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Die
Erfindung betrifft einen automatischen Tankverschluss für einen
Kraftfahrzeugtank.
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Derartige,
beispielsweise aus
DE
198 37 783 A1 bekannte Tankverschlüsse weisen ein von einer Betankungsöffnung durchsetztes
Gehäuse
auf, wobei die Öffnung
von ihrer Innenseite mit einer in Schließrichtung federbelasteten Verschlussklappe verschließbar ist.
An der Verschlussklappe ist bei dem bekannten Tankverschluss ein
als O- Ring ausgestalteter Dichtring vorhanden, der mit einer Dichtfläche eines
sich nach innen konisch erweiternden Dichtsitzes zusammenwirkt.
Um hohe Dichtigkeitsanforderungen zu erfüllen (z.B. LEV-II- oder PZEV-Norm),
muss der Dichtring mit relativ hoher Kraft gegen den Dichtsitz gepresst
werden. Vielfach arbeiten herkömmliche
Tankverschlüsse
daher mit starken Federn. Es ist dann zwar möglich, auf eine Verriegelungseinrichtung
zu verzichten, nachteilig ist aber, dass ein hoher Kraftaufwand
seitens des Benutzers zum Öffnen
der Verschlussklappe erforderlich ist und dass Dämpfungsmaßnahmen erforderlich sind,
um ein etwa mit dem Hochspritzen von Kraftstoff oder gar einer Verletzungsgefahr
verbundenes Zuschnappen der Verschlussklappe zu verhindern. Bei
anderen bekannten Ausführungsarten,
etwa gem.
DE 198 37
783 A1 , werden schwache, ein leichtes Öffnen der Verschlussklappe
erlaubende Federn eingesetzt. Es sind jedoch aufwändige, den
Dichtring gegen den Dichtsitz pressende Verriegelungseinrichtungen
erforderlich, um die für
eine ausreichende Dichtung nötige
Anpresskraft zu erreichen.
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Davon
ausgehend ist es die Aufgabe der Erfindung, einen automatischen
Tankverschluss für
einen Kraftfahrzeugtank vorzuschlagen, der sich leicht öffnen lässt und
ohne den Einsatz einer Verriegelungseinrichtung eine ausreichende
Dichtigkeit gewährleistet.
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Diese
Aufgabe wird durch einen Tankverschluss nach Anspruch 1 gelöst. Danach
sind ein mit dem Dichtring zusammenwirkender, sich zum Tankinneren
konisch erweiternder, eine Dichtfläche aufweisender Dichtsitz
und ein als Lippendichtung ausgebildeter Dichtring vorgesehen, wobei
der Dichtring mindestens eine, mit der Dichtfläche zusammenwirkende Dichtlippe
aufweist.
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Ganz
allgemein verringert die konische Dichtgeometrie die erforderliche
Schließkraft
der Verschlussklappe, so dass entsprechend schwächere Schließfedern
eingesetzt und dabei gleiche Anpresskräfte erreicht werden können. Eine
weitere Reduzierung der Anpresskraft und eine Erhöhung der
Dichtigkeit wird durch die Ausgestaltung des Dichtrings als Lippendichtung
erreicht. Eine Dichtlippe kann aufgrund ihrer Geometrie wesentlich
leichter elastisch verformt werden als dies bei einem O-Ring der
Fall ist, bei dem die Verformbarkeit praktisch allein durch die
Elastizität
des verwendeten Elastomers bestimmt wird. Durch die leichte Verformbarkeit
wird nicht nur die Anpresskraft insbesondere bei niedrigen Umgebungstemperaturen
verringert, sondern es lassen sich Toleranzen seitens der Bauteile
des Tankverschlusses und des Dichtrings selbst leichter kompensieren.
Ein weiterer Vorteil des vorgeschlagenen Dichtrings ist, dass sich
dessen Dichtlippe so gestalten lässt,
dass sie durch den Tankinnendruck gegen den Dichtsitz gedrückt und
dabei ihre Dichtwirkung erhöht
wird. Aufgrund der exzentrischen Schwenklagerung der Verschlussklappe
lässt es
sich nicht vermeiden, dass beim Einschwenken der Verschluss klappe
in ihre Schließstellung
der Dichtring zunächst nur
mit einem Umfangsabschnitt mit der Dichtfläche in Berührung kommt. Die Relativbewegung
zwischen der Dichtfläche
und dem Dichtring führt
im Falle eines O-Rings dazu, dass sich dieser in sich verdrillt
bzw. verwindet. Dies geht zum einen zu Lasten der Haltbarkeit und
zum anderen zu Lasten der Dichtwirkung des O-Rings. Eine solche Verdrillung ist bei
der Erfindung praktisch ausgeschlossen, insbesondere wenn, wie bei
einer bevorzugten Ausführungsvariante
vorgeschlagen, der Dichtring eine von der Dichtlippe weg weisende
Flachseite aufweist, mit der er sich an einer ihn tragenden Gegenfläche abstützt. Auf
diese Weise wird auch die Zentrierung der Verschlussklappe im Dichtsitz
verbessert.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsvariante ist
die Dichtigkeit durch mehrere, insbesondere zwei in Axialrichtung
beabstandete Dichtlippen erhöht. Mehrere
Dichtlippen erhöhen
aber auch die Zuverlässigkeit
der Abdichtung im Falle einer Verschmutzung des Dichtbereiches.
Wenn eine Dichtlippe aufgrund einer Verschmutzung nicht dicht an
der Dichtfläche
anliegt, gewährleistet
nämlich
die andere Dichtlippe die Dichtfunktion. In besonderem Maße ist dies
der Fall, wenn die beiden Dichtlippen – im Querschnitt gesehen – schräg zueinander
verlaufen, wobei sie einen sich zur Dichtfläche hin öffnenden Winkel einschließen.
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Eine
Verbesserung der Dichtigkeit des Dichtrings im Bereich seiner Flachseite
kann erreicht werden, wenn diese ebenfalls mehrere, insbesondere zwei
in Axialrichtung beabstandete Dichtlippen trägt. Diese sind ähnlich wie
weiter oben beschriebenen Dichtlippen ausgestaltet. Dadurch, dass
die Dichtlippen einen Abstand in Axialrichtung aufweisen, verhindern
sie ebenso wie bei einer planebenen Anlage der Flachseite, dass
der Dichtring in der Endphase des Schließvorgangs in sich verwunden
wird.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist die Verschlussklappe am Gehäuse
in einem Schwenklager mit Spiel derart gelagert, dass eine selbsttätige Zentrierung
der Verschlussklappe im Dichtsitz ermöglicht ist.
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Durch
die selbsttätige
Zentrierung der Verschlussklappe im konischen Dichtsitz ist ein
großzügiger Toleranzausgleich
für die
Einzelteile des automatischen Tankverschlusses gegeben. Hierdurch können nicht
nur die bei der Herstellung des Tankverschlusses auftretenden Fertigungstoleranzen
ausgeglichen werden, sondern auch jene, die z. B. durch Alterung
bzw. Aufquellen des Dichtelements durch Kraftstoffdämpfe während der
Lebensdauer des Tankverschlusses auftreten. Für die selbsttätige Zentrierung
der Verschlussklappe im Dichtsitz sind keinerlei weiteren Hilfsmaßnahmen
notwendig, da dies eine allgemeine, jedem konischen Sitz eigene
Eigenschaft ist.
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Bei
einer Quellung des Dichtrings vergrößert sich dessen Durchmesser.
Die Folge ist, dass sich das Schließ- und Öffnungsverhalten der Verschlussklappe
und die Anpresskraft ändert,
da der Dichtring bei gleicher Axialposition im Dichtsitz in Radialrichtung
stärker
verformt werden muss als im ungequollenen Zustand. Um hier Abhilfe
zu schaffen ist ein Schwenklager vorgesehen, das eine Axialverschiebung
der Verschlussklappe in der Schließstellung erlaubt, wobei die
Dichtfläche
eine solche Länge
aufweist, dass sie bei unterschiedlichen, durch eine Axialverschiebung
veränderten
Axialpositionen der Verschlussklappe vom Dichtring beaufschlagt
ist. Durch diese Ausgestaltung kann sich die Axialposition der Verschlussklappe
an einen sich durch Quellung radial erweiterten Dichtring selbsttätig anpassen.
Vorzugsweise wird die Axialverstellung durch ein Schwenklager bewerkstelligt,
welches von wenigstens einem an der Verschlussklappe angeformten, als
Langloch ausgebildeten Schwenkauge und von einer dieses durchsetzenden,
sich quer zur Axialrichtung erstreckenden Schwenkachse gebildet
ist.
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Bei
einer hinsichtlich Montagevereinfachung und Störungsanfälligkeit bevorzugten Ausführungsvariante
ist der Dichtring an einem Randbereich der Verschlussklappe fixiert.
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Die
Erfindung wird nun anhand von in den beigefügten Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 einen
automatischen Tankverschluss in perspektivischer Darstellung,
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2 eine
perspektivische Explosionsdarstellung des Tankverschlusses von 1,
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3 einen
Schnitt entsprechend Linie III-III in 1,
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4 einen
Ausschnitt aus 3,
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5 eine
Abbildung entsprechend 4, die jedoch einen Tankverschluss
zeigt, dessen Verschlussklappe 6 sich in einer Zwischenstellung
befindet,
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6 einen
Tankverschluss in einer 3 entsprechenden Darstellung,
in den eine Zapfpistole eingeführt
ist,
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7 den
Ausschnitt VII aus 5 in vergrößerter Darstellung,
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8 eine
abgewandelte Dichtring in einer 7 entsprechenden
Darstellung.
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Wie
insbesondere aus 1 bis 3 hervorgeht,
umfasst ein Tankverschluss als Hauptbestandteile ein oberseits von
einer Betankungsöffnung 2 durchsetztes
Gehäuse 1,
eine im Gehäuse 1 schwenkbar
gelagerte, die Betankungsöffnung 2 von ihrer
Innenseite her verschließende
Verschlussklappe 3 und einen mit der Verschlussklappe 3 zusammenwirkenden,
eine Dichtfläche 4 aufweisenden Dichtsitz 5.
Die Dichtfläche 4 wird
von der Innenseite eines sich zum Tankinneren hin auf weitenden
Wandbereiches 6 gebildet. Dementsprechend ist die Dichtfläche 4 ebenfalls
radial erweitert, bildet also einen zum Tankinneren sich öffnenden
Konus. Oberseits ist am Wandbereich 6 eine in Bezug auf
die Mittellängsachse 7 der
Betankungsöffnung 2 bzw.
des Gehäuses 1 radial
verlaufende Ringwand 8 angeformt, welche die Betankungsöffnung 2 umgreift.
Auf das Gehäuse 1 ist
ein Einführtrichter 9 aufgesetzt.
Der Einführtrichter 9 umfasst
eine rohrabschnittförmige
Außenwand 10,
an deren Innenseite sich radial nach innen erstreckende Wandabschnitte 12 angeformt sind,
deren auf die Mittellängsachse 7 weisende Schmalseiten
Einführschrägen 13 sind.
Die Summe aller Einführschrägen 13 bildet
einen Führungskanal 14 der
ein problemloses Einführen
des Einfüllstutzens 15 einer
Zapfpistole 16 (6) in die Betankungsöffnung 2 gewährleistet.
Der Einfülltrichter 9 ist innerhalb
einer hülsenförmigen Kappe 17 angeordnet,
deren unterer Rand 18 mit der Stirnfläche eines den Wandbereich 6 koaxial
umfassenden Kragens 21a verbunden ist.
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Die
Verschlussklappe 3 ist im wesentlichen von einer Kreisscheibe
gebildet, aus deren Umfangsfläche
zwei Flansche 19, 20 radial hervorstehen. Die Flansche 19, 20 schließen zwischen
sich eine Ringnut 22 ein, in der im Montagezustand ein
Dichtring 23 aus einem kraftstoffbeständigen Elastomer, z.B. FPM,
einliegt. Der Randbereich der Verschlussklappe 3 ist etwa
komplementär
zum konusförmigen Dichtsitz 5 ausgebildet.
Dementsprechend ist der Durchmesser des Flansches 19 kleiner
als der Durchmesser des Flansches 20. An den unteren Flansch 20 ist
eine Schürze 24 angeformt,
die sich etwa über
den halben Umfang des Flansches 20 erstreckt. Zumindest
die Außenfläche 25 der
Schürze 24 bildet
den Teil einer Kegelmantelfläche,
die eine dem Dichtsitz 5 bzw. der Dichtfläche 4 entsprechende
Neigung aufweist. Unterseits ist an die Schürze 24 ein sich etwa
radial nach außen
erstreckender Schenkel 26 angeformt, der zwei tangential
beabstandete Schwenkaugen 27 trägt, die jeweils von einem sich
in Richtung der Mittellängsachse 31 des Verschlussdeckels 3 erstreckenden
Langloch 28 durchsetzt sind. Die Langlöcher 28 sind im Montagezustand
von einer Schwenkachse 29 durchgriffen, deren Enden jeweils
in eine innerhalb des Gehäuses 1 angeordnete,
sich in Richtung der Mittellängsachse 27 erstreckende
Führungsnut 30 eingreifen.
Zur axialen Fixierung der Schwenkachse 29 ist in jede Führungsnut 30 eine
Klammer 32 eingesetzt. Die Schwenkachse 29 ist
von einer Schenkelfeder 33 umgriffen, deren einer Schenkel 34 sich
am Gehäuse und
deren anderer Schenkel 35 sich an der Unterseite der Verschlussklappe 3 abstützt. Diese
wird dadurch in ihrer Schließstellung
(3, 4) gehalten. Dabei wird der
Dichtring 23 an die Dichtfläche 4 gedrückt.
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Der
in der Ringnut 22 der Verschlussklappe 3 einliegende
Dichtring 23 weist an seiner mit der Dichtfläche 4 zusammenwirkenden
Seite zwei Dichtlippen 36, 37 auf. Diese sind
schräg
zueinander angeordnet und schließen einen sich zur Dichtfläche 4 öffnenden
Winkel α ein
(7). Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen beträgt der Winkel α etwa 90°. Die Freienden
der Dichtlippen 36, 37 sind im Radialschnitt etwa
rechteckig und weisen jeweils eine Innenkante 38a, 38b und
eine Außenkante 39a, 39b auf.
Die den Dichtlippen 36, 37 abgewandte Seite des
Dichtrings 23 ist eine Flachseite 40, die am Nutgrund 42 als
Gegenfläche
mit radial nach innen gerichteter Vorspannung anliegt. Ober- und
unterseits weist der Dicht ring 23 eine Einschnürung 43 auf.
Der Nutgrund 42 ist Teil einer Kegelmantelfläche mit
einer der Dichtfläche 4 entsprechenden
Neigung.
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Wird
zur Betankung eine Zapfpistole 16, wie in 6 dargestellt,
in die Betankungsöffnung 2 eingeführt, wird
die Verschlussklappe 3 gegen die Wirkung der Schenkelfeder 33 in
ihre Öffnungsstellung bewegt.
Für dieses
Verschwenken ist aufgrund der relativ geringen Federkraft der Schenkelfeder 33 ein entsprechend
geringer Kraftaufwand seitens des Benutzers erforderlich. Wird nach
beendetem Tankvorgang die Zapfpistole 16 aus dem Tankverschluss
herausgezogen, geht die Verschlussklappe selbsttätig in ihre Schließstellung
zurück.
In dieser liegt sie mit dem Dichtring 23 an der Dichtfläche 4 an.
Die Verschlusskappe 3 und der Wandbereich 6 sind
so bemessen, dass in der Schließstellung
zwischen ihnen ein Spalt 48 vorhanden ist. Damit bei diesem
Einschwenken der Verschlussklappe 3 in den konischen Dichtsitz 4 eine
selbsttätige
Zentrierung erfolgen kann, ist das aus Schwenkachse 29 und
Schwenkaugen 27 gebildete Schwenklager der Verschlussklappe 3 mit
einem entsprechenden Spiel ausgestattet. Dieses Spiel ergibt sich
zum einen daraus, dass der Durchmesser 44 (4)
der Schwenkachse 29 geringer ist als die lichte Weite 45 des
Langloches 28 der Schwenkaugen 27. Die Verschlussklappe 3 kann sich
somit bei einer selbsttätigen
Zentrierung innerhalb des konischen Dichtsitzes 5 in einer
sich rechtwinklig zur Schwenkachse 29 und in einer Radialebene 41 verlaufenden
Richtung um eine Strecke bewegen, die der Differenz aus den Schwenkachsendurchmesser 44 und
der lichten Weite 45 eines Langloches 28 entspricht.
Da die Verschlussklappe 3 nicht an der Schwenkachse 29 axial
fixiert ist, kann sie sich auch in deren Längsrichtung bewegen.
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Beim
Einschwenken der Verschlussklappe 3 in den konischen Dichtsitz 4 werden
die Dichtlippen 36, 37 elastisch so verformt,
dass sie sich voneinander weg bewegen bzw. dass der von ihnen eingeschlossene
Winkel α größer wird.
Wie aus 5 ersichtlich ist, trifft im
inneren Dichtungsbereich zunächst
die Innenkante 38b auf die Dichtfläche 5 auf (siehe Detail
A) während
im äußeren, von
der Schwenkachse 29 entfernten Dichtungsbereich zunächst die
Innenkante 38a auf die Dichtfläche 5 auftrifft (siehe
Detail B). In der Schließstellung
berühren dann
beide Innenkanten 38a, 38b die Dichtfläche 5 voll
umfänglich.
Bei einer selbsttätigen
Zentrierung der Verschlussklappe 3 im Dichtsitz 4 wird
die Hebelwirkung des Dichtrings benutzt, um die Verschlussklappe
in ihre zentrierte Lage zu verschieben bzw, zu verschwenken. Die
planebene Anlage der Flachseite 40 am Nutgrund 42 gewährleistet,
dass der Dichtring 23 seine Relativposition zur Verschlussklappe 3 beibehält, also
nicht vom Nutgrund 42 abgehoben und dabei in sich verwunden
wird. Eine sichere Fixierung des Dichtrings 23 an der Verschlussklappe 3 ist
beispielsweise auch dann gegeben, wenn dieser stoffschlüssig mit
der Verschlussklappe 3, z.B. aufvulkanisiert ist. Je nach
Art der Fehlstellung zwischen Verschlussklappe 3 und Dichtsitz 4 kann
zu einer selbsttätigen
Zentrierung eine Bewegung der Schwenkachse 29 in Richtung
der Mittellängsachse 7 erforderlich sein.
Eine solche Bewegung wird durch die Langlöcher 28 gewährleistet.
Diese erfüllen
aber auch noch eine weitere Funktion: Im Lauf der Gebrauchsdauer eines
Tankverschlusses kann das Material des Gehäuses 1 und insbesondere
das Material des Dichtrings 23 Kraftstoffdämpfe aufnehmen,
wodurch die genannten Bauteile quellen. Für den Dichtring 23 bedeutet
dies, dass sein Durchmesser in Folge Quellung zunimmt. Ein gequollener
Dichtring 23 kann nun seine Dichtfunktion nicht mehr an
der ursprünglichen Position
innerhalb des Dichtsitzes 4 wahrnehmen. Vielmehr ist aufgrund
des vergrößerten Durchmessers
des Dichtrings 23 eine Positionierung der Verschlussklappe 3 an
einer weiter unten bzw. weiter zum Tankinneren liegenden Stelle
erforderlich. Eine solche Veränderung
der Axialposition der Verschlussklappe 3 wird durch die
Langlöcher 28 dadurch
gewährleistet,
dass die Dichtfläche 4 eine
derartige Länge
aufweist, dass sie auch bei unterschiedlichen, durch eine Axialverschiebung
veränderten Axialpositionen
der Verschlussklappe 3 vom Dichtring 23 beaufschlagt
werden kann.
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Die
Trennfuge zwischen der Flachseite 40 und dem Nutgrund 42 bildet
einen möglichen
Weg, auf dem Kraftstoffdämpfe
nach außen
gelangen können.
Eine verbesserte Abdichtung kann hier dadurch erreicht werden, dass
anstelle der Flachseite 40 zwei Dichtlippen 46, 47 am
Dichtring 23a (8) vorhanden sind, die ähnlich,
wie die Dichtlippen 36, 37 gestaltet sind, sich
also ebenfalls voneinander weg erstrecken und dabei einen sich zum
Nutgrund 42 öffnenden
Winkel β einschließen. Bei
dem in 8 dargestellten Ausführungsbeispiel ist dieser Winkel
etwas größer als
90°. Eine
Verhinderung einer Permeation über
die Trennfuge zwischen Dichtring 23 und Nutgrund 42 lässt sich
auch auf andere Weise, z.B. dadurch verhindern, dass der Dichtring 23 auf
die Verschlussklappe 23 aufvulkanisiert ist.
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- 1
- Gehäuse
- 2
- Betankungsöffnung
- 3
- Verschlussklappe
- 4
- Dichtfläche
- 5
- Dichtsitz
- 6
- Wandbereich
- 7
- Mittellängsachse
- 8
- Ringwand
- 9
- Einführtrichter
- 10
- Außenwand
- 12
- Wandabschnitt
- 13
- Einführschräge
- 14
- Führungskanal
- 15
- Einführstutzen
- 16
- Zapfpistole
- 17
- Kappe
- 18
- Rand
- 19
- Flansch
- 20
- Flansch
- 21
- Stirnfläche
- 21a
- Kragen
- 22
- Ringnut
- 23
- Dichtring
- 24
- Schürze
- 25
- Außenfläche
- 26
- Schenkel
- 27
- Schwenkauge
- 28
- Langloch
- 29
- Schwenkachse
- 30
- Führungsnut
- 31
- Mittellängsachse
- 32
- Klammer
- 33
- Schenkelfeder
- 34
- Schenkel
- 35
- Schenkel
- 36
- Dichtlippe
- 37
- Dichtlippe
- 38
- Innenkante
- 39
- Außenkante
- 40
- Flachseite
- 41
- Radialebene
- 42
- Nutgrund
- 43
- Einschnürung
- 44
- Durchmesser
- 45
- lichte
Weite
- 46
- Dichtlippe
- 47
- Dichtlippe
- 48
- Spalt
- α
- Winkel
- β
- Winkel