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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich im Allgemeinen auf eine geringdurchlässige Dichtung zur Verminderung
des Austritts (der Permeation) von Kohlenwasserstoffen aus einem
Behälter
oder Tank.
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Flüssigkeitstanks sind in verschiedenen
Industrien gebräuchlich.
Kraftstofftanks für
Motorkraftfahrzeuge sind zum Beispiel seit vielen Jahren in Verwendung.
Viele der derzeit in Motorkraftfahrzeugen installierten Kraftstofftanks
sind aus verschiedenen Werkstoffen hergestellt, durch die Kraftstoffmoleküle hindurchdringen.
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Hersteller von Kraftstofftanks standen
vor der Aufgabe, das Entweichen, das Durchsickern und das Austreten
(die Permeation) von Kohlenwasserstoffen aus den Kraftstofftanks
in die Atmosphäre
zu reduzieren. Die Grenzfläche
zwischen Kraftstofftankwand und Kraftstoffeinlassmodulabdeckung
ist ein Punkt der Kohlenwasserstofffreisetzung, an dessen Verbesserung
bzw. Verminderung viele Kraftstofftankhersteller arbeiten. Ein Problem,
der Kraftstofftankhersteller betrifft die Tatsache, dass Kohlenwasserstoffkraftstoffmoleküle (die
Kohlenwasserstoffe des Kraftstoffs) oder Teilchen durch das Dich tungsmaterial
diffundieren. Während
Kohlenwasserstoffmoleküle
durch das Dichtungsmaterial diffundieren oder absorbiert werden,
dehnt sich ein Teil des Dichtungsmaterials infolge der Absorption
der Kohlenwasserstoffmoleküle
aus, bis die Kohlenwasserstoffmoleküle durch das Material diffundieren
(s. Anmerkungen). In einigen Fällen
führt dieses
zum Materialbruch.
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Ein weiteres Problem, der Kraftstofftankhersteller
betrifft Kohlenwasserstoff„Mikro-Lecks",
wobei Kohlenwasserstoffmoleküle
zwischen den Grenzflächen
der Dichtung, des Kraftstofftanks und der Kraftstoffeinlassmodulabdeckung
entweichen und austreten. Viele Dichtungen sind wenigstens teilweise
aus einem wenig durchlässigen
Material hergestellt, das relativ starr und kurzlebig ist. Üblicherweise
steht die Eigenschaft einer geringen Durchlässigkeit im umgekehrten Verhältnis zur
Dichtfähigkeit
eines Materials. Wird daher die Eigenschaft der geringen Durchlässigkeit
eines Materials erhöht,
wird das Material typischer Weise rigider und lässt mehr „Mikro-Lecks" zwischen den
Grenzflächen
zu. Bei vielen Situationen gestattet ein mit der Tankwandfläche verbundenes
Material mit geringer Durchlässigkeit
eine beträchtliche
Anzahl an Kohlenwasserstoff-„Mikro-Lecks"
zwischen beiden.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung
besteht darin, Materialien mit geringer Durchlässigkeit in Dichtungen zu implementieren,
um die Diffusion von Kohlenwasserstoffen durch die Dichtung zu reduzieren,
und dennoch die Haltbarkeit der Dichtung zu erhalten, um Kohlenwasserstoff-„Mikro-Lecks" zwischen
den Oberflächen
eines Behälters,
dem Material und der Dichtungsbaugruppe zu vermindern.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine
Dichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Die vorliegende Erfindung bietet
eine verbesserte geringdurchlässige
Dichtung zur Verminderung des Austritts von Kohlenwasserstoffen
aus einem Behälter.
Die geringdurchlässige
Dichtung ist so konstruiert, dass sowohl die Diffusion von Kohlenwasserstoffen
durch das Dichtungsmaterial als auch die „Mikro-Lecks" zwischen den
Grenzflächen
der Dichtung, der Kraftstofftankwand und einem Dichtungssatz reduziert
wird. Dieses wird durch die Konstruktion einer geringdurchlässige Dichtung
erreicht, die sowohl ein Material mit geringer Durchlässigkeit zur
Verminderung der Bewegung der Kohlenwasserstoffe durch das Dichtungsmaterial
als auch ein elastisches, haltbares Material zur Unterstützung der
Verminderung von „Mikro-Lecks"
besitzt.
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Die geringdurchlässige Dichtung besitzt einen
Langkörper
mit Kontaktfläche
und eine Diffusionssperrschicht die entlang der Kontaktfläche des elastischen
Langkörper
angebracht ist. Die Diffusionssperrschicht besitzt voneinander entfernt
angeordnete gegenüberliegende
Kanten, die einen Schlitz definieren. Die Diffusionssperrschicht
bedeckt partiell den Langkörper,
um dem Langkörper
eine Ausdehnung durch den Schlitz im Falle des Eindiffundierens von
Kohlenwasserstoffmolekülen
zu gestatten. Der elastische Langkörper gibt der Diffusionssperrschicht haltbare,
elastische Eigenschaften (Durabilität und Elastizität), die
der Diffusionssperrschicht eine Komprimierung bei radialen, nach
Innen gerichteten Kräften
erlauben. Die Diffusionssperrschicht besitzt eine Außenseite,
die ausgelegt ist, mit den Kohlenwasserstoffanteilen aus dem Behälter in
Kontakt zu treten, um den Austritt von Kohlenwasserstoffen aus demselben
zu reduzieren.
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Weitere Aspekte, Charakteristika
und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden bei Berücksichtigung
der folgenden Beschreibung und der anhängenden Ansprüche, in
Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen ersichtlich werden.
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Es zeigen:
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1:
eine Seitenansicht eines Dichtungssatzes mit einer Dichtung zur
Reduzierung des Austritts von Kohlenwasserstoffen aus einem Behälter in Übereinstimmung
mit einer Ausführung
der vorliegenden Erfindung;
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2:
eine Aufsicht der geringdurchlässigen Dichtung
des Dichtungssatzes aus 1;
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3:
einen Querschnitt der geringdurchlässigen Dichtung entlang der
Linie 3-3 in 2;
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4:
eine Seitenansicht einer geringdurchlässigen Dichtung für einen
weiteren Dichtungssatz zur Reduzierung des Austritts von Kohlenwasserstoffen
aus einem Behälter
in Übereinstimmung
mit einer weiteren Ausführung
der vorliegenden Erfindung;
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5:
einen Querschnitt der geringdurchlässigen Dichtung des Dichtungssatzes
aus 4;
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6:
einen Querschnitt einer weiteren geringdurchlässigen Dichtung in Übereinstimmung
mit einer weiteren Ausführung
der vorliegenden Erfindung.
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1 illustriert
einen Dichtungssatz 10 mit einer geringdurchlässigen Dichtung 12 zur
Reduzierung des Austritts von Kohlenwasserstoffen aus einem Behälter oder
Tank 13 in Übereinstimmung
mit einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Die Dichtung 12 ist, wie dargestellt,
zwischen der Tankwand 14 des Tanks 13 und der
Kraftstoffeinlassmodulabdeckung 16 angeordnet, um den Austritt von
gasförmigen
Kohlenwasserstoffteilchen oder Molekülen 24 aus dem Tank 13 zu
vermindern. Bei diesem Ausführungsbeispiel
wird ein Verschlussring 18 über der Kraftstoffeinlass modulabdeckung 16 angeordnet,
um einem eingelassenen Ring 20 zu ermöglichen, mit dem Verschlussring 18 und
der Tankwand 14, wie nach dem Stand der Technik bekannt, zu
kooperieren, wodurch die geringdurchlässige Dichtung 12 zwischen
diesen gesichert wird. Die geringdurchlässige Dichtung 12 vermindert
die Permeation von Kohlenwasserstoffteilchen 24 zum Austritt aus
dem Tank 13 durch Verminderung der Kohlenwasserstoffdiffusion
durch den Dichtungssatz 10 und Verringerung der „Mikro-Lecks"
zwischen den Grenzflächen
der Dichtung 12, des Tanks 13 und der Kraftstoffeinlassmodulabdeckung 16.
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In dieser Ausführung ist eine Seite des eingelassenen
Rings 20 durch Schmelzen in die Tankwand 14 des
Tanks 13 eingelassen, wie es auch aus dem Stand der Technik
bekannt ist. Die andere Seite des eingelassenen Rings 20 kooperiert
mit dem Verschlussring 18 um zu erreichen, dass ein Radialmoments
eine Drucklast auf der Dichtung 12 aufbringt. Selbstverständlich kann
jedes andere geeignete Verfahren zur Anordnung der Kraftstoffeinlassmodulabdeckung 16 an
der Tankwand 14 und Ausübung
der Drucklast auf die Dichtung 12 angewandt werden, ohne
den Anwendungsbereich und die Idee der vorliegenden Erfindung zu
verlassen.
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In dieser Ausführung ist die geringdurchlässige Dichtung 12 kreisförmig geformt
und geht konform mit einem Durchmesser des Tanks 13, auf
dem sie angeordnet wird. Es ist als selbstverständlich anzusehen, dass die
geringdurchlässige
Dichtung 12 jede andere geeignete Form, Größe und Durchmesser,
basierend auf der strukturellen Konfiguration des Behälters oder
Tanks 13, auf dem sie angeordnet wird, aufweisen kann.
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Wie in den 2 und 3 dargestellt,
beinhaltet die geringdurchlässige
Dichtung 12 einen elastischen Langkörper 30 mit einem
ersten Bereich 32 und einem zweiten oder äußeren Bereich 34,
der sich integral radial vom ersten Bereich 32 erstreckt.
Der erste Bereich 32 umfasst, wie dargestellt, eine Kontaktfläche 36,
an der eine Diffusionssperrschicht 38 befestigt ist. Es
ist festzuhalten, dass der äußere Bereich 34 eine
optionale Konstruktion als zusätzlicher Wulst
zur Eindämmung
und zum Abschluss ist.
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3 stellt
die Diffusionssperrschicht 38 mit einer Außenseite 40 und
einer Innenseite 42 dar, die der Kontaktfläche 36 des
Langkörpers 30 anhaften. Die
Diffusionssperrschicht 38 schließt weiterhin eine erste Kante 44 und
eine gegenüberliegende
zweite Kante 46 ein, die in einem Abstand zur ersten Kante 44 angeordnet
ist, um einen Schlitz 48 zu definieren. Die Diffusionssperrschicht 38 überdeckt
mindestens etwa 50% der Kontaktfläche 36 und vorzugsweise zwischen
ungefähr
75%–88%
der Kontaktfläche 36. Die
Diffusionssperrschicht 38 bedeckt, wie dargestellt, partiell
den Langkörper 30 an
der Kontaktfläche 36,
um dem Langkörper 30 eine
Ausdehnung durch den Schlitz 48 während seines normalen Betriebes zu
ermöglichen.
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Der elastische Langkörper 30 kann
aus jedem geeignetem Elastomer, wie z.B. Kautschuk bestehen. Die
Diffusionssperrschicht 38 kann aus jedem geeigneten kohlenwasserstoffundurchlässigen polymeren
oder elastomeren Werkstoff (mit Kohlenwasserstoff-Barriere-Eigenschaften)
hergestellt sein. Diese können
Ethylen/Vinylalkohol (EVOH), Polyvinylidenfluorid (PVDF), Ethylen/Tetrafluorethylen
Copolymer (ETFE) einem Copolymer mit 60%–70% Gew. eines Fluorelastomers
und 60%–70%
Gew. eines Fluorkohlenwasserstoffs.
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Da die Diffusionssperrschicht 38 den
Langkörper 30 partiell
bedeckt oder umschließt,
gestattet die Bildung des Schlitzes 48 der Diffusionssperrschicht 38 nach
außen
gebogen zu sein. Weiterhin bietet die Elastizität des Langkörpers 30 eine Strukturunterstützung, Haltbarkeit
und elastische Eigenschaften für
die Diffusionssperrschicht 38 gegen radial nach innen gerichtete äußere Kräfte. Der
Langkörper 30 bietet
daher der Diffusionssperrschicht 38 Flexibilität und Kompressibilität gegen
radial nach innen gerichtete Kräf te.
Dieses dient der Verminderung von „Mikro-Lecks" zwischen den
Grenzflächen
der Diffusionssperrschicht 38, der Tankwand 14 und
der Kraftstoffeinlassmodulabdeckung 16. Die Außenseite 40 oder
die zweite Sperrschicht der Diffusionssperrschicht 38 ist
auf den Kontakt mit Kohlenwasserstoffen aus dem Tank 13 ausgelegt,
um den Austritt von Kohlenwasserstoffteilchen 24 aus diesem
zu verhindern.
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4 stellt
einen weiteren Dichtungssatz 110 mit Bauteilen ähnlich den
Bauteilen des oben beschriebenen Dichtungssatzes 10 dar.
Tankwand 14, Kraftstoffeinlassmodulabdeckung 16,
Verschlussring 18 und eingelassener Ring 20 des
Dichtungssatzes 10 entsprechen so z.B. Tankwand 114,
Kraftstoffeinlassmodulabdeckung 116, Klemmring 118 und
eingelassenem Ring 120 des Dichtungssatzes 110.
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Wie in den 4 und 5 dargestellt,
beinhaltet der Dichtungssatz 110 eine geringdurchlässige Dichtung 112 in Übereinstimmung
mit einem weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Die Dichtung 112 schließt einen
Langkörper 130 mit einem
ersten Bereich 132 und einem zweiten oder äußeren Bereich 134 der
sich integral radial vom ersten Bereich 132 erstreckt,
ein. Der erste Bereich 132 umfasst eine Kontaktfläche 136,
an der eine Diffusionssperrschicht 138 befestigt ist.
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Die Diffusionssperrschicht 138 beinhaltet eine
Außenseite 140 und
eine Innenseite 142, die zum Teil den Langkörper 130 bedecken.
Die Diffusionssperrschicht 138 schließt weiterhin eine gegenüberliegende
erste Kante 144 und zweite Kante 146 ein, die
in einem Abstand angeordnet sind, um einen Schlitz 148 zu
definieren. Die Diffusionssperrschicht 138 bedeckt teilweise
den Langkörper 130,
um dem Langkörper 130 eine
Ausdehnung durch den Schlitz 148 im Falle des Eindiffundierens
von Kohlenwasserstoffmolekülen 124 zu
gestatten. Die Diffusionssperrschicht 138 überdeckt
mindestens etwa 50% der Kontaktfläche 136 und vorzugsweise
zwischen ungefähr
75%–88% der
Kontaktfläche 136.
Die Außenseite 140 der
Diffusionssperrschicht 138 ist auf den Kontakt mit Kohlenwasserstoffen
aus dem Tank 113 ausgelegt, um den Austritt von Kohlenwasserstoffteilchen 24 aus
diesem zu verhindern.
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Wie in 5 dargestellt
besitzt die Dichtung 112 weiterhin eine Anzahl von Diffusionssperrschichtbereichen 160,
befestigt an der Außenseite 140 der
Diffusionssperrschicht 138. In diesem Ausführungsbeispiel
besteht jeder der Diffusionssperrschichtbereiche 160 aus
geringdurchlässigem
Material, eingeschlossen EVOH, PVDV, ETFE, einem Copolymer mit 60%–70% Gew.
eines Fluorelastomers und 60%–70%
Gew. eines Fluorkohlenwasserstoffs. Es ist als selbstverständlich anzusehen,
dass andere geeignete Materialien implementiert werden können. Beim
Betrieb sind die Diffusionssperrschichtbereiche 160 ausgelegt,
mit den Grenzflächen
der Tankwand 114 und der Kraftstoffeinlassmodulabdeckung 116 zu interagieren,
um, wie auch in 4 gezeigt,
Kohlenwasserstoff-„Mikro-Lecks"
zwischen diesen noch weiter zu reduzieren.
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Wie in 6 dargestellt,
kann die geringdurchlässige
Dichtung 112 in einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung eine zweite Sperrschicht 262 anstatt einer Anzahl
von Diffusionssperrschichtbereichen 160 beinhalten, die
aus demselben Material wie die oben beschriebene Anzahl von Diffusionssperrschichtbereichen 160 hergestellt ist.
Die zweite Sperrschicht 262 kann, wie in 6 gezeigt, eine durchgehende, an der
Außenseite 240 der
Diffusionssperrschicht 238 befestigte Schicht sein.
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Die Diffusionssperrschicht 38, 138, 238 kann umfangend
bezogen auf den Querschnitt der Kontaktfläche 36, 136, 236 des
Langkörper 30, 130, 230 in
einem bestimmten Winkelbereich oder Prozent (prozentualer Überdeckung)
auf der Kontaktfläche (wie
oben beschrieben) angeordnet sein. Alternativ kann der Bereich größer oder
gleich 210° sein
oder zwischen 190°–340° und vorzugsweise
zwischen 275°–315° über den
ersten Bereich 32, 132, 232 des Langkörper 30, 130, 230 betragen.
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Im Betrieb vermindert die Diffusionssperrschicht 38, 138, 238 die
Diffusion von Kohlenwasserstoffen durch die Dichtung 12, 112 und
vermindert Kohlenwasserstoff-„Mikro-Lecks"
zwischen der Tankwand 14, 114 und der Kraftstoffeinlassmodulabdeckung 16, 116.
Bezüglich
der Diffusion von Kohlenwasserstoffen durch die Dichtung 12, 112 vermindert die
Diffusionssperrschicht 38, 138, 238 die
Diffusion von Kohlenwasserstoffen aus dem Tank durch die Konfiguration
des Langkörper 30, 130, 230 als
Sperrschicht für
Kohlenwasserstoffmoleküle 24, 124 die diesen
durchdringen. Während
die Kohlenwasserstoffmoleküle 24, 124 durch
die Dichtung 12, 112 hindurchdringen, dehnt sich
der Langkörper 30, 130, 230 aus.
Der Schlitz 48, 148, 248 gestattet dem Langkörper 30, 130,
230, sich auszudehnen, womit das unerwünschte Brechen der Diffusionssperrschicht 238,
deren Materialen eine geringere Dehnfähigkeit besitzen, vermieden
wird.
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Die Kohlenwasserstoff-„Mikro-Lecks"
betreffend, definiert die Konfiguration der Diffusionssperrschicht 38, 138, 238,
die den Langkörper 30, 130, 230 partiell überdeckt,
eine radial nach außen
gerichtete Vorspannung der Diffusionssperrschicht 30, 138, 238.
Daher bietet der Langkörper 30, 130,230 nicht nur
eine strukturelle Unterstützung
der Diffusionssperrschicht 38, 138, 238,
sondern auch beständige, flexible
und elastische Eigenschaften für
die Dichtung 12, 112 bezogen auf kompressive und
radial nach innen auf diese einwirkende Kräfte. Daher kann die geringdurchlässige Dichtung 12, 112 während des
Betriebes eine Kompression der Diffusionssperrschicht 38, 138, 238 ohne
einen unerwünschten Bruch
derselben erfahren. Als Ergebnis hieraus sind die Kohlenwasserstoff-„Mikro-Lecks"
vermindert.
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Die Diffusionssperrschicht 38, 138, 238 in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung kann durch jedes geeignete Verfahren
hergestellt sein, eingeschlossen Spritzguss, Pressformung und Fließpressen
von Polymeren. Ein Verfahren zum Beispiel zur Herstellung einer
geringdurchlässigen
Dich schicht 38, 138 partiell auf die Kontaktfläche 36, 136, 236 des
Langkörper 30, 130.
Die Diffusionssperrschicht 38, 138 wird partiell
auf die Kontaktfläche 36, 136, 236 fließgepreßt (extrudiert),
so dass die Diffusionssperrschicht 38, 138 partiell
die Kontaktfläche 36, 136, 236 des
Langkörper 30, 130 bedeckt.
Dieses gestattet dem Langkörper 30, 130,
sich durch den Schlitz 48, 148 hindurch auszudehnen,
der durch die Kanten der Diffusionssperrschicht 38, 138 zur
Ausdehnung des Langkörper 30, 130 definiert
wird. Das Verfahren beinhaltet weiterhin die Abkühlung des Langkörper 30, 130 und
der Diffusionssperrschicht 38, 138, um die geringdurchlässige Dichtung 12, 112 zu
definieren bzw. zu bilden. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel,
bei dem die geringdurchlässige Dichtung 12, 112 einen
Diffusionssperrschichtbereich 160 umfasst, beinhaltet das
Verfahren weiterhin das Extrudieren eines Diffusionssperrschichtbereichs 160 mit
der Diffusionssperrschicht 38, 138 zur Befestigung
an derselben.
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Wie dem Fachmann aus der vorangehenden ausführlichen
Beschreibung, den Figuren und den Ansprüchen ersichtlich ist, können Modifikationen und Änderungen
an den bevorzugten Ausführungen der
Erfindung vorgenommen werden, ohne den Schutzbereich der Erfindung,
beschrieben in den folgenden Ansprüchen, zu verlassen.