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Die Erfindung betrifft ein Be-/Entlüftungsventil für einen Flüssigkeitstank eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Ein AdBlue®-Tank eines Kraftfahrzeugs wird üblicherweise mit Zapfventilen (Zapfpistolen) befüllt, die über eine Zapfventilautomatik (ZVA) verfügen, wodurch der Tankvorgang bei vollem Flüssigkeitstank automatisch beendet wird. Hierbei wird durch die über eine Befüllleitung eingefüllte Flüssigkeit in einem engen Spalt an einem Ventilsitz ein Unterdruck (Venturi-Effekt) erzeugt, welcher eine Membran in einer Füllstellung hält, in welcher der Flüssigkeitsstrom aufrechterhalten wird, sofern nicht auf andere Weise der Füllvorgang beendet wird. Eine Fühlerleitung, die über die Membran bis zu einer Fühleröffnung im Bereich der Ausströmöffnung der Befüllleitung führt, saugt zum Ausgleichen des durch den Venturi-Effekt erzeugten Unterdrucks Luft aus dem Flüssigkeitstank. Solange keine Flüssigkeit in den Bereich der Fühleröffnung gelangt, wird Flüssigkeit dem Flüssigkeitstank zugeführt. Steigt aber der Flüssigkeitsstand des Flüssigkeitstanks bis zur Fühleröffnung an, wird die Luftzufuhr unterbrochen und es bildet sich in der Fühlerleitung ein Unterdruck, wodurch die Membran in ihre andere Stellung bewegt und ein Abschaltmechanismus ausgelöst wird, so dass keine weitere Flüssigkeit mehr dem Flüssigkeitstank zugeführt wird. Die Entlüftung des Flüssigkeitstanks kann zumindest teilweise während des Befüllens über das Zapfventil erfolgen.
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Ein derartiges Zapfventil ist beispielsweise in der
WO 2011/073690 A1 beschrieben.
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Zum Ausgleich der auf dem Flüssigkeitstank entnommenen Flüssigkeit ist ferner eine Belüftung des Flüssigkeitstanks erforderlich. Hierbei sind u.a. in Verschlussdeckel integrierte Belüftungsventile bekannt.
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Ferner sind verschiedene in den Flüssigkeitstank integrierte Entlüftungsventile bekannt. Beispielsweise beschreibt die
US 5,044,389 A ein zweistufiges Entlüftungsventil für einen Treibstofftank, über welches Dämpfe aus dem Tank abgegeben werden können, wobei ein Ventilkörper als Schwimmerelement ausgebildet ist, welches zusätzlich durch eine Feder in Schließrichtung vorgespannt ist.
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Derartige Be-/Entlüftungsventile für Flüssigkeitstanks lassen noch Wünsche offen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Be-/Entlüftungsventil für einen Flüssigkeitstank eines Kraftfahrzeugs zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Be-/Entlüftungsventil für einen Flüssigkeitstank eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Dadurch, dass das Be-/Entlüftungsventil in den Gehäusekörper integriert ein zweites Ventil aufweist, das zweite Ventil einen luft-/dampfdurchlässigen Bereich aufweist, der einen Luft-/Dampfaustausch mit der Umgebung im geschlossenen Zustand des zweiten Ventils ermöglicht, und das zweite Ventil bei Vorliegen eines vorgegebenen Überdrucks ein Austreten von Luft aus dem Flüssigkeitstank in die Umgebung ermöglicht, kann auf einfache Weise eine Tankent-/-belüftung sichergestellt werden, auch im Falle einer relativ geringen Volumenänderung des Tankinhalts infolge von Temperaturschwankungen, wodurch eine Druckbelastung des Flüssigkeitstanks sicher verhindert werden kann. Insbesondere lässt das Be-/Entlüftungsventil auch eine schnelle Entlüftung im Falle eines Befüllens zu, d.h. es muss nicht notwendigerweise über das Zapfventil oder die Befüllöffung während des Betankens entlüftet werden, sondern es kann vielmehr die gesamte Be-/Entlüftung über das eine Be-/Entlüftungsventil erfolgen.
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Bevorzugt sind in Hinblick auf ein Ausströmen von Luft aus dem Flüssigkeitstank das erste Ventil und das zweite Ventil in Reihe geschaltet, wobei ein Ausströmen von Luft aus dem Inneren des Flüssigkeitstanks über das zweite Ventil nur bei geöffnetem ersten Ventil möglich ist.
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Insbesondere bevorzugt ist der luft-/dampfdurchlässigen Bereich des zweiten Ventils durch eine Membran gebildet, welche einen beschränkten Austausch von Luft und Dampf in beide Richtungen ermöglicht, ohne dass das zweite Ventil hierfür öffnet. Insbesondere bei einer Verwendung des Be-/Entlüftungsventils bei einem Dieseltank kann diese Membran die sogenannte Roll-over Funktion gemäß ECE-R34 erfüllen, da diese Membran nur einen Luftaustausch zulässt, jedoch einen Austritt von Flüssigkeit verhindert.
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Das zweite Ventil ist vorzugsweise federbelastet, insbesondere durch eine auf Druck belastete Schraubenfeder.
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Bevorzugt weist der Gehäusekörper einen oberen Bereich und einen unteren Bereich auf, bezogen auf die normale Ausrichtung des Flüssigkeitstanks, wobei die beiden Bereiche über eine Öffnung miteinander verbunden sind, und ein die Öffnung umgebender nach innen vorspringender Flansch einen Ventilsitz für das erste Ventil bildet. Der Flansch bildet besonders bevorzugt in seinem oberen Bereich ferner einen Ventilsitz für einen Ventilkörper des zweiten Ventils. Eine derartige Ausgestaltung ermöglicht eine einfache Geometrie in Verbindung mit einem kompakten Aufbau.
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Der Gehäusekörper ist vorzugsweise zumindest in seinem unteren Bereich hohlzylinderförmig ausgebildet und nimmt den Ventilkörper des ersten Ventils in Längsrichtung verschiebbar auf. Bevorzugt weist der Ventilkörper auf seiner Außenmantelfläche eine Mehrzahl von Führungsrippen auf, insbesondere in Längsrichtung verlaufend, mittels welcher er im Ventilkörper geführt ist, aber gleichzeitig Luft und Flüssigkeit vorbeiströmen kann, welche gegebenenfalls durch mindestens eine im unteren Bereich benachbart zum Flansch vorgesehene Öffnung ausströmen kann. Somit steht der untere Bereich in direkter Verbindung mit dem restlichen Bereich des Tankinnenraums und der Flüssigkeitsspiegel im unteren Bereich entspricht im Wesentlichen dem Flüssigkeitsspiegel außerhalb des Ventils.
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Besonders bevorzugt ist im ersten Ventil ein Durchlass vorgesehen, welche im geschlossenen Zustand des Ventils einen kleinen (Zwangs-)Durchlass in Gestalt einer stets offenen Verbindung zwischen einem Zwischenbereich zwischen dem ersten Ventil und dem zweiten Ventil und einem flüssigkeitstankseitigen Bereich des ersten Ventils vorsieht. Dieser Durchlass kann durch eine oder mehrere Öffnungen im Ventilkörper des ersten Ventils vorgesehen sein, beispielsweise in Gestalt einer kleinen, zentralen Bohrung am oberen Ende des Ventilkörpers, d.h. nicht im Bereich der Anlagefläche des Ventils an den Ventilsitz. Diese Öffnung sieht welche eine direkte Verbindung zwischen dem Zwischenraum und dem flüssigkeitstankseitigen Bereich des Ventils vor. Alternativ kann auch eine Strukturierung des Kontaktbereichs Ventilkörper-Ventilsitz vorgesehen sein, d.h. dass in diesem Bereich keine flächige, dichte Anlage des Ventilkörpers an den Ventilsitz möglich ist. Dies kann beispielsweise durch einen oder bevorzugt mehrere, insbesondere äquidistant verteilte Vorsprünge oder Rippen erfolgen.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
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1a eine schematische Darstellung eines Flüssigkeitstanks mit einem erfindungsgemäßen Be-/Entlüftungsventil, welches direkt mit der Umgebung in Verbindung steht,
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1b eine schematische Darstellung eines Flüssigkeitstanks mit einem erfindungsgemäßen Be-/Entlüftungsventil, welches über einen Filter oder ein Filtersystem mit der Umgebung in Verbindung steht,
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2 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Be-/Entlüftungsventils von 1 im Längsschnitt, und
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3 eine schematische Darstellung des Be-/Entlüftungsventils von 2 im Querschnitt.
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Ein Flüssigkeitstank 1, vorliegend ein Lkw-AdBlue®-Tank, weist ein Füllrohr 2 auf, über eine Harnstoff-Wasser-Lösung (AdBlue®), im Folgenden als Flüssigkeit bezeichnet, in den Flüssigkeitstank 1 mittels eines nicht näher dargestellten Zapfventils mit Fühlerleitung eingefüllt werden kann. Das Füllrohr 2 ragt in den Flüssigkeitstank 1.
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Zum Ent- und Belüften des Flüssigkeitstanks 1 ist ein Be-/Entlüftungsventil 3 zentral im oberen Bereich des Flüssigkeitstanks 1 angeordnet. In der Zeichnung ist oben mit o, unten mit u bezeichnet. Das Be-/Entlüftungsventil 3, im Folgenden auch kurz als Ventil 3 bezeichnet, weist einen annähernd zylinderförmigen Gehäusekörper 4 mit einem das Ventil 3 in einen oberen Bereich 4a und einen unteren Bereich 4b unterteilenden nach innen vorspringenden Flanschbereich 4c auf, welcher zentral eine erste Öffnung 4d und einen nach oben weisenden, ringförmig umlaufenden Rand 4e aufweist. Am oberen Ende des oberen Bereichs ist eine zweite Öffnung 4f vorgesehen, welche mit einem Anschlussstück für eine nicht näher dargestellte Leitung verbunden ist (vgl. 1a). Die Leitung kann an eine entfernte Stelle des Fahrzeugs, beispielsweise unter das Fahrzeug, geführt sein, so dass eine Geruchsbelästigung beim Entlüften verringert oder ganz vermieden werden kann. Ferner kann, wie in 1b angedeutet, am Ende der Leitung auch ein Filter oder Filtersystem, insbesondere zur Vermeidung von Schmutz-, Staub-, Wassereinträgen und/oder von Feuchtigkeit, beim Belüften und/oder zur Vermeidung einer Geruchsbelästigung beim Entlüften, vorgesehen sein. Die Leitung kann im Prinzip jedoch auch entfallen, d.h. das Ventil 3 kann gegebenenfalls auch direkt den Übergang zur Umgebung bilden. Am oberen Endbereich des unteren Bereichs 4b ist mindestens eine weitere Öffnung 4g vorgesehen, vorliegend sind zwei radiale Bohrungen vorgesehen, um eine Verbindung zwischen unterem Bereich 4b und dem äußeren Bereich zur Verfügung zu stellen.
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Innerhalb des unteren Bereichs 4b ist ein Ventilkörper 5a, welcher Teil eines ersten Ventils ist, im Folgenden aufgrund seiner Funktion als Schwimmerventil 5 bezeichnet, verschiebbar angeordnet, welcher als Schwimmer ausgebildet ist, d.h. dessen Position innerhalb des Gehäusekörpers 4 vom Flüssigkeitsspiegel innerhalb des Flüssigkeitstanks 1 abhängt. Die Position, insbesondere die Höhe, des Schwimmerventils 5 ist entsprechend der Geometrie des Flüssigkeitstanks 1 anpassbar. Hierbei kann insbesondere sichergestellt werden, dass bei AdBlue-Flüssigkeitstanks, stets ein Expansionsvolumen von 10–12% bei der Abschaltung des Füllvorgangs sichergestellt ist. Der Ventilkörper 5a weist einen Hohlzylinderbereich 5b, der außenseitig in Längsrichtung erstreckende Führungsrippen 5c aufweist, mittels derer er im Gehäusekörper 4 geführt ist, einen in radialer Richtung verlaufenden oberen Bereich 5d und einen zentral im oberen Bereich 5d angeordneten, konischen Bereich 5e auf, dessen Außenfläche in Kontakt mit dem entsprechend als Ventilsitz ausgebildeten Randbereich der ersten Öffnung 4d zum Schließen des Schwimmerventils gelangen kann.
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Damit das Schwimmerventil 5 nach erfolgtem Verschließen der ersten Öffnung 4d wieder verlässlich öffnet, ist vorliegend eine kleine Bypass-Öffnung 5f ganz oben angeordnet, durch welche ein geringer Volumenstrom an Flüssigkeit oder Luft strömen kann. Diese kleine Bypass-Öffnung 5f stellt im geschlossenen Zustand des Ventils 3 einen Durchlass zwischen einem Zwischenbereich zwischen dem ersten Ventil 5 und dem zweiten Ventil 6 und einem inneren Bereich des Ventilkörpers 5a des ersten Ventils 5 zur Verfügung, welcher ein Öffnen des ersten Ventils 5, wenn der Flüssigkeitsspiegel absinkt, sicherstellt, so dass Luft in den Flüssigkeitstank 1 gelangen kann, wenn der Flüssigkeitsspiegel aufgrund von Entnahme absinkt. Dadurch wird ein zu großer Unterdruck im Flüssigkeitstank 1 vermieden, welcher zu einem Kollabieren von Schläuchen oder gar dem Flüssigkeitstank 1 führen könnte.
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Hierbei ist die Öffnungsgröße der kleinen Bypass-Öffnung 5f im Schwimmerventil 5 derart bemessen, dass sie ein vollständiges Schließen des Ventils 3 nicht verhindert, d.h. dass das nachgeordnete Federventil 6 für eine vollständige Dichtheit des Ventils 3 sorgt.
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Alternativ zur vorstehend beschriebenen Bypass-Öffnung 5f kann die Anlagefläche des Ventilsitzes oder der konische Bereich 5e des Ventilkörpers 5a, welcher in Anlage an den Ventilsitz gelangt, mit einem oder bevorzugt mehreren kleinen Abstandshaltern, insbesondere in Gestalt kleiner Vorsprünge oder Rippen, ausgebildet sein, so dass auch im geschlossenen Zustand des Ventils ein geringer Volumenstrom an Flüssigkeit oder Luft durch den Spalt strömen kann. Das Vermeiden einer großflächigen dichten Anlage im Bereich des Ventilsitzes verhindert eine Fehlfunktion des Ventils 3 aufgrund von Adhäsion, d.h. ein "Anhaften" des Ventilkörpers 5a am Ventilsitz wird durch eine Struktur mindestens einer der miteinander in Anlage gelangenden Oberflächen verhindert. Entsprechend kann auch ein Festsitzen aufgrund von Auskristallation der Flüssigkeit vermieden werden.
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Das Schwimmerventil 5 sperrt in seiner höchsten Position die Öffnung 4d im Gehäusekörper 4 ab, so dass keine Luft oder Flüssigkeit von innerhalb des Flüssigkeitstanks nach außen gelangen kann. Diese Position wird eingenommen, wenn der Flüssigkeitsspiegel im Flüssigkeitstank entsprechend hoch ist. Sinkt der Flüssigkeitsspiegel aufgrund von Entnahme der Harnstoff-Wasser-Lösung ab, so senkt sich auch der Ventilkörper 5a und gibt den Ventilsitz und damit die Öffnung 4d frei.
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Im oberen Bereich 4a des Gehäusekörpers 4 ist ein zweites Ventil angeordnet, auf welches im Folgenden aufgrund seiner Vorspannung durch eine Feder 6a als Federventil 6 Bezug genommen wird. Das Federventil 6 weist als Ventilkörper 6b eine wasserundurchlässige, aber dampfdiffusionsoffene Membran 6c (vorliegend Gore-Tex®), die in einem Haltering 6d gespannt ist, auf. Als Ventilsitz dient der nach oben weisende, ringförmig umlaufende Rand 4e des Gehäusekörpers 4, an welchen der Haltering von oben in der geschlossenen Stellung anliegt.
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Die Feder 6a spannt den Haltering 6d nach unten gegen den Rand 4e vor, so dass das Federventil 6 im Normalzustand des Flüssigkeitstanks geschlossen ist, jedoch durch die relativ großflächige Membran 6c ein gewisser Luft-/Dampfaustausch möglich ist, jedoch ein Ausströmen von Flüssigkeit verhindert wird.
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Die Funktion des Be-/Entlüftungsventil 3 ist Folgende:
Steigt der Druck im Inneren des Flüssigkeitstanks 1 durch Befüllen mit Flüssigkeit an, wird die von der Flüssigkeit nach oben gedrängte Luft über die Öffnungen 4g und das offene Schwimmerventil 5 in Richtung der Membran 6c geführt, wodurch der Druck unterhalb der Membran 6c ansteigt, da die Durchlässigkeit der Membran 6c geringer als der ankommende Volumenstrom an Luft ist und sich die Luft somit dort anstaut. Aufgrund des steigenden Drucks wird das Federventil 6 bei Erreichen eines vorbestimmten Öffnungsdrucks entgegen der Federkraft der Feder 6a angehoben, so dass Luft vorbei am Ventilsitz des Federventils 6 ausströmen kann. Da Flüssigkeit in den Flüssigkeitstank 1 eingefüllt wird, steigt auch der Flüssigkeitsspiegel an, d.h. irgendwann erreicht der Flüssigkeitsspiegel den Ventilkörper 5a des Schwimmerventils 5, welcher durch die Flüssigkeit allmählich angehoben und in seine Schließstellung bewegt wird. Durch die Öffnungen 4g ist ein Luft-/Flüssigkeitsaustausch zwischen innerhalb und außerhalb des unteren Bereichs 4b vorgesehen, unterstützt durch die Führungsrippen 5c, so dass der Flüssigkeitsspiegel innerhalb und außerhalb im Wesentlichen gleich hoch ist.
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Steigt der Druck im Inneren des Flüssigkeitstanks 1 durch Ausdehnung aufgrund von Temperaturschwankungen an, steigt – bei geöffnetem Schwimmerventil 5 – der Druck unterhalb der Membran 6c an, jedoch reicht die Durchlässigkeit der Membran 6c aus, um für einen ausreichenden Druckausgleich zu sorgen.
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Entsprechend kann durch die Membran 6c auch Luft von außen in den Flüssigkeitstank 1 gelangen, wenn der Druck im Innenraum absinkt. Dies kann aufgrund von Temperaturschwankungen erfolgen, insbesondere erfolgt ein Druckabfall aber durch die Entnahme von Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitstank 1, wobei die Entnahme – je nach Fahrzeugtyp – im Bereich eines Volumenstroms von üblicherweise 3 bis 20l/h liegt, und damit viel kleiner als der Volumenstrom beim Befüllen von 40 bis 80 l/min ist. Auch bei diesen Volumenströmen reicht die Durchlässigkeit der Membran 6c für einen ausreichenden Druckausgleich.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Flüssigkeitstank
- 2
- Füllrohr
- 3
- Be-/Entlüftungsventil, Ventil
- 4
- Gehäusekörper
- 4a
- oberer Bereich
- 4b
- unterer Bereich
- 4c
- Flansch
- 4d
- erste Öffnung
- 4e
- Rand
- 4f
- zweite Öffnung
- 4g
- weitere Öffnung
- 5
- Schwimmerventil
- 5a
- Ventilkörper
- 5b
- Hohlzylinderbereich
- 5c
- Führungsrippe
- 5d
- oberer Bereich
- 5e
- konischer Bereich
- 5f
- Bypass-Öffnung
- 6
- Federventil
- 6a
- Feder
- 6b
- Ventilkörper
- 6c
- Membran
- 6d
- Haltering
- o
- oben
- u
- unten
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2011/073690 A1 [0003]
- US 5044389 A [0005]
