DE10326982B3

DE10326982B3 - Schwimmer für einen Füllstandsgeber

Info

Publication number: DE10326982B3
Application number: DE10326982A
Authority: DE
Inventors: Bettina Dr. Burghardt; Sigrid Heimann; Dieter Keller; Rainer Dr. Moser; Bernd Pauer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2003-06-12
Filing date: 2003-06-12
Publication date: 2005-02-03
Anticipated expiration: 2023-06-13
Also published as: CN100381798C; US7600425B2; JP2006527374A; CN1802555A; KR101174160B1; WO2004111582A1; KR20060021323A; EP1631800A1; US20070272009A1; JP4340287B2

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schwimmer 5 für einen Füllstandsgeber, bestehend aus einem kraftstoffbeständigen Kunststoff 7, einem Treibmittel 8 und/oder Füllstoff 9, wobei das Treibmittel gasgefüllten Kunststoffkugeln 11 als Mikrosphären 8 und der Füllstoff Mikrohohlkugeln 9 sind. Die Mikrosphären 8 und die Mikrohohlkugeln 9 sind vom kraftstoffbeständigen Kunststoff 7 umschlossen.

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Schwimmer für einen Füllstandsgeber, bestehend aus einem kraftstoffbeständigen Kunststoff, einem Treibmittel und/oder Füllstoff. Derartige Schwimmer finden Verwendung in Füllstandsgebern in Kraftstofftanks von Kraftfahrzeugen.
Schwimmer aus kraftstoffbeständigem Material sind allgemein bekannt. Aufgrund der geringen Dichte von Kraftstoff müssen Schwimmer eine besonders geringe Dichte aufweisen. Erschwerend kommt hinzu, dass als Füllstandsgeber größtenteils Hebelgeber eingesetzt werden. Bei einem als Hebelgeber ausgebildeten Füllstandsgeber ist der Schwimmer an einem Hebeldraht befestigt. Am Hebeldraht ist weiter ein Schleifkontakt angeordnet, der über ein Widerstandsnetzwerk gleitet. Der Schwimmer muss somit eine wesentlich geringere Dichte als der Kraftstoff aufweisen, da er neben seinem eigenen Gewicht auch das Gewicht des Hebeldrahts kompensieren muss. Bei einer Kraftstoffdichte von ungefähr 0,7 g/cm³ müssen derartige Schwimmer daher eine Dichte von unter 0,5 g/cm³besitzen.
Ein Material, welches sowohl kraftstoffbeständig ist als auch eine ausreichend geringe Dichte besitzt, ist Nitrophyl. Nitrophyl ist ein Schwefel enthaltender Kunststoff. Der Nachteil von Nitrophyl ist dessen aufwendige Herstellung, die aufgrund des Schwefelanteils hohe Anforderungen hinsichtlich des Umweltschutzes bedingt.
Als kraftstoffbeständige Materialien sind weiterhin POM (Polyoxymethylen) oder PA (Polyamid) bekannt. Die Herstellung von geschäumten Schwimmern aus diesen Materialien ist jedoch äußerst aufwendig. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass beim Schäumen ein offenporiger Schaum entsteht, dessen Poren untereinander in Verbindung stehen und so bei einer Schädi gung der äußeren Schicht des Schwimmers mit Kraftstoff geflutet werden. Dadurch verliert der Schwimmer seinen Auftrieb, was zum Ausfall des Füllstandgebers führt.

Es ist weiter bekannt, Schwimmer als Hohlkörper aus POM oder PA herzustellen. Des Weiteren ist aus der DE 690 19 897 T2 ein als Hohlkörper ausgebildeter Schwimmer bekannt, der Glaskugeln als Füllmasse enthält. Diese Schwimmer haben den Nachteil, dass bei einem Einsatz in einem Kraftfahrzeug aufgrund der Fahrdynamik die Hülle des Schwimmers beschädigt werden kann. Infolge des Lecks wird der Schwimmer geflutet, wodurch er seinen Auftrieb verliert, was zum Ausfall des Füllstandsgebers führt. Aus Hohlkörpern bestehende Schwimmer konnten sich daher als Füllstandsgeber in Kraftfahrzeugen nicht durchsetzen.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Schwimmers für den Einsatz in Kraftstoffen, wobei der Schwimmer keinen Schwefel enthalten soll, einfach herzustellen und beständig gegen dynamische Belastungen sein soll.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass der Schwimmer als Treibmittel Mikrosphären enthält, wobei die Mikrosphären gasgefüllte Kunststoffkugeln sind.

Die Beigabe von Mikrosphären als Treibmittel erlaubt eine wesentlich geringere Beimischung als andere Treibmittel. Durch das Erwärmen während der Herstellung erweicht die Kunststoffhülle, so dass das Gas die Kunststoffhülle expandieren kann und das Volumen der Mikrosphäre um den Faktor 40 vergrößert. Die Kunststoffhülle der Mikrosphären bleiben nach der Expansion erhalten. Durch die Hüllen der Mikrosphären ist jeder Hohlraum in sich geschlossen, so dass auch im Falle einer Beschädigung des Schwimmers die nicht betroffenen Hohlräume bestehen bleiben und den Auftrieb des Schwimmers gewährleisten.

Der kraftstoffbeständige Kunststoff umgibt die Mikrosphären und schützt sie zuverlässig gegen den Angriff des Kraftstoffs. Gleichzeitig besitzt er die notwendige Festigkeit, um dynamischen Belastungen dauerhaft zu widerstehen.

Aufgrund des hohen Expansionsfaktors der Mikrosphären können auch höher preisige Ausgangsstoffe sowohl für den kraftstoffbeständigen Kunststoff als auch für die Mikrosphären verwendet werden, da aufgrund der erzielten geringen Dichte der Materialanteil der Mikrosphären als auch des kraftstoffbeständigen Kunststoffs im Schwimmer klein ist. Der erfindungsgemäße Schwimmer ist daher besonders kostengünstig.

Aufgrund der großen Expansion der Mikrosphären sind besondersgeringe Beimischungen ausreichend, um eine geringe Dichte des Schwimmers zu erreichen. Es hat sich gezeigt, dass für einen Anteil von ungefähr 85 % Mikrosphären im Schwimmer, Beimischungen in der Größenordnung von 10 % im Herstellungsprozess ausreichend sind. Derartige Schwimmer weisen eine Dichte von ungefähr 0,2 g/cm³ auf. Sie sind damit für den Einsatz in Kraftstoffen bestens geeignet. In Abhängigkeit vom Einsatzort lässt sich die Dichte durch den Anteil von Mikrosphären im Schwimmer variieren. Als vorteilhaft haben sich Beimischungen von 3 % bis 20 % Mikrosphären im Herstellungsprozess herausgestellt.

Eine geringe Dichte des Schwimmers wird erreicht, wenn die Mikrosphären einen durchschnittlichen Kugeldurchmesser von 30 μm bis 40 μm, insbesondere von 34 μm bis 38 μm, aufweisen. Dabei behalten die Mikrosphären ihre geschlossene Hülle, so dass der Schwimmer von in sich geschlossenen und damit voneinander getrennten Hohlräumen durchsetzt ist.

Bekannt ist, dass der Schwimmer Mikrohohlkugeln als Füllstoff enthält. Die auf Glas basierenden Mikrohohlkugeln führen aufgrund der Hohlräume ebenfalls zu einer signifikanten Verringerung der Dichte. Da Mikrohohlkugeln wesentlich preiswerter als Mikrosphären sind, lassen sich durch deren Verwendung besonders preisgünstige Schwimmer erzeugen.

Für eine ausreichend geringe Dichte des Schwimmers haben sich Mikrohohlkugeln mit einer Schüttdichte von 0,09 g/cm³ bis 0,1 g/cm³ bewährt. Der Anteil an Mikrohohlkugeln kann bis zu 98 % betragen. Schwimmerdichten von unter 0,5 g/cm³ werden mit einem Anteil von mehr als 70 % Mikrohohlkugeln im Schwimmer erreicht.

Des weiteren wird die Aufgabe mit einem Schwimmer gelöst, der Mikrohohlkugeln und Mikrosphären enthält. per Einsatz von Mikrohohlkugeln führt bereits zu einer Reduzierung der Dichte, so dass der Anteil an Mikrosphären zur Erzielung kleiner Schwimmerdichten gesenkt werden kann. Ein derartiger Schwimmer ist besonders kostengünstig mit einer besonders kleinen Dichte herstellbar.

Die Anteile der Mikrosphären und der Mikrohohlkugeln sind in weiten Grenzen in Abhängigkeit vom Einsatzort variierbar. So können Schwimmer für Dieselkraftstoff aufgrund der höheren Dichte von Dieselkraftstoff mit 0,4 g/cm³ eine größere Dichte aufweisen als Schwimmer für Benzin. Die Beimischungen der Mikrohahlkugeln kann zwischen 3 % und 60 % variieren, während die Mikrasphären mit einem Anteil zwischen 3 % und 20 % während des Herstellungsprozesses zugegeben werden. Eine gute Verarbeitung der Ausgangsstoffe mittels Spritzgießens, Gießen oder Extrodieren wird bei einem Anteil von Mikrohohlkugeln im Schwimmer bis 50 % erreicht.

Aufgrund der geringen Dichte des erfindungsgemäßen Schwimmers können nahezu alle kraftstoffbeständigen Kunststoffe verwendet werden. Als Thermoplaste haben sich insbesondere POM, PA, PPS (Polyphenylensulfid), PEEK (Polyaryletherketon), HDPE (Polyethylen hoher Dichte) FBT (Polybutylenterephtalat), PET (Polyethylenterephtalat) und PPA (Polyphtalamid) bewährt. Bei den Duromeren sind Gießharze auf der Basis der Phenolharze und der Epoxydharze besonders geeignet.

Die Herstellung des Schwimmers aus einem Thermoplast als kraftstoffbeständigen Kunststoff erfolgt mittels Spritzgießen, Extrodieren oder Pressen. Bei der Verwendung von Duromeren als kraftstoffbeständigen Kunststoff lässt sich der Schwimmer durch Gießen, Extrodieren oder Pressen herstellen.

Durch die gezielte Auswahl der Beimischungen an Mikrosphären und/oder Mikrohohlkugeln lässt sich die Dichte des Schwimmers gezielt in einem weiten Bereich von 0,15 g/cm³ bis 0,5 g/cm³ einstellen. Während für den Einsatz des Schwimmers in Dieselkraftstoff eine Dichte von 0,4 g/cm³ bereits ausreichend ist, besitzen in Benzin eingesetzte Schwimmer eine Dichte von 0,25 g/cm³ bis 0, 15 g/cm³.

Um den Schwimmer mit dem Hebeldraht des Füllstandsgebers zu verbinden, besitzt der Schwimmer eine Aufnahme für den Hebeldraht. Eine besonders einfach zu erzeugende Aufnahme wird mit einer als Bohrung ausgebildeten Aufnahme im Schwimmer erreicht. Eine derartige Bohrung lässt sich kostengünstig während der Herstellung des Schwimmers, beispielsweise durch das Einlegen eines Kerns in die Schwimmerform erzeugen.

An einem Ausführungsbeispiel wird die Erfindung näher erläutert. Dabei zeigt die Zeichnung in
1: einen erfindungsgemäßen Schwimmer und
2: einen Ausschnitt einer vergrößerten Darstellung eines Schnitts durch den Schwimmer nach 1.
1 zeigt einen Füllstandsgeber 1 für eine Färdereinheit in einem Kraftstofftank eines Kraftfahrzeugs. Der Füllstandsgeber 1 umfasst einen Dickschichtwiderstand 2 und einen Hebeldraht 3. Im Hebeldraht 3 ist ein Schleifkontakt 9 befestigt, der über den Dickschichtwiderstand 2 gleitet. Am Ende des Hebeldrahts 3 ist ein Schwimmer 5 angeordnet, wobei der Schwimmer 5 eine als Bohrung 6 ausgebildete Aufnahme aufweist, in der der Hebeldraht 3 derart angeordnet ist, dass der Schwimmer 5 frei drehbar am Hebeldraht 3 gelagert ist. Der Schwimmer besitzt eine Länge von 64 mm, eine Breite von 32 mm und eine Höhe von 16 mm, so dass das Volumen des Schwimmers 5 32, 77 cm³ beträgt.
2 zeigt einen Schnitt durch den Schwimmer auf 1. Der Schwimmer besteht zu 12,6 % aus POM 7, in das die Mikrosphären 8, und die Mikrohohlkugeln 9 eingebettet sind. Die Mikrosphären 8 sind mit einem Gas 10 gefüllte Kunststoffkugeln 11, wie sie von der Fa. AKZO NOBEL unter dem Handelsnamen Expancel angeboten werden. Die Mikrosphären 8 besitzen einen Durchmesser von 36 μm. Der Anteil der Mikrosphären 8 beträgt 81,9 %. Die auf Glas basierenden Mikrohohlkugeln 9 besitzen einen größeren Durchmesser als die Mikrosphären 8. Zur besseren Darstellung sind die Mikrosphären 8 größer gezeichnet. Der Anteil der Mikrohohlkugeln 9 beträgt 5,5 %. Die Dichte des Schwimmers 5 liegt bei 0,2 g/cm³.
Die nachfolgende Tabelle zeigt bei einer Beimischung von 10% Expancel 8 in die Ausgangsstoffe die erreichbaren Dichten und die Anteile der Bestandteile für Schwimmer 5 bei verschiedenen Mischungsverhältnisse von POM 7 zu Mikrohohlkugeln 9.
Die zweite Tabelle zeigt die Dichte und die Anteile an POM 7 und Expancel 8 für verschiedene Beimischungen von Expancel 8 in die Ausgangsstoffe für einen Schwimmer 5, bestehend aus POM 7 und Expancel 8.
Die dritte Tabelle zeigt die Dichte des Schwimmers 5 für verschiedene Anteile an POM 7 und Mikrohohlkugeln 9.

Claims

Schwimmer für einen Füllstandsgeber, hergestellt aus einem kraftstoffbeständigen Kunststoff mittels Beigabe eines Treibmittels, dadurch gekennzeichnet, dass als Treibmittel Mikrosphären (8) bildende, gasgefüllte und eine Kunststoffhülle aufweisende Kunststoffkugeln (11) beigegeben sind, wobei die Kunststoffhülle infolge Erwärmens während der Herstellung erweicht, so dass das Gas die Kunststoffhülle expandiert, und dass der kraftstoffbeständige Kunststoff (7) die expandierten Mikrosphären (8) umschließt.
Schwimmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der expandierten Mikrosphären (8) zwischen 87 % und 70 % beträgt.
Schwimmer nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die expandierten Mikrosphären (8) einen durchschnittlichen Kugeldurchmesser von 30 μm bis 40 μm aufweisen.
Schwimmer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die expandierten Mikrosphären (8) einen durchschnittlichen Kugeldurchmesser von 34 μm bis 38 μm aufweisen.
Schwimmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwimmer (5) eine Dichte unter 0,37 g/cm³ besitzt.
Schwimmer für einen Füllstandsgeber, hergestellt aus einem kraftstoffbeständigen Kunststoff und einem Füllstoff mittels Beigabe eines Treibmittels, dadurch gekennzeichnet, dass als Treibmittel Mikrosphären (8) bildende, gasgefüllte und eine Kunststoffhülle aufweisende Kunststoffkugeln (11) beigegeben sind, wobei die Kunststoffhülle infolge Erwärmens während der Herstel lung erweicht, so dass das Gas die Kunststoffhülle expandiert, dass der Füllstoff Mikrohohlkugeln (9) sind, und dass der kraftstoffbeständige Kunststoff (7) die expandierten Mikrosphären (8) und die Mikrohohlkugeln (9) umschließt.
Schwimmer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrosphären (8) einen Anteil von 20 % bis 87 % am Schwimmer (5) besitzen.
Schwimmer nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrohohlkugeln (9) einen Anteil von 1,5% bis 60% am Schwimmer (5) besitzen.
Schwimmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der kraftstoffbeständige Kunststoff (7) einen Anteil von 5 % bis 14 % am Schwimmer (5) besitzt.
Schwimmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwimmer (5) eine Dichte von 0,5 g/cm³ bis 0,1 g/cm³ besitzt.
Schwimmer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrohohlkugeln (9) aus Glas bestehen.
Schwimmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der kraftstoffbeständige Kunststoff (7) POM, PA, PPS, PEEK, PBT, HDPE, PET oder PPA ist.
Schwimmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der kraftstoffbeständige Kunststoff (7) ein Phenolharz oder ein Epoxydharz ist.
Schwimmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwimmer (5) eine Aufnahme (6) für einen Hebeldraht (3) besitzt.
Schwimmer nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme (6) eine Bohrung im Schwimmer (5) ist.