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Title:
VALVE DEVICE WITH A ROTARY DRIVE, AND FLUID SYSTEM
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2023/208535
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a valve device (10) for a fluid system (1), comprising a valve unit (20) which can be brought into an open state (I) to release a valve opening (21) for a fluid flow (200) in the fluid system(1), and into a closed state (III) to close the valve opening (21). The invention also relates to a fluid system (1).

Inventors:
RAPP HOLGER (DE)
SCHMIEDER DIETMAR (DE)
Application Number:
PCT/EP2023/058779
Publication Date:
November 02, 2023
Filing Date:
April 04, 2023
Export Citation:
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Assignee:
BOSCH GMBH ROBERT (DE)
International Classes:
F16K31/50; F16K31/04; F16K41/04; F17C13/04
Domestic Patent References:
WO2019208385A12019-10-31
Foreign References:
US6250602B12001-06-26
DE102018217103A12020-04-09
US4593881A1986-06-10
EP0987477A22000-03-22
AU2020343720A12022-03-31
CN201714991U2011-01-19
EP1617115B12008-06-18
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Claims:
Ansprüche

1. Ventilvorrichtung (10) für ein Fluidsystem (1), aufweisend eine Ventileinheit (20), welche in einen Öffnungszustand (I) zur Freigabe einer Ventilöffnung (21) für eine Fluidströmung (200) in dem Fluidsystem (1) und einen Verschlusszustand (III) zum Verschließen der Ventilöffnung (21) bringbar ist, eine Antriebseinheit (30) mit einem Rotationsantrieb (31) zum Erzeugen einer Rotationsbewegung (210), und eine Transformationseinheit (40) zum Überführen der Ventileinheit (20) vom Verschlusszustand (III) in den Öffnungszustand (I) durch eine Translationsbewegung (211) in Abhängigkeit von der Rotationsbewegung (210).

2. Ventilvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (30) durch eine Steuereinheit (50) ansteuerbar ist, um die Ventileinheit (20) in Abhängigkeit von der Rotationsbewegung (210) in zumindest einen Zwischenzustand (II), in welchem ein Strömungsquerschnitt der Ventilöffnung (21) gegenüber dem Öffnungszustand (I) reduziert ist, zu bringen, wobei die Ventilvorrichtung (10) einen Sensor (51) zum Senden zumindest eines Strömungsparameters an die Steuereinheit (50) aufweist.

3. Ventilvorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinheit (20) ein Verschlusselement (22) aufweist, welches durch eine ventilseitige Vorspanneinheit (23) in den Verschlusszustand (III) vorgespannt ist, sodass die Ventilöffnung (21) im Verschlusszustand (III) verschlossen, und welches zum Überführen der Ventileinheit (20) in den Öffnungszustand (I) entgegen der Fluidströmung (200) bewegbar ist, wobei die Transformationseinheit (40) ein Schubelement (41) zum Bewegen des Verschlusselementes (22) beim Überführen der Ventileinheit (20) in den Öffnungszustand (I) aufweist. Ventilvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Transformationseinheit (40) ein Drehelement (42) zum Ausführen der Rotationsbewegung (210), welches mit dem Rotationsantrieb (31) verbunden ist, und ein Translationselement (43) zum Ausführen der Translationsbewegung (211), welches mit der Ventileinheit (20) verbunden ist, umfasst, wobei das Drehelement (42) und das Translationselement (43) durch ein Gewinde (44) miteinander verbunden sind, wodurch die Ventileinheit (20) bei der Rotationsbewegung (210) zwischen dem Verschlusszustand (III) und dem Öffnungszustand (I) bewegt wird. Ventilvorrichtung (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Transformationseinheit (40) zumindest eine Linearführung (45) zum Führen des Translationselementes (43) aufweist, wobei das Translationselement (43) eine Führungsöffnung (45.1) aufweist, in welcher ein ortsfester Führungsstift (45.2) geführt ist. Ventilvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Transformationseinheit (40) mit einer antriebsseitigen Vorspanneinheit (46) zum Vorspannen der Ventileinheit (20) gegen den Öffnungszustand (I) in Wirkverbindung steht. Ventilvorrichtung (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die antriebsseitige Vorspanneinheit (46) zumindest eine oder mehrere Drehfedern (46.1) umfasst, wobei die antriebsseitige Vorspanneinheit (46) mit einer Antriebswelle (31.1) des Rotationsantriebs (31) verbunden ist. Ventilvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (30) ein Antriebsgehäuse (32) aufweist, in welchem der Rotationsantrieb (31) angeordnet ist, wobei das Antriebsgehäuse (32) durch eine Abdichteinheit (33) zum Verschließen eines Spaltes (34) zwischen dem Antriebsgehäuse (32) und der Transformationseinheit (40) gegenüber der Fluidströmung (200) abgedichtet ist. Ventilvorrichtung (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdichteinheit (33) zumindest zwei Abdichtelemente (35) umfasst, wobei zwischen den Abdichtelementen (35) eine Abführleitung (36) zum Abführen einer Fluidleckage angeordnet ist. Fluidsystem (1) aufweisend einen Fluidtank (2) zur Speicherung eines Fluides, eine Nutzungsvorrichtung (3) zur Nutzung des Fluides, und eine Ventilvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die zwischen dem Fluidtank (2) und der Nutzungsvorrichtung (3) angeordnet ist.

Description:
Beschreibung

Titel

Ventilvorrichtung mit einem Rotationsantrieb, sowie Fluidsystem

Stand der Technik

Aus dem Stand der Technik sind Ventilvorrichtungen bekannt, die mittels eines Elektromagneten und eines Magnetankers zwischen einem Öffnungszustand und einem Verschlusszustand umgeschaltet werden können. Derartige Ventilvorrichtungen werden häufig beispielsweise zum Abdichten eines Tanks eingesetzt. Derartige Ventilvorrichtungen sind im Wesentlichen für kleine Ventilhübe ausgelegt, bei denen nur eine geringe Bewegung zum Herstellen des Öffnungszustands erforderlich ist. Weiterhin sind derartige Ventilvorrichtungen häufig auf Wechsel zwischen dem Verschlusszustand und einem definierten Öffnungszustand begrenzt.

Gerade beim Einsatz von Ventilvorrichtungen mit Wasserstofftanks sind jedoch oft große Ventilhübe vorteilhaft. Weiterhin ist es wünschenswert, eine Druckregelung durch die Ventilvorrichtung zu ermöglichen.

Offenbarung der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Ventilvorrichtung für ein Fluidsystem, sowie ein Fluidsystem.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist eine Ventilvorrichtung für ein Fluidsystem vorgesehen. Die Ventilvorrichtung weist eine Ventileinheit auf, welche in einen Öffnungszustand zur Freigabe einer Ventilöffnung für eine Fluidströmung in dem Fluidsystem und einen Verschlusszustand zum Verschließen der Ventilöffnung bringbar ist. Ferner weist die Ventilvorrichtung eine Antriebseinheit mit einem Rotationsantrieb zum Erzeugen einer Rotationsbewegung auf. Weiterhin umfasst die Ventilvorrichtung eine Transformationseinheit zum Überführen der Ventileinheit vom Verschlusszustand in den Öffnungszustand durch eine Translationsbewegung in Abhängigkeit von der Rotationsbewegung.

Dadurch werden die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise behoben. Insbesondere wird eine Ventilvorrichtung bereitgestellt, durch welche eine Steuerung eines Ventilhubes verbessert wird.

Bei dem Fluid der Fluidströmung kann es sich um ein Gas oder eine Flüssigkeit handeln. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Fluid Wasserstoff umfasst oder aus Wasserstoff besteht.

Insbesondere ist die Ventileinheit zwischen einem Ventileingang zum Einströmen des Fluids und einem Ventilausgang zum Ausströmen des Fluids angeordnet. Die Ventilöffnung ist insbesondere Teil der Ventileinheit. Dabei kann die Ventilöffnung einen Querschnitt aufweisen, welcher im Öffnungszustand der Ventileinheit durch das Fluid, insbesondere die Fluidströmung, durchströmbar ist. Im Verschlusszustand kann die Ventilöffnung z. B. durch einen Ventilkörper der Ventileinheit verschlossen sein. Dazu kann der Ventilkörper beispielsweise durch die Antriebseinheit und/oder ein ventilseitiges Verschlusselement auf einen Ventilsitz gedrückt werden. Vorzugsweise ist die Ventilöffnung im Verschlusszustand vollständig verschlossen. Es ist jedoch denkbar, dass im Verschlusszustand weiterhin eine Leckageströmung durch die Ventilöffnung hindurchströmen kann.

Der Rotationsantrieb zum Erzeugen der Rotationsbewegung kann vorteilhafterweise einen Elektromotor, wie z. B. einen Schrittmotor, umfassen. Dabei kann die Ventilvorrichtung eine elektrische Leitung zum Anschluss des Rotationsantriebs an eine Stromversorgung aufweisen. Durch den Rotationsantrieb kann die Ventileinheit insbesondere auch vom Öffnungszustand in den Verschlusszustand bringbar sein. Vorzugsweise umfasst der Rotationsantrieb ferner ein Übersetzungsgetriebe zur Anpassung einer Antriebsdrehzahl. Unter der Translationsbewegung kann insbesondere eine Bewegung in axialer Richtung verstanden werden. Durch die Transformationseinheit kann insbesondere eine Umwandlung der Rotationsbewegung in die Translationsbewegung erfolgen. Insbesondere erfolgt durch die Transformationseinheit eine Umwandlung eines Drehmomentes in eine translatorisch wirkende Kraft. Somit kann die Ventileinheit durch die Rotationsbewegung des Rotationsantriebs vom Verschlusszustand in den Öffnungszustand und/oder umgekehrt überführt werden.

Durch die Translationsbewegung kann somit ein Ventilhub der Ventileinheit ausgeführt werden, der durch die Rotationsbewegung des Rotationsantriebs gesteuert werden kann. Beispielsweise kann die Ventileinheit für einen Ventilhub größer oder gleich 0,6 mm, vorzugsweise größer oder gleich 0,8 mm, besonders bevorzugt größer oder gleich 1 mm, ausgebildet sein. Gleichzeitig kann durch den Rotationsantrieb eine Eigensicherung des jeweiligen Zustandes der Ventileinheit erfolgen, wenn die Antriebseinheit z. B. selbsthemmend oder selbstbremsend ausgeführt ist. Somit kann die Ventilvorrichtung vorzugsweise zur Umsetzung einer Druckregelung ausgebildet sein. Weiterhin ermöglicht die Transformationseinheit beispielsweise ein Verstellen eines Ventilkörpers in axialer Richtung, wodurch die Ventileinheit in einfacher Art und Weise vom Verschlusszustand in den Öffnungszustand und/oder umgekehrt gebracht werden kann.

Im Rahmen der Erfindung ist es weiterhin denkbar, dass die Antriebseinheit durch eine Steuereinheit ansteuerbar ist, um die Ventileinheit in Abhängigkeit von der Rotationsbewegung, vorzugsweise aus dem Öffnungszustand, in zumindest einen Zwischenzustand, in welchem ein Strömungsquerschnitt der Ventilöffnung gegenüber dem Öffnungszustand reduziert ist, zu bringen, wobei die Ventilvorrichtung vorzugsweise einen Sensor zum Senden zumindest eines Strömungsparameters an die Steuereinheit aufweist. In dem Zwischenzustand kann die Ventilöffnung teilweise verschlossen sein, um den Strömungsquerschnitt zu reduzieren. Bei dem Sensor kann es sich vorzugsweise um einen Drucksensor zum Erfassen eines Drucks des Fluides in der Ventilvorrichtung handeln. Die Steuereinheit kann in die Ventilvorrichtung integriert sein. Es ist jedoch ebenso denkbar, dass die Steuereinheit Teil eines externen Steuergerätes ist. Insbesondere kann die Steuereinheit einen Prozessor und/oder einen Mikroprozessor umfassen. Somit kann durch den Zwischenzustand eine Druckregelung durch die Ventilvorrichtung im Fluidsystem erfolgen. Durch den Rotationsantrieb kann der Zwischenzustand, beispielsweise durch Einstellen eines Drehwinkels des Rotationsantriebs, präzise angesteuert werden. Zur Ansteuerung mehrerer Zwischenzustände kann der Rotationsantrieb z. B. einen Schrittmotor umfassen. Weiterhin ist es denkbar, dass die Druckregelung durch eine Verstellung einer Taktung, einer elektrischen Spannung und/oder einer Winkellage einer Antriebswelle des Rotationsantriebs erfolgt.

Weiterhin ist es bei einer erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung denkbar, dass die Ventileinheit ein Verschlusselement aufweist, welches durch eine ventilseitige Vorspanneinheit in den Verschlusszustand vorgespannt ist, sodass die Ventilöffnung im Verschlusszustand verschlossen, und welches zum Überführen der Ventileinheit in den Öffnungszustand entgegen der Fluidströmung bewegbar ist, insbesondere wobei die Transformationseinheit ein Schubelement zum Bewegen des Verschlusselementes beim Überführen der Ventileinheit in den Öffnungszustand aufweist. Das Schubelement kann einen Vorsprung und/oder einen Stößel umfassen, um beim Überführen der Ventileinheit in den Öffnungszustand gegen das Verschlusselement zu drücken. Dabei kann eine Vorspannkraft der ventilseitigen Vorspanneinheit durch das Schubelement überwunden werden. Die ventilseitige Vorspanneinheit kann eine Feder, insbesondere in Form einer Druckfeder, umfassen. Durch die ventilseitige Vorspanneinheit ist es beispielsweise nicht notwendig, dass das Schubelement und das Verschlusselement miteinander verbunden sind. So kann vorgesehen sein, dass das Schubelement das Verschlusselement lediglich beim Überführen der Ventileinheit in den Öffnungszustand aktiv bewegt. Bei der umgekehrten Bewegung, bei welcher die Ventileinheit vom Öffnungszustand in den Verschlusszustand überführt wird, kann vorgesehen sein, dass das Verschlusselement durch die Vorspanneinheit bewegt wird, sofern es nicht durch das Schubelement gebremst und/oder aufgehalten wird. Durch die Vorspannung des Verschlusselementes entgegen der Fluidströmung kann das Verschlusselement ferner selbstsichernd ausgebildet sein. Weiterhin ist es bei einer erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung denkbar, dass die Transformationseinheit ein Drehelement zum Ausführen der Rotationsbewegung, welches mit dem Rotationsantrieb verbunden ist, und ein Translationselement zum Ausführen einer Translationsbewegung, welches mit der Ventileinheit verbunden ist, umfasst, insbesondere wobei das Drehelement und das Translationselement durch ein Gewinde miteinander verbunden sind, wodurch die Ventileinheit bei der Rotationsbewegung, insbesondere zwischen dem Verschlusszustand und dem Öffnungszustand, bewegt wird. Insbesondere wird die Ventileinheit durch das Gewinde bei einer Rotation des Drehelementes in axialer Richtung, vorzugsweise zwischen dem Verschlusszustand und dem Öffnungszustand, bewegt. Das Translationselement kann mit dem Schubelement verbunden, vorzugsweise integral und/oder materialeinheitlich ausgebildet, sein. Das Gewinde kann beispielsweise durch eine Wendelnut und/oder zwei ineinandergreifende Wendeinuten gebildet sein. Das Drehelement kann beispielsweise mit einer Antriebswelle des Rotationsantriebs drehfest verbunden sein, um die Rotationsbewegung auszuführen. Somit kann eine vorteilhafte Übersetzung der Rotationsbewegung in die Translationsbewegung vorgesehen sein.

Im Rahmen der Erfindung ist es weiterhin denkbar, dass die Transformationseinheit zumindest eine Linearführung zum Führen des Translationselementes aufweist, insbesondere wobei das Translationselement, vorzugsweise pro Linearführung, eine Führungsöffnung aufweist, in welcher ein ortsfester Führungsstift geführt ist. Dadurch kann das Translationselement an dem Führungsstift axial beweglich und/oder linear geführt sein. Es ist ebenso denkbar, dass das Translationselement einen Führungsstift aufweist, der in einer ortsfesten Führungsöffnung geführt wird. Durch die Linearführung kann eine Verdrehsicherung für das Translationselement gebildet sein. Insbesondere kann durch die Linearführung sichergestellt sein, dass sich das Translationselement bei einer Rotationsbewegung des Rotationsantriebs nur axial, also insbesondere nicht rotatorisch, bewegt. Insbesondere können dabei eine einzige Linearführung oder mehrere, über den Umfang verteilte Linearführungen vorgesehen sein. Weiterhin ist es bei einer erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung denkbar, dass die Transformationseinheit mit einer antriebsseitigen Vorspanneinheit zum Vorspannen der Ventileinheit gegen den Öffnungszustand in Wirkverbindung steht Insbesondere kann die antriebsseitige Vorspanneinheit dazu ausgebildet sein, eine Bewegung der Ventileinheit gegen den Öffnungszustand und/oder in den Verschlusszustand zumindest zuzulassen, wenn der Rotationsantrieb stromlos ist. Durch das Vorspannen der Ventileinheit gegen den Öffnungszustand kann das Drehelement entgegen einer Öffnungsrichtung der Rotationsbewegung vorgespannt sein. Dadurch kann das Schubelement entgegensetzt zum Verschlusselement gezogen werden, wodurch das Verschlusselement und die ventilseitige Vorspanneinheit freigegeben werden können. Dadurch kann das Verschlusselement die Ventilöffnung verschließen und der Verschlusszustand hergestellt werden. Somit kann die Ventilvorrichtung gegen eine unbeabsichtigte Öffnung gesichert sein, insbesondere wenn der Rotationsantrieb stromlos ist oder ausfällt. Die antriebsseitige Vorspanneinheit kann vorzugsweise auch als Rückstelleinheit bezeichnet werden.

Im Rahmen der Erfindung ist es weiterhin denkbar, dass die antriebsseitige Vorspanneinheit zumindest eine oder mehrere Drehfedern umfasst, insbesondere wobei die antriebsseitige Vorspanneinheit mit einer Antriebswelle des Rotationsantriebs gekoppelt und/oder verbunden ist. Durch den Einsatz zumindest einer Drehfeder kann die antriebsseitige Vorspanneinheit in einfacher Art und Weise mit der Antriebswelle gekoppelt sein, um die Vorspannung gegen den Öffnungszustand zu erreichen. Die Drehfedern können mechanisch in Reihe oder parallel zueinander geschaltet sein. Dadurch kann eine im Wesentlichen vom Drehwinkel unabhängige und/oder höhere Rückstellkraft erzielt werden. Durch eine höhere Rückstellkraft kann ferner ein größerer Ventilhub bei einer Rückstellbewegung der Ventileinheit erfolgen. Ferner können dadurch höhere Getriebeübersetzungen bei der Transformationseinheit und/oder dem Übersetzungsgetriebe der Antriebseinheit realisiert werden.

Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass die Antriebseinheit ein Antriebsgehäuse aufweist, in welchem der Rotationsantrieb angeordnet ist, wobei das Antriebsgehäuse durch eine Abdichteinheit zum Verschließen eines Spaltes zwischen dem Antriebsgehäuse und der Transformationseinheit gegenüber der Fluidströmung und/oder dem Fluid der Fluidströmung abgedichtet ist. Die Transformationseinheit kann zumindest teilweise in dem Antriebsgehäuse angeordnet sein. Der Rotationsantrieb kann durch das Antriebsgehäuse gegen ein Eindringen des Fluides geschützt sein. Somit kann beispielsweise die Sicherheit der Ventilvorrichtung bei Verwendung eines entzündlichen Gases als Fluid verbessert sein. Die Abdichteinheit kann zumindest ein Abdichtelement, z. B. in Form eines Dichtrings, umfassen. Das Abdichtelement kann in dem Spalt angeordnet sein. Insbesondere kann sich das Schubelement und/oder das Translationselement durch den Spalt von einem Gehäuseinnenraum zu einer Gehäuseaußenseite des Antriebsgehäuses erstrecken. Dabei kann durch den Spalt die Translationsbewegung ermöglicht sein.

Ferner kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass die Abdichteinheit zumindest zwei Abdichtelemente umfasst, wobei zwischen den Abdichtelementen eine Abführleitung zum Abführen einer Fluidleckage angeordnet ist. Die Abführleitung kann beispielsweise zu einer Ventilaußenseite führen. Es kann vorgesehen sein, dass das Fluid innerhalb des Fluidsystems im Vergleich zur Ventilaußenseite einen Überdruck aufweist. Wenn also eine Leckageströmung eines der Dichtelemente überwindet, wird die Leckageströmung automatisch über die Abführleitung nach außen geleitet. Ein Eindringen in den Gehäuseinnenraum kann ferner durch das der Abführleitung nachgeordnete Abdichtelement ausgeschlossen sein. Dadurch kann die Sicherheit der Ventilvorrichtung weiter verbessert sein.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Fluidsystem vorgesehen. Das Fluidsystem umfasst einen Fluidtank zur Speicherung eines Fluides und eine Nutzungsvorrichtung zur Nutzung des Fluides. Weiterhin umfasst das Fluidsystem eine erfindungsgemäße Ventilvorrichtung, die zwischen dem Fluidtank und der Nutzungsvorrichtung angeordnet ist.

Somit bringt ein erfindungsgemäßes Fluidsystem die gleichen Vorteile mit sich, wie sie bereits ausführlich mit Bezug auf eine erfindungsgemäße Ventilvorrichtung beschrieben worden sind. Das Fluidsystem kann beispielsweise zur Anordnung in einem Fahrzeug ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Nutzungsvorrichtung ein Brennstoffzellensystem, insbesondere zum Antrieb des Fahrzeuges, umfassen. Die Nutzungsvorrichtung kann insbesondere auch als Verbrauchsvorrichtung bezeichnet werden. In dem Fluidtank kann das Fluid, insbesondere unter Hochdruck, speicherbar oder gespeichert sein. Durch die Ventilvorrichtung kann eine Fluidströmung des Fluides vom Fluidtank zur Nutzungsvorrichtung beeinflussbar, insbesondere regelbar, sein. Es ist denkbar, dass das Fluidsystem eine Steuereinheit zum Ansteuern einer Antriebseinheit der Ventilvorrichtung aufweist.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen schematisch:

Figur 1 ein erfindungsgemäßes Fluidsystem mit einer erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung in einem ersten Ausführungsbeispiel,

Figur 2 eine Ventileinheit der Ventilvorrichtung in einem Verschlusszustand,

Figur 3 die Ventileinheit in einem Öffnungszustand,

Figur 4 ein Teil einer erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung in einem weiteren Ausführungsbeispiel, und

Figur 5 ein Teil einer erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung in einem weiteren Ausführungsbeispiel.

In der nachfolgenden Beschreibung zu einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung werden für die gleichen technischen Merkmale auch in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen die identischen Bezugszeichen verwendet. Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Fluidsystem 1 in einem ersten Ausführungsbeispiel. Dabei umfasst das Fluidsystem 1 einen Fluidtank 2 zur Speicherung eines Fluides und eine Nutzungsvorrichtung 3 zur Nutzung des Fluides. Bei dem Fluid kann es sich vorzugsweise um Wasserstoff handeln. Die Nutzungsvorrichtung 3 kann beispielsweise ein Brennstoffzellensystem umfassen. Zwischen dem Fluidtank 2 und der Nutzungsvorrichtung 3 ist ferner eine erfindungsgemäße Ventilvorrichtung 10 angeordnet, um eine Fluidströmung 200 des Fluides vom Fluidtank 2 zur Nutzungsvorrichtung 3 zu beeinflussen.

Die Ventilvorrichtung 10 umfasst dabei eine Ventileinheit 20, welche in einen Öffnungszustand I zur Freigabe einer Ventilöffnung 21 für eine Fluidströmung 200 in dem Fluidsystem 1 und einen Verschlusszustand III zum Verschließen der Ventilöffnung 21 bringbar ist. Der Öffnungszustand I ist in Figur 3 dargestellt, der Verschlusszustand III ist in Figur 2 dargestellt. Dazu weist die Ventileinheit 20 ein Verschlusselement 22 auf, welches durch eine ventilseitige Vorspanneinheit 23 in den Verschlusszustand III vorgespannt ist, sodass die Ventilöffnung 21 im Verschlusszustand III verschlossen ist. Ferner ist das Verschlusselement 22 zum Überführen der Ventileinheit 20 in den Öffnungszustand I entgegen der Fluidströmung 200 bewegbar. Das Verschlusselement 22 kann auch als Ventilkörper bezeichnet werden. Im Verschlusszustand III kann das Verschlusselement 22 eine Auflagefläche eines Ventilsitzes 24 kontaktieren, um die Ventilöffnung 21 zu verschließen.

Zum Überführen der Ventileinheit 20 in den Öffnungszustand I umfasst die Ventilvorrichtung 10 ferner eine Antriebseinheit 30 mit einem Rotationsantrieb 31 zum Erzeugen einer Rotationsbewegung 210. Beispielsweise kann der Rotationsantrieb 31 einen Elektromotor, insbesondere in Form eines Schrittmotors oder eines Servomotors, und/oder ein Übersetzungsgetriebe 31.2 aufweisen.

Weiterhin weist die Ventilvorrichtung 10 zum Überführen der Ventileinheit 20 vom Verschlusszustand III in den Öffnungszustand I eine Transformationseinheit 40 auf. Die Transformationseinheit 40 umfasst ein Drehelement 42 zum Ausführen der Rotationsbewegung 210, welches mit dem Rotationsantrieb 31 verbunden ist, und ein Translationselement 43 zum Ausführen einer Translationsbewegung 211 , welches mit der Ventileinheit 20 verbunden ist Das Drehelement 42 und das Translationselement 43 sind durch ein Gewinde 44, insbesondere mit einer Wendelnut, miteinander verbunden, wodurch die Ventileinheit 20 bei der Rotationsbewegung 210 zwischen dem Verschlusszustand III und dem Öffnungszustand I bewegt wird. Dadurch wird die Translationsbewegung 211 durch die Transformationseinheit 40 in Abhängigkeit von der Rotationsbewegung 210 initiiert, d. h. insbesondere findet eine Umwandlung von der Rotationsbewegung 210 und/oder einem Drehmoment in die Translationsbewegung 211 und/oder eine Kraft statt. Das Verschlusselement 22 wird dabei durch ein Schubelement 41 der Transformationseinheit 40 zum Bewegen des Verschlusselementes 22 beim Überführen der Ventileinheit 20 in den Öffnungszustand I bewegt. Das Schubelement 41 kann das Verschlusselement 22 vorteilhafterweise unbefestigt kontaktieren und somit insbesondere nur in einer Richtung gegen das Verschlusselement 22 wirken.

Um eine Rotation des Translationselementes 43 infolge der Rotationsbewegung 210 des Drehelementes 42 zu verhindern, weist die Transformationseinheit 40 eine Linearführung 45 zum Führen des Translationselementes 43 auf. Die Linearführung 45 umfasst dabei eine Führungsöffnung 45.1 im Translationselement 43, in welcher ein ortsfester Führungsstift 45.2 geführt ist. Der Führungsstift 45.2 kann beispielsweise an der Antriebseinheit 30 befestigt sein. Insbesondere können dabei eine einzige Linearführung 45 oder mehrere, über den Umfang verteilte Linearführungen 45 vorgesehen sein.

Weiterhin ist die Antriebseinheit 30 insbesondere durch eine Steuereinheit 50 ansteuerbar, um die Ventileinheit 20 in Abhängigkeit von der Rotationsbewegung 210 in zumindest einen Zwischenzustand II, in welchem ein Strömungsquerschnitt der Ventilöffnung 21 gegenüber dem Öffnungszustand I reduziert ist, zu bringen. Vorzugsweise können mehrere Zwischenzustände II, insbesondere stufenlos, vorgesehen sein. Für eine Druckregelung in der Ventilvorrichtung 10 kann die Ventilvorrichtung 10 einen Sensor 51 , insbesondere in Form eines Drucksensors, zum Senden zumindest eines Strömungsparameters an die Steuereinheit 50 umfassen. Für eine verbesserte Sicherheit und zum Vorspannen der Ventileinheit 20 gegen den Öffnungszustand I, steht die Transformationseinheit 40 ferner mit einer antriebsseitigen Vorspanneinheit 46 in Wirkverbindung. Die antriebsseitige Vorspanneinheit 46 umfasst zumindest eine Drehfeder 46.1 , die mit einer Antriebswelle 31.1 des Rotationsantriebs 31 verbunden ist. Es ist denkbar, dass die antriebsseitige Vorspanneinheit 46, wie in Figur 4 dargestellt, mehrere Drehfedern 46.1 umfasst, die mechanisch in Reihe zueinander geschaltet sind, um eine weniger vom Drehwinkel abhängige Federkraft zu erzielen.

Um ein Eindringen des Fluides in den Rotationsantrieb 31 zu vermeiden, ist ferner vorgesehen, dass die Antriebseinheit 30 ein Antriebsgehäuse 32 aufweist, in welchem der Rotationsantrieb 31 angeordnet ist. Das Antriebsgehäuse 32 umgibt dabei den Rotationsantrieb 31 und ist durch eine Abdichteinheit 33 zum Verschließen eines Spaltes 34 zwischen dem Antriebsgehäuse 32 und der Transformationseinheit 40 gegenüber der Fluidströmung 200 abgedichtet. Dabei erstreckt sich das Schubelement 41 und/oder das Translationselement 43 entlang des Spaltes 34 durch eine Öffnung im Antriebsgehäuse 32, um eine Bewegung der Ventileinheit 20 relativ zum Antriebsgehäuse 32 zu ermöglichen.

Für eine weitere Erhöhung der Abdichtwirkung kann die Abdichteinheit 33, wie in Figur 5 dargestellt, zumindest zwei Abdichtelemente 35, z. B. in Form von Dichtringen, umfassen und es kann zwischen den Abdichtelementen 35 eine Abführleitung 36 zum Abführen einer Fluidleckage angeordnet sein. Dadurch kann eine Leckageströmung des ventilseitigen Abdichtelementes 35 über die Abführleitung 36 abgeführt werden, ohne zum Rotationsantrieb 31 vorzudringen.