DE10192212B4 - Durchdringungs- und auslauffeste Konstruktion für Kraftstofftank-Anbaugeräte - Google Patents
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Abstract
Kunststoffkraftstofftank-Anbaugerät zur Verwendung in einem Mehrschichtkunststoffkraftstofftank (10), wobei das Anbaugerät aufweist:
Einen Kunststoffbarrierenabschnitt, wobei der Kunststoffbarrierenabschnitt (101) zumindest einen Hohlraum (102a– 102e) aufweist; und
einen Kunststoffüberformungsabschnitt (116), der auf dem Barrierenabschnitt (101) geformt ist, wobei der Kunststoffüberformungsabschnitt (116) in der Lage ist, in dem zumindest einen Hohlraum (102a–102e) aufzuquellen, wenn er einem Kohlenwasserstoff permanent ausgesetzt ist.
Einen Kunststoffbarrierenabschnitt, wobei der Kunststoffbarrierenabschnitt (101) zumindest einen Hohlraum (102a– 102e) aufweist; und
einen Kunststoffüberformungsabschnitt (116), der auf dem Barrierenabschnitt (101) geformt ist, wobei der Kunststoffüberformungsabschnitt (116) in der Lage ist, in dem zumindest einen Hohlraum (102a–102e) aufzuquellen, wenn er einem Kohlenwasserstoff permanent ausgesetzt ist.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Kunststoffkraftstofftank-Anbaugerät und einen Mehrschichtkunststoffkraftstofftankaufbau mit einem derartigen Anbaugerät.
- Kraftstofftanks für motorisierte Fahrzeuge sind im Laufe zahlreicher Jahre zum Einsatz gekommen. Typische Kraftstofftanks sind kastenförmig mit rechteckiger oder zylindrischer Form und sie können von 38 bis 1135 1 (10 bis 300 Gallonen) oder mehr von einem flüssigen Kraftstoff enthalten. Die meisten der geläufigen Kraftstofftanks, die in aktuellen Kraftfahrzeugen zum Einsatz kommen, bestehen typischerweise aus Kunststoff oder Metall. Kraftstoff kann jedoch durch Verbindungen zwischen Metallabschnitten verloren gehen, ausgehend von einer Instrumentensensoröffnung, von der Kraftstoffleitung, die zu dem Motor und von diesem wegführt oder von dem Kraftstoffeinfüllstutzen während nach Tankvorgängen. Im Fall von Kunststofftanks kann Kraftstoff über den Kunststoff selbst verloren gehen.
- Aus
US 4 560 718 ist es bekannt, aufquellende Polymerschichten als Dichtung für Behälter, in denen Kohlenwasserstoffe gelagert werden, zu verwenden. - Verbesserungen betreffend die Kraftstofftanktechnik sind kürzlich auf die Herstellung von Kraftstofftanks aus Thermokunststoff-, Verbundstoff- oder thermoaushärtenden Materialien gerichtet worden unter der Verwendung einer Vielfalt von Lami nat- bzw. Schicht- oder Verbundstoffstrukturen. Ein Problem, das bei der Verwendung dieser Materialien in einem Kraftstofftank auftritt, betrifft die erhöhte Durchdringung bzw. Permeabilität von Kraftstoff im Vergleich zu Metalltanks.
- Um die Emission von Kraftstoff aus diesen Kunststofftanks zu verringern, sind Verbesserungen auf zusätzliche Barrierenschichten fokussiert worden, die zu Tanks mit Mehrschichtwänden führen. Beispielsweise lehrt das auf Harr erteilte US-Patent Nr. 3 616 189 einen verbesserten Behälter mit mehreren Schichten, einschließlich einer Nylon-Barrieredünnschicht. Die Herstellung von Mehrschicht- oder Laminat- bzw. Schichtmaterialien bringt jedoch häufig komplexe, teure Verarbeitungsschritte und teure Materialien mit sich.
- Eine weitere Möglichkeit, Barriereneigenschaften von Mehrschichtstrukturen zu verbessern, sehen den zusätzlichen Einsatz spezieller chemischer Barrierenmaterialien auf der Oberfläche der Tanks oder der thermoplastischen Verbundstoffe vor, die zur Herstellung der Tanks verwendet werden. Beispielsweise lehren das auf Walles erteilte US-Patent Nr. 3 740 258 und das auf Shefford erteilte US-Patent Nr. 4 371 574, dass der Anbau von Schwefelsäure oder Sulfonatgruppen auf der Oberfläche der Tankmaterialien Barriereneigenschaften verbessern kann. Das auf Wood erteilte US-Patent Nr. 5 928 745 sieht die zusätzliche Verwendung einer Cyclodextrin-Barriere zusätzlich zu einem thermoplastischen Material vor, das in zumindest einer Schicht eines thermoplastischen Mehrschicht-Kunststofftanks verwendet wird. Während zahlreiche dieser Systeme Barriereneigenschaften verbessern, steht eine signifikante Verbesserung weiterhin aus.
- Während die vorstehend angeführten Lösungen die Barriereneigenschaften von Mehrschicht-Kraftstofftanksystemen verbessert haben, sind diese Systeme nicht mit den restlichen Durchdringungsproblemen befasst, die in Anbaugerätbereichen auf dem Tank auftreten. Kraftstoff oder Kraftstoffdampf kann durch Leckpfade zwischen Schichten des Kunststoff-Kraftstofftanks oder entlang freiliegender Oberflächen zwischen den Anbaugeräten und dem Überformteil auftreten.
- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es die Aufquelleigenschaften von überformten Anbaugeräten an einem Mehrschicht-Kraftstofftank auszunutzen, um mögliche Leckage- bzw. Auslaufpfade an der Grenzfläche zwischen den unterschiedlichen Materialien zu schließen, welche die überformten Anbaugeräte bilden, und die Barriereneigenschaften der Materialien auszunutzen, die in überformten Anbauteilen verwendet werden, um die Länge des Diffusionspfads für die Kohlenstoffwassermoleküle zu vergrößern.
- Die vorstehend genannten Aufgaben werden gelöst durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 7.
- Es werden die Hohlräume oder Nuten ' zusätzlich für die Konstruktion des Barrierenabschnitts der Mehrschichtkonstruktion vorgesehen, die es erlauben, dass das hochdichte Polyethylen-Überformteil innerhalb des Hohlraums oder der Nut aufquillt und den Leckpfad an der Grenzfläche zwischen den zwei Materialien verschließt.
- Vorteilhafterweise wird das Polyethylen-Überformungsteil in dem Bereich entsprechend der Tankwand konisch anstatt zylindrisch geformt, um eine Schweißnaht zwischen dem konischen Teil des Überformungsmaterials und der Tankwand zu erzeugen. Dies stellt sicher; dass keine Spalte zwischen der Tankwand und dem Anbaugerät vorliegen.
- Es wird der Diffusionspfad von Kohlenwasserstoffmolekülen in dem hochdichten Polyethylen-Überformteil verlängert, um das Hindurchdringen von Kohlenwasserstoffmolekülen durch das Anbaugerät zu verringern.
- Vorteilhafterweise werden Barrierenkerne zusätzlich am Fuß des Anbaugeräts vorgesehen, um Druckspannungen in der Polyethylenschicht zu erzeugen, um die Polyethylenschicht gegen die Barrierenschicht zu pressen, um jeglichen Leckagepfad in diesen Bereichen zu unterbrechen. Das Vorliegen von Barrierenkernen erbringt einen bestimmten zusätzlichen Schutz gegenüber Durchdringung.
- Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung erschließen sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und den Ansprüchen unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung. Die Zeichnung zeigt in
-
1 zeigt einen Mehrschicht-Kunststofftank mit einem Überrollventil-Anbaugerät gemäß dem Stand der Technik; -
2 zeigt ein Überrollventil in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und -
3 zeigt die Tanköffnungsgeometrie von2 . - DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
- In
1 ist ein Mehrschicht-Kunststoff tank10 gezeigt, der üblicherweise in der Kraftstoffindustrie zum Einsatz kommt. Der Tank10 wird typischerweise in einem kontinuierlichen Blasformprozess weitgehend in derselben Weise wie kleine Kunststoffflaschen hergestellt. Die Wände12 des Tanks10 bestehen aus mehreren Kunststoffschichten. Die innerste Schicht14 und die äußerste Schicht24 der Wände12 sind aus hochdichtem Polyethylen (HDPE) hergestellt; typischerweise ist eine kleine Menge an Carbon-Black mit dem HDPE in der äußersten Schicht24 im Verbund zusammengesetzt. Eine dicke wiedergemahlene Schicht22 ist hauptsächlich aus HDPE hergestellt, weil wiedergemahlenes Material aus Abfall erhalten wird, der beim Herstellungsprozess erzeugt wird. Eine dünne Ethylenvinylalkohol(EVOH)-Copolymerschicht18 in der Mitte der Wand12 stellt die Barriere bereit, die im Wesentlichen ein Durchdringen von Kohlenwasserstoff verhindert. Ein Klebstoff20 mit funktionalisiertem niedrigdichtem Polyethylen (LDPE) ist auf jeder Seite der EVOH-Schicht18 angeordnet, um sicherzustellen, dass die EVOH-Schicht mit der innersten Schicht14 und der wiedergemahlenen Schicht22 eine Verbindung eingeht. Andere Materialien können selbstverständlich entweder als Außenschichten oder Barrierenschichten verwendet werden. Beispielsweise kann Nylon als Barrierenschicht verwendet werden. -
1 zeigt als Anbaugerät60 ein Überrollventil, das typischerweise an einem Kraftstofftank10 angebracht ist. Das Überrollventil60 weist eine Schicht aus HDPE62 auf, die über einer Acetalschicht64 gebildet ist. Die HDPE-Schicht62 ist typischerweise 1 bis 2 mm dick. Das Überrollventil weist einen . Flansch66 zum Schweißen des Überrollventils60 an die äußerste Schicht24 der Kraftstofftankwand12 auf. - Die aktuelle Konstruktion des Überrollventils
60 leidet an zwei Nachteilen. Als erstes existiert deshalb, weil keine Klebstoffverbindung zwischen der Acetalschicht64 und der HDPE-Schicht62 vorliegt, ein Leckagepfad für Kohlenwasserstoffe beginnend mit einem Punkt68 und sich erstreckend bis zu einem Punkt70 und einem Punkt74 . In ähnlicher Weise startet ein zweiter Leckagepfad an einem Punkt72 und erstreckt sich bis zu einem Punkt74 und dem Punkt70 . Kohlenwasserstoffkraftstoff kann ohne weiteres durch diese beiden Kanäle hindurch auslecken bzw. auslaufen und durch die HDPE-Schicht62 an den Punkten70 ,72 und74 austreten, weil HDPE eine unzureichende Durchdringungsschicht darstellt. - Als zweites existiert ein großer Spalt
76 zwischen der Kraftstofftankwand12 und dem Überrollventil60 an seinem Befestigungspunkt. Der Polyethylenflansch66 ist dadurch direkt Kraftstoff während Überrollsituationen ausgesetzt und Kraftstoff dampf während normaler Betriebsbedingungen. Da HDPE eine unzureichende Durchdringungsbarriere darstellt, tritt wiederum ein signifikantes Durchdringen von Kohlenwasserstoffen durch den Polyethylenflansch66 auf. - Die
2 und3 zeigen eine verbesserte Strategie zum Anbringen bzw. Befestigen eines Überrollventils100 an der Tankwand12 in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform zum Verringern von Kohlenwasserstoffemissionen aus dem Kunststoffkraftstofftank durch das Überrollventil100 . Die neue Strategie modifiziert die alte Konstruktion in vier grundsätzlichen Weisen. Ais erstes sind eine Reihe von Hohlräumen102a ,102b ,102c ,102d ,102e oder Nuten (nicht gezeigt) an verschiedenen Steilen zusätzlich an einem Kunststoffbarrierenabschnitt101 , im folgenden Acetalkern101 genannt, vorgesehen. Ein Kunststoffüberformungsabschnitt116 , im folgenden HDPE-Überformteil116 genannt, ist Kohlenwasserstoffdampf ausgesetzt, dadurch quillt das Überformteil116 in den Hohlräumen102a ,102b ,102c ,102d ,102e oder den Nuten auf, um Blockaden bereitzustellen, die den Leckagepfad an der Grenzfläche zwischen dem Acetalkern101 und dem HDPE-Überformteil116 zu verschließen. In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind zwei Reihen von Hohlräumen102a ,102b zusätzlich in dem Abschnitt des Überrollventils100 zwischen dem Flansch108 und der Tankwand12 vorgesehen, der als Befestigungspunkt an der Tankwand12 dient. Die Hohlräume102c ,1024 ,102e sind außerdem auf dem gegenüberliegenden Ende des Flansches108 in demjenigen Bereich angeordnet, der als Befestigungspunkt für eine (nicht gezeigte) Kraftstoffleitung dient. Die Größe und die Position dieser Hohlräume oder Nuten kann selbstverständlich abhängig von den Erfordernissen des Systems modifiziert werden. - Als zweites ist das Polyethylen-Überformteil
116 in dem Bereich entsprechend der Tankwand12 konisch geformt anstatt zylindrisch geformt. Wie am besten aus3 hervorgeht, ist die Tankwand12 unter einem Winkel α zu dem Überrollventil100 geschnitten anstatt senkrecht wie in2 . Bevorzugt beträgt dieser Winkel o. zwischen 8 und 40° relativ zu einer Mittenlinie120 . Um das Überrollventil100 an dem Kraftstofftank10 anzubringen, wird ein konischer Abschnitt106 im wesentlichen mit einem Abschnitt der Tankwand12 zusammengepasst. Der konische Abschnitt106 ist dazu ausgelegt, dass der Winkel β entsprechend dem Winkel des konischen Abschnitts106 relativ zu einer Mittenlinie120 geringfügig kleiner als der Winkel α ist. Diese geringe Differenz bezüglich der Winkel stellt sicher, dass der konische Teil106 an der Wand12 in einer Position109 abgedichtet ist, wodurch sichergestellt ist, dass kein Spalt für eine Kohlenwasserstoffdurchdringung vorliegt, wie in der2 . - Als drittes ist die Länge des Acetalabschnitts
104 in den Flansch108 hinein verlängert. Der überformte Abschnitt116 ist entsprechend verlängert, um einen überformten Flanschabschnitt116a zu enthalten, um den Acetalabschnitt104 zu umgeben. Diese Verlängerung erhöht die Länge des Diffusionspfads von Kohlenwasserstoffmolekülen in dem überformten Abschnitt116 und dem überformten Flanschabschnitt116a des Überrollventils100 . Dies führt zu geringeren Kohlenwasserstoffemissionen durch das Überrollventil100 . - Als viertes sind Acetalfüße
110 ,112 zusätzlich zu den Füßen des Flansches108 vorgesehen. Die Füße110 ,112 erfüllen zwei Ziele. Als erstes erzeugen die Füße110 ,112 , wenn sie Kraftstoff oder Kohlenwasserstoffdampf ausgesetzt sind, Druckspannungen auf das überformte Polyethylen116 zwischen Punkten122 und124 und zwischen Punkten124 und126 . Diese Spannungen veranlassen das überformte Polyethylen116 dazu, gegen die Acetalkerne101 zu pressen, um den Leckagepfad von Kohlenwasserstoffdampf zusätzlich zu unterbrechen. Als zweites stellt das Vorhandensein der Füße110 ,112 einen zusätzlichen Barrierenschutz gegenüber Kohlenwasserstoffdurchdringung dar. - Während jede der vier Modifikationen, die vorstehend aufgelistet sind, restliche Dampfemissionen einzeln verringert, kann die eingesetzte Strategie unter kollektiver Verwendung dieser Modifikationen eine signifikante Auswirkung auf das Minimieren von Dampfemissionen aufgrund sowohl von Leckage wie von Durchdringen haben. Untersuchungen zeigen, dass die Implementierung der vier Modifikationen in einem kollektiven Ansatz Emissionen in einem Anbaugerät um den Faktor
10 oder einen größeren Faktor verringern können. - Während die Erfindung im Hinblick auf Verbesserungen eines Überrollventils
100 erläutert wurde, das in einem Kunststoffkraftstofftank10 zum Einsatz kommt, wird bemerkt, dass die vorstehend angeführten Lehren auf die meisten weiteren Anbaugeräte an einem Mehrschichtkunststofftank10 selbstverständlich angewendet werden können. Beispielsweise können die Lehren gemäß der vorliegenden Erfindung auf Abschaltschläuche, Filter, Rohre oder Stopfen angewendet werden, die verwendet werden, um Löcher zu verschließen, die durch einen Blasstift oder eine Blasnadel erzeugt sind. - Während die vorstehend erläuterte Erfindung im Hinblick auf Acetalkerne und Polyethylenschichten erläutert wurde, ist die Erfindung dazu bestimmt, jegliche andere Konstruktion abzudecken, die die vorliegend gelehrten Prinzipien verkörpern, bei Modifikationen durch den Fachmann auf diesem Gebiet der Technik vorgenommen werden können, insbesondere angesichts der vorstehend angeführten Lehren. Beispielsweise können Nylonkerne anstelle von Acetalkernen
101 verwendet werden.
Claims (13)
- Kunststoffkraftstofftank-Anbaugerät zur Verwendung in einem Mehrschichtkunststoffkraftstofftank (
10 ), wobei das Anbaugerät aufweist: Einen Kunststoffbarrierenabschnitt, wobei der Kunststoffbarrierenabschnitt (101 ) zumindest einen Hohlraum (102a –102e ) aufweist; und einen Kunststoffüberformungsabschnitt (116 ), der auf dem Barrierenabschnitt (101 ) geformt ist, wobei der Kunststoffüberformungsabschnitt (116 ) in der Lage ist, in dem zumindest einen Hohlraum (102a–102e ) aufzuquellen, wenn er einem Kohlenwasserstoff permanent ausgesetzt ist. - Anbaugerät nach Anspruch 1, wobei der Kunststoffüberformungsabschnitt (
116 ) einen konischen Bereich (106 ) aufweist, wobei der konische Bereich mit einer Kraftstofftankwand (12 ) des Mehrschichtkunststoffkraftstofftanks (10 ) verbunden ist, um den Kunststoffüberformungsabschnitt (116 ) mechanisch an dem Mehrschichtkunststoffkraftstofftank (10 ) abzudichten. - Anbaugerät nach Anspruch 2, wobei der Kunststoffüberformungsabschnitt (
116 ) außerdem einen Flansch (108 ) aufweist, der mit einer Außenseite des Mehrschichtkunststofftanks (10 ) verbunden ist, wobei der Flansch (108 ) zusätzlich ein Austreten von Kunststoff und aus dem Mehrschichtkraftstofftank (10 ) in die Atmosphäre verhindert. - Anbaugerät nach Anspruch 3, wobei der Kunststoffbarrierenabschnitt (
101 ) sich in den Flansch (108 ) hinein erstreckt. - Anbaugerät nach Anspruch 4, wobei der Kunststoffbarrierenabschnitt (
101 ) zumindest einen Fuß (110 ,112 ) aufweist, der in dem Flansch (108 ) angeordnet ist und eng mit der Außenseite des Mehrschichtkunststoffkraftstofftanks (10 ) verbunden ist. - Anbaugerät nach Anspruch 1, wobei der Kunststoffüberformungsabschnitt (
116 ) aus hochdichtem Polyethylen besteht, und wobei der Kunststoffbarrierenabschnitt (101 ) aus einem Acetalharz besteht. - Mehrschichtkunststoffkraftstofftankaufbau, aufweisend: Ein Anbaugerät (
60 ) mit einem inneren Barrierenabschnitt (101 ) und einem äußeren Überformungsabschnitt (116 ), wobei der äußere Überformungsabschnitt (116 ) einen konischen Abschnitt (106 ) aufweist, der einen ersten Winkel β relativ zu der Mittenachse des Anbaugeräts (60 ) aufweist; und einen Mehrschichtkunststoffkraftstofftank (10 ) mit einer Tankwand (12 ), wobei ein Abschnitt der Tankwand (12 ) unter einem zweiten Winkel α relativ zu der Mittenachse des Anbaugeräts (60 ) geschnitten ist, wobei der Abschnitt der Tankwand (12 ) mechanisch mit dem konischen Abschnitt (106 ) verbunden ist, um den äußeren Überformungsabschnitt (116 ) an dem Mehrschichtkunststoffkraftstofftank (10 ) abzudichten. - Mehrschichtkunststoffkraftstofftankaufbau nach Anspruch 7, wobei der zweite Winkel α zwischen 8 und 40° relativ zu der Mittenachse des Anbaugeräts beträgt.
- Mehrschichtkunststoffkraftstofftankaufbau nach Anspruch 7, wobei der äußere Überformungsabschnitt (
116 ) außerdem einen Flansch (106 ) aufweist, der mit der Außenseite der Tankwand (12 ) verbunden ist, wobei der Flansch (106 ) zusätzlich ein Austreten von Kohlenwasserstoff aus dem Mehrschichtkunststoffkraftstofftank in die Atmosphäre verhindert. - Mehrschichtkunststoffkraftstofftankaufbau nach Anspruch 9, wobei der innere Barrierenabschnitt (
101 ) sich innerhalb des Flansches (106 ) erstreckt. - Mehrschichtkunststoffkraftstofftankaufbau nach Anspruch 10, wobei der innere Barrierenabschnitt (
101 ) zumindest einen Fuß (110 ,112 ) aufweist, der innerhalb des Flansches (106 ) angeordnet und unmittelbar mit der Außenseite der Tankwand (12 ) verbunden ist. - Mehrschichtkunststoffkraftstofftankaufbau nach Anspruch 7, wobei der äußere Überformungsabschnitt (
116 ) aus hochdichtem Polyethylen, und der Barrierenabschnitt (101 ) aus Acetalharz besteht. - Mehrschichtkunststoffkraftstofftankaufbau nach Anspruch 7, wobei das Anbaugerät (
60 ) aus der Gruppe ausgewählt ist, die ein Überrollventil, einen Abschaltschlauch, ein Füllrohr und einen Verschlussstopfen bzw. einen Tankverschlussdeckel aufweist.
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