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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Kraftstofftankkomponenten, die an
polymeren Kraftstofftanks anbringbar sind, und insbesondere eine
Kraftstofftankkomponente, die zwei aus verschiedenen Werkstoffen
hergestellte Teile aufweist, die miteinander verbunden sind und
von denen einer an den Kraftstofftank anschweißbar ist, während der andere eine Barriere
gegen Kohlenwasserstoffdurchdringung bildet.
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Hintergrund
zu der Erfindung
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Kraftstofftanks
werden zunehmend aus einem schweißbaren Polymerwerkstoff, beispielsweise Polyethylen,
hergestellt. Polymere Kraftstofftanks und sämtliche Komponenten, die an
dem Kraftstofftank angebracht sind, müssen derzeitige Umweltvorschriften
erfüllen.
Diese Vorschriften verlangen, dass Komponenten an dem Kraftstofftank
(z.B. durch Heißelementschweißen) anbringbar
sein und auch eine Kohlenwasserstoffsperre bilden müssen. Somit
muss ein Teil der Komponente zu dem Kraftstofftankwerkstoff (z.B.
Polyethylen) chemisch kompatibel sein, um eine Anbringung bzw. Bindung
zu ermöglichen.
Jedoch sind anbringbare bzw. anbindbare Materialien keine guten
Kohlenwasserstoffbarrieren, so dass ein weiterer Werkstoff in der
Komponente verwendet werden muss, um als die Kohlenwasserstoffbarriere zu
dienen.
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Sämtliche
Komponenten, die an dem Kraftstofftank angebracht werden sollen,
dürfen
nicht eine Kohlenwasserstoffdurchdringung haben, die über den
durch Umweltvorschriften zugelassenen maximalen Werten liegt. Dies
erfordert, dass die Teile in der Komponente die Dochtwirkung von
flüssigem Kraftstoff
und Kraftstoffdampf minimieren oder verhindern. Da unterschiedliche
Teile in der Komponente häufig
aus verschiedenen und ggf. inkompatiblen Werkstoffen hergestellt
sind, muss jedoch ein chemisches und/oder mechanisches Verfahren
irgendeiner Art einbezogen werden, um einer Durchdringung standzuhalten.
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Es
besteht ein Bedarf nach einem einfachen, kostengünstigen Weg zur Verbindung
verschiedener Materialien in einer an einem Kraftstofftank anbringbaren
Komponente.
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Kurzbeschreibung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftstofftankkomponente, die
einen anschweißbaren Verbinder
aufweist, der mit einem Komponentengehäuse verbunden ist. Der Anschweißverbinder
ist aus einem Werkstoff hergestellt, der an einem polymeren Kraftstofftank
angeschweißt
werden kann, während
das Komponentengehäuse
aus einem nicht schweißbaren
Barrierewerkstoff hergestellt ist. Zwischen dem schweißbaren Werkstoff
und dem nicht schweißbaren
Werkstoff ist ein Haft- bzw. Bindefilm angeordnet, um den Verbinder
und das Komponentengehäuse
miteinander zu verbinden, wodurch eine sichere Bindung geschaffen
wird, selbst wenn die beiden Materialien zueinander nicht chemisch
kompatibel sind. Der Film dient auch als eine Barriere gegen einen
Dochteffekt von Fluid und Dampf zwischen den Materialien.
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Der
Film, der die Komponenten der Kraftstofftankkomponente aneinander
bindet, vereinfacht den Prozess zur Herstellung der Komponente,
indem er eine flüssigkeitsbestän dige und
dampfbeständige Verbindungsstelle
zwischen den beiden verschiedenen Werkstoffen schafft. Weil der
schweißbare
und der nicht schweißbare
Werkstoff in der Komponente nicht chemisch miteinander vereinbar
oder zueinander kompatibel sein müssen, ermöglicht der Film ferner, die
Werkstoffe auf der Basis anderer Kriterien auszuwählen, wodurch
sich der Werkstoffauswahlprozess vereinfacht und die Wahlmöglichkeit
geschaffen wird, kostengünstigere
Werkstoffe in der Komponente zu verwenden.
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Kurze
Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt
eine repräsentative
Querschnittsansicht einer Kraftstofftankkomponente mit einem Gehäuse und
einem Verbinder unter Veranschaulichung derer struktureller Beziehung
gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung;
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2 zeigt
eine repräsentative
Schnittdarstellung der Komponente gemäß einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung;
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3 zeigt
eine repräsentative
Schnittansicht der Komponente gemäß einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung;
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4 zeigt
ein Flussdiagramm unter Veranschaulichung eines Herstellungsprozesses
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung.
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Detaillierte
Beschreibung der Ausführungsformen
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Bezugnehmend
auf 1 betrifft die Erfindung allgemein eine Kraftstofftankkomponente 100, beispielsweise
ein Entlüftungsventil,
Einlassventil, Rückschlagventil
oder eine sonstige Komponente, die ein Komponentengehäuse 102 mit
einem anschweißbaren
Verbinder 104 aufweist, der zur Verbindung der Komponente 100 mit
einer Außenfläche eines
(in 2 veranschaulichten) polymeren Kraftstofftanks 105 vorgesehen
ist. Das Gehäuse 102 weist
einen zylindrischen unteren Teil 106, der bestimmt ist,
um sich in den Kraftstofftank hinein zu erstrecken, und einen oberen
Teil 108 auf, der vorgesehen ist, um sich außerhalb
des Kraftstofftanks zu erstrecken. Die Komponente 100 selbst
kann eine beliebige Form einnehmen; sie kann beispielsweise bestimmt
sein, um Kraftstoffdampf aus dem Innenraum des Kraftstofftanks in
die Atmosphäre
oder eine Dampf behandelnde äußere Struktur
abzulassen. In einem Beispiel ist die Komponente 100 typisch
hohl, mit geeigneten Öffnungen
und Dampfwegen gestaltet, die den unteren und den oberen Teil des
Hauptkomponentengehäuses 102 miteinander
verbinden und in einen Entlüftungsauslass
in dem oberen Teil des Gehäuses 102 einmünden. Die
Komponente 100 kann beispielsweise ein Überschlagsventil, ein Kopfventil,
ein Füllsteuerungsventil
oder eine beliebige sonstige bekannte Komponentenstruktur zur Entlüftung von
Kraftstoffdampf aus dem Tank oder zur Steuerung einer Kraftstoffströmung zu
und/oder von dem Tank sein. Das Gehäuse 102 kann aus einem beliebigen
geeigneten Polymerwerkstoff erzeugt sein, der ausreichend wärmebeständig ist,
um den mit Schweißtechniken,
z.B. Heißelementschweißen, verbundenen
Temperaturen standzuhalten, und der eine chemische Zusammensetzung
aufweist, die für eine
chemische Bindung geeignet ist.
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Der
Anschweißverbinder 104 ist
an dem Gehäuse 102 derart
angeschlossen, dass wenigstens ein Teil des Verbinders 104 an
dem Kraftstofftank 105 angeschweißt werden kann, wenn die Komponente 100 betriebsbereit
in der Kraftstofftanköffnung
positioniert ist. Der Anschweißverbinder 104 kann
die Entlüftungsauslassstruktur
des oberen Teils des Gehäuses 102 umgeben
oder selbst eine Verlängerung
des Entlüftungsauslasses,
beispielsweise eine Düsenleitung,
die sich von dem Entlüftungsauslass
aus zum Anschluss an einen (nicht veranschaulichten) Dampfbehälter erstreckt,
bilden. Der Verbinder 104 ist aus einem Werkstoff gefertigt,
der an der Kraftstofftankwand 105 angeschweißt werden
kann.
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Zum
Einbau der Komponente 100 an dem Kraftstofftank wird der
Verbinder 104 rund um eine Öffnung an dem Kraftstofftank
platziert und anschließend
an der Kraftstofftankwand 105 unter Verwendung einer geeigneten
bekannten Technik, beispielsweise Heißelementschweißen, angeschweißt. Nachdem
der Verbinder 104 an dem Kraftstofftank angeschweißt worden
ist, sind das Gehäuse 102 und
seine zugehörige
Komponentenstruktur in einer sicheren, fluid- und dampfdichten Weise
betriebsmäßig an dem
Kraftstofftank befestigt. Insbesondere ist der Anschweißverbinder 104 durch
den Schweißprozess
effektiv in der Kraftstofftankwand 105 eingebunden. Die
Schweißnaht
zwischen dem Verbinder 104 und dem Kraftstofftank verhindert
ein Entweichen von Kraftstoffdampf oder Flüssigkraftstoff, weil der Verbinder 104 effektiv
zu einem Teil des Kraftstofftanks wird, nachdem er an dem Kraftstofftank
angeschweißt
worden ist.
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Ein
haftbarer oder zur Verbindung geeigneter Film 110, der
zwischen dem Gehäuse 102 und dem
Verbinder 104 einge bracht ist, hält das Gehäuse 102 und den Verbinder 104 sicher
aneinander. Sowohl das Gehäuse 102 als
auch der Verbinder 104 sind an den Film 110 gebunden.
Der Film 110 kann eine beliebige Gestaltung (z.B. eines
kompletten Rings, eines Teilrings, von konzentrischen Ringen, von
konzentrischen Ringen, die mehrere Flächen des Gehäuses 102 und/oder
des Verbinders 104 bedecken, von Punkten, Rechtecken, Streifen,
etc.) aufweisen, ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.
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Der
Film 110 erzeugt eine strukturelle Verbindung zwischen
den verschiedenen nicht schweißbaren
und schweißbaren
Werkstoffen, die in dem Gehäuse 102 bzw.
dem Verbinder 104 verwendet werden, selbst wenn die Werkstoffe
nicht unmittelbar miteinander eine Bindung eingehen können. Der
Film 110 hindert auch eine Flüssigkeit oder einen Dampf daran,
zwischen dem Gehäuse 102 und
dem Verbinder durchzudringen. Unter Verwendung des Films 110 als
eine Verbindungsstelle zwischen dem Gehäuse 102 und dem Verbinder 104 wird
der Bereich von Werkstoffen, die für das Gehäuse 102 und den Verbinder 104 in
Erwägung
gezogen werden können, größer, weil
die Materialien nicht mehr chemisch zueinander kompatibel sein müssen. Außerdem verhindert
die durch den Film 110 herbeigeführte starke Bindung, dass sich
das Gehäuse 102 und
der Verbinder 104 voneinander trennen, aufspalten oder
in sonstiger Weise verdünnen
oder schwächer
werden, wodurch sichergestellt wird, dass die Komponente 100 eine
Zeit lang dampf- und fluiddicht bleibt.
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In
einer Ausführungsform
erzeugt der für
den Film 110 verwendete Werkstoff eine mikromechanische
Bindung zwischen dem Verbinder 104 und dem Gehäuse 102.
Für den
Film 110 kann ein beliebiger Werkstoff verwendet werden,
solange er sowohl an dem schweißbaren
Material als auch an dem nicht schweißbaren Material in der Komponente 100 haftet.
Der Werkstoff des Films 110 kann beispielsweise durch einen
von DuPont® hergestellten
mikroporösen Polymerfilm
gebildet sein, der eine mikroporöse
Binde- bzw. Haftschicht enthält,
die Werkstoffe physisch aneinander bindet, selbst wenn sie keine
chemische Kompatibilität
zueinander aufweisen (d.h. nicht aneinander gebunden werden können). Bei
dieser Filmart sickern die sowohl in der Komponente 104 als
auch in dem Gehäuse 102 eingesetzten
Werkstoffe in die Poren des Films 110 hinein, wodurch sie
eine mikromechanische Verbindung zwischen dem Gehäuse 102 und
dem Film 110 sowie zwischen der Komponente 104 und
dem Film 110 schaffen. Diese mikromechanische Bindung ergibt
eine stabile Verbindungsstelle zwischen der Komponente 104 und
dem Gehäuse 102,
die einer Kohlenwasserstoffdurchdringung widersteht. Somit müssen die
Werkstoffe in der Komponente 100 selbst nicht modifiziert
oder einer Oberflächenbehandlung
unterzogen werden, um eine sichere Bindung zu schaffen; stattdessen
ergibt der Film 110 die Verbindung zwischen den beiden Werkstoffen.
Beispielsweise kann das Gehäuse 102 aus
herkömmlichem
Polyamid oder Acetal hergestellt sein, während der Verbinder 104 aus
herkömmlichem
Polyethylen hoher Dichte (PE-HD) hergestellt sein kann, die normalerweise
nicht zusammenbinden, jedoch über
den Film 110 dennoch eine sicher festhaftende Verbindungsstelle
bilden.
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2 zeigt
eine seitliche Schnittansicht einer weiteren möglichen Konfiguration, die
Vorteile aus der erhöhten
Bindungsstärke
bzw. -festigkeit zieht, die durch den Film 110 erzielt
wird. In dieser Ausführungsform
wird der Film 110 auf einen größeren Flächenbereich zwischen dem Gehäuse 102 und dem
Verbinder 104 angewandt. Dies erhöht deutlich die Bindungsstärke an der
Verbindungsstelle zwischen dem Gehäuse 102 und dem Verbinder 104 bei minimalen
Kosten.
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Es
ist zu bemerken, dass der Film 110 verwendet werden kann,
um eine zusätzliche
Durchdringungsfestigkeit und/oder zusätzliche Bindungseigenschaften
an einer Komponente 100 mit einem physisch verriegelten
bzw. ineinandergreifenden Gehäuse 102 und
Verbinder 104 (z.B. einem Gehäuse 102, das überspritzt
ist) zu erzielen. 3 zeigt eine von einer Seite
betrachtete Schnittansicht einer noch weiteren möglichen Konfiguration. In dieser
Ausführungsform
ist an der Verbindungsstelle zwischen dem Gehäuse 102 und dem Verbinder 104 eine
labyrinthförmige
Struktur 112 enthalten. Der Film 110 ist an einem
flachen Teil 114 von dem Labyrinth 112 entfernt
angeordnet. Diese Kombination verbessert die eine Dochtwirkung verhindernden
Eigenschaften des Verbinders 100 in weiterem Maße. Weil
der Film 110 kostengünstig
ist, kann er außerdem
in großzügiger Weise
in dem Verbinder 100 eingesetzt werden, um auf eine einfache,
kosteneffektive Weise eine besondere zusätzliche Bindungsstärke und
Durchdringungsfestigkeit zu erzielen.
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Somit
kann die den Film 110 enthaltende erfindungsgemäße Struktur
als der primäre
Bindungsmechanismus für
einfache Konfigurationen aus Gehäuse 102 und
Verbinder 104 verwendet werden, wodurch sich der Aufbau
der Komponente 100 vereinfacht, oder die Struktur kann
dazu verwendet werden, eine zusätzliche
Bindungsstärke
und Durchdringungsfestigkeit für
ein verriegeltes Gehäuse 102 und einen
Verbinder 104 bereitzustellen. Der Film 110 kann
folglich gegenüber
Konfigurationen existierender Komponenten 100 verbesserte
Eigenschaften ergeben, sowie eine sichere Verbindung von vereinfachten
Konfigurationen der Komponente 100 ermöglichen. Der Film 110 dient
ferner als eine eine Dochtwirkung verhindernde Barriere, und zwar
unabhängig
von der Komponentenkonfiguration.
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Wie
aus den Figuren ersehen werden kann, sind das Gehäuse 102 und
der Verbinder 104 über den
Film 110 und nicht unmittelbar miteinander verbunden. Die
Erfindung ergibt somit mehr Freiraum bei der Auswahl des schweißbaren und
des nicht schweißbaren
Materials, weil der Film 110 als eine Barriere wirkt, die
einen Dochteffekt zwischen dem Gehäuse 102 und dem Verbinder 104 verhindert.
In anderen Worten werden die einen Dochteffekt verhindernden Eigenschaften
der Komponente 100 durch den Film 110 und nicht
ausschließlich
durch eine direkte Bindung zwischen dem Gehäuse 102 und dem Verbinder 104 erzielt;
in der Tat macht die Bindungseigenschaft des Films 110 die
chemische Kompatibilität
zwischen dem Gehäuse 102 und
dem Verbinder 104 praktisch irrelevant. Dies ermöglicht den
Entwicklern, Werkstoffe für
das Gehäuse 102 und
den Verbinder 104 zu wählen,
ohne berücksichtigen
zu müssen,
ob sie zusammenbinden können; tatsächlich können die
Werkstoffe durch standardgemäße Polymere
ohne irgendeine Behandlung gebildet sein. Außerdem ermöglicht die Verwendung des Films 110 eine
Vereinfachung der Verbindungsstelle zwischen dem Gehäuse 102 und
dem Verbinder 104, weil der Film 110 und nicht
die Verbindungsstelle den Dochteffekt verhindert.
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4 zeigt
ein Flussdiagramm, das ein Herstellungsverfahren 150 gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung veranschaulicht. Der Film 110 kann zwischen
dem Gehäuse 102 und
dem Verbinder 104 durch ein beliebiges passendes Herstellungsverfahren,
beispielsweise Überspritzen, Schweißen, Zweischuss-Spritzguss
(mit zwei Spritzvorgängen),
Extrusionskaschieren, etc. eingebunden werden. Das in 4 veranschaulichte
Verfahren veranschaulicht eine mögliche
Zweischuss-Spritzfolge, die eine Platzierung des Films 110 in
einer Spritzgussform enthält
(Block 150). Der Film 110 wird anschließend stabilisiert
bzw. verfestigt sich, so dass er vor dem Spritzgussprozess seine
Lage nicht verändert
(Block 152). In einer Ausführungsform halten ein oder
mehrere Indexzapfen den Film 110 in Stellung. Diese Indexzapfen
werden weggenommen, wenn die Form um den Film herum geschlossen
wird. Der Film 110 kann gestempelt oder gestanzt sein,
so dass er einfach über
den Zapfen passen kann, und die Form kann angesenkt sein, so dass
der zuerst eingespritzte Kunststoff den Film 110 nicht
umschließen
wird (d.h. er lässt
diesen freigesetzt, so dass der als zweite eingespritzte Kunststoff
ebenfalls mit dem Film 110 in Kontakt treten und eine Bindung
eingehen kann).
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Der
Film 110 kann auch durch ein optionales Vakuum bzw. einen
optionalen Unterdruck stabilisiert bzw. verfestigt werden, das bzw.
der an der Spritzgussform angeschlossen ist. In diesem Fall kann
das Vakuum auch erfassen, ob der Film in der Form richtig positioniert
ist, indem die Vakuumkraft in der Form mit der Kraft verglichen
wird, die erforderlich ist, um die Lage des Films 110 aufrechtzuerhalten
(Block 152a). Wenn in der Form keine Vakuumkraft vorliegt, deutet
dies auf einen Spritzgussfehler hin, und der Spritzgussprozess würde angehalten
werden, um eine Korrektur vorzunehmen.
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Wenn
der Film 110 richtig positioniert und verfestigt bzw. stabilisiert
ist, wird in die Form, die in einer ersten Position bzw. Stellung
angeordnet ist, auf einer Seite des Films 110 ein nicht
schweißbarer Werkstoff
eingespritzt, um den Verbinder 104 zu bilden (Block 154),
das Werkzeug in eine zweite Position überführt (Block 156) und
anschließend
ein schweißbarer
Werkstoff in das gleiche Werkzeug auf der anderen Seite des Films 110 eingespritzt,
um das Gehäuse
zu bilden (Block 158). Es ist zu beachten, dass obwohl
in der Ausführungsform
nach 4 der Verbinder 104 zuerst und das Gehäuse 102 als
zweites gespritzt wird, stattdessen das Gehäuse 102 als erstes
gespritzt werden kann, ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.
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Nachdem
der Verbinder 104 und das Gehäuse 102 in dem Spritzgusswerkzeug
ausgebildet worden sind, wird die resultierende Komponente 100 auf eine
beliebige bekannte Weise abgekühlt
und aushärten
gelassen (Block 160). In einer Ausführungsform wird der zweite
Werkstoff in die Form eingespritzt, bevor der erste Werkstoff vollständig aushärtet, um
eine Adhäsion
bzw. Haftwirkung zwischen dem Film 110 und dem Gehäuse 102 sowie
dem Verbinder 104 zu verstärken. Der mit zwei Schüssen oder
Spritzvorgängen
durchgeführte
Spritzgussprozess ermöglicht
den beiden verschiedenen Werkstoffen, die zur Erzeugung des Gehäuses 102 bzw.
des Verbinders 104 verwendet werden, während der Herstellung gleichzeitig
zu schrumpfen, wodurch innere Spritzgussspannungen in der Komponente 100 reduziert
werden und das Gehäuse 102 sowie
der Verbinder 104 an den Film 110 angebunden werden.
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Wie
vorstehend erwähnt,
kann die Komponente 100 auch mit anderen Verfahren, beispielsweise
durch Überspritzen
in zwei gesonderten Spritzgussformen, hergestellt werden, ohne von
dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.
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Durch
Integration eines Films, der den Verbinder und das Gehäuse in einer
Komponente miteinander verbindet, verhindert die erfindungsgemäße Struktur
und das erfindungsgemäße Verfahren
einen Fluid- und Dampfdochteffekt, ohne sich ausschließlich auf
die Verbindung zwischen dem Gehäuse
und dem Verbinder verlassen zu müssen.
Der Film bindet den Verbinder und das Gehäuse sicher zusammen, selbst
wenn der Verbinder und das Gehäuse
selbst keine Bindung miteinander eingehen können. Infolgedessen können die
Werkstoffe für
das Gehäuse und
den Verbinder ausgewählt
werden, indem man sich auf die Funktionen jedes Werkstoffs in der
Komponente (z.B. Durchdringung, chemische Vereinbarkeit mit dem
Kraftstofftankwerkstoff, etc.) und nicht auf ihre gegenseitige chemische
Kompatibilität
konzentriert.
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Die
vorstehende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und
durch die darin enthaltenen Beschränkungen nicht festgelegt. Im
Lichte der obigen Lehre sind viele Modifikationen und Veränderungen
der vorliegenden Erfindung möglich.
Wenngleich die bevorzugten Ausführungsformen
dieser Erfindung beschrieben worden sind, wird ein Fachmann ohne
weiteres erkennen, dass sich bestimmte Modifikationen im Rahmen
dieser Erfindung erschließen. Es
versteht sich folglich, dass in dem Rahmen der beigefügten Ansprüche die
Erfindung anders ausgeführt
sein kann, als dies speziell beschrieben ist. Aus diesem Grund sollten
die folgenden Ansprüche
studiert werden, um den wahren Rahmen und Schutzumfang dieser Erfindung
zu bestimmen.
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Eine
Kraftstofftankkomponente weist einen schweißbaren Verbinder auf, der mit
einem Gehäuse über eine
mikroporöse
dünne Bindeschicht
verbunden ist. Die Bindeschicht erzeugt eine Barriere gegen Kohlenwasserstoffdurchdringung
zwischen den beiden verschiedenen Kunststoffen, die zur Erzeugung der
Komponente eingesetzt werden.