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Die Erfindung betrifft eine Treibstofftankanlage für ein Kraftfahrzeug, bestehend aus dem Treibstofftank mit Füllrohr, einem Filter für die Adsorbtion von Kraftstoffdämpfen und Leitungen zu dessen Anbindung mit Sperrmitteln.
Derartige Anlagen mit Adsorbtionsfilter sind nötig, um die gesetzlichen Auflagen hinsichtlich Freisetzung von Kraftstoffdämpfen beim Betanken und durch natürliche Abdampfung zu erfüllen.
Da Adsorbtionsfilter aber mit dem flüssigen Treibstoff keinesfalls in Berührung kommen dürfen, und da ausserdem beim Betanken einerseits grosse Mengen an Luft-Dampfgemisch verdrängt werden und andererseits bei Erreichen des maximalen Füllstandes im Tank der Druck soweit ansteigen muss, dass der Schnüffelsensor der Zapfpistole anspricht, sind mehrere Verbindungsleitungen und Sperrmittel vorzusehen.
Bei bekannten Anlagen, etwa der in der EP 882 617 A beschriebenen, sind am Plafond des Tanks zwei Leitungen angeschlossen, die jeweils über ein Ventil führen, das bei Einstecken der Zapfpistole in ein mit einer Klappe versehenes Füllrohr betätigt wird. Die eine Leitung mündet etwas unter dem maximalen Niveau in den Tank, die andere darüber. Wenn die Zapfpistole eingesteckt ist,
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ist das eine Ventil offen, sonst das andere. Zusätzlich ist oft noch zur weiteren Erhöhung der Sicherheit ein Schwimmerventil und ein Kopfstandsventil ("Roll-over Ventil") vorgesehen.
Da das Gesetz nicht zwischen billigen und teuren Autos unterscheidet, ist es Ziel der Erfindung, dessen Anforderungen an Sicherheit und Emissionswerte mit wesentlich einfacheren Mitteln zu erfüllen.
Erfindungsgemäss ist als Sperrmittel ein zweistufiges Schwimmerventil vorge-
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ersten Phase nur mehr teilweise geöffnet, und ab einem zweiten Treibstoffniveau in einer zweiten Phase ganz schliesst.
Durch die Zweistufigkeit mit verschiedenen Öffnungsquerschnitten kann die Funktion der beiden alternativ geöffneten Ventile sowie des zusätzlichen Schwimmerventiles und des Kopfstandsventiles in einem zweistufigen Schwimmerventil vereinigt und so auch eine Leitung eingespart werden. Die apparative Einsparung dadurch ist erheblich, ausserdem kann auch dank der Erfindung der Tank selbst wesentlich einfacher geformt sein. Das insbesondere dann, wenn das Schwimmerventil am Plafond des Treibstofftank angeordnet ist (Anspruch 2), oder wenn es ganz oder teilweise in dessen Inneres ragt (Anspruch 3). Das Ventil kann dann sogar mit der Ansaugeinheit und dem Sensor zu Messung des Tankinhaltes zu einer komplett montierbaren Baugruppe vereinigt sein.
Die Erfindung handelt auch von Schwimmerventilen für einen Treibstofftank mit einem in einem Gehäuse, das einem Kopfraum zur Verbindung mit einem
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Filter hat, in vertikaler Richtung geführten Schwimmer, die geeignet sind, die bisher verwendeten komplexen Leitungs- und Ventilsysteme zu ersetzen und auch in konventionellen Treibstofftankanlagen anwendbar sind, sogar zur Nachrüstung.
Erfindungsgemäss weist ein solches Ventil gemäss Anspruch 4 die folgenden Merkmale auf : (a) über dem Schwimmer ist ein weiterer Schwimmer angeordnet, der eine
Deckfläche und eine Grundfläche hat und vertikal geführt ist, wobei die
Deckfläche mit einer darüber befindlichen Gehäusewand eine verschliess- bare Durchströmöffnung bildet, (b) der weitere Schwimmer ruht mit seiner Grundfläche auf der Dachfläche des unteren Schwimmers und wird so in einer ersten Hubphase mit dem
Schwimmer gemeinsam angehoben, (c) im Gehäuse ist ein Anschlag für den unteren Schwimmer vorgesehen, der dessen Hub begrenzt, sodass nach weiterem Ansteigen des Treibstoffspie- gels der weitere Schwimmer in einer zweiten Phase allein weiter angeho- ben wird, bis zum völligen Abschluss des Durchtrittsquerschnittes der Durchströmöffnung.
Der weitere Schwimmer ist das eigentliche Schliessglied. Er bewegt sich bis zur ersten Phase gemeinsam mit dem unteren Schwimmer, sozusagen Huckepack. Solange der Treibstoffspiegel den unteren Schwimmer nicht erreicht, steht der volle Entlüftungsquerschnitt zur Verfügung, auch beim Tanken. Sobald er ihn erreicht, wird der Durchtrittsquerschnitt zuerst langsam verringert. Erreicht der Treibstoffspiegel ein zweites, höheres Niveau, ist der Durchtrittsquerschnitt nur mehr so klein, dass zum einen der Druck so schnell ansteigt,
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dass der Schnüffelsensor der Zapfpistole anspricht und zum anderen der weitere Schwimmer in der Folge durch seinen kurzen Weg bis zum Erreichen der ganz geschlossen Stellung in einer zweiten Phase sehr schnell ansprechen kann und so den Filter sicher vor der Flüssigkeit schützt.
Damit wird nicht nur das bisweilen zur Sicherheit vorgesehene weitere Schwimmerventil, sondern auch ein eigenes Kopfstandsventil überflüssig.
Es handelt sich somit nicht um eine einfache Verdopplung von einem bekannten Schwimmerventil, sondern durch die klar voneinander getrennten Schliessphasen mit definierten Querschnitten und durch die Anordnung am beziehungsweise im Tank können mehrere Funktionen ohne Kompromiss mit dieser einen Ventileinheit und einer einzigen Verbindungsleitung erfüllt werden.
Zur weiteren Erhöhung der Ansprechgeschwindigkeit ist der untere Schwimmer ein ringförmiger Hohlkörper, der eine Druckfeder umschliesst, die mit ih-
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Beim Kopfstand aber wirkt die Schwerkraft in derselben Richtung, sodass auch in diesem Fall die Ansprechgeschwindigkeit hoch ist.
Zu demselben Zweck kann in Weiterbildung der Erfindung die Dachfläche des unteren Schwimmers oder die Grundfläche des weiteren Schwimmers radiale Kanäle aufweisen (Anspruch 6), die auch bei Aufruhen des weiteren Schwimmers auf dem unteren Schwimmer den Durchtritt gestatten und si-
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cherstellen, dass sich die beiden Schwimmer bei flächiger Berührung schnell voneinander lösen können.
Vorteilhafterweise ist die Deckfläche des weiteren Schwimmers als Dichtfläche ausgebildet (Anspruch 7). Die Öffnung in der Gehäusewand bedarf dann keiner besonderen Bearbeitung, weil sich die weiche Dichtfläche des weiteren Schwimmers auch bei geringer Anpresskraft satt und dicht auf sie legt.
In einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung ist in der Gehäusewand zusätzlich zur verschliessbaren Durchströmöffnung eine Drosselbohrung vorgesehen (Anspruch 8). Diese ermöglicht einen Druckausgleich zwischen den beiden Seiten der Gehäusewand und verhindert so das"klebenbleiben"des
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über der Gehäusewand bildenden Unterdruck. Wenn die Drosselbohrung vertikal ist und auch noch durch ein Kämmerchen mit einer Kugel führt, die auf einem trichterförmigem Boden des Kämmerchens ruht (Anspruch 9), ist die Kopfstandssicherheit durch die Drosselbohrung nicht beeinträchtigt.
Fertigungstechnisch ist es vorteilhaft, wenn das Gehäuse einen Einsatz enthält, der die Führung für die Schwimmer, den Anschlag für den unteren Schwimmer und die obere Gehäusewand bildet (Anspruch 10). Dieser Einsatz kann dann ganz oder in Teilen, bei der Montage der Ventileinheit einfach eingepresst werden.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Abbildungen beschrieben und erläutert. Es stellen dar :
Fig. 1 : Schematisch eine erfindungsgemässe Tankanlage,
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Fig. 2 : Ein erfindungsgemässes Ventil in einer ersten Stellung,
Fig. 3 : Ein erfindungsgemässes Ventil in einer zweiten Stellung,
Fig. 4 : Ein erfindungsgemässes Ventil in einer dritten Stellung.
In Fig. 1 ist der Treibstofftank mit 1 bezeichnet. Er besitzt ein Füllrohr 3, in das eine nicht dargestellte Zapfpistole einführbar ist, und in seinem Plafond 2 eine Ventileinheit 4, von der eine Dampfleitung 5 zu einem Aktivekohlefilter 6 führt. Die Ventileinheit ist erfindungsgemäss ein zweistufiges Schwimmerventil, dass eine erhebliche Vereinfachung der gesamten Treibstofftankanlage gestattet. Die Ventileinheit ist hier bereits am Plafond 2 dargestellt, sie könnte aber auch in einem für diesen Zweck ausgebildeten Dom (nicht dargestellt) oder im oder am Füllstutzen angeordnet sein.
Fig. 2 zeigt vergrössert die Ventileinheit 4. Sie ist in einem Gehäuse 10 enthalten, das mittels eines Befestigungsflansches 11 in einem Loch im Plafond 2 des Treibstofftank 1 befestigt ist und dessen Mantel 13 ganz oder teilweise ins Innere des Treibstoff tanks 1 ragt. Über dem Befestigungsflansch 11 ist ein Anschlussstutzen 12 vorgesehen, auf den die Dampfleitung 5 aufzustecken ist.
Im Inneren des Mantels 13 befinden sich die funktionswesentlichen Einbauten, die mit dem Mantel einstückig sein können oder aber Teil eines Gehäuseeinsatzes 14, der in den Mantel 13 eingepresst, eingestemmt oder mit diesem umspritzt ist. Der Gehäuseeinsatz 14 hat eine obere Gehäusewand 15, über der ein Kopfraum 16 gebildet ist.
Weiters enthält der Gehäuseeinsatz 14 von der Gehäusewand vertikal abwärts gerichtete Führungsflächen 17, deren Ende einen Anschlag bildet. An seinem unteren Rand ist in dem Mantel 13 ein Einlaufgitter 18 ausgebildet, das auch eine Querwand des Gehäuses oder ein einzelnes eingepresstes Teil sein kann.
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Durch die Öffnungen dieses Gitters kann Flüssigkeit in das Innere des Gehäuses 10 eintreten, ausserdem bildet es einen Zentrierflansch 19. Auf dem Einlaufgitter 18 ruht ein Schwimmer 20, solange der Treibstoffspiegel das Einlaufgitter 18 nicht erreicht hat.
Der Schwimmer 20 ist hier ein hohler Kreiszylinder mit einer inneren Zylinderfläche 21, die einen Hohlraum 22 ausspart. Der kreisringförmige Schwimmer 20 kann verschieden ausgebildet sein, hohl und unten geschlossen oder wie abgebildet offen. Er besitzt eine Dachfläche 23, auf der ein weiterer Schwimmer 24 mit seiner Grundfläche 25 sitzt. Diese kann radiale Kanäle 28 zur besseren Durchspülung haben.
Auch der weitere Schwimmer 24 ist ein kreisringförmiger Zylinder, allerdings mit einer geschlossenen Deckfläche 26, an der von unten eine Druckfeder 27 angreift, die sich mit ihrem unteren Ende auf dem Zentrierflansch 19 des Einlaufgitters 18 abstützt. Diese Feder ist nicht stark genug, um den weiteren Schwimmer 24 alleine auszuheben, sie wirkt nur seinem Gewicht und seiner Trägheit entgegen, um zu gegebener Zeit für schnelles Schliessen zu sorgen.
Im Gehäuse 10 ist, im wesentlichen um den Schwimmer 20 herum, ein unterer Ventilraum 30 geschaffen, darüber in der Höhe des weiteren Schwimmers 24 ein oberer Ventilraum 31, der über eine Durchströmöffnung 32 mit dem Kopfraum 16 in Verbindung steht, wenn das Ventil nicht geschlossen ist. Bei geschlossenen Ventil bildet eine weiche Dichtfläche 34 gemeinsam mit dem Dichtrand 33 den Abschluss des Ventils. Zwischen der Deckfläche 26 und dem Dichtrand 33 besteht ansonsten ein Durchtrittsquerschnitt 35, der nur strichliert angedeutet ist, da seine genaue Position von der Stellung des Ventils abhängt.
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In der oberen Gehäusewand 15 ist noch ein Zusatzventil 36 vorgesehen. Es besteht aus einer Drosselbohrung 37, in deren Mitte ein Kämmerchen 38 für eine Kugel 39 gebildet ist. Die Kugel 39 sitzt normalerweise auf der unteren Sitzfläche 41 auf und versperrt so die Drosselbohrung 37. In dieser Position bewirkt die Kugel einen dichtenden Abschluss der Drosselbohrung, gibt jedoch im Falle dass der Druck im oberen Ventilraum 31 grösser als der Druck im Kopfraum 16 ist, die Drosselbohrung frei. Durch den so möglichen Druckausgleich wird ein "Kleben" des weiteren Schwimmers 24 am Dichtrand 33 bei Absinken des Treibstoffspiegels verhindert. Führt das Kraftfahrzeug einen Kopfstand aus, was bisweilen vorkommt, so bildet die Kugel 39 gemeinsam mit der normalerweise oberen Sitzfläche 40 ein Kopfstandsventil".
In der Stellung der Fig. 2 ist der Durchtrittsquerschnitt 35 maximal. Beim Tanken kann die mit Kraftstoffdämpfen gesättigte Luft ungehindert durch die Ventilkammern 30, 31 und die Durchströmöffnung 32 ins Aktivkohlefilter 6 entweichen, bis der Treibstoffspiegel ein erstes Niveau 51 erreicht hat. Ab diesem schwimmt der Schwimmer 20 mit dem weiteren Schwimmer 24 hukkepack auf. Das ist die erste Phase des Schliessens.
Fig. 3 zeigt die Stellung der Schwimmer 20, 24 am Ende dieser ersten Phase, wenn das Treibstoffniveau 52 erreicht ist. Der Schwimmer 20 steht an dem Anschlag 17 an. Vom Niveau 52 ausgehend, muss der Treibstoffspiegel weiter steigen, bis er das Niveau 53 erreicht, erst dann hebt der weitere Schwimmer 24 durch seinen Auftrieb vom ersten Schwimmer 20 ab und die zweite sehr kurze Hubphase beginnt. In dieser ist zwischen der Dichtfläche 34 des weiteren Schwimmers 24 und dem Dichtrand 33 nur mehr ein kleiner Durchtrittsquerschnitt 35'frei. Bei weiterem Ansteigen des Treibstoffsniveaus kann der
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weitere Schwimmer 24 jetzt so schnell schliessen, dass mit Sicherheit kein flüssiger Triebstoff in den Kopfraum 16 und somit in den Aktivkohlfilter gelangen kann.
In dieser zweiten Phase ist der Durchströmquerschnitt auch so klein, dass der Druck im Inneren des Tanks für ein Abschalten der Zapfpistole ausreichend stark ansteigt.
Fig. 4 zeigt das Ventil in ganz geschlossener Stellung, am Ende der zweiten Hubphase, wenn der Treibstoffspiegel das Niveau 54 erreicht hat. Aus dem geringen Unterschied zwischen den Niveaus 53, 54 ist zu erkennen, dass der weitere Schwimmer 24 in der zweiten Phase sehr schnell schliesst.
So ist mit dem erfindungsgemässen Ventil die Wirkung der nach dem Stand der Technik erforderlichen drei Ventile in einem Bauelement vereint. Es ist auch nur mehr eine Leitung vom Tank zum Aktivkohlefilter erforderlich.