-
Die
Erfindung betrifft eine Ventilanordnung für ein Kraftfahrzeug mit einem
Rückschlagventil
und einem Druckregelventil.
-
In
der Kraftfahrzeugtechnik sind Rückschlagventile
von großer
Bedeutung. Diese sind z. B. in Tanksystemen integriert und stellen
dort sicher, dass eine Entlüftung
eines Kraftfahrzeugtanks zur Umgebung hin möglich ist, jedoch aus der Umgebung
keine Luft zurück
ins Tanksystem strömen
kann. Das Rückschlagventil öffnet z.
B. ab einem Mindestüberdruck von
10 hPa vom Tank zur Umgebung hin und schließt in der Gegenrichtung oder
bei niedrigerem Überdruck.
Beim Öffnen
entstehen in der Regel große
Volumenströme.
Es sind also lediglich Volumenströme ab einer minimalen Druckdifferenz
in einer einzigen Richtung möglich.
-
In
modernen Tanksystemen ist aber außerdem erwünscht, dass auch kleine Volumenströme (also
unterhalb des minimalen Überdrucks)
vom Tank zur Umgebung und auch in Rückwärtsrichtung von der Umgebung
zum Tank möglich
sind. Hierbei soll jedoch eine Unterdruckbegrenzung stattfinden,
d. h. der Volumenstrom von der Umgebung zum Tank soll nur solange
stattfinden, bis der Unterdruck im Tank unter einen Mindestunterdruck
von z. B. –10
hPa sinkt.
-
Hierzu
ist es bekannt, ein separates, elektrisch geregeltes Unterdruckventil,
zusammen mit dem Rückschlagventil
einzusetzen. Ein Tanksystem enthält
somit zwei getrennte Bauteile, nämlich
das Rückschlagventil
und das Unterdruckventil, welche über Schlauchleitungen verbunden
sind. Entsprechende Ventilkombinationen sind z. B. für Tanksysteme,
bei welchen die Tankleckage über
ein NVLDII-Modul detektiert wird, um mit einer verzögerten Schließfunktion
das NVLDII-Modul auf Funktionalität zu prüfen.
-
Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte derartige Ventilanordnung
für ein Kraftfahrzeug
anzugeben.
-
Die
Aufgabe wird gelöst
durch eine Ventilanordnung für
ein Kraftfahrzeug in Form eines integrierten Bauteils. Die Ventilanordnung
ist mit anderen Worten in einem einzigen Gehäuse untergebracht bzw. weist
gemeinsame Komponenten auf. Die erfindungsgemäße Ventilanordnung bzw. das
Ventil enthält
eine mit einem Eingang verbundene Eingangskammer. Das Ventil enthält außerdem eine
mit einem Ausgang verbundenen Ausgangskammer. An Eingang und Ausgang
wird das Ventil im Kraftfahrzeug angeschlossen. Eingangs- und Ausgangskammer sind
durch eine Trennwand getrennt. In die Trennwand ist ein Rückschlagventil
integriert, das ab einem Minimalüberdruck
der Eingangskammer gegenüber
der Ausgangskammer bzw. der Atmosphäre einen Durchgang von der
Eingangskammer zur Ausgangskammer freigibt. In die Trennwand ist
außerdem
ein Druckregelventil integriert, das ab einem Minimalunterdruck
der Eingangskammer bezüglich
der Ausgangskammer bzw. der Atmosphäre einen Durchgang von der
Ausgangskammer zur Eingangskammer versperrt.
-
Durch
die bauliche sowie funktionale Integration beider Ventile, nämlich des
Rückschlagventils und
des Druckregelventils in einer einzigen Ventilanordnung bzw. einem
einzigen Gehäuse
bzw. Ventilkörper
wird eine Reduzierung der Schnittstellen bzw. Verbindungsstellen
erreicht. Das Druckregelventil übernimmt
die Funktion des bisher bekannten elektrisch geregelten Unterdruckventils.
Z. B. müssen nicht
mehr beide Bauteile durch Schläuche
und entsprechende Schlauchverbinder verbunden werden. Außerdem wird
eine optimale Nutzung des Bauraums im Kraftfahrzeug erreicht, da
das erfindungsgemäße Ventil
kleiner als die beiden getrennten Ventile ist. Der externe Verschlauchungsaufwand
wird deutlich reduziert. Damit ergibt sich eine Reduzierung der
Gesamtkosten.
-
Das
Druckregelventil bewirkt mit anderen Worten eine verzögerte Schließfunktion
des Rückschlagventils.
-
Das
Rückschlagventil
kann eine die Trennwand durchsetzende, von einem Dichtsitz umgebene Öffnung und
eine in der Ausgangskammer angeordnete, mit dem Dichtsitz zusammenwirkende
und gegen diesen vorgespannte, bei dem Minimalüberdruck vom Dichtsitz abhebende
bzw. die Öffnung
freigebende Dichtung enthalten. Diese Dichtung kann z. B. auf einer
Membran angeordnet bzw. durch diese gebildet sein.
-
Das
Druckregelventil kann einen die Trennwand durchsetzenden Kanal mit
einem der Eingangskammer zugewandten Dichtsitz, und eine in der
Eingangskammer angeordnete, mit dem Dichtsitz zusammenwirkende und
von diesem weg vorgespannte, bei dem Minimalunterdruck auf den Dichtsitz
aufsetzende, also den Kanal versperrende Dichtung enthalten. Auch
diese Dichtung kann auf einer Membran angeordnet oder durch diese
gebildet sein.
-
Der
Minimalunterdruck wird dann durch die Größe der Fläche, an welcher die Druckdifferenz
angreift, z. B. im Falle einer Memb ran durch die Membrangröße, und
die Größe der vom
Dichtsitz umspannten Fläche,
und die Vorspannkraft eingestellt bzw. dimensioniert. In der Regel
ist eine Membran dann auf ihrer der Eingangskammer abgewandten Seite
Atmosphärendruck
ausgesetzt.
-
Die
Vorspannung der Dichtung des Druckregelventils kann durch ein Federelement
erfolgen. Die Ventilanordnung enthält dann z. B. ein die Dichtung vorspannendes,
in der Eingangskammer angeordnetes, sich an der Trennwand abstützendes
Federelement.
-
Alternativ
oder zusätzlich
kann aber die Dichtung durch die Schwerkraft bzw. ihr Eigengewicht vorgespannt
sein. Dies betrifft die endgültige
Einbau- bzw. Betriebslage bzw. -situation im Kraftfahrzeug.
-
Rückschlagventil
und Druckregelventil können
konzentrisch angeordnet sein. Hierdurch ergibt sich eine besonders
kompakte Bauweise der Ventilanordnung. Z. B. kann der Kanal zylinderförmig sein, die
Feder des Druckregelventils konzentrisch den Kanal umfassen, und
dieser wiederum konzentrisch von den Öffnungen des Rückschlagventils
umfasst sein.
-
Die
Membran kann auch durch Schwerkraft vorgespannt sein. Die Einstellung
des Minimalunterdrucks erfolgt dann zusätzlich durch die Dimensionierung
des Gewichts der Dichtung bzw. einer diese tragenden oder bildenden
Membran.
-
Für eine weitere
Beschreibung der Erfindung wird auf die Ausführungsbeispiele der Zeichnungen verwiesen.
Es zeigen, jeweils in einer schematischen Prinzipskizze:
-
1 einen
Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Ventilanordnung mit Federvorspannung
des Druckregelventils,
-
2 eine
Kennlinie der Ventilanordnung aus 1,
-
3 eine
alternative Ventilanordnung mit Schwerkraftvorspannung des Druckregelventils.
-
1 zeigt
ein erfindungsgemäßes Ventil 2 mit
einem Gehäuse 4,
welches von einem Eingangsflansch 6 und von einem Ausgangsflansch 8 durchsetzt
ist. Das Innere des Gehäuses 4 ist
durch eine Trennwand 10 im Wesentlichen zweigeteilt in
eine Eingangskammer 12 und eine Ausgangskammer 14. Die
Eingangskammer 12 kommuniziert hierbei mit einem durch
den Eingangsflansch 6 gebildeten Eingang 16 und
die Ausgangskammer 14 mit einem durch den Ausgangsflansch 8 gebildeten
Ausgang 18.
-
Das
Ventil 2 umfasst ein Rückschlagventil 17 und
ein Druckregelventil 19. Das Ventil 2 ist im Wesentlichen
(nämlich
ausgenommen z. B. den Eingangsflansch 6) rotationssymmetrisch
um eine Mittellängsachse 20 ausgebildet.
-
Für das Rückschlagventil 17 enthält die scheibenförmige Trennwand 10 bei
einem Radius R1 mehrere, ringförmig
um die Mittellängsachse 20 verteilte
Bohrungen 22, welche die Eingangskammer 12 mit
der Ausgangskammer 14 verbinden. An der der Ausgangskammer 14 zugewandten
Seite 24 ist an der Trennwand 10 mit Radius R2 > R1 ein Dichtsitz 26 angebracht.
In der Ausgangskammer 14 ist weiterhin eine mit dem Dichtsitz 26 zusammenwirkende Membran 28 angeordnet,
welche bis zu einer Druckdifferenz Δp1 zwischen Ausgangskammer 14 und Eingangskammer 12 am
Dichtsitz 26 anliegt und damit die Bohrung 22 verschließt. Herrscht
dagegen in der Eingangskammer 12 ein mehr als die Minimaldruckdifferenz Δp1 größerer Druck
als in der Ausgangs kammer 14, hebt die Membran 28 vom
Dichtsitz 26 ab, gibt die Bohrung 22 und damit
einen Weg entlang des Pfeils 30 für einen Volumenstrom frei. Eine
Strömung
entgegen der Richtung des Pfeils 30 ist damit nicht möglich.
-
Die
Membran 28 ist kalottenförmig zur Trennwand 10 hin
vorgewölbt
und durch Niederhalter 54 gegen den Dichtsitz 26 vorgespannt.
-
Für das Druckregelventil 19 ist
die Trennwand 10 koaxial zur Mittellängsachse 20 von einer,
in die Eingangskammer 12 und die Ausgangskammer 14 reichenden,
zylindermantelförmigen
Hülse 32 durchsetzt,
welche in ihrem Zentrum einen Drosselkanal 34 ausbildet.
Die Hülse 32 weist
eine Verengung 36 auf, welche den durch den Drosselkanal 34 möglichen
Volumenstrom begrenzt. Die Membran 28 ist mit einer zentralen Öffnung 38 gleitend,
aber gasdicht auf den in die Ausgangskammer 14 ragenden Teil
der Hülse 32 aufgesetzt
und wird dort von den Niederhaltern 54 in Position gehalten.
-
Der
Drosselkanal 34 wird also wegen der Öffnung 38 von der
Membran 28 nicht überdeckt
und gewährleistet
somit auch unterhalb des Minimaldifferenzdrucks Δp1 einen Volumenstrom entlang
des Pfeils 40 von der Eingangskammer 12 zur Ausgangskammer 14,
also auch wenn die Bohrungen 22 durch die Membran 28 verschlossen
sind.
-
An
ihrem in die Eingangskammer 12 ragenden Ende weist die
Hülse 32 einen
Dichtsitz 42 auf. An der, der Trennwand 10 gegenüberliegenden
Seite ist die Eingangskammer 12 von einer Membran 44 begrenzt.
Diese ist, zumindest in einem mittleren Teilbereich 46 in
Richtung der Mittellängsachse 20 bewegbar, so
dass sie mit dem Dichtsitz 42 zusammenwirkt. In der Eingangskammer 12 ist
außerdem
konzentrisch zur Hülse 32 eine,
sich einerseits an der Trennwand 10 und andererseits an
der Membran 44 abstützende
Schraubenfeder 48 angeordnet. Die Schraubenfeder 48 spannt
also die Membran 44 vom Dichtsitz 42 weg vor.
-
Auf
der, der Eingangskammer 12 gegenüberliegenden Seite der Membran 44 ist
im Gehäuse 4 eine
Ausgleichskammer 50 gebildet, welche über eine Ausgleichsöffnung 52 mit
der Umgebung, also Atmosphärendruck,
in Verbindung steht.
-
Herrscht
nun in der Eingangskammer 12 ein über den Eingang 16 angelegter
Unterdruck kleiner als einem Minimalunterdruck Δp2 gegenüber der Atmosphäre und damit
gegenüber
dem Druck in der Ausgleichskammer 50, wird die Membran 44 gegen die
Kraft der Schraubenfeder 48 zum Dichtsitz 42 hin bewegt
und verschließt
somit auch den Drosselkanal 34. Da in der Regel bei derartigen
Druckverhältnissen
auch die Bohrungen 22 durch die Membran 28 verschlossen
sind, sind Eingangskammer 12 und Ausgangskammer 14 gänzlich gegeneinander
verschlossen, weshalb bei Unterschreiten dieses Minimalunterdrucks Δp2 auch der
Strömungsweg
entgegen des Pfeils 40 verschlossen ist.
-
2 zeigt
in einem Diagramm auf der Abszisse die Druckdifferenz dp zwischen
Ausgang 18 und Eingang 16 in hPa und auf der Ordinate
den sich in Richtung der Pfeile 30 bzw. 40 einstellenden,
positiv gezählten
Volumenstrom S von Gas vom Eingang 16 zum Ausgang 18.
Für positive
Werte von dp herrscht also Überdruck
am Eingang 16 bezüglich
Atmosphärendruck,
für negative
Werte von dp Unterdruck. 2 zeigt gestrichelt die Kennlinie 60 des Ventils 2,
wenn dieses alleine als Rück schlagventil arbeiten
würde,
also das Druckregelventil 19 nicht vorhanden wäre bzw.
der Drosselkanal 34 z. B. zur einen gedachten Stopfen dauerhaft
dicht verschlossen wäre.
-
Ein
Volumenstrom entlang des Pfeils 30 ist also erst ab einer
Druckdifferenz von dp größer Δp1 = +10
hPa möglich
und dann nur in Richtung des Pfeils 30. Sowohl unterhalb
des Minimaldrucks Δp1 als
auch für
negativen Druck dp < 0
ist kein Volumenstrom in oder entgegen der Richtung des Pfeils 30 möglich.
-
Durch
die Integration des Druckregelventils 19 in das Ventil 2 ergibt
sich die Gesamtkennlinie 62, welche für dp > +10 hPa mit der gestrichelten Kennlinie 60 zusammenfällt. Unterhalb
von Δp1
ist nämlich
entlang des Pfeils 40 ein kleiner Volumenstrom durch das
Ventil 2 ermöglicht,
welcher sich auch für negative
Werte von dp entgegen des Pfeils 40 ergibt. Erst wenn der
Unterdruck am Eingang 16 kleiner ist als Δp2, also
kleiner als –10
hPa, verschließt
die Membran 44 den Dichtsitz 42 und damit den
Kanal 34 und unterbricht den Volumenstrom auch entgegen der
Richtung des Pfeils 40.
-
3 zeigt
das Ventil 2 aus 1 in einer
alternativen Ausführungsform,
nämlich
ohne Schraubenfeder 48. Das Ventil 2 ist im Montagezustand, also
in einem nicht dargestellten Kraftfahrzeug so ausgerichtet, dass
die Schwerkraftrichtung in Richtung des Pfeils 70 deutet.
Die Membran 44 ist dann durch ihr Eigengewicht in Schwerkraftrichtung,
also Richtung des Pfeils 70 vom Dichtsitz 42 weg
vorgespannt. Die Einstellung des Minimalunterdrucks Δp2 erfolgt
also in 3 durch die Dimensionierung
der Fläche
A1 der Membran 44, der Fläche A2, die vom Dichtsitz 42 eingeschlossen
ist, und dem Eigengewicht bzw. der Masse der Membran 44.
In 1 ist die Dimensionie rung durch die Flächen A1, A2 und die Federkraft
der Schraubenfeder 48 in Richtung der Mittellängsachse 20 anstelle
bzw. zusätzlich
zum Eigengewicht der Membran 44 definiert.
-
3 zeigt
eine zusätzliche,
konzentrische, von der Trennwand 10 koaxial zur Mittellängsachse 20 in
die Eingangskammer 12 hineinreichende becherförmige Aufnahme 72.
Diese dient der optionalen Aufnahme einer Schraubenfeder wie in 1. Entgegen
der Membran 44 in 1 ist diese
in 3 nicht selbst als Dichtung für den Dichtsitz 42 ausgebildet,
sondern weist hierzu im Teilbereich 46 eine spezielle starre
Dichtung 74 auf. In der Ausgleichskammer 50 sind
außerdem
Stege 76 angebracht, die sich vom Gehäuse 4 in deren Inneres
erstrecken und der Abstützung
der Membran 44 bzw. der Dichtung 74 dienen, wenn
die Membran vom Dichtsitz 42 wegbewegt ist.
-
- 2
- Ventil
- 4
- Gehäuse
- 6
- Eingangsflansch
- 8
- Ausgangsflansch
- 10
- Trennwand
- 12
- Eingangskammer
- 14
- Ausgangskammer
- 16
- Eingang
- 17
- Rückschlagventil
- 18
- Ausgang
- 19
- Druckregelventil
- 20
- Mittellängsachse
- 22
- Bohrung
- 24
- Seite
- 26
- Dichtsitz
- 28
- Membran
- 30
- Pfeil
- 32
- Hülse
- 34
- Drosselkanal
- 36
- Verengung
- 38
- Öffnung
- 40
- Pfeil
- 42
- Dichtsitz
- 44
- Membran
- 46
- Teilbereich
- 48
- Schraubenfeder
- 50
- Ausgleichskammer
- 52
- Ausgleichsöffnung
- 54
- Niederhalter
- 60,
62
- Kennlinie
- 70
- Pfeil
- 72
- Aufnahme
- 74
- Dichtung
- R1,
R2
- Radius
- Δp1
- Minimalüberdruck
- Δp2
- Minimalunterdruck
- A1,
A2
- Fläche
- S
- Volumenstrom