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Die Erfindung betrifft eine Verschlussvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein mit der Verschlussvorrichtung ausgerüstetes Kraftfahrzeug.
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Verschlussvorrichtungen für Kraftstofftanks von Kraftfahrzeugen sind bekannt. Diese können beispielsweise als drehbarer Tankdeckel ausgeführt sein. Gegebenenfalls kann der Tankdeckel mit einem Schloss kombiniert werden, so dass mittels des Schlosses der Tankdeckel gegen ein unauthorisiertes Öffnen gesperrt werden kann. Der Tankdeckel gibt im geöffneten Zustand eine Einfüllöffnung frei, über die ein flüssiger Kraftstoff in den Kraftstofftank eingefüllt werden kann. Nach einem Befüllvorgang des Kraftstofftanks kann dieser mittels des Tankdeckels wieder verschlossen werden. Ferner sind Kraftstofftanks bekannt, die unter einem Tankinnendruck stehen. Falls es sich dabei um einen Überdruck handelt, kann dieser Überdruck vor einem Öffnen des Kraftstofftanks abgelassen werden, um zu vermeiden, dass Kraftstoff in Form von Benzindämpfen verloren geht und/oder um die Umwelt vor den Benzindämpfen zu schützen.
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Die nächstliegende
DE 2 323 630 A beschreibt einen absperrbaren Tankverschluss, der ein durch Einschieben eines Schlüssels betätigbares Entgasungsventil aufweist. Das Entgasungsventil besteht im Wesentlichen aus einem feststehenden Zylinder mit axial verschiebbar darin angeordnetem zylindrischem Kolben mit Kegelkopf, wobei der Zylindereinlass den Sitz für den Kegelkopf bildet. Das bewegliche Ventilelement, d. h. der Kolben mit Kegelkopf, ist ständig durch eine Druckfeder in Schließlage beaufschlagt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Verschlussvorrichtung für einen Kraftstofftank eines Kraftfahrzeuges bereitzustellen.
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Die Aufgabe ist bei einer Verschlussvorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Vorteilhaft kann mittels des Drucksensors der Tankinnendruck sensiert werden und mittels der Sperrvorrichtung ein Öffnen der Einfüllöffnung solange gesperrt werden, bis der Tankinnendruck unterhalb des Tankinnenschwelldrucks liegt. Vorteilhaft kann dies so sichergestellt werden, dass der Kraftstofftank erst geöffnet werden kann, wenn der Tankinnendruck hinreichend gut abgebaut ist. Unter Sensieren kann Messen, Ermitteln und/oder im weitesten Sinne jegliches Ermitteln eines von dem Tankinnendruck abhängenden Signals und/oder einer Bewegung verstanden werden.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Verschlussvorrichtung einen manuell drehbaren Tankdeckel aufweist, der mittels der Sperrvorrichtung arretierbar ist. Vorteilhaft kann die Sperrvorrichtung in einem herkömmlichen manuell drehbaren Tankdeckel untergebracht werden.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Drucksensor eine mit dem Tankinnendruck beaufschlagte Druckfläche aufweist. Vorteilhaft kann mittels der Druckfläche der Tankinnendruck sensiert werden.
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Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, dass der Drucksensor einen in einem Zylinder fluiddicht verschieblich gelagerten Kolben aufweist, wobei der Kolben die o. g. Druckfläche aufweist und mit einer der Druckfläche entgegenwirkenden Rückstelleinrichtung zusammenwirkt. Vorteilhaft kann der Kolben abhängig von dem Tankinnendruck gegen eine Rückstellkraft der Rückstelleinrichtung innerhalb des Zylinders hin und her bewegt werden, wobei ein Maß der Bewegung ein Maß für den Tankinnendruck darstellt, also diesen sensiert. Bei der Rückstelleinrichtung kann es sich beispielsweise um eine Feder, beispielsweise eine Blockfeder oder Spiralfeder, handeln.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Tankdeckel einen manuell drehbaren Griff aufweist, der drehfest und längs verschieblich dem Kolben zugeordnet ist. Vorteilhaft kann eine manuelle Drehung des Griffes des Tankdeckels auf den Kolben übertragen werden, ohne dass dieser dadurch in seiner Längsverschieblichkeit behindert wird. Dies kann beispielsweise durch längs gerichtete Rippen des Griffes und des Kolbens geschehen, wobei die Rippen ineinander greifen.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Zylinder ein Außengewinde aufweist, mittels dem der Tankdeckel zum Verschließen in die Einfüllöffnung einschraubbar ist und umgekehrt. Vorteilhaft kann der Zylinder selbst fluiddicht in die Einfüllöffnung eingeschraubt werden.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Zylinder und der Kolben Teil der Sperrvorrichtung sind und formflüssig drehfest ineinander greifen, falls die Druckfläche mit einer unter dem Tankinnenschwelldruck liegenden Druck beaufschlagt ist. Vorteilhaft kann der Kolben auf der einen Seite mit einem Umgebungsdruck und an der Druckfläche mit dem Tankinnendruck beaufschlagt werden. Insofern kann unter dem Tankinnenschwelldruck ein Differenzdruck zwischen dem Tankinnendruck und dem Umgebungsdruck verstanden werden. Vorteilhaft kann eine Drehbewegung von dem Griff des Tankdeckels auf den Kolben und falls der Tankinnendruck den Tankinnenschwelldruck unterschreitet auf den Zylinder übertragen werden, so dass mittels des Gewindes des Zylinders dieser fluiddicht in die Einfüllöffnung eingeschraubt werden kann bzw. im umgekehrten Fall, falls der Tankinnendruck hinreichend weit abgebaut ist, entfernt werden kann. Falls der Tankinnendruck den Tankinnenschwelldruck überschreitet, ist die Sperrvorrichtung geöffnet, so dass sich dadurch lediglich der Griff und der Kolben drehen, diese Drehung jedoch vorteilhaft nicht auf den Zylinder und damit auch nicht auf das Gewinde, das in die Einfüllöffnung geschraubt ist, übertragen wird. Mithin kann in diesem Fall der Tankdeckel bzw. die Verschlussvorrichtung nicht geöffnet werden.
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Die Aufgabe ist ferner bei einem Kraftfahrzeug mit einer vorab beschriebenen Verschlussvorrichtung gelöst. Es ergeben sich die vorab beschriebenen Vorteile.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezug auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen:
- 1 einen Längsschnitt durch eine Verschlussvorrichtung für einen Kraftstofftank eines Kraftfahrzeugs mit einer Sperrvorrichtung, wobei die Sperrvorrichtung die Verschlussvorrichtung zum Öffnen freigibt;
- 2 die in 1 dargestellte Verschlussvorrichtung, wobei im Unterschied die Sperrvorrichtung die Verschlussvorrichtung gegen ein Öffnen sperrt;
- 3a und 3b unterschiedliche dreidimensionale Ansichten der in den 1 und 2 dargestellten Verschlussvorrichtung;
- 4 einen Teilschnitt eines Zylinders und eines Kolbens der in 1 dargestellten Verschlussvorrichtung;
- 5 den in 4 dargestellten Teilschnitt, jedoch in der Funktionsstellung der 2; und
- 6 eine Explosionsansicht eines Mitnehmers, eines Kolbens und einer Verriegelung der in den vorhergehenden Figuren gezeigten Verschlussvorichtung.
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1 zeigt eine Verschlusseinrichtung 1 für einen mittels des Bezugszeichens 3 angedeuteten Kraftstofftanks eines nur teilweise dargestellten Kraftfahrzeugs 5. Der Kraftstofftank 3 kann über eine nicht näher dargestellte Einfüllöffnung 7 mit einem flüssigen Kraftstoff befüllt werden. 1 zeigt die Verschlussvorrichtung 1 in einem in die Einfüllöffnung 7 eingeschraubten Zustand, also in einem Zustand, wobei der Kraftstofftank 3 verschlossen ist. Der Kraftstofftank 3 steht unter einem Tankinnendruck p. Der Kraftstofftank 3 ist also als Drucktank ausgelegt. Vorteilhaft an einem Drucktank ist.
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Die Verschlussvorrichtung 1 weist einen Tankdeckel 9 mit einem manuell betätigbaren Griff 11 auf. Der manuell betätigbare Griff 11 ist einem Mitnehmer 13 zugeordnet. Der Mitnehmer 13 ist drehfest dem Griff 11 zugeordnet bzw. steht in einem drehfesten Eingriff mit diesem und/oder kann beispielsweise mittels einer geeigneten Sperrvorrichtung, wie beispielsweise einem Tankschloss, wahlweise frei gegen diesen verdreht werden oder mit diesem drehfest verbunden werden. Der Mitnehmer 13 ist drehfest verschieblich einem Kolben 15 zugeordnet. Hierzu können der Kolben und der Mitnehmer in einer Längsrichtung verlaufende Rippen aufweisen, die drehfest miteinander in Eingriff stehen. Der Druckkolben weist eine Druckfläche 17 auf, die mit dem Tankinnendruck p beaufschlagt ist. Der Kolben 15 ist längs verschieblich in einer Verriegelung 19 gelagert. Hierzu weist die Verriegelung 19 einen Zylinder 21 auf, dem der Kolben 15 mittels einer Dichtung 23 fluiddicht zugeordnet ist. Der Kolben 15 kann also fluiddicht in Längsrichtung innerhalb des Zylinders 21 der Verriegelung 19 verschoben werden, in Ausrichtung der 1 gesehen, also nach oben und unten. Der Mitnehmer 13 und der Kolben 15 behausen eine Rückstelleinrichtung 25 bzw. wirken mit dieser zusammen. Die Rückstelleinrichtung ist vorliegend als Spiralfeder ausgeführt, die den Mitnehmer 13 und dem Kolben 15 auseinander drücken. Die Rückstelleinrichtung 25 wirkt also einer mittels eines auf die Druckfläche 17 wirkenden Überdrucks induzierten Druckkraft entgegen.
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1 zeigt die Verschlussvorrichtung in einem Zustand, bei dem der Tankinnendruck p unterhalb einem Tankinnenschwelldruck liegt, wobei beispielsweise der Tankinnendruck das Niveau eines Umgebungsdrucks des Kraftfahrzeugs 5 erreicht hat. In diesem Zustand ist der Kolben gegen einen unteren Anschlag der Verriegelung 19 gedrückt, also in Ausrichtung der 1 gesehen, in einer unteren Endlage.
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Im Unterschied dazu zeigt 2 den Kolben 15 in einer oberen Endlage, wobei der Tankinnendruck p eine Druckkraft auf die Druckfläche 17 induziert, die entgegen einer Rückstellkraft der Rückstelleinrichtung 25 wirkt, die sie überwindet und damit den Druckkolben in eine obere Endlage verlagert.
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Der Druckkolben weist einen Bund 27 mit Vorsprüngen 29 auf. In der Darstellung der 1 greifen die Vorsprünge 29 des Bunds 27 in entsprechende Ausnehmungen der Verriegelung 19, wobei die Verriegelung 19 und der Kolben 15 drehfest einander zugeordnet sind. In der Darstellung der 1 kann also eine manuelle Drehkraft von dem Tankdeckel 9 über den Mitnehmer 13 über den Druckkolben 15 schließlich auf die Verriegelung 19 übertragen werden, so dass dadurch das Gewinde zum Öffnen des Tankdeckels 9 betätigt werden kann.
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In der Darstellung gemäß 2 sind die Vorsprünge 29 des Bunds 27 außer Eingriff mit der Verriegelung 19, so dass zwar der Griff 11 und damit der Mitnehmer 13 und damit der Kolben 15 gedreht werden können, jedoch diese Drehbewegung nicht von dem Kolben 15 auf die Verriegelung 19 und damit das Gewinde weiter übertragen werden können, so dass die Verschlussvorrichtung 1, also der Tankdeckel 9 nicht geöffnet werden können.
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Die Vorsprünge 29 des Bunds 27 des Kolbens 15 bilden zusammen mit den entsprechenden Ausnehmungen der Verriegelung 19 eine Sperrvorrichtung mittels der die Verschlussvorrichtung gegen ein Öffnen gesperrt werden kann, falls der Tankinnendruck p einen Tankinnenschwelldruck überschreitet. Dieser gesperrte Zustand ist in 2 dargestellt.
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Die 3a und 3b zeigen verschiedene dreidimensionale Darstellungen der Verschlussvorrichtung 1. Es ist zu erkennen, dass die Verriegelung 19 Durchbrüche 31 aufweist, durch die der Tankinnendruck p auf die Druckfläche 17 geleitet werden kann.
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Die 4 und 5 zeigen einen Teilschnitt in dreidimensionaler Darstellung der Verriegelung 19 zusammen mit dem Kolben 15, der einen Druckkolben realisiert, wobei in 4 die Verschlussvorrichtung freigegeben ist und in 5 die Verschlussvorrichtung mittels der Sperrvorrichtung gesperrt ist, also nicht geöffnet werden kann. Es ist zu erkennen, dass der Kolben 15 an einer Innenfläche Rippen aufweist, in die der Mitnehmer 13 zur drehfesten Verbindung eingreifen kann. Ferner sind die Vorsprünge 29 des Bunds 27 des Kolbens 15 zu erkennen, die in entsprechende Ausnehmungen der Verriegelung 19 eingreifen, wie in 4 dargestellt. In 5 sind diese nicht miteinander in Eingriff.
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6 zeigt eine Explosionsansicht des Mitnehmers 13, des Kolbens 15 und der Verriegelung 19 der in den vorhergehenden Figuren gezeigten Verschlussvorichtung 1. Zur Drehmomentübertragung weist der Mitnehmer 13 eine formschlüssige Verbindung zu dem nicht dargestellten Griff 11 auf, wobei ein manuell aufgebrachtes Bedienmoment von dem Griff 11 auf den Mitnehmer 13 übertragen werden kann.
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Der Mitnehmer 13 weist außerdem an einer zylindrischen Außenfläche eine weitere formschlüssige Verbindung in Form von längsgerichteten Rippen auf, die mit ebenfalls längsgerichteten Rippen einer zylindrischen Innenfläche des Kolbens 15 längsverschieblich und drehfest in Eingriff bringbar sind.
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Ferner weist der Bund 27 des Kolbens 15 die Vorsprünge 29 auf, die mit korrespondierenden innen liegenden Vorsprüngen 29 der Verriegelung 19 formschlüssig drehfest in Eingriff bringbar sind, falls der Tankinnendruck p den Tankinnenschwelldruck unterschreitet, insbesondere in einem drucklosen Zustand, oder der Tankdeckel nicht in die Einfüllöffnung 7 eingebracht ist.
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Zum Einschrauben in die Einfüllöffnung 7 weist die Verriegelung 19 ein Außengewinde 33 oder alternativ eine beliebige andere Vorrichtung zum Herstellen einer form-, reib- und/oder kraftschlüssigen Verbindung zu der Einfüllöffnung auf.
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Zwischen der Verriegelung und dem Druckkolben besteht im eingeschraubten Zustand keine formschlüssige Verbindung solange der Tankinnendruck p beziehungsweise ein entsprechender Differenzdruck zu dem Umgebungsdruck den Tankinnenschwelldruck überschreitet. Ein manuelles Öffnen ins dabei nicht möglich beziehungsweise gesperrt.
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Um den Kraftstofftank 3, der unter dem Tankinnendruck p steht, drucklos zu schalten, kann ein Fahrer des Kraftfahrzeugs 5 einen Tankwunsch durch Betätigung eines Tankklappenentriegelungtasters eingeben. Der Tankklappenentriegelungstaster kann beispielsweise an einer Mittelkonsole des Kraftfahrzeugs 5 verbaut sein. Ein entsprechendes Tanksteuergerät liest den Taster für die Tankklappenentriegelung ein. Optional ist es möglich, dass ein Leitungsrouting von dem Taster in die Mittelkonsole zum Tanksteuergerät in einer Fahrertür erfolgt.
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Ein Status des Tasters kann an einem Funktionsmaster weitergereicht werden. Hierfür kann das Tanksteuergerät einen Komfort-CAN-Bus bei einer Betätigung des Tasters wecken. Vom Tanksteuergerät können der Status des Tasters und ein Signal zum Aufwecken eines Antriebs-CAN-Buses an ein Gateway gesendet werden. Dieses Gateway weckt den Antriebs-CAN-Bus nach Empfang des Wecksignals des Tanksteuergeräts. Der Funktionsmaster kann vorteilhaft so ausgelegt sein, dass er über dem CAN-Bus weckfähig ist. Die Auswertung dieses Signals kann in einem Motorsteuergerät erfolgen. Gegebenenfalls kann eine Diagnose des Schalters vorgesehen sein.
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Nach Empfang des Tankwunsches kann der Funktionsmaster prüfen, ob eine Betankung des Kraftstofftanks 3 zulässig ist. Gegebenenfalls kann eine Betankung nur dann zugelassen werden, falls eine Zündung, auch bekannt als „Klemme 15“, aus ist. Der Fahrer des Kraftfahrzeugs 5 kann vorteilhaft eine Information angezeigt bekommen, falls die Betankung nicht möglich ist. Optional ist es denkbar, eine Betankung auch mit eingeschalteter „Klemme 15“ zuzulassen, beispielsweise falls dabei lediglich eine Fahrbereitschaft vorliegt, jedoch beispielsweise ein Verbrennungsmotor abgeschaltet ist und lediglich ein entsprechend vorgesehener Elektromotor betriebsbereit ist oder ein Verbrennungsmotor nicht vorhanden ist, falls es sich beispielsweise um ein Brennstoffzellenfahrzeug handelt.
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Falls die Betankung zulässig ist, kann der Kraftstofftank 3 über ein Entlüftungsventil und gegebenenfalls über einen Aktivkohlefilter entlüftet werden, also drucklos geschaltet werden.
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Sobald der Tankinnendruck p in dem Kraftstofftank 3 unter dem Tankinnenschwelldruck gesunken ist, wird die Verschlusseinrichtung 1 zur Betankung freigegeben. Das Entlüftungsventil kann vorteilhaft während des Tankvorgangs geöffnet bleiben.
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Das Entlüftungsventil kann vorteilhaft so ausgelegt werden, dass es in einem stromlosen Zustand geschlossen ist. Vorteilhaft kann dieses so ausgelegt werden, dass es eine sehr geringe Stromaufnahme aufweist, also auch in einem abgeschalteten Zustand des Kraftfahrzeuges das Bordnetz möglichst wenig belastet.
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Eine Freigabe der Verschlussvorrichtung 1 erfolgt durch ein weiteres Steuergerät. Das weitere Steuergerät kann von dem Funktionsmaster ein Signal zur Freigabe der Tankklappenverriegelung erhalten. Es ist denkbar, mittels des weiteren Steuergeräts ein Drehriegelsteller zu betätigen, der beispielsweise Teil einer Zentralverriegelung des Kraftfahrzeugs 5 ist. Eine entsprechende Entriegelung darf jedoch nur erteilt werden, falls der Funktionsmaster eine entsprechende Freigabe gibt. Nach dieser Entriegelung ist die Betankung des Kraftfahrzeugs 5 möglich.
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Vorteilhaft kann mittels eines Mikroschalters, der eine Position einer Tankklappe des Kraftfahrzeugs 5 erfasst, sichergestellt werden, dass die Tankklappe nur während der Betankung entriegelt und geöffnet ist. Die Stellung des Mikroschalters kann durch das weitere Steuergerät eingelesen werden und kann entweder über den Komfort-CAN-Bus oder über den Antriebs-CAN-Bus dem Funktionsmaster zur Verfügung gestellt werden. Ein entsprechender Eingang zum Einlesen des Mikroschalters an dem weiteren Steuergerät kann als Digitaleingang ausgelegt werden. Hierzu kann eine entsprechende Platine des weiteren Steuergerätes vorgesehen sein. Der entsprechende Eingang an dem weiteren Steuergerät kann vorteilhaft als Weckeingang ausgeführt sein.
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Ferner ist es möglich, die Tankklappe des Kraftfahrzeugs 5 automatisch wieder zu verriegeln, falls die Tankklappe innerhalb einer bestimmten Zeit nicht geöffnet wurde und/oder falls die Tankklappe zum Betanken geöffnet und nach dem Tankvorgang wieder geschlossen wurde und/oder falls die „Klemme 15“ eingeschaltet wird und die Tankklappe geschlossen ist.
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Falls die Tankklappe nicht verriegelt wird, kann vorteilhaft eine Fahrerinformation ausgegeben werden, falls die „Klemme 15“ Zustand „Ein“ aufweist.
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Zum Betanken kann folgender Ablauf vorgesehen sein, zunächst kann der Tankwunschschalter betätigt werden, optional kann ein Warnhinweis an einem Anzeigeinstrument des Kraftfahrzeugs 5 ausgegeben werden. Das weitere Steuergerät meldet den Tankwunsch. Anschließend kann der Funktionsmaster den Tankinnendruck p abbauen. Anschließend gibt das weitere Steuergerät die Tankklappe frei. Falls die Tankklappe nicht geöffnet wird, kann das weitere Steuergerät nach Ablauf einer Zeit die Tankklappe wieder schließen.
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Andernfalls wird die Tankklappe geöffnet und eine Betankung findet statt, sofern die Klappe danach wieder geschlossen wird, kann das weitere Steuergerät die Tankklappe verriegeln.
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Falls die Tankklappe nicht geschlossen wird, ist es optional möglich, eine Betankungserkennung über den Tankfüllstand durchzuführen, gegebenenfalls ist es denkbar, den Funktionsmaster wieder in einen Zustand „Schlafen“ zu versetzen.
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Gegebenenfalls kann ein Warnhinweis an einem Anzeigeinstrument an den Fahrer des Kraftfahrzeugs 5 gegeben werden. Für den Fall, dass anzunehmen ist, dass der Tankdeckel vergessen wurde, kann kein Druckaufbau in dem Kraftstofftank 3 erfolgen, wobei bei der nächsten Fahrt eine Tankleckdiagnose feststellt und gegebenenfalls eine entsprechende Warnung ausgegeben werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Verschlussvorrichtung
- 3
- Kraftstofftank
- 5
- Kraftfahrzeug
- 7
- Einfüllöffnung
- 9
- Tankdeckel
- 11
- Griff
- 13
- Mitnehmer
- 15
- Kolben
- 17
- Druckfläche
- 19
- Verriegelung
- 21
- Zylinder
- 23
- Dichtung
- 25
- Rückstelleinrichtung
- 27
- Bund
- 29
- Vorsprünge
- 31
- Durchbrüche
- 33
- Außengewinde
- p
- Tankinnendruck
