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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schlauchleitung für ein Fluid.
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Im Stand der Technik sind beispielweise Schlauchleitungen zur Leitung von Kraftstoffen in Fahrzeugen bekannt. Diese weisen eine Trägerschicht auf, um eine erforderliche mechanische Festigkeit z. B. gegen Zugbeanspruchungen oder Kraftstoffdruck zu erzielen und um die Schlauchleitung vor äußeren mechanischen Beschädigungen zu schützen. Sie weisen ferner häufig neben der Trägerschicht eine Sperrschicht auf, um zu verhindern, dass Kraftstoff durch die Wandung der Schlauchleitung hindurchdiffundieren kann, soweit die Trägerschicht selbst eine Diffusion nicht hinreichend verhindert.
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Gesetzliche Anforderungen, beispielsweise die amerikanischen PZEV- oder SULEV- Anforderungen, fordern von den Bauteilen eines Kraftfahrzeuges, und damit insbesondere auch von den Schlauchleitungen zur Leitung von Kraftstoffen, einen wirksamen Schutz gegen Diffusion von Kraftstoffen in die Umwelt.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schlauchleitung bereitzustellen, die einen verbesserten Schutz gegen Diffusion eines die Schlauchleitung durchströmenden Fluids ermöglicht, ohne die mechanischen oder dynamischen Eigenschaften der Schlauchleitung zu verschlechtern.
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Diese Aufgabe wird durch eine Schlauchleitung mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Figuren, der Beschreibung und der abhängigen Ansprüche.
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Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe durch eine Schlauchleitung für ein Fluid mit einer Trägerschicht, einer ersten Sperrschicht, insbesondere aus einem ersten Material, die ausgebildet ist, Diffusion des Fluids durch die Wandung der Schlauchleitung zu verhindern, und einer zweiten Sperrschicht, insbesondere aus einem zweiten Material, wobei die erste Sperrschicht auf der Innenseite des Schlauches angeordnet ist und die zweite Sperrschicht zwischen der ersten Sperrschicht und der Trägerschicht angeordnet ist, gelöst. Die Sperrschichten sind dabei so ausgebildet, dass sie die Diffusion eines Fluids durch die Wandung der Schlauchleitung wirksam verhindern können, d.h. ihre Durchlässigkeit für das in der Schlauchleitung transportierte Fluid ist sehr gering. Die Trägerschicht bewirkt hingegen vorrangig mechanische Stabilität der Schlauchleitung, beispielsweise gegen Druck- oder Zugbelastung sowie gegen äußere mechanische Einwirkungen, die zu einer Beschädigung der Schlauchleitung führen können. Hingegen kann die Trägerschicht eine höhere Durchlässigkeit für das Fluid aufweisen als die Sperrschichten.
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Die Trägerschicht ist bei der erfindungsgemäßen Ausführung auf der Außenseite, d.h. der der Umgebung zugewandten Seite der Schlauchleitung angeordnet, während auf der Innenseite der Schlauchleitung, d.h. der dem transportierten Fluid zugewandten Seite, eine der Sperrschichten angeordnet ist. Dadurch wird verhindert, dass das Fluid durch die Wandung der Schlauchleitung hindurchdiffundiert und in die Trägerschicht gelangen kann, was zu einer Zerstörung oder einer Herabsetzung der mechanischen Festigkeit der Trägerschicht führen kann. Durch diese Anordnung kann für die Trägerschicht ein Material gewählt werden, das zwar die gewünschten mechanischen Eigenschaften aufweist, aber nicht notwendigerweise beständig gegen das in der Schlauchleitung transportierte Fluid ist. Da die Trägerschicht die erforderlichen mechanischen Eigenschaften gewährleistet, können die Sperrschichten weitgehend oder ausschließlich auf den Schutz gegen Diffusion optimiert sein, können jedoch sehr dünn ausgebildet werden und müssen nur geringe mechanische Festigkeit aufweisen.
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Durch die Anordnung zweier Sperrschichten benachbart zueinander kann ein optimaler Schutz gegen Diffusion erzielt werden. Dies ist insbesondere dann möglich, wenn die beiden Sperrschichten aus unterschiedlichen Materialien ausgebildet werden. Dann können beispielsweise die beiden Sperrschichten jeweils auch im Hinblick auf die Diffusion unterschiedlicher Bestandteile des zu transportierenden Fluids optimiert werden, d.h. eine Sperrschicht verhindert die Diffusion von Bestandteilen, während die andere Sperrschicht die Diffusion anderer Bestandteile verhindert, für die die erste Sperrschicht eine geringere Sperrwirkung aufweist. Ferner ermöglicht es die benachbarte Anordnung zweier Sperrschichten, eine Trägerschicht zu verwenden, die zwar bei der Herstellung eine mechanisch ausreichende Verbindung mit dem Material einer der Sperrschichten eingeht, die aber nicht ausreichend mit dem Material der anderen Sperrschicht verbindbar ist. Die zwischengeordnete Sperrschicht wirkt damit als Haftvermittler zwischen der anderen Sperrschicht und der Trägerschicht.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die auf der Innenseite des Schlauches angeordnete erste Sperrschicht elektrisch leitfähig. Dies kann durch Verwendung eines leitfähigen Materials oder durch Einbettung elektrisch leitfähiger Partikel, beispielsweise Ruß- oder anderer Kohlenstoffpartikel, in das Material der Sperrschicht bewirkt werden.
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Durch die elektrische Leitfähigkeit können elektrische Ladungen abgeleitet werden, die beispielsweise durch elektrostatische Aufladung, beispielsweise beim Tankvorgang entstehen können. Dadurch wird unter anderem ein wirksamer Schutz gegen Funkenbildung erreicht. Dadurch, dass die auf der Innenseite des Schlauches angeordnete, d.h. direkt mit dem Fluid in Berührung stehende Sperrschicht elektrisch leitfähig ist, können elektrische Ladungen direkt aus dem Fluid abgeleitet werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Schlauchleitung ferner einen elektrisch leitfähigen Streifen zum Ableiten elektrischer Ladung auf, der auf der Innenseite des Schlauches angeordnet ist. Dadurch kann als auf der Innenseite der Schlauchleitung angeordnete Sperrschicht eine Sperrschicht aus elektrisch nicht leitfähigem Material eingesetzt werden, und die Ableitung elektrischer Ladungen erfolgt durch einen elektrisch leitfähigen Streifen. Dieser kann aus metallischem Material, aber auch aus einem elektrisch leitfähigen Kunststoff bestehen. Dabei kann ein Streifen vorgesehen sein, es können aber auch mehrere, beispielsweise vier Streifen vorgesehen sein, die gleichmäßig über den Umfang der Schlauchleitung an ihrer Innenseite verteilt angeordnet sind.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die auf der Innenseite des Schlauches angeordnete Schicht eine Vertiefung zum Aufnehmen des elektrisch leitfähigen Streifens auf. Dadurch ragt der elektrisch leitfähige Streifen nicht in das Innere der Schlauchleitung hinein, sondern die Innenseite weist eine weitgehend glatte Wandung auf. Dadurch können strömungsmechanisch günstigere Eigenschaften der Schlauchleitung erzielt werden.
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In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung weist die Schlauchleitung neben der Trägerschicht, d.h. einer ersten Trägerschicht, eine weitere Trägerschicht, d.h. eine zweite Trägerschicht auf, wobei die zweite Trägerschicht relativ zur ersten Trägerschicht im Inneren des Schlauches angeordnet ist, sowie eine Zwischenschicht, die zwischen der ersten Trägerschicht und der zweiten Trägerschicht angeordnet ist.
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Durch die Einführung einer Zwischenschicht können die mechanischen Eigenschaften der Schlauchleitung weiter verbessert werden. Beispielsweise kann eine Zwischenschicht verwendet werden, die gegenüber der Trägerschicht eine verbesserte Druckbeständigkeit aufweist. Dadurch sind beispielsweise höhere Kraftstoffdrücke möglich. Durch die Verwendung mehrerer Schichten können durch geeignete Gestaltung der einzelnen Schichten die mechanischen Eigenschaften optimiert werden, so dass optimale Eigenschaften bei gleichzeitiger Material- oder Gewichtsersparnis erzielt werden.
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Beispielsweise kann bei Verwendung einer Zwischenschicht eine der Trägerschichten dünn gestaltet werden und vorrangig als Haftvermittler zwischen der Zwischenschicht und einer der Sperrschichten dienen, und die andere, auf der Außenseite der Schlauchleitung angeordnete Trägerschicht kann ebenfalls dünn gestaltet werden, um überwiegend vor äußeren Umwelteinflüssen zu schützen, beispielsweise als reine Deckschicht. Die mechanischen Eigenschaften der Schlauchleistung werden dann weitgehend durch die Zwischenschicht bestimmt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Zwischenschicht als ein textiler Druckträger ausgebildet, der beispielsweise geflochten, spiralisiert oder gestrickt sein kann und p-Aramid-, POD-, Polyamid- und/oder PET-Fasern umfassen kann. Eine Zwischenschicht in Form eines textilen Druckträgers verleiht der Schlauchleitung insbesondere eine hohe Druckfestigkeit. Aber auch die Zugfestigkeit und der Schutz vor mechanischen Beschädigungen kann durch eine solche Zwischenschicht erhöht werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung enthält eine Trägerschicht ein Epichlorhydrin- Elastomer, handelsüblich auch mit ECO abgekürzt, ein Acrylat-Elastomer, handelsüblich auch mit ACM abgekürzt, oder ein Ethylenacrylat-Elastomer, handelsüblich auch mit AEM abgekürzt. Diese Materialien können in einer der Trägerschichten oder in einer Ausführung mit zwei Trägerschichten auch in beiden Trägerschichten enthalten sein. Diese Materialien können in den Trägerschichten enthalten sein, entweder anteilig oder überwiegend, oder die Trägerschichten können auch vollständig aus diesen Materialien bestehen. Diese Materialien verbinden gute mechanische Eigenschaften mit guter Verarbeitbarkeit und guter Haftung mit Zwischenschichten und Sperrschichten und können daher auch als Haftvermittler zwischen den einzelnen Schichten wirken.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung besteht eine der Sperrschichten überwiegend aus thermoplastischem Fluorelastomer-Vulkanisat, handelsüblich auch mit F-TPV abgekürzt, und die andere Sperrschicht überwiegend aus einem Fluorelastomer (FPM) oder einem Fluorkautschuk (FKM). Alternativ kann eine der Sperrschichten auch überwiegend aus einem thermoplastischen Fluorelastomer, insbesondere Fluor TPE, bestehen. Dabei kann es sich jeweils um Ter- oder Copolymere handeln kann. Diese Materialien bewirken einen wirksamen Schutz vor Diffusion. Die beiden Sperrschichten aus den jeweiligen Materialien können benachbart zueinander angeordnet und dabei miteinander verbunden werden, so dass ausreichende Haftung zwischen ihnen besteht. Durch die Verwendung dieser Materialien können die gesetzlichen Anforderungen an die zulässige Diffusion von Kraftstoffen durch die Wandungen von Schlauchleitungen von Kraftstoffen erfüllt werden. Das thermoplastische Fluorelastomer-Vulkanisat kann durch Einlagerung leitfähiger Füllstoffe, beispielsweise von Ruß, auch elektrisch leitfähig gemacht werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das thermoplastische Fluorelastomer- Vulkanisat (F-TPV) eine thermoplastische Matrix aus Fluorharzen auf, in die Bereiche aus thermoplastischem Fluorelastomer oder Fluorkautschuk (FPM, FKM) einvulkanisiert sind. Dadurch kann eine sehr dünne Sperrrschicht mit gummiähnlichen Eigenschaften erzielt werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Sperrschicht aus thermoplastischem Fluorelastomer-Vulkanisat eine Schichtdicke zwischen 0,15 mm und 3,0 mm und die Sperrschicht aus thermoplastischem Fluorelastomer oder Fluorkautschuk eine Schichtdicke zwischen 0,8 mm und 1,5 mm auf. Durch diese Schichtdicken kann ein geforderter Schutz gegen Diffusion sichergestellt werden, wobei gleichzeitig die Schichten so gestaltet sind, dass sie eine mechanisch ausreichende Festigkeit aufweisen und eine Haftung der Schichten aneinander sichergestellt ist, so dass eine die Herstellung problemlos beispielsweise durch Extrusion möglich ist.
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In einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist die Sperrschicht aus Fluorelastomer-Vulkanisat auf der mit einem zu transportierenden Fluid in Berührung stehenden Innenseite der Schlauchleitung angeordnet und bildet damit die erste Sperrschicht, und die Sperrschicht aus Fluorkautschuk bzw. Fluorelastomer ist zu der Sperrschicht aus thermoplastischem Fluorelastomer-Vulkanisat (F-TPV) benachbart angeordnet und bildet damit die zweite Sperrschicht. Die Sperrschicht aus Fluorkautschuk bzw. Fluorelastomer bildet durch Vulkanisation ein Haftsystem zwischen der Sperrschicht aus thermoplastischem Fluorelastomer-Vulkanisat und einer der Sperrschicht aus Fluorkautschuk bzw. Fluorelastomer benachbarten Trägerschicht aus Epichlorhydrin- Elastomer.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist der elektrisch leitfähige Streifen in radialer Richtung, d.h. in Richtung zur Innenseite der Schlauchleitung, eine Dicke zwischen 30 µm und 60 µm auf. Dadurch kann der elektrische Streifen einerseits in die Schlauchwandung, insbesondere in die an der Innenseite angeordnete Sperrschicht eingebettet werden. Ist der Streifen hingegen nicht in die an der Innenseite angeordnete Sperrschicht eingebettet, so wird durch die vorgeschlagene Dicke bewirkt, dass die Strömung im Inneren des Schlauches nur geringfügig beeinflusst wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Schlauchleitung eine Innenschicht zum Abdecken des elektrischen Streifens auf der Innenseite der ersten Sperrschicht auf. Dies kann eine weitere Sperrschicht sein, aber auch eine beliebige Schicht aus einem anderen, vorzugsweise einem elektrisch isolierenden Material. Dadurch kann bewirkt werden, dass, soweit gefordert, der elektrisch leitfähige Streifen nicht mit dem Fluid im Inneren der Schlauchleitung in Berührung kommt, wenn gefordert wird, elektrische Ströme vom Fluid zu isolieren.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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Es zeigen:
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1: einen Querschnitt einer ersten Ausgestaltung der Schlauchleitung, und
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2: eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausgestaltung der Schlauchleitung.
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1 zeigt eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schlauchleitung 100 in Querschnittsansicht. Die Schlauchleitung 100 weist eine Trägerschicht 101 auf. Diese sorgt für die geforderte mechanische Festigkeit der Schlauchleitung 100 beispielsweise gegen Zuglasten, Druck des in der Schlauchleitung 100 strömenden Fluids sowie gegen mechanische Beschädigungen durch äußere Einwirkungen. Die Trägerschicht 101 kann beispielsweise aus einem Epichlorhydrin-Elastomer, einem Acrylat-Elastomer oder einem Ethylenacrylat-Elastomer bestehen, oder dies enthalten.
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Auf der Innenseite 107 der Schlauchleitung 100, d.h. in Kontakt mit einem in der Schlauchleitung 100 strömenden Fluid, ist eine erste Sperrschicht 103 angeordnet. Die erste Sperrschicht 103 ist beständig gegen das Fluid und verhindert die Diffusion des Fluids durch die erste Sperrschicht 103, vorzugsweise in einem höheren Maße, als die Trägerschicht 101 die Diffusion verhindern könnte.
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Die erste Sperrschicht 103 ist vorzugsweise wesentlich dünner als die Trägerschicht 101. Die erste Sperrschicht 103 besteht vorzugsweise vollständig oder überwiegend aus thermoplastischem Fluorelastomer-Vulkanisat oder Fluorelastomer. Das thermoplastische Fluorelastomer-Vulkanisat weist vorzugsweise eine thermoplastische Matrix aus Fluorharzen auf, in die Bereiche aus Fluorkautschuk einvulkanisiert sind.
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Zwischen der Trägerschicht 101 und der ersten Sperrschicht 103 ist eine zweite Sperrschicht 105 angeordnet. Diese verhindert die weitere Diffusion eines bereits durch die erste Sperrschicht 103 diffundierten Fluids. Die zweite Sperrschicht 105 kann ebenfalls vorzugsweise vollständig oder überwiegend aus thermoplastischem Fluorelastomer- Vulkanisat oder Fluorelastomer bestehen. Dabei unterscheiden sich vorzugsweise die Materialien der beiden Sperrschichten 103, 105, so dass die Sperrschichten 103, 105 unterschiedliche Eigenschaften aufweisen, beispielsweise die zweite Sperrschicht 105 die Diffusion von Bestandteilen des Fluids wirksam verhindert, die durch die erste Sperrschicht 103 hindurchdiffundieren können oder die zweite Sperrschicht 105 nicht in demselben Maß gegen das Fluid beständig sein muss wie die erste Sperrschicht 103.
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In der in 1 dargestellten Ausführung besteht die erste Sperrschicht 103 aus thermoplastischem Fluorelastomer-Vulkanisat (F-TPV) und die zweite Sperrschicht 105 besteht aus Fluorelastomer (FPM). Die erste Sperrschicht 103 aus thermoplastischem Fluorelastomer-Vulkanisat weist hierbei eine Schichtdicke von 0,28 mm und die zweite Sperrschicht 105 aus Fluorkautschuk weist eine Schichtdicke von 1,3 mm auf. Die zweite Sperrschicht 105 aus Fluorelastomer, die zwischen der ersten Sperrschicht 103 und der Trägerschicht 101 angeordnet ist, bildet in der in 1 gezeigten Ausführung durch Vulkanisation ein Haftsystem zwischen der ersten Sperrschicht 103 aus Fluorelastomer- Vulkanisat und der Trägerschicht 101, die hier aus Epichlorhydrin-Elastomer gebildet ist, und führt damit neben einer verringerten Diffusion auch zu fertigungstechnischen Vorteilen.
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In 2 ist eine weitere Ausführung 200 der Schlauchleitung dargestellt. Die Ausführung gemäß 2 weist eine erste Trägerschicht 203, eine zweite Trägerschicht 205, und eine zwischen der ersten Trägerschicht 203 und der zweiten Trägerschicht 205 angeordnete Zwischenschicht 207 auf. Um die Diffusion eines im Inneren der Schlauchleitung 200 strömenden Fluids durch die Wandung der Schlauchleitung 200 zu unterbinden, weist die Schlauchleitung ferner eine erste Sperrschicht 103 sowie eine zweite Sperrschicht 105 auf. Die erste Sperrschicht 103 ist auf der Innenseite der Schlauchleitung 200 angeordnet. Die zweite Sperrschicht 105 ist zwischen der ersten Sperrschicht 103 und der zweiten Trägerschicht 205 angeordnet.
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Die zwischen der ersten Trägerschicht 203 und der zweiten Trägerschicht 205 angeordnete Zwischenschicht 207 ist bei der dargestellten Ausführung als textiler Druckträger ausgebildet. Die in Form eines textilen Druckträgers ausgebildete Sperrschicht kann beispielsweise geflochten, spiralisiert oder gestrickt sein und aus p-Aramid-, POD-, Polyamid- und/oder PET-Fasern bestehen. Die Zwischenschicht 207 nimmt Druckkräfte des im Inneren der Schlauchleitung 200 strömenden Fluids auf, und sie kann auch Zugkräfte aufnehmen sowie die Schlauchleitung 200 vor äußeren mechanischen Beschädigungen schützen, um beispielsweise Leckagen zu verhindern, und sie ermöglicht auch eine Knickfestigkeit der Schlauchleitung 200. Dies ermöglicht es, die erste Trägerschicht 203 und die zweite Trägerschicht 205 so zu dimensionieren, dass ein geringer Materialeinsatz und ein geringes Gewicht bei gleichzeitig optimierten mechanischen Eigenschaften erzielt wird. Die erste Trägerschicht 203 bildet gleichzeitig die Deckschicht der Schlauchleitung 200.
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In der in 2 dargestellten Ausführung ist die erste Trägerschicht 203 aus Ethylenacrylat- Elastomer ausgebildet, und die zweite Trägerschicht 205 aus Epichlorhydrin-Elastomer. Jedoch können auch andere geeignete Elastomere verwendet werden, beispielsweise Acrylnitril-Butadien-Elastomer (NBR), Chloropren-Elastomer, Ethylen-Vinylacetat-Elastomer, oder auch chloriertes oder chlorsulfoniertes Polyethylen.
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In der in 2 dargestellten Ausführung weist die Schlauchleitung elektrisch leitfähige Streifen 201 auf. Durch diese kann eine elektrische Aufladung, beispielsweise beim Tankvorgang, verhindert werden, bzw. es können elektrische Ladungen sicher abgeführt werden. Die auf der Innenseite 107 der Schlauchleitung 200 angeordnete erste Sperrschicht 103 weist hier Vertiefungen auf, in denen die elektrisch leitfähigen Streifen 201 angeordnet sind.
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In der in 2 dargestellten Ausführung besteht die erste Sperrschicht 103 wie in der Ausführung aus 1 aus thermoplastischem Fluorelastomer-Vulkanisat (F-TPV) und die zweite Sperrschicht 105 aus Fluorelastomer (FPM). Auch hier kann die erste Sperrschicht 103 aus thermoplastischem Fluorelastomer-Vulkanisat eine Schichtdicke von 0,28 mm und die zweite Sperrschicht 105 aus Fluorkautschuk eine Schichtdicke von 1,3 mm aufweisen. Die zweite Sperrschicht 105 aus Fluorelastomer, die hier zwischen der ersten Sperrschicht 103 und der zweiten Trägerschicht 205 angeordnet ist, bildet auch in der in 2 gezeigten Ausführung durch Vulkanisation ein Haftsystem zwischen der ersten Sperrschicht 103 aus Fluorelastomer-Vulkanisat und der zweiten Trägerschicht 205 aus Epichlorhydrin-Elastomer und führt damit neben einer verringerten Diffusion auch zu fertigungstechnischen Vorteilen.
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Durch die in 2 gezeigte Ausführung einer Schlauchleitung 200 mit zwei Sperrschichten 103, 105, zwei Trägerschichten 203, 205 und einer Zwischenschicht 207 wird eine Abdichtung der Schlauchleitung 200 erzielt, mit der sämtliche derzeitigen gesetzlichen Anforderungen an die zulässige Diffusion von Kraftstoffen durch kraftstoffführende Schlauchleitungen erfüllt werden, und es wird gleichzeitig eine hohe mechanische Stabilität und Belastbarkeit sowie der geforderte Schutz vor Beschädigungen durch äußere Einwirkungen, insbesondere betreffend die Einsatzbedingungen von Kraftfahrzeugen erzielt.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Schlauchleitung gemäß einer ersten Ausführung
- 101
- Trägerschicht
- 103
- erste Sperrschicht
- 105
- zweite Sperrschicht
- 107
- Innenseite der Schlauchleitung
- 200
- Schlauchleitung gemäß einer zweiten Ausführung
- 201
- elektrisch leitfähiger Streifen
- 203
- erste Trägerschicht
- 205
- zweite Trägerschicht
- 207
- Zwischenschicht
