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Technischer
Hintergrund der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein mehrschichtiges Polymerrohr,
und im Besonderen einen Einfüllstutzen,
der aus solch einem Rohr hergestellt wird.
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Einfüllstutzen
stellen einen Durchflussweg zwischen dem Kraftstofftank eines Kraftfahrzeugs und
einer externen Kraftstoffquelle bereit. Ursprünglich wurden Einfüllstutzen
aus Metallrohren gebaut, die durch ein Hartlöten am Kraftstofftank angebracht wurden.
Später
löste der
Einsatz von mechanischen Verbindungen das Hartlöten ab. In jüngerer Zeit
haben die Hersteller Einfüllstutzen
auf den Markt gebracht, die aus Rohren bestehen, die aus einer oder mehreren
Polymerschichten hergestellt werden. Obwohl herkömmliche Polymer-Einfüllstutzen
gewisse Vorteile gegenüber
den Einfüllstutzen
aus Metall haben – unter
anderem verfügen
sie über
ein geringeres Gewicht, eine verbesserte Stabilität während Kollisionen
und beinhalten Kosteneinsparungen – sind sie nicht ganz unproblematisch.
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Beispielsweise
muss ein Einfüllstutzen
häufig über die
seiner Länge
nach verteilten Markierungsstellen gebogen werden, um mit den spezifischen
Raumverhältnissen
in einem bestimmten Kraftfahrzeug in Einklang zu kommen. Ein Biegen des
Einfüllstutzens
kann – je
nach der Ausgeprägtheit
des Biegungswinkels, der Steifigkeit des Polymers und der Umfangsfestigkeit
des Rohres – Knicke erzeugen,
die den Kraftstoff-Durchfluss behindern. Zwar können Knicke häufig vermieden
werden, indem man den Einfüllstutzen
während
des Biegens erwärmt
und dessen Krümmungsradius
unterstützt, aber
solche Verfahren sind zeitaufwändig
und erfordern zusätzliche
Geräteausrüstungen,
wie beispielsweise Biegespanneinrichtungen und Brennöfen.
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Obwohl
polymere Materialien, die in den aktuellen Bauarten in Bezug auf
Einfüllstutzen
verwendet werden, bereits zufriedenstellende Leistungen zeigen,
sind dennoch Verbesserungen notwendig. Die meisten nicht-metallischen
Einfüllstutzen
bestehen aus Polyamiden, welche NylonTM 6,
Nylon 11 und Nylon 12 beinhalten. Es gibt viele Gründe für deren weit
verbreitete Verwendung: Polyamide sind gegenüber Verätzungen durch Kraftstoffe und
Kraftstoffzusätze
beständig,
sie sind einfach und schnell herzustellen, können wiederverwertet werden
und sind in standardisierten, einheitlichen Qualitätsnormen
erhältlich.
Jedoch verfügen
Polyamide und Einfüllstutzenrohre,
die ganz aus einer oder aus mehreren Polyamidschichten bestehen,
eine geringfügige Schwerentflammbarkeit
und Abriebbeständigkeit
im Gegensatz zu den schmelzverarbeitbaren Polymeren.
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Außerdem entsprechen
die Einfüllstutzenrohre,
die ganz aus Polyamiden bestehen, möglicherweise nicht den strengen
Luftreinhaltungsstandards. Es wird damit gerechnet, dass in Zukunft öffentlich-rechtliche
oder bundesstaatliche Gesetzesvorschriften die derzeit zulässigen Kohlenwasserstoff-Emissionen, die aufgrund
der Durchlässigkeit von
Kraftstoffleitungen, von Verdunstungs-Rückhalterohren und von Einfüllstutzenrohren
verursacht werden, noch weiter einschränkend sind. Die in Kalifornien
in Kraft tretenden Vorschriften legen zum Beispiel als Grenzwert
bezüglich
der gesamten, passiven Kohlenwasserstoff-Emission für ein Kraftfahrzeug
in Bezug auf einen 24 Stunden-Zeitraum 2 g/m2 fest,
die aufgrund von Testverfahren für
Verdunstungsemissionen berechnet wurden, welche beispielsweise in
der Gesetzesvorschrift bzw. im Rechtstitel 13 des California Code
of Regulations, Abschnitt 1976, und in dem Ergänzungsvorschlag vom 26. September
1991 beschrieben sind. Um das gewünschte Niveau für eine insgesamt
verträgliche Kraftfahrzeugsemission
zu erreichen, wäre
ein Permeationsniveau des Kohlenwasserstoffs von 0,5 g/m2 pro 24 Stunden-Zeitraum oder weniger erforderlich.
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Schließlich unterliegen
die Einfüllstutzen
aus polymeren Materialien einem Qualitätsverlust aufgrund von elektrostatischen
Entladungen. Da polymere Materialien generell mangelhafte, elektrische Leiter
sind, bewirkt der Kraftstoff, der durch das polymere Einfüllrohr fließt, eine
elektrische Aufladung des Einfüllstutzens.
Die elektrische Aufladung baut sich im Einfüllrohr solange auf, bis sie
groß genug
ist, um sich in einen nahe gelegenen, elektrischen Leiter zu entladen.
Die elektrische Ladung wird während des
Durchflusses von weiterem Kraftstoff durch das Rohr immer wieder
neu aufgebaut. Die elektrostatische Entladung tritt dann immer wieder
in einem punktuellen Bereich auf, was diesen Bereich allmählich erodieren
lässt,
und was zu einem Bruch des Rohres führt.
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Die
Patentanmeldung WO 95/27866 A1 beschreibt ein Mehrschichtrohr, das
für die
Verwendung in Kraftfahrzeugen geeignet ist, und das aus einer zylindrischen
Wand mit einer Außenfläche und
einer Innenfläche,
die im Wesentlichen parallel zur Außenfläche verläuft, besteht. Die zylindrische
Wand weist eine erste Region mit einem im Wesentlichen gleichmäßigen Querschnittsdurchmesser
auf sowie eine zweite Region mit einem Querschnittsdurchmesser, der
sich vom Durchmesser der ersten Region unterscheidet. Die zweite
Region weist mindestens eine Windung oder Wellung auf, die unmittelbar
an die zylindrische Wand der ersten Region angrenzt. Die zylindrische
Wand besteht aus einer dicken, flexiblen Außenschicht mit einer Innenseite
und einer Außenseite,
die aus einem extrudierbaren, schmelzverarbeitbaren, thermoplastischen
Kunststoff besteht, einer dünnen
Klebe-Zwischenschicht, die auf die Innenseite der dicken Außenschicht
geklebt ist, und die aus einem extrudierbaren, schmelzverarbeitbaren, thermoplastischen
Kunststoff besteht, der zu einem ausreichend dauerhaften, laminaren
Adhäsionsverbund
mit der Außenschicht
in der Lage ist, um während
der gewünschten
Haltbarkeitsdauer des Rohrs ein Delaminieren zu verhindern; und
mit einer Innenschicht, die aus einem extrudierbaren, schmelzverarbeitbaren
thermoplastischen Kunststoff besteht, der zu einem ausreichend dauerhaften
Laminarverbund mit der Klebe-Zwischenschicht in der Lage ist, um
ein Delaminieren des Rohrs während
der gewünschten Haltbarkeitsdauer
zu verhindern. Das thermoplastische Material in der Innenschicht
weist bezüglich
eines Bruches ein Dehnungsverhalten von mindestens 150 % auf.
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Die
vorliegende Erfindung ist darauf ausgerichtet, eines oder mehrere
der vorstehend genannten Probleme zu lösen.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Rohr bereitgestellt,
das sich für
den Gebrauch als Einfüllstutzen
eignet. Das Rohr besteht aus einer allgemein zylindrischen Wand
mit einer Außenfläche und
einer Innenfläche.
Die Innenfläche verläuft in etwa
parallel zur Außenfläche und
definiert einen im Allgemeinen zylindrischen Innenraum mit einem
Durchmesser D. Der zylindrische Innenraum, der einen Durchflussweg
für den
Kraftstoff bereitstellt, verläuft
durch die ganze Länge
des Rohrs. Das Rohr kann in erste und zweite längsgerichtete Abschnitte aufgeteilt
sein. Im ersten längsgerichteten Abschnitt
bleibt der D über
die ganze Länge
des Segments etwa konstant; im zweiten längsgerichteten Abschnitt variiert
der D je nach axialer Position. Der maximale Wert für den D
im zweiten längsgerichteten Abschnitt
liegt zwischen etwa 20 % und etwa 300 % über dem Wert für den D
im ersten längsgerichteten Abschnitt.
Diese Abweichung des D definiert eine Wellungswindung, die dazu
beiträgt,
das Einfüllrohr in
die gewünschte
Form zu biegen. Die zylindrische Wand des Mehrschichtrohrs umfasst
ferner eine äußere Schicht
und eine innere Schicht in einem nicht-adhäsiven Kontakt zueinander. Die äußere Schicht
besteht aus einem thermoplastischen Elastomer, und die innere Schicht
besteht aus einem extrudierbaren, schmelzverarbeitbaren, thermoplastischen
Material mit einem Dehnungsverhalten von mindestens 150 %.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Einfüllstutzen
bereitgestellt, der aus einem länglichen
und generell zylindrischen Einfüllrohr
sowie einem Verbinder zum Befestigen eines Endes des Einfüllrohrs
am Kraftstofftank eines Kraftfahrzeugs besteht. Das Einfüllrohr besteht
aus einer generell zylindrischen Wand mit einer Außenfläche und
einer Innenfläche;
die Innenfläche
ist verläuft
etwa parallel zur Außenfläche und
definiert einen im Allgemeinen zylindrischen Innenraum mit einem
Durchmesser D. Der zylindrische Innenraum verläuft in Längsrichtung durch das Rohr
und koaxial zur Längsachse.
Das Filterrohr schließt
einen ersten längsgerichteten
Abschnitt ein, in dem der D entlang der Längsachse in etwa konstant bleibt,
und einen zweiten längsgerichteten
Abschnitt, in dem der D je nach axialer Position unterschiedlich
ist. Der maximale Wert für
den D im zweiten längsgerichteten
Abschnitt liegt zwischen etwa 20 % und etwa 300 % über dem
Wert von dem D im ersten längsgerichteten Abschnitt.
Die Abweichung des D definiert eine Welllungswindung, die dabei
hilft, das Einfüllrohr
in die gewünschte
Form zu biegen. Die zylindrische Wand des Mehrschichtrohrs umfasst
ferner eine äußere Schicht
und eine innere Schicht, die sich in keinem adhäsiven Kontakt befinden. Die äußere Schicht
besteht aus einem thermoplastischen Elastomer, und die Innenschicht
besteht aus einem extrudierbaren, schmelzverarbeitbaren, thermoplastischen
Material mit einem Dehnungsverhalten von mindestens 150 %.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
genannten und weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen
aus der Lektüre
der nachfolgenden, detaillierten Beschreibung in Zusammenhang mit
den Zeichnungen noch klarer hervor, wobei:
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1 die
Anordnung eines Einfüllstutzens gemäß der vorliegenden
Erfindung in einem Kraftfahrzeug zeigt; und
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2 eine
Querschnittsansicht eines Einfüllstutzenrohrs
der vorliegenden Erfindung ist.
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Ausführliche
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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1 zeigt
einen Teil eines Kraftfahrzeugs 20 mit einem Kraftstoffeinlass 22 und
einem Kraftstofftank 24. Ein Einfüllstutzen 30 stellt
einen Durchflussweg zwischen dem Kraftstoffeinlass 22 und
dem Kraftstofftank 24 bereit. Der Einfüllstutzen 30 besteht aus
einem Einfüllrohr 32,
das mit einem Verbinder 34 ausgestattet ist, um das Einfüllrohr 32 am
Kraftstofftank 24 zu befestigen. Das Einfüllrohr 32 weist
eine Reihe von Biegungen 36 auf, die es ermöglichen,
das Einfüllrohr 32 um
mehrere vorstehende Teile (nicht dargestellt) herumzuführen.
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2 zeigt
eine Querschnittsansicht des Einfüllrohrs 32. Das Einfüllrohr 32 besteht
aus einer länglichen,
generell zylindrischen Wand 38 mit einem etwa kreisförmigen Querschnitt
senkrecht zu seiner Längsachse 40.
Die zylindrische Wand 38 weist eine generell gleichmäßig Wanddicke über ihre
ganze Länge
und ihren ganzen Umfang hinweg auf und wird von einer inneren Fläche 42 und
einer gegenüber
liegenden äußeren Fläche 44 gebildet.
Die innere Fläche 42 definiert
ein generell zylindrisches Innenvolumen 46 mit einem Durchmesser
D, das der Länge nach
im Wesentlichen koaxial zur Längsachse 40 durch
das Einfüllrohr 32 hindurch
verläuft.
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Das
Einfüllrohr 32 umfasst
mindestens zwei verschiedene längsgerichtete
Abschnitte. Das Einfüllrohr 32 weist
einen ersten längsgerichteten
Abschnitt 48 auf, in dem der Wert für D nicht mit der axialen Position
entlang der Längsachse 40 variiert.
Angrenzend an den ersten längsgerichteten
Abschnitt 48 befindet sich ein zweiter längsgerichteter
Abschnitt 50, der von mindestens einer Windung oder Wellung 52 in
der zylindrischen Wand 38 definiert ist. Wie hierin verwendet,
ist der Ausdruck Windung als der Bereich in der zylindrischen Wand 38 definiert, der
vom parallelen Verlauf in Bezug auf die Längsachse 40 abweicht
und der bevorzugt von einer Position parallel zur Längsachse 40 nach
außen
hin abweicht. Diese Abweichung kann zu einem Wert D führen, der
maximal zwischen 20 % und 300 % größer als der Durchmesser des
ersten längsgerichteten Abschnitts 48 ist.
Vorzugsweise liegt der größte Wert für D innerhalb
des zweiten längsgerichteten
Teilstücks 50 zwischen
20 % und 100 % über
dem Innendurchmesser des ersten längsgerichteten Teilstücks 48.
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Das
Einfüllrohr 32 der
vorliegenden Erfindung kann so viele Wellungswindungen mit optional dazwischen
befindlichen und beliebigen Längen
des zylindrischen Rohrs aufweisen, wie es als notwendig erscheint,
um das gewünschte
Niveau an Flexibilität zu
erhalten. Die Abmessungen der Windungen können jedes gewünschte Querschnittsprofil
aufweisen. So können
die Wellungen 52 abgewinkelte, quadratische oder sinusförmige Profile
aufweisen, so wie dies gewünscht
wird. Es können
ausreichend viele Wellungswindungen über die Länge des Einfüllrohrs 32 angeordnet
werden, um Biegungen von über
90 Grad zu ermöglichen.
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Wenn
eine Biegung im Einfüllrohr 32 hergestellt
wird, expandieren die Wellungen 52 entlang des Außenradius
der Biegung bzw. dehnen sie sich aus; die Windungen entlang des
Innenradius der Biegung verengen sich und kommen zueinander in eine
seitliche Kontaktverbindung. Auf diese Weise wird das Einfüllrohr 32 nicht
abgeknickt oder abgequetscht, wie es der Fall wäre, wenn keine Wellungswindungen vorhanden
wären.
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Das
Einfüllrohr 32 kann
kundenspezifisch angepasst werden, so dass es für den Endverbraucher geeignet
erscheint. Wenn beispielsweise nur wenige Biegungen erforderlich
sind, oder wenn die Biegungen im schrägen Winkel verlaufen, kann
das Einfüllrohr
weniger oder flachere Wellungswindungen aufweisen. Andererseits
kann ein standardisiertes Einfüllrohr 32 mit
mehreren, regelmäßig beabstandeten
ersten Abschnitten 48 und mit zweiten, längsgerichteten
Abschnitten 50 hergestellt werden. Solche Einfüllrohre
könnten
in den verschiedenen Kraftfahrzeug-Typen eingesetzt werden.
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Das
Einfüllrohr 32 kann
entweder in passender Länge
koextrudiert werden, oder es kann durchgehend koextrudiert und für die gewünschte Verwendung
zurechtgeschnitten werden. Das Einfüllrohr 32 kann einen
Außendurchmesser
von etwa 50 mm aufweisen; es weist aber in der Regel einen Außendurchmesser
von etwa 25 mm auf. Im Allgemeinen kommt eine Wanddicke zwischen
0,5 mm und 5,0 mm zur Anwendung, jedoch ist eine Wanddicke von etwa
1,5 bis 4,0 mm im bevorzugten Bereich. Obgleich die Herstellung
von einem Rohr mit zwei polymeren Schichten im Schutzumfang der
Erfindung beschrieben ist, können
jedoch auch mehr als zwei polymere Schichten verwendet werden, je
nach gewünschtem
Verwendungszweck.
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Wie
in 2 dargestellt ist, besteht das Einfüllrohr 32 aus
einer Außenschicht 54,
die auf einer Innenschicht 56 angeordnet ist. Die Außenschicht 54 besteht
aus einem schmelzverarbeitbaren, thermoplastischen Elastomer (TPE).
TPEs können
mit Standardausrüstungen
für die
Kunststoffverarbeitung geformt oder extrudiert werden und werden
durch Mischpolymerisieren von zwei oder mehr Monomeren unter Anwendung
einer Block- oder einer Pfropfpolymerisation hergestellt. Eines
der Monomere entwickelt ein hartes oder kristallines Segment, das
als wärmestabile
Komponente dient, welche unter Scherbeanspruchung weich und fließfähig werden kann;
unter Einsatztemperaturen bietet das harte Segment mechanische Festigkeit
und Zähigkeit.
Das andere Monomer entwickelt ein weiches oder amorphes Segment,
das Elastizität
bereitstellt. Durch die Zugabe von schwer entflammbaren Mitteln
bieten TPEs eine höhere
Flammwidrigkeit und Abriebbeständigkeit
als herkömmliche,
thermoplastische Materialien, wie beispielsweise Polyamide.
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Generell
sollte die äußere Schicht 54 nicht mit
der Außenumgebung
reagieren und in der Lage sein, verschiedenen Stößen, Vibrationsermüdungserscheinungen
und Temperaturänderungen
ebenso wie der Einwirkung von verschiedenen korrosiven Verbindungen,
wie sie in Kraftfahrzeugen anzutreffen sind, standzuhalten. Ferner
sollte die Außenschicht 54 im
Temperaturbereich zwischen etwa –40 °C und etwa 150 °C, bzw. vorzugsweise
im Temperaturbereich zwischen etwa –20 °C und etwa 120 °C verwendbar
sein. Das Einfüllrohr 32 sollte
eine Zugfestigkeit von nicht unter 25 N/mm2 aufweisen,
einer Bruchdehnung von mindestens 150 % und einem Berstdruck bei
23 °C und
120 °C von
mindestens 20 Bar standhalten.
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Geeignete
TPEs schließen
Polyurethane, Polyester-Mischpolymere,
Styrol-Mischpolymere, olefinische thermoplastische Elastomere, schmelzverarbeitbare
Kautschuks und thermoplastische Vulkanisate ein. Polyurethane sind
das Ergebnis der Reaktion eines multifunktionalen Isocyanats mit
Polyether, Polyester oder Caprolactonglycolen. Copolyester sind
in der Regel über
einen größeren Temperaturbereich
zäher als
Urethane und leichter zu verarbeiten. Sie sind gewerblich unter
einer Reihe von Handelsnamen erhältlich,
einschließlich
von HYTREL von DuPont, RITEFLEX von Hoechst-Celanese, ECDEL von
Eastman Chemical und LOMOD von General Electric Plastics. Styrol-Mischpolymere
sind Block-Mischpolymere, die mit harten Polystyrol-Segmenten hergestellt
werden, die mit weichen Segmenten einer Matrix verbunden sind, wie
Polybutadien, Polyisopren, Ethylen/Propylen oder Ethylen/Butylen. Mehrere
Gieß-
und Extrusions-Qualitäten
sind unter dem Handelsnamen KRATON von Shell erhältlich. Olefinische, thermoplastische
Elastomere basieren auf Polyoelfinen. Sie sind in mehreren Qualitäten erhältlich und
weisen die niedrigste, relative Dichte von allen TPEs auf.
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Schmelzverarbeitbare
Kautschuks (MPRs) und thermoplastische Vulkanisate (TPVs) werden
generell den elastomeren Legierungen zugeordnet. Diese Klasse von
TPEs besteht aus Mischungen von zwei oder mehr Polymeren, die so
behandelt werden, dass ihre Eigenschaften denen einfacher Mischungen
mit den gleichen Bestandteilen überlegen
sind. Thermoplastische Vulkanisate sind eine feine Dispersion von
stark vulkanisiertem oder vernetztem Kautschuk in einer kontinuierlichen
Polyolefinphase und sind unter den Handelsnamen SANTOPRENE und GEOLAST
von Advanced Elastomer Systems erhältlich. Im Gegensatz zu den
Zweiphasen-TPVs sind schmelzverarbeitbare Kautschuks Einphasen-Materialien – weichgemachte
Legierungen aus teilweise vernetzten Ethylen-Interpolymeren und
chlorierten Polyolefinen – und
sind von DuPont unter dem Handelsnamen ALCRYN erhältlich.
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Wegen
seines Kosten-Leistungs-Verhältnisses
ist SANTOPRENE, bei dem es sich um eine feine Dispersion von Ethylenpropylendien-Terpolymer (EPDM)-Kautschuk
in Polypropylen handelt, besonders als Außenschicht 54 geeignet.
Wenn SANTOPRENE verwendet wird, weist die äußere Schicht 54 eine
Dicke zwischen etwa 0,5 mm und 1,5 mm auf.
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Die
innere Schicht 56 besteht aus einem schmelzverarbeitbaren,
thermoplastischen Material, das gegenüber extremen Temperaturschwankungen und
der Einwirkung von Chemikalien beständig ist, wie gegenüber denjenigen,
die sich in Motoröl
und Bremsflüssigkeit
finden. Das bevorzugte Material weist bei Raumtemperatur ein Bruchdehnungsverhalten
von mindestens 150 % auf. Das thermoplastische Material ist vorzugsweise
ein Polyamid, das aus der Gruppe bestehend aus C12-Blockpolyamiden, C11-Blockpolyamiden
sowie aus Zinkchlorid beständigen
C6-Blockpolyamiden ausgewählt
ist. Geeignete Polyamide beinhalten daher Nylon 12 sowie ein Polyamid,
das aus der Kondensationspolymerisation von Caprolactam abgeleitet
ist und das üblicherweise als
Nylon 6 bezeichnet wird. Die hierin verwendeten C6-Blockpolyamide
können
ausreichende Mengen an Modifizierungsmitteln enthalten, um ein Maß an Zinkchlorid-Beständigkeit
zu erzielen, das über
dem liegt oder dem gleich ist, das für das Testverfahren SAE J844
erforderlich ist, das heißt
eine Nicht-Reaktivität
nach 200-stündigem Tauchen
in eine 50gew.-%igen wässrigen
Zinkchlorid-Lösung.
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Der
in der inneren Schicht 56 verwendete thermoplastische Kunststoff
kann Weichmacher enthalten. In einer bevorzugten Ausführungsform
enthält das
Polyamid bis zu 17 Gew.-% Weichmacher, wobei Mengen zwischen etwa
1 % und etwa 13 % bevorzugt sind.
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Wenn
ein C6-Blockpolyamidmaterial verwendet wird, ist es in der Regel
Teil eines Mehrkomponentensystems, das aus Nylon 6-Mischpolymer besteht,
das mit anderen Nylons und olefinischen Verbindungen gemischt ist.
Das C6-Blockpolyamidmaterial ist vorzugsweise beständig gegenüber Zinkchlorid
und weist eine Schmelztemperatur zwischen etwa 220 °C und 240 °C auf. Beispiele
für thermoplastische
Materialien, die für
die Verwendung im Einfüllrohr 32 geeignet
sind, sind eigentumsrechtlich geschützte Materialien, die gewerblich
unter den Handelsnamen M-7551 von NYCOA Corporation und ALLIED 1779
von Allied Chemicals erhalten werden können.
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In
den Fällen,
in denen das C6-Blockpolyamidmaterial Weichmacher enthält, sind
diese Materialien, bezogen auf das Gesamtgewicht der thermoplastischen
Zusammensetzung, im Allgemeinen in Mengen zwischen etwa 1,0 % und
etwa 13 % vorhanden.
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Als
Alternative dazu kann die Innenschicht 56 aus einem thermoplastischen
Fluorpolymer bestehen. Geeignete Fluorpolymere schließen Polyvinylidinfluorid,
Polyvinylfluorid, Polychlortrifluorethylen und Ethylentetraflurethylen-Mischpolymere
ein, entweder allein oder in Kombination. Ein besonders geeignetes,
thermoplastisches Fluorpolymer ist ein Polyvinyliden, das aus der
thermischen Dehalogenierung von Chlorfluorethan abgeleitet wird.
Das Polyvinylidin ist gewerblich unter den Handelsname FLORAFLON
und KYNAR von der Atochem Inc. Elf Aquitaine Group erhältlich.
Ein weiteres nützliches
thermoplastisches Fluorpolymer ist ein Ethylen/Tetrafluorethylen-Mischpolymer,
das aus der Mischpolymerisation von Ethylen mit Tetrafluorethylen
erhalten wird. Es weist einen Ethylen-abgeleiteten Gehalt zwischen etwa 40
% und etwa 70 % auf und einen Tetrafluorethylen-Gehalt zwischen
etwa 30 % und etwa 40 %, bezogen auf das Gesamtgewicht des Polymers. Es
ist gewerblich unter den Handelsnamen TEFZEL 210, TEFZEL 200 und
TEFZEL 280 von DuPont erhältlich.
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Die
innere Schicht 56 sollte ausreichend dick sein, um dem
Einfüllrohr 32 Festigkeit
und chemische Beständigkeit
zu verleihen. Insbesondere sollte die innere Schicht 56 ausreichend
dick sein, um ein Eindringen von aliphatischen oder aromatischen
Kohlenwasserstoff-Molekülen
und eine Migration dieser Moleküle
hindurch bis zur Außenschicht 54 zu
hemmen.
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In
einer Ausführungsform
besteht die äußere Schicht 54 aus
SANTOPRENE und die innere Schicht 56 besteht aus Nylon 12.
In diesem Fall ist die äußere Schicht 54 zwischen
etwa 0,5 und 1,5 mm dick, und die innere Schicht 56 ist
zwischen etwa 1,0 mm und 3,0 mm dick.
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Die
innere Schicht 56 kann optional auch ein geeignetes Material
in ausreichender Menge enthalten, um elektrostatische Entladungen
zu unterdrücken.
Wenn es verwendet wird, ist das Material vorzugsweise in der Lage,
elektrostatische Ladungen im Bereich von 104 bis
109 Ohm/cm abzuleiten. Das in der Erfindung
verwendete thermoplastische Material enthält in seiner Zusammensetzung
ein leitfähiges Medium
in ausreichender Menge, um eine elektrostatische Ableitung im definierten
Bereich zu ermöglichen.
Bei dem leitfähigen
Material kann es sich um jedes geeignete Material handeln, dessen
Zusammensetzung und Form in der Lage sind, diese statische Ableitung
zu bewirken. Das leitfähige
Material kann aus der Gruppe bestehend aus elementarem Kohlenstoff,
Edelstahl und hoch leitfähigen
Materialien, wie Kupfer, Silber, Gold, Nickel, Silizium und deren
Mischungen ausgewählt
werden. Der Ausdruck „elementarer
Kohlenstoff" wird
hierin verwendet, um Materialien zu beschreiben und einzuschließen, die im
Allgemeinen als „Ruß" bezeichnet werden.
Ruß kann
in Form von Kohlefasern, -pulvern, -kügelchen und dergleichen vorliegen.
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Die
Menge des leitfähigen
Materials, das in dem thermoplastischen Material enthalten ist,
ist in der Regel auf 5 Vol.-% beschränkt. Bei höheren Konzentrationen sind
die Haltbarkeit bei niedrigen Temperaturen und die Widerstandskraft
gegenüber
Kraftstoffabbau nicht akzeptabel.
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Das
leitfähige
Material kann entweder unter die Kristallstruktur des Polymers gemischt
werden, oder es kann während
der Polymerisation von Monomeren, aus denen das thermoplastische
Material besteht, integriert werden. Ohne sich an eine Theorie binden
zu wollen, wird angenommen, dass kohlenstoffhaltige Materialien,
wie Ruß,
während
der Polymerisation des umgebenden thermoplastischen Materials integriert
werden können.
Vielmehr werden Materialien, wie beispielsweise Edelstahl, unter
die Kristallstruktur des Polymers gemischt.
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Das
Einfüllrohr 32 wird
durch Koextrudieren der äußeren Schicht 54 und
der inneren Schicht 56 hergestellt. Der erste längsgerichtete
Abschnitt 48 und der längsgerichtete
Abschnitt 50 können
anhand eines im US-Patent Nr. 5,460,771 beschriebenen Verfahrens
hergestellt werden. In diesem Verfahren wird das extrudierte rohrförmige Material
nach dem Verlassen eines Extrusionskopfs in eine geeignete Formeinrichtung
eingeführt.
Die Formeinrichtung umfasst eine Vielzahl von segmentierten Formen,
deren obere und untere Hälften
beweglich auf einer sich hin- und herdrehenden Einrichtung, wie
Raupenspuren, angeordnet sind. Die jeweiligen, segmentierten Formhälften werden
hintereinander angeordnet, um einen länglichen Hohlraum in der Form
auszubilden. In den bestimmten Formhälften sind selektiv Vertiefungen
bereitgestellt, um Wellungen 52 herstellen zu können. Die
anderen Formhälften
weisen keine Vertiefungen auf, was glatte Außenflächen 44 ergibt.
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In
einem alternativen Herstellungsverfahren werden die innere Schicht 56 und
die äußere Schicht 54 in
getrennten Schritten bereitgestellt. Die thermoplastische Innenschicht 56 wird
extrudiert und sofort zu der offenbarten Formeinrichtung geschickt,
um die ersten und zweiten längsgerichteten
Abschnitte 48 und 50 zu erzeugen. Dann wird das
Rohr in einem kalten Wasserbad abgekühlt und anschließend zu
einer Kreuzkopfdüse
geschickt, wo die Außenschicht 54 aus
thermoplastischem Elastomer aufgebracht wird. Dieses Verfahren ist
weniger als das Koextrusionsverfahren gewünscht, da es eine zusätzliche
Ausrüstung
erfordert, und da die Wellungen 52 in der äußeren Schicht 54 weniger
gut ausgebildet werden. Die „Täler" zwischen den benachbarten „Gipfeln" innerhalb den Wellungen 52 tragen
dazu bei, sich mit thermoplastischem Elastomer aufzufüllen.
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Selbst
wenn die äußere Schicht 54 und
die innere Schicht 56 koextrudiert werden, kleben die beiden
Schichten nicht aneinander. Stattdessen verhindern die Wellungen 52,
die in die zylindrische Wand 38 eingeprägt sind, dass die beiden Schichten voneinander
abrutschen. Dies führt
zu erheblichen Kosteneinsparungen im Gegensatz zu den herkömmlichen
Polymerrohren, welche die Verwendung von Klebstoffen oder. zusätzlichen
Klebeschichten erforderlich machen, um die innere Schicht 56 und die äußere Schicht 54 zu
laminieren.
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Es
wurden bevorzugte Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung offenbart. Die durchschnittlichen Fachleute
auf diesem Gebiet werden erkennen, dass bestimmte Modifikationen
in den Lehren der Erfindung eingeschlossen sind. Daher sollte man
die nachstehenden Patentansprüche
lesen, um den zutreffenden Schutzumfang und den Gesamtinhalt der
Erfindung feststellen zu können.