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Dokumentenidentifikation DE19905110C1 26.10.2000
Titel Ventil zur Entlüftung eines Kraftstofftanks
Anmelder Alfmeier Präzision AG Baugruppen und Systemlösungen, 91757 Treuchtlingen, DE
Erfinder Kalb, Helmut, Dr., 91785 Pleinfeld, DE;
Frohwein, Axel, 91757 Treuchtlingen, DE
Vertreter E. Tergau und Kollegen, 90482 Nürnberg
DE-Anmeldedatum 09.02.1999
DE-Aktenzeichen 19905110
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 26.10.2000
Veröffentlichungstag im Patentblatt 26.10.2000
IPC-Hauptklasse B60K 15/035
Zusammenfassung Ventile zur Entlüftung von Kraftstofftanks (1) sind häufing mit einem von einem Schwimmer (7) betätigten Ventilkörper (5) versehen. Beim Übergang von dem geöffneten zum geschlossenen Zustand können dabei Wellenbewegungen den Schwimmer (7) so bewegen, dass die Ventilschließkraft um den Wert null schwankt. Ein dabei mögliches unerwünschtes kurzzeitiges Öffnen des Ventils wird erfindungsgemäß dadurch vermieden, dass der Ventilkörper (5) und ein Ventilsitz (4) gemeinsam einen Magnetkreis bilden, wobei der Ventilkörper (5) mit axialem Spiel im Schwimmer (7) gelagert ist.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Ventil zur Entlüftung eines Kraftstofftanks mit einem von einem Schwimmer betätigten Ventilkörper.

Kraftstofftanks von Fahrzeugen sind über wenigstens eine Öffnung in der oberen Tankwand unter Zwischenschaltung eines Aktivkohlefilters mit der Atmosphäre verbunden. Beim Befüllen des Kraftstofftanks mit Kraftstoff wird das sich im Tank befindliche Kraftstoff-Dampfgemisch, im Folgenden kurz "Entlüftungsgas" genannt, über die Öffnung in der Tankwand verdrängt. Um einen Austritt von Kraftstoff, insbesondere bei einem Überschlag des Fahrzeuges, zu verhindern, ist im Bereich der Entlüftungsöffnung ein Ventil angeordnet, bei dem ein schwimmerbetätigter Ventilkörper mit einem Ventilsitz zusammenwirkt, dessen Durchgangsöffnung mit der Entlüftungsöffnung in Verbindung steht. Solche Ventile sind beispielsweise aus DE 195 09 889 A1 und EP 0 340 062 A1 bekannt. Bei manchen Tanksystemen ist es gewünscht, dass ab einem bestimmten Füllstand kein Nachtanken mehr möglich ist. Die genannten Ventile sind daher so angeordnet, dass sie bei Erreichen dieses Füllstandes die Entlüftungsöffnung schließen, indem der Schwimmer den Ventilkörper an den Ventilsitz drückt. Beim Auftanken des Kraftstofftanks entstehen erhebliche Wellenbewegungen, die zwar den Schwimmer so weit anheben, dass der Ventilkörper am Ventilsitz anliegt, was dann aufgrund des Druckanstieges im Tank das Abschalten der Zapfpistole bewirkt. Nach Abklingen der Wellenbewegung des Kraftstoffs kann der Schwimmer jedoch wieder absinken und die Entlüftungsöffnung freigeben, so dass sich der Druck im Tank abbaut und ein weiteres Nachtanken möglich ist. Ein definierter Füllstand, nach dem ein Nachtanken nicht mehr möglich ist, läßt sich bei den herkömmlichen Systemen nicht erreichen. In JP 4-185 534 A ist ein Lüftungsventil beschrieben, bei dem ein kegelförmiger Ventilkörper mit einer Entlüftungsöffnung zusammenwirkt. In die Oberseite des Schwimmers ist ein Dauermagnet eingelassen. Ein zweiter gegenpoliger Dauermagnet ist in einer oberhalb des Schwimmers angeordneten Kammer nach Art eines Kolbens vertikal beweglich geführt. Das Ventil durchströmendes Entlüftungsgas hebt diesen Kolben an und entfernt ihn vom ersten Dauermagneten. Wenn der Schwimmer durch ansteigenden Kraftstoff angehoben wird, ist die abstoßende Kraft zwischen den beiden Magneten gering und der Schwimmer kann den Ventilkörper mit ausreichender Kraft gegen die Entlüftungsöffnung drücken. Nachdem der Kraftstoffspiegel wieder abgesunken ist, sinkt der zweite Elektromagnet aufgrund der fehlenden Beaufschlagung mit Entlüftungsgas nach unten und nähert sich damit dem ersten Magneten an, wodurch dieser aufgrund der Rückstoßungskräfte von der Entlüftungsöffnung entfernt wird.

Bei Ventilen, die hinsichtlich einer Zapfpistole keine Abschaltfunktion aufweisen, kann in Grenzbereichen das Ventil unzufriedenstellend arbeiten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Ventil der eingangs genannten Art so zu gestalten, dass seine Ventilschließkraft am Ventilkörper, insbesondere im Ansprechbereich, also bei sich gerade schließendem Ventil, signifikant erhöht ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Ventilkörper und ein Ventilsitz gemeinsam einen Magnetkreis bilden. Dadurch wird in dem genannten Ansprech- oder Grenzbereich der Ventilkörper infolge magnetischer Anziehungskraft an den Ventilsitz gehoben. Im Falle des oben geschilderten Nachtankens bedeutet dies, dass trotz auftretender Wellenbewegungen, die die Auftriebskraft des Schwimmers unkontrolliert verändern, die Entlüftungsöffnung im Tank geschlossen bleibt, so dass ein Nachtanken auch nach Abklingen der Wellenbewegung nicht mehr möglich ist. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Ventilkörper mit axialem bzw. in der Bewegungsrichtung des Schwimmers wirksamem Spiel gelagert. Der Schwimmer kann somit entsprechend dem Axialspiel auf- und abschwanken, ohne den Ventilkörper von einem Ventilsitz abzuziehen. Die Auslegung des Ventils ist also derart, dass die Schließkraft zwischen dem Ventilkörper und dem Ventilsitz so groß ist, dass auch nach Abklingen der Wellenbewegung im Tank kein Abziehen des Dichtsitzes erfolgt. Dies wird - wie erwähnt - einerseits durch ein ausreichend großes Axialspiel des Ventilkörpers im Schwimmer erreicht und andererseits dadurch, dass gegebenenfalls eine geringe Gewichtsbelastung, die sich aus der Differenz von Gewichtskraft und Auftriebskraft am Schwimmer ergibt, durch die Schließkraft kompensiert werden kann. Ein Abziehen des Ventilkörpers vom Ventilsitz ist je nach Auslegung erst gegeben, wenn der größte Teil oder die volle Gewichtskraft des Schwimmers wirkt oder zusätzliche fahrtbedingte dynamische Belastungen hinzukommen.

Ein erfindungsgemäßes Ventil ist somit an einer Be- und Entlüftungsleitung eines Kraftfahrzeugtanks sehr vorteilhaft, weil es schon bei der Annäherung des Schwimmers an eine obere Endlage unabhängig von dessen Bewegungsgeschwindigkeit und von geringfügigen Lageveränderungen desselben mit der vollen, auf den Ventilkörper einwirkenden Magnetkraft schließt und mit dieser Kraft geschlossen bleibt, bis der Schwimmer wieder deutlich abgesunken ist.

Nach zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung ist der Ventilkörper und/oder der Ventilsitz ein Permanentmagnet und ist der Ventilkörper als Scheibe ausgebildet, die unverlierbar in einem korbartigen Käfig des Schwimmers gelagert ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bestehen darin, dass bei einer Bewegung des Schwimmers in Öffnungsrichtung des Ventils eine Seite eines oberen Randes des Käfigs deutlich früher auf den Ventilkörper drückt als der übrige Rand, dass Seitenwände des Käfigs von sich parallel zur Bewegungsrichtung des Schwimmers erstreckenden Armen gebildet sind, deren Enden etwa rechtwinklig zur Käfigachse hin abgebogen sind und dass der Ventilsitz vom unteren Ende einer von oben in den Tank hineinragenden Be- und Entlüftungsleitung gebildet ist und bei aufgestiegenem Schwimmer in den auf diesem angeordneten Käfig hineinragt.

Nach weiteren Ausgestaltungen der Erfindung ist vorgesehen, dass wenigstens eine der bei geschlossenem Ventil aufeinanderliegenden Flächen des Ventilkörpers und des Ventilsitzes aus elastischem Werkstoff besteht, dass im Ventilkörper zur Betriebsentlüftung eine kleine Öffnung vorgesehen ist, die durch eine kleine Kuppe aus elastischem Werkstoff auf dem Boden des Käfigs verschließbar ist und dass der Schwimmer den Ventilkörper bei auf dem Kopf stehendem Tank auf den Ventilsitz presst, wobei der Schwimmer durch ein in dieser Lage aktiviertes Gewicht oder eine in dieser Lage aktivierte Feder belastet ist.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Kraftstofftank mit einem schwimmergesteuerten Ventil an einer Be- und Entlüftungsleitung in einer Prinzipdarstellung,

Fig. 2 ein Ventil in geschlossener Stellung mit einer besonderen Betriebsbe- und -entlüftung und

Fig. 3-5 ein Ventil ohne besondere Betriebsbe- und -entlüftung in drei verschiedenen Stellungen.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Ein Kraftstofftank 1 ist über eine Be- und Entlüftungsleitung 2 über ein nicht dargestelltes Aktivkohlefilter mit der Umgebungsluft verbunden, so dass bei Veränderungen, insbesondere der Menge und der Temperatur, des Tankinhaltes jederzeit ein Druckausgleich stattfindet. Ein von oben in den Kraftstofftank 1 hineinragendes Ende 3 mündet in einen Ventilsitz 4 und ist durch einen scheibenförmigen Ventilkörper 5 verschließbar.

Der Ventilkörper 5 befindet sich unverlierbar in einem Käfig 6 auf einem Schwimmer 7, der in einer schachtartigen Führung 8 auf- und abgleitet. Der Ventilkörper 5 und der ihm gegenüberliegende Ventilsitz 4 sind Permanentmagneten und so gepolt, dass sie sich gegenseitig anziehen und einen Magnetkreis bilden. In einigen Fällen sind die Anforderungen an die Ventilschließkraft nicht besonders groß, so dass nur auf einer Seite des Magnetkreises ein Permanentmagnet erforderlich ist, der dann mit einem ferromagnetischen Gegenüber zusammenwirkt. Zur Erzielung einer guten Dichtheit bei geschlossenem Ventil ist entweder der Ventilsitz 4 oder der Ventilkörper 5 mit einer elastischen Schicht belegt, die sich vollständig an die gegenüberliegende Dichtfläche anschmiegt.

Der Schwimmer 7 ist richtungsstabil geführt, so dass sich der Käfig 6 immer auf der dem Ende 3 des Be- und Entlüftungsrohres 2 zugekehrten Seite des Schwimmers 7 befindet. Die Führung 8 des Schwimmers 7 ist gerade so eng, dass eine Öffnung im korbartigen Käfig 6 bei angestiegenem Schwimmer 7 das Ende 3 umfasst. Der Käfig 6 besteht beim dargestellten Ausführungsbeispiel aus senkrecht von dem Schwimmer 7 nach oben ragenden Armen, deren freie Enden in Richtung auf die Käfigachse abgebogen sind. Dabei ist einer dieser Arme kürzer als alle anderen und trifft bei absinkendem Schwimmer 7 früher als die anderen Arme auf den Rand des scheibenförmigen Ventilkörpers 5. Infolge der damit erzielten Hebelwirkung ist der Ventilkörper vom Ventilsitz 4 mit geringem Kraftaufwand abziehbar. Je nach Aufgabenstellung kann es aber auch zweckmäßig sein, wenn sämtliche Arme die gleiche Länge aufweisen, so dass ein erleichtertes Abziehen des Ventilkörpers vom Ventilsitz nicht gegeben ist.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist in der Mitte des Ventilkörpers 5 eine enge und mit der Achse des Käfigs 6 und der Öffnung im Ventilsitzes 4 fluchtende Öffnung 9 vorgesehen. Diese Öffnung 9 gewährleistet bei auf dem Ventilsitz 4 fest aufliegendem Ventilkörper einerseits eine ausreichende Betriebsbe- und -entlüftung, verhindert aber andererseits das Eindringen nennenswerter Mengen von Kraftstoff in die Be- und Entlüftungsleitung 2. Bei vollständig angehobenem Schwimmer 7 drückt eine auf dem Boden des Käfigs 6 befestigte Kuppe 10 fest auf die Öffnung 9, so dass der Kraftstofftank 1 dann gegenüber der Be- und Entlüftungsleitung 2 vollständig verschlossen ist.

Um bei auf dem Kopf stehendem Kraftstofftank 1, beispielsweise in einem nach einem Unfall auf dem Dach liegenden Kraftfahrzeug, ein Auslaufen von Kraftstoff durch die Be- und Entlüftungsleitung 2 zu verhindern, ist in dem Raum zwischen dem Schwimmer 7 und dem Boden des Kraftstofftanks 1 ein nicht dargestelltes Gewicht oder eine ebenfalls nicht dargestellte Feder vorgesehen, die in dieser Lage aktiviert ist und den Ventilkörper 5 fest auf den Ventilsitz 4 drückt.

In den Fig. 3 bis 5 ist die Arbeitsweise eines erfindungsgemäß gestalteten Ventils dargestellt.

Dabei zeigt Fig. 3 das Ventil bei abgesenktem Schwimmer 7 mit auf dem Boden des Käfigs 6 liegendem Ventilkörper 5. Diese Stellung entspricht der Normalstellung, d. h. der Betriebsstellung bei nicht ganz vollem bis leerem Kraftstofftank 1.

Fig. 4 zeigt das Ventil im geschlossenen Zustand. Gegenüber dem Zustand in Fig. 3 hat sich der Schwimmer 7 nach oben bewegt, so dass das Ende 3 mit dem Ventilsitz 4 in den Käfig 6 eingetaucht ist. Bei ausreichender Annäherung des Ventilkörpers 5 an den Ventilsitz 4 hat die Magnetkraft den Ventilkörper 5 vom Boden des Käfigs 6 abgehoben und an den Ventilsitz 4 hinangezogen. Die Magnetkraft ist allein ausreichend, um ein dichtes Schließen des Ventils zu bewirken. Bei einem weiteren Ansteigen des Schwimmers 7 wird der leicht gewölbte Boden des Käfigs 6 von unten gegen den Ventilkörper 5 drücken und die Schließkraft erhöhen, ohne an der Dichtigkeit des Ventils etwas zu ändern.

Bei Entnahme von Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 1 sinkt dann der Schwimmer 7 mehr oder weniger langsam ab, bis er schließlich mit dem abgebogenen Ende des in den Fig. 3 bis 5 auf der rechten Seite dargestellten kürzeren Arms des Käfigs auf dem Rand des Ventilkörpers 5 aufliegt, ohne zunächst das Ventil zu öffnen. Zumindest dieser etwas kürzere Arm trägt eine Abbiegung, deren dem Ventilkörper 5 zugekehrte Seite abgeschrägt ist, so dass sie bei Annäherung an den Ventilkörper 5 auf dessen äußersten Rand drückt. Bei weiterer Entnahme von Kraftstoff kann der Schwimmer zunächst noch nicht weiter absinken, weil er von dem Ventilkörper 5 gehalten ist. Bei noch weiter absinkendem Kraftstoffpegel wächst jedoch die Belastung des Ventilkörpers 4, bis dieser infolge der einseitigen Belastung vom Ventilkörper 4 abkippt und sich dann schlagartig von dort löst und auf den Boden des Käfigs 6 fällt. Die nun wieder offene Be- und Entlüftungsleitung 2 dient dann als Betriebsentlüftung und beim nächsten Auffüllen des Kraftstofftanks 1 auch als Betankungsentlüftung bis bei einer Betankung der Schwimmer 7 wieder einmal so weit wie in Fig. 4 angehoben wird und ein neuer Arbeitszyklus des Ventils beginnt. Bezugszeichenliste 1 Kraftstofftank

2 Be- und Entlüftungsleitung

3 Ende

4 Ventilsitz

5 Ventilkörper

6 Käfig

7 Schwimmer

8 Führung

9 Öffnung

10 Kuppe


Anspruch[de]
  1. 1. Ventil zur Entlüftung eines Kraftstofftanks (1) mit einem von einem Schwimmer (7) betätigten und mit einem Ventilsitz zusammenwirkenden Ventilkörper (5), dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (5) und der Ventilsitz (4) gemeinsam einen Magnetkreis bilden.
  2. 2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (5) mit axialem Spiel im Schwimmer (7) gelagert ist.
  3. 3. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (5) und/oder der Ventilsitz (4) ein Permanentmagnet ist.
  4. 4. Ventil nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (5) als schwimmfähige Scheibe ausgebildet ist, die unverlierbar in einem korbartigen Käfig (6) des Schwimmers (7) gelagert ist.
  5. 5. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Bewegung des Schwimmers (7) in Öffnungsrichtung des Ventils eine Seite eines oberen Randes des Käfigs (6) deutlich früher auf den Ventilkörper (5) drückt als der übrige Rand.
  6. 6. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Seitenwände des Käfigs von sich parallel zur Bewegungsrichtung des Schwimmers (7) erstreckenden Armen gebildet sind, deren Freienden etwa rechtwinklig zur Käfigachse hin abgebogen sind.
  7. 7. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (4) vom unteren Ende einer von oben in den Tank hineinragenden Be- und Entlüftungsleitung (2) gebildet ist und bei aufgestiegenem Schwimmer (7) in den auf diesem angeordneten Käfig (6) hineinragt.
  8. 8. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der bei geschlossenem Ventil aufeinanderliegenden Flächen des Ventilkörpers (5) und des Ventilsitzes (4) aus elastischem Werkstoff besteht.
  9. 9. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Ventilkörper (5) zur Betriebsentlüftung eine kleine Öffnung (9) vorgesehen ist, die durch eine kleine Kuppe (10) aus elastischem Werkstoff auf dem Boden des Käfigs (6) verschließbar ist.
  10. 10. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwimmer (7) den Ventilkörper (5) bei auf dem Kopf stehendem Tank auf den Ventilsitz (4) presst, wobei der Schwimmer (7) durch ein in dieser Lage aktiviertes Gewicht oder eine in dieser Lage aktivierte Feder belastet ist.






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