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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung, welche zur Anwendung in Kraftfahrzeugen
ausgebildet ist, zur Steuerung des Fließverhaltens einer
Flüssigkeit. Die erfindungsgemäße Vorrichtung
ist mit einem in dem Kraftfahrzeug angeordneten Flüssigkeitsleiter strömungsverbindbar
und weist eine Eingangsöffnung zum Einleiten der Flüssigkeit
in die Vorrichtung, eine Ausgangsöffnung zur Abgabe der
Flüssigkeit und einen Eingangsöffnung und Ausgangsöffnung verbindenden
Strömungskanal auf.
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Stand der Technik
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Verschiedene
flüssigkeitsleitende Systeme eines Kraftfahrzeugs müssen
Flüssigkeiten mit hohen Durchsatzraten durchleiten. Insbesondere,
wenn diese flüssigkeitsleitenden Systeme die Flüssigkeit
in einen teilweise leeren Behälter leiten, dessen Hohlraum
mit Gas gefüllt ist, so führt das Einleiten der Flüssigkeit
zum Verdrängen des in dem Behälter befindlichen
Gases. Solche Behälter sind insbesondere Flüssigkeitsvorratsbehälter
des Kraftfahrzeuges, wie beispielsweise ein Waschwasservorratsbehälter
sowie ein Kraftstoffbehälter. Die sich in diesen Behältern
befindlichen Gase müssen somit beim Befüllen der
Behälter mit Flüssigkeit, zum Beispiel mit Waschwasser
oder Kraftstoff, entweichen können.
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Bei
Kraftstoffbehältern sind unterschiedliche Entlüftungsvorrichtungen
bekannt, die die entweichenden Gase über besonders dafür
ausgelegte Entlüftungsleitungen abführen. Die
Entlüftungsvorrichtungen müssen abhängig
vom Einsatzland des jeweiligen Kraftfahrzeuges unterschiedliche
Anforderungen erfüllen. In den USA beispielsweise werden Kraftstoffdämpfe,
die beim Betanken aus dem Kraftstoffbehälter entweichen,
in einen Aktivkohlefilter geleitet, über den Aktivkohlefilter
gefiltert und in die Umgebung abgegeben. In Europa hingegen weisen
die zum Betanken verwendeten Zapfpistolen Absaugvorrichtung zum
Absaugen der Gase auf, sodass die Kraftstoffbehälterentlüftung
mit einem Kraftstoffeinfüllrohr derart verbunden sein müssen,
dass die entweichenden Gase in das Kraftstoffeinfüllrohr
zurückgeleitet werden können.
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Es
hat sich jedoch gezeigt, dass diese Maßnahmen allein nicht
ausreichend sind, um beim Befüllen der entsprechenden Behälter
eine den Durchsatzraten an zugeführter Flüssigkeit
entsprechenden Volumenstrom an Gas abzuführen. Dieser Effekt
tritt insbesondere bei Kraftstoffbehältern auf, da die
Zapfpistolen den Kraftstoff meist mit einer hohen Fließgeschwindigkeit
oder gar mit Überdruck abgeben.
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Die
Folge davon ist, dass die in den Behältern befindlichen
Gase vollständig (beispielsweise beim Waschwasservorratsbehälter)
oder teilweise (beispielsweise beim Kraftstoffbehälter) über
das Einfüllrohr entweichen müssen. Die aufsteigenden Gase
können ein schwallartiges Zurückspritzen der einzufüllenden
Flüssigkeit bewirken, was zum unerwünschten Entweichen
der Flüssigkeit führt und insbesondere bei der
Kraftstoffbetankung zu vermeiden ist. Des Weiteren führt
das schwallartige Zurückspritzen dazu, dass die die regelmäßig
sensorgesteuerten Zapfpistolen abschalten, bevor der Kraftstoffbehälter
vollständig gefüllt ist.
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Das
vorgenannte Problem ist im Stand der Technik bekannt und es sind
verschiedene Ansätze zur Lösung vorgeschlagen
worden.
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So
offenbart die
US 6,260,578 eine
Vorrichtung, die zumindest teilweise in einer Einfüllöffnung eines
Kraftstoffbehälters angeordnet ist. Die Vorrichtung weist
ein Rückschlagventil auf, das verhindern soll, dass Flüssigkeit
vom Tank in das Kraftstoffeinfüllrohr gelangt. Ähnliche
Vorschläge werden in der
DE 199 12 645 C1 , der
US 5,518,026 sowie der
US 5,860,458 gemacht.
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Die
Rückschlagventile weisen jedoch mehrere Nachteile auf.
Zum einen verringern sie den freien Querschnitt und erlauben daher
nur geringere Durchflussraten des Kraftstoffs. Zum anderen kann
zwar dadurch zurückspritzender Kraftstoff verhindert werden,
wenn die Rückschlagventile schließen, ein Weiterbetanken
ist jedoch ebenfalls nicht möglich. Das Schließen
der Ventile führt nämlich in aller Regel zum Vollaufen
des Kraftstoffeinfüllrohres und zum Überlauf desselben
oder aber zumindest zum Abschalten der Zapfpistole. Die Ventile öffnen
erst dann wieder, wenn die Kraftstoffgase über die dafür
vorgesehenen Einfüllentlüftungsleitungen entwichen
sind. Darüber hinaus können die Ventile hängen
bleiben, insbesondere bedingt durch Alterung und/oder Verunreinigungen
im Kraftstoff, die sich an den Rückschlagventilen absetzen.
Zuletzt sind die Rückschlagventile teuer in der Fertigung
und Montage.
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Aus
der
DE 23 53 448 A1 ist
ein Kraftstoffbehälter für Kraftfahrzeuge bekannt,
der ein Einfüllrohr mit einem Entmischungsraum enthält.
Der Entmischungsraum dient zum Entmischen von Kraftstoff und Luft
zur Verhinderung des Zurückspritzens von Kraftstoff. Der
Entmischungsraum muss jedoch vergleichsweise groß ausgebildet
sein und funktioniert nur bei geringen Flussraten.
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Aus
der
US 6,807,952 ist
ein Kraftstoffbehälter mit einer Vorrichtung zur Steuerung
des Fließverhaltens des Kraftstoffes bekannt, die beispielsweise das
Entstehen von Kraftstoffgasen beim Einlaufen in den Kraftstofftank
verhindern soll. Ein leerer Kraftstoffbehälter ist jedoch
ohnehin mit Gas gefüllt, das beim Betanken ebenfalls entweichen
muss. Die offenbarte Vorrichtung bedingt, dass das Entweichen vollständig über
die Füllentlüftungsleitung vorgenommen werden
muss, was den maximal möglichen Durchsatz beim Einfüllen
beschränkt.
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Aufgabe
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung der eingangs genannten
Art dahingehend zu verbessern, dass dieser ein Zurückspritzen
von Flüssigkeiten selbst bei hohen Durchflussraten zuverlässig
verhindert.
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Darstellung der Erfindung
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Die
Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch
1, Verwendungen der Vorrichtung gemäß den nebengeordneten
Ansprüchen 12 und 13 sowie durch ein Kraftstoffeinfüllrohr
gemäß den nebengeordneten Ansprüchen
14 und 15. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand
der Unteransprüche.
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Eine
erfindungsgemäße Vorrichtung ist mit einem in
dem Kraftfahrzeug angeordneten Flüssigkeitsleiter strömungsverbindbar
und weist eine Eingangsöffnung zum Einleiten der Flüssigkeit
in die Vorrichtung, eine Ausgangsöffnung zur Abgabe der Flüssigkeit
und einen Eingangsöffnung und Ausgangsöffnung
verbindenden Strömungskanal auf. In dem Strömungskanal
bzw. im Durchflussbereich der Vorrichtung sind Mittel zum Versetzen
der Flüssigkeit in eine Drehung vorgesehen.
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Mit
Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird eine
die Vorrichtung und den nachfolgenden Flüssigkeitsleiter
durchströmende Flüssigkeit also gezielt in eine
Drehung versetzt. Hiermit wird erreicht, dass die Flüssigkeit
homogener und schneller durch den Flüssigkeitsleiter strömt,
was ein schwallartiges Zurückspritzen der Flüssigkeit
verhindert.
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Gemäß einer
Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Drehung der
Flüssigkeit entlang einer Achse erzeugt wird, die nicht
senkrecht zu einer Hauptflussrichtung der Flüssigkeit liegt.
Die Achse der Drehung der Flüssigkeit weist somit Komponenten
in Richtung der Hauptflussrichtung der Flüssigkeit auf.
Dies bewirkt, dass die Flüssigkeit auf einer helixartigen,
schraubenartigen oder wendelartigen Bahn durch den Flüssigkeitsleiter
fließt, was bei ausreichend hohen Flüssigkeitsgeschwindigkeiten Zentrifugalkräfte
bewirkt, die die Flüssigkeit gegen die Wandungen des Flüssigkeitsleiters
drückt. Bei ausreichender Strömungsgeschwindigkeit
und ausreichender Drehung der Flüssigkeit lässt
sich damit erreichen, dass innerhalb des Flüssigkeitsleiters
ein von Flüssigkeit freier Kanal gebildet ist, durch den Gase entweichen
können. Dies bewirkt selbst bei hohen Durchflussraten ein
sicheres Abführen von Flüssigkeit.
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Gemäß einer
Weiterbildung ist die Achse der Drehung zur Hauptflussrichtung parallel,
wodurch sich die zuvor genannten Wirkungen weiter verstärken.
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Gemäß einer
Weiterbildung der Erfindung sind die Mittel dazu ausgebildet, die
Flüssigkeit auf eine wendelförmige, spiralförmige
oder helixförmige Bahn zu zwingen.
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Eine
weitere Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Mittel wenigstens
eine im Strömungskanal angeordnete Wand aufweisen, welche die
Flüssigkeit von ihrer Hauptflussrichtung ablenkt. Auf diese
Weise lässt sich die Flüssigkeit besonders einfach
in Drehung versetzen.
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Wenn
die Wand weiterhin in den Strömungskanal hineinragt und
schräg zur Hauptflussrichtung der Flüssigkeit
angeordnet ist, lässt sich mit einfachen Mitteln erreichen,
dass die Flüssigkeit Bewegungskomponenten quer zur Durchflussrichtung
erhält.
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Mehrere
versetzt zueinander angeordnete Wände bewirken eine Verstärkung
der Ablenkung, sodass sich die die Vorrichtung durchströmende Flüssigkeit
in eine stärkere Drehung versetzen lässt.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Mittel schaufelartig
ausgebildet sind. Dies ermöglicht einen besonders kompakten
Aufbau der Vorrichtung.
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Gemäß einer
weiteren Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Mittel
an die Vorrichtung angespritzt sind. Auf diese Weise lassen sich die
Mittel besonders leicht verwirklichen.
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Eine
weitere Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Strömungskanal
der Vorrichtung in sich verdreht ist, also eine schraubenartige,
wendelartige, spiralartige oder helixartige Struktur aufweist, wodurch
durch die ebenfalls gedreht verlaufenden Seitenwände die
Flüssigkeit in eine Drehung versetzt werden.
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Gemäß einer
Weiterbildung der Erfindung weist der Strömungskanal selbst
eine Helixform auf. Dies bedingt eine besonders starke Drehung der Flüssigkeit.
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Wenn
die Vorrichtung als Einsatz ausgebildet ist, muss an der übrigen
Flüssigkeitsleitung keine konstruktive Veränderung
vorgenommen werden. Darüber hinaus ist die Vorrichtung
gemäß dieser Weiterbildung ggf. nachrüstbar.
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Ein
unabhängiger Gegenstand der Erfindung betrifft eine Verwendung
der zuvor beschriebenen Vorrichtung in einem Kraftstoffeinfüllrohr
eines Kraftfahrzeuges, da sich mit Hilfe der Vorrichtung die eingangs
erwähnten Probleme des schwallartigen Zurückspritzens
von Kraftstoff besonders wirkungsvoll verhindern lässt.
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Ein
weiterer unabhängiger Gegenstand der Erfindung betrifft
eine Verwendung der zuvor beschriebenen Vorrichtung in einem Waschwasser-Vorratsbehälter
eines Kraftfahrzeuges.
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Ein
letzter unabhängiger Gegenstand der Erfindung betrifft
ein Kraftstoffeinfüllrohr eines Kraftfahrzeuges mit einer
zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Gemäß einer
Weiterbildung der Erfindung ist das Kraftstoffeinfüllrohr
einstückig mit der Vorrichtung ausgebildet, sodass das
Kraftstoffeinfüllrohr teilweise bzw. abschnittsweise als
erfindungsgemäße Vorrichtung ausgebildet ist.
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Weitere
Ziele, Merkmale sowie vorteilhafte Anwendungsmöglichkeiten
der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines
Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen. Dabei bilden
sämtliche beschriebenen und/oder bildlich dargestellten
Merkmale in ihrer sinnvollen Kombination den Gegenstand der vorliegenden
Erfindung, auch unabhängig von den Patentansprüchen
und deren Rückbezügen.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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Die
Erfindung wird anhand der Ausführungsbeispiele beschrieben.
Dabei zeigen schematisch:
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1 eine
erfindungsgemäße Vorrichtung in einer ersten Ausführungsform
in perspektivischer Ansicht;
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2 die
Vorrichtung aus 1 in einer Draufsicht;
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3 eine
erfindungsgemäße Vorrichtung in einer zweiten
Ausführungsform sowie
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4 ein
erfindungsgemäßes Kraftstoffeinfüllrohr
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Ausführungsbeispiele
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1 zeigt
ein gestrichelt dargestelltes Kraftstoffeinfüllrohr 2 mit
einer darin eingesetzten erfindungsgemäßen Vorrichtung 4 gemäß einer
ersten Ausführungsform der Erfindung.
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Die
Vorrichtung 4 ist in dem Kraftstoffeinfüllrohr 2 festgelegt.
Hierzu können bekannte Festlegungsmaßnahmen gewählt
werden, beispielsweise ein Formschluss, ein Reibschluss oder ein
Stoffschluss. Auch weitere Befestigungsmittel sind denkbar.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung 4 weist eine
Eingangsöffnung 6 sowie eine Ausgangsöffnung 8 auf.
Die Eingangsöffnung 6 ist einem Tankstutzen des
Kraftstoffeinfüllrohres 2 zugewandt, die Ausgangsöffnung 8 einem
Kraftstoffbehälter. Beim Betanken fließt Kraftstoff 10 somit über
die Eingangsöffnung 6 in die Vorrichtung 4 hinein
und über die Ausgangsöffnung 8 aus der
Vorrichtung hinaus.
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Zwischen
der Eingangsöffnung 6 und der Ausgangsöffnung 8 ist
ein Strömungskanal 12 ausgebildet, in dem der
Kraftstoff 10 in Drehung versetzt wird. Nach dem Verlassen
der erfindungsgemäßen Vorrichtung 4 wird
der Kraftstoff 10 auf einer helixartigen Bahn geführt
und rotiert um eine Drehachse 16. Im gezeigten Ausführungsbeispiel
fällt die Drehachse 16 im Wesentlichen mit einer
Hauptflussrichtung 18 des Kraftstoffes 10 zusammen.
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Die
Drehung des Kraftstoffes 10 um die Drehachse 16 wird
durch innerhalb der Vorrichtung 4 angeordnete Wände 20 bewirkt,
auf die der Kraftstoff 10 beim Eintritt in die Vorrichtung 4 auftrifft
und von den Wänden 20 seitlich abgelenkt wird,
sodass der Kraftstoff 10 einen Impuls senkrecht zur Hauptflussrichtung 18 erhält.
Um den Effekt zu verstärken, sind drei umfangsseitig zueinander
beabstandete Wände 20 vorgesehen.
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Der
Fluss des Kraftstoffes 10 nach Verlassen der Vorrichtung 4 auf
einer wendel-, spiral- oder helixartigen Bahn bewirkt, dass sich
in der Mitte des Kraftstoffeinfüllrohres ein Luftkanal 22 ausbildet, über
den Gase des Tanks nach oben gelangen können, ohne den
Kraftstoff 10 verdrängen zu müssen. Ein
schwallartiges Zurückspritzen von Kraftstoff 10 wird
dadurch verhindert.
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Die
Vorrichtung 4 wird bevorzugt im Bereich eines Einfüllstutzens
des Kraftfahrzeuges vorgesehen.
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2 zeigt
eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Vorrichtung 4.
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Dabei
ist zu erkennen, dass die Wände 20 in den Strömungskanal 12 der
Vorrichtung 4 hineinragen, wobei die Wände 20 senkrecht
zur Hauptflussrichtung 18 angeordnet sind. Die Wände 20 können geeignete
Formen aufweisen, wie die hier dargestellte Schaufelform.
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3 zeigt
eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung 4'. Zur Vereinfachung sind gleichwirkende Bauteile
mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Im
Gegensatz zu dem in den 1 und 2 dargestellten
ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Vorrichtung 2' gemäß der
zweiten Ausführungsform selbst eine in sich verdrehte Form, also
eine spiral- oder wendelförmige beziehungsweise eine Helix-Form,
auf, sodass Seitenwände der Vorrichtung 4' selbst
schräg zur Hauptflussrichtung 18 angeordnet sind
und dadurch einfließenden Kraftstoff in die gewünschte
Drehung versetzen. Die Innenwände 24 der Vorrichtung 4' übernehmen
in dem zweiten Ausführungsbeispiel die Funktion der Wände 20 des
ersten Ausführungsbeispiels gemäß den 1 und 2.
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4 zeigt
ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinfüllrohr 2',
das selbst in sich verdreht ist, um eingefüllten Kraftstoff
in Drehung zu versetzen und auf einer helixartigen Bahn in einen
Kraftstoffbehälter 26 zu leiten.
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- 2,
2'
- Kraftstoffeinfüllrohr
- 4,
4'
- Vorrichtung
- 6
- Eingangsöffnung
- 8
- Ausgangsöffnung
- 10
- Kraftstoff
- 12
- Strömungskanal
- 16
- Drehachse
- 18
- Hauptflussrichtung
- 20
- Wände
- 22
- Luftkanal
- 24
- Innenwände
- 26
- Kraftstoffbehälter
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 6260578 [0007]
- - DE 19912645 C1 [0007]
- - US 5518026 [0007]
- - US 5860458 [0007]
- - DE 2353448 A1 [0009]
- - US 6807952 [0010]