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Die Erfindung betrifft einen Formschlauch für Kraftstoffanwendungen.
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Kraftstoffleitungen werden in der Regel aus mehrlagigen Schlauchleitungen dargestellt. Insbesondere bestehen die Lagen bzw. Schichten aus mindestens einer Sperrschicht, einer Haftschicht, einem Druckträger und den Deckschichten. Je nach Anforderung kann die Anzahl der einzelnen Schichten auch mehr als eins betragen. Die Leitungen werden sehr häufig in enge Bauräume verbaut und weisen deshalb teilweise sehr komplexe Geometrien auf. Diese erforderliche Formgebung wird mit Hilfe eines Formdorns durchgeführt. Dazu wird der noch nicht vernetzte Schlauchaufbau auf einen Dom geschoben, der die vorgegebene bzw. gewünschte Geometrie aufweist. Anschließend wird der Schlauchaufbau vernetzt und dadurch die Formgebung fixiert. Je nach Anzahl der Lagen bzw. nach der Art des verwendeten Materials erweist sich das Aufziehen des Schlauchrohlings auf den Dorn als relativ schwer. Der Dorn muss daher relativ hohe Kräfte aufnehmen. Für Leitungen, die im Bereich Leckölleitung bzw. Standheizung eingesetzt werden, beträgt der lichte Durchmesser jedoch nur 4 mm oder weniger. Dass heißt, dass der Formdom relativ dünn ist und unter Umständen beim Aufziehen des Schlauchrohlings verbogen werden kann. Aufgrund der uneinheitlichen Geometrie der Formschläuche und der mangelnden Stabilität der Formdorne ist bei der konventionellen Herstellung von Formschläuchen mit kleinen Durchmessern eine prozesssichere Fertigung nicht möglich. Erhöhter Fertigungsausschuss ist die Folge.
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Alternativ können die Leitungen aus Kunststoff mittels Extrusion mit einem anschließenden thermischen Biegeprozess hergestellt werden. Dies ist insbesondere deshalb gut geeignet, da bei der Formgebung die Formwerkzeuge nur von außen anliegen und daher der Innendurchmesser nahezu beliebig klein werden kann. Jedoch sind bei sehr komplexen Geometrien kleine Biegeradien nicht oder nur bedingt zu realisieren, da die Rohre leicht abknicken bzw. einfallen und auch bei der späteren Montage dann nicht hinreichend stabil sind.
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Im Gegensatz zu Elastomerleitungen ergeben sich beim Einsatz von Thermoplasten einige Probleme, insbesondere im Hinblick auf die Crashbeständigkeit und Akustik der Formschläuche. So weisen Thermoplaste eine geringere Dämpfung der Schwingungen auf, die durch Kraftstoffpumpen und/oder durch die strömenden Medien erzeugt werden. Kunststoffleitungen können auch nur in einem gewissen Rahmen Toleranzen ausgleichen, da die Flexibilität nicht vergleichbar mit einem aus einem Elastomer hergestellten Formschlauch ist. Ein ganz besonderer Kritikpunkt ist die chemische Beständigkeit gegenüber modernen Kraftstoffen (Biodiesel, Ethanol, etc.). Diese ist im Vergleich zu Formschläuchen aus Elastomer nur bei der Verwendung von Fluorthermoplasten gegeben. Diese sind jedoch sehr teuer. Ein ebenfalls nicht zu vernachlässigender Punkt ist die thermische Beständigkeit. Auch hier zeigt sich der Einsatz von Kunststoffen als risikobehaftet, da es zu Bauteilausfällen kommen kann, wenn die Temperatur im Motorraum kurzfristig die kritischen Temperaturen übersteigt.
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Die Druckschrift
DE 10 2007 058 721 A1 offenbart eine mehrschichtige Leitung zum Transport von Kraftstoffen mit einer Sperrschicht aus einem thermoplastischen Fluorelastomer-Vulkanisat.
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Die Druckschrift
WO 1996 000 657 A1 offenbart einen Schlauch, insbesondere einen Kraftstoffschlauch, mit einer Innenschicht aus FKM Fluorpolymer.
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Die Druckschrift
DE 25 45 058 C3 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Gummischläuchen in gekrümmter Form.
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Die Druckschrift
EP 0 537 103 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Gummischläuchen mit geraden und gekrümmten Bereichen.
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Es ist also Aufgabe der Erfindung, eine Leitung vorzuschlagen, die die Vorteile von Elastomerleitungen besitzt, aber gleichzeitig die positiven Verarbeitungseigenschaften von Thermoplasten aufweist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die Erfindung einen Formschlauch für Kraftstoffanwendungen mit zumindest einer Sperrschicht aus F-TPV bereit. F-TPV ist ein Fluorpolymer, genauer gesagt ein Fluorthermoplast-Vulkanisat, welches aber gummiähnliche Eigenschaften aufweist und trotzdem thermoplastisch verarbeitbar ist. F-TPV weist eine hohe chemische Beständigkeit gegenüber modernen Kraftstoffen auf und verhindert ebenfalls den Austritt von Kohlenwasserstoffen relativ gut. Die sehr hohe Flexibilität bei gleichzeitig niedriger Härte erlaubt, enge Biegeradien zu planen und stellt ebenfalls eine gute Dichtfunktion sowie eine leichte Montage sicher.
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Erfindungsgemäß ist der Formschlauch in einem gekrümmten Zustand vernetzt. Der Formschlauch ist erfindungsgemäß in einem dreidimensional gekrümmten Zustand vernetzt, so dass sich die Schlauchachse in zumindest zwei sich schneidenden Krümmungsebenen erstreckt. Formschläuche für Kraftstoffanwendungen werden bestimmungsgemäß häufig in enge Bauräume verbaut und weisen deshalb teilweise sehr komplexe Geometrien auf. In der Ausführung, in welcher sich die Schlauchachse in zumindest zwei sich schneidenden (Krümmungs-) Ebenen erstreckt, können auch besonders komplexe Formschlauchgeometrien dargestellt werden.
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Erfindungsgemäß ist der Formschlauch thermogeformt. Bei dieser Alternative wird der Formschlauch vorzugsweise mittels Extrusion mit einem anschließenden thermischen Biegeprozess hergestellt, wobei die Formwerkzeuge bei der Formgebung nur von außen anliegen und daher der Innendurchmesser nahezu beliebig klein werden kann. Durch die besonderen Materialeigenschaften des Sperrschichtmaterials F-TPV können Formschläuche für Kraftstoffanwendungen insbesondere im Bereich Leckölleitung bzw. Standheizung mit hervorragen Barriereeigenschaften bereitgestellt werden, wobei auch kleinste Biegeradien und Leitungsquerschnitte realisierbar sind.
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Erfindungsgemäß weist der Formschlauch zumindest eine Elastomerschicht auf, welche radial außerhalb der Sperrschicht angeordnet ist. Die Elastomerschicht verbessert die Knick- und Biegebeständigkeit des Formschlauchs, so dass der Formschlauch gemäß dieser Ausführung in hohem Maße belastbar und insbesondere auf Biegung beanspruchbar ist.
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Es kann sich als nützlich erweisen, wenn die Elastomerschicht zumindest einen der folgenden Werkstoffe enthält: Epichlorhydrin-Kautschuk (ECO), chloriertes Polyethylen (CM), Chloropren-Kautschuk (CR), Nitrilkautschuk (NBR), Ethylen-Propylen-Ter-Kautschuk (EPDM), Ethylen-Acrylat-Kautschuk (AEM), Acrylat-Kautschuk (ACM), Hydrierter Nitrilkautschuk (H-NBR). Derartige Elastomerwerkstoffe erweisen sich als temperatur-, biege- und knickbeständig, wirken schwingungsdämpfend und sind gut verarbeitbar. In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung umfasst die Elastomerschicht zumindest einen thermoplastischen Elastomer (TPE), vorzugsweise ein thermoplastisches Polyether-Polyamid (TPE-A) oder einen thermoplastischen Polyester-Elastomer (TPE-E), oder einen vernetzten thermoplastischen Elastomer auf Olefinbasis (TPV). In dieser Ausführung ist der Werkstoff der Elastomerschicht thermoplastisch verarbeitbar und der Formschlauch kann kostengünstig im Wege der Koextrusion gefertigt werden.
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Erfindungsgemäß weist die Elastomerschicht einen integrierten Haftvermittler für direkten Verbund mit F-TPV auf. Bei dieser Ausführung ist die Elastomerschicht vorzugsweise unmittelbar benachbart zu der Sperrschicht angeordnet, so dass ein besonders fester Materialverbund entsteht und die Gefahr einer Delamination an der Schichtgrenze verringert wird.
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Es kann sich als günstig herausstellen, wenn die Elastomerschicht faserverstärkt ist, vorzugsweise Aramid-Kurzfasern enthält. Diese Maßnahme verbessert die Festigkeit und damit die Schutzfunktion der Elastomerschicht erheblich. Ein Formschlauch nach dieser Ausführung erweist sich als besonders druck- und abriebbeständig, und ist für anspruchsvolle Anwendungen geeignet.
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Es kann von Vorteil sein, wenn eine Elastomerschicht die Deckschicht des Formschlauchs bildet. Die Elastomer-Deckschicht schützt die Sperrschicht vor Beschädigungen durch physische Einwirkung von spitzen oder scharfkantigen Gegenständen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Formschlauch zwischen zwei Elastomerschichten eine Textilverstärkung aus Glasfaser-, Aramid-, PPS-, Polyamid-, Rayon- und/oder Polyester-Fasern auf. Ein Formschlauch nach dieser Ausführungen ist für besonders anspruchsvolle Anwendungen geeignet, in welchen das im Formschlauch geführte Medium starken und/oder schnellen Druckschwankungen unterliegt.
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Es kann hilfreich sein, wenn die Textilverstärkung als Geflecht, Gewirke, Gestrick oder spiralisierter Druckträger ausgebildet ist. Bei einem Geflecht werden mehrere Fasern oder Faserstränge regelmäßig ineinander verschlungen. Gewirke sind aus Fasern oder Fasersträngen durch Maschenbildung hergestellte Stoffe. Bei einem Gestrick werden aus den Fasern oder Fasersträngen Maschen gebildet. Dabei werden die Fasern oder Faserstränge zu Schleifen verformt, die miteinander verschlungen werden. Die Art der Textilverstärkung hat Auswirkungen auf das Verhalten des Formschlauchs im Betrieb und wird vorzugsweise bedarfsgerecht für den speziellen Einsatzzweck ausgelegt. Der spiralisierte und geflochtene Druckträger empfiehlt sich als Textilverstärkung für Hochdruckanwendungen. Zusätzlich ist die Wirtschaftlichkeit zu betrachten, da insbesondere bei Online-Prozessen die Produktionsgeschwindigkeit durch das Aufbringen der Textilstruktur limitiert ist und gerade beim Spiralisieren sehr hohe Geschwindigkeiten realisiert werden können.
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Es kann aber auch von Vorteil sein, wenn die Fasern der Textilverstärkung zur besseren Anbindung an das jeweilige Matrixpolymer eine Imprägnierung aufweisen, vorzugsweise mit einer Resorzin-Formaldehyd-Latex-Suspension imprägniert sind. Dadurch wird ein besonders fester Materialverbund geschaffen und die Gefahr einer Delamination an der Schichtgrenze wird verringert.
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Erfindungsgemäß weist der Formschlauch einen Innendurchmesser von weniger als 4 mm auf. Ein Formschlauch dieser Ausführung ist für Anwendungen im Bereich Leckölleitung bzw. Standheizung besonders gut geeignet.
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Figurenliste
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Es zeigen:
- 1 einen Formschlauch für Kraftstoffanwendungen wobei der Formschlauch als einschichtiges F-TPV-Monorohr ausgebildet ist und in einem dreidimensional gekrümmten Zustand vernetzt ist.
- 2 einen erfindungsgemäßen Formschlauch für Kraftstoffanwendungen nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei der Formschlauch in einem dreidimensional gekrümmten Zustand vernetzt ist und eine Sperrschicht aus F-TPV sowie eine Deckschicht aus Elastomer aufweist.
- 3 einen erfindungsgemäßen Formschlauch für Kraftstoffanwendungen nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei der Formschlauch in einem dreidimensional gekrümmten Zustand vernetzt ist und von innen nach außen den folgenden Schichtaufbau aufweist: eine Sperrschicht aus F-TPV, eine Zwischenschicht aus Elastomer, eine Textilverstärkung und eine Elastomer-Deckschicht.
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Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
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1 zeigt einen Formschlauch für Kraftstoffanwendungen. Der Formschlauch ist als einschichtiges F-TPV-Monorohr ausgebildet und ist in einem dreidimensional gekrümmten Zustand vernetzt. Die Sperrschicht 1 aus F-TPV bildet die einzige Schicht des Formschlauchs. Die Schlauchachse erstreckt sich in zwei sich schneidenden (Krümmungs-) Ebenen. Das Material F-TPV ist vorzugsweise zu allen Seiten des Formschlauchs, insbesondere am Innen- und Außenumfang sowie an den endseitigen Schnittflächen des Schlauchs exponiert. Bei dieser Ausführung existieren keine Schichtgrenzen. Eine Delamination, die unter Langzeiteinwirkung von aggressiven Medien wie Kraftstoffen an den Schichtgrenzen mehrschichtiger Leitungen auftreten kann, ist nicht zu befürchten. Das Einschichtrohr aus F-TPV wird vorzugsweise extrudiert.
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Erstes Ausführungsbeispiel
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2 zeigt den erfindungsgemäßen Formschlauch für Kraftstoffanwendungen nach dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Formschlauch ist in einem dreidimensional gekrümmten Zustand vernetzt und umfasst eine Sperrschicht 1 aus F-TPV als Innenschicht sowie eine Deckschicht 2 aus Elastomer. Die 2-Lagenkonstruktion dient der Kostenoptimierung bei der Herstellung des Formschlauchs. Neben dem teueren Werkstoff F-TPV kann auch ein kostengünstigerer Elastomerwerkstoff verarbeitet werden, der eine erhöhte „Standfestigkeit“ bzw. Knickbeständigkeit bei sehr engen Biegeradien bewirkt.
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Gemäß einer ersten Variante des ersten Ausführungsbeispiels umfasst die Elastomerschicht 2:
- a) je nach geforderter Temperaturbeständigkeit zumindest einen der folgenden Elastomerwerkstoffe: Epichlorhydrin-Kautschuk (ECO), chloriertes Polyethylen (CM), Chloropren-Kautschuk (CR), Nitrilkautschuk (NBR), Ethylen-Propylen-Ter-Kautschuk (EPDM), Ethylen-Acrylat-Kautschuk (AEM), Acrylat-Kautschuk (ACM), Hydrierten Nitrilkautschuk (H-NBR); sowie
- b) einen integrierten Haftvermittler für direkten Verbund mit F-TPV.
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Vorzugsweise besteht die Elastomerschicht 2 zu wesentlichen Teilen oder vollständig aus einem der genannten Elastomerwerkstoffe und dem integrierten Haftvermittler für direkten Verbund mit F-TPV.
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Gemäß einer zweiten Variante des ersten Ausführungsbeispiels umfasst die Elastomerschicht 2:
- a) einen thermoplastischen Elastomer (TPE), vorzugsweise ein thermoplastisches Polyether-Polyamid (TPE-A) oder einen thermoplastischen Polyester-Elastomer (TPE-E) oder einen vernetzten thermoplastischen Elastomer auf Olefinbasis (TPV),
- b) einen integrierten Haftvermittler für direkten Verbund mit F-TPV.
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Vorzugsweise besteht die Elastomerschicht 2 zu wesentlichen Teilen oder vollständig aus einem der genannten thermoplastischen Elastomere und dem integrierten Haftvermittler für direkten Verbund mit F-TPV. Bei dieser Variante liegt ein besonderer Vorteil in der Möglichkeit einer kostenoptimierten Fertigung im Koextrusionsverfahren.
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Gemäß einer dritten Variante des ersten Ausführungsbeispiels umfasst die Elastomerschicht 2 die Merkmale der ersten oder der zweiten Variante sowie eine Faserverstärkung, z.B. durch Aramid-Kurzfasern, zur Optimierung der Druck- und Abriebbeständigkeit.
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Zweites Ausführungsbeispiel
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3 zeigt einen erfindungsgemäßen Formschlauch für Kraftstoffanwendungen nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Formschlauch ist in einem dreidimensional gekrümmten Zustand vernetzt und weist von innen nach außen den folgenden Schichtaufbau auf: eine Sperrschicht 1 aus F-TPV, eine Elastomer-Zwischenschicht 2, eine Textilverstärkung 3 und eine Elastomer-Deckschicht 4. Die 4-Lagenkonstruktion ist besonders geeignet für gesteigerte dynamische Anforderungen an den Formschlauch, z. B. bei hohen Druck- und/oder Temperaturschwankungen. Die Elastomer-Zwischenschicht 2 und die Elastomer-Deckschicht 4 umfassen jeweils Merkmale der Elastomerschicht 2 gemäß der ersten oder der zweiten Variante des ersten Ausführungsbeispiels. Die Elastomer-Deckschicht 4 ist vorzugsweise physikalisch (Schichtdicke, physikalische Parameter) und/oder chemisch (Werkstoff) verschieden von der Zwischenschicht 2. Die Textilverstärkung 3 kann aus Glasfaser-, Aramid-, PPS-, Polyamid-, Rayon- und/oder Polyester-Fasern bestehen und ist vorzugsweise als Geflecht, Gewirke, Gestrick oder spiralisierter Druckträger ausgebildet. Die Fasern der Textilverstärkung 3 können zusätzlich zur besseren Anbindung an das jeweilige Matrixpolymer, bzw. an den Werkstoff zumindest einer der benachbarten Schichten, eine Imprägnierung aufweisen. Beispielsweise sind die Fasern mit einer Resorzin-Formaldehyd-Latex-Suspension („RFL-Dip“) imprägniert.
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Ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Formschlauchs für Kraftstoffanwendungen umfasst die Schritte:
- a) Bereitstellen eines Formschlauchrohlings mit zumindest einer Sperrschicht 1 aus F-TPV, und
- b) Vernetzen des Formschlauchrohlings in einem gekrümmten Zustand.
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Das Verfahren wird beispielhaft für einen erfindungsgemäßen Formschlauch für Kraftstoffanwendungen nach dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
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Ein Formschlauchrohling mit einer Sperrschicht 1 aus F-TPV, einer Zwischenschicht 2 aus einem thermoplastischen Elastomer, einer aufgestrickten Textilverstärkung 3 und einer Deckschicht 4 aus einem thermoplastischen Elastomer wird in einer kontinuierlichen Fertigungsstrecke im Koextrusionsverfahren gefertigt. Anschließend wird der Formschlauchrohling durch Thermoformen mittels Rohrbiegeformen in Heißluft, Dampf oder Öl in den gekrümmten Zustand überführt und/oder vernetzt. Für den Fall, dass der fertige Formschlauch eine konstante Krümmung aufweisen soll, empfiehlt es sich, die Schritte a) und b) kontinuierlich auszuführen. Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich im Bereich von Lecköl-Standheizungsleitungen bzw. Kraftstoffleitungen allgemein durch optimierte Herstellkosten und die Möglichkeit, Formschläuche für Kraftstoffanwendungen mit einem Innendurchmesser von weniger als 4 mm herzustellen.
