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1. (WO2008086963) VERSCHLUSSEINRICHTUNG FÜR EINEN MIT DRUCKGAS BEFÜLLBAREN DRUCKBEHÄLTER EINES KALTGASGENERATORS
Anmerkung: Text basiert auf automatischer optischer Zeichenerkennung (OCR). Verwenden Sie bitte aus rechtlichen Gründen die PDF-Version.

Anmelder: MBB International Group AG
Gersauerstrasse 78, CH-6440 Brunnen

Verschlusseinrichtung für einen mit Druckgas befüllbaren
Druckbehälter eines Kaltgasgenerators

Die Erfindung betrifft eine Verschlussvorrichtung für einen mit Druckgas befüllbaren Druckbehälter eines Kaltgasgenerators gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der US-PS 6,068,288 geht eine Verschlussvorrichtung für einen mit Druckgas befüllbaren Druckbehälter eines Kaltgasgenerators hervor. Solche Kaltgasgeneratoren werden insbesondere für Fahrzeug-Airbagsysteme eingesetzt. Die Verschlussvorrichtung umfasst einen Ventilkörper, der eine mit der Umgebung kommunizierende Behälteröffnung in einer Ruheposition schließt. Zum Ausströmen des Druckgases ist eine elektromagnetische Antriebsvorrichtung vorgesehen, durch welche der Ventilkörper in eine Antriebsposition überführbar ist. Der Ventilkörper ist als Schieber ausgebildet. Durch eine Verschiebebewegung können unter- schiedliche Strömungspfade freigegeben werden, um ein Ausströmen des Druckgases zu ermöglichen. Diese Vorrichtung weist den Nachteil auf, dass hohe Kräfte zur Ansteuerung des Schiebers erforderlich sind. Darüber hinaus erschweren diese erhöhten Kräfte die Ansteuerung eines solchen. Durch eine solche Verschlusseinrichtung lassen sich die erforderlichen kurzen Öffnungszeiten nicht realisieren.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Verschlussvorrichtung für einen mit Druckgas befüllbaren Druckbehälter eines Kaltgasgenerators zu schaffen, der eine exakt ansteuerbare und schnelle Öffnungsbewegung eines Kaltgasgenerators ermöglicht, so dass eine schnelle als auch dosierte Abgabe des unter hohem Druck stehenden Druckgases und ein sicheres Schließen nach der Abgabe des Druckgases ermöglicht ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den weiteren Ansprüchen angegeben.

Die Verschlussvorrichtung weist erfindungsgemäß einen in einem Ventilgehäuse verschiebbar angeordneten Ventilkörper auf, der innerhalb einer Vorkammer des Ventilgehäuses bewegbar ist, wobei der Ventilkörper eine zur Hauptkammer weisende, wirksame Druckfläche und eine zur Vorkammer weisende, wirksame Druckfläche aufweist, die gleich groß oder annähernd gleich groß sind und eine äußere wirksame Druckfläche aufweist, auf die ein Atmosphärendruck in Öffnungsrichtung wirkt, sowie eine weitere äußere wirksame Druckfläche aufweist, auf die ein Atmosphärendruck in Schließrichtung wirkt, wobei zusätzlich ein Kraftspeicherelement an dem Ventilkörper angreift, welches in Schließrichtung wirkt. Zur Erzielung einer selbsthaltenden Schließposition des Ventilkörpers ist somit vorgesehen, dass die äußere in Öffnungsrichtung wirkende, mit Atmosphärendruck beaufschlagte Druckfläche kleiner als die äußere, in Schließrichtung wirkende, mit Atmosphärendruck beaufschlagbare Druckfläche und die Schließkraft des Kraftspeicherelementes ausgebildet ist. Durch eine solche Ausgestaltung wird ermöglicht, dass eine direkte Ansteuerung der Öffnung- und Schließbewegung des Ventilkör- pers zum Ausströmen des Druckgases ermöglicht ist. Darüber hinaus weist diese Anordnung den Vorteil auf, dass eine schwimmende Lagerung des Ventilkörpers im Ventilgehäuse gegeben ist, bei dem eine zur Hauptkammer weisende wirksame Druckfläche und eine zur Vorkammer weisende wirksame Druckfläche gleich groß oder annähernd gleich groß ausgebildet sind, so dass ein Kräftegleichgewicht oder nahezu ein Kräftegleichgewicht gegeben ist und der hohe Behälterinnendruck im Hinblick auf die auf den Ventilkörper in der Vorkammer wirkenden Kräfte sich quasi aufhebt. Dadurch wird erzielt, dass die resultierende Schließkraft des Ventilkörpers sich auf die Druckkraft reduziert, welche durch den Atmosphärendruck auf die in Öffnungs- und Schließrichtung wirkenden Druckflächen sowie der Schließkraft des Kraftspeicherelementes resultiert. Somit können zur Ansteuerung einer Öffnungsbewegung erheblich reduzierte Kräfte im Vergleich zum tatsächlichen Behälterinnendruck genügen, um den Ventilkörper anzusteuern. Dadurch erfolgt eine schnelle und exakte Ansteuerung sowohl in Öffnungs- als auch in Schließrichtung. Dies ermöglicht auch kurze Taktungen, so dass nicht nur ein einmaliges Ausströmen, sondern ein mehrmaliges Ausströmen des Druckgases aus dem befüllten Druckbehälter ermöglicht ist. Diese erfindungsgemäße Ausgestaltung weist darüber hinaus den Vorteil auf, dass sich Drucktoleranzen aufgrund von sich ändernden Arbeitstemperaturen ohne Einfluss auf die Ansteuerung und Reaktionszeiten der Verschlussvorrichtung auswirken. Dies beruht darauf, dass der Fülldruck des Druckbehälters auch in der Vorkammer des Ventilgehäuses anliegt und die jeweils wirksamen Druckflächen gleich groß oder annähernd gleich groß sind, so dass ein Druckausgleich sich einstellt, unabhängig von dem absolut herrschenden Druck im Druckbehälter.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste wirksame Druckfläche am Ventilkörper, die zur Haupt- . kammer weist, durch eine Dichtung, insbesondere Sitzdichtung, und die zweite wirksame Druckfläche am Ventilkörper, die zur Vorkammer weist, durch eine Dichtung, insbesondere Sitzdichtung, begrenzt ist, wobei ein Durchmesser eines inneren Umfanges von der Dichtung an der ersten wirksamen, zur Hauptkammer weisenden Druckfläche gleich groß eines Durchmessers eines äußeren Umfanges von der Dichtung an der weite- ren wirksamen zur Vorkammer weisenden Druckfläche des Ventilkörpers vorgesehen ist. Dadurch kann konstruktiv in einfacher Weise erzielt werden, dass die am Ventilkörper vorgesehenen und zur Hauptkammer als auch Vorkammer weisenden Druckflächen maßlich exakt bestimmt werden können, so dass die gewünschte Schließkraft exakt und im Wesentlichen durch Atmosphärendruck bestimmt ist.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zur Ausbildung der ersten und zweiten wirksamen Druckfläche am Ventilkörper ein zumindest zweiteiliger Ventilkörper ausgebildet ist. Dadurch lassen sich in einfacher Weise die geometrischen Anforderungen zur Ausgestaltung der wirksamen Druckflächen realisieren.

Zwischen dem zumindest zweiteilig ausgebildeten Ventilkörper ist eine Dichtung vorgesehen, welche als dauerdichte Dichtung ausgebildet ist. Dadurch wird ermöglicht, dass eine oder mehrere Schnittstellen des zwei- oder mehrteiligen Ventilkörpers gegenüber der Umgebung dicht abgeschlossen sind, so dass ein Fülldruck nicht entweichen kann.

Das Ventilgehäuse ist bevorzugt ebenfalls zweiteilig ausgebildet. Dadurch kann eine einfache Montage zusammen mit dem Ventilkörper ermöglicht werden. Bevorzugt ist die Schnittstelle des zweiteilig ausgebildeten Ventilgehäuses durch eine dauerhafte Dichtung abgedichtet. Analoges gilt für ein mehrteiliges Ventilgehäuse. Dadurch kann eine sichere Abdichtung zur Vorkammer des Ventilgehäuses sichergestellt sein.

Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass der Ventilkörper ein oder mehrere in Verschieberichtung verlaufende Durchgangsbohrungen aufweist, welche die Hauptkammer und Vorkammer verbinden, wobei bevorzugt eine große zentrale Durchgangsbohrung vorgesehen ist. Insbesondere stellt eine große zentrale Durchgangsbohrung eine einfache konstruktive Ausgestaltung dar, um einen zweiteiligen Ventϊlkörper auszubilden und zu ermöglichen, dass ein schneller Ausgleich der Drücke zwischen der Haupt- und Vorkammer ermöglicht ist.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Eingang und/oder Ausgang der zentralen Durchgangsbohrung im Ventilkörper ein gerundetes oder trompetenförmiges Profil aufweisen. Dadurch können günstige Strömungsverhältnisse erzielt werden, die auch zur Verringerung der Reibung und somit zu keiner Verzögerung in der Öffnungs- und Schließbewegung des Ventilkörpers führen.

Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass der Ventilkörper einen im Durchmesser verjüngten Bereich aufweist, in welchem ein radial nach innen gerichteter Ringbund des Ventilgehäuses eingreift. Dadurch kann erzielt werden, dass die zur Vorkammer weisende wirksame Druckfläche am Ventilkörper relativ groß ausgebildet und an die zur Hauptkammer weisende, wirksame Druckfläche angepasst werden kann, so dass eine große Behälteröffnung des Druckbehälters ermöglicht ist. Des Weiteren wird dadurch ermöglicht, dass in dieser Hinterschneidung ein Kraftspeicherelement aufgenommen wird, welches sich einerseits an dem radial nach innen gerichteten Ringbund des Ventilgehäuses abstützt und gegenüberliegend an einem radial nach außen erstreckenden Ringbund des Ventilkörpers anliegt und in Schließrichtung wirkt.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass an die Vorkammer angrenzend die Antriebsvorrichtung vorgesehen und ein Anker durch einen Aktuator ansteuerbar ist. Durch diese Anordnung kann ein Aufbau ermöglicht werden, der einfach in der Montage ist und eine kompakte Anordnung ermöglicht.

Bevorzugt ist zwischen dem Gehäuse der Antriebsvorrichtung und dem Ventilgehäuse eine Dichtung zum Herstellen eines dauerdichten Verschlusses zwischen der Vorkammer und der Umgebung vorgesehen.

Zur Ansteueruπg des Ventilkörpers ist bevorzugt vorgesehen, dass der Anker als ringförmige Scheibe ausgebildet ist und insbesondere unlösbar am Ventilkörper befestigt ist. Dies kann beispielsweise durch eine kraft-und/oder formschlüssige Verbindung erfolgen. Des Weiteren können auch stoffschlüssige Verbindungen, wie Klebeverbindungen, Schweißver- bindungen oder dergleichen, vorgesehen sein. Des Weiteren kann auch ein Veπtilkörperabschnitt einteilig mit dem Anker ausgebildet sein.

Die Antriebsvorrichtung weist bevorzugt ein Gehäuse mit einem Aufnahmeraum auf, in welches der Aktuator einsetzbar ist, wobei eine Dichtplatte vorgesehen ist, welche den Aufnahmeraum des Aktuators zur Vorkammer abdichtet. Dadurch wird ermöglicht, dass der Aktuator nicht im Hochdruckbereich liegt, sondern getrennt zur Vorkammer angeordnet ist.

Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass diese Dichtplatte als Anschlag zur gedämpften Öffnungsbewegung des Ventilkörpers ausgebildet ist. Dadurch kann die Schwingungserzeugung während der Öffnungsund Schließbewegung des Ventilkörpers reduziert werden.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein die Behälteröffnung schließender, radial nach außen weisender Ringbund des Ventilkörpers an einer radialen äußeren Umfangs-fläche einen nicht dichtenden Dämpfungsring aufweist, der am Ventilgehäuse angreift. Dieser Dämpfungsring ermöglicht eine Verbesserung der Führung und eine Dämpfung des Schwingungssystems.

Zur Verbesserung der Ausströmbedingungen des Druckgases ist bevorzugt vorgesehen, dass in der Behälteröffnung des Druckbehälters eine rotationssymmetrische Leitfläche angeordnet ist, welche einen ins Behälterinnere gerichteten Rohrabschnitt aufweist, der sich in Strömungsaustrittsrichtung am gegenüberliegenden Ende aufweitet. Dadurch wird ermöglicht, dass eine Umlenkung des ausströmenden Druckgases in die radial angeordneten Austrittsöffnungen begünstigt wird und das Strömungsfeld bereits frühzeitig homogenisiert ist. Dadurch lassen sich defi-niertere Strömungsverhältnisse erzielen.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass an einem zur Hauptkammer weisenden Bereich des Ventilkörpers eine rotationssymmetrische Leitfläche vorgesehen ist, welche zur Umlenkung des ausströmenden Druckgases ausgerichtet ist. Diese rotationssymmetrische Leitfläche weist bevorzugt einen analogen Verlauf wie die in der Behälteröffnung des Druckbehälters angeordnete rotationssymmetrische Leitfläche auf, um das Strömungsfeld zu beruhigen und eine begünstigte Ausströmung zu erzielen. Diese rotationssymmetrische Leitfläche am Ventilkörper weist des Weiteren den Vorteil auf, dass bei einer Umströmung dieser Leitfläche sich eine Auftriebskraft für den Ventilkörper ausbildet, die einer möglichen Schließkraft durch dynamische Druckveränderungen entgegen wirkt. Dadurch kann ein schnelles Öffnen unterstützt werden. Diese rotationssymmetrische Leitfläche ist bevorzugt trompetenförmig ausgebildet.

Nach einer weiteren alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass an einer Unterseite des Ventilkörpers mit einer zentralen Durchgangsbohrung ein druckausgleichsunterstützendes Element vorgesehen ist, welches sich zumindest in einer Schließposition des Ventilkörpers in einen druck- und/oder strömungsberuhigten Bereich des Druckbehälters erstreckt. Diese Anordnung weist den Vorteil auf, dass ein schneller Druckausgleich zwischen der Hauptkammer und der Vorkammer während dem Ausströmen des Druckgases ermöglicht ist und die im Ausströmbereich sich ergebenden Turbulenzen den Druckausgleich zwischen der Hauptkammer und der Vorkammer nicht oder nur gering beeinflussen.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass das sich in den Innenraum des Druckbehälters erstreckende druckausgleichunterstützende Element einen vorzugsweise zylindrischen Rohrabschnitt aufweist, der bevorzugt im Durchmesser kleiner als der Befestigungsabschnitt ausgebildet ist, der in die Durchmesser der zentralen Durchgangsbohrung einsetzbar ist. Dadurch wird ermöglicht, dass einerseits eine einfache Anbindung des Rohrabschnitts zum Ventilkörper gegeben ist und andererseits die bewegte Masse reduziert wird. Darüber hinaus weist diese Ausgestaltung den Vorteil auf, dass der Rohrabschnitt in einem Übergangsbereich zum Ventilkörper einen Aufweitungsabschnitt aufweist, der eine strömungs-begünstigte Umlenkung ermöglicht. Dadurch wird durch die Außenfläche des Elements wiederum eine rotationssymmetrische Leitfläche zur Homogenisierung des Strömungsfeldes erzielt.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Rohrabschnitt im Anschluss an den aufgeweiteten Bereich einen Zwischenabschnitt aufweist, der in die zentrale Durchgangsbohrung des Ventilkörpers eingesetzt ist. Bevorzugt erfolgt ein Einpressen oder eine stoffschlüssige Verbindung zur sicheren Anordnung und Aufnahme des druckausgleichunterstützenden Elementes zum Ventilkörper.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die in dem Druckbehälter vorgesehenen Leitflächen, welche das Strömungsfeld des ausströmenden Druckgases bestimmen, eine raue Oberfläche aufweisen. Dadurch wird ermöglicht, dass unmittelbar an den Gleitflächen ein Strömungsabriss gegeben und somit ein Strömungsprofil mit einem hohen Massenstromanteil ermöglicht ist.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass in einem zur Behälteröffnung des Druckbehälter weisenden Bereich des Ventilkörpers eine Antriebseinrichtung vorgesehen ist, welche zur Ansteuerung einer Schließbewegung des Ventilkörpers ansteuerbar ist. Dadurch wird eine getrennte und angepasste Ansteuerung des Ventilkörpers für eine Öffnungs- und Schließbewegung ermöglicht.

Bevorzugt weist diese Antriebseinrichtung einen Steuerraum auf, in dem ein Schließkörper oder ein Steuerelement, insbesondere eine Hülse, eingesetzt ist. Dieses zusätzliche Steuerelement kann die Schließbewegung des Ventilkörpers beschleunigen, indem das Steuerelement den Ausströmquerschnitt im Wesentlichen schließt und die in Öffnungsrichtung wirkenden Druckkräfte durch das ausströmende Druckgas erheblich reduziert werden. Dazu ist vorgesehen, dass zunächst das Steuerelement durch die Antriebseinrichtung angesteuert wird, um die wirkende Druckkraft zu reduzieren. Anschließend wird ein schnelles nachfolgendes Schließen des Ventilkörpers erreicht.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass dieses Steuerelement als Hülse ausgebildet ist, welches in einem Steuerraum des Ventilkörpers vorgesehen ist, der an eine Behälteröffnung des Druckbehälters angrenzt und ent- lang der Längsachse des Ventilkörpers bewegbar ist. Dadurch kann der Öffnungsquerschnitt der Austrittsöffnung reduziert und somit ein Druckabbau erzielt werden. Aufgrund dieser veränderten Drucksituation resultiert eine sofortige Schließbewegung des Ventilkörpers.

Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass das Steuerelement mit radialem Spiel in dem Steuerraum des Ventilkörpers angeordnet ist. Dadurch kann eine einfache und schnelle Ansteuerung ermöglicht werden.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen derselben werden im Folgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Beispiele näher beschrieben und erläutert. Die der Beschreibung und den Zeichnungen zu entnehmenden Merkmale können einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination erfindungsgemäß angewandt werden. Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Schnittdarstellung eines
Kaltgasgenerators mit einer ersten Ausführungsform der Verschlussvorrichtung in einer
Schließposition,

Figur 2 eine schematische Schnittdarstellung der Ausführungsform gemäß Figur 1 in einer Arbeitsposition,

Figur 3 eine schematische Schnittdarstellung eines
Kaltgasgenerators mit einer weiteren Ausführungsform der Verschlussvorrichtung in einer
Schließposition,

Figur 4 eine schematische Schnittdarstellung der Ausführungsform gemäß Figur 3 in einer Arbeitsposition, Figur 5 eine schematische Schnittdarstellung einer alternativen Ausführungsform gemäß Figur 3 in
einer Schließposition,

Figur 6 eine schematische Schnittdarstellung der Ausführungsform gemäß Figur 5 in einer Arbeitsposition,

Figuren 7a bis e schematische Schnittdarstellungen einer weiteren alternativen Ausführungsform einer Verschlussvorrichtung gemäß Figur 1.

In Figur 1 ist eine schematische Schnittdarstellung eines Kaltgasgenerators 11 mit einer ersten Ausführungsform einer Verschlussvorrichtung 12 dargestellt, die an einem Druckbehälter 14 vorgesehen ist. Der Druckbehälter 14 weist am oberen Ende eine Behälteröffnung 16 auf. In diese Behälteröffnung 16 ist ein Ventilgehäuse 18 eingesetzt, welches gemäß dem Ausführungsbeispiel zweiteilig ausgebildet ist. Das Ventilgehäuse 18 kann auch mehrteilig sein. Ein unterer Abschnitt 19 des Ventilgehäuses 18 greift in die Behälteröffnung 16 ein und ragt in einen Innenraum des Druckbehälters 14, der eine Hauptkammer 15 bildet, und erstreckt sich in entgegengesetzter Richtung außerhalb des Druckbehälters 14. Das Ventilgehäuse 18 nimmt einen Ventilkörper 21 und eine Antriebsvorrich-tuπg 22 auf, die zusammen mit dem Ventilgehäuse die Schlussvorrichtung 12 bilden.

An einem Außenumfang des Druckbehälters 14 ist ein Drucksack 24 befestigt, der nur ansatzweise in Figur dargestellt ist, jedoch bei allen Druckbehältern 14 vorgesehen ist. Sobald über eine nicht näher dargestellte Steuerung ein Signal erfasst wird, welches den Einsatz eines Drucksackes 24 auslöst, wird der Ventilkörper 21 aus einer in Figur 1 dargestellten Schließposition durch die Antriebsvorrichtung 22 in eine in Figur 2 dargestellte Arbeitsposition der Öffnungsposition übergeführt, damit das im Druckbehälter 14 sich befindliche Druckgas über die radial ausgerichteten Austrittsöffnungen 26 im Ventilgehäuse 18 in den Drucksack 24 strömen kann.

An einem unteren Abschnitt 19 des Ventilgehäuses 18 ist ein Ventilsitz 28 vorgesehen, an welchem eine Ventilsitzfläche 29 des Ventilkörpers 21 in einer Schließposition anliegt. In dieser Ventilsitzfläche 29 ist eine Dichtung 31 vorgesehen, welche auf dem Ventilsitz 28 aufliegt und einen Austrittsbereich 32 zwischen der Behälteröffnung 16 und den Austrittsöffnungen 26 schließt.

Der Ventilkörper 21 ist bevorzugt zweiteilig ausgebildet und weist einen ersten Ventilkörperabschnitt 34 und einen zweiten Ventilkörperabschnitt 35 auf, die zueinander befestigbar sind. Bevorzugt ist eine Schraubverbindung zur einfachen Montage vorgesehen. Weitere alternative Ausführungsformen zur dauerhaften und festen Verbindung der beiden Ventilkörperabschnitte 34, 35 sind ebenfalls möglich. In einer Trennstelle zwischen dem ersten Ventilkörperabschnitt 34 und dem zweiten Ventilkörperabschnitt 35 ist bevorzugt eine Dichtung 36 vorgesehen, die eine dauerhafte Dichtigkeit der Trennstelle sicherstellt. Der erste Ventilkörperabschnitt 34 ist hülsenförmig mit einem radial nach außen gerichteten Rϊngbund 38 ausgebildet, an dessen zur Behälteröffnung 16 weisenden axialen Stirnseite die Ventilsitzfläche 29 ausgebildet ist. Durch die hülsenförmige Ausgestaltung des ersten Ventilkörperabschnitts 34 ist eine zentrale Durchgangsbohrung 39 vorgesehen, welche sich auch entlang des zweiten Ventilkörperabschnitts 35 erstreckt.

Der zweite Ventilkörperabschnitt 35 ist ebenfalls hülsenförmig ausgebildet und weist eine zur Behälteröffnung 16 gerichtete zweite Ventilsitzfläche 41 auf, die an einem Ventilsitz 42 eines oberen Abschnitts 20 des Ventilgehäuses 18 anliegt. In dieser Ventilsitzfläche 41 des Ventilkörpers 21 ist eine Dichtung 43 vorgesehen, welche bevorzugt gleich wie die Dichtung 31 ausgebildet ist. Insbesondere kann hierfür eine Sitzdichtung vorgesehen sein.

Zwischen dem unteren und oberen Abschnitt 19, 20 des Ventilgehäuses 18 ist ein Hinterschneidungsbereich bzw. eine Verjüngung 46 ausgebildet, in welchem ein Kraftspeicherelemeπt 47 angeordnet ist. Ein solches Kraftspeicherelement 47 kann eine Spiralfeder, Tellerfeder oder dergleichen sein. Ebenso können weitere Arten von Kraftspeicherelementen eingesetzt werden. Das Kraftspeicherelement 47 greift nach einer Seite an einer äußeren Druckfläche 48 an, die der Ventilsitzfläche 29 gegenüberliegend am Riπgbund 38 des Ventilkörpers 21 vorgesehen ist. Gegenüberliegend greift das Kraftspeicherelement 47 an einer Rϊngfläche 51 eines radial nach innen weisenden Ringbundes 50 an, der am oberen Abschnitt 20 des Ventilgehäuses 18 ausgebildet ist.

Der Ventilkörper 21 ist in einer Vorkammer 52 im Ventilgehäuse 18, insbesondere im oberen Abschnitt 20 des Ventilgehäuses 18, verschiebbar geführt. Hierfür sind beispielsweise Führungsflächen zwischen einem Außenumfang 53 des Ventilkörperabschnitts 35 und einem Innenumfang 54 des oberen Abschnitts 20 vorgesehen. Die Hubbewegung des Ventilkörpers 21 wird durch die Antriebsvorrichtung 22 beschränkt, welche an dem oberen Abschnitt 20 des Ventilgehäuses 18 angreift. Die Antriebsvorrichtung 22 umfasst einen in einem Gehäuse 56 eingesetzten Ferritkern 57 sowie einen in einem Aufnahmeraum 58 angeordneten Aktuator 59. Der Aufnahmeraum 58 ist durch eine Dichtplatte 61 geschlossen. Diese Dichtplatte 61 erstreckt sich bevorzugt vollständig über den Aufnahmeraum 58, so dass im Aufnahmeraum 58 kein Behälterinnendruck auf den Aktuator 59 wirkt. Die Hubbewegung des Ventilkörpers 21 kann durch den Kern 57 oder insbesondere durch die Dichtplatte 61 beschränkt werden. Die Dichtplatte 61 weist bevorzugt auch Dämpfungseigenschaften auf. Die Antriebsvorrichtung 22 umfasst des Weiteren einen ringförmigen Anker 60, welcher fest mit dem Ventilkörper 21 verbunden ist. Dieser Anker 60 kann zusätzlich durch einen innenliegenden Führungsabschnitt am Kern 57 und/oder Gehäuse 56 geführt werden. Die Vorkammer 52 ist im Übergangsbereich vom Gehäuse 56 der Antriebsvorrichtung 22 zum oberen Abschnitt 20 des Ventilgehäuses 18 durch eine Dichtung 63 dauerhaft abgedichtet. Diese Dichtung 63 kann auch am oberen Ende des oberen Abschnitts 20 des Ventilgehäuses 18 zum Gehäuse 56 der Antriebsvorrichtung 22 vorgesehen sein.

Für die vorbeschriebene Ausgestaltung wird eine Verschlussvorrichtung 12 mit einem schwimmend gelagerten Ventilkörper 21 erzielt, bei welcher der Druck in der Hauptkammer 15, also im Druckbehälter 14, gleich dem in der Vorkammer 52 ist. Aufgrund der großen zentralen Durch- gangsbohrung 39 ist ein solcher Druckausgleich schnell erzielt und kann aufrechterhalten bleiben. Die auf den Ventilkörper 21 wirkende Schließkraft ist unabhängig oder nahezu unabhängig von dem Behälterinnendruck aufgrund des Druckausgleichs und der Ausgestaltung der wirksamen Druckflächen 37, 44. Hierfür ist vorgesehen, dass die erste wirksame Druckfläche 37, welche auf die Ventilsitzfläche 29 des Ventilkörpers 21 wirkt, durch den inneren Durchmesser der Dichtung 31 bestimmt wird. Die zweite wirksame Druckfläche 44, welche zur Vorkammer 52 weist, ist durch einen äußeren Durchmesser der Dichtung 43 bestimmt. Damit eine schwimmende Lagerung ermöglicht ist, entspricht der innere Durchmesser der Dichtung 31 dem äußeren Durchmesser der Dichtung 43 oder entspricht diesem im Wesentlichen, so dass ein Druckausgleich ermöglicht ist. Daraus resultiert, dass die Schließkraft durch den von außen wirkenden Atmosphärendruck und der Kraft des Kraftspeicherelementes 47 bestimmt ist. Über die Austrittsöffnungen 26 wirkt der Atmosphärendruck auf die äußere Druckfläche 48 in Schließrichtung, in welcher auch das Kraftspeicherelement 47 wirkt. Die sich daraus ergebende Druckkraft ist durch die Größe der äußeren Druckfläche 48 und der Kraft des Kraftspeicherelementes 47 bestimmt. Dieser Schließkraft entgegen wirkt eine Öffnungskraft durch eine äußere Druckfläche 64, die außerhalb der Dichtung 31 am Ringbund 38 gebildet ist. Damit eine Schließkraft vorherrscht, ist somit erforderlich, dass die Druckkraft des Kraftspeicherelementes 47 und die durch die äußere Druckfläche 48 resultierende Druckkraft größer als die in entgegengesetzter Richtung wirkende Druckkraft ist, welche durch die äußere Druckfläche 64 am Ringbund 38 resultiert.

Zur Ansteuerung des Ventilkörpers 21 wird die elektromagnetische Antriebsvorrichtung 22 bestromt, wodurch eine Hubbewegung des Ventilkörpers 21 erzielt wird und ein Ablösen der Ventilsitzfläche 29 des Ventilkörpers 21 von dem Ventilsitz 28 am Ventilgehäuse 18 gegeben ist. Dadurch kann das Druckgas über die Austrittsöffnungen 26 in den Drucksack 24 abströmen. Während dem Abströmen des Druckgases findet gleichzeitig wiederum ein Druckausgleich zwischen der Vorkammer 52 und der Hauptkammer 15 beziehungsweise dem Innenraum des Druckbehälters 14 statt, so dass die schwimmende Lagerung und das auf den Ventilkörper 21 wirkende Kräftegleichgewicht aufgrund der Durchgangsbohrung 39 aufrechterhalten werden kann. Zum Schließen des Ventilkörpers 21 wird die Antriebsvorrichtung 22 stillgesetzt, so dass die durch das Kraftspeicherelement 47 und äußere Druckflächen 48 erzeugte Schließkraft den Ventilkörper 21 in eine Schließposition gemäß Figur 1 überführt.

Zur Verbesserung der Führung des Ventilkörpers 21 in dem Ventilgehäuse 18 kann bevorzugt an einer radialen Umfangsfläche 67 des Ringbundes 38 ein Dämpfungsring 68 vorgesehen sein. Ein solcher Dämpfungsring 68 kann auch zur Dämpfung des Schwingungssystems beitragen. Dieser Dämpfungsring 68 weist keine dichtende Wirkung auf.

Die vorliegende Ausführungsform weist somit den Vorteil auf, dass der Ventilkörper 21 direkt ansteuerbar ist, wodurch kurze Reaktionszeiten erzielt werden und die Regelbarkeit verbessert wird. Darüber hinaus weist diese Anordnung aufgrund der großen Strömungsquerschnitte den Vorteil auf, dass als Druckgas auch Stickstoff verwendet werden kann, wodurch geringere Anforderungen an die Auslegung der Dichtheit des Systems als bei Helium gegeben ist. Diese Verschlussvorrichtung 12 ist als selbständige Einheit ausgebildet und kann an den jeweiligen Druckbehälter 14 angebracht werden, wobei der untere Abschnitt 20 des Ventilgehäuses 18 zur Fixierung an der Behälteröffnung 16 modifiziert ist. Des Weiteren ist eine solche Verschlussvorrichtung 12 temperatur- und drucktolerant.

In Figur 3 ist eine alternative Ausführungsform einer Verschlussvorrichtung 12 zu Figur 1 in einer Schließposition dargestellt. Die Figur 4 zeigt alternative Ausführungsformen gemäß Figur 3 in einer Arbeitsposition. Im Nachfolgenden wird im Hinblick auf die Übereinstimmungen der Merkmale auf die Figuren 1 und 2 Bezug genommen.

Die Ausführungsform gemäß den Figuren 3 und 4 weicht von der Ausführungsform in Figur 1 dahingehend ab, dass in der Behälteröffnung 18 eine rotationssymmetrische Leitfläche 72 vorgesehen ist, welche einen in das Behälterinnere ragenden Rohrabschnitt 73 und einen in Öffnungs- richtung weisenden Rohrabschnitt 74 aufweist, der sich aufweitet. Durch diese bevorzugt trichter- oder insbesondere trompetenförmig ausgebildete Leitfläche, die über Stege 76 zum unteren Abschnitt 20 des Ventilgehäuses 18 gehalten ist, wird das Strömungsfeld bei Ausströmen des Druckgases frühzeitig homogenisiert und die Ausströmgeschwindigkeit erhöht. Bevorzugt ist an einer Unterseite des Ventilkörpers eine weitere rotationssymmetrische Leitfläche 77 vorgesehen, welche ebenfalls durch Stege 76 zur Unterseite des Ventilkörpers 21 gehalten ist. Diese rotationssymmetrische Leitfläche 77 greift in geschlossener Position des Ventilkörpers 21 in die rotationssymmetrische Leitfläche 72 teilweise ein. In geöffnetem Zustand der Verschlussvorrichtung 12 wird dadurch erzielt, dass der durch den rohrförmigen Abschnitt 73 der rotationssymmetrischen Leitfläche 72 ausströmende Volumenstrom über die Leitfläche 77 ebenfalls in Richtung auf die Austrittsöffnung 26 umgelenkt wird. Gleichzeitig wird dadurch aufgrund der anliegenden Druckkraft die Öffnungsgeschwindigkeit des Ventilkörpers 21 erhöht. In einer Arbeitsposition bildet der aufgeweitete Rohrabschnitt 74 der rotationssymmetrischen Leitfläche 72 und die rotationssymmetrische Leitfläche 77 eine fächerförmige Anordnung zur Strömungsumlenkung.

Solche rotationssymmetrische Leitflächen 72, 77 können einzeln oder gemeinsam sowie auch nachträglich in eine Behälteröffnung 16 beziehungsweise an einer Unterseite des Ventilkörpers 21 eingesetzt oder angebracht werden.

In Figur 5 ist eine alternative Ausführungsform der Verschlussvorrichtung 12 gemäß Figur 1 in einer Schließposition dargestellt. Die Figur 6 zeigt die Ausführungsform gemäß Figur 5 in einer Arbeitsposition. Im Hinblick auf die übereinstimmenden Merkmale wird auf die Figurenbeschreibung zu Figur 1 und 2 Bezug genommen.

Bei dieser Ausführungsform nimmt der Ventilkörper 21 an seiner Unterseite beziehungsweise zum Druckbehälter 14 weisend ein druckausgleichunterstützendes Element 81 auf. Dieses druckausgleichunterstützende Element 81 ist rohrförmig ausgebildet und weist beispielsweise einen ersten zylindrischen Rohrabschnitt 83 auf, der sich durch die Be- hälteröffnung 16 hindurch bis in einen druck- und/oder strömungsberuhigten Bereich des Druckbehälters 14 erstreckt. An diesem zylindrischen Rohrabschnitt 83 schließt sich in Ausströmrichtung des Druckgases gesehen ein Erweiterungsabschnitt 84 an, der in einen Befestigungsabschnitt 86 übergeht. Dieser Befestigungsabschnitt 84 ist bevorzugt zylindrisch ausgebildet und zur Einpressung in die Durchgangsbohrung 39 des Ventilkörpers 21 vorgesehen. Alternativ können auch weitere kraft-, form- oder stoffschlüssige Verbindungen zur Befestigung des druckausgleichunterstützenden Elementes 81 zum Ventilkörper 21 vorgesehen sein. Der Erweiterungsabschnitt 84 weist bevorzugt eine Außenfläche 87 auf, welche einen aufgeweiteten Rohrabschnitt 74 der rotationssymmetrischen Leitfläche 72 oder der rotationssymmetrischen Leitfläche 77 in der Geometrie angenähert ist oder entspricht, um eine Strömungsum-lenkung zu erzielen. Durch dieses druckausgleichunterstützende Element 81, welches auch als Rüssel bezeichnet werden kann, wird ein schneller Druckausgleich in der Vorkammer 52 zur Hauptkammer 15 ermöglicht, sobald Druckgas aus dem Druckbehälter 14 ausströmt und sich die Druckverhältnisse aufgrund einer Öffnungs- oder Schließbewegung des Ventilkörpers 21 in der Vorkammer 52 ändern. Dies weist insbesondere den Vorteil auf, dass einer auf den Ventilschließkörper 21 wirkenden Schließkraft entgegengewirkt werden kann, da beim Ausströmen des Druckgases ein Unterdruck im Ausströmbereich 32 erzeugt wird.

Bei den vorgenannten Ausführungsbeispiel ist es grundsätzlich von Vorteil, wenn die strömungsbehafteten Oberflächen eine raue Oberfläche aufweisen, damit eine Grenzschichtdicke eines Strömungsprofils kleiner wird, da diese bei turbulenten Strömungen besser beherrschbar ist als bei laminaren Strömungen.

In den Figuren 7a bis e ist eine weitere alternative Ausführungsform einer Verschlussvorrichtung 12 gemäß Figur 1 dargestellt, wobei lediglich derjenige Teil des zur Behälteröffnung 16 weisenden Teils des Ventilkörpers 21 vergrößert dargestellt ist, der von Figur 1 abweicht. Im Übrigen wird auf die Beschreibung zur Ausführungsform gemäß Figur 1 voll-umfänglich Bezug genommen.

In einem unteren Abschnitt des Ventilkörpers 21 ist eine Antriebseinrichtung 91 vorgesehen. Durch diese zusätzliche Antriebseinrichtung 91 zur Antriebsvorrichtung 22 kann die Kraftsituation für das Öffnen einerseits und die Kraftsituation für das Schließen andererseits optimiert werden. Diese Antriebseinrichtung 91 umfasst ein Steuerelement, insbesondere eine Hülse 92, in einem Steuerraum 93, der einen Teil der Durchgangsbohrung 39 bildet. Der Steuerraum 93 und die Hülse 92 sind in ihrer Größe bevorzugt derart ausgebildet, dass der Querschnitt der Durchgangsbohrung 39 sich vollständig über die Länge des Ventilkörpers 21 erstreckt. Außerhalb des Steuerraumes 93 ist ein nicht näher dargestellter Aktuator vorgesehen, der eine Stellbewegung der Hülse 92 bewirkt. Die Hülse 92 ist mit ausreichendem Radialspiel beweglich in dem Steuerraum 93 gelagert. Die Funktion und Wirkung der Antriebseinrichtung 91 wird nachfolgend anhand den Figuren 7a bis e beschrieben. In Figur 7a ist die Schließposition des Ventilkörpers 21 zur Behälteröffnung 16 dargestellt. Die Ventilsitzfläche 29 liegt am Ventilsitz 28 an.

Durch die Ansteuerung der Antriebsvorrichtung 22 wird der Ventilkörper 21 in eine Arbeitsposition übergeführt. Bei diesem Arbeitshub verbleibt die Hülse 92 im Steuerraum 93. Der Austrittsbereich 32 zum Abströmen des Druckgases wird freigegeben.

Zum schnellen Überführen des Ventilkörpers 21 in eine Schließposition wird die Antriebseinrichtung 91 betätigt. Durch die Ansteuerung der Hülse 92 wird diese aus dem Steuerraum 93 durch eine Hubbewegung herausgeführt, so dass diese in den Austrittsbereich 32 hineingeführt wird und eine primäre Sperrung der radialen Austrittsöffnungen 26 ermöglicht, wie in Figur 7c dargestellt ist. Aufgrund der veränderten Drucksituation erfolgt ein schlagartiges Überführen des Ventilkörpers 21 in eine Schließpositioπ, wie dies in Figur 7d dargestellt ist. Anschließend wird die Hülse 92 vollständig in den Steuerraum 93 zurückgezogen, wie dies in Figur 7e dargestellt ist, damit eine erneute Öffnungsbewegung des Ventilkörpers 21 nicht behindert wird. Das Zurückziehen der Hülse 92 in den Steuerraum 93 kann beispielsweise durch eine Federkraft erzielt werden. Eine solche alternative Ausführungsform kann auch den Ausführungsformen gemäß den Figuren 3 bis 6 überlagert werden.