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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ventilvorrichtung, insbesondere ein Rücklaufsperrventil, für ein Kraftfahrzeug. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Fluid-Speichereinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Ventilvorrichtung.
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Herkömmliche Ventilvorrichtungen kommen häufig in Kraftfahrzeugen zum Einsatz, wenn beispielsweise ein Ölmodul einer Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs mit Öl befüllt werden soll. In derartigen Ölmodulen kann dann eine Ventilvorrichtung in der Art eines Rücklaufsperrventils eingebaut sein, welches im Befüllkanal des Ölmoduls angeordnet ist und dazu dient, einen Ölrücklauf in Richtung zum Befüllanschluss des Ölmoduls nach dem Befüllen des Ölmoduls mit der ersten Ölfüllung zu verhindern. Hierzu kann nach einem ersten Befüllvorgang der Befüllanschluss dauerhaft mit einem Verschlussstopfen o.ä. öldicht verschlossen werden, so dass das Rücklaufsperrventil nach dem Erstbefüllen keine Funktion mehr aufweist.
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Die
DE 10 2004 021 786 A1 beschreibt ein Kraftstoff- oder Schmieröl-Filterelement einer Brennkraftmaschine, die ein Filtermaterial oder mindestens ein mit dem Filtermaterial als Einfass- und/oder Haltematerial verbundenes Kunststoffmaterial umfasst. Als Kunststoffmaterial wird Polyurethan als Kunststoffmaterial eingesetzt, das aus den Komponenten Polyestherpolyol, Polyetherpolyol und hochreinem Isocyanat mit mindestens zwei funktionellen Gruppen besteht. Dieses Material ist kostengünstig herstellbar und sorgt für eine dauerbetriebssichere Beständigkeit des Kunststoffmaterials.
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Die
DE 195 474 93 C1 betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erstbefüllung eines Fluidkreislaufes einer Brennkraftmaschine mit einem Fluid, das von einer Fluidförderpumpe im Fluidkreislauf gefördert wird. Im Fluidkreislauf ist ein federbelastetes Sperrventil angeordnet, das zu der Erstbefüllung zumindest zeitweise in eine Öffnungsstellung gebracht wird. Das Sperrventil ist bereits mit Beginn der Erstbefüllung durch ein Abstandselement in die Öffnungsstellung eingestellt.
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Die
DE 202 15 258 U1 beschreibt ein Ölmodul für eine Brennkraftmaschine. Das Ölmodul weist ein Gehäuse und darin für die Führung von Schmieröl Kanäle auf, von denen ein erster Kanal von einer Schmierölpumpe kommt, wovon ein zweiter Kanal ein mit einem äußeren Befüllunganschluss ausgebildeter Befüllkanal ist, durch den das Ölmodul und die Brennkraftmaschine einmalig mit einer Ölfüllung beschickbar sind, und von denen ein mit dem ersten Kanal verbundener dritter Kanal zu Schmierstellen der Brennkraftmaschine und/oder zu einem Ölfilter oder/und zu einem Wärmetauscher führt. Das Ölmodul weist Mittel zur Verhinderung eines Ölrücklaufs in Richtung zur Ölpumpe bei Stillstand der Brennkraftmaschine auf, und weist ferner Mittel zur Verhinderung eines Ölrücklaufs in Richtung zum Befüllanschluss nach dem Befüllen mit der ersten Ölfüllung auf. Der erste und zweite Kanal weisen einen gemeinsamen Kanalabschnitt auf, in welchem ein Doppelventil mit zwei Ventilkörpern angeordnet ist.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, eine verbesserte Ausführungsform für eine Ventilvorrichtung anzugeben, die sich insbesondere durch einen einfachen konstruktiven Aufbau und somit durch geringe Herstellungskosten auszeichnet.
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Das vorangehend genannte Problem wird gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, an der Ventilvorrichtung ein Verschlusselement mit einem quellfähigen Material vorzusehen, welches nach Kontakt mit dem Fluid aufquillt und auf diese Weise einen Zwischenraum zwischen Ventilkörper und Ventilgehäuse der Ventilvorrichtung permanent fluiddicht verschließt, wobei der Ventilkörper unabhängig von dem quellfähigen Material in der Art eines Rücklaufsperrventil fungiert. Ein derartiges quellfähiges Material ist kommerziell in großen Mengen und somit kostengünstig verfügbar und lässt sich auf einfache Weise an der Ventilvorrichtung anbringen. Durch die Benetzung des Verschlusselements beim Durchströmen eines vom Ventilgehäuse der Ventilvorrichtung wenigstens teilweise umgebenen Fluidkanals mit dem Fluid kann das quellfähige Material zum Quellen gebracht werden, wodurch es sein Volumen vergrößert und auf diese Weise den Zwischenraum zwischen dem eigentlichen Ventilkörper und dem Ventilgehäuse, beispielsweise nach Abschluss einer Erstbefüllung eines mit dem Ventilgehäuse fluidisch verbundenen Tanks, fluiddicht verschließt. Die Verwendung eines quellfähigen Materials als Verschlusselement ermöglicht somit auf einfache Weise die gewünschte Realisierung der Ventilvorrichtung in der Art eines Rücklaufsperrventils mit Erstbefüllungsfunktion.
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Vorzugsweise ist das quellfähige Material ein Kunststoff. Da derartige, quellfähige Materialien aus Kunststoff, beispielsweise ein Kunststoffschaum o.ä., kommerziell in großen Mengen verfügbar sind, lässt sich ein solches Verschlusselement mit geringem Kostenaufwand in eine herkömmliche Ventilvorrichtung integrieren, um auf diese Weise die erfindungsgemäße Ventilvorrichtung auszubilden. Zudem lässt sich ein Kunststoff aus einem quellfähigen Material üblicherweise sehr einfach bearbeiten und kann auf flexible Weise an die konstruktive Geometrie der Ventilvorrichtung angepasst werden.
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Besonders bevorzugt kann das Verschlusselement derart ausgebildet sein, dass es den Zwischenraum im Wesentlichen nach Ablauf einer vorbestimmten Benetzungszeit mit dem Fluid fluiddicht verschließt. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass beim erstmaligen Befüllen einer der Ventilvorrichtung fluidisch nachgeschalteten Speichereinheit, beispielsweise einem eingangs erwähnten Ölmodul o.ä., eine vorbestimmte Mindestmenge an Fluid, beispielsweise ein Öl, durch den Zwischenraum zwischen Ventilgehäuse und Ventilkörper strömen kann, bevor dieser durch das Verschlusselement durch Aufquellen des quellfähigen Materials fluiddicht verschlossen wird.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung beträgt die erstmalige Benetzungszeit wenigstens 30 Minuten, vorzugsweise wenigstens 5 Stunden. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass eine von der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs benötigte Mindestmenge an Fluid, beispielsweise einem Öl, durch den Zwischenraum strömen kann, bevor dieser fluiddicht verschlossen wird. In Varianten sind selbstverständlich auch andere erstmalige Benetzungszeiten vorstellbar, welche verstreichen, bevor das Verschlusselement den Fluidkanal fluiddicht verschließt.
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Besonders zweckmäßig kann das Ventilgehäuse im Wesentlichen rohrförmig mit einer ersten und zweiten Stirnseite ausgebildet sein. Das Verschlusselement umfasst in einem Ausgangszustand wenigstens ein, vorzugsweise drei, Verschlusselement-Segment(e), welche bezüglich einer Umfangsrichtung des Ventilgehäuses jeweils ringsegmentartig entlang der Umfangsrichtung im Zwischenraum zwischen Ventilkörper und Ventilgehäuse angeordnet sind.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbild kann entlang der Umfangsrichtung des Ventilgehäuses wenigstens ein Abstützungselement vorgesehen sein, mittels welchem sich der Ventilkörper am Ventilgehäuse abstützt. Auf diese Weise lässt sich der Ventilkörper präzise innerhalb des Ventilgehäuses relativ zu diesem positionieren.
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Besonders bevorzugt kann am Ventilgehäuse im Bereich des wenigstens einen Abstützungselements ein Ventilsitz vorgesehen sein, an welchem sich das wenigstens eine Abstützungselement und das wenigstens eine Verschlusselement-Segment zur Fixierung des Ventilkörpers abstützt. Dies ermöglicht eine stabile Fixierung des Ventilkörpers relativ zum Gehäuse auch während des Aufquellens des Verschlusselements, wenn der Zwischenraum zwischen Ventilkörper und Ventilgehäuse verschlossen werden soll.
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Bei einer bevorzugtem Ausführungsform können entlang der Umfangsrichtung wenigstens ein Verschlusselement-Segment und wenigstens ein Abstützungselement jeweils beabstandet zueinander angeordnet sein, welche im Ausgangszustand wenigstens eine Durchgangsöffnung zum Durchströmen mit dem Fluid ausbilden. Dabei wird die wenigstens eine Durchgangsöffnung von dem Material des Verschlusselement-Segments im aufgequollenen Zustand fluiddicht verschlossen. Somit kann der Zwischenraum im aufgequollenen Zustand des Materials des Verschlusselements besonders zuverlässig abgedichtet werden.
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Bei einer technisch besonders einfach zu realisierenden Ausführungsform können entlang der Umfangsrichtung genau drei Abstützungselemente und drei Verschlusselement-Segmente vorgesehen sein, welche im Ausgangszustand sechs Durchgangsöffnungen ausbilden, die im aufgequollenen Zustand von den drei Verschlusselement-Segmenten fluiddicht verschlossen sind.
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Besonders bevorzugt kann die Ventilvorrichtung ein im Ventilkörper angeordnetes ein Federelement umfassen, welches den Ventilkopf in seine geschlossene Position hin vorspannt, wobei im Ventilkörper ein Ventilkopf-Fixierungselement vorgesehen ist, an welchem sich das Federelement zur Vorspannung des Ventilkopfs abstützt.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann das Federelement mit einem dem Ventilkopf zugewandten axialen Endabschnitt am Ventilkörper befestigt ist und mit einem dem Ventilkopf abgewandten axialen Endabschnitt am Ventilkopf-Fixierungselement befestigt sein, so dass das Federelement entlang der axialen Richtung zwischen dem Ventilkopf und dem Ventilkopf-Fixierungselement angeordnet ist. Gemäß dieser Weiterbildung können der Ventilkopf, das Federelement und das Ventilkörper-Fixierungselement zur Montage im Ventilkörper als Einheit in den Ventilkörper einsteckbar sind.
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Besonders bevorzugt kann die Ventilvorrichtung eine Arretierungsvorrichtung umfassen, mittels welcher das Ventilkopf-Fixierungselement in einem den Ventilkörper eingeschobenen Zustand in diesem fixiert ist.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Fluid-Speichereinrichtung mit einem Tank zur Aufnahme und Speicherung des Fluids sowie mit einer fluidisch mit dem Tank verbundenen Fluidzuführungsleitung, in welcher eine Ventilvorrichtung mit einem oder mehreren der vorangehend genannten Merkmale vorgesehen ist.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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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.
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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 Komponenten beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch:
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1 eine erfindungsgemäße Ventilvorrichtung in einem Längsschnitt,
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2 einen Querschnitt der Ventilvorrichtung entlang der Schnittlinie I-I in der 1.
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In der 1 ist eine erfindungsgemäße Ventilvorrichtung in einem Längsschnitt dargestellt und mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet. Die Ventilvorrichtung 1 umfasst ein im Wesentlichen rohrförmig ausgebildetes Ventilgehäuse 2, welches einen von einem Fluid (Pfeile 18, 26) durchströmbaren Fluidkanal 3 umgibt. Im Fluidkanal 3 ist ein Ventilkörper 23 beabstandet zum Ventilgehäuse 2 angeordnet, der eine innere Durchgangsöffnung 24 aufweist. Im Ventilkörper 23 ist ein zwischen einer geöffneten und geschlossenen Position, insbesondere kolbenartig, bewegbarer Ventilkopf 4 angeordnet. Der Ventilkopf 4 verschließt die innere Durchgangsöffnung 24 in der geschlossenen Position fluiddicht und gibt in der geöffneten Position die innere Durchgangsöffnung 24 zum Durchströmen mit dem Fluid 18 wenigstens teilweise frei. Auf diese Weise kann die Ventilvorrichtung 1 nach einer noch zu erläuternden Erstbefüllung als klassisches Rücklaufsperrventil wirken.
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An der Ventilvorrichtung 1 ist ein Verschlusselement 14 mit einem quellfähigen Material vorgesehen, welches im Rahmen einer Erstbefüllung nach Kontakt, d.h. nach Benetzung, mit dem Fluid (Pfeil 26) aufquillt und einen Zwischenraum 21 zwischen dem Ventilkörper 23 und dem Ventilgehäuse 2 permanent fluiddicht verschließt. In der in der 1 gezeigten Position des Ventilkopfs 4 wird zusätzlich die innere Durchgangsöffnung 24 von diesem fluiddicht verschlossen.
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Das quellfähige Material des Verschlusselements 14 kann ein Kunststoff, beispielsweise ein Kunststoffschaum, sein. Es sind alternativ in Varianten aber auch geeignete Materialien mit den geeigneten Quelleigenschaften vorstellbar. Das Verschlusselement 14 aus einem quellfähigen Material kann derart ausgebildet sein, dass es den Zwischenraum 21 zwischen Ventilgehäuse 2 und Ventilkörper 23 im Wesentlichen nach Ablauf einer vorbestimmten erstmaligen Benetzungszeit mit dem Fluid 26 fluiddicht verschließt. Die erstmalige Benetzungszeit kann wenigstens 30 Minuten, aber auch wenigstens 5 Stunden, betragen. In Varianten sind auch andere Werte für die erstmalige Benetzungszeit vorstellbar. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass eine hinreichend große Menge an Fluid, beispielsweise im Rahmen einer Erstbefüllung eines der Ventilvorrichtung 1 nachgeschalteten Tanks o.ä., mit einer genügend großen Menge an Fluid 26 befüllt werden kann, bevor der Zwischenraum 21 permanent fluiddicht verschlossen wird. Nach einem solchen Verschluss wirkt die Ventilvorrichtung 1 als herkömmliches Rücklaufsperrventil.
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Betrachtet man die 2, welche einen Querschnitt durch die Ventilvorrichtung 1 der 1 entlang der Schnittlinie I-I zeigt, so erkennt man, dass das Verschlusselement 14 drei Verschlusselement-Segmente 22 umfasst. Diese sind bezüglich einer Umfangsrichtung U des Ventilgehäuses 2 jeweils ringsegmentartig entlang der Umfangsrichtung U im Zwischenraum 21 zwischen Ventilkörper 23 und Ventilgehäuse 2 angeordnet. Entlang der Umfangsrichtung U des Ventilgehäuses 2 können im Bereich des Zwischenraums 21 ferner drei Abstützungselemente 25, beispielsweise aus einem nicht-aufquellbaren Kunststoff, vorgesehen sein, mittels welchen der Ventilkörper 23 am Ventilgehäuse 2 abgestützt werden kann. In Varianten ist selbstverständlich auch eine andere Anzahl an Verschlusselement-Segmenten 22 bzw. Abstützungselementen 25 vorstellbar.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der 1 und 2 sind also entlang der Umfangsrichtung U drei Verschlusselement-Segmente 22 und drei Abstützungselemente 25 jeweils abwechselnd und beabstandet zueinander angeordnet, welche im Ausgangszustand sechs äußere Durchgangsöffnungen 20 zum Durchströmen mit dem Fluid 26 ausbilden. Die sechs äußeren Durchgangsöffnungen 20 werden vom Material der Verschlusselement-Segmente 22 durch Aufquellen fluiddicht verschlossen, was in der 2, welche die Verschlusselement-Segmente 22 beim Aufquellen zeigt, durch die von den Verschlusselement-Segmenten 22 ausgehenden und entlang der Umfangsrichtung weisende Pfeile angedeutet ist.
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Als Material für die Verschlusselement-Segmente 22 bietet sich ein Kunststoffmaterial mit Bereichen unterschiedlicher Eigenschaften, nämlich beispielsweise einem harten Bereich mit hoher Formstabilität und einem weichen, elastischen als Dichtmaterial geeigneten Bereich an. Dies kann mit den gleichen Grundkomponenten durch eine entsprechend unterschiedliche Mischung, d.h. durch unterschiedliche Mischungsverhältnisse erreicht werden. So ist für eine hohe Weichheit beispielsweise ein hoher Anteil an Polyetherpolyol erforderlich, während durch einen hohen Polyesterpolyolanteil eine Härtesteigerung erzielt werden kann. Die Vernetzungskomponente Isocyanat wirkt in der gleichen Richtung wie Polyesterpolyol härtend. Das Kunststoffmaterial besitzt bei einer "weichen" Ausführung, d.h. in einer Ausführung mit einer relativ hohen Elastizität, eine relativ hohe Aufquellung von beispielsweise 2 bis 3 %. Bei einer "harten" Ausführung liegt die Aufquellung dagegen erheblich niedriger. Für die Verschlusselement-Segmente 22 bedeutet dies, dass in einer weich gestalteten schmalen Randzone eine gegenüber dem hart ausgeführten Hauptbereich eine größere Aufquellung erzielt werden kann.
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Der 1 entnimmt man, dass am Ventilgehäuse 2 im Bereich der einen Abstützungselemente 25 ein Ventilsitz 27 vorgesehen ist, an welchem sich die Abstützungselemente 25 zur Fixierung des Ventilkörpers 23 abstützen können. Des Weiteren umfasst die Ventilvorrichtung 1, wie ebenfalls in der 1 gezeigt, ein Federelement 6, vorzugsweise aus einem federelastischen Material, welches den Ventilkopf 4 in seine geschlossene Position hin vorspannt. Ferner kann am Ventilkörper 23 ein Ventilkopf-Fixierungselement 7 vorgesehen sein, an welchem sich das Federelement 6 zur Vorspannung des Ventilkopfs 4 abstützt. Das Federelement 6 kann mit einem dem Ventilkopfs 4 zugewandten axialen Endabschnitt 8 am Ventilkopf 4 und mit einem dem Ventilkopf 4 abgewandten axialen Endabschnitt 9 am Ventilkopf-Fixierungselement 7 befestigt sein. Folglich ist das Federelement 6 wie in der 1 gezeigt entlang einer axialen Richtung A der Ventilvorrichtung 1 zwischen dem Ventilkörper 4 und dem Ventilkopf-Fixierungselement 7 angeordnet.
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Der Ventilkörper 4, das Federelement 6 und das Ventilkopf-Fixierungselement 7 können zur Montage im Ventilgehäuse 2 als in den Ventilkörper 23 einsteckbar sein (vgl. Pfeile 11 in der 1). Die Ventilvorrichtung 1 kann eine Arretierungsvorrichtung 12 umfassen, mit welcher das Ventilkopf-Fixierungselement 7 in einem in das Ventilgehäuse 2 eingeschobenen Zustand im Fluidkanal 3 fixiert wird. Eine solche Arretierungsvorrichtung 12 kann beispielsweise in der Art einer Einrastvorrichtung ausgebildet sein. Eine solche Arretierungsvorrichtung 12 in der Art einer Einrasteinrichtung kann am Ventilkopf-Fixierungselement 7 einen radialen Vorsprung 13 umfassen, welcher in einen am Ventilgehäuse 2 vorgesehenen komplementären Vorsprung oder eine komplementäre Ausnehmung eingreifen kann. Hierzu kann das Ventilkopf-Fixierungselement 7 wenigstens abschnittsweise aus einem elastischen Material, beispielsweise einem Gummi o.ä., ausgebildet sein.
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Durch die Pfeile 18 ist ein Durchströmungspfad des durch den Fluidkanal 3 strömenden Fluids 18 im Normalbetrieb nach der Erstbefüllung grobschematisch angedeutet. Im Normalbetrieb arbeitet die Ventilvorrichtung 1 als klassisches Rücklaufsperrventil. Das Fluid 18 tritt durch die innere Durchgangsöffnung 24 in den Ventilkörper 23 ein und durchströmt den Fluidkanal 3 entgegen der axialen Richtung A in einem bezüglich der radialen Richtung R der Ventilvorrichtung 1 radialen Randbereich 19 des Ventilkörpers 23, welcher in der in der 1 gezeigten geschlossenen Position des Ventilkopfs 4 verschlossen ist, so dass das Fluid 18 nicht durch diesen hindurchströmen kann. In der geöffneten Position des Ventilkörpers 4 kann das Fluid 18 durch die im Ventilkörper 23 vorgesehene radialen Durchgangsöffnungen 28 strömen. Es ist klar, dass grundsätzlich eine beliebige Anzahl an solchen Durchgangsöffnungen 28 im Ventilgehäuse 2 vorgesehen sein kann. In den 1 und 3 sind exemplarisch zwei solcher radialer Durchgangsöffnungen 28 gezeigt.
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Die Ventilvorrichtung 1 kann Teil einer Fluid-Speichereinrichtung für ein Kraftfahrzeug sein, welche einen Tank zur Aufnahme und Speicherung eines Fluids, beispielsweise Öl, umfasst. Mit dem Tank kann fluidisch eine Fluidzuführungsleitung verbunden sein, in welcher eine vorangehend erläuterte Ventilvorrichtung 1 vorgesehen ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004021786 A1 [0003]
- DE 19547493 C1 [0004]
- DE 20215258 U1 [0005]
