DE10327738A1

DE10327738A1 - Kraftstofftank aus Kunststoff mit geringer Durchlässigkeit

Info

Publication number: DE10327738A1
Application number: DE2003127738
Authority: DE
Inventors: James F. Livonia Potter; Heather L. Saline Knechtges
Original assignee: Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Visteon Global Technologies Inc
Priority date: 2002-07-11
Filing date: 2003-06-18
Publication date: 2004-02-05
Also published as: US7211307B2; GB0303946D0; GB2390582A; GB2390582B; US20040009315A1

Abstract

Ein Kraftstofftank aus Polymer, der eine geringe Durchlässigkeit aufweist, besitzt eine mehrschichtige Wand (11), die mindestens eine Festigkeits-Schicht (33, 34) und eine Dampfsperren-Schicht (30) hat. Eine sekundäre Sperrschicht (40) ist auf der mehrschichtigen Wand (11) aufgebracht, wobei die Dampfsperren-Schicht (30) und die sekundäre Sperrschicht (40) jeweils eine Durchlässigkeit für gasförmigen Kraftstoff besitzen, die kleiner ist als diejenige der Festigkeits-Schicht (33, 34). Eine schützende Beschichtung (42) kann über der sekundären Sperrschicht (40) aufgebracht werden, um die Haltbarkeit zu erhöhen und eine Verschlechterung der sekundären Sperrschicht (40) durch Umwelteinflüsse, denen Kraftstofftanks ausgesetzt sein können, zu verhindern.

Description

Diese Patentannmeldung beansprucht die Priorität der provisorischen US-Patentanmeldung, 60/395,008, eingereicht am 11. Juli 2002, wobei diese gesamte Patentanmeldung als Teil der hier vorgelegten Patentanmeldung angesehen wird und Bestandteil der eingereichten Unterlagen ist.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Kraftstofftanks und im Besonderen auf Kraftstofftanks aus einem Polymeren, und auf ein Verfahren, das den Durchgang von aus Flüssigkeiten entstandenen Gasen durch die Wand eines derartigen Kraftstofftanks aus Kunststoff reduziert.
In der Vergangenheit sind Kraftstofftanks aus tiefgezogenen Hälften aus Metall-Blech gefertigt worden. Kraftstofftanks aus Metall sind nicht nur teuer, sie tragen auch erheblich zum Gewicht des Fahrzeugs bei und unterliegen einer Korrosion. Um Kosten, Gewicht, und Korrosionsprobleme, die verbunden sind mit Kraftstofftanks aus Metall, zu vermeiden, sind die Hersteller dazu übergegangen, in Fahrzeugen Kraftstofftanks aus Polymer einzusetzen.
Kraftstofftanks aus Polymer oder einem anderen Kunststoff sind wider standsfähiger gegen Korrosion und wiegen weniger als Kraftstofftanks aus Metall. Ein Problem bei Kraftstofftanks aus Polymer ist es, dass Kraftstoffdampf durch die aus Polymer bestehenden Wände des Behälters hindurch treten kann. Ein Kraftstofftank aus Polymer, der aus einem thermoplastischen Material wie Polyethylen oder Polypropylen gefertigt ist, kann eine Kraftstoff-Durchlässigkeit von bis zu einigen Gramm pro Tag besitzen, und dabei Kohlenwasserstoff-Moleküle freisetzen, die typisch aus Aromaten, Aliphaten, Oxigenaten, Alkoholen, und so weiter oder aus Gemischen daraus bestehen. Kraftstofftanks aus Polymer, die aus anderen Materialien hergestellt sind, können ebenfalls dieselben und andere Komponenten des Kraftstoffs freisetzen.
Die Hersteller haben bisher eine Vielzahl von Techniken untersucht, um die Durchgängigkeit von Kraftstofftanks aus Kunststoff zu reduzieren. Eine Technik, die verwendet wird, um die Eigenschaften zur Absperrung von Flüssigkeitstanks zu verbessern, ist es, den Kraftstofftank aus Polymer galvanisch zu mit einer Lage aus Kupfer, Nickel und Chrom beschichten. Das Problem mit der galvanischen Beschichtung eines Kraftstofftanks aus Polymer ist es, dass ein galvanisierbares Polymer verwendet werden muss, oder dass das Polymer für die Galvanisierung vorbehandelt werden muss. Die Galvanisierung von drei aufeinander folgenden Lagen aus verschiedenen Metallen ist zudem teuer, zeitaufwendig, und die beschichteten Lagen können auch durch Korrosion angegriffen werden.
Eine weitere Möglichkeit, um die Emissionen von gasförmigem Kraftstoff durch Kraftstofftanks aus Polymer zu reduzieren, ist es, eine primäre Lage einer Dampfsperre, wie zum Beispiel ein Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer (EVOH), zu verwenden. EVOH bietet und bildet eine effektive Sperrschicht, um Kraftstoff-Emissionen zu verhindern, ist einigermaßen flexibel und ist relativ preisgünstig. Ein Problem mit EVOH ist es, dass es zwar eine gewisse Flexibilität aufweist, aber für viele Anwendungen zu brüchig ist, und dass es zersetzt wird, wenn es direkt mit Flüssigkeiten in Verbindung kommt, die Alkohol oder andere Kraftstoff-Additive enthalten. Deshalb sind EVOH-Sperrschichten im Allgemeinen zwischen Lagen aus polymerischem Material angeordnet. Allerdings ist EVOH, wie die meisten der primären Sperrschicht-Materialien, nicht in der Lage, sich mit sich selbst zu verbinden, um eine durchgängige Schicht auszubilden, wenn ausgeformte Hälften des Behälters zusammen gebracht werden, um den Kraftstofftank zu bilden. Typischerweise wird, wenn die Kanten aneinander geschweißt werden, das Polyethylen von jeder Hälfte des Behälters zusammengeschweißt, um den Kraftstofftank herzustellen. Da die Schichten aus EVOH sich nicht miteinander verbinden, erlauben entsprechende Kraftstofftanks den Durchgang von Kraftstoffdampf in den Bereichen, wo das EVOH oder die primäre Schicht zur Dampfsperre nicht aufeinander trifft oder sich nicht mit sich selbst verbindet. Kraftstofftanks aus Polymer, die aus Polyethylen mit einer zentralen EVOH-Sperrschicht hergestellt sind, können deswegen bis zu 50 Milligramm Kraftstoffdampf pro Tag freisetzen.
Ein Kraftstofftank aus Polymer kann weitere zusätzliche Bereiche aufweisen, in dem Gase freigesetzt werden. Nachdem die Hülle des Kraftstofftanks ausgeformtist, können verschiedene Zusatzteile, wie zum Beispiel ein Dampf-Röhrchen, ein Füllstand-Prüf-Röhrchen, Füll-Ansätze, Zirkulations-Ansätze, oder ein Kraftstoff-Füllkragen am Kraftstofftank angebracht werden. Auch wenn der Kraftstofftank eine intakte primäre Sperrschicht hat, wird dabei diese Sperrschicht unterbrochen, wenn nämlich Löcher geschnitten werden, um diese Röhrchen, Ansätze, Kragen usw. zu befestigen. Da diese angebrachten Teile im Allgemeinen aus demselben polymerischen Material wie der Kraftstofftank geformt sind, um zu erlauben, dass sie am Kraftstofftank angeschweißt werden können, eröffnen sie eine Möglichkeit für den Durchgang von Kraftstoffdampf aus dem Tank heraus.
Auch wenn eine Sperrschicht in den befestigten Teilen hergestellt wird, zum Beispiel am Füllkragen für den Kraftstoff, ist es möglich, dass ein Durchgang von Kraftstoffdampf immer noch auftritt. Der Durchgang tritt auf, weil die primäre Sperrschicht im Kraftstofftank nicht in der Lage ist, sich mit der Sperrschicht in dem befestigten Teil zu verbinden, um eine durchgängige Sperrschicht auszubilden. Der sich daraus ergebende Weg für die Diffusion nahe an den angebrachten Teilen ist relativ kurz und erlaubt dadurch eine leichte Durchgängigkeit. Die Menge des Durchgangs ist umgekehrt proportional zur Länge des Weges für den Durchgang.
Die hier beschriebenen Probleme werden gelöst mit Hilfe der vorliegende Erfindung, nach der ein Kraftstofftank aus Polymer mit einer sekundären polymerischen Sperrschicht überzogen wird, wie zum Beispiel Polyvinyliden-Chlorid oder einem anderen Material, das in Lösungsmittel löslich ist, und das ungefähr den gleichen Widerstand gegen den Durchgang von gasförmigem Kraftstoff besitzt wie die primäre Sperrschicht.
Im Abschnürungs- Bereich des Kraftstofftanks (den Kanten der ausgeformten Hälften des Kraftstofftanks) liegen sind die Enden der oberen und unteren EVOH Schichten aufgrund der Entfernung von überschüssigem Material (flash) frei. Das Aufbringen einer sekundären Sperrschicht überbrückt die oberen und unteren Lagen von EVOH und schafft damit eine durchgängige Sperrschicht in der Abschnürungs-Region des Kraftstofftanks. Bereiche, die eine unterbrochene, nicht freigelegte primäre Sperrschicht aufweisen, können auch mit der sekundären Sperrschicht überzogen werden, um den Durchgang von Kraftstoffdampf zu reduzieren, wodurch der Weg für die Diffusion bzw. Permeation vergrößert wird. Die räumliche Entfernung von Bereichen mit einer unterbrochenen primären Sperrschicht, auf die eine sekundäre Sperrschicht aufgebracht wird, kann der gewünschten Verringerung in der Durchlässigkeit angepasst werden. Die Beschichtung kann auch auf zugefügte Teile aufgebracht werden, um die Durchlässigkeit weiter zu reduzieren. In manchen Ausführungen kann die sekundäre Sperrschicht auf die gesamte äußere Oberfläche ausgedehnt werden, einschließlich der angebrachten Zusatzteile, um die Emissionen durch Verdampfung aus dem polymerischen Kraftstofftank noch weiter zu verringern. Die vorliegende Erfindung bietet eine Technik zur Fertigung eines Kraftstofftanks aus Polymer, die leicht und mit geringen Kosten und geringem Gewicht realisierbar ist, und die Durchlässigkeit für Kraftstoffdampf und die Verdampfung des Kraftstoffs reduziert.
Der weitere Umfang und die Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung, den Patentansprüchen und der Zeichnung deutlicher. Dies ist allerdings so zu verstehen, dass die detaillierte Beschreibung und die speziellen Beispiele, obwohl sie bevorzugte Ausführungen der Erfindung beschreiben, nur als Illustration zu verstehen sind, da verschiedene Veränderungen und Modifikationen innerhalb des Geistes und Geltungsumfangs der Erfindung für Fachleute offenbar werden.
Die vorliegende Erfindung wird in größerem Detail verständlich aus der detaillierten Beschreibung, die nachfolgend gegeben wird, den nachfolgenden Patentansprüchen, und der begleitenden Zeichnung, diese zeigt in:
1 eine perspektivische Ansicht eines Kraftstofftanks entsprechend der vorliegenden Erfindung;
2 eine Schnitt-Ansicht eines typischen Randbereichs, in einer Entfernung vom Abschnürungs-Bereich des Tanks;
3 einen Schnitt durch den Abschnürungs-Bereich des Kraftstofftanks, gesehen entlang der Linie III-III in 1;
4 ein teilweiser Querschnitt des Kraftstofftanks mit einem ange schweißten Dampf-Röhrchen;
5 ein teilweiser Querschnitt des Kraftstofftanks mit einem angeschweißten Füllstands-Mess-Röhrchen; und
6 ein teilweiser Querschnitt des Kraftstofftanks mit einem angeschweißten Füllkragen.
1. Konstruktion
Eine polymerische Tank-Hülle 10 ist ganz allgemein dargestellt in 1 und enthält eine obere Hüllen-Hälfte 16 und eine untere Hüllen-Hälfte 18, die zusammen durch Flansche 20 verbunden sind. Die obere Hüllen-Hälfte 16 kann dabei einen Füllkragen oder ein Füllrohr 12, ein Dampf-Röhrchen 14, ein Füllgrenzen-Mess-Röhrchen 19 und andere daran angebrachte Teile enthalten. Die Ausbildung des Füllkragens 12, des Dampf-Röhrchens 14, und des Füllgrenzen-Mess-Röhrchen 19 kann von Anwendung zur Anwendung verschieden sein.
Wie in 2 dargestellt, sind die Hüllen-Hälften des Kraftstofftanks 10 aus einer mehrlagigen Wand 11 ausgeformt mit Lagen, die die strukturelle Festigkeit und eine Dampfsperre herstellen. Die Festigkeits-Lagen 33 und 34 können aus einer Vielzahl von geeigneten Materialien, die unter Fachleuten bekannt sind, wie zum Beispiel Polyethylen, Hochdruck-Polyethylen, Nylon, Polypropylen, Polyester, und einer Vielzahl von anderen synthetischen Materialien gefertigt sein. Gewünschte Eigenschaften des Materials der Festigkeits-Lage sind unter anderem gute Schlagfestigkeit, Widerstand gegen niedrige Temperaturen, Haltbarkeit gegen Druck und Vakuum, Widerstand gegen Bruch durch äußere Spannung, und Widerstand gegen chemische Einflüsse. In der dargestellten Ausführung sind die Festigkeits-Lagen 33 und 34 aus Polyethylen, bevorzugt Hochdruck-Polyethylen (HDPE).
Die mehrlagige Wand 11 enthält auch eine primäre Dampfsperren-Schicht 30, die aus einem Material mit einer Durchlässigkeit für Kohlenwasserstoff-Dampf aufgebaut ist, die kleiner ist als die der Festigkeits-Lagen, und bevorzugt kleiner ist als ungefähr 10 Milligramm pro mm Wandstärke pro m2 Wand und pro Tag. Die primäre Dampfsperren-Schicht 30 bietet eine Dampfsperre mit geringer Durchlässigkeit, um den Durchgang durch die Wände des Kraftstofftanks 10 zu reduzieren. In der dargestellten Ausführung ist die primäre Dampfsperren-Schicht 30 aus einem Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer (EVOH) erstellt mit einer Kohlenwasserstoff-Dampf-Durchlässigkeits-Rate von 2 Milligramm/mm/m²/Tag. Unabhängig von diesem dargestellten Beispiel werden Fachleute erkennen, dass andere Materialien ebenfalls für die primäre Dampfsperren-Lage 30 in Frage kommen, einschließlich Nylon, Polyvinyliden-Chlorid, Polyvinyliden-Fluorid, und Polymer aus Flüssigkristallen. Generelle Eigenschaften von geeigneten Materialien für die primäre Dampfsperren-Schicht 30 sind geringe Durchlässigkeit für Kraftstoff und Sauerstoff, ausreichende Flexibilität, und die Fähigkeit, sich mit anderen polymerischen Materialien mit Hilfe einer Klebeschicht zu verbinden.
In der beschriebenen Ausführung verbindet eine erste Klebe-Schicht 31 die Dampfsperren-Schicht 30 mit der inneren Festigkeits-Lage 33, während eine zweite Klebeschicht 32 die Dampfsperren-Schicht 30 mit der äußeren Festigkeits-Lage 34 verbindet. Die Klebeschichten 31 und 32 können aus jedem geeigneten Klebe-Material entsprechend dem Stand der Technik hergestellt sein, bevorzugt wird ein modifiziertes Niederdruck-Polyethylen (LDPE). Die primäre Dampfsperren-Schicht 30 ist in 2 dargestellt, wobei sie zwischen den Festigkeits-Lagen 33 und 34 angeordnet ist, aber es sollte schnell klar sein, dass eine Vielzahl von anderen Konfigurationen auch verwendet werden kann. Ein Beispiel einer solchen Konfiguration ist es, dass die primäre Dampfsperren-Schicht 30 die innere Oberfläche des Kraftstofftanks darstellt und der Kraftstofftank nur eine äußere Festigkeits-Lage enthält.
Wie in 3 zu sehen ist, formen die obere Hüllen-Hälfte 16 und die untere Hüllen-Hälfte 18 einen Abschnürungs-Bereich 26, der daraus entsteht, dass die Flansche 20 während der Herstellung des Kräftstofftanks 10 abgeschnürt oder miteinander verschmolzen werden. In dem Abschnürungs-Bereich 26 kommen die primären Dampfsperren-Schichten 30 zusammen, aber sie verbinden sich nicht. Die Dampfsperren-Schichten 30 sind im Allgemeinen voneinander getrennt durch die innere Festigkeits-Lage 33 und abgedeckt durch die äußere Festigkeits-Lage 34. Ein Verbindungsbereich 27 entsteht nach außen gerichtet von den überstehenden Enden der primären Dampfsperre-Schichten 30, wo die inneren Festigkeits-Lagen 33 miteinander verbunden sind. Die äußeren Festigkeits-Lagen 34 gehen durch den Abschnürungs-Bereich 26 und in das abgeschnittene Material, wobei sie sich niemals wieder miteinander verbinden. Wenn das überstehende Material durch einen Schneidevorgang entfernt wird, werden die inneren Festigkeits-Lagen miteinander verbunden, während die übrigen Lagen einzelne getrennte Lagen sind, die am Ende freigelegt sind und miteinander jeweils durch die Klebung der Lagen verbunden sind. Diese Konfiguration schafft einen Durchgangs-Weg für den Kraftstoffdampf im Verbindungsbereich 27. Daher können Kraftstoff-Dämpfe durch die Wände des Kraftstofftanks 10 im Abschnürungs-Bereichs 26 hindurch treten, indem sie durch die innere Festigkeits-Lage 33 und die äußere Festigkeits-Lage 34 nacheinander hindurchgehen, und zwar dort, wo die Dampfsperre-Schichten 30 keine durchgängige Dampfsperre ausbilden.
Wie weiterhin in 3 zu sehen ist, kann eine zweite Sperrschicht 40 über der äußeren Festigkeits-Lage 34 angeordnet werden, um Dampfemissionen zu verhindern oder zu verringern. Während eine Vielzahl von Materialien verwendet werden kann, die eine geeignete Verbindung herstellen können und die die Fähigkeit besitzen, die Durchlässigkeit zu verringern, besteht in der dargestellten Ausführung die sekundäre Sperrschicht 40 aus Polyvinyliden-Chlorid. Ein Beispiel eines geeigneten Polyvinyliden-Chlorids ist das Material Saran F-310 Sperrschicht-Polymer der Firma Dow Chemical. Saran F-310 ist besonders geeignet für diese Anwendung, da es haltbar, flexibel, chemisch widerstandsfähig und widerstandsfähig gegen den Durchgang von Kraftstoff-Dämpfen ist. Natürlich können auch andere Polyvinyliden-Chloride oder Materialien für die sekundäre Sperrschicht 40 verwendet werden. Allgemeine Charakteristika von geeigneten Materialien sind durch Lösungsmittel lösbare Materialien mit Durchlässigkeits-Raten, die kleiner als diejenigen der Festigkeits-Lagen 33 und 34 sind. Die sekundäre Sperrschicht 40 sollte in der Lage sein, an einer Polyethylen-Oberfläche zu haften. Eine Oberflächenbehandlung von Polyethylen, wie zum Beispiel Flammen-Behandlung, Corona-Entladung, oder Plasma-Behandlung ist brauchbar, um die Haftung zu verbessern. Die sekundäre Sperrschicht 40 muss in einem Prozess aufgebracht werden, der die Leistungsfähigkeit des Kraftstofftanks nicht verringert. Zum Beispiel kann ein Aufbring-Prozess, der hohe Temperaturen, typisch über 120 Grad Celsius, verwendet, die Festigkeits-Lagen 33 und 34 oder die Haftung der Lagen beeinträchtigen, was wiederum die Lebenserwartung verringern und die Leistungsfähigkeit des Kraftstofftanks 10 verschlechtern kann. Die sekundäre Sperrschicht 40 sollte auch gute chemische Widerstandsfähigkeit zeigen, zudem sind Flexibilität, Widerstand gegen Schädigung in den Extremwerten der Umgebungstemperatur, und physische Haltbarkeit gegenüber den Einflüssen auf der Straße, wie zum Beispiel Steinschlag oder Abrieb durch Sand, gefordert.
In der dargestellten Ausführung ist die sekundäre Sperrschicht 40 nur in Bereichen auf die äußere Oberfläche des Kraftstofftanks aufgebracht, die ungefähr um den Abschnürungs-Bereich 26 herum angeordnet sind, um die Kosten zu minimieren und trotzdem die gewünschten Durchlässigkeits-Raten zu erreichen. Da die primären Dampfsperre-Schichten 30 an den Enden der Abschnürung freigelegt sind, überbrückt die sekundäre Sperrschicht 40 die getrennten primären Sperrschichten 30 des Abschnürungs-Bereichs 26 und schafft durch die Überbrückung der getrennten primären Sperrschichten 30 eine durchgängige Sperrschicht in dem Abschnürungs-Bereich 26. Die aufgebrachte sekundäre Sperrschicht erstreckt sich auch über den Abschnürungs-Bereich 26 hinaus. Dies bietet einen zusätzlichen Nutzen, da die Sperrschicht im Abschnürungs-Bereichs 26 typischerweise dünner ist als in den anderen Bereichen des Tanks. Da der Abstand weg von dem Abschnürungs-Bereich 26, in dem die sekundäre Sperrschicht 30 aufgebracht ist, sich wieder erhöht, ist insgesamt die Durchgängigkeit verringert. Es sollte schnell verständlich sein, dass die sekundäre Sperrschicht 40 auch auf die innere Oberfläche des Kraftstofftanks 10 über der inneren Festigkeits-Schicht 33 aufgebracht werden kann.
Wie in 4 und 5 gezeigt, können zusätzliche Teile, wie zum Beispiel Dampf-Röhrchen 14 und Füllgrenzen-Mess-Röhrchen 19 am Kraftstofftank 10, befestigt werden. Die zugefügten Teile sind im Allgemeinen in Löchern positioniert, die in den Wänden des Kraftstofftanks 10 ausgebildet sind. Diese befestigten Teile sind im Allgemeinen aus demselben Material wie die inneren und äußeren Festigkeits-Lagen 33 und 34 des Tanks ausgebildet, und sie erlauben möglicherweise den Durchgang von Kraftstoff-Dämpfen. Auch wenn die Teile aus Durchlässigkeits-resistentem Material gefertigt sind, hat die primäre Dampfsperren-Schicht 30 im Allgemeinen einen Abstand von dem Röhrchen 40 oder dem Füllkragen 19. (siehe Zwischenraum 13 in den 4 und 5). Dieser Zwischenraum 13 erlaubt es, dass Kraftstoffdampf durch die äußere Festigkeits-Lage 34 und im Bereich um die Verbindung zwischen dem angebrachten Teil und der Wand des Tanks hindurch tritt. Um diesen Verlust von Kraftstoffdampf durch Leckage zu minimieren, kann die sekundäre Sperrschicht 40 über Bereichen des befestigten Teils und der äußeren strukturellen Schicht 34 des Kraftstofftanks 10, zumindest in den Bereichen, die das befestigte Teil umgeben, angebracht werden.
Wie in 6 zu sehen ist, kann ein Kraftstoff-Füllkragen 12 mit einer primären Dampfsperren-Schicht 30a an den Tank angeschweißt oder anderswie befestigt sein. Wenn der Kraftstoff-Füllkragen 12 befestigt wird, formen die primären Dampfsperren-Schichten 30 und 30a keine durchgängige Dampfsperre. Dies erlaubt es, dass Kraftstoffdampf durch die äußere Schicht 34a des Füllkragens 12 und/oder die äußere Festigkeits-Schicht 34 des Kraftstofftanks 10 hindurch tritt. In diesem Fall kann, wie man in 6 sehen kann, die sekundäre Sperrschicht 40 auf die äußere (Festigkeits-)Schicht 34a des Füllkragens 15 und die äußere strukturelle Schicht 34 des Kraftstofftanks 10 aufgebracht werden. Genauso wie in dem Abschnürungs-Bereich 26 können hier umso weniger Kraftstoff-Dämpfe aus dem Kraftstofftank 10 austreten, je größer der Abstand vom Bereich der Durchgängigkeit ist, bis zu dem die zweite Sperrsperrschicht 40 aufgebracht ist.
In diesem Fall kann, wie in den 2 bis 6 gezeigt, eine schützende Beschichtung 42 auf dem Tank 10 über der sekundären Sperrschicht 40 aufgebracht werden. Obwohl ein Kraftstofftank mit geringer Durchlässigkeit 10 auch ohne die schützende Beschichtung 42 hergestellt werden kann, bietet die schützende Beschichtung 42 eine bessere Haltbarkeit, indem sie die sekundärer Sperrschicht 40 vor Steinschlag, Steinen, Sand, chemischen Angriffen und anderen Umwelteinflüssen schützt, denen ein Kraftstofftank ausgesetzt sein kann. Ganz spezifisch hilft die schützende Beschichtung beim Schutz davor, dass die sekundäre Sperrschicht 40 punktuell beschädigt wird und verhindert damit die Erzeugung von durchlässigen Wegen. In der dargestellten Ausführung ist die schützende Beschichtung 42 aus einem Material hergestellt, das leicht aufzubringen ist mit und die notwendige Widerstandsfähigkeit besitzt. Beispiele von geeigneten Materialien sind Urethane, Acryle, Lacke und Emaille, Epoxide, Haft-Schicht-Materialien und Gummibasierte Materialien. In der dargestellten Ausführung ist die schützende Beschichtung 42 ein Urethan, im Besonderen ein zweikomponentiger Polyurethan-Lack. Ein Beispiel eines geeigneten Urethans ist Polane T PU Lack.
2. Herstellungsprozess
Der Kraftstofftank aus Polymer ist im Allgemeinen aus Folienbahnen durch Thermoformen von Material (nicht gezeigt) geformt, das unter anderem aus Polyethylen oder einem ähnlichen Material bestehen kann, und das auf eine primäre Dampfsperren-Schicht 30 laminiert ist, wie zum Beispiel EVOH. Diese Folien werden in speziellen Größen und Formen vorgefertigt, und zwar für eine obere Hüllen-Hälfte 16 und eine untere Hüllen-Hälfte 18. Konfiguration, Form und Größe dieser Hüllen-Hälften 16 und 18 variieren von Anwendung zu Anwendung. Die Hüllen-Hälften 16 und 18 werden dann verbunden, wie zum Beispiel durch Schweißen, während das Material noch schmelzflüssig ist. In der dargestellten Ausführung werden auf die Flansche 20 der oberen und unteren Hüllen-Hälften 16 und 18 Druck und Hitze angewendet, dies führt dazu, dass die Hälften miteinander verbunden werden und damit die äußere Hülle des Kraftstofftanks 10 ausbilden. Die hier beschriebene Art und Weise des Zusammenbaus eines Kraftstofftanks 10 mit einer primären Sperrschicht ist in Fachkreisen gut bekannt. In einem Blas-Form-Prozess wird der Kraftstofftank durch Extrusion eines hohlen Blasschlauchs und Schließen der Form um ihn herum hergestellt. So wie sich die Form schließt, entsprechen die gegenüberliegenden Seiten des Blasschlauchs den Hüllen-Hälften 16 und 18 im Thermoform-Prozess. Die Form schweißt die gegenüberliegenden Seiten des Blasschlauchs zusammen und schafft dieselbe Wandstruktur wie beim Tank aus dem Thermoform-Prozess.
Die vorliegende Erfindung weist das Merkmal auf, dass eine sekundäre Sperrschicht 40 hinzugefügt wird, die ungefähr bei Raum-Temperatur aufgebracht werden kann und die eine Durchlässigkeits-Rate besitzt, welche kleiner ist als diejenige der Festigkeits-Lage. Der Kraftstofftank kann vorbehandelt werden, um die Haftung der sekundären Sperrschicht 40 auf dem Kraftstofftank zu erhöhen. Die sekundäre Sperrschicht 40 wird auf die äuße re Oberfläche des Kraftstofftanks 10 aufgebracht und dann zu einem Film getrocknet. Wie oben erläutert, kann die sekundäre Sperrschicht 40 auch auf die innere Oberfläche des Kraftstofftanks 10 aufgebracht werden, ohne von der Erfindung wegzugehen.
In der dargestellten Ausführung wird das Polyvinyliden-Chlorid in Form von Pulver oder Pellets bezogen und mit einem Lösungsmittel wie Ethylacetat, Methylethyl-Keton oder ähnlichen Acetat-Keton-Lösungsmitteln angewandt. Die Polyvinyliden-Chlorid Lösung wird durch Abmessen eines geeigneten Gewichts-Prozents an Polyvinyliden-Chlorid in der fertigen Lösung hergestellt. Die Gewichtsprozente an Polyvinyliden-Chlorid reichen von einem Minimum von 1%, bevorzugt 10%, besonders bevorzugt 12,5% und noch weiter bevorzugt ungefähr 15%, bis zu einem oberen Limit von 35%, bevorzugt 29%, mehr bevorzugt 26,5%, und noch mehr bevorzugt bis 25%. Natürlich kann die Lösung aus Polyvinyliden-Chlorid auch als eine vorgefertigte Mischung gekauft werden, wobei dann keine Vorbereitung erforderlich ist. Wenn andere Materialien als Polyvinyliden-Chlorid für die sekundäre Sperrschicht 40 verwendet werden, müssen die oben genannten Lösungsmittel und Gewichts-Prozente möglicherweise verändert werden.
In der dargestellten Ausführung wird der Kraftstofftank vorbehandelt, bevor die sekundäre Sperrschicht 40 auf den Kraftstofftank aufgebracht wird, um die Haftung zwischen dem Kraftstofftank 10 und der sekundären Sperrschicht zu verbessern. Die Oberflächenbehandlung verändert die Oberfläche des Kraftstofftanks 10 in eine haftfähige Unterlage. Typischerweise ist es nicht leicht möglich, auf herkömmlichen Polymer-Materialien, wie zum Beispiel Polyolefin-Materialien und Polyethylen, leicht eine Haftung zu erzeugen, eine Versiegelung zu erreichen oder zu Drucken, ohne zuvor eine Oberflächen-Vorbehandlung durchzuführen. Methoden der Vorbehandlung sind unter Fachleuten gut bekannt und sind zum Beispiel mechanisches Anschleifen, Flammen-Behandlung, Lichtbogen-Plasma-Behandlung, Plasma- Behandlung, Corona-Entladungs-Behandlung oder andere Methoden der Vorbehandlung, von denen man weiß, dass sie die Haftung verbessern, indem sie die notwendige bindungsfähige Oberfläche herstellen. Außer für die Technik des mechanischen Abschleifens erzeugen alle der oben genannten Vorbehandlungs-Prozesse eine chemische Veränderung in der Oberflächenstruktur, die die Oberflächen-Energie erhöht und dadurch eine leichtere Haftung von Materialien auf der Oberfläche ermöglicht. Die Behandlung kann lokal auf den Bereich, der überzogen werden soll, beschränkt sein, oder den ganzen Tank umfassen. Dabei sollte es klar verstanden werden, dass Tanks auch ohne Vorbehandlung mit der sekundären Sperrschicht 40 versehen werden können.
Die sekundäre Sperrschicht 40 kann auf den Kraftstofftank 10 in einer Anzahl verschiedener Verfahren aufgebracht werden, von denen beispielhaft genannt werden: erstens ein Tauchen des Kraftstofftanks 10 in einen Tank mit Polyvinyliden-Chlorid; zweitens Aufsprühen der sekundären Sperrschicht 40 auf den Kraftstofftank 10; und drittens Streichen und/oder Rollen der sekundären Sperrschicht 40 auf den Kraftstofftank 10. Natürlich ist es einsichtig, dass auch andere Methoden verwendet werden können, um die sekundäre Sperrschicht 40 aufzubringen, ohne den Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen. In der beschriebenen Ausführung wird die sekundäre Sperrschicht 40 aus Polyvinyliden-Chlorid bei einer Temperatur aufgebracht, die sich zwischen einem unteren Limit von 15 Grad Celsius, bevorzugt 18 Grad Celsius und noch bevorzugter 21 Grad Celsius und einem oberen Limit von 40 Grad Celsius, bevorzugt 33 Grad Celsius und noch mehr bevorzugt von 30 Grad Celsius und noch weiter bevorzugt von 27 Grad Celsius bewegt. Natürlich können die Temperaturen für das Aufbringen von anderen Materialien als Polyvinyliden-Chlorid hiervon abweichen.
Bei der Eintauch- Methode wird der Kraftstofftank 10 in eine flüssige Lösung des Materials für die sekundäre Sperrschicht eingetaucht. Beim Eintauchen des Kraftstofftanks 10 kann der Kraftstofftank 10 vollständig untergetaucht werden, um die gesamte Oberfläche zu überziehen, oder der Kraftstofftank 10 kann teilweise eingetaucht werden, um den Überzug auf die Fläche zu beschränken, die die sekundäre Sperrschicht benötigt. Für eine lokalisierte Abdeckung kann der Tank mehrfach eingetaucht werden, um die Bereiche zu überziehen, die wegen der Form des Kraftstofftanks 10 die Aufbringung benötigen. Natürlich ist es klar, dass der Tank auch teilweise eingetaucht werden kann und dann rotiert, um die gleichen Ergebnisse zu erzielen.
Bei der Methode des Aufrollens oder Bestreichens wird ein Gegenstand, der mit der Flüssigkeit der sekundären Sperrschicht 40 getränkt ist, aufgerollt auf oder über die Oberfläche des Kraftstofftanks übergestrichen, wobei die gewünschten Bereiche überzogen werden. Der Überzug kann auf lokalisierten Bereichen erfolgen, die eine sekundäre Sperrschicht 40 benötigen, oder auf den gesamten Tank 10 aufgebracht werden. Ein Farbroller, eine Farb-Bürste, oder eine Vielzahl von anderen Einrichtungen können verwendet werden, um die sekundäre Sperrschicht aufzubürsten oder aufzurollen.
In der beschriebenen Ausführung wird die zweite Sperrschicht 40 auf die Oberfläche des Kraftstofftanks 10 aufgesprüht. Eine Vielzahl von Sprüh-Technikern ähnlich den Sprüh-Techniken, die zum Auftragen von Farben oder Lacken auf eine Oberfläche verwendet werden, ist möglich, um die sekundäre Sperrschicht 40 auf den Kraftstofftank 10 aufzubringen. In dem Prozess der bevorzugten Ausführung wird die sekundäre Sperrschicht 40 auf den Kraftstofftank aufgesprüht mit Hilfe einer hochvolumigen Niederdruck(HVLP) Sprüh-Kanone, wie zum Beispiel dem Mach 1 HVLP Sprühpistolen-System der Firma BINKS mit einem Flüssigkeitsdruck innerhalb eines Bereichs mit dem unteren Limit von etwa 3450 N/m² (0,5 psi), bevorzugt etwa 13790 N/m² (2 psi), noch bevorzugter etwa 24130 N/m² (3,5 psi) und noch weiter bevorzugt etwa 34470 N/m² (5 psi) bis zu einem oberen Limit von etwa 276 000 N/m2 (40 psi), bevorzugt etwa 206 820 N/m² (30 psi) noch weiter bevorzugt etwa 193 030 N/m² (28 psi) und noch weiter bevorzugt etwa 172 350 N/m² (25 psi) und einem Luftdruck im Bereich des unteren Grenzwerts von etwa 34500 N/m² (5 psi), bevorzugt etwa 69 000 N/m² (10 psi), weiter bevorzugt von etwa 117 200 N/m² (17 psi) und noch weiter bevorzugt von etwa 137 880 N/m² (20 psi) und einem oberen Grenzwert von etwa 413 640 N/m² (60 psi), bevorzugt etwa 344 700 N/m² (50 psi), noch weiter bevorzugt etwa 303 340 N/m2 (44 psi) und noch mehr bevorzugt etwa 275 760 N/m² (40 psi). Natürlich ändern sich der Flüssigkeitsdruck und der Luftdruck in Abhängigkeit vom Typ des Sprüh-Systems, vom Typ der Sprüh-Kanone, dem Material, das als die sekundäre Sperrschicht 40 verwendet wird, und den Gewichts-Prozenten der sekundären Sperrschicht 40 im Lösungsmittel. Die sekundäre Sperrschicht 40 kann auch mit Hilfe von automatisierten Sprüh-Vorrichtungen aufgebracht werden.
Nachdem der Kraftstofftank 10 gesprüht, getaucht oder gerollt bzw. gestrichen ist, wird der Kraftstofftank 10 durch einen Ofen gefahren, um die sekundäre Sperrschicht auszuhärten, wobei das Lösungsmittel verdunstet, und dadurch ein Film verbleibt. Der Ofen und wird bei Temperaturen innerhalb des normalen Betriebsbereichs des Kraftstofftanks 10 gefahren, um jede Beeinträchtigung der Qualität des Kraftstofftanks zu verhindern. Der Ofen wird generell in einem Temperaturbereich mit einem unteren Grenzwert von 82°C und einem oberen Grenzwert von 121 Grad Celsius betrieben, bevorzugt bei 105 Grad Celsius, mehr bevorzugt bei 97 Grad Celsius, und noch mehr bevorzugt bei 94 Grad Celsius. Die Kraftstofftanks 10 sollten im Ofen verbleiben, bis das Lösungsmittel völlig entfernt ist. Die Zeit des Aushärtens kann variieren, und ist abhängig von der Temperatur des Ofens. Es sollte klar sein, dass die Zeit im Ofen in dem Maße variiert, wie die Temperatur variiert, und dass die Zeit im Ofen und die Temperatur abhängig von dem Typ des Ofens ist, der verwendet wird. Es sollte auch verstanden werden, dass einige sekundäre Sperrschichten 40 bei Raum-Temperatur aushärten können.
Die schützende Beschichtung 42 kann auf die sekundäre Sperrschicht 40 aufgebracht werden. Die schützende Beschichtung 42 kann mit Hilfe von Techniken aufgebracht werden, die ähnlich sind denen, die bei der sekundären Sperrschicht 40 angewendet werden, und in der beschriebenen Ausführung ist die schützende Beschichtung über der sekundären Sperrschicht 40 durch Besprühen aufgebracht. Die schützende Beschichtung 42 kann aufgebracht werden, bevor oder nachdem die sekundärer Sperrschicht 40 getrocknet ist. Wenn sie aufgebracht wird, nachdem die sekundäre Sperrschicht getrocknet ist, kann die schützende Beschichtung auch im Ofen getrocknet werden, wobei die Temperaturen im Ofen und die Prozesse ungefähr die gleichen sind wie für die sekundäre Sperrschicht 40. Die Zeit im Ofen und die Temperaturen sind ungefähr die gleichen wie die, die zum Aushärten der sekundären Sperrschicht 40 verwendet werden. Natürlich können die Zeiten und Temperaturen des Ofens abhängig vom verwendeten Material für die schützende Beschichtung 42 auch variieren. Es sollte auch wahrgenommen werden, dass die schützende Beschichtung 42 auch bei Raum-Temperatur aushärten kann, ohne Notwendigkeit eines Ofens.
Die vorangehenden Ausführungen beschreiben ein exemplarisches Beispiel der vorliegenden Erfindung. Fachleute werden aus dieser Diskussion und auf Grund der begleitenden Zeichnung und Patentansprüchen schnell feststellen, dass verschiedene Veränderungen, Modifikationen und Variationen möglich sind, ohne vom wahren Geist und vom Geltungsbereich der Erfindung abzugehen.

Claims

Ein Kraftstofftank, der aus Polymer hergestellt ist, weist auf: eine mehrschichtige Wand (11) mit einer primären Sperrschicht (30, 30a) und mindestens einer Festigkeits-Lage (33, 34); und eine polymerische sekundäre Sperrschicht (40), die auf die mehrschichtige Wand (11) aufgebracht ist, wobei die primäre Sperrschicht (30, 30a) und die sekundäre Sperrschicht (40) jeweils eine Durchlässigkeit für gasförmigen Kraftstoff aufweisen, die geringer ist als diejenige der Festigkeits-Lage (33, 34), und wobei die sekundäre Sperrschicht (40) in einem Lösungsmittel löslich ist.
Der Kraftstofftank aus Polymer entsprechend Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die primäre Sperrschicht (30, 30a) eine Durchlässigkeit für Kohlenwasserstoff-Dampf besitzt, die geringer ist als 10 mg pro mm Wandstärke pro m2 pro Tag.
Der Kraftstofftank aus Polymer nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die sekundäre Sperrschicht (40) aus Polyvinyliden-Chlorid besteht.
Der Kraftstofftank aus Polymer nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyvinyliden-Chlorid das Material Dow F-310 Saran oder ein vergleichbares Material ist.
Der Kraftstofftank aus Polymer nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass er außerdem eine schützende Beschichtung (42) aufweist, die auf die äußere Oberfläche der sekundären Sperrschicht (40) aufgebracht ist.
Der Kraftstofftank aus Polymer nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die schützende Beschichtung (42) eine Schutzschicht gegen chemische Einwirkungen und gegen Umwelt-Einflüsse darstellt, und dass die schützende Beschichtung (42) die sekundäre Sperrschicht (40) schützt.
Der Kraftstofftank aus Polymer nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die schützende Beschichtung (42) aus Urethan besteht.
Der Kraftstofftank aus Polymer nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Urethan ein Zweikomponenten-Polyurethan-Lack ist.