联轴器和用于传输流体的方法与流程

描述

现有技术

本发明涉及充燃料技术的领域以及尤其涉及根据权利要求1的用于传输流体的联轴器、根据权利要求16的用于传输流体的方法和根据权利要求18的这种联轴器的优选应用。

在对燃料电池车辆进行氢气充燃料时，车辆经由填充联轴器和连接在其上的软管与燃料站的分配器连接。在此必须确保，在联轴器没有或未正确连接到车辆侧的充燃料阀上时在对联轴器施加压力的情况下不会有介质流出。此外应防止，联轴器在未正确连接在充燃料阀上时在施加压力的情况下不会与充燃料阀弹开。此外在存在的内压大于允许的低的剩余压力时不可闭合燃料联轴器。

专利申请us2015/0377398a1公开了一种具有阀元件和指示元件的联轴器元件，阀元件打开和关闭流体通道，指示元件可通过窗口从外部看见阀元件的打开或闭合状态。

本发明的目的

本发明的目的是，提供一种用于传输流体的、同时可靠且可靠密封地连接的且因此使用者可特别简单操作的联轴器。

解决的问题

该目的通过用于传输流体的联轴器实现，联轴器具有中央的流体通道和布置在其中的阀以及用于使联轴器能松脱地锁定在充燃料接头上的闭锁机构和用于能松脱地锁止闭合的阀的安全机构，阀的阀杆与在流体的流动方向上通过弹力预紧的阀套筒运动耦合，其中，闭锁机构和安全机构经由反向于流体的流动方向通过弹簧力预紧的滑移套筒运动耦合，从而在滑移套筒的第一控制位置中闭锁机构解除阀套筒的闭锁并且闭合阀，并且在滑移套筒的第二控制位置中安全机构解锁阀套筒，从而阀被解锁并且至少部分地打开且阀套筒可反向于流体的流动方向通过压力加载而运动，其中，安全机构使滑移套筒闭锁并且阀打开。通过首先至少部分地打开阀确保，联轴器在出口侧可通过燃料柱或分配器完全排气。

根据本发明的联轴器的关键点在于，联轴器为了连接必须仅推到充燃料接头上，然后自动地卡合。为了锁定仅需要在杆上拉动。通过运动耦合的闭锁机构和压力支持的安全机构的组合确保联轴器在插接到充燃料接头上时自动地闭锁在其上。额外地，该组合在施加压力时防止联轴器与充燃料接头松开并且只有在再次低于低的允许的剩余压力时才可与充燃料接头脱开。由此实现联轴器的同时可靠且可靠密封的连接和断开。在此闭锁机构和安全机构经由滑移套筒的功能集成恰好允许使用者特别简单地操作联轴器。

较佳实施例

在相应的从属权利要求中给出本发明的优选实施方式。

在根据本发明的第一优选实施方式中，闭锁机构包括在流体的流动方向上通过弹簧力预紧的闭锁套筒、径向地朝中央的流体通道运动地布置的闭锁元件以及用于可松脱地锁定滑移套筒的锁止机构，其中，锁止机构、滑移套筒和闭锁元件经由闭锁套筒彼此运动耦合，使得在闭锁套筒的第一行程位置中滑移套筒被锁止在其第一控制位置中，其中，闭锁元件保持在径向靠外的位置中，并且在闭锁套筒的第二行程位置中释放滑移套筒并且处于其第二控制位置中，其中闭锁元件通过滑移套筒被压入径向靠内的位置中并且保持在此处。在此闭锁和锁止机构经由借助充燃料接头运动的闭锁套筒的功能集成也有助于使用者简单、可靠地操作联轴器。

在该实施方式的优选改进方案中，锁止机构包括至少一个球，该球可交替地接合到滑移套筒上或闭锁套筒上的槽中。由此为球接合到滑移套筒和闭锁套筒中提供特别简单且可靠的结构方案，该方案允许根据闭锁套筒的行程位置释放或锁定滑移套筒。

在该实施方式的另一优选改进方案中，锁止机构包括至少一个锁止槽，锁止槽的深度选择为，锁定滑移套筒在第一和第二控制位置之间的行程。在闭锁套筒没有充燃料接头的情况下运动时，至少一个球首先接合到该安全槽中。因为安全槽具有过小的深度并且滑移套筒不可经过至少一个球，滑移套筒被至少一个球挡住。由此防止滑移套筒反向于流体的流动方向被释放并且打开阀。

在该实施方式的另一优选改进方案中，闭锁元件实施成相对于流体通道径向布置的圆形锁止弧段，锁止弧段使得能够特别简单且可靠地构造设计闭锁机构。因为一方面可将锁止元件设计成，其在特别长的圆周区段上从后方接合充燃料接头并且由此在联轴器和充燃料接头之间建立特别稳定的连接。因为仅通过滑移套筒的运动沿径向向内按压该锁止弧段，还节省了相应的弹簧预紧。但是原则上也可使闭锁元件构造成简单的径向销，径向销在相应的孔中被引导，如果这在联轴器上是特殊要求的。

在根据本发明的联轴器的另一优选的实施方式中，安全机构包括沿径向能朝中央的流体通道运动地布置的安全元件以使阀套筒可松脱地锁止在保持元件上，其中，安全元件经由滑移套筒和阀套筒彼此运动耦合，使得在滑移套筒的第一控制位置中安全元件在径向靠内的位置中卡合在阀套筒上并且闭合的阀被锁止，并且在滑移套筒的第二控制位置中安全元件通过阀套筒被压入径向靠外的位置中，在径向靠外的位置中阀套筒被释放并且阀至少部分地打开。由此以结构简单且可靠的方式确保只有在联轴器可靠地连接在充燃料接头上时才完全打开阀。

在该实施方式的优选改进方案中，阀套筒具有至少一个环绕的阶梯以卡合安全元件，由此即使在阀套筒可能围绕其纵轴线转动时始终确保可靠地接合安全元件。尤其由此也节省了阀套筒的相应的轴向引导部。

在该实施方式的另一优选改进方案中，滑移套筒经由至少一个相对于中央的流体通道轴向引导的控制销与阀套筒运动耦合。在先前确定的控制位置中，滑移套筒带动控制销，而控制销使得阀套筒逆着其弹簧预紧运动，并且同时将安全元件沿径向向外压离到滑移套筒的容纳部中。由此实现对安全机构的特别简单的操控。

在该实施方式的另一优选改进方案中，相对于中央的流体通道轴向引导的控制销的长度设计成，为了使闭锁机构闭锁并且为了紧接着使安全机构解锁，在阀(30)至少部分打开之前，必须经过一位移路段。在此阀套筒逆着其弹簧预紧运动该位移路径，从而与其运动耦合的阀杆可从密封活塞上抬起并且阀至少部分地打开。由此实现更高的安全性以防立即完全打开阀，这只有在施加压力时才可实现。

在该实施方式的另一优选改进方案中，至少一个相对于流体通道轴向引导的控制销经由环形的压板贴靠在阀套筒上。由此产生更大的用于控制销的作用面，该作用面还确保在阀套筒的圆周上的更均匀的压力分布。基于环绕的压板又无需阀套筒的使其始终精确地相对于控制销定位的轴向引导部。

在根据本发明的联轴器的另一优选的实施方式中，阀设计成其打开距离可根据流体的压力变化而改变。与压力相关的打开距离确保阀只有在完全卸载填充压力时才完全打开，但是在填充压力降低或在剩余压力下再次回到其仅部分打开的位置中。

在根据本发明的联轴器的另一优选的实施方式中，阀套筒的弹簧预紧选择为，使得只有在低于流体压力时才可通过阀套筒和滑移套筒的运动闭合阀并且锁止阀。由此只有在达到剩余压力时才使联轴器与充燃料接头分离，这可靠地避免了在使联轴器与充燃料接头分离时流体不期望地流出。

在根据本发明的联轴器的另一优选的实施方式中，将阀套筒的弹簧预紧选择为，只有在超过流体压力时才可通过阀套筒和滑移套筒的运动使阀完全打开，并且同时锁止滑移套筒。尤其在此只有在填充压力超过5bar时才可打开阀，由此实现相对于不稳定的填充性能或还未完全排气的联轴器的额外安全性。

在根据本发明的联轴器的另一优选的实施方式中，阀设计为，其打开距离自限定的流体压力开始是固定的，由此同样避免了不稳定的填充性能以及尤其在过压下没有不确定的流体传输。

在根据本发明的联轴器的另一优选的实施方式中设有手杆机械，借助手杆机械可使滑移套筒从第二位置移动到第一位置中以使联轴器与充燃料接头分离。由此为了安全且可靠地将联轴器连接在充燃料接头上仅需要将其推上并且为了分离联轴器仅需要唯一的分离操作，这尽管例如气态流体的填充压力高，使用者也可非常简单地操作联轴器。

在根据本发明的联轴器的另一优选的实施方式中设有数据端口，尤其可手动更换的数据端口以提供充燃料信息。这种理想地基于红外线工作的数据端口优选位于联轴器的前端并且用于在车辆和燃料站之间的通信并且用于实现最佳的填充度。在损坏或功能失效的情况下至此必须交付整个联轴器来维修。但是可更换的数据端口可直接在本地简单且以最短时间更换，从而缩短了故障时间。

在根据本发明的联轴器的另一优选的实施方式中设有led显示器，优选oled彩色显示器以显示充燃料信息，尤其充燃料过程的经过。使用者可从其读取，接下来该做什么，这简化了充燃料过程并且同时提高了其安全性。该显示器理想地设计得相对光线强并且具有大的观察角。显示器在此无需影响联轴器的机械功能，从而即使没有显示器也可连接、充燃料和分离联轴器。由此联轴器也可尤其在显示器损坏时能够工作，从而还可进行充燃料。

在根据本发明的联轴器的另一优选的实施方式中，在联轴器本身上设有启动按钮以将充燃料启动要求通过信号发送给分配器。由此可在连接联轴器之后直接在联轴器上启动充燃料过程。在此启动按钮仅包括启动功能，而在完全充满时在燃料站侧自动停止，例如在充燃料时针对预先固定设置的钱数自动停止。

在根据本发明的联轴器的另一优选的实施方式中使得手柄区域保持为冷的并且优选实施有真空隔离部。由此手柄区域任何时候都具有舒适的温度用于握住联轴器，这通过在手柄区域中构造真空隔离部来最佳地确保。

在根据本发明的联轴器的另一优选的实施方式中，整个机械装置通过普通的由耐气候的材料制成的塑料罩遮挡，从而可靠地避免使用者的手指/手的夹伤和划伤。

前述目的也通过用于借助根据前述权利要求中任一项所述的联轴器来传输流体的方法实现，其中在滑移套筒的第一控制位置中使闭锁机构解锁并且阀闭合，并且在过渡到滑移套筒的第二控制位置中时安全机构解锁阀套筒，从而解锁阀并且阀至少部分地被打开，并且阀套筒通过压力加载反向于流体的流动方向运动，其中，安全机构使滑移套筒闭锁并且阀完全打开。

根据本发明的方法的关键点在于，不同部件的功能集成使得联轴器显著简化地与充燃料接头连接和分离。但是除了使用者能更好地操作联轴器，也可额外地产生更高安全性和可靠性以防充燃料时错误连接、不稳定的填充性能和分离联轴器时不期望的流体流出。在此，尤其闭锁和安全机构经由滑移套筒的功能集成是重要的，其显著简化了该方法并且防止故障或不容易错误使用。

在根据本发明的方法的优选实施方式中，为了使联轴器与充燃料接头分离降低流体的压力，阀套筒在弹簧力驱动下抑制流体的填充压力，然后阀套筒和滑移套筒经由手杆机构沿流体的流动方向移动，其中阀闭合，安全机构阻断阀套筒并且释放滑移套筒，然后滑移套筒移动到其第一位置中。通过确定阀套筒弹簧37的弹簧力确保，即使在先前确定的剩余压力下也可分离联轴器与充燃料接头，正如即使在超过填充压力、尤其直至5bar的填充压力下也可打开阀。由此使得用于连接和分离联轴器与充燃料接头的方法显著更加可靠且更加安全。

在根据本发明的方法的另一优选实施方式中，在联轴器的led显示器上显示充燃料过程的经过，借此可靠地通过充燃料过程引导联轴器的使用者。

在根据本发明的方法的另一优选实施方式中，经由联轴器的启动按钮将充燃料启动要求发送给分配器。由此联轴器的使用者通过联轴器操控整个充燃料过程，这使得充燃料过程明显更简单、更快且还更安全。

基于根据本发明的联轴器的特别简单的操作性以及可靠性和安全性，联轴器优选还应用于为具有气态流体、尤其氢气的车辆充燃料。

应理解的是，前述以及下面还将描述的特征不仅可以相应给出的组合应用，而且也可以其他组合或单独应用，不会离开本发明的范围。

附图说明

本发明的优选实施例在附图中示出并且在下面的描述中详细阐述，其中，相同的附图标记表示相同的或类似的或功能相同的构架。其中示出：

图1a示出了根据本发明的联轴器的侧面纵向剖视图，该联轴器套接在燃料箱接头上，

图1b示出了图1a的根据本发明的联轴器的侧面纵向剖视图，该联轴器锁定在燃料箱接头上，以及

图1c示出了图1b的根据本发明的联轴器的侧面纵向剖视图，其中阀完全打开。图1a示出了根据本发明的联轴器10的侧面纵向剖视图，联轴器套接在燃料箱接头50上。联轴器具有流体通道20以及布置在流体通道内的阀30并且经由闭锁机构40连接在燃料箱接头50上。经由安全机构60可解锁阀30并且锁止闭锁机构。在连接联轴器10时，为此将闭锁套筒41从充燃料接头50推回直至闭锁元件42在充燃料接头50的穿孔处沿径向向内运动，闭锁套筒将闭锁元件42保持在打开的位置中。在此，闭锁元件42通过滑移套筒70的倾斜部被压向内，滑移套筒通过滑移套筒弹簧74被预紧。滑移套筒70由两个子套筒构成，子套筒经由滑移销73彼此连接。因此两个子套筒从此处示出的滑移套筒70的控制位置a开始运动离开燃料箱接头50。额外地，自滑移套筒70的特定冲程开始压板72以及阀套筒31借助控制销71运动离开燃料箱接头50。由此安全机构60被激活，安全机构的安全元件61沿径向向外被压入滑移套筒70的容纳槽63中。因此，通过安装在阀套筒31中的槽螺钉带动阀杆32，由此打开流体通道20。只有在燃料箱接头50安全地与联轴器10连接之后才打开流体通道20。在施加压力时通过阀套筒弹簧37预紧的阀套筒31逆着流体的流动方向d移动。通过弹簧预紧保证，联轴器10只有自低的、可靠的剩余压力开始才可与燃料箱接头50脱开。通过移动阀套筒31闭合阀套筒31和法兰套筒38之间的开口并且借助保持元件62和安全元件61阻止滑移套筒70移动并由此在施加压力又低于低的可靠的剩余压力时也使联轴器10与燃料箱接头50解锁，联轴器10又可与燃料箱接头50脱开。

图1b示出了图1a的根据本发明的联轴器10的侧面纵向剖视图，联轴器被锁定在燃料箱接头50上。在此，使用者将联轴器10压到燃料箱接头50上，燃料箱接头使得闭锁套筒41逆着其弹簧预紧移动。因此，闭锁元件31将闭锁套筒弹簧46压在一起并且激活锁止机构43，锁止机构的球44径向地落入闭锁套筒31的槽45、46中。由此释放滑移套筒70并且通过滑移套筒弹簧74移入此处示出的第二控制位置b中。在此不太深的锁止槽45用作安全带以防在没有引入燃料箱接头50时闭锁套筒31移动。滑移销73将滑移套筒70的所述运动从其左侧的子套筒传递到其右侧的子套筒上。在该运动中滑移套筒70的左半部分在其路径路程的大约50％上接触控制销71，控制销将其运动传递到压板72上，由此又使阀套筒31移动。由此，阀套筒31与法兰套筒38一起从其在阀套筒31的阶梯33上的卡合位置开始，从而阀套筒沿径向向外被挤入滑移套筒70的容纳槽63中。在此阀套筒31也使槽螺钉39移动，槽螺钉旋入阀套筒31中并且阀杆32从密封活塞36上抬起，从而到达阀30的第一开口距离34。只有在联轴器10连接上并且处于高于7bar的填充压力下时，容纳槽63才通过阀套筒31的运动逆着流体的流动方向d闭合，安全元件61在滑移套筒70的第二控制位置b中位于容纳槽63中。通过闭合容纳槽63使得安全元件61不再能够通过滑移套筒70沿径向向内移动并因此与保持元件62一起锁止滑移套筒70，因为后者与联轴器10的壳体拧紧。

图1c示出了图1b的根据本发明的联轴器10的侧面纵向剖视图，其中阀30完全打开并且发生流体传递。在此使用者开始充燃料过程，由此构建的压力使得阀套筒31逆着其阀套筒弹簧37移动。在此阀套筒将阀套筒弹簧37压在一起并且使槽螺钉移动，槽螺钉又使得阀杆32移动并且阀30完全打开，从而利用阀的最大开口距离34。滑移套筒70在此如之前位于其控制位置b。在此，联轴器10的强度设计成计算压力为1050bar，从而在燃料站中的不期望的压力升高对联轴器10也没有危险。在此，联轴器10也具有比传统的联轴器更高的流量比率，由此降低充燃料时间。总体上联轴器10设计用于高的循环频率，即设计成在短时间内给多个车辆充电。为此在联轴器10的入口处(在附图中不可见)也将过滤器、尤其一体的5x10^-6m的滤网布置在流体通道20中，从而保护联轴器10以及后置系统以防止较大的污染物，在维护情况下也可更换过滤器。

如果结束充燃料，联轴器10经由燃料站的分配器排气。阀套筒弹簧37使阀套筒31又沿流体的流动方向d移动，其中支撑在阀套筒31上的阀弹簧35将该运动传递到阀杆32上。此时阀30关闭约90％。在联轴器10连接并且不再处于填充压力之下时，通过操作手杆机构80解锁联轴器，因为阀套筒31不再闭合槽，在闭锁时安全元件61已经移动到槽中。然后使用者操作手杆机构80，手杆机构使滑移套筒70向左运动，阀套筒31通过阀套筒弹簧37一起运动并且借助阀弹簧35使阀杆32压到密封活塞36上。由此阀30闭合并且安全元件61又沿径向向内运动。滑移套筒70的两个子套筒从其控制位置b向左运动回到其控制位置a中并且使用者将联轴器10从燃料箱接头50上拉下，其中，闭锁元件42沿径向向外运动。然后闭锁套筒41通过闭锁套筒弹簧46朝流体的流动方向d移动，其中，球44沿径向向外运动并且闭锁元件42也在滑移套筒70锁止的情况将球44锁止在其第一控制位置中。

总而言之联轴器的操作、尤其在以高压下的气态流体、如氢气充燃料时被显著简化，其中还确保了非常可靠且安全的充燃料。

附图标记列表

10联轴器

30阀

31阀套筒

32阀杆

33阶梯状的槽

34阀的开口距离

35阀弹簧

36密封活塞

37阀套筒弹簧

38法兰套筒

39槽螺钉

40闭锁机构

41闭锁套筒

42闭锁元件

43锁止机构

44球

45锁止槽

46闭锁套筒弹簧

50燃料箱接头

60安全机构

61安全元件

62保持元件

63容纳槽

70滑移套筒

71控制销

72压板

73滑移销

74滑移套筒弹簧

80手杆机构

a滑移套筒的第一控制位置

b滑移套筒的第二控制位置。