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Die Erfindung betrifft ein Kupplungsstück, vorzugsweise zum Einsatz in Kraftstoffsystemen gasbetriebener Kraftfahrzeuge, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Aus der
DE 103 62 052 A1 ist ein Kupplungsstück bekannt, welches in eine Gasflasche eines gasbetriebenen Kraftfahrzeuges einsetzbar ist. Das Kupplungsstück weist einen kugelförmigen Sperrkörper und einen Sitz für den Sperrkörper auf, wobei der Sperrkörper und der Sitz zwei einander magnetisch anziehende Teile bilden und mindestens eines dieser Teile permanentmagnetische Eigenschaften aufweist oder elektrisch magnetisierbar ist. Bei diesem Kupplungsstück wird in Abwesenheit eines Überdrucks auf einer Seite der Sperrkörper gegen den Dichtring in Richtung des Sitzes gezogen und dichtet so einen Kanal innerhalb des Kupplungsstücks ab.
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Eine Weiterbildung des in der
DE 103 62 052 A1 beschriebenen Kupplungsstücks ist aus der
DE 10 2009 009 206 B3 bekannt. Hier ist nahe dem Sitz ein Aktivierungselement angeordnet, welches permanentmagnetisch oder elektrisch magnetisierbar ist, und den Sperrkörper in Abwesenheit eines Überdrucks in Richtung des Sitzes zieht und einen durch den Sitz hindurch verlaufenden Strömungskanal innerhalb des Kupplungsstücks verschließt.
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Durch das Vorsehen eines separaten Aktivierungselements sind der Sitz für den Sperrkörper und das Element zur Krafterzeugung durch magnetische Anziehung voneinander getrennt. Metallische Späne oder sonstige magnetische Partikel werden vom Aktivierungselement angezogen und setzen sich so weder am Sitz, noch am Sperrkörper ab. So ist auch im Falle stärkerer Verunreinigungen sichergestellt, dass die Dichtwirkung der Sperrkörper - wenn er an den Sitz gezogen wird - den durch den Sitz verlaufenden Kanal zuverlässig abdichtet.
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Es besteht allerdings die Gefahr, dass das an dem Aktivierungselement mit hohem Druck entlang strömende Fluid beim Durchströmen des Strömungskanals den Sperrkörper beschädigen können. Zum einen führt das Fluid, ob wohl es durch einen feinen Filter gefiltert wird, noch kleinste Partikel mit sich, die sich an dem Aktivierungselement ablagern oder beim Durchströmen des Strömungskanals Verschleiß erzeugen können. Zum anderen kann, beispielsweise wenn das Kupplungsstück für die Betankung mit Wasserstoff (H2) verwendet wird, das unter Druck stehende Fluid selbst das Aktivierungselement mit der Zeit zersetzen und beschädigen. Insbesondere bei einem permanentmagnetischen Aktivierungselement können sowohl die abrasiven Partikel im Gasstrom, als auch das aggressive Fluid selbst eine Korrosionsschutzschicht des Aktivierungselements angreifen und dadurch Schäden verursachen.
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Die Druckschrift
DE 10 2014 016 701 A1 offenbart ein Kupplungselement, bei dem ein magnetisches Aktivierungselement in einem Einsatzkörper angeordnet ist, der einen Käfig für den kugelförmigen Sperrkörper bildet, und mit einem ringförmigen Abdeckabschnitt abgedeckt ist. Hierdurch ist das Aktivierungselement nicht mehr unmittelbar durch das Fluid im Strömungskanal umströmt. Durch die Spalte kann aber weiterhin unter Druck stehendes Fluid zu dem Aktivierungselement strömen. Die Beschädigung durch das Fluid ist weiterhin nicht vollständig ausgeschlossen.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2007 023 659 A1 ist ein Rückschlagventil mit geschlossenem Ventilgehäuse bekannt, welches den Strömungskanal für das Fluid bildet. Das magnetische Aktivierungselement befindet sich vollständig außerhalb des Ventilgehäuses. Hier ist zwar die Beschädigung des Aktivierungselements durch das Fluid vermieden. Allerdings beruht das einstückige und geschlossene Ventilgehäuse mit außenliegendem Aktivierungselement auf einem anderen Konstruktionsprinzip als das gattungsgemäße Ventil mit innerhalb des Ventilgehäuses liegendem Aktivierungselement.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein universell einsetzbares Kupplungsstück mit Rückschlagventil und innen liegendem Aktivierungselement derart weiterzubilden, dass mit einfachen Mitteln eine Beeinträchtigung des Aktivierungselements durch das Fluid im Strömungskanal vermieden wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Gemäß der Erfindung wird ein Kupplungsstück mit einem Rückschlagventil vorgeschlagen, welches folgende Merkmale aufweist:
- a) einen Strömungskanal;
- b) einen kugelförmigen Sperrkörper in dem Strömungskanal,
- c) einen Sitz für den Sperrkörper, der mindestens teilweise aus ferromagnetischem Material besteht,
- d) ein Aktivierungselement, das nahe dem Sitz angeordnet und permanentmagnetisch oder elektrisch magnetisierbar ist.
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Zur Lösung der oben genannten Aufgabe ist zwischen dem Strömungskanal und dem Aktivierungselement ein Dichtring angeordnet, der zwei den Strömungskanal umgebende Klemmflächen aufweist, die zwischen zwei Anlageflächen zweier miteinander verschraubbarer Teile des Kupplungsstücks eingeklemmt sind.
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Mit anderen Worten wird vorgeschlagen, dass Aktivierungselement innerhalb des Ventilgehäuses durch einen zum Strömungskanal hin angeordneten Dichtring vollständig vom Fluidstrom im Strömungskanal abzutrennen und gegenüber diesem Fluidstrom abzudichten. Dabei wird die auch bei früheren Rückschlagventilen vorhandene verschraubbare Konstruktion genutzt. Das Kupplungsstück ist aus zwei miteinander verschraubbaren Teilen zusammengesetzt und der Dichtring ist zwischen zwei Anlageflächen dieser verschraubbaren Teile angeordnet und wird beim Verschrauben zwischen diesen Anlageflächen eingeklemmt. Auf diese Weise wird der radial außerhalb des Dichtrings liegende Raum mit dem Aktivierungselement gegenüber dem Fluidstrom vollständig abgedichtet. In der Praxis befindet sich das Aktivierungselement in einem abgedichteten Raum, der an das Gewinde der verschraubbaren Teile des Kupplungsstücks angrenzt. Über Spaltströmungen durch dieses Gewinde ist der Raum mit dem Aktivierungselement entlüftet und von Druck entlastet.
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Das Kupplungsstück kann zum Einsatz in Kraftstoffsystemen gasbetriebener Kraftfahrzeuge verwendet werden, insbesondere zur Befüllung von Gasbehältern derartiger Kraftstoffsysteme. Es sind aber auch weitere beliebige Einsatzgebiete für derartige Kupplungsstücke denkbar.
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In der Praxis kann der Dichtring aus rostfreiem Stahl bestehen. Es sollte ein chemisch beständiger Stahl gewählt werden. Insbesondere wenn das Kupplungsstück für eine Betankung mit Wasserstoff zum Einsatz kommt, ist ein Stahl zu wählen, der gegen Wasserstoffversprödung beständig ist. Gleichzeitig darf der gewählte Stahl nicht das Magnetfeld des Aktivierungselements abschirmen, so dass dessen anziehende Wirkung auf den Sperrkörper wirkt.
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In der Praxis kann ein metallischer Filter mit einem Kragen in dem Strömungskanal angeordnet und der Kragen zwischen einer Klemmfläche des Dichtrings und einer Anlagefläche eines der zwei Teile des Kupplungsstücks angeordnet sein. Der Kragen des metallischen Filters dichtet dann einerseits den außerhalb des Dichtrings liegenden Raum gegenüber der Strömung im Strömungskanal ab und fixiert andererseits den Filter auf dichte Weise in dem Strömungskanal, sodass der gesamte einströmende Fluidstrom durch den Filter hindurchtritt.
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Ferner kann in der Praxis eines der zwei Teile des Kupplungsstücks eine erste Kanalbohrung zur Aufnahme des Sperrkörpers aufweisen, die auf einer ersten Seite des Teils mündet, und weiterhin eine zweite Kanalbohrung aufweisen, die auf einer zweiten Seite des Teils mündet. Mindestens eine Verbindungsbohrung in dem Teil des Kupplungsstücks kann die erste und die zweite Kanalbohrung miteinander verbinden. Die erste Kanalbohrung dient der Aufnahme und Führung des Sperrkörpers in axialer Richtung des Strömungskanals. Insbesondere kann der Sitz für den Absperrkörper durch eine Klemmfläche des Dichtrings gebildet werden. Der Sperrkörper kann ohne Käfig in den zwei miteinander verschraubten, hülsenförmigen Teilen des Kupplungsstücks angeordnet werden. Dadurch, dass ein Käfig für den Sperrkörper, wie er bei dem Rückschlagventil der
DE 10 2009 009 206 B3 erforderlich war, entfällt, wird die Zahl der Teile reduziert und der Aufwand für Produktion und Montage des Kupplungsstücks verringert.
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Insbesondere können die erste und die zweite Kanalbohrung koaxial angeordnet sein, wobei die Verbindungsbohrung entlang einer parallelen Achse verläuft und in den Umfangsbereich einer der Kanalbohrungen mündet. In der Praxis können mehrere Verbindungsbohrungen regelmäßig entlang des Umfangs der Kanalbohrungen angeordnet sein. Mit anderen Worten enden die zwei Kanalbohrungen mit axialem Abstand zueinander. Verbindungsbohrungen, die von der ersten Kanalbohrung zur Aufnahme des Sperrkörpers ausgehen und im Umfangsbereich der zweiten Kanalbohrungen münden, ermöglichen den Fluidstrom in diesem Teil des Kupplungsstücks. Durch mehrere derartige Verbindungsbohrungen, welche in regelmäßigen Abständen entlang des Umfangs der ersten Kanalbohrung verteilt sind, wird ein großer Strömungsquerschnitt erzielt.
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In der Praxis kann die Kanalbohrung zur Aufnahme des Sperrkörpers mehrere Taschen seitlich des Sperrkörpers aufweisen, welche einen Fluidstrom seitlich des Sperrkörpers zu den Verbindungsbohrungen zulassen, wobei der Sperrkörper an den Stegen zwischen den Taschen mit geringem Spiel geführt ist. Durch eine derartige Anordnung von Taschen im Umfangsbereich der Kanalbohrungen wird zum einen durch die Stege eine sichere Führung des kugelförmigen Sperrkörpers erzielt. Zum anderen wird ein hinreichend großer Querschnitt außerhalb der Kontur des Sperrkörpers geöffnet, um Fluid zu den Verbindungsbohrungen strömen zu lassen.
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Weitere praktische Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben.
- 1 zeigt eine dreidimensionale Ansicht eines Kupplungsstücks gemäß der Erfindung.
- 2 zeigt einen Längsschnitt des Kupplungsstücks aus 1.
- 3 zeigt den Ausschnitt A aus 2 in vergrößerter Darstellung.
- 4 zeigt eine isolierte Darstellung der Innenhülse des Kupplungsstücks aus den 1-3 in einer der 2 entsprechenden Schnittansicht.
- 5 zeigt eine entlang der Schnittlinie B - B in 4 geschnittene Darstellung der Innenhülse.
- 6 zeigt eine entlang der Schnittlinie C - C in 5 geschnittene Darstellung der Innenhülse.
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Das in den Zeichnungen dargestellte Kupplungsstück setzt sich zusammen aus einer Außenhülse 1 und einer Innenhülse 2, die miteinander verschraubt sind. Die Innenhülse 2 ist in ein Innengewinde der Außenhülse 1 eingeschraubt. Die Außenhülse 1 bildet das erste Teil des Kupplungsstücks und die Innenhülse 2 bildet das zweite Teil des Kupplungsstücks. Die Außenhülse 1 und Innenhülse 2 werden in axialer Richtung von einem Strömungskanal 6 durchragt. Am oberen Ende in 2 der Außenhülse 1 befindet sich die Einströmöffnung 4 des Strömungskanals 6. Hier ist ein O-Ring 7 vorgesehenen, der beispielsweise das dichte Anschließen eines Betankungsschlauchs ermöglicht. Am gegenüberliegenden Ende des Kupplungsstücks ist eine Ausströmöffnung 5 für das Ausströmen des Fluids aus dem Strömungskanal 6 angeordnet. An diesem in 2 unten liegenden Ende ist auf ein Außengewinde der Innenhülse 2 eine Mutter 23 aufgeschraubt.
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In axialer Richtung unterhalb des O-Rings 7 ist ein Filter 17 zu erkennen, der Partikel aus dem Fluidstrom herausfiltert. Eine Abdeckkappe 3 aus Kunststoff ist an dem Kupplungsstück befestigt und deckt die Einströmöffnung 4 ab, wenn keine Betankung stattfindet.
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Die Außenhülse 1 weist eine Bohrung mit einem Innengewinde auf. An der Innenhülse 2 ist ein Außengewinde angeordnet. In die Außenhülse 1 ist die Innenhülse 2 eingeschraubt, in der ein kugelförmiger Sperrkörper 8 aufgenommen ist. In drucklosem Zustand liegt der Sperrkörper 8 gegen einen O-Ring 9 an, der einen Sitz für den Sperrkörper 8 bildet. Der kugelförmige Sperrkörper 8 besteht aus ferromagnetischem Material. Nahe dem Sitz 9 ist ein ringförmiges Aktivierungselement 10 aus permanentmagnetischem Material angeordnet. Das Aktivierungselement 10 stellt sicher, dass bei drucklosem Zustand der Sperrkörper 8 an dem durch den O-Ring 9 gebildeten Sitz anliegt.
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Das Aktivierungselement 10 ist zum Strömungskanal 6 hin durch einen Dichtring 11 abgedeckt. In 3 sind der Dichtring 11 und das Aktivierungselement 10 vergrößert dargestellt. Der Dichtring 11 weist an zwei axial einander gegenüberliegenden Enden zwei Klemmflächen 12, 13 auf, die zwischen Anlageflächen 14, 15 der miteinander verschraubten Teile 1, 2 des Kupplungsstücks eingeklemmt sind. Dabei liegt die Klemmfläche 13 des Dichtrings 11 direkt gegen die Anlagefläche 15 des zweiten Teils, nämlich der Innenhülse 2 an. Zwischen der Klemmfläche 12 am gegenüberliegenden Ende des Dichtrings 11 und der damit zusammenwirkenden Anlagefläche 14 ist ein Kragen 16 des Filters 17 eingeklemmt, der die dichte Anordnung des Filters 17 im Strömungskanal 6 sicherstellt.
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Durch das dichte Einklemmen der zwei Klemmflächen 12, 13 des Dichtrings 11 ist sichergestellt, dass das Fluid in dem Strömungskanal 6 nicht in den Raum hinter den Dichtring 11 eintritt, in dem das permanentmagnetische Aktivierungselement 10 aufgenommen ist. Dieser Raum wird über die Gewindeverbindung zwischen der Innenhülse 2 und der Außenhülse 1 entlüftet. So ist der Kontakt zwischen dem permanentmagnetischen Aktivierungselement 10 und dem Fluid in dem Strömungskanal 6 weitgehend unterbunden und eine Beeinträchtigung z.B. der Korrosionsschutzschicht des Aktivierungselements 10 durch das Fluid wird vermieden.
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Neben dem Schutz des Aktivierungselements 10 vor dem Fluid in dem Strömungskanal 6 ermöglicht der Aufbau des Kupplungselements durch zwei ineinander schraubbare Teile 1, 2 die Anordnung des kugelförmigen Sperrkörpers 8 in dem Strömungskanal 6 ohne einen Käfig. Stattdessen weist die Innenhülse 2, welche den zweiten Teil des Kupplungsstücks darstellt, eine erste Kanalbohrung 18 zur Aufnahme des Sperrkörpers 8 auf. Dies ist insbesondere in den Schnittdarstellungen der Innenhülse 2 in 4 - 6 zu erkennen. Die erste Kanalbohrung 18 ist als Sackloch ausgebildet und mündet auf der ersten, in den Zeichnungen oberen Seite der Innenhülse 2. Ein Sackloch auf der gegenüberliegenden, in den Zeichnungen unten liegenden Seite der Innenhülse 2 bildet die zweite Kanalbohrung 19. Beide Kanalbohrungen 19 sind koaxial und bilden je einen Abschnitt des Strömungskanals in der Innenhülse 2. Vier Verbindungsbohrungen 20 erstrecken sich von der ersten Kanalbohrung 18 zur zweiten Kanalbohrung 19 und ermöglichen, dass das Fluid von der ersten in die zweite Kanalbohrung strömen kann.
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Der Durchmesser der ersten Kanalbohrung 18 entspricht im Wesentlichen dem Durchmesser des kugelförmigen Sperrkörpers 8, so dass dieser mit geringem Spiel in der Innenhülse 2 geführt ist. Wie insbesondere in 5 erkennbar ist, sind im Bereich der Verbindungsbohrungen 20 Taschen 21 eingefräst, die eine Zuströmung von Fluid aus dem Strömungskanal oberhalb des kugelförmigen Sperrkörpers 8 zu den Verbindungsbohrungen 20 ermöglichen. Zwischen den Verbindungsbohrungen 20 verbleiben Stege 22 mit dem ursprünglichen Durchmesser der Kanalbohrung 18, welche den Sperrkörper 8 mit geringem Spiel führen. Auf diese Weise wird der Sperrkörper 8 ohne Käfig axial beweglich in der ersten Kanalbohrung 18 der Innenhülse 2 gehalten, wobei Fluid im Bereich der Taschen 21 den Sperrkörper 8 umströmen und durch die Verbindungsbohrungen 20 in die zweite, in den Zeichnungen unten liegende Kanalbohrung 19 der Innenhülse 2 strömen kann.
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Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Sie kann im Rahmen der Ansprüche und unter Berücksichtigung der Kenntnisse des zuständigen Fachmanns variiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- erstes Teil, Außenhülse
- 2
- zweites Teil, Innenhülse
- 3
- Kappe
- 4
- Einströmöffnung
- 5
- Ausströmöffnung
- 6
- Strömungskanal
- 7
- O-Ring
- 8
- Sperrkörper
- 9
- O-Ring, Sitz
- 10
- ringförmiges Aktivierungselement
- 11
- Dichtring
- 12
- Klemmfläche
- 13
- Klemmfläche
- 14
- Anlagefläche
- 15
- Anlagefläche
- 16
- Kragen
- 17
- Filter
- 18
- erste Kanalbohrung
- 19
- zweite Kanalbohrung
- 20
- Verbindungsbohrung
- 21
- Tasche
- 22
- Steg
- 23
- Mutter
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10362052 A1 [0002, 0003]
- DE 102009009206 B3 [0003, 0016]
- DE 102014016701 A1 [0006]
- DE 102007023659 A1 [0007]
