DE19707841A1

DE19707841A1 - Entlüftungsventil

Info

Publication number: DE19707841A1
Application number: DE19707841A
Authority: DE
Inventors: Mathias Kortenbruck; Thomas Theuer; Eugen Harsch
Original assignee: Walter Alfmeier GmbH and Co
Current assignee: Alfmeier Praezision SE
Priority date: 1996-03-02
Filing date: 1997-02-27
Publication date: 1997-10-30
Anticipated expiration: 2017-02-28
Also published as: DE19707841B4

Description

Die Erfindung betrifft ein schwimmerbetätigtes Entlüftungsventil für Kraftstoffbehäl ter von Kraftfahrzeugen. Solche auch als Roll-over-Ventile bezeichneten Entlüf tungsventile umfassen ein Gehäuse mit wenigstens einer Einlaßöffnung, einer Auslaßöffnung und einem im Gehäuse angeordneten Schwimmer. Mit dem Schwimmer ist ein erstes Schließelement von einer die Auslaßöffnung freigeben den Freigabestellung in eine die Auslaßöffnung verschließende Sperrstellung be weg bar. Der Schwimmer ist in der Regel in Sperrichtung federbeaufschlagt, um einen sicheren Verschluß der Auslaßöffnung im Falle eines Überschlages des Fahrzeuges zu gewährleisten. Entlüftungsventile der genannten Art sind meist als zweistufige Ventile ausgebildet. Dabei wirkt ein erstes Schließelement mit einem ersten Ventilsitz zusammen, der die Auslaßöffnung umgibt. Während bei einstufi gen Ventilen nur ein Schließelement vorhanden ist, das die Auslaßöffnung in der Sperrstellung völlig überdeckt und abschließt, ist bei zweistufigen Ventilen im er sten Schließelement ein Durchgangskanal vorhanden, der einen kleineren Durchmesser aufweist als die Auslaßöffnung. Dieser Durchgangskanal ist durch ein zweites Schließelement verschließbar, das mit dem Schwimmer verbunden ist und das mit einem den Durchgangskanal umgebenden zweiten Ventilsitz zusam menwirkt. Bei herkömmlichen Entlüftungsventilen weist das Schließelement ein ringförmiges Dichtelement aus elastischem Material auf. Die Dichtwirkung wird dadurch erzielt, daß das Dichtelement von der Auftriebskraft des Schwimmers gegen einen im wesentlichen als Ringfläche ausgebildeten Ventilsitz gedrückt wird. Solche Elastomerdichtungen haben von Hause aus keine absolut exakt be stimmbare Oberfläche, so daß das Öffnungs- und Schließverhalten solcher Venti le nicht exakt vorherbestimmbar ist. Bei der Ausgestaltung von Ventilen für den in Rede stehenden Zweck kommt es aber für eine zuverlässige Funktion des Ventils auf eine exakte Auslegung und Vorherberechenbarkeit des Öffnungs- und Schließverhaltens an. Ein weiterer Nachteil solcher Elastomerdichtungen oder allgemein von Dichtungen, bei denen das Schließelement mit dem Ventilsitz in einem größeren Flächenkontakt steht, ist, daß das Schließelement in Zusam menwirkung mit einer Kraftstoffbefeuchtung am Ventilsitz zumindest für eine ge wisse Zeit festkleben kann. Während dieser Zeit ist die Entlüftungsfunktion des Ventils nur über den Durchgangskanal mit seinem im Vergleich zur Auslaßöffnung sehr kleinen Durchmesser gewährleistet, so daß ein sich plötzlich entstehender Druck im Kraftstoffbehälter nur langsam wieder abbauen kann, wenn nun gleich zeitig, etwa bedingt durch eine Kurvenfahrt des Fahrzeuges, der Schwimmer vom ansteigenden Kraftstoffspiegel angehoben und das Ventil verschlossen wird. Der Druck des im Kraftstoffbehälter eingeschlossenen Gasvolumens kann dabei so groß sein, daß ein selbsttätiges Öffnen des Ventils, zumindest über einen länge ren Zeitraum, nicht mehr möglich ist.

Davon ausgehend besteht die Aufgabe der Erfindung darin ein Entlüftungsventil vorzuschlagen, bei dem dieser in der Fachwelt als "Air Corking" bezeichnete Ef fekt nicht mehr oder zumindest mit verringerter Häufigkeit auftritt.

Diese Aufgabe wird durch ein Entlüftungsventil mit den Merkmalen des Anspru ches 1 gelöst. Danach weisen die Schließelemente, also das erste und das zweite Schließelement eines zweistufigen Entlüftungsventils, jeweils ein kopfförmig aus gebildetes Schließteil auf, das mit einer Dichtkante des ihm jeweils zugeordneten Ventilsitzes zusammenwirkt, wobei die Dichtkante die Oberfläche der Schließteile linienförmig berührt. Durch eine solche Ausgestaltung läßt sich das Öffnungs- und Schließverhalten wesentlich exakter vorausbestimmen. Durch die nur linienförmi ge Berührung zwischen Dichtteil und Ventilsitz ist eine exakt vorberechenbare Geometrie gegeben. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung verhindert auch, daß sich ein Schließelement am Ventilsitz festsaugen kann. Ein vom Schwimmer des Ventils in seine Sperrstellung bewegtes Schließelement geht, nachdem der Schwimmer sich wieder in seiner Ausgangslage befindet, wesentlich schneller und zuverlässiger wieder in seine Freigabestellung zurück.

Die Schließteile der Schließelemente sind in vorteilhafter Weise kegel- oder ke gelstumpfförmig ausgebildet. Dementsprechend ist die Berührungslinie zwischen dem Dichtkegel und dem Ventilsitz bzw. der Dichtkante kreisringförmig. Die Ven tilsitze sind vorzugsweise als Innenkonusse ausgestaltet, wobei die Dichtkante von dem Übergang zwischen dem Innenkonus und dem Auslaßkanal im Falle des ersten Schließelements und vom Übergang zwischen Innenkonus und dem Durchgangskanal im Falle des zweiten Schließelementes gebildet ist.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform umfaßt einen Schwimmer, der we nigstens von einem Strömungskanal durchsetzt ist, der sich im wesentlichen in Richtung seiner Mittellängsachse bzw. in der Hauptströmungsrichtung eines aus einem Kraftstoffbehälter stammenden und das Ventil durchströmenden Gases bzw. Gas-Dampfgemisches durchsetzt ist. Durch diese Ausgestaltung wird die Gefahr des obengenannten Air-Corking-Effektes weiter reduziert. Dieser Ausge staltung des Schwimmers liegt die Überlegung zugrunde, die Strömungsge schwindigkeit des Gases im Gehäuse und insbesondere in dem sich seitlich zwi schen Schwimmer und Gehäuseinnenwand befindlichen Bereich zu verringern. Kommt es nämlich im Kraftstoffbehälter zu einem Druckanstieg, so wird dieser über das Entlüftungsventil ausgeglichen, indem Gas aus dem Behälterinnenraum nach außen strömt. Im Vergleich zur Strömungsgeschwindigkeit des Gases im Kraftstoffbehälter steigt dessen Strömungsgeschwindigkeit innerhalb des Entlüf tungsventiles stark an, was mit einer Reduzierung des Druckes gegenüber dem Behälterinnenraum verbunden ist. Aufgrund dieser unterschiedlichen Druckver hältnisse kann der Schwimmer ohne mit Kraftstoff in Berührung zu kommen, nach oben bewegt, mit dem strömenden Gas quasi mitgerissen werden und die Aus laßöffnung verschließen. Der Druck im Kraftstoffbehälter kann dabei so groß sein, daß der Schwimmer nicht mehr selbsttätig in seine Ausgangslage zurückfallen kann, wodurch das Ventil zumindest eine gewisse Zeit lang verschlossen bleibt. Wenn jedoch, wie erfindungsgemäß vorgeschlagen, der im Entlüftungsventil vor handene Strömungsquerschnitt durch die genannten Strömungskanäle vergrößert wird, ist die Gefahr eines dauerhaften Verschlusses des Entlüftungsventils we sentlich verringert. Insbesondere bei einer Kombination dieser Maßnahme mit der oben geschilderten Ausgestaltung der Schließelemente kann somit ein zuverläs sig arbeitendes und exakt auslegbares Entlüftungsventil erhalten werden, bei dem der oben geschilderte unerwünschte Verschluß praktisch nicht mehr auftritt. Als weitere Maßnahme zur Erhöhung des Strömungsquerschnittes im Entlüftungs ventil können an der Gehäuseinnenwand sich in Richtung der Mittellängsachse des im wesentlichen zylindrischen Schwimmers erstreckende Führungsrippen an geformt sein. Durch diese Führungsrippen ist auch verhindert, daß sich der Schwimmer an der Gehäusewand festsaugen kann.

Die Erfindung wird nun anhand eines in der beigefügten Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Die Zeichnung stellt ein erfindungsgemäßes Entlüftungsventil im Längsschnitt dar. Das Entlüftungsventil umfaßt als Hauptbauteile ein Gehäuse 1 mit einem von Einlaßöffnungen 2 durchbrochenen Boden 3, einen Deckel 4 mit einem daran an geformten Anschlußstutzen 5, einen im wesentlichen zylinderförmigen Schwim mer 6 sowie ein erstes Schließelement 7 und ein zweites Schließelement 8.

Das Gehäuse ist im wesentlichen zylinderförmig und weist im Bereich seines Dec kels 4 einen radial nach außen vorstehenden Befestigungsflansch 9 auf, mit dem es am Öffnungsrand (nicht dargestellt) der Aufnahmeöffnung eines Kraftstoffbe hälters (nicht dargestellt) befestigbar, insbesondere anschweißbar ist. Das Ge häuse besteht vorzugsweise aus Polyethylen. Gleiches trifft für den Befestigungs flansch 9 zu, der einstückig am Gehäuse 1 angeformt ist. Zentral im Deckel 4 ist eine Auslaßöffnung 10 angeordnet, die das ventilseitige Ende eines Ausströmka nales 12 bildet. Der Ausströmkanal ist von dem am Deckel 4 angeformten An schlußstutzen 5 umfaßt. Der Ausströmkanal 12 erstreckt sich mit einem sich an die Auslaßöffnung anschließenden Abschnitt 13 in Richtung der Mittellängsach se 14 des Gehäuses 1 bzw. des Schwimmers 6. An diesen Abschnitt 13 schließt sich ein radial zur Mittellängsachse 14 erstreckender Abschnitt 15 des Ausström kanals 12 an. Das Freiende des Ausströmstutzens 5 ist von einem Versteifungs rohr 16 vorzugsweise aus Polyoxymethylen (POM) ausgekleidet.

Die Ausströmöffnung 10 ist von einem Innenkonus 17 koaxial umgrenzt, der sich zum Schwimmer 6 hin erweitert. Der Übergang zwischen dem Innenkonus 17 und dem Abschnitt 13 des Ausströmkanales 12 bildet eine relativ scharfe Dichtkan te 19, die mit dem ersten Schließelement 7 zusammenwirkt. Dieses weist dazu ein etwa kegelstumpfförmiges Schließteil 18 auf. In seiner Schließstellung drückt das Schließteil 18, bedingt durch die Auftriebskraft des Schwimmers, mit seiner Ke gelmantelfläche gegen die Dichtkante 19. Die Berührung zwischen dem Schließ teil 18 und der Dichtkante 19 ist also nahezu exakt linienförmig und läßt sich bei entsprechender Wahl des Werkstoffes für die maßgeblichen Teile, vorzugsweise wird POM verwendet, exakt auslegen. Durch den gewählten Werkstoff ist auch gewährleistet, daß die für die Dichtfunktion des Ventils verantwortlichen heile über die gesamte Lebensdauer des Ventils ihre Maßhaltigkeit und daher ihre Funkti onsfähigkeit beibehalten. Wie bereits oben ausgeführt, läßt sich durch die genann te Ausgestaltung das Schließ- und insbesondere Öffnungsverhalten eines Entlüf tungsventils exakt bestimmen. Saugeffekte, die bewirken, daß das Schließele ment an seinem Ventilsitz haften bleibt, sind nahezu völlig ausgeschlossen.

Wie bereits erwähnt, ist das erfindungsgemäße Ventil ein zweistufiges Ventil. Das erste Schließelement 7 weist einen Durchgangskanal 20 auf, der sich im wesentli chen koaxial zur Mittellängsachse 14 erstreckt. Der Durchgangskanal ist im we sentlichen zylinderförmig. Sein dem Schwimmer 6 zugewandtes Ende ist nach Art eines Innenkonus 22 aufgeweitet. Der Übergang zwischen dem Innenkonus 22 und dem Durchgangskanal bildet eine Dichtkante 23, die mit dem ein kegel stumpfförmiges Schließteil 24 aufweisenden zweiten Schließelement 8 zusam menwirkt. Bezüglich der Werkstoffwahl und des Schließ- und Öffnungsverhaltens gilt das über das erste Schließelement 7 Gesagte analog. Zu bemerken ist noch, daß die Konusflächen der Innenkonusse 17 und 22 weniger stark geneigt sind als die Kegelmantelflächen der Schließteile 18 und 24. Dadurch ist die erwähnte lini enförmige Berührung zwischen Schließteil und Ventilsitz bzw. Dichtkante gewähr leistet. Die Innenkonusse 17 und 22 wirken auch als Zentrierhilfen für die entspre chenden Schließelement 7 und 8.

Der Basisbereich der Schließteile 18 und 24 ist in Form eines sich radial nach au ßen erstreckenden mit Durchbrechungen 25 versehenen Ringflansches 26,27 ausgebildet. Es können aber auch armartige Strukturen vorgesehen sein. Der Ringflansch 27 weist von seinem radial äußeren Ende sich in Richtung des Schwimmers wegerstreckende Haken 28 auf, die den Ringflansch 26 des zweiten Schließelementes hintergreifen. Die Abmessungen der Haken 28 sind so ausge legt, daß zwischen dem ersten und dem zweiten Schließelement 7,8 eine relative Beweglichkeit in Richtung der Mittellängsachse 14 gegeben ist. Das zweite Schließelement ist somit in Bezug auf die Dichtkante 23 zwischen einer Sperrstel lung, in der es mit dieser dichtend zusammenwirkt und zwischen einer Freigabe stellung, in der es mit Axialabstand zu dieser angeordnet ist, beweglich.

Die für die Dichtwirkung des Entlüftungsventils maßgeblichen Bauteile, nämlich die Ventilsitze 11, 11a, sind ebenfalls aus einem nicht-quellenden Material, näm lich aus POM (Polyoxymethylen) gefertigt. Im vorliegenden Beispiel bestehen somit die Schließelemente 7, 8 sowie der den Ventilsitz 11 umfassende Bereich des Deckels 4 aus diesem Werkstoff. Vorzugsweise ist im Deckel eine Ausklei dung 29 vorhanden, von der der Ventilsitz 11 bzw. die Dichtkante 19 gebildet ist und die den Abschnitt 13 sowie einen Teil des radial verlaufenden Abschnitts 15 des Ausströmkanals 12 umfaßt.

Der Schwimmer 6 ist ein im wesentlichen zylinderförmiges Gebilde, an dessen Oberseite 30 über einen Hals 33 das zweite Schließelement 8 angeformt ist. Der Schwimmer 6 liegt mit einem zentralen, über seine Unterseite hinausstehenden Führungszapfen 34 in einer halsartig nach innen vorgezogenen Aufnahmeöff nung 35 im Boden 3 des Gehäuses 1 ein. Der Führungszapfen 34 ist koaxial von einer hohlzylinderförmigen Kammer 36 umgeben, die mit Abstand vor der Ober seite 30 des Schwimmers 6 blind endet. In dieser Kammer liegt eine Schrauben feder 37 ein, die sich einerseits am Blindende der Kammer 36 und andererseits am Boden 3 des Gehäuses 1 abstützt. Der Schwimmer ist von mehreren Strö mungskanälen 38 durchsetzt. Die Strömungskanäle erstrecken sich in Richtung der Mittellängsachse 14. Aus der Innenseite des Gehäuses 1 stehen radial nach innen Führungsrippen 39 vor, die sich in Richtung der Mittellängsachse 14 er strecken.

Wenn sich in einem Kraftstoffbehälter ein Druck aufbaut, strömt das sich im Behäl ter befindliche Gas in Richtung der Strömungspfeile 40 und 42 durch die Einlaß öffnungen 2 im Boden 3 sowie durch seitliche Einlaßöffnungen 43 im Gehäuse in das Ventil ein. Die Hauptströmungsrichtung 44 innerhalb des Gehäuses 1 verläuft dabei im wesentlichen parallel zur Längsachse 14. Während die Strömungsge schwindigkeit eines einen Kraftstoffbehälter über das Entlüftungsventil verlassen den Gases außerhalb des Ventils und innerhalb des Kraftstoffbehälters relativ ge ring ist, steigt diese innerhalb des Ventils an, bedingt durch den im Ventil zur Verfügung stehenden Strömungsquerschnitt. Dieser ist erfindungsgemäß durch die Strömungskanäle 38 vergrößert. Dementsprechend ist die Strömungsge schwindigkeit des das Entlüftungsventil durchströmenden Gases verringert. Die Gefahr eines Mitreißens des Schwimmers in Pfeilrichtung 44 ist dadurch wesent lich geringer.

Bezugszeichenliste

1 Gehäuse
2 Einlaßöffnung
3 Boden
4 Deckel
5 Anschlußstutzen
6 Schwimmer
7 erstes Schließelement
8 zweites Schließelement
9 Befestigungsflansch
10 Auslaßöffnung
11 erster Ventilsitz
11a zweiter Ventilsitz
12 Ausströmkanal
13 Abschnitt
14 Mittellängsachse
15 Abschnitt
16 Versteifungsrohr
17 Innenkonus
18 Schließteil
19 Dichtkante
20 Durchgangskanal
22 Innenkonus
23 Dichtkante
24 Schließteil
25 Durchbrechung
26 Ringflansch
27 Ringflansch
28 Haken
29 Auskleidung
30 Oberseite
33 Hals
34 Führungszapfen
35 Aufnahmeöffnung
36 Kammer
37 Schraubenfeder
38 Strömungskanal
39 Führungsrippe
40 Strömungspfeil
42 Strömungspfeil
43 Einlaßöffnung
44 Hauptströmungsrichtung

Claims

1. Entlüftungsventil für Kraftstoffbehälter von Kraftfahrzeugen mit

- einem Ventilgehäuse (1) mit einer Auslaßöffnung (10) und wenigstens ei ner Einlaßöffnung (2),
- einem Schwimmer (6),
- einem ersten Schließelement (7), das mit einem die Auslaßöffnung (10) umgebenden ersten Ventilsitz (11) zusammenwirkt,
- einem im Einbauzustand des Ventils unterhalb des ersten Schließele ments (7) angeordneten zweiten Schließelement (8), das mit der Obersei te (30) des Schwimmers verbunden ist und das mit einem einen Durch gangskanal (20) im ersten Schließelement (7) umgebenden zweiten Ven tilsitz (11a) zusammenwirkt,

dadurch gekennzeichnet, daß die Schließelemente (7, 8) ein kopfförmig ausgebildetes Schließteil (18,24) aufweisen, das mit einer Dichtkante (19, 23) des jeweiligen Ventilsit zes (11, 11a) zusammenwirkt, wobei die Dichtkante die Oberfläche der Schließteile linienförmig berührt.

2. Entlüftungsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schließteile (18, 24) kegel- oder kegelstumpfförmig ausgebildet sind.

3. Entlüftungsventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Ventilsitz (11) ein kegelstumpfförmiger Innenkonus (17) ist, der auslaßseitig in einen Ausströmkanal (12) übergeht, wobei die Dichtkante (19) von dem Übergang zwischen dem Innenkonus (17) und dem Ausströmka nal (12) gebildet ist.

4. Entlüftungsventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Ventilsitz (11a) ein kegelstumpfförmiger Innenkonus (22) ist, der auslaßseitig in den Durchgangskanal (20) übergeht, wobei die Dichtkan te (23) von dem Übergang zwischen dem Innenkonus (22) und dem Durch gangskanal (20) gebildet ist.

5. Entlüftungsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Schließteile (18, 24) der Schließelemente (7, 8) und die die Ventilsitze (11, 11a) bzw. die Dichtkanten (19, 23) bildenden Bereiche des Ent lüftungsventils aus Polyoxymethylen bestehen.

6. Entlüftungsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwimmer (6) von wenigstens einem Strömungskanal (38) durch setzt ist, der sich im wesentlichen in Richtung der Mittellängsachse (14) des Schwimmers bzw. in der Hauptströmungsrichtung (44) eines aus einem Kraft stotfbehälter stammenden und das Entlüftungsventil durchströmenden Gases bzw. Gas-Dampfgemisches erstreckt.

7. Entlüftungsventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwimmer in Sperrichtung federbeaufschlagt ist.

8. Entlüftungsventil nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch aus der Gehäuseinnenseite vorspringende und sich in Richtung der Mittel längsachse (14) des Schwimmers (6) bzw. in dessen Bewegungsrichtung er streckende Führungsrippen (39).