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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kraftfahrzeug-Betriebsflüssigkeitsbehälter, insbesondere Harnstofflösungsbehälter, umfassend als ein Behälterbauteil einen ein Aufnahmevolumen umschließenden Tank und als ein weiteres Behälterbauteil eine sich längs einer Einfüllbahn erstreckende Einfüllleitung, welche einen außerhalb des Tanks mit Abstand von diesem gelegenen Einleitungsort mit dem Aufnahmevolumen strömungsmechanisch verbindet, wobei eine Einfüllrichtung längs der Einfüllbahn von dem Einleitungsort zu dem Tank hin verläuft, sowie ein Rückschlagventil, welches den Durchlass von in den Tank betriebsgemäß einzufüllender Betriebsflüssigkeit in Einfüllrichtung ermöglicht und den Durchlass von Betriebsflüssigkeit entgegen der Einfüllrichtung im Wesentlichen verhindert, wobei das Rückschlagventil einen Ventilkörper umfasst, welcher verlagerbar ist zwischen zwei Betriebsstellungen, nämlich einer Schließstellung, in welcher der Ventilkörper einen größeren Durchlassquerschnitt der Einfüllleitung überdeckt, und einer Durchlassstellung, in welcher der Ventilkörper einen kleineren Durchlassquerschnitt der Einfüllleitung überdeckt als in der Schließstellung und somit eine Durchströmung der Einfüllleitung in Einfüllrichtung ermöglicht, wobei der Ventilkörper zur Schließstellung hin vorbelastet ist und von in Einfüllrichtung strömender Betriebsflüssigkeit in die Durchlassstellung verlagerbar ist.
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Derartige Betriebsflüssigkeitsbehälter werden üblicherweise von außen über die Einfüllleitung befüllt, wobei hierzu am Einleitungsort ein Zapfhahn oder einer Kruse-Flasche oder dergleichen in die Einfüllleitung eingeführt und zur Durchleitung von Betriebsflüssigkeit betätigt wird.
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Grundsätzlich kann ein solcher Betriebsflüssigkeitsbehälter ein Kraftstofftank sein. Vorrangig ist jedoch bei den vorliegend diskutierten Betriebsflüssigkeitsbehältern an Harnstofflösungsbehälter eines Kraftfahrzeugs gedacht, wie sie für eine selektive katalytische Reaktion (SCR = "Selective Catalytic Reduction") im Abgasstrang benötigt werden. Die hierfür in der Regel verwendete wässrige Harnstofflösung ist in Fachkreisen auch mit ihrem Vertriebsnamen "AdBlue"® bezeichnet. Die wässrige Harnstofflösung, die zur Erzeugung der selektiven katalytischen Reaktion im Abgasstrang verbraucht wird, ist von Zeit zu Zeit am Fahrzeug nachzufüllen.
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Bei der Befüllung der eingangs genannten Betriebsflüssigkeitsbehälter mit Betriebsflüssigkeit kann es bei zunehmendem Füllungsgrad des Betriebsflüssigkeitsbehälters zu einem als "Spit-back" ("Zurückspucken") bezeichneten Effekt kommen, bei welchem ein unerwünschtes spontanes und unvermitteltes Ausschwappen von bereits in den Betriebsflüssigkeitsbehälter eingefüllter Betriebsflüssigkeit aus diesem heraus auftritt.
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Beispielsweise dann, wenn während des Befüllvorgangs im Tank des Betriebsflüssigkeitsbehälters Gas, insbesondere Luft, eingeschlossen wird und der Befüllvorgang fortgesetzt wird, kann es mit Zunahme der Betriebsflüssigkeitsmenge im Tank zu einem Druckanstieg im Betriebsflüssigkeitsbehälter kommen. Zum Abbau des Überdrucks im Tank weist der Betriebsflüssigkeitsbehälter des Stands der Technik üblicherweise eine gesonderte Entlüftungsleitung auf, die sich jedoch beim Befüllen des Betriebsflüssigkeitsbehälters mit Betriebsflüssigkeit ebenfalls mit Betriebsflüssigkeit füllen kann. Dann kann die Entlüftungsleitung bis zu ihrer Entleerung ihre Entlüftungsfunktion nicht erfüllen und der sich durch die Zunahme der Betriebsflüssigkeitsmenge im Tank ausbildende Druckanstieg kann sich spontan durch Ausstoßen von schon in den Betriebsflüssigkeitsbehälter eingefüllter Betriebsflüssigkeit aus diesem heraus entladen.
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Um derartige Effekte zu vermeiden, weisen Betriebsflüssigkeitsbehälter der gattungsgemäßen Art in der Einfüllleitung ein Rückschlagventil auf.
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Ein Betriebsflüssigkeitsbehälter der gattungsgemäßen Art ist aus der
EP 1 685 999 A1 bekannt. Die
EP 1 685 999 A1 offenbart einen Kraftfahrzeug-Betriebsflüssigkeitsbehälter, der eine mit einem Auslaufstutzen verbundene Einfüllleitung aufweist. Der Auslaufstutzen für die Einfüllleitung umfasst ein Rückschlagventil, dessen Ventilkörper als schwenkbar an der Mündung des Auslaufstutzens angeschlagene Rückschlagklappe ausgebildet ist. Die Rückschlagklappe wird durch ein gesondert von dieser ausgebildetes Federelement in der Schließstellung gehalten.
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Es hat sich in der Praxis gezeigt, dass vom Ventilkörper gesondert ausgebildete Federelemente leicht verrutschen können, was die Funktionalität des Rückschlagventils beeinträchtigen kann. Zudem kann sich ein Gefrieren der Betriebsflüssigkeit negativ auf die Funktionalität der Rückschlagventile des Stands der Technik auswirken.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kraftfahrzeug-Betriebsflüssigkeitsbehälter der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass die zuvor genannten Nachteile vermindert oder gar beseitigt werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen gattungsgemäßen Kraftfahrzeug-Betriebsflüssigkeitsbehälter, bei welchem der Ventilkörper des Rückschlagventils von der Schließstellung in die Durchlassstellung und umgekehrt verlagerbar ist. Bilden sich an dem Ventilkörper bei Unterschreiten einer jeweiligen Gefriertemperatur der Betriebsflüssigkeit Kristalle, etwa bei Diesel als Betriebsflüssigkeit Paraffinkristalle oder bei wässriger Harnstofflösung als Betriebsflüssigkeit Kristalle derselben, können diese bei dessen Verformung in die Durchlassstellung und umgekehrt abgesprengt werden, so dass die Funktionalität des Rückschlagventils auch unter schwierigen Betriebsbedingungen aufrechterhalten wird.
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Dann, wenn in der vorliegenden Anmeldung ausgesagt ist, dass sich der Ventilkörper in der Durchlassstellung befindet, soll dies nicht bedeuten, dass eine vordefinierte Durchlassstellung existiert, die der Ventilkörper stets bei einer äußeren Krafteinwirkung einnimmt. Vielmehr ist die sich aufgrund der Durchströmung der Einfüllleitung in Einfüllrichtung mit Betriebsflüssigkeit einstellende Durchlassstellung des Ventilkörpers von vielen Parametern abhängig, etwa der pro Zeiteinheit einströmenden Menge und der Strömungsgeschwindigkeit der einströmenden Betriebsflüssigkeit, so dass eine vordefinierte Durchlassstellung nicht notwendigerweise existieren muss.
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Unter der Einfüllbahn soll die Trajektorie des Betriebsflüssigkeitsstroms durch die Einfüllleitung in Einfüllrichtung und gegebenenfalls über deren tankseitiges Längsende hinaus verstanden werden. Im Zweifel soll die Einfüllbahn als zentrisch im Inneren entlang der Einfüllleitung verlaufend angenommen werden.
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Bevorzugt ist der Ventilkörper aufgrund seiner eigenen Materialelastizität zur Schließstellung hin vorbelastet, so dass auf ein gesondert vom Ventilkörper ausgebildetes Federbauteil, welches den Ventilkörper mit einer bestimmten Schließkraft zur Schließstellung hin vorbelastet, verzichtet werden kann. Der Ventilkörper kann dazu vorteilhaft aus elastomerem Kunststoff, etwa Gummi, Silikon oder Kautschuk, gebildet sein.
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Weiter ist es zur Erzielung einer ausreichenden Verformung bereits bei geringen Verformungskräften vorteilhaft, wenn der Ventilkörper ein flächiges Bauteil ist, welches in zwei zueinander orthogonalen, eine Haupterstreckungsfläche aufspannenden Haupterstreckungsrichtungen eine wesentlich größere, etwa wenigstens um das Zehnfache größere Abmessung aufweist als in einer zu den Haupterstreckungsrichtungen orthogonalen Dickenrichtung, und wenn der Ventilkörper durch Biegung um eine mit der Einfüllbahn einen Winkel einschließenden Biegeachse verformbar ist. Biegeachse und Einfüllbahn schneiden sich dabei wegen der radialen Ausdehnung der Einfüllleitung üblicherweise nicht, sondern sind windschief zueinander.
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Bevorzugt verläuft die Biegeachse orthogonal zur Einfüllbahn, so dass der Ventilkörper einerseits in der Schließstellung einen möglichst großen Querschnittsabschnitt der Einfüllleitung überdecken kann und andererseits zwischen Schließstellung und Durchlassstellung möglichst kurze Verformungswege liegen.
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Die Haupterstreckungsfläche kann als eine den Ventilkörper in Dickenrichtung virtuell halbierende Mittelfläche des Ventilkörpers verstanden werden. In dem Fall, dass die Haupterstreckungsfläche des Ventilkörpers nicht eben, sondern gekrümmt ist, also etwa dann, wenn sich der Ventilkörper aufgrund der Durchströmung der Einfüllleitung in Einfüllrichtung mit Betriebsflüssigkeit in der Durchlassstellung befindet, spannen die Haupterstreckungsrichtungen an jedem Punkt des gekrümmten Ventilkörpers eine lokale Tangentialebene zur Haupterstreckungsfläche auf.
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Der Ventilkörper kann einen Befestigungsabschnitt und einen von diesem verschiedenen Verformungsabschnitt aufweisen, wobei der Befestigungsabschnitt relativ zur Einfüllbahn oder/und zum Tank ortsfest derart befestigt ist, dass der Verformungsabschnitt vom Befestigungsabschnitt zur Einfüllbahn hin auskragt. Insbesondere kann der Ventilkörper an seinem Befestigungsabschnitt einseitig befestigt sein, so dass er mit seinem Verformungsabschnitt einseitig zur Einfüllbahn hin auskragt. Der Ventilkörper weist dann vorteilhaft an seinem dem Befestigungsabschnitt entgegengesetzten Längsende ein freies Ende auf.
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Im Gegensatz zum Befestigungsabschnitt ist der Verformungsabschnitt relativ zur Einfüllbahn oder/und zum Tank funktionsbedingt verlagerbar.
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Zur Befestigung des Ventilkörpers bzw. seines Befestigungsabschnitts, etwa an einem ein Ventilgehäuse bildenden Abschnitt der Einfüllleitung oder einem gesondert von der Einfüllleitung bereitgestellten Ventilgehäuse, können aus dem Stand der Technik bekannte mechanische Fügeverfahren zum Einsatz kommen. Sind das Ventilgehäuse und der Ventilkörper aus thermoplastischem Kunststoff gefertigt, können aber auch aus der Kunststoffverarbeitung bekannte Fügeverfahren, etwa thermische Verbindungsverfahren wie Laserschweißen, verwendet werden.
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Bevorzugt ist der Befestigungsabschnitt mit lösbaren Befestigungsmitteln, wie etwa Schrauben, Muttern, Schnappverschlüssen, Quetschverschlüssen, Stiften oder dergleichen, relativ zur Einfüllbahn oder/und zum Tank ortsfest befestigt, so dass der Ventilkörper im Bedarfsfall ausgetauscht werden kann. Ein besonders sicherer Halt des Ventilkörpers an der ihn tragenden Struktur wird mit ihn formschlüssig festlegenden, vorzugsweise ihn durchsetzenden Befestigungsmitteln erreicht.
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Weiter kann das Rückschlagventil einen Ventilsitz aufweisen, an welchem ein Sitzabschnitt des Ventilkörpers in einer Sitzanlagestellung des Ventilkörpers anliegt. Dann, wenn sich der Ventilkörper in der Sitzanlagestellung befindet, durchsetzt die Einfüllbahn den Ventilkörper zwischen Befestigungsabschnitt und einem dem Befestigungsabschnitt fernen Bereich des Sitzabschnitts. Die Durchsetzung erfolgt im Verformungsabschnitt, um bei Auftreffen von in Einfüllrichtung strömender Betriebsflüssigkeit möglichst unmittelbar eine Verformung in die Durchlassstellung zu bewirken. Der Sitzabschnitt ist bevorzugt Teil des Verformungsabschnitts und nimmt beim Abheben und Aufsetzen auf den Ventilsitz an der Verformung des Ventilkörpers teil. Der Ventilsitz kann zur Verringerung der Anzahl an benötigten Bauteilen integral mit dem Ventilgehäuse oder der Einfüllleitung gebildet sein.
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Vorteilhaft ist die Schließstellung mit der Sitzanlagestellung des Ventilkörpers identisch, so dass der Ventilkörper in seiner Schließstellung den Durchlassquerschnitt der Einfüllleitung körperlich vollständig unterbricht. Zudem ist die Sperrwirkung eines Rückschlagventils mit einem Ventilsitz im Vergleich zu einem Rückschlagventil ohne Ventilsitz erhöht, da der Ventilkörper bei einer Beaufschlagung mit Betriebsflüssigkeit entgegen der Einfüllrichtung an den Ventilsitz gepresst wird und so den Durchlassquerschnitt der Einfüllleitung dicht absperren kann.
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Der Ventilkörper muss jedoch in seiner Schließstellung nicht an einem Ventilsitz anliegen. Beispielsweise kann der Ventilkörper in seiner Schließstellung in einem Abstand zu einem ihm zugeordneten Ventilsitz angeordnet sein, so dass die Sitzanlagestellung vom Ventilkörper erst dann erreicht wird, wenn er, etwa durch entgegen der Einfüllrichtung strömende Betriebsflüssigkeit, zum Ventilsitz hin verformt wird. Durch die Anordnung des Ventilkörpers in seiner Schließstellung mit Abstand von dem ihm zugeordneten Ventilsitz kann ein Festfrieren des Ventilkörpers an dem Ventilsitz verhindert werden. Vorteilhaft ist die Schließstellung des Ventilkörpers in diesem Fall der Sitzanlagestellung näher gelegen als der Durchlassstellung, so dass die Verformungswege des Ventilkörpers von der Schließstellung in die Sitzanlagestellung kürzer sind als in die Durchlassstellung.
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Bevorzugt durchsetzt die Einfüllbahn den Verformungsabschnitt des Ventilkörpers auch in dessen Schließstellung, wenn diese nicht mit der Sitzanlagestellung übereinstimmt.
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Ferner ist es möglich, dass das Rückschlagventil überhaupt keinen Ventilsitz aufweist, so dass keine Sitzanlagestellung des Ventilkörpers existiert. Es kann dann vorgesehen sein, dass der Ventilkörper in seiner Schließstellung mit einem Teil seines Verformungsabschnitts auf einem zwischen Befestigungsabschnitt und Einfüllleitung ausgebildeten Auflageabschnitt einer den Ventilköper tragenden Struktur: Ventilgehäuse, Einfüllleitung und dergleichen, von diesem nur in Einfüllrichtung abhebbar aufliegt. Somit kann die Biegeachse zur Biegung in Einfüllrichtung weiter vom Kraftangriffspunkt entfernt gelegen sein als die Biegeachse zur Biegung entgegen der Einfüllrichtung. Bei betragsmäßig gleichen längs der Einfüllbahn wirkenden Kräfte kann so aufgrund unterschiedlicher Lastarme vom Ort der Krafteinwirkung zur jeweiligen Biegeachse in Einfüllrichtung ein größeres Biegemoment zur erwünschten Verformung in die Durchlassstellung erhalten werden als entgegen der Einfüllrichtung. Die Schließstellung des Ventilkörpers bleibt somit auch bei entgegen der Einfüllrichtung strömender Betriebsflüssigkeit erhalten, zumal da Spit-Back-Flüssigkeit in der Regel wesentlich geringere Kräfte ausübt als die mit mehreren Litern pro Minute gewünscht einströmende Betriebsflüssigkeit (im Falle von wässriger Harnstofflösung etwa 40 l/min).
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Ohne vorhandenen Ventilsitz kann die Schließstellung eine Ruhestellung sein, die der Ventilkörper ohne Einwirkung einer äußeren Last von alleine einnimmt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Rückschlagventil im Wesentlichen resistent gegen die bestimmungsgemäß einzufüllende Betriebsflüssigkeit, insbesondere wässrige Harnstofflösungen. Hierbei soll "resistent" bedeuten, dass das Rückschlagventil im Wesentlichen chemisch beständig gegen die bestimmungsgemäß einzufüllende Betriebsflüssigkeit ist. Insbesondere wenn es sich bei der Betriebsflüssigkeit um wässrige Harnstofflösung handelt, sind Verunreinigungen der wässrigen Harnstofflösung zu vermeiden, da SCR-Systeme sehr empfindlich gegenüber geringsten chemischen Verunreinigungen in der verwendeten wässrigen Harnstofflösung sind.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Ventilkörper, genauer gesagt seine Haupterstreckungsfläche, in seiner Schließstellung zur Einfüllbahn um einen Neigungswinkel geneigt angeordnet. Weist das Rückschlagventil einen Ventilsitz auf, befindet sich der Sitzabschnitt des Ventilkörpers dann bevorzugt in Einfüllrichtung stromabwärts des Befestigungsabschnitts.
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Durch die geneigte Anordnung des Ventilkörpers relativ zur Einfüllbahn – im Vergleich zu einer orthogonalen Anordnung – kann das Biegemoment, das erforderlich ist, um den Ventilkörper aus der Schließstellung in die Durchlassstellung zu verformen, verringert und zusätzlich der dabei zurückzulegende Verformungsweg verkürzt sein. Die Verringerung des zur Verformung in die Durchlassstellung erforderlichen Biegemoments wird vor allem dann erreicht, wenn der Befestigungsabschnitt des Ventilkörpers durch dessen Neigung in Einfüllrichtung stromaufwärts des Verformungsabschnitts gelegen ist. Mit der Verringerung von Biegemoment und Biegeweg – mithin also von der zur Verformung in die Durchlassstellung in jedem Verformungsfall geleisteten Verformungsarbeit – geht eine Verringerung der Bauteilbelastung im Betrieb und damit eine mögliche Standzeiterhöhung einher.
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Um auch eine ausreichende Sperrwirkung bei gleichzeitig erleichterter Verformbarkeit in die Durchlassstellung zu gewährleisten, ist ein Neigungswinkel des Ventilkörpers zur Einfüllbahn zwischen 30° und 60°, insbesondere zwischen 40° und 50°, vorteilhaft. Es hat sich gezeigt, dass ein Neigungswinkel von 45° optimal ist.
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Die Haupterstreckungsfläche des Ventilkörpers kann aber auch in der Schließstellung des Ventilkörpers um nicht mehr als 20°, besonders bevorzugt um nicht mehr als 10°, von der Schwerkraftwirkungsrichtung abweichen, höchst bevorzugt parallel zur Schwerkraftwirkungsrichtung verlaufen. Auf diese Weise wird der Ventilkörper durch die Schwerkraft gestreckt und überdeckt einen größtmöglichen Teil des Durchlassquerschnitts der Einfüllleitung. Der Verformungsabschnitt, vorzugsweise auch der Sitzabschnitt, liegt bzw. liegen dann im einbaugemäßen Zustand bei horizontal stehendem Kraftfahrzeug unterhalb des Befestigungsabschnitts des Ventilkörpers.
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In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der Ventilkörper oder/und der Ventilsitz an der Außenfläche ein hydrophobes Material auf. Beispielsweise kann der Ventilkörper oder/und der Ventilsitz aus einem hydrophoben Material gebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Ventilkörper oder/und der Ventilsitz mit einem hydrophoben Material beschichtet sein. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass Betriebsflüssigkeit oder/und Wasser an dem Ventilkörper oder/und dem Ventilsitz haften bleibt. Dadurch kann verhindert werden, dass der Ventilkörper an dem Ventilsitz festfriert.
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Bevorzugt ist das Rückschlagventil innerhalb der Längserstreckung der Einfüllleitung oder/und an einem Längsende der Einfüllleitung angeordnet. Ist das Rückschlagventil am tankseitigen Längsende der Einfüllleitung angeordnet, kann es dennoch gemäß der obigen Definition der Einfüllbahn in diese hineinragen und so den Durchlassquerschnitt der Einfüllleitung teilweise oder vollständig überdecken.
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Weiter ist das Rückschlagventil bevorzugt gesondert von der Einfüllleitung ausgebildet und mit dieser strömungsmechanisch verbunden oder verbindbar. Auf diese Weise kann die Einfüllleitung besonders einfach gefertigt werden und kann anschließend mit dem Rückschlagventil gekoppelt werden.
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Das Rückschlagventil kann ein Ventilgehäuse aufweisen, welches wenigstens abschnittsweise, bevorzugt vollständig, einen Teil der Einfüllleitung bildet, so dass auf ein gesondert von der Einfüllleitung anzufertigendes Ventilgehäuse für das Rückschlagventil verzichtet werden kann.
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Zur Sicherstellung einer Entlüftung des Betriebsflüssigkeitsbehälters beim Befüllen mit Betriebsflüssigkeit kann vorgesehen sein, dass dieser eine gesondert von der Einfüllleitung ausgebildete Belüftungsleitung umfasst, welche das Aufnahmevolumen mit einem außerhalb des Tanks gelegenen Entweichungsort verbindet. Der Entweichungsort ist dabei ein dem Einleitungsort näher als dem Tank gelegener Ort, an welchem aus dem Aufnahmevolumen verdrängtes Gas aus der Entlüftungsleitung (in der Regel in die Umgebung) entweicht.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es stellen dar:
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1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug-Betriebsflüssigkeitsbehälters in einer grob-schematischen Darstellung,
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2 einen Abschnitt einer Einfüllleitung, in dem das Rückschlagventil angeordnet ist, gemäß einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug-Betriebsflüssigkeitsbehälters in einer grob-schematischen Längsschnittansicht, und
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3 einen Abschnitt einer Einfüllleitung, in dem das Rückschlagventil angeordnet ist, gemäß einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug-Betriebsflüssigkeitsbehälters in einer grob-schematischen Längsschnittansicht.
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In 1 ist eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform eines Kraftfahrzeug-Betriebsflüssigkeitsbehälters allgemein mit 10 bezeichnet. Der Betriebsflüssigkeitsbehälter 10 umfasst einen Tank 12, eine Einfüllleitung 14 und eine Belüftungsleitung 16.
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Der Tank 12 umschließt ein Aufnahmevolumen 12a für Betriebsflüssigkeit.
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Die Einfüllleitung 14 weist ein tankfernes Längsende 14a und ein tankseitiges Längsende 14b auf, wobei das tankferne Längsende 14a als ein Einleitungsort 14c zum Einfüllen von Betriebsflüssigkeit in den Tank 12 bzw. in das Aufnahmevolumen 12a dient. Dazu kann am tankfernen Längsende 14a der Einfüllleitung 14 eine Ankopplungsformation 18 ausgebildet sein, die mit einem Zapfhahn 20 oder einer Kruse-Flasche oder dergleichen zum Einfüllen von Betriebsflüssigkeit in die Einfüllleitung 14 koppelbar ist. Das tankseitige Längsende 14b der Einfüllleitung 14 kann im oder auch am Tank 12 enden.
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Wie in 1 angedeutet ist, kann während eines Befüllvorgangs mittels eines Zapfhahns 20 Betriebsflüssigkeit am Einleitungsort 14c am tankfernen Längsende 14a in die Einfüllleitung 14 eingeleitet werden, so dass die Betriebsflüssigkeit durch die Einfüllleitung 14 in einer Einfüllrichtung (Pfeil E in 1) und entlang einer sich längs der Einfüllleitung 14 erstreckenden Einfüllbahn B vom Einleitungsort 14c zum tankseitigen Längsende 14b und darüber hinaus strömen kann. Die Einfüllbahn B erstreckt sich am tankseitigen Längsende 14b über die Einfüllleitung 14 hinaus und wird dort durch den aus dem tankseitigen Längsende 14b austretenden Freistrahl definiert.
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Ähnlich wie die Einfüllleitung 14 weist die Belüftungsleitung 16 in an sich bekannter Weise ein tankfernes Längsende 16a und ein tankseitiges Längsende 16b auf. Das tankseitige Längsende 16b erstreckt sich von einer Stelle im oder am Tank 12 zu einem Entweichungsort 16c, bevorzugt am tankfernen Längsende 16a.
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Über die Belüftungsleitung 16 kann bei einem Befüllvorgang von der in den Tank 12 einströmenden Betriebsflüssigkeit verdrängtes Gas 24 aus dem Tank 12 abgeleitet werden.
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Die während eines Befüllvorgangs in die Einfüllleitung 14 eingeleitete Betriebsflüssigkeit passiert beim Durchströmen der Einfüllleitung 14 ein Rückschlagventil 26, dessen prinzipielle Funktion nachfolgend anhand der 1 erläutert wird.
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In 1 ist ein Zustand maximaler Füllhöhe des Tanks 12 gezeigt. In diesem Zustand taucht die in dem gezeigten Beispiel sich in den Tank 12 bzw. in das Aufnahmevolumen 12a hinein erstreckende Einfüllleitung 14 mit ihrem tankseitigen Längsende 14b in die schon im Tank 12 aufgenommene Betriebsflüssigkeit ein.
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Wird nun weitere Betriebsflüssigkeit durch die Einfüllleitung 14 in den Tank 12 eingeleitet, kann das oberhalb des Betriebsflüssigkeitsspiegels 22 befindliche Gas 24 nicht mehr über die Entlüftungsleitung 16 entweichen. Durch das Ansteigen des Betriebsflüssigkeitsspiegels 22 wird das im Tank 12 eingeschlossene Gas 24 komprimiert, wodurch sein Druck ansteigt.
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Bei einer abrupten Änderung der Druckverhältnisse in dem Betriebsflüssigkeitsbehälter, etwa bei Beendigung oder Unterbrechung des Befüllvorgangs, kann es zu einem plötzlichen Ausschwappen oder Ausspritzen von Betriebsflüssigkeit aus der Einfüllleitung 14 am tankfernen Längsende 14a, also dem Einleitungsort 14c, kommen. Dieser Effekt des unvermittelten Austretens von Betriebsflüssigkeit aus der Einfüllleitung 14 wird auch als "Spit-back" bezeichnet.
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Das in 1 angedeutete Rückschlagventil 26 ist dazu vorgesehen, den "Spit-back"-Effekt im Wesentlichen zu verhindern. Dazu ist ein solches Rückschlagventil 26 zwischen zwei Betriebsstellungen, nämlich einer Schließstellung und einer Durchlassstellung, verformbar, wobei in der Schließstellung Betriebsflüssigkeit daran gehindert wird, entgegen der Einfüllrichtung E in der Einfüllleitung 14 über das Rückschlagventil 26 hinaus zu strömen. 1 zeigt das Rückschlagventil in seiner Schließstellung, in der es den Durchlassquerschnitt der Einfüllleitung 14 vollständig überdeckt.
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Das Rückschlagventil 26 ist bei dem in 1 gezeigten Beispiel eines erfindungsgemäßen Betriebsflüssigkeitsbehälters 10 innerhalb der Einfüllleitung 14 und in Einfüllrichtung E etwa mittig zwischen dem tankfernen Längsende 14a und dem tankseitigen Längsende 14b angeordnet. Das Rückschlagventil 26 kann jedoch auch an einem dem tankfernen Längsende 14a oder dem tankseitigen Längsende 14b näheren Abschnitt der Einfüllleitung 14 angeordnet sein. Ferner ist es möglich, das Rückschlagventil 26 am tankseitigen Längsende 14b derart anzuordnen, dass es die Einfüllleitung 14 zum Aufnahmevolumen 12a des Tanks 12 hin abschließt. Es soll nicht ausgeschlossen sein, dass das Rückschlagventil unmittelbar am Tank 12 selbst angeordnet ist, etwa in dem Fall, dass das tankseitige Längsende 14b der Einfüllleitung 14 bündig mit einer Wandung des Tanks 12 endet, wobei das Rückschlagventil 26 dann am Übergang zwischen der Einfüllleitung 14 und dem Aufnahmevolumen 12a des Tanks 12 anzuordnen ist.
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Es ist möglich, ein weiteres Rückschlagventil 26 auch in der Belüftungsleitung 16 vorzusehen.
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In 2 ist eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die zweite Ausführungsform wird nachfolgend nur insofern beschrieben werden, als sie sich von der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform unterscheidet, auf deren Beschreibung zur Erläuterung der zweiten Ausführungsform ansonsten ausdrücklich verwiesen wird.
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Gleiche und funktionsgleiche Bauteile oder Bauteilabschnitte wie in 1 sind in 2 mit gleichen Bezugszahlen versehen, jedoch erhöht um die Zahl 100.
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Die zweite Ausführungsform in 2 unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform in 1 lediglich durch die Anordnung und die Ausführung des Rückschlagventils 126.
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2 zeigt einen Abschnitt der Einfüllleitung 114, in dem das Rückschlagventil 126 angeordnet ist, wobei die Einfüllleitung 114 im stromabwärtigen Bereich des Rückschlagventils 126 aufgeweitet ist. Die Einfüllrichtung E verläuft, wie in 2 angedeutet, entlang der sich längs der Einfüllbahn B erstreckenden Einfüllleitung 114. Die Einfüllbahn B kann im einbaugemäßen Zustand eines erfindungsgemäßen Betriebsflüssigkeitsbehälters in einem horizontal stehenden Kraftfahrzeug in einem beliebigen Winkel α zur Wirkungsrichtung der Schwerkraft (Pfeil g in 2) verlaufen, wobei α bevorzugt zwischen 0° und 60° liegt.
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Das Rückschlagventil 126 weist einen Ventilkörper 128 auf, der ein dünnes plattenförmiges Bauteil, etwa ein Gummilappen, ist. Ein Befestigungsabschnitt 130 des in 2 gezeigten Ventilkörpers 128 ist mittels eines Befestigungsmittels, etwa einer oder mehrerer Schrauben 132, an der Einfüllleitung 114 relativ zur Einfüllleitung ortsfest und lösbar befestigt. Ein von dem Befestigungsabschnitt 130 verschiedener Verformungsabschnitt 134 des Ventilkörpers kragt 128 ausgehend vom Befestigungsabschnitt 130 zur Einfüllbahn B hin aus.
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Der Ventilkörper 128 liegt in Schließstellung mit einem Sitzabschnitt 136 an einem einen Ventilsitz 138 bildenden Abschnitt der Einfüllleitung 114 an, wobei der Sitzabschnitt 136 des Ventilkörpers 128 einen Teil des Verformungsabschnitts 134 bildet. Die in 2 mit durchgezogener Linie gezeigte Schließstellung des Ventilkörpers 128 entspricht somit seiner Sitzanlagestellung. In dieser Sitzanlagestellung durchsetzt die Einfüllbahn B den Ventilkörper 128 zwischen Befestigungsabschnitt 130 und Sitzabschnitt 136 oder wenigstens einem vom Befestigungsabschnitt 130 am weitesten entfernt gelegenen Bereich des Sitzabschnitts 136. Der Sitzabschnitt läuft im dargestellten um die Einfüllbahn B um. Der Ventilkörper 128 verschließt also mit seinem Verformungsabschnitt 134 die Einfüllleitung 114, indem er den Durchlassquerschnitt der Einfüllleitung 114 vollständig überdeckt.
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Der Ventilkörper 128 weist eine Haupterstreckungsfläche 140 auf, die in der Schließstellung des Ventilkörpers 128 von zwei zueinander senkrechten Haupterstreckungsrichtungen aufgespannt wird. Im gezeigten Beispiel stellt eine in der Zeichenebene von 2 gelegene Längsachse 142 des Ventilkörpers 128 eine erste Haupterstreckungsrichtung dar und eine zur Längsachse 142 und damit zur Zeichenebene von 2 orthogonale, nicht gezeigte Achse des Ventilkörpers 128 stellt eine zweite Haupterstreckungsrichtung dar. Die Längsachse 142 und damit auch die Haupterstreckungsfläche 140 des Ventilkörpers 128 schließen mit der Einfüllbahn B einen spitzen Winkel β ein.
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Während eines Befüllvorgangs strömt Betriebsflüssigkeit in Einfüllrichtung E entlang der Einfüllbahn B der Einfüllleitung 114 und trifft auf den Verformungsabschnitt 134 des Ventilkörpers 128. Durch die so auf den Ventilkörper 128 auf seiner stromaufwärtigen Seite einwirkenden fluiddynamischen Kräfte wird dieser aus der Schließstellung (Sitzanlagestellung) in eine in 2 strichliniert dargestellte Durchlassstellung verformt, wobei sich der Ventilkörper 128 dabei um eine im Übergangsbereich zwischen dem Befestigungsabschnitt 130 und dem Verformungsbereich 134 gelegene und orthogonal zur Zeichenebene von 2 sowie orthogonal zur Einfüllbahn B und mit Abstand von dieser verlaufende Biegeachse BA1 biegt. In der Durchlassstellung herrscht schließlich ein Kräftegleichgewicht zwischen den inneren elastischen Rückstellkräften im Ventilkörper 128 und den von außen auf den Ventilkörper 128 ausgeübten fluiddynamischen Kräften. Die sich einstellende Durchlassstellung des Ventilkörpers 128 ist unter anderem von der Biegesteifigkeit des Ventilkörpers 128, der pro Zeiteinheit einströmenden Menge und der Strömungsgeschwindigkeit der durch die Einfüllleitung 114 am Ort des Ventilkörpers 128 strömenden Betriebsflüssigkeit abhängig.
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Wird der Befüllvorgang beendet, bewegt sich der Ventilkörper 128 aufgrund der inneren elastischen Rückstellkräfte aus der Durchlassstellung zurück in die Schließstellung bzw. Sitzanlagestellung.
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Es ist möglich, auf den in 2 dargestellten Ventilsitz 138 zu verzichten. In dem in 2 dargestellten Beispiel liegt ein Teil des Verformungsabschnitts 134 des Ventilkörpers 128 in dessen Schließstellung auf einem Auflageabschnitt 144 der Einfüllleitung 114 auf. Die Biegeachse BA2 für eine Verformung des Ventilkörpers 128 bei dessen Kraftbeaufschlagung entgegen der Einfüllrichtung E befindet sich dann im Bereich der Kante 146 des Auflageabschnitts 144. Die Biegeachse BA1 für eine Verformung zur Durchlassstellung liegt nach wie vor im Übergangsbereich zwischen dem Befestigungsabschnitt 130 und dem Verformungsbereich 134, da der Ventilkörper 128 in Einfüllrichtung von dem Anlageabschnitt 144 abheben kann. Bei betragsmäßig gleicher Krafteinwirkung am Durchstoßpunkt der Einfüllbahn B durch den Ventilkörper 128 verformt sich der Ventilkörper 128 wegen der folglich unterschiedlichen Biegemomente in Richtung von der Durchlassstellung weg weniger stark als zur Durchlassstellung hin. Durch das Vorsehen eines Auflageabschnitts 144 gewährleistet auch ein Rückschlagventil 128 ohne Ventilsitz 138 eine ausreichende Sperrwirkung für entgegen der Einfüllrichtung E in der Einfüllleitung 114 strömende Betriebsflüssigkeit
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Zur definierten Bereitstellung der Biegeachse BA1 des Ventilkörpers 128 kann an der Einfüllleitung 114 ein Vorsprung 148 vorgesehen sein, der unterhalb des Befestigungsabschnitts 130 (in Wirkungsrichtung g der Schwerkraft gesehen und im einbaugemäßem Zustand bei horizontal stehendem Kraftfahrzeug) gegen den Ventilkörper 128 drückt oder einen nur einen geringen Abstand von diesem hat. Der Abstand zwischen dem Vorsprung 148 und dem Ventilkörper 128 sollte dann so gewählt sein, dass eine vernachlässigbare Menge an Betriebsflüssigkeit in den den Befestigungsabschnitt 130 umschließenden Abschnitt 150 der Einfüllleitung 114 eintritt. Auf diese Weise ist es möglich, die Lebensdauer des Befestigungsabschnitts 130 und der zu dessen Anbringung benötigten Befestigungsmittel, etwa der Schraube 132, zu verlängern.
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In dem Fall eines Vorsehens eines solchen Vorsprungs 148 befindet sich die Biegeachse BA1 für die Verformung des Ventilkörpers 128 in die Durchlassstellung im Bereich des Vorsprungs 148.
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In 3 ist eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, welche nachfolgend nur insofern beschrieben werden wird, als sie sich von den ersten beiden Ausführungsformen unterscheidet, auf deren Beschreibung zur Erläuterung auch der dritten Ausführungsform ansonsten ausdrücklich verwiesen wird.
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Gleiche oder funktionsgleiche Bauteile oder Bauteilabschnitte wie in der zweiten Ausführungsform sind in der dritten Ausführungsform mit gleichen Bezugszahlen versehen, jedoch erhöht um die Zahl 200.
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3 zeigt einen Abschnitt der Einfüllleitung 214, in dem ein Rückschlagventil 226 angeordnet ist. In dieser dritten Ausführungsform umfasst die Einfüllleitung 214 einen ersten Abschnitt 214’ mit einer Längsachse 227', der im Bereich des Rückschlagventils 226 stromabwärts desselben aufgeweitet ist. Sie umfasst weiter einen zweiten Abschnitt 214’’ mit einer Längsachse 227''.
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Die Längsachse 227' des ersten Abschnitts 214’ verläuft im dargestellten Beispiel parallel zur Wirkungsrichtung g der Schwerkraft, wohingegen die Längsachse 227'' des zweiten Abschnitts 214’’ von dem ersten Abschnitt 214’ derart abzweigt, dass die Längsachse 227'' mit der Längsachse 227' einen spitzen Winkel β einschließt. Da die Haupterstreckungsfläche 240 des Ventilkörpers 228 in seiner mit durchgezogener Linie dargestellten Schließstellung parallel zur Schwerkraftwirkungsrichtung g verläuft durchdringt die Einfüllbahn B den Verformungsabschnitt 234 auch in dem Winkel β, so dass auch die Längsachse 242 des Ventilkörpers 228 die Einfüllbahn B unter dem Winkel β schneidet. Wie in 3 gezeigt, verläuft die Einfüllbahn B der Einfüllleitung 214 in der dritten Ausführungsform demnach nicht geradlinig, sondern ist in einem Bereich stromabwärts des Rückschlagventils 226 abgewinkelt.
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Im Übergangsbereich 237 zwischen dem ersten Abschnitt 214’ und dem zweiten Abschnitt 214’’ ist ein Ventilsitz 238 an der Einfüllleitung 214 ausgebildet. Allerdings liegt ein Sitzabschnitt 236 des Ventilkörpers 228 in seiner Schließstellung nicht am den Ventilsitz 238 an, sondern ist von diesem beabstandet.
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Während eines Befüllvorgangs bewegt sich der Ventilkörper 228 aufgrund der Beaufschlagung mit Betriebsflüssigkeit von seiner Schließstellung in eine Durchlassstellung, die in 3 mit einer fein gestrichelten Linie dargestellt ist. In einer solchen Durchlassstellung überdeckt der Ventilkörper 228 mit seinem Verformungsabschnitt 234 einen kleineren Teil des Durchlassquerschnitts des ersten Abschnitts 214’ der Einfüllleitung 214 als in der Schließstellung.
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Wird der Befüllvorgang beendet oder unterbrochen, wirken auf die dem zweiten Abschnitt 214’’ zugewandte Seite des Ventilkörpers 228 keine fluiddynamischen Kräfte mehr ein, so dass sich der Ventilkörper 228 aufgrund der in ihm wirkenden elastischen Rückstellkräfte und aufgrund der Schwerkraft zurück in seine Schließstellung verformt. Gleichzeitig kann Betriebsflüssigkeit auf die dem ersten Teil 214’ der Einfüllleitung 214 zugewandte Seite des Ventilkörpers 228 auftreffen, so dass der Ventilkörper 228 auch aufgrund der dadurch bewirkten Kräfte weiter in die Schließstellung und darüber hinaus in eine Sitzanlagestellung bewegt wird, in der der Ventilkörper 228 am Ventilsitz 238 anliegt. Diese Sitzanlagestellung ist in 3 mit einer grob gestrichelten Linie angedeutet.
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Wie bereits bei dem in 2 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erläutert, kann auch bei dem dritten Ausführungsbeispiel auf einen Ventilsitz 238 verzichtet werden. Die Einfüllleitung weist einen Auflageabschnitt 244 für den Ventilkörper 228 auf, auf dem dieser bzw. ein Teil seines Verformungsabschnitts 234 in der Schließstellung zur Durchlassstellung hin abhebbar aufliegen kann. Es treten auch hier die zuvor an der zweiten Ausführungsform beschriebenen Wirkungen ein.
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Um ein Auswechseln des Rückschlagventils 226 bzw. des Ventilkörpers 228 zu ermöglichen oder zu erleichtern, kann vorgesehen sein, dass der erste Abschnitt 214’ einen lösbar mit dem ersten Abschnitt 214' verbundenen Deckelabschnitt 249 aufweist.
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Die vorstehenden Ausführungen zu einem in einer Einfüllleitung eines Kraftfahrzeug-Betriebsflüssigkeitsbehälters angeordneten Rückschlagventil können entsprechend auf ein in einer Entlüftungsleitung eines Kraftfahrzeug-Betriebsflüssigkeitsbehälters angeordneten oder anzuordnenden Rückschlagventil übertragen werden.
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Mit den in der vorliegenden Anmeldung vorgestellten Lösungen kann an einem Kraftfahrzeug-Betriebsflüssigkeitsbehälters bei einem vereinfachten und weniger störanfälligen Aufbau des Rückschlagventils ein unerwünschtes Ausschwappen von bereits in den Betriebsflüssigkeitsbehälter eingefüllter Betriebsflüssigkeit am Ende eines Befüllvorgangs in vorteilhafter Weise im Wesentlichen verhindert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1685999 A1 [0007, 0007]
