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DE4330855C1 - Verwendung eines Kunststoffrohres als crashgesicherte Kraftfahrzeug-Kraftstoffleitung - Google Patents

Verwendung eines Kunststoffrohres als crashgesicherte Kraftfahrzeug-Kraftstoffleitung

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DE4330855C1
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Germany
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plastic
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din
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fuel line
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DE4330855A
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Erwin Brunnhofer
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Technoflow Fuel Systems GmbH
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Technoflow Tube Systems GmbH
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Publication date
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    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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    • F02M37/0017—Constructional details; Manufacturing or assembly of elements of fuel systems; Materials therefor related to fuel pipes or their connections, e.g. joints or sealings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K15/00—Arrangement in connection with fuel supply of combustion engines or other fuel consuming energy converters, e.g. fuel cells; Mounting or construction of fuel tanks
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
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Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung eines strangge­ preßten, glattwandigen Kunststoffrohres aus einem thermo­ plastischen, kraftfahrzeugüblichen Rohrkunststoff mit einem Außendurchmesser von unter 15 mm sowie einer aus­ reichenden Wanddicke als crashgesicherte Kraftfahrzeug- Kraftstoffleitung, die mit Anschlüssen einer vorgegebenen Abzugskraft an die zugeordneten Aggregate des Kraftfahr­ zeuges angeschlossen ist. Eine solche Kraftfahrzeug- Kraftstoffleitung ist in Kraftfahrzeugen als Vorlauf-, Rücklauf- oder Entlüftungsleitung eingesetzt, wobei die Vorlaufleitung vom Kraftstofftank zum Motor, die Rücklauf­ leitung vom Motor zum Kraftstofftank und die Entlüftungs­ leitung vom Kraftstofftank zu einem Aktivkohlebehälter führt.
An solche Kraftfahrzeug-Kraftstoffleitungen werden hohe Sicherheitsanforderungen gestellt. Dies gilt insbesondere für den sogenannten Crashfall. Fahrzeuge werden für den Crashfall so ausgelegt, daß weder aus dem Tank noch aus den Leitungen oder den Aggregaten Kraftstoff freigesetzt wird. Das heißt, die crashbedingten Formänderungen am Fahrzeug dürfen das kraftstofführende System nicht undicht werden lassen. Dies gilt auch für jede beliebige Fahrzeuglage. Die Kraftfahrzeug-Kraftstoffleitung darf in einem solchen Falle weder brechen noch sich aus ihren Anschlüssen für die genannten Aggregate des Kraftfahrzeuges herauszuziehen.
Kraftstoff bezeichnet im Rahmen der Erfindung Benzin, Dieselöl oder gasförmige Kraftstoffe.
Der Ausdruck Kunststoffrohre umfaßt im Rahmen der Erfindung auch solche, die in Grenzen elastisch verformbar sind und insoweit schlauchartigen Charakter haben.
Die Kraftfahrzeug-Kraftstoffleitungen, von denen die Er­ findung ausgeht und die aus der Praxis bekannt sind, sind keine einheitlichen Leitungen. Sie bestehen vielmehr haupt­ sächlich aus einem Kunststoffrohr oder aus mehreren Kunst­ stoffrohrabschnitten und angeschlossenen oder integrierten Gummischlauchabschnitten. Die Gummischlauchabschnitte funktionieren als elastisch verformbare Elemente, die im Crashfall über Verformung verhindern, daß sich Spannungs- oder Kraftspitzen aufbauen, die zu einem Bruch des Kunst­ stoffrohres führen oder das Kunststoffrohr aus einem zuge­ ordneten Anschluß oder Verbundteil herausreißen.
Allgemein ist zu den technischen Problemen bei Kraftfahr­ zeug-Kraftstoffleitungen folgendes zu bemerken: Die Kraft­ fahrzeug-Kraftstoffleitungen werden üblicherweise aus Me­ tallrohren und Gummischläuchen, aus Kunststoffrohren und Gummischläuchen oder aus Kunststoffrohren hergestellt. Bei Kraftfahrzeug-Kraftstoffleitungen aus Metall ist es nötig, die Metallrohre vorzubiegen und einen Bewegungsausgleich insbesondere im Crashfall durch die dazwischengeschalteten oder angeschlossenen Gummischläuche zu bewirken.
Kunststoffrohre, insbesondere einschichtige Kunststoffrohre, können bei geringen Biegeradien vom geraden Zustand aus­ gehend verlegt werden. Der häufigere Fall ist jedoch der, daß wegen des Risikos, daß solche Leitungen die Karosserie oder den Motor unerwünscht berühren, die Kunststoffrohre vorgebogen werden. Aus DE 36 40 043 A1 und DE-GM 87 09 449 ist bekannt, die Kunststoffrohre mit einstückig an­ geschlossenen, wellenförmigen Biegeabschnitten zu versehen. Durch Verformung dieser Biegeabschnitte können die Kunst­ stoffrohre bei der Montage an einen nicht geradlinigen Verlauf der Rohrleitung angepaßt werden.
Ein besonderes Problem entsteht, weil bei Kraftfahrzeug-Kraft­ stoffleitungen sehr hohe Anforderungen an die Diffusionsdichtig­ keit und Leckagesicherheit gestellt werden. Gummischläuche sind in störendem Maße diffusionsfreundlich. Zwar können bei Gummischläuchen Innenschichten aus Kunststoff eingebaut werden, die die Diffusion reduzieren, zugleich wird dadurch jedoch die Steifigkeit erhöht.
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine Kraftfahrzeug-Kraftstoffleitung zu schaffen, die vollständig aus Kunststoff besteht, aber dennoch ausreichend crash­ gesichert ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist Gegenstand der Erfindung die Verwendung eines stranggepreßten, glattwandigen Kunststoff­ rohres aus einem thermoplastischen, kraftfahrzeugüblichen Rohrkunststoff mit einem Außendurchmesser von unter 15 mm sowie mit einer ausreichenden Wanddicke als crash­ gesicherte Kraftfahrzeug-Kraftstoffleitung, die mit Anschlüssen einer vorgegebenen Abzugskraft (K1) an die zugeordneten Aggregate des Kraftfahrzeuges angeschlossen ist, mit der Maßgabe, daß die Kraftfahrzeug-Kraftstoffleitung in dem Kunststoffrohr ausgeformte im Längsschnitt wellen­ förmige Crashsicherungsabschnitte aufweist, deren Gesamt­ länge im gewellten Zustand max. 50% der jungfräulichen Länge der bereits mit den Crashsicherungsabschnitten ver­ sehenen Kraftfahrzeug-Kraftstoffleitung ausmacht und welche im Crashfall die dehnungsbedingten Kräfte (K2) kleiner halten, als es der vorgegebenen Abzugskraft (K1) entspricht (K2 < K1). Die Crashsicherungsabschnitte können beim Strangpressen oder nach dem Strangpressen ausgeformt sein.
Diese Lehre zum technischen Handeln kann ohne Schwierig­ keiten mit einer Reihe der kraftfahrzeugüblichen Rohr­ kunststoffe verwirklicht werden, und zwar auch mit sehr diffusionsarmen Rohrkunststoffen. Insbesondere lehrt die Erfindung, daß das Kunststoffrohr in bezug auf den Kraft­ stoff, der bestimmungsgemäß durch die Kraftfahr­ zeug-Kraftstoffleitung zu fließen hat, einen Diffusions­ koeffizienten von kleiner 2 g pro Tag und Meter, gemessen bei 600 Celcius und 4 bar Druck, mit einem Kraftstoff der 15% Methanol enthält, aufweist, gemessen in einem dyna­ mischen Diffusionsprüfstand an einem Rohr 8 × 1. Eine gute Abstimmung in bezug auf alle Qualitätsanforderungen, die eine erfindungsgemäße Kraftfahrzeug-Kraftstoffleitung zu erfüllen hat, wird durch die Maßgabe erreicht, daß die im Längsschnitt wellenförmigen Crashsicherungsabschnitte so ausgeformt und angeordnet sind, daß der integrierte Diffusionsstrom der Kraftfahrzeug-Kraftstoffleitung gegen­ über einem gleichen Kunststoffrohr um max. 30% erhöht ist.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß Kunststoff­ rohre aus einem kraftfahrzeugüblichen Rohrkunststoff für crashgesicherte Kraftfahrzeug-Kraftstoffleitungen verwend­ bar sind, wenn crashbedingte Kräfte über die gleichsam als Kompensator wirkenden Crashsicherungsabschnitte soweit ab­ gebaut werden, daß diese Kräfte kleiner als die Abzugs­ kräfte an den Anschlüssen oder an Verbindungen sind. Es versteht sich, daß die Bruchkraft solcher Kunststoffrohre bzw. Kraftfahrzeug-Kraftstoffleitungen stets größer ist als deren Abzugskraft. Bruchkraft ist die im Augenblick des Zerreißens im Crashfall einer Kraftfahrzeug-Kraftstoff­ leitung auftretende Kraft.
Abgestellt auf bei Personenkraftwagen sehr übliche Verhält­ nisse ist Gegenstand der Erfindung die beschriebene Ver­ wendung mit der Maßgabe, daß die Bruchkraft des Kunst­ stoffrohres im Bereich von 500 bis 1500 N liegt, mit der Maßgabe, daß die Kraftfahrzeug-Kraftstoffleitung mit An­ schlüssen nach DIN 73 377, deren Abzugskraft in dem vorstehend angegebenen Bereich der Bruchkraft liegt, an die zugeordneten Aggregate des Kraftfahrzeuges ange­ schlossen ist, und mit der weiteren Maßgabe, daß durch die Crashsicherungsabschnitte die in den Anschlüssen nach DIN 73 377 gehaltene Kraftfahrzeug-Kraftstoffleitung im Crashfall eine Dehnung von 100 bis 250% aufnimmt, ohne zu brechen.
Sektionen der Kraftfahrzeug-Kraftstoffleitung können zu­ sätzlich durch Gummiüberzüge, Scheuerschutzspiralen oder Geflechte so ausgerüstet werden, daß ein Durchtrennen der Leitung durch Quetschen oder scharfkantige Berührungs­ stellen im Crashfall unterbleibt. Im allgemeinen wird man die Crashsicherungsabschnitte zugleich als Biegungskompen­ satoren einsetzen und dazu im Bereich vorgegebener montage­ bedingter Biegungen der montierten Kraftfahr­ zeug-Kraftstoffleitung anordnen. Das hat den Vorteil, daß erfindungsgemäße Kraftfahrzeug-Kraftstoffleitungen im ge­ streckten Zustand gefertigt und zum Einbauort transportiert werden können, wobei erst beim Einbau die Biegungen ausge­ bildet und die Kraftfahrzeug-Kraftstoffleitung mit ihren Biegungen vormontiert wird. In Ausnahmefällen ist auch ein einziger Crashsicherungsabschnitt ausreichend. Im Rahmen der Erfindung kann mit kraftfahrzeugüblichen thermopla­ stischen Rohrkunststoffen gearbeitet werden. Bewährt haben sich Rohrkunststoffe wie sie im Anspruch 6 offenbart sind. Dabei kann die erfindungsgemäße Verwendung gemäß Anspruch 7 und gemäß Anspruch 8 erfolgen. Die Wanddicke des Kunst­ stoffrohres liegt zweckmäßigerweise im Bereich von 0,5 bis 4 mm, vorzugsweise bei etwa 1 mm. Eine bevorzugte Aus­ führungsform genügt der Maßgabe, daß das Kunststoffrohr aufweist:
eine Härte im Bereich von Shore D30 bis Shore D85,
eine Festigkeit im Bereich von 10 N/mm2 bis 60 N/mm2
eine Bruchdehnung im Bereich von 100% bis 600%,
eine Kälteschlagzähigkeit bei minus 40° C und 10 Proben ohne Bruch.
Härte definiert und gemessen nach DIN 53 505, Festigkeit definiert und gemessen nach DIN 53 455, Bruchdehnung definiert und gemessen nach DIN 53 455, Kälteschlagzähig­ keit definiert und-gemessen nach DIN 73 378.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung
Fig. 1 die Ansicht eines einbaufertigen Bündels von crash­ gesicherten Kraftfahrzeug-Kraftstoffleitungen, die als Vorlaufleitung, Rücklaufleitung oder Ent­ lüftungsleitungen einsetzbar sind,
Fig. 2 den vergrößerten Ausschnitt A aus der in Fig. 1 links gezeichneten Kraftfahrzeug-Kraftstoffleitung,
Fig. 3 die in Fig. 1 links gezeichnete Kraftfahrzeug-Kraft­ stoffleitung im gestreckten Zustand und
Fig. 4 den vergrößerten Ausschnitt B aus dem Gegenstand der Fig. 1 im Schnitt.
Die in den Figuren dargestellte Kraftfahrzeug-Kraftstoff­ leitung ist aus einem stranggepreßten, glattwandigen Kunst­ stoffrohr aus einem thermoplastischen, kraftfahrzeug­ üblichen Rohrkunststoff geformt. Dieses Kunststoffrohr besitzt einen Außendurchmesser von unter 15 mm sowie eine ausreichende Wanddicke. Die Kraftfahrzeug-Kraftstoffleitung 1 ist mit Anschlüssen 2 einer vorgegebenen Abzugskraft an die zugeordneten Aggregate des Kraftfahrzeuges ange­ schlossen. - In Fig. 1 erkennt man drei solcher Kraft­ fahrzeug-Kraftstoffleitungen, die durch die zusätzlichen Kennzeichnungen a), b) und c) als Vorlauf-, Rücklauf- und Entlüftungsleitungen differenziert sind.
Die Kraftfahrzeug-Kraftstoffleitung 1 besitzt in dem Kunst­ stoffrohr beim Strangpressen oder nach dem Strangpressen ausgeformte, im Längsschnitt wellenförmige Crashsiche­ rungsabschnitte 3, deren Gesamtlänge im gewellten Zustand max. 50% der jungfräulichen Länge der Kraftfahrzeug-Rohr­ leitung ausmacht. Die Anordnung ist so getroffen, daß die Crashsicherungsabschnitte 3 im Crashfall die dehnungsbe­ dingten Kräfte kleiner halten, als es den vorgegebenen Abzugskräften entspricht. Das Kunststoffrohr hat vorzugs­ weise den im Patentanspruch 2 angegebenen Diffusions­ koeffizienten, wobei die Verhältnisse des Patentanspruches 3 verwirklicht sind. Die Anordnung ist vorzugsweise so getroffen, daß die Bruchkraft des Kunststoffrohres im Bereich von 500 bis 1500 N liegt, und zwar mit der Maßgabe, daß die Kraftfahrzeug-Kraftstoffleitung 1 mit Anschlüssen 2 nach DIN 73 377, deren Abzugskraft in dem vorstehend angegebenen Bereich der Bruchkraft liegt, an die zugeordneten Aggregate des Kraftfahrzeuges angeschlossen ist, und mit der weiteren Maßgabe, daß durch die Crash­ sicherungsabschnitte 3 die in den Anschlüssen 2 nach DIN 73 377 gehaltene Kraftfahrzeug-Kraftstoffleitung 1 im Crashfall eine Dehnung von 100 bis 250% aufnimmt, ohne zu brechen. Die in Fig. 3 dargestellte Kraftfahrzeug-Kraftstoffleitung 1 kann sich in einem solchen Fall also um weit mehr als das Doppelte verlängern.
Vergleicht man die Fig. 1 und 3, so erkennt man, daß die Crashsicherungsabschnitte 3 zugleich als Biegungskompen­ satoren eingesetzt und dazu in Bereichen vorgegebener montagebedingter Biegungen der montierten Kraft fahr­ zeug-Kraftstoffleitung 1 angeordnet sind. Im übrigen wird auch zu den Figuren auf die Patentansprüche 6 bis 10 verwiesen.

Claims (11)

1. Verwendung eines stranggepreßten, glattwandigen Kunst­ stoffrohres aus einem thermoplastischen, kraftfahrzeug­ üblichen Rohrkunststoff mit einem Außendurchmesser von unter 15 mm sowie mit einer ausreichenden Wanddicke
als crashgesicherte Kraftfahrzeug-Kraftstoffleitung, die mit Anschlüssen einer vorgegebenen Abzugskraft (K1) an die zugeordneten Aggregate des Kraftfahrzeuges ange­ schlossen ist,
mit der Maßgabe, daß die Kraftfahrzeug-Kraftstoffleitung in dem Kunstoffrohr ausgeformte, im Längsschnitt wellenförmige Crashsicherungsabschnitte aufweist, deren Gesamtlänge im gewellten Zustand max. 50% der jungfräulichen Länge der bereits mit den Crashsicherungsabschnitten versehenen Kraftfahrzeug-Kraftstoffleitung ausmacht, und welche im Crashfall die dehnungsbedingten Kräfte (K2) kleiner halten, als es der vorgegebenen Abzugskraft (K1) entspricht (K2, K1).
2. Verwendung nach Anspruch 1 mit der Maßgabe, daß das Kunststoffrohr in bezug auf den Kraftstoff einen Diffu­ sionskoeffizienten von < 2 g pro Tag und Meter gemessen bei 60 °C und 4 bar Druck mit einem Kraftstoff, der 15% Methanol enthält, aufweist, gemessen in einem dynamischen Diffusionsprüfstand an einem Rohr 8 × 1.
3. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 oder 2 mit der Maßgabe, daß die im Längsschnitt wellenförmigen Crash­ sicherungsabschnitte so angeordnet sind, daß der inte­ grierte Diffusionsstrom der Kraftfahrzeug-Kraftstoffleitung gegenüber einem gleichen Kunststoffrohr um max. 30% größer ist.
4. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit der Maßgabe, daß die Bruchkraft des Kunststoffrohres im Bereich von 500 bis 1500 N liegt, mit der Maßgabe, daß die Kraftfahrzeug-Kraftstoffleitung mit Anschlüssen nach DIN 73 377, deren Abzugskraft in dem vorstehend angegebenen Be­ reich der Bruchkraft liegt, an die zugeordneten Aggregate des Kraftfahrzeuges angeschlossen ist, und mit der weiteren Maßgabe, daß durch die Crashsicherungsabschnitte die in den Anschlüssen nach DIN 73 377 gehaltene Kraftfahr­ zeug-Kraftstoffleitung im Crashfall eine Dehnung von 100 bis 250% aufnimmt, ohne zu brechen.
5. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit der Maßgabe, daß die Crashsicherungsabschnitte zugleich als Biegungskompensatoren eingesetzt und dazu in Bereichen vorgegebener, montagebedingter Biegungen der montierten Kraftfahrzeug-Kraftstoffleitung angeordnet sind.
6. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit der Maßgabe, daß der thermoplastische Rohrkunststoff zur Gänze oder Schichten davon einem Kunststoff der Gruppe PA6, PA66, PA46, PA69, PA610, PA612, PA6-3T, PA11, PA12 beschrieben in DIN 16 773, Teil 1, der Gruppe PP beschrieben in DIN 16 774, der Gruppe PET, PBT beschrieben in DIN 16 779, und der Gruppe Polyesterelastomere TEEE beschrieben in ASTM D1972, und der Gruppe Fluorpolymere wie PVDF, ETFE, FEP, PFA, ECTFE, PTFE oder kompatiblen Mischungen davon besteht.
7. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 mit der Maßgabe, daß das Kunststoffrohr einschichtig stranggepreßt ist.
8. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 mit der Maßgabe, daß das Kunststoffrohr einschichtig oder mehr­ schichtig ausgeführt ist, mit der Maßgabe, daß auf die Außenoberfläche des Kunststoffrohres im Wege der Koex­ trusion bei der Herstellung des Kunststoffrohres eine für die Sollfunktion unerhebliche Relax-Kunststoffschicht stoffschlüssig aufgebracht ist, die im Vergleich zu dem Rohrwandkunststoff im gesamten Anwendungstemperaturbereich eine um einen Faktor von höchstens 0,8 geringere Härte aufweist und damit weich eingestellt ist, und mit der weiteren Maßgabe, daß das Kunststoffrohr in seiner Außen­ wand durch die Dicke der Relax-Kunststoffschicht, die um einen Faktor von zumindest 0,5 geringer als die Rohrwand­ dicke der einschichtigen oder mehrschichtigen Rohrwand, im gesamten Anwendungstemperaturbereich freigehalten ist von die Werte der Festigkeit, der Bruchdehnung und der Kälte­ schlagzähigkeit störend beeinflussenden Kalibrierungs­ orientierungen, sowie Oberflächenschäden, Kratzer und Fehler, und wobei die Rißabsorptionsschicht aus einem Kunststoff der Gruppe PA6, PA66, PA46, PA69, PA610, PA612, PA11, PA12 beschrieben in DIN 1673, Teil 1, der Gruppe PP beschrieben in DIN 16 774, der Gruppe PE, PBT beschrieben in DIN 16 779, der Gruppe Polyesterelastomere TEEE be­ schrieben in ASTM D1972, der Gruppe Fluorpolymere wie PVDF, ETFE, FEP, PFA, ECTFE und PTFE oder kompatiblen Mischungen davon, besteht und ihrerseits mit dem Rohrwandkunststoff kompatibel ausgewählt ist.
9. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 mit der Maßgabe, daß das Kunststoffrohr eine Wanddicke im Bereich von 0,5 bis 4 mm, vorzugsweise von etwa 1 mm, aufweist.
10. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 mit der Maßgabe, daß das Kunststoffrohr aufweist:
eine Härte im Bereich von Shore D30 bis Shore D85,
eine Festigkeit im Bereich von 10 N/mm2 bis 60 N/mm2
eine Bruchdehnung im Bereich von 100 bis 600% und
eine Kälteschlagzähigkeit bei minus 40°C und 10 Proben ohne Bruch,
Härte definiert und gemessen nach DIN 53 505, Festigkeit definiert und gemessen nach DIN 53 455, Bruchdehnung definiert und gemessen nach DIN 53 455, Kälteschlagzähig­ keit definiert und gemessen nach DIN 73 378.
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