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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zum Überwachen
der Schließstellung
eines Tankdeckels, mit einem am oder im Tankdeckel angeordneten
Magneten, einem am Tankstutzen angeordneten Magnetschalter und einem
Drehmomentbegrenzer, der den Magneten bei Erreichen des Grenzdrehmoments in
eine den Magnetschalter auslösende
Stellung bringt.
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Eine Vorrichtung dieser Art wird
in
WO 00/01549 A beschrieben und dient dazu, die
Schließstellung
des Tankdeckels eines Kraftfahrzeugs zu überwachen, so daß bei fehlendem
oder nicht vollständig
geschlossenem Tankdeckel ein Warnsignal auf dem Armaturenbrett des
Fahrzeugs angezeigt werden kann.
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Bei der bekannten Vorrichtung weist
der Tankdeckel einen in den Tankstutzen einschraubbaren Schraubstopfen
und eine drehbar an dem Schraubstopfen gehaltene Kappe auf. Der
Drehmomentbegrenzer ist wirkungsmäßig zwischen der Kappe und
dem Schraubstopfen angeordnet. Wenn beim Schließen des Tankdeckels der Schraubstopfen
dicht eingeschraubt ist und sich nicht mehr weiter drehen läßt, dreht
sich die Kappe allein weiter. Diese Verdrehung der Kappe relativ
zum Schraubstopfen wird durch Nocken in eine axiale Bewegung des
Magneten umgesetzt, der verschiebbar im Inneren des Schraubstopfens
geführt
ist. Hierdurch gelangt der Magnet in eine Position in der Nähe des Magnetschalters,
so daß der
Magnetschalter geschlossen wird. Wenn die Kappe weitergedreht wird,
gleiten die Nocken übereinander
hinweg, und der Magnet federt elastisch wieder in seine Ausgangsstellung
zurück. Aufgrund
der magnetischen Remanenz bleibt der Magnetschalter jedoch in der
geschlossenen Stellung, so daß die Öffnungs-
und Schließstellung
des Tankdeckels stets korrekt angezeigt wird.
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Dies setzt allerdings voraus, daß die räumliche
Lage des Magneten in der Auslösestellung
relativ zum Magnetschalter und die Remanenzeigenschaften des Magnetschalters
präzise
aufeinander abgestimmt sind. Bei fehlerhafter Justierung des Magneten
oder des Magnetschalters und/oder bei zu starker oder zu schwacher
Remanenz des Magnetschalters kann es in Ausnahmefällen, wenn
sich die verschiedenen Fehler ungünstig kumulieren, zu einer
fehlerhaften Anzeige kommen.
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Aufgabe der Erfindung ist es deshalb,
eine Vorrichtung der Eingangs genannten Art zu schaffen, die trotz
unvermeidlicher Toleranzen bei der Fertigung des Auslösemechanismus
und bei der Auslegung des Magnetschalters eine fehlerfreie Anzeige des Öffnungs-
und Schließzustandes
des Tankdeckels gewährleistet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
daß der
Magnet durch einen Haltemechanismus mechanisch in der Auslösestellung
verriegelt ist, bis der Tankdeckel wieder geöffnet wird.
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Aufgrund der mechanischen Verriegelung bleibt
der Magnet auch dann in der Auslösestellung, wenn
der Benutzer nach Überschreitung
des Grenzdrehmoments versucht, den Tankdeckel weiter einzuschrauben.
Solange der Tankdekkel geschlossen bleibt, ist daher der Magnetschalter
ständig
dem Magnetfeld des Magneten ausgesetzt, so daß mit hoher Zuverlässigkeit
ein korrektes Signal für
die geschlossene Stellung des Tankdeckels ausgegeben wird, ohne
daß der
Magnetschalter hierzu eine Remanenz aufweisen muß.
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Erst wenn der Benutzer den Tankdeckel
in entgegensetzter Richtung dreht, um ihn wieder vom Tankstutzen
abzunehmen, wird die Verriegelung aufgehoben, und der Magnet kehrt
wieder in seine unwirksame Position zurück. Der Magnetschalter fällt spätestens
dann ab, wenn der Tankdeckel ganz vom Tankstutzen abgenommen wird
und somit der Magnetschalter nicht mehr dem Feld des Magneten ausgesetzt
ist. Wird dann der Tankdeckel wieder auf den Tankstutzen aufgesetzt,
so befindet sich der Magnet zunächst
in der unwirksamen Position und er wird erst dann wieder in die
Auslösestellung überführt, wenn
erneut das Grenzdrehmoment erreicht ist. Somit ist sichergestellt,
daß das
Signal, das die geschlossene Stellung des Tankdeckels anzeigt, erst dann
erzeugt wird, wenn der Tankstutzen auch wirklich dicht verschlossen
ist.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der
Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Wenn der Drehmomentbegrenzer wie üblich zwischen
einem Stopfen und einer Kappe des Tankdeckels wirkt, so kann eine
axiale Verschiebung des Magneten zwischen seiner Auslösestellung
und seiner unwirksamen Stellung durch Nokken bewirkt werden, die
einerseits der Kappe und andererseits dem Magneten zugeordnet sind
und die beim Drehen der Kappe mit Schrägflächen aufeinander aufgleiten.
Die mechanische Verriegelung des Magneten läßt sich dann dadurch erreichen,
daß sich
an die Schrägflächen der
Nocken in Umfangsrichtung eine Plateaufläche und dann ein Anschlag anschließt, der
ein weiteres Verdrehen der Nocken relativ zueinander verhindert.
Wenn der Magnet durch die Wirkung der Schrägflächen in die Auslösestellung überführt wurde,
so wird er beim Weiterdrehen der Kappe durch die Plateauflächen in
dieser Auslösestellung
verriegelt, und die Anschläge
verhindern, daß die
Plateauflächen
und die Gegenflächen
der damit zusammenwirkenden Nocken voneinander abgleiten.
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Wenn die der Kappe zugeordneten Nocken drehfest
an dieser Kappe angeordnet sind und die dem Magneten zugeordneten
Nocken drehfest in bezug auf den Stopfen gehalten sind, hat diese
Konstruktion zur Folge, daß sich
die Kappe nach Überschreitung
des Grenzdrehmoments nur noch um einen begrenzten Winkel weiterdrehen
läßt, nämlich so weit,
bis die Anschläge
der Nocken wirksam werden. In einer vorteilhaften Ausführungsform
ist eine zusätzliche
drehmomentbegrenzende Kupplung vorgesehen, die ein unbegrenztes
Weiterdrehen der Kappe ermöglicht
und somit – insbesondere
im Falle eines als Schraubstopfen ausgebildeten Stopfens – ein zu
festes Anziehen des Schraubstopfens verhindert. Bevorzugt sind die
der Kappe zugeordneten Nocken an einem Ausrücker ausgebildet, der durch
die drehmomentbegrenzende Kupplung mit der Kappe verbunden ist.
Diese Kupplung ist zweckmäßigerweise als
Einwegkupplung ausgebildet, so daß sich in Einschraubrichtung
des Stopfens nur ein begrenztes Drehmoment, in Löserichtung hingegen ein wesentlich
größeres Drehmoment übertragen
läßt. Auf
diese Weise ist sichergestellt, daß beim Öffnen des Tankdeckels ein hohes
Drehmoment auf den Ausrücker übertragen
wird und somit die mechanische Verriegelung des Magneten zuverlässig aufgehoben
wird.
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Wenn der Magnet und die ihm zugeordneten Nocken
elastisch in die unwirksame Position vorgespannt sind, können im
Prinzip auch die an den Nocken ausgebildeten Schrägflächen die
Funktion des Drehmomentbegrenzers erfüllen. Bevorzugt ist jedoch
zur Übertragung
des hauptsächlichen
Einschraubmoments von der Kappe auf den Stopfen ein separater Drehmomentbegrenzer
vorgesehen, der es gestattet, ein hohes Drehmoment zu übertragen und
das Grenzdrehmoment präzise
zu definieren. Dieser Drehmomentbegrenzer kann in bekannter Weiser
durch federnde Klinken gebildet werden, die an der Innenfläche der
Kappe relativ nahe am äußeren Umfangsrand
angeordnet sind und in zugehörige Kerben
des Stopfens eingreifen. Wenn das Grenzdrehmoment erreicht wird,
federn die Klinken elastisch zurück
und treten aus den zugehörigen
Kerben aus. Die Ausbildung der Nocken und die Anordnung der Kerben
sollten so aufeinander abgestimmt sein, daß die Nocken gerade in dem
Moment mit ihren Schrägflächen aufeinander
aufgleiten und die axiale Verstellung des Magneten bewirken, in
dem die federnden Klinken aus den Kerben austreten. Dies läßt sich
dadurch erreichen, daß der
Winkelabstand zwischen den Kerben am Stopfen mit dem Winkel übereinstimmt,
um den sich die Nocken gegeneinander verdrehen lassen. Wenn das
Grenzdrehmoment erreicht wird, treten die Klinken aus den Kerben
aus, und sie gleiten über
die Oberfläche
des Stopfens, während
die Nokken mit ihren Schrägflächen aufeinander
aufgleiten. Wenn dann die Verdrehung der Nocken relativ zueinander
durch die Anschläge
begrenzt wird, rastet jede Klinke wieder in eine Kerbe des Stopfens
ein, die der ursprünglichen
Kerbe in Umfangsrichtung benachbart ist.
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Die Kerben sind bevorzugt an einem
Kerbring ausgebildet, der über
eine Einwegkupplung mit dem Stopfen gekoppelt ist. Beim Einschrauben
des Stopfens ist der Kerbring durch die Einwegkupplung an dem Stopfen
blockiert, so daß der
Kerbring und mit ihm der gesamte Stopfen durch die Klinken in Drehrichtung
mitgenommen werden. Wenn die Kappe in Gegenrichtung gedreht wird,
um den Stopfen zu lösen,
ermöglicht
die Einwegkupplung zunächst
eine Verdrehung des Kerbrings relativ zu dem Stopfen. Da sich in
dieser Phase die Nocken gegeneinander verdrehen, wird die mechanische
Verriegelung des Magneten aufgehoben, und am Ende dieser Phase kehrt der
Magnet in die unwirksame Stellung zurück. Da sich dann die Nocken
nicht weiter gegeneinander verdrehen lassen, wird das auf die Kappe
ausgeübte Drehmoment
durch die in Löserichtung
sperrende drehmomentbegrenzende Kupplung auf den Ausrücker und
dann über
die miteinander in Eingriff stehenden Nocken auf den Stopfen übertragen.
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Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 einen
Schnitt durch einen Tankdeckel in der Schließstellung an einem Tankstutzen;
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2 einen
Schnitt durch den Tankdeckel in einer Position kurz nach Beginn
eines Ausschraubvorgangs;
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3 eine
Seitenansicht eines Ausrückers, der
in einer Kappe des Tankdeckels angeordnet ist;
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4 den
Ausrücker
in einem Schnitt längs der
Linie IV-IV in 3;
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5 eine
Seitenansicht eines Magnetträgers;
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6 einen
Schnitt längs
der Linie VI-VI in 5;
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7 eine
maßstäblich verkleinerte
Draufsicht auf einen Kerbring, der in einer Nut eines im Querschnitt
dargestellten Stopfens liegt; und
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8 einen
Schnitt durch den Kerbring längs
der Linie VIII-VIII in 7.
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In 1 ist
ein Tankdeckel 10 auf einen Tankstutzen 12 eines
Kraftstofftanks eines Kraftfahrzeugs aufgeschraubt. Der Tankdeckel
weist einen Stopfen 14 und eine drehbar mit dem Stopfen
verbundene Kappe 16 auf, die einen Griff 18 bildet.
In der Mündung
des Tankstutzens 12 ist ein Gewindeeinsatz 20 befestigt,
der mit dem Außengewinde
des Stopfens 14 in Gewindeeingriff steht. 1 zeigt den Tankdeckel in der Schließstellung,
in der ein Flansch 22 des Stopfens über eine Dichtung 24 mit
dem Rand des Gewindeeinsatzes 20 in Dichtberührung steht.
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Im Inneren des Stopfens 14 sind
ein topfförmiges
Innenteil 26 und weiter außen, also weiter oben in 1, eine Führungsbuchse 28 befestigt.
In der Führungsbuchse 28 ist
ein Magnetträger 30 drehfest
und axialbeweglich geführt.
Ein Magnet 32 (Permanentmagnet) ist mit Rastklauen an dem
Magnetträger 30 gehalten
und liegt innerhalb des topfförmigen
Innenteils 26. Die Führungsbuchse 28 bildet
zugleich ein Widerlager für
Federn 34, die den Magnetträger 30 und den Magneten 32 elastisch
in eine Ruhestellung, nach oben in 1,
vorspan nen.
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Ein an sich bekannter Drehmomentbegrenzer 36 ist
wirkungsmäßig zwischen
der Kappe 16 und dem Stopfen 14 angeordnet. Dieser
Drehmomentbegrenzer wird durch federnde Klinken 38 gebildet,
die in Kerben 40 eines dem Stopfen zugeordneten Kerbrings 42 eingreifen.
Beim Aufschrauben des Tankdeckels auf den Tankstutzen wird die Drehbewegung der
Kappe 16 durch die Klinken 38 so lange auf den Stopfen 14 übertragen,
bis ein vorgegebenes Grenzdrehmoment erreicht wird. Dieses Grenzdrehmoment
ist so gewählt,
daß der
Stopfen 14 dann fest in den Gewindeeinsatz 20 eingeschraubt
ist und den Tankstutzen dicht verschließt.
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Auf der Innenseite der Kappe 16 ist
in der Mitte des Griffes 18 ein Ausrücker 44 gelagert,
der mehrere nach unten vorspringende Nocken 46 aufweist
und der mit der Kappe 16 durch eine drehmomentbegrenzende
Kupplung verbunden ist, wie weiter unten näher erläutert werden wird.
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Die Nocken 46 stehen mit
Nocken 48 in Eingriff, die an dem Magnetträger 30 ausgebildet
sind.
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Der Ausrücker 44 ist in 3 und 4 gesondert dargestellt. In 4 blickt man auf die Innenwand
des Griffes 18, die ein Lager 50 für den Ausrücker bildet.
Der Ausrücker 44 hat
an seinem Umfang drei federnde, nach außen vorspringende Rastzungen 52,
die in einen Kranz von sägezahnförmigen Kerben 54 des
Lagers 50 eingreifen. Die Rastzungen 52 und die
Kerben 54 bilden zusammen eine drehmomentbegrenzende Kupplung,
die aufgrund der asymmetrischen Flankenform der Kerben 54 als
Einwegkupplung wirkt. Wenn in der Ansicht von unten gemäß 4 der Griff 18 im
Gegenuhrzeigersinn gedreht wird – dies entspricht einer Drehung
der Kappe 16 in Einschraubrichtung des Stopfens 14 – so wird der
Ausrücker 44 in
Drehrichtung mitgenommen. Wenn jedoch das übertragene Drehmoment zu groß wird,
federn die Rastzungen 52 nach innen zurück, so daß der Ausrücker 44 stehenbleibt
und sich die Kappe 16 allein weiterdreht. Wenn die Kappe 16 und der
Griff 18 jedoch in Gegenrichtung, im Uhrzeigersinn in 4, gedreht werden, bleiben
die Rastzungen 52 mit den Kerben 54 in Eingriff,
und es kann ein im Prinzip unbegrenztes Drehmoment übertragen werden.
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5 und 6 zeigen den Magnetträger 30,
an dem die drei Nocken 48 ausgebildet sind, die mit den Nocken 46 des
Ausrückers 44 zusammenwirken.
Jeder Nocken 48 weist eine Schrägfläche 56 auf, die von
oben gesehen in Uhrzeigerrichtung ansteigt und an die sich eine
wieder etwas abfallende Plateaufläche 58 anschließt. Diese
Plateaufläche 58 wird
durch einen Anschlag 60 begrenzt, der nach oben über die höchste Stelle
der Schrägfläche 56 hinausragt.
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Der untere Teil des Magnetträgers 30 weist an
seinem Umfang vier vertikale Führungsrippen 62 auf,
mit denen der Magnetträger
drehfest in entsprechenden Nuten der Führungsbuchse 28 geführt ist.
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7 zeigt
einen horizontalen Schnitt durch den Flansch 22 des Stopfens 14 ohne
die Führungsbuchse 28 und
ohne den Magnetträger 30.
In der Draufsicht erkennt man den Kerbring 42, der in einer nach
oben offenen Nut 64 des Flansches 22 liegt. Die Kerben 40 sind
in Winkelabständen
von 45° angeordnet
und werden jeweils in Uhrzeigerrichtung durch eine schräge Flanke
und in Gegenuhrzeigerrichtung durch eine steile Flanke begrenzt.
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Am äußeren Umfang des Kerbrings 42 sind vier
federnde Zungen 66 ausgebildet, die in radiale Nuten 68 des
Flansches 22 einrasten. Durch die Zungen 66 und
die Nuten 68 wird eine Einwegkupplung gebildet, die den
Kerbring 42 relativ zu dem Flansch 22 des Stopfens 14 in
Uhrzeigerrichtung verriegelt, jedoch eine Drehung in Gegenuhrzeigerrichtung
zuläßt.
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Wenn die Kappe 16, die,
wie 1 zeigt, mit dem äußeren Rand
des Flansches 22 verrastet ist, im Uhrzeigersinn in 7 gedreht wird, um den Stopfen 14 in
den Tankstutzen 12 einzuschrauben, so greifen die Klinken 38 in
die Kerben 40 ein und nehmen den Kerbring 42 in
Drehrichtung mit. Durch die federnden Zungen 66 wird der
Stopfen 14 in Drehrichtung mitgenommen. Der Magnetträger 30 nimmt
an dieser Drehbewegung teil, weil er durch die Führungsrippen 62 drehfest
mit dem Stopfen 14 verbunden ist. Durch den Eingriff der
Rastzungen 52 in die Kerben 54 wird auch der an
der Kappe 16 gehaltene Ausrücker 44 bei dieser
Drehung mitgenommen. Die Nocken 46 des Ausrückers liegen
in den Zwischenräumen
zwischen den Nocken 48 des Magnetträgers 30.
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Wenn der Stopfen 14 ganz
eingeschraubt ist und den Tankstutzen 12 abdichtet, wird
das übertragene
Drehmoment so groß,
daß die
Klinken 38 an den schrägen Flanken
der Kerben 40 abgleiten. Von diesem Augenblick an drehen
sich nur die Kappe 16 und der Ausrücker 44 weiter, während der
Stopfen 14 und der Magnetträger 30 stehenbleiben.
Hierdurch kommt es zu einer Verdrehung der Nokken 46 relativ zu
den Nocken 48, und die unteren Enden der Nocken 46 gleiten
auf die Schrägflächen 56 der
Nocken 48 auf. Der Magnetträger 30 wird dadurch
entgegen der Kraft der Federn 34 nach unten gedrückt. Wenn die
Nocken 46 den höchsten
Punkt der Schrägflächen 56 überschritten
haben, legen sie sich auf die leicht abfallenden Plateauflächen 58.
Die unteren Enden der Nocken 46 sind entsprechend diesen
Plateauflächen
abgeschrägt.
Schließlich
legen sich die Nocken 46 an die Anschläge 60 der Nocken 48 an. Die
Kappe 16 und der Ausrücker 44 sind
dann relativ zu dem Magnetträger 30 insgesamt
um einen Winkel von 45° ???
gedreht worden. Da die Kerben 40 des Kerbrings ebenfalls
in Winkelabständen
von 45° ??? angeordnet
sind, fallen die Klinken 38 wieder in die Kerben 40 ein.
Dieser Zustand ist in 1 dargestellt.
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Der Magnet 32 befindet sich
nun in seiner tiefsten Position, so daß ein außen am Tankstutzen angebrachter
Magnetschalter 70 geschlossen wird. Auf diese Weise wird
ein elektrisches Signal erzeugt, das anzeigt, daß der Tankstutzen 12 dicht
verschlossen ist.
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Wenn die Kappe 16 weiter
in Einschraubrichtung gedreht wird, wird ein Mitdrehen des Ausrückers 44 durch
die Anschläge 60 verhindert.
Der Magnet 32 wird somit in seiner tiefsten Position verriegelt.
Die Rastzungen 52 des Ausrückers federn nach innen ein,
und die Kappe 16 dreht sich allein weiter, während der
Ausrücker
stehenbleibt. Die Klinken 38 treten dabei wieder aus den
Kerben 40 aus. Wenn die Rastzungen 52 des Ausrückers über die
Kerben 54 des Lagers 50 hinweggleiten, entsteht
ein ratschendes Geräusch,
das dem Benutzer anzeigt, daß der Tankdeckel
dicht geschlossen ist.
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Wenn der Tankdeckel vom Tankstutzen
gelöst
werden soll, dreht der Benutzer die Kappe 16 von oben gesehen
im Gegenuhrzeigersinn. Die Klinken 38 fallen wieder in
die Kerben 40 ein und stützen sich an den steilen Flanken
dieser Kerben ab. Die Rastzungen 52 des Ausrückers rasten
in den Kerben 54 ein, so daß der Ausrücker 44 in Drehrichtung
mitgenommen wird.
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Wenn nun die Kappe 16 weiter
im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird, schieben die Klinken 38 den Kerbring 42 in
Drehrichtung mit. Dabei federn die Zungen
66 des Kerbringes
nach innen ein, so daß der
Stopfen 14 und der Magnetträger 30 zunächst noch
stehen bleiben. Folglich kommt es wieder zu einer relativen Verdrehung
zwischen den Nocken 46 und 48. Daher gleiten die
Nocken 46 von den Plateauflächen 58 ab und legen
sich wieder in die Zwischenräume
zwischen den Nocken 48. Der Magnetträger 30 wird durch
die Federn 34 nach oben gedrückt. So wird der in 2 erreichte Zustand erreicht,
in dem der Magnet 32 seine obere Endlage einnimmt und weit
von dem Magnetschalter 70 entfernt ist. Falls der Magnetschalter 70 keine
Remanenz aufweist, öffnet
er bereits in diesem Augenblick.
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Die Nocken 46 liegen nun
an den Seiten der Anschläge 60 an,
die den Plateauflächen 58 entgegengesetzt
sind. Die Klinken 38 liegen nach wie vor in den Kerben 40.
Wenn nun die Kappe 16 weiter im Gegenuhrzeigersinn gedreht
wird, so wird das Drehmoment von dem Ausrücker 44 über die
Nocken 46 und 48 auf den Magnetträger 30 und
von diesem über
die Führungsbuchse 28 auf
den Stopfen 14 übertragen,
so daß der
Stopfen vom Tankstutzen abgeschraubt wird. Der Tankdeckel befindet
sich nun wieder in seinem ursprünglichen
Zustand, in dem die Klinken 38 in den Kerben 40 des
Kerbrings 42 liegen und die Nocken 46 in den Zwischenräumen zwischen den
Nocken 48 liegen. Wenn der Tankdeckel 10 erneut
eingeschraubt wird, wiederholen sich daher die oben beschriebenen
Vorgänge.