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Die Erfindung betrifft eine hydraulische Schließvorrichtung für eine Fluidleitung, insbesondere Kraftstoffleitung, mit einem Einlassabschnitt, einem Auslassabschnitt, und mit einem beweglichen Verschlusselement, das dazu eingerichtet ist, in einer Öffnungsstellung oder einer Schließstellung positioniert zu werden, derart dass ein Fluidstrom vom Einlassabschnitt zum Auslassabschnitt bedarfsweise freigegeben oder verhindert ist.
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Aus dem Stand der Technik sind hydraulische Schließvorrichtungen mit aktiven Reglern, Stellelementen oder Ventilen bekannt, wobei insbesondere elektrische Antriebe genutzt werden, um die Schließvorrichtungen zu betätigen. Beispielhaft wird auf die
DE 20 2011 110 838 U1 ,
DE 10 2009 036 265 A1 und
DE 10 2011 111 774 A1 hingewiesen, die Kraftstoffsysteme und darin angeordnete Schließvorrichtungen betreffen.
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Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird darin gesehen, eine Schließvorrichtung für eine Fluidleitung anzugeben, die einen einfachen Aufbau aufweist, kostengünstig ist und zuverlässig arbeitet.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Schließvorrichtung und ein Kraftstoffleitungssystem mit den Merkmalen der jeweiligen unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Vorgeschlagen wird also eine Hydraulische Schließvorrichtung für eine Fluidleitung, insbesondere Kraftstoffleitung, mit einem Einlassabschnitt, einem Auslassabschnitt, und mit einem beweglichen Verschlusselement, das dazu eingerichtet ist, in einer Öffnungsstellung oder einer Schließstellung positioniert zu werden, derart dass ein Fluidstrom vom Einlassabschnitt zum Auslassabschnitt bedarfsweise freigegeben oder verhindert ist. Dabei ist vorgesehen, dass die Schließvorrichtung wenigstens eine mit dem Einlassabschnitt fluidtechnisch in Verbindung stehende Fluidkammer aufweist, und dass das Verschlusselement in Abhängigkeit von dem in der Fluidkammer und dem Einlassabschnitt herrschenden Fluiddruck in der Öffnungsstellung oder der Schließstellung positioniert ist.
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Durch eine derartige Schließvorrichtung wird das Verschlusselement hydraulisch und mechanisch betätigt, so dass auf elektrische Antriebe verzichtet werden kann. Das Öffnen und Schließen der Schließvorrichtung mittels des Verschlusselements kann aufgrund sich ändernder Druckverhältnisse auf einfache Weise in einer gewünschten bzw. bestimmten Stellung positioniert werden. Somit kann der Aufbau vereinfacht werden, was zu einer kostengünstigeren Ausführung führt. Ferner kann auch der von der Schließvorrichtung in Anspruch genommene Bauraum verkleinert werden und es kann Gewicht eingespart werden.
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Bei der hydraulischen Schließvorrichtung kann das Verschlusselement in der Schließstellung positioniert sein, wenn der Fluiddruck in der Fluidkammer und dem Einlassabschnitt im Wesentlichen gleich ist. Hierdurch ist sichergestellt, dass die Schließvorrichtung geschlossen ist, wenn kein erhöhter Fluiddruck aufgrund einer Förderung bzw. eines Pumpens von Fluid vorliegt.
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Bei der hydraulischen Schließvorrichtung kann das Verschlusselement in der Öffnungsstellung positioniert sein oder in die Öffnungsstellung bewegt werden, wenn der Fluiddruck in dem Einlassabschnitt größer ist als in der Fluidkammer. Hierdurch wird das Verschlusselement zuverlässig geöffnet, wenn Fluid insbesondere mittels einer Pumpe gefördert werden soll.
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Bei der hydraulischen Schließvorrichtung können die Fluidkammer und der Einlassabschnitt durch eine Kammeröffnung miteinander verbunden sein, wobei die Kammeröffnung einen Strömungsquerschnitt aufweist, der kleiner ist als der Strömungsquerschnitt des Einlassabschnitts. Hierdurch wird ein hydraulisch träges System gebildet, weil der Druckausgleich zwischen dem Einlassabschnitt und der Fluidkammer bei steigendem Druck verzögert ist. Somit wird der Fluiddruck im Einlassabschnitt schnell hoch, aber in der Fluidkammer nimmt der Fluiddruck nur langsam zu.
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Bei der hydraulischen Schließvorrichtung kann der Einlassabschnitt eine fluidtechnisch mit dem Auslassabschnitt in Verbindung stehende Auslassöffnung aufweisen, die in der Schließstellung von dem Verschlusselement abgedeckt bzw. verschlossen wird.
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Bei der hydraulischen Schließvorrichtung kann der Strömungsquerschnitt der Auslassöffnung größer sein als der Strömungsquerschnitt der Kammeröffnung, wobei insbesondere der Strömungsquerschnitt der Kammeröffnung weniger als 25%, vorzugsweise weniger als 10% des Strömungsquerschnitts der Auslassöffnung beträgt, derart dass ein Fluiddruckausgleich zwischen dem Einlassabschnitt und der Fluidkammer zeitverzögert eintritt. Somit kann bei steigendem oder rasch erhöhtem Fluiddruck im Einlassabschnitt das Fluid bei sich öffnendem oder geöffnetem Verschlusselement durch die Auslassöffnung zum Auslassabschnitt entweichen, während ein Druckausgleich mit der Fluidkammer nur langsam stattfindet.
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Bei der hydraulischen Schließvorrichtung kann das Verschlusselement hebelartig ausgebildet sein mit einem in der Fluidkammer angeordneten Hebelabschnitt und einem außerhalb der Fluidkammer angeordneten Verschlussabschnitt. Dabei kann das Verschlusselement an oder in der Schließvorrichtung um eine Hebelachse drehbar gelagert sein.
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Bei der hydraulischen Schließvorrichtung kann der Verschlussabschnitt des Verschlusselements die Auslassöffnung des Einlassabschnitts in der Schließstellung dicht verschließen.
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Gemäß dem oben beschriebenen Konzept wird bei der Schließvorrichtung die hydraulische Trägheit des Druckausgleichs in der Fluidkammer genutzt, um für die Dauer bis zum Druckausgleich das Verschlusselement zu öffnen und den Fluiddurchtritt zum Auslassabschnitt zu ermöglichen. Nach einer je nach Ausgestaltung der Fluidkammer und Kammeröffnung definierbaren Zeit überwiegt der Druck in der Fluidkammer in einer derartigen Weise, dass der Hebelabschnitt des Verschlusselements in schließender Stellung wirkt. Somit werden bei der Schließvorrichtung Druckausgleichsströmungen des Fluids bzw. der Flüssigkeit, insbesondere des Kraftstoffs, als zeitliche Stellgröße genutzt, um notwendige Öffnungszeiten für die Förderung des Fluids zu ermöglichen. Dabei wird gleichzeitig sichergestellt, dass die Schließvorrichtung sicher geschlossen ist, wenn im Einlassabschnitt und in der Fluidkammer im Wesentlichen der gleiche Fluiddruck herrscht, so dass ein ungewollte Austritt von Fluid, insbesondere Kraftstoff vermieden oder ein Verdunsten minimiert werden kann.
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Vorgeschlagen wird auch ein Kraftstoffleitungssystem für einen Kraftstoffverbraucher, insbesondere ein Kraftfahrzeug oder eine Heizvorrichtung, mit einem Kraftstoffbehälter und mit einer Kraftstoffpumpe, die dazu eingerichtet ist, Kraftstoff aus dem Kraftstoffbehälter zu dem Kraftstoffverbraucher zu fördern. Dabei ist vorgesehen, dass stromabwärts von der Kraftstoffpumpe eine oben beschriebene hydraulische Schließvorrichtung angeordnet ist, wobei die Kraftstoffpumpe mit dem Einlassabschnitt der Schließvorrichtung verbunden ist, und wobei der Kraftstoffverbraucher mit dem Auslassabschnitt der Schließvorrichtung verbunden ist.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Figuren. Dabei zeigt:
- 1 eine vereinfachte und schematische Draufsicht auf ein Beispiel einer hydraulischen Schließvorrichtung;
- 2 eine vereinfachte und schematische Schnittansicht der hydraulischen Schließvorrichtung entsprechend der Schnittlinie II-II der 1;
- 3 eine vereinfachte und schematische Ansicht eines Kraftstoffleitungssystems mit einer Schließvorrichtung.
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In 1 ist vereinfacht und schematisch eine hydraulische Schließvorrichtung 10 in einer Draufsicht dargestellt. Die gleiche Schließvorrichtung 10 ist in 2 in einer korrespondierenden Schnittdarstellung gezeigt, entsprechend der Schnittlinie II-II der 1. In der nachfolgenden Beschreibung der Schließvorrichtung 10 wird gleichzeitig auf die 1 und 2 Bezug genommen, um den Aufbau und die Funktionsweise der Schließvorrichtung 10 erläutern.
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Die hydraulische Schießvorrichtung 10 ist für den Einbau in einer nicht weiter dargestellten Fluidleitung, insbesondere einer Kraftstoffleitung vorgesehen. Die Schließvorrichtung 10 umfasst einen Einlassabschnitt 12 und einen Auslassabschnitt 14. Die Strömungsrichtung von einem Fluid oder einer Flüssigkeit ist im Bereich des Einlassabschnitts 12 und des Auslassabschnitts durch Konturpfeile SR illustriert. Die Strömungsrichtung SR beim Auslassabschnitt 14 in 1 ist im Wesentlichen orthogonal zur Zeichnungsebene nach oben.
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Die Schließvorrichtung umfasst ferner ein bewegliches Verschlusselement 18. Das Verschlusselement 18 ist dazu eingerichtet, in einer Öffnungsstellung oder einer Schließstellung positioniert zu werden, so dass ein Fluidstrom vom Einlassabschnitt 12 zum Auslassabschnitt 14 bedarfsweise freigegeben oder verhindert ist.
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Der Einlassabschnitt 12 weist eine fluidtechnisch mit dem Auslassabschnitt 14 in Verbindung stehende Auslassöffnung 20 auf. Wie insbesondere aus der 2 ersichtlich, ist die Auslassöffnung 20 in der dargestellten Schließstellung von dem Verschlusselement 18 abgedeckt bzw. verschlossen.
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Die Schließvorrichtung 10 weist wenigstens eine mit dem Einlassabschnitt 12 fluidtechnisch in Verbindung stehende Fluidkammer 22 auf. Die Fluidkammer 22 kann auch als Zusatzkammer bezeichnet werden. Die Fluidkammer 22 und der Einlassabschnitt 12 sind durch eine Kammeröffnung 24 miteinander verbunden. Die Kammeröffnung 24 weist dabei einen Strömungsquerschnitt auf, der kleiner ist als der Strömungsquerschnitt des Einlassabschnitts 12.
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Das Verschlusselement 18 ist hebelartig ausgebildet mit einem in der Fluidkammer 22 angeordneten Hebelabschnitt 18h und einem außerhalb der Fluidkammer angeordneten Verschlussabschnitt 18v. Um die Beweglichkeit des Verschlusselements 18 zu ermöglichen, ist das Verschlusselement 18 an oder in der Schließvorrichtung 10 um eine Hebelachse HA drehbar gelagert.
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Der Verschlussabschnitt 18v des Verschlusselements 18 verschließt die Auslassöffnung 20 des Einlassabschnitts 12 in der Schließstellung dicht. Die Art und Weise der Abdichtung ist in den 1 und 2 nicht genauer dargestellt. Es wird darauf hingewiesen, dass der Verschlussabschnitt 18v und die Auslassöffnung 20 bezüglich ihrer Formgebung korrespondierend zueinander ausgeführt sein können, so dass sie in der Schließstellung formschlüssig ineinander passen.
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Der Verschlussabschnitt 18v kann beispielsweise als eine Art Kunststoffpfropfen ausgeführt sein, der sich in der Schließstellung zumindest teilweise in die Auslassöffnung 20 bzw. in den Einlassabschnitt 12 hinein erstreckt.
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Wie aus der 2 ersichtlich, ist das Verschlusselement 18 in der Schließstellung positioniert, wenn der Fluiddruck in der Fluidkammer 22 und dem Einlassabschnitt 12 im Wesentlichen gleich ist. Mit anderen Worten sind die Druckverhältnisse in dem Einlassabschnitt 12 und der Fluidkammer 22 ausgeglichen.
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Wird Fluid bzw. Flüssigkeit beispielsweise mittels einer Pumpe zum Einlassabschnitt 12 gefördert, steigt der Fluiddruck in dem Einlassabschnitt 12 rasch an, so dass der Fluiddruck im Einlassabschnitt 12 zumindest temporär höher ist als in der Fluidkammer 22. Aufgrund dieses Druckunterschieds wird das Verschlusselement 18 bezogen auf die 2 im Gegenuhrzeigersinn um die Hebelachse HA gedreht, so dass der Verschlussabschnitt 18v die AuslassÖffnung 20 zumindest teilweise freigibt bzw. öffnet. Insbesondere wird durch das Wegbewegen des Verschlussabschnitts 18v eine Art Ringspalt zwischen der Auslassöffnung und dem sich wegbewegenden Verschlusselement 18v gebildet, durch den das Fluid bzw. die Flüssigkeit in den Auslassabschnitt 14 strömen bzw. gefördert werden kann.
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Mit anderen Worten ist das Verschlusselement 18 in der Öffnungsstellung positioniert oder wird in die Öffnungsstellung bewegt, wenn der Fluiddruck in dem Einlassabschnitt 12 größer ist als in der Fluidkammer 22.
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Der Strömungsquerschnitt der Auslassöffnung 22 ist größer als der Strömungsquerschnitt der Kammeröffnung 24. Hierdurch wird der Druckausgleich zwischen dem Einlassabschnitt 12 und der Fluidkammer 22 zeitlich verzögert. Somit ergibt sich eine Art Mehrkammersystem als hydraulisch träges System. Dabei dauert der Druckausgleich zwischen dem Einlassabschnitt 12 und der Fluidkammer 22 aufgrund der Kammeröffnung 24 mit (sehr) kleinem Strömungsquerschnitt lange. Diese hydraulische Trägheit beim Druckausgleich wird mechanisch genutzt, um für die Dauer bis zum Druckausgleich das Verschlusselement 18 zu öffnen und den Fluid- bzw. Flüssigkeitsdurchtritt in den Auslassabschnitt 14 zu ermöglichen. Nach einer je nach Ausführung definierten Zeit überwiegt allerdings der Fluiddruck in der Fluidkammer 22 und das hebelartige Verschlusselement 18, insbesondere sein Hebelabschnitt 18h wirkt wieder in schließender Richtung.
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Der Strömungsquerschnitt der Kammeröffnung 24 kann beispielsweise weniger als 25%, vorzugsweise weniger als 10% des Strömungsquerschnitts der Auslassöffnung 20 betragen, derart dass ein Fluiddruckausgleich zwischen dem Einlassabschnitt 12 und der Fluidkammer 22 in gewünschtem Maße zeitverzögert eintritt.
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Das Verschlusselement 18 kann bezüglich seiner Formgebung und Masseverteilung auch so ausgestaltet sein, dass tendenziell bei abnehmenden Druck in dem Einlassabschnitt bzw. bei sich angleichenden Druckverhältnissen in dem Einlassabschnitt12 und der Fluidkammer, die Bewegung des Verschlusselements in die Schließrichtung mechanisch bzw. schwerkraftbedingt unterstützt wird. Im gezeigten Beispiel weist das Verschlusselement 18 hierzu einen Masseabschnitt 18m auf, der das Bewegen des Verschlusselements 18 in der 2 in Uhrzeigerrichtung in die Schließstellung unterstützt.
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Mit der hier vorgestellten Schließvorrichtung 10 ist auch eine dauerhafte Förderung von Fluid bzw. Flüssigkeit möglich, da eine Pumpe entsprechend so betrieben werden kann, dass sich regelmäßig kurze Druckmaxima und Druckminima abwechseln, wobei dieser Wechsel der Druckverhältnisse im Einlassabschnitt in der Fluidkammer 22 nicht sofort ausgeglichen werden können. Das Verschlusselement 18 kann somit während einem pulsierenden Betrieb einer Pumpe dauerhaft in einer sich ggf. leicht verändernden Öffnungsstellung gehalten werden. Allerdings ist das Verschlusselement 18 so ausgeführt, dass es nach Beenden des Pumpenbetriebs aufgrund des sich einstellen Druckgleichgewichts in dem Einlassabschnitt 12 und der Fluidkammer 22 zuverlässig und ohne zusätzlichen externen Antrieb in die Schließstellung bewegt wird und dort gehalten wird.
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In 3 ist sehr einfach und schematisch ein Kraftstoffleitungssystem 50 für einen Kraftstoffverbraucher 52 dargestellt. Der Kraftstoffverbraucher kann beispielsweise ein Kraftfahrzeug oder eine Heizvorrichtung sein. Insbesondere kann der Kraftstoffverbraucher auch eine Heizvorrichtung in einem Kraftfahrzeug sein, die auch als Standheizung bezeichnet werden kann. Das Kraftstoffleitungssystem 50 umfasst einen Kraftstoffbehälter 54 und eine Kraftstoffpumpe 56. Die Kraftstoffpumpe 56 ist dazu eingerichtet, Kraftstoff aus dem Kraftstoffbehälter 54 zu dem Kraftstoffverbraucher 52 zu fördern. Stromabwärts von der Kraftstoffpumpe 56 kann eine oben unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschriebene hydraulische Schließvorrichtung 10 angeordnet sein. Dabei ist die Kraftstoffpumpe 56 mit dem Einlassabschnitt 12 der Schließvorrichtung 10 verbunden. Der Kraftstoffverbraucher 52 ist mit dem Auslassabschnitt 14 der Schließvorrichtung 10 verbunden ist.
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Es wird darauf hingewiesen, dass die hydraulische Schließvorrichtung 10 nicht nur für ein Kraftstoffleitungssystem 50 eingesetzt werden kann. Vielmehr kann das hier beschriebene Konzept einer hydraulischen Schließvorrichtung 10 auch in anderen Fluid- bzw. Flüssigkeitsleitungssystemen eingesetzt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202011110838 U1 [0002]
- DE 102009036265 A1 [0002]
- DE 102011111774 A1 [0002]
