DE102011105197B4

DE102011105197B4 - Verschlusssystem an einem Kraftstoffbehälter

Info

Publication number: DE102011105197B4
Application number: DE102011105197A
Authority: DE
Inventors: Hartmut Wolf
Original assignee: Kautex Textron GmbH and Co KG
Current assignee: Kautex Textron GmbH and Co KG
Priority date: 2011-06-17
Filing date: 2011-06-17
Publication date: 2013-02-07
Anticipated expiration: 2031-06-18
Also published as: DE102011105197A1; WO2012171630A3; US20140138385A1; WO2012171630A2; EP2720897A2; EP2720897B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verschlusssystem an einem Kraftstoffbehälter (1) umfassend eine Öffnung (2) in der Wandung des Kraftstoffbehälters (1) und einen die Öffnung (2) abdeckenden Verschlussdeckel (6), der wenigstens eine Elastomerdichtung (5) zwischen sich und einem die Öffnung (2) umfassenden Rand der Behälterwandung einspannt, wobei die Elastomerdichtung (5) als die Öffnung (2) umgebende, mehrlappige Dichtschnur oder mehrlappiger Dichtring ausgebildet ist, derart, dass sie mehrere voneinander beabstandete Dichtlippen (11) ausbildet, wobei wenigstens zwei voneinander beabstandete Dichtlippen (11) der Elastomerdichtung (5) aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen, von welchen einer undurchlässig für Kohlenwasserstoffe und ein zweiter undurchlässig für alkoholhaltige Medien oder alkoholhaltige Additive ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verschlusssystem an einem Kraftstoffbehälter umfassend eine Öffnung in der Wandung des Kraftstoffbehälters und einen die Öffnung abdeckenden Verschlussdeckel, der wenigstens eine Elastomerdichtung zwischen sich und einem die Öffnung umfassenden Rand der Behälterwandung einspannt. Ein solches Verschlusssystem ist beispielsweise aus der DE 103 37 796 A1 bekannt. Die DE 103 37 796 A1 beschreibt ein Verschlusssystem der vorbeschriebenen Art mit einer gering durchlässigen Dichtung zur Verminderung der Permeation von Kohlenwasserstoffen aus einem Tank. Die gering durchlässige Dichtung umfasst einen Langkörper mit einer Kontaktfläche und einer Diffusionssperrschicht, befestigt entlang der Kontaktfläche des Langkörpers. Die Diffusionssperrschicht besitzt gegenüberliegende, in einem Abstand zueinander angeordnete Kanten um einen Schlitz zu definieren. Die Diffusionssperrschicht bedeckt partiell den Langkörper, um dem Langkörper die Ausdehnung durch den Schlitz zu gestatten. Diese Lösung soll dem Problem Rechnung tragen, dass die Eigenschaft einer geringen Durchlässigkeit von Elastomerdichtungen im umgekehrten Verhältnis zur Dichtfähigkeit des Materials besteht.
Ein Verschlusssystem der vorbeschriebenen Art ist beispielsweise auch aus der DE 196 27 395 A1 bekannt. Der dort beschriebene Kraftstoffbehälter weist eine Öffnung mit einem die Öffnung in der Behälterwandung umschließenden Stutzen auf, der durch einen für das Halten von z. B. Leitungen, Füllstandsanzeigern, Pumpen oder dergleichen vorgesehenen Halterungsdeckel unter Zwischenschaltung eines als O-Ring ausgebildeten Dichtrings verschlossen ist. Ein solcher Dichtring besteht üblicherweise aus einem Elastomer, welches verhältnismäßig gute Barriereeigenschaften im Hinblick auf die im Behälter enthaltenen Kohlenwasserstoffe aufweist.
Es ist bekannt, Kraftstoffe aus fossilen Kohlenwasserstoffen mehr oder weniger durch sogenannte Biokraftstoffe auf der Basis von Ethanol zu substituieren. Modernen Kraftstoffen werden in jüngster Zeit unterschiedliche Mengen an Ethanol zugesetzt. Dichtsysteme, die im Hinblick auf die Abschirmung von Kohlenwasserstoffen optimiert sind, verwenden häufig Elastomerdichtungen auf der Basis von Fluorkautschuk. Kohlenwasserstoffe sind chemisch unpolare Systeme, die grundsätzlich andere Abdichtmaßnahmen erfordern, als dies chemisch polare Systeme wie Alkohole oder alkoholhaltige Additive erfordern würden.
Um eine entsprechende Alkoholbeständigkeit zu gewährleisten, müssten die zur Zeit verwendeten Fluorelastomere einen höheren Fluoranteil aufweisen, was zu einer größeren Härte und einer höheren Glasübergangstemperatur führen würde. Dies geht zu Lasten der Langlebigkeit des Materials und verringert eigentlich die Dichtfähigkeit an den Grenzflächen der Dichtung zum Kraftstoffbehälter.
Grundsätzlich sind Elastomerdichtungen bekannt, die dazu bestimmt sind, auf einander gegenüberliegenden Seiten mit unterschiedlichen Medien in Berührung gebracht zu werden. Eine solche Dichtung, die beispielsweise für Geräte für die isotopische Urananreicherung Anwendung findet, ist beispielsweise aus der DE 21 54 679 A bekannt.
Diese Dichtungen sind einstückig aus verschiedenen Materialien miteinander vergossen. Problematisch an einer derartigen Ausbildung der Dichtung ist, dass je nach Geometrie der Dichtung aufgrund des unterschiedlichen Elastizitätsmoduls der verwendeten Materialien die Dichtung nicht hinreichend stabil ist und aufgrund unterschiedlicher Kompression des Materials Scherkräfte erfährt, die die Lebensdauer der Dichtung beeinträchtigen.
Aus der DE 10 2008 020 234 A1 ist eine Anstellvorrichtung für das Bewegen eines Werkzeuges bekannt. Diese umfasst eine Trägerplatte, die einen mit Druckmittel beaufschlagbaren Raum definiert und die gegen ein Gehäuse abgedichtet ist. Die Dichtung ist als Stoßdichtung ausgebildet und weist im Querschnitt ein H-Profil auf, welches mehrere voneinander beabstandete Dichtlippen ausbildet.
Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, ein Verschlusssystem an einem Kraftstoffbehälter bereitzustellen, welches sowohl den von den einschlägigen Vorschriften (PZEV, LEV II und LEV III) geforderten Permeationsdichtigkeiten als auch einer Beständigkeit gegen alkoholhaltige Additive und alkoholhaltigen Kraftstoff Rechnung trägt. Die erfindungsgemäß zu verwendende Dichtung soll insbesondere mechanisch belastbar und stabil sein.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird gelöst mit einem Verschlusssystem an einem Kraftstoffbehälter umfassend eine Öffnung in der Wandung des Kraftstoffbehälters und einen die Öffnung abdeckenden Verschlussdeckel, der wenigstens eine Elastomerdichtung zwischen sich und einem die Öffnung umfassenden Rand der Behälterwandung einspannt, wobei sich das Verschlusssystem dadurch auszeichnet, dass die Elastomerdichtung als die Öffnung umgebende, mehrlappige Dichtschnur oder mehrlappiger Dichtring ausgebildet ist, derart, dass sie mehrere voneinander beabstandete Dichtlippen ausbildet, wobei wenigstens zwei voneinander beabstandete Dichtlippen der Elastomerdichtung aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen, von welchen einer im wesentlichen undurchlässig für Kohlenwasserstoffe und ein zweiter im wesentlichen undurchlässig für alkoholhaltige Medien oder alkoholhaltige Additive ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Verschlusssystem sind zwei voneinander unabhängig funktionierende Dichtsysteme vorgesehen, die jeweils wenigstens einer Dichtlippe eines einzigen Dichtrings oder einer einzigen Dichtschnur zugeordnet sind, wobei einem ersten Abschnitt der Elastomerdichtung ein Werkstoff zugeordnet ist, der gegen Kohlenwasserstoff undurchlässig und beständig ist und im zweiten Abschnitt wenigstens ein Werkstoff zugeordnet ist, welcher undurchlässig und materialbeständig gegen die im Kraftstoff enthaltenen Additive oder gegen alkoholhaltige Medien ist. Die Dichtlippen der Elastomerdichtungen sind vorzugsweise bezogen auf das Konzentrationsgefälle der abzudichtenden Medien hintereinander angeordnet, so dass ein erster Werkstoff den Kraftstoffbehälter beispielsweise vollständig gegen Kohlenwasserstoffe abdichten kann, die durch diesen hindurch diffundierenden Alkohole hingegen von dem zweiten Werkstoff abgedichtet werden.
Als erster Werkstoff kann beispielsweise ein Fluorelastomer vorgesehen sein, ein zweiter Werkstoff kann beispielsweise ein NBR oder HNBR (Nitrilbutadien-Kautschuk oder hydrierter Acrylnitrilbutadien-Kautschuk) sein.
Als Fluorelastomere kommen beispielweise FPM oder FKM in Betracht.
Vorzugsweise ist das Verschlusssystem so ausgebildet, dass die Dichtlippen zwischen sich eine Diffusionsbarriere in Form eines Luftspaltes einschließen. Das Verschlusssystem kann anstelle eines Dichtrings mit an diesem angeordneten, voneinander beabstandeten Dichtlippen auch mehrere konzentrisch ineinander gelegte Dichtringe aus unterschiedlichen Werkstoffen umfassen.
Bei einer bevorzugten Variante des Verschlusssystems gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Elastomerdichtung mehrere Dichtlippen aufweist, die in Umfangsrichtung der Öffnung betrachtet voneinander beabstandet sind. Die Elastomerdichtung kann beispielsweise im Querschnitt ein X,- K- oder H-Profil aufweisen.
Bei einer bevorzugten Variante des Verschlusssystems gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass die Elastomerdichtung einen Stützkörper umfasst, an welchen wenigstens zwei Dichtlippen aus unterschiedlichen elastomeren Werkstoffen angeformt sind. Der Stützkörper gewährleistet dabei eine entsprechende Stabilität für die Dichtung, wenn diese unter Druck zwischen dem Deckelflansch und dem Verschlussdeckel eingespannt wird. Aufgrund des stabilisierenden Stützkörpers ist gewährleistet, dass die Dichtung sich nicht wegen der unterschiedlichen Elastizitätsmodule der verschiedenen Werkstoffe verzieht oder verwellt, was zu Undichtigkeiten an den Grenzflächen zwischen Dichtung und Deckelverschluss und/oder Dichtung und Behälterwand führen würde.
Der Stützkörper besteht zweckmäßigerweise aus einem nicht elastomeren Werkstoff, vorzugsweise aus thermoplastischem Kunststoff.
Ein solcher Dichtring kann beispielsweise im Mehrkomponenten-Spritzgießverfahren erhalten worden sein, wobei der Stützkörper in das Werkzeug eingelegt wurde und beiderseits des Stützkörpers unterschiedliche elastomere Dichtwerkstoffe angeformt wurden.
Bei einer bevorzugten Variante des Verschlusssystems gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass die Elastomerdichtung ein etwa H-förmiges Querschnittsprofil mit wenigstens einem ersten Schenkel und einem zweiten Schenkel sowie mit einem die Schenkel verbindenden Steg umfasst, wobei die Schenkel jeweils aus unterschiedlichen elastomeren Werkstoffen und der die Schenkel verbindende Steg aus einem thermoplastischem Werkstoff besteht.
Der Steg kann beispielweise aus POM oder PA (Polyoxymethylen oder Polyamid) bestehen.
Wie vorstehend bereits erwähnt, kann vorgesehen sein, dass die voneinander beabstandeten Dichtlippen der Elastomerdichtung in Einbaulage in Umfangsrichtung der Öffnung betrachtet hintereinander angeordnet sind.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert:
Es zeigen:
1 einen Querschnitt durch ein Verschlusssystem gemäß der Erfindung nach einem ersten Ausführungsbeispiel,
2 einen Teilschnitt durch ein Verschlusssystem gemäß der Erfindung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel und
3–5 Profile verschiedener Elastomerdichtungen des erfindungsgemäßen Verschlusssystems.
Es wird zunächst bezug genommen auf die 1, welche einen Teilschnitt durch einen Kraftstoffbehälter 1 im Bereich einer Öffnung 2 zeigt.
Der Kraftstoffbehälter 1 ist aus thermoplastischem Kunststoff ausgebildet und wurde beispielsweise durch Extrusionsblasformen erhalten. Dieser kann allerdings ebenso durch Spritzgießen, Tiefziehen, Rotationssintern oder auf andere Art und Weise hergestellt worden sein. Das Verschlusssystem gemäß der Erfindung ist nicht auf Kraftstoffbehälter aus thermoplastischem Kunststoff beschränkt, vielmehr kann der Kraftstoffbehälter gemäß der Erfindung auch aus Metall bestehen.
Die Öffnung 2 in dem Kraftstoffbehälter 1 ist randseitig von einem Stutzen 3 eingefasst, dessen Größenverhältnisse in bezug auf die Öffnung 2 übertrieben dargestellt sind. Der Stutzen 3 bildet eine umlaufende Ringnut 4, in die eine Elastomerdichtung 5 eingelegt ist. Auf den Stutzen 3 ist ein Verschlussdeckel 6 aufgelegt, welcher mittels eines umlaufenden Spannrings 7 an dem Kraftstoffbehälter 1 gesichert ist. Der Spannring 7 ist im Querschnitt etwa C-förmig ausgebildet. Einerseits übergreift dieser den Verschlussdeckel 6, andererseits untergreift dieser den Stutzen 3 bzw. den von dem Stutzen 3 gebildeten Ringflansch 8. Die lichte Höhe der Ringnut 4 ist so bemessen, dass die Elastomerdichtung 5 bei gesichertem Verschlussdeckel 6 geringfügig komprimiert wird, so dass die Dichtlippen 9 der Elastomerdichtung 5 unter Druck gegen den Verschlussdeckel 6 einerseits und an der Ringnut 4 andererseits anliegen.
Die Gestaltung des Verschlussdeckels 6 und des Stutzens 3 ist für die Erfindung nicht kritisch.
Der Verschlussdeckel kann beispielsweise hindurchführende Kraftstoffleitungen, elektrische Verbindungen oder dergleichen aufweisen, die hier aus Vereinfachungsgründen nicht dargestellt sind.
Die in die Ringnut 4 des Stutzens 5 eingelegte Elastomerdichtung 5 ist als die Öffnung 2 umgebende, kreisringförmig ausgebildete Dichtschnur ausgebildet. Es ist für den Fachmann ersichtlich, dass die Elastomerdichtung 5 nicht notwendigerweise kreisringförmig ausgebildet sein muss, vielmehr kann diese jede beliebige Kontur aufweisen.
Bei einer Variante des Verschlusssystems gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass die Elastomerdichtung ein H-Profil aufweist, d. h., dass diese einen ersten und einen zweiten Schenkel 9a, 9b umfasst, die sich in der Einbaulage etwa senkrecht erstrecken. Die Schenkel 9a, 9b der Elastomerdichtung 5 sind durch einen sich etwa horizontal erstreckenden Quersteg 10 miteinander verbunden. Die Schenkel 9a, 9b bilden jeweils zwei Dichtlippen 11, wobei ein erster bezogen auf die Öffnung 2 innenliegender Schenkel 9a beispielsweise aus einem für Kohlenwasserstoffe undurchlässigen und beständigen Werkstoff besteht und der zweite außenliegende Schenkel 9b aus einem für Alkohole oder alkoholhaltige Systeme undurchlässigen und beständigen Werkstoff besteht. Der erste Schenkel kann beispielweise aus einem Fluorkautschuk bestehen, wohingegen der zweite Schenkel aus einem NBR oder HNBR ausgebildet sein kann. Der die beiden Schenkel verbindende Quersteg 10 kann hingegen aus einem thermoplastischem Material mit einem in bezug auf die Schenkel 9a, 9b verhältnismäßig höheren Elastizitätsmodul ausgebildet sein. Die Schenkel 9a, 9b sind an den Quersteg 10 angeformt, wodurch insgesamt die Elastomerdichtung 5 eine gewisse Formsteifigkeit und Stabilität erhält. Eine Verwellung der Elastomerdichtung 5 unter Einfluss von Kraftstoff wird hierdurch zuverlässig verhindert.
Wie dies insbesondere der 1 zu entnehmen ist, bildet die Elastomerdichtung 5 jeweils eine oberhalb des Querstegs 10 und eine unterhalb des Querstegs 10 umlaufende Nut 12, die einerseits oberseitig durch den Verschlussdeckel 6 verschlossen ist und unterseitig durch das tiefste der Ringnut 4 verschlossen ist.
Die Nuten 12 der Elastomerdichtung 5 bilden eine zusätzliche Diffusionsbarriere.
Bei einer alternativen Ausgestaltung des Verschlusssystems gemäß der Erfindung (2) ist vorgesehen, dass in die Ringnut 4 des Stutzens 3 zwei Elastomerdichtungen 5 eingelegt sind, die zueinander konzentrisch angeordnet sind. Jede der Elastomerdichtungen 5 kann aus unterschiedlichen Elastomeren mit unterschiedlichen Barriereeigenschaften zusammengesetzt sein, alternativ kann vorgesehen sein, dass jede Elastomerdichtung jeweils Dichtlippen 11 aus einem einzigen Elastomer umfasst, wobei beispielsweise die innenliegende Elastomerdichtung 5 aus einem anderen Werkstoff als die außenliegende Elastomerdichtung besteht.
Welcher Werkstoff für welches Dichtsystem innen oder außen angeordnet ist, ist für die Erfindung grundsätzlich nicht kritisch.
Die Elastomerdichtungen 5 nach dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 können jeweils vollständig aus einem Elastomer bestehen, diese können jedoch jeweils einen Quersteg bzw. Stützkörper aus thermoplastischem Kunststoff aufweisen. Eine vergrößerte Darstellung der Elastomerdichtung 5 als H-Profil ist beispielsweise in 3 dargestellt. Die Schenkel 9a, 9b bestehen jeweils aus einem ersten und zweiten elastomeren Dichtwerkstoff, beispielsweise besteht der Schenkel 9a aus einem ersten elastomeren Dichtwerkstoff, der Schenkel 9b aus einem zweiten elastomeren Dichtwerkstoff, der Quersteg 10 hingegen besteht aus einem thermoplastischem Kunststoff.
Alternative Ausgestaltungen der Dichtprofile sind beispielsweise aus den 4 und 5 ersichtlich. Bei der in 4 gezeigten Variante der Elastomerdichtung 5 handelt es sich um ein sogenanntes X-Profil, wobei diese Variante keinen stabilisierenden Stützkörper umfasst. Es ist grundsätzlich aber auch denkbar, dass bei einem X-Profil die Dichtlippen 11 an eine stabilisierende Seele aus thermoplastischem Material angespritzt sein können.
Ebenso kann die Elastomerdichtung 5 in Form eines K-Profils vorgesehen sein, wie dies in 5 dargestellt ist.
Auch bei den in den 4 und 5 dargestellten Profilen der Elastomerdichtung 5 ist der innere Schenkel mit 9a und der äußere Schenkel hingegen mit 9b bezeichnet.
Bezugszeichenliste

1: Kraftstoffbehälter
2: Öffnung
3: Stutzen
4: Ringnut
5: Elastomerdichtung
6: Verschlussdeckel
7: Spannring
8: Ringflansch
9a, 9b: Schenkel
10: Quersteg
11: Dichtlippen
12: Nut

Claims

Verschlusssystem an einem Kraftstoffbehälter (1) umfassend eine Öffnung (2) in der Wandung des Kraftstoffbehälters (1) und einen die Öffnung abdeckenden Verschlussdeckel (6), der wenigstens eine Elastomerdichtung (5) zwischen sich und einem die Öffnung (2) umfassenden Rand der Behälterwandung einspannt, dadurch gekennzeichnet, dass die Elastomerdichtung (5) als die Öffnung (2) umgebende, mehrlappige Dichtschnur oder mehrlappiger Dichtring ausgebildet ist, derart, dass sie mehrere voneinander beabstandete Dichtlippen (11) ausbildet, wobei wenigstens zwei voneinander beabstandete Dichtlippen (11) der Elastomerdichtung (5) aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen, von welchen einer undurchlässig für Kohlenwasserstoffe und ein zweiter undurchlässig für alkoholhaltige Medien oder alkoholhaltige Additive ist.
Verschlusssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Werkstoff ein Fluorelastomer und ein zweiter Werkstoff ein NBR oder ein HNBR ist.
Verschlusssystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtlippen (11) zwischen sich eine Diffusionsbarriere in Form eines Luftspalts einschließen.
Verschlusssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Elastomerdichtung (5) im Querschnitt ein X-, K- oder H-Profil aufweist.
Verschlusssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Elastomerdichtung (5) einen Stützkörper umfasst an welchen wenigstens zwei Dichtlippen (11) aus unterschiedlichen elastomeren Werkstoffen angeformt sind.
Verschlusssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper aus einem nicht elastomeren Werkstoff, vorzugsweise aus thermoplastischem Kunststoff besteht.
Verschlusskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Elastomerdichtung (5) ein etwa H-förmiges Querschnittsprofil mit einem ersten Schenkel (9a) und einem zweiten Schenkel (9b) sowie mit einem die Schenkel (9a, 9b) verbindenden Quersteg (10) umfasst, wobei die Schenkel (9a, 9b) jeweils aus unterschiedlichen elastomeren Werkstoffen und der die Schenkel (9a, 9b) verbindende Quersteg (10) aus einem thermoplastischem Werkstoff besteht.
Verschlusskörper nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Quersteg aus POM oder PA besteht.
Verschlusssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die voneinander beabstandeten Dichtlippen (11) der Elastomerdichtung (5) in Einbaulage in Umfangsrichtung der Öffnung (2) hintereinander angeordnet sind.