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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fahrzeugkomponente mit wenigstens einem selbsttätig öffnenden Auslassventil zum Abführen von Wasser aus einem Fahrzeugteilbereich.
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Im Stand der Technik sind verschiedene Auslasskonzepte für Wassermanagementsysteme bei Kraftfahrzeugen bekannt geworden. Als vorteilhaft haben sich dabei Wasserablaufstutzen erwiesen, welche erst bei einer bestimmten Wassersäulenhöhe öffnen und das Wasser abfließen lassen. So können beim Abfließen Ablagerungen und dergleichen ausgespült werden. In der Praxis hat sich allerdings gezeigt, dass einige solcher Wasserablaufstutzen bereits vor Erreichen der gewünschten Wassersäulenhöhe öffnen oder sogar im Normalzustand geöffnet sind.
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Es sind daher Wasserablaufstutzen bekannt geworden, bei denen das selbsttätige Öffnen in Abhängigkeit der Wassersäulenhöhe zuverlässiger funktioniert. Allerdings sind derartige Wasserablaufstutzen häufig sehr aufwendig konstruiert und umfassen beispielsweise mehrere unterschiedliche Materialkomponenten. Diese Wasserablaufstutzen sind daher entsprechend kostenintensiv.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Fahrzeugkomponente mit wenigstens einem selbsttätig öffnenden Auslassventil zur Verfügung zu stellen, welches eine verbesserte Zuverlässigkeit sowie eine verbesserte Wirtschaftlichkeit bietet.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Fahrzeugkomponente mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1. Bevorzugte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der allgemeinen Beschreibung und der Beschreibung zu den Ausführungsbeispielen.
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Die erfindungsgemäße Fahrzeugkomponente umfasst wenigstens ein selbsttätig öffnendes Auslassventil zum Abführen von Wasser aus einem Fahrzeugteilbereich. Dabei umfasst das Auslassventil wenigstens eine als Stülpmembran ausgebildete Membraneinheit mit wenigstens einer Wölbung. Die Membraneinheit ist durch eine auf ihr lastende Wassersäule oberhalb eines hydrostatischen Grenzdrucks aus einer zur Wassersäule gewölbten Grundstellung in eine entgegengesetzt gewölbte Auslassstellung umstülpbar. In der Wölbung ist wenigstens eine Auslassöffnung angeordnet. Die Auslassöffnung ist in der Grundstellung verschlossen und in der Auslassstellung wenigstens teilweise geöffnet. Insbesondere ist die Auslassöffnung in der Auslassstellung vollständig geöffnet.
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Die erfindungsgemäße Fahrzeugkomponente bietet viele Vorteile. Ein erheblicher Vorteil ist, dass das Auslassventil eine als Stülpmembran ausgebildete Membraneinheit umfasst. Durch das Umstülpen vor dem Abführen des Wassers kann die zum Öffnen des Auslassventils gewünschte Wassersäulenhöhe zuverlässig eingestellt bzw. eingehalten werden. Zudem bietet ein solches Auslassventil eine sehr verlässliche Funktion. Des Weiteren ist ein solches Auslassventil mit Stülpmembran besonders wirtschaftlich, da es kostengünstig hergestellt und im Fahrzeug verbaut werden kann. Ein weiterer Vorteil ist, dass durch die Wahl der Stülpmembran der zum Öffnen gewünschte Grenzdruck sehr einfach und flexibel angepasst werden kann.
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Vorzugsweise ist die Membraneinheit über eine quer zu einer Abfließrichtung des Auslassventils verlaufende Stülpachse umstülpbar. Die Abfließrichtung des Auslassventils ist beispielsweise lotrecht. Die Abfließrichtung kann auch durch einen Abfließkanal bzw. einen Staukanal vorgegeben sein. Insbesondere wird die Richtung der Wölbung der Membraneinheit durch das Umstülpen über die Stülpachse geändert. Insbesondere erstreckt sich die Wölbung in der Grundstellung oberhalb der Stülpachse und in der Auslassstellung unterhalb der Stülpachse.
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Besonders bevorzugt umfasst die Membraneinheit eine domartige Wölbung.
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Beispielsweise ist die Wölbung halbkugelförmig und/oder glockenförmig und/oder kuppelförmig ausgebildet. Eine solche Membraneinheit bietet aufgrund ihrer Wölbung eine besonders hohe Steifigkeit auch bei geringeren Wandstärken. Zudem bietet eine derart ausgestaltete Wölbung ein zuverlässiges Umstülpen der Membraneinheit, sodass das Auslassventil bei dem festgelegten Grenzdruck reproduzierbar öffnet.
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Besonders bevorzugt ist auch, dass die Auslassöffnung an einem Gipfel der Wölbung angeordnet ist. Der Gipfel der Wölbung ist dabei vorzugsweise in dem Bereich angeordnet, in welchem die Wölbung einen maximalen Abstand zu ihrer Grundfläche und/oder zur Stülpachse aufweist. Beispielsweise ist die Auslassöffnung am höchsten Punkt und/oder tiefsten Punkt der Wölbung angeordnet. Das ermöglicht ein zuverlässiges Schließen der Auslassöffnung in der Grundstellung sowie ein zuverlässiges Öffnen nach dem Umstülpen in die Auslassstellung.
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Die Auslassöffnung ist insbesondere in einem Symmetriezentrum der Wölbung angeordnet. Insbesondere ist die Auslassöffnung punktsymmetrisch zum Gipfel der Wölbung angeordnet. Beispielsweise ist die Auslassöffnung in der Mitte der Wölbung angeordnet.
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Besonders bevorzugt umfasst die Auslassöffnung ein punktsymmetrisches Schlitzmuster. Insbesondere ist das Schlitzmuster punktsymmetrisch zur Wölbung bzw. zum Gipfel der Wölbung ausgeformt. Das Symmetriezentrum kann beispielsweise ein Rotationssymmetriezentrum und/oder ein Punktsymmetriezentrum sein. Vorzugsweise ist auch der Gipfel der Wölbung im Symmetriezentrum der Wölbung angeordnet. Besonders bevorzugt ist die Membraneinheit als eine rotationssymmetrische und/oder punktsymmetrische domartige Wölbung ausgebildet.
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Solche Ausgestaltungen der Membraneinheit ermöglichen ein besonders zuverlässiges Umstülpen bzw. Öffnen und Schließen der Auslassöffnung, da der hydrostatische Druck der Wassersäule besonders gezielt und gleichmäßig einwirken kann.
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Die Auslassöffnung ist bevorzugt in der Grundstellung durch einen seitlich und insbesondere umlaufend auf die Wölbung einwirkenden hydrostatischen Druck verschließbar. Dadurch kann der an der Wölbung anliegende Wasserdruck die Membranseiten nach innen drücken und dadurch die Auslassöffnung zuverlässig verschließen. Insbesondere ist die Auslassöffnung in der Auslassstellung durch einen von innen auf die Wölbung einwirkenden hydrostatischen Druck öffenbar.
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Die Membraneinheit ist vorzugsweise aus der Auslassstellung selbsttätig wieder in die Grundstellung umstülpbar ausgebildet. Durch ein Rückstülpen in die Grundstellung kann die Auslassöffnung nach dem Abfließen des Wassers besonders zuverlässig wieder verschlossen werden. Insbesondere ist die Membraneinheit selbsttätig wieder in die Grundstellung umstülpbar, wenn die Wassersäule unterhalb des hydrostatischen Grenzdrucks oder auf den hydrostatischen Grenzdruck abfällt.
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Insbesondere ist der hydrostatische Druck für das selbsttätige Umstülpen von der Auslassstellung in die Grundstellung aufgrund einer Eigensteifigkeit der Membraneinheit geringer und beispielsweise um wenigstens ein Viertel geringer als der Grenzdruck für das Umstülpen von der Grundstellung in die Auslassstellung. Das hat den Vorteil, dass sich zum Umstülpen in die Auslassstellung zunächst eine größere Wassersäule anschauen muss, welche dann aber möglichst vollständig abfließen kann, bevor sich die Membraneinheit wieder in die Grundstellung zurückstülpt. Dadurch wird ein besonders guter Spüleffekt erreicht.
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Der hydrostatische Druck für das selbsttätige Umstülpen von der Auslassstellung in die Grundstellung kann auch wenigstens um die Hälfte oder mehr geringer als der Grenzdruck für das Umstülpen von der Grundstellung in die Auslassstellung sein. Beispielsweise kann der Druck für das Umstülpen von der Auslassstellung in die Grundstellung 10 % oder weniger des Grenzdrucks für das Umstülpen von der Grundstellung in die Auslassstellung betragen. Möglich ist aber auch, dass der hydrostatische Druck für das selbsttätige Umstülpen von der Auslassstellung in die Grundstellung im Wesentlichen dem Grenzdruck entspricht.
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Vorzugsweise ist das Auslassventil dazu geeignet und ausgebildet, in der Auslassstellung ein Abfließen der Wassersäule bis zum Erreichen eines hydrostatischen Drucks oberhalb des Grenzdrucks mittels Kapillarwirkung und/oder Adhäsion zu unterbinden. Das hat den Vorteil, dass bei Erreichen des Grenzdrucks die Membraneinheit zunächst in die Auslassstellung umgestellt wird, die Wassersäule aber noch nicht abfließt. Durch die Kapillarwirkung und/oder die Adhäsion bildet sich nach dem Umstülpen in die Auslassstellung beispielsweise ein Wassertropfen an der Auslassöffnung, welcher die Auslassöffnung weiterhin verschließt bzw. ein Abfließen des Wassers verhindert. Erst mit Erreichen des hydrostatischen Drucks oberhalb des Grenzdrucks öffnet sich dann die Auslassöffnung soweit, dass die Wassersäule abfließen kann.
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Insbesondere ist das Auslassventil dazu geeignet und ausgebildet, nach dem Überwinden der Kapillarwirkung und/oder Adhäsion das Abfließen vorzugsweise bis zum nahezu vollständigen Entleeren des angestauten Wassers aufrechtzuerhalten. Um das Abfließen wieder durch Kapillarwirkung und/oder Adhäsion zu stoppen, ist vorzugsweise ein erheblich geringerer hydrostatischer Druck als für die Überwindung der Kapillarwirkung und/oder Adhäsion zu Beginn des Abfließens nötig. Das ermöglicht ein besonders vollständiges Abfließen des angestauten Wassers.
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Es ist möglich, dass das Auslassventil wenigstens einen wenigstens abschnittsweise rohrförmigen Staukanal zur Aufnahme der Wassersäule umfasst. Dabei erstreckt sich die Wölbung in der Grundstellung vorzugsweise wenigstens teilweise in den Staukanal. Vorzugsweise ragt die Wölbung in der Auslassstellung wenigstens teilweise aus dem Staukanal heraus. Der Staukanal ist beispielsweise zylindrisch ausgebildet. Der Staukanal kann auch andere Querschnittsformen aufweisen. Insbesondere ist die Membraneinheit an dem Staukanal befestigt. Ein solcher Staukanal ermöglicht ein besonders unaufwendiges und gezieltes Anstauen der gewünschten Wassersäulenhöhe.
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Möglich ist auch, dass das Auslassventil wenigstens eine Dichteinrichtung umfasst, welche eine abgedichtete Anordnung des Auslassventils in einer Öffnung des Fahrzeugteilbereichs ermöglicht. Das ermöglicht beispielsweise einen wasserdichten Abschluss des Auslassventils zum Fahrzeugteilbereich. So kann ein Vorbeitreten des Wassers an dem Auslassventil zuverlässig verhindert werden. Beispielsweise ist das Auslassventil dazu geeignet und ausgebildet, in einer Öffnung und/oder Bohrung des Fahrzeugteilbereichs und beispielsweise einer Karosseriestruktur eingesetzt zu werden. Die Dichteinrichtung ist beispielsweise als eine Kragendichtung und/oder Flanschdichtung ausgebildet. Insbesondere ist die Dichteinrichtung an dem Staukanal angeordnet.
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Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus dem Ausführungsbeispiel, welches im Folgenden mit Bezug auf die beiliegenden Figuren erläutert wird.
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In den Figuren zeigen:
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1 eine stark schematisierte erfindungsgemäße Fahrzeugkomponente in einer geschnittenen Seitenansicht in drei verschiedenen Stellungen; und
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2 eine stark schematisierte Fahrzeugkomponente in einer perspektivischen Ansicht in drei verschiedenen Stellungen.
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Die 1 zeigt eine erfindungsgemäße Fahrzeugkomponente 1 mit einem Auslassventil 2. Das Auslassventil 2 ist hier in einer Öffnung eines Fahrzeugteilbereiches 11 eines Kraftfahrzeugs eingesetzt. Das Auslassventil 2 dient zum Abführen von Wasser, welches sich im Fahrzeugteilbereich 11 angestaut hat.
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Das Auslassventil 2 wird hier durch einen Staukanal 6 und eine daran befestigte Membraneinheit 3 bereitgestellt. Die Membraneinheit 3 ist als eine Stülpmembran 4 ausgebildet.
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Die Membraneinheit 3 umfasst eine Wölbung 33 mit einer darin angeordneten Auslassöffnung 5. Die Wölbung 33 ist hier domartig bzw. kuppelartig ausgebildet. Die Auslassöffnung 5 ist beispielsweise als ein Schlitzauslass mit einem symmetrischen und insbesondere punktsymmetrischen Schlitzmuster ausgebildet. Die Auslassöffnung 5 ist hier in einem Symmetriezentrum der Wölbung 33 angeordnet. Dabei befindet sich die Auslassöffnung 5 an einem Gipfel der Wölbung 33.
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Ein besonders zuverlässiges Verschließen der Auslassöffnung 5 wird beispielsweise durch einen punktsymmetrisch zum Gipfel der Wölbung 33 angeordneten Schlitzauslass erreicht. Die Form bzw. Geometrie des Schlitzauslasses ist dabei anforderungsabhängig definierbar.
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Die Membraneinheit 3 ist hier von einer Grundstellung 13 in eine Auslassstellung 23 umstülpbar. Das Umstülpen erfolgt dabei durch den hydrostatischen Druck einer auf der Membraneinheit 3 lastenden Wassersäule 8. Beim Umstülpen wird die Wölbungsrichtung der Wölbung 33 umgekehrt. Dabei wird die Membraneinheit 3 mit ihrer Wölbung 33 über eine quer zu der Abfließrichtung des Auslassventils 2 verlaufende Stülpachse 43 umgestülpt. Die Stülpachse 43 verläuft hier auch quer zur Längsrichtung des Staukanals 6.
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Bei dem in der 1 links dargestellten Auslassventil 2 befindet sich die Membraneinheit 3 in einer Grundstellung 13. In der Grundstellung 13 ist das Auslassventil 2 unbelastet bzw. mit einer Wassersäule 8 unterhalb eines hydrostatischen Grenzdrucks belastet.
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Unterhalb des hydrostatischen Grenzdrucks ist die Membraneinheit 3 mit ihrer Wölbung 33 nach innen in den Staukanal 6 bzw. in Richtung der Wassersäule 8 gerichtet. Die Membraneinheit 3 weist dabei aufgrund ihrer Wölbung 33 nach innen trotz einer entsprechend geringen Wandstärke eine entsprechend hohe Steifigkeit auf, beispielsweise analog einer Kuppelkonstruktion. Der an den Seiten der Wölbung 33 anliegende hydrostatische Druck drückt die Membranseiten nach innen und schließt dadurch die Auslassöffnung 5. In der Grundstellung 13 ist die Auslassöffnung 5 somit verschlossen und das Wasser läuft nicht ab.
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Das mittlere und das rechte Auslassventil 2 der 1 sind in der Auslassstellung 23 dargestellt.
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Mit steigendem hydrostatischen Druck beginnt sich die Membraneinheit 3 in die andere Richtung zu wölben. Erreicht die Wassersäule eine Höhe, welche dem hydrostatischen Grenzdrucks entspricht, stülpt sich die Membraneinheit 3 um. Die Wölbung 33 zeigt dann in die andere Richtung und ragt aus dem Staukanal 6 heraus bzw. der Wassersäule 8 entgegen. Dabei stülpt sich die Wölbung 33 über die Stülpachse 43. Die Membraneinheit 3 ist nun in der Auslassstellung 23.
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Aufgrund des Schlitzmusters sowie der symmetrischen Anordnung der Auslassöffnung 5 gegenüber der Wölbung 33 bildet sich ein Wassertropfen an der Auslassöffnung 5, der an dieser anheftet. Der Wassertropfen wird insbesondere durch die kapillare Adhäsion zunächst nicht abtropfen und somit die Auslassöffnung 5 weiterhin verschließen.
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Erst mit Zunahme der Höhe der Wassersäule 8 wird ein hydrostatischer Druck erreicht, welcher oberhalb des Grenzdrucks zum Umstülpen der Membraneinheit 3 liegt. Dieser Druck ist beispielsweise von der Membransteifigkeit und/oder dem Auslassdurchmesser und/oder der Schlitzauslassgeometrie abhängig.
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Mit Erreichen dieses Drucks öffnet das Auslassventil 2, sodass das Wasser abfließen kann. Die Auslassöffnung 5 wird dann nicht mehr durch Kapillarkräfte und/oder Adhäsion verschlossen gehalten. Die Auslassöffnung 5 bleibt dann vorzugsweise so lange geöffnet, bis sich die aufgestaute Wassermenge nahezu vollständig entleeren konnte. Dadurch wird erreicht, dass der Auslassbereich, welcher beispielsweise den Fahrzeugteilbereich 11 und oder den Staukanal 6 umfasst, ausreichend gespült wird.
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Das Auslassventil 2 mit abfließendem Wasser ist stark schematisiert rechts in der 1 dargestellt.
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Nach dem Abfließen der aufgestauten Wassersäule 8 geht die Membraneinheit 3 aufgrund ihrer Eigensteifigkeit wieder in die Grundstellung 13 zurück. Nun kann sich erneut Wasser anstauen.
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Die Eigensteifigkeit der Membraneinheit 3 wird hier insbesondere durch ihre geometrische Formgebung und insbesondere durch die Wölbung 33 bestimmt. Die Eigensteifigkeit der Membraneinheit 3 ist hier so ausgebildet, dass ein selbsttätiges Umstülpen von der Auslassstellung 23 in die Grundstellung 13 bei einem hydrostatischen Druck erfolgt, welcher wesentlich geringer als der Grenzdruck für das Umstülpen von der Grundstellung in die Auslassstellung ist. So wird ein besonders guter Spüleffekt erreicht.
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Die hier vorgestellte Fahrzeugkomponente 1 bietet ein besonders vorteilhaftes Wassermanagementsystem mit einer Stülpmembran 4. Durch die Stülpmembran 4 wird ankommendes Wasser bis zu einer definierten Wassersäule 8 aufgestaut. Das Wasser fließt ab Erreichen eines Grenzdrucks dann als Gesamtheit ab. So kann der Auslassbereich besonders zuverlässig gespült werden. Nach dem Entleeren bewegt sich die Membraneinheit 3 aufgrund ihrer Formgebung selbstständig wieder in ihre Grundstellung 13 zurück.
