DE102007054770A1

DE102007054770A1 - Flüssigkeitsführender Hohlquerschnitt

Info

Publication number: DE102007054770A1
Application number: DE102007054770A
Authority: DE
Inventors: Michael Braunheim
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2007-11-16
Filing date: 2007-11-16
Publication date: 2009-05-20
Also published as: RU2010124267A; US20100258488A1; JP5328800B2; JP2011503429A; EP2209987B1; PL2209987T3; WO2009062833A1; EP2209987A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen flüssigkeitsführenden Hohlquerschnitt (1), insbesondere eine Wasser führende Leitung, wobei die Flüssigkeit (4) temperaturabhängige Volumenänderungen zeigt, insbesondere Erstarren/Gefrieren kann. Erfindungswesentlich ist dabei, dass in dem Hohlquerschnitt (1) zumindest ein Verdrängerelement (5) vorgesehen ist, welches den für die Flüssigkeit (4) zur Verfügung stehenden freien Querschnitt verringert und so die Gefahr von Frostschäden, insbesondere des Bersten des Mantels (2) des Hohlquerschnitts (1), verringert bzw. vorzugsweise gänzlich ausschließt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen flüssigkeitsführenden Hohlquerschnitt, insbesondere eine wasserführende Leitung, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem ein mit einem derartigen Hohlquerschnitt ausgestattetes Kraftstofffilter.
Hohlquerschnitte, welche Flüssigkeiten führen bzw. leiten, sind hinlänglich, beispielsweise als Wasserleitungen, bekannt. Zeigen die in dem Hohlquerschnitt geführten Flüssigkeiten temperaturabhängige Volumenänderungen, das heißt besteht bei der ihm Hohlquerschnitt geführten Flüssigkeit die Gefahr eines Erstarrens bzw. Gefrierens beim Unterschreiten bestimmter Temperaturen, so kann dieser Übergang vom flüssigen in den festen Aggregatszustand, welcher üblicherweise mit einer Volumenvergrößerung verbunden ist, zu einem Sprengdruck innerhalb des Hohlquerschnitts führen, der insbesondere im Fall von Wasser problemlos ein Sprengen des Hohlquerschnitts bewirken kann, und zwar dann, wenn der Hohlquerschnitt die Volumenvergrößerung der erstarrenden Flüssigkeit nicht durch eine Änderung seiner Größe ausgleichen kann. Der Witterung ausgesetzte Hohlquerschnitte, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug, welche eine gefriergefährdete Flüssigkeit beinhalten, müssen daher, beispielsweise mittels eines Frostschutzmittels, vor einem Gefrieren der Flüssigkeit und damit vor einer Beschädigung des Hohlquer schnitts geschützt werden. Ist dies aus hygienischen Gründen, beispielsweise bei einer Trinkwasserleitung, nicht möglich, so muss diese auf andere Weise, beispielsweise durch ein Verlegen unterhalb der Frostgrenze, vor einem Durchfrieren geschützt werden. Besonders in diesem Fall besteht jedoch grundsätzlich die Möglichkeit eines Schadens, sofern die Flüssigkeit, hierbei insbesondere das Wasser, im Hohlquerschnitt gefriert.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, einen gattungsgemäßen flüssigkeitsführenden Hohlquerschnitt konstruktiv so auszugestalten, dass ein Erstarren bzw. Gefrieren einer im Hohlquerschnitt geführten Flüssigkeit nicht zu einer Beschädigung des Hohlquerschnitts führen kann.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, in einem eine gefriergefährdete Flüssigkeit führenden Hohlquerschnitt ein Verdrängerelement vorzusehen, welches einen für die Flüssigkeit zur Verfügung stehenden freien Querschnitt verringert. Soll der der Flüssigkeit zur Verfügung stehende Transportquerschnitt dabei gleich sein wie bei einem herkömmlichen, das heißt ohne Verdrängerelement ausgestatteten Hohlquerschnitt, so muss der Hohlquerschnitt an sich größer ausgebildet werden. Diese querschnittsmäßig größere Ausbildung des Hohlquerschnitts bewirkt eine Zunahme des Umfangs sowie einer Innenmantelfläche des Hohlquerschnitts. Da bei gleichem angenommenem Volumen der Flüssigkeit eine gleiche Volumenzunahme derselben bei einem Gefrieren erfolgt, verteilt sich die erforderliche Anpassung der Größe des Hohlquerschnitts mit Verdrängerelement an die Volumenzunahme der erstarrenden Flüssigkeit auf eine größere Innenmantelfläche als bei einem herkömmlichen, kleineren Hohlquerschnitt. Die geringere Änderung der Größe pro Oberfläche bedeutet eine geringere Dehnung im Werkstoff bei dem erfindungsgemäßen Hohlquerschnitt. Da die Spannung in Werkstoff proportional zur Dehnung ist, ist auch die Spannung im Werkstoff bei dem erfindungsgemäßen Hohlquerschnitt reduziert gegenüber der bei herkömmlichen Hohlquerschnitten. Dabei wird der Verdrängerkörper bezüglich seines Volumens vorzugsweise derart gewählt, dass die beim Durchfrieren der Flüssigkeit entstehende und auf den Hohlquerschnitt wirkende Spannung von Letzterem problemlos aufgenommen werden kann. Eine Beschädigung des Hohlquerschnitts beim Gefrieren der in diesem geführten Flüssigkeit ist somit zuverlässig auszuschließen. Darüber hinaus ist ein derartiges Verdrängerelement konstruktiv einfach und kostengünstig herzustellen, sodass nahezu beliebige Hohlquerschnitte mit ebenfalls nahezu beliebigen darin geführten Flüssigkeiten frostsicher gemacht werden können. Dies ist insbesondere im Hinblick auf Hohlquerschnitte von besonderem Vorteil, bei welchen ein Platzen derselben, hervorgerufen durch ein Gefrieren der darin transportierten Flüssigkeiten, unbedingt ausgeschlossen werden muss. Ein Beispiel hierfür kann eine wasserabführende Leitung aus einem Dieselkraftstofffilter sein, welche bei einem Bersten dazu führen würde, dass auch Dieselkraftstoff in die Umgebung gelangt und diese dadurch verschmutzt. Selbstverständlich ist dabei der Begriff Hohlquerschnitt dehnbar auszulegen, sodass als Hohlquerschnitte auch Behälter, Leitungssysteme etc. verstanden werden können.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist das Verdrängerelement reversibel zusammendrückbar ausgebildet. Dies bietet nochmals einen Vorteil, da die beim Gefrieren der Flüssigkeit hervorgerufene Volumenzunahme durch eine Volumenreduzierung des Verdrängerelements aufgenommen werden kann. Überschreitet die Flüssigkeit im Hohlquerschnitt deren Schmelzpunkt, so kann sich das reversible, kompressible Verdrängerelement wieder in seine ursprüngliche Größe ausdehnen. Als Beispiel für derartige reversibel zusammendrückbare Verdrängerelemente können beispielsweise ballonartige Verdrängerelemente angeführt werden, welche ein Gasvolumen in sich einschließen.
Zweckmäßig weist das wenigstens eine Verdrängerelement einen Kreisquerschnitt auf und ist koaxial in dem ebenfalls einen Kreisquerschnitt aufweisenden Hohlquerschnitt angeordnet. Dabei kann das Verdrängerelement über die gesamte axiale Länge des Hohlquerschnitts oder aber lediglich über Teilbereiche der axialen Länge vorgesehen werden, wobei die Größe des vorzusehenden Verdrängerelements abhängig von der im Hohlquerschnitt transportierten Flüssigkeit und der durch den Hohlquerschnitt aufnehmbaren Spannung beim Erstarren bzw. Gefrieren der Flüssigkeit ist. Denkbar ist dabei, dass das koaxial im zylindrischen Hohlquerschnitt angeordnete Verdrängerelement über entsprechende Stege oder Positionierelemente in seiner koaxialen Lage gehalten wird, wobei es für den physikalischen Effekt der Erfindung unerheblich ist, ob das Verdrängerelement koaxial oder exzentrisch im Hohlquerschnitt angeordnet ist. In beiden Fällen kann eine Beschädigung des Hohlquerschnitts durch ein Erstarren bzw. Gefrieren der Flüssigkeit zuverlässig vermieden werden.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
Dabei zeigen, jeweils schematisch:
1 einen Querschnitt durch einen Hohlquerschnitt mit einem erfindungsgemäßen Verdrängerelement,
2 eine Darstellung wie in 1, jedoch mit einem anders ausgestatteten Verdrängerelement,
3a–f unterschiedliche Ausführungsformen von in dem Hohlquerschnitt angeordneten Verdrängerelementen.
Entsprechend 1 weist ein erfindungsgemäßer flüssigkeitsführender Hohlquerschnitt 1 einen Mantel 2 mit einer Innenmantelfläche 3 auf. Die im Hohlquerschnitt 1 transportierte Flüssigkeit 4 zeigt dabei eine temperaturabhängige Volumenänderung, insbesondere kann die Flüssigkeit 4 erstarren bzw. gefrieren, das heißt bei Unterschreitung einer bestimmten Temperatur von einem flüssigen in einen festen Aggregatszustand mit Volumenvergrößerung wechseln. Die Flüssigkeit 4 kann beispielsweise Wasser sein, wobei in diesem Fall der Hohlquerschnitt 1 eine Wasserleitung darstellt. Erfindungsgemäß ist nun in dem Hohlquerschnitt 1 zumindest ein Verdrängerelement 5 vorgesehen, welches den für die Flüssigkeit 4 zur Verfügung stehenden freien Querschnitt, welcher gemäß den 1 und 2 ohne Schraffur dargestellt ist, verringert. Dabei weist das Verdrängerelement 5 einen Kreisquerschnitt auf und ist koaxial in dem ebenfalls einen Kreisquerschnitt aufweisenden Hohlquerschnitt 1 angeordnet. Dabei stell das einen Kreisquerschnitt aufweisende Verdrängerelement 5 lediglich eine mögliche Ausführungsform dar, so dass dieses selbstverständlich auch einen komplexen, beispielsweise nicht runden Querschnitt aufweisen kann und in einem runden oder komplexen (nicht runden) Hohlquerschnitt 1 angeordnet ist.
Durch den Einsatz des Verdrängerelements 5 in den Hohlquerschnitt 1 muss ein Innendurchmesser d_i des Hohlquerschnitts 1 größer sein als bei einer vergleichbaren Leitung ohne Verdrängerelement 5, um den gleichen Durchflussquerschnitt bei beiden Leitungen zu erhalten. Durch den vergrößerten Innendurchmesser d_i steigen auch der Innenumfang der Innenmantelfläche 3 sowie der Außenumfang des Hohlquerschnitts 1. Erfolgt nun ein Übergang der Flüssigkeit 4 von einem flüssigen in einen festen Zustand, wie dies beispielsweise beim Gefrieren von Wasser erfolgt, so ist zwar die Volumenzunahme gleich groß wie bei einem Hohlquerschnitt 1 ohne Verdrängerelement 5, aufgrund des vergrößerten Innenumfangs der Innenmantelfläche 3 steht jedoch mehr Fläche zur Verfügung, um sich an die Volumenzunahme der erstarrenden Flüssigkeit anpassen zu können. Geht man beim Gefrieren einer Flüssigkeit 4 mit gleichem Volumen von einer gleichen Volumenänderung aus, so ist wegen der größeren Fläche die im Mantel 2 wirkende Spannung σ [N/mm²] deutlich kleiner, wodurch bei einem erfindungsgemäßen Hohlquerschnitt 1 ein Bersten des Mantels 2 und damit ein Undichtwerden des Hohlquerschnitts 1 eher vermieden bzw. gänzlich ausgeschlossen werden kann.
Selbstverständlich ist dabei auch denkbar, dass das Verdrängerelement 5 keinen – wie in 1 dargestellt – Vollquerschnitt aufweist, sondern einen vorzugsweise mit Gas gefüllten Hohlraum 6 umschließt. Ein derartiges Verdrängerelement 5 ist dabei deutlich leichter ausgebildet als ein vergleichbares Verdrängerelement 5 mit einem Vollquerschnitt. Bei einem Verdrängerelement 5, wie es in 2 dargestellt ist, ist zudem denkbar, dass dieses reversibel zusammendrückbar ist und dadurch beim Erstarren bzw. Gefrieren der Flüssigkeit 4 durch eine Volumenverminderung die Volumenvergrößerung der gefrierenden bzw. erstarrenden Flüssigkeit 4 aufzunehmen vermag. In diesem Fall könnte eine Wandstärke w des Mantels 2 dünner ausgebildet sein.
Selbstverständlich ist die Bezeichnung Hohlquerschnitt 1 rein exemplarisch zu verstehen, sodass es sich bei den gezeichneten Hohlquerschnitten 1 auch um anders geartete Leitungssysteme, Behälter etc. handeln kann. Allen erfindungsgemäßen Hohlquerschnitten 1 ist dabei jedoch gemein, dass durch das Vorsehen des Verdrängerelements 5 die Gefahr von Frostschäden, insbesondere das Bersten des Mantels 2 des Hohlquerschnitts 1 verringert bzw. vorzugsweise gänzlich ausgeschlossen werden kann.
Gemäß 2 weist das wenigstens eine Verdrängerelement 5 zumindest ein Positionierelement 7 auf, über welches es an der Innenmantelfläche 3 des Mantels 2 gehalten ist. Dabei kann das Positionierelement 7 beispielsweise als Steg 7' oder Positioniernase 7'' ausgebildet sein. Gemäß der 2 hält das Positionierelement 7 das Verdrängerelement 5 in einer koaxialen Lage zum Hohlquerschnitt 1. Für die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Hohlquerschnitts ist jedoch eine koaxiale Positionierung des Verdrängerelements 5 nicht erforderlich.
Durch das erfindungsgemäße Verdrängerelement 5 können auch Hohlquerschnitte 1 frostsicher gemacht werden, welche bei einem Bersten ein Austreten der Flüssigkeit 4 in die Umgebung und damit eine Kontamination derselben zur Folge hätte. Eine derartige Kontamination könnte beispielsweise erfolgen, wenn der Hohlquerschnitt 1 als Wasserablauf eines Kraftstofffilters ausgebildet ist. Würde durch ein Gefrieren des Wassers hierbei der Mantel 2 des Hohlquerschnitts 1 brüchig, so könnte ebenfalls im abgeschiedenen Wasser mitgeführter Kraftstoff in die Umgebung gelangen und diese verschmutzen. Letzteres ist selbstverständlich unbedingt zu vermeiden, wodurch der erfindungsgemäße Hohlquerschnitt 1 insbesondere in einem derartigen Anwendungsgebiet zum Einsatz gelangen kann.
Gemäß den 3a bis 3f sind unterschiedlichste Ausführungsformen von Verdrängerelementen 5 dargestellt, wobei gemäß 3a, 3c und 3e das Verdrängerelement 5 als Vollquerschnitt ausgebildet ist. Über die Positioniernasen 7'' werden beispielsweise die Verdrängerelemente 5 gemäß den 3 und 3b in Position gehalten.
Im Vergleich zu 3a weist das Verdrängerelement 5 gemäß der 3b einen Hohlraum 6 auf und ist zudem aus zwei Halbschalen 8 und 8' zusammengesetzt, beispielsweise zusammengeschraubt bzw. zusammengeschweißt. Denkbar ist hierbei, dass es sich bei den Materialien der beiden Halbschalen 8 und 8' um dieselben Materialien oder um unterschiedliche Materialien handelt, insbesondere ist vorstellbar, dass eine der beiden Halbschalen 8 oder 8' aus einem kompressiblen Ma terial ausgebildet ist. Der Hohlquerschnitt 1 ist in diesem Ausführungsbeispiel gebildet durch die Hohlquerschnittwand 9 und 11.
Gemäß den 3c und 3d ist das Verdrängerelement 5 einstückig mit einer Hohlquerschnittwand 9 ausgebildet bzw. einstückig mit dieser ausgeführt. Das Verdrängerelement 5 gemäß der 3d weist darüber hinaus einen Hohlraum 6 auf, der anders wie der Hohlraum 6 gemäß dem in der 3b dargestellten Verdrängerelement 5 in die Umgebung, das heißt nach außen offen ausgebildet ist.
Gemäß den 3e und 3f ist das Verdrängerelement 5 einstückig mit einem Deckel 10 des als Behälter ausgebildeten Hohlquerschnitts 1 ausgebildet. Der Hohlraum 6 des Verdrängerelements 5 nach der 3f ist dabei ebenfalls nach außen offen, wogegen das Verdrängerelement 5 gemäß der 3e als Vollprofil, das heißt ohne Hohlraum 6 ausgebildet ist.
Durch das erfindungsgemäße Verdrängerelement 5 ist es möglich, unterschiedlichste flüssigkeitsführende Hohlquerschnitte 1 frostsicher zu machen und dadurch ein Austreten der Flüssigkeit 4 auch bei starkem Frost sicher ausschließen zu können. Dies ist insbesondere dort von Vorteil, wo in dem Hohlquerschnitt 1 Flüssigkeiten 4 transportiert werden, welche bei einem Nachaußengelangen die Umgebung kontaminieren würden.

Claims

Flüssigkeitsführender Hohlquerschnitt (1), insbesondere eine Wasser führende Leitung, wobei die Flüssigkeit (4) temperaturabhängige Volumenänderungen zeigt, insbesondere Erstarren/Gefrieren kann, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Hohlquerschnitt (1) zumindest ein Verdrängerelement (5) vorgesehen ist, welches den für die Flüssigkeit (4) zur Verfügung stehenden freien Querschnitt verringert.
Hohlquerschnitt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Verdrängerelement (5) einen Kreisquerschnitt aufweist und koaxial in dem ebenfalls einen Kreisquerschnitt aufweisenden Hohlquerschnitt (1) angeordnet ist.
Hohlquerschnitt nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdrängerelement (5) über Radialstege (7, 7', 7'') am Hohlquerschnitt (1) festgelegt ist.
Hohlquerschnitt nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdrängerelement (5) als Vollprofil ausgebildet ist.
Hohlquerschnitt nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdrängerelement (5) als Hohlprofil ausgebildet ist, wobei eine Verbindung zwischen einem Hohlraum (6) im Verdrängerelement (5) und der Umgebung vorgesehen sein kann.
Hohlquerschnitt nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Holquerschnitt (1) als Behälter ausgebildet ist.
Hohlquerschnitt nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlquerschnitt (1) Teil eines Kraftstofffiltersystems, insbesondere eine Wasserabführleitung eines Dieselkraftstofffilters, ist.
Hohlquerschnitt nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdrängelement (5) reversibel zusammendrückbar ist.
Hohlquerschnitt nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Verdrängerelement (5) zumindest ein Positionierelement (7, 7', 7'') aufweist, über welches es in einer genau definierten Lage innerhalb des Hohlquerschnittes (1) gehalten ist.
Kraftstofffilter, insbesondere ein Dieselkraftstofffilter, zur Ausscheidung von im Kraftstoff mitgeführten Wasseranteilen, mit einem das abgeschiedene Wasser abführenden Hohlquerschnitt (1) nach einem Ansprüche 1 bis 9.