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Die
Erfindung bezweckt die Schaffung eines Be- und Entlüftungsventiles
an/für Tankfahrzeuge, welches in einfacher und sicherer
Weise bei kleiner Baugrösse durch pneumatische Betätigung
beim Entleeren und Befüllen des Tankes eine Be- und Entlüftung
ermöglicht, entstehende Über- und Unterdrücke
im Tank abbaut, bei allen Schräglagen bis zur Kopflage
des Tankes ein Auslaufen von Flüssigkeit (Heizöl,
Kraftstoff o. dgl.) verhindert und eine automatische Folgesteuerung
für ein am Tankboden angeordnetes Bodenventil zum Entleeren
und Befüllen des Tankes ergibt.
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In
der deutschen Gebrauchsmusterschrift
DE 93 18 785 ist ein solches Be- und Entlüftungsventil
beschrieben. Bei diesem Ventil schließt ein an einem Kippkolben
befestigter Dichtungsstopfen einen Druckausgleichkanal, der über
einen Folgesteuerungskolben das Ventil schließt oder öffnet.
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Durch
die verschärften europäischen Bedingungen für
die Zulassung eines Tankwagens mit einem Be- und Entlüftungssystem
nach den europäischen Normen EN 14595 und EN 13082 muss
dieser Kanal sicherer verschlossen werden, als es nach der Technik
des genannten Gebrauchsmusters möglich ist. Insbesondere
dürfen nur sehr geringe Mengen des Tankinhalts bei einer
Havarie austreten.
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Daher
ist es die Aufgabe der Erfindung, den Druckausgleichskanal des Ventils
sicherer zu verschließen, als es bei dem genannten Gebrauchsmuster
der Fall ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden
Merkmale des Schutzanspruches 1 gelöst.
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Die
sich daran anschließenden Unteransprüche enthalten
Gestaltungsmerkmale, welche vorteilhafte Ausführungsformen
der Erfindung darstellen.
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In
dem erfindungsgemäßen Be- und Entlüftungsventil
sind verschiedene, für ein Tankfahrzeug relevante Betriebs-
und Sicherheitsfunktionen bei kleiner Baugrösse integriert.
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Beim
Befüllen des Tanks muss die von der eingefüllten
Flüssigkeit (Heizöl, Kraftstoff o. dgl.) verdrängte
Luft entweichen können, d. h. zur Vermeidung von gefährlichen Überdrücken
im Tank, ist eine Entlüftung desselben notwendig.
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Beim
Entleeren (Abgabe von Flüssigkeit) des Tanks ist zur Vermeidung
von gefährlichen Unterdrücken im Tank eine Belüftung
des Tanks notwendig.
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Ein
gefährlicher Überdruck baut sich im Tank auf,
wenn dieser bei Fahrzeugstillstand oder im Fahrbetrieb intensiver
Sonneneinstrahlung ausgesetzt ist, d. h. in solchen Fällen
muss der Tank entlüftet werden.
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Umgekehrt
kann im Winter die Temperaturdifferenz zwischen einem tief ausgekühlten
Tank und relativ warm an der Raffinerie eingefüllter Flüssigkeit im
Tank gefährliche Unterdrücke entstehen lassen. Dann
ist ebenfalls eine Belüftung des Tanks erforderlich.
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Das
Be- und Entlüftungsventil weist ein am Tank festlegbares
Flanschgehäuse mit einem Druckluft-Einlass-Kanal und einem
Druckluft-Auslass-Kanal und den entsprechenden Druckluftanschlüssen auf.
In das Flanschgehäuse ist ein mit beiden Druckluft-Kanälen
verbundener Zylinder eingesetzt, in dem ein federbelasteter Ventilkolben
mit einem Ventilteller verschiebbar lagert, welcher in Abhängigkeit
von der Druckluft in die Ventil-Öffnungs- und Schließstellung bewegbar
ist. In der Ventil-Öffnungsstellung wird der Tankbehälter
beim Be- und Entleeren ent- bzw. belüftet. Entstehen im
Tankbehälter z. B. durch Abkühlen der Flüssigkeit
Unterdrücke, so werden Ventilkolben und Ventilteller in
die Ventil-Öffnungsstellung verschoben, so dass ein Druckausgleich
erfolgt.
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In
dem Ventilkolben ist ein verschiebbarer, federbelasteter und in
Abhängigkeit von einem Mitnehmer des Ventilkolbens bewegbarer
Folgesteuerungskolben angeordnet, welcher Druckluft-Einlass- und
Auslass-Kanal gegeneinander absperrt oder freigibt. Ist die Verbindung
zwischen Druckluft-Einlass- und Auslass-Kanal vom Folgesteuerungskolben
freigegeben, so wird ein am Tankboden angeordnetes Bodenventil beim
Entleeren/Belüften des Tankbehälters mit Druckluft
beaufschlagt und öffnet.
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In
dem Ventilkolben ist außerdem noch ein verschiebbarer Kippkolben
angeordnet, welcher sich bei einem Gasüberdruck in die Öffnungsstellung
bewegt und nach Abbau des Überdruckes wieder in die Schließstellung
gebracht wird. In der Öffnungsstellung des Kippkolbens
gibt dieser einen Druckausgleich-Kanal vom Tankbehälter-Innenraum
zur Außenumgebung frei. Gerät das Tankfahrzeug
infolge eines Unfalls in eine Kipplage oder gar in eine auf dem Kopf
liegende Lage, so verbleibt der Kippkolben trotz der auf ihm lastenden
Flüssigkeitssäule in der Schließstellung.
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Erst
beim Entstehen eines Luft-/Gasüberdruckes im Tankbehälter,
z. B. durch Sonneneinstrahlung wird der Kippkolben dann in die Öffnungsstellung
bewegt, so dass solange Flüssigkeit aus dem Tank ausfließt,
bis der gefährliche Überdruck abgebaut ist, dann
wird der Kippkolben wieder in die Schließstellung bewegt.
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Nach
dem Stand der Technik wurde auf den Kippkolben von einer Druckfeder
eine Druckkraft ausgeübt. An dem Kippkolben war der Dichtungsstopfen
für den Druckausgleichkanal befestigt. Diese feste Verbindung
führte zu einem nicht ganz sicheren Verschluss des Druckausgleichkanals
und Mengen, die über den neuerdings zulässigen
Grenzen lagen, konnten aus dem Tank austreten.
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Erfindungsgemäß wird
nun der Dichtungsstopfen direkt von der Druckfeder an die Ausströmöffnung
des Druckkanals gedrückt. Damit sitzt der Dichtungsstopfen
sicherer auf der Öffnung. Der Kippkolben dient als lageabhängiges
Gewicht, dass zusammen mit der Druckfeder den Schließdruck
bestimmt. Die Lage des Kippkolbens wirkt sich nun nicht mehr direkt
auf die Druckkraft der Druckfeder aus. Dadurch wird die Schließkraft
in allen Lagen des Tankfahrzeugs definiert eingehalten.
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Auf
den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt,
welches nachfolgend näher erläutert wird.
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Es
zeigt
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1 einen
Schnitt durch das Be- und Entlüftungsventil in der Ventil-Schließstellung,
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2 einen
Halbschnitt durch den Ventilkolben mit Kippkolben und Druckfeder,
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3 und 4 einen
Schnitt durch den im Ventilkolben gehaltenen Kippkolben in verschiedenen
Lagen.
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Das
auf den in 1 dargestellte Be- und Entlüftungsventil
weist ein am Tank festlegbares Flanschgehäuse 1 mit
einem Druckluft-Einlass-Kanal 2A und einem Druckluft-Auslass-Kanal 2B und Druckluftanschlüssen 3 auf.
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In
das Flanschgehäuse ist ein mit beiden Druckluft-Kanälen 2A, 2B verbundener
Zylinder 4 eingesetzt. In diesem ist ein federbelasteter
Ventilkolben 5 mit Ventilteller 6 verschiebbar
gelagert, welcher in Abhängigkeit von der Druckluft in
die Ventil-Öffnungs- und Schließstellung bewegbar
ist.
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In
dem Ventilkolben 5 ist ein in Kolbenlängsrichtung
verschiebbarer, federbelasteter und in Abhängigkeit von
einem Mitnehmer des Ventilkolbens 5 in eine Öffnungsstellung
bewegbarer Folgesteuerungskolben 8 angeordnet, welcher
die beiden Druckluftkanäle 2A, 2B gegeneinander
absperrt oder freigibt.
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In
dem Ventilkolben 5 ist ein weiterer verschiebbarer Kippkolben 9 mit
einem Dichtungsstopfen 29 vorgesehen, welcher bei einem
Gasüberdruck in die Öffnungsstellung und nach
Abbau des Überdruckes wieder in die Schließstellung
bewegt wird. In der Öffnungsstellung des Kippkolbens 9 gibt
der Dichtungsstopfen 29 einen Druckausgleich-Kanal 10 vom
Tank-Innenraum zur Außenumgebung frei. Gerät das
Fahrzeug infolge eines Unfalles in eine Kipplage oder gar in eine
auf dem Kopf liegende Lage, so verbleibt der Kippkolben 9 trotz
der dann über den Druckausgleich-Kanal 10 auf
ihm lastenden Flüssigkeitssäule in der Schließstellung.
Erst bei steigendem Überdruck im Tank, z. B. durch Sonneneinstrahlung,
wird der Kippkolben 9 dann in die Öffnungsstellung
bewegt, so dass solange Flüssigkeit aus dem Tank heraufließt
bis der gefährliche Überdruck abgebaut ist, dann
wird der Kippkolben 9 mir dem Dichtungsstopfen 29 wieder
in die Schließstellung bewegt.
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Der
mit dem Ventilkolben 5 einstückig verbundene Ventilteller 6 weist
an seinem Rand eine profilierte Ventildichtung auf, die in der Ventil-Schließstellung
das Flanschgehäuse 1 gegenüber dem Tank-Innenraum
dicht abschließt.
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Der
Folgesteuerungskolben 8 ist als Hohlzylinder ausgebildet,
der in einer zylindrischen Ausnehmung des Ventilkolbens 5 verschiebbar
geführt ist.
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In
dem hohlzylindrischen Folgesteuerungskolben 8 ist eine
Druckfeder zur Erzeugung eines Anpressdruckes in der Druckluftkanal-Absperrstellung angeordnet.
Diese Druckfeder ist zwischen dem geschlossenen Stirnende des hohlzylindrischen
Folgesteuerungskolbens 8 und einer Stützfläche
des Ventilkolbens 5 vorgespannt gehalten. Der Folgesteuerungskolben 8 weist
an seinem dem geschlossenen Stirnende zugewandten Endbereichen mindestens eine
Ein- und Ausström-Öffnung für Druckluft
aus dem Drucklufteinlass-Kanal 2A auf.
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Beim
Entleeren/Befüllen des Tanks hebt der Dichtring 20 des
Folgesteuerungskolbens 8 erst dann vom Dichtsitz des Zylinders 4 ab
und gibt damit den Druckluft-Auslass-Kanal 2B frei, wenn
der Ventilkolben 5 schon ca. 4/5 seines durch den Hubbegrenzungsring
vorgegebenen Maximalhubes H von der Druckluft in die Ventil-Öffnungsstellung
verschoben ist. Durch die damit erzielte zeitliche Verzögerung
ist sichergestellt, dass das Bodenventil für das Entleeren/Befüllen
des Tanks erst dann öffnet, wenn das Be- und Entlüftungsventil
ausreichend geöffnet ist.
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Der
in dem Ventilkolben 5 verlaufende Druckausgleich-Kanal 10 erstreckt
sich von einer Einstrom-Öffnung 26 zu einer einen
Zugang zum Ventilkolben-Außenraum bildende Ausström-Öffnung 28.
Der federbelastete Dichtungsstopfen 29 gibt die Ausström-Öffnung 28 in
Abhängigkeit von einem Überdruck im Tank frei
oder sperrt sie ab.
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In 2 sind
der Kippkolben 9, die Druckfeder 33 und der Dichtungsstopfen
im Detail dargestellt. Der Dichtungsstopfen 29 verschließt
die Ausströmöffnung 28 des Druckausgleichkanals 10.
In diesem herrscht über die Einströmöffnung 26 der Druck
aus dem Tankinneren. In dem Ventilteller 6 ist das Führungsrohr 32 für
die Druckfeder 33 gehalten. Die Stärke der Federkraft,
die direkt auf den Dichtungsstopfen 29 wirkt, ist über
die Einstellschraube 40 einjustiert. Der Kippkolben 9 ist
in der Aufnahmeschale 30 des Ventiltellers 6 über
das Führungsrohr 32 gestülpt und er hält
in seiner Nut 39 den Dichtungsstopfen 29 mit einem
Spiel.
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Nachfolgend
werden die verschiedenen Funktionen und Wirkungsweisen des Be- und
Entlüftungsventiles näher beschrieben. Zum Entleeren/Befüllen
des Tanks wird der Druckluft-Einlass-Kanal 2A und somit
auch der Ventilkolben-Kopf mit Druckluft beaufschlagt. Infolge des
Luftdruckes wird der Ventilkolben 5 in die Ventil- Öffnungsstellung
verschoben, wobei der Ventilteller 6 mit seiner Ventildichtung
der Stirnseite der vertikal nach unten verlaufenden Wandung des
Flanschgehäuses 1 abhebt. Kurz bevor der Ventilkolben 5 um
seinen Maximalhub H verschoben ist, wird der Folgesteuerungskolben 8 vom
Ventilkolben 5 auf seinem noch zurückzulegenden
Hubweg mitgenommen, so dass der Folgesteuerungskolben 8 vom
Dichtring 20 im Zylinder 4 abhebt und die Verbindung
zum Druckluft-Auslass-Kanal freigibt. Nun wird das Bodenventil mit
Druckluft beaufschlagt und öffnet. Das ab- oder zugeflossene
Flüssigkeitsvolumen wird durch ein- bzw. ausströmende
Luft (Gas) ersetzt.
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Bei
einem gefährlichen Unterdruck im Tank wird der Ventilteller 6 mit
dem Ventilkolben 5 in die Ventil-Öffnungsstellung
verschoben, so dass Luft aus der Atmosphäre zum Druckausgleich
in den Tank strömen kann.
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Der
Ventilteller 6 und die Druckfeder 33 sind dabei
so ausgelegt, dass der Ventilteller 6 mit dem Ventilkolben 5 bei
einem Unterdruck ab 0,015 bar in die Ventil-Öffnungsstellung
verschoben wird.
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Gefährliche
Gasüberdrucke im Tank werden über den Druckausgleich-Kanal 10 und
den Kippkolben 9 abgebaut. Der Überdruck im Tankbehälter
und im Druckausgleich-Kanal wirkt auf den Dichtungsstopfen 29 entgegen
der Druckfeder 33. Der Dichtungsstopfen 29 hebt
von der Ausström-Öffnung 28 des Druckausgleichkanals
(10) ab und Luft/Gas strömt unter Abbau des Überdruckes
aus dem Tank in die Atmosphäre. Der Kippkolben 9 und
die Einstellmöglichkeit der Druckfeder 33 sind
so ausgelegt, dass der Druckausgleichkanal 10 bei einem
im Bereich von 0,05 bar bis 0,1 bar einstellbaren Überdrucks
freigegeben wird.
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Bei
Kipplagen oder Kopflage des Tankfahrzeuges lastet auf dem Ventilteller 6 ein
Druck. Dieser Druck ergibt sich aus der anstehenden Flüssigkeitssäule
zuzüglich dem voreingestellten Öffnungsdruck. Die
Flüssigkeitssäule ist abhängig von der
Tankgeometrie. Die Flüssigkeit dringt in den Druckausgleich-Kanal 10 ein
und drückt auf den Dichtungsstopfen 29. Der Dichtungsstopfen 29 hält
dem Druck der Flüssigkeitssäule jedoch stand.
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Bei
Schräglagen oder Kopflage bewirkt der Kippkolben eine Änderung
der Andruckkraft des Dichtungsstopfens 29 auf die Ausström-Öffnung 28.
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Der
Kippkolben 9 und die Druckfeder 33 sind so ausgelegt,
dass der Dichtungsstopfen 29 bei allen Schräglagen
und Kopflage gegen den Druck der jeweils auf dem Dichtstopfen 29 anstehenden
Flüssigkeitssäule zuzüglich dem voreingestellten Öffnungsdruck
abdichtet. Bei Kopflage des Tanks und einem Druck der Flüssigkeitssäule
zwischen 0,2 und 0,3 bar hebt der Dichtstopfen 29 vom Dichtsitz
ab.
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Bei
einer Kipplage des Tankfahrzeugs von 90° öffnet
der Dichtstopfen bei einem Druck zwischen 0,1 und 0,2 bar.
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Bei
Erhöhung des Druckes vor dem Kippventil über den
voreingestellten Druck zuzüglich der anstehenden Flüssigkeitssäule
hinaus strömt solange Flüssigkeit ab bis der Überdruck
wieder auf den voreingestellten Druck zuzüglich der anstehenden
Flüssigkeitssäule abgefallen ist.
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Die
Wirkungsweise des Kippkolbens 9 ist auf den 3 und 4 näher
dargestellt. 3 zeigt den Kippkolben 9 im
normalen Betriebszustand des Tankfahrzeuges. An dem Schwerpunkt
des Kippkolbens 9 greifen die Schwerkraft und die in diesem
Fall vertikal nach oben gerichtete Kraft der Druckfeder 33 an.
Die Druckfederkraft ist größer als die Schwerkraft,
so dass der Dichtungsstopfen 29 die Ausström-Öffnung 28 in
dem Ventilkolben 5 dicht abschließt. Die Federkraft
ist durch die Einstellschraube 40 eingestellt.
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In 4 sind
die Verhältnisse am Kippkolben 9 bei Kopflage
dargestellt. Die Federkraft und die Schwerkraft addieren sich gleichsinnig
zur Dichtungsanpressung. Die von dem Druck der Flüssigkeitssäule
ausgehende Kraft reicht nicht aus, um den Dichtungsstopfen 29 von
der Ausström-Öffnung 28 abzuheben.
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- 1
- Flanschgehäuse
- 2A
- Druckluft-Einlass-Kanal
- 2B
- Druckluft-Auslass-Kanal
- 3
- Druckluftanschlüsse
- 4
- Zylinder
- 5
- Ventilkolben
- 6
- Ventilteller
- 8
- Folgesteuerungskolben
- 9
- Kippkolben
- 10
- Druckausgleich-Kanal
- 20
- Dichtring
- 26
- Einström-Öffnung
für den Druckausgleich-Kanal
- 28
- Ausström-Öffnung
für den Druckausgleich-Kanal
- 29
- Dichtungsstopfen
für den Kippkolben
- 30
- Aufnahmeschale
für den Kippkolben
- 31
- Zylindrische
Bohrung im Kippkolben
- 32
- Führungsrohr
für den Kippkolben
- 33
- Druckfeder
für den Kippkolben
- 39
- Nut
im Kippkolben
- 40
- Einstellschraube
- H
- Maximalhub
des Ventilkolbens
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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