DE10125016C1 - Druckausgleichseinrichtung für einen Behälter - Google Patents

Abstract

Beschrieben wird eine Druckausgleichseinrichtung für einen Behälter (1), in dessen Innenraum (4) Über- oder Unterdruck herrschen kann. Eine Ventileinrichtung (6) steuert mindestens eine Strömungsverbindung (7a, 7b) zwischen dem Behälterinnenraum (4) und der Atmosphäre (5). Der Verschluss (3) ist mit der Ventileinrichtung (6) so koppelbar, dass beim Drehen des Verschlusses (3) um einen vorgegebenen Betrag die Ventileinrichtung (6) geöffnet wird und dadurch ein kontrollierter Druckausgleich zwischen Behälterinnenraum (4) und Atmosphäre (5) stattfindet. Die Kopplung ist so ausgebildet, dass der Verschluss (3) erst dann in Öffnungsrichtung weiter gedreht werden kann, wenn der Druckausgleich stattgefunden hat.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Druckausgleichsein­ richtung für einen Behälter.

In geschlossenen Behältern wie z. B. Kraftstofftanks kann ein Über- oder Unterdruck gegenüber der Atmosphäre herrschen. Kraftstofftanks sind daher üblicherweise mit einer vom Tank­ deckel getrennten Belüftungseinrichtung versehen, die für ei­ nen kontinuierlichen Druckausgleich zwischen dem Tankinneren und der Atmosphäre sorgt.

Aus der EP 0 874 762 B1 ist eine Druckausgleichseinrichtung für einen Kraftstofftank bekannt, bei dem in dem Verschluss für den Einfüllstutzen ein Überdruck- und Unterdruckventil angeordnet ist. Das Überdruck- und Unterdruckventil sorgt auch in diesem Fall für einen kontinuierlichen Druckausgleich zwischen dem Kraftstofftank und der Atmosphäre.

Eine derartige kontinuierliche Belüftung des Kraftstofftanks ist aus Umweltschutzgründen nicht länger zulässig. Wenn je­ doch der Kraftstofftank nicht druckausgeglichen ist, kommt es beim Öffnen des Tanks zu entsprechenden Schwierigkeiten und Gefahren für die Bedienperson.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Druckausgleichseinrichtung für einen Behälter zu schaffen, die erst beim Öffnen des Verschlusses des Behälters für einen kontrollierten Druckausgleich zwischen dem Innenraum des Be­ hälters und einem Referenzdruckbereich außerhalb des Behäl­ ters sorgt.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist in Anspruch 1 definiert.

Die erfindungsgemäße Drugkausgleichseinrichtung umfasst eine Ventileinrichtung, die mindestens eine Strömungsverbindung zwischen dem Innenraum eines Behälters und dem Referenzdruckbereich steu­ ert, sowie einen druckgesteuerten Koppelmechanismus, der in Abhängigkeit von dem im Behälter herrschenden Druck zwischen einer Neutralstellung und einer Koppelstellung verstellbar ist. In der Koppelstellung verbindet der Koppelmechanismus den Verschluss mit der Ventileinrichtung, so dass der Ver­ schluss bei einer Bewegung in Öffnungsrichtung die Ventilein­ richtung öffnet, um den Druckausgleich herbei zu führen. Die Öffnungsbewegung der Ventileinrichtung wird zweckmäßigerweise durch mindestens einen gehäusefesten Anschlag begrenzt, damit der Ver­ schluss in der Koppelstellung des Koppelmechanismus gegen ei­ ne weitere Öffnungsbewegung gesperrt wird. Erst wenn der Druckausgleich erreicht ist, wird der Koppelmechanismus in seine Neutralstellung zurückgestellt, in der der Verschluss in Öffnungsrichtung weiter gedreht werden kann.

Erfindungsgemäß ist somit eine Zwangskopplung zwischen dem Öffnen des Verschlusses und dem Belüften des Behälters vorge­ sehen. Diese Zwangskopplung sorgt dafür, dass eine Bewegung des Verschlusses um einen vorgegebenen Betrag in Öffnungs­ richtung die Ventileinrichtung öffnet, um einen Druckaus­ gleich herbeizuführen. Erst wenn ein vollständiger Druckaus­ gleich erreicht ist, kann der Verschluss geöffnet werden. Auf diese Weise wird ein problemloses Öffnen des Verschlusses er­ möglicht.

Aufgrund der mechanischen Kopplung zwischen dem Öffnen des Verschlusses und dem Belüften des Behälters sind keine elek­ trischen Komponenten zur Durchführung der Belüftung notwen­ dig. Eine zusätzliche Steuereinrichtung bzw. ein Betrieb von elektrischen Hilfseinrichtungen ist nicht erforderlich. Das Öffnen des Behälters ist unabhängig vom Zustand irgendwelcher elektrischer Hilfseinrichtungen wie auch vom Ladezustand ei­ ner Batterie oder einer anderen Spannungsversorgung. Die er­ findungsgemäß ausgebildete Druckausgleichseinrichtung zeich­ net sich somit durch eine hohe Betriebssicherheit und Verfüg­ barkeit unter allen Betriebszuständen aus.

Der Verschluss kann aus einem Kappenteil und einem relativ dazu drehbaren Verschlussteil bestehen. In diesem Fall ist zweckmäßigerweise ein Verriegelungsmechanismus vorgesehen, der das Kappen- und Verschlussteil in Drehrichtung miteinan­ der verriegelt, wenn er in der Neutralstellung ist, und frei­ gibt, wenn der Koppelmechanismus in der Koppelstellung ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Anhand der Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel der Er­ findung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch einen Verschluss eines Behäl­ ters mit einer erfindungsgemäß ausgebildeten Druckaus­ gleichseinrichtung;

Fig. 2 einen Schnitt in Blickrichtung der Pfeile II-II in Fig. 3, wobei sich jedoch die Ventileinrichtung in ih­ rer Öffnungsstellung befindet;

Fig. 3 einen Schnitt in Blickrichtung der Pfeile III-III in Fig. 1;

Fig. 4 ein Detail der Fig. 1.

Fig. 1 zeigt den oberen Teil eines Behälters 1 mit einer Öff­ nung 2, die von einem drehbaren Verschluss 3 verschlossen wird. Der Verschluss 3 besteht aus einem Kappenteil 3a und einem Verschlussteil 3b, die relativ zueinander drehbar sind, jedoch miteinander verriegelt werden, wie noch erläutert wird. Außerdem sind sie in axialer Richtung miteinander ver­ bunden. Das Verschlussteil 3b steht mit der Behälteröffnung 2 in Gewindeeingriff und kann durch Drehen des Kappenteils 3a aus der Behälteröffnung 2 heraus gedreht werden, wenn Ver­ schluss- und Kappenteil miteinander verriegelt sind.

Bei dem Behälter 1 kann es sich um einen Kraftstofftank für ein Kraftfahrzeug (PKW, Motorrad und LKW) oder auch für eine Brennkraftmaschine eines Sport- und Freizeitgerätes (z. B. Mo­ torboot) handeln. Grundsätzlich ist die im folgenden zu be­ schreibende Druckausgleichseinrichtung jedoch auch auf andere zu belüftende Niederdruckbehälter anwendbar.

Die Druckausgleichseinrichtung ermöglicht einen Druckaus­ gleich zwischen dem Innenraum 4 des Behälters 1 und einem Re­ ferenzdruckbereich 5, der im Fall eines Kraftstofftanks von der Atmosphäre gebildet wird. Der Referenzdruckbereich 5 kann jedoch auch von einem anderen Bereich, beispielsweise einem zweiten Behälter oder dergleichen, gebildet werden.

Die Druckausgleichseinrichtung wird von einer Ventileinrich­ tung 6 und einem Koppelmechanismus 10 gebildet.

Die Ventileinrichtung 6 hat zwei Ventilglieder 6a, 6b, die jeweils als gekrümmte Ventilplatten ausgebildet sind, welche jeweils in einer Teilringnut in der Wand der Behälteröffnung 2 zwischen einer Öffnungs- und Schließstellung bewegbar gela­ gert sind. Jedes der Ventilglieder 6a, 6b steuert eine eigene Strömungsverbindung 7a, 7b (s. Fig. 2) zwischen dem Innenraum 4 des Behälters 1 und dem Referenzdruckbereich 5. Die Strö­ mungsverbindungen 7a, 7b bestehen jeweils aus einer Bohrung 8a, 8b in der Wand des Behälters 1 und einer Bohrung 7a, 7b im Verschluss 3, die durch eine Ventilöffnung 21a bzw. 21b im Ventilglied 6a bzw. 6b miteinander verbunden werden können, wie im folgenden noch genauer erläutert wird.

Der Koppelmechanismus 10 weist eine Koppelstange 11 auf, die in dem Kappenteil 3a des Verschlusses 3 in radialer Richtung verschiebbar gelagert ist. Die Koppelstange 11 ist an ihrer Mitte mit einer Membran 12 versehen, die an ihrem äußeren Um­ fang an dem Kappenteil 3a festgelegt ist und die einen Hohl­ raum des Kappenteils 3a in zwei Druckräume 13a, 13b unter­ teilt. Der Druckraum 13a ist über eine Bohrung 14 im Ver­ schluss 3 mit dem Innenraum 4 des Behälters 2 verbunden, wäh­ rend der Druckraum 13b über eine Bohrung 5 im Verschluss 3 mit dem Referenzdruckbereich 5 verbunden ist. Die Membran 12 wird somit auf der einen Seite mit dem Druck im Behälter 1 und auf der anderen Seite mit dem Referenzdruck beaufschlagt.

Die Koppelstange 11 wird durch die Membran 12 in einer Neut­ ralstellung (Fig. 1) gehalten, wenn in den Druckkammern 13a, 13b der gleiche Druck herrscht. Liegt jedoch an der Membran 12 eine Druckdifferenz an, so wird die Koppelstange 11 in der einen oder anderen Richtung in eine Koppelstellung verscho­ ben. In der Koppelstellung greift die Koppelstange 11 mit dem betreffenden Ende in eine Vertiefung des entsprechenden Ven­ tilgliedes 6a bzw. 6b. Hierdurch wird das betreffende Ventil­ glied 6a bzw. 6b mit dem Kappenteil 3a des Verschlusses 3 drehfest verbunden. Bei einer Drehung des Verschlusses 3 nimmt daher die Koppelstange 11 das betreffende Ventilglied 6a bzw. 6b in Öffnungsrichtung mit, bis sich das Ventilglied 6a bzw. 6b an einen behälterfesten Anschlag 20a bzw. 20b an­ legt. Die Ventileinrichtung 6 befindet sich dann in ihrer Öffnungsstellung, in der sie über die Strömungsverbindung 7a oder 7b einen Druckausgleich zwischen dem Innenraum 4 des Be­ hälters 1 und dem Referenzdruckbereich 5 ermöglicht.

Dem Koppelmechanismus 10 ist in dem dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel ein Verriegelungsmechanismus 16 zugeordnet, der in Abhängigkeit von der Stellung des Koppelmechanismus 10 das Kappenteil 3a und das Verschlussteil 3b miteinander verrie­ gelt oder freigibt. Der Verriegelungsmechanismus 16 hat einen Verriegelungsstift 17, der in dem Kappenteil 3a des Verschlusses 3 senkrecht zur Koppelstange 11 verschiebbar gela­ gert ist. Der Verriegelungsstift 17 wirkt an seinem einen En­ de mit einem Nocken 18 an der Koppelstange 11 und an seinem anderen Ende mit einer teilringförmigen Nut 19 im Verschluss­ teil 3b zusammen.

Wenn sich die Koppelstange 11 in ihrer Neutralstellung (Fig. 1) befindet, drückt der Nocken 18 den Verriegelungsstift 17 in die teilringförmige Nut 19, wodurch das Kappenteil 3a mit dem Verschlussteil 3b drehfest verbunden wird. Befindet sich dagegen die Koppelstange 11 in einer ihrer beiden Koppelstel­ lungen (Fig. 4), so wird der Verriegelungsstift 17 bei einer Drehung des Kappenteils 3a aus der Nut 19 des Verschlussteils 3b heraus bewegt, so dass dann das Verschlussteil 3b nicht mitgedreht wird. Der Verriegelungsmechanismus 16 dient somit als zusätzliche Sicherung, die ein Öffnen des Verschlusses 3 verhindert, so lange kein Druckausgleich zwischen dem Innen­ raum 4 des Behälters 1 und dem Referenzdruckbereich 5 statt­ gefunden hat.

Zur Beschreibung der Funktionsweise der Druckausgleichsein­ richtung sei angenommen, dass im Innenraum 4 des Behälters 1 und in dem Referenzdruckbereich 5 der gleiche Druck herrscht. Die Druckausgleichseinrichtung befindet sich dann in dem in den Fig. 1 und 3 dargestellten Zustand. Wenn nun im Innen­ raum 4 des Behälters 1 beispielsweise ein Überdruck gegenüber dem Referenzdruckbereich 5 entsteht, so verstellt die Mem­ bran 12 aufgrund der an ihr anliegenden Druckdifferenz die Koppelstange 11 aus ihrer Neutralstellung in ihre (in Fig. 1 rechtsseitige) Koppelstellung, in der sie eine drehfeste Ver­ bindung zwischen dem Kappenteil 3a und dem Ventilglied 6a herstellt. Gleichzeitig wird der Verriegelungsmechanismus 16 entriegelt (Fig. 4), so dass die entsprechende Verbindung zwischen dem Kappenteil 3a und dem Verschlussteil 3b aufgeho­ ben wird.

Wird nun das Kappenteil 3a in Öffnungsrichtung gedreht, so nimmt es über die Koppelstange 11 das Ventilglied 6a in seine Öffnungsstellung mit, in der es an dem Anschlag 20a anliegt. Der Innenraum 4 des Behälters 1 ist nun über die Strömungs­ verbindung 7a (Bohrungen 8a, 9a, Ventilöffnung 21a) mit dem Referenzdruckbereich 5 verbunden, so dass ein entsprechender Druckausgleich stattfindet. Während dieses Vorgangs kann das Kappenteil 3a nicht weiter gedreht werden, da es durch den Anschlag 20a über das Ventilglied 6a und die Koppelstange 11 in dieser Stellung festgehalten wird.

Wenn ein vollständiger Druckausgleich zwischen dem Innenraum 4 des Behälters 1 und dem Referenzdruckbereich 5 stattgefun­ den hat, bewegt die Membran 12 die Koppelstange 11 wieder in ihre Neutralstellung zurück. Damit ist die Drehverbindung zwischen der Koppelstange 11 und dem Ventilglied 6a aufgeho­ ben. Außerdem drückt der Nocken 18 den Verriegelungsstift 7 in die Nut 19 des Verschlussteils 3b, so dass das Kappenteil 3a und das Verschlussteil 3b drehfest miteinander verbunden werden. Das Kappenteil 3a kann nun in Öffnungsrichtung weiter gedreht werden, um den Verschluss 3 mit dem Kappenteil 3a und dem Verschlussteil 3b aus der Behälteröffnung 2 zu entfernen.

Durch die beschriebene Druckausgleichseinrichtung wird somit sichergestellt, dass der Behälter 1 erst geöffnet werden kann, wenn ein kontrollierter Druckausgleich stattgefunden hat.

Dem Koppelmechanismus und/oder Verriegelungsmechanismus kann ein Schalterelement (nicht gezeigt), ggfs. ein elektrisches Schalterelement zugeordnet werden, um eine Diagnose der Druckausgleichseinrichtung durchzuführen. Alternativ hierzu kann eine Diagnose durch vorbekannte Leckerkennungsverfahren erfolgen.

Claims (9)

1. Druckausgleichseinrichtung für einen Behälter (1), in des­ sen Innenraum (4) Über- oder Unterdruck gegenüber einem Refe­ renzdruckbereich (5) herrschen kann, mit
einem lösbaren Verschluss (3) für den Behälter (1),
einer Ventileinrichtung (6), die mindestens eine Bohrungen (8a, 8b; 21a, 21b; 9a, 9b) in der Wand des Behälters (1), in der Ventileinrichtung (6) und im Verschluss (3) aufweisende Strömungsverbindung (7a, 7b) zwischen dem Innenraum (4) des Behälters (1) und dem Referenzdruckbereich (5) steuert, und
einem Koppelmechanismus (10), der in Abhängigkeit von einer Druckdifferenz zwischen Behälter- und Referenzdruck aus einer Neutralstellung in eine Koppelstellung bewegbar ist, in der er den Verschluss (3) mit der Ventileinrichtung (6) koppelt, so dass bei einem über- oder Unterdruck im Behälter (1) der Verschluss (3) bei einer Bewegung in Öffnungs­ richtung die Ventileinrichtung (6) öffnet, um einen Druckaus­ gleich zwischen dem Innenraum (4) des Behälters (1) und dem Referenzdruckbereich (5) herbeizuführen.

2. Druckausgleichseinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mindestens einen behälterfesten Anschlag (20a, 20b), der die Öffnungsbewegung der Ventileinrichtung (6) begrenzt, damit die Ventileinrichtung (6) in der Koppelstellung des Koppelmechanismus (10) den Verschluss (3) gegen eine weitere Öffnungsbewegung sperrt, bis der Koppelmechanismus (10) bei Erreichen des Druckausgleiches in seine Neutralstellung zu­ rückgestellt wird, worauf der Verschluss (3) in Öffnungsrich­ tung weiter gedreht werden kann.

3. Druckausgleichseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (6) zwei Ventilglieder (6a, 6b) aufweist, die jeweils eine eigene Strömungs­ verbindung (7a, 7b) steuern und von denen das eine Ventil­ glied (6a) bei Überdruck und das andere Ventilglied (6b) bei Unterdruck mit dem Verschluss (3) gekoppelt wird.

4. Druckausgleichseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Ventilglieder (6a, 6b) in einer Wand des Behälters (1) und der Koppelmechanismus (10) im Ver­ schluss (3) angeordnet sind.

5. Druckausgleichseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Koppelmechanismus (10) eine im Verschluss (3) verschiebbar gelagerte Koppel­ stange (11) und eine mit der Koppelstange (11) verbundene Membran (12) aufweist, die auf einer Seite mit dem Druck im Innenraum (4) des Behälters (1) und auf der anderen Seite mit dem Druck des Referenzdruckbereichs (5) beaufschlagt ist.

6. Druckausgleichseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Membran (12) einen Hohlraum des Ver­ schlusses (3) in zwei Druckkammern (13a, 13b) unterteilt, von denen die eine (13a) mit dem Innenraum (4) des Behälters (1) und die andere (13b) mit dem Referenzdruckbereich (5) verbun­ den ist.

7. Druckausgleichseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Koppelstange (11) an ihrer Mitte mit der Membran (12) verbunden ist und an ihren Enden mit den Ventilgliedern (6a, 6b) zusammenwirkt.

8. Druckausgleichseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschluss (3) aus einem Kappenteil (3a) und einem Verschlussteil (3b) be­ steht, die relativ zueinander drehbar und in Axialrichtung miteinander verbunden sind, und dass ein Verriegelungsmecha­ nismus (16) vorgesehen ist, der das Kappen- und Verschluss­ teil (3a, 3b) in Drehrichtung miteinander verriegelt, wenn der Koppelmechanismus (10) in seiner Neutralstellung ist, und freigibt, wenn der Koppelmechanismus (10) in seiner Koppel­ stellung ist.

9. Druckausgleichseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch ge­ kennzeichnet, dass der Verriegelungsmechanismus (16) einen im Verschluss (3) verschiebbar gelagerten, zwischen dem Ver­ schluss- und Kappenteil (3a, 3b) wirksamen Verriegelungsstift (17) aufweist, der über einen an der Koppelstange (11) vorge­ sehenen Nocken (18) zwischen einer Verriegelungs- und Entrie­ gelungsstellung verstellbar ist.