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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein
Sicherheitsventil für den Einbau in den
Entlüftungskreislauf eines Kraftstoffbehälters von
Kraftfahrzeugen.
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Ein Entlüftungskreislauf eines
Kraftfahrzeug-Kraftstoffbehälters umfaßt für die Entlüftung des
Hohlraums im oberen Bereich des Kraftstoffbehälters eine
Entlüftungsleitung, die diesen Hohlraum mit der
Außenluft über ein Sicherheitsventil verbindet,
dessen Gehäuse in der Regel an der Oberseite des
Kraftstoffbehälters angebracht ist und das einen
beweglich im Innern des Ventilgehäuses angebrachten
Schwimmer umfaßt.
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Verschiedene Ausführungsbeispiele eines derartigen
Sicherheitsventils werden in der FR-A-2 628 368
beschrieben und dargestellt.
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Die in dieser Patentschrift beschriebenen Ventile
umfassen ein Ventilgehäuse mit einer unteren
Einlaßöffnung, die mit dem Kraftstoffbehälter verbunden
ist, und einer oberen Auslaßöffnung, an die sich
eine Entlüftungsleitung anschließt und in welcher
der Schwimmer vertikal beweglich zwischen einer
unteren Stellung, in der sich die Auslaßöffnung
öffnet, und einer oberen Stellung angebracht ist, in
welcher ein als Verschluß dienender Abschnitt des
Schwimmers dicht an einem gegenüberliegenden
Abschnitt des Gehäuses anliegt, der als Ventilsitz
dient, so daß die Zirkulation in dem
Entlüftungskreislauf unterbrochen wird, wenn der Füllstand des
Kraftstoffs im Innern des Gehäuses einen
vorgegebenen Wert erreicht.
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Ein Sicherheitsventil dieser Art ermöglicht es, zu
verhindern, daß der Kraftstoff
unvorhergesehenerweise aus dem Kraftstoffbehälter austritt, zum
Beispiel bei einem Druckstoß im Kraftstoffzuleitungs
system oder bei einem Unfall, in dessen Verlauf das
Fahrzeug in eine Schräglage gerät, beispielsweise
wenn es auf der Seite liegt, oder sich vollständig
überschlägt.
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Wenn ein derartiger Umstand eintritt, erhöht sich
schnell der Füllstand des Kraftstoffs, der durch die
Einlaßöffnung in das Ventilgehäuse eindringt,
wodurch infolge des hydrostatischen Auftriebs eine
Verschiebung des Schwimmers in seine obere Stellung
bewirkt wird, bis sich die Auslaßöffnung schließt.
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Beim Einsatz eines derartigen Ventils ist zuweilen
festzustellen, daß der Schwimmer am Ende einer
solchen Schließphase in der oberen Verschlußstellung
bleibt, obwohl der Kraftstoff schließlich durch die
Einlaßöffnung aus dem Ventilgehäuse abfließt. Diese
Erscheinung ergibt sich aus einem "Verkleben" des
des als Verschluß dienenden Schwimmerabschnitts an
dem als Ventilsitz dienenden Abschnitt des Gehäuses.
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Es erweist sich als notwendig, diesen Nachteil zu
beseitigen, um zu verhindern, daß bei ansonsten
normalen Betriebsbedingungen des Fahrzeugs die
Entlüftungsleitung verschlossen wird, was zwangsläufig
einen plötzlichen Druckanstieg im Kraftstoffbehälter
mit Risiken hinsichtlich einer Verformung dieses
Kraftstoffbehälters und unter Umständen auch einer
Explosion zur Folge hat, und zwar aufgrund der sehr
hohen Gasdurchsätze, die durch den
Entlüftungskreislauf abzuleiten sind und die zumeist mehr als
2000 Liter/Stunde betragen.
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Um diesen Nachteil abzustellen, bezieht sich die
vorliegende Erfindung ein Ventil der vorbezeichneten
Art, in dem der Schwimmer einen Durchlaß aufweist,
der das Innere des Gehäuses mit der
Entlüftungsleitung verbindet und in dem ein normalerweise
geschlossenes Sicherheitsventil angeordnet ist,
dessen Öffnung betätigt wird, wenn der im Innern des
Gehäuses herrschende Druck bei in oberer Stellung
befindlichem Schwimmer über einem vorgegebenen Wert
liegt, und in welchem das Schließorgan des Ventils
mit einem Kolben verbunden ist, der dicht
verschiebbar in einer inneren Bohrung des Schwimmers
eingesetzt ist, in dem er eine Betätigungskammer
begrenzt, die mit dem Innern des Gehäuses in
Verbindung steht, sowie eine Rückstellkammer, in der ein
voreingestelltes elastisches Rückstellmittel
angeordnet ist, das den Kolben in der Richtung
beansprucht, die der Schließung des Ventils entspricht.
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Nach weiteren bevorzugten Merkmalen des
erfindungsgemäßen Ventils ist folgendes vorgesehen:
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- Der Durchlaß umfaßt ein Auslaßteilstück, das durch
den als Verschluß dienenden Abschnitt des Schwimmers
hindurchgeht, um die Entlüftungsleitung mit der
Betätigungskammer in Verbindung zu setzen, sowie ein
Einlaßteilstück, welches das Innere des Gehäuses mit
dem Auslaßteilstück in Verbindung setzt, in das es
quer einmündet, wobei das Schließelement des Ventils
durch einen Schaft des Kolbens gebildet wird,
welcher verschiebbar in dem Auslaßteilstück eingesetzt
ist.
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- Der Schaft des Kolbens ist dicht in dein
Auslaßteilstück verschiebbar und verschließt das Ende des
Einlaßteilstücks, das in das Auslaßteilstück
einmündet, wenn sich das Ventil in geschlossener Stellung
befindet.
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- Der Schaft ist mit einem radialen Spiel
verschiebbar in dem Auslaßteilstück eingesetzt, wobei das
Ende des Schaftes mit einem Ventilsitz
zusammenwirkt, der in dem Auslaßteilstück ausgeformt ist.
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- Das Ventilgehäuse und der Schwimmer sind als zwei
Teile mit in etwa zylindrischer Form ausgeführt, die
koaxial angeordnet sind.
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Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der
nachstehenden Beschreibung, die sich auf Beispiele
ohne Anspruch auf Vollständigkeit bezieht und deren
Verständnis durch die beigefügten Zeichnungen
erleichtert wird, auf denen folgendes dargestellt ist:
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- Figur 1 ist eine Längsschnittansicht einer ersten
Ausführungsart eines erfindungsgemäßen
Sicherheitsventils, das in Ruhestellung veranschaulicht wird.
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- Figur 2 zeigt eine gleichartige Ansicht wie Figur
1, in der das Ventil mit dem Schwimmer in der oberen
Stellung veranschaulicht wird, wobei sich das
Sicherheitsventil in geöffneter Stellung befindet.
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- Figur 3 und 4 zeigen gleichartige Ansichten wie
die Figuren 1 und 2 zur Veranschaulichung einer
zweiten Ausführungsart eines erfindungsgemäßen
Ventils.
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Das in den Figuren 1 und 2 veranschaulichte Ventil
10 umfaßt ein zylindrisches Gehäuse 12, das in
seinem unteren Teil durch einen eingerasteten Boden
14 verschlossen ist.
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Der obere Teil des Ventilgehäuses 12 weist ein
konisches Profil 16 auf und geht in einen
rohrfömigen Leitungsabschnitt 18 über, der die
Auslaßöffnung des Ventils bildet, die für den Anschluß an
die Entlüftungsleitung eines (nicht dargestellten)
Kraftstoffbehälters vorgesehen ist.
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Der Boden 14 des Gehäuses 12 weist in seiner Mitte
ein Loch 20 auf, das die Einlaßöffnung des Ventils
bildet, die für den Anschluß an den inneren Hohlraum
des Kraftstoffbehälters vorgesehen ist.
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Das Ventil 10 umfaßt einen Schwimmer 22 mit einer
allgemein zylindrischen Form, der im Innern des
inneren Hohlrauins 24 des Ventilgehäuses 12 koaxial
zu dessen Achse X-X eingesetzt ist. Der Boden 26 des
Schwimmers 12, welcher in der in Figur 1
veranschaulichten Ruhestellung an der Oberseite 21 des Bodens
20 des Gehäuses 12 anliegt, umfaßt eine Aussparung
28, in welche die Einlaßöf fnung 20 einmündet und die
mit dem ringförmigen Raum 24 in Verbindung gesetzt
wird, der durch die zylindrische Innenwand des
Gehäuses 12 und die zylindrische Außenwand des
Schwimmers 22 begrenzt ist, was durch eine Reihe von
radialen Löchern 30 erfolgt.
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Von daher ist leicht zu verstehen, daß der
Kraftstoff, wenn er durch die Einlaßöffnung 20 in das
Ventilgehäuse 12 eindringt, fortschreitend - bei
Betrachtung von Figur 1 - die vertikale
Verschiebung des Schwimmers 22 im Verhältnis zum Gehäuse 12
unter dem Einfluß des hydrostatischen Auftriebs
bewirkt, der durch den Kraftstoff auf ihn ausgeübt
wird.
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Die vertikale Verschiebung des Schwimmers 22 im
Verhältnis zum Gehäuse 12 von seiner in Figur 1
veranschaulichten unteren Stellung aus hat zur
Folge, daß er fortschreitend bis zu seiner oberen
Stellung oder Schließstellung bewegt wird, die in
Figur 2 veranschaulicht wird.
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In dieser oberen Stellung kann der obere Abschnitt
32 des Schwimmers mit einem Verschlußteller 34
versehen sein, welcher an dem Ventilsitz 36 zur
Anlage kommt, der in der Innenwand des oberen
Abschnitts 16 des Ventilgehäuses 12 in der Nähe seines
Anschlusses an den Leitungsabschnitt 18 ausgeformt
ist.
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In der in Figur 2 veranschaulichten oberen Stellung
hat das Zusammenwirken des als Verschluß dienenden
Tellers 34 init dem Ventilsitz 36 zur Folge, daß die
Leitung 18 verschlossen wird.
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Diese Verschlußlage wird benutzt, um das Ausströmen
des Kraftstoffs in die Entlüftungsleitung bei einem
Druckstoß oder bei einem Überschlagen des Fahrzeugs
zu verhindern.
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Es sind Mittel vorgesehen, um die Verbindung der
Entlüftungsleitung 18 mit dem Innenraum 24 des
Ventilgehäuses 12 zu ermöglichen, wenn bei ansonsten
normalen Betriebsbedingungen des Fahrzeugs der
Schwimmer 22 in der oberen Stellung verblieben ist,
wie dies in Figur 2 veranschaulicht wird, was durch
ein Verkleben zwischen den Teilen 34 und 36 bewirkt
werden kann.
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Zu diesem Zweck ist in dem Schwimmer 22 ein aus zwei
Teilstücken bestehender Durchlaß ausgeformt.
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Der Durchlaß besteht aus einem Einlaßteilstück 38,
das sich quer, das heißt in etwa entlang einem
Radius, von der Außenfläche 39 des oberen Teils des
Schwimmers 22 aus bis zu einem Auslaßteilstück 40
erstreckt, in das es quer einmündet.
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Die Zusammenfügung der beiden Teilstücke 38 und 40
bildet somit einen Durchlaß, der eine Verbindung
zwischen dem Innenraum 24 und dem Leitungsabschnitt
18 herstellt.
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Das Auslaßteilstück 40 ist dabei koaxial zu dem
Schwimmer 22 angeordnet und mündet direkt in den
Leitungsabschnitt 18 ein.
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Das untere Ende des Auslaßteilstücks 40 mündet in
eine geschlossene zylindrische Bohrung 42 ein, die
im Innern des Schwimmers 22 ausgeformt ist.
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Erfindungsgemäß ist ein Kolben 44 dicht verschiebbar
in die Bohrung 42 eingesetzt, so daß er darin eine
Arbeitskammer 46 und eine Rückstellkammer 48
begrenzt.
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In der Rückstellkammer 48 ist eine
Schraubendruckfeder 50 angeordnet, um den Kolben 44 - bei
Betrachtung der Figuren 1 und 2 - elastisch nach oben zu
beanspruchen.
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Die Oberseite 52 des Kolbens 44 umfaßt einen Schaft
41, der ein Schließelement für den Verschluß des
Ventils bildet, dessen Aufgabe darin besteht, den
aus den beiden Teilstücken 38 und 40 bestehenden
Durchlaß zu verschließen oder zu öffnen.
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Unter der Einwirkung der voreingestellten Feder 50
befindet sich der Ventilschaft 41 in norinalerweise
geschlossener Stellung, wie dies in Figur 1
veranschaulicht wird, in welcher die Verbindung zwischen
dem Innenraum 24 und der Leitung 18 normalerweise
geschlossen ist.
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Wenn in der in Figur 2 veranschaulichten oberen
Stellung der Druck im Innern des Innenraums 24
weiter ansteigt, erhöht sich gleichzeitig auch der
Druck in der Betätigungskammer 46 aufgrund des im
Schwimmer 22 vorgesehenen Querloches 54, das den
Innenraum 24 mit der Betätigungskammer 46 verbindet.
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Unter dem Einfluß des Drucks, der auf die Oberseite
52 des Kolbens 44 einwirkt, verschiebt sich dieser
in der Bohrung 42 entgegen der Rückstellkraft, die
durch die Feder 50 auf ihn ausgeübt wird, bis der
Schaft 41 seine in Figur 2 veranschaulichte Position
erreicht, in welcher der durch das Einlaßteilstück
38 und das Auslaßteilstück 40 gebildete Durchlaß
geöffnet ist.
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Der Inneraum 24 und folglich der obere Teil des
Kraftstoffbehälters steht dann wieder mit der
Entlüftungsleitung des Entlüftungskreislaufs des
Kraftstoffbehälters in Verbindung.
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Die Ablösung des Verschlußstücks 34 von seinem Sitz
36 kann dann beispielsweise unter der Einwirkung der
Fahrvibrationen des Fahrzeugaufbaus erfolgen, was
damit zusammenhängt, daß keine Kraft mehr auf den
Schwimmer einwirkt, um ihn vertikal nach oben in
seine obere Stellung zu beanspruchen, bzw. mit dem
Absinken des Drucks in der Kammer 24.
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Nach der Wiederherstellung des Druckgleichgewichts
kann der Schwimmer folglich in seine normale
Ruhestellung zurückkehren, wie dies in Figur 1
veranschaulicht wird.
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Als Variante, die in den Figuren 1 und 2 nicht
dargestellt ist, kann die Feder 50 entfallen, wobei
die Rückstellfunktion von der Druckluftfeder
übernommen wird, die durch das dichte Zusammenwirken des
Kolbens 44 mit der Wand der Bohrung 42 entsteht, das
zur Folge hat, daß eine komprimierbare Luftmenge in
der Rückstellkammer 48 eingeschlossen wird.
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Im folgenden wird die in den Figuren 3 und 4
veranschaulichte Ausführungsvariante beschrieben. Bei
dieser Beschreibung werden jeweils die gleichen
Bezugszahlen verwendet, um Elemente zu bezeichnen,
die mit den in den Figuren 1 und 2 dargestellten
Elementen identisch sind oder diesen entsprechen.
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Während bei der Ausführungsart, die in den Figuren 1
und 2 veranschaulicht wird, der Schaft 41 dicht
verschiebbar im Innern des Auslaßteilstücks 40
angeordnet ist, erkennt man bei der in den Figuren 3 und 4
dargestellten Ausführungsart, daß der Schaft 41 mit
einem radialen Spiel in dem Auslaßteilstück 40
verschiebbar ist. Das Auslaßteilstück 40 umfaßt in
der Nähe seines oberen Endes einen konischen
Ventilsitz 56, mit dem das freie Ende 58 des Schaftes 41
zusammenwirkt, der das Schließelement des Ventils
bildet.
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Mit dieser Ausführungsart läßt sich ein schnelleres
Öffnen des Sicherheitsventils erzielen, wenn der
Druck in der Betätigungskammer 46 ansteigt.
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Desweiteren ist festzustellen, daß die Abdichtung
des Kolbens 44 im Verhältnis zur Wand der Bohrung 42
mittels einer biegsamen Membran 60 sichergestellt
wird, die eine Rollmembran bildet.
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Nach einem bekannten Merkmal des bisherigen Stands
der Technik ist der Schwimmer 22 außerdem mit einer
Einstellfeder 62 versehen.