DE19705440A1

DE19705440A1 - Roll-over-Ventil

Info

Publication number: DE19705440A1
Application number: DE19705440A
Authority: DE
Inventors: Ulf Dr Emmerich; Dieter Simon; Holger Baeumann; Mathias Kortenbruck
Original assignee: Walter Alfmeier GmbH and Co
Current assignee: Alfmeier Praezision SE
Priority date: 1996-03-19
Filing date: 1997-02-13
Publication date: 1997-09-25
Anticipated expiration: 2017-02-14
Also published as: DE19705440C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Roll-over-Ventil, im folgenden kurz mit Entlüftungsventil bezeichnet. Solche Entlüftungsventile sind an Kraftstofftanks von Kraftfahrzeugen angeordnet und dienen zur Ent- und Belüftung des Kraftstoffbehälters. So muß beispielsweise beim Betanken eines Fahrzeugs das im Kraftstoffbehälter vorhan dene Kraftstoffdampf-Luftgemisch nach außen gelangen können. Ebenso muß während der Kraftstoffentnahme Luft in den Tank nachgesaugt werden können. Solche Ventile stellen im Falle von Unfällen, bei denen das Fahrzeug in eine extreme Schräglage oder gar auf den Kopf zu liegen kommt und im Falle von Kur venfahrten eine Gefahrenquelle dar. Durch das Ventil kann nämlich Kraftstoff nach außen gelangen, was insbesondere im Falle eines Unfalls aus verständ lichen Gründen unerwünscht ist. Die in Rede stehenden Sicherheitsventile weisen deshalb Ventileinbauten auf, die in den genannten Fällen den Kraftstoffbehälter abdichten. Kraftstoffbehälter sind bei modernen Fahrzeugen aus Polyethylen gefertigt.

Dieser Kunststoff weist jedoch den Nachteil auf, daß er in gewissem Ausmaß durchlässig für Kraftstoffdämpfe ist. Kraftstoffbehälter werden deshalb mit Fluor gas behandelt, um die Permeation von Kraftstoffdämpfen in die Umwelt zu ver hindern. Zumindest die oberflächennahen Schichten des Kraftstoffbehälters wer den dabei fluoriert, d. h. es werden Wasserstoffatome durch Fluoratome substi tuiert. Nach der Fluorierung ist der Kunststoff des Kraftstoffbehälters chemisch so verändert, daß er nicht mehr verschweißbar ist. Diejenigen Bereiche der Behäl teroberfläche, die mit dem Verschweißungsbereich des Entlüftungsventils zusam menwirken, müssen deshalb in einem zusätzlichen Fertigungsschritt so behandelt werden, daß sie mit dem PE des genannten Verschweißungsbereiches ver schweißbar sind. Dazu wird das Kunststoffmaterial im Verschweißungsbereich so weit abgetragen, bis das fluorierte PE-Material im wesentlichen vollständig ent fernt ist. Erst danach kann ein Entlüftungsventil mit dem Kraftstoffbehälter ver schweißt werden.

Davon ausgehend besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein Entlüftungsventil bzw. ein Roll-over-Ventil vorzuschlagen, daß die Herstellung der besagten Kraft stoffbehälter erleichtert.

Diese Aufgabe wird durch ein Ventil mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Bei einem erfindungsgemäßen Entlüftungsventil bestehen das Gehäuse und die Ventileinbauten wenigstens aus einem fluorbeständigen oder fluorbeständig beschichteten Material. Ein solches Entlüftungsventil kann bereits vor der Fluorie rung mit dem Tank verschweißt werden. Dadurch entfällt der zusätzliche Ferti gungsschritt, bei dem der mit dem Entlüftungsventil zu verschweißende Bereich der Behälteroberfläche abgetragen werden muß. Zur Befestigung des Entlüftungs ventils am Kraftstoffbehälter reicht es prinzipiell aus, wenn der mit der Behälter oberfläche zusammenwirkende Verschweißungsbereich des Ventilgehäuses aus PE besteht. Vorzugsweise werden aber Ventile mit PE-Gehäusen verwendet. Dies hat den Vorteil, daß auch die Gehäuseinnen- und -außenwandungen des Ent lüftungsventils fluoriert und damit impermeabel für Kraftstoffdämpfe werden. Um diese Impermeabilität zu erreichen, ist es bei Ventilen nach dem Stand der Tech nik üblich, die mit der Umwelt einerseits und mit dem Behälterinnenraum anderer seits in Verbindung stehenden Gehäusewände auf ihrer Innenseite mit einer für kraftstoffdampfundurchlässigen Beschichtung auf fertigungstechnische aufwen dige und daher kostenintensive Art und Weise zu versehen. Bei einem erfindungs gemäßen Entlüftungsventil dagegen sind solche Innenauskleidungen nicht notwendig. Die Impermeabilität wird ohne einen zusätzlichen Fertigungsschritt bei der Fluorierung des Kraftstoffbehälters erzielt.

Vielfach ist in Entlüftungsventilen ein die Entlüftungsöffnung des Ventils ver schließendes bzw. freigebendes Schließelement vorhanden, das von einer Me tallkugel, insbesondere einer solchen aus Stahl betätigt wird. Die Metallkugel liegt in einem Trichter am Boden des Entlüftungsventiles ein und bewegt sich bei einer Schräglage des Fahrzeuges schwerkraftbedingt und bei einer Kurvenfahrt zentri fugalkraftbedingt auf den Trichterrand zu und bewegt dabei das Schließelement gegen einen die Entlüftungsöffnung umgebenden Ventilsitz. Bei einer Kopflage des Fahrzeugs fällt die Betätigungskugel aus dem Trichter heraus und drückt das Schließelement gegen den Ventilsitz. Bei solchen Entlüftungsventilen würde die Fluorierung die Oberfläche der Stahlkugel angreifen. Eine solcherart beeinträch tigte Oberfläche würde beim späteren Einsatz unter den im Kraftstoffbehälter herr schenden Bedingungen weiter korrodieren, was zu Funktionsstörungen oder gar zum Ausfall des Ventils führen kann. Erfindungsgemäß wird nun vorgeschlagen, die Betätigungskugel mit einer fluorbeständigen Schutzschicht zu versehen. Die Schutzschicht ist vorzugsweise aus drei Teilschichten aufgebaut, wobei die innerste Schutzschicht ein Zink-Nickelüberzug, die mittlere Schutzschicht ein Chromüberzug und die äußerste Schutzschicht ein fluorbeständiger Lacküberzug ist. Diese Beschichtung stellt nicht nur einen wirksamen Schutz gegen die Einwir kung des Fluorgases dar, sondern schützt die Betätigungskugel auch gegen Korrosion. Der Lacküberzug muß dabei lediglich so beschaffen sein, daß er die Dauer der Fluorbehandlung übersteht. Üblicherweise ist die Fluorierung nach etwa einer halben Stunde abgeschlossen. Wenn sich im späteren Betrieb des Entlüftungsventiles der Lacküberzug schadhaft wird, bleibt dies ohne Folgen auf die Korrosionsbeständigkeit der Betätigungskugel. Die dafür gewählte zwei schichtige Schutzschicht gewährt während der gesamten Lebensdauer einen ausreichenden Korrosionsschutz.

Als vorteilhaft hat sich ein Lacküberzug auf Epoxidbasis erwiesen, der vorzugs weise ein Kataphorese-Tauchlacküberzug ist.

Die Beaufschlagung von Kunststoff-Kraftstoffbehältern und Ventilen mit Kraftstoff führt zu einer Quellung.

Durch diese Quellung kann die Geometrie sowohl des Ventilelements als auch des Ventilsitzes so verändert werden, daß ein zuverlässiger Verschluß des Ventils in den oben beschriebenen Fällen nicht mehr gewährleistet ist. Das Schließele ment und der mit ihm zusammenwirkende Ventilsitz sind daher bei herkömmlichen Entlüftungsventilen aus wenig quellenden Materialien, etwa POM (Polyoxi methylen) gefertigt. Dieser Kunststoff, wie auch andere sauerstoffhaltige Kunst stoffe sind jedoch nicht fluorbeständig und würden die o.g. Fluorierung nicht unbeschädigt überstehen. Wenn jedoch für die genannten Teile sowohl fluor- als auch kraftstoffbeständige Kunststoffe verwendet werden, können die Sicher heitsventile bereits vor der Fluorierung an den Kraftstoffbehälter montiert werden. Als Material für den Ventilsitz und das Ventilelement wird vorzugsweise ein Polyketon (PK) verwendet. Vielfach ist das Ventilelement aus zwei Teilen, nämlich einem Grundkörper und einem mit dem Ventilsitz zusammenwirkenden Dicht element mit Elastomercharakter zusammengesetzt. In diesem Falle besteht erfindungsgemäß der Grundkörper des Ventilelements ebenfalls aus PK und das Dichtelement aus einem Fluorsilikonkautschuk mit einer eine Vinylgruppe ent haltenden Terkomponente (FVMQ). Auch der zuletzt genannte Kunststoff ist sowohl kraftstoff- als auch fluorbeständig.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Ventilsitz von dem die Entlüftungsöffnung umgebenden Rohrende eines Versteifungsrohres gebildet, das einen am Roll-over-Ventil angeformten Entlüftungsstutzen auskleidet. Durch diese Maßnahme ist sowohl eine Dichtfunktion des Ventils auf lange Sicht und zum anderen die Maßhaltigkeit des Entlüftungsstutzens gewährleistet.

Die Erfindung wird nun anhand eines in der beigefügten Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Das in der Zeichnung dargestellte Roll-over-Ventil umfaßt ein im wesentlichen aus Polyethylen bestehendes Gehäuse 1 mit einem durchbrochenen Boden 2. Das Gehäuse ist im wesentlichen zylinderförmig und ist oberseits durch einen Deckel 3 verschlossen. Der Deckel 3 steht seitlich über die Seitenwand 4 des Gehäuses 1 unter Bildung eines Befestigungsflansches 5 hinaus. Mit diesem Befestigungs flansch bzw. Verschweißungsbereich ist das Ventil an einem Kraftstoffbehälter anschweißbar. Zentral im Deckel ist eine Entlüftungsöffnung 6 angeordnet. Die Entlüftungsöffnung 6 ist das ventilseitige Ende eines Be- und Entlüftungskanals 7. Dieser Kanal wird von einem Anschlußstutzen 8 gebildet. Wenn hier von Ent lüftung gesprochen wird, so geschieht dies aus Vereinfachungsgründen. Der ge nannte Kanal dient ebenso wie die Entlüftungsöffnung auch zur Belüftung eines Kraftstoffbehälters. Der sich an die Entlüftungsöffnung 6 anschließende Abschnitt des Entlüftungsstutzens 8 ist innen mit einem Versteifungsrohr 9 ausgekleidet. Das ventilseitige Rohrende 11 des Versteifungsrohres 9 bildet einen Ventilsitz 10. Dieser umgibt die Entlüftungsöffnung 6 koaxial und wirkt mit einem Schließele ment 12 zusammen. Das Schließelement 12 umfaßt einen im wesentlichen kreisscheibenförmigen Grundkörper 13 mit sich radial nach außen erstreckenden Armen 14. Der Grundkörper 13 weist eine zentrale Durchgangsöffnung 15 auf. An der der Entlüftungsöffnung 6 zugewandten Oberseite des Grundkörpers ist ein kreisringförmiges Dichtelement 16 angeordnet, das mit dem Ventilsitz 10 zusam menwirkt. Der der Entlüftungsöffnung 6 abgewandte Abschnitt der Durchgangs öffnung 15 ist kegelförmig erweitert. In dieser kegelförmigen Erweiterung liegt ein Schließkegel 17 eines zweiten Schließelements 18 ein. Das Schließelement 18 ist käfigartig ausgebildet und umfaßt mit mehreren armartigen Bügeln 21 eine Betäti gungskugel 19 aus Stahl. Die Betätigungskugel 19 liegt in einem trichterförmigen Lager 20 ein, das sich vom Boden 2 in Richtung zur Entlüftungsöffnung 6 weg erstreckt.

Derartige Ventile sind ihrem Grundaufbau nach bekannt. Bei dem vorliegenden Ventil ist jedoch das Versteifungsrohr 9, das den Ventilsitz 10 bildet, aus einem sowohl fluor- als auch kraftstoffbeständigem Material, nämlich einem Polyketon (PK) gefertigt. Ebenfalls aus PK besteht der Grundkörper 13. Das Dichtelement 8 besteht ebenfalls aus einem fluor- und kraftstoffbeständigem Material, das jedoch aus Gründen einer besseren Dichtwirkung ein weicheres Material, nämlich ein Fluorsilikonkautschuk ist, der eine vinylgruppenhaltige Terkomponente enthält.

Die Betätigungskugel 19 ist, wie oben erwähnt, eine Stahlkugel und ist mit ins gesamt drei verschiedenen Teil-Schutzschichten versehen. Die unterschiedlichen Schutzschichten, auf deren zeichnerischen Darstellung aus Vereinfachungsgrün den verzichtet wird, sind folgende: Die innerste Teilschicht ist ein Zink- Nickelüberzug, der auf übliche Weise, nämlich auf galvanischem Wege hergestellt ist. Die sich daran anschließende Schutzschicht ist ein durch eine Chromatierung, also auf ebenfalls galvanischem Wege hergestellter Chromüberzug. Die dritte Schutzschicht ist schließlich ein Lack auf Epoxidbasis, der vorzugsweise durch eine Kataphorese-Tauchlackierung aufgebracht ist. Durch eine solche Katapho rese-Lackierung lassen sich sehr dünne Lackschichten erzeugen, die aber den noch einen vollständig geschlossenen und für Fluorgase zumindest während der Dauer der Fluorierung undurchlässigen Überzug bilden. Dieser Überzug muß nicht unbedingt kraftstoffbeständig sein, da seine Wirkung nur während der Fluo rierung gebraucht wird. Später kann sich diese Schicht durch Reibung mit dem trichterförmigen Lager 20 oder auch durch die Einwirkung von Kraftstoffen abnutzen. Nach der Fluorierung, also im Einsatz, soll die Betätigungskugel korrosionsbeständig sein. Diese Korrosionsbeständigkeit wird durch die innere und die mittlere Teil-Schutzschicht gewährleistet. Eine Betätigungskugel mit nur diesen beiden Schichten wäre zwar korrosionsbeständig. Während der Fluo rierung würde aber der Chromüberzug durch das Fluorgas stark angegriffen, was einer späteren Korrosion zumindest Vorschub leisten würde.

Bezugszeichenliste

1 Gehäuse
2 Boden
3 Deckel
4 Seitenwand
5 Befestigungsflansch
6 Entlüftungsöffnung
7 Entlüftungskanal
8 Anschlußstutzen
9 Versteifungsrohr
10 Ventilsitz
11 Rohrende
12 Schließelement
13 Grundkörper
14 Arm
15 Durchgangsöffnung
16 Dichtelement
17 Schließkegel
18 Zweites Schließelement
19 Betätigungskugel
20 Lager
21 Bügel

Claims

1. Roll-over-Ventil zur Belüftung von Kraftfahrzeug-Kraftstoffbehältern, die vollständig aus Polyethylen bestehen oder zumindest eine äußere Polyethy len-Schicht aufweisen, mit einem Gehäuse (1) und daran angeformt einen mit einem Kraftstoffbehälter verschweißbaren Verschweißungsbereich aus Poly ethylen und Ventileinbauten, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) und die Ventileinbauten aus wenigstens einem fluorbe ständigen oder fluorbeschichteten Material bestehen.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) im wesentlichen aus Polyethylen besteht.

3. Roll-over-Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinbauten ein eine Entlüftungsöffnung (6) verschließendes bzw. freigebendes Schließelement (12) und eine das Schließelement betätigende Betätigungskugel (19) aus Metall, insbesondere aus Stahl umfassen, deren Kugeloberfläche mit einer aus drei Teilschichten bestehenden Schutzschicht versehen ist, wobei die innerste Schutzschicht ein Zink-Nickel-Überzug, die mittlere Schutzschicht ein Chromüberzug und die äußerste Schutzschicht ein fluorbeständiger Lacküberzug ist.

4. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Lacküberzug aus einem Lack auf Epoxidbasis besteht.

5. Ventil nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Lacküberzug ein Kataphorese-Tauchlacküberzug ist.

6. Ventil nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Schließelement (12) und ein mit ihm zusammenwirkender Ventilsitz (10) aus wenigstens einem fluorbeständigen Kunststoff bestehen.

7. Ventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (10) und das Ventilelement (12) im wesentlichen aus einem Polyketon bestehen.

8. Ventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilelement (12) einen Grundkörper (13) und ein mit dem Ventilsitz (10) zusammenwirkendes Dichtelement (16) umfaßt, wobei das Dichtelement (16) aus einem Fluorsilikonkautschuk mit einer eine Vinylgruppe enthaltenen Terkomponente und der Grundkörper (13) aus einem Polyketon besteht.

9. Ventil nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (10) von dem die Entlüftungsöffnung (6) umgebenden Rohrende (11) eines Versteifungsrohres (9) gebildet ist, das einen am Roll over-Ventil angeformten Anschlußstutzen (8) auskleidet.