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Die Erfindung bezieht sich auf eine Betankungsvorrichtung gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1, 2 oder 3.
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Zum Betanken von Fahrzeugen, insbesondere von Rennfahrzeugen sind Betankungsvorrichtungen bekannt (
EP 1 526 319 B1 ), die grundsätzlich aus einem an dem Fahrzeug montierten und mit dem dortigen Kraftstofftank verbundenen Tankstutzen sowie aus einem Betankungselement bestehen, welches zum Betanken manuell an den Tankstutzen ankoppelbar bzw. andockbar ist, und mit einer Ventilanordnung ausgebildet ist, über die beim Betanken der Kraftstoff über einen im Betankungselement ausgebildeten Kraftstoffkanal und den Tankstutzen dem Fahrzeugtank zufließt und über die das dabei aus dem Fahrzeugtank verdrängte Luft-/Kraftstoff-Dampf-Gemisch über einen ebenfalls im Betankungselement ausgebildeten Rückluftkanal abgeführt wird. Der ordnungsgemäß am Tankstutzen angekoppelte Zustand des Betankungselementes wird mit wenigstens einem mechanischen, gegen die Wirkung einer Rückstellfeder beweglichen Detektorelement (Detektorstift) am Betankungselement überwacht, welches bei ordnungsgemäß angekoppeltem Betankungselement durch Anlage am Tankstutzen aus einer Ausgangsposition in eine Freigabe-Position bewegt ist, wobei erst dann, wenn das Detektorelement diese Freigabe-Position erreicht hat, ein Verriegeln des Betankungselementes am Tankstutzen durch entsprechende Verriegelungselemente sowie auch ein Öffnen der Ventilanordnung im Betankungselement möglich sind.
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Bei der bekannten Betankungsvorrichtung erfolgt die Betätigung der das Betankungselement am Tankstutzen verriegelnden Verriegelungselemente durch das Detektorelement. Was erhebliche Nachteile insbesondere hinsichtlich der Funktionssicherheit sowie auch in konstruktiver Hinsicht bedingt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Betankungsvorrichtung aufzuzeigen, die bei vereinfachter Konstruktion eine hohe Betriebssicherheit beim Betanken von Fahrzeugen gewährleistet. Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Betankungsvorrichtung entsprechend dem Patentanspruch 1, 2 oder 3 ausgebildet.
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Das Betankungselement der erfindungsgemäßen Betankungsvorrichtung besteht aus wenigstens zwei in einer Achsrichtung relativ zueinander bewegbaren Gehäuse- oder Ringeinheiten, von denen die erste Gehäuseeinheit als eigentliche Kupplung zum Aufsetzen auf und zum Verbinden mit dem Tankstutzen ausgebildet ist. Die zweite Gehäuseeinheit wird nach dem Aufsetzen der ersten Gehäuseeinheit auf den Tankstutzen zum Verriegeln des Betankungselementes am Tankstutzen sowie zum Öffnen der Ventilanordnung und/oder zur Freigabe der Öffnung der Ventilanordnung ebenfalls in Richtung auf den Tankstutzen bewegt. Durch eine von wenigstens einem Detektorstift gesteuerte Sperreinrichtung werden diese Bewegungen der zweiten Gehäuseeinheit und damit das Verriegeln des Betankungselementes am Tankstutzen sowie anschließend das Öffnen der Ventilanordnung erst dann ermöglicht, wenn das wenigstens eine mechanische Detektorelement (z. B. Detektorstift) durch die Anlage am Tankstutzen in seine zweite den ordnungsgemäß angedockten Zustand detektierende Freigabe-Position bewegt ist und erst dann die zwischen den Gehäuseeinheiten wirkende Sperreinrichtung freigibt.
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Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figur, die in einer Schnittdarstellung eine Vorrichtung 1 zum Befüllen des Tanks eines Fahrzeugs mit flüssigem Kraftstoff zeigt, näher erläutert.
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Die Vorrichtung 1 ist grundsätzlich zweiteilig ausgebildet und besteht im Wesentlichen aus einem Betankungselement 2 und aus einem Tankstutzen 3, der am Fahrzeug montiert ist, von welchem mit 4 lediglich die Fahrzeugkarosserie angedeutet ist. Das Betankungselement 2 besitzt eine Oberseite 2.1 und eine Unterseite 2.2.
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Das Bedankungselement 2 ist von seiner Funktion her ebenfalls zweiteilig ausgebildet, und zwar bestehend aus einer in der Figur oberen Gehäuse- oder Ringeinheit 5, die im Verwendungsfall der Vorrichtung 1 über einen geeigneten Anschluss oder Adapter 6 mit einer nicht dargestellten Schlauchleitung zum Zuführen des flüssigen Kraftstoffes sowie zum Abführen des aus dem Fahrzeugtank von dem zufließenden Kraftstoff verdrängten Luft-/Kraftstoff-Dampf-Gemisch verbunden ist. Weiterhin besteht das Betankungselement 2 aus einer in der Figur unteren Gehäuse- oder Ringeinheit 7, die die eigentliche Kupplung zum Verbinden des Betankungselementes 2 mit dem Fahrzeugstutzen 3 bildet.
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Die Ringeinheiten 5 und 7 sind achsgleich zueinander und achsgleich mit einer Längsachse L des Betankungselementes 2 angeordnet. Wie nachstehend noch näher erläutert, ist die Ringeinheit 5 nach dem Lösen einer Verriegelung bezogen auf die Achse L axial relativ zu der Ringeinheit 7 aus der in der Figur dargestellten Position in eine u. a. das Ankoppeln und Verriegeln des Bedankungselementes 2 am Tankstutzen 3 bewirkende Position verschiebbar, und zwar in Richtung auf den Tankstutzen 3 und gegen die Wirkung einer in der Figur nicht näher bezeichneten Rückstellfeder. Diese Bewegung der Ringeinheit 5 erfolgt manuell, z. B. beidhändig über entsprechende nicht dargestellte Griffe.
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In dem axial an der Ringeinheit 5 geführten Ringeinheit 7 sind um die Achse L verteilt mehrere Detektorstifte 8 vorgesehen, und zwar bei der dargestellten Ausführungsform beispielsweise insgesamt drei Detektorstifte 8, die um 120° um die Achse L versetzt mit ihrer Längserstreckung jeweils parallel zu der Achse L angeordnet sind und jeweils mit einer Druckfeder 9 in eine Ausgangsstellung vorgespannt sind, in der jeder Detektorstift 8 mit einem unteren Ende 8.1 in einen an der Unterseite 2.2 offenen Ringkanal 10 hineinreicht, der an dem unteren, der Ringeinheit 5 abgewandten Stirnseite der Ringeinheit 7 ausgebildet und zu dieser Stirnseite hin offen ist. Die Detektorstifte 8 sind jeweils in einer Führungshülse geführt, die ihrerseits zur axialen Führung der Ringeinheit 5 an der Ringeinheit 7 in eine Führungshülse der Ringeinheit 5 eingreift.
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Die Detektorstifte 8 sind Teil einer Verriegelung und hierfür im Bereich ihrer oberen, mit der jeweiligen Druckfeder 9 zusammenwirkenden Enden mit einer die Achse des Detektorstiftes 8 konzentrisch umschließenden und eine Steuerfläche bildenden Einschnürung oder Nut versehen. In dem in der Figur dargestellten verriegelnden Position der Detektorstifte 8 stützt sich gegen die Umfangsfläche jedes Detektorstiftes 8 außerhalb der Nut 11 eine Sperrkugel 12 ab, die teilweise in eine Ausnehmung der Ringeinheit 5 eingreift und sich zugleich auch axial an der Ringeinheit 7 abstützt, sodass Letztere gegen ein axiales Verschieben relativ zur Ringeinheit 5 gesperrt ist.
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An der Ringeinheit 5 sind um die Achse L verteilt mehrere Steuerstößel 13 vorgesehen, die jeweils mit ihren Achsen parallel zur Achse L orientiert sind und mit einem sich verjüngenden Stößelende 13.1 eine Steuerfläche bilden, die in der nachstehend noch näher beschriebenen Weise jeweils über jeweils eine Steuerkugel 14 nach dem Ankoppeln der Betankungseinheit 2 am Tankstutzen 3 einen zugehörigen an der Ringeinheit 7 vorgesehenen Verriegelungshebel 15 aus seiner in der Figur dargestellten nicht verriegelnden Stellung in eine die Ringeinheit 7 und damit die Betankungseinheit 2 am Tankstutzen 3 verriegelnde Stellung schwenken, und zwar einen Gelenkpunkt 16 bzw. um eine Achse tangential zu der Achse L.
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Die axial gefederten Steuerstößel 13 befinden sich bei an der Ringeinheit 5 verriegelter Ringeinheit 7 in einer Position, in der die zugehörigen Steuerkugeln 14 gegen die Steuerfläche 13.1 im Bereich des verjüngten Endes des Steuerstößels 13 anliegen. An der an den Tankstutzen 3 anschließenden, in der Figur Unterseite 2.2 ist das Betankungselement 2 mit einer Ventilanordnung 17 ausgebildet, die im Wesentlichen aus einem ersten, die Achse L konzentrisch umschließenden hülsenartigen äußeren Ventilkörper 18 und aus einem von dem unteren Ende des Ventilkörpers 18 umschlossenen inneren Ventilkörper 19 besteht. Letzterer ist über eine achsgleich mit der Achse L angeordnete Stange 19.1 an der Oberseite 2.1 des Betankungselementes 2 mit der Ringeinheit 5 verbunden. Der Ventilkörper 18 ist bezogen auf die Achse L axial beweglich an der Innenseite der Ringeinheit 7 geführt.
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Der Ventilkörper 18 wirkt mit einer die Achse L konzentrisch umschließenden Ringdichtung 18.1 mit einem Ventilsitz 20 zusammen, der an der Innenseite eines Ringabschnittes 20.1 der Ringeinheit 7 gebildet ist, und zwar von einer dortigen sich zu dem unteren, offenen Ende der Ringeinheit 7 im Durchmesser erweiternden Kegelfläche. Der Ventilkörper 19 wirkt mit einer die Achse L ebenfalls konzentrisch umschließenden Ringdichtung 19.1 mit einer an der Innenseite des Ventilkörpers 18 im Bereich des unteren, offenen Endes dieses Ventilkörpers ausgebildeten Ventilfläche 21 zusammen, die von einer sich im Durchmesser zum unteren offenen Ende hin kegelförmig erweiternden Innenfläche des Ventilkörpers 18 gebildet ist. Beide Ventilkörper 18 und 19 sind in ihrer die Ventilanordnung 17 verschließenden Stellung dargestellt. Durch die beschriebene Ausbildung wird der Ventilkörper 18 und dem in der Schließstellung befindlichen Ventilkörper 19 in seine Schließstellung bewegt und in dieser Schließstellung gehalten.
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Der Ventilkörper 19 bildet das Ventil zur Abgabe des flüssigen Kraftstoffes an den Tankstutzen 3 und über diesen in den Fahrzeugtank. Hierfür ist der Innenraum des Ventilkörpers 18 über eine die Achse L konzentrisch umschließende faltenbalgartige Dichtung 23 aus einem kraftstoffverträglichen, verformbaren Material, beispielsweise aus Teflon mit einem im Bereich des oberen Endes 2.1 des Betankungselementes 2 ausgebildeten Ringraumes 24 verbunden, der seinerseits über den Adapter 6 mit einer Schlauchleitung zum Zuführen des flüssigen Kraftstoffes verbunden ist. Der Innenraum des Ventilkörpers 18, der von der Dichtung 23 umschlossene Raum sowie der Ringraum 24 bilden somit einen Teil des Flüssigkeits- oder Kraftstoffkanals des Betankungselementes 2, über den beim Betanken der flüssige Kraftstoff zugeführt wird.
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Der Ventil 18 bildet zusammen mit seinem Ventilsitz 20 ein Rückgasventil, über welches im geöffneten Zustand das beim Betanken aus dem Fahrzeugtank verdrängte Luft-/Treibstoff-Dampf-Gemisch abgeführt wird, und zwar über einen im Betankungselement 2 ausgebildeten ringförmigen Rückluftkanal, der u. a. von einem Ringraum 25 der Ringeinheit 7, von dem die faltenbalgartige Dichtung 23 umschließenden Innenraum einer äußeren faltenbalgartigen Dichtung 26, die wiederum konzentrisch zur Achse L angeordnet ist und aus einem flexiblen Material, beispielsweise Teflon besteht, sowie von einem im Bereich des oberen Endes 2.1 des Betankungselementes 2 in der Ringeinheit 5 ausgebildeten Ringraum 27 gebildet ist, welch Letzterer über den Adapter 6 mit einer Schlauchleitung zum Abführen des Luft-/Kraftstoff-Dampf-Gemisches verbunden ist.
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Durch die faltenbalgartigen Dichtungen 23 und 27 ist ein dichter Abschluss zwischen den den Kraftstoffkanal und den Rückluftkanal bildenden, relativ zueinander beweglichen Komponenten erreicht, und zwar ohne die üblicher Weise verwendeten Dichtungsringe, die an Dichtungsflächen der relativ zueinander beweglichen Komponenten gleiten und dadurch einem erhöhten Verschleiß unterliegen. Die faltenbalgartige Dichtung 23 trennt den Kraftstoffkanal und den Rückluftkanal. Die faltenbalgartige Dichtung 27 begrenzt den Rückluftkanal.
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Der Tankstutzen 3 besteht im Wesentlichen aus einem ringartigen Anschlusselement 28, welches in geeigneter Weise an der Fahrzeugkarosserie 4 und an dieser von außen her zugänglich vorgesehen ist. Das Anschlusselement 28 bildet die Tanköffnung 29, die in geeigneter Weise über einen fahrzeugseitigen Tankanschluss 30 mit dem Innenraum des nicht dargestellten Tanks in Verbindung steht. Zum Verschließen der Tanköffnung 29 ist ein Tankverschluss oder Tankdeckel 31 vorgesehen, der bei der dargestellten Ausführungsform napf- oder kappenartig ausgebildet und in der Figur im geschlossenen Zustand dargestellt ist, in welchem der Tankdeckel 31 mit seiner kreiszylinderförmigen Umfangswandung in der Tanköffnung 29 aufgenommen und abgedichtet gegen Dichtungen 29.1 des Anschlussringes 28 anliegt, die die Achse der Tanköffnung 29 und bei der für die Figur gewählten Darstellung die Achse L konzentrisch umschließen. Durch eine im Tankanschluss 30 oder zumindest teilweise im Fahrzeugtank angeordnete Federanordnung 32 ist der Tankdeckel 31 von der Tankinnenseite her in seine in der Figur dargestellte geschlossene Stellung vorgespannt.
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Die Federanordnung 32 besteht aus mehreren federbeinartig ausgebildeten Federelementen 33, beispielsweise aus wenigstens drei derartigen Federelementen 33, die jeweils aus zwei achsgleich miteinander angeordneten und axial relativ zueinander beweglichen stößelartigen Elementen sowie aus einer Druckfeder bestehen. Jedes Federelement 33 ist an einem in der Figur oberen Ende an einem mit dem Tankdeckel 31 verbundenen ringartigen Tankdeckelträger 34 und an seinem in der Figur unteren Ende an einem Federlager 35 angelenkt, und zwar derart, dass die Längserstreckung jedes Federelementes 33 nicht nur gegenüber der Achse L geneigt ist, sondern der obere und untere Anlenkpunkt jedes Federelementes 33 auch um die Achse L gegeneinander versetzt sind, und zwar um einen Winkel von 120°. Die unteren Federlager 35 sind bei der dargestellten Ausführungsform von einem gemeinsamen Ring gebildet, der über Stangen 36 mit dem Anschlussring 28 verbunden ist. Durch die beschriebene Ausbildung der Federanordnung 33 wird erreicht, dass der Tankdeckel 31 mit erhöhter Federkraft in seiner geschlossenen Stellung gehalten wird und beim Öffnen der Tanköffnung 29, d. h. beim Hineinbewegen des Dankdeckels 31 in den Tankanschluss 30 die auf den Tankdeckel 31 hierbei ausgeübte Federkraft der Federanordnung 32 zunehmend abnimmt.
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Zum Erleichtern des Aufsetzens des Betankungselementes 2 auf den Tankstutzen 3 ist der Anschlussring 28 mit einer äußeren Zentriertulpe 37 ausgebildet.
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Zum Betanken des Fahrzeugs wird das Betankungselement 2 bei geschlossener Ventilanordnung 17 auf den mit dem Tankdeckel 31 verschlossenen Tankstutzen aufgesetzt, wobei der Anschlussring 28 zunehmend in dem Ringkanal 10 aufgenommen wird und gleichzeitig der die Verriegelungselement 15 aufweisende äußere Teilringeinheit 7 zunehmend in dem zwischen dem Anschlussring 28 und der Zentriertulpe 37 gebildeten Ringraum 38 des Tankstutzens 3 eintritt. Gleichzeitig kommt der Ringabschnitt 20 gegen den Tankdeckel 31 zur Anlage, sodass dieser gegen die Wirkung der Federeinrichtung 32 zunehmend unter Freigabe der Tanköffnung 29 in den Tankanschluss 30 hineingedrückt wird. Kurz vor dem endgültigen Anschließen oder Andocken des Betankungselementes 2 am Tankstutzen 3 kommt das untere Ende 8.1 der Detektorstifte 8 gegen den oberen Rand 28.1 des Anschlussringes 28 zur Anlage, wodurch die Sperr- und Detektorstifte 8 gegen die Wirkung ihrer Druckfedern 9 in Richtung zum oberen Ende 2.1 des Betankungselementes 2 verschoben werden und dadurch die Sperrkugeln 12 unter Aufhebung der Sperre zwischen Ringeinheit 7 und der Ringeinheit 5 in der jeweiligen Nut 11 aufgenommen werden. Erst mit Aufhebung der Sperre an allen Sperr- und Detektorstiften 8 ist es dann möglich, bei gegen den Tankstutzen 3 bereits anliegender Ringeinheit 7 die Ringeinheit 5 weiter axial in Richtung des Tankstutzens 3 zu bewegen. Hierbei werden zunächst über die Steuerstößel 13 bzw. deren Steuerflächen und die zugehörigen Steuerkugeln 14 die Verriegelungselemente 15 derart radial nach Innen geschwenkt werden, dass jedes Verriegelungselement 15 mit einem in der Figur unteren, im Ringkanal 10 angeordneten Ende in eine an der Außenfläche des Anschlussringes 28 ausgebildete Ringnut 39 eingreift und dadurch die Ringeinheit 7 bzw. das Betankungselement 2 als Ganzes am Tankstutzen 3 verriegelt. Zugleich werden mit der Zustellbewegung der Ringeinheit 5 das von dem Ventilkörper 19 gebildete Kraftstoffventil sowie auch das von dem Ventilkörper 18 gebildete Rückluftventil geöffnet.
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Nach dem Betanken des Fahrzeugs wird das Betankungselement 2 vom Tankstutzen 3 abgenommen, wodurch zunächst die Ringeinheit 5 relativ zur Ringeinheit 7 vom Tankstutzen 4 wegbewegt wird, und zwar unter Schließen der Ventilanordnung 17. Im Anschluss daran werden die Verriegelungselemente 15 durch nicht dargestellte Federelemente in ihre nicht verriegelnde Stellung zurückgeschwenkt, sodass nunmehr mit dem Betankungselement 2 auch die Ringeinheit 7 vom Tankstutzen abgenommen werden kann und dabei die Detektorstifte 8 durch ihre Druckfedern 9 in ihre die Relativbewegung zwischen den Ringeinheiten 5 und 7 über die Sperrkugeln 12 sperrende Stellung zurückkehren. Gleichzeitig werden Tankstutzen 3 bzw. die Tanköffnung 29 durch den mit der Federeinrichtung 32 in die Schließstellung bewegten Tankstellung 31 verschlossen.
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Die Besonderheit der Vorrichtung 1 besteht demnach im Wesentlichen darin,
- – dass die Detektorstifte 8 Teil einer die Relativbewegung zwischen den Ringeinheiten 5 und 7 sperrenden Sperreinrichtung sind,
- – dass die Verriegelungselemente 15 nicht durch die Detektorstifte 8, sondern nach Aufhebung der Verriegelung zwischen den Ringeinheiten 5 und 7 durch die Ringeinheit 5 bzw. durch die in dieser Ringeinheit vorgesehenen gefederten Steuerstößel 13 bzw. der Steuerflächen 13.1 betätigt werden,
- – dass die in unterschiedlichen und relativ zueinander bewegten Elementen ausgebildeten Abschnitte der Strömungswege, d. h. des Kraftstoffkanals und des Rückluftkanals, jeweils zwischen diesen Elementen durch Balgdichtungen oder als Faltenbalg ausgebildete bzw. faltenbalgartige Dichtungen 23 und 26 abgedichtet sind, und
- – dass zum selbsttätigen Verschließen des Tankstutzens 3 mit dem Tankdeckel 31 eine Federanordnung 32 verwendet ist, deren Federkraft mit zunehmendem Öffnen des Tankstutzens 3 abnimmt und die von mehreren schräg zur Achse des Tankstutzens 3 bzw. der Tanköffnung 29 orientierten bzw. wirkenden, beispielsweise federbeinartig ausgebildeten Federelementen 33 gebildet ist.
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Die Erfindung wurde voran stehend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne dass dadurch der der Erfindung zugrunde liegende Erfindungsgedanke verlassen wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Betankungsvorrichtung
- 2
- Betankungselement
- 2.1
- oberes, dem Tankstutzen 3 abgewandtes Ende des Betankungselements
- 2.2
- unters, auf den Tankstutzen 3 aufzusetzendes Ende des Betankungselementes 3
- 3
- Tankstutzen
- 4
- Fahrzeugkarosserie
- 5
- Ringeinheit
- 6
- Adapter oder Anschlussflansch
- 7
- Ringeinheit
- 8
- Detektorstift
- 8.1
- Tankstutzenseitiges Ende der Detektorstifte
- 9
- Druckfeder
- 10
- Ringkanal
- 11
- Nut oder Einschnürung
- 12
- Sperrkugel
- 13
- Steuerstößel
- 13.1
- Steuerfläche
- 14
- Betätigungskugel
- 15
- Verriegelungselement
- 16
- Gelenkpunkt
- 17
- Ventilanordnung
- 18, 19
- Ventilkörper
- 18.1, 19.1
- Ringdichtung
- 20
- Ringabschnitt
- 20.1, 21
- Ventilfläche
- 22
- Innenraum des Ventilkörpers 18
- 23
- Balgdichtung
- 24
- Ringraum
- 25
- Ringraum
- 26
- Balgdichtung
- 27
- Ringraum
- 28
- Anschlussring
- 28.1
- Ringdichtung
- 29
- Tanköffnung
- 30
- fahrzeugseitiger Tankanschluss
- 31
- Tankdeckel
- 32
- Federanordnung
- 33
- Federbeinartiges Federelement
- 34
- Tankdeckelträger
- 35
- Federlager
- 36
- Stange
- 37
- Zentrierhilfe
- 38
- Ringkanal
- 39
- Ringnut
- L
- Achse des Betankungselementes 2