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Die Erfindung betrifft ein Schnellkupplungssystem gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Bei der Serienproduktion von Kraftfahrzeugen sind Komponenten und Aggregate bei der Anlieferung an das Montageband teilweise mit Betriebsstoffen befüllt. Beim Zusammenbau am Montageband ist es deshalb häufig erforderlich, das Austreten von Betriebsstoffen zuverlässig zu verhindern. Beispielsweise kann ein Motor eines Kraftfahrzeugs aufgrund von Tests auf einem Prüfstand bereits teilweise mit Kraftstoff befüllt sein. Bei der Verbindung des Motors mit einem Kraftstofftank des Kraftfahrzeugs sollte dann ein Austreten von Kraftstoff verhindert werden.
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Derzeitige Schnellkupplungssysteme vermeiden das Austreten von Betriebsstoffen am Montageband mittels eines mechanischen Ventils. Beispielsweise kann das Ventil einen Ventilkörper, eine Dichtung und ein Federelement umfassen. Mittels des Federelements ist das Ventil bei nicht miteinander verbundenen Kupplungselementen verschlossen, sodass an einer daran angeschlossenen Fluidleitung kein Betriebsstoff beziehungsweise Fluid austreten kann. Dieses Ventil wird dann durch das Zusammenstecken mit einem Gegenstück des Schnellkupplungssystems geöffnet. Insbesondere wird hierzu das Federelement bewegt und dadurch eine Durchgangsöffnung in dem Schnellkupplungssystem freigegeben.
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Nachteilig an einem solchen Schnellkupplungssystem sind dessen hohe Kosten.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein besonders kostengünstiges Schnellkupplungssystem zum fluidischen Verbinden zweiter Fluidleitungen eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Schnellkupplungssystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
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Die Erfindung betrifft ein Schnellkupplungssystem mit einem ersten Kupplungselement und einem zweiten Kupplungselement zum fluidischen Verbinden zweiter Fluidleitungen eines Kraftfahrzeugs, wobei das erste Kupplungselement ein Ventilelement umfasst, welches ein Durchströmen des ersten Kupplungselements mit Fluid bei nicht miteinander verbundenen Kupplungselementen verhindert. Um ein besonders kostengünstiges Schnellkupplungssystem zu schaffen, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Ventilelement als beim Verbinden der Kupplungselemente miteinander mittels des zweiten Kupplungselements zerstörbares Schließelement ausgebildet ist, nach dessen Zerstörung ein Durchströmen des ersten Kupplungselements mit Fluid ermöglicht ist.
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Ein solches Schließelement kann beispielsweise durch eine Membran, eine Folie oder eine Berstscheibe gebildet sein. Im Gegensatz zu einem klassischen Ventilelement mit beispielsweise einer Feder ist ein solches Ventilelement wesentlich preiswerter. Der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, dass das Schnellkupplungssystem nur einmalig vor einer Montage ein Austreten von Betriebsstoffen aus einer dem ersten Kupplungselement zugeordneten Fluidleitung verhindern muss. Bisher bekannte Auslaufsperren sind auf mehrmaliges Montieren und Demontieren ausgelegt, da diese auch beim Ausstecken des Schnellkupplungssystems das Austreten von Fluiden beziehungsweise Betriebsstoffen vermeiden können, was jedoch mit hohen Kosten verbunden ist. Üblicherweise ist eine Demontage jedoch ausschließlich im Reparaturfall notwendig. Bei Wartung und Reparatur können jeweilige Betriebsstoffe vorher abgelassen werden, und/oder ein geringes Austreten von Fluiden ist hinnehmbar. Nach der Montage ist ein zerstörtes Schließelement sogar vorteilhaft gegenüber beispielsweise der Verwendung eines wiederverwendbaren Ventils, da Strömungsverluste im Schnellkupplungssystem so geringer sein können.
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Das Schnellkupplungssystem ist beispielsweise geeignet für Kraftstoffleitungen, andere Betriebsstoffleitungen wie beispielsweise Ölleitungen, Kühlwasserleitungen und/oder Leitungen einer Scheibenwaschanlage des Kraftfahrzeugs. Durch das Verbinden mittels des Schnellkupplungssystems werden die zwei Fluidleitungen miteinander gekoppelt. Das erste Kupplungselement ist vorzugsweise aufseiten eines bereits bei der Montage mit Fluid befüllten Systems beziehungsweise Leitung angeordnet. Beispielsweise ist das erste Kupplungselement mit dem zerstörbaren Schließelement beim Verbinden von jeweiligen Kraftstoffleitungen motorseitig angeordnet. Das Schließelement kann form- und/oder stoffschlüssig in einem Steckelement des ersten Kupplungselements befestigt sein. Beispielsweise kann eine Membranfolie in einer Durchgangsöffnung des Steckelements eingeklebt sein.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schnellkupplungssystems ist das zerstörte Schließelement außerhalb eines Strömungskanals der fluidischen Verbindung angeordnet. Dafür kann es vorgesehen sein, dass das Schließelement bei der Zerstörung so verformt wird, dass es nicht mehr in einer Durchgangsöffnung des ersten Kupplungselements angeordnet ist. Durch diese Anordnung des zerstörten Schließelements verursacht das Schnellkupplungssystem besonders geringe oder gar keine Strömungsverluste in den miteinander verbundenen Leitungen. Im Gegensatz zu einem Ventilkörper mit einem Federelement reduziert das Schließelement nicht einen freien Leitungsquerschnitt und erhöht somit auch nicht die jeweiligen Strömungsverluste im Betriebsstoffsystem.
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Hohe Strömungsverluste sind vor allem in Saugleitungen stets kritisch zu betrachten, da diese zu Folgeschäden an Teilen von Betriebsstoffpumpen führen können und/oder bei offenen Systemen die Höhenfähigkeit von Kraftfahrzeugen einschränken können. Beispielsweise kann es bei hohen Strömungsverlusten in einem offenen hydraulischen System zu einer Unterschreitung des Dampfdrucks des Betriebsstoffs kommen und dadurch unerwünschte Kavitationseffekte entstehen. Dies kann auch zu einer Leistungsreduktion des Kraftfahrzeugs führen. Beispielsweise kann ein Dieselkraftstoff kurzfristig aufgrund eines Strömungsverlustes und/oder sehr starken Unterdrucks auf der Saugseite dampfförmig werden und deswegen der Motor des Kraftfahrzeugs nur unzureichend mit Kraftstoff versorgt werden.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schnellkupplungssystems ist es vorgesehen, dass das erste Kupplungselement als Steckaufnahme ausgebildet ist und das zweite Kupplungselement als Stecker ausgebildet ist, wobei das erste Kupplungselement eine Ausbuchtung umfasst, in welcher das zerstörte Schließelement bei miteinander verbundenen Kupplungselementen angeordnet ist. Insbesondere kann so das zweite Kupplungselement das Schließelement nach dessen Zerstörung einfach in diese Ausbuchtung hinein drücken, sodass das Schließelement nicht in dem Strömungskanal der fluidischen Verbindung angeordnet ist. Zudem kann das Schließelement so besonders einfach beziehungsweise mit besonders wenig Kraftaufwand zerstört werden. Die Ausbuchtung kann auch als Ausnehmung und/oder als Nut ausgebildet sein. Insbesondere, wenn das Schließelement als Folienelement ausgebildet ist, können jeweilige Folienstücke in diese Ausnehmungen gedrückt werden. Eine Steckaufnahme kann auch als weibliches Steckelement bezeichnet werden und ein Stecker als männliches Steckelement. Die Montage und Fertigung eines solchen Schnellkupplungssystems ist besonders einfach und kostengünstig.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schnellkupplungssystems ist es vorgesehen, dass das Schnellkupplungssystem ein Dichtungselement zum Abdichten der fluidischen Verbindung umfasst, wobei das Schließelement in Steckrichtung des zweiten Kupplungselements in das erste Kupplungselement hinter dem Dichtungselement angeordnet ist. Das Dichtungselement kann beispielsweise als O-Ring ausgebildet sein. Das Schnellkupplungssystem kann auch mehrere Dichtungselemente umfassen. Durch die spezielle Anordnung des Schließelements und des Dichtungselements in der Steckrichtung dichtet das Dichtungselement die fluidische Verbindung der zweiten Fluidleitung bereits ab, bevor das Schließelement zerstört wird. Dadurch wird ein Austreten von Betriebsstoffen während der Montage des Schnellkupplungssystems besonders zuverlässig verhindert. Vorzugsweise ist das Dichtungselement an dem ersten Kupplungselement angeordnet.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schnellkupplungssystems ist es vorgesehen, dass das Schließelement einteilig mit dem ersten Kupplungselement ausgebildet ist. Beispielsweise kann das erste Kupplungselement als Spritzgussteil ausgebildet sein, insbesondere als Plastikspritzgussteil. Das Schließelement kann dann gemeinsam mit dem Kupplungselement mit einem einzigen Spritzgusswerkzeug kostengünstig hergestellt werden. Das Schließelement ist dann beispielsweise als dünner und leicht zerstörbarer Teilbereich aus Kunststoff in dem ersten Kupplungselement ausgebildet, welcher nach seiner Zerstörung eine Durchgangsöffnung des ersten Kupplungselements freigibt.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schnellkupplungssystems ist es vorgesehen, dass das Schließelement als Inlay in dem ersten Kupplungselement eingegossen ist. Dadurch kann das Schließelement besonders einfach und kostengünstig aus einem anderen Werkstoff gefertigt sein als das erste Kupplungselement. Dadurch kann ein Schließelement eingesetzt werden, welches besonders einfach zu zerstören ist und/oder welches besonders zuverlässig jeweilige Betriebsstoffe vor dessen Zerstörung zurückhält. Beispielsweise kann das Schließelement so einfach als ein Folienelement ausgebildet sein, insbesondere als ein Aluminiumfolienelement.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schnellkupplungssystems ist es vorgesehen, dass das Schließelement eine Sollbruchstelle für dessen Zerstörung mittels des zweiten Kupplungselements aufweist. Dadurch kann das Schließelement besonders einfach zerstört werden. Zudem kann durch die Sollbruchstelle eine definierte Zerstörung des Schließelements bei der Montage des Schnellkupplungssystems bewirkt werden. Beispielsweise kann das Schließelement über dessen Oberfläche eine kreuzförmige Nut als Schwächung aufweisen. Dadurch wird das Schließelement bei dem Durchstoßen mit dem zweiten Kupplungselement in vier gleich große Teile zertrennt, welche dann beispielsweise besonders einfach in die Ausbuchtung außerhalb des Strömungskanals der fluidischen Verbindung gedrückt werden können.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Dabei zeigt:
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1 in einer teiltransparenten Ansicht ein Schnellkupplungssystem mit einem ersten Kupplungselement und einem zweiten Kupplungselement zum fluidischen Verbinden zweier Fluidleitungen eines Kraftfahrzeugs;
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2 in einer teiltransparenten Ansicht das Schnellkupplungssystem gemäß 1, wobei das erste Kupplungselement mit dem zweiten Kupplungselement verbunden ist;
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3 in einer schematischen Perspektivansicht das erste Kupplungselement gemäß 1; und
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4 in einer schematischen Schnittansicht das erste Kupplungselement gemäß 1.
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1 zeigt in einer teiltransparenten Ansicht ein Schnellkupplungssystem 10 mit einem ersten Kupplungselement 12 und einem zweiten Kupplungselement 14 zum fluidischen Verbinden zweier hier nicht gezeigter Fluidleitungen eines Kraftfahrzeugs. Das zweite Kupplungselement 14 ist beispielsweise als Kunststoffspritzgussteil ausgebildet, an welchem in dem Bereich 16 eine Fluidleitung angeschlossen werden kann und welches einen männlichen Teil beziehungsweise einen Stecker des Schnellkupplungssystems 10 bildet. Das zweite Kupplungselement 14 weist dabei eine Durchgangsöffnung 18 auf, welche später einen Teil des Strömungskanals der miteinander verbundenen Fluidleitungen bildet. Das erste Kupplungselement 12 umfasst ein Ventilelement, welches ein Durchströmen des ersten Kupplungselements 12 mit Fluid bei nicht miteinander verbundenen Kupplungselementen 12, 14 verhindert. Das Ventilelement ist dabei als zerstörbares Schließelement 20 ausgebildet, wobei nach dessen Zerstören ein Durchströmen des ersten Kupplungselements 12 mit Fluid durch Freigabe einer Durchgangsöffnung 24 ermöglicht ist.
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Dieser Zustand des Schnellkupplungssystems 10 ist in der teiltransparenten Ansicht von 2 gezeigt. Hier wurde das zweite Kupplungselement 14 in das erste Kupplungselement 12 gesteckt. Ein Endbereich 22 des zweiten Kupplungselements 14 hat dabei das Schließelement 20 durchstoßen und somit zerstört. Damit wird die Durchgangsöffnung 24 in dem ersten Kupplungselement 12 freigegeben, wodurch das erste Kupplungselement 12 und das zweite Kupplungselement 14 einen gemeinsamen Strömungskanal zum fluidischen Verbinden der zwei Fluidleitungen bilden.
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Wie in 2 und in der schematischen Schnittansicht des ersten Kupplungselements 12 gemäß 4 erkennbar, weist das erste Kupplungselement 12 eine Ausbuchtung 26 in Form einer innen umlaufenden Nut auf. Durch das Einstecken des zweiten Kupplungselements 14 wird das zerstörte Schließelement 20 in diese Ausbuchtung 26 gedrückt. Dies ist besonders gut in 2 zu erkennen. Dadurch ist das zerstörte Schließelement 20 außerhalb eines Strömungskanals der fluidischen Verbindung angeordnet. Entsprechend verursacht das zerstörte Schließelement 20 bei der fluidischen Verbindung der zwei Fluidleitungen nicht zu Strömungsverlusten.
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Das Schnellkupplungssystem 10 eignet sich somit besonders gut zum Verbinden jeweiliger Kraftstoffleitungen des Kraftfahrzeugs an einem Montageband. Häufig werden Motoren von Kraftfahrzeugen vor deren Montage bereits mit Kraftstoff befüllt angeliefert, da diese vorher auf einem Motorenprüfstand getestet wurden. Diese Kraftstoffe sollten bei der Montage nicht austreten. Dies wird durch das Schnellkupplungssystem 10 mit dem zerstörbaren Schließelement 20 kostengünstig und sicher verhindert. Gleichzeitig hat das zerstörte Schließelement 20 keinen Einfluss auf jeweilige Strömungen durch das Schnellkupplungssystem 10.
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Das Schließelement 20 befindet sich in Steckrichtung des zweiten Kupplungselements 14 in das erste Kupplungselement 12 hinter zwei als O-Ring ausgebildeten Dichtungselementen 28. Die Steckrichtung ist dabei in 4 durch Pfeil 30 veranschaulicht. Die Dichtungselemente 28 dichten die fluidische Verbindung der zwei Kupplungselemente 12 und 14 bereits ab, bevor das Schließelement 20 durchstoßen wird. Dadurch wird ein Austreten von Betriebsstoffen auch während der Montage des Schnellkupplungssystems 10 zuverlässig verhindert.
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Wie insbesondere in der schematischen Perspektivansicht von 3 zu erkennen ist, weist das Schließelement 20 eine kreuzförmige Sollbruchstelle 32 in Form einer Einkerbung auf. Dadurch wird eine definierte Zerstörung des Schließelements 20 beim Einstecken des zweiten Kupplungselements 14 erreicht. Diese Zerstörung in vier gleich große Teile des Schließelements 20 ist insbesondere in 2 zu erkennen. Dadurch wird sichergestellt, dass das Schließelement 20 nach seiner Zerstörung vollständig in die Ausbuchtung 26 passt. Gleichzeitig kann die Ausbuchtung 26 so besonders klein dimensioniert werden, wodurch auch das erste Kupplungselement 12 besonders klein und bauraumsparend sein kann.
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Das erste Kupplungselement 12 kann beispielsweise ein zweiteiliges Gehäuse umfassen, welches durch eine Reibschweißung miteinander verbunden ist. Das Schließelement 20 kann beispielsweise aus einer Membran, umfassend beispielsweise ein Material wie Aluminium, gebildet sein und während der Herstellung des zweiten Kupplungselements 12 in dieses eingeklebt oder eingegossen werden. Alternativ kann das Schließelement 20 auch aus dem gleichen Werkstoff wie das Gehäuse des zweiten Kupplungselements 12 bestehen. Dann kann das Schließelement 20 gemeinsam mit dem Kupplungselement 12 in einem einzigen Fertigungsschritt hergestellt, insbesondere gegossen, werden.
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Das Schnellkupplungssystem 10 ermöglicht also eine fluidische Verbindung von zwei Fluidleitungen eines Kraftfahrzeugs ohne eine Reduzierung eines Strömungsquerschnitts. Gegenüber bekannten Schnellkupplungssystemen ist die Konstruktion sehr einfach, sodass jeweilige Teile sehr kostengünstig herstellbar sind. Die Funktionalität des Schnellkupplungssystems 10 entspricht den tatsächlichen Anforderungen. Ein Austreten von Betriebsstoffen und/oder Fluiden in einer Großserienmontage wird verhindert, während auf das Verhindern von Austreten von Fluiden im Reparaturfall verzichtet wird. Im Gegensatz zu einem federbelasteten Ventil kann das Schnellkupplungssystem 10 gegebenenfalls auch mit einem geringeren Kraftaufwand montiert werden. Insbesondere kann das Einstecken des zweiten Kupplungselements 14 in das erste Kupplungselement 12 einen geringeren Kraftaufwand erfordern.
