DE102016103826A1

DE102016103826A1 - Leitungsventil mit einem hülsenförmigen Formkörper

Info

Publication number: DE102016103826A1
Application number: DE102016103826.1A
Authority: DE
Inventors: Michael Gross; Jürgen Spiegl
Original assignee: Veritas AG
Current assignee: Veritas AG
Priority date: 2016-03-03
Filing date: 2016-03-03
Publication date: 2017-09-07

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Leitungsventil (100) für die Leitung eines Fluids, mit einem Fluidkanal (101), wobei der Fluidkanal (101) einen Fluideinlass (103) und einen Fluidauslass (105) aufweist; und einem hülsenförmigen Formkörper (113), welcher in dem Fluidkanal (101) angeordnet ist, wobei der hülsenförmige Formkörper (113) ein erstes Ende (115), das fluiddicht abgeschlossen ist, und ein dem ersten Ende (115) abgewandtes zweites Ende (117), das durch einen umlaufenden Randabschnitt (119) begrenzt ist, aufweist, wobei das erste Ende (115) fluideinlassseitig an einer Innenwandung (125) des Fluidkanals (101) anliegt, wobei das zweite Ende (117) fluidauslassseitig angeordnet ist, und wobei der umlaufende Randabschnitt (119) einen ersten Randbereich (121) und einen zweiten Randbereich (123) aufweist, wobei der erste Randbereich (121) an der Innenwandung (125) des Fluidkanals (101) fluiddicht anliegt und wobei der zweite Randbereich (123) an der Innenwandung (125) anliegt, wobei der hülsenförmige Formkörper (113) in Fluidflussrichtung (107) zwischen dem ersten Ende (115) und dem zweiten Ende (117) einen konvexen Strömungsbereich (127) aufweist, wobei der konvexe Strömungsbereich (127) geformt ist, das Fluid in Fluidflussrichtung (107) über eine Außenoberfläche (129) des konvexen Strömungsbereichs (127) zu dem zweiten Randbereich (123) zu leiten, und wobei der zweite Randbereich (123) durch das Fluid radial verformbar ist, um das Fluid zum Fluidauslass (105) zu leiten.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Leitungsventil, insbesondere Rückschlagventil, mit einem hülsenförmigen Formkörper. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Leitungsventil mit einem hülsenförmigen Formkörper für die Leitung eines Fluids in einer mit dem Leitungsventil verbundenen Fluidleitung.
In einem Kraftfahrzeug kommt eine Vielzahl von Fluidleitungen in Form von Schläuchen, Rohren und dergleichen zum Einsatz, wie beispielsweise eine Fluidleitung zur Leitung von wässriger Harnstofflösung in einem Kraftfahrzeug. Die wässrige Harnstofflösung wird in diesem Fall für eine selektive katalytische Reduktion (SCR) des Abgasgemisches eines Verbrennungsmotors verwendet. Herkömmlich verwendete Leitungsventile, wie z.B. Ventilklappen, können durch Eisbildung in der Fluidleitung oder ein Schwappen des Fluids beschädigt werden.
In der DE 10 2015 003 209 A1 ist eine Vorrichtung zum Verhindern des Zurückschwappens von Harnstofflösung, bei der Betankung eines Harnstoffbehälters über eine Befüllleitung offenbart.
Vor diesem Hintergrund stellt sich die Aufgabe ein Leitungsventil bereitzustellen, welches eine hohe Lebensdauer aufweist.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche sowie der Figuren und der Beschreibung.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Leitungsventil für die Leitung eines Fluids gelöst, mit einem Fluidkanal, wobei der Fluidkanal einen Fluideinlass und einen Fluidauslass aufweist; und einem hülsenförmigen Formkörper, welcher in dem Fluidkanal angeordnet ist, wobei der hülsenförmige Formkörper ein erstes Ende, das fluiddicht abgeschlossen ist, und ein dem ersten Ende abgewandtes zweites Ende, das durch einen umlaufenden Randabschnitt begrenzt ist, aufweist, wobei das erste Ende fluideinlassseitig an einer Innenwandung des Fluidkanals anliegt, wobei das zweite Ende fluidauslassseitig angeordnet ist, und wobei der umlaufende Randabschnitt einen ersten Randbereich und einen zweiten Randbereich aufweist, wobei der erste Randbereich an der Innenwandung des Fluidkanals fluiddicht anliegt und wobei der zweite Randbereich an der Innenwandung anliegt, wobei der hülsenförmige Formkörper in Fluidflussrichtung zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende einen konvexen Strömungsbereich aufweist, wobei der konvexe Strömungsbereich geformt ist, das Fluid in Fluidflussrichtung über eine Außenoberfläche des konvexen Strömungsbereichs zu dem zweiten Randbereich zu leiten, und wobei der zweite Randbereich durch das Fluid radial verformbar ist, um das Fluid zum Fluidauslass zu leiten.
Durch die Verwendung des hülsenförmigen Formkörpers in dem Fluidkanal wird ein Leitungsventil für eine Fluidleitung bereitgestellt, welches eine vorteilhafte Leitung eines Fluids in einer Fluidflussrichtung des Fluids ermöglicht.
In dem Fluidkanal des Leitungsventils ist der hülsenförmige Formkörper angeordnet, welcher in Abhängigkeit von der Richtung und der Strömungsgeschwindigkeit des über eine Außenoberfläche des hülsenförmigen Formkörpers geleiteten Fluids radial verformbar ist. Der Fluidkanal kann insbesondere einen zumindest teilweise lichttransparenten Abschnitt aufweisen, wobei der hülsenförmige Formkörper innerhalb des zumindest teilweise lichttransparenten Abschnittes angeordnet ist, damit die radiale Verformung des hülsenförmigen Formkörpers von außerhalb des Leitungsventils beobachtet werden kann, beispielsweise um die Funktionsfähigkeit des Leitungsventils zu überprüfen.
Der hülsenförmige Formkörper weist einen konvexen Strömungsbereich auf. Durch die konvexe Form des konvexen Strömungsbereichs kann Fluid, welches in einer Fluidflussrichtung in dem Fluidkanal strömt, wirksam über die Außenoberfläche des konvexen Strömungsbereichs geleitet, bzw. kanalisiert werden. Durch die konvexe Form des konvexen Strömungsbereichs wird das Fluid insbesondere an den umlaufenden Randabschnitt des hülsenförmigen Formkörpers geleitet. Der umlaufende Randabschnitt weist einen ersten Randbereich und einen zweiten Randbereich auf, wobei das Fluid zu dem zweiten Randbereich des umlaufenden Randabschnitts geleitet wird, wodurch der zweite Randbereich an dieser Stelle radial verformt wird. Durch die radiale Verformung des zweiten Randbereichs liegt der zweite Randbereich nicht mehr an der Innenwandung des Fluidkanals an und eine Öffnung wird zwischen dem umlaufenden Randabschnitt und dem Fluidkanal freigegeben, wodurch Fluid zum Fluidauslass des Leitungsventils geleitet werden kann.
Gegenüber einem herkömmlichen Leitungsventil, wie z.B. einer federgelagerten Spitback-Klappe ist das erfindungsgemäße Leitungsventil einfacher und kostengünstiger zu fertigen. Zudem weist das erfindungsgemäße Leitungsventil einen größeren Widerstand gegen Eis auf, welches sich beispielsweise bei der Leitung einer Harnstoff-Lösung durch eine Fluidleitung bilden kann, und wodurch die Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung von funktionsrelevanten Teilen des Leitungsventils, wie z.B. dem hülsenförmigen Formkörper, durch Schwappen des Fluids, bzw. durch Eisschlag reduziert werden kann. Das erfindungsgemäße Leitungsventil kann zudem in einem separaten platzsparenden Gehäuse in der Fluidleitung platziert werden oder direkt in einen Tankanschlussstutzen eingesetzt werden. Zudem kann das Leitungsventil entlang der Längsachse um 360° gedreht werden, um in jedem Einbauzustand vorteilhafte Strömungsverhältnisse zu ermöglichen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der zweite Randbereich in Fluidsperrrichtung durch rückströmbares Fluid an die Innenwandung des Fluidkanals anpressbar, um das Leitungsventil in Fluidsperrrichtung fluidtechnisch zu sperren.
Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass das Leitungsventil ebenfalls ausgebildet ist, die Leitung von Fluid in dem Fluidkanal fluidtechnisch zu sperren, wenn das Fluid in dem Fluidkanal in der Fluidsperrrichtung zurück strömt. Somit ist das Leitungsventil insbesondere als ein Rückschlagventil ausgebildet, wodurch ein Zurückströmen von Fluid in dem Fluidkanal in der Fluidsperrrichtung verhindert wird.
Beim fortschreitenden Leiten von Fluid durch das Leitungsventil steigt der Druck auf der Fluidauslass-Seite des hülsenförmigen Formkörpers an, beispielweise durch verdrängte Luft, welche z.B. durch in einen Tank einströmendes Fluid verdrängt wird. Wenn der Druck auf der Fluidauslass-Seite des hülsenförmigen Formkörpers größer als die kinetische Energie des an der Außenoberfläche des konvexen Strömungsbereichs durch das Leitungsventil strömenden Fluids ist, erhöht sich die Anpresskraft des umlaufenden Randabschnitts an der Innenwandung des Fluidkanals, wodurch der zweite Randbereich des umlaufenden Randabschnitts und somit der umlaufende Randabschnitt wieder vollständig gegen die Innenwandung des Fluidkanals gepresst wird. Dadurch wird die Öffnung zwischen dem umlaufenden Randabschnitt und der Innenwandung des Fluidkanals wieder geschlossen. Somit wird bei einem Anstieg des Drucks auf der Fluidauslass-Seite des hülsenförmigen Formkörpers ein Rückströmen von Fluid in einer Fluidsperrrichtung durch das Leitungsventil verhindert.
In einer vorteilhaften Ausführungsform verjüngt sich der hülsenförmige Formkörper von dem zweiten Ende zu dem ersten Ende hin oder ist trichterförmig geformt.
Hierdurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass durch den sich verjüngenden hülsenförmigen Formkörper, bzw. durch die trichterförmige Form des hülsenförmigen Formkörpers ein besonders wirksames Leiten des Fluids über die Außenoberfläche des hülsenförmigen Formkörpers ermöglicht wird. Dadurch kann das Fluid wirksam kanalisiert werden und gebündelt auf den umlaufenden Randabschnitt des hülsenförmigen Formkörpers geleitet werden, wodurch der zweite Randbereich wirksam radial verformt werden kann.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist an einer Außenfläche des zweiten Randbereichs eine Anzahl von Rippen angeordnet ist, welche an der Innenwandung des Fluidkanals anliegen.
Hierdurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass durch die an der Außenfläche des zweiten Randbereichs angeordneten Rippen die Größe der Anlagefläche zwischen den Rippen und der Innenwandung des Fluidkanals reduziert werden kann. Dadurch kann ein Festfrieren des zweiten Randbereichs an der Innenwandung des Fluidkanals verhindert werden, wenn beispielweise Harnstofflösung durch das Leitungsventil geleitet wird.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der hülsenförmige Formkörper mit dem Fluidkanal formschlüssig verbindbar.
Hierdurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass durch die formschlüssige Verbindung zwischen dem hülsenförmigen Formkörper und dem Fluidkanal eine wirksame fluidtechnische Abdichtung zwischen dem hülsenförmigen Formkörper und dem Fluidkanal sichergestellt werden kann. Der hülsenförmige Formkörper kann hierbei vorteilhaft in den Fluidkanal eingeführt werden und durch die formschlüssige Verbindung wirksam an die Innenwandung des Fluidkanals anpressen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist der hülsenförmige Formkörper eine Längsnut auf, in welche eine Längsfeder der Innenwandung des Fluidkanals einführbar ist, oder weist der hülsenförmige Formkörper eine Längsfeder auf, welche in eine Längsnut der Innenwandung des Fluidkanals einführbar ist.
Hierdurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass durch das Einführen der Längsfeder, welche an dem Fluidkanal oder an dem hülsenförmigen Formkörper befestigt ist, in die Längsnut des hülsenförmigen Formkörpers, bzw. in die Längsnut des Fluidkanals eine wirksame Befestigung des hülsenförmigen Formkörpers an dem Fluidkanal sichergestellt wird. Dadurch wird eine wirksame Fluidleitungsfunktion, bzw. Fluidsperrfunktion des hülsenförmigen Formkörpers ermöglicht.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der hülsenförmige Formkörper einstückig aus einem Elastomer, insbesondere aus einem thermoplastischen Elastomer geformt.
Hierdurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass die einstückige Ausbildung des hülsenförmigen Formkörpers eine vorteilhafte und kostengünstige Fertigung des hülsenförmigen Formkörpers ermöglicht. Die genannten Elastomer-Kunststoffe des hülsenförmigen Formkörpers ermöglichen, dass eine vorteilhafte radiale Verformbarkeit des hülsenförmigen Formkörpers bei unterschiedlichen Temperaturen und bei unterschiedlichen Druckverhältnissen sichergestellt wird. Zudem weisen die genannten Elastomere eine besonders vorteilhafte Beständigkeit gegenüber hohen und tiefen Temperaturen auf, und weisen auch eine hohe Beständigkeit gegenüber dem durch die Leitung geleiteten Fluid, insbesondere Harnstoff-Lösung, auf.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der hülsenförmige Formkörper elastisch.
Hierdurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass durch die elastischen Eigenschaften des hülsenförmigen Formkörpers eine besonders wirksame radiale Verformbarkeit des zweiten Randbereichs sichergestellt wird. Wenn der Fluidstrom des in Fluidflussrichtung über die Außenoberfläche des hülsenförmigen Formkörpers geleiteten Fluids nachlässt, kann sich der zweite Randbereich durch die elastischen Eigenschaften des hülsenförmigen Formkörpers wieder radial zurückverformen, wodurch der zweite Randbereich des hülsenförmigen Formkörpers erneut an der Innenwandung des Fluidkanals anliegt.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der erste Randbereich mit der Innenwandung stoffschlüssig oder formschlüssig verbunden.
Hierdurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass durch die stoffschlüssige oder formschlüssige Verbindung des ersten Randbereichs mit der Innenwandung eine besonders wirksame fluidtechnische Abdichtung zwischen dem hülsenförmigen Formkörper und dem Fluidkanal sichergestellt wird. Durch eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem ersten Randbereich und dem Fluidkanal kann insbesondere sichergestellt werden, dass sich der erste Randbereich bei einer radialen Verformung des zweiten Randbereichs nicht von der Innenwandung des Fluidkanals löst, so dass eine stabile Positionierung des hülsenförmigen Formkörpers in dem Fluidkanal sichergestellt wird.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist in der Außenoberfläche des konvexen Strömungsbereichs zumindest ein Fluidleitungskanal gebildet, wobei der zumindest eine Fluidleitungskanal insbesondere durch eine Rille geformt oder durch eine Rippe, eine Finne oder zumindest einen Steg begrenzt ist.
Hierdurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass der Fluidleitungskanal ein wirksames Leiten des Fluids über die Außenoberfläche des konvexen Strömungsbereichs ermöglicht. Der Fluidleitungsbereich kann insbesondere die fluidleitenden Eigenschaften des konvexen Strömungsbereichs verbessern. Dadurch kann das durch den Fluidleitungskanal geleitete Fluid dem zweiten Randbereich des umlaufenden Randabschnitts wirksam zugeführt werden, um ein wirksames radiales Verformen des zweiten Randbereichs zu ermöglichen. Durch die Rillen, Rippen, Finnen oder Stege kann das Strömungsverhalten des Fluids in dem Fluidleitungskanal des konvexen Strömungsbereichs vorteilhaft gesteuert werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist der hülsenförmige Formkörper eine Drainagenut zum Abführen von Fluid aus dem konvexen Strömungsbereich in der Fluidflussrichtung auf, und ist die Drainagenut durch den umlaufenden Randabschnitt geführt.
Hierdurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass durch die Drainagenut ein Abführen von Fluid aus dem konvexen Strömungsbereich auch dann ermöglich wird, wenn der zweite Randbereich nicht radial verformt ist, und somit der umlaufende Randabschnitt vollständig umlaufend gegen die Innenwandung des Fluidkanals angepresst wird. Die Drainagenut, welche durch den umlaufenden Randabschnitt geführt ist, ermöglicht, dass das Fluid, welches durch den hülsenförmigen Formkörper zurückgehalten wird, langsam und kontrolliert durch die Drainagenut in der Fluidflussrichtung fließen kann, wodurch das Fluid beispielsweise einem Tank zugeführt werden kann. Somit kann verhindert werden, dass bei einem geschlossenen Leitungsventil das Fluid auf der dem Fluideinlass zugewandten Seite des hülsenförmigen Formkörpers in dem Leitungsventil steht.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Drainagenut durch den zweiten Randbereich des umlaufenden Randabschnitts geführt.
Hierdurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass durch das Führen der Drainagenut durch den zweiten Randbereich des umlaufenden Randabschnitts ein besonders wirksames Abführen von Fluid aus dem konvexen Strömungsbereich ermöglicht wird.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist das Leitungsventil einen ersten Stutzen zum Aufstecken eines ersten Fluidleitungsabschnittes einer Fluidleitung, und einen zweiten Stutzen zum Aufstecken eines zweiten Fluidleitungsabschnittes der Fluidleitung, auf.
Hierdurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass durch die beiden Stutzen das Leitungsventil vorteilhaft mit den jeweiligen Fluidleitungsabschnitten der Fluidleitung fluidtechnisch verbunden werden kann.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist der zweite Randbereich oder der konvexe Strömungsbereich eine geringere Wandstärke als der erste Randbereich auf.
Hierdurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass durch die geringe Wandstärke des zweiten Randbereichs oder des konvexen Strömungsbereichs im Vergleich zu dem ersten Randbereich sichergestellt werden kann, dass eine vorteilhafte radiale Verformung des zweiten Randbereichs sichergestellt wird, bzw. dass der konvexe Strömungsbereich wirksam das Fluid in Fluidflussrichtung leitet.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Fluidkanal aus Polyamid (PA), Polyoxymethylen (POM), hochdichtem Polyethylen (HDPE) oder Mischungen davon, geformt.
Hierdurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass die genannten Kunststoffe sowohl eine besonders vorteilhafte Beständigkeit gegenüber hohen und tiefen Temperaturen aufweisen, als auch eine hohe Beständigkeit gegenüber dem durch die Leitung geleiteten Fluid, insbesondere eine Harnstoff-Lösung, aufweisen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
1 eine Explosionsdarstellung eines Leitungsventils mit einem hülsenförmigen Formkörper;
2 eine Schnittdarstellung eines Leitungsventils mit einem hülsenförmigen Formkörper in einer Verschlussstellung;
3 eine Seitenansicht eines hülsenförmigen Formkörpers gemäß einer Ausführungsform; und
4 eine Seitenansicht eines hülsenförmigen Formkörpers gemäß einer weiteren Ausführungsform.
Die 1 und 2 zeigen eine Seitenansicht eines Leitungsventils, insbesondere Rückschlagventil, mit einem hülsenförmigen Formkörper gemäß einer Ausführungsform für die Leitung eines Fluids, insbesondere eine Leitung zum Leiten einer Harnstofflösung, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug.
In 1 ist eine Seitenansicht eines Leitungsventils ohne eine angeschlossene Fluidleitung in einer Explosionsdarstellung dargestellt. Das Leitungsventil 100 umfasst einen Fluidkanal 101 mit einem Fluideinlass 103 und einem Fluidauslass 105. Durch den Fluidkanal 101 des Leitungsventils 100 kann ein Fluid, insbesondere eine Harnstofflösung, in einer Fluidflussrichtung 107 geleitet werden. Das Fluid wird an dem Fluideinlass 103 in den Fluidkanal 101 eingeleitet und wird an dem Fluidauslass 105 wieder aus dem Fluidkanal 101 ausgeleitet.
Das Leitungsventil 100 weist ferner einen ersten Stutzen 111 auf, an welchem ein erster Fluidleitungsabschnitt einer Fluidleitung aufgesteckt werden kann, und weist ferner einen zweiten Stutzen 109 auf, an welchem ein zweiter Fluidleitungsabschnitt einer Fluidleitung aufgesteckt werden kann. Der Fluidkanal 101 besteht insbesondere aus einem Kunststoff, wie z.B. Polyamid (PA), Polyoxymethylen (POM), hochdichtem Polyethylen (HDPE) oder Mischungen davon.
Das Leitungsventil 100 weist ferner einen hülsenförmigen Formkörper 113 auf, welcher in dem Fluidkanal 101 angeordnet ist. Der hülsenförmige Formkörper 113 kann elastisch sein und insbesondere aus einem verformbaren Kunststoff, wie z.B. aus einem Elastomer oder einem thermoplastischen Elastomer bestehen.
Der hülsenförmige Formkörper 113 weist ein erstes Ende 115 auf, welches an einer dem Fluideinlass 103 zugewandten Seite angeordnet ist, und weist ein zweites Ende 117 auf, welches an einer dem Fluidauslass 105 zugewandten Seite angeordnet ist. Der hülsenförmige Formkörper 113 weist an dem zweiten Ende 117 einen umlaufenden Randabschnitt 119 auf, welcher an dem Fluidkanal 101 anliegt, um den Fluidkanal 101 des Leitungsventils 100 zu versperren.
Hierbei weist der umlaufende Randabschnitt 119 einen ersten Randbereich 121 auf, welcher an einer Innenwandung 125 des Fluidkanals 101 fluiddicht anliegt, und weist einen zweiten Randbereich 123 auf, welcher an der Innenwandung 125 des Fluidkanals 101 anliegt. Hierbei ist der zweite Randbereich 123 oberhalb des ersten Randbereichs 121 angeordnet.
Der hülsenförmige Formkörper 113 weist ferner einen konvexen Strömungsbereich 127 mit einer Außenoberfläche 129 auf, wobei Fluid in Fluidflussrichtung 107 über die Außenoberfläche 129 geleitet wird, um das Fluid in dem konvexen Strömungsbereich 127 zu kanalisieren.
Der konvexe Strömungsbereich 127 weist eine konvexe Vertiefung auf, welche sich von dem zweiten Ende 117 zu dem ersten Ende 115 verjüngt, bzw. trichterförmig geformt ist. Die konvexe Vertiefung des konvexen Strömungsbereichs 127 ermöglicht ein vorteilhaftes Leiten, bzw. eine vorteilhafte Kanalisierung der Fluidströmung zu dem zweiten Randbereich 123 des umlaufenden Randabschnitts 119 des hülsenförmigen Formkörpers 113. Durch die Kanalisierung der gebündelten Fluidströmung wird der zweite Randbereich 123 des umlaufenden Randabschnitts 119 an einer Stelle radial verformt. Der zweite Randbereich 123 liegt durch die radiale Verformung nicht mehr an der Innenwandung 125 des Fluidkanals 101 an, wodurch eine Öffnung zwischen dem umlaufenden Randabschnitt 119 und der Innenwandung 125 des Fluidkanals 101 entsteht, durch welche das Fluid in der Fluidflussrichtung 107 strömen kann. Der radial verformte zweite Randbereich 123 und die dadurch entstehende Öffnung sind in 1 nicht dargestellt. Der konvexe Strömungsbereich 127 kann ferner einen Fluidleitungskanal umfassen, welcher z.B. als eine Rille gebildet ist, wobei der Fluidleitungskanal durch Rippen, Finnen und/oder Stege begrenzt ist, oder eine strömungsoptimierte Oberfläche, wie z.B. Schuppen aufweist, welche ausgebildet sind, Fluid über die Außenoberfläche 129 des konvexen Strömungsbereichs 127 vorteilhaft durch den Fluidkanal 101 zu leiten.
Die Funktion des Leitungsventils 100 wird im Folgenden erläutert. Das Fluid wird durch die in 1 nicht dargestellte Fluidleitung geführt, und durch den Fluidkanal 101 des Leitungsventils 100 in einer Fluidflussrichtung 107 geleitet, wobei die Fluidflussrichtung 107 in 1 durch einen Pfeil dargestellt ist. Durch die vorteilhafte Ausgestaltung des konvexen Strömungsbereichs 127 des hülsenförmigen Formkörpers 113, insbesondere durch die konvexe Vertiefung, wird das Fluid in der Fluidflussrichtung 107 in dem Fluidkanal 101 gebündelt und auf den zweiten Randbereich 123 des umlaufenden Randabschnitts 119 des hülsenförmigen Formkörpers 113 gebündelt. Wenn die kinetische Energie des kanalisierten Fluids ausreicht, wird der zweite Randbereich 123 radial verformt, wodurch eine Öffnung zwischen dem umlaufenden Randabschnitt 119 und der Innenwandung 125 der Fluidleitung 101 freigegeben wird.
Das Fluid fließt solange in der Fluidflussrichtung 107 durch den Fluidkanal 101, bis der Druck auf der stromabwärtigen Seite des hülsenförmigen Formkörpers 113 größer als die kinetische Energie des Fluids ist. Der Druck auf der stromabwärtigen Seite des hülsenförmigen Formkörpers 113 kann beispielweise durch aus dem Tankbehälter verdrängte Luft ansteigen. Durch den Druckanstieg auf der stromabwärtigen Seite des hülsenförmigen Formkörpers 113 verstärkt sich der Anpressdruck des umlaufenden Randabschnitts 119 des hülsenförmigen Formkörpers 113, welcher gegen die Innenwandung 125 des Fluidkanals 101 gepresst wird, wodurch die abdichtende Wirkung des hülsenförmigen Formkörpers 113 weiter verstärkt wird. Dadurch kann die entstehende Öffnung verschlossen werden und es wird sichergestellt, dass entgegen der Fluidflussrichtung 107, also in der Fluidsperrrichtung 131 zurückfließendes Fluid, den hülsenförmigen Formkörper 113 nicht passieren kann.
Der hülsenförmige Formkörper 113 weist ferner eine Drainagenut 133 auf, welche durch den umlaufenden Randabschnitt 119, insbesondere durch den zweiten Randbereich 123, geführt ist, und ausgebildet ist, den konvexen Strömungsbereich 127 mit einem stromabwärtigen Bereich des Fluidkanals 101 fluidtechnisch zu verbinden. Wenn der umlaufende Randabschnitt 119, einschließlich des zweiten Randbereichs 123, an der Innenwandung 125 des Fluidkanals 101 anliegt, ermöglicht die Drainagenut 133 ein Abführen des Fluids, beispielweise durch ein Abfließen des Fluids durch die Drainagenut 133. Dadurch kann beispielsweise sichergestellt werden, dass das Fluid das Leitungsventil 100 vollständig passiert und keine Fluidreste durch das Leitungsventil 100 zurückgehalten werden.
An der Innenwandung 125 des Fluidkanals 101 ist ferner eine Längsnut 135 angeordnet, welche ausgebildet ist, eine Längsfeder 137 des hülsenförmigen Formkörpers 113 aufzunehmen. Wenn der hülsenförmige Formkörper 113 in dem Fluidkanal 101 positioniert wird, wird die Längsfeder 137 in die Längsnut 135 eingeführt, um den hülsenförmigen Formkörper 113 an dem Fluidkanal 101 zu befestigen.
Das erfindungsgemäße Leitungsventil 100 bietet eine funktionelle und kostengünstige Alternative zu einer federgelagerten Ventilklappe, welche oftmals in herkömmlichen Ventilen verwendet wird. Das Leitungsventil 100 weist eine erhöhte Widerstandsfähigkeit gegenüber Eis auf, welches sich beispielsweise bei der Verwendung einer Harnstofflösung in einem SCR-Bereich eines Kraftfahrzeuges bilden kann. Insbesondere weist der hülsenförmige Formkörper 113 eine erhöhte Widerstandskraft gegenüber Beschädigungen von funktionsrelevanten Teilen durch Schwappbewegungen oder Eisschlag auf. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass das Leitungsventil 100 mit dem hülsenförmigen Formkörper 113 in einem separaten platzsparenden Gehäuse in einer Fluidleitung platziert werden kann oder in einem Tankanschlussstutzen eingesetzt werden kann. Zudem ist eine konstruktive Auslegung auf 360° Rotation um die Längsachse möglich, um in jedem Einbauzustand die bestmöglichsten Strömungsverhältnisse zuzulassen.
In 2 ist eine Schnittdarstellung eines Leitungsventils mit einem hülsenförmigen Formkörper in einer Verschlussstellung dargestellt. Das Leitungsventil 100 umfasst einen Fluidkanal 101 mit einem Fluideinlass 103 und einem Fluidauslass 105. Das Fluidkanal 101 weist einen ersten und zweiten Stutzen 111, 109 zum Anstecken von Fluidleitungen auf.
Das Leitungsventil 100 umfasst einen hülsenförmigen Formkörper 113, welcher in dem Fluidkanal 101 angeordnet ist. Eine Längsfeder 137 des hülsenförmigen Formkörpers 113 ist in eine Längsnut 135 des Fluidkanals 101 eingeführt, um den hülsenförmigen Formkörper 113 in dem Fluidkanal 101 zu befestigen.
Der hülsenförmige Formkörper 113 weist ein erstes Ende 115 und ein zweites Ende 117 auf, wobei das zweite Ende 117 einen umlaufenden Randabschnitt 119 aufweist, welcher gegen eine Innenwandung 125 des Fluidkanals 101 anpressbar ist, um den Fluidkanal 101 fluidtechnisch zu versperren. Der hülsenförmige Formkörper 113 weist ferner einen konvexen Strömungsbereich 127 mit einer konvexen Vertiefung auf, welcher ausgebildet ist, Fluid durch den Fluidkanal 101 zu leiten.
In der in 2 dargestellten Verschlussstellung des Leitungsventils 100 wird durch einen Druckanstieg auf der stromabwärtigen Seite des hülsenförmigen Formkörpers 113 der umlaufende Randabschnitt 119, insbesondere der zweite Randbereich 123, des hülsenförmigen Formkörpers 113 gegen eine Innenwandung 125 des Fluidkanals 101 gepresst. Dadurch wird sichergestellt, dass entgegen der Fluidflussrichtung 107, in der Fluidsperrrichtung 131 zurückfließendes Fluid, den hülsenförmigen Formkörper 113 nicht passieren kann.
In 3 ist eine Seitenansicht eines hülsenförmigen Formkörpers eines Leitungsventils gemäß einer Ausführungsform dargestellt. Das Leitungsventil 100 umfasst einen hülsenförmigen Formkörper 113, welcher eine Längsfeder 137 zum Befestigen des hülsenförmigen Formkörpers 113 an dem Fluidkanal 101 des Leitungsventils 100 aufweist. Der hülsenförmige Formkörper 113 weist an dem zweiten Ende 117 einen umlaufenden Randabschnitt 119 auf, welcher gegen den Fluidkanal 101 anpressbar ist, um den Fluidkanal 101 in der Fluidsperrrichtung 131 des Leitungsventils 100 zu versperren. Der hülsenförmige Formkörper 113 weist ferner einen konvexen Strömungsbereich 127 mit einer konvexen Vertiefung auf, welcher ausgebildet ist, Fluid in der Fluidflussrichtung 107 in dem Fluidkanal 101 zu kanalisieren.
In 4 ist eine Seitenansicht eines hülsenförmigen Formkörpers eines Leitungsventils gemäß einer weiteren Ausführungsform dargestellt. Der hülsenförmige Formkörper 113 weist eine Längsfeder 137 auf, um den hülsenförmigen Formkörper 113 an dem Fluidkanal 101 des Leitungsventils 100 zu befestigen. Der hülsenförmige Formkörper 113 weist ferner einen konvexen Strömungsbereich 127 mit einer konvexen Vertiefung auf, welcher ausgebildet ist, Fluid in der Fluidflussrichtung 107 in dem Fluidkanal 101 zu kanalisieren.
Der hülsenförmige Formkörper 113 weist ein erstes Ende 115 auf und weist ein zweites Ende 117 auf, wobei an dem zweiten Ende 117 ein umlaufender Randabschnitt 119 angeordnet ist, welcher gegen eine Innenwandung 125 des Fluidkanals 101 anpressbar ist, um den Fluidkanal 101 in der Fluidsperrrichtung 131 des Leitungsventils 100 zu versperren.
Der umlaufende Randabschnitt 119 weist einen ersten Randbereich 121 und einen zweiten Randbereich 123 auf, wobei der erste Randbereich 121 an der Innenwandung 125 des Fluidkanals 101 fluiddicht anliegt und wobei der zweite Randbereich 123 an der Innenwandung 125 anliegt. Hierbei ist der zweite Randbereich 123 durch das Fluid radial verformbar, um das Fluid zum Fluidauslass 105 zu leiten.
Da die Flüssigkeit eine Harnstofflösung umfassen kann, ist es möglich, dass der zweite Randbereich 123 an der Innenwandung 125 des Fluidkanals 101 festfriert, wodurch eine radiale Verformung des zweiten Randbereichs 123 verhindert wird und damit das Leiten von Flüssigkeit durch das Leitungsventils 100 gestoppt wird. Um eine Blockade des Leitungsventils 100 zu vermeiden ist an einer Außenfläche 139 des zweiten Randbereichs 123 eine Anzahl von Rippen 141 angeordnet, welche an der Innenwandung 125 des Fluidkanals 101 anliegen. Somit liegt der zweite Randbereich 123 nicht vollständig sondern nur mit den Rippen 141 an der Innenwandung 125 des Fluidkanals 101 an, wodurch die Größe der Anlagefläche zwischen den Rippen 141 und der Innenwandung 125 reduziert werden kann. Hierdurch kann ein Festfrieren des zweiten Randbereichs 123 an der Innenwandung 125 des Fluidkanals 101 verhindert werden.
Alle in Verbindung mit einzelnen Ausführungsformen der Erfindung erläuterten und gezeigten Merkmale können in unterschiedlicher Kombination in dem erfindungsgemäßen Gegenstand vorgesehen sein, um gleichzeitig deren vorteilhafte Wirkungen zu realisieren.
Der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ist durch die Ansprüche gegeben und wird durch die in der Beschreibung erläuterten oder den Figuren gezeigten Merkmale nicht beschränkt.
Bezugszeichenliste

100: Leitungsventil
101: Fluidkanal
103: Fluideinlass
105: Fluidauslass
107: Fluidflussrichtung
109: Zweiter Stutzen
111: Erster Stutzen
113: Hülsenförmiger Formkörper
115: Erstes Ende
117: Zweites Ende
119: Umlaufender Randabschnitt
121: Erster Randbereich
123: Zweiter Randbereich
125: Innenwandung
127: Konvexer Strömungsbereich
129: Außenoberfläche des konvexen Strömungsbereichs
131: Fluidsperrrichtung
133: Drainagenut
135: Längsnut
137: Längsfeder
139: Außenfläche des zweiten Randbereichs
141: Rippe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102015003209 A1 [0003]

Claims

Leitungsventil (100) für die Leitung eines Fluids, mit: einem Fluidkanal (101), wobei der Fluidkanal (101) einen Fluideinlass (103) und einen Fluidauslass (105) aufweist; und einem hülsenförmigen Formkörper (113), welcher in dem Fluidkanal (101) angeordnet ist, wobei der hülsenförmige Formkörper (113) ein erstes Ende (115), das fluiddicht abgeschlossen ist, und ein dem ersten Ende (115) abgewandtes zweites Ende (117), das durch einen umlaufenden Randabschnitt (119) begrenzt ist, aufweist, wobei das erste Ende (115) fluideinlassseitig an einer Innenwandung (125) des Fluidkanals (101) anliegt, wobei das zweite Ende (117) fluidauslassseitig angeordnet ist, und wobei der umlaufende Randabschnitt (119) einen ersten Randbereich (121) und einen zweiten Randbereich (123) aufweist, wobei der erste Randbereich (121) an der Innenwandung (125) des Fluidkanals (101) fluiddicht anliegt und wobei der zweite Randbereich (123) an der Innenwandung (125) anliegt, wobei der hülsenförmige Formkörper (113) in Fluidflussrichtung (107) zwischen dem ersten Ende (115) und dem zweiten Ende (117) einen konvexen Strömungsbereich (127) aufweist, wobei der konvexe Strömungsbereich (127) geformt ist, das Fluid in Fluidflussrichtung (107) über eine Außenoberfläche (129) des konvexen Strömungsbereichs (127) zu dem zweiten Randbereich (123) zu leiten, und wobei der zweite Randbereich (123) durch das Fluid radial verformbar ist, um das Fluid zum Fluidauslass (105) zu leiten.
Leitungsventil (100) nach Anspruch 1, wobei der zweite Randbereich (123) in Fluidsperrrichtung (131) durch rückströmbares Fluid an die Innenwandung (125) des Fluidkanals (101) anpressbar ist, um das Leitungsventil (100) in Fluidsperrrichtung (131) fluidtechnisch zu sperren.
Leitungsventil (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der hülsenförmige Formkörper (113) sich von dem zweiten Ende (117) zu dem ersten Ende (115) hin verjüngt oder trichterförmig geformt ist.
Leitungsventil (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei an einer Außenfläche (139) des zweiten Randbereichs (123) eine Anzahl von Rippen (141) angeordnet ist, welche an der Innenwandung (125) des Fluidkanals (101) anliegen.
Leitungsventil (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der hülsenförmige Formkörper (113) mit dem Fluidkanal (101) formschlüssig verbindbar ist.
Leitungsventil (100) nach Anspruch 5, wobei der hülsenförmige Formkörper (113) eine Längsnut (135) aufweist, in welche eine Längsfeder (137) der Innenwandung (125) des Fluidkanals (101) einführbar ist, oder wobei der hülsenförmige Formkörper (113) eine Längsfeder (137) aufweist, welche in eine Längsnut (135) der Innenwandung (125) des Fluidkanals (101) einführbar ist.
Leitungsventil (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der hülsenförmige Formkörper (113) einstückig aus einem Elastomer, insbesondere aus einem thermoplastischen Elastomer, geformt ist.
Leitungsventil (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der hülsenförmige Formkörper (113) elastisch ist.
Leitungsventil (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der erste Randbereich (121) mit der Innenwandung (125) stoffschlüssig oder formschlüssig verbunden ist.
Leitungsventil (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei in der Außenoberfläche (129) des konvexen Strömungsbereichs (127) zumindest ein Fluidleitungskanal gebildet ist, wobei der zumindest eine Fluidleitungskanal insbesondere durch eine Rille geformt oder durch eine Rippe, eine Finne oder zumindest einen Steg begrenzt ist.
Leitungsventil (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der hülsenförmige Formkörper (113) eine Drainagenut (133) zum Abführen von Fluid aus dem konvexen Strömungsbereich (127) in der Fluidflussrichtung (107) aufweist, und wobei die Drainagenut (133) durch den umlaufenden Randabschnitt (119) geführt ist.
Leitungsventil (100) nach Anspruch 11, wobei die Drainagenut (133) durch den zweiten Randbereich (123) des umlaufenden Randabschnitts (119) geführt ist.
Leitungsventil (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Leitungsventil (100) einen ersten Stutzen (111) zum Aufstecken eines ersten Fluidleitungsabschnittes einer Fluidleitung, und einen zweiten Stutzen (109) zum Aufstecken eines zweiten Fluidleitungsabschnittes der Fluidleitung, aufweist.
Leitungsventil (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der zweite Randbereich oder der konvexe Strömungsbereich eine geringere Wandstärke als der erste Randbereich aufweist.
Leitungsventil (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Fluidkanal (101) aus Polyamid (PA), Polyoxymethylen (POM), hochdichtem Polyethylen (HDPE) oder Mischungen davon, geformt ist.