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Die
Erfindung betrifft ein Füllstandsbegrenzungsventil
für den
Tank eines Kraftfahrzeuges. Solche Ventile dienen dazu, eine Übertankung
zu vermeiden, indem sie gegen Ende des Betankungsvorganges schwimmergesteuert
das Einfüllrohr
tankseitig absperren. Die Folge ist, dass Kraftstoff im Einfüllrohr nach
oben steigt und das Abschalten der Zapfpistole bewirkt. Füllstandsbegrenzungsventile
der in Rede stehenden Art weisen ein innerhalb des Tanks angeordnetes
und das Ende eines Einfüllrohres
bzw. an dessen Ende angekoppeltes rohrförmiges Gehäuse auf, an dem ein Schwimmer
beweglich gelagert ist. Der Schwimmer wiederum ist mit einem Schließelement
gekoppelt und bewegt dieses zwischen einer Schließ- und einer Öffnungsstellung.
Bei herkömmlichen
Ventilen ist das Schließelement
eine etwa kreisscheibenförmige
Klappe. Eine solche Klappe hat u.a. den Nachteil, dass sie sehr
abrupt schließt.
Aufgrund des plötzlichen
Kraftstoffrückstaus kann
es trotz abschaltender Zapfpistole zu dem sogenannten „Spit-Back" kommen, d.h. es
tritt Kraftstoff aus dem Einfüllrohr
heraus.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein alternativ gestaltetes Füllstandsbegrenzungsventil
vorzuschlagen, bei dem insbesondere der „Spit-back-Effekt vermieden
ist.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Füllstandsbegrenzungsventil
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 1 dadurch gelöst,
dass das Schließelement
ein in Richtung der Mittellängsachse
des Gehäuses
geführter
Körper
ist, der in Schließstellung
mit seiner Umfangsfläche
mit der Gehäuseinnenwandung
im Sinne einer Dichtpaarung zusammenwirkt. In der Öffnungsstellung
wird dabei die von Kraftstoff durchströmbare Querschnittsfläche durch
den sich zwischen Schließelement
und Gehäuseinnenwandung befindlichen
Ringraum gebildet. Im Gegensatz zu einer scheibenförmigen Klappe
besteht bei dem vorgeschlagenen, das Schließelement bildenden Körper die
Möglichkeit,
dessen Umfangsfläche
und die Innenfläche
des Gehäuses
so aufeinander abzustimmen, dass sich ein verzögertes Schließverhalten
ergibt. Bei einer scheibenförmigen
Klappe dagegen ist dies praktisch nicht möglich. Sobald die Klappe einmal
sich aus ihrer geöffneten
Stellung in Richtung auf die Schließstellung gekippt hat, wird
die Bewegung der Klappe in ihre Schließstellung durch den auf ihre Planfläche auftreffenden
Kraftstoffstrahl beschleunigt.
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Bei
einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Schließelement strömungsgünstig als
etwa tropfenförmiger
rotationssymmetrischer Körper
ausgebildet, der einen sich entgegen der Einfüllrichtung verjüngenden
Kegelabschnitt aufweist. Dieser Kegelabschnitt bewirkt, dass die
von einem auftreffenden Kraftstoffstrahl in Schließrichtung
auf das Schließelement
ausgeübten
Staukräfte
verringert sind. Vorzugsweise ist dann im Basisbereich des Kegelabschnittes
ein sich in Einfüllrichtung
verengender Dichtbereich angeschlossen, dessen Umfangsfläche eine
mit einer Dichtkante der Gehäuseinnenfläche zusammenwirkende
Konusfläche
ist. Vorzugsweise ist an den Dichtbereich, eine sich in Einfüllrichtung konusförmig verjüngende Schürze angeformt.
Mit einer solchen Ausgestaltung ist eine weitere Möglichkeit
geschaffen, das Schließverhalten
des Schließelementes
im Hinblick auf eine Verzögerung
zu beeinflussen. Diese Schürze
kann bei einer bevorzugten Ausgestaltung mit einem sich trichterförmig verengenden
Zwischenbereich des Gehäuses
zusammenwirken. Der Zwischenbereich bildet dabei den Übergang
zwischen einem ersten, das Schließelement aufnehmenden und radial
erweiterten Gehäuseabschnitt
und einem zweiten Gehäuseabschnitt
kleineren Durchmessers, wobei der Übergang zwischen dem zweiten
Gehäuseabschnitt
und dem Zwischenbereich eine mit dem Schließelement zusammenwirkende Dichtkante
bildet. Durch eine Bohrung in der Wand des ersten Gehäuseabschnittes
ist gewährleistet,
dass bei geschlossenem Schließelement
der Kraftstoff, der sich im Einfüllrohr
angesammelt hat, in den Tank ablaufen kann. Durch die Abmessung
der Bohrung kann der dafür
notwendige Zeitraum beispielsweise auf 5 Sekunden festgelegt werden.
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Bei
einer bevorzugten Ausgestaltung erfolgt die Führung des Schließelements
durch beidseitig an ihm angeformte Führungsstangen, die jeweils
ein Lagerauge durchsetzen. Das Lagerauge ist dabei jeweils von einem
an der Gehäuseinnenwandung
angeformten Quersteg getragen. Die Baulänge des Füllstandsbegrenzungsventils
läßt sich
durch zwei diametral gegenüberliegende
Längsschlitze
in der an den Dichtbereich angeformten Schürze reduzieren. Diese, sich
zur Stirnseite der Schürze öffnenden Längsschlitze
nehmen nämlich
den entsprechenden Quersteg auf.
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Vorzugsweise
ist das Schließelement über ein
Hebelgestänge
mit dem Schwimmer bewegungsgekoppelt. Das Hebelgestänge weist
in vorteilhafter Weise einen ersten und zweiten Hebelarm auf, wobei der
erste Hebelarm einerseits mit der der Schürze zugeordneten Führungsstange
und andererseits mit dem einen Ende des zweiten Hebelarms gelenkig verbunden
ist. Das andere Ende des zweiten Hebelarmes ist an einer Schwenkachse
angeformt. Diese durchgreift mit ihren Enden jeweils eine Öffnung in der
Gehäusewand.
An den Enden ist jeweils ein Schwenkarm etwa rechtwinklig angesetzt,
dessen Freiende gelenkig mit dem Schwimmer verbunden ist. Vorzugsweise
ist der Schwimmer so an dem Gehäuse
gelagert, dass sich seine Hauptbewegungsrichtung quer zur Mittellängsachse
des Gehäuses
erstreckt. Bei einer solchen Ausgestaltung ist das Gehäuse im Wesentlichen
in Horizontallage im Tank angeordnet.
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Die
Erfindung wird nun anhand eines in den beigefügten Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispieles
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 ein Füllstandsbegrenzungsventil in Seitenansicht,
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2 einen Längsschnitt
entsprechend der Linie II-II in 1,
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3 einen Längsschnitt
des Füllstandsbegrenzungsventils
entsprechend der Linie III-III in 2,
wobei sich dessen Schließelement
in seiner Öffnungsstellung
und der Schwimmer in einer ersten Endlage befindet,
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4 einen Abschnitt des Ventils
in perspektivischer Ansicht,
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5 eine Seitenansicht eines
Füllstandsbegrenzungsventils,
bei dem sich das Schließelement
in seiner Schließstellung
und dementsprechend der Schwimmer in seiner zweiten Endlage befindet,
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6 einen Längsschnitt
entsprechend der Linie VI-VI in 5,
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7 einen Längsschnitt
entsprechend der Linie VII-VII in 6.
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Wie
den Zeichnungen zu entnehmen ist, umfasst ein erfindungsgemäßes Füllstandsbegrenzungsventil
ein im Wesentlichen rohrförmiges
Gehäuse 1,
an dem ein Schwimmer 2 derart gelagert ist, dass sich seine
Hauptbewegungsrichtung im Wesentlichen quer zur Mittellängsachse 3 des
Gehäuses 1 erstreckt.
Das Gehäuse
weist einen ersten Gehäuseabschnitt 4 auf,
der radial erweitert ist und der ein Schließelement 5 aufnimmt.
Der erste Gehäuseabschnitt 4 ist über einen
sich in Einfüllrichtung 9 trichterförmig verengenden
Zwischenbereich 4a mit einem Gehäuseabschnitt 6 mit
gegenüber
dem ersten Abschnitt 4 verringerten Durchmesser. Andererseits
schließt
sich an den Gehäuseabschnitt 4 ein
zur Fixierung des Gehäuses 1 an
einem Einfüllrohrende (nicht
dargestellt) dienenden Kopplungsabschnitt 7 an. Das Freiende
des zweiten Gehäuseabschnittes 6 wird
ebenfalls durch einen Kopplungsabschnitt 8 gebildet, an
dem ein Schlauch oder ein Rohr fixierbar ist, das den Kraftstoff
etwa in den Tankbodenbereich leitet.
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Bei
der folgenden Beschreibung wird insbesondere auf 2 bis 4 Bezug
genommen. Innerhalb des ersten Gehäuseabschnittes 4 ist
das Schließelement 5 angeordnet,
das im Wesentlichen ein tropfenförmiger
rotationssymmetrischer Hohlkörper
ist. Er weist einen sich entgegen der Einfüllrichtung 9 verjüngenden
Kegelabschnitt 10 auf, an dessen Basisbereich ein sich
in Einfüllrichtung 9 konisch
verjüngender
Dichtbereich 11 angeformt ist. An diesen Dichtbereich 11 schließlich ist
eine sich in Einfüllrichtung 9 erstreckende
Schürze 12 angeformt,
deren Freiende eine Öffnung 13 umfasst. Über diese Öffnung 13 ist
der Innenraum des Schließelements 5 zugänglich.
Die Schürze
weist einen ersten, sich in Schließrichtung 9 an den
Dichtbereich 11 anschließenden zylinderförmigen Abschnitt 14 auf,
der in einem sich in Einfüllrichtung 9 verjüngenden
Konusab schnitt 15 übergeht.
Der Konusabschnitt 15 weist Längsschlitze 16 auf,
die sich von seinem Freiende bis zum zylinderförmigen Abschnitt 14 erstrecken.
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Das
Schließelement 5 ist
innerhalb des Gehäuses 1 zwischen
einer Schließ-
und einer Öffnungsstellung
beweglich geführt.
Dazu weist es eine erste und eine zweite Führungsstange 17, 18 auf.
Die erste Führungsstange 17 ist
an die Spitze des Kegelabschnittes 10 angeformt und durchsetzt
ein Lagerauge 19, das von einem ersten, im Bereich des Übergangs
zwischen dem Kopplungsabschnitt 7 und dem ersten Gehäuseabschnitt 4 an
die Innenwandung 21 des Gehäuses angeformten Quersteg 20 (3) getragen ist. Die zweite
Führungsstange 18 durchsetzt mit
ihrem Freiende ebenfalls ein Lagerauge 22 (3), das mittig in einem zweiten Quersteg 23 angeordnet
ist. Die zweite Führungsstange 18 ist
mit ihrem gegen die Einfüllrichtung 9 weisenden
Ende an einem sich quer zur Mittellängsachse 3 erstreckenden
und im Bereich des Übergangs
zwischen dem Dichtbereich 11 und dem zylinderförmigen Abschnitt 14 an
die Innenwandung 24 des Schließelements 5 angeformt.
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Die
Bewegungskoppelung zwischen dem Schließelement 5 und dem
Schwimmer 2 wird über ein
Hebelgestänge
bewerkstelligt, das sich aus einem ersten Hebelarm 25,
einem zweiten Hebelarm 26, einer Schwenkachse 27 und
an dieser angeformten Schwenkarmen 28 zusammen. Der erste
Hebelarm 25 ist mit seinem einen Ende über ein Scharniergelenk 29 mit
dem Freiende der zweiten Führungsstange 18 verbunden.
Das andere Ende des ersten Hebelarms 25 ist über ein
weiteres Scharniergelenk 30 mit dem zweiten Hebelarm 26 verbunden.
Der zweite Hebelarm 26 wiederum ist mit seinem vom Scharniergelenk 30 wegweisenden
Ende mittig an die Schwenkachse 27 angeformt. Die Schwenkachse 27 erstreckt
sich quer zur Mittellängsachs 3 des
Gehäuses 1 und
durchgreift mit ihren Enden diametral gegenüberliegende Öffnungen 31 in
der Wand des zweiten Gehäuseabschnitts 6.
An die aus dem Gehäuseabschnitt 6 herausragenden
Enden der Schwenkachse 27 sind die Schwenkarme 28 angeformt,
wobei deren Schwenkebene sich jeweils parallel zur Mittellängsachse 3 des
Gehäuses 1 erstreckt. Der
beispielsweise aus Vollmaterial wie hergestellte Schwimmer 2 ist
im Querschnitt gesehen etwa U-förmig
gestaltet und weist dementsprechend eine rinnenförmige Ausnehmung 32 auf,
in der ein Teil des zweiten Gehäuseabschnittes 6 einliegt.
Der Schwimmer ist derart an dem Gehäuseabschnitt 6 gelagert, dass
er sich, ausgehend von der in 3 dargestellten
Ausgangsstellung, mit einer etwa radial zur Mittellängsachse 3 erstreckenden
Hauptbewegungsrichtung 2b vom Gehäuse 1 weg in die in 7 gezeigte Stellung bewegen
kann. Die Hauptbewegungsrichtung 2b verläuft dabei
parallel zur Schwenkebene der Schwenkarme 28 und parallel
zur Schwenkebene der Hebelarme 25, 26. In der
in 3 gezeigten Stellung
liegt der Schwimmer 2 auf der Oberseite 34 des Gehäuses 2 auf.
Im Bereich des vom Schließelement 5 wegweisenden
Endabschnittes 2 des Schwimmers ist an der Oberseite 34 ein
Steg 35 angeformt, der sich etwa rechtwinklig zur Mittellängsachse 3 und etwa
parallel zur Schwenkachse der Hebelarme 25, 26 erstreckt.
Im Freiende des Steges 35 ist eine Lagerausnehmung vorhanden,
in der ein Lagerzapfen 36 (3, 4) eines Schwenkarm 37 einliegt.
Das vom Lagerzapfen 36 wegweisende Ende des Schwenkarms 37 ist
an einer am Schwimmer 3 fixierten Achse 38 (4) schwenkbar gelagert.
Die Achse 38 erstreckt sich zwischen den einander zugewandten
Innenseiten einer sich von der vom Schließelement 5 wegweisenden
Stirnseite des Schwimmers 2 entgegen der Einfüllrichtung 9 erstreckenden Ausnehmung 39.
Die Ausnehmung 39 geht in einen verengten Abschnitt 39a (4) über. Die Ausnehmung 39 bzw. 40 bewirkt,
dass sich der Schwimmer 2 ungehindert in seine Endlage
gemäß 7 bewegen kann. Aufgrund
der geschilderten Lagerung ist die tatsächliche Bewegungsbahn des Schwimmers 2 kreisbogenförmig, etwa
entsprechend Pfeil 40 (3)
gekrümmt.
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Die
den zweiten Gehäuseabschnitt
umgreifenden Seitenflanken des Schwimmers 2 weisen eine
Durchbrechung 43 auf, die nach unten geöffnet ist und deren oberer
Rand 44 oberhalb der Schwenkachse 27 angeordnet
ist. Die Schwenkachse 27 ragt daher mit ihren aus dem Gehäuse 2 herausragenden Enden
bzw. mit ihren Schwenkarmen 28 in die Ausnehmung 43 hinein.
Vom oberen Rand 44 der Ausnehmung erstreckt sich eine Haltelasche 45 nach
unten. Die Haltelasche ist im vorliegenden Falle einstückig an
einen Schwimmerhalter 46 angeformt, der den eigentlichen
Schwimmerkörper 2a,
der beispielsweise aus Nitrophyl besteht, umfaßt. Die Haltelaschen 45 weisen
ein Lagerauge (in den Zeichnungen nicht sichtbar) auf, das jeweils
von einem an den Außenseiten
der Schwenkarme 28 angeformten Lagerzapfen 47 sind,
durchgriffen ist. Das aus den Lageraugen der Haltelaschen 45 herausstehende Freiende 48 der
Lagerzapfen 47 ist tellerartig verbreitert. Die Lagerausnehmung
der Haltelaschen 45 ist zu dem vom Schließelement 5 wegweisenden
Rand 49 der Haltelaschen 45 geöffnet, die Lagerzapfen 47 können deshalb
vom Rand 49 her in die Lageröffnung eingeführt werden.
Dort werden sie von einer Federzunge 50 fixiert.
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In
der in 2 und 3 gezeigten Öffnungsstellung
ist zwischen der Innenwandung 21 des radial erweiterten
Gehäuseabschnitts 4 und
der Außenumfangsfläche des
Schließelements 5 ein
Ringraum 52 vorhanden, durch den Kraftstoff in Richtung
des Pfeiles 53 (3)
in den Gehäuseabschnitt 6 und
schließlich
in den Tank gelangen kann. Der Ringraum 52 ist an der in 3 mit dem Bezugszeichen 54 gekennzeichneten
Stelle, also am Übergang zwischen
dem Zwischenbereich 4a und dem Gehäuseabschnitt 6, der
eine Dichtkante 55 bildet, am engsten. Dadurch, dass in
der unteren Endlage des Schwimmers (3)
die beiden Hebelarme 25, 26, deren voneinander
wegweisende Lagerungspunkte von der Mittellängsachse 3 geschnitten
werden, einen nach unten geöffneten
stumpfen Winkel α bilden, ist
das Schließelement 5 in
Einfüllrichtung 9 arretiert. Es
kann somit durch den hydrostatischen Druck oder Staudruck des Kraftstoffes
nicht in seine Schließstellung
bewegt werden. Wenn sich der Tank so weit mit Kraftstoff aufgefüllt hat,
dass der Schwimmer in seine in 7 gezeigte
Endlage bewegt wird, werden die Hebelarme 25, 26 nach
unten geschenkt und dementsprechend das Schließelement 5 mit seinem Dichtbereich 11 gegen
die Dichtkante 55 gedrückt. Aufgrund
der sich konisch verengenden Schürze 12 wird
ausgehend von der Öffnungsstellung
der Strömungsquerschnitt
an der Stelle 54 zunächst
etwas verengt, so dass sich hier ein Staudruck aufbaut, der das
Schließelement
entgegen der Einfüllrichtung 9 beaufschlagt.
Das Schließen
ist somit verzögert. Während dieser
Verzögerungsphase
steigt der Kraftstoff langsam im Einfüllrohr nach oben an und erreicht
schließlich
das für
das Abschalten maßgebliche
Ende der Zapfpistole.
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Zwischenzeitlich
ist das Schließelement 5 durch
den Schwimmer 2 in seine Endstellung entsprechend 7 bewegt worden. Das die
beiden Hebelarme 25, 26 gelenkig verbindende Scharniergelenk 29 ist
dabei in einer Ausbuchtung 56 der Wand des Gehäuses 2 positioniert.
Damit der sich in geschlossenem Zustand des Schließelements 5 im
Einfüllrohr
befindliche Kraftstoff in den Tank abfließen kann, ist in dem Gehäuseabschnitt 4 unterseits
eine Bohrung 57 angebracht. Durch den Querschnitt dieser
Bohrung kann der Zeitraum bis zum vollständigen Abfließen des
Kraftstoffs beispielsweise auf etwa 5 Sekunden festgelegt werden.
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- 1
- Gehäuse
- 2
- Schwimmer
- 2a
- Schwimmerkörper
- 2b
- Hauptbewegungsrichtung
- 3
- Mittellängsachse
- 4
- erster
Gehäuseabschnitt
- 4a
- Zwischenbereich
- 5
- Schließelement
- 6
- zweiter
Gehäuseabschnitt
- 7
- Kopplungsabschnitt
- 8
- Kopplungsabschnitt
- 9
- Einfüllrichtung
- 10
- Kegelabschnitt
- 11
- Dichtbereich
- 12
- Schürze
- 13
- Öffnung
- 14
- zylinderförm. Abschnitt
- 15
- Konusabschnitt
- 16
- Längsschlitz
- 17
- erste
Führungsstange
- 18
- zweite
Führungsstange
- 19
- Lagerauge
- 20
- erster
Quersteg
- 21
- Innenwandung
- 22
- Lagerauge
- 23
- zweiter
Quersteg
- 24
- Innenwandung
- 25
- erster
Hebelarm
- 26
- zweiter
Hebelarm
- 27
- Schwenkachse
- 28
- Schwenkarm
- 29
- Scharniergelenk
- 30
- Scharniergeleng
- 31
- Öffnung
- 32
- Ausnehmung
- 34
- Oberseite
- 35
- Steg
- 36
- Lagerzapfen
- 37
- Schwenkarm
- 38
- Achse
- 39
- Ausnehmung
- 40
- Pfeil
- 42
- Seitenflanke
- 43
- Durchbrechung
- 44
- oberer
Rand
- 45
- Haltelasche
- 46
- Schwimmerhalter
- 47
- Lagerzapfen
- 48
- Freiende
- 49
- Rand
- 50
- Federzunge
- 52
- Ringraum
- 53
- Pfeil
- 54
- Stelle
- 55
- Dichtkante
- 56
- Ausbuchtung
- 57
- Bohrung
- α
- Winkel