抽气阀的制作方法

本发明涉及如权利要求1的前述部分所述的用于从加压气体储存器流动的高压气体的抽气阀。本发明此外涉及这种抽气阀的使用。

背景技术：

用于从加压气体储存器，尤其是加压天然气或加压氢气流动的高压气体的抽气阀在现有技术中是已知的，其中所述加压气体通常在260巴或700巴的额定压力下存储。本发明背景下的抽气阀不仅抽取气体，而且能够阻止气体进入加压气体储存器。典型地，该组件被设计为所谓的先导阀，其中，气体压力通过先导孔和旁通孔或控制孔之间的经调节的比率，以用于打开或关闭抽气阀或阀的抽气活塞的支撑方式施加在压力套筒上，该压力套筒提供抽气阀的额外致动元件，所述抽气活塞控制抽气横截面。

示例性抽气阀尤其是在EP 1 682 801 B1中描述。上述组件的问题尤其在于抽气活塞必须通过压差保持在它的打开位置，该压差被调节使得要被抽取的气体通过垫圈、迷宫密封和分路从抽气活塞的一侧向抽气活塞的另一侧膨胀。相应的压差必须被提供以保证功能性。这个压差的目的实现将抽气活塞保持在打开位置。

实践已经表明分路、迷宫密封和垫圈并不能提供足够的压差以保证期望的功能性。这可以在原理上构想到，但是需要基于大量试验调查的非常详细的垫圈布局，以提供适当的压差。

因此，在垫圈领域必须保持极其高的制造公差。致动仍会产生磨损，使得即使在短的寿命之后，期望的比率不再能够被维持，并且又出现问题在于在特定情况下抽气活塞不由自主地关闭。所述活塞能够通过电磁力再打开。但是，这导致抽气活塞的跳动，一方面这产生非常不连续的抽气流，另一方面，发出高噪声。此外，跳动导致在电磁抽气阀内侧的巨大磨损，使得它的寿命被缩短。

技术实现要素：

本发明的目的是改善上述抽气阀。

根据本发明，所述目的是通过在权利要求1的特征部分内提及的特征来解决的。有利的实施方式和改进在从属权利要求中示出。权利要求13另外示出抽气阀特别优选的用途。

根据本发明的抽气阀提出，活动抽气活塞被设置成，通过移动来释放或密封抽气横截面。通过设计，它至少部分地突出到压力套筒的开口侧。此外，电磁线圈围绕压力套筒布置。活动锚定位在压力套筒中，该锚由可磁化材料构成并且能够在线圈被施加电流时适当地移动。如在现有技术中那样，抽气活塞提供先导孔，该先导孔将压力套筒的内侧连接到用于被抽取气体的排放开口。密封元件以形成密封的方式经弹簧元件压靠先导孔，并能够通过密封元件和锚之间的可操作连接在锚移动时释放先导孔。根据本发明，抽气活塞在其面对锚的一侧至少部分由可磁化或永久磁性材料形成。抽气活塞至少在其面对锚的一侧上由可磁化材料或永久磁性材料制成的布局导致在锚的开口位置，当锚被磁力线穿过时，这些磁力线中的一部分延伸通过可磁化材料或者与永久磁性材料相协作。为此，当线圈被激励时并且当锚已经通过磁力到达其目标打开位置并保持在该位置时，抽气活塞被拉入锚的方向。由密封元件与锚相互协作所导致的先导孔的非主动关闭由此能够被安全和可靠地避免，只要线圈被激励。于是，可以实现非常简单和安全的功能性。

在根据本发明的抽气阀的布局中，现在另外设置了：垫圈处于抽气活塞和压力套筒之间，该垫圈允许抽气活塞以所描述的类型运动并仍保证压力套筒和抽气活塞之间的可靠气密密封。由于压力套筒内部的压力传播对于功能性而言是重要的，利用根据本发明的布局，旁通孔另外布置在抽气活塞内，旁通孔将连接到蓄压器的区域和抽气活塞面对压力套筒内部的区域连接到一起。所述旁通孔能够建立适当的压力补偿，该压力补偿被视为：在抽气活塞的关闭位置，至少在特定时间段之后，压力套筒被施加在加压气体储存器中起支配作用的压力。

根据期望的功能性，相应地节流或影响通过旁通孔的气体流是有意义的。

根据本发明的有利的进一步实施方式，由此能够提供一种布置在旁通孔内的限流器。这种限流器能够通过旁通孔的适当孔直径来实现。在这个构想的特别有利且有优势的进一步改进中，限流器也可以采用节流套筒的形式，该节流套筒安装，尤其是压入到旁通孔中。旁通孔然后可以利用较大直径相对简单地实现，例如，大约一毫米或若干毫米的直径。随后，对应于该直径的套筒被压入，该套筒本身的直径为了节流而限定，例如，在50到150μm大小的量级。

根据该构想的有优势的进一步实施方式，也提供了限流器提供比先导孔更小的直径。这种布局保证抽气阀总是可靠打开。如果先导孔被打开，在压力套筒内侧占主导地位的压力沿着用于被抽取气体的排放开口的方向被排出。由于先导孔的直径大于限流器的直径，气体比它通过先导孔排出更慢地通过限流器流出到蓄压器的区域之外。抽气活塞在打开位置的运动被所述布局所支持。

理想地，在孔的尺寸比率上可以具有更大的可能差异。但是在关闭抽气阀时，即，当抽气阀在相反方向移动时，这会是有害的。在实践中，选择折衷，其中限流器呈现出先导孔的直径的三分之一到一半大小量级的直径。

在该构想的可替代实施方式中，也可以提供在抽气活塞的方向上突出的阀针布置在主体内，该主体相对于压力套筒刚性安装在抽气阀之下，阀针与节流位置相协作使得根据抽气活塞的位置在限流器的区域中释放不同的直径。这种阀针可以理想地与适于阀针的限流器的开口协作，使得例如在抽气活塞的下部位置，即在关闭位置处，在阀针和限流器之间释放非常小的横截面。该结果是有利地支持抽气阀打开的上述效果。抽气活塞向上运动然后释放较大的横截面，理想地是甚至大于先导孔的直径的横截面。同样在这种情况下，由于气体可以通过较大直径与这个气体能够通过先导孔排放地那么快地流入压力套筒，关闭被理想地支持。当磁力被切断时，抽气阀能够通过抽气活塞的运动而非常快且可靠地关闭。

阀针然后可以有利地设计成使得通过弹簧元件预先压在抽气活塞上并通过在其到达抽气活塞的路径上的止挡件限制。这种布局能够在最小制造公差下实现安全和可靠的功能性。该阀针尤其可以形成有在抽气活塞方向上的锥形末端。它能够用力插入到限流器的相对应的金属相对件中。由于 弹簧的力，阀针然后在抽气活塞的下部，即，关闭位置处压在所述表面上，使得在元件被彼此压在一起时，相对小的流动横截面保持开放或者没有或几乎没有横截面保持开放。抽气活塞的打开然后被理想地支持。如果抽气活塞移动到其上部位置，阀针在到达止挡件之前被驱动过其路径的一部分。由此，在抽气活塞的提升大于阀针的可允许最大提升时，存在释放在阀针和限流器之间相对更大横截面(它可以是横向的)的机会。这提供了大于先导孔的横截面的横截面，使得甚至关闭都能够以理想方式得到支持。

在这个构想的进一步非常有利的实施方式中，也能够提供密封表面，尤其是金属密封表面，其形成在阀针和抽气活塞之间，当抽气活塞处于其背向压力套筒内侧的位置，即，其关闭位置时，该表面然后密封地咬合。理想地，密封表面由此设计为径向密封表面，由于这样做，具有可接受公差的直接组装成为可能。

尤其是，在最后提到的情况下，在原理上，设置成阀针的尖端并不成锥尖那样延伸，而是相应地渐细地延伸通过两个、尤其是三个安装的表面。为此这样做，在较小的提升下相对快地释放较大横截面，并且从机械观点上看，相对于锥形和非常锋利的阀针，阀针相对结实，其在相对长的路径上渐细。

在根据本发明的抽气阀的进一步非常有利的布局中，现在可以另外提供：导引销布置在主体内，该导引销与抽气活塞中的导引孔协作，使得抽气活塞不能围绕纵向轴线旋转。在使用阀针时这特别有利，但是也能够在没有阀针的布局中采用。导引销提供的抗扭转效果一方面保证阀针不会被损坏，这是因为它能够以较大的精度瞄准他必须穿透的区域中的一点。在不需要阀针的情况下，以及在需要阀针的情况下，它另外保证加压气体储存器和排放开口之间的密封表面(一方面布置在主体中，另一方面布置在抽气活塞内)在操作期间不会相对彼此扭转。在垫圈和密封表面之间彼此随时间调节的表面保持彼此面对的相同位置。该结果是抽气阀在其垫圈区域内的密封的重要改进，该垫圈主要利用在加压气体储存器的区域和抽气开口之间。

如已经提到的，抽气阀可以尤其用在高压处，例如用于加压天然气(其通常在260巴大小量级的额定压力下存储)，或与氢气(当前特别在 700巴的额定压力下存储)一起使用。特别对于这种高压力，抽气阀在非常简单组件的情况下提供非常安全和可靠的功能性。根据本发明的抽气阀的优选用途由此包括从加压气体储存器流出的作为用于车辆的燃料的气体的抽取，其中，气体在大于250巴尤其是大于650巴的额定压力下存储。然后车辆可以利用被抽取的气体，例如通过内燃机来驱动。特别对于氢气的存储，氢气在燃料电池或电池燃料系统中是用途可以通过燃烧氢气为这种驱动以替代的方式提供一种系统，通过该系统，为车辆提供电驱动功率。

附图说明

在下面参照附图更加详细描述的示例性实施方式中，可以看到根据本发明的抽气阀的另外的有利的和有优势的进一步实施方式。

图中：

图1示出以原理方式表示的车辆；

图2示出切开抽气阀的布局结构的原理横截面图；

图3是示出在根据本发明的实施方式的第一可能形式下的类似于图2中所示的抽气活塞的截面图；

图4是示出在根据本发明的实施方式的第二可能形式下的类似于图2中所示的抽气活塞的截面图；

图5是示出在根据本发明的实施方式的第三可能形式下的类似于图2中所示的抽气活塞的截面图；

图6是示出在根据本发明的实施方式的第四可能形式下的类似于图2所示的抽气活塞在抽气活塞的第一位置处的截面图；

图7示出在抽气活塞的第二位置处的类似于图6的图示；以及

图8是在根据本发明的实施方式的第五可能形式下的类似于图2中所示的抽气活塞的截面图。

具体实施方式

图1中的图示显示了简化表示的车辆1。加压气体储存器2在车辆1中示出，该储存器可以是例如加压天然气或氢气的存储系统的一部分。加热气体储存器或如果存在若干个的话，每个加压气体储存器呈现出特定的阀3，典型地为所谓的罐载阀(on-tank-valve)(OTV)。抽气阀4是所述阀3的一部 分，用于在加压气体储存器2中的高压下存储的气体。该物品在图1的图示中不能清楚地看到，但是也不会在后期详细地解释。被抽取的气体到达能量转换器5，该能量转换器例如被设计为内燃机或设计为燃料电池。能量传唤器利用气体中存储的能量，例如通过在发动机中燃烧利用往复活塞产生机械能，或者例如在燃料电池中从该气体和来自环境空气的氧气中产生电能。所述能量仅作为示例表示通过具有附图标记6的虚线所指定的箭头流向其中一个车轮7，最后，在加压气体储存器2中存储的气体能够提供用于车辆1的驱动能量。

抽气阀4本身能够布置在阀3中，例如，类似于最初提到的现有技术，其在图2的图示中以示意性截面图的形式在实施方式的第一可能形式下加以图示。抽气阀4包括为此的压力套筒9，该压力套筒可以由不可磁化材料，例如1.4435或SUSF316L制造。所谓的压力套筒在其一端被气密地封闭，且在此给出的示例性实施方式中在其另一端通过垫圈与环形腔室10连接并密封，该腔室通过以虚线表示的管路11连接到加压气体储存器2的内部。整个压力套筒9内的压力，至少在特定时间段之后，将通过压力套筒9的内壁和其中安装的部件之间的分路传播。压力套筒9现在被安装在压力套筒9的一侧上的线圈12围绕。该线圈12此外包括可磁化的线圈轭部13，该线圈轭部13在相对于压力套筒9的轴向长度的中间区域中包含中断14。该线圈12和具有中断13的线圈轭部13于是优选地设计为旋转对称或镜面对称，并围绕设计为旋转对称的压力套筒9布置。

压力套筒9首先包括芯部15，在图2的图示中，从顶部到底部，即，从压力套筒9的气密封闭侧到压力套筒9的开口侧，该芯部15由可磁化材料，例如1.4016IM制成。可以由相同材料制成的锚16连接到所述芯部15，该芯部压入到压力套筒9中。在此处示出的示例性实施方式中由若干零件构成的抽气活塞17放置在锚16的下游。在此处示出的示例性实施方式中，该抽气活塞包括密封装置18，该密封装置将连接到加压气体储存器2内侧的环形腔室10相对中心抽气开口20气密密封，该中心抽气开口利用相对元件19(在这种情况下是主体34上的平坦表面)间接连接到能量转换单元。抽气活塞17此外包括旋入中心元件21并在其面对锚16的一侧上包括环22，该环作为示例被设计成永久磁铁，但是，尤其是可磁化材料，例如与锚16和芯部15为相同材料。在这个示例中，抽气活塞17的剩余部分(除了垫圈18)例如 由不可磁化材料形成，例如，压力套筒9的材料。抽气活塞17面对压力套筒9的气密密封端部的区域此外包括先导孔23，该先导孔典型地设计为具有非常小直径的孔，例如，具有几十到几百μm的直径。所述孔与中心元件21内的排放开口8连接。当抽气阀4如图2所示被密封时，所述先导孔23通过密封元件23气密密封。密封元件24由杆25支撑在压力套筒9的气密密封的端部的弹簧元件26上，所述杆25穿过锚16和芯部15。

图2的图示显示了气密密封的抽气阀4，其中，抽气活塞17定位成它相应地将环形腔室10相对于抽气开口20密封。如果线圈11现在被供能，尤其是，在线圈轭部13内产生磁场流。但是，由于线圈轭部13内的中断14，磁力线不能形成封闭的磁路。于是，它们将通过压力套筒9的不可磁化材料迁移到芯部15的材料中。例如，这可以通过特定的虚线来表示。它们努力克服芯部15和锚16之间的气隙27，以通过锚16返回到线圈轭部。由于气隙27小于终端14，所表示的磁力线的路径是优选的。有利地，气隙27被封闭以保证最大磁场流。磁力于是在芯部15的方向上以克服弹簧元件26的支撑方式将锚16移动通过密封元件24和杆25，这使得气隙27闭合。在所述间隙打开时包括典型地小于0.7mm的分离宽度的气隙27被闭合到零，使得锚16刚好落座在芯部15上。这促进了优选地最大可能磁性流。

密封元件24与锚16相协作的布局视作一方面弹簧元件26的力在移动锚时必须被克服。另一方面，当锚16打开时，由于密封元件24从锚16上升起而先导孔23被打开。如已经提到的，与加压气体储存器内相同的压力在压力套筒9内侧占主要地位，该压力例如在存储氢气时典型地为大约700巴额定压力。由于在通向能量转换器5的抽气开口20内没有压力或具有非常小的压力，一旦先导孔23已经打开，位于压力套筒9内的气体通过锚16内的中心排放开口27和对应于所述排放开口27的排气开口20排出。环形腔室10的区域内的压力可以与抽气活塞17之上的压力套筒9的区域内的相同或者也远高于该压力。在不同压力的情况下，除了磁力之外，后者也可以促进排气活塞向上移位到图2所示的位置之外。在相同压力情况下，即，零压差的情况下，抽气活塞仅通过磁力打开或者保持打开。在最大压差下的切换操作被特别地防止，使得压力仅通过主动切换的先导孔23来补偿。

为了还实现抽气活塞17安全并可靠地保持在其打开位置，已经提到的由可磁化材料制成的环22布置在抽气活塞17面对锚16的一侧上。所述布局 实现了至少在抽气活塞17已经在压力套筒9的气密密封的端部的方向上移动时，直到它的肩部28撞在相对的止挡件29上为止，磁力线的部分也穿过环22，并由此将抽气活塞17可靠地保持在锚16的区域中，只要线圈12被激励。抽气活塞17的布局并尤其是环22面对锚16的一侧和肩部28之间的距离要被如此设计成使得环22和锚16之间的气隙30不接近零，而是总是保持最小气隙，以在肩部28停止在相对的止挡件29上时在抽气开口20和环形腔室10之间释放限定的横截面。

线圈12被相应地激励，用于致动阀，即打开阀。稍大的电流通常是必要的，直到锚16离开为止。随后电流可以被减小，以保持所述锚16。已经描述的条件然后调节其自身。如果抽气阀4应该再次关闭，线圈12被切断。锚16和抽气活塞17然后通过磁性材料制成的环22彼此离开，而先导孔23通过密封元件24借助于弹簧元件26的力被气密并相应地封闭。为了这样做，与抽气开口20区域内相同的压力本身在压力套筒9的区域内调节，使得由于弹簧元件26的力，图2中所示的封闭条件被采取。

图2的图示现在显示了锚16和芯部之间的气隙27的边缘区域中，芯部15的剩余部分31以及与该剩余部分31相对应的锚16的重新提出的(reclaimed)材料。这也作为整体指定为芯部，并且由附图标记33表示。这种芯部33能够使锚16和芯部15在设定距离处的吸引力最大。

如提到的，对于所述布局而言，需要的是由于活动抽气活塞17所需，压力总是通过在抽气活塞17和压力套筒9之间的间隙空间并于是在压力套筒9内传播。它能够与操作模式相协作，由于分离的质量，难于被抓住，尤其是相对于先导孔23而言，不总是如需要那么准确。

在图3中以及随后在截面图中示意性示出的进一步实施方式中提供了：为了缓解这种情况，如例如在图3中示出的，使得抽气活塞17包括在环形腔室10和抽气活塞17的相对侧之间的旁通孔35。平行于旁通孔35，垫圈36同时设置在抽气活塞17和压力套筒9之间，该垫圈防止气体通过压力套筒9和抽气活塞17之间的分路溢流。旁通孔35实现从环形腔室10进入压力套筒9的内侧的目标气流溢流。

现在优选地是旁通孔23具有比先导孔23小的直径，以支持抽气阀4的打开。期望地是，该布局然后实现为使得先导孔23具有至少两倍旁通孔35那么大的直径。在150-250微米的先导孔的情况下，它应对应于盘通孔35的孔 直径在75-125μm大小的量级。在旁通孔35的整个长度上实现非常困难，使得它能够根据图4所示的有利的进一步改进来提供，并且节流套筒37插入到旁通孔35中，该节流套筒于是在其下端扩大，如在所示的示例性实施方式中。所述节流套筒37例如可以螺纹拧入、胶黏入或者以其他方式安装。期望地，所述节流套筒连接到抽气活塞17的材料并压入到旁通孔35中。在图示中用附图标记38指代的限流器可以在节流套筒37内非常容易地实现，该节流套筒37本身作为小孔。所述限流器38的直径可以按照较大精度独立于抽气活塞制造，并且可以通过压配合而整合到抽气活塞17内。

图5的图示显示了类似于图3中的图示的替代实施方式。无需说的是它相应地可以与图4中所示的布局组合。图5的图示中的布局显示出为此的导引销39，该导引销刚性连接到主体34。在此处示出的抽气活塞17的下部关闭位置处，它插入抽气活塞17中布置的导引孔40内，并保证防扭转导引的抽气活塞17。在垫圈18及其接触表面19的区域内这是特别有利的，这是因为这些元件随时间彼此适应，使得表面的有可能的不精确以及凹陷有可能随时间在垫圈18内出现，且反之亦然。如果零件相对于彼此的所述部分不再改变，则气密密封得以改善。

如已经提到的，示出限流器38或旁通孔35的直径期望小于或远小于先导孔23的开口直径，用于抽气阀4的最佳打开。结果是位于压力套筒9内侧的气体通过先导孔排出，通过抽气活塞17内排放开口8，并例如通过中心抽气开口20到达内燃机或燃料电池的区域。如果在抽气开口20内的最小相对(相反)压力下的快速排放是有可能的，那么气体流过旁通孔35或其限流器38(如果存在的话)，缓慢流出环形腔室10，使得抽气活塞17通过环形腔室10内的压力向上移动，并然后保持气密。在相反的情况下，现在将是期望的是直径在旁通孔35的区域内大于在先导孔23的区域内的，这是因为在其他方向上的交换，即，随着气体通过先导孔23排出，所述气体更快地流入压力套筒9的内侧，仅能够在那些条件下实现。这将促进在电磁场切断时抽气活塞17的快速和可靠关闭。现在为了获得所述构造，可以设置成：如在图6的图示中所看到的，根据本发明的思想的有利的进一步实施方式，阀针41布置在主体34内，阀针相应地与节流套筒37或者旁通孔35的限流器38相配合。节流套筒37再次构成该布局的有利变型，在原理上，该布局也可以在没有节流套筒37的情况下实现。

阀针41刚性地与主体34连接。阀针41的圆柱形截面部分，至少部分地在套筒37的内侧，其占据图6中所示的抽气活塞17的下部位置，在抽气阀4关闭时也是如此。这保证了仅释放最小的横向截面，其对应于具有非常强限流器38的旁通孔35中的几微米，例如，具有阻滞的旁通孔。根据制造精度，金属密封可以在阀针41的圆柱形部分和节流套筒37内的限流器38的相应部分之间实现。阀针41在前部区域中尖锐地延伸，在重载布局的情况下，这例如由于其中安装的三个表面而发生。如果现在抽气活塞17移动到其上部打开位置(在图7的图示中可见)，刚性连接到主体34的阀针41和节流套筒37彼此远离地升高，使得比较大的横向截面被释放。所述相对大的横向截面由此理想地大于先导孔23的直径，它可以例如在大约300-500微米大小的量度上。结果为：打开的抽气阀4产生如下情况，该情况导致在线圈12已经去能时抽气阀4非常快地关闭，因为气体可以相比于它通过先导孔23排出而更快地通过旁通孔35流入到压力套筒9的内侧。该结果是额外压缩力的建立，该额外压缩力将抽气活塞17以支撑的方式向下移动，并在垫圈18和它们的相对表面19的区域内实现理想的密封效果。

阀针41的替代实施方式可以在图8的图示中看到。阀针41在其上部区域内锥形地延伸并在此处示出的示例性实施方式中与节流套筒37内锥形设计的限流器38配合。阀针41自身安装在主体34内使得它被弹簧元件42沿着抽气活塞17的方向预压。同时，主体34的材料和阀针41上的扩大部43产生一个止挡件，使得阀针41的路径于是在抽气活塞17的方向上，即，在图8的图是中的向上方向上受到限制。在此处所示的实际情况下，在抽气活塞17处于关闭位置时，弹簧42轻微被压缩，使得阀针41的安全和可靠定位在限流器38的区域内实现。期望地是，表面彼此适应，至少在操作一段时间之后，使得实现更加可靠的金属密封效果。在这种情况下的横向截面然后范围在零和若干微米之间，并由此远小于先导孔23的横向截面。一方面弹簧42和锥形阀针41的使用另一方面节流套筒37的使用使得能够实现安全和可靠的密封效果，且在这种情况下，在制造公差方面具有相对小的要求。

如果抽气活塞17现在向上移回到其打开位置，那么阀针41从其节流套筒37内的相对表面提升，这是因为阀针41的路径受到扩大部43以及主体34的材料形成的止挡件的限制，并且所述路径小于抽气活塞17的可能行程。因此，有可能的是在阀针41和节流套筒37内的它的相对表面之间出现分 离，这释放了比抽气活塞17的其他位置处更大的横向截面，理想地，大于先导孔23的横向截面的截面。该布局与图6和7中所描述的布局相当，并在制造方面通过利用弹性装置42而更有益，这是因为必须符合较低的制造公差。

我们引用较早的申请DE 10 2013 014作为抽气阀4的另外的可能实施方式，尤其是锚10、芯部15以及与其配合的杆和弹簧。在此提到的执行机构可以按需要与在此描述的执行机构中的旁通孔35相组合。