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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Entlüftung eines Kraftstofftanks nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Außerdem betrifft die Erfindung die Verwendung einer derartigen Vorrichtung.
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Vorrichtungen zur Entlüftung eines Kraftstofftanks sowie wenigstens eines über eine Kraftstoffverbindungsleitung mit diesem verbundenen Zusatzkraftstofftanks sind aus dem Stand der Technik bekannt. So beschreibt beispielsweise die
DE 198 36 121 A1 eine derartige Vorrichtung, bei der Verbindungsleitung und Entlüftungsleitung so ausgebildet sind, dass sie den oder die Zusatzkraftstofftanks mit einem (Haupt-)Kraftstofftank verbinden. Untereinander sind die Entlüftungsleitung und die Verbindungsleitung dabei über ein Schwimmerventil gekoppelt.
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Darüber hinaus ist es aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt, dass jeder Hauptkraftstofftank sowie jeder Zusatzkraftstofftank eine eigene Entlüftungsleitung aufweist. Insbesondere die Zusatzentlüftungsleitung des Zusatzkraftstofftanks ist oft von geringem Querschnitt, großer und komplex verlegter Länge und wird daher bei der Montage häufig in ihrem Querschnitt verringert oder eingeklemmt. Dies führt, wie es bereits in der oben genannten Offenlegungsschrift ausgeführt ist, zu einer ungleichmäßigen Befüllung und einer damit einhergehenden nicht vollständigen Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Tankvolumens.
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Grundsätzlich besteht bei mehrteiligen Kraftstoffspeicheranlagen mit einem Hauptkraftstofftank und Zusatzkraftstofftanks mit nur einer Befüllöffnung in dem Kraftstofftank immer die Problematik, dass die Zusatzkraftstofftanks häufig nicht ausreichend entlüftet werden. In der Regel füllt sich der Hauptkraftstofftank schneller, da hier eine ausreichende Menge an Luft typischerweise durch den Tankstutzen entweichen kann. Bei den Zusatzkraftstofftanks muss die Luft durch teilweise sehr lange und mit geringem Querschnitt verlegte Entlüftungsleitungen entweichen, sodass hier in den Zusatzkraftstofftanks ein Druckaufbau erfolgt. Dieser Überdruck in den Zusatzkraftstofftanks führt typischerweise dazu, dass diese sich nicht weiter füllen und nur der Hauptkraftstofftank gefüllt werden kann. Nach kurzer Wartezeit nivellieren sich die Zusatzkraftstofftanks und der Hauptkraftstofftank, sodass dann weiter getankt werden kann. Dies ist außerordentlich zeitaufwändig, sodass beispielsweise beim Einsatz von derartigen Kraftstoffspeicheranlagen in Stadt- oder Überlandbussen Betankungszeiten von mehr als 20 Minuten auftreten können, was einen gravierenden Nachteil darstellt.
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Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, eine Vorrichtung zur Entlüftung eines Kraftstofftanks nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art anzugeben, welche gegenüber dem Stand der Technik verbessert ist, und welche die genannten Nachteile vermeiden oder zumindest lindern kann.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen im Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen. Im Anspruch 5 ist außerdem eine besonders bevorzugte Verwendung der Vorrichtung angegeben. Auch hier ergibt sich eine vorteilhafte Weiterbildung der Verwendung aus den abhängigen Unteransprüchen.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird in der Entlüftungsleitung, welche den Hauptkraftstofftank mit der Umgebung verbindet, eine Gasstrahlpumpe angeordnet, die von dem Gasstrom bei der Entlüftung als Treibgasstrom durchströmt wird. Im Ansaugbereich dieser Gasstrahlpumpe mündet dann die wenigstens eine Zusatzentlüftungsleitung, welche mit dem wenigstens einen Zusatzkraftstofftank verbunden ist. Durch die Gasstrahlpumpe in der Entlüftungsleitung wird immer dann, wenn der Hauptkraftstofftank selbst entlüftet wird, ein Unterdruck aufgebaut, welcher über die Zusatzentlüftungsleitung Luft aus den Zusatzkraftstofftanks ansaugt, sodass diese sich entsprechend entlüften. Hierdurch ist es möglich, auch sehr lange Leitungslängen der Entlüftungsleitungen, gegebenenfalls mit komplexer Verlegegeometrie, zu realisieren. Damit wird der Einbau erleichtert und die Möglichkeit, zusätzliche zur Verfügung stehende Volumina für Zusatzkraftstofftanks zu nutzen, wird verbessert. Die Gasstrahlpumpe selbst benötigt dabei keine separate Energieversorgung, da sie aus der Energie des einfließenden Kraftstoffs gespeist wird, welcher die Luft aus dem Hauptkraftstofftank durch die Entlüftungsleitung drückt und hierdurch für den Unterdruck zum Ansaugen der Luft durch die Zusatzentlüftungsleitungen sorgt.
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Der Aufbau ist außerordentlich einfach und effizient, da außer der passiven Gasstrahlpumpe keine zusätzlichen Bauteile notwendig sind. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass eine selbsttätige Regelung des Vorgangs auftritt, welche für eine sehr gleichmäßige Befüllung aller Kraftstofftanks sorgt. Dies liegt daran, dass durch die Luft, die in den Zusatzkraftstofftanks ein Luftpolster bildet, sich der Hauptkraftstofftank schneller füllt, was wiederum dazu führt, dass der Unterdruck verstärkt und die Ansaugung der Luft durch die Zusatzentlüftungsleitung verstärkt wird. Hierdurch kommt es zu einem verstärkten Unterdruck in den Zusatzkraftstofftanks, was dann wiederum zu einem verstärkten Einfließen des Kraftstoffs in die Zusatzkraftstofftanks führt. Hierdurch verursacht steigt der Flüssigkeitsspiegel im Hauptkraftstofftank nicht mehr so schnell an und der Luftstrom in der Entlüftungsleitung des Hauptkraftstofftanks nimmt ab. Dadurch wird auch von der Gasstrahlpumpe wieder weniger Luft aus den Zusatzkraftstofftanks abgesaugt, sodass im Anschluss die Befüllung des Hauptkraftstofftanks wieder schneller erfolgt als die der Zusatzkraftstofftanks und der „Regelkreis” von neuem beginnt. Dies führt letztlich zu einer sehr schnellen und gleichmäßigen Befüllung aller Kraftstofftanks.
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Ein weiterer Vorteil der Gasstrahlpumpe liegt auch darin, dass Kondenswasser aus den Zusatzentlüftungsleitungen abgesaugt werden kann, da sich durch die Gasstrahlpumpe ein Unterdruck im Bereich dieser Zusatzentlüftungsleitungen aufbaut. Dieses Absaugen von Kondenswasser, welches dann zusammen mit der Entlüftungsluft in die Umgebung gelangt, ermöglicht einen sehr viel freieren Verlegeweg für die Zusatzentlüftungsleitungen, da sogenannte Wassersäcke, also ein Durchhängen der Leitung im bestimmungsgemäßen Einsatz in Richtung nach unten, welche es bisher zuverlässig zu vermeiden galt, nun nicht mehr weiter kritisch sind.
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Gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann es nun ferner vorgesehen sein, dass die Gasstrahlpumpe und der sie aufweisende Teil der Entlüftungsleitung in einen Tankstutzen integriert sind. Ein solcher Tankstutzen dient typischerweise zur Aufnahme eines Befüllungsrohrs einer Zapfpistole, über welche der Hauptkraftstofftank und über die Kraftstoffverbindungsleitung mittelbar der oder die Zusatzkraftstofftank/-s befüllt werden. Der Tankstutzen selbst als Verbindung des Kraftstoffspeichersystems mit der Umgebung weist neben einem Einfüllstutzen zur Aufnahme des Befüllungsrohrs der Zapfpistole in der beschriebenen Ausführungsvariante also zusätzlich die Entlüftungsleitung des Hauptkraftstofftanks sowie die Gasstrahlpumpe auf. Hierdurch entsteht ein sehr kompakter Aufbau, welcher über eine einzige Entlüftungsverbindung zur Umgebung, im Bereich des Tankstutzens verfügt. Insbesondere können die austretende Luft und mit ihr austretende Kraftstoffdämpfe beispielsweise durch eine geeignete Zapfpistole abgesaugt werden, wie es bei der Verwendung von Otto-Kraftstoffen bekannt und üblich ist.
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Gemäß einer weiteren sehr günstigen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in der zuletzt beschriebenen Ausführungsvariante kann es nun insbesondere vorgesehen sein, dass der die Gasstrahlpumpe aufweisende Teil der Entlüftungsleitung parallel zum Einfüllstutzen in dem Tankstutzen verläuft und antiparallel durchströmt wird. Insbesondere ein solcher Aufbau mit parallel nebeneinander oder parallel konzentrisch zueinander angeordneten Leitungsführungen lässt sich außerordentlich einfach und kompakt realisieren.
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Gemäß einer weiteren sehr günstigen Ausgestaltung dieser Idee ist es dabei vorgesehen, dass der Einfüllstutzen über eine Leitung, insbesondere eine Schlauchleitung, mit dem im bestimmungsgemäßen Einsatz unteren Bereich des Hauptkraftstofftanks verbunden ist. Hierdurch lässt sich eine beruhigte Zuführung des eingefüllten flüssigen Kraftstoffs in den Hauptkraftstofftank und über die Kraftstoffverbindungsleitung mittelbar in den oder die Zusatzkraftstofftank/-s erreichen.
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Eine weitere sehr günstige Ausgestaltung dieser Idee sieht es dabei vor, dass der oder die Zusatzkraftstofftank/-s frei von einem Befüllanschluss sind. Der Aufbau wird also über einen einzigen Tankstutzen als Befüllanschluss des Hauptkraftstofftanks befüllt, sodass der oder die Zusatzkraftstofftank/-s an beliebigen Stellen innerhalb des Fahrzeugs angeordnet sein können, da sie über keinen eigenen Befüllanschluss verfügen müssen, und somit eine Zugänglichkeit von außen nicht notwendig ist.
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Eine besonders günstige Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht ihren Einsatz in einer Kraftstoffspeicheranlage in einem Fahrzeug vor. Insbesondere für derartige Anwendungen kann, um eine ausreichend große Reichweite zu erzielen, ein Aufbau aus einem Hauptkraftstofftank und einem oder mehreren Zusatzkraftstofftank/-s besonders effizient und sinnvoll sein.
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Dies gilt insbesondere, wenn das Fahrzeug gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Verwendung ein Nutzfahrzeug oder besonders bevorzugt ein Omnibus ist, da hier einerseits die Möglichkeit einer vergleichsweise großen Kraftstoffmenge über den Einsatz eines oder mehrerer Zusatzkraftstofftanks von besonderem Vorteil ist, und da andererseits trotz der vergleichsweise großen Kraftstoffmenge, welche in der Kraftstofftankspeicheranlage gespeichert werden soll, eine schnelle Betankung durch die erfindungsgemäße Vorrichtung einfach und zuverlässig ermöglicht wird.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Idee ergeben sich auch aus dem Ausführungsbeispiel, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben ist.
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Dabei zeigen:
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1 einen Prinzipaufbau einer Kraftstoffspeicheranlage für ein Nutzfahrzeug oder Omnibus mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
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2 eine Schnittdarstellung durch einen Tankstutzen mit einer möglichen Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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In der Darstellung der 1 ist eine in ihrer Gesamtheit mit 1 bezeichnete Kraftstoffspeicheranlage zu erkennen, welche so beispielsweise in einem Omnibus eingesetzt werden kann. Die Kraftstoffspeicheranlage 1 umfasst einen Hauptkraftstofftank 2 sowie beispielhaft einen über eine Kraftstoffverbindungsleitung 3 mit diesem verbundenen Zusatzkraftstofftank 4. Grundsätzlich ist es dabei so, dass bei derartigen Anwendungen in der Praxis einer oder auch mehrere derartige Zusatzkraftstofftanks 4 vorhanden sind. Zur Erläuterung der Erfindung ist jedoch einer der Zusatzkraftstofftanks 4 ausreichend, sodass hier auf die Darstellung weiterer Zusatzkraftstofftanks 4 verzichtet worden ist.
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Die Kraftstoffspeicheranlage 1 in der Ausführungsform der 1 verfügt über einen einzigen Befüllanschluss 5, welcher beispielsweise in Form eines später noch näher erläuterten Tankstutzens 6 ausgebildet sein kann. Dieser Befüllanschluss 5 ist zur Aufnahme einer geeigneten Zapfpistole bzw. eines Befüllungsrohrs 7 einer in ihrer Gesamtheit nicht dargestellten Zapfpistole geeignet, wie es beispielsweise aus der Darstellung der 2 zu erkennen ist. Der Befüllanschluss 5 kann über eine mit 8 bezeichnete Leitung, beispielsweise eine Schlauchleitung, mit einem im bestimmungsgemäßen Einsatz unteren Bereich des Hauptkraftstofftanks 2 verbunden sein, um so den flüssigen Kraftstoff beruhigt in den Hauptkraftstofftank 2 einfüllen zu können. Über die Kraftstoffverbindungsleitung 3 wird dabei gleichzeitig auch der Zusatzkraftstofftank 4 mit befüllt. Typischerweise ist es nun so, dass die in den Hauptkraftstofftank 2 einströmende Flüssigkeit die darin befindliche Luft über eine mit 9 bezeichnete Entlüftungsleitung in die Umgebung abführt, wenn das flüssige Volumen das gasförmige Volumen aus dem Hauptkraftstofftank 2 herausdrückt. Das gasförmige Volumen gelangt dabei über eine im bestimmungsgemäßen Einsatz im oberen Bereich des Hauptraftstofftanks 2 angeschlossene Entlüftungsleitung 9 beispielsweise in die Umgebung. Um der Problematik einer unzureichenden Entlüftung des Zusatzkraftstofftanks 4 entgegenzuwirken, insbesondere auch da eine aus diesem abzweigende Zusatzentlüftungsleitung 10 häufig vergleichsweise lang ist, ist in der Entlüftungsleitung 9 eine in der Darstellung der 1 mit 11 bezeichnete Gasstrahlpumpe vorgesehen. Diese Gasstrahlpumpe 11 nützt typischerweise einen durch den Venturi-Effekt entstehenden Unterdruck sowie einen Impulsaustausch zwischen einem Treibgasstrom und einem angesaugten Gasstrom aus, um den angesaugten Gasstrom zusammen mit dem Treibgasstrom zu fördern. Bei der Gasstrahlpumpe 11 in ihrer Ausführungsform gemäß der Erfindung dient nun die aus dem Hauptkraftstofftank 2 herausgedrückte Luft als Treibgasstrom. Die Zusatzentlüftungsleitung 10 mündet in einen Ansaugbereich 14 der Gasstrahlpumpe 11, sodass der Entlüftungsvolumenstrom aus der Zusatzentlüftungsleitung 10 angesaugt und der Zusatzkraftstofftank 4 dementsprechend gut entlüftet wird. Wenn mehrere Zusatzentlüftungsleitungen 10 vorhanden sind, können diese vor der Mündung zusammengeführt werden oder um den Umfang verteilt in den Ansaugbereich 14 münden.
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In der Darstellung der 2 ist ein Tankstutzen 6 in einem Querschnitt zu erkennen. Er weist einerseits einen Einfüllstutzen 12 zur Aufnahme des Befüllungsrohrs 7 einer in ihrer Gesamtheit nicht dargestellten Zapfpistole auf. Parallel hierzu verläuft die mit 9 bezeichnete Entlüftungsleitung in dem Tankstutzen 6. Wird nun die Flüssigkeit durch den Einfüllstutzen 12 und die daran angeschlossene Leitung 8 in die Kraftstoffspeicheranlage 1 eingefüllt, dann wird gleichzeitig ein relativ großer Volumenstrom an Luft durch die Entlüftungsleitung 9 aufgrund des in den Hauptkraftstofftank 2 einströmenden Kraftstoffs herausgedrückt. Dieser Volumenstrom strömt in der Entlüftungsleitung 9 durch die hier beispielhaft in einem Querschnitt dargestellte Gasstrahlpumpe 11. Diese Gasstrahlpumpe 11 weist in der in der Darstellung der 2 von links nach rechts anströmenden Luft in der Entlüftungsleitung 9 eine Düse 13, den sich daran anschließenden Absaugbereich 14 sowie eine Querschnittsverengung 15 mit Einströmdüse und Abströmdiffusor, als eine Art Venturirohr, auf. In den Ansaugbereich 14 mündet die Zusatzentlüftungsleitung 10, sodass durch den Impulsaustausch mit der durch die Entlüftungsleitung 9 strömenden Luft sowie insbesondere durch den mittels der Querschnittverengung 15 erzeugten Unterdruck Luft aus der Zusatzentlüftungsleitung 10 und damit aus dem Zusatzkraftstofftank 4 angesaugt wird. Die Entlüftungsluft aus dem Zusatzkraftstofftank 4 wird also aktiv abgesaugt, wobei dieses aktive Absaugen durch den Volumenstrom in der Entlüftungsleitung 9 entsprechend beeinflusst wird. Hierdurch entsteht ein semiaktives selbstregelndes System, welches eine sehr schnelle Befüllung der Kraftstoffspeicheranlage 1 mit Kraftstoff erlaubt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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