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Die Erfindung betrifft ein schwimmerbetätigtes Entlüftungsventil
für Kraftstoffbehälter von
Kraftfahrzeugen. Solche auch als Roll-over-Ventile bezeichnete Entlüftungsventile
sind z.B. aus
US 5,409,030 oder
US 5,139,043 bekannt, Sie
umfassen ein Gehäuse
mit wenigstens einer Einlaßöffnung,
einer Auslaßöffnung und
einem im Gehäuse
angeordneten Schwimmer. Mit dem Schwimmer ist ein erstes Schließelement
von einer die Auslaßöffnung freigebenden
Freigabestellung in eine die Auslaßöffnung verschließende Sperrstellung
bewegbar. Der Schwimmer ist in der Regel in Sperrichtung federbeaufschlagt,
um einen sicheren Verschluß der
Auslaßöffnung im
Falle eines Überschlages
des Fahrzeuges zu gewährleisten.
Entlüftungsventile
der genannten Art sind meist als zweistufige Ventile ausgebildet.
Dabei wirkt ein erstes Schließelement
mit einem ersten Ventilsitz zusammen, der die Auslaßöffnung umgibt. Während bei
einstufigen Ventilen nur ein Schließelement vorhanden ist, das
die Auslaßöffnung in
der Sperrstellung völlig überdeckt
und abschließt,
ist bei zweistufigen Ventilen im ersten Schließelement ein Durchgangskanal
vorhanden, der einen kleineren Durchmesser aufweist als die Auslaßöffnung.
Dieser Durchgangskanal ist durch ein zweites Schließelement
verschließbar,
das mit dem Schwimmer verbunden ist und das mit einem den Durchgangskanal
umgebenden zweiten Ventilsitz zusammenwirkt. Bei herkömmlichen
Entlüftungsventilen
weist das Schließelement
ein ringförmiges
Dichtelement aus elastischem Material auf. Die Dichtwirkung wird
dadurch erzielt, daß das
Dichtelement von der Auftriebskraft des Schwimmers gegen einen im
wesentlichen als Ringfläche
ausgebildeten Ventilsitz gedrückt
wird. Solche Elastomerdichtungen haben von Hause aus keine absolut
exakt bestimmbare Oberfläche,
so daß das Öffnungs-
und Schließverhalten
solcher Ventile nicht exakt vorherbestimmbar ist. Bei der Ausgestaltung
von Ventilen für
den in Rede stehenden Zweck kommt es aber für eine zuverlässige Funktion
des Ventils auf eine exakte Auslegung und Vorherberechenbarkeit
des Öffnungs-
und Schließverhaltens
an. Ein weiterer Nachteil solcher Elastomerdichtungen oder allgemein
von Dichtungen, bei denen das Schließelement mit dem Ventilsitz
in einem größeren Flächenkontakt
steht, ist, daß das
Schließelement
in Zusammenwirkung mit einer Kraftstoffbefeuchtung am Ventilsitz
zumindest für
eine gewisse Zeit festkleben kann. Während dieser Zeit ist die Entlüftungsfunktion
des Ventils nur über
den Durchgangskanal mit seinem im Vergleich zur Auslaßöffnung sehr
kleinen Durchmesser gewährleistet,
so daß sich
ein plötzlich
entstehender Druck im Kraftstoffbehälter nur langsam wieder abbauen
kann, wenn nun gleichzeitig, etwa bedingt durch eine Kurvenfahrt
des Fahrzeuges, der Schwimmer vom ansteigenden Kraftstoffspiegel
angehoben und das Ventil verschlossen wird. Der Druck des im Kraftstoffbehälter eingeschlossenen
Gasvolumens kann dabei so groß sein, daß ein selbsttätiges Öffnen des
Ventils, zumindest über
einen längeren
Zeitraum, nicht mehr möglich
ist.
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Davon ausgehend besteht die Aufgabe
der Erfindung darin, ein Entlüftungsventil
vorzuschlagen, bei dem dieser in der Fachwelt als „Air Corking" bezeichnete Effekt
nicht mehr oder zumindest mit verringerter Häufigkeit auftritt.
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Diese Aufgabe wird durch ein Entlüftungsventil
mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Danach weisen die Schließelemente,
also das erste und das zweite Schließelement eines zweistufigen Entlüftungsventils,
jeweils ein kopfförmig
ausgebildetes Schließteil
auf, das mit einer Dichtkante des ihm jeweils zugeordneten Ventilsitzes
zusammenwirkt, wobei die Dichtkante die Oberfläche der Schließteile linienförmig berührt. Durch
eine solche Ausgestaltung läßt sich
das Öffnungs-
und Schließverhalten wesentlich
exakter vorausbestimmen. Durch die nur linienförmige Berührung zwischen Dichtteil und
Ventilsitz ist eine exakt vorberechenbare Geometrie gegeben. Die
erfindungsgemäße Ausgestaltung
verhindert auch, daß sich
ein Schließelement
am Ventilsitz festsaugen kann. Ein vom Schwimmer des Ventils in seine
Sperrstellung bewegtes Schließelement
geht, nachdem der Schwimmer sich wieder in seiner Ausgangslage befindet,
wesentlich schneller und zuverlässiger
wieder in seine Freigabestellung zurück.
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Die Schließteile der Schließelemente
sind in vorteilhafter Weise kegel- oder kegelstumpfförmig ausgebildet.
Dementsprechend ist die Berührungslinie
zwischen dem Dichtkegel und dem Ventilsitz bzw. der Dichtkante kreisringförmig. Die
Ventilsitze sind vorzugsweise als Innenkonusse ausgestaltet, wobei die
Dichtkante von dem Übergang
zwischen dem Innenkonus und dem Auslaßkanal im Falle des ersten Schließelements
und vom Übergang
zwischen Innenkonus und dem Durchgangskanal im Falle des zweiten
Schließelementes
gebildet ist.
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Eine besonders bevorzugte Ausführungsform
umfaßt
einen Schwimmer, der wenigstens von einem Strömungskanal durchsetzt ist,
der sich im wesentlichen in Richtung seiner Mittellängsachse
bzw. in der Hauptströmungsrichtung
eines aus einem Kraftstoffbehälter
stammenden und das Ventil durchströmenden Gases bzw. Gas-Dampfgemisches durchsetzt
ist. Durch diese Ausgestaltung wird die Gefahr des obengenannten
Air-Corking-Effektes weiter reduziert. Dieser Ausgestaltung des
Schwimmers liegt die Überlegung
zugrunde, die Strömungsgeschwindigkeit
des Gases im Gehäuse
und insbesondere in dem sich seitlich zwischen Schwimmer und Gehäuseinnenwand
befindlichen Bereich zu verringern. Kommt es nämlich im Kraftstoffbehälter zu
einem Druckanstieg, so wird dieser über das Entlüftungsventil
ausgeglichen, indem Gas aus dem Behälterinnenraum nach außen strömt. Im Vergleich
zur Strömungsgeschwindigkeit
des Gases im Kraftstoffbehälter
steigt dessen Strömungsgeschwindigkeit
innerhalb des Entlüftungsventiles
stark an, was mit einer Reduzierung des Druckes gegenüber dem
Behälterinnenraum
verbunden ist. Aufgrund dieser unterschiedlichen Druckverhältnisse
kann der Schwimmer ohne mit Kraftstoff in Berührung zu kommen, nach oben
bewegt, mit dem strömenden
Gas quasi mitgerissen werden und die Auslaßöffnung verschließen. Der
Druck im Kraftstoffbehälter
kann dabei so groß sein,
daß der
Schwimmer nicht mehr selbsttätig in
seine Ausgangslage zurückfallen
kann, wodurch das Ventil zumindest eine gewisse Zeit lang verschlossen
bleibt. Wenn jedoch, wie erfindungsgemäß vorgeschlagen, der im Entlüftungsventil
vorhandene Strömungsquerschnitt
durch die genannten Strömungskanäle vergrößert wird,
ist die Gefahr eines dauerhaften Verschlusses des Entlüftungsventils
wesentlich verringert. Insbesondere bei einer Kombination dieser
Maßnahme
mit der oben geschilderten Ausgestaltung der Schließelemente
kann somit ein zuverlässig
arbeitendes und exakt auslegbares Entlüftungsventil erhalten werden,
bei dem der oben geschilderte unerwünschte Verschluß praktisch
nicht mehr auftritt. Als weitere Maßnahme zur Erhöhung des
Strömungsquerschnittes
im Entlüftungsventil können an
der Gehäuseinnenwand
sich in Richtung der Mittellängsachse
des im wesentlichen zylindrischen Schwimmers erstreckende Führungsrippen angeformt
sein. Durch diese Führungsrippen
ist auch verhindert, daß sich
der Schwimmer an der Gehäusewand
festsaugen kann.
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Die Erfindung wird nun anhand eines
in der beigefügten
Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
näher erläutert.
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Die Zeichnung stellt ein erfindungsgemäßes Entlüftungsventil
im Längsschnitt
dar. Das Entlüftungsventil
umfaßt
als Hauptbauteile ein Gehäuse 1 mit
einem von Einlaßöffnungen 2 durchbrochenen Boden 3,
einen Deckel 4 mit einem daran angeformten Anschlußstutzen 5,
einen im wesentlichen zylinderförmigen
Schwimmer 6 sowie ein erstes Schließelement 7 und ein
zweites Schließelement 8.
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Das Gehäuse ist im wesentlichen zylinderförmig und
weist im Bereich seines Deckels 4 einen radial nach außen vorstehenden
Befestigungsflansch 9 auf, mit dem es am Öffnungsrand
(nicht dargestellt) der Aufnahmeöffnung
eines Kraftstoffbehälters
(nicht dargestellt) befestigbar, insbesondere anschweißbar ist.
Das Gehäuse
besteht vorzugsweise aus Polyethylen. Gleiches trifft für den Befestigungsflansch 9 zu,
der einstückig
am Gehäuse 1 angeformt ist.
Zentral im Deckel 4 ist eine Auslaßöffnung 10 angeordnet,
die das ventilseitige Ende eines Ausströmkanales 12 bildet.
Der Ausströmkanal
ist von dem am Deckel 4 angeformten Anschlußstutzen 5 umfaßt. Der
Ausströmkanal 12 erstreckt
sich mit einem sich an die Auslaßöffnung anschließenden Abschnitt 13 in Richtung
der Mittellängsachse 14 des
Gehäuses 1 bzw.
des Schwimmers 6. An diesen Abschnitt 13 schließt sich
ein radial zur Mittellängsachse 14 erstreckender
Abschnitt 15 des Ausströmkanals 12 an. Das
Freiende des Ausströmstutzens 5 ist
von einem Versteifungsrohr 16 vorzugsweise aus Polyoxymethylen
(POM) ausgekleidet.
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Die Ausströmöffnung 10 ist von
einem Innenkonus 17 koaxial umgrenzt, der sich zum Schwimmer 6 hin
erweitert. Der Übergang
zwischen dem Innenkonus 17 und dem Abschnitt 13 des
Ausströmkanales 12 bildet
eine relativ scharfe Dichtkante 19, die mit dem ersten
Schließelement 7 zusammenwirkt. Dieses
weist dazu ein etwa kegelstumpfförmiges Schließteil 18 auf.
In seiner Schließstellung
drückt das
Schließteil 18,
bedingt durch die Auftriebskraft des Schwimmers, mit seiner Kegelmantelfläche gegen
die Dichtkante 19. Die Berührung zwischen dem Schließteil 18 und
der Dichtkante 19 ist also nahezu exakt linienförmig und
läßt sich
bei entsprechender Wahl des Werkstoffes für die maßgeblichen Teile, vorzugsweise
wird POM verwendet, exakt auslegen. Durch den gewählten Werkstoff
ist auch gewährleistet,
daß die
für die
Dichtfunktion des Ventils verantwortlichen Teile über die
gesamte Lebensdauer des Ventils ihre Maßhaltigkeit und daher ihre
Funktionsfähigkeit
beibehalten. Wie bereits oben ausgeführt, läßt sich durch die genannte
Ausgestaltung das Schließ- und
insbesondere Öffnungsverhalten
eines Entlüftungsventils
exakt bestimmen. Saugeffekte, die bewirken, daß das Schließelement
an seinem Ventilsitz haften bleibt, sind nahezu völlig ausgeschlossen.
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Wie bereits erwähnt, ist das erfindungsgemäße Ventil
ein zweistufiges Ventil. Das erste Schließelement 7 weist einen
Durchgangskanal 20 auf, der sich im wesentlichen koaxial
zur Mittellängsachse 14 erstreckt.
Der Durchgangskanal ist im wesentlichen zylinderförmig. Sein
dem Schwimmer 6 zugewandtes Ende ist nach Art eines Innenkonus 22 aufgeweitet. Der Übergang
zwischen dem Innenkonus 22 und dem Durchgangskanal bildet
eine Dichtkante 23, die mit dem ein kegelstumpfförmiges Schließteil 24 aufweisenden
zweiten Schließelement 8 zusammenwirkt.
Bezüglich
der Werkstoffwahl und des Schließ- und Öffnungsverhaltens gilt das über das
erste Schließelement 7 Gesagte
analog. Zu bemerken ist noch, daß die Konusflächen der
Innenkonusse 17 und 22 weniger stark geneigt sind
als die Kegelmantelflächen
der Schließteile 18 und 24.
Dadurch ist die erwähnte
linienförmige
Berührung
zwischen Schließteil
und Ventilsitz bzw. Dichtkante gewährleistet. Die Innenkonusse 17 und 22 wirken
auch als Zentrierhilfen für
die entsprechenden Schließelemente 7 und 8.
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Der Basisbereich der Schließteile 18 und 24 ist
in Form eines sich radial nach außen erstreckenden mit Durchbrechungen 25 versehenen
Ringflansches 26, 27 ausgebildet. Es können aber
auch armartige Strukturen vorgesehen sein. Der Ringflansch 27 weist
von seinem radial äußeren Ende
sich in Richtung des Schwimmers wegerstreckende Haken 28 auf,
die den Ringflansch 26 des zweiten Schließelementes
hintergreifen. Die Abmessungen der Haken 28 sind so ausgelegt,
daß zwischen
dem ersten und dem zweiten Schließelement 7, 8 eine
relative Beweglichkeit in Richtung der Mittellängsachse 14 gegeben
ist. Das zweite Schließelement
ist somit in Bezug auf die Dichtkante 23 zwischen einer
Sperrstellung, in der es mit dieser dichtend zusammenwirkt und zwischen
einer Freigabestellung, in der es mit Axialabstand zu dieser angeordnet
ist, beweglich.
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Die für die Dichtwirkung des Entlüftungsventils
maßgeblichen
Bauteile, nämlich
die Ventilsitze 11, 11a, sind ebenfalls aus einem
nicht-quellenden Material, nämlich
aus POM (Polyoxymethylen) gefertigt. Im vorliegenden Beispiel bestehen
somit die Schließelemente 7, 8 sowie
der den Ventilsitz 11 umfassende Bereich des Deckels 4 aus
diesem Werkstoff. Vorzugsweise ist im Deckel eine Auskleidung 29 vorhanden,
von der der Ventilsitz 11 bzw. die Dichtkante 19 gebildet
ist und die den Abschnitt 13 sowie einen Teil des radial
verlaufenden Abschnitts 15 des Ausströmkanals 12 umfaßt.
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Der Schwimmer 6 ist ein
im wesentlichen zylinderförmiges
Gebilde, an dessen Oberseite 30 über einen Hals 33 das
zweite Schließelement 8 angeformt
ist. Der Schwimmer 6 liegt mit einem zentralen, über seine
Unterseite hinausstehenden Führungszapfen 34 in
einer halsartig nach innen vorgezogenen Aufnahmeöffnung 35 im Boden 3 des
Gehäuses 1 ein.
Der Führungszapfen 34 ist
koaxial von einer hohlzylinderförmigen
Kammer 36 umgeben, die mit Abstand vor der Oberseite 30 des
Schwimmers 6 blind endet. In dieser Kammer liegt eine Schraubenfeder 37 ein,
die sich einerseits am Blindende der Kammer 36 und andererseits
am Boden 3 des Gehäuses 1 abstützt. Der
Schwimmer ist von mehreren Strömungskanälen 38 durchsetzt.
Die Strömungskanäle erstrecken
sich in Richtung der Mittellängsachse 14.
Aus der Innenseite des Gehäuses 1 stehen
radial nach innen Führungsrippen 39 vor,
die sich in Richtung der Mittellängsachse 14 erstrecken.
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Wenn sich in einem Kraftstoffbehälter ein Druck
aufbaut, strömt
das sich im Behälter
befindliche Gas in Richtung der Strömungspfeile 40 und 42 durch
die Einlaßöffnungen 2 im
Boden 3 sowie durch seitliche Einlaßöffnungen 43 im Gehäuse in das
Ventil ein. Die Hauptströmungsrichtung 44 innerhalb
des Gehäuses 1 verläuft dabei
im wesentlichen parallel zur Längsachse 14.
Während
die Strömungsgeschwindigkeit
eines einen Kraftstoffbehälter über das Entlüftungsventil
verlassenden Gases außerhalb
des Ventils und innerhalb des Kraftstoffbehälters relativ gering ist, steigt
diese innerhalb des Ventils an, bedingt durch den im Ventil zur
Verfügung
stehenden Strömungsquerschnitt.
Dieser ist erfindungsgemäß durch
die Strömungskanäle 38 vergrößert. Dementsprechend
ist die Strömungsgeschwindigkeit
des das Entlüftungsventil
durchströmenden
Gases verringert. Die Gefahr eines Mitreißens des Schwimmers in Pfeilrichtung 44 ist
dadurch wesentlich geringer.
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- 1
- Gehäuse
- 2
- Einlaßöffnung
- 3
- Boden
- 4
- Deckel
- 5
- Anschlußstutzen
- 6
- Schwimmer
- 7
- erstes
Schließelement
- 8
- zweites
Schließelement
- 9
- Befestigungsflansch
- 10
- Auslaßöffnung
- 11
- erster
Ventilsitz
- 11a
- zweiter
Ventilsitz
- 12
- Ausströmkanal
- 13
- Abschnitt
- 14
- Mittellängsachse
- 15
- Abschnitt
- 16
- Versteifungsrohr
- 17
- Innenkonus
- 18
- Schließteil
- 19
- Dichtkante
- 20
- Durchgangskanal
- 22
- Innenkonus
- 23
- Dichtkante
- 24
- Schließteil
- 25
- Durchbrechung
- 26
- Ringflansch
- 27
- Ringflansch
- 28
- Haken
- 29
- Auskleidung
- 30
- Oberseite
- 33
- Hals
- 34
- Führungszapfen
- 35
- Aufnahmeöffnung
- 36
- Kammer
- 37
- Schraubenfeder
- 38
- Strömungskanal
- 39
- Führungsrippe
- 40
- Strömungspfeil
- 42
- Strömungspfeil
- 43
- Einlaßöffnung
- 44
- Hauptströmungsrichtung