DE102008047353A1

DE102008047353A1 - Betankungsarmatur mit Koaxialventil

Info

Publication number: DE102008047353A1
Application number: DE102008047353A
Authority: DE
Inventors: Thorsten Weyland; Klaus FÖBUS
Original assignee: Witt & Co Holding und Han GmbH; Witt & Co Holding und Handels-Kg GmbH
Current assignee: Witt & Co Holding und Han GmbH; Witt & Co Holding und Handels-Kg GmbH
Priority date: 2008-09-15
Filing date: 2008-09-15
Publication date: 2010-06-10
Also published as: WO2010028852A3; WO2010028852A2; EP2337700A2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Betankungsarmatur (2) zum Füllen von Fahrzeug-Gastanks (1), aufweisend ein fluidtechnisch zwischen einem Einlass (4) und einem Auslass (13) angeordnetes Einlassventil (6), das in einem langgestreckt ausgebildeten Gehäuse (5) angeordnet ist, an dem ein Betätigungshebel (9) schwenkbar gelagert und über einen Mechanismus (18) mit dem Einlassventil (6) verbunden ist. Um eine kostengünstig herstellbare und ohne den Einsatz von (pneumatischer) Fremdenergie bequem schaltbare Betankungsarmatur bereitzustellen, wird mit der Erfindung vorgeschlagen, dass der Mechanismus (18) gen des Betätigungshebels (9) in Linearbewegungen quer, insbesondere senkrecht, zur Gehäuselängsrichtung (L) umwandelt, wobei die Linearbewegungen auf das Einlassventil (6) übertragen werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Betankungsarmatur zum Füllen von Fahrzeug-Gastanks, aufweisend ein fluidtechnisch zwischen einem Einlass und einem Auslass angeordnetes Einlassventil, das in einem langgestreckt ausgebildeten Gehäuse angeordnet ist, an dem ein Betätigungshebel schwenkbar gelagert und über einen Mechanismus mit dem Einlassventil verbunden ist.
Eine derartige Betankungsarmatur ist unter anderem aus der Gebrauchsmusterschrift DE 203 05 357 bekannt.
Erdgasbetriebene Kraftfahrzeuge erfreuen sich aufgrund der gestiegenen Rohöl-Preise wachsender Beliebtheit. Darüber hinaus sind sie auch hinsichtlich ihres Umwelt-Verhaltens mit flüssigen Brennstoffen betriebenen Kraftfahrzeugen vorzuziehen, da sie kaum Feinstäube emittieren. Dennoch gibt es Akzeptanzprobleme bei den Verbrauchern, da sie u. a. die Handhabung der zugehörigen Betankungsarmaturen zu umständlich empfinden. Bei der Konstruktion von Betankungsarmaturen zum Befüllen von Fahrzeug-Gastanks ist daher auf die Ergonomie besonderes Augenmerk zu legen. Die Armatur muss leicht und einfach zu handhaben sein. Dass hohe Sicherheitsanforderungen einzuhalten sind, versteht sich von selbst.
Eine Betankungsarmatur umfasst zwei wesentliche Baugruppen. Dies ist zum einen eine auslassseitige Schnellanschlusskupplung zum Anschließen der Betankungsarmatur an den Anschlussnippel des Fahrzeug-Gastanks. Bei der zweiten Baugruppe handelt es sich um die Ventilanordnung, deren Funktion darin besteht, die Gaszuleitung zur Tankstelle solange geschlossen zu halten, bis die Betankungsarmatur sicher an den Anschlussnippel des Fahrzeugstanks angeschlossen ist. Hierzu umfasst die Ventilanordnung wiederum zwei hintereinandergeschaltete, unabhängige Ventile, nämlich ein Auslassventil und ein Einlassventil. Das Auslassventil ist mit der Schnellanschluss-Kupplung gekoppelt und verschließt den Auslass der Betankungsarmatur solange die Schnellanschlusskupplung nicht an dem Anschlussnippel des Fahrzeugtanks angeschlossen ist. Das Auslassventil verhindert somit in letzter Instanz das Ausströmen des Gases, wenn die Schnellanschlusskupplung nicht greift.
Das Einlassventil ist zwischen Auslassventil und Gaszuleitung angeordnet. Es kann drei Schaltstellungen einnehmen, nämlich eine Entlüftungsstellung, Sperrstellung und eine Durchflussstellung. In der Entlüftungsstellung wird die Betankungsarmatur unmittelbar nach dem Betankungsvorgang entlüftet. In der Sperrstellung wird der Durchfluss durch die Betankungsarmatur komplett gesperrt. In der Durchflussstellung ist eine Verbindung zwischen Auslass und Einlass gewährleistet, so dass der Tank befüllt werden kann. Die drei Ventilstellungen kann der Benutzer schalten, so dass dieser die zu tankende Füllmenge bestimmen kann.
Die drei Schaltstellungen des Einlassventils – Entlüftungsstellung, Sperrstellung, Durchflussstellung – sind in dieser Reihenfolge von Beginn des Betankungsvorgangs an einzuhalten und in umgekehrter Reihenfolge zum Abschluss des Betankungsvorgangs hin durchzuführen. Im Stand der Technik existieren unterschiedliche Lösungsansätze zur Gestaltung der Betätigung des Einlassventils.
So ist aus der Gebrauchsmusterschrift 203 05 357 eine pneumatische Steuerung des Einlassventils bekannt. Vorteil dieser pneumatischen Steuerung ist, dass sie ihrem Benutzer nur geringe Betätigungskräfte abverlangt, da der Schaltvorgang durch die pneumatische Energie unterstützt wird. Nachteil ist allerdings, dass eine entsprechende pneumatische Energie bereit gestellt werden muss. Darüber hinaus ist das Einlassventil vergleichsweise kompliziert aufgebaut, was insgesamt die Kosten der pneumatischen Betankungsarmatur steigert.
Die vorliegende Erfindung macht es sich daher zur Aufgabe, eine Betankungsarmatur der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass sie kostengünstiger herzustellen ist und ohne den Einsatz von (pneumatischer) Fremdenergie bequem schaltbar ist.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Betankungsarmatur der eingangs genannten Art, die erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, dass der Mechanismus derart ausgebildet ist, dass er die Schwenkbewegungen des Betätigungshebels in Linearbewegungen quer, insbesondere senkrecht, zur Gehäuselängsrichtung umwandelt, wobei die Linearbewegungen auf das Einlassventil übertragen werden. Diese Art der Umsetzung der Schwenkbewegungen des Betätigungshebels in Linearbewegung des Einlassventils quer, insbesondere senkrecht, zur Gehäuselängsrichtung der Betankungsarmatur bringt den Vorteil, dass hierzu ein sehr einfach ausgestalteter Übertragungsmechanismus verwendet werden kann, was sich günstig auf die Herstellungskosten der Betankungsarmatur auswirkt und gleichzeitig die Bereitstellung einer sehr robust ausgebildeten und einfach handhabbaren Betankungsarmatur ermöglicht.
Das Einlassventil umfasst nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung einen im langgestreckt ausgebildeten Gehäuse axial beweglichen Kolben und einen koaxial zu diesem angeordneten, ebenfalls axial beweglichen Stößel, der sich zumindest teilweise in dem Kolben erstreckt. Die unterschiedlichen Schaltstellungen des Einlassventils werden durch unterschiedliche Stellungen des Kolbens zum Gehäuse bzw. des Stößels relativ zum Kolben realisiert. Um die erforderliche Schaltreihenfolge des Einlassventils sicherzustellen, sind Stößel und Kolben so gestaltet, dass beim Schalten von der Entlüftungsstellung in die Sperrstellung zunächst nur der Stößel relativ zum Kolben bewegt wird. Beim darauf folgenden Schalten von der Sperrstellung in die Durchflussstellung nimmt der Stößel den Kolben mit, so dass sich beide zusammen relativ zum Gehäuse bewegen. Die axial beweglichen Ventilbauteile Kolben und Stößel bewegen sich innerhalb des Gehäuses linear.
Eine lineare Betätigungsbewegung ist ergonomisch ungünstig. Aus diesem Grunde wird erfindungsgemäß ein schwenkbar im Gehäuse gelagerter Betätigungshebel vorgesehen, der wie bei herkömmlichen Benzin-Zapfpistolen eine rotatorische Betätigungsbewegung ausführt. Die Winkelbewegung des Betätigungshebels relativ zum Gehäuse wird mittels des Mechanismus auf das Einlassventil, insbesondere dessen Stößel, übertragen, wodurch die Winkelbewegung des Betätigungshebels in eine Linearbewegung des Stößels umgewandelt wird.
Bei dem Mechanismus handelt es sich nach einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung um eine einzelne Koppel, die einerseits mit einem Drehgelenk im Betätigungshebel und andererseits mit einem Drehgelenk im Stößel gelagert ist. Betätigungshebel, Koppel, Stößel und Gehäuse bilden dann gemeinsam ein Schubkurbel-Getriebe. Der Mechanismus kann aber auch andere, mehrgliedrige Formen annehmen, die geeignet sind, die Winkelbewegung des Betätigungshebels in eine Linearbewegung des Stößels umzusetzen. Denkbar wäre z. B. auch eine Rolle, die drehbar im Stößel gelagert ist und auf dem Betätigungshebel abrollt. Der Mechanismus würde dann auf einem Kurven-Getriebe beruhen. Ebenfalls denkbar ist ein mehrgliedriger Mechanismus aus gelenkig miteinander verbundenen Gliedern, um gegebenenfalls ein besseres Übersetzungsverhältnis zu erreichen.
Die erfindungsgemäße Betankungsarmatur besticht durch ihren einfachen mechanischen Aufbau. Das Einlassventil ist ohne Hilfsenergie über einen Betätigungshebel schaltbar, dessen Bewegungsverhalten dem herkömmlicher Benzin-Zapfpistolen entspricht. Die Betankungsarmatur kann daher in ähnlicher Weise bedient werden wie eine herkömmliche Benzin-Zapfpistole.
Stößel und Kolben des koaxialen Einlassventils sind vorzugsweise so gestaltet, wie in den Merkmalen der Unteransprüche beschrieben. Dabei bewegt sich sowohl der Stößel, als auch der Kolben zwischen zwei Anschlägen, um die entsprechenden Schaltstellungen des Ventils zu definieren. Da der Kolben relativ zum Gehäuse bewegt wird, befinden sich die zugehörigen Kolbenanschläge im Gehäuse. Der Stößel schlägt gegen einen zweiten Stößelanschlag des Kolbens an, um diesen bei der Schaltbewegung aus der Sperrstellung in die Durchflussstellung mitzunehmen. Um diese Mitnahme zu ermöglichen, ist der zweite Stößelanschlag an dem Kolben anzuordnen. Der erste Stößelanschlag kann dagegen wahlweise am Gehäuse oder am Kolben angeordnet sein, da der erste Stößelanschlag anders als die anderen Anschläge nicht zwingend zur Bestimmung einer Schaltstellung benötigt wird. So liegt bei einer unten vorgestellten Ausführungsform der Erfindung der Stößel in Entlüftungsstellung nicht dauerhaft am ersten Stößelanschlag an, sondern bewegt sich zwischen dem ersten und zweiten Stößelanschlag, um dem Einlassventil einen Totweg zu geben. Federn pressen Kolben und Stößel jeweils gegen ihren ersten Anschlag, so dass das sich das unbetätigte Ventil in jedem Falle in Entlüftungsstellung befindet. Bei unbetätigtem Betätigungshebel ist die Gaszuleitung dann schon durch das Einlassventil gesperrt.
Um eine hohe Dichtheit des Ventils zu gewährleisten, empfiehlt es sich, die Schaltstellungen des Kolbens und des Stößels über die Dichtstellen zu definieren. Dies bedeutet, dass die Dichtfläche des Gehäuses identisch ist mit dem ersten Kolbenanschlag, bzw. dass der zweite Stößelanschlag identisch ist mit der inneren Dichtkante des Kolbens. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Kraftübertragung zwischen Kolben und Gehäuse, bzw. zwischen Stößel und Kolben stets über die Dichtkante erfolgt und somit ein entsprechend hoher Anpressdruck auf das Dichtelement einwirkt. Anzuwenden ist diese Lösung insbesondere bei Hartdichtungen. Ist indes eine Weichdichtung vorgesehen, empfiehlt es sich, Dichtung und Anschlag funktional zu trennen.
Es hat sich als strömungsdynamisch vorteilhaft erwiesen, den Stößel im Bereich der Stößelkammer mit einem Stößelkopf zu versehen, der zur Wandung der Stößelkammer hin von einem Ringspalt umgeben ist und der in Sperrstellung und Durchflussstellung mit seiner Stirnseite gegen die innere Dichtkante des Kolbens anliegt.
Zweckmäßig ist, den Stößel im Gehäuse zu führen. So wird sichergestellt, dass die seitlichen Führungskräfte von dem unbewegten Gehäuse aufgebracht werden und nicht von dem seinerseits beweglichen Kolben. Auf diese Weise werden die Dichtungen und Führungen von Stößel und Kolben weniger belastet.
Bevorzugt wird die Kolbenfeder zwischen Kolben und Gehäuse gespannt. Auf diese Weise findet eine unmittelbare Belastung des Kolbens statt. Dasselbe gilt für die Stößelfeder, die zwischen Stößel und Kolben anzuordnen ist. Alternativ könnten die Federn jeweils zwischen Betätigungshebel und Gehäuse angeordnet werden. Dies ist aber nicht zweckmäßig, da dann die Federkraft auch über die Koppel übertragen werden müsste.
Die Federsteifigkeit der Stößelfeder ist vorzugsweise geringer zu wählen als die Federsteifigkeit der Kolbenfeder. Diese hat zur Folge, dass der Kraftaufwand zur Schaltung des Ventils von der Entlüftungsstellung in die Sperrstellung geringer ist als der Kraftaufwand zur Schaltung aus der Sperrstellung in die Durchflussstellung – vorausgesetzt der Hub von Stößel und Kolben ist ungefähr gleich. Einer Fehlbetätigung der Betankungsarmatur wird dadurch entgegengewirkt. Wichtiger jedoch ist, dass der Kolben in Durchflussstellung von einer hohen Federkraft belastet ist, die in der Lage ist, etwaige gasdynamischen Kräfte, die auf den Kolben einwirken, zu überwinden. Ein sicheres Schließen des Ventils wird hierdurch gewährleistet.
Die genannten gasdynamischen Kräfte sollten dadurch verringert werden, dass die umströmten Flächen von Stößel und Kolben so bemessen werden, dass etwaige Druckdifferenzen nicht in Längskräfte resultieren, die das Schaltverhalten des Ventils negativ beeinflussen. Ziel ist es, Stößel und Kolben in jeder Schaltstellung nur durch Federkraft und manuelle Betätigungskraft zu belasten.
Zweckmäßigerweise werden Kolben und Stößel quer zur Durchflussrichtung der Betankungsarmatur angeordnet. Hierdurch erhält die Betankungsarmatur einen besonders kompakten Aufbau.
Die vorliegende Erfindung soll nun anhand eines Ausführungsbeispiels unter Zuhilfenahme von Zeichnungen und Prinzipskizzen erläutert werden. Hierfür zeigen:
1: Prinzipskizze Betankungssystem;
2a: Einlassventil in Durchflussstellung (Detail);
2b: Einlassventil in Entlüftungsstellung (Detail);
2c: Einlassventil in Sperrstellung (Detail).
Das besprochene Ausführungsbeispiel der Erfindung bezieht sich auf ein Betankungssystem für Erdgas-Fahrzeuge der CNG-Bauart. CNG-Fahrzeuge stellen den Großteil der deutschen Erdgas-Flotte. Sie werden mit komprimiertem Erdgas (compressed natural gas) betrieben. Das Erdgas wird hierfür auf etwa 200 bar verdichtet und im gasförmigen Zustand bei Umgebungstemperatur in den Fahrzeugtank eingelagert. Daneben existieren sogenannte LNG-Fahrzeuge, die mit verflüssigtem Erdgas (liquified natural gas) betrieben werden. Das verflüssigte Erdgas hat eine Temperatur von minus 162°C und erfordert deswegen einen größeren apparativen Aufwand. Prinzipiell ist die vorliegende Betankungsarmatur sowohl für die Übertragung von komprimiertem gasförmigen Erdgas als auch für die Übertragung von verflüssigtem unterkühlten Erdgas geeignet. Ebenso geeignet ist die erfindungsgemäße Betankungsarmatur für die Befüllung mit Autogas (LPG, liquified Petroleum gas), also einem verflüssigten Gemisch aus Propan und Butan, was in Ölraffinerien hergestellt und nicht in natürlichen Lagerstätten gewonnen wird.
1 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines Betankungssystems, bestehend aus einem Fahrzeug-Gastank 1, einer Betankungsarmatur 2 und einer Gaszuleitung 3 der Tankstelle. Die Tankstelle ist an das Erdgas-Netz angeschlossen. Sie vertilgt über einen Kompressor, der das Gas aus dem Leitungsnetz auf den erforderlichen Druck von 200 bar komprimiert und in die Gaszuleitung 3 einspeist. Die schlauchförmige Gaszuleitung 3 ist dauerhaft an einem Einlass 4 der Betankungsarmatur 2 angeschlossen und verbindet letztere mit einer nicht dargestellten Zapfsäule.
Die Betankungsarmatur 2 umfasst ein lang gestrecktes Gehäuse 5, welches in Gehäuselängsrichtung L die wesentlichen Baugruppen Einlassventil 6, Auslassventil 7 und Schnellanschlusskupplung 8 hintereinander aufnimmt. Einlassventil 6 und Schnellanschlusskupplung 8 werden über einen schwenkbar im Gehäuse gelagerten Betätigungshebel 9 in unten beschriebener Weise betätigt. Die Schnellanschlusskupplung 8 dient dazu, die Betankungsarmatur 2 während des Befüllens an einen Anschlussnippel 10 des Fahrzeug-Gastanks 1 anzuschließen. Der Fahrzeug-Gastank 1 ist mittels eines Rückschlagventils 11 gegen das Entweichen von Gas gesichert.
Zur Befüllung des Fahrzeug-Gastanks wird die Schnellanschlusskupplung 8 auf den Anschlussnippel 10 aufgesetzt und der Betätigungshebel 9 um einen ersten Winkelweg α₁ angezogen. Eine nicht näher beschriebene und nicht zur Erfindung gehörige erste Wirkverbindung 12a nimmt die Bewegung des Betätigungshebels über dessen ersten Winkelweg α₁ auf und arretiert damit die Schnellanschlusskupplung 8, so dass der Anschlussnippel 10 gasdicht mit einem Auslass 13 der Betankungsarmatur verbunden ist. Sobald die Schnellanschlusskupplung 8 geschlossen ist, wird das Auslassventil 7 über eine nicht näher beschriebene und nicht zur Erfindung gehörige zweite Wirkverbindung 12b geöffnet. Es entsteht somit eine durchgängige Verbindung zwischen Anschlussnippel 10 und einer Auslassleitung 14, welche das Einlassventil 6 mit dem Auslassventil 7 verbindet.
Während die Schnellanschlusskupplung 8 an den Anschlussnippel 10 angeschlossen und das Auslassventil 7 geöffnet wird, also während der Drehung des Betätigungshebels 9 um den ersten Winkelweg α₁, befindet sich das Einlassventil 6 in seiner ersten Schaltstellung, der „Entlüftungsstellung” 15. In dieser wird die Betankungsarmatur 2 über eine Entlüftungsleitung 16 zu einer Entlüftung 17 hin entlüftet.
Das Einlassventil 6 ist über einen Mechanismus 18 mit dem Betätigungshebel 9 verbunden. Der Mechanismus 18 dient dazu, die Winkelbewegung des Betätigungshebels 9 über einen zweiten Winkelweg α₂ in eine translatorische Betätigungsbewegung des Einlassventils 6 umzusetzen. Dabei wird das Einlassventil 6 zunächst in eine zweite Schaltstellung „Sperrstellung” 19 umgeschaltet.
Wenn die erste Wirkverbindung 12a, welche die Schnellanschlusskupplung 8 arretiert, die Bewegung des Betätigungshebels 9 nutzt, ist sicherzustellen, dass das Einlassventil 6 solange in Entlüftungsstellung 15 bleibt, bis die Schnellanschlusskupplung 8 den Anschlussnippel 10 sicher greift. Da die Koppel 18 aber bereits über den ersten Winkelweg α₁ das Einlassventil 8 linear bewegt, ist in dem Getriebe aus Betätigungshebel 9, Mechanismus 18 und Einlassventil 6 ein entsprechend langer Totweg vorzusehen. Der Totweg ist so auszulegen, dass bei Bewegung des Betätigungshebels 9 innerhalb des ersten Winkelwegs α₁ das Einlassventil 6 seine Entlüftungsstellung 15 beibehält. Der Totweg ist bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel im Einlassventil 6 untergebracht. Dies wird unten näher erläutert.
Nachdem das Einlassventil 6 seine Entlüftungsstellung 15 verlassen hat, nimmt es seine Sperrstellung 19 ein. In dieser sind die Auslassleitung 14 und die Entlüftungsleitung 16 abgesperrt. Ebenso abgesperrt ist eine Einlassleitung 20, welche das Einlassventil 6 mit dem Einlass 4 verbindet. Wird der Betätigungshebel 9 weiter geschwenkt, nimmt das Einlassventil seine dritte Schaltstellung „Durchflussstellung” 21 ein. In dieser herrscht eine durchgängige Verbindung zwischen Anschlussnippel 10 des Fahrzeug-Gastanks 1 und der Gaszuleitung 3, so dass das Gas die Betankungsarmatur 2 durchströmt, das Rückschlagventil 11 öffnet und sich schließlich im Fahrzeug-Gastank 1 ansammelt.
Wenn der Druck in den Fahrzeug-Gastank 1 das Niveau in der Gaszuleitung 3 – also etwa 200 bar – erreicht hat ist der Füllvorgang abgeschlossen. Nun wird der Betätigungshebel 9 über den Winkelweg α₂ zurückgeschwenkt, so dass das Einlassventil seine Durchflussstellung 21 verlässt, zwischenzeitlich die Sperrstellung 19 einnimmt und schließlich in Entlüftungsstellung 15 ruht. Das Restgas, was sich zu diesem Zeitpunkt noch in dem Anschlussnippel 10 und der Auslassleitung 14 befindet, wird nun über die Entlüftungsleitung 16 der Entlüftung 17 zugeführt. Über den verbleibenden Winkelweg α₁ des Betätigungshebel 9 wird nun die Schnellanschlusskupplung 8 entriegelt, wobei gleichzeitig das Auslassventil 7 geschlossen wird. Die Betankungsarmatur 2 ist nun vom Fahrzeug-Gastank 1 wieder gelöst.
2a zeigt den konstruktiven Aufbau des Einlassventils 6. Dieses ist im Gehäuse 5 der Betankungsarmatur 2 untergebracht. Bei dem Einlassventil 6 handelt es sich um ein 3/3-Wegeventil, also ein Ventil, das drei Anschlüsse aufweist und drei Schaltstellungen einnehmen kann. Bei den drei Anschlüssen handelt es sich um die Einlassleitung 20, die Entlüftungsleitung 16 und die Auslassleitung 14. In 2 ist das Einlassventil 6 in Durchflussstellung 21 dargestellt. Die übrigen Schaltstellungen gehen aus den 2b und 2c hervor.
Wesentliche Bauteile des Einlassventils 6 sind ein Kolben 22, welcher axial in dem Gehäuse 5 geführt ist. Der axiale Hub des Kolbens 22 ist durch einen ersten Kolbenanschlag 23 und einem zweiten Kolbenanschlag 24 begrenzt. Beide Kolbenanschläge 23, 24 befinden sich am Gehäuse 5. Eine Kolbenfeder 25 ist zwischen Gehäuse 5 und Kolben 22 gespannt und belastet den Kolben 22 in Richtung des ersten Kolbenanschlags 23.
Zweites wesentliches Bauteil des Anlassventils 6 ist ein Stößel 26, der koaxial zu dem Kolben 22 angeordnet ist und sich teilweise in ihm erstreckt. Ein Teilabschnitt des Stößels 26 ist im Gehäuse 5 linear beweglich geführt. Der Hub des Stößels 26 relativ zum Kolben 22 und zum Gehäuse 5 ist durch einen ersten Stößelanschlag 27 am Gehäuse 5 und einem zweiten Stößelanschlag 28 am Kolben 22 begrenzt. Eine Stößelfeder 29 ist zwischen Kolben 22 und Stößel 26 angeordnet und belastet den Stößel 26 in Richtung des ersten Stößelanschlags 27.
Die drei unterschiedlichen Schaltstellungen des Einlassventils 6 werden durch axiales Verschieben von Stößel 26 und Kolben 22 bewerkstelligt. Hierzu wird die Winkelbewegung des Betätigungshebels 9, der in einem ersten Drehgelenk 30 schwenkbar im Gehäuse 5 gelagert ist, mittels des hier als Koppel 31 ausgeführten Mechanismus 18 auf den Stößel 26 übertragen. Die Koppel 31 ist über ein zweites und ein drittes Drehgelenk 32, 33 mit dem Stößel 26 verbunden. Gehäuse 5, Betätigungshebel 9, Koppel 31 und Stößel 26 bilden zusammen mit den Drehgelenken 30, 32, 33 und die Linearführung des Stößels 26 im Gehäuse 5 ein Schubkurbel-Getriebe. Dieses übersetzt die Schwenkbewegung des Betätigungshebels 9 in eine Linearbewegung des Stößels 26.
In der in 2b dargestellten Entlüftungsstellung 15 liegt der Kolben 22 unter Last der Kolbenfeder 25 an dem ersten Kolbenanschlag 23 an. Der Stößel 26 befindet sich in einer Position zwischen seinem ersten und zweiten Anschlag 27, 28. Dadurch, dass die Entlüftungsstellung 15 über den gesamten Hub des Stößels 26 – ausschließlich der Endlage am zweiten Stößelanschlag 28 – erhalten bleibt, ist innerhalb des Einlassventils 6 ein Totweg realisiert. Dieser sorgt dafür, dass das Einlassventil 6 seine Entlüftungsstellung 15 während der Winkelbewegung des Betätigungshebels 9 über den ersten Winkelweg α₁ noch nicht verlässt, obwohl der Stößel 26 schon über die Koppel 18 bewegt wird.
Der erste Kolbenanschlag 23 ist identisch mit einer Dichtfläche 34 des Gehäuses 5, an der der Kolben 22 mit einer an seinem Umfang befindlichen äußeren Dichtkante 35 anliegt. Die Einlassleitung 20 ist dann versperrt. Unterhalb der äußeren Dichtkante 35 weist der Kolben 22 eine Taille 36 auf, die sich teilweise im Bereich der Auslassleitung 14 erstreckt, wenn der Kolben 22 an dem ersten Kolbenanschlag 23 anliegt.
Am Grund der Taille 36 ist eine Querbohrung 37 angebracht, die eine Verbindung zu einer Stößelkammer 38 im Inneren des Kolbens 22 herstellt. Die Stößelkammer 38 erstreckt sich etwa von der Mündung der Querbohrung 37 in Richtung der Stirnseite des Kolbens 22, wo die Stößelkammer 38 über eine Längsbohrung 39 zur Entlüftungsleitung 16 hin geöffnet ist. Die Stößelkammer 38 weist einen aufgeweiteten Bereich auf, in dem sich ein Stößelkopf 40 aus einem harten Dichtungs-Werkstoff befindet. Der Stößelkopf 40 ist auf den im übrigen metallischen Stößel 26 aufgeschraubt. Zwischen Stößelkopf 40 und der Wandung der Stößelkammer 38 ist ein freier Ringspalt 41 gebildet.
In Entlüftungsstellung 15 besteht eine durchgängige Verbindung zwischen Auslassleitung 14 und Entlüftungsleitung 16. Diese verläuft entlang des unteren Abschnitts der Taille 36 durch die Querbohrung 37 in die Stößelkammer 38 hinein, dort entlang des Stößels 26 durch den Ringspalt 41 am Stößelkopf 40 vorbei und durch die Längsbohrung 39 aus dem Kolben 22 hinaus in Richtung der Entlüftungsleitung 16.
Beim Schalten aus der Entlüftungsstellung 15 in die Sperrstellung 19 (2c) schlägt der Stößel 26 entgegen der Kraft der Stößelfeder 29 gegen den zweiten Stößelanschlag 28 an. Da die Federkraft der Kolbenfeder 25 deutlich größer ist als die Federkraft der Stößelfeder 29, bleibt der Kolben 22 solange unbewegt, bis der Stößel 26 am zweiten Stößelanschlag 28 anschlägt. Dieser ist identisch mit einer inneren Dichtkante 42 des Kolbens 22, die sich in der Stößelkammer 38 um die Mündung der Längsbohrung 39 herum erstreckt. Beim Erreichen der Sperrstellung 19 schlägt der Stößel 26 mit der Stirnseite des Stößelkopfs 40 gegen die innere Dichtkante 42 des Kolbens 22 an, so dass die Längsbohrung 39 verschlossen wird. Sämtliche Anschlüsse des Einlassventils 6 sind nun abgesperrt.
Wenn der Betätigungshebel 9 weiter geschwenkt wird, schiebt die Koppel 18 den Stößel 26 weiter. Dieser nimmt nun den Kolben 22 mit, die Kraftübertragung erfolgt am zweiten Stößelanschlag 28. Der Kolben 22 löst sich nun mit seiner äußeren Dichtkante 35 von der Dichtfläche 34 des Gehäuses 5, so dass entlang der Taille 36 ein freier Durchgang zwischen Einlassleitung 20 und Auslassleitung 14 entsteht. Wenn der Kolben 22 an seinem zweiten Kolbenanschlag 24 am Gehäuse 5 anschlägt, hat das Einlassventil 6 seinen größten Durchflussquerschnitt erreicht, so dass das Gas mit großem Volumenstrom strömen kann. Die Längsbohrung 39 bleibt in diesem Zustand verschlossen, so dass in Richtung der Entlüftungsleitung 16 kein Druckverlust auftritt.
Die umströmten Flächen von Kolben 22 und Stößel 26 sind so bemessen, dass aus etwaigen Druckdifferenzen keine gasdynamischen Kräfte auf Kolben 22 und Stößel 26 resultieren. Auf diese Weise wird verhindert, dass sich das Einlassventil 6 nicht mehr schließen lässt.
Zum Beenden des Tankvorgangs wird der Betätigungshebel 9 losgelassen, so dass die Kolbenfeder 25 den Kolben 22 wieder mit seiner äußeren Dichtkante 35 gegen die Dichtfläche 34 des Gehäuses bewegt. Das Einlassventil 6 befindet sich dann in Sperrstellung 19. Sodann hebt die die Stößelfeder 29 den Stößel 26 wieder von der inneren Dichtkante 42 ab, wodurch die Längsbohrung 39 wieder durchgängig wird. Das verbleibende Gas in der Auslassleitung 14 zieht durch Querbohrung 39, Stößelkammer 38, Längsbohrung 39 und Entlüftungsleitung 16 ab.
Die zweite Wirkverbindung 12b schließt das Auslassventil 7, die erste Wirkverbindung 12a öffnet die Schnellverschlusskupplung 8. Die Betankungsarmatur 2 kann vom Anschlussnippel 10 wieder gelöst werden.
Das Einlassventil gemäß der vorgestellten Ausführungsform besticht durch seinen einfachen Aufbau überwiegend aus Drehteilen. Der Einsatz im Gehäuse, in welchem der Kolben geführt ist, kann in einem Gussverfahren hergestellt werden. Bei den verwendeten Dichtungen und Fügungen handelt es sich um handelsübliche Normteile. Mit Hilfe des vorgeschlagenen Einlassventils gelingt es, die Kosten für eine leicht und sicher zu betätigende Betankungsarmatur deutlich zu reduzieren.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 20305357 [0002]
- DE 20305357 U [0007]

Claims

Betankungsarmatur (2) zum Füllen von Fahrzeug-Gastanks (1), aufweisend ein fluidtechnisch zwischen einem Einlass (4) und einem Auslass (13) angeordnetes Einlassventil (6), das in einem langgestreckt ausgebildeten Gehäuse (5) angeordnet ist, an dem ein Betätigungshebel (9) schwenkbar gelagert und über einen Mechanismus (18) mit dem Einlassventil (6) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Mechanismus (18) derart ausgebildet ist, dass er die Schwenkbewegungen des Betätigungshebels (9) in Linearbewegungen quer, insbesondere senkrecht, zur Gehäuselängsrichtung (L) umwandelt, wobei die Linearbewegungen auf das Einlassventil (6) übertragen werden.
Betankungsarmatur (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mechanismus (18) durch eine Koppel (31) gebildet ist, die einerseits schwenkbar an dem Einlassventil (6) und andererseits schwenkbar an dem Betätigungshebel (9) angelenkt ist.
Betankungsarmatur (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlassventil (6) einen in dem Gehäuse (5) axial bewegbaren Kolben (22) sowie einen koaxial zu und sich zumindest teilweise in diesem erstreckend angeordneten, axial bewegbaren Stößel (26) umfasst.
Betankungsarmatur (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlassventil (6) mittels des Betätigungshebels (9) wahlweise in eine Entlüftungsstellung (15), in der eine mit einer Entlüftung (17) verbundene Entlüftungsleitung (16) mit einer Auslassleitung (14) verbunden und eine mit dem Einlass (4) verbundene Einlassleitung (20) abgesperrt ist, eine Sperrstellung (19), in der die Auslassleitung (14), die Entlüftungsleitung (16) und die Einlassleitung (20) abgesperrt sind, und eine Durchflussstellung (21), in der die Auslassleitung (14) mit der Einlassleitung (20) verbunden und die Entlüftungsleitung abgesperrt ist, schaltbar ist.
Betankungsarmatur (2) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass beim Schalten aus der Entlüftungsstellung (15) in die Sperrstellung (19) der Betätigungshebel (9) über den Mechanismus (18) den Stößel (26) relativ zum Kolben (22) bewegt.
Betankungsarmatur (2) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass beim Schalten aus der Sperrstellung (19) in die Durchflussstellung (21) der Betätigungshebel (9) über den Mechanismus (18) und über den Stößel (26) den Kolben (22) relativ zum Gehäuse (5) bewegt.
Betankungsarmatur (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Schnellanschlusskupplung (8), die am Auslass (13) angeordnet ist.
Betankungsarmatur (2) nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (22) im Gehäuse (5) zwischen einem ersten Kolbenanschlag (23) des Gehäuses (5) und einem zweiten Kolbenanschlag (24) des Gehäuses (5) linearbeweglich geführt ist.
Betankungsarmatur (2) nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Stößel (26) zwischen einem ersten Stößelanschlag (27) und einem zweiten Stößelanschlag (28) des Kolbens (22) linearbeweglich geführt ist.
Betankungsarmatur (2) nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Betankungsarmatur (2) eine Kolbenfeder (25) und eine Stößelfeder (29) umfasst, wobei die Federkraft der Kolbenfeder (25) den Kolben (22) in Richtung des ersten Kolbenanschlags (23) belastet und wobei die Federkraft der Stößelfeder (29) den Stößel (26) in Richtung des ersten Stößelanschlags (27) belastet.
Betankungsarmatur (2) nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (5) eine Dichtfläche (34) aufweist, die zwischen Einlassleitung (20) und Auslassleitung (14) angeordnet ist.
Betankungsarmatur (2) nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (22) an seinem Umfang eine Taille (36) aufweist, welche in Durchflussstellung (21) die Einlassleitung (20) mit der Auslassleitung (14) verbindet.
Betankungsarmatur (2) nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (22) an seinem Umfang eine äußere Dichtkante (35) aufweist, mit welcher der Kolben (22) in Entlüftungsstellung (15) und in Sperrstellung (19) an der Dichtfläche (34) des Gehäuses (5) anliegt und dadurch Einlassleitung (20) und Auslassleitung (14) dichtend verschließt.
Betankungsarmatur (2) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (22) eine Querbohrung (37) aufweist, welche die Taille (36) mit einer im Kolben (22) befindlichen Stößelkammer (38) verbindet, welcher über eine Längsbohrung (39) zur Entlüftungsleitung (16) hin geöffnet ist.
Betankungsarmatur (2) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (22) eine innere Dichtkante (42) aufweist, gegen welche der Stößel (26) in Sperrstellung (19) und Durchflussstellung (21) dichtend anliegt und dadurch die Längsbohrung (39) verschließt.
Betankungsarmatur (2) nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtfläche (34) des Gehäuses (5) identisch mit dem ersten Kolbenanschlag (23) ist.
Betankungsarmatur (2) nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass sich der erste Stößelanschlag (27) am Gehäuse (5) befindet.
Betankungsarmatur (2) nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Stößelanschlag (28) identisch mit der inneren Dichtkante (42) des Kolbens (22) ist.
Betankungsarmatur (2) nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Stößel (26) im Bereich der Stößelkammer (38) einen Stößelkopf (40) aufweist, der zur Wandung der Stößelkammer (38) hin von einem Ringspalt (41) umgeben ist und der in Sperrstellung (19) und Durchflussstellung (21) mit seiner Stirnseite gegen die innere Dichtkante (42) des Kolbens (22) anliegt.
Betankungsarmatur (2) nach einem der Ansprüche 3 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Stößel (26) im Gehäuse (5) geführt ist.
Betankungsarmatur (2) nach einem der Ansprüche 10 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenfeder (25) zwischen Kolben (22) und Gehäuse (5) gespannt ist.
Betankungsarmatur (2) nach einem der Ansprüche 10 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Stößelfeder (29) zwischen Stößel (26) und Kolben (22) gespannt ist.
Betankungsarmatur (2) nach einem der Ansprüche 10 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Federsteifigkeit der Stößelfeder (29) geringer ist als die Federsteifigkeit der Kolbenfeder (25).
Betankungsarmatur (2) nach einem der Ansprüche 3 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (22) und der Stößel (26) so bemessen sind, dass auf sie in Längsrichtung wirkende, gasdynamische Kräfte sich gegenseitig aufheben.
Betankungsarmatur (2) nach einem der Ansprüche 3 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachse von Kolben (22) und Stößel (26) quer zur Durchflussrichtung der Betankungsarmatur (2) angeordnet ist.