-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Überströmventil zum zumindest teilweisen Verschließen und Öffnen eines Fluidleitungssystems.
-
In einer Vielzahl von technischen Anwendungen wird ein Fluid benötigt, welches unter einem bestimmten Druck steht. Besonders relevante technische Anwendungen sind gasbetriebene Fahrzeuge, die beispielsweise mit Autogas, Erdgas oder Wasserstoff betrieben werden. Das unter Druck stehende Fluid wird in einem Fluidreservoir, insbesondere in einem Drucktank, gelagert. Der Druck, mit welchem das Fluid im Drucktank gelagert wird, beträgt je nach Anwendung beispielsweise bei komprimiertem Erdgas (CNG) bei bis zu 325 bar und bei Wasserstoff bis über 700 bar. Über ein entsprechend ausgebildetes Fluidleitungssystem, welches Druckleitungen umfassen kann, wird das Fluid zu einer Anzahl von Komponenten geführt, welche mit Druck beaufschlagbar sind, insbesondere zum Verbrennungsmotor, wo die im Fluid gespeicherte chemische Energie in mechanische Energie umgewandelt wird, mit welcher das Fahrzeug betrieben wird. Beim Weg in den Verbrennungsmotor kann das Fluid weitere Komponenten durchlaufen, beispielsweise Druckminderer und Einlassventile.
-
Eine besondere Gefahr geht von einem unerlaubt hohen Massenstrom beispielsweise infolge eines Leitungsabrisses im Fluidleitungssystem oder infolge von Beschädigungen von mit dem Fluidleitungssystem verbundenen Komponenten aus. In diesem Fall wird eine Verbindung zur unter Atmosphärendruck stehenden Umgebung geschaffen, so dass plötzlich eine sehr große Druckdifferenz entsteht, welche zu einem schlagartigen unkontrollierten Ausströmen des Fluids aus dem Fluidreservoir führt.
-
Dieses Ausströmen kann zu Explosionen oder Bränden führen, welche die sich in der Umgebung der abgerissenen Leitung befindlichen Personen gefährden können.
-
Um das schlagartige Ausströmen des Fluids aus dem Fluidreservoir im Falle eines Leitungsabrisses zu verhindern, werden sogenannte Überströmventile eingesetzt. Derartige Überströmventile sind in der
DE 39 02 616 A1 , der
US 2015/0 192 213 A1 und der
JP 2014 -
214 804 A offenbart. Die Überströmventile ragen häufig in das Fluidreservoir hinein oder schließen sich dem Fluidreservoir unmittelbar an. Das Überströmventil weist ein Leitungssystem auf, welches den Teil des Fluidleitungssystems bildet, der das Überströmventil durchläuft. Sowohl beim Befüllen des Fluidreservoirs als auch beim Ausströmen aus dem Fluidreservoir muss das Fluid dieses Leitungssystem durchströmen. Ferner weist das Überströmventil einen Ventilsitz auf, welches mit einem bewegbaren Schließelement zusammenwirkt. Je nach Stellung verschließt das Schließelement das Leitungssystem oder gibt es frei. Aufgrund der Anordnung des Überströmventils am Fluidreservoir liegt an dem Ende des Überströmventils, mit welchem es mit dem Fluidreservoir verbunden ist, der Druck des Fluids im Fluidreservoir an, im Folgenden erster Druck genannt.
-
Das Schließelement ist so ausgestaltet, dass an dem Ende, welches mit den Komponenten verbunden ist, die mit dem Fluid beaufschlagbar sind, der zweite Druck anliegt. Aufgrund von Druckverlusten beim Durchströmen der Druckleitungen und/oder durch absichtlich außerhalb des Überströmventils vorgenommene Druckminderungen kann eine Druckdifferenz zwischen dem ersten Druck und dem zweiten Druck vorliegen. Im bestimmungsgemäßen Betrieb ist der maximal vorkommende Wert der Druckdifferenz, im Folgenden als Schwellenwert bezeichnet, bekannt. Die Überströmventile sind so ausgebildet, dass sie das Leitungssystem freigeben, solange die Druckdifferenz den Schwellenwert nicht überschreitet. Typische Schwellenwerte der Druckdifferenz im Überströmventil betragen je nach Auslegung zwischen 1 und 10 bar, 1 bis 5 bar oder 2 und 3 bar, wobei diese Schwellenwerte stark vom Strömungsverhalten des Fluids beim Durchströmen des Fluidleitungssystems abhängt.
-
Im oben geschilderten Fall eines Leitungsabrisses nimmt die Druckdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Druck Werte an, die deutlich über dem Schwellenwert liegen. In diesem Fall schließt das Überströmventil das Leitungssystem, so dass ein Ausströmen des Fluids aus dem Fluidreservoir in die Umgebung verhindert wird. Da aber ein Leitungsabriss ein Hinweis auf einen Unfall insbesondere des gasbetriebenen Fahrzeugs sein kann, kann von dem unter den ersten Druck stehenden Fluid im Fluidreservoir eine zusätzliche Gefahr ausgehen, beispielsweise dadurch, dass das Fluidreservoir infolge eines Aufpralls beschädigt wird. Das Überströmventil kann daher so ausgestaltet sein, dass dann, wenn sich das Schießelement in der Schließstellung befindet, dennoch das Fluid aus dem Fluidreservoir ausströmen kann. Hierzu kann das Schließelement einen Kanal aufweisen, der die Fluidkommunikation entsprechend herstellt. Der Querschnitt des Kanals ist dabei allerdings so gewählt, dass nur ein geringer Massenstrom den Kanal durchqueren kann. Hierdurch wird erreicht, dass das Fluid nicht schlagartig, sondern kontrolliert über eine gewisse Zeit aus dem Fluidreservoir austritt. Die Gefahren, die von einer schlagartigen Entleerung des Fluidreservoirs ausgehen, werden hierdurch verhindert.
-
Es kann aber auch sein, dass das Überströmventil durch andere Ereignisse als von einem Leitungsabriss ausgelöst wird, beispielsweise bei einer Systemflutung nach Wartungsarbeiten oder bei speziellen Zuständen während des Normalbetriebs. In diesem Fall wird über den Kanal ein Druckausgleich zwischen dem Fluidreservoir und dem Fluidleitungssystem hergestellt, wobei das Überströmventil bei Unterschreiten eines gewissen Schwellenwerts bezüglich der Druckdifferenz selbständig wieder vollständig öffnet.
-
Für den Fall, dass das Fluidreservoir wieder mit dem Fluid befüllt werden soll, wird das Überströmventil in die entgegengesetzte Richtung durchströmt. Eine Fluidquelle, beispielsweise an einer Tankstelle, hält das Fluid mit dem entsprechenden Druck vor. Da der erste Druck im Fluidreservoir mit abnehmendem Befüllungsgrad sinkt und der höhere Druck der Fluidquelle auf der dem Fluidreservoir abgewandten Seite anliegt, nimmt die Druckdifferenz zwischen dem ersten Druck und dem zweiten Druck negative Werte an. Infolgedessen wird das Schießelement geöffnet oder bleibt geöffnet, wodurch das Fluid von der Fluidquelle in das Fluidreservoir strömt.
-
Zu beachten hierbei ist, dass eine Filtrierung des Fluids vorgeschrieben ist, um zu verhindern, dass Partikel, die insbesondere von Kunststoffdrucktanks in das Fluid abgesondert werden, in die Komponenten, beispielsweise in den Verbrennungsmotor gelangen und dort Schäden anrichten können. Jeder Filter kann aber nur mit einem bestimmten Massenstrom pro Filterfläche beaufschlagt werden. Beim Befüllen liegen üblicherweise hohe Druckdifferenzen vor. Werden diese zu groß, kann der Filter mechanisch beschädigt werden. Um hohe Massenströme beim Befüllen zu ermöglichen, müssen relativ große Filter verwendet werden, die einen entsprechend großen Bauraum erfordern. Eine Anordnung des Filters in bekannten Überströmventilen scheidet aufgrund des nur begrenzt vorhandenen Bauraums aus. Auch im übrigen Fluidleitungssystem ist der Bauraum knapp, so dass der Filter nicht beliebig groß gewählt werden kann. Folglich sind dem Massenstrom beim Befüllen bestimmte Grenzen gesetzt.
-
Zudem kann der Filter nicht beliebig innerhalb des Fluidleitungssystems angeordnet werden, da bei der Druckminderung oder Entspannung die Temperatur des Fluids sinkt, wodurch der Filter vereisen und damit beschädigt werden kann. Der Abstand des Filters zur Entspannungsstelle muss daher groß genug sein.
-
Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es, ein Überströmventil der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass den oben genannten Nachteilen begegnet wird. Insbesondere soll ein Überströmventil geschaffen werden, welches es ermöglicht, insbesondere beim Befüllen des Fluidreservoirs einen höheren Massenstrom des Fluids durch das Überströmventil leiten zu können. Darüber hinaus soll das Überströmventil die Belastung des Filters insbesondere beim Befüllen so weit wie möglich reduzieren und eine größere Flexibilität der Wahl der Anordnung des Filters innerhalb des Fluidleitungssystems ermöglichen.
-
Diese Aufgabe wird mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
-
Eine Ausführungsform der Erfindung betrifft ein Überströmventil zum Verschließen und Öffnen eines Fluidleitungssystems, umfassend ein das Überströmventil durchlaufendes Leitungssystem mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende, wobei das Leitungssystem über das erste Ende direkt oder unter Zwischenschaltung eines Teils des Fluidleitungssystems mit einem Fluidreservoir fluidisch verbindbar ist, in welchem ein Fluid gelagert werden kann, und das Leitungssystem über das zweite Ende direkt oder unter Zwischenschaltung eines Teils des Fluidleitungssystems mit einem oder mehreren Komponenten fluidisch verbindbar ist, einen Ventilsitz, wobei das Leitungssystem einen ersten Leitungsabschnitt, der die fluidische Verbindung zum Fluidreservoir bereitstellt, und einen zweiten Leitungsabschnitt aufweist, der die fluidische Verbindung zu den Komponenten bereitstellt und der erste Leitungsabschnitt und der zweite Leitungsabschnitt am Ventilsitz ineinander übergehen, und ein erstes Schließelement, welches zwischen einer ersten Schließstellung, in welcher das erste Schließelement mit dem Ventilsitz zur Anlage kommt und die fluidische Verbindung zwischen dem ersten Leitungsabschnitt und dem zweiten Leitungsabschnitt trennt, und einer ersten Offenstellung, in welcher das erste Schließelement die fluidische Verbindung zwischen dem ersten Leitungsabschnitt und dem zweiten Leitungsabschnitt freigibt, bewegbar ist, wobei das Leitungssystem einen dritten Leitungsabschnitt aufweist, der fluidisch mit dem Fluidreservoir verbindbar ist und in den ersten Leitungsabschnitt oder den zweiten Leitungsabschnitt mündet, und ein zweites Schließelement, welches zwischen einer zweiten Schließstellung, in welcher das zweite Schließelement den dritten Leitungsabschnitt (50) verschließt, und einer zweiten Offenstellung, in welcher das zweite Schließelement die Fluidkommunikation freigibt, bewegbar ist.
-
Dabei ist das zweite Schließelement als eine in einem das erste Schließelement umgebenden Ringraum bewegbar angeordnete Hülse ausgestaltet, wodurch das zweite Schließelement am ersten Schließelement gelagert wird.
-
Um den oben genannten Nachteilen begegnen zu können, spielt es keine Rolle, auf welche Weise das erste Schließelement und das zweite Schließelement veranlasst werden, die oben beschriebenen Bewegungen durchführen. Beispielsweise können Elektromagnete eingesetzt werden. Es bietet sich aber an, die von dem Fluid auf das erste Schließelement und das zweite Schließelement aufgebrachten Druckkräfte für die Bewegung zu nutzen. Um zwischen den Offenstellungen und den Schließstellungen des ersten und des zweiten Schließelements unterscheiden zu können, werden die Offenstellung und die Schließstellung des ersten Schließelements als erste Offenstellung und erste Schießstellung und diejenigen des zweiten Schließelements entsprechend als zweite Offenstellung und zweite Schließstellung bezeichnet.
-
Für den Fall, dass die Druckdifferenz zwischen dem ersten Druck und dem zweiten Druck ein positives Vorzeichen aufweist, wird das erste Schießelement in die erste Schließstellung bewegt und gegen den Ventilsitz gedrückt und folglich das Leitungssystem gesperrt. Im umgekehrten Fall, dass die Druckdifferenz zwischen dem ersten Druck und dem zweiten Druck ein negatives Vorzeichen aufweist, wird das erste Schießelement vom Ventilsitz weg aus der Schließstellung in die Offenstellung bewegt.
-
Das zweite Schießelement ist so eingerichtet, dass es im Falle einer negativen Druckdifferenz zwischen dem ersten Druck und dem zweiten Druck aus der zweiten Schließstellung in die zweite Offenstellung bewegt wird und den dritten Leitungsabschnitt freigibt. Wie oben erwähnt, liegt eine negative Druckdifferenz zwischen dem ersten Druck und dem zweiten Druck dann vor, wenn das Fluidreservoir befüllt werden soll. Das Fluid kann nun je nach Ausgestaltung von der Fluidquelle sowohl durch den ersten Leitungsabschnitt als auch durch den dritten Leitungsabschnitt oder nur durch den dritten Leitungsabschnitt in das Fluidreservoir strömen. Im Falle einer negativen Druckdifferenz steht folglich der dritte Leitungsabschnitt zur Verfügung, wodurch ein größerer Massenstrom von der Fluidquelle in das Fluidreservoir strömen kann. Hierdurch ist es möglich, den Befüllungsvorgang zu verkürzen.
-
Erfindungsgemäß ist das zweite Schließelement als eine im Ringraum bewegbar angeordnete Hülse ausgestaltet. Das als Hülse ausgestaltete zweite Schließelement ist einfach zu fertigen und benötigt keinen zusätzlichen Bauraum, da der Ringraum ohnehin vorhanden ist, so dass dieser für die Anordnung des zweiten Schließelements verwendet werden kann. Zudem kann die Hülse so ausgestaltet sein, dass sie aufgrund ihrer Dimensionen und Gestaltung im Ringraum gelagert wird, so dass keine weiteren Maßnahmen zur Lagerung notwendig sind, wodurch der Aufbau des Überströmventils vereinfacht wird.
-
Nach Maßgabe einer weiteren Ausführungsform umfasst das Überströmventil ein erstes Vorspannelement, welches eine Öffnungskraft auf das erste Schließelement aufbringt, die das erste Schließelement in die erste Offenstellung bewegt. Die Verwendung des ersten Vorspannelements sorgt dafür, dass für den Fall, dass keine Druckdifferenz vorliegt, das Überströmventil geöffnet ist. Es handelt sich in dieser Ausführungsform folglich um ein „normally-open-Überströmventil“. Wie bereits erwähnt, kann das Überströmventil beispielsweise bei einer Systemflutung nach Wartungsarbeiten oder bei speziellen Zuständen während des Normalbetriebs ausgelöst werden. In diesem Fall wird über den Kanal ein Druckausgleich zwischen dem Fluidreservoir und dem Fluidleitungssystem hergestellt, wobei das Überströmventil bei Unterschreiten eines gewissen Schwellenwerts bezüglich der Druckdifferenz selbständig wieder die Kommunikation zwischen dem Fluidreservoir und den Komponenten herstellen soll. Dieser Schwellenwert wird über die Auslegung des Vorspannelements eingestellt.
-
In einer weitergebildeten Ausführungsform kann das Überströmventil ein zweites Vorspannelement umfassen, welches eine Schließkraft auf das zweite Schließelement aufbringt, die das zweite Schließelement in die zweite Schließstellung bewegt. Analog zum ersten Vorspannelement kann mithilfe der Wahl der Schließkraft der Wert der Druckdifferenz gewählt werden, ab welcher das zweite Schießelement öffnet und den dritten Leitungsabschnitt freigibt. Wie bereits erwähnt, soll der dritte Leitungsabschnitt dann freigegeben werden, wenn das Fluidreservoir befüllt wird. Zum Befüllen muss die Druckdifferenz zwischen dem ersten Druck und dem zweiten Druck einen negativen Wert annehmen. Um eine möglichst vollständige Befüllung des Fluidreservoirs unter Verwendung des dritten Leitungsabschnitts zu gewährleisten, bietet es sich an, die Schließkraft so zu wählen, dass das zweite Schließelement den dritten Leitungsabschnitt auch noch bei geringen Werten der negativen Druckdifferenz freigibt.
-
Bei einer weitergebildeten Ausführungsform können das erste Vorspannelement und das zweite Vorspannelement von einem gemeinsamen Vorspannelement gebildet werden. Die Verwendung eines gemeinsamen Vorspannelements, welche gleichzeitig die Funktion des ersten Vorspannelements und des zweiten Vorspannelements erfüllt, reduziert die Anzahl der Bauteile des vorschlagsgemäßen Überströmventils, wodurch einerseits die Herstellung vereinfacht und andererseits die Fehleranfälligkeit reduziert wird.
-
Bei einer weiteren Ausführungsform kann im ersten Leitungsabschnitt ein Filter zum Filtern des Fluids angeordnet sein. Wie bereits eingangs erwähnt, enthält das Fluid Partikel, welche beispielsweise im Verbrennungsmotor oder den anderen Komponenten Schäden oder Fehlfunktionen verursachen können. Folglich bietet es sich an, das Fluid zu filtern. Nachteilig ist jedoch, dass der Filter nur mit einem begrenzten Massenstrom beaufschlagt werden kann, ohne beschädigt zu werden. Da bei bekannten Überströmventilen der Weg des Fluids bei der Befüllung und bei der Entnahme gleich und nur die Strömungsrichtung umgekehrt sind, muss das Fluid sowohl bei der Befüllung als auch bei der Entnahme den Filter passieren. Während der Massenstrom bei der Entnahme sehr gering ist, ist man bei der Befüllung bestrebt, einen deutlich höheren Massenstrom zu realisieren, um die Zeit, die zum Befüllen notwendig ist, so gering wie möglich zu halten. Dem Massenstrom bei der Befüllung werden daher vom Filter bestimmte Grenzen gesetzt. Aufgrund der vorschlagsgemäßen Möglichkeit, bei der Befüllung des Fluidreservoirs den dritten Leitungsabschnitt mitzubenutzen, kann der Filter im ersten Leitungsabschnitt angeordnet werden, so dass dieser nur von einem Teil des Massenstroms bei der Befüllung durchströmt wird, während der größere Teil des Fluids über den dritten Leitungsabschnitt in das Fluidreservoir strömt. Alternativ kann das Überströmventil auch so gestaltet werden, dass der gesamte Massenstrom beim Befüllen über den dritten Leitungsabschnitt strömt. Daher lässt sich der Massenstrom bei der Befüllung steigern und die hierzu benötigte Zeit verkürzen, ohne den Filter zu beschädigen. Insofern bildet der dritte Leitungsabschnitt eine Art Bypass in Bezug auf den Filter.
-
Wie bereits erläutert, strömt das Fluid bei der Befüllung sowohl über den ersten als auch über den dritten Leitungsabschnitt oder nur über den dritten Leitungsabschnitt in das Reservoir. Im ersten Fall wird das Fluid aufgrund des vom Querschnitt der ersten Bohrung und des vom Filter induzierten Druckverlusts hauptsächlich über den dritten Leitungsabschnitt in das Fluidreservoir strömen. Der kleinere Teil des Fluids, welcher durch den Filter strömt, sorgt dafür, dass der Filterkuchen, der sich im Filter ansammelt, aufgrund der entgegengesetzten Durchströmungsrichtung bei der Befüllung entfernt wird, wodurch ein Blockieren des Filters verhindert wird. Für den Fall, dass das Fluid beim Befüllen nur über den dritten Leitungsabschnitt in das Fluidreservoir strömt, ist eine Spülung des Filters nur mit dem mit einem geringen Massenstrom über den Kanal strömenden Fluid möglich.
-
Weiterhin wird der dritte Leitungsabschnitt bei einer positiven Druckdifferenz, also dann, wenn das Fluid aus dem Fluidreservoir zu den Komponenten, beispielsweise zum Verbrennungsmotor, strömt, geschlossen. Folglich kann das Fluid nicht über den dritten Leitungsabschnitt aus dem Fluidreservoir ausströmen, so dass es nicht beispielsweise zum Verbrennungsmotor gelangen kann, ohne den Filter zu passieren. Somit wird verhindert, dass ungefiltertes Fluid zu den Komponenten gelangen und dort Schäden verursachen kann.
-
Wie eingangs erwähnt, kann der Filter nicht innerhalb von bekannten Überströmventilen angeordnet werden, da der dort verfügbare Bauraum nicht ausreicht, um den Filter so groß auszuführen, dass ein ausreichend großer Massenstrom beim Befüllen des Fluidreservoirs realisiert werden kann. Da aber beim vorschlagsgemäßen Überströmventil nur ein geringer Anteil des Massenstroms oder kein oder nahezu kein Fluid durch den ersten Leitungsabschnitt strömt, kann der Filter so klein ausgestaltet werden, dass er auch innerhalb des Überströmventils angeordnet werden kann. Hierdurch wird der Aufbau des Fluidleitungssystems vereinfacht, da keine besonderen Maßnahmen zum Anordnen des Filters innerhalb des Fluidleitungssystems und außerhalb des Überströmventils erforderlich sind.
-
Das Verhältnis zwischen dem beim Befüllen über den dritten Leitungsabschnitt und dem ersten Leitungsabschnitt strömenden Fluid kann von 70% zu 30% bis 100% zu 0% gewählt werden. Dabei ist zu beachten, dass je nach eingesetztem Filter dieser bereits dann beschädigt werden kann, wenn beim Befüllen 20% des Massenstroms über den ersten Leitungsabschnitt und damit durch den Filter strömen. Die Empfindlichkeit des Filters wird bei der Wahl des Verhältnisses entsprechend berücksichtigt.
-
Eine weitergebildete Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass der erste Leitungsabschnitt zumindest teilweise innerhalb des ersten Schließelements verläuft und das erste Schließelement einen Kanal zum Aufrechterhalten der Fluidkommunikation zwischen dem ersten Leitungsabschnitt und dem zweiten Leitungsabschnitt aufweist, wenn sich das erste Schließelement in der ersten Schließstellung befindet. Der Kanal hat dabei einen gegenüber dem ersten Leitungsabschnitt und dem zweiten Leitungsabschnitt einen reduzierten Strömungsquerschnitt, so dass für dem Fall, dass das erste Schließelement aufgrund eines Leitungsabrisses oder ähnlicher Ereignisse in die erste Schließstellung bewegt wird, das Fluid mit einem entsprechend reduzierten Massenstrom kontrolliert aus dem Fluidreservoir ausströmen kann. Da ein plötzlicher Druckverlust beispielsweise infolge einer Beschädigung der Druckleitungen ein Hinweis auf eine Störung oder einen Unfall ist, verhindert die kontrollierte Entleerung des Fluidreservoirs, dass eine Gefahr vom noch im Fluidreservoir befindlichen Fluid ausgeht.
-
Wie bereits erwähnt, kann es aber auch sein, dass das Überströmventil durch andere Ereignisse als von einem Leitungsabriss ausgelöst wird. In diesem Fall wird über den Kanal ein Druckausgleich zwischen dem Fluidreservoir und dem Fluidleitungssystem hergestellt, wobei das Überströmventil bei Unterschreiten eines gewissen Schwellenwerts bezüglich der Druckdifferenz selbständig wieder öffnen und die Kommunikation zwischen dem Fluidreservoir und den Komponenten herstellen soll.
-
Nach Maßgabe einer weiteren Ausführungsform verläuft der erste Leitungsabschnitt zumindest teilweise innerhalb des ersten Schließelements, wobei das Schließelement eine Anzahl von ersten Bohrungen aufweist, über welche der erste Leitungsabschnitt mit dem Ringraum in Fluidkommunikation steht. In dieser Ausführungsform kann das Überströmventil besonders kompakt ausgestaltet werden, so dass es nur einen geringen Bauraum benötigt.
-
In einer weiteren Ausführungsform kann das gemeinsame Vorspannelement im Ringraum angeordnet sein und sich auf der Hülse abstützen. Wie bereits zuvor erläutert, führen die Zusammenfassung des ersten und es zweiten Schließelements zu einer Reduzierung der Anzahl der Bauteile und somit ebenfalls zu einer Verringerung des benötigten Bauraums. Weiterhin kann das gemeinsame Vorspannelement so angeordnet werden, dass es sich sowohl auf der Hülse als auch auf dem ersten Schließelement abstützt. Folglich sind keine weiteren Maßnahmen notwendig, das gemeinsame Vorspannelement innerhalb des Überströmventils abzustützen, beispielsweise mit Vorsprüngen oder Ausnehmungen, die bei der Fertigung des Überströmventils zu Hinterschneidungen führen können und damit die Fertigung erschweren.
-
Nach Maßgabe einer weiteren Ausführungsform unterteilt die Hülse den Ringraum in einen ersten Unterabschnitt und einen zweiten Unterabschnitt, wobei die ersten Bohrungen mit dem ersten Unterabschnitt in Fluidkommunikation stehen und das gemeinsame Vorspannelement im zweiten Unterabschnitt angeordnet ist. Aufgrund dieser Anordnung liegt das gemeinsame Vorspannelement nicht in der Hauptströmung des Fluids beim Durchströmen des Übertrömventils. Hierdurch werden Verwirbelungen und Druckverluste vermieden, die dann entstehen, wenn das Vorspannelement in der Hauptströmung liegen würde. Zudem können hierdurch Effekte entstehen, welche die vom Vorspannelement ausgeübte Öffnungskraft unkontrollierbar beeinflusst. Zum Unterteilen des Ringraums kann die Hülse einen Vorsprung aufweisen, mit welchem sie das erste Schließelement umgreift, so dass die Hülse am ersten Schließelement gelagert werden kann, wodurch keine weiteren Maßnahmen zur Lagerung des zweiten Schließelements notwendig sind.
-
Gemäß einer fortgebildeten Ausführungsform weist das erste Schließelement eine Anzahl von zweiten Bohrungen auf, welche mit dem zweiten Unterabschnitt in Fluidkommunikation stehen. Aufgrund der Fluidkommunikation liegt im zweiten Unterabschnitt zumindest im Wesentlichen immer der erste Druck an, der auch im Fluidreservoir vorliegt. Hierdurch können die Federelemente gezielt ausgelegt werden, da keine Druckdifferenzen im zweiten Unterabschnitt auftreten können, welche die gewählten Schwellenwerte unerwünscht beeinflussen und verändern können. Je nach Zustand des Überströmventils ändert sich das Volumen des zweiten Unterabschnitts. Aufgrund der zweiten Bohrungen wird vermieden, dass das Fluid im zweiten Unterabschnitt beim Wechseln des Überströmventils zwischen den Betriebszuständen komprimiert oder entspannt wird, wodurch die Schwellenwerte ebenfalls unerwünscht beeinflusst werden können.
-
Bei einer weiteren Ausführungsform weist das Überströmventil ein Gehäuse auf, welches den Ventilsitz bildet und innerhalb welchem der zweite Leitungsabschnitt und der dritte Leitungsabschnitt verlaufen. Je nach mechanischer Beanspruchung kann das Überströmventil einen vom Gehäuse separierten Ventilkörper aufweisen, der den Ventilsitz bildet. Das Material des Ventilkörpers kann entsprechend den Beanspruchungen gewählt werden. Allerdings wird hierdurch der Aufbau des Überströmventils verkompliziert. Wenn das Gehäuse den Ventilsitz bildet, kann auf einen separaten Ventilkörper verzichtet werden, was den Aufbau und die Herstellung des Überströmventils vereinfacht. Zudem kann das Überströmventil mit kompakten Abmessungen versehen werden. Darüber hinaus ist es nicht notwendig, zusätzliche Druckleitungen vorzusehen, um den dritten Leitungsabschnitt mit dem Fluidreservoir zu verbinden. Das Überströmventil gemäß dieser Ausgestaltung wird wie ein bekanntes Überströmventil in das Fluidreservoir eingesetzt. Zusätzliche Maßnahmen sind nicht erforderlich, so dass der Einbau des vorschlagsgemäßen Überströmventils nicht verkompliziert wird.
-
Bei einer weitergebildeten Ausführungsform umfasst das Überströmventil ein Gehäuse, welches eine Anzahl von zweiten Bohrungen aufweist, welche mit dem zweiten Unterabschnitt in Fluidkommunikation stehen und mit dem Fluidreservoir fluidisch verbindbar sind. Die zweiten Bohrungen sorgen dafür, dass im zweiten Unterabschnitt des Ringraums derselbe erste Druck anliegt wie im Fluidreservoir. In dieser Ausführungsform ist der Druck im zweiten Unterabschnitt unabhängig vom Druckverlust des Filters, der sich im Betrieb unkontrollierbar ändern kann. Hierdurch können die Federelemente gezielt ausgelegt werden, da keine Druckdifferenzen im zweiten Unterabschnitt auftreten können, welche die gewählten Schwellenwerte unerwünscht beeinflussen und verändern können. Je nach Zustand des Überströmventils ändert sich das Volumen des zweiten Unterabschnitts. Aufgrund der zweiten Bohrungen wird vermieden, dass das Fluid im zweiten Unterabschnitt beim Wechseln des Überströmventils zwischen den Betriebszuständen komprimiert oder entspannt wird, wodurch die Schwellenwerte ebenfalls unerwünscht beeinflusst werden können.
-
Eine Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, dass der Ventilsitz vom zweiten Schließelement gebildet wird. In dieser Weiterbildung kann beim Befüllen der Ventilsitz geschlossen bleiben, so dass kein Fluid vom zweiten Leitungsabschnitt in den ersten Leitungsabschnitt strömen kann, wenn man den über den Kanal strömenden sehr geringen Massenstrom vernachlässigt. Gleichzeitig kann aber der dritte Leitungsabschnitt geöffnet werden. Hierdurch besteht die Möglichkeit, das Fluid beim Befüllen vollständig oder nahezu vollständig über den dritten Leitungsabschnitt in das Fluidreservoir zu leiten. Folglich kann der Filter beim Befüllen vollständig oder nahezu vollständig umgangen werden. Der Massenstrom beim Befüllen kann daher nahezu unbegrenzt gesteigert werden, ohne dass der Filter beschädigt wird. Insbesondere in dieser Weiterbildung kann die zum Befüllen des Fluidreservoirs benötigte Zeit deutlich verringert werden.
-
In einer weiteren Ausführungsform ist der Filter als eine Filterronde ausgestaltet, welche mit dem Gehäuse verbunden ist und als Anschlag für das erste Schließelement dient. Eine Filterronde bezeichnet eine starre Einfassung, in welcher der Filter befestigt ist. Beispielsweise kann die Filterronde einen starren kreisringförmigen Abschnitt aufweisen, in welchem der eigentliche Filter gehalten ist, der sich über die vom kreisringförmigen Abschnitt umschlossene Öffnung erstreckt. Der Einbau in das Überströmventil wird vereinfacht, da die Filterronde beispielsweise mit einer Umbördelung im Gehäuse befestigt werden kann. Weiterhin kann der kreisringförmige Abschnitt in den Ringraum hineinragen und dort als Anschlag für das erste Schließelement dienen, so dass kein weiteres Bauteil für den Anschlag benötigt wird.
-
Eine Ausführung der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Überströmventils nach einem der vorherigen Ansprüche zum Verschließen und Öffnen eines Leitungssystems, umfassend folgende Schritte:
- - Fluidisches Verbinden des ersten Leitungsabschnitts und des dritten Leitungsabschnitts des Leitungssystems mit dem Fluidreservoir und Lagern des Fluids im Fluidreservoir unter einem ersten Druck,
- - Fluidisches Verbinden des zweiten Leitungsabschnitts des Leitungssystems mit einem oder mehreren Komponenten und Beaufschlagen der Komponenten mit dem unter einem zweiten Druck stehenden Fluid,
- - Bewegen des ersten Schließelements in die erste Offenstellung und Bewegen des zweiten Schließelements in die zweite Schließstellung, wenn die Druckdifferenz zwischen dem ersten Druck und dem zweiten Druck positiv ist und unterhalb eines bestimmten Schwellenwerts liegt, oder
- - Bewegen des ersten Schließelements in die erste Schließstellung und Bewegen des zweiten Schließelements in die zweite Schließstellung, wenn die Druckdifferenz zwischen dem ersten Druck und dem zweiten Druck positiv ist und oberhalb eines bestimmten Schwellenwerts liegt, oder
- - Bewegen des ersten Schließelements in die erste Offenstellung und Bewegen des zweiten Schließelements in die zweite Offenstellung, wenn die Druckdifferenz zwischen dem ersten Druck und dem zweiten Druck negativ ist.
-
Die technischen Effekte und Vorteile, die sich mit dem vorschlagsgemäßen Verfahren erreichen lassen, entsprechen denjenigen, die für das vorliegende Überströmventil erörtert worden sind. Zusammenfassend sei insbesondere darauf hingewiesen, dass es aufgrund der Möglichkeit, beim Befüllen des Fluidreservoirs der dritte Leitungsabschnitt freigegeben wird, so dass das Fluid je nach Ausgestaltung des Überströmventils auch über den dritten und nicht nur über den ersten Leitungsabschnitt oder ausschließlich oder nahezu ausschließlich über den dritten Leitungsabschnitt in das Fluidreservoir fließen kann. Folglich kann ein erhöhter Massenstrom beim Befüllen realisiert werden, wodurch die hierzu notwendige Zeit verkürzt wird, ohne dass ein entsprechend großer Filter vorgesehen werden muss.
-
Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen
- 1 ein Überströmventil nach dem Stand der Technik in einer Offenstellung,
- 2 das in 1 gezeigte Überströmventil in einer Schließstellung,
- 3 ein vorschlagsgemäßes Überströmventil nach einem ersten Ausführungsbeispiel im Normalbetrieb in einer Offenstellung,
- 4 das in 3 gezeigte Überströmventil in einer Schließstellung infolge einer Ausnahmesituation,
- 5 das in 3 gezeigte Überströmventil in einer weiteren Offenstellung beim Befüllen, jeweils anhand einer Schnittdarstellung,
- 6 ein vorschlagsgemäßes Überströmventil nach einem zweiten Ausführungsbeispiel im Normalbetrieb in einer Offenstellung,
- 7 das in 6 gezeigte Überströmventil in einer Schließstellung infolge einer Ausnahmesituation, und
- 8 das in 6 gezeigte Überströmventil in einer weiteren Offenstellung beim Befüllen, jeweils anhand einer Schnittdarstellung.
-
In 1 ist ein Überströmventil 10P nach dem Stand der Technik in einer ersten Offenstellung und in 2 in einer ersten Schließstellung gezeigt. Das Überströmventil 10P umfasst ein Gehäuse 12, welches einen Ventilkörper 14 bildet, der wiederum einen Ventilsitz 16 bildet. Das Gehäuse 12 bildet einen Ringraum 18, in welchem ein erstes Schließelement 20 zwischen der ersten Offenstellung (1) und der ersten Schließstellung (2) entlang einer Längsachse L des Überströmventils 10P bewegbar ist. Im Ringraum 18 ist ein erstes Vorspannelement 22 angeordnet, welches das erste Schließelement 20 in die erste Offenstellung vorspannt. In der ersten Offenstellung liegt das erste Schließelement 20 an einem Anschlag 24 an, welcher auf nicht näher gezeigte Weise mit dem Gehäuse 12 verbunden ist.
-
Weiterhin umfasst das Überströmventil 10P ein das Überströmventil 10P durchlaufendes Leitungssystem 26, welches einen ersten Leitungsabschnitt 28 und einen zweiten Leitungsabschnitt 30 aufweist. Das Leitungssystem 26 weist ein erstes Ende 32 auf, welches vom ersten Leitungsabschnitt 28 gebildet wird und über welches das Leitungssystem 26 mit einem Fluidreservoir 36, beispielsweise einem Drucktank, auf nicht näher gezeigte Weise fluidisch verbunden ist. Im Fluidreservoir 36 kann ein nicht dargestelltes Fluid vorgehalten werden.
-
Ausgehend vom ersten Ende 32 geht der erste Leitungsabschnitt 28 von einer Öffnung 38 des Gehäuses 12 aus und setzt sich über einen Durchgang 40 des Anschlags 24 in das erste Schließelement 20 fort. Das erste Schließelement 20 weist im dargestellten Beispiel vier radial zur Längsachse L verlaufende erste Bohrungen 42 auf, welche die Fluidkommunikation zwischen dem ersten Leitungsabschnitt 28 und dem Ringraum 18 bereitstellen. Der zweite Leitungsabschnitt 30 geht vom Ventilsitz 16 aus, der den zweiten Leitungsabschnitt 30 vom ersten Leitungsabschnitt 28 trennt, und setzt sich bis zu einem zweiten Ende 34 des Leitungssystems fort, über welches das Leitungssystem 26 fluidisch mit einer Anzahl von Komponenten 44 verbunden ist, die mit dem Fluid beaufschlagt werden kann. Derartige Komponenten 44 können Druckleitungen, Drosseln, Verbrennungsmotoren etc. sein.
-
Im Normalbetrieb steht das Fluid im Fluidreservoir 36 unter einem ersten Druck p1, der beispielsweise bei komprimiertem Erdgas (CNG) bis zu 325 bar und bei Wasserstoff über 700 bar betragen kann. Der erste Druck p1 liegt auch im ersten Leitungsabschnitt 28 an, während im zweiten Leitungsabschnitt 30 das Fluid unter einem zweiten Druck p2 steht, der im Normalbetrieb üblicherweise etwas geringer als der erste Druck p1 ist. Der Druckverlust kann verschiedene Ursachen haben: Hauptsächlich wird die Druckdifferenz von der Fluidentnahme aus dem Fluidreservoir infolge des Verbrauchs des Verbrennungsmotors hervorgerufen. Darüber hinaus kann sich der Druckverlust beim Durchströmen der Druckleitungen ergeben, da diese Krümmungen und/oder Querschnittsveränderungen aufweisen. Weiterhin kann der Druckverlust zielgerichtet durch eine Drosselklappe oder eine Entspannung verursacht werden. Bei normaler Entnahme liegt der zweite Druck p2 um ca. 1 bis 10 bar, 1 bis 5 bar oder 2 bis 3 bar, gemessen über das Überströmventil, unter dem ersten Druck p1. Aufgrund der Druckdifferenz zwischen dem ersten Druck p1 und dem zweiten Druck p2 strömt das Fluid vom Fluidreservoir 36 über das erste Ende 32 zum zweiten Ende 34 des Leitungssystems 26 und von dort weiter zu den Komponenten 44. Aufgrund der Druckdifferenz wirkt eine bestimmte Druckkraft auf das erste Schließelement 20, die bestrebt ist, das erste Schließelement 20 in Richtung des Ventilsitzes 16 in die erste Schließstellung zu bewegen. Das erste Vorspannelement 22 bringt eine der Druckkraft entgegengesetzt wirkende Öffnungskraft auf das erste Schließelement 20 auf, so dass das erste Schließelement 20 in der ersten Offenstellung verbleibt, solange die Druckdifferenz zwischen dem ersten Druck p1 und dem zweiten Druck p2 einen bestimmten Schwellenwert nicht überschreitet.
-
Für den Fall, dass die Druckleitung oder einer oder mehrere der übrigen Komponenten 44 beschädigt werden und ein Zugang zur Umgebung geschaffen wird, beispielsweise durch ein Leck oder einen Leitungsabriss, so sinkt der zweite Druck p2 drastisch ab und nähert sich dem Umgebungsdruck. Als unmittelbare Folge davon steigt die Druckdifferenz zwischen dem ersten Druck p1 und dem zweiten Druck p2 stark an und überschreitet den Schwellenwert, so dass die auf das erste Schließelement 20 wirkende Druckkraft größer ist als die Öffnungskraft, welche vom ersten Vorspannelement 22 auf das erste Schließelement 20 aufgebracht wird. Infolgedessen wird das erste Schließelement 20 entlang der Längsachse L zum Ventilsitz 16 in die erste Schließstellung bewegt, wodurch das Leitungssystem 26 verschlossen wird und kein oder nahezu kein weiteres Fluid mehr vom ersten Leitungsabschnitt 28 über den Ventilsitz 16 in den zweiten Leitungsabschnitt 30 strömen kann (siehe 2). Ein plötzliches und unkontrolliertes Ausströmen des Fluids aus dem Fluidreservoir 36 in die Umgebung wird hierdurch unterbunden und die hiermit verbundenen Gefahren beseitigt.
-
Es kann aber dennoch erwünscht sein, das Fluidreservoir 36 im Falle einer Beschädigung der Druckleitung oder einer oder mehrerer der übrigen Komponenten 44 kontrolliert zu entleeren, da auch vom unter dem ersten Druck p1 stehenden Fluid im Fluidreservoir 36 eine Gefahr ausgehen kann. Zur kontrollierten Entleerung weist das erste Schließelement 20 einen Kanal 46 auf, welcher die Fluidkommunikation zwischen dem ersten Leitungsabschnitt 28 und dem zweiten Leitungsabschnitt 30 auch dann aufrecht erhält, wenn sich das erste Schließelement 20 in der ersten Schließstellung befindet. Der Kanal 46 weist einen im Vergleich zum ersten Leitungsabschnitt 28 und zum zweiten Leitungsabschnitt 30 deutlich geringeren Strömungsquerschnitt auf, so dass das Fluid den Kanal 46 nur mit einem entsprechend geringen Massenstrom durchströmen kann. Als Folge hierdurch wird das Fluidreservoir 36 kontrolliert entleert. Wenn die Druckdifferenz beim Entleeren einen bestimmten Schwellenwert unterschritten hat, öffnet sich das Überströmventil wieder.
-
Soll das Fluidreservoir 36 gefüllt werden, wird an einer geeigneten Stelle der Druckleitung eine Fluidquelle angeschlossen, welche das Fluid unter einem Druck vorhält, der mindestens genauso hoch ist wie der maximal gewünschte oder zulässige erste Druck p1 im Fluidreservoir 36. Der zweite Druck p2 gleicht dann dem Druck des Fluids in der Fluidquelle. Die Druckdifferenz zwischen dem ersten Druck p1 und dem zweiten Druck p2 ändert nun das Vorzeichen und wird negativ. Infolgedessen wirkt eine Druckkraft auf das erste Schließelement 20, welche in dieselbe Richtung wirkt wie die Öffnungskraft, die vom ersten Vorspannelement 22 auf das erste Schließelement 20 aufgebracht wird. Infolge dessen wird das erste Schließelement 20 zum Anschlag 24 hin in die erste Offenstellung bewegt. Das Fluid kann vom zweiten Leitungsabschnitt 30 in den ersten Leitungsabschnitt 28 und weiter in das Fluidreservoir 36 strömen.
-
Der Massenstrom im normalen Betrieb des Überströmventils 10P vom Fluidreservoir 36 zu den Komponenten 44 ist in der Regel deutlich geringer als der Massenstrom beim Befüllen des Fluidreservoirs 36, was unter anderem darin begründet ist, dass man das Fluidreservoir 36 so schnell wie möglich befüllen will, um Zeit einzusparen. Allerdings werden dem maximalen Massenstrom beim Befüllen des Fluidreservoirs 36 von einem in den 1 und 2 nicht dargestellten Filter Grenzen gesetzt. Das Fluid muss gefiltert werden, um zu verhindern, dass Partikel, die beispielsweise vom Material der Wandungen des Fluidreservoirs 36 in das Fluid abgesondert werden, in die Komponenten 44 gelangen und dort Schaden anrichten. Der Filter kann aber nur mit einem bestimmten maximalen Massenstrom beaufschlagt werden, da er sonst beschädigt wird. Je größer der maximale Massenstrom ist, desto größer muss der Filter dimensioniert werden, wodurch er einen entsprechend großen Bauraum benötigt. Eine sich anbietende Anordnung am ersten Ende 32 des Leitungssystems 26 scheidet aufgrund des dort nicht vorhandenen Bauraums aus.
-
In den 3 bis 5 ist ein vorschlagsgemäßes Überströmventil 10 in verschiedenen Stellungen gezeigt, wobei Teile, die bereits in Verbindung mit dem Überströmventil 10P nach dem Stand der Technik erläutert worden sind und auch beim vorschlagsgemäßen Überströmventil 10 vorhanden sind, dieselben Bezugszeichen aufweisen. Das vorschlagsgemäße Überströmventil 10 wird insoweit auf dieselbe Weise betrieben wie das bekannte Überströmventil 10P, als dass dieselben Bauteile betroffen sind.
-
Im Vergleich zum in den 1 und 2 gezeigten Überströmventil 10P aus dem Stand der Technik weist das vorschlagsgemäße Überströmventil 10 folgende zusätzliche Merkmale auf, die aus den 3 bis 5 ersichtlich sind: Neben dem ersten Schließelement 20 weist das Überströmventil 10 ein zweites Schließelement 48 auf, mit welchem ein dritter Leitungsabschnitt 50 des Leitungssystems 26 verschlossen und geöffnet werden kann. Der dritte Leitungsabschnitt 50 ist im dargestellten Beispiel mit vier oder sechs das Gehäuse 12 radial durchlaufenden Kanälen realisiert, die in den ersten Leitungsabschnitt 28 münden, der vom Ventilsitz 16 vom zweiten Leitungsabschnitt 30 getrennt wird. Es ist aber auch möglich, die Kanäle in den zweiten Leitungsabschnitt 30 münden zu lassen. Der dritte Leitungsabschnitt 50 steht mit dem Fluidreservoir 36 in Fluidverbindung.
-
Das zweite Schließelement 48 ist entlang der Längsachse L im Ringraum 18 zwischen einer zweiten Offenstellung und einer zweiten Schließstellung bewegbar. Das zweite Schließelement 48 wirkt mit einem zweiten Vorspannelement 52 zusammen, welche eine Schließkraft auf das zweite Schließelement 48 aufbringt, wodurch das zweite Schließelement 48 in die zweite Schließstellung bewegt wird, in welcher das zweite Schließelement 48 gegen den Ventilkörper 14 anschlägt. In der zweiten Schließstellung verschließt das zweite Schließelement 48 den dritten Leitungsabschnitt 50. Das erste Vorspannelement 22 und das zweite Vorspannelement 52 sind zu einem gemeinsamen Vorspannelement 54 zusammengefasst. Das zweite Schließelement 48 ist als eine Hülse 55 ausgebildet, welche einen radial verlaufenden Vorsprung 56 aufweist, mit dem das zweite Schließelement 48 das erste Schließelement 20 umschließt. Hierdurch wird der Ringraum 18 in einen ersten Unterabschnitt 57 und einen zweiten Unterabschnitt 58 unterteilt, wobei die ersten Bohrungen 42 die Fluidkommunikation mit dem ersten Unterabschnitt 57 herstellen und das gemeinsame Vorspannelement 54 im zweiten Unterabschnitt 58 angeordnet ist. Zudem wird das zweite Schließelement 48 am ersten Schließelement 20 gelagert. Weiterhin weist das erste Schließelement 20 zweite Bohrungen 59 auf, welche die Fluidkommunikation zwischen dem ersten Leitungsabschnitt 28 und dem zweiten Unterabschnitt 58 herstellen.
-
Zudem weist das vorschlagsgemäße Überströmventil 10 eine Filterronde 60 auf, in welcher ein Filter 62 befestigt ist. Die Filterronde 60 ist im Bereich des ersten Endes 32 des Leitungssystems 26 angeordnet und mittels einer Umbördelung 64 am Gehäuse 12 befestigt. Die Filterronde 60 ragt in das Innere des Überströmventils 10 hinein und dient als Anschlag für das erste Schließelement 20 in der ersten Offenstellung (siehe 3 und 5), so dass kein zusätzliches Bauteil zum Bereitstellen des Anschlags 24 benötigt wird, wie es bei bekannten Überströmventilen 10P der Fall ist (vgl. 1 und 2).
-
Im Normalbetrieb, also dann, wenn die Druckdifferenz zwischen dem ersten Druck p1 und dem zweiten Druck p2 positiv ist und einen bestimmten Schwellenwert nicht überschreitet, übt das gemeinsame Vorspannelement 54 einerseits die bereits beschriebene Öffnungskraft auf das erste Schließelement 20 und andererseits eine Schließkraft auf das zweite Schließelement 48 aus. Infolgedessen werden das erste Schließelement 20 in die erste Offenstellung und das zweite Schließelement 48 in die zweite Schließstellung vorgespannt. Das Fluid kann vom Fluidreservoir 36 über den ersten und den zweiten Leitungsabschnitt 28, 30 zu den Komponenten 44 strömen, wobei jedoch der dritte Leitungsabschnitt 50 vom zweiten Schließelement 48 verschlossen wird. Somit ist gewährleistet, dass das Fluid den Filter 62 durchlaufen muss und folglich gefiltert wird. Die zweiten Bohrungen 59 sorgen dafür, dass im zweiten Unterabschnitt 58 des Ringraums 18 derselbe erste Druck p1 herrscht wie im ersten Leitungsabschnitt 28.
-
Für den Fall, dass die Druckdifferenz zwischen dem ersten Druck p1 und dem zweiten Druck p2 den Schwellenwert überschreitet, beispielsweise infolge eines Leitungsabrisses, wird das erste Schließelement 20 aufgrund der wirkenden Druckkraft wie auch beim aus dem Stand der Technik bekannten Überströmventil 10P gegen den Ventilsitz 16 in die erste Schließstellung bewegt und schließt das Leitungssystem 26 ab, wobei auch hier ein verringerter Massenstrom vom ersten Leitungsabschnitt 28 durch den Kanal 46 in den zweiten Leitungsabschnitt 30 strömen kann. Das zweite Schließelement 48 verbleibt dabei in der zweiten Schließstellung (siehe 4).
-
Beim Befüllen des Fluidreservoirs 36 nimmt die Druckdifferenz zwischen dem ersten Druck p1 und dem zweiten Druck p2 einen negativen Wert an. Infolgedessen wird das erste Schließelement 20 gegen die Filterronde 60 in die erste Offenstellung bewegt. Sobald sich das erste Schließelement 20 in der Offenstellung befindet, wirkt der zweite Druck p2 auch auf das zweite Schließelement 48, welches aufgrund der Druckkraft gegen die Schließkraft des gemeinsamen Vorspannelements 54 in die zweite Offenstellung bewegt wird. Das Fluid kann folglich sowohl durch den ersten Leitungsabschnitt 28 als auch durch den dritten Leitungsabschnitt 50 in das Fluidreservoir 36 strömen. Wenn das Fluid durch den dritten Leitungsabschnitt 50 in das Fluidreservoir 36 fließt, durchströmt es nicht den Filter 62, so dass beim Befüllen ein im Vergleich zu bekannten Überströmventilen 10P ein höherer Massenstrom realisiert und/oder der Filter 62 kleiner dimensioniert werden kann. Ein reduzierter Massenstrom strömt aber auch durch den ersten Leitungsabschnitt 28 über den Filter 62 in das Fluidreservoir 36, der aber aufgrund des Strömungsquerschnitts der ersten Bohrungen 42 so bemessen ist, dass er den Filter 62 nicht beschädigt. Beim Durchströmen des Filters 62 wird dieser gereinigt, beispielsweise dadurch, dass ein Filterkuchen mitgerissen und in das Fluidreservoir 36 transportiert wird. Hierdurch wird ein Blockieren des Filters 62 vermieden.
-
In den 6 bis 8 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Überströmventils 102 ebenfalls im Normalbetrieb in einer Offenstellung (6), in einer Schließstellung infolge einer Ausnahmesituation (7), und in einer weiteren Offenstellung beim Befüllen gezeigt. Beim Überströmventil 102 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel wird der Ventilsitz 16 nicht vom Gehäuse 12, sondern vom zweiten Schließelement 48 gebildet. Wie eingangs erwähnt, trennt der Ventilsitz 16 den ersten Leitungsabschnitt 28 vom zweiten Leitungsabschnitt 30, so dass sich die Erstreckung der beiden Leitungsabschnitte 28, 30 entsprechend ändert. Darüber hinaus weist das zweite Schließelement 48 keinen Vorsprung 56 auf. Die zweite Bohrung 59 verläuft nicht innerhalb des ersten Schließelements 20, sondern innerhalb des Gehäuses 12 und mündet in das Fluidreservoir 36, so dass der Ringraum 18 mit dem Reservoir in Fluidkommunikation steht.
-
In der Offenstellung liegt das zweite Schließelement 48 mit seinem bezogen auf die in den Figuren gewählte Darstellung unteren Ende und entlang der Längsachse L gesehen am Gehäuse 12 an und verschließt dabei den dritten Leitungsabschnitt 50. In der Schließstellung liegt das zweite Schließelement 48 ebenfalls am Gehäuse 12 an. Aufgrund der erhöhten Druckdifferenz wird das erste Schließelement 20 entlang der Längsachse L verschoben und gegen den Ventilsitz 16 gedrückt, wodurch das Fluid nur über den Kanal 46 vom ersten Leitungsabschnitt 28 in den zweiten Leitungsabschnitt 30 strömen kann.
-
Beim Befüllen des Fluidreservoirs 36 wird aufgrund des Vorzeichenwechsels der Druckdifferenz das zweite Schließelement 48 entlang der Längsachse L nach oben geschoben, wobei das zweite Schließelement 48 das erste Schließelement 20 mit verschiebt. Dabei öffnet das zweite Schließelement 48 den dritten Leitungsabschnitt 50. Da aber aufgrund der vom gemeinsamen Vorspannelement 56 aufgebrachten Öffnungskraft das erste Schließelement 20 weiterhin gegen den Ventilsitz 16 gedrückt wird, kann das Fluid nur über den dritten Leitungsabschnitt 50 in das Fluidreservoir 36 strömen. Zwar weist das Überströmventil 102 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ebenfalls den Kanal 46 auf, welcher den ersten Leitungsabschnitt 28 mit dem zweiten Leitungsabschnitt 30 verbindet. Folglich kann auch beim Befüllen etwas Fluid vom zweiten Leitungsabschnitt 30 in den ersten Leitungsabschnitt 28 strömen, wobei aufgrund des im Vergleich zum dritten Leitungsabschnitt 50 sehr geringen Strömungsquerschnitt der beim Befüllen durch den Kanal 46 strömende Massenstrom nahezu zu vernachlässigen ist. Allerdings kann dieser Massestrom so gewählt werden, dass der Filter 62 dennoch in ausreichendem Umfang gereinigt werden kann.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Überströmventil
- 10P
- Überströmventil nach dem Stand der Technik
- 12
- Gehäuse
- 14
- Ventilkörper
- 16
- Ventilsitz
- 18
- Ringraum
- 20
- erstes Schließelement
- 22
- erstes Vorspannelement
- 24
- Anschlag
- 26
- Leitungssystem
- 28
- erster Leitungsabschnitt
- 30
- zweiter Leitungsabschnitt
- 32
- erstes Ende
- 34
- zweites Ende
- 36
- Fluidreservoir
- 38
- Öffnung
- 40
- Durchgang
- 42
- erste Bohrung
- 44
- Komponenten
- 46
- Kanal
- 48
- zweites Schließelement
- 50
- dritter Leitungsabschnitt
- 52
- zweites Vorspannelement
- 54
- gemeinsames Vorspannelement
- 55
- Hülse
- 56
- Vorsprung
- 57
- erster Unterabschnitt
- 58
- zweiter Unterabschnitt
- 59
- zweite Bohrung
- 60
- Filterronde
- 62
- Filter
- 64
- Umbördelung
- L
- Längsachse
- p1
- erster Druck
- p2
- zweiter Druck
