DE102009026222A1

DE102009026222A1 - Ventilanordnung

Info

Publication number: DE102009026222A1
Application number: DE102009026222A
Authority: DE
Inventors: Manfred Schwarzmeier
Original assignee: Woco Industrietechnik GmbH
Current assignee: Woco Industrietechnik GmbH
Priority date: 2009-07-22
Filing date: 2009-07-22
Publication date: 2011-02-17
Anticipated expiration: 2029-07-23
Also published as: DE102009026222B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung zum zumindest zeitweise Verschließen zumindest einer in einer Karosseriekomponente eines Fahrzeugs ausgebildeten Öffnung, umfassend zumindest einen Grundkörper, der zumindest bereichsweise in die Öffnung einsetzbar ist und zumindest ein mit Grundkörper über zumindest eine Verbindungseinrichtung verbindbares Ventilglied, wobei die Verbindungseinrichtung zumindest ein von dem Ventilglied umfasstes erstes Verbindungselement mit zumindest einer ersten Hauptsymmetrieachse und zumindest ein von dem Grundkörper umfasstes zweites Verbindungselement mit zumindest einer zweiten Hauptsymmetrieachse umfasst und das Ventilglied zumindest eine erste Dichtfläche aufweist, die zumindest in einer geschlossenen Position der Ventilanordnung zumindest bereichsweise auf zumindest einer zweiten Dichtfläche des Grundkörpers aufliegt, wobei zumindest in einem im Bezug auf eine auf das Ventilglied wirkende äußere Kraft kraftfreien Zustand des Ventilgliedes eine Normaleinrichtung der ersten Dichtfläche zumindest bereichsweise relativ zu der ersten Hauptsymmetrieachse und/oder zumindest bereichsweise relativ zu der zweiten Hauptsymmetrieachse geneigt ist und/oder eine Normalenrichtung der zweiten Dichtfläche zumindest bereichsweise relativ zu der ersten Hauptsymmetrieachse und/oder zumindest bereichsweise relativ zu der zweiten Hauptsymmetrieachse geneigt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ventilanordnung zum zumindest zeitweise Verschließen zumindest einer in einer Karosseriekomponente eines Fahrzeugs ausgebildeten Öffnung, umfassend zumindest einen Grundkörper, der zumindest bereichsweise in die Öffnung einsetzbar ist und zumindest ein mit dem Grundkörper über zumindest eine Verbindungseinrichtung verbindbares Ventilglied, wobei die Verbindungseinrichtung zumindest ein von dem Ventilglied umfasstes erstes Verbindungselement mit zumindest einer ersten Hauptsymmetrieachse und zumindest ein von dem Grundkörper umfasstes zweites Verbindungselement mit zumindest einer zweiten Hauptsymmetrieachse umfasst und das Ventilglied zumindest eine erste Dichtfläche aufweist, die zumindest in einer geschlossenen Position der Ventilanordnung zumindest bereichsweise auf zumindest einer zweiten Dichtfläche des Grundkörpers aufliegt.
Aus fertigungstechnischen Gründen, beispielsweise um einen Ablauf für Lack während eines Lackierens einer Karosseriekomponente zu ermöglichen, weisen Karosseriekomponenten von Fahrzeugen, insbesondere Kraftfahrzeugen, Öffnungen auf, die einen Hohlraum der Karosseriekomponenten mit der Umgebung verbinden. Um eine Beschädigung der Karosseriekomponente auf der dem Hohlraum zugewandten Seite während eines Betriebs des Fahrzeugs zu vermeiden, sind derartige Öffnungen nach Herstellung der Karosseriekomponente zu verschließen, insbesondere um das Eindringen von Partikeln und/oder Flüssigkeit von außen in den Hohlraum zu vermeiden.
Ein Eindringen derartiger Fremdkörper beziehungsweise Flüssigkeit kann beispielsweise dadurch unterstützt werden, dass sich innerhalb des Hohlraumes ein Unterdruck bildet, beispielsweise dadurch, dass der Hohlraum durch einen Türinnenraum gebildet ist und ein Fenster während der Fahrt des Fahrzeugs geöffnet wird, wobei sich aufgrund der Strömungen an der Fensteröffnung ein Unterdruck innerhalb des Hohlraums bilden würde. Ein permanenter Verschluss könnte jedoch dazu führen, dass sich innerhalb des Hohlraums Kondensationswasser bildet und sammelt, welches die zumeist aus Metall bestehende Karosseriekomponente durch Oxidation angreifen könnte. Deshalb werden üblicherweise derartige Öffnungen mit gattungsgemäßen Ventilanordnungen verschlossen.
Eine gattungsgemäße Ventilanordnung ist beispielsweise aus der DE 10 2007 026 543 A1 , die einen Entwässerungsstopfen offenbart, bekannt. Der Entwässerungsstopfen weist einen Ventilkörper auf, in den eine pilzförmige, flexible Dichtscheibe eingeknöpft ist. Der Ventilkörper wird in eine Öffnung einer Karosserie eingeknöpft und weist Ablaufwege für Flüssigkeit auf, die durch die Dichtscheibe verschlossen werden können. Zur Bereitstellung eines Labyrinthdichtungssystems wird vorgeschlagen, dass die Dichtscheibe zum Inneren des Karosserieteils hin mit einem Abdeckelement bedeckt ist. Nachteilig bei dieser Ventilanordnung ist jedoch, dass vergleichsweise hohe Kräfte notwendig sind, um ein Öffnen der Dichtscheibe zu ermöglichen, um ein Ablaufen von Flüssigkeit aus dem Karosserieteil zu erreichen, da es trotz der Bereitstellung des Labyrinthdichtungssystems notwendig ist, dass eine vergleichsweise hohe Schließkraft der Dichtscheibe bereitgestellt wird, um zu vermeiden, dass von außen Flüssigkeit in das Karosserieteil eindringen kann. Auch führt das zusätzliche Abdeckelement zu einem konstruktiv komplizierten Aufbau der Ventilanordnung. Ein derart konstruktiv komplizierter Aufbau führt zu hohen Herstellungskosten und einer großen Fehleranfälligkeit, was insbesondere für einen Massenartikel nicht gewünscht ist.
Eine weitere gattungsgemäße Ventilanordnung ist beispielsweise aus der WO 2004/076239 A1 , die eine Entwässerungsanordnung für einen Karosseriehohlraum offenbart, bekannt. Diese Ventilanordnung wird beispielsweise in ein Ablaufloch eines Türschwellers eines Kraftfahrzeugs eingesetzt. Die Entwässerungsanordnung umfasst einen Verankerungsabschnitt, mittels dem die Entwässerungsanordnung in dem Ablaufloch fixiert wird. In den Verankerungsabschnitt ist eine Dichtklappe mittels eines Verankerungszapfens eingeknöpft. Die Dichtklappe weist in Bezug auf eine Hauptsymmetrieachse des Verankerungszapfens eine asymmetrische, insbesondere tropfenförmige, Umfangsform auf. Durch diese Maßnahme soll die Dichtwirkung des Dichtelements unter Beibehaltung einer zuverlässigen Entwässerung des Hohlraums verbessert werden. Die asymmetrische Ausgestaltung der Dichtklappe und die dadurch bedingte asymmetrische Ausbildung des Verankerungsabschnitts führt jedoch zu einem aufwendigen Herstellungsprozess, da bei einem Zusammenbau der Entwässerungsanordnung die jeweilige Ausrichtung des Verankerungsabschnitts relativ zu der Dichtklappe beachtet werden muss, was ebenfalls zu einer Erhöhung der Produktionskosten führt.
Schließlich offenbart die DE 198 28 328 A1 eine Stopfenanordnung zum Verschließen von Löchern in der Karosserie von Fahrzeugen, die ebenfalls eine gattungsgemäße Ventilanordnung darstellt. Ein Ventilkörper der Stopfenanordnung umfasst einen hülsenförmigen Abschnitt, der zum Einknöpfen des Ventilkörpers in die Öffnung des Karosserieteils dient. In dem Ventilkörper ist eine Aufnahmeöffnung vorgesehen, in die ein Schaft eines pilzförmigen Ventilstopfens eingeknöpft werden kann. Die Aufnahmeöffnung ist außermittig zu einem Bodenabschnitt des Ventilkörpers angeordnet und der Schaft des Ventilstopfens ist ebenfalls außermittig angeordnet. Durch diese Maßnahmen soll eine Membran des Ventilsstopfens mit einer ausreichenden Federkraft ausgestattet werden können, um ein sicheres Verschließen zu gewährleisten, andererseits soll eine relativ kleine Flüssigkeitsmenge ausreichen, um einen Rand der Membran von einer Dichtkante abzuheben und so ein Ablaufen der Flüssigkeit zu ermöglichen. Auch diese Stopfenanordnung weist den Nachteil auf, dass der Ventilstopfen hinsichtlich seiner Umfangsform relativ zu einem Befestigungselement asymmetrisch auszugestalten ist und somit bei einem Zusammenbau des Ventilkörpers und des Ventilstopfens eine relative Ausrichtung der beiden Elemente zueinander zu beachten ist und sich somit ein komplexer Produktionsprozess der Stopfenanordnung ergibt.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die gattungsgemäße Ventilanordnung derart weiterzuentwickeln, dass die Nachteile des Stands der Technik überwunden werden, insbesondere eine Ventilanordnung bereitgestellt wird, die eine verbesserte Dichtwirkung in dem Sinne aufweist, dass das Eindringen von Flüssigkeit und Fremdkörpern von außen in den Hohlraum vermieden wird und andererseits das Ventil schnellstmöglich geöffnet wird, sobald sich Flüssigkeit in dem Hohlraum sammelt, welches jedoch gleichzeitig einen konstruktiv einfachen und damit kostengünstigen Aufbau aufweist und mittels eines einfachen und damit kostengünstigen Herstellungsverfahrens herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zumindest in einem im Bezug auf eine auf das Ventilglied wirkende äußere Kraft kraftfreien Zustand des Ventilgliedes eine Normalenrichtung der ersten Dichtfläche zumindest bereichsweise relativ zu der ersten Hauptsymmetrieachse und/oder zumindest bereichsweise relativ zu der zweiten Hauptsymmetrieachse geneigt ist und/oder eine Normalenrichtung der zweiten Dichtfläche zumindest bereichsweise relativ zu der ersten Hauptsymmetrieachse und/oder zumindest bereichsweise relativ zu der zweiten Hauptsymmetrieachse geneigt ist.
Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass der Grundkörper in der Öffnung mittels Einclipsen, Einstecken, Einschrauben, Verschrauben, Verkleben, Verschweißen und/oder Einrasten einsetzbar und/oder fixierbar ist.
Auch wird mit der Erfindung vorgeschlagen, dass das Ventilglied zumindest bereichsweise eine größere Elastizität als der Grundkörper aufweist und/oder zumindest in der geschlossenen Position der Ventilanordnung die erste Dichtfläche zumindest bereichsweise unter Vorspannung auf der zweiten Dichtfläche aufliegt, wobei vorzugsweise zumindest ein Betrag der Vorspannung über einen Umfang der ersten Dichtfläche und/oder der zweiten Dichtfläche variiert.
Weiterhin kann eine erfindungsgemäße Ventilanordnung dadurch gekennzeichnet sein, dass das Ventilglied zumindest eine Ventilmembran umfasst, wobei vorzugsweise die erste Dichtfläche zumindest bereichsweise eine Randfläche und/oder Randkante der Ventilmembran umfasst, die Ventilmembran relativ zu der ersten Hauptsymmetrieachse konvex gewölbt ist und/oder zumindest bereichsweise eine meniskenförmige Querschnittform aufweist.
Bevorzugt ist ferner, dass das Ventilglied, insbesondere die Ventilmembran, im Bezug auf die erste Hauptsymmetrieachse, insbesondere in einer Ebene senkrecht zu der ersten Hauptsymmetrieachse, und/oder einer Ebene der ersten Dichtfläche zumindest bereichsweise eine im wesentlichen symmetrische, insbesondere radialsymmetrische, spiegelsymmetrische und/oder punktsymmetrische, Umfangsform aufweist.
Auch wird mit der Erfindung vorgeschlagen, dass die Ventilmembran in zumindest eine Raumrichtung zumindest bereichsweise einen unstetigen Dickenverlauf, insbesondere durch Ausbildung von Dünnstellen, ausweist, wobei die Raumrichtung insbesondere von der ersten Hauptsymmetrieachse ausgehend nach radial außen und/oder entlang einem Umfang um die Hauptsymmetrieachse verläuft.
Besonders bevorzugt ist, dass das erstes Verbindungselement zumindest eine erste Aussparung und das zweite Verbindungselement zumindest ein in der ersten Aussparung zumindest bereichsweise aufnehmbares, erstes Glied umfasst und/oder das zweite Verbindungselement zumindest eine zweite Aussparung und das erste Verbindungselement zumindest ein in der zweiten Aussparung zumindest bereichsweise aufnehmbares, zweites Glied umfasst, wobei das erste Glied in der ersten Ausnehmung und/oder das zweite Glied in der zweiten Ausnehmung mittels Einclipsen, Einrasten, Einschrauben, Einstecken, Verkleben und/oder Verschweißen fixierbar ist und/oder zumindest einen Stift und/oder zumindest einen Schaft umfasst.
Für die vorgenannte Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass das erste Glied und/oder das zweite Glied zumindest bereichsweise zylinderförmige, stabförmige und/oder quaderförmig ausgebildet ist bzw. sind und/oder zumindest bereichsweise eine kreisförmige, elliptische, dreieckförmige, quadratische und/oder mehreckförmige Querschnittsform aufweist und/oder die erste Aussparung zumindest bereichsweise eine zu dem ersten Glied und/oder die zweite Aussparung zumindest bereichsweise eine zu dem zweiten Glied komplementäre, insbesondere zylindermantelförmige und/oder quadermantelförmige, Innenkontur aufweist bzw. aufweisen.
Bei den beiden vorgenannten Ausführungsformen kann auch vorgesehen sein, dass die erste Hauptsymmetrieachse durch eine Symmetrieachse, insbesondere Längsmittelachse, der ersten Aussparung und/oder des zweiten Gliedes und/oder die zweite Hauptsymmetrieachse durch eine Symmetrieachse, insbesondere Längsmittelachse, des ersten Gliedes und/oder der zweiten Aussparung festgelegt ist bzw. sind.
Alternativ oder ergänzend wird mit der Erfindung vorgeschlagen, dass das Ventilglied zumindest bereichsweise eine pilzförmige Querschnittsform aufweist, insbesondere das zweite Glied einen Pilzstiel und die Ventilmembran einen Pilzkopf bildet.
Schließlich kann eine erfindungsgemäße Ventilanordnung gekennzeichnet sein durch zumindest ein mit dem Grundkörper verbindbares Abdeckelement, wobei vorzugsweise mittels des Abdeckelements das Ventilglied zumindest bereichsweise überdeckbar ist, und/oder das Abdeckelement vorzugsweise auf einer einer Außenseite der Karosseriekomponente zugewandeten und/oder einem Hohlraum der Karosseriekomponente abgewandten Seite des Ventilanordnung anordbar ist.
Der Erfindung liegt somit die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass auf konstruktiv einfacher Weise und ohne einen Herstellungsprozess der Ventilanordnung zu verkomplizieren eine gattungsgemäße Ventilanordnung derartig verbessert werden kann, dass ein Schalten der Ventilanordnung zwischen einer Geschlossenstellung, in der ein Eindringen von Fremdkörpern und Flüssigkeit von außen einen durch die Ventilanordnung verschließbaren Hohlraum verhindert wird, und einer Öffnungsposition, in der das Abfließen von Flüssigkeit aus dem Hohlraum ermöglicht wird, sensibler beziehungsweise schneller folgen kann, dass heißt ein Druckbereich, der innerhalb des Hohlraums aufgebaut werden muss, um das Ventil in eine Öffnungsposition zu überführen um das Ablaufen von Flüssigkeit zu ermöglichen, verringert werden kann, ohne dass der Druckbereich, der notwendig ist, um ein sicheres Verschließen der Ventilanordnung zum Verhindern des Eindringens von Flüssigkeit und Fremdkörper von außen sicherzustellen, sich verändert, indem ein Ventilglied der Ventilanordnung, welches in Bezug auf eine Hauptsymmetrieachse eines Verbindungselements zur Verbindung des Ventilglieds mit einem Grundkörper eine im wesentlichen symmetrische Umgangsform aufweist, beziehungsweise der Grundkörper eine asymmetrische Form aufweist, insbesondere eine Dichtfläche des Ventilglieds beziehungsweise eine Dichtfläche des Grundkörpers relativ zu den Hauptsymmetrieachsen der jeweiligen Verbindungselemente verkippt ist. Das Ventilglied liegt in der geschlossenen Position der Ventilanordnung zumindest bereichsweise auf der Oberfläche des Grundkörpers unter einer Vorspannung auf und aufgrund der Verkippung der Dichtflächen relativ zu den Hauptsymmetrieachsen der Verbindungselemente ist diese Vorspannung jedoch asymmetrisch über den Umfang der jeweiligen Dichtfläche verteilt. Durch diese Schrägstellung der Dichtflächen wird die Vorspannung partiell reduziert und insbesondere in diesem Bereich wird ein vergleichsweise leichtes Abheben des Ventilglieds von dem Grundkörper ermöglicht, um einen Ablauf von Flüssigkeit aus dem Hohlraum zu ermöglichen. Hierbei kann auch eine nur abschnittsweise Schrägstellung der Dichtflächen relativ zueinander erfolgen, während die Dichtflächen ansonsten parallel zueinander ausgerichtet sind. Auch kann die Schrägstellung zumindest einer Dichtfläche durch Ausbildung einer Wölbung, beispielsweise auf einem Boden des Grundkörpers, erreicht werden. Somit erfolgt ein Öffnen der Ventilanordnung in diesem Bereich leichter als in anderen Bereichen der Dichtfläche. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass eine Vorspannung des Ventilgliedes auf dem Grundkörper zumindest in einem Bereich der Dichtfläche einen vorbestimmten Wert nicht übersteigt, um ein leichtes Öffnen des Ventilglieds zu ermöglichen.
Grundsätzlich erfolgt eine Öffnung der Ventilanordnung dadurch, dass durch die Flüssigkeit, die sich in dem Hohlraum bzw. dem Grundkörper sammelt, auf das Ventilglied ein statischer Druck ausgeübt wird, welcher ab einer bestimmten Wassersäule das Ventilglied öffnen soll. Das Ablauf- beziehungsweise Öffnungsverhalten der Ventilanordnung wird im Wesentlichen durch die Flexibilität des Ventilglieds, insbesondere einer Shore-Härte eines Pilzventils, eine Wandstärke beziehungsweise einen Durchmesser des Ventilglieds beziehungsweise Pilzventils und/oder eine Vorspannung des Ventilglieds beziehungsweise des Pilzventils auf den Grundkörper festgelegt.
Diese Größen unterliegen jedoch aufgrund von Material- und Geometrietoleranzen Schwankungen, die das Öffnungsverhalten der Ventilanordnung vergleichsweise stark beeinflussen können. So führen insbesondere große Vorspannungen und Toleranzen dazu, dass ein Öffnen der Ventilanordnung schwergängig erfolgt und somit ein sicheres Ablaufen von Flüssigkeit aus dem Hohlraum nicht sichergestellt ist. Durch die Ausnutzung der Asymmetrie der Dichtflächen, beziehungsweise der sich daraus ergebenden asymmetrischen Verteilung eines Vorspannung des Ventilglieds auf dem Grundkörper, wird sichergestellt, dass zumindest in einem Bereich der Dichtfläche das Ventilglied eine gewünschte Vorspannung aufweist, so dass zumindest in diesem Bereich des Ventilglieds das gewünschte Öffnungsverhalten der Ventilanordnung vorliegt.
Erfindungsgemäß wird auch toleriert, dass sich aufgrund einer geringen Vorspannung sogar ein kleiner Spalt zwischen der Dichtfläche des Ventilglieds und der Dichtfläche des Grundkörpers bildet. Aufgrund der Dimensionen von Flüssigkeitstropfen bleiben Flüssigkeitstropfen zunächst in diesem Spalt „hängen” und verschließen somit die Ventilanordnung. Umgekehrt führen jedoch Luftströmungen, die sich aufgrund der Ausbildung eines Unterdrucks innerhalb des Hohlraumes ergeben können, dazu, dass der Spalt sich im Wesentlichen instantan durch die Beschleunigung der Luftströmungen im Bereich des Spaltes und der daraus entstehenden Schließkräfte schließt. So wird verhindert, dass durch eine Lüftströmung entgegen einer Entwässerungsrichtung, beispielsweise bei einer Regenfahrt, Wasser in den Hohlraum eingetragen werden kann. Diese Luftströmung bewirkt bei Ausbildung des Spalts eine Schließkraft. Insbesondere ist hierbei vorteilhaft, dass das Ventilglied in seinem Randbereich eine vergleichsweise geringe Dicke aufweist, um sicherzustellen, dass der dünnwandige Bereich schnell an die Dichtfläche des Grundkörpers angesogen wird.
Eine erfindungsgemäße Einstellung der Vorspannung einer Dichtfläche des Ventilglieds auf einer Dichtfläche des Grundkörpers kann noch dadurch unterstützt werden, dass eine Dicke bzw. Wandstärke des Ventilglieds unstetig ausgebildet sein kann. Unter einer Unstetigkeit im Sinne der Erfindung wird verstanden, dass die Dicke bzw. Wandstärke des Ventilglieds in eine gleichbleibende Raumrichtung, beispielsweise eine radiale Richtung der Hauptsymmetrieachse des Verbindungselementes des Ventilglieds oder eine Umfangslinie zu dieser Hauptsymmetrieachse, nicht konstant ist bzw. nicht kontinuierlich zunimmt oder kontinuierlich abnimmt sondern zumindest einen Bereich aufweist, in dem die Dicke oder Wandstärke abnimmt und anschließend wieder zunimmt, also die Ableitung der Dicke bzw. Wandstärke entlang der gewählten Raumrichtung zumindest ein Maximum bzw. Minimum aufweist. Insbesondere kann diese Unstetigkeit durch eine partielle Reduzierung der Wandstärke bzw. Dicke und damit einen unstetigen Wandstärkenverlauf bzw. Dickenverlauf des Ventilglieds insbesondere Pilzventils erreicht werden. Durch diese Unstetigkeiten kann somit die Vorspannung der Dichtflächen aufeinander gezielt weitergehend beeinflusst werden.
Durch diese konstruktiven Maßnahmen gemäß der Erfindung wird sichergestellt, dass die Ventilanordnung es ermöglicht, dass ein Hohlraum des Karosserieteils quasi leerlaufen kann, insbesondere keine nennenswerte Wassersäule in dem Hohlraum bzw. Ventilanordnung verbleiben kann, jedoch gleichzeitig ein Eindringen von Flüssigkeit und Fremdkörpern in das Innere des Hohlraums effektiv verhindert wird. Darüber hinaus weist die erfindungsgemäße Ventilanordnung eine im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Ventilanordnung geringe Bauhöhe auf, was sich positiv auf die Akzeptanz des erfindungsgemäßen Ventilanordnung auswirkt, da möglicherweise nur ein sehr begrenzter Bauraum für Wasserablauftüllen bzw. Wasserablaufventile, wie gattungsgemäße Ventilanordnungen auch bezeichnet werden, vorliegen. Durch die erfindungsgemäße Ventilanordnung werden insbesondere die Nachteile des Stands der Technik, die sich daraus ergeben, dass eine gattungsgemäße Ventilanordnung aufgrund von zu großen Toleranzen eine zu große Öffnungskraft benötigt, vermieden. Gleichzeitig wird sichergestellt, dass beispielsweise bei einer Regenfahrt durch einen Unterdruck innerhalb des Kfz-Innenraums bzw. Hohlraumes Flüssigkeit in den Hohlraum eingesogen wird.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand von schematischen Zeichnungen erläutert sind.
Dabei zeigt:
1 eine perspektivische Aufsicht auf eine Unterseite einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ventilanordnung;
2 eine perspektivischen Querschnittsansicht der Ventilanordnung der 1 mit einem Abdeckelement;
3 eine Querschnittsansicht eines Ventilglieds der Ventilanordnung der 1;
4 eine Querschnittsansicht des Grundkörpers der Ventilanordnung der 1;
5 eine Querschnittsansicht der Ventilanordnung der 1 in einem zusammengebauten Zustand des Ventilglieds der 3 und des Grundkörpers der 4;
6 eine Querschnittsansicht eines Ventilglieds gemäß einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ventilanordnung;
7 eine Querschnittsansicht eines Grundkörpers der zweiten Ausführungsform der Ventilanordnung;
8 eine Querschnittsansicht der Ventilanordnung gemäß der zweiten Ausführungsform in einem zusammengebauten Zustand des Ventilglieds der 6 und des Grundkörpers der 7;
9a eine graphische Darstellung der für den jeweiligen Betriebszustand der Ventilanordnung notwendigen Drücke gemäß einer Ventilanordnung gemäß dem Stand der Technik; und
9b eine graphische Darstellung gemäß der 9a für eine Ventilanordnung gemäß der Erfindung.
In 1 ist eine perspektivische Aufsicht auf eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ventilanordnung 1 dargestellt. Die Ventilanordnung 1 umfasst einen Grundkörper 3 und ein mit dem Grundkörper verbundenes Ventilglied 5, das in Form eines Pilzventils ausgebildet ist.
In 2 ist eine perspektivische Querschnittsansicht der Ventilanordnung 1 der 1 dargestellt. Der Grundkörper 3 umfasst Clipselemente 7, mittels der die Ventilanordnung 1, insbesondere der Grundkörper 3, in einer Öffnung 9 eines Karosseriebleches 11 eingeklipst werden kann. Das Karosserieblech 11 ist insbesondere Teil einer Karosseriekomponente, wie einer Fahrzeugtür, insbesondere ist das Karosserieblech 11 Teil eines Türschwellers. Durch das Karosserieblech 11 wird ein Innenraum 13 der Karosseriekomponente begrenzt, in die das Clipselement 7 hineinragt. Der Grundkörper 3 ist somit in die Öffnung 9 eingesetzt und überdeckt diese im Wesentlichen vollständig.
In dem Grundkörper 3 ist eine Auslassbohrung 15 ausgebildet, die mittels des Ventilgliedes 5 wahlweise geöffnet und geschlossen werden kann. Sammelt sich innerhalb des Hohlraums 13 Flüssigkeit an, so bewirkt die dadurch aufgebaute Wassersäule, dass das Ventilglied 5 öffnet und so die Flüssigkeit durch den Grundkörper 3 aus dem Hohlraum 13 austreten kann. In der in 2 dargestellten, geschlossenen Position des Ventilglieds 5 ist die Auslassbohrung 15 jedoch geschlossen und so wird verhindert, dass Flüssigkeit oder Verunreinigungen von Außen in den Hohlraum 13 eintreten können.
Um das Ventilglied 5 vor mechanischen, äußeren Einflüssen zu schützen, ist innerhalb des Grundkörpers 3 darüber hinaus ein Abdeckelement 17 auf der dem Ventilglied 5 zugewandten Seite angeordnet. Insbesondere ist das Abdeckelement 17 auf einer dem Hohlraum 13 abgewandten Seite des Karosserieblechs 11, also auf einer Außenseite des Karosserieblechs 11, angeordnet.
In 3 ist eine Querschnittsansicht des Ventilglieds 5 der Ventilanordnung 1 dargestellt. Das Ventilglied 5 ist als Pilzventil ausgebildet und umfasst insbesondere ein erstes Verbindungselement in Form eines schaftförmigen Glieds 19 sowie eine Ventilmembran 21. Das Glied 19 ist im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet und weist eine Längsmittelachse L₁ auf. Darüber hinaus sind an dem Glied 19 Auswölbungen 23 ausgebildet, die es ermöglichen, dass das Ventilglied 5 in eine Aussparung, die in dem Grundkörper 3 ausgebildet ist, eingeknöpft und so fixiert werden kann, wie insbesondere aus 2 ersichtlich. Die Längsmittelachse L₁ legt eine erste Hauptsymmetrieachse des Ventilglieds 5 fest. Das Ventilglied 5 ist im Wesentlichen rotationssymmetrisch zu der ersten Hauptsymmetrieachse bzw. Längsmittelachse L₁ ausgebildet. Durch Randbereiche der Ventilmembran 21 wird eine erste Dichtfläche 25 festgelegt. Die erste Dichtfläche 25 liegt in einer geschlossenen Position der Ventilanordnung auf einer später erläuterten zweiten Dichtfläche des Grundkörpers 3 auf und weist eine im Wesentlichen kreisförmige Umfangsform relativ zu der Längsmittelachse L₁ auf. Bei dem Ventilglied 5 ist die Flächennormale der ersten Dichtfläche 25 parallel zu der Längsmittelachse L₁ ausgerichtet.
In 4 ist eine Querschnittsansicht des Grundkörpers 3 der Ventilanordnung 1 dargestellt. Wie 4 zu entnehmen ist, umfasst der Grundkörper 3 ein zweites Verbindungselement in Form einer Bohrung 27, die zur Aufnahme des Glieds 19 dient. Das Glied 19 und die Bohrung 27 bilden somit gemeinsam eine Verbindungseinrichtung.
Die Bohrung 27 weist eine Längsmittelachse L₂ auf. Bei einem Einsetzen des Ventilglieds 5 in den Grundkörper 3 sind die Längsmittelachsen L₁ und L₂ parallel zueinander ausgerichtet, fallen insbesondere zusammen. Durch eine Oberfläche 29 des Grundkörpers 3 wird eine zweite Dichtfläche 31, auf die die erste Dichtfläche 25 in einer geschlossenen Position der Ventilanordnung 1 zumindest bereichsweise aufliegt, bereitgestellt. Wie 4 jedoch zu entnehmen ist, ist eine Normalenrichtung der Dichtfläche 31 zu der Längsmittelachse L₂ bzw. der zweiten Hauptsymmetrieachse geneigt, schließt insbesondere einen Winkel α mit der Längsmittelachse L₂ ein.
In 5 ist eine Querschnittsansicht der Ventilanordnung 1 in einem Zustand, in dem das Ventilglied 5 in dem Grundkörper 3 eingesetzt ist, dargestellt. Wie sich insbesondere aus 3 ergibt, weist das Ventilglied 5 eine konvex gewölbte Ventilmembran 21 auf. Durch diese konvexe Wölbung der Ventilmembran 21 wird eine Vorspannung zwischen der ersten Dichtfläche und der zweiten Dichtfläche aufgebaut, um sich die Ventilanordnung 1 in einer geschlossenen Position befindet, wie sie in 5 dargestellt ist. Aufgrund der Tatsachen, dass jedoch die erste Dichtfläche 25 zu der zweiten Dichtfläche 31 geneigt ist, bilden sich Bereiche unterschiedlicher Vorspannung aus. So ist in einem Bereich A die Vorspannung zwischen der ersten Dichtfläche 25 und der zweiten Dichtfläche 31 vergleichsweise höher als in einem Bereich B, in dem ein Abstand zwischen der Oberfläche 29 und der Ventilmembran 21, also zwischen der ersten Dichtfläche 25 und der zweiten Dichtfläche 31, besteht. Die Vorspannung ist somit asymmetrisch über den Umfang der ersten und zweiten Dichtfläche 25 bzw. 31 verteilt. Bildet sie sich nun eine Wassersäule innerhalb des Hohlraums 13 aus, so kann das Wasser entweder durch den Spalt im Bereich B direkt ablaufen oder es ist nur eine geringe Wassersäule notwendig, um das Ventilglied 5 im Bereich B so auszulenken, dass Flüssigkeit aus dem Hohlraum 13 abfließen kann. Hingegen wäre eine größere Flüssigkeitssäule notwendig, um das Ventilglied 5, insbesondere die Ventilmembran 21, im Bereich A soweit auszulenken, dass die Flüssigkeit in einem Bereich zwischen der ersten Dichtfläche 25 oder zweiten Dichtfläche 31 austreten kann.
Gleichzeitig wird jedoch auch sichergestellt, dass ein Eintritt von Schmutzpartikeln oder Flüssigkeit von außerhalb des Hohlraums 13 durch die Öffnung 15 in das Innere des Hohlraums 13 verhindert wird. So wird in dem Fall, indem sich innerhalb des Hohlraums 13 ein Unterdruck ausbildet, die Ventilmembran 21 im Bereich B aufgrund der durch das Druckgefälle entstehenden Luftströmung an die Oberfläche 29 angesaugt, so dass die Dichtflächen 25 und 31 auch im Bereich B aufeinander aufliegen.
Grundsätzlich wird die Vorspannung des Ventilglieds 5 durch die Elastizität des Ventilglieds 5, insbesondere die Shore-Härte, eingestellt. Das Ventilglied 5 weist insbesondere eine höhere Flexibilität als der Grundkörper 3 auf. Darüber hinaus wird die Vorspannung durch eine Dicke d der Ventilmembran 21 eingestellt. Um eine zusätzliche Anpassung der Vorspannung vorzunehmen, ist vorgesehen, dass in der Ventilmembran 21 die Unstetigkeiten 33 ausgebildet sind. Die Unstetigkeit 33 besteht darin, dass die Dicke d der Membran 21 in diesem Bereich ausgehend von der Längsmittelachse L₁ zum Rand der Ventilmembran 21 lokal abnimmt und anschließend wieder zunimmt. Die Ventilmembran, deren Unstetigkeit 33 besteht zusätzlich zu der symmetrischen Ausgestaltung der Dicke d, die grundsätzlich ausgehend von der Längsmittelachse L₁ zum Rand der Ventilmembran 21 kontinuierlich abnimmt.
In den 6 bis 8 ist eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ventilanordnung 1' dargestellt. Diejenigen Elemente der Ventilanordnung 1' die denjenigen der Ventilanordnung 1 entsprechen, tragen die gleichen Bezugszeichen, allerdings einfach gestrichen.
Im Gegensatz zu der Ventilanordnung 1 wird in der Ventilanordnung 1' ein geometrisch anders ausgestalteter Grundkörper 3' und ein geometrisch anders ausgestaltetes Ventilglied 5' eingesetzt. Wie 6 zu entnehmen ist, ist im Gegensatz zu dem Ventilglied 5 bei dem Ventilglied 5' eine Normalenrichtung der ersten Dichtfläche 25' relativ zu der Längsmittelachse L_1' geneigt, und zwar um den Winkel α'. Im Gegensatz dazu ist bei dem Grundkörper 3' eine Normalenrichtung der zweiten Dichtfläche 31' parallel zu einer Längsmittelachse L_2', also die zweite Dichtfläche 31', nicht geneigt im Vergleich zu dem Grundkörper 3'.
Wie 8 zu entnehmen ist, wird durch diese Neigung der ersten Dichtfläche 25' relativ zu der Hauptsymmetrieachse des Ventilglieds 5' der ähnliche Effekt, wie bei dem Ventilglied 5 bzw. dem Grundkörper 3 der Ventilanordnung 1 erzielt. So liegt die Dichtfläche 25' in einem Bereich A' unter einer höheren Vorspannung auf der zweiten Dichtfläche 31' auf im Vergleich zu einem Bereich B', in dem ein Abstand zwischen der ersten Dichtfläche 25' und der zweiten Dichtfläche 31' besteht.
Der durch die erfindungsgemäße Asymmetrie der Vorspannung zwischen der ersten und zweiten Dichtfläche hervorgehobene technische Effekt wird nun anhand der 9a und 9b erläutert. In der 9a ist für eine Serie von Ventilanordnungen ein Druck, der auf ein Ventilglied einer Ventilanordnung gemäß dem Stand der Technik wirkt für 3 Schaltpunkte S₁, S₂ und S₃ die zu unterschiedlichen Zeitpunkten t wirken, dargestellt. Ein Druck p₀ bedeutet, dass auf das Ventilglied kein Druck wirkt. Für Drücke, die größer als p₁ sind, befinden sich alle Ventilanordnungen der Serie in einem offenen Zustand, während für Drücke die kleiner als p₂ sind, sich alle Ventilanordnungen der Serie in einer geschlossenen Position befinden. Für die dargestellten Schaltpunkte S₁ und S₃ befinden sich alle Ventilanordnungen der Serie in einem geschlossenen Zustand, während sich alle Ventilanordnungen im Schaltpunkt S₂ in einem offenen Zustand befinden. Der Zwischenbereich zwischen den Drücken p₁ und p₂ ergibt sich aus einer Betrachtung einer Serie der entsprechenden Ventilanordnungen, bei denen sich aufgrund von Geometrie und Werkstofftoleranzen unterschiedliche Vorspannungen des Ventilglieds auf dem Grundkörper ergeben. In diesem Bereich befinden sich nicht alle Ventilanordnungen der gesamten Serie in einem offenen oder einem geschlossenen Zustand sondern einige in einem offenen und einige in einem geschlossenen Zustand.
In 9b ist ähnlich der 9a aufgezeigt, ab welchen Drücken bei einer Ventilanordnung gemäß der Erfindung von einem offenen und einem geschlossenen Zustand ausgegangen werden kann. Wie sich aus einem Vergleich der 9a und 9b ergibt, ist bei der erfindungsgemäßen Ventilanordnung, wenn man eine Vielzahl von Ventilanordnungen betrachtet, bei einem im Vergleich zum Druck p₁ geringeren Druck p_1' von einer offenen Stellung des Ventils auszugehen, im Gegensatz zu aus dem Stand der Technik bekannten Ventilanordnungen. Also bei diesem Druck p_1' befinden sich alle Ventilanordnungen der Serie in einem offenen Zustand. Jedoch hat sich der Druck p_2', ab dem von einem geschlossenen Zustand der Ventilanordnung ausgegangen werden kann, nicht wesentlich verschoben im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Ventilanordnungen. Dies bedeutet, dass durch die erfindungsgemäße Ventilanordnung ein sicheres Öffnen des Ventils bei einer vergleichsweisen geringen Flüssigkeitssäule innerhalb des Hohlraumes 13 sichergestellt werden kann, so dass eine Ansammlung von übermäßigen Mengen an Flüssigkeit innerhalb des Hohlraums vermieden werden kann.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Ansprüchen sowie in den Zeichnungen offenbarte Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination wesentlich für die Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen sein.
Bezugszeichenliste

1, 1': Ventilanordnung
3, 3': Grundkörper
5, 5': Ventilglied
7, 7': Clipselement
9: Öffnung
11: Karosserieblech
13: Innenraum
15, 15': Auslassbohrung
17, 17': Abdeckelement
19, 19': Glied
21, 21': Ventilmembran
23, 23': Auswölbung
25, 25': Dichtfläche
27, 27': Bohrung
29, 29': Oberfläche
31, 31': Dichtfläche
33, 33': Unstetigkeit
L1, L2, L1', L2': Längsmittelachse
α, α': Winkel
A, B, A', B': Bereich
d: Dicke
S1, S2, S3, S1', S2', S3': Schaltpunkt
p0, p1, p1', p2, p2': Druck

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 102007026543 A1 [0004]
- WO 2004/076239 A1 [0005]
- DE 19828328 A1 [0006]

Claims

Ventilanordnung (1, 1') zum zumindest zeitweise Verschließen zumindest einer in einer Karosseriekomponente (11) eines Fahrzeugs ausgebildeten Öffnung (9), umfassend zumindest einen Grundkörper (3, 3'), der zumindest bereichsweise in die Öffnung (9) einsetzbar ist und zumindest ein mit dem Grundkörper (3, 3') über zumindest eine Verbindungseinrichtung (19, 19', 27, 27') verbindbares Ventilglied (5, 5'), wobei die Verbindungseinrichtung zumindest ein von dem Ventilglied (5, 5') umfasstes erstes Verbindungselement (19, 19') mit zumindest einer ersten Hauptsymmetrieachse (L₁, L_1') und zumindest ein von dem Grundkörper (3, 3') umfasstes zweites Verbindungselement (27, 27') mit zumindest einer zweiten Hauptsymmetrieachse (L₂, L_2') umfasst und das Ventilglied (5, 5') zumindest eine erste Dichtfläche (25, 25') aufweist, die zumindest in einer geschlossenen Position der Ventilanordnung (1, 1') zumindest bereichsweise auf zumindest einer zweiten Dichtfläche (31, 31') des Grundkörpers aufliegt, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in einem im Bezug auf eine auf das Ventilglied (5, 5') wirkende äußere Kraft kraftfreien Zustand des Ventilgliedes (5, 5') eine Normalenrichtung der ersten Dichtfläche (25, 25') zumindest bereichsweise relativ zu der ersten Hauptsymmetrieachse (L₁, L_1') und/oder zumindest bereichsweise relativ zu der zweiten Hauptsymmetrieachse (L₂, L_2') geneigt ist und/oder eine Normalenrichtung der zweiten Dichtfläche (31, 31') zumindest bereichsweise relativ zu der ersten Hauptsymmetrieachse (L₁, L_1') und/oder zumindest bereichsweise relativ zu der zweiten Hauptsymmetrieachse (L₂, L_2') geneigt ist.
Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (3, 3') in der Öffnung (9) mittels Einclipsen, Einstecken, Einschrauben, Verschrauben, Verkleben, Verschweißen und/oder Einrasten einsetzbar und/oder fixierbar ist.
Ventilanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilglied (5, 5') zumindest bereichsweise eine größere Elastizität als der Grundkörper (3, 3') aufweist und/oder zumindest in der geschlossenen Position der Ventilanordnung die erste Dichtfläche (25, 25') zumindest bereichsweise unter Vorspannung auf der zweiten Dichtfläche (31, 31') aufliegt, wobei vorzugsweise zumindest ein Betrag der Vorspannung über einen Umfang der ersten Dichtfläche (25, 25') und/oder der zweiten Dichtfläche (31, 31') variiert.
Ventilanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilglied (5, 5') zumindest eine Ventilmembran (21, 21') umfasst, wobei vorzugsweise die erste Dichtfläche (25, 25') zumindest bereichsweise eine Randfläche und/oder Randkante der Ventilmembran (21, 21') umfasst, die Ventilmembran (21, 21') relativ zu der ersten Hauptsymmetrieachse (L₁, L_1') konvex gewölbt ist und/oder zumindest bereichsweise eine meniskenförmige Querschnittform aufweist.
Ventilanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilglied (5, 5'), insbesondere die Ventilmembran (21, 21'), im Bezug auf die erste Hauptsymmetrieachse (L₁, L_1'), insbesondere in einer Ebene senkrecht zu der ersten Hauptsymmetrieachse (L₁, L_1'), und/oder einer Ebene der ersten Dichtfläche (25, 25') zumindest bereichsweise eine im wesentlichen symmetrische, insbesondere radialsymmetrische, spiegelsymmetrische und/oder punktsymmetrische, Umfangsform aufweist.
Ventilanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilmembran (21, 21') in zumindest eine Raumrichtung zumindest bereichsweise einen unstetigen Dickenverlauf, insbesondere durch Ausbildung von Dünnstellen (33, 33'), ausweist, wobei die Raumrichtung insbesondere von der ersten Hauptsymmetrieachse (L₁, L_1') ausgehend nach radial außen und/oder entlang einem Umfang um die Hauptsymmetrieachse (L₁, L_1') verlauft.
Ventilanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erstes Verbindungselement zumindest eine erste Aussparung und das zweite Verbindungselement zumindest ein in der ersten Aussparung zumindest bereichsweise aufnehmbares, erstes Glied umfasst und/oder das zweite Verbindungselement zumindest eine zweite Aussparung (27, 27') und das erste Verbindungselement zumindest ein in der zweiten Aussparung (27, 27') zumindest bereichsweise aufnehmbares, zweites Glied (19, 19') umfasst, wobei das erste Glied in der ersten Ausnehmung und/oder das zweite Glied (19, 19') in der zweiten Ausnehmung (27, 27') mittels Einclipsen, Einrasten, Einschrauben, Einstecken, Verkleben und/oder Verschweißen fixierbar ist und/oder zumindest einen Stift und/oder zumindest einen Schaft umfasst.
Ventilanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Glied und/oder das zweite Glied (19, 19') zumindest bereichsweise zylinderförmige, stabförmige und/oder quaderförmig ausgebildet ist bzw. sind und/oder zumindest bereichsweise eine kreisförmige, elliptische, dreieckförmige, quadratische und/oder mehreckförmige Querschnittsform aufweist und/oder die erste Aussparung zumindest bereichsweise eine zu dem ersten Glied und/oder die zweite Aussparung (27, 27') zumindest bereichsweise eine zu dem zweiten Glied (19, 19') komplementäre, insbesondere zylindermantelförmige und/oder quadermantelförmige, Innenkontur aufweist bzw. aufweisen.
Ventilanordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Hauptsymmetrieachse durch eine Symmetrieachse, insbesondere Längsmittelachse (L₁, L_1'), der ersten Aussparung und/oder des zweiten Gliedes (19, 19') und/oder die zweite Hauptsymmetrieachse durch eine Symmetrieachse, insbesondere Längsmittelachse (L₂, L_2'), des ersten Gliedes und/oder der zweiten Aussparung (27, 27') festgelegt ist bzw. sind.
Ventilanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilglied (5, 5') zumindest bereichsweise eine pilzförmige Querschnittsform aufweist, insbesondere das zweite Glied (19, 19') einen Pilzstiel und die Ventilmembran (21, 21') einen Pilzkopf bildet.
Ventilanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest ein mit dem Grundkörper (3, 3') verbindbares Abdeckelement (17, 17'), wobei vorzugsweise mittels des Abdeckelements (17, 17') das Ventilglied (5, 5') zumindest bereichsweise überdeckbar ist, und/oder das Abdeckelement (17, 17') vorzugsweise auf einer einer Aussenseite der Karosseriekomponente zugewandeten und/oder einem Hohlraum der Karosseriekomponente abgewandten Seite des Ventilanordnung (1, 1') anordbar ist.