-
Die Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeug-Schnellkupplung für einen Fluidanschluss in einem Kraftfahrzeug sowie einen Fluidkreislauf in einem Kraftfahrzeug, insbesondere den Kühlkreislauf des Motors oder den Kältemittelkreislauf der Klimaanlage.
-
Aus dem Stand der Technik sind Schnellkupplungen bekannt, die in einem Fluidkreislauf eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden, beispielsweise in einem Kühlsystem. Eine Schnellkupplung für einen Fluidanschluss stellt den Übergang zwischen einem üblicherweise fest im Kraftfahrzeug eingebauten, fluidführenden Bauteil, beispielsweise einem Kühler, und einem flexibleren, fluidführenden, anderen Teil wie einer Leitung, z. B. einem Schlauch, dar. Die Schnellkupplung wird dazu an das fluidführende Bauteil eines Kraftfahrzeugs sowie die fluidführende Leitung angeschlossen, sodass das Fluid vom fluidführenden Bauteil über die fluidführende Leitung zu einer anderen Komponente des Kraftfahrzeugs strömen kann oder umgekehrt. Üblicherweise wird jeweils eine (Schnell-)Kupplung an den beiden Enden der Leitung verwendet, um den Übergang zum fluidführenden Bauteil bzw. der Komponente des Kraftfahrzeugs zu gewährleisten.
-
Es ist ferner bekannt, dass ein Absperrventil im Fluidkreislauf vorgesehen sein kann, das den Fluidfluss durch den Fluidkreislauf freigibt bzw. sperrt. Üblicherweise weist ein solches Ventil zwei Fluidschnittstellen auf, über die das Ventil mit Schläuchen in den Fluidkreislauf integriert wird. Darüber hinaus muss im Kraftfahrzeug Bauraum sowie eine Anbindungsmöglichkeit für das Ventil geschaffen werden, um das in den Fluidkreislauf integrierte Ventil in der gewünschten Orientierung positionieren zu können.
-
Als nachteilig hat sich hierbei herausgestellt, dass die Flexibilität bei der Bauraumgestaltung verringert ist, da auf die einzelnen Komponenten, also das Ventil sowie die (Schnell-)Kupplungen, und den damit einhergehenden benötigten Bauraum Rücksicht genommen werden muss. Zudem umfasst der Fluidkreislauf mehrere Fluidschnittstellen, was das Risiko einer Störung oder gar eines Ausfalls erhöht.
-
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schnellkupplung zu schaffen, mit der ein einfach aufgebauter Fluidkreislauf möglich ist, der zudem platzsparend ist.
-
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kraftfahrzeug-Schnellkupplung für einen Fluidanschluss in einem Kraftfahrzeug gelöst, mit einem Kupplungskörper, in dem eine Fluidleitung vorhanden ist, durch die ein Fluid strömen kann, einer ersten Fluidschnittstelle, die derart ausgebildet ist, dass die Schnellkupplung direkt an ein fluidführendes Bauteil des Kraftfahrzeugs anschließbar ist, insbesondere an einen Kühler, sodass das Bauteil die Schnellkupplung trägt, einer zweiten Fluidschnittstelle, die über die Fluidleitung mit der ersten Fluidschnittstelle in Strömungsverbindung steht, sowie einem Ventil, das ein Ventilverschlusselement umfasst, das sich in die Fluidleitung erstreckt.
-
Die Aufgabe der Erfindung wird zudem durch einen Fluidkreislauf in einem Kraftfahrzeug gelöst, der eine Kraftfahrzeug-Schnellkupplung der zuvor genannten Art umfasst, wobei die Schnellkupplung an einem fluidführenden Bauteil des Kraftfahrzeugs angeschlossen ist.
-
Der Grundgedanke der Erfindung ist es, dass die Schnellkupplung für den Fluidanschluss gleichzeitig des Ventil umfasst, sodass die Steuerung des Fluids in der Schnellkupplung erfolgt. Hierdurch werden zusätzliche Schnittstellen zur Einbindung des Ventils in den Fluidkreislauf vermieden. Des Weiteren ist der Fluidkreislauf platzsparender ausgebildet, da kein zusätzlicher Bauraum für ein separat ausgebildetes Ventil benötigt wird. Gleichzeitig entfällt die ansonsten benötigte separate Anbindungsmöglichkeit für das Ventil, da dieses über die Schnellkupplung in den Fluidkreislauf integriert ist. Zudem ist über die erste Fluidschnittstelle der Schnellkupplung sichergestellt, dass das Ventil in der gewünschten Orientierung gehalten wird. Dies liegt daran, dass das fluidführende Bauteil, an dem die Schnellkupplung angeschlossen ist, die Schnellkupplung über die erste Fluidschnittstelle trägt. Die erste Fluidschnittstelle ist derart ausgebildet, dass die auftretenden Kräfte, insbesondere die Gewichtskräfte, an das fluidführende Bauteil übertragen werden, sodass die Schnellkupplung sicher gehalten ist.
-
Bei dem fluidführenden Bauteil handelt es sich um eine eigensteife Baugruppe, die mechanisch fest am Kraftfahrzeug angebunden ist. Üblicherweise weist das Bauteil neben der Leitung des Fluids eine weitere Funktion auf wie das Kühlen des Fluids. Es handelt sich bei dem Bauteil also nicht um eine Leitung oder einen Schlauch.
-
Ein Aspekt sieht vor, dass im Kupplungskörper ein Ventilsitz für das Ventilverschlusselement ausgebildet ist, insbesondere im Bereich der zweiten Fluidschnittstelle. Der Kupplungskörper stellt somit einen Teil des Ventils dar, da dieser den Ventilsitz umfasst, mit dem des Ventilverschlusselement zusammenwirkt, wenn das Ventil in einer geschlossenen Stellung ist, in der das Ventil den Durchfluss des Fluids durch die Fluidleitung sperrt.
-
Gemäß einer Ausführungsform weist der Kupplungskörper eine Ventilschnittstelle auf, über die zumindest eine Ventilantriebseinheit des Ventils an den Kupplungskörper anschließbar ist. Die Ventilantriebseinheit des Ventils umfasst einen Antrieb sowie das Ventilverschlusselement, welches in die Fluidleitung ragt und vom Antrieb verstellt wird. Die Ventilantriebseinheit lässt sich über ein Innen- und korrespondierendes Außengewinde oder separate Befestigungsmittel am Kupplungskörper über die Ventilschnittstelle anbinden.
-
Alternativ kann die Ventilantriebseinheit fest mit dem Kupplungskörper verbunden sein, insbesondere einstückig mit diesem ausgebildet sein.
-
Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass die erste Fluidschnittstelle eine Verdrehsicherung aufweist. Hierdurch ist sichergestellt, dass das Ventil seine Orientierung in Bezug auf das fluidführende Bauteil beibehält, da der Kupplungskörper nicht relativ zum fluidführenden Bauteil verdreht werden kann. Allgemein verhindert die Verdrehsicherung, dass die Schnellkupplung in Bezug auf das fluidführende Bauteil verdreht wird.
-
Vorzugsweise handelt es sich bei dem Ventil um ein elektrisches, insbesondere elektromagnetisches Ventil, sodass ein kostengünstiges Ventil geschaffen ist. Das Ventil kann als ein sogenannter E-Steller oder als ein Magnetventil ausgebildet sein, bei dem die Ventilantriebseinheit eine Spule umfasst, über die ein Magnetfeld erzeugt wird.
-
Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass das Ventil derart ausgebildet ist, dass das Ventilverschlusselement eine offene Stellung, in der Fluid durch die Fluidleitung strömen kann, und eine geschlossene Stellung einnehmen kann, in der die Fluidleitung vom Ventilverschlusselement versperrt ist. Das Ventil ist demnach als ein Absperrventil ausgebildet, welches zwei definierte Stellungen einnehmen kann. In der offenen Stellung wird der Fluidfluss durch den Fluidkreislauf ermöglicht, wohingegen in der geschlossenen Stellung kein Fluid durch die Schnellkupplung strömen kann, sodass der Fluidfluss durch den Fluidkreislauf unterbrochen bzw. gesperrt ist.
-
Insbesondere ist das Ventil derart eingerichtet, dass das Ventilverschlusselement Zwischenstellungen zwischen der offenen und der geschlossenen Stellung einnehmen kann. Bei diesen Zwischenstellungen handelt es sich um Stellungen, bei denen der Querschnitt der freigegebenen Fluidleitung verändert ist, sodass das Ventil die Strömungsmenge des Fluids steuert bzw. regelt. Das Ventil stellt somit eine Regeleinrichtung dar.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt ist das Ventil ausfallsicher ausgebildet. Dies bedeutet, dass das Ventil im nicht aktiven Zustand der Ventilantriebseinheit in eine vordefinierte, gewünschte Stellung übergeht. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass des Ventil, insbesondere die Ventilantriebseinheit, mechanische Sicherungselemente wie Federelemente aufweist, über die das Ventilverschlusselement in die geschlossene oder die geöffnete Stellung beaufschlagt wird, wenn keine Kraft vom Antrieb der Ventilantriebseinheit erzeugt wird. Je nach Anwendungs- bzw. Einsatzgebiet der Schnellkupplung kann die ausfallsichere Stellung die offene oder die geschlossene Stellung des Ventils sein.
-
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass das Ventil eine Heizung umfasst, die das durch die Schnellkupplung strömende Fluid zumindest indirekt heizt. Die Heizung kann in der Ventilantriebseinheit vorgesehen sein, sodass die Heizung das Antriebsgehäuse der Ventilantriebseinheit und somit indirekt den Kupplungskörper aufheizt, der wiederum das Fluid erwärmt. Alternativ oder ergänzend kann die Heizung dem Ventilverschlusselement zugeordnet sein, sodass dieses aktiv beheizt wird und die dabei entstehende Wärme an das durch die Fluidleitung strömende Fluid abgibt. Ferner ist es möglich, dass die Heizung im Ventilverschlusselement vorgesehen ist, sodass die von der Heizung erzeugte Wärme direkt an das Fluid abgegeben wird. Über die Heizung wird eine direkte und/oder indirekte Erwärmung des Fluids ermöglicht.
-
Bei der Schnellkupplung handelt es sich insbesondere um eine genormte Kupplung.
-
Der Kupplungskörper ist vorzugsweise aus einem Metall ausgebildet. Hierdurch ist sichergestellt, dass sich die auftretenden Kräfte, insbesondere die Gewichtskraft der Ventilantriebseinheit, über die erste Fluidschnittstelle an das fluidführende Bauteil übertragen lassen. Zudem sind Metalle generell gute Wärmeleiter, sodass die indirekte Erwärmung des Fluids über die Ventilantriebseinheit in einfacher Weise möglich ist.
-
Zur Erwärmung des Fluids ist es bereits ausreichend, wenn das Ventilverschlusselement aus einem Metall ausgebildet ist, da das Ventilverschlusselement direkt mit dem Fluid in Kontakt steht.
-
Alternativ kann der Kupplungskörper auch aus einem Kunststoff ausgebildet sein. Hierbei können insbesondere Versteifungsmaßnahmen vorgenommen werden, sodass der aus Kunststoff hergestellte Kupplungskörper ebenfalls geeignet ist, die auftretenden Kräfte aufzunehmen. Bei den Versteifungsmaßnahmen kann es sich um Materialvariationen hinsichtlich der Dicke bzw. Stärke des Materials und/oder des verwendeten Materials handeln.
-
Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
-
1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug-Schnellkupplung,
-
2 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug-Schnellkupplung aus 1,
-
3 eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug-Schnellkupplung entlang der Linie A-A aus 2, und
-
4 teilweise einen schematisch dargestellten erfindungsgemäßen Fluidkreislauf in einem Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug-Schnellkupplung.
-
In den 1 bis 3 ist eine Kraftfahrzeug-Schnellkupplung 10 für den Kühlkreislauf des Fahrzeugs gezeigt, die einen Kupplungskörper 12 umfasst, an dem eine erste Fluidschnittstelle 14 sowie eine zweite Fluidschnittstelle 16 vorgesehen sind.
-
Die beiden Fluidschnittstellen 14, 16 sind in der gezeigten Ausführungsform rechtwinklig zueinander am Kupplungskörper 12 angeordnet, wobei die beiden Fluidschnittstellen 14, 16 über eine im Kupplungskörper 12 ausgebildete Fluidleitung 18 miteinander in Strömungsverbindung stehen (siehe 3).
-
In anderen Ausführungsformen können die Fluidschnittstellen 14, 16 einen anderen Winkel zueinander aufweisen.
-
Wie aus 4 hervorgeht, in der ein Teil eines Fluidkreislaufs 20 in einem Kraftfahrzeug schematisch dargestellt ist, ist die erste Fluidschnittstelle 14 derart eingerichtet, dass die Schnellkupplung 10 direkt an ein fluidführendes Bauteil 22 eines Kraftfahrzeugs angeschlossen werden kann. Bei dem fluidführenden Bauteil 22 kann es sich um einen Kühler des Kraftfahrzeugs handeln.
-
Alternativ kann es sich bei dem fluidführenden Bauteil 22 um einen Turbolader oder ein anderes Bauteil handeln, das ein Fluid führt.
-
Die zweite Fluidschnittstelle 16 ist dagegen derart ausgebildet, dass ein fluidführendes Teil 24 wie ein Schlauch oder eine Leitung an die Schnellkupplung 10 angeschlossen werden kann, sodass das fluidführende Bauteil 22 mit einer weiteren Komponente 26 des Kraftfahrzeugs in Fluidverbindung steht.
-
Die zweite Fluidschnittstelle 16 weist dazu an ihrer Außenseite Rippen 28 auf, die als Dichtung und Haltemittel fungieren, wenn das fluidführende Teil 24 an die zweite Fluidschnittstelle 16 angeschlossen ist, indem es über die als Stutzen ausgebildete zweite Fluidschnittstelle 16 gestülpt ist. Üblicherweise wird das fluidführende Teil 24 zusätzlich über eine Pressschelle 29 an der zweiten Fluidschnittstelle 16 fixiert.
-
Die Schnellkupplung 10 weist zudem ein Ventil 30 auf (siehe 3), das in der gezeigten Ausführungsform als ein elektrisches Ventil ausgebildet ist, das auch als E-Steller bezeichnet wird. Alternativ kann das Ventil 30 als ein Magnetventil ausgebildet sein.
-
Das Ventil 30 umfasst eine Ventilantriebseinheit 32, die ein Antriebsgehäuse 34, einen darin untergebrachten Antrieb 36 sowie ein Ventilverschlusselement 38 umfasst, welches sich in die im Kupplungskörper 12 ausgebildete Fluidleitung 18 erstreckt. In der gezeigten Ausführungsform sind der Antrieb 36 als Elektromotor und des Ventilverschlusselement 38 als ein Ventil-Kegel ausgebildet.
-
Alternativ kann das Ventilverschlusselement 38 als eine Kugel ausgebildet sein oder eine sonstige geometrische Form aufweisen, die ein Verschließen ermöglicht.
-
Die Ventilantriebseinheit 32 ist über eine Ventilschnittstelle 40 des Kupplungskörpers 12 an diesem befestigt. Die Ventilschnittstelle 40 kann ein Innen- und entsprechend korrespondierendes Außengewinde aufweisen, sodass die Ventilantriebseinheit 32 in den Kupplungskörper 12 eingeschraubt wird. Die Ausbildung der Gewinde kann aber auch genau umgekehrt sein. Dichtungen können vorgesehen sein und stellen generell sicher, dass das durch den Kupplungskörper 12 strömende Fluid nicht an der Ventilschnittstelle 40 austritt.
-
Im Kupplungskörper 12 ist ein Ventilsitz 42 im Bereich der zweiten Fluidschnittstelle 16 ausgebildet, mit dem das Ventilverschlusselement 38 zusammenwirkt, um den Durchfluss durch das Ventil 30 bzw. durch die Schnellkupplung 10 zu steuern bzw. zu regeln.
-
Die Ventilschnittstelle 40 ist gegenüberliegend zur zweiten Fluidschnittstelle 16 angeordnet, also gegenüberliegend zum Ventilsitz 42, sodass das Ventilverschlusselement 38 lediglich linear verstellt werden muss, um vom Antrieb 36 der Ventilantriebseinheit 32 auf den Ventilsitz 42 gedrückt zu werden. Die gegenüberliegende Anordnung der Ventilschnittstelle 40 und der zweiten Fluidschnittstelle 16 stellt sicher, dass das Ventil 30 einfach aufgebaut und somit störungsarm ist.
-
Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Durchfluss durch das Ventil 30 in einem anderen Bereich als im Bereich der zweiten Fluidschnittstelle 16 durch das Ventilverschlusselement 38 versperrt wird. Entsprechend wäre der Ventilsitz 42 in einem anderen Bereich des Kupplungskörpers 12 ausgebildet.
-
Die Ventilantriebseinheit 32 kann das Ventil 30, insbesondere das Ventilverschlusselement 38, derart linear verstellen, dass dies eine offene Stellung, die in 3 dargestellt ist, oder eine geschlossene Stellung einnimmt, die in 3 gestrichelt dargestellt ist.
-
In der offenen Stellung strömt das Fluid von der ersten Fluidschnittstelle 14 über die Fluidleitung 18 zur zweiten Fluidschnittstelle 16, sodass das Fluid vom fluidführenden Bauteil 22 des Kraftfahrzeugs zur weiteren Komponente 26 des Kraftfahrzeugs strömt oder umgekehrt (siehe 4).
-
In der geschlossenen Stellung sperrt das Ventil 30 bzw. des Ventilverschlusselement 38 zusammen mit dem Ventilsitz 42 den Durchfluss durch die Fluidleitung 18, sodass kein Fluid vom fluidführenden Bauteil 22 des Kraftfahrzeugs zur weiteren Komponente 26 des Kraftfahrzeugs strömt oder umgekehrt. Das Ventilverschlusselement 38 und der Ventilsitz 42 bilden demnach in der geschlossenen Stellung eine fluiddichte Sperre innerhalb der Schnellkupplung 10 aus.
-
Darüber hinaus kann das Ventil 30, insbesondere die Ventilantriebseinheit 32, derart ausgebildet sein, dass das Ventilverschlusselement 38 Zwischenstellungen zwischen der offenen und der geschlossenen Stellung einnehmen kann. Bei diesen Zwischenstellungen wird der Strömungsquerschnitt der Fluidleitung 18 durch das Ventilverschlusselement 38 verändert, wodurch sich die Strömungsmenge des Fluids einstellen lässt, die durch die Fluidleitung 18 strömt.
-
Je weiter das Ventilverschlusselement 38 in Richtung des Ventilsitzes 42 verstellt ist, desto geringer ist der Strömungsquerschnitt der Fluidleitung 18 und somit der Fluidmenge. Mit dem Ventil 30 lässt sich demnach die Durchflussmenge steuern bzw. regeln, weswegen das Ventil 30 als Regeleinrichtung verwendet werden kann.
-
Generell ist das Ventil 30 ausfallsicher ausgebildet, was bedeutet, dass es eine bevorzugte, vordefinierte Stellung einnimmt, sofern die Ventilantriebseinheit 32 ausfällt. Bei der bevorzugten Stellung kann es sich um die offene oder die geschlossene Stellung handeln, je nach Anwendungs- bzw. Einsatzgebiet der Schnellkupplung 10.
-
Die Ausfallsicherung lässt sich über mechanische Sicherungselemente wie Federn realisieren, die das Ventilverschlusselement 38 in die bevorzugte Stellung beaufschlagen. Die Sicherungselemente können in der Ventilantriebseinheit 32 vorgesehen sein. Aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit sind diese Sicherungselemente in der 3 nicht dargestellt.
-
Darüber hinaus kann des Ventil 30 eine Heizung 44 umfassen, die das durch die Schnellkupplung 10 strömende Fluid zumindest indirekt erwärmt. Die Heizung 44 ist in der gezeigten Ausführungsform ebenfalls in der Ventilantriebseinheit 32 angeordnet, insbesondere im Antriebsgehäuse 34.
-
Die Heizung 44 ist dem Ventilverschlusselement 38 zugeordnet, sodass dieses direkt von der Heizung 44 aufgeheizt wird. Das mit dem Ventilverschlusselement 38 in Kontakt stehende Fluid wird demnach indirekt über die Heizung 44 erwärmt. Die Heizung 44 kann alternativ im Ventilverschlusselement 38 vorgesehen sein bzw. dieses zumindest teilweise ausbilden, sodass das durch die Fluidleitung 18 strömende Fluid direkt von der Heizung 44 erwärmt wird.
-
Alternativ oder ergänzend heizt die Heizung 44 das Antriebsgehäuse 34 auf, wodurch der Kupplungskörper 12 ebenfalls aufgeheizt wird. Das durch den Kupplungskörper 12 strömende Fluid wird dann indirekt vom aufgeheizten Kupplungskörper 12 erwärmt.
-
Der Kupplungskörper 12 besteht insbesondere aus einem Metall, sodass der Kupplungskörper 12 wärmeleitend ist und eine gewisse Steifigkeit aufweist.
-
Die Steifigkeit wird generell benötigt, um sicherzustellen, dass die auf den Kupplungskörper 12 wirkenden Kräfte der Ventilantriebseinheit 32 über die erste Fluidschnittstelle 14 an das fluidführende Bauteil 22 übertragen werden können, welches die Schnellkupplung 10 und somit das Ventil 30 trägt.
-
Alternativ zur Ausführung des Kupplungskörpers 12 aus Metall lässt sich dieser auch aus einem Kunststoff ausbilden, insbesondere einem wärmeleitenden Kunststoff. Hierbei können Versteifungsmaßnahmen vorgesehen sein, sodass die auftretenden Kräfte sicher aufgenommen werden können.
-
Die erste Fluidschnittstelle 14 ist darüber hinaus vorzugsweise mit einer Verdrehsicherung 46 versehen, wodurch sichergestellt ist, dass das Ventil 30 eine vordefinierte relative Lage bzw. Orientierung zum fluidführenden Bauteil 22 hat und beibehält, wenn das Ventil 30 über die erste Fluidschnittstelle 14 mit dem fluidführenden Bauteil 22 gekoppelt ist.
-
Die Verdrehsicherung 46 verhindert, dass sich die am fluidführenden Bauteil 22 angeschlossene Schnellkupplung 10 relativ zum Bauteil 22 verdreht, was zu einer unerwünschten Orientierung des Ventils 30 führen würde.
-
Die Anbindung der Schnellkupplung 10 an das fluidführende Bauteil 22 erfolgt in einfacher Weise derart, dass die Schnellkupplung 10 über die erste Fluidschnittstelle 14 an einen Stutzen des Bauteils 22 gesteckt und über die Verdrehsicherung 46 befestigt und gesichert wird.
-
Die Schnellkupplung 10 ist des Weiteren vorzugsweise als eine VDA-Kupplung ausgebildet, sodass sie normgerecht für viele Fahrzeugkomponenten verwendet werden kann.
-
In einer alternativen Ausführungsform ist die Ventilantriebseinheit 32, insbesondere das Antriebsgehäuse 34, einstückig mit dem Kupplungskörper 12 ausgebildet, sodass die Ventilschnittstelle 40 entfällt.
-
Mit der erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug-Schnellkupplung 10 ist es somit in einfacher Weise möglich, eine Schnellkupplung und ein Ventil 30 in den Fluidkreislauf 20 zu integrieren, wobei die Anzahl der Fluidschnittstellen gleichzeitig minimiert ist.
-
Des Weiteren ist die erfindungsgemäße Kraftfahrzeug-Schnellkupplung 10 platzsparend, da kein zusätzlicher Bauraum für das Ventil 30 benötigt wird. Dies trifft ebenfalls auf die ansonsten benötigten Ventilhalterungen zu, die bei der erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug-Schnellkupplung 10 entfallen können. Der Montageaufwand wird zudem verringert.
