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1. Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sicherheitsventilvorrichtung für einen Tankbehälter, insbesondere eines Tankbehälters eines Tankfahrzeuges, und ein Verfahren zum Steuern von Drücken in einem Tankbehälter.
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2. Stand der Technik
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In der Praxis weisen Kraftstofftanks, die beispielsweise in Tankfahrzeugen zur Lieferung von Flüssigkeiten wie Mineralölen an Tankstellen vorgesehen sind, eine oder mehrere Tankkammern auf, wobei an der Oberseite jeder Tankkammer mindestens ein Mannlochdeckel bzw. Domdeckel ausgebildet ist. In jeder Tankkammer wird in der Regel nur eine bestimmte Flüssigkeit gelagert und/oder transportiert, um eine Vermischung oder Verunreinigung der Flüssigkeiten zu verhindern und um eine sortenreine Auslieferung zu gewährleisten.
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Häufig werden Tankfahrzeuge mit seitlichen oder gesonderten Druckbefüllungsvorrichtungen ausgeführt. Bei der Befüllung der Tankkammer mit einem Fluid können im Innern der Tankkammer unter Umständen hohe Drücke auftreten, die im ungünstigsten Fall zu Beschädigungen der Tankkammer, wie beispielsweise zum Bersten der Tankwand, führen können.
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Weiterhin kann es beim Erwärmen der im Tank befindlichen Flüssigkeit, beispielsweise bei längerem Parken eines Tankwagens in praller Sonne, bei einem höheren Temperaturausdehnungsquotienten einer eingefüllten Transportflüssigkeit als des Tankmaterials zu hohen Druckdifferenzen zwischen dem Innern der Tankkammer und dem äußeren Normaldruck kommen, was Deformationen der Tankwand zur Folge haben kann.
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Aus der Praxis sind sogenannte abhebbare Domdeckel bekannt. Ein abhebbarer Domdeckel umfasst insbesondere einen Fülllochdeckel, der ein integriertes Notentlastungsventil gemäß der europäischen Norm EN 14596 aufweist. Im Fall eines Überdruckes muss eine Entlüftung aus einer Tankkammer mittels eines Notentlastungsventils ermöglicht werden. Das Notentlastungsventil kann die Öffnungs- und Schließfunktion eines Fülllochdeckels erfüllen und weist einen Ansprechdruck, d. h. der Druck bei dem die Über- und Unterdruckbelüftung zu öffnen beginnt, auf, der bei ca. 0,3 bar liegt. Nachteilig hierbei ist, dass abhebbare Domdeckel nicht die Anforderungen des ADR, d. h. europäisches Übereinkommen über die internationale Beförderung gefährlicher Güter auf der Straße, entsprechen.
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Das ADR legt fest, dass im Falle eines Umfalls, bei dem beispielsweise das Tankfahrzeug umstürzt, die Dichtheit des Tanks gewährleistet werden muss, um ein Austreten der zu befördernden Flüssigkeiten wie Mineralöle zu verhindern. Tanks und Tankbehälter für die Beförderung gefährlicher Güter müssen einen Falltest nach den europäischen Normen EN 13314 – Fülllochdeckel – und EN 13317 – Domdeckel – bestehen. Bei dem Falltest wird ein Baumuster verwendet und es wird ein kurzzeitiger Druckstoß durch die in dem Tank befindliche Flüssigkeit auf die Verschlussvorrichtung simuliert. Der auftretende Druckstoß kann beispielsweise 2,0 bar, 5,0 bar oder mehr betragen. Tests und Untersuchungen haben ergeben, dass abhebbare Domdeckel dann eine Dichtheit nicht gewährleisten und es zu einem Austreten von Gefahrstoffen kommen kann.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Sicherheitsventilvorrichtung für einen Tankbehälter und ein Verfahren zum Steuern von Drücken in einem Tankbehälter bereitzustellen, mit dem die Nachteile des Standes der Technik überwunden werden können, wodurch insbesondere eine hohe Sicherheit sowohl beim Transport oder Parken als auch beim Betanken gewährleistet werden kann, unzulässig hohe Drücke im Innern des Tankbehälters verhindert werden können und somit die Betriebssicherheit des Tankbehälters erhöht werden kann, und im Falle eines Umsturzes des Tankbehälters ein Austreten der zu befördernden Flüssigkeit verhindert werden kann.
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3. Zusammenfassung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung löst die Aufgabe durch eine Sicherheitsventilvorrichtung gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren zum Steuern von Drücken in einem Tankbehälter gemäß dem unabhängigen Anspruch 16. Bevorzugte Ausführungsformen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
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Durch die erfindungsgemäße Lösung wird eine Sicherheitsventilvorrichtung bereitgestellt, die geeignet ist zum Anbringen an einen Tankbehälter, wobei der Tankbehälter eine Fülllochöffnung umfasst und mit einem Verschlusselement verschließbar ist. Die Sicherheitsventilvorrichtung umfasst Ansprechdrucksteuermittel zum Einstellen eines ersten und wenigstens eines zweiten Ansprechdruckes, bei welchem das Verschlusselement die Fülllochöffnung zum Abbauen eines Druckes im Tankbehälter freigibt. Die Ansprechdrucksteuermittel umfassen ein erstes und wenigstens zweites Element zur Erzeugung einer ersten und wenigstens einer zweiten Kraftkomponente, die auf das Verschlusselement eine jeweils definierte Kraft gegen die durch den Druck auf das Verschlusselement wirkende Kraft ausüben.
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Unter einem Füllloch versteht man eine Öffnung in einem Tankbehälter oder in einer Tankkammer, um die Befüllung, Betankung bzw. Beladung von oben zu ermöglichen. Unter einem Fülllochdeckel versteht man eine Einrichtung eines Transportbehälters, die das Öffnen und Schließen der Fülllochöffnung ermöglicht. Unter Ansprechdruck versteht man den Druck, bei dem die Sicherheitsventilvorrichtung zu öffnen beginnt.
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Die erfindungsgemäße Sicherheitsventilvorrichtung ist derart ausgestaltet, dass es bis zum Erreichen eines vorbestimmten Ansprechdruckes gas- und flüssigkeitsdicht ausgestaltet ist. In einer Grundstellung, in welcher der Tankbehälter nicht befüllt bzw. beladen wird, beträgt der Ansprechdruck beispielsweise etwa 2,0 bar. Der Ansprechdruck kann vom Benutzer beispielsweise durch Auswählen entsprechender Elemente zur Erzeugung der Kraftkomponenten eingestellt werden, so dass auf das Verschlusselement eine jeweils definierte Kraft gegen die durch den Druck wirkende Kraft ausgeübt wird. Der maximal zulässige Betriebsdruck des Tankbehälters wird nicht überschritten, so dass es zu keiner Beschädigung des Tankbehälters kommen kann.
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Die Sicherheitsventilvorrichtung bietet ferner den Vorteil, dass bei Auftreten eines Über- bzw. Unterdruckes im Tankbehälter das Verschlusselement angehoben und zur Entlüftung geöffnet wird und anschließend wieder verschlossen wird, wenn der Über- bzw. Unterdruck abgebaut ist. Weiterhin ist es von Vorteil, dass die Sicherheitsventilvorrichtung der vorliegenden Erfindung an einem Tankbehälter nachgerüstet werden kann. Selbstverständlich kann der Tankbehälter mehrere separate Tankkammern aufweisen, wobei jede Tankkammer eine erfindungsgemäße Sicherheitsventilvorrichtung aufweist.
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Vorteilhafter Weise ist die Sicherheitsventilvorrichtung an einer Domplatte ausgebildet, die an den Tankbehälter befestigbar ist. Die Domplatte wird auch als Domdeckel oder Mannlochdeckel bezeichnet. Der Tankbehälter kann ferner eine oder mehrere Öffnungen zur Installation von Ausrüstungen wie Armaturen, Messeinrichtungen, Sensoren und/oder Rohrleitungen aufweisen.
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Bevorzugter Weise kann bei Auftreten eines Über- oder Unterdruckes im Tankbehälter und bei Über- oder Unterschreiten eines vordefinierten Druckes über Positionssensoren in den Steuerelementen ein akustisches und/oder optisches Signal erzeugt werden. Als akustisches Signal kann beispielsweise ein laut hörbarer Alarmton und als optisches Signal ein hell leuchtendes Blink- oder Warnsignal dienen.
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Vorteilhafter Weise umfassen die Ansprechdrucksteuermittel Steuerelemente, mit denen das erste und das wenigstens zweite Element zur Erzeugung der ersten und wenigstens der zweiten Kraftkomponente jeweils aktivierbar und deaktivierbar ist. Die Steuerelemente bieten den Vorteil, dass die erste und die wenigstens zweite Kraftkomponente jeweils aktivierbar oder deaktiverbar ausgestaltet sind, wodurch eine Steuerungseinrichtung gezielt, je nach Belade-, Park- Fahrt- oder einem anderen Zustand des Tanks, zwischen unterschiedlichen einstellbaren Ansprechdrücken gewählt werden kann.
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Bevorzugter Weise können die Steuerelemente insbesondere ein mechanischer Stellhebel, eine pneumatische, eine hydraulische und/oder eine elektrisch betätigbare Umschaltvorrichtung sein. Der Fachmann erkennt, dass auch eine Kombination der Steuerelemente möglich ist. Hydraulisch betätigbare Steuerelemente bieten insbesondere den Vorteil, dass eine hohe Leistungsdichte realisierbar ist, eine einfache und leichte Konfiguration und eine sichere und schnell wirkende Steuerung mit einer hohen Lebensdauer bereitgestellt werden kann. Pneumatisch gesteuerte Ventile haben insbesondere den Vorteil, dass sie einen einfachen Aufbau und eine sichere Funktion aufweisen, eine sehr hohe Schaltgeschwindigkeit aufweisen, unempfindlich sind und ein geringes Gewicht aufweisen.
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Eine hydraulische und/oder pneumatische Betätigung der Steuerelemente über ein Stellfluid erleichtert den Einsatz einer entsprechenden Steuerung insbesondere in Bereichen, die feuer- und explosionsgefährdet sind.
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Vorteilhafter Weise umfassen die Ansprechdrucksteuermittel wenigstens einen Zylinder und wenigstens einen Kolben, mit denen die erste und wenigstens zweite Kraftkomponente aktivierbar oder deaktivierbar ist.
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Bevorzugter Weise ist am Zylinder ein erster Druckanschluss und im Fülllochdeckel ein zweiter Druckanschluss für die Folgesteuerung ausgebildet. Zwischen dem ersten Druckanschluss und dem zweiten Druckanschluss kann ein Verbindungskanal ausgebildet sein. Der Zylinder weist vorteilhafter Weise eine Bohrung und der Fülllochdeckel eine korrespondierende weitere Bohrung auf. In einer ersten Position, beispielsweise wenn ein Belade- bzw. Betankungsvorgang stattfinden soll, bilden die beiden Bohrungen einen Verbindungskanal vom druckbeaufschlagten ersten Druckanschluss zum zweiten Druckanschluss. Während der Befüllung bzw. der Betankung des Tankbehälters wird durch die Sicherheitsventilvorrichtung der Ansprechdruck, bei dem das Verschlusselement öffnet, von beispielsweise 2,0 bar auf 0,3 bar herabgesetzt.
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In einer zweiten Position wird der Verbindungskanal zwischen dem zweiten Druckanschluss und dem ersten Druckanschluss unterbrochen. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn ein Überdruck im Tankbehälter auftritt. Dann hebt der Fülllochdeckel von dem Tankbehälter ab, wodurch der Verbindungskanal zwischen dem ersten Druckanschluss und dem zweiten Druckanschluss unterbrochen wird. Beim Abheben des Fülllochdeckels liegen die Bohrungen des Fülllochdeckels und des Zylinders nicht mehr auf einer Ebene. Der Betankvorgang wird gestoppt.
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In einer bevorzugen Ausführungsform sind die Steuerelemente elektrisch betätigbar.
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Es ist bevorzugt, dass das erste und das wenigstens zweite Element Federelemente, insbesondere Tellerfedern sind. Vorteilhafter Weise hat das erste Element eine höhere Federkonstante als das wenigstens zweite Element. Tellerfedern können jeweils als Einzelfeder oder als Federsäule ausgestaltet sein. Tellerfedern bieten insbesondere den Vorteil, dass sie bei einem kleinen Einbauraum sehr große Kräfte aufnehmen können und eine hohe Lebensdauer bei dynamischer Belastung aufweisen. Gewichts- und federbelastete Elemente sind sehr einfach aufgebaut und bieten eine hohe Zuverlässigkeit. Es versteht sich, dass auch andere Federelemente verwendet werden können.
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Die Ansprechdrucksteuermittel umfassen bevorzugter Weise Sensoren, deren Ausgangssignal abhängig ist von der Position der Steuerelemente zur Steuerung der ersten und der wenigstens zweiten Kraftkomponente.
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Weiterhin ist es von Vorteil, dass das Ausgangssignal der Sensoren zur Steuerung eines Betankungsvorgangs sowie zum Auslösen von akustischen und/oder optischen Signalen auswertbar heranziehbar ist.
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Vorteilhafter Weise umfasst ein Tankfahrzeug für den Transport von Fluiden, insbesondere Mineralölen, einen Tankbehälter mit zumindest einer Tankkammer, wobei jede Tankkammer eine erfindungsgemäße Sicherheitsventilvorrichtung umfasst. Durch diese Ausgestaltung können die Anforderungen des europäischen Übereinkommens über die internationale Beförderung gefährlicher Güter auf der Straße, kurz ADR, erfüllt werden. Insbesondere wird während der Fahrt im Falle eines Unfalls, bei dem der Tankbehälter des Tankfahrzeugs umstürzt, die Dichtheit des Tankbehälters gewährleistet und ein Austreten von gefährlichen Gefahrstoffen wird verhindert bzw. minimiert. Während der Befüllung bzw. der Betankung des Tankbehälters wird durch die erfindungsgemäße Sicherheitsventilvorrichtung der Ansprechdruck, bei dem das Verschlusselement öffnet, von beispielsweise 2,0 bar auf 0,3 bar herabgesetzt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Steuern von Drücken in einem Tankbehälter, an dem eine Sicherheitsventilvorrichtung anbringbar ist, wobei die Sicherheitsventilvorrichtung ein Verschlusselement zum Verschließen einer in dem Tankbehälter ausgebildeten Fülllochöffnung und Ansprechdrucksteuermittel zum Einstellen eines ersten und wenigstens eines zweiten Ansprechdruckes umfasst, wobei die Ansprechdrucksteuermittel ein erstes und wenigstens zweites Element zur Erzeugung einer ersten und wenigstens einer zweiten Kraftkomponente umfassen, ist gekennzeichnet durch die Schritte: Aktivieren des ersten Elements und Deaktivieren des wenigstens zweiten Elements, wenn keine Betankung des Tankbehälters stattfindet, wodurch ein hoher Ansprechdruck auf das Verschlusselement ausgeübt wird, und Deaktivieren des ersten Elements und Aktiveren des wenigstens zweiten Elements, wenn eine Betankung des Tankbehälters stattfinden soll, wodurch ein niedriger Ansprechdruck auf das Verschlusselement ausgeübt wird.
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Bevorzugter Weise kann bei dem Verfahren nach dem Deaktiveren des ersten Elements und dem Aktivieren des wenigstens zweiten Elements erst nach Erreichen einer Freigabeposition die Betankung des Tankbehälters gestartet werden kann.
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Bei Überschreiten einer Ansprechdruckdifferenz zwischen dem Tankbehälter und der Umgebung umfasst das Verfahren vorteilhafter Weise die weiteren Schritte: Abheben des Fülllochdeckels von der Fülllochöffnung, Abbau der Druckdifferenz zwischen dem Tankbehälter und der Umgebung, Stoppen der Betankung des Tankbehälters und Verschließen der in dem Tankbehälter ausgebildeten Fülllochöffnung mit dem Fülllochdeckel nach Druckabbau im Tankbehälter.
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Bei Tankbehälter, in denen mit Unterdruck gearbeitet wird und bei denen Unterdruck bestimmte Ansprechdruckschwellen nicht unterschreiten darf, kann die Anordnung beispielsweise von innen eine Fülllochöffnung verschließen. Der Fachmann erkennt, dass das Verfahren für Unterdruck analog ausgestaltet ist.
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Bei Auftreten eines Unterdruckes in dem Tankbehälter umfasst das Verfahren vorteilhafter Weise die weiteren Schritte: Abheben des Fülllochdeckels von der Fülllochöffnung, Abbau des Unterdruckes in dem Tankbehälter, Stoppen der Betankung des Tankbehälters und Verschließen der in dem Tankbehälter ausgebildeten Fülllochöffnung nach Abbau des Unterdruckes.
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4. Kurze Beschreibung der begleitenden Figuren
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Im Folgenden werden Aspekte der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren genauer erläutert. Diese Figuren zeigen:
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1: zeigt eine Seitenansicht eines Tankfahrzeugs zum Transport von Fluiden;
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2: zeigt eine perspektivische Ansicht einer Domplatte 1 mit einer Verriegelungseinrichtung 30 und einer Sicherheitsventilvorrichtung 40 gemäß der vorliegenden Erfindung;
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3: zeigt eine Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der Sicherheitsventilvorrichtung, wobei sich die Sicherheitsventilvorrichtung in einer Grundstellung befindet;
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4: zeigt eine Seitenansicht des ersten Ausführungsbeispiels der Sicherheitsventilvorrichtung während eines Befüll- bzw. Betankungsvorgangs;
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5: zeigt eine Seitenansicht des ersten Ausführungsbeispiels der Sicherheitsventilvorrichtung bei Auftreten eines Überdruckes in dem Tankbehälter;
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6: zeigt ein Pneumatikschema zum Steuern von mehreren Sicherheitsventilvorrichtungen;
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7 bis 9: zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel einer Sicherheitsventilvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung; und
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10: zeigt ein Schaltdiagramm des zweiten Ausführungsbeispiels der Sicherheitsventilvorrichtung gemäß den 7 bis 9.
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5. Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
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Im Folgenden werden gegenwärtig bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der begleitenden Figuren näher erläutert.
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1 zeigt eine Seitenansicht eines Tankfahrzeugs 200 zum Transport von Fluiden, insbesondere Mineralölen. Das Tankfahrzeug 200 hat eine Fahrerkabine 205, einen Chassis 206, ein aus drei Radachsen bestehendes Fahrwerk 207. An dem Chassis 206 ist ein im Wesentlichen kofferförmiger oder zylindrischer Tankbehälter 20 befestigt. Im Wesentlichen im Scheitelpunkt des Tankbehälters 20 ist eine Sicherheitsventilvorrichtung 40 an einer Domplatte 1 angeordnet. Der Tankbehälter 20 kann mehrere Tankkammern (in 1 nicht dargestellt) aufweisen, die mit unterschiedlichen Fluiden, insbesondere Mineralölen wie Diesel, Benzin, Heizöl und dergleichen befüllt werden kann. Jede Tankkammer ist mit einer Sicherheitsventilvorrichtung 40 ausgestattet. Das Tankfahrzeug 200 hat Befüllvorrichtungen, die in 1 nicht dargestellt sind.
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In 2 ist die Domplatte 1 mit einer Verriegelungseinrichtung 30 und der Sicherheitsventilvorrichtung 40 dargestellt. Die Domplatte 1 weist im Wesentlichen eine kreisförmige Grundfläche auf. Am Randbereich der Domplatte 1 sind umlaufend mehrere Bohrungen 23 ausgebildet, um die Domplatte 1 mit einer Tankwand des Tankbehälters 20 mittels Befestigungsschrauben (nicht dargestellt) zu verbinden. Die Domplatte 1 hat drei Öffnungen 22 zum Anschließen von Baugruppen, insbesondere von Sicherheitsarmaturen, Ventilen, Sensoren, Rohrleitungen, Messeinrichtungen und dergleichen. Der Fachmann erkennt, dass die Anzahl, Anordnung und Größe der Öffnungen 22 je nach Bedarf und Ausgestaltung variiert werden kann. Ferner hat die Domplatte 1 eine Fülllochöffnung 3, die mit einem Verschlusselement 4 verschließbar ist. In 2 ist nur ein Bauteil des Verschlusselements 4, nämlich ein Fülllochdeckel 5 abgebildet. Der Durchmesser des Fülllochdeckels 5 ist größer als der Durchmesser der Fülllochöffnung. Eine Verriegelungsvorrichtung 30 ist an der Domplatte 1 angebracht. Die Verriegelungsvorrichtung 30 umfasst einen Verriegelungsbügel 31, ein Scharnier 32 und eine Verriegelung 33. An der Verriegelungsvorrichtung 30 ist das Verschlusselement 4 befestigbar, wodurch ein unkontrolliertes bzw. unbeabsichtigtes Öffnen des Verschlusselements 4 verhindert werden kann.
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Selbstverständlich kann die Sicherheitsventilvorrichtung 40 direkt an eine Tankwand des Tankbehälters 20 ohne Verwendung einer Domplatte 1 angebracht werden.
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Eine Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Sicherheitsventilvorrichtung 40 ist in 3 dargestellt, wobei sich die Sicherheitsventilvorrichtung 40 in einer Grundstellung befindet. Die Grundstellung ist dann gegeben, wenn der Tankbehälter 20 nicht beladen oder befüllt wird. Bei einem Tankbehälter, der auf einem Tankfahrzeug befestigt ist, liegt dieser Zustand insbesondere während der Fahrt oder des Parkens vor. An der Domplatte 1 ist die Verriegelungsvorrichtung 30 angebracht. Das Verschlusselement 4 umfasst den Fülllochdeckel 5, den Zylinder 10, den Kolben 11, wenigstens eine Tellerfeder 8 und wenigstens eine Tellerfeder 9. Der Fülllochdeckel 5 weist im Wesentlichen eine kreisförmige Grundfläche auf, an deren Umfang tankseitig eine Nut 6, insbesondere eine Schwalbenschwanzführung, zum Aufnehmen einer Dichtung 7 ausgebildet ist. Die Tellerfeder 8 weist eine höhere Federkonstante auf als die Tellerfeder 9. Die Federkonstante wird auch als Federhärte, oder Federsteifigkeit bezeichnet. Mit anderen Worten weist die Tellerfeder 8 einen größeren Haltedruck und die Tellerfeder 9 einen kleineren Haltedruck auf. Die Tellerfeder 8 und Tellerfeder 9 kann jeweils als Einzelfeder oder als Federsäule ausgestaltet werden.
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Der Zylinder 10, der eine kreisförmige Grundfläche hat, ist in einer Öffnung des Fülllochdeckels 5 eingefügt. Ein Halteelement 35 fixiert den Zylinder 10 an den Verriegelungsbügel 31. Der Fülllochdeckel 5 hat eine Nut 57 zum Aufnehmen einer Dichtung 58, um die Kontaktfläche zwischen Fülllochdeckel 5 und Zylinder 10 gas- und flüssigkeitsdicht auszubilden. Wie der 3 zu entnehmen ist, umfasst der Kolben 11 eine Scheibe 50 mit einem mittig an beiden Seiten abstehenden Zapfen 51. Der Zapfen 51 weist am tankseitigen Ende eine Verjüngung 52 auf, in der die Tellerfeder 9 ausgebildet ist. Die Tellerfeder 8 ist zwischen dem Zylinder 10 und der Oberseite der Scheibe 50 angeordnet. Die Scheibe 50 des Kolbens 11 hat an der Kontaktfläche zum Zylinder 10 eine umlaufende Nut 53 zum Aufnehmen einer Dichtung 54. Der Kolben 11 ist im Zylinder 10 hin und her beweglich ausgestaltet. Am Zylinder 10 ist ein Druckanschluss P vorgesehen. Eine Bohrung 12 erstreckt sich durch eine Seitenwand des Zylinders 10 und teilweise durch den Fülllochdeckel 5. Am Zylinder 10 sind oberhalb und unterhalb der Bohrung 12 zwei ringförmige Dichtungselemente 13, insbesondere zwei O-Ringe ausgebildet. Am Fülllochdeckel 5 ist ein Druckanschluss A vorgesehen. Eine Bohrung 14 bzw. Bohrungen 14, die im Fülllochdeckel 5 ausgebildet ist, verbindet den Druckanschluss A mit der Bohrung 12, die im Zylinder 10 ausgebildet ist und in den Zylinderraum führt. Wenn die Sicherheitsventilvorrichtung 40, wie in 3 gezeigt, sich in der Grundstellung befindet, stehen die Bohrungen 12 und 14 in Verbindung. Während der Fahrt oder während des Parkens liegt kein Signal am Druckanschluss P an. Der Kolben 11 wird durch die Tellerfedern 8, die einen höheren Haltdruck als die Tellerfeder 9 haben, nach unten, d. h. in Richtung zum Inneren des Tankbehälters 20, gedrückt und steht mit der inneren Unterseite 55 des Zylinders 10 in Kontakt. Der Kolben 11 spannt die Tellerfedern 9 auf Block. Gleichzeitig wird der Fülllochdeckel 5 auf die Domplatte 1 gedrückt und die Fülllochöffnung 3 wird gas- und flüssigkeitsdicht verschlossen. Die dabei erzeugte Kraft kann zum Beispiel einen zweiten Ansprechdruck von beispielsweise etwa 2 bar auf das Verschlusselement 4 erzeugen, oder falls ein getrenntes Sicherheitsventil (nicht dargestellt) mit dem geforderten zweiten Ansprechdruck bereits verwendet wird, kann die mit der zweiten Federkonstanten erzeugten Kraftkomponente auch einem über dem zweiten Ansprechdruck liegenden Schließdruck auf das Verschlusselement 4 entsprechend gewählt werden, um das Verschlusselement mit einem definierten dritten Ansprechdruck auf die Fülllochöffnung 3 zu pressen. Der Fachmann erkennt, dass auch andere vordefinierte Drücke eingestellt werden können.
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Vorteilhafterweise können die Tellerfedern 8 und 9 kleiner dimensioniert werden, wenn zwischen dem Fülllochdeckel 5 und dem Zylinder 10 eine Druckausgleichsfläche 45 bereitgestellt wird. Die Druckausgleichsfläche 45 kompensiert einen Teil des Öffnungsdruckes. Durch diese Ausgestaltung, in der sich die Sicherheitsventilvorrichtung 40 in der Grundstellung befindet, wird der Fülllochdeckel 5 mit einer größeren Kraftkomponente an die Domplatte 1 gedrückt, wodurch der Tankbehälter 20 gas- und flüssigkeitsdicht verschlossen wird und im Falle eines Unfalls, insbesondere Umkippen des Tankbehälters 20 das Risiko des Austretens des zu befördernden Fluids verhindert bzw. minimiert wird.
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4 zeigt eine Seitenansicht des ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Sicherheitsventilvorrichtung 40 während eines Befüll- bzw. Betankungsvorgangs. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Ist der Fülllochdeckel 5 nicht geöffnet und soll die Betankung des Tankbehälters 20 von unten gestartet werden, wird ein Signal, beispielsweise Druckluft, am Druckanschluss P zum Betanken angelegt. Dadurch wird der Kolben 11 im Zylinder 10 nach oben gedrückt, d. h. in Richtung nach außen bzw. zum Verriegelungsbügel 31. Der Kolben 11 steht in diesem Fall beispielsweise mit der inneren Oberseite 56 des Zylinders 10 in Kontakt. Die Tellerfedern 8 sind auf Block gespannt. Gleichzeitig werden die Tellerfedern 9 bis zu einer definierten Vorspannung entlastet. Gleichzeitig wird das Signal am Druckanschluss P, zum Beispiel die Druckluft, bei Erreichen der oberen Endlage des Kolbens 11 im Zylinder 10 über die Bohrung 12, die zwischen den O-Ringen 13 ausgebildet ist, zu den Bohrungen 14 und damit zum Druckanschluss A geleitet. Dieses Signal ist die Rückmeldung, dass eine niedrigere Druckstufe erreicht worden ist. Dieses Signal kann beispielsweise zur Freigabe der Betankung verwendet werden. Der aufzubringende Druck zum Öffnen des Fülllochdeckels 5 beträgt dann beispielsweise etwa 0,3 bar.
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In 5 ist eine Seitenansicht des ersten Ausführungsbeispiels der Sicherheitsventilvorrichtung 40 bei Auftreten eines Überdruckes in dem Tankbehälter 20 dargestellt. Gleiche Bauteile wurden mit gleichen Bezugszeichen versehen. Tritt ein Überdruck im Tankbehälter 20 auf, beispielsweise durch ein defektes Belüftungsventil, hebt der Fülllochdeckel 5 von der Domplatte 1 ab. Dadurch spannt der Fülllochdeckel 5 die Tellerfedern 9 auf Block gegen den Kolben 11. Der Überdruck kann aus dem Tankbehälter 20 entweichen. Gleichzeitig wird durch das Öffnen des Fülllochdeckels 5 die Bohrung 14 über die O-Ringe 13 hinaus gegen die Bohrung 12 verschoben, so dass das Signal am Druckanschluss A unterbrochen wird. Dadurch wird gleichzeitig die Betankung unterbrochen.
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In 6 ist ein Pneumatikschema zum Steuern von mehreren Sicherheitsventilvorrichtungen 40 dargestellt.
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Von einer Druckquelle 61 wird Druckluft zum Steuerventil 60 geleitet. Nach Betätigen des Steuerventils 60 wird die Druckluft zunächst durch Belüftungsventile 65 geleitet. Nachdem die Belüftungsventile 65 geöffnet sind, wird die Druckluft weiter zu den Druckanschlüssen P der Sicherheitsventilvorrichtungen 40 geleitet. Nachdem die erste Sicherheitsventilvorrichtung 40 betätigt ist, wird die Druckluft über einen Folgesteuerungsanschluss A zu den nächsten Sicherheitsventilvorrichtungen 40 geleitet. Nachdem alle Sicherheitsventilvorrichtungen 40 erfolgreich geöffnet wurden, wird die Druckluft vom Folgesteuerungsanschluss A der letzten Sicherheitsventilvorrichtung 40 zum Steuerventil 60 für die Befüllfreigabe bzw. Bodenventilöffnung 70 geleitet. Wird nun das Steuerventil 60 betätigt, wird die Befüllung freigegeben bzw. das Bodenventil 70 geöffnet. Öffnet nun eine Sicherheitsventilvorrichtung 40 wird die Druckluft vom Steuerventil 60 zur Atmosphäre entlüftet und das Steuerventil 60 geht in Ausgangsstellung zurück, wodurch das Bodenventil geschlossen wird bzw. das Unterbrechen der Befüllung bewirkt wird. In 6 sind drei Belüftungsventile 65 und drei Sicherheitsventilvorrichtungen 40 dargestellt. Der Fachmann erkennt, dass die Anzahl der verwendeten Bauteile variabel ist und die Anordnung insbesondere mit zwei oder mehr Sicherheitsventilvorrichtungen 40 realisierbar ist. Im Allgemeinen ist jeder Tankkammer eines Tankbehälters eine Sicherheitsventilvorrichtung zugeordnet.
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Die 7 bis 10 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit elektrisch betätigbaren Steuerelementen zur Steuerung des Ansprechdruckes und der Befüll- bzw. Betankungseinrichtung.
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In den 7 bis 9 ist die Domplatte 1, die Fülllochöffnung 3, das Verschlusselement 4 und eine elektromechanische Steuerungskomponente 110 in der Seitenansicht dargestellt. Das in 7 dargestellte Steuerelement zur Steuerung des Ansprechdruckes umfasst einen ersten Kolben 101, der über eine Steuerstange 102 fest mit dem Verschlusselement 4 verbunden ist, einen zweiten Kolben 103, der über eine erste Feder 104 mit einer weichen Federkonstante c1 beweglich zum ersten Kolben 101 angeordnet ist und über eine zweite Steuerstange 105 mit dem beweglichen Kern (nicht dargestellt) eines Elektromagneten M1 verbunden ist. Alternativ kann M1 auch ein Servomotor sein, der bei Ansteuerung die zweite Steuerstange 105 bewegt. Die Position der Steuerelemente wird durch die Sensoren m11 und m12 erfasst. Vorteilhaft bestehen die Sensoren aus mechanisch betätigten Endschaltern. Der Fachmann erkennt, dass auch andere, z. B. optisch, kapazitiv, induktiv oder durch Druck gesteuerte Sensoren zur Erfassung der Position der Steuerungselemente einsetzbar sind.
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7 zeigt den Zustand der Steuerungskomponente 110 ohne Ansteuerung des Elektromagneten M1. Dieser Zustand liegt insbesondere vor, wenn der Tankbehälter 20 nicht beladen bzw. nicht befüllt wird. Ist der Tankbehälter 20 an einem Tankfahrzeug angebracht, so liegt dieser Zustand insbesondere während der Fahrt oder des Parkens des Tankfahrzeuges vor. Der zweite Kolben 103, der mit einem Distanzstück 107 ausgestattet ist, wird im nicht angesteuerten Zustand des Elektromagneten M1 über eine zweite Feder 106 mit einer harten Federkonstante c2 nach unten gedrückt. Hierdurch drückt der zweite Kolben 103 mittels des Distanzstückes 107, des ersten Kolbens 101 und der ersten Steuerstange 102 das Verschlusselement 4 mit einer ersten Kraftkomponente, die aus der Federkonstante c2 der zweiten Feder 106 resultiert, auf die Fülllochöffnung 3 und verschließt diese gas- und flüssigkeitsdicht. Die dabei erzeugte Kraft kann zum Beispiel einen zweiten Ansprechdruck von etwa 2 bar auf das Verschlusselement 4 erzeugen, oder falls ein getrenntes Sicherheitsventil (nicht dargestellt) mit dem geforderten zweiten Ansprechdruck bereits verwendet wird, kann die mit der Federkonstanten c2 erzeugten Kraftkomponente auch einem über dem zweiten Ansprechdruck liegenden Schließdruck auf das Verschlusselement 4 entsprechend gewählt werden, um das Verschlusselement mit einem definierten dritten Ansprechdruck auf die Fülllochöffnung zu pressen. In dieser Position ist beispielsweise der Sensor m11 geöffnet und der Sensor m12 geschlossen.
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8, in dem gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen worden sind, zeigt den Zustand der Steuerungskomponente 110 mit Ansteuerung des Elements M1. Dieser Zustand liegt während der Betankung bzw. Befüllung des Tankbehälters vor. Der zweite Kolben 103 wird im angesteuerten Zustand des Elements M1 über die zweite Steuerstange 105 gegen die zweite Feder 106 mit einer harten Federkonstante c2 nach oben gezogen, wodurch der zweite Kolben 103 die erste Feder 104 mit der weichen Federkonstante c1 freigibt, wodurch der erste Kolben 101 und die erste Steuerstange 102 das Verschlusselement 4 mit der ersten Kraftkomponente, die aus der Federkonstante c1 der ersten Feder 104 resultiert, auf die Fülllochöffnung 3 drückt. Die dabei erzeugte Kraft erzeugt den geforderten ersten Ansprechdruck von beispielsweise etwa 0,3 bar, der auf das Verschlusselement 4 wirkt. In dieser Position ist beispielsweise der Sensor m11 geschlossen und der Sensor m12 geschlossen.
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9 zeigt den Zustand der Steuerungskomponente 110 mit Ansteuerung des Elements M1. Gleiche Komponenten sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Dieser Zustand ist gegeben, wenn der Tankbehälter beladen bzw. befüllt wird und das Verschlusselement 4 aufgrund der Druckverhältnisse an der Fülllochöffnung 3 nach oben gedrückt wurde, wodurch die Fülllochöffnung 3 geöffnet wurde. Der zweite Kolben 103 wird im angesteuerten Zustand von M1 zunächst weiterhin über die zweite Steuerstange 105 gegen die zweite Feder 106 mit einer harten Federkonstante c2 nach oben gezogen, wodurch weiterhin der zweite Kolben 103 die erste Feder 104 mit der weichen Federkonstante c1 freigibt, wodurch der erste Kolben 101 und die erste Steuerstange 102 das Verschlusselement 4 mit der ersten Kraftkomponente, die aus der Federkonstante c1 der ersten Feder 104 resultiert, auf die Fülllochöffnung 3 drückt. Der erste Kolben 101 wurde vom geöffneten Verschlusselement 4 über die erste Steuerstange 102 nach oben gedrückt. In dieser Position ist zum Beispiel der Sensor m11 geschlossen und der Sensor m12 geöffnet.
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Beim Beladen des Tankbehälters kann zur Belüftung ein Entlüftungsventil (nicht dargestellt) am Tankbehälter angebracht sein. Dieses kann zum Beispiel elektrisch, mechanisch oder über Druck steuerbar sein und über Sensoren zur Erfassung des Ventilzustandes verfügen. Der Fachmann erkennt, dass an dem Tankbehälter mehrere Steuerungskomponenten 110 und mehrere Belüftungsventile angeordnet sein können.
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10 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer elektrischen Schaltungsanordnung zur Steuerung von elektrisch betätigbaren Steuerelementen zur Steuerung des Ansprechdruckes und der Befüll- bzw. Betankungseinrichtung.
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Die Schaltungsanordnung ist mit einem Haupt-Stromkreis 200, Steuermagneten M1 bis Mn, einer Belade- bzw. Befüllpumpe P und Belüftungsventilen Bv1 bis Bvn ausgebildet. Der Hauptstromkreis 200 hat ein Hauptrelais K1, einen Taster 201 „Betankung-Ein”, einen Taster 202 „Betankung-Aus”, Steuermagnet-Endschalter m 11 bis m n1 und Deckel-Endschalter m 12 bis m n2. Nach Betätigung des Tasters 201, der für „Betankung Ein” steht, schließt das Hauptrelais K1. Über einen Kontakt k12 werden die elektrisch betätigbaren Belüftungsventile Bv1 bis Bvn geöffnet. Wenn alle Belüftungsventile geöffnet sind, sind alle Endschalter der Belüftungsventile bv1 bis bvn geschlossen, wodurch die Steuermagnete bzw. Servomotoren M1 bis Mn der Steuerungskomponenten 110 angesteuert werden und die Steuerungskomponenten 110 aus dem deaktivierten Fahr- bzw. Parkzustand gemäß 7 in den aktivierten Betankungszustand gemäß 8 übergehen. Gleichzeitig wird die Belade- bzw. Befüllpumpe P gestartet. Inzwischen sind die Sensoren m 11 bis m n1 der Steuermagnete bzw. Servomotoren M1 bis Mn geschlossen, wodurch das Hauptrelais K1 gehalten bleibt, auch nachdem der „Betankung Ein”-Taster 201 freigegeben wurde.
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Der aktivierte Belade- bzw. Befüllzustand bleibt so lange aufrecht erhalten, bis entweder der Taster 202 „Betankung Aus” gedrückt wird oder einer der Sensoren m 12 bis m n2 aufgrund eines durch Überschreiten des ersten Ansprechdruckes von beispielsweise etwa 0,3 bar geöffneten Verschlusselements 4 gemäß dem Zustand nach 9 geöffnet hat.
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Dadurch fällt das Hauptrelais K1 ab, wodurch gleichzeitig die Belade- bzw. Betankungspumpe stoppt, die Steuermagnete bzw. Servomotoren M1 bis Mn aus dem aktivierten in den deaktivierten Zustand gemäß 7 zurückkehren und die Belüftungsventile Bv1 bis Bvn geschlossen werden.
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Der Fachmann erkennt, dass beispielsweise im Falle eines Tankbehälters, der nur für die Untenbefüllung vorgesehen ist und eine Fülllochöffnung nicht benötigt wird, die Verriegelung 33 durch ein weiteres Scharnier ersetzt werden kann. Dann wird der Fülllochdeckel 5 zum reinen Sicherheitsventil.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Norm EN 14596 [0005]
- EN 13314 [0006]
- EN 13317 [0006]
