4 und 8, und damit der Drosselelemente 42, 44 und 100, zueinander fixiert werden. Die Kunststoffgehäuseteile 4 und 8 können auch ohne das Halteelement 14 zueinander fixiert sein, zum Beispiel, wenn die Kunststoffgehäuseteile 4 und 8 zueinander einen Presssitz aufweisen und dadurch gegenüber ein Verdrehen zueinander gesichert sind.
8 zeigt in drei Teilfiguren eine Verstellung einer Öffnung des Durchflussdurchgangs 12 in dem Ausführungsbeispiel der Ventilvorrichtung 2 mit Sicht entlang der Längsachse A aus stromabwärts-seitiger Richtung. Teilfigur a) zeigt die Ventilvorrichtung 2 in maximaler Öffnungsposition des Durchflussdurchgangs 12, Teilfigur b) zeigt die Ventilvorrichtung 2 mit halb geöffneter Öffnungspostion des Durchflussdurchgang 12, und c) zeigt die Ventilvorrichtung 2 mit geschlossener Öffnungsposition des Durchflussdurchgang 12.
8a) zeigt die Ventilvorrichtung 2 aus Richtung des zweiten Kunststoffgehäuseteils 8. Das Kunststoffgehäuseteil 8 und das durch das Kunststoffgehäuseteil 8 verdeckte Kunststoffgehäuseteil 4 wird in diesem Ausführungsbeispiel von dem Halteelement 14 umfasst. Der Rastvorsprung 17 ist mit seinem Rastbereich 18 mit dem ersten Ende der Positionsanzeige 22 neben dem ersten Materialvorsprung 28 im Eingriff. In dieser Position weist die Ventilvorrichtung 2 die maximale Öffnungsposition auf, in der der Durchflussdurchgang 12 den größtmöglichen Durchgang für ein Medium ermöglicht. In dieser maximalen Öffnungsposition sind das Drosselelement 44 und die durch das Drosselelement 44 verdeckten Drosselelemente 42 und 100 in Strömungsrichtung S fluchtend zueinander angeordnet.
In 8b) ist die Ventilvorrichtung 2 in halb geöffneter Öffnungsposition gezeigt. Dabei ist das zweite Kunststoffgehäuseteil 8 vorzugsweise in einem Verdrehwinkel von 40° gegenüber dem ersten Kunststoffgehäuseteil 4 verdreht, wodurch auch die Drosselelement 42, 44 und 100 relativ zueinander verdreht sind. Daraus resultiert, dass der Durchflussdurchgang 12 im Vergleich zur 8a) teilweise verschlossen ist, weil die Drosselelemente 42, 44 und 100 eine größere Fläche der Öffnung quer zur Längsachse A verdecken. Somit erfolgt eine Verringerung des Durchflusses eines Mediums durch den Durchflussdurchgang 12. Der Rastvorsprung 17 mit seinem Rastbereich 18 des Halteelements 14 ist mit einem mittigen Bereich der Positionsanzeige 22 im Eingriff.
In 8c) ist die Ventilvorrichtung 2 in geschlossener Position gezeigt, in der der Durchflussdurchgang 12 durch die Anordnung der Drosselelemente 42, 44 und 100 zueinander verschlossen ist und kein Medium durch die Ventilvorrichtung fließen kann. Dazu ist der zweite Kunststoffgehäuseteil 8 relativ zum ersten Kunststoffgehäuseteil 4 in dem Verdrehwinkel um ca. 80° verdreht. Der Rastvorsprung 17 mit seinem Rastbereich 18 des Halteelements 14 ist mit dem zweiten Ende der Positionsanzeige 22 benachbart zum zweiten Materialvorsprung 30 im Eingriff. Das Halteelement 14 ermöglicht eine zusätzliche Fixierung der Kunststoffgehäuseteile 4 und 8 und damit der Drosselelemente 42, 44 und 100 zueinander. Die Kunststoffgehäuseteile 4 und 8 können auch ohne Halteelement 14 verbunden sein.
Der Verdrehwinkel der Kunststoffgehäuseteile 4 und 8 und damit der Drosselelemente 42, 44 und 100 zueinander, um von einer geöffneten Position zu einer geschlossenen Position zu gelangen, ist abhängig von der Anzahl der Drosselelemente, der Anzahl der Blendenelemente 46, und der Form der Blendenelemente 46. Zum Beispiel verringert sich der Verdrehwinkel, wenn die Anzahl der Drosselelemente steigt, denn dadurch erhöht sich die Anzahl der zur Verfügung stehenden Blendenelemente 46 im Durchflussdurchgang 12.
Die Verdrehung der Kunststoffgehäuseteile 4 und 8 und damit der Drosselelemente 42, 44 und 100 kann annähernd stufenlos erfolgen. Wenn die Positionsanzeige 22 mehrere nebeneinander geordnete Indikatoren, z.B. Zähne, aufweist, hängt eine Feinjustierung der Verdrehung der Kunststoffgehäuseteile 4 und 8 von der Anzahl der Indikatoren ab, wenn das Halteelement 14 als zusätzliche Sicherung der Kunststoffgehäuseteile 4 und 8 zueinander eingesetzt wird.
Um den Durchflussdurchgang 12 der Ventilvorrichtung 2 des Ausführungsbeispiels zu verstellen, erfolgt eine Verstellung der Ventilvorrichtung 2 durch Verdrehen der beiden Kunststoffgehäuseteile 4 und 8 zueinander ohne dass das Halteelement 14 von der Ventilvorrichtung 2 zu entfernen ist. Während des Verdrehens hält das Halteelement 14 die Kunststoffgehäuseteile 4 und 8 weiterhin zusammen, insbesondere fluiddicht bzw. formschlüssig zusammen. Das Halteelement 14 wird dabei von den Indikatoren der Positionsanzeige 22 mittels des Rastbereichs 18 angehoben und, nachdem ein entsprechender Indikator passiert ist, von der Federspannung des Halteelements 14 wieder in eine anliegende Position an die Kunststoffgehäuseteile 4 und 8 gebracht, so dass die Vertiefung 122 mit der Werkzeugeingrifffläche des ersten Kunststoffgehäuseteils 4, und der Rastvorsprung 17 mit seinem Rastbereich 18 mit der Positionsanzeige 22 wieder in Eingriff sind. Dadurch sind die Kunststoffgehäuseteile 4 und 8 mit dem Halteelement 14 zueinander gegen unbeabsichtigtes Verdrehen gesichert.

Claims

Ventilvorrichtung (2), insbesondere ein Drosselventil, ausgebildet zur Führung von Luft und/oder Kühlflüssigkeit einer Brennstoffzellenanordnung, aufweisend: ein erstes Kunststoffgehäuseteil (4) mit einem ersten Kanal (6); und ein zweites Kunststoffgehäuseteil (8) mit einem zweiten Kanal (10); wobei der erste Kanal (6) und der zweite Kanal (10) entlang einer Längsachse (A) angeordnet sind und einen Durchflussdurchgang (12) entlang der Längsachse (A) ausbilden; wobei an dem ersten Kunststoffgehäuseteil (4) ein erstes Drosselelement (42) und an dem zweiten Kunststoffgehäuseteil (8) ein zweites Drosselelement (44) im Durchflussdurchgang (12) angeordnet sind; und wobei das erste Kunststoffgehäuseteil (4) und das zweite Kunststoffgehäuseteil (8) ineinander steckbar und quer zur Längsachse (A) gegeneinander verdrehbar sind und dadurch die Position des ersten Drosselelements (42) und des zweiten Drosselelements (44) zueinander veränderbar ist, so dass der Durchfluss eines Mediums durch den Durchflussdurchgang (12) durch eine Kombination des ersten Drosselelements (42) und des zweiten Drosselelements (44) einstellbar ist.
Ventilvorrichtung (2) nach Anspruch 1, weiterhin aufweisend ein Halteelement (14), wobei das Halteelement (14) eine Halteklammer ist, die so ausgebildet ist, dass sie das erste Kunststoffgehäuseteil (4) und das zweite Kunststoffgehäuseteil (8) wenigstens teilweise umfasst und durch äußeres Aufstecken quer zur Längsachse (A) auf beide Kunststoffgehäuseteile (4, 8) miteinander verbindet und gegeneinander hält.
Ventilvorrichtung (2) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Halteelement (14) eine 3-Punkt-Auflage aufweist, mit der die beiden Kunststoffgehäuseteile (4,8) an drei Punkten miteinander befestigt sind.
Ventilvorrichtung (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Halteelement (14) so ausgebildet ist, dass es eine Position des ersten Kunststoffgehäuseteils (4) zum zweiten Kunststoffgehäuseteil (8) und damit die Position des ersten Drosselelements (42) zum zweiten Drosselelement (44) sichert.
Ventilvorrichtung (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, weiterhin aufweisend ein drittes Drosselelement (100), das zwischen dem ersten Drosselelement (42) und dem zweiten Drosselelement (44) angeordnet ist und verdrehbar an einem der Kunststoffgehäuseteile (4,8) angeordnet ist, so dass das erste, das zweite und das dritte Drosselelement (42,44,100) in Kombination miteinander den Durchfluss des Mediums durch den Durchflussdurchgang (100) einstellen, wobei das dritte Drosselelement (100) relativ zum ersten und/oder zweiten Drosselelement (42,44) verdrehbar ist.
Ventilvorrichtung (2) nach Anspruch 5, wobei in wenigstens einem der ersten und/oder zweiten Kunststoffgehäuseteile (4,8) wenigstens ein Mitnehmer (79,84) vorgesehen ist, der bei Verdrehen des ersten und/oder zweiten Kunststoffgehäuseteils (4,8) das dritte Drosselelement (100) mitnimmt und relativ zum ersten oder zweiten Kunststoffgehäuseteil (4,8) verdreht.
Ventilvorrichtung (2) nach Anspruch 6, wobei ein erster Mitnehmer (79) als ein an dem ersten Kunststoffgehäuseteil (4) sich in Richtung des zweiten Kunststoffgehäuseteils (8) erstreckender erster Anschlagzapfen ausgebildet ist, und/oder wobei ein zweiter Mitnehmer (84) als ein an dem zweiten Kunststoffgehäuseteils (8) sich in Richtung des ersten Kunststoffgehäuseteils (4) erstreckender zweiter Anschlagzapfen ausgebildet ist, wobei wenigstens einer der Anschlagzapfen mit einer an einer Außenseite (108) des dritten Drosselelements (100) eingebrachte Aussparung (110) im Eingriff ist, und beim Verdrehen der Kunststoffgehäuseteile (4,8) zueinander die Drehbewegung auf das dritte Drosselelement (100) übertragen und mitdrehen.
Ventilvorrichtung (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei wenigstens eines der Drosselelemente (42,44,100) scheibenförmig ist.
Ventilvorrichtung (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei wenigstens eines der Drosselelemente (42,44,100) wenigstens ein, insbesondere zwei oder mehr, Blendenelemente (46), insbesondere Kreissektoren aufweisen, wobei das bzw. die Blendenelemente (46) ausgebildet sind, durch Verdrehen der Kunststoffgehäuseteile (4,8) zueinander einen Querschnitt des Durchflussdurchgangs (12) zu verändern und dadurch den Durchfluss einzustellen.
Ventilvorrichtung (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das erste Kunststoffgehäuseteil (4) oder das zweite Kunststoffgehäuseteil (8) eine Positionsanzeige (22) auf einer Außenseite (16,36) des entsprechenden Kunststoffgehäuseteils (4,8) aufweist, anhand derer eine Verdrehung zueinander und damit ein eingestellter Durchfluss gekennzeichnet ist.
Ventilvorrichtung (2) nach Anspruch 10, wobei die Positionsanzeige (22) eine um einen Teilbereich der Außenseite (16,36) angeordnete, bogenförmige, mit mehreren Indikatoren versehene Skala ist, wobei ein Halteelement (14), das das erste Kunststoffgehäuseteil (4) und das zweite Kunststoffgehäuseteil (8) wenigstens teilweise umfasst und durch äußeres Aufstecken quer zur Längsachse (A) auf beide Kunststoffgehäuseteile (4, 8) miteinander verbindet und gegeneinander hält, an einer zum zweiten oder zum ersten Kunststoffgehäuseteil weisenden Seite einen Rastvorsprung (17) aufweist, der dazu ausgebildet ist, mit der Skala im Eingriff zu stehen und eine Verdrehung der Kunststoffgehäuseteile (4,8) zueinander zu sichern.
Ventilvorrichtung (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das erste Kunststoffgehäuseteil (4) und das zweite Kunststoffgehäuseteil (8) so ausgebildet sind, dass das erste Kunststoffgehäuseteil (4) radial im zweiten Kunststoffgehäuseteil (8) oder das zweite Kunststoffgehäuseteil (8) radial im ersten Kunststoffgehäuseteil (4) führbar ist.
Ventilvorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Kunststoffgehäuseteil (4) und/oder das zweite Kunststoffgehäuseteil (8) eine auf einer Außenseite (16,36) des entsprechenden Kunststoffgehäuseteils (4,8) in Umfangsrichtung angeordnete Werkzeugeingrifffläche (32,64) aufweist.
Ventilvorrichtung (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, weiterhin aufweisend ein Dichtungselement (140), insbesondere ein Dichtring, wobei das Dichtungselement (140) zwischen dem ersten Kunststoffgehäuseteil (4) und dem zweiten Kunststoffgehäuseteil (8) angeordnet ist.
Ventilvorrichtung (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Komponenten der Ventilvorrichtung durch ein 3D-Druckverfahren hergestellt sind.
Ventilvorrichtung (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das erste und/oder das zweite Drosselelement (42,44) integral mit dem entsprechenden Kunststoffgehäuseteil (4,8) ausgeformt ist.
Brennstoffzellenanordnung mit einer Medienführung für Luft und/oder Kühlflüssigkeit und einer Ventilvorrichtung (2) nach einem der vorherigen Ansprüche.
Brennstoffzellenantrieb eines Fahrzeugs aufweisend eine Brennstoffzellenanordnung nach Anspruch 17.
Verfahren zum Verstellen und Fixieren einer Ventilvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 16 aufweisend: Verdrehen des ersten und des zweiten Kunststoffgehäuseteils (4,8) zueinander und dadurch Verdrehen des ersten Drosselelements (42) und des zweiten Drosselelements (44) zueinander, so dass eine Öffnungsgröße des Durchflussdurchgangs (12) eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 19, weiterhin aufweisend Fixieren des ersten und des zweiten Kunststoffgehäuseteils (4,8) zueinander durch ein Halteelement (14), das das erste Kunststoffgehäuseteil (4) und das zweite Kunststoffgehäuseteil (8) wenigstens teilweise umfasst und durch äußeres Aufstecken quer zur Längsachse (A) auf beide Kunststoffgehäuseteile (4, 8) miteinander verbindet und gegeneinander hält. Aufsetzen der Halteelements (14) auf die beiden Kunststoffgehäuseteile (4,8) und somit Fixieren der Positionierung der Drosselelemente (42,44) zueinander.