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Technischer
Hintergrund der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung liegt in dem Gebiet von auf den Kraftstofffüllstand
ansprechenden Ventilen wie sie in Kraftfahrzeugkraftstofftanks verwendet
werden.
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Auf
den Kraftstofffüllstand
ansprechende Ventile sind auf dem Gebiet der Steuerung der Entlüftung von
Kraftstoffdämpfen
aus Kraftfahrzeugkraftstofftanks bekannt. Diese Ventile haben typischerweise
einen in einem Ventilkörper
eingeschlossenen Schwimmermechanismus, um ein Ventilverschlusselement
in Abhängigkeit
von einem ansteigenden oder abfallenden Kraftstofffüllstand
in und außer
abdichtenden Eingriff mit einem Entlüftungsauslass zu bringen. Solche
Ventile werden meistens als Überroll-Ventile
verwendet, die auf das Überschwappen von
Kraftstoff oder die Neigung des Kraftfahrzeugs und Überroll-Situationen
ansprechen, um einen die Dämpfe
behandelnden Behälter
vor flüssigem
Kraftstoff zu schützen,
wenngleich sie auch zum Absperren bei der Betankungsüberwachung
und insbesondere zur Überwachung
der Dämpfe
an Bord (des Fahrzeugs) verwendet werden können.
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Einige
zweckentsprechende schwimmerbetätigte
Ventile sind in der US-Patentschrift 4,753,262 im Namen von Bergsma
und der US-Patentschrift 5,313,977 im Namen von Bergsma et al beschrieben, die
beide, gemeinsam mit der vorliegenden Anmeldung, dem gleichen Inhaber
gehören.
Diese Ventile benutzen eine abschälartige Öffnungswirkung, bei der ein
steifes platten- oder spatelartiges Ventilelement aus Kunststoff
zunächst
von einem an dem Schwimmer angebrachten Betätigungsglied über ein begrenztes
Segment seiner mit dem Entlüftungsauslass
gemeinsamen Dichtfläche „aufgebrochen" und anschließend von
dem Entlüftungsauslass
entweder längs
seines Umfangs oder hebelartig „abgeschält" wird. Dadurch, dass anfänglich lediglich
ein Teil des Ventilelementes von dem Entlüftungsauslass weggebrochen
oder abgeschält
wird, wird die an dem Ventilelement liegende Druckdifferenz abgebaut,
um zu verhindern, dass der Schwimmer in der Schließstellung „hängen bleibt" oder „festsitzt", unfähig die
Kraft des an der Außenfläche des
Ventilelements angreifenden Differenzdrucks zu überwinden, um das Ventil beim
Abfallen des Kraftstofffüllstands
zu öffnen.
Die nach unten gerichtete Nettokraft, welche das Gewicht des Schwimmers
abzüglich
der Auftriebskräfte umfasst,
reicht nicht aus, um das ganze Ventilelement sofort von dem Entlüftungsauslass
wegzubewegen, weil die resultierende Kraft des über die gesamte Oberfläche des
Ventilelementes angreifenden Dampfdifferenzdrucks wesentlich größer ist.
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Bisher
wurden steife Ventilelemente verwendet, weil sie besser auf die
anfängliche „Aufbrech"- oder „Abschäl"-Wirkung des Schwimmers ansprechen. Es
ist deshalb notwendig entweder die Dichtflächen des steifen Ventilelementes
und des Entlüftungsauslasses
sorgfältig
zu bearbeiten, um eine zweckentsprechende Dampf- und Flüssigkeitsabdichtung
zu erzielen oder ein zusätzliches
elastisch nachgiebiges, gummiartiges Dichtungsglied entweder an
dem Ventilelement oder an dem Entlüftungsauslass anzubringen,
um die Abdichtung zwischen diesen Teilen zu verbessern.
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Ein
anderer bekannter Lösungsvorschlag besteht
in der Verwendung von biegsamen bandartigen Ventilelementen, die
in einer im Wesentlichen kontinuierlichen Abschälweise geöffnet werden. Beispiele solcher
Ventile sind in der oben erwähnten
Patentschrift von Bergsma et al und in der US- Patentschrift, 4,770,201 sowie in der
veröffentlichten
europäischen
Patentanmeldung
EP
0 724 098 A1 von Zakai et al dargestellt.
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Die
US-Patentschrift 5,605,175 beschreibt ein fluidabhängiges Entlüftungsauslasssteuerventil für einen
Kraftfahrzeugkraftstofftank, bei dem ein flexibles bandartiges Ventilglied
an einem ersten Ende an dem Gehäuse
der Schwimmerkammer und an seinen zweiten Ende an dem Schwimmer
befestigt ist. Das Ventilglied verschließt den Entlüftungsauslass und dichtet diesen
ab, wenn der Schwimmer in seiner oberen Stellung steht und wird
von dem Entlüftungsauslass
abgeschält,
wenn der Kraftstofffüllstand
abfällt.
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Wenngleich
biegsame, gummiartige Ventilelemente eine gute Abdichtung an dem
Entlüftungsauslass
ergeben, so zeigen doch gummiartige Dichtungen eine kontinuierliche
Abschälwirkung,
die sich als nicht so zweckmäßig herausgestellt
hat, wie die Aufbrechhebelwirkung von steifen Ventilelementen. Es
hat sich gezeigt, dass solche Dichtungen auch zum „Zusammenschieben" oder zu einer Verformung neigen,
die von einem hochvolumigen Dampfstrom, großen Druckdifferenzen und jeglicher
Gleitbewegung des Schwimmers bezüglich
des Entlüftungsauslasses
herrühren.
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Kurze Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung hilft den vorgenannten Nachteilen des bekannten
Ventils mit einem Ventilelement ab, das ein biegsames, elastisch
nachgiebiges, membranartiges Dichtelement aufweist, welches an seinem
Umfang durch einen verdickten Rand versteift ist, um der elastisch
nachgiebigen Dichtung eine hebelartige Öffnungswirkung zu verleihen.
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Erfindungsgemäß weist
der Schwimmer ein im Wesentli chen ringförmiges Käfig oder Gestell auf, das das
elastische Dichtelement einschließt. Die eingeschlossene, elastisch
nachgiebige Dichtung ist vorzugsweise versteift, beispielsweise
mit einem verdickten Rand, um einem dünnen, biegsamen, zentralen
Bereich, der an dem Entlüftungsauslass
anliegt, Körper-
oder formhaltende Eigenschaften zu verleihen.
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Das
Dichtelement ist in dem Käfig
so eingeschlossen, dass es eine begrenzte vertikale und vorzugsweise
auch eine begrenzte horizontale Bewegung in dem Käfig ausführen kann,
um dadurch die Öffnungswirkung
zu unterstützen.
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Bei
der bevorzugten Ausführungsform
ist das Käfig
einstöckig
mit dem Schwimmer ausgebildet und weist einen flexiblen Streifenabschnitt
oder einen „Filmscharnier"-Abschnitt auf, der
nach dem Einbringen des Dichtelements in das Käfig gefaltet und lagerichtig
verrastet wird, um das Dichtelement in dem Käfig zu halten.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnung
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1 ist eine schematische
Darstellung eines Kraftfahrzeug-Kraftstoffsystems einer Bauart,
bei der ein erfindungsgemäßes Ventil
eingesetzt werden kann,
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2 ist eine perspektivische
Ansicht des Überroll-Entlüftungsventils
nach 1;
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3 ist ein Ausschnitt oder
eine Schnittdarstellung längs
der Linie 3-3 der 2 unter
Veranschaulichung des vollständig
geöffneten
Ventils,
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4 ist eine vergrößerte Ansicht
eines Teils von 3 unter
Veranschaulichung der anfänglichen Abschälphase,
wenn die Abdichtung zwischen dem Ventilelement und dem Entlüftungsauslass
erstmals aufgebrochen wird;
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5 ist eine Ansicht zur Veranschaulichung
des gegenüber
der Stellung nach 4 weiter geöffneten
Ventilelements und
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6 ist eine perspektivische
Ansicht der Oberseite des Schwimmers, wobei das Käfig zum einfügen des
Ventilelementes geöffnet
ist.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Bezugnehmend
zunächst
auf 1 ist dort ein allgemein
mit 16 bezeichnetes erfindungsgemäßen Ventil im Umfeld eines
typischen Kraftfahrzeug-Kraftstoffsystems schematisch veranschaulicht,
das einen Kraftstofftank 10, ein Einfüllrohr 12 und eine
Dampfrückgewinnungsgerät, wie einen
Aktivkohlebehälter 14 aufweist,
der mit dem Ventil 16 über
eine Leitung oder einen Schlauch 17 verbunden ist.
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Auf
den Kraftstofffüllstand
ansprechende Dampfsteuerventile wie bei 16 sind typischerweise
in der oberen Wand des Kraftstofftanks 10 montiert, wobei
sie so angeordnet sind, dass sie die Dampfentlüftung aus dem Tank in den Behälter 14 absperren, wenn
der Kraftstofffüllstand 18,
beispielsweise beim Tanken oder bein Hin- und Herschwappen des Kraftstoffs
oder unter Überrollbedingungen
des Kraftfahrzeugs das Ventil 16 überspült. Das Ventil 16 öffnet wieder
wenn der Kraftstofffüllstand 18 abfällt oder wenn
der Schwapp- oder Überrollbedingung
abgeholfen ist.
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Bei
der dargestellten Ausführungsform
ist das Ventil 16 als ein „Überroll"-Ventil veranschaulicht, das typischerweise
in Verbindung mit einem oder mehreren zusätzlichen Ventilen in dem Kraftstofftank dazu
benutzt wird, die Dampfkontrolle beim Tanken und Druckentlastungsfunktionen
zu unterstützen.
Für den
Fachmann ist jedoch ohne Weiteres ersichtlich, dass das die vorliegende
Erfindung verkörpernde Ventil 16 bei
fast jeder Bauart von auf einen Kraftstofffüllstand ansprechendenden Ventilen
verwendet werden kann und nicht auf die im Folgenden beschrieben Überroll-Ventilanwendung beschränkt ist.
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Als
nächstes
bezugnehmend auf die 2 und 3 ist das erfindungsgemäße Ventil 16 dort
im Detail veranschaulicht, wobei sie, allgemein gesehen, die Ventilverschluss-
und Öffnungsbaugruppe
auf der Oberseite eines Schwimmermechanismus und dessen Zuordnung
zu einem Dampfentlüftungsauslass in
der oberen Stirnseite des Ventils zeigt, wo Kraftstoffdampf zu dem
Dampfrückgewinnungsgerät außerhalb
des Kraftstofftanks entlüftet
wird. Im Einzelnen weist das Ventil 16 einen Ventilkörper 20 mit
einem im Wesentlichen hohlen Zylinder auf, der aus einem kraftstoffbeständigen Kunststoffmaterial
hergestellt ist, wenngleich die genaue Zusammensetzung des Ventilkörpers 20 für die vorliegende
Erfindung nicht kritisch ist. Der Ventilkörper 20 enthält eine
innenliegende Schwimmerkammer 22, die so konstruiert ist,
dass sie einen auf den Kraftstofffüllstand ansprechenden Schwimmer 24 in
gleitender Einbauweise enthält.
Die Schwimmerkammer 20 enthält typischerweise wenigstens
einen und üblicherweise mehrere
untere (nicht dargestellte) Kraftstoffeintrittskanäle und einen
oder mehrere weiter oben liegende (nicht dargestellte) Kraftstoffdampf-Eintrittskanäle derart,
dass flüssiger
Kraftstoff in die Kammer 20 frei eindringt, wenn der Kraftstofffüllstand
in dem Tank das Ventil 16 erreicht, wodurch der Schwimmer 24 nach oben
zu einer Dampfentlüftungsöffnung oder
einem Dampfentlüftungsauslass 32 hin
gedrückt
wird, die bzw. der in der oberen Stirnseite der Schwimmerkammer
angeordnet ist und deren bzw. dessen unteres Ende als ein Ventilsitz 36 ausgebildet
ist. Der Auslass 32 steht mit einem Durchgangskanal 35 in einem
außerhalb
des Tanks 10 liegenden Ventilteil 37 in Verbindung,
wobei dieser Teil 37 zur Verbindung mit der Leitung oder
dem Schlauch 17 eingerichtet ist, die bzw. der an den Behälter 14 angeschlossen ist.
Die Kraftstoffdampf-Einlasskanäle in dem
oberen Endteil des Ventilkörpers,
die üblicherwiese
in Gestalt (nicht dargestellter) radialer Fenster in der Seitenwand
rings um die Kammer 22 ausgebildet sind, lassen Kraftstoffdampf
ein, der so lange durch den Auslass 32 entlüftet werden
kann, bis der Auslass dadurch verschlossen wird, dass ein Ventilelement
an dem Schwimmer an dem Ventilsitz 36 zur Anlage kommt.
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Der
Schwimmer 24 trägt
an seiner Oberseite ein allgemein mit 25 bezeichnetes Ventilverschlusselement,
das auf dem Schwimmer an einer Stirnseite durch einen Flanschring 38 und
Pfosten 28, 29, 31 sowie einen Scharnierpfosten 30 eingeschlossen
ist, der in 2 als einstöckiger Teil
des Schwimmers 24, von dessen Oberseite vorragend veranschaulicht ist
und der ein allgemein mit 33 bezeichnetes Käfig bildet.
Das Käfig 33 umfasst
somit einen Flansch oder Ring 38, der von Pfosten 28, 29, 31 und 30 abgestützt ist,
die dem Ventilelement eine gewisse auf und ab gerichtete und seitliche
Beweglichkeit oder Bewegungsfreiheit bezüglich des Schwimmers zum Zwecke
einer im Einzelnen im Nachfolgenden beschriebenen Öffnungswirkung
nach Art eines Abschälvorgangs
geben.
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Bezugnehmend
auf 6 ist dort der Scharnierpfosten 30 in
der offenen Stellung gezeigt, in der das Ventildichtelement 26 in
das Käfig
eingefügt
werden kann bevor das Ende des Pfostens 30 in einer in dem
Flanschring 38 ausgebildeten Ausnehmung 39 unter
Schnappwirkung verrastet wird.
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Das
Ventilelement 25 ist in 5 in
der Ventilschließstellung
veranschaulicht, in der es gegen den Entlüftungssitz 36 und
den Auslass 22 angedrückt
ist, wobei es in einem teilweise abgeschälten Zustand dargestellt ist.
In dieser beginnenden Öffnungsstellung
liegt das Ventilelement 25 an seinem Rand an der Unterseite
des Flanschrings 38 an.
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Wie
aus den 3, 4 und 5 zu ersehen, weist das Ventilelement 25 erfindungsgemäß ein weiches,
biegsames, gummiartiges Dichtelement 26 auf.
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Das
Ventilverschlusselement 25 ist ein vorzugsweise scheibenförmiges Element
mit einem versteiften, vorzugsweise verdickten Rand 27,
der als eine ringförmige
Wulst dargestellt ist, welche einen dünnen, biegsamen, zentralen
Gurt oder membranartigen Dichtelementteil 26 umschließt. Zum
Zweck der Veranschaulichung ist der zentrale, gurtartige Dichtelementteil 26 von
einer Dicke vorzugsweise in der Größenordnung von .015 inches
(0,38 mm), wenngleich es sich für
den Fachmann versteht, dass auch andere Dicken mit anderen Biegsamkeitseigenschaften,
abhängig
von der jeweiligen Anwendung des Ventils, verwendet werden können. Wie
in 4 dargestellt, stellt
der mittige Dichtelementteil 26 eine sich eng anpassende
Dichtung mit dem Ventilsitz 36 des Entlüftungsauslasses 32 her,
die der von steifen Kunststoffventilelementen erzeugten Abdichtung
generell überlegen
ist. Die dünne,
biegsame Natur des zentralen Abdichtelementteiles 26 ergibt
an dem Entlüftungsauslass
eine Abdichtung mit sogenannter „geringer Dichtkraft", was in den meisten
Anwendungsfällen
allgemein erwünscht
ist.
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Die
biegsame, verstärkte
Gummidichtung 26 ist in dem Käfig 33 so eingeschlossen,
dass sie eine begrenzte Vertikal- und Horizontalbewegung ausführen kann,
die zu einer besseren Abdicht- und Öffnungswirkung führt. Es
versteht sich, dass wenn der Kraftstofffüllstand anfängt abzufallen, der Schwimmer 24 in
der Schwimmerkammer 22 nach unten zu gehen beginnt. Unter
Bezugnahme auf 4 bleibt zunächst die
biegsame Gummidichtung 26 wegen der Druckdifferenz zwischen
dem Kraftstofftank und dem Behälter 14 im
Schließzustand
auf dem Entlüftungssitz 36 des
Auslasses 32, während
die Unterseite 34 des Flansches 38 an der Oberseite
des Wulstrandes 27 zur Anlage kommt und bereits begonnen
hat, einen Teil der Dichtung 26 von dem Entlüftungskanalventilsitz 36 „loszubrechen".
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Diese
anfängliche
Losbrech- oder Abschälwirkung
bricht die Abdichtung zwischen der Gummischeibe 26 und
dem Entlüftungsauslass 32,
um den Abbau der Druckdifferenz über
die Gummidichtung 26 einzuleiten.
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Bezugnehmend
nunmehr auf 5 ist der Schwimmer 24 so
weit abgefallen, dass die Unterseite des Betätigungsflansches 38 weiter
nach unten gebracht wurde, um den Abschälvorgang fortzusetzen und einen
noch verbleibenden Kontakt der Gummidichtung 26 an dem
Entlüftungsauslass 32 dadurch
zu unterbrechen, dass diese geradewegs von dem Entlüftungsauslass
weggezogen wird. Wie in 5 gezeigt,
dient der verstärkte
Rand 27 an der biegsamen Gummidichtung 26 dazu,
die Gummidichtung insgesamt so zu verstärken, dass sie bei den letzten Öffnungsphasen
von dem Entlüftungsauslass in
einer mit einem steifen Dichtelement vergleichbaren Weise abgezogen
wird.
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In 3 ist der Schwimmer 24 so
dargestellt, dass er so weit nach unten gegangen ist, dass er das Ventilelement 25 von
dem Entlüftungssitz 36 des Auslasses 32 vollständig weggezogen
hat, so dass das Ventilelement 25 nun nach unten gefallen
ist, um auf der Oberseite des Schwimmers liegen zu bleiben, wobei
die innenliegende Gummidichtung 26 in dem Pfostenkäfig 33 in
ihre durch eine Rampe zentrierte Stellung auf der Oberseite 40 einer
Schulter des Schwimmers 24 abgefallen ist.
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Für den Fachmann
versteht sich, dass für unterschiedliche
Ventileinsatzzwecke verschiedene Abänderungen des beschriebenen
Aufbaus vorgenommen werden können,
ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen, wie er durch
die beigefügten
Patentansprüche
definiert ist. So können
z.B. die Größe und Gestalt
des Ventilelements 25, abhängig von dem Entlüftungsauslass
den es verschließen soll,
verschieden gestaltet sein. Die Erfindung soll durch die vorangehenden
beispielhaften Darstellungen, es sei denn durch die nachfolgenden
Patentansprüche
bedingt, nicht beschränkt
sein.