DE19615317A1 - Kraftstofftank mit Einwegventil - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kraftstofftank für eine Brennkraftmaschine und insbesondere einen Kraftstoff­ tank mit einem Füllrohr und einem Rückschlagventil zum Be­ füllen des Tanks mit Kraftstoff.

Aufgrund zunehmenden Umweltbewußtseins gibt es zahlreiche Anstrengungen, das Entweichen von flüssigem und dampfförmi­ gem Kraftstoff aus Fahrzeugtanks in die Atmosphäre zu ver­ hindern, und zwar insbesondere beim Füllen des Tanks mit Kraftstoff. Das besondere Augenmerk gilt hierbei den Tank­ stellen, an denen Selbstbedienung häufiger ist als Bedienung durch Tankstellenpersonal. Selbstbedienung an den Tankstel­ len hat das Luftverschmutzungsproblem verschärft, das in Verbindung mit Tankfüllrohren ohnehin vorhanden ist, welche natürlich während des Tankens geöffnet bleiben müssen, wäh­ rend der Tankdeckel abgenommen ist. Häufig bleibt der Tank zu lange offen aufgrund unsachgemäßer Handhabung des Füll­ schlauches, beispielsweise, wenn die Schlauchdüse länger als zum Füllen des Tanks erforderlich in dem Füllrohr verbleibt, wenn der Tankdeckel abgenommen und somit der Tank über das Füllrohr zur Atmosphäre hin offen ist. Die Gefahr, daß Kraftstoff aus dem Tank nach außen schwappt, wenn sich der Tank seinem gefüllten Zustand nähert, wird ebenfalls durch unsachgemäße Handhabung erhöht.

Durch die vorliegende Erfindung soll ein Kraftstofftank mit einem Füllrohr geschaffen werden, indem ein Einwegventil ein ungehindertes Einströmen von Kraftstoff in den Tank zuläßt, das jedoch augenblicklich das Füllrohr verschließt, wenn das Einströmen von Kraftstoff beendet wird, um dadurch ein Ent­ weichen von flüssigem und dampfförmigem Kraftstoff aus dem Tank selbst dann zu verhindern, wenn der Tankdeckel an der Oberseite des Füllrohres offen ist.

Ferner soll das Einwegventil so ausgebildet werden, daß es ohne kostspielige Änderungen in vorhandene Füllrohre einge­ setzt werden kann, und es soll aus kostengünstigen Materia­ lien mit geringer Masse hergestellt werden, so daß es rasch anspricht, wenn das Einströmen von Kraftstoff unterbrochen wird, um dadurch ein Zurückschwappen von Kraftstoff aus dem Tank in das Füllrohr zu verhindern.

Ferner soll das Einwegventil und der Anschluß des Füllrohres am Tank so ausgebildet werden, daß der Tankanschlußstutzen selbst dann, wenn das Füllrohr bei einem Fahrzeugaufprall aus dem Tankanschlußstutzen losgerissen wird, verschlossen bleibt, um ein durch den Aufprall bedingtes Austreten von Kraftstoff aus dem Tank über den Anschlußstutzen zu verhin­ dern.

Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfin­ dung sind in den Ansprüchen definiert.

In dem erfindungsgemäß ausgebildeten Kraftstofftank, bei dem sich das Füllrohr von dem Tankdeckel nach unten zu einem Füllrohranschluß am Kraftstofftank erstreckt, ist ein Ven­ tileinsatz teleskopartig auf das nach unten ragende Tankende des Füllrohres geschoben. Der Ventileinsatz besitzt einen oberen Ring, der das äußere des Tankendes des Füllrohres aufnimmt und abdichtet, sowie einen unteren ringförmigen Ventilsitz, der einen Durchgangskanal des Ventileinsatzes, welcher mit dem Kanal des Füllrohres verbunden ist, umgibt. Eine flexible Ventilscheibe ist in der Mitte an einem spin­ nenförmigen Arm in dem Ventileinsatz abgestützt und arbeitet mit dem Ventilsitz so zusammen, daß sie als Einwegventil bzw. Rückschlagventil am Tankauslaß des Füllrohres arbeitet. Ein elastisch vorgespannter gleitender Schaft besitzt einen zentralen Abschnitt, der die Ventilscheibe gleitend auf der "Spinne" so abstützt, daß die Ventilscheibe in Öffnungs­ richtung translationsförmig von dem Ventilsitz weit weg be­ wegt wird, um dadurch die Drosselung der Strömung durch das Ventil so gering wie möglich zu machen und es zu ermögli­ chen, daß sich die Ventilscheibe bei einströmendem Kraft­ stoff rasch und weit öffnet und bei Beendigung des Kraft­ stoffstroms rasch in seine Schließstellung zurückkehrt, in der sie den ringförmigen Ventilsitz verschließt. Das Ventil bleibt verschlossen, und der Ventileinsatz wird durch einen Verbindungsring gegen eine Auswärtsbewegung relativ zu dem Tankstutzen gehalten, für den Fall, daß das Füllrohr aus seiner reibschlüssigen Klemmhalterung in dem Ring gerissen wird, wie dies bei einem Fahrzeugaufprall geschehen kann.

Anhand der Zeichnung wird ein bevorzugtes Ausführungsbei­ spiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Kraftstofftanks mit Füllrohr, bei dem Teile zum Veranschaulichen von Einzelheiten des Tankinneren weggebrochen sind;

Fig. 2 eine Längsschnittansicht des Anschlusses des Füllrohres am Tank;

Fig. 3 eine fragmentarische Schnittansicht entlang der Linie 3-3 in Fig. 2.

Wie in Fig. 1 dargestellt ist, enthält der Kraftfahrzeugtank 20 ein Pumpenmodul 22 mit einem entfernbaren Deckel 23, der mit der Oberseite des Tanks 20 versiegelt ist und eine elek­ trische Verbindung 24 sowie einen Kraftstoffleitungs-Aus­ laßanschluß 26 aufweist. Innerhalb des Tanks 20 ist das Mo­ dul 22 mit einem Kraftstoffspeicher 28 versehen, der eine elektrische Pumpe 30 mit einem Einlaß 32 enthält. Ein Schwimmer 34 dient zur Kraftstoffniveau-Anzeige. Ein Tank- Füllrohr 40 besitzt ein oberes Ende 42, das mit einem ent­ fernbaren Tankdeckel 44 versehen ist und in dem Fahrzeugkör­ per 46 angebracht ist. Ein flexibles Schlauchsegment 48 ver­ bindet das Füllrohr 40 mit einem Tankanschluß 50, der in Fig. 2 genauer dargestellt ist.

Der Tank 20 ist aus einem laminierten Polyethylen 60 (mit einem als Dampfsperre dienenden eingebetteten Film) herge­ stellt und besitzt einen nach oben ragenden, einstückig an­ geformten Gewindestutzen 62. Eine Füllrohr-Verriegelungsan­ ordnung besitzt einen becherförmigen Ring 64, welcher eine innere, mit Gewinde versehene, als Dichtung dienende Ver­ kleidung 66 mit einem inneren ringförmigen Flansch 68 be­ sitzt, der die Außenfläche des unteren Endes 70 des Füll­ rohres 40 umgibt, es abdichtet und mit Reibschluß fest­ klemmt. Eine ringförmige Hauptdichtung 72 aus flexiblem Dichtungsmaterial umgibt ebenfalls das Ende 70 des Füll­ rohres 40, dichtet es ab und klemmt es reibschlüssig ein. Die Dichtung 72 ist innerhalb des Stutzens 62 zwischen die­ sem und dem Ende 70 des Füllrohres angeordnet. Ein ringför­ miger Wulst 74 des Flansches 68 legt an einem Verschleißring 76 von U-förmigem Querschnitt an, der oberhalb der Dichtung 72 angeordnet ist und in sie hineingedrückt wird, wenn der Ring 64 mit dem Stutzen 62 in Abwärtsrichtung verschraubt wird, um den Klemmdruck zur reibschlüssigen Halterung des Füllrohres zu entwickeln und gleichzeitig die Dichtung 72 zwischen dem Stutzen 62 und dem Ende 70 des Füllrohres flüs­ sig- und gasdicht zusammenzudrücken.

Die Anschlußverbindung zwischen dem Füllrohr und dem Tank weist ferner einen Ventileinsatz 80 auf, der mit Gleitsitz an dem Ende 70 des Füllrohres 40 angebracht ist. Der Ventil­ einsatz 80 enthält ein Einweg- bzw. Rückschlagventil, das sich weit öffnet, um einen hohen Durchsatz des in den Tank strömenden Kraftstoffs zu ermöglichen, das jedoch, wenn der Kraftstoffstrom an der Tankstellen-Fülldüse unterbrochen wird, den Auslaß des Füllrohres rasch schließt, um ein Ent­ weichen von Kraftstoff sowie Kraftstoffdämpfen aus dem Tank durch das Füllrohr zu verhindern.

Der Ventileinsatz 80 besitzt einen rohrförmigen Befesti­ gungsabschnitt 82, der an dem oberen Ende (in Fig. 2) in einem mit einer Schulter versehenen Ring 84 endet. Der Be­ festigungsabschnitt 82 wird in der Weise eingebaut, daß er mit dem Tankende zuerst in das äußere Ende des Stutzens 62 eingesetzt wird, bis der mit der Schulter versehene Ring 84 an einer inneren Schulter 86 an der Innenseite des Stutzens 62 anliegt. Vorzugsweise besitzt der Abschnitt 82 ebenfalls einen Rastring 87, der in eine komplementäre Haltenut in dem Stutzen 62 einschnappt. Der Einbau wird außerdem durch einen an dem Befestigungsabschnitt 82 vorgesehenen Nockenring 89 erleichtert, der ihn ebenfalls "lose" in dem Stutzen 62 hält. Die Dichtung 72 liegt im eingebauten Zustand an der Oberseite des Rings 84 an und wirkt mit dem Ring 64 zusam­ men, um zu verhindern, daß der Ventileinsatz 80 aus dem Stutzen 62 entfernt werden kann.

Der Ventileinsatz 80 besitzt ferner einen von ihm abgehen­ den, zurückverlaufenden rohrförmigen Abschnitt 88, der zu dem Abschnitt 82 nach innen beabstandet und konzentrisch zu diesem ist und der in einer offenen, dreiarmigen, spinnen­ förmigen Basis mit drei einstückig angeformten radialen Ar­ men 90 endet. Die Arme 90 halten eine zentrale, scheiben­ förmige, einstückig angeformte Ventilabstützung 92 sowie eine Führungshülse 94, die nach oben in das Ende 70 des Füllrohres 40 ragt. Ein T-förmiger Ventilträger 100, der vorzugsweise aus rostfreiem Stahl besteht, besitzt einen hohlen gleitenden Schaft 101, der an seinem unteren Ende einstückig in einen Abstützkopf 102 übergeht, welcher mit einer stromauf gerichteten ringförmigen Dichtungsrippe 104 versehen ist. Eine Schraubenfeder 108 ist zwischen der zen­ tralen Ventilabstützung 90/92 und einer Verriegelungskappe 106 angeordnet, die an der Oberseite des Schaftes 101 befe­ stigt ist, was den Träger 100 und den Kopf 102 nach oben (in stromaufwärtiger Richtung) drückt.

Ein bewegliches Ventilverschlußteil des Ventileinsatzes 80 in Form einer flexiblen elastischen Ventilscheibe 110 aus Silikongummi ist lose zwischen dem Kopf 102 und der schei­ benförmigen Abstützung 92 angeordnet und besitzt ein zentra­ les Loch, durch das der Schaft 101 verläuft. Die Ventil­ scheibe 110 hat einen solchen Außendurchmesser, daß sie sich mit ihrem Umfang über einen ringförmigen Ventilsitz 112 hin­ aus erstreckt, der an dem stromabwärtigen Ende des rohrför­ migen Abschnittes 88 einstückig ausgebildet ist. Die Ventil­ scheibe 110 ist elastisch genug, um sich bei einem raschen Einströmen von Kraftstoff durch das Füllrohr 70 nach unten zu verbiegen und sich hierbei teilweise um den Kopf 102 her­ um zu "wickeln"; sie hat jedoch ein elastisches "Erinne­ rungsvermögen", das sie veranlaßt, in ihre in Fig. 1 gezeig­ te Schließstellung zurückzukehren, in der sie in ebener bzw. konischer Form an dem Ventilsitz 112 anliegt, wenn sich kein Kraftstoff stromauf der Ventilscheibe 110 befindet. Wenn das Ventil geschlossen ist, sorgen die elastische Ventilscheibe 110 und die ringförmige Rippe 104 an dem Ventilträger 100 für eine Abdichtung zwischen ihnen.

Um die Teile zusammenzubauen, wird der Ventileinsatz 80 in dem Stutzen 62 angeordnet, wobei der Ring 84 mit der Unter­ seite an der Schulter 86 des Stutzens 62 anliegt. Die Haupt­ dichtung 72 wird dann in den Stutzen 62 eingesetzt, und der Ring 76 wird dann an ihrem oberen Ende angeordnet. Der mit der Verkleidung 66 versehene Ring 64 wird dann lose auf den Stutzen 62 geschraubt. Anschließend wird das untere Ende des Füllrohres 70 gleitend durch den Flansch 68, die Dichtung 72 und in den rohrförmigen Abschnitt 88 des Ventileinsatzes 80 geschoben, um dadurch vorzugsweise das Ende 70 des Füllroh­ res an der unteren Schulter des Abschnittes 88 zu positio­ nieren, vorzugsweise so, daß es geringfügig in den Tank 20 ragt, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Nachdem das Füllrohr 40 eingesetzt ist, kann der Ring 64 in Abwärtsrichtung festge­ zogen werden, so daß der Wulst 74 die Dichtungen 72 und 76 komprimiert und die Hauptdichtung 72 radial expandiert, um eine Flüssigkeits- und Dampfabdichtung zwischen dem Ende 70 des Füllrohres und dem Stutzen 62 herzustellen und dadurch das Füllrohr 40 durch Reibschluß am Tank festzuklemmen.

Wenn im Betrieb flüssiger Kraftstoff aus dem Füllschlauch an der Tankstelle in das obere Ende des Füllrohres 40 einge­ führt wird, wobei der Tankdeckel 44 offen bzw. entfernt ist, wird die Ventilscheibe 110 an ihrem flexiblen Umfang durch den rasch einströmenden Kraftstoff in Richtung der Pfeile in Fig. 2 geöffnet (d. h. in stromabwärtiger Richtung umgebo­ gen), und die Ventilscheibe 110 wird außerdem hierdurch ge­ zwungen, sich translationsförmig mit dem Kopf 102 entgegen der Kraft der Feder 108 nach unten zu bewegen. Dieser Kraft­ stoffstrom darf nicht zu stark gedrosselt werden, da er an­ dernfalls zu einem vorzeitigen Verschließen des Füll­ schlauchventils durch dessen automatischer Verschlußein­ richtung führen würde. Somit müssen die Dimensionierung der Feder 108, die Biegefähigkeit der Ventilscheibe 110 und die abwärts gerichtete Translationsbewegung der Ventilscheibe 110 auf dem Träger 100 weg von dem Ventilsitz 112 so sein, daß der Kraftstoff mit einem Durchsatz von 45,4 bis 56,8 1/min (12 bis 15 Gallons pro Minute) in den Kraftstofftank fließen kann.

Wenn der Kraftstoffstrom durch Schließen des Füllventils beendet wird, bewirkt die Feder 108, daß der Träger 100 rasch in aufwärtiger Richtung zurück in seine in Fig. 2 gezeigte Stellung gleitend verschoben wird. Diese Bewegung in Verbindung mit der elastischen Verformung der Ventil­ scheibe 110 bewegt die Ventilscheibe 110 praktisch schlag­ artig in Dichtungsanlage mit dem Ventilsitz 112, so daß ein Zurückschwappen von flüssigem Kraftstoff und/oder das Ent­ weichen von Kraftstoffdampf aus dem Tank in die Atmosphäre über das Füllrohr 70 vermieden wird. Ein hoher Dampfdruck im oberen Bereich des Tanks, der auf die Ventilscheibe 110 wirkt, und/oder flüssiger Kraftstoff, der aus dem Tankinne­ ren in Richtung des Füllrohres 40 gegen die Ventilscheibe 110 schwappt, beschleunigt natürlich die Bewegung des Ven­ tils in die Schließstellung.

Das Ende 70 des Füllrohres 40 könnte durch extreme Kräfte, wie sie bei einem Fahrzeugunfall erzeugt werden, aufgrund seiner reibschlüssigen Klemmung im Ring 50 aus dem Ring 50 herausgerissen werden, ohne daß die Integrität des Tankes 20 beschädigt bzw. zerstört wird. In einem solchen Fall reibt der Ventileinsatz 80 in dem Stutzen 62 des Tanks durch die zwangsläufige Halterung der Ringkonstruktion 64/66/68, die auf die Dichtung 72 wirkt, indem die Schulter 84 des Ventil­ einsatzes 80 an der Schulter 86 des Stutzens 62 und dem Rastring 67 gehalten wird. Die Strömungsöffnung, die durch den Ventilsitz 112 in dem inneren Ende des Ventileinsatzes 80 gebildet wird, bleibt daher durch die Ventilscheibe 110 verschlossen, und die Dichtung 72 behält ausreichende Dich­ tungseigenschaften, um eine Kraftstoffleckage zwischen dem Ventileinsatz 80 und dem Stutzen 62 zu verhindern.

Claims (6)

1. Kraftstofftank für eine Brennkraftmaschine mit einem Füllrohr (40), das von einem Einfülldeckel (44) ins Innere des Kraftstofftankes (20) führt, und einem Einweg­ ventil, das dem Füllrohr (40) innerhalb des Kraftstofftanks (20) zugeordnet und so ausgebildet ist, daß es einen freien Kraftstoffstrom durch das Füllrohr (40) in den Kraftstoff­ tank (20) zuläßt und zum Verhindern eines Austretens von Kraftstoff und Kraftstoffdampf durch das Füllrohr (40) aus dem Tank (20) schließbar ist.

2. Kraftstofftank nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Einwegventil einen als Gehäuse ausgebil­ deten Ventileinsatz (80) besitzt, der das innere Ende des Füllrohres (40) innerhalb des Tanks (20) umgibt und der aufweist: einen Durchlaßkanal, der das Füllrohr (40) mit dem Tankinneren verbindet, einen an dem Ventileinsatz (80) vor­ gesehenen Ventilsitz (112), der den Durchgangskanal umgibt, eine Ventil-Abstützbasis (90, 92, 94), die in dem Ventilein­ satz (80) angrenzend an dem Ventilsitz (112) gebildet ist, eine an der Abstützbasis vorgesehene flexible Ventilscheibe (110) mit einem Umfang, der das innere Ende des Füllrohres (40) verschließt, und eine Abstützung für die Ventilscheibe (110), die es erlaubt, daß sich der Umfang der Ventilscheibe von dem Ventilsitz (112) weg nach innen verbiegt, um einen gefüllten Kraftstoff in den Tank (20) einzulassen.

3. Kraftstofftank nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Abstützung der Ventilscheibe (110) einen Träger (100), der an der Abstützbasis (90-94) gleitend an­ geordnet und in axialer Richtung stromauf bezüglich des ein­ strömenden Kraftstoffes elastisch vorgespannt ist, sowie einen Abstützkopf (102) an dem Träger (100) auf der stromab­ wärtigen Seite der flexiblen Ventilscheibe (110) aufweist, wobei der Träger (100) so angeordnet ist, daß er die Ventil­ scheibe (110) bei einem raschen Einströmen von Kraftstoff aus dem Füllrohr (40) von dem Ventilsitz (112) weg in strom­ abwärtiger Richtung translationsförmig bewegt und bei Been­ digung dieses Einströmens die Ventilscheibe in stromaufwär­ tiger Richtung translationsförmig in ihre Schließstellung bewegt.

4. Kraftstofftank nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventileinsatz (80) an der Abstütz­ basis (90, 92, 94) mit einer inneren umlaufenden Schulter ver­ sehen ist und das innere Ende des Füllrohres (40) an dieser Schulter anliegt.

5. Kraftstofftank nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen nach oben ragenden Gewindestutzen (62), der in­ nen mit einer Schulter (86) versehen ist, und eine an dem Ventileinsatz (80) gebildete umlaufende äußere Schulter, die an der Schulter (86) des Gewindestutzens (62) anliegt, um den Ventileinsatz (80) axial in dem Gewindestutzen (62) zu positionieren, und eine Hauptdichtung (72), die das Einfüll­ rohr (40) angrenzend an der Schulter des Ventileinsatzes um­ gibt.

6. Kraftstofftank nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein becherförmiger äußerer Verbindungsring (50) auf den Gewindestutzen (62) des Tanks (20) geschraubt ist, daß ein Umfangsabschnitt innerhalb des Verbindungsrings (50) axial so angeordnet ist, daß er die Hauptdichtung (22) axial komprimiert, wenn der Verbindungsring (50) auf den Ge­ windestutzen (62) des Tanks (20) geschraubt ist, und daß das innere Ende des Füllrohres (40) beim Zusammenbau gleitend durch die Hauptdichtung (72) schiebbar und dann durch Anzie­ hen des Verbindungsrings (50) auf dem Gewindestutzen (62) reibschlüssig festklemmbar ist, um die Hauptdichtung (72) zwischen dem Ende des Füllrohres (40) und dem Gewindestutzen (62) axial zu komprimieren und radial zu expandieren.