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Die Erfindung betrifft ein Rückschlagventil, umfassend ein erstes Gehäuseteil, ein zweites Gehäuseteil und einen Einsatz, wobei aus dem Einsatz ein Federelement und ein Ventilkörper ausgebildet sind, wobei aus dem ersten Gehäuseteil ein Ventilsitz ausgebildet ist, wobei das erste Gehäuseteil und das zweite Gehäuseteil ein Anschlusselement zum Verbinden mit einer Fluidleitung aufweisen.
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Rückschlagventile sind allgemein bekannt und finden beispielsweise in Fluidkreisläufen Einsatz, wobei unter Fluidkreisläufen insbesondere Kühlkreisläufe und Klimakreisläufe zu verstehen sind, in welchen ein Kühlmittel zirkuliert. Rückschlagventile erlauben eine Durchströmung durch das Fluid lediglich in einer Richtung und sperren einen Fluidstrom in der Gegenrichtung ab. Dadurch kann beispielsweise verhindert werden, dass beim Abschalten von Aggregaten eine Rückströmung von Fluid erfolgt. Des Weiteren können Rückschlagventile genutzt werden, um in komplizierteren Fluidkreisläufen Fluidströme zu lenken.
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Im Fall von Kühlmittelkreisläufen sind die Anforderungen an die Materialien des Rückschlagventils vergleichsweise gering. Daher ist es auch bekannt, einzelne Komponenten des Rückschlagventils aus Kunststoff auszubilden. Dabei sind aber zumeist die Komponenten des Einsatzes, das Federelement und der Ventilkörper separat voneinander ausgebildet und das Federelement besteht zumeist aus metallischem Werkstoff.
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Elektrofahrzeuge weisen Komponenten auf, welche durch einen Kühlmittelkreislauf temperiert werden müssen. Akkumulatoren müssen beispielsweise je nach Nutzung und Umgebungstemperatur gekühlt oder auch erwärmt werden. Insbesondere die Akkumulatoren begrenzen dabei den zur Verfügung stehenden Raum und das zur Verfügung stehende Gewicht für andere Komponenten, beispielsweise für Komponenten des Kühlmittelkreislaufs.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Rückschlagventil bereit zu stellen, welches kostengünstig herstellbar ist.
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Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Auf vorteilhafte Ausgestaltungen nehmen die Unteransprüche Bezug.
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Das erfindungsgemäße Rückschlagventil umfasst ein erstes Gehäuseteil, ein zweites Gehäuseteil und einen Einsatz, wobei aus dem Einsatz ein Federelement und ein Ventilkörper ausgebildet sind, wobei aus dem ersten Gehäuseteil ein Ventilsitz ausgebildet ist, wobei das erste Gehäuseteil und das zweite Gehäuseteil ein Anschlusselement zum Verbinden mit einer Fluidleitung aufweisen, wobei der Einsatz aus spritzgießfähigem Kunststoff ausgebildet ist.
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Erfindungsgemäß bestehen demnach sowohl das Federelement als auch der Ventilkörper aus spritzgießfähigem Kunststoff und sind dadurch besonders kostengünstig herstellbar. Das erfindungsgemäße Rückschlagventil eignet sich insbesondere zum Einsatz in einer Kühlmittelführung, wobei die Kühlmittelführung von einem Kühlmittel, beispielsweise Kühlwasser, durchströmt ist. Das Federelement drückt den Ventilkörper selbsttätig an den Ventilsitz an, so dass die Strömungsrichtung ausgehend von dem Federelement in Richtung des Ventilkörpers für das Kühlmittel versperrt ist. In der Gegenrichtung kann hingegen das Kühlmittel das Rückschlagventil durchströmen, sofern der Förderdruck des Kühlmittels so hoch ist, dass sich der Ventilkörper gegen die Kraft des Federelementes von dem Ventilsitz beabstandet. Dadurch, dass das Federelement aus Kunststoff ausgebildet ist, ist die hierfür erforderliche Hilfsenergie vergleichsweise gering. Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass bei Einsatz des Rückschlagventils in einer Kühlmittelführung die Anforderungen an das Federelement vergleichsweise gering sind, so dass auch bei Verwendung eines spritzgießfähigen Kunststoffes ein Rückschlagventil mit einer langen Gebrauchsdauer entsteht. Des Weiteren ist vorteilhaft, dass Kunststoffe korrosionsbeständig sind. Dies ist insbesondere im Zusammenhang mit der Anwendung in der Elektromobilität vorteilhaft. Bei Akkumulatoren ist es möglich, dass im Schadfall Elektrolyt in den Kühlkreislauf gelangt. Der aus Kunststoff ausgebildete Einsatz kann dabei aus einem Kunststoff ausgebildet sein, der beständig gegen derartige Elektrolyte ist.
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Aus dem Einsatz kann ein Haltekörper ausgebildet sein, welcher sich an dem zweiten Gehäuseteil abstützt. Der Haltekörper weist vorzugsweise einen Durchgang auf, durch welchen das Kühlmittel strömen kann. Hierzu kann der Haltekörper beispielsweise ringförmig ausgebildet sein. Der Haltekörper stützt sich an dem zweiten Gehäuseteil ab und bewirkt dadurch, dass das Federelement den Ventilkörper sicher an den Ventilsitz andrückt.
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Der Einsatz mit Federelement, Ventilkörper und Haltekörper kann einstückig und materialeinheitlich ausgebildet sein. Bei dieser Ausgestaltung weist das Rückschlagventil lediglich drei separate Bauelemente auf: das erste Gehäuseteil, das zweite Gehäuseteil und den Einsatz. Dadurch ist das Rückschlagventil besonders einfach ausgebildet und kann in hohen Stückzahlen kostengünstig hergestellt werden. Zur Herstellung der Komponenten des Rückschlagventils ist das Spritzgießverfahren besonders geeignet. In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, wenn das erste Gehäuseteil und/oder das zweite Gehäuseteil aus spritzgießfähigem Kunststoff ausgebildet sind. Insbesondere ist es denkbar, als spritzgießfähigen Kunststoff Polypropylen (PP) oder Polyamid (PA) zu verwenden. Bei zu erwartenden höheren Kühlmitteltemperaturen ist der Einsatz von Polyoxymethylene (POM) besonders vorteilhaft.
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Die Gehäuseteile können formschlüssig, kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden sein. Insbesondere ist es denkbar, die Gehäuseteile über ein Schweißverfahren, beispielsweise Laserschweißen, zu verbinden. Alternativ können die Gehäuseteile über eine Schnappverbindung form-/kraftschlüssig miteinander verbunden sein.
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Dem Ventilsitz kann ein Dichtkörper zugeordnet sein, welcher vorzugsweise aus thermoplastischem Material besteht. Im Hinblick auf eine einfache und kostengünstige Herstellbarkeit ist es dabei vorteilhaft, wenn der Dichtkörper aus thermoplastischem Material besteht. Bei dieser Ausgestaltung kann der Dichtkörper im Zuge des Zweikomponentenspritzgusses zusammen mit dem ersten Gehäuseteil ausgeformt werden.
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Bei der Ausgestaltung aller Komponenten des Rückschlagventils im Spritzgießverfahren ist das Rückschlagventil in einer großen Formenvielfalt herstellbar, so dass das Rückschlagventil besonders gut an den zur Verfügung stehenden Raum eines Kühlmittelkreislaufs eines Elektrofahrzeugs angepasst werden kann.
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Aus dem Einsatz kann ein Führungselement ausgebildet sein. Das Führungselement bewirkt, dass sich der Ventilkörper beim Öffnen gleichmäßig vom Ventilsitz beabstandet und beim Öffnen eine gerichtete Bewegung ausführt. Dies ist im Zusammenhang mit dem aus Kunststoff ausgebildeten Federelement besonders vorteilhaft, da dieses eine vergleichsweise geringe Haltekraft aufweist. Das Führungselement ist dabei vorzugsweise auf der dem Federelement abgewandten Seite des Ventilkörpers angeordnet. Dabei kann sich das Führungselement abschnittsweise an der Gehäuseinnenwand des ersten Gehäuseteils abstützen. Des Weiteren kann das Führungselement einstückig und materialeinheitlich aus dem Einsatz ausgebildet sein. Dadurch, dass das Führungselement auf der dem Federelement abgewandten Seite des Ventilkörpers angeordnet ist, ist eine Herstellung des Einsatzes im Spritzgießverfahren kostengünstig möglich. In diesem Zusammenhang ist es insbesondere denkbar, dass das Federelement als Spiralfeder ausgebildet ist, welches eine besonders gute Federwirkung aufweist. Das Federelement kann auch mehrere Spiralfedern umfassen, welche parallel und/oder in Reihe geschaltet sind. Dadurch, dass das Federelement aus Kunststoff ausgebildet ist, ist die Federkonstante verhältnismäßig klein. Durch Parallelschaltung mehrerer Federn kann die Federkonstante erhöht werden. Dies kann bei Spiralfedern dadurch erzielt werden, indem mehrere Spiralfedern ineinander geschachtelt werden. Ferner ist denkbar, eine mehrgängige Spiralfeder auszubilden, beispielsweise in Form einer zweigängigen oder dreigängigen Spiralfeder.
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Die Anschlusselemente können als Rohrstutzen ausgebildet sein. Dies ermöglicht die Integration des Rückschlagventils in eine Rohranordnung, beispielsweise eines Kühlkreislaufes. Dabei können an den Rohrstutzen sowohl Rohre als auch Schläuche befestigt werden. Dabei können die Rohre oder Schläuche über eine Rohrschelle oder stoffschlüssig über eine Schweißverbindung an den Rohrstutzen angebunden sein. Alternativ können die Anschlusselemente als Schnellverbinder ausgebildet sein. Vorteilhafte Schnellverbinder sind beispielsweise aus der
EP 2 796 758 A1 oder aus der
EP 3 364 090 A1 bekannt.
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Ein erfindungsgemäßer Kühlkreislauf umfasst eine Kühlmittelführung und zumindest ein erfindungsgemäßes Rückschlagventil. Vorzugsweise kann dabei das Rückschlagventil Teil eines Kühlmittelkreislaufs einer Kühleinrichtung eines Elektrofahrzeugs sein. Die Kühleinrichtung dient dabei der Temperierung wesentlicher Komponenten des Elektrofahrzeugs wie Akkumulatoren, Elektromotoren, Leistungselektronik, Ladeadapter und Steckverbindungen. Für den Einsatz in einer Kühleinrichtung eines Elektrofahrzeugs ist insbesondere vorteilhaft, dass das erfindungsgemäße Rückschlagventil zum einen besonders leicht ist und zum anderen vollständig aus elektrisch isolierenden, bzw. aus elektrisch nichtleitfähigen Komponenten besteht.
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Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Rückschlagventils wird nachfolgend anhand der Figur näher erläutert. Diese zeigt schematisch:
- Fig. ein Rückschlagventil im Teilschnitt.
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Die Figur zeigt ein Rückschlagventil 1 umfassend ein erstes Gehäuseteil 2, ein zweites Gehäuseteil 3 und einen Einsatz 4. Aus dem Einsatz 4 sind ein Federelement 5 und ein Ventilkörper 6 ausgebildet und aus dem ersten Gehäuseteil 2 ist ein Ventilsitz 7 ausgebildet. Das erste Gehäuseteil 2 und das zweite Gehäuseteil 3 weisen Anschlusselemente 8 in Form von Rohrstutzen zum Verbinden mit Fluidleitungen, beispielsweise Rohre oder Schläuche, auf.
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Aus dem Einsatz 4 ist ein Haltekörper 9 ausgebildet, welcher sich an dem zweiten Gehäuseteil 3 abstützt. Des Weiteren ist aus dem Einsatz 4 ein Führungselement 10 ausgebildet, wobei sich das Führungselement 10 abschnittsweise an der Gehäuseinnenwand des ersten Gehäuseteils 2 abstützt.
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Der Ventilkörper 6 ist scheibenförmig ausgebildet und weist einen konisch geformten Umfangsrand auf, wobei der Umfangsrand dichtend auf dem kongruent zu dem Ventilkörper 6 geformten Ventilsitz 7 aufliegt. Das Federelement 5 ist als Spiralfeder ausgebildet und zentral an dem Ventilkörper 6 befestigt. Bei der vorliegenden Ausgestaltung ist die Spiralfeder eingängig ausgebildet. In alternativen Ausgestaltungen kann die Spiralfeder auch mehrgängig, beispielsweise zweigängig oder dreigängig ausgebildet sein. Das Führungselement 10 wiederum ist auf der dem Federelement 5 abgewandten Seite des Ventilkörpers 6 angeordnet.
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Das Führungselement 10 stützt sich abschnittsweise an der Gehäuseinnenwand des ersten Gehäuseteils 2 ab. Das Führungselement 10 weist kreuzförmig zueinander angeordnete Stege 11 auf, welche stirnseitig an der dem Federelement 5 abgewandten Seite des Ventilkörpers 6 befestigt sind. Die Stege 11 können dabei an den radial äußeren Kanten an der Gehäuseinnenwand des ersten Gehäuseteils 2 zur Anlage gelangen und dadurch den Ventilkörper 6 abstützen.
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Der Einsatz 4 mit Federelement 5, Ventilkörper 6, Haltekörper 9 und Führungselement 10 ist materialeinheitlich und einstückig aus spritzgießfähigem Kunststoff ausgebildet. Bei der vorliegenden Ausgestaltung ist der Einsatz 4 aus POM ausgebildet. Des Weiteren sind das erste Gehäuseteil 2 und das zweite Gehäuseteil 3 aus spritzgießfähigem Kunststoff ausgebildet und bestehen ebenfalls aus POM.
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Das in der Figur gezeigte Rückschlagventil 1 ist Teil eines Kühlmittelkreislaufs einer Kühleinrichtung eines Elektrofahrzeugs. Die Kühleinrichtung dient dabei der Temperierung wesentlicher Komponenten des Elektrofahrzeugs wie Akkumulatoren, Elektromotoren, Leistungselektronik, Ladeadapter und Steckverbindungen.
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In einer alternativen Ausgestaltung ist das in der Figur gezeigte Rückschlagventil 1 Teil eines Klimakreislaufs einer Klimaanlage. Dabei dient die Klimaanlage vorzugsweise der Klimatisierung eines Fahrzeugs.
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Herrscht auf beiden Seiten des Ventilkörpers 6 derselbe Druck, liegt der Ventilkörper 6 dichtend an dem Ventilsitz 7 an. Dabei wird der Ventilkörper 6 durch die Kraft des Federelementes 5 an den Ventilsitz 7 angedrückt. Ein Fluid, welches über das Federelement 5 in Richtung des Ventilkörpers 6 strömt, wird dabei durch den Ventilkörper 6 blockiert. Ein Fluid, welches aus der Richtung des Führungselementes 10 in Richtung des Ventilkörpers 6 strömt, kann hingegen den Ventilkörper 6 vom Ventilsitz 7 abheben, wenn die durch den Druck des Fluids auf den Ventilkörper 6 ausgeübte Kraft größer ist als die Kraft des Federelementes 5. In diesem Fall hebt der Ventilkörper 6 vom Ventilsitz 7 ab, wobei sich der Ventilkörper 6 aufgrund des Führungselementes 10 gleichmäßig vom Ventilsitz 7 beabstandet und einen Ringspalt freigibt. Durch den Ringspalt kann das Fluid den Ventilkörper 6 passieren und das Rückschlagventil 1 durchströmen. Dadurch, dass das Führungselement 10 stegförmig ausgebildet ist, ist der Fluidstrom in diesem Bereich nur unwesentlich beeinträchtigt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2796758 A1 [0015]
- EP 3364090 A1 [0015]
