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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Tankdeckel für das Füllrohr
zu einem Flüssigkeitsbehälter, der Tankdeckel umfassend ein Absperrventil
in einem Durchgang zwischen einer Innenseite und einer Außenseite des
Deckels, wobei das Absperrventil einen Ventilkörper besitzt, in dem ein
Ventilelement verstellbar angeordnet ist, und wobei sich der Ventilkörper
zusammensetzt aus einer mit einem Boden, der eine Einlaßöffnung und eine
obere Abdeckung mit einer Auslaßöffnung aufweist, verbundenen
Umrandungswand, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solcher
Tankdeckel ist aus der US-A-4 498 599 bekannt. Deckel von diesem Typ werden
in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, wie z.B. als
Kraftstofftankdeckel bei Automobilen. Ein konventioneller Kraftfahrzeug-
Kraftstofftankdeckel wird oftmals mit einem Druckausgleichsventil
ausgerüstet, um Druckschwankungen in einem in dem Flüssigkeitsbehälter
eingeschlossenen Gasvolumen zu kompensieren.
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Derartige Druckschwankungen treten z.B. auf, wenn kalter Kraftstoff in
den Kraftstofftank eines Kraftfahrzeugs eingefüllt wird, oder wenn sich
warmer Kraftstoff in dem Tank auf die Umgebungstemperatur abkühlt. In dem
letzteren Fall bildet sich ein Druck kleiner als der atmosphärische Druck
in dem Tank aus. Da der Kraftstofftank in modernen Fahrzeugen normalerweise
aus Kunststoff hergestellt ist, kann ein subatmosphärischer Druck den Tank
plastisch oder elastisch deformieren. Folglich werden schadensensitive
Komponenten in oder auf den Tank montiert.
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Druckausgleichventile des oben beschriebenen Typs machen es möglich,
einen derartigen Schaden zu vermeiden. Diese Ventilfunktion kann jedoch in
bestimmten Situationen ein Nachteil sein. Zum Beispiel kann bei einer
Kollision, wenn der Kraftstofftank einem externen Aufprall ausgesetzt ist
und wahrscheinlich deformiert wird, oder wenn sich das Fahrzeug
überschlägt, der in dem Tank befindliche Kraftstoff in das Füllrohr
herausgedrückt werden, und wenn der Kraftstoff das Tankdeckel-Ventilsystem
trifft, besteht, innerhalb dem, was gemäß den Gesetzen und Spezifikationen
zulässig ist, das Risiko einer Kraftstoffleckage.
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Die gegenwärtige Automobilgesetzgebung erlaubt in einem solchen Fall,
daß ein Volumen in der Größenordnung von 15-20 ml Kraftstoff in die
Umgebung ausfließt, was dennoch das Risiko eines Feuers erhöht.
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Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen
gattungsgemäßen Tankdeckel zu schaffen, der sowohl einen Druckausgleich
eines in einem Kraftstofftank eingeschlossenen Gasvolumens als auch im
Notfall eine Absperrung einer momentanen Flüssigkeitsströmung in Richtung
zu dem Deckel in dem Tankfüllrohr ermöglicht. Diese Aufgabe wird gemäß der
vorliegenden Erfindung gelöst durch einen gattungsgemäßen Tankdeckel, bei
dem das Ventilelement eine zwischen dem Boden und der Abdeckung angeordnete
Ventilscheibe ist, die mit Abstandsmitteln versehen ist, die so auf der
Bodenseite der Ventilscheibe angeordnet sind, daß zwischen den
Abstandsmitteln und dem Boden Druckausgleichspalten gebildet werden, wenn
sich die Ventilscheibe in ihrer normalen Position über die Abstandsmittel
gegen den Boden stützt, und daß ein Flüssigkeitsstrom gegen die
Einlaßöffnung sofort gestoppt wird, da die Ventilscheibe durch den
Flüssigkeitsstrom in eine Betätigungsposition verstellbar ist und die
Auslaßöffnung absperrt.
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In einer geeigneten Ausführungsform der Erfindung ist das Ventilmittel
eine Ventilscheibe, die zwischen einer Normalposition und einer
Betätigungsposition in dem Ventilkörper verstellbar ist, und die
Ventilscheibe stützt sich in ihrer Normalposition über Abstandsmittel gegen
den Boden des Ventilkörpers ab.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung besitzt das
Ventilelement an seiner Oberseite eine ringförmige Dichtung und an seiner
Unterseite eine Gruppe von Abstandsmitteln, die gleichmäßig um den Rand des
Ventilelements verteilt sind. Jedes Abstandsmittel ist geeigneterweise in
der Form eines Absatzes oder in der Form einer sich radial erstreckenden
Rippe ausgestaltet.
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Der Tankdeckel besitzt vorzugsweise zusätzlich zu dem Flüssigkeits-
Absperrventil ein Druckausgleichsventil von bekannter Art, das zum
Ausgleich von Druckschwankungen in einem in dem Flüssigkeitsbehälter
befindlichen Gasvolumen mit dem Flüssigkeits-Absperrventil in Serie
verbunden ist.
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Wenn ein solcher Tankdeckel in einem Motorfahrzeug verwendet wird,
erfüllt er, zusätzlich zu den Anforderungen während normaler
Druckausgleichs-Betriebsbedingungen, auch während extremer Bedingungen,
z.B. bei einer Kollision, plötzlich auftretende Absperranforderungen, um
eine Kraftstoffleckage infolge eines kräftigen momentanen Druckanstiegs in
dem Kraftstofftank zu verhindern.
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Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf das in den
beigefügten Zeichnungen dargestellte Beispiel genauer beschrieben werden.
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Fig. 1 zeigt einen Tankdeckel gemäß der Erfindung, der an dem
Füllstutzen eines Motorfahrzeugs angebracht ist,
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Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht des Tankdeckels.
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In den Figuren kennzeichnet 2 einen Kraftstofftankdeckel für ein
Füllrohr 4 eines Flüssigkeitsbehälters (eines Kraftstofftanks, nicht
gezeigt). Der Deckel ist aus einem oberen Körper 6 und einem unteren Körper
8 hergestellt, die miteinander verbunden sind. Der untere Körper des
Deckels kann in den Füllstutzen 10 des Rohrs montiert werden. Der Stutzen
besitzt eine Ablaßöffnung 12 mit einem Ablaßrohr 14 für Kraftstoff, der
beim Befüllen des Tanks übergelaufen ist. Ein Gehäuse 16 ist auf den oberen
Körper aufgeschnappt und schützt gegen eine beliebige Verschmutzung, die in
ein bekanntes Ausgleichsventil 18 (hier nicht im weiteren Detail gezeigt),
das in dem unteren Körper untergebracht ist, eindringt. Das Ventil 18 dient
dazu, jegliche zwischen dem Inneren des Tanks und der Umgebungsatmosphäre
infolge von Temperaturschwankungen auftretenden negativen oder positiven
Druckdifferenzen auszugleichen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein
Fluidabsperrventil 20 in dem freien Endabschnitt des unteren Körpers 8 des
Tankdeckels angeordnet. Das Ventil besitzt einen Körper 22, der einstückig
mit dem unteren Körper 8 ausgebildet ist, wobei der Ventilkörper eine
zylindrische Wand 24, einen rechtwinklig zu der Wand verlaufenden flachen,
kreisförmigen Boden 26 und eine parallel zu dem Boden verlaufende flache,
kreisförmige Ventilkörperabdeckung 28 besitzt, wobei die Abdeckung den
Ventilkörper 22 gegen das Innere des unteren Körpers abgrenzt. Die
Ventilkörperabdeckung 28 formt auch eine Trennwand zwischen der
Ventileinrichtung 18 und dem Absperrventil 20 und bildet gleichzeitig den
Boden der Ventileinrichtung 18.
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Der Ventilkörper 22 besitzt eine kreisförmige Einlaßöffnung 30 und
eine kreisförmige Auslaßöffnung 32, und ein Ventilelement in der Form einer
Ventilscheibe 34 ist zwischen der Abdeckung 28 und dem Boden 26 frei im
Inneren des Ventilkörpers verstellbar. Die Einlaßöffnung 30 geht koaxial zu
der Mittellinie des Deckels durch den Boden des Körpers hindurch und öffnet
in das Innere des Ventilkörpers, und zwar auf gleicher Höhe mit der
Oberseite des Bodens 26. Der Durchmesser der Öffnung 30 beträgt
vorzugsweise etwa 1/3 des Durchmessers des Bodens. Die Auslaßöffnung 32
tritt durch die Abdeckung 28 des Ventilkörpers hindurch und ist ebenfalls
koaxial zu der Mittellinie des Tankdeckels angeordnet. Die
Ventilkörperabdeckung 28 besitzt an ihrer Unterseite eine ringförmige
Dichtfläche 36, die in der Nähe der Auslaßöffnung 32 des Ventilkörpers
angeordnet ist und diese umgibt. Der Durchmesser der Auslaßöffnung
entspricht im wesentlichen dem Durchmesser der Einlaßöffnung. Wenn es einen
Flüssigkeitsstrom in die Einlaßöffnung 30 hinein gibt, wird die
Ventilscheibe abdichtend gegen die ringförmige Dichtfläche 36 gepreßt. In
dem Mittelabschnitt der Ventilscheibe befindet sich eine kleine
Druckentlüftungsöffnung 38, deren Durchmesser vorzugsweise zwischen 0,5 und
1 mm beträgt. Auf der Seite der Ventilscheibe, die der
Ventilkörperabdeckung gegenüberliegt, ist eine ringförmige Gummidichtung 40
derart fixiert, daß sich ihr Umfang mit dem Umfang der Ventilscheibe deckt.
Die gegenüberliegende Seite der Ventilscheibe ist mit in der Form von
Absätzen oder Rippen ausgestalteten Abstandsmitteln 42 versehen.
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Gas kann normalerweise durch die Einlaßöffnung 30 hindurch über die
Spalten zwischen den Distanzstücken 42 nach außen durch die Auslaßöffnung
32 und weiter durch die Ventileinrichtung 18 nach außen in die Atmosphäre
treten, oder es kann den umgekehrten Weg nehmen, falls in dem Tank ein
teilweises Vakuum herrscht. Da die Ventilscheibe sowohl axial als auch
radial frei beweglich ist, ist sie, wenn sie durch die Einlaßöffnung 30 von
einem Flüssigkeitsstrom getroffen wird, nach oben gegen die Auslaßöffnung
32 verstellbar und sperrt somit diese Öffnung ab. In einer alternativen
Ausführungsform gibt es eine zwischen der Abdeckung 28 und der Scheibe 34
angeordnete Druckfeder 43, deren Zweck darin besteht, die Scheibe 34 leicht
gegen den Boden 26 des Ventilkörpers 22 vorzuspannen, wenn die
Flüssigkeits-Absperrfunktion nicht ausgelöst wird. Diese Druckfeder dient
z.B. auch dazu, die Ventilscheibe 34 nach einem infolge einer Kollision
plötzlich auftretenden Kraftstoffstoß in ihre Anfangsposition
zurückzuführen. Eine erste Variante der Feder 43 ist in der Form einer
schwachen, leicht konischen Druckfeder 43, die in dem
Labyrinthdichtungsbereich zwischen der Abdeckung 28 und der Scheibe 34
angeordnet ist.
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Bei bestimmten Kollisionen tritt ein Spitzenwert auf, bei dem die
Druckwelle über eine kurze Zeitdauer, d.h. genauer 60 ms, aufrechterhalten
bleibt. Wenn die Ventilscheibe 34 durch den Flüssigkeitsstrom gegen die die
Auslaßöffnung 32 umgebende ringförmige Dichtfläche 36 gepreßt wird, dichtet
die Dichtung 40 in Zusammenwirkung mit der Dichtfläche 36 ab und bildet
somit zusammen mit der gegen die Ventilkörperabdeckung 28 gepreßten
Ventilscheibe 34 eine Labyrinthdichtung 36, 40. Durch die
Druckentlüftungsöffnung 38 jedoch wird der Druck nach einer kurzen
Zeitdauer ausgeglichen, und die Scheibe wird von der Öffnung 32 freigegeben
und kehrt zu ihrer normalen Position zurück. Dieser Druckausgleich tritt
gleichzeitig mit der Reduzierung des übermäßigen Drucks in dem
Kraftstofftank auf, und deshalb stellen die gewöhnlichen Ventilmittel
danach eine ausreichende Dichtung bereit.
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In einem Flüssigkeitsbehälter, der einem externen Aufprall ausgesetzt
ist, z.B. bei einer Kollision, wird der Kraftstoff nach außen in das
Füllrohr 4 gedrückt werden, und wenn der Kraftstoff die gewöhnlichen
Ventilmittel (d.h. das Druckausgleichsventil 18) des Tankdeckels erreicht,
wird das Risiko einer Kraftstoffleckage bestehen. Gemäß der Erfindung
ermöglicht das Absperrventil 20 im Falle einer Kollision die unverzügliche
Absperrung sowohl von einem Flüssigkeits als auch einem Gasstrom in
Richtung zu dem Deckel.
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Als Alternative kann das Ventil natürlich auch auf der anderen Seite
der gewöhnlichen Ventilmittel oder auf der Außenseite des Ventilkörpers
(d.h. in dem Füllrohr) angeordnet werden und dennoch innerhalb des
Schutzumfangs der Patentansprüche liegen.