DE60103818T2

DE60103818T2 - Entlüftungssystem für Flüssigkeitstank

Info

Publication number: DE60103818T2
Application number: DE60103818T
Authority: DE
Inventors: Patrick Ganachaud
Original assignee: Inergy Automotive Systems Research SA
Current assignee: Plastic Omnium Advanced Innovation and Research SA
Priority date: 2000-07-13
Filing date: 2001-07-11
Publication date: 2005-07-14
Anticipated expiration: 2021-07-12
Also published as: EP1172306B1; JP4917216B2; EP1172306A1; ATE269257T1; DE60103818D1; FR2811648B1; US6532983B2; US20020011265A1; BR0102865A; JP2002115769A; FR2811648A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Belüftungssystem für einen Flüssigkeitsbehälter.
Flüssigkeitsbehälter, die mit der Flüssigkeit, die sie enthalten, verlagert werden, sind im allgemeinen mit einem Belüftungssystem ausgestattet, das die Sicherheit gegenüber der Umgebung garantiert, wenn der Behälter verschiedenen Beanspruchungen unterworfen wird: Bewegungen in jeder Richtung und mit jeder Amplitude, thermischen Beanspruchungen, Unterdrücken und Überdrücken.
Diese Anforderung trifft auch im Falle von Kraftstoffbehältern zu, insbesondere, wenn sie in Automobilfahrzeugen montiert sind und wenn es von großer Bedeutung ist, den Austritt des flüssigen Kraftstoffes zu verhindern, sowie beträchtliche Änderungen von Druck und Volumen des Gases im Verlauf des Befüllens und während der gesamten Verweilzeit des Kraftstoffes im Behälter zu beherrschen.
Es sind Lösungen entwickelt worden, um diese Probleme zu beheben, die Sicherheitsventile vorsehen, welche in den Behälter eintauchen und deren oberer Teil eine Wand desselben durchsetzt. Diese Ventile münden im allgemeinen in einer Leitung aus, die zu einem Gefäß oder Kanister führt, das ein Material enthält, welches befähigt ist, die Flüssigkeitsdämpfe, welche in den aus dem Behälter ausströmenden Gasen enthalten sind, zu binden. Es kommt jedoch nicht selten vor, daß Systeme dieser Art Schwierigkeiten wegen der besonderen Verwendungsumstände bereiten, wie heftigen Bewegungen oder exzessiven Neigungen des Fahrzeuges, so daß die im Behälter vorhandene Flüssigkeit trotzdem die Begrenzung des Sicherheitsventils überschreiten kann und in die zum Kanister führende Leitung gelangt, so daß sie in diesen gelangt und den freien Durchgang der Dämpfe stört.
Um dieses zufällige Mitreißen von Flüssigkeit aus dem Behälter zu vermeiden, wird danach getrachtet, die Flüssigkeit zurückzuhalten, die durch die zum Kanister führende Leitung austritt, indem man in dieser Leitung einen Totraum vorsieht, der dazu bestimmt ist, eine Aufnahme zum Auffangen der Flüssigkeit zu bilden und damit den freien Durchgang der Dämpfe zu ermöglichen.
Da es jedoch nicht möglich ist, diese Räume in dem Sicherheitsventil selbst vorzusehen, müssen die Sicherheitsvorkehrungen, welche ein Überfüllen des Behälters (Vorrichtung „ISR") sowie ein automatisches Schließen des Ventils im Falle eines Umdrehens des Behälters (Vorrichtung „ROV" oder Roll-Over-Valve) unterbinden, auch an dem Behälter oder an seiner unmittelbaren Umgebung montiert sein. Mehrere Leitungen verbinden das Ventil, die Vorrichtungen ISR und ROV sowie den Kanister untereinander. Die Leitungen und ihre zahlreichen Anschlüsse, die sie erfordern, sind häufig die Quelle von inakzeptablen Mikrolecks, im Hinblick auf das Programm und die Ziele zur drastischen Reduktion von Emissionen EURO 2000. Es kommt nicht selten vor, daß diese Mehrfachleitungen tiefliegende Punkte und Siphone aufweisen, in welchen sich kleine Flüssigkeitsmengen ansammeln können und dadurch Hindernisse für den freien Durchgang der Gase bilden.
Es ist aus der britischen Patentanmeldung GB-A-2 269 375, welche die Merkmale des Oberbegriffes des Anspruchs 1 aufweist, bekannt, einen Sammelraum mit flüssigkeitsdichten Wänden zu verwenden, der im Inneren eines Kraftstoffbehälters integriert ist, in welchem ein Sicherheitsventil vorgesehen ist (siehe 2). Eine kalibrierte Öffnung 14, die am Scheitel des Raumes ausgebildet ist, gestattet den Eintritt von Flüssigkeit bei beträchtlichen Neigungen oder heftigen Bewegungen des Behälters. Ein Rückschlagventil 12 in Form eines Entenschnabels gestattet das Entleeren des Raumes 11, wenn der Flüssigkeitsspiegel abgesenkt ist.
Bei diesem System bleiben jedoch Probleme bestehen, die mit dem unzeitgemäßen Schließen des Rückschlagventils sowie mit einer Druckerhöhung in dem Behälter verbunden sind, welche die gute Funktionsweise des Motors beeinträchtigen können. Außerdem werden kleine Flüssigkeitströpfchen durch die Öffnung 14 mitgerissen und können wegen ihres geringen Gewichtes direkt durch den Gasstrom in die Entlüftungsleitung 7 mitgerissen werden, ohne in den Aufnahmeraum 11 zu fallen. Die Vorrichtungen ISR und ROV müssen außerdem mit dem Ventil über externe Leitungen des Behälters verbunden werden.
Dieses bekannte System schützt auch den Kraftstoffbehälter nicht gegen einen exzessiven Unterdruck, weil es in diesem Fall den Behälter geschlossen hält und seine Belüftung nicht gestattet.
Die Erfindung zielt darauf ab, die Nachteile der bekannten Belüftungssysteme zu vermeiden und ein System zu schaffen, welches die Anordnung eines Aufnahmeraumes in den externen Leitungen des Behälters vermeidet, das Entleeren von in dem Aufnahmeraum zurückgehaltener Flüssigkeit im Falle eines niedrigen Flüssigkeitsspiegels in dem Behälter gestattet, die striktesten Umweltnormen respektiert und weder einen Überdruck noch einen Unterdruck im Inneren des Kraftstoffbehälters hervorruft.
Zu diesem Zweck betrifft die Erfindung ein Belüftungssystem für einen Flüssigkeitsbehälter, der einerseits einen verschlossenen Raum im Inneren des Behälters aufweist, wobei der Raum mit einer Auslaßvorrichtung versehen ist und eine Aufnahme zum Sammeln und Zurückhalten von allfälliger Flüssigkeit aus dem Reservoir aufweist, und anderseits ein Schwimmerventil, das in dem Behälter angeordnet ist, das Ventil außerhalb der Aufnahme angeordnet ist und mit dieser über eine Leitung des Entlüftungskreises verbunden ist, wobei das Ventil Mittel aufweist zum:

a) Belüften des Behälters, einschließlich in einer Neigungslage desselben relativ zur Ausgangslage, für welche er ausgebildet ist,
b) Verhindern eines Austrittes der Flüssigkeit aus dem Behälter im Falle einer Neigung desselben oder dem Auftreten von Flüssigkeitswellen im Inneren des Behälters,
c) automatischen Verschließen des Behälters im Falle eines Wendens desselben (Funktion „ROV" oder „Roll-Over-Valve"),
d) Regeln des Volumens des Behälters und Verhindern eines Befüllens des Behälters über das vorbestimmte Niveau hinaus (Funktion „ISR" oder „Interdiction de Sur-Remplissage"),
e) Entlüften des Behälters während des Befüllens.

Vorzugsweise bildet die Lüftungsleitung, die mit dem Ventil in Verbindung steht, ein Ende des Entlüftungskreises. Der Entlüftungskreis kann ein einziger Kreis oder im Gegensatz dazu in mehreren Exemplaren vorhanden sein. In noch bevorzugter Weise bildet die Leitung das Ende eines einzigen Entlüftungskreises.
Der Flüssigkeitsbehälter ist ein geschlossener, im allgemeinen gegenüber der äußeren Umgebung abgedichteter Behälter, mit verschiedenen Formen, der mit verschiedenen inneren Accessoires versehen sein kann oder solchen, welche die Behälterwand durchsetzen. Der Behälter kann jede Art von organischer Flüssigkeit, inorganische Flüssigkeiten oder Mischungen dieser Flüssigkeiten enthalten. Insbesondere ist er ein Kraftstoffbehälter für Automobilfahrzeuge. Jede Art von Kraftstoff, die für Automobilfahrzeuge verwendet wird, kann in dem Flüssigkeitsbehälter vorgesehen sein, wie Benzin und Diesel, und insbesondere Diesel.
Das Belüftungssystem für den Flüssigkeitsbehälter, das Gegenstand der Erfindung ist, stellt eine Vorrichtung dar, die mehrere Elemente aufweist, deren Globalfunktion darin besteht, ein Entgasen eines Behälters während des Befüllens und seine Belüftung während der Benützungszeitspanne sowie des Verbrauches der Flüssigkeit zu gestatten, welche der Behälter enthält, während die Außenumgebung vor jedem Leck oder einem unerwünschten Gasaustritt geschützt wird.
Gemäß der Erfindung weist das Belüftungssystem einen innerhalb des Behälters vorgesehenen abgeschlossenen Raum auf. Unter abgeschlossener Raum versteht man die Ausbildung eines Raumes beliebiger Form, der durch flüssigkeits- und gasdichte Wände begrenzt ist. Dieser Raum ist im Inneren des Behälters angeordnet und steht mit dem Ventil über eine Lüftungsleitung in Verbindung, von der ein Ende mit dem Ventil verbunden ist. Seine Funktion besteht darin, einen Aufnahmeraum zu bilden, der befähigt ist, gegebenenfalls mitgerissene Flüssigkeit aufzunehmen und zurückzuhalten, die aus dem Behälter kommt und die über die Schwelle des Ventils hinweggelangt sein kann.
Das Volumen dieser Aufnahme wird ausreichend groß gewählt, daß es die Gesamtheit der mitgerissenen Flüssigkeiten aufnehmen kann, die ansonsten über die Schwelle des Ventils unter besonderen Umständen hinweggelangen könnten, insbesondere wenn der Behälter voll ist oder sein Füllniveau sich nahe dem Maximum befindet. Dieser Raum hängt auch von den Dimensionen und der Ausbildung des Ventils sowie vom Durchmesser der Leitung ab, die den Raum mit dem Ventil verbindet.
Gemäß der Erfindung weist der abgeschlossene Raum im Inneren des Behälters, der den Sitz der Aufnahme des Systems für die Entlüftung bildet, eine Auslaßvorrichtung auf. Unter Auslaßvorrichtung versteht man die Ausbildung eines Ventils, das am tiefsten Punkt des Aufnahmeraumes angeordnet ist und geöffnet werden kann, wenn sich ein ausreichendes Flüssigkeitsgewicht in dem Aufnahmeraum angesammelt hat, und das direkt mit dem Innenraum des Behälters in Verbindung steht. Die Funktion dieser Auslaßvorrichtung besteht darin, Flüssigkeit zu rezirkulieren, die mit dem aus dem Behälter austretenden Gas mitgerissen wurde, um ein Füllen des Aufnahmeraumes über sein Maximum hinaus zu verhindern, je nach der Form dieser Aufnahme und den Charakteristiken des Ventils.
Das Belüftungssystem gemäß der Erfindung weist auch ein Schwimmerventil auf, das ist eine Vorrichtung, welche ein Öffnen des Behälters mit Hilfe eines Ventils gestattet, das durch die Verlagerung eines Schwimmers betätigt wird, der von dem Flüssigkeitsspiegel im Behälter mitgenommen wird.
Gemäß der Erfindung ist das Schwimmerventil im Inneren des Behälters angeordnet.
Alternativ kann das Schwimmerventil auch in dem Behälter angeordnet sein und einen oberen Teil aufweisen, der eine Wand des Behälters durchsetzt. Das Durchsetzen der Behälterwand durch den oberen Teil des Ventils erfolgt unter abdichtenden Bedingungen mittels jeder geeigneten Technik, die an sich bekannt ist. Als Beispiel für diese Abdichtungstechnik kann man in nicht einschränkender Weise das Verschweißen des oberen Teiles des Ventils mit dem Wandausschnitt des Behälters zitieren, das dichte Verriegeln oder die Verwendung einer Dichtung, die so ausgebildet ist, daß sie die Flüssigkeit zurückhalten kann. Der obere Teil des Ventils, der aus der Wand des Behälters herausragt, steht bei dem Belüftungssystem gemäß der Erfindung mit einer Leitung in Verbindung, die durch das Ende eines Entlüftungskreises gebildet ist. Mit anderen Worten wird das aus dem Behälter austretende oder mitgerissene Gas durch die Leitung geführt, die auf einer Seite abdichtend mit dem oberen Teil des Ventils verbunden ist, das in das Ventil mündet, und durch einen Schwimmer betätigt wird, und auf der anderen Seite in Verbindung mit einem Kreis steht, der zur Außenatmosphäre mündet.
Gemäß der Erfindung ist das Schwimmerventil außerhalb des Raumes der Aufnahme angeordnet. Es kann auch in der unmittelbaren Nähe der Aufnahme oder im Gegensatz dazu in einem Bereich des Behälters angeordnet sein, der von der letzteren entfernt ist. In jedem Fall ist das Schwimmerventil mit der Aufnahme mit Hilfe einer Lüftungsleitung verbunden, wie vorstehend beschrieben. Vorzugsweise ist das Ventil in der unmittelbaren Nähe der Aufnahme angeordnet.
Eine erste wesentliche Funktion des Ventils gemäß der Erfindung besteht darin, den Behälter zu entlüften, wenn dieser in einer Position ist, für die er bestimmt ist und wenn er relativ zu dieser Position geneigt wird.
Als Neigung bezeichnet man jeden Zustand des Behälters, in welchem er Bewegungen mit kleiner Amplitude unterworfen ist, die aus der Verwendung des Behälters herrühren, und der in diesem enthaltenen Flüssigkeit, und die mit der Abwesenheit eines Flüssigkeitsaustrittes unter Schwerkraft aus dem Behälter über das Ventil kompatibel sind.
Um diese Funktion zu erfüllen, muß das Ventil gemäß der Erfindung Mittel zur Sicherung dieser Belüftung aufweisen. Alle Mittel, welche diese Funktion unter günstigen Bedingungen für die Sicherheit des Anwenders sicherstellen können, eignen sich hierfür.
Als Beispiel für solche Mittel kann man ein Schwimmerventil zitieren, dessen Schwimmer mit einem Ventilverschluß fest verbunden ist, der mit dem Äußeren in Verbindung steht, und dessen Verschlußstück unter normalen Anwendungsbedingungen offen bleibt. Die Dimensionen des Schwimmers und des festen Elementes, welches das Ventil trägt, sind so gewählt, daß eine Belüftung unter Normalbedingungen gestattet wird, d. h. wenn der Behälter geneigt ist oder nicht geneigt ist und der Flüssigkeitsspiegel vor der Neigung eine bestimmte Höhe im Inneren des Behälters nicht übersteigt und der Neigungswinkel einen kritischen Winkel nicht überschreitet.
Ein Mittel, das gute Resultate ergeben hat, ist jenes eines Schwimmerventils, das mit einem Verschlußstück fest verbunden ist, welches offen bleibt, solange sich das Ventil in der vertikalen Position oder in einer geneigten Position befindet.
Eine zweite wesentliche Funktion des Sicherheitsventils gemäß der Erfindung besteht darin, zu verhindern, daß Flüssigkeit aus dem Behälter ausgestoßen wird, wenn dieser geneigt ist, wie vorstehend beschrieben, oder wenn im Behälter Flüssigkeitswellen erzeugt werden. Der Ausdruck „verhindern" bedeutet auch, daß das Ventil gemäß der Erfindung ein freies oder teilweises Ausströmen der Flüssigkeit aus dem Behälter vermeidet.
Die Flüssigkeitswellen sind hydrodynamische Bewegungen, die ihren Ausgang von der Oberfläche der Flüssigkeit nehmen und die sich über die gesamte Masse der Flüssigkeit fortsetzen können, die im Behälter vorhanden ist, wenn dieser in Bewegungen unterschiedlicher Richtung versetzt wird, die von seinem Gebrauch herrühren.
Das Sicherheitsventil gemäß der Erfindung weist Mittel zur Verhinderung eines Flüssigkeitsaustrittes im Falle einer sehr starken Neigung des Behälters auf, oder im Falle der Erzeugung von sehr großen Flüssigkeitswellen in seinem Inneren.
Alle Mittel, die wirksam sind, um die Öffnungen für den Durchtritt der Flüssigkeit zum Äußeren im Falle einer sehr starken Neigung oder im Falle von wesentlichen Wellen im Behälter zu verschließen, können sich hierfür eignen.
Ein Beispiel für solche Mittel ist ein Schwimmerventil, das mit einem Verschlußstück fest verbunden ist. Der Schwimmer gleitet in einem Schaft, der sich gemäß einer Variante unterhalb des Ventils fortsetzen kann und an dessen Spitze sich die Durchtrittsöffnungen für die Flüssigkeit in dem Ventil befinden. Eine Feder, die an der Basis des Schwimmers angreift, gestattet es bei einer speziellen Ausführungsform zur Gänze oder teilweise die Reibungskräfte des Schwimmers zu kompensieren, die infolge der Gleitbewegung an den Innenwänden des Schaftes auftreten.
Eine genaue Dimensionierung des Schwimmers, insbesondere seiner Höhe, des Verschlußstückes, sowie die Kraft der gegebenenfalls verwendeten Feder gestatten es, den Neigungswinkel mit Präzision zu regeln, ausgehend von einem vollen Behälter mit einem maximalen Flüssigkeitsspiegel, der zu einem Schließen des Ventils und einer Isolierung des Behälterinhaltes führt. Gleichzeitig gestattet es eine genaue Dimensionierung der Höhe der Schaftverlängerung unterhalb des Ventils, auf die Schließgenauigkeit des Ventils hinsichtlich einer in der Flüssigkeit im Behälter erzeugten Welle einzuwirken.
Ein Mittel, das gute Resultate gezeigt hat, ist ein Schwimmerventil, das in dem Schaft gleitet und mit dem Verschlußstück fest verbunden ist, welches befähigt ist, die Durchtrittsleitung für das Gas zu verschließen. Der Schwimmer ruht auf einer dichten Kugel, die in einem umgekehrten kegelstumpfförmigen Käfig sitzt, wenn die Anordnung Ventil – Behälter in einer nicht-geneigten Position ist. Wenn die Neigung einen bestimmten Winkel überschreitet, der eine Funktion der Masse der Kugel, des Winkels der Seitenwände des Käfigs sowie des Gewichtes des Schwimmers und den Reibungskräften desselben innerhalb des Käfigs ist, tritt die Kugel aus dem Käfig aus und hebt den Schwimmer an und steuert somit das Schließen des Verschlußstückes.
Eine andere wesentliche Funktion des Ventils gemäß der Erfindung besteht in seiner Fähigkeit, sich automatisch zu schließen, sobald der Behälter gewendet wird (eine Funktion, die unter der Bezeichnung „Roll-Over-Valve" bekannt ist und im Englischen mit ROV abgekürzt wird). Durch Wenden bezeichnet man eine Bewegung mit ausreichender Amplitude, damit der Flüssigkeitsspiegel in dem Behälter das Ventil unter der ausschließlichen Wirkung von Schwerkraft erreicht. Insbesondere bezeichnet dieser Terminus jede Situation, in welcher das Ventil in die Flüssigkeit eingetaucht ist, die sich im Behälter befindet. Insbesondere bezeichnet er jede Situation, in welcher der Behälter eine Drehung um 180° bezüglich der Ausgangsposition ausgeführt hat, für die er konzipiert ist.
Dieses Schließen erfolgt automatisch, d. h. ohne eine andere äußere Intervention auf das Ventil, sei sie durch menschliche Einwirkung oder durch einen Motor, oder durch irgendeine andere Vorrichtung, die befähigt ist, Energie aufzubringen.
Eine andere Funktion, die durch das Ventil gemäß der Erfindung sichergestellt wird, ist die Fixierung des Nutzvolumens des Behälters und die Verhinderung einer Befüllung des Behälters über ein vorbestimmtes Volumen hinaus während des Füllvorganges (die auch „Interdiction de Sur-Remplissage" oder abgekürzt ISR genannt wird).
Unter Nutzvolumen versteht man das maximal zulässige Volumen an Flüssigkeit, das in den Behälter eingebracht wird, kompatibel mit einer sicheren Anwendungsweise, welche weder ein Überfluten noch die Gefahr einer Verunreinigung der Außenumgebung mit sich bringt.
Das Sicherheitsventil gemäß der Erfindung weist auch Mittel zum Regeln des Nutzvolumens des Behälters auf, sowie um die Funktion ISR sicherzustellen.
Jedes Mittel, welches diese Funktionen mit Hilfe eines einzigen Ventils sicherstellt, kann angewendet werden.
Vorzugsweise verwendet man ein Ventil, das weder die Anwesenheit noch die Montage irgendeiner Verbindungsleitung mit der Fülleitung des Behälters erfordert. Ein solches Ventil weist einen Schwimmer auf, der ein Verschlußstück trägt, welches schließt, sobald das Nutzniveau an Flüssigkeit in dem Behälter erreicht ist. Der Sitz des Verschlußstückes ist gegen Flüssigkeiten und Gase abgedichtet und kann einem Überdruck widerstehen, der sich in dem Behälter nach dem Schließen des Verschlußstückes einstellt. Das bevorzugte Ventil ist für Behälter bestimmt, deren Befüllen mit Hilfe eines automatischen Systems erfolgt, welches die Flüssigkeitszufuhr unterbricht.
Eine andere wesentliche Funktion des Ventils der Erfindung ist die Möglichkeit, ein Entgasen des Behälters vorzunehmen, an welchem das Ventil montiert ist, während des Befüllens desselben.
Alle Mittel, die befähigt sind, diese Funktionsweise zu gestatten, können bei dem Ventil gemäß der Erfindung angewendet werden.
Man kann beispielsweise ein Schwimmerventil verwenden, das ein Verschlußelement aufweist.
Ein Schwimmerventil, das mit einem Verschlußstück fest verbunden ist, welches offen bleibt, solange der Flüssigkeitsspiegel in dem Behälter den Schwimmer über ein bestimmtes Niveau hinaus nicht betätigt, liefert ausgezeichnete Resultate.
Es ist anderseits interessant, bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform das Ventil mit einem Schaft zu versehen, der sich unterhalb des Schwimmersitzes ausreichend weit nach unten erstreckt, um ein unbeabsichtigtes Schließen des Ventils beim Einführen einer großen Flüssigkeitsmenge in den Behälter zu verhindern und um die Erzeugung von Wellen großer Amplitude im Inneren auszuschließen. Außer seiner üblichen Aktion gegen den Austritt von Flüssigkeit aus dem Behälter, wenn dieser in Bewegung ist, trägt eine solcher Schaft auch dazu bei, eine permanente Belüftung des Behälters während des gesamten Füllvorganges sicherzustellen.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung weist das Sicherheitsventil einen Verschluß auf, der mit einer nachgiebigen Dichtung ausgestattet ist.
Unter Verschluß versteht man jede Schließvorrichtung, die es gestattet, den Austausch von Material zwischen einem Behälter und seiner Außenumgebung willkürlich zu unterbinden.
Die nachgiebige Dichtung, mit welcher der Ventilverschluß ausgestattet ist, umfaßt jede Art von verformbarer Dichtung, die befähigt ist, an dem Verschluß montiert zu werden.
Gemäß einer Ausführungsform des Ventils gemäß der Erfindung kann die Dichtung am Kopf des Ventils montiert sein und mit dem beweglichen Teil des Verschlusses zusammenwirken. Vorzugsweise hat dieser bewegliche Teil die Form einer Spitze, die mit dem Sitz des Verschlusses zusammenwirkt.
Alternativ kann die Dichtung am beweglichen Teil des Verschlusses mit einem Plansitz gegen den Kopf des Ventils montiert sein.
Mittel zum automatischen Schließen des Ventils gemäß der Erfindung im Falle eines Wendens des Behälters sind ebenfalls vorgesehen. Alle Mittel, die befähigt sind, den Behälter zu verschließen und zu isolieren, falls er umgedreht wird, sind geeignet.
Ein Beispiel für ein solches Mittel ist jenes, das durch komplexe Ventile gebildet ist, die einen Schwimmer aufweisen, der einen Verschluß trägt und mit Hilfe eines dichten Körpers belastet wird, mit dem er fest verbunden ist, beispielsweise einen hohlen Schwimmer, der den dichten Körper im Inneren seiner Wandung umgibt und eine Feder, welche den Hauptteil des Gewichtes des dichten Körpers ausgleicht, wenn sich das Ventil in der vertikalen Ruhestellung befindet. Sobald der Behälter und damit das Ventil umgedreht wird, kommt das Gewicht des dichten Körpers zu dem Druck der Feder hinzu, um den Schwimmer, der nunmehr eingetaucht ist, gegen den Sitz des Verschlusses zu drücken.
Ein Mittel, das ein Ventil mit einem Schwimmer enthält, unter dem ein Käfig mit Durchbrüchen vorgesehen ist, in welchem eine dichte Kugel ruht, die bei ihrer Verlagerung unter Schwerkraft den Schwimmer des Ventils nach oben gegen den Sitz des Verschlusses drückt, im Falle das Ventil gewendet wird, gibt exzellente Resultate.
Eine andere Funktion, die in das Sicherheitsventil gemäß der Erfindung integriert werden kann, welche die Sicherheit der Belüftung des Behälters in Situationen von Unterdruck oder Überdruck bezüglich des Außendruckes sicherstellt.
Tatsächlich kann in bestimmten Situationen im Inneren des Behälters ein Unterdruck entstehen, beispielsweise, wenn der Behälter in geschlossenem Zustand stehengelassen wird und die Temperatur auf merkbare Weise ansteigt, wodurch es zu einem Zusammenziehen der Flüssigkeit und in einem noch größeren Ausmaß des im geschlossenen Behälter vorhandenen Gases kommt. Eine andere Situation von Unterdruck ist jene, in welcher der Behälter geschlossen ist und eine rasche und kontinuierliche Konsumation der Flüssigkeit stattfindet. Ein sehr großer Unterdruck im Inneren des Behälters kann zu bestimmten Gefahren führen und muß vermieden werden, indem Mittel eingesetzt werden, um den Behälterausgehend von einem bestimmten Schwellenwert des Unterdruckes zu lüften.
In anderen Situationen, beispielsweise im Falle der Lagerung des vollen Behälters mit geschlossenem Ventil in einer Atmosphäre, in welcher die Temperatur in einem wesentlichen Ausmaß rasch ansteigt, kann sich ein gefährlicher Überdruck im Inneren des Behälters entwickeln.
Alle Mittel, die geeignet sind, den Behälter vor einem solchen Unterdruck oder exzessiven Überdruck zu schützen, können bei dem Ventil gemäß der Erfindung angewendet werden.
Man kann beispielsweise ein System verwenden, das die Zufuhr von Luft durch eine Sekundärdurchtrittsöffnung ermöglicht.
Man kann das Öffnen dieser Sekundärdurchtrittsöffnung mit Hilfe einer zusätzlichen Dichtung kontrollieren, die sich von jener unterscheidet, welche die Abdichtung des Verschlusses bewirkt, oder auch als Variante mittels einer Kugel geringer Masse, die in einem Käfig in einem kleinen Abstand unterhalb einer Austrittsöffnung angeordnet ist und so die Rolle einer Rückschlagvorrichtung für Luft bildet, die in den Behälter eintritt.
Man kann diese Unterdrucksicherheit auch in die nachgiebige Dichtung integrieren, die zum Abdichten des Verschlusses vorgesehen ist. Vorzugsweise verwendet man nicht die Sekundärdurchtrittsöffnung, die von der Hauptbelüftungsöffnung verschieden ist, sondern ein Verschlußsystem, das mit einem kleinen Luftstrom gespeist werden kann, der vom oberen Teil des Ventilkopfes kommt. Dieser Verschluß öffnet sich erst unter dem Einfluß eines Ausgleichsinnendruckes entsprechend dem Maximaldruck, der mit einer sicheren Anwendung des Behälters kompatibel ist.
Vorzugsweise rüstet man den Verschluß mit zumindest einer nachgiebigen Dichtung aus, die sich verformt, um die Öffnung eines Durchganges zum Inneren des Behälters freizugeben, wenn eine bestimmte Druckschwelle oder Unterdruckschwelle erreicht wird.
Vorzugsweise hat die nachgiebige Dichtung ringförmige Gestalt und weist verformbare Lippen auf, die sicherstellen, daß ein dichter Abschluß des Behälters erzeugt wird, wobei auf diese Weise die Behältersicherheit im Falle eines Unterdruckes und eines Überdruckes sichergestellt wird. Diese Lippen haben eine Dicke, die so groß ist, daß sie sich unter der Wirkung der Differenz eines vorgegebenen Druckes verformen können, der auf ihre beiden entgegengesetzten Seiten einwirkt. Für jede Dichtung existiert eine Überdruckschwelle und eine Unterdruckschwelle, bei welchen sich die Lippen ausreichend verformen, um einen Durchgang im Sitz des Verschlusses zu öffnen und auf diese Weise eine Verbindung zwischen dem Inneren des Behälters und dem Äußeren herzustellen.
Gemäß der Erfindung ist die nachgiebige Dichtung befähigt, sich zu verformen und in Situationen von Unterdruck und Überdruck bezüglich des Außendruckes zu öffnen. Unterschiedliche Dichtungen können die Sicherheit gegen Überdruck und gegen Unterdruck sicherstellen.
Vorzugsweise sichert die gleiche Dichtung gegen Unterdruck und gegen Überdruck. In diesem Fall kann sie Lippen aufweisen, die sich unter dem Einfluß eines bestimmten Unterdruckes verformen und die verschieden von anderen Lippen sind, die einen Teil der gleichen Dichtung bilden und sich im Falle eines Überdruckes verformen.
In besonders bevorzugter Form sichert die nachgiebige Dichtung die Sicherheit gegen Unterdruck und gegen Überdruck und ist die gleiche Dichtung wie die nachgiebige Dichtung, welche die Dichtheit des Verschlusses des Ventils sicherstellt.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform ist jene, bei welcher die nachgiebige Dichtung mit Lippen ausgestattet ist, welche die Sicherheit gegen einen bestimmten Unterdruck bewirken und jene, welche die Sicherheit gegen Überdruck bewirken.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform des Belüftungssystems ist die Auslaßvorrichtung der Aufnahme durch eine nachgiebige Membrane gebildet, die eine Öffnung verschließt, welche in einem unteren Punkt der Aufnahme vorgesehen ist.
Eine Membrane aus Elastomermaterial in Form eines umgekehrten Regenschirmes gibt ausgezeichnete Resultate.
Die vorliegende Erfindung hat auch zum Ziel, das vorstehend beschriebene Belüftungssystem anzuwenden, um den Kraftstoffbehälter in einem Automobilfahrzeug zu belüften.
Die Anwendung dieses Systems ist besonders zum Belüften eines Behälters geeignet, in welchem der Kraftstoff Diesel ist, das zur Speisung eines Dieselmotors verwendet wird.
Die nachfolgende Figur soll die Erfindung illustrieren, ohne in irgendeiner Weise ihren Schutzbereich zu beschränken.
Die Figur zeigt im Schnitt ein Belüftungssystem für einen Dieselbehälter 6, der in einem Fahrzeug montiert ist, mit einem Ventil 1 und einem Aufnahmeraum 2, der in der Nähe angeordnet ist. Eine Leitung 4 verbindet den oberen Teil des Ventils 1 mit jenem des Aufnahmeraumes 2. Eine Gasaustrittleitung 10 ist mit einem Kanister (nicht gezeigt) verbunden. Der untere Teil 12 der Aufnahme 2 ist mit Durchtrittsöffnungen 13 versehen, die durch eine verformbare Membrane 14 verschlossen sind, welche die Form eines umgekehrten Regenschirmes hat und welche ein Rückschlagventil bildet.
Das Ventil 1 weist im wesentlichen vier verschiedene Teile auf, einen Schaft 5 in zylindrischer Form, der in einen Behälter eintaucht, in welchem ein beweglicher Teil 7 gleitet. Der Schaft 5 ist von einem Kopf 9 überdeckt, der die Wand 16 des Behälters 6 durchsetzt. Der Kopf 9 und eine Wand 11 definieren einen geschlossenen Raum in Form einer Leitung 4.
Der bewegliche Teil 7 besteht aus einem Schwimmer 3, von dem ein Schwimmerfinger 17 nach oben ragt, der mit dem Schwimmer fest verbunden ist und der eine Öffnung 15 verschließen kann, die in der Mitte des Kopfes 9 vorgesehen ist.
Der Schwimmer 3 ruht auf einer Kugel 18 aus dichtem Material, die sich in einem Käfig 19 frei bewegen kann, der in einer zentralen Position am Boden 20 angeordnet ist, welcher mit den Wänden des Schaftes 5 einstückig ausgebildet ist. Eine Öffnung 21, die an der Basis des Käfigs 19 ausgebildet ist, gestattet den Durchgang von Flüssigkeit, die aus dem Behälter kommt. Andere Löcher (nicht gezeigt) durchdringen auch die Wände des Käfigs 19 und des Bodens 20.
Der Schaft 5 ist unter der Öffnung 21 durch einen Mantel 22 verlängert, der zur Aufgabe hat, beim Belüften die Empfindlichkeit des Ventils beim Lüften gegen Flüssigkeitswellen zu beschränken, die aus dem Behälter kommen können.
Öffnungen 23, die im oberen Teil des Schaftes 5 ausgebildet sind, dienen zum Austragen von Gas aus dem Behälter.
Eine ringförmige Dichtung 24, die mit verformbaren Lippen 25 versehen ist, welche am Umfang der Öffnung 15 vorgesehen sind, wirken mit dem Schwimmerfinger 17 zusammen, der vom Schwimmer 3 getragen ist, um einen Verschluß zu bilden, welches das Ventil öffnet und schließt.
Die Funktionsweise des in der Figur dargestellten Belüftungssystems ist wie folgt.
Solange im Behälter Flüssigkeit vorhanden ist und verwendet wird und solange ihr Spiegel im Behälter wesentlich unterhalb dem maximal zugelassenen Sicherheitsspiegel liegt, erreicht es die Basis des Schwimmers 3 nicht. Im Falle einer Neigungsbewegung des Behälters folgt das Ventil der Bewegung und neigt sich unter dem gleichen Winkel wie der Behälter gegenüber seiner Ausgangsposition. Wenn man den Neigungswinkel des Behälters vergrößert, erhöht sich nach einiger Zeit das Gewicht der dichten Kugel 18 und des Paares aus Schwimmer 3 – Schwimmerfinger 17, und die Reibungskräfte erhalten eine Komponente tangential zur Wand des Käfigs 19, der auf der Neigungsseite unterhalb der Vertikalkomponente liegt, wobei die Kugel 18 am Boden des Käfigs 19 bleibt und der vom Schwimmer 3 getragene Schwimmerfinger 17 einen Durchgang zwischen seinem oberen Teil und dem Sitz des Verschlusses sicherstellt, der durch die Dichtung 24 begrenzt ist. Wenn der Wert der Tangentialkomponente bezüglich jenem der Vertikalkomponente wegen eines Anwachsens des Neigungswinkels des Behälters leicht überschritten wird, beginnt sich die Kugel 18 an der Wand des Käfigs zu verlagern, die auf der Neigungsseite liegt, und bewirkt dies ein Anheben des Schwimmers und eine Annäherung des Schwimmerfingers 17 an die Dichtung 24. Während der gesamten Zeitspanne, während welcher der Verschluß offenbleibt, kann eine Belüftung des Behälters stattfinden. Die Situation ändert sich, wenn der Neigungswinkel ausreichend groß wird, um einen Kontakt des beweglichen Schwimmerfingers 17 mit der Dichtung 24 hervorzurufen. In diesem Moment schließt der Verschluß und die Belüftung des Behälters hört auf, wobei auf diese Weise ein Austritt von Flüssigkeit aus dem geneigten Behälter verhindert wird.
Im Falle der Erzeugung von Wellen im Inneren des Behälters und sobald ihre Energie ausreichend groß ist, um den Schwimmer 3 unter Berücksichtigung der vom Mantel 22 erzeugten Reibung anzuheben, schließt der Verschluß und verhindert jeglichen Austritt von Flüssigkeit aus dem Behälter.
Im Falle eines Wendens des Behälters greift die dichte Kugel 18 mit ihrem gesamten Gewicht an dem Schwimmer 3 an und schließt rasch den Flüssigkeitsdurchgang infolge des Kontaktes des Schwimmerfingers 17 mit der Dichtung 24.
Während des Füllvorganges des Behälters wird, wenn das maximal zulässige Sicherheitsvolumen der Flüssigkeit erreicht ist, der von der Flüssigkeit getragene Schwimmer 3 angehoben und verschließt den Verschluß infolge eines Kontaktes des Schwimmerfingers 17 mit der Dichtung 24. Das maximal zulässige Volumen kann durch Dimensionierung der Höhe des Schwimmers 3 und des Schwimmerfingers 17 sowie durch Einstellung der Bewegungslinie des Schwimmers 3 geregelt werden.
Wenn man versucht, den Behälter mit Flüssigkeit über den maximal zulässigen Spiegel hinaus zu befüllen, steigt der Druck im Inneren des Behälters und die Flüssigkeit beginnt in dem Füllrohr hochzusteigen, wo sie auf die Vorrichtung zum automatischen Stillsetzen des Füllsystems trifft.
Während des gesamten Füllvorganges, während welchem der Schwimmer 3 in seiner tiefsten Position bleibt, und während des Vorganges, in welchem der Schwimmer beginnt in dem Schaft 5 hochzusteigen, aber noch nicht ein ausreichendes Niveau erreicht, das dazu führt, daß der Schwimmerfinger 17 mit der Dichtung 24 in Berührung kommt, kann sich die Entgasung des Behälters fortsetzen.
Sobald der volle Behälter in der Position des geschlossenen Ventils bleibt und der Druck in seinem Inneren aus irgendeinem Grund stark ansteigt, beispielsweise im Falle eines nennenswerten Temperaturanstieges, können sich die Lippen 25 der Dichtung 24 in Kontakt mit dem Schwimmerfinger 17 öffnen und gestatten eine Sicherheitsbelüftung, die dazu bestimmt ist, den Druck im Inneren unter einen Wert fallen zu lassen, der mit einer normalen Arbeitsweise des Behälters kompatibel ist.
In gleicher Weise werden, falls sich in umgekehrten Fall ein wesentlicher Unterdruck im Behälter einstellt, die Lippen 25 der Dichtung 24 zum Öffnen gebracht und gestatten den Eintritt von Außenluft, um eine sichere Verwendung des Behälters sicherzustellen.
Sobald sich das Fahrzeug in Bewegung befindet, oder der Behälter gefüllt wird und das Fahrzeug steht, dringt das Gas aus dem Inneren des Behälters 6 durch das Ventil 1 über die Öffnungen 23 im oberen Teil des Schaftes 5, wo es über die Leitung 4 und die Aufnahme 2 zum Ende der Leitung 10 austritt, die zum Kanister führt. Wenn beispielsweise zufolge von heftigen Bewegungen des Diesels im Behälter während des Befüllens oder einer Bewegung des Fahrzeuges mit dem bis zum nahezu maximal zugelassenen Spiegel gefüllten Behälter, fällt das mit dem Gas in der Leitung 4 mitgerissene Dieselöl zum Boden der Aufnahme 2 und wird dort festgehalten, während das Gas seinen Weg über den Ausgang 10 und den Kanister fortsetzt. Sobald das Fahrzeug stillsteht und keine Druckdifferenz durch den Strom des aus dem Behälter austretenden Gases verursacht wird, bleibt das Dieselöl in der Aufnahme 2 gefangen, durchsetzt die Öffnung 13, öffnet die Membrane 14 unter dem Einfluß seines Eigengewichtes und kehrt zum Behälter 6 zurück. Die Membrane 13 wird derart gewählt, daß sie sich verformt und unter dem Gewicht in der Aufnahme 2 öffnet, wenn eine Kraftstofffüllhöhe unterhalb der Gesamthöhe des verfügbaren Volumens im Inneren der Aufnahme gegeben ist.
Das Belüftungssystem gemäß der Figur kann eine interessante zusätzliche Funktion erfüllen, nämlich die Belüftung des Behälters in Situationen von Unterdruck seiner Innenatmosphäre, während das Ventil 1 geschlossen ist. Diese Situation kann gefährlich werden, wenn ein gleichzeitiger Verbrauch und eine kontinuierliche Entnahme einer wesentlichen Menge an Kraftstoff stattfinden, und kann in bestimmten Fällen zu einer Implosion der Behälterwände führen. Es kann somit dazu kommen, daß der Behälter bis zu einem Spiegel gefüllt wird, der sich nahe dem Maximalspiegel befindet, und daß das Fahrzeug einen wesentlichen Neigungswinkel erreicht, der ein Schließen des Ventils 1 durch Verlagerung des Schwimmers 3 bewirkt. In dieser Situation öffnet die Membrane 14 unter dem Einfluß des Druckunterschiedes, der auf der einen oder auf der anderen Seite ihrer Wände vorhanden ist, infolge eines Unterdruckes, der sich im Behälter einstellt und der es gestattet, daß mitgerissene Luft über die Aufnahme 2, welche mit der Leitung 10 verbunden ist, zu dem Kanister und zur Außenatmosphäre strömt.

Claims

Belüftungssystem für einen Flüssigkeitsbehälter (6), der einerseits einen verschlossenen Raum (2) im Inneren des Behälters (6) aufweist, wobei der Raum mit einer Auslaßvorrichtung (13, 14) versehen ist und eine Aufnahme zum Sammeln und Zurückhalten von allfälliger Flüssigkeit aus dem Behälter (6) aufweist, und anderseits ein Schwimmerventil (1), das in dem Behälter (6) angeordnet ist, und Mittel zum: a) Belüften des Behälters (6), einschließlich in einer Neigungslage desselben relativ zur Ausgangslage, für welche er ausgebildet ist, b) Verhindern eines Austrittes der Flüssigkeit aus dem Behälter (6) im Falle einer Neigung desselben oder dem Auftreten von Flüssigkeitswellen im Inneren des Behälters, c) Regeln des Volumens des Behälters (6) und Verhindern eines Füllens des Behälters über das vorbestimmte Niveau hinaus, d) Entlüften des Behälters während des Füllens, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (1) außerhalb der Aufnahme angeordnet ist und mit dieser über eine Leitung des Entlüftungskreises verbunden ist, wobei Mittel zum automatischen Schließen des Behälters (6) im Falle eines Wendens desselben vorgesehen sind.
Belüftungssystem nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (1) einen Verschluß (17, 24) aufweist, der mit zumindest einer nachgiebigen Dichtung (24) ausgestattet ist.
Belüftungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die nachgiebige Dichtung (24) des Verschlusses des Ventils (1) auf dem Kopf des Ventils (1) montiert ist und mit dem beweglichen Teil (17) des Verschlusses zusammenwirkt.
Belüftungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktion des automatischen Schließens des Behälters (6) im Falle eines Wendens mit Hilfe eines Käfigs mit Auslaßdurchbrechungen (19) erfolgt, der unterhalb des Schwimmerventils (1) angeordnet ist, und in welchem eine dichte Kugel (18) ruht, die bei ihrer Verlagerung unter Schwerkraft den Schwimmer (3) des Ventils (1) nach oben drückt und einen Verschluß (17, 24) schließt, dessen beweglicher Teil (17) fest mit dem Schwimmer (3) verbunden ist und befähigt ist, die Austrittsleitung (4) des Ventils zu verschließen.
Belüftungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (24) Ringform und verformbare Lippen (25) hat, welche die Sicherheit des Behälters (6) sowohl im Falle eines Unterdruckes als auch im Falle eines Überdruckes sicherstellen.
Belüftungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Ringdichtung (24) unterschiedliche Lippen die Sicherheit bei Unterdruck und bei Überdruck sicherstellen.
Belüftungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßvorrichtung eine nachgiebige Membrane (14) aufweist, welche eine Öffnung (13) verschließt, die an einem Punkt unter der Aufnahme angeordnet ist.
Belüftungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Membrane (14) aus Elastomermaterial in Form eines umgekehrten Regenschirmes ausgebildet ist.
Verwendung des Belüftungssystems nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Belüften eines Kraftstoffbehälters in einem Kraftfahrzeug.
Verwendung des Belüftungssystems nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoff Dieselkraftstoff zum Speisen eines Dieselmotors ist.