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Die
Erfindung betrifft das technische Gebiet der Tankbelüftung,
insbesondere ein Tankbelüftungsventil mit einer Anordnung,
die einen Ausgleich von Über- und Unterdruck sowie das
Schließen des Ventils ermöglicht.
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Viele
Kraftfahrzeuge sind mit Tankbelüftungsventilen ausgestattet,
die Über- und Unterdruck in Treibstofftanks entgegenwirken.
Solche Tankbelüftungsventile können mit einer
Anordnung ausgestattet sein, die das Ventil schließen,
wenn die Neigung des Fahrzeugs und somit des Tanks einen bestimmten
Winkelgrad übersteigt. Ein solches Tankbelüftungsventil
muss, um zuverlässig zu wirken, eine ausreichende Strömungsgeschwindigkeit
ermöglichen. Das Ausgleichsvermögen eines einzelnen Tankbelüftungsventils
kann bei Fahrzeugen, beispielsweise Omnibussen, überschritten
werden, die mehrere miteinander kommunizierende Treibstofftanks
aufweisen. Solche Fahrzeuge können dementsprechend mit
mehr als einem Ventil ausgestattet sein.
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Übliche
Tankbelüftungsventile für Kraftstofftanks von
Fahrzeugen, wie z. B. das GT-Ventil können mit einem z.
B. kegelförmigen Gewinde im Treibstofftank befestigt sein,
wodurch der Auslassstutzen des Ventils eine feste, unbewegliche
Ausrichtung erhält. Dies bedeutet, dass die Stellung des
Ventils nachträglich kaum in eine gewünschte Richtung
eingestellt werden kann. Für die Abdichtung gegen die Umgebung
ist ein Schwimmer vorgesehen, der jedoch eine unzureichende Abdichtung
in Fällen bewirken kann, in denen er seine obere, abdichtende
Stellung nicht erreicht.
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Die
Schließeinrichtung umfasst gelegentlich eine Kugel und
eine schräge Ebene, wobei das Schließen des Ventils
von einem Ventilkörper bewirkt wird, der auf verschiedene
Weise in bezug auf einen Ventilsitz beweglich ist (siehe beispielsweise
EP 0 900 684 A2 und
US 5,313,977 , wo die Kugel
jeweils unterhalb des Schwimmers angeordnet ist). In Fällen,
in denen die Kugeln aus metallischem Werkstoff hergestellt sind,
kann Korrosion dazu führen, dass sie festrosten. Dies ist
ein allgemeines Problem.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Druckausgleichsventil mit einer Anordnung
auszustatten, die mit gutem Dichtungsvermögen die Fähigkeit
verbindet, Über- und Unterdruck zu neutralisieren und das Ventil
zu schließen, falls Treibstoff im Tank hin- und herschwappt
oder das Fahrzeug stark geneigt ist. Außerdem sollen bewegliche
Teile am Festrosten gehindert werden, eine ausreichende Strömungsgeschwindigkeit
erreicht werden und eine anpassungsfähige Befestigung im
Treibstofftank ermöglicht werden.
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Diese
Aufgabe wird mit den Merkmalen der Patentansprüche gelöst.
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Gemäß einer
Ausgestaltung der Erfindung bildet die Abdeckung des Tankdruckausgleichsventils
ein Ventilgehäuse und eine abdichtende Kappe, die gegeneinander
vorzugsweise dadurch abgedichtet sind, dass die Kappe auf das Ventilgehäuse
aufgerastet ist. Die Undurchlässigkeit des Tankdruckausgleichsventils
wird vorzugsweise durch einen O-Ring zwischen dem Ventilgehäuse
und der Kappe gewährleistet. In dem vom Ventilgehäuse
und der Kappe umgebenen Raum ist ein Schwimmer angeordnet. Der Schwimmer
hat vorzugsweise einen mittig angeordneten Kugelsitz, in dem ein
kugelförmiger Dichtkörper ruht. Über
dem Schwimmer ist eine Dichtungsmembran angeordnet, die mit einem
Ventilsitz für den kugelförmigen Dichtkörper
ausgestattet ist. Diese Membran ist federbelastet, so dass sie in
der Lage ist, normalerweise eine Stellung in dichter Anlage an einem
Membransitz einzunehmen, in der die Membran abdichtet und das Ventil
geschlossen ist. Die Membran steht vorzugsweise in unmittelbarem Kontakt
mit der Feder. Die Feder ist z. B. eine wendelförmige Druckfeder,
deren anderes Ende an der Ventilkappe abgestützt ist. Der
kugelförmige Dichtkörper ruht normalerweise im
Kugelsitz und wird von den Wänden des Ventilsitzes in Richtung
zu dessen Zentrum hin geführt.
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Gemäß behördlichen
Anforderungen muss es möglich sein, einen 0,3 bar überschreitenden Druck
auszugleichen. Wenn ein vorbestimmter Überdruck über
dem atmosphärischen Druck im Tank überschritten
wird, wird der Schwimmer nach oben geschoben und der kugelförmige
Dichtkörper dichtet gegen den Ventilsitz ab. Der Überdruck
bewirkt, dass die Membran nach oben gedrückt und die Feder
zusammengedrückt wird, so dass das Ventil aus seiner geschlossenen
in eine offene Stellung gelangt und der Überdruck abgebaut
wird. Der Gasdruck kann auch unmittelbar, ohne die Mitwirkung des
Schwimmers, auf die Membran einwirken. Wenn der Druck normalisiert
ist, kehrt die Membran in ihre ursprüngliche, geschlossene
Stellung zurück. Der kugelförmige Dichtkörper
und der Schwimmer haben in dieser Stellung gemeinsam nur die Wirkung
des Schwimmers. Der Schwimmer hat mit seiner Fähigkeit,
als Schwimmer zu wirken, unter anderem die Aufgabe, Treibstoff am
Herausschwappen aus dem Tank zu hindern. Dafür sorgt der
kugelförmige Dichtkörper, der gegen den Ventilsitz
bewegt wird, wenn der Schwimmer durch den Flüssigkeitsspie gel
angehoben wird. Diese Wirkung ist wichtig, da sie unnötigen
Treibstoffverbrauch verhindert und die Umwelt schont. Letzteres
ist von besonderer Bedeutung in Anbetracht der Möglichkeit,
dass behördliche Anforderungen künftig noch strenger
werden. Wenn die Stellung des Tanks um einen vorbestimmten Winkel
von 90° oder mehr geneigt ist, wird das Druckausgleichsventil
geschlossen. Wenn das Fahrzeug umkippt, hebt die im Tank enthaltene
Flüssigkeit den Schwimmer anfangs, so dass der kugelförmige
Dichtkörper in den Ventilsitz an der Membran hineingedrückt
wird, wodurch das Ventil geschlossen und vollständige Dichtheit
erreicht wird. Das Tankdruckausgleichsventil ist vorzugsweise so
gestaltet, dass der kugelförmige Dichtkörper anschließend,
bei zunehmender Neigung des Fahrzeugs, in Folge seines Eigengewichts
im Ventilsitz liegen bleibt. Der kugelförmige Dichtkörper
muss dementsprechend ein Eigengewicht haben, das größer
ist als das Gewicht des von ihm verdrängten Flüssigkeitsvolumens.
Das Tankdruckausgleichsventil kann so gestaltet sein, dass der kugelförmige Dichtkörper
in seine ursprüngliche Stellung zurückkehrt, wenn
das Fahrzeug seine normale, aufrechte Stellung wieder eingenommen
hat.
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Das
Tankdruckausgleichsventil ermöglicht durch seine Gestaltung
mit Membranverschiebung eine hohe Strömungsgeschwindigkeit
von vorzugsweise bis zu 120l/Minute; bei dieser Geschwindigkeit genügt
ein einziges Ventil auch für ein Fahrzeug mit mehr als
einem Treibstofftank.
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Das
Tankdruckausgleichsventil kann nach Wahl in einer aufrechten Stellung
eingebaut und wahlweise mit einem Gewinde ausgerüstet sein,
so dass anschließend oder im Zusammenhang mit dem Einbau
der Auslassstutzen in eine gewünschte Richtung eingestellt
werden kann. Der untere Teil des Ventilgehäuses hat vorzugsweise
ein sechseckiges Profil, so dass sich das Ventil leicht mit einem
Sechskantschlüssel ausrichten lässt. Das Tankdruckausgleichsventil
hat an seinem Gewinde vorzugsweise einen abdichtenden O-Ring.
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Das
Tankdruckausgleichsventil wird aus nicht korrodierendem Werkstoff
hergestellt, vorzugsweise einem Polymer. Dieser Werkstoff ist beständig gegen
die meisten üblichen Treibstoffarten wie z. B. Dieselöl,
Benzin, Ethanol, Dimethylether (DME), Rapsmethylester (RME), Palmmethylester
(TME), Sojamethylester (SME). Auch der kugelförmige Dichtkörper
wird, damit er nicht festrosten kann, aus nicht korrodierendem Material
hergestellt, vorzugsweise aus einem keramischen Material. Der kugelförmige
Dichtkörper kann alternativ mit einem nicht korrodierenden
Material beschichtet sein, z. B. mit einem Polymermaterial. Um behördlichen
Anforderungen zu genügen, muss ein Tankdruckausgleichsventil
im Brandfall schmelzen, so dass ein dünner Treibstoffstrahl
austreten und eine Explosion vermieden werden kann. Auch aus diesem
Grund ist es möglicherweise vorzuziehen, mindestens einen
bestimmten Teil des Tankdruckausgleichsventils aus einem Polymermaterial
herzustellen.
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Ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand
schematischer Zeichnungen mit weiteren, nicht beschränkenden
Einzelheiten erläutert.
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1 ist
eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines Tankdruckausgleichsventils
gemäß der Erfindung;
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2 ist
eine perspektivische Ansicht desselben, jedoch zusammengebauten
und längs geschnittenes Ventils;
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3 ist
ein vereinfachter, Längsschnitt des Ventils in dessen geschlossener
Stellung bei hohem Flüssigkeitsspiegel, wobei die Membran
am oberen Rand des Ventilgehäuses aufliegt;
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4 ist
ein entsprechender Längsschnitt, aus dem ersichtlich ist,
wie sich das Ventil durch Verlagerung der Membran in eine Überdruckstellung öffnet;
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5 ist
ein entsprechender Längsschnitt des Ventils in starker
Schräglage, in der das Schließen des Ventils durch
den kugelförmigen Dichtkörper bewirkt wird.
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1 zeigt
die Bestandteile eines Tankdruckausgleichsventils, bei dem mit einem
Ventilgehäuse 10 eine mit einem Auslassstutzen 32 versehene
Ventilkappe 30 verbunden ist. In einer Kammer 12 des
Ventilgehäuses 10, die von dessen sechseckig profilierter
unterer Wand 22 umschlossen ist, ist ein Schwimmer 50 angeordnet,
in dessen mittlerem Teil ein ringförmiger Kanal 52 für
eine Gasströmung ausgebildet ist. Der unmittelbar vom Kanal 52 umschlossene
Teil der Oberseite des Schwimmers 50 ist als Kugelsitz 54 ausgebildet,
in dem ein kugelförmiger Dichtkörper 60 normalerweise
liegt. Unmittelbar über dem Schwimmer 50 ist eine
Membran 40 angeordnet, die normalerweise an einem Membransitz 14 anliegt
welcher am oberen Teil des Ventilgehäuses 10, gegenüber
dessen Mitte vorspringend ausgebildet ist. Zwischen der Membran 40 und
dem Membransitz 14 kann ein O-Ring 24 angeordnet
sein. An der Unterseite der Membran 40 ist ein rohrförmiger
Vorsprung 15 ausgebildet, dessen Innenseite eine Führung 42 (2)
für den kugelförmigen Dichtkörper 60 bildet.
Auf der Oberseite der Membran 40 ist ein Ventilkanal 44 zentral
angeordnet, dessen Außenseite eine Federhalterung für
eine um sie herumgelegte wendelförmige Druck feder 70 bildet.
Die Feder 70 ist so angeordnet, dass sie einen äußeren
Teil einer Membranscheibe 46 der Membran 40 in
dichtender Anlage mit dem Membransitz 14 hält.
Im Vergleich mit dem dargestellten Ausführungsbeispiel
kann die Feder einen größeren Durchmesser haben
und am äußeren Rand der Membranscheibe 46 unmittelbar oberhalb
deren Anlage am Membransitz 14 angreifen. Die Feder 70 muss
nicht unbedingt eine wendelförmige Druckfeder sein; es
sind verschiedene Varianten möglich einschließlich
drückender und ziehender elastischer Körper aus
Werkstoffen wie beispielsweise Gummi oder Kunststoff. Möglich
sind ferner z. B. nicht dargestellte Federelemente wie Blattfedern, die
in einem Stück mit der Kappe 30 hergestellt sind.
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Zwischen
der Membranscheibe 46 und dem Membransitz 14 kann
eine nicht dargestellte Dichtung, z. B. in Form eines O-Rings, vorgesehen
sein. Der äußere Rand der Membranscheibe 46 und/oder der
innere Rand des Membransitzes 14 können auch mit
nicht dargestellten, sich rundherum erstreckenden verzahnungsartigen
Nuten versehen sein, die eine größere Strömung
durch sie hindurch ermöglichen, wenn die Membranscheibe 46 sich
vom Membransitz 14 abhebt.
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Durch
den Ventilkanal 44, der einen oberen rohrförmigen
Vorsprung der Membran 40 bildet, kann Gas strömen.
Rings um den oberen, äußeren Rand des Ventilgehäuses 10 ist
ein O-Ring 80 angeordnet, der zwischen der Ventilkappe 30 und
dem Ventilgehäuse 10 abdichtet. Unten hat das
Ventilgehäuse 10 einen Rohrsockel 16 mit
einem Außengewinde 20.
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2 zeigt,
dass die Kappe 30 des Druckausgleichsventils auf das Ventilgehäuse 10 aufgerastet
ist, so dass der O-Ring 80 zwischen beiden abdichtet. Die
wendelförmige Feder 70 ist in vorgespanntem, aber
nur leicht zusammengedrücktem Zustand dargestellt, bei
dem die Membran 40 am Membransitz 14 dichtend
anliegt. Die Feder 70 ist oben in einem Ringflansch 34 geführt,
der mittig an der Unterseite der Ventilkappe 30 ausgebildet
ist. Der kugelförmige Ventilkörper 50 liegt
in seinem Kugelsitz 54 auf dem Schwimmer 50.
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Aus 2 ist
ferner ersichtlich, wie die Kugelführung 42 eine
Bewegung des kugelförmigen Ventilkörpers 60 zum
Ventilsitz 48 hin erleichtert. Der Abstand zwischen der
inneren Wand des Schwimmers 50 und dessen zentral angeordnetem
Teil, dessen Oberseite den Kugelsitz 54 bildet, ist so
bemessen, dass der erwähnte ringförmige Kanal 52 frei bleibt,
welcher die Gasströmung ermöglicht. 2 zeigt,
wie Gas durch den Kanal 18 im Rohrsockel 16 nach
oben strömen kann. Dem Ventilgehäuse 10 benachbart
ist der Rohrsockel 16 mit einem O-Ring 82 versehen,
der als Abdichtung gegen ein Innengewinde an dem zugehörigen,
nicht dargestellten Tank dient, in welchen das Druckausgleichsventil
eingeschraubt werden soll.
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3–5 veranschaulichen
die Wirkungsweise des Ventils im praktischen Betrieb. 3 zeigt
das Ventil in geschlossener Stellung bei normalem Treibstoffspiegel.
In dieser Stellung ist der kugelförmige Körper 60 vom
Schwimmer 50 nach oben gehoben, so dass der Strömungskanal
durch die Membran 40 hindurch geschlossen und somit ein Austreten
von Treibstoff auch dann verhindert ist, wenn dieser im Tank z.
B. herumschwappt und dadurch im Ventilgehäuse 10 ansteigt.
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4 zeigt,
wie ein erhöhter Tankdruck (z. B. über 0,3 bar)
den Schwimmer 50 so stark gegen die Membran 40 drückt,
dass die wendelförmige Feder 70 zusammengedrückt
und die Membran von dem erhöhten Tankdruck nach oben, vom
Membransitz 14 weg, gehoben wird. Dadurch wird der erhöhte
Tankdruck normalisiert und Gase und/oder Treibstoff treten durch
den Auslassstutzen 32 aus.
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5 zeigt
die Stellung des Tankdruckausgleichsventils, wenn das zugehörige
Fahrzeug umgestürzt ist, wobei ein Ausfließen
des durch den Rohrsockel 16 eintretenden Treibstoffs 90 dadurch verhindert
wird, dass der kugelförmige Dichtkörper 60 durch
sein Eigengewicht in Anlage am Ventilsitz 48 gelangt ist.
Der Schwimmer 50 wird durch seinen Nettoauftrieb gegen
den Boden des Ventilgehäuses 10 gedrückt,
so dass die Membran 40 nach wie vor am Membransitz 14 anliegt
und in Folge dessen abdichtet. Die wendelförmige Druckfeder 70 ist
in ihrer nur vorgespannten, nur mäßig zusammengedrückten Stellung.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 0900684
A2 [0004]
- - US 5313977 [0004]