DE102021206255A1 - Shut-off valve for compressed gas tank, compressed gas tank with shut-off valve - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Absperrventil (1) für Druckgasbehälter, umfassend ein in einem Ventilkörper hubbeweglich aufgenommenes Ventilelement (2), das in Richtung eines Dichtsitzes von der Federkraft einer Schließfeder beaufschlagt ist, wobei das Ventilelement (2) einen Grundkörper (3) aus Metall, beispielsweise aus Stahl oder Aluminium, sowie einen mit dem Grundkörper (3) verbundenen Dichtkörper (4) aus Kunststoff, beispielsweise aus Polyetheretherketon oder Polyimid, aufweist und wobei der Dichtkörper (4) eine mit dem Dichtsitz zusammenwirkende erste Dichtkontur (5) und der Grundkörper (3) eine mit dem Dichtsitz zusammenwirkende zweite Dichtkontur (6) ausbilden, die beim Schließen des Absperrventils (1) zeitversetzt zur dichtenden Anlage am Dichtsitz gelangen, so dass ein mehrstufiges Schließen des Absperrventils (1) realisierbar ist.Ferner betrifft die Erfindung einen Druckgasbehälter mit einem erfindungsgemäßen Absperrventil (1).The invention relates to a shut-off valve (1) for pressurized gas containers, comprising a valve element (2) which is received in a valve body such that it can lift and which is acted upon by the spring force of a closing spring in the direction of a sealing seat, the valve element (2) having a base body (3) made of metal, made of steel or aluminum, for example, and a sealing body (4) made of plastic, for example made of polyetheretherketone or polyimide, which is connected to the base body (3), and the sealing body (4) has a first sealing contour (5) that interacts with the sealing seat and the base body ( 3) form a second sealing contour (6) which interacts with the sealing seat and which, when the shut-off valve (1) is closed, comes into sealing contact with the sealing seat with a time delay, so that a multi-stage closing of the shut-off valve (1) can be implemented. The invention also relates to a compressed gas container a shut-off valve (1) according to the invention.

Description

Die Erfindung betrifft ein Absperrventil für Druckgasbehälter sowie einen Druckgasbehälter mit einem erfindungsgemäßen Absperrventil. Der Druckgasbehälter kann insbesondere zum Speichern von Wasserstoff oder Erdgas eingesetzt werden, der bzw. das als Brennstoff von einem Brennstoffzellensystem oder von einer Brennkraftmaschine benötigt wird.The invention relates to a shut-off valve for compressed gas tanks and a compressed gas tank with a shut-off valve according to the invention. The compressed gas tank can be used in particular to store hydrogen or natural gas, which is required as fuel by a fuel cell system or by an internal combustion engine.

Stand der TechnikState of the art

In mobilen Anwendungen gelangen üblicherweise Druckgasbehälter zum Speichern von Wasserstoff oder Erdgas zum Einsatz. Das jeweilige Gas wird dabei unter hohem Druck gespeichert, der beispielsweise bei Wasserstoff bis zu 1050 bar betragen kann. Aufgrund der hohen Drücke werden daher an einen Druckgasbehälter hohe Sicherheitsanforderungen gestellt. Um diesen zu genügen, werden zum Verschließen eines Druckgasbehälters in der Regel Sicherheitsmagnetventile eingesetzt, die im stromlosen Zustand geschlossen sind. Dadurch ist sichergestellt, dass bei fehlender Stromzufuhr, beispielsweise aufgrund eines Unfalls oder Defekts, kein Gas austritt.In mobile applications, compressed gas tanks are usually used to store hydrogen or natural gas. The respective gas is stored under high pressure, which can be up to 1050 bar in the case of hydrogen, for example. Due to the high pressures, high safety requirements are therefore placed on a compressed gas container. In order to meet these, safety solenoid valves, which are closed when de-energized, are generally used to close a compressed gas container. This ensures that no gas escapes if there is no power supply, for example due to an accident or defect.

Zur Erfüllung der hohen Dichtheitsanforderungen werden zudem Ventile mit Ventilelementen aus Kunststoff eingesetzt. Durch die Elastizität und geringe Oberflächenhärte des Kunststoffs werden Rauheitsspitzen und/oder Oberflächendefekte im Sitzbereich ausgeglichen, so dass eine verbesserte Gasdichtheit erzielt wird.Valves with valve elements made of plastic are also used to meet the high tightness requirements. Due to the elasticity and low surface hardness of the plastic, roughness peaks and/or surface defects in the seating area are compensated for, so that improved gas tightness is achieved.

Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2018 221 602 A1 geht beispielhaft eine Tankvorrichtung zur Speicherung eines gasförmigen Mediums mit einer Ventilvorrichtung vor, das elektromagnetisch betätigt ist. Die Ventilvorrichtung weist ein hubbewegliches Ventilelement auf, das mehrteilig ausgeführt ist und einen mit einem Dichtsitz zusammenwirkenden Dichtkörper umfasst. Der Lichtkörper kann somit aus einem anderen Material, vorzugsweise Kunststoff, gefertigt werden.From the disclosure document DE 10 2018 221 602 A1 a tank device for storing a gaseous medium with a valve device that is electromagnetically actuated is an example. The valve device has a valve element that can be lifted, which is designed in multiple parts and includes a sealing body that interacts with a sealing seat. The light body can thus be made of a different material, preferably plastic.

Bei der Auslegung eines Ventilelements für ein Absperrventil eines Druckgasbehälter des stellt die vergleichsweise geringe Festigkeit von Kunststoff eine Herausforderung dar. Insbesondere limitiert sie die Größe des Bauteils, so dass die Größe des Sitzbereichs dadurch ebenfalls begrenzt ist. Dies wirkt sich negativ auf die zu erzielenden Massenströme aus. Insbesondere für mit Wasserstoff betriebene Fahrzeuge stellt jedoch der Massenstrom einen der wichtigsten Parameter dar. Damit zur Effizienzmaximierung der Massenstrom über die Sitzgeometrie des Dichtsitzes mit möglichst wenig Druckabfall strömt, sollte der Öffnungsquerschnitt so groß wie möglich sein. Zur Vergrößerung des Öffnungsquerschnitt kann bzw. können der Hub des Ventilelements und/oder der Sitzdurchmesser vergrößert werden. Dem Hub sind jedoch durch die zur Verfügung stehende Magnetkraft Grenzen gesetzt, da die Magnetkraft mit steigendem Luftspalt exponentiell abnimmt. Der Fokus wird daher in der Regel auf eine Vergrößerung des Sitzdurchmessers gelegt. Mit größer werdendem Sitzdurchmesser vergrößert sich bei geschlossenem Ventil jedoch auch die druckbeaufschlagte Fläche am Ventilelement, was zu einer kritischen Beanspruchung des aus Kunststoff gefertigten Ventilelements führt. Wird dabei die Streckgrenze überschritten, erfährt das Ventilelement eine plastische Verformung bzw. es wird plastifiziert. Die Plastifizierung wird durch Kriecheffekte zusätzlich verstärkt.When designing a valve element for a shut-off valve of a compressed gas tank, the comparatively low strength of plastic poses a challenge. In particular, it limits the size of the component, so that the size of the seat area is also limited as a result. This has a negative effect on the mass flows to be achieved. However, the mass flow is one of the most important parameters, especially for hydrogen-powered vehicles. In order to maximize efficiency, the mass flow flows over the seat geometry of the sealing seat with as little pressure drop as possible, the opening cross section should be as large as possible. To enlarge the opening cross section, the stroke of the valve element and/or the seat diameter can be increased. However, the stroke is limited by the available magnetic force, since the magnetic force decreases exponentially as the air gap increases. The focus is therefore usually placed on increasing the seat diameter. However, as the seat diameter increases when the valve is closed, the pressure-loaded area on the valve element also increases, which leads to critical stress on the valve element made of plastic. If the yield point is exceeded, the valve element undergoes plastic deformation or is plasticized. The plasticization is additionally strengthened by creep effects.

Die plastische Verformung des Ventilelements im Sitzbereich kann dazu führen, dass das Ventilelement nicht mehr öffnet. Dies ist insbesondere bei fehlender Druckunterwanderung, auch „pneumatisches Kleben“ genannt, der Fall. Somit sind aus Festigkeitsgründen dem Sitzdurchmesser ebenfalls Grenzen gesetzt.The plastic deformation of the valve element in the seating area can result in the valve element no longer opening. This is particularly the case if there is no pressure infiltration, also known as "pneumatic bonding". For reasons of strength, there are also limits to the seat diameter.

Die vorliegende Erfindung ist mit der Aufgabe befasst, die Festigkeit eines Ventilelements eines Absperrventils für einen Druckgasbehälter zu steigern, so dass größere Sitzdurchmesser und damit größere Massenströme realisierbar sind. Zugleich soll das Ventilelement den hohen Dichtheitsanforderungen hinsichtlich der Gasdichtheit genügen.The present invention is concerned with the task of increasing the strength of a valve element of a shut-off valve for a compressed gas tank, so that larger seat diameters and thus larger mass flows can be realized. At the same time, the valve element should meet the high tightness requirements with regard to gas tightness.

Zur Lösung der Aufgabe wird das Absperrventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Darüber hinaus wird ein Druckgasbehälter mit einem erfindungsgemä-ßen Absperrventil angegeben.To solve the problem, the shut-off valve with the features of claim 1 is proposed. Advantageous developments of the invention can be found in the dependent claims. In addition, a compressed gas container with a shut-off valve according to the invention is specified.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Das vorgeschlagene Absperrventil für Druckgasbehälter umfasst ein in einem Ventilkörper beweglich aufgenommenes Ventilelement, das in Richtung eines Dichtsitzes von der Federkraft einer Schließfeder beaufschlagt ist. Das Ventilelement weist einen Grundkörper aus Metall, beispielsweise aus Stahl oder Aluminium, sowie einen mit dem Grundkörper verbundenen Dichtkörper aus Kunststoff, beispielsweise aus Polyetheretherketon oder Polyimid, auf. Dabei bilden der Dichtkörper eine mit dem Dichtsitz zusammenwirkende erste Dichtkontur und der Grundkörper eine mit dem Dichtsitz zusammenwirkenden zweite Dichtkontur aus, die beim Schließen des Absperrventils zeitversetzt zur dichtenden Anlage am Dichtsitz gelangen, so dass ein mehrstufiges Schließen des Absperrventils realisierbar ist.The proposed shut-off valve for pressurized gas containers comprises a valve element which is movably accommodated in a valve body and which is acted upon by the spring force of a closing spring in the direction of a sealing seat. The valve element has a base made of metal, for example made of steel or aluminum, and a sealing body made of plastic, for example made of polyetheretherketone or polyimide, which is connected to the base body. The sealing body forms a first sealing contour that interacts with the sealing seat, and the base body forms a second sealing contour that interacts with the sealing seat.

Das Ventilelement des vorgeschlagenen Absperrventils ist nicht vollständig aus Kunststoff gefertigt, sondern lediglich partiell. Zumindest der Grundkörper des Ventilelements ist nicht aus Kunststoff, sondern aus Metall gefertigt. Da Metall eine vergleichsweise hohe Festigkeit besitzt, kann durch Verwendung dieses Materials eine Festigkeitssteigerung erzielt werden. Durch Verwendung von Kunststoff zur Ausbildung eines mit dem Grundkörper verbundenen Dichtkörpers kann zugleich den hohen Dichtheitsanforderungen genüge geleistet werden.The valve element of the proposed check valve is not made entirely of plastic, but only partially. At least the main body of the valve element is not made of plastic but of metal. Since metal has a comparatively high strength, an increase in strength can be achieved by using this material. By using plastic to form a sealing body connected to the base body, the high tightness requirements can also be met.

Bei dem vorgeschlagenen Absperrventil bildet nicht nur der Dichtkörper des Ventilelements eine Dichtkontur aus, sondern auch der Grundkörper. Das heißt, dass mindestens zwei Dichtkonturen aus unterschiedlichen Materialien mit dem Dichtsitz zusammenwirken. Darüber hinaus gelangen die Dichtkonturen beim Schließen des Absperrventils zeitversetzt zur Anlage am Dichtsitz, so dass das Absperrventil in mehreren Stufen schließt. Die Dichtkonturen aus unterschiedlichen Materialien übernehmen dabei unterschiedliche Aufgaben. Während die erste Dichtkontur des Dichtkörpers insbesondere die geforderte Gasdichtheit gewährleisten soll, soll mit Hilfe der zweiten Dichtkontur des Grundkörpers die angestrebte Festigkeitserhöhung erzielt werden. Liegt der Grundkörper am Dichtsitz an, sinkt die Beanspruchung des Dichtkörpers, so dass eine unerwünschte Plastifizierung vermieden werden kann. Das heißt, dass einem pneumatischen Kleben und/oder Hubverlusten des Ventilelements entgegengewirkt wird.In the proposed shut-off valve, it is not only the sealing body of the valve element that forms a sealing contour, but also the base body. This means that at least two sealing contours made of different materials interact with the sealing seat. In addition, the sealing contours come into contact with the sealing seat with a time delay when the shut-off valve is closed, so that the shut-off valve closes in several stages. The sealing contours made of different materials take on different tasks. While the first sealing contour of the sealing body is intended in particular to ensure the required gas tightness, the desired increase in strength is to be achieved with the aid of the second sealing contour of the base body. If the base body is in contact with the sealing seat, the stress on the sealing body decreases, so that undesirable plasticization can be avoided. This means that pneumatic sticking and/or stroke losses of the valve element are counteracted.

Der Dichtsitz selbst ist vorzugsweise aus einem metallischen Material gefertigt, so dass es im Sitzbereich zu den Materialpaarungen Metall/Kunststoff sowie Metall/Metall kommt. Die Form des Dichtsitzes kann beliebig gewählt sein, beispielsweise flach oder kegelförmig.The sealing seat itself is preferably made of a metallic material, so that the material pairings metal/plastic and metal/metal occur in the seat area. The sealing seat can be of any shape, for example flat or conical.

Beim Schließen des Absperrventils gelangt vorzugsweise die Dichtkontur des Dichtkörpers vor der Dichtkontur des Grundkörpers zur Anlage am Dichtsitz. Dadurch ist ein dichtes Schließen des Absperrventils gewährleistet, ohne dass der Grundkörper zur Anlage am Dichtsitz gelangen muss. Je nach den am Ventilelement anliegenden Druckverhältnissen kann auch nur die am Dichtkörper ausgebildete Dichtkontur zur Anlage am Dichtsitz gelangen. Wird nur die erste Stufe des mehrstufigen Schließvorgangs umgesetzt, bewirkt der am Dichtsitz anliegende Dichtköroper die geforderte hohe Dichtheit.When the shut-off valve is closed, the sealing contour of the sealing body preferably comes into contact with the sealing seat before the sealing contour of the base body. This ensures that the shut-off valve closes tightly without the base body having to come into contact with the sealing seat. Depending on the pressure conditions present at the valve element, it is also possible for only the sealing contour formed on the sealing body to come into contact with the sealing seat. If only the first stage of the multi-stage closing process is implemented, the sealing body resting against the sealing seat ensures the required high degree of tightness.

Bevorzugt setzt der Kontakt des Grundkörpers mit dem Dichtsitz eine elastische Verformung des Dichtkörpers voraus. Das heißt, dass eine elastische Verformung des Dichtkörpers gewollt ist. Durch die elastische Verformung des Dichtkörpers wird dieser gegenüber dem Dichtsitz vorgespannt, so dass eine hohe Dichtheit erzielt wird. Gelangt beim Schließen des Absperrventils der Dichtkörper zur Anlage am Dichtsitz, wird der Dichtkörper gestaucht. Die Stauchung führt schließlich zur Anlage des Grundkörpers am Dichtsitz.The contact of the base body with the sealing seat preferably requires an elastic deformation of the sealing body. This means that an elastic deformation of the sealing body is desired. Due to the elastic deformation of the sealing body, it is prestressed in relation to the sealing seat, so that a high degree of tightness is achieved. If the sealing body comes into contact with the sealing seat when the shut-off valve is closed, the sealing body is compressed. The compression finally leads to the base body resting against the sealing seat.

Des Weiteren bevorzugt gelangt der Grundkörper nach einer elastischen, aber vor einer plastischen Verformung des Dichtkörpers in Kontakt mit dem Dichtsitz. Der Dichtkörper wird demnach nur in seinem elastischen Bereich belastet. Bei höheren Beanspruchungen werden diese von dem metallischen Grundkörper getragen. Eine Plastifizierung des Dichtkörpers sowie die damit einhergehenden Negativeffekte, insbesondere ein pneumatisches Kleben, können somit sicher vermieden werden. Die Beanspruchungen des Grundkörpers sind dank der höheren Festigkeit des Materials grundsätzlich unkritisch.Furthermore, the base body preferably comes into contact with the sealing seat after an elastic but before a plastic deformation of the sealing body. The sealing body is therefore only loaded in its elastic range. In the case of higher stresses, these are carried by the metallic base body. Plasticization of the sealing body and the associated negative effects, in particular pneumatic sticking, can thus be reliably avoided. The stresses on the base body are generally uncritical thanks to the higher strength of the material.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Dichtkörper scheiben-, ring- oder hülsenförmig ausgeführt und die Dichtkontur umlaufend ausgebildet. Der Dichtkörper kann insbesondere als rotationssymmetrischer Körper ausgebildet sein, dies erleichtert die Ausbildung der umlaufenden Dichtkontur. Die umlaufende Dichtkontur wiederum gewährleistet, dass das Absperrventil dicht schließt.According to a preferred embodiment of the invention, the sealing body is disk-, ring- or sleeve-shaped and the sealing contour is circumferential. The sealing body can in particular be designed as a rotationally symmetrical body, which facilitates the formation of the circumferential sealing contour. The all-round sealing contour in turn ensures that the shut-off valve closes tightly.

Die zweite Dichtkontur des Grundkörpers kann radial innen oder radial außen in Bezug auf die erste Dichtkontur des Dichtkörpers angeordnet sein. Vorzugsweise bildet der Grundkörper ebenfalls eine umlaufende Dichtkontur aus. Gelangt diese zur Anlage am Dichtsitz, wird der Grundkörper umlaufend gleichmäßig beansprucht.The second sealing contour of the base body can be arranged radially on the inside or radially on the outside in relation to the first sealing contour of the sealing body. The base body preferably also forms a circumferential sealing contour. If this comes to rest on the sealing seat, the base body is stressed evenly all around.

Der Dichtkörper ist vorzugsweise kraft-, form- und/oder stoffschlüssig mit dem Grundkörper verbunden. Der Dichtkörper ist demnach am oder im Grundkörper verliersicher gehalten, insbesondere befestigt. Der Dichtkörper kann insbesondere in den Grundkörper eingespritzt, eingepresst, eingeklebt und/oder unter Zuhilfenahme eines Befestigungsmittels, beispielsweise eines Stifts, am bzw. im Grundkörper befestigt sein. Die Befestigung erfolgt in der Weise, dass zumindest im Bereich der Dichtkontur des Dichtkörpers dieser elastisch verformbar bleibt. Vorzugsweise erfolgt die Befestigung des Dichtkörpers am oder im Grundkörper über das der Dichtkontur abgewandte Ende des Dichtkörpers.The sealing body is preferably non-positively, positively and/or materially connected to the base body. Accordingly, the sealing body is captively held, in particular fastened, on or in the base body. The sealing body can in particular be injected, pressed, glued into the base body and/or fastened to or in the base body with the aid of a fastening means, for example a pin. The fastening takes place in such a way that at least in the region of the sealing contour of the sealing body, the latter remains elastically deformable. Preferably, the sealing body is attached to or in the base body via the end of the sealing body facing away from the sealing contour.

Die Dichtkontur des Dichtkörpers kann flächenbündig mit der Dichtkontur des Grundkörpers abschließen oder gegenüber dieser überstehen. Beide Ausführungsformen ermöglichen ein mehrstufiges Schließen des Absperrventils. Sofern die Dichtkonturen flächenbündig abschließen, wird das zeitversetzte Schließen durch die Form der Dichtkonturen realisiert.The sealing contour of the sealing body can be flush with the sealing contour of the base body or project beyond it. Both embodiments allow the shut-off valve to be closed in multiple stages. If the sealing contours are flush, it's about time staggered clasps realized by the shape of the sealing contours.

Vorteilhafterweise ist bzw. sind die erste Dichtkontur und/oder die zweite Dichtkontur konisch oder sphärisch geformt. Der Dichtsitz kann in diesem Fall als einfacher Flachsitz ausgebildet oder ebenfalls konisch bzw. sphärisch geformt sein. Die konische oder sphärische Form der Dichtkonturen erlaubt eine flächenbündige Ausbildung, da die Dichtkonturen in Schließrichtung räumlich hintereinanderliegend angeordnet sind.Advantageously, the first sealing contour and/or the second sealing contour is or are conical or spherical in shape. In this case, the sealing seat can be in the form of a simple flat seat or can also be conical or spherical in shape. The conical or spherical shape of the sealing contours allows a flush design, since the sealing contours are arranged spatially one behind the other in the closing direction.

Darüber hinaus wird ein Druckgasbehälter zum Speichern von Gas, insbesondere von Wasserstoff oder Erdgas, mit einem erfindungsgemäßen Absperrventil vorgeschlagen. In addition, a compressed gas tank for storing gas, in particular hydrogen or natural gas, with a shut-off valve according to the invention is proposed.

Die Vorteile der Erfindung kommen hier besonders deutlich zum Tragen, da an einen derartigen Druckgasbehälter besonders hohe Dichtheitsanforderungen gestellt werden. Das Absperrventil ist vorzugsweise im Bereich eines Behälterauslasses angeordnet, so dass mit Schließen des Absperrventils der Druckgasbehälter geschlossen ist und bei Bedarf ausgetauscht werden kann. Der Druckgasbehälter kann insbesondere flaschenförmig ausgeführt sein und einen Flaschenhals aufweisen, der den Behälterauslass ausbildet.The advantages of the invention are particularly evident here, since particularly high tightness requirements are placed on such a compressed gas container. The shut-off valve is preferably arranged in the area of a container outlet, so that when the shut-off valve is closed, the compressed gas container is closed and can be replaced if necessary. The pressurized gas container can in particular be bottle-shaped and have a bottle neck that forms the container outlet.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:

  • 1 einen schematischen Längsschnitt durch ein Ventilelement eines ersten erfindungsgemäßen Absperrventils,
  • 2 einen schematischen Längsschnitt durch ein Ventilelement eines zweiten erfindungsgemäßen Absperrventils und
  • 3 ein Diagramm zur Darstellung der Verformung des Dichtkörpers beim Schließen des Absperrventils.
Preferred embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the accompanying drawings. These show:
  • 1 a schematic longitudinal section through a valve element of a first shut-off valve according to the invention,
  • 2 a schematic longitudinal section through a valve element of a second shut-off valve according to the invention and
  • 3 a diagram to show the deformation of the sealing body when closing the shut-off valve.

Ausführliche Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings

Die Darstellung eines erfindungsgemäßen Absperrventils 1 für einen Druckgasbehälter beschränkt sich in der 1 auf ein Ventilelement 2. Dieses umfasst einen Grundkörper 3 aus Metall, beispielsweise aus Stahl oder Aluminium. End- bzw. stirnseitig ist in den Grundkörper 3 ein Dichtkörper 4 integriert, und zwar im Bereich einer konisch geformten Außenkontur des Grundkörpers 3. Der Dichtkörper 4 ist hülsenförmig ausgebildet und in den Grundkörper 3 eingepresst, so dass er flächenbündig mit der konisch geformten Außenkontur des Grundkörpers 3 abschließt. Der Dichtkörper 4 bildet somit eine konisch geformte Dichtkontur 5 aus. Zumindest im Bereich der Dichtkontur 5 ist der Dichtkörper 4 aus Kunststoff, beispielsweise Polyetheretherketon oder Polyimid, gefertigt, so dass er zumindest im Bereich der Dichtkontur 5 elastisch verformbar ist.The presentation of a shut-off valve 1 according to the invention for a compressed gas tank is limited to FIG 1 on a valve element 2. This comprises a base body 3 made of metal, for example steel or aluminum. A sealing body 4 is integrated into the base body 3 at the end or front, specifically in the area of a conically shaped outer contour of the base body 3. The sealing body 4 is sleeve-shaped and pressed into the base body 3 so that it is flush with the conically shaped outer contour of the Body 3 completes. The sealing body 4 thus forms a conically shaped sealing contour 5 . At least in the area of the sealing contour 5, the sealing body 4 is made of plastic, for example polyetheretherketone or polyimide, so that it is elastically deformable at least in the area of the sealing contour 5.

Das in der 1 dargestellte Ventilelement 2 wirkt mit einem Dichtsitz (nicht dargestellt) des Absperrventils 1 zusammen, der beispielsweise als Flachsitz ausgeführt sein kann. Bei einem Sitzdurchmesser Ds des Dichtsitzes (siehe 1) gelangt während eines Schließvorgangs des Absperrventils 1 zunächst die Dichtkontur 5 des Dichtkörpers 4 zur Anlage am Dichtsitz. Steigt die Kontaktpressung aufgrund der Druckverhältnisse weiter an, wird der Dichtkörper 4 soweit elastisch verformt, dass eine radial au-ßen in Bezug auf die Dichtkontur 5 angeordnete Dichtkontur 6 des Grundkörpers 3 zur Anlage am Dichtsitz gelangt, und zwar bevor der Dichtkörper 4 plastisch verformt bzw. plastifiziert wird. Die hohe Druckbeanspruchung wird dann durch den Grundkörper 3 des Ventilelements 2 aufgefangen, der gegenüber dem Dichtkörper 4 eine höhere Festigkeit aufweist.That in the 1 The valve element 2 shown interacts with a sealing seat (not shown) of the shut-off valve 1, which can be designed, for example, as a flat seat. With a seat diameter Ds of the sealing seat (see 1 ) During a closing process of the shut-off valve 1, the sealing contour 5 of the sealing body 4 first comes into contact with the sealing seat. If the contact pressure increases further due to the pressure conditions, the sealing body 4 is elastically deformed to such an extent that a sealing contour 6 of the base body 3, which is arranged radially on the outside in relation to the sealing contour 5, comes into contact with the sealing seat, specifically before the sealing body 4 is plastically deformed or .is plasticized. The high compressive stress is then absorbed by the base body 3 of the valve element 2 , which has greater strength than the sealing body 4 .

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines Ventilelements 2 für ein Absperrventil 1 ist der 2 zu entnehmen. Dieses unterscheidet sich von dem der 1 dadurch, dass der Dichtkörper 4 nicht flächenbündig mit dem Grundkörper 3 abschließt, sondern gegenüber diesem vorsteht. Dabei überragt der Dichtkörper 4 den Grundkörper 3 nicht in Bezug auf seine gesamte Baulänge, sondern lediglich im Bereich der Dichtkontur 6 des Grundkörpers 3. Die vorstehende Ausführung des Dichtkörpers 4 ermöglicht eine größere elastische Verformung des Dichtkörpers 4, so dass ein größerer Anteil der Bewegungsenergie beim Schließen in Verformungsenergie gewandelt werden kann. Auf diese Weise wird eine höhere Dämpfungswirkung erzielt. Bei der Auslegung ist jedoch darauf zu achten, dass eine plastische Verformung des Dichtkörpers 4 sicher vermieden wird, wenn die Dichtkontur 6 des Grundkörpers 3 aufgrund der Druckverhältnisse zur Anlage am Dichtsitz gelangt.Another preferred embodiment of a valve element 2 for a shut-off valve 1 is that 2 refer to. This differs from that of 1 characterized in that the sealing body 4 is not flush with the base body 3, but protrudes in relation to this. The sealing body 4 does not protrude beyond the base body 3 in relation to its entire length, but only in the area of the sealing contour 6 of the base body 3. The above design of the sealing body 4 enables a greater elastic deformation of the sealing body 4, so that a larger proportion of the kinetic energy during Close can be converted into deformation energy. In this way, a higher damping effect is achieved. When designing, however, care must be taken to ensure that plastic deformation of the sealing body 4 is reliably avoided when the sealing contour 6 of the base body 3 comes into contact with the sealing seat due to the pressure conditions.

Die Elastizitätsgrenze G eines aus Kunststoff gefertigten Dichtkörpers 4 ist beispielhaft in dem Diagramm der 3 angegeben. Steigt, nachdem der Dichtkörper 4 zur Anlage am Dichtsitz gelangt ist, die Kontaktpressung p im Sitzbereich weiter an, erfährt der Dichtkörper 4 eine elastische Verformung, die bereits bei geringer Kontaktpressung p vergleichsweise hoch ist, da Kunststoff (Dichtkörper 4) an Metall (Dichtsitz) anliegt. Bevor die Elastizitätsgrenze G erreicht ist, gelangt der Grundkörper 3 zur Anlage am Dichtsitz. Da nunmehr Metall (Grundkörper 3) an Metall (Dichtsitz) anliegt, steigt die Kontaktsteifigkeit an, so dass das Ventilelement 2 größeren Beanspruchungen standhalten kann. Zugleich wird eine plastische Verformung des Dichtkörpers 4 vermieden.The elastic limit G of a sealing body 4 made of plastic is shown in the diagram in FIG 3 specified. If, after the sealing body 4 has come into contact with the sealing seat, the contact pressure p in the seat area continues to increase, the sealing body 4 experiences an elastic deformation, which is comparatively high even at low contact pressure p, since plastic (sealing body 4) on metal (sealing seat) applied. Before the elastic limit G is reached, the base body 3 comes into contact with the sealing seat. Since metal (base body 3) is now in contact with metal (seal seat), the contact stiffness increases, so that the valve element 2 can withstand greater stresses. At the same time, a plastic deformation of the sealing body 4 is avoided.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • DE 102018221602 A1 [0004]DE 102018221602 A1 [0004]

Claims (10)

Absperrventil (1) für Druckgasbehälter, umfassend ein in einem Ventilkörper hubbeweglich aufgenommenes Ventilelement (2), das in Richtung eines Dichtsitzes von der Federkraft einer Schließfeder beaufschlagt ist, wobei das Ventilelement (2) einen Grundkörper (3) aus Metall, beispielsweise aus Stahl oder Aluminium, sowie einen mit dem Grundkörper (3) verbundenen Dichtkörper (4) aus Kunststoff, beispielsweise aus Polyetheretherketon oder Polyimid, aufweist und wobei der Dichtkörper (4) eine mit dem Dichtsitz zusammenwirkende erste Dichtkontur (5) und der Grundkörper (3) eine mit dem Dichtsitz zusammenwirkende zweite Dichtkontur (6) ausbilden, die beim Schließen des Absperrventils (1) zeitversetzt zur dichtenden Anlage am Dichtsitz gelangen, so dass ein mehrstufiges Schließen des Absperrventils (1) realisierbar ist.Shut-off valve (1) for pressurized gas tanks, comprising a valve element (2) which is received in a valve body such that it can be lifted and which is acted upon in the direction of a sealing seat by the spring force of a closing spring, the valve element (2) having a base body (3) made of metal, for example steel or aluminum, and a sealing body (4) made of plastic, for example polyetheretherketone or polyimide, connected to the base body (3), and the sealing body (4) has a first sealing contour (5) that interacts with the sealing seat and the base body (3) has a first sealing contour (5) with forming a second sealing contour (6) which interacts with the sealing seat and which, when the shut-off valve (1) is closed, comes into sealing contact with the sealing seat with a time delay, so that a multi-stage closing of the shut-off valve (1) can be implemented. Absperrventil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Schließen des Absperrventils (1) die Dichtkontur (5) des Dichtkörpers (4) vor der Dichtkontur (6) des Grundkörpers (3) zur Anlage am Dichtsitz gelangt.Shut-off valve (1) after claim 1 , characterized in that when the shut-off valve (1) is closed, the sealing contour (5) of the sealing body (4) comes into contact with the sealing seat before the sealing contour (6) of the base body (3). Absperrventil (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontakt des Grundkörpers (3) mit dem Dichtsitz eine elastische Verformung des Dichtkörpers (4) voraussetzt.Shut-off valve (1) after claim 1 or 2 , characterized in that the contact of the base body (3) with the sealing seat requires an elastic deformation of the sealing body (4). Absperrventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (3) nach einer elastischen, aber vor einer plastischen Verformung des Dichtkörpers (4) in Kontakt mit dem Dichtsitz gelangt.Shut-off valve (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the base body (3) comes into contact with the sealing seat after elastic but before plastic deformation of the sealing body (4). Absperrventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtkörper (4) scheiben-, ring- oder hülsenförmig ausgeführt und die Dichtkontur (5) umlaufend ausgebildet ist.Shut-off valve (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the sealing body (4) is designed in the form of a disc, ring or sleeve and the sealing contour (5) is designed to run all around. Absperrventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Dichtkontur (6) des Grundkörpers (3) radial innen oder radial außen in Bezug auf die erste Dichtkontur (5) des Dichtkörpers (4) angeordnet ist.Shut-off valve (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the second sealing contour (6) of the base body (3) is arranged radially inside or radially outside in relation to the first sealing contour (5) of the sealing body (4). Absperrventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtkörper (4) kraft-, form- und/oder stoffschlüssig mit dem Grundkörper (3) verbunden ist, vorzugsweise in den Grundkörper eingespritzt, eingepresst, eingeklebt und/oder unter Zuhilfenahme eines Befestigungsmittels, beispielsweise eines Stifts, am bzw. im Grundkörper befestigt ist.Shut-off valve (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the sealing body (4) is non-positively, positively and/or materially connected to the base body (3), preferably injected, pressed, glued and/or under the base body Using a fastener, such as a pin, is attached to or in the base body. Absperrventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtkontur (5) des Dichtkörpers (4) flächenbündig mit der Dichtkontur (6) des Grundkörpers (3) abschließt oder gegenüber dieser übersteht.Shut-off valve (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the sealing contour (5) of the sealing body (4) terminates flush with the sealing contour (6) of the base body (3) or projects beyond it. Absperrventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Dichtkontur (5) und/oder die zweite Dichtkontur (6) konisch oder sphärisch geformt ist bzw. sind.Shut-off valve (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the first sealing contour (5) and/or the second sealing contour (6) is or are conical or spherical in shape. Druckgasbehälter zum Speichern von Gas, insbesondere Wasserstoff oder Erdgas, mit einem Absperrventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei vorzugsweise das Absperrventil (1) im Bereich eines Behälterauslasses angeordnet ist.Compressed gas container for storing gas, in particular hydrogen or natural gas, with a shut-off valve (1) according to one of the preceding claims, the shut-off valve (1) preferably being arranged in the region of a container outlet.
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