CN100526169C - 用于热塑性空心体的塑料附件固定器法兰 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种注塑成型的塑料附件固定器法兰，用以密封热塑性空心体，该法兰在其边缘具有螺纹。本发明还涉及一种用于制造燃料箱的方法，该燃料箱包括这种具有至少一个附件的螺纹法兰，该方法包括以下步骤：将一可压缩性密封垫固定在法兰的周边上；将法兰和密封垫压在壳体开口的周边上；将一个环旋紧到法兰的螺纹上；并将该壳体与至少另一壳体焊接在一起而得到一箱体。

Description

用于热塑性空心体的塑料附件固定器法兰

技术领域

本发明涉及一种用于安装附件的塑料法兰，该塑料法兰用于装配到一热塑性空心体上。

背景技术

通过将附件固定到空心体上而产生的问题，尤其是当这些附件与箱体外部连通时而产生的问题，已经通过各种装置来加以解决，同时确保被密封的空心体具有高于或低于大气压的效果。

例如，美国专利第6,227,242 B1号披露了一种注塑成型的燃料箱法兰，在该法兰上安装了限压安全阀。穿过该法兰的是一条用于将燃料返回箱体的管线。在该文献中，没有对将法兰固定在箱体上的适当位置的方法进行详细阐述。

此外，德国专利申请第DE 42 40 629 A1号披露了一种用于将附件固定到通过吹塑法得到的塑性燃料箱上的装置。将带螺纹的金属环(图3，附图标记11)围绕法兰2的周边放置，该法兰被放置在箱体1的开口之上由垫环3支撑的密封垫3’的上面，并将注塑成型的塑料环14拧到金属环11的螺纹13上，并且将法兰2固定在夹持密封垫3’的位置上。

德国专利文献第DE 42 40 629 A1号中的装置具有需要一环型的附加部件的缺点。事实上，这种由完全刚性材料制成的环会导致箱体的抗冲击性能减弱，原因是在开口附近燃料箱的壁局部硬化而导致的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于安装附件的塑料法兰，该塑料法兰没有现有系统的缺陷，具体而言，本发明提供一种法兰，该法兰不会引起箱体壁的过度硬化，并且易于生产而且成本低。

另外，本发明目的还在于提供一种法兰，该法兰通常显示出优良的尺寸稳定性，通常优于通过吹塑法所得到的法兰的尺寸稳定性。

为此，本发明涉及一种注塑成型的塑料法兰，其用于在热塑性空心体上安装附件，能够以密封方式封闭切入到该空心体的壁中的开口，其特征在于，该法兰在其边缘上具有螺纹。

根据本发明的安装附件的法兰是一种扁平部件，该部件用于封闭空心体的开口和/或用于支撑安装在这种空心体壁上的任何类型的附件。特别是，该法兰非常适合于支撑通过空心体壁的附件。该法兰具有在其上封闭的任何形状的周边。通常其周边为圆形。

本发明还涉及一种用于机动车辆的燃料箱，该燃料箱包括至少一个附件，该附件安装在依照上述法兰的一个安装附件的法兰上，所述法兰定位于所述箱的开口上使得以一种密封方式将所述开口封闭。

本发明还涉及一种用于制造燃料箱的方法，所述燃料箱包括用于安装至少一个附件的根据权利要求7所述的法兰，其特征在于，按照指定的顺序进行以下步骤：

a)围绕一切入到壳体中的开口的周边，将密封垫放置在围绕所述法兰的边缘切出的凹槽中，使所述密封垫面对所述壳体的壁；

b)将所述法兰定位在所述开口上，以使所述密封垫支承在所述开口的整个周边的周围，这样所述法兰的螺纹部分穿过所述开口；

c)将一个环旋紧到所述螺纹部分上，直至靠近所述凹槽的所述法兰表面邻接所述壳体的外壁；以及

d)将支承所述法兰的壳体焊接到至少一个其它的壳体上以便得到箱体。

附图说明

图1示出了用于封闭燃料箱1的开口的法兰3的剖视图和侧视图；

图2示出了法兰3的应用；

图3示出了利用与实施例1试样相类似的另一“小型法兰”试样MF2；

图4示出了将H形密封垫41插入在法兰42与箱体43的螺纹插口之间的情形的非根据本发明的商用法兰；

图5示出了非根据本发明的商用法兰的卡口型闭合系统；以及

图6示出了说明通过渗透性测量所得到结果的条形图。

具体实施方式

根据本发明的法兰是由塑料制成的。任何类型的塑料都可能是适宜的。优选一种在受到大约几十摄氏度的温度变化的环境下尺寸稳定性好的塑料。

另外，优选一种通过与可能容纳在箱体中的液体和气体接触其尺寸稳定性受影响很小的塑料。

术语“塑料”应理解为是指任何包括至少一种合成聚合树脂的材料。术语“聚合物”应理解为指的是均聚物和共聚物(特别是二元共聚物或三元共聚物)。因而，这种共聚物的实例包括，但不限于，无规共聚物、线型嵌段或其它嵌段共聚物和接枝共聚物。

所有类型的塑料均可能是适宜的。非常适宜的塑料属于热塑性塑料类或在被加热时保持刚性的塑料类(热固性塑料)。优选地，该塑料是热塑性塑料。

术语“热塑性塑料”应理解为指的是任何热塑性聚合物，包括热塑性弹性体及其混合物。

熔点低于分解温度的任何类型的热塑性聚合物或共聚物均是适宜的。具有熔化范围延续至少10℃的合成热塑性塑料是特别适宜的。这种材料的实例是那些显示出分子量为多分散性的材料。

具体而言，可以使用聚烯烃、聚卤乙烯、热塑性聚酯、聚酮、聚酰胺，及其共聚物。

当进行加热时保持刚性的塑料包括，例如，当进行加热或辐射时通过加聚、缩聚或交联反应而得到的树脂，或者通过硫化反应而得到的树脂。

而且，可以使用热塑性聚合物的混合物、热固性聚合物的混合物、或至少一种热塑性聚合物和至少一种热固性塑料的混合物，还可以使用聚合物材料与无机填料、有机填料和/或天然填料的混合物，例如但不限于，碳、盐类、及其它无机衍生物、天然纤维或聚合纤维。同样还可以使用由粘合在一起的叠层组成的多层结构，该多层结构包括上述聚合物、共聚物、或热固性塑料中的至少一种。

根据本发明，该法兰是由一种注塑成型的塑料制成的，即，一种通过注塑方法制成的塑料法兰，其是在压力下将材料注入模具中而形成的。

根据本发明的法兰可用于热塑性空心体。

术语“空心体”应理解为指的是表面具有至少一个空洞或凹部的任何结构。优选地，应用于本发明的空心体是由用于容纳至少一种液体和/或气体的箱体的全部或部分构成的壳体。

对于空心体，术语“热塑性塑料”与以上说明的作为法兰的塑料的一种可能具有的性能具有相同的含义。

根据本发明，该法兰能够以密封方式封闭一个开口，该开口切入到空心体的壁中。

术语“密封垫封闭”应理解为指的是，在空心体通常使用的温度和压力条件下，通过封闭与空心体的空洞或凹部接触的液体和/或气体的开口来防止与其它物体连通的能力。

要使用这种法兰的空心体壁可以由单层或两层的热塑性塑料组成。有利地，一种或多种其它可能的附加层可以由液体和/或气体阻挡层的材料制成的层组成。优选地，对阻挡层的性能和厚度进行选择，以便尽可能地减小与空心体的凹面接触的液体和气体的渗透性。

空心体的壁可以利用各种公知技术通过模塑法来进行制造。例如，在这类技术中，会对吹塑法和压模法进行描述。

空心体的壁本身可以是封闭的或者也可以是不封闭的，也就是说，可以限定内部空间或者也可以不限定内部空间。当该壁是不封闭的时候，该空心体为可形成一部分箱体的机壳的形式。当空心体的壁是封闭的情况下，它与箱体一致。

在“内部表面”和“内部方向”的用语中，术语“内部”指的是朝向箱体内部空间定位的机壳部分，而在“外部表面”和“外部方向”的用语中，术语“外部”指的是朝向箱体外部空间定位的机壳部分。

根据本发明，法兰在其边缘上具有螺纹。术语“螺纹”应理解为指的是能够与在组装件或紧固件上另一螺纹相配合的螺旋形螺纹，该组装件或紧固件用于将法兰固定在空心体的开口之上的适当位置并且用于确保密封。

法兰上的螺纹可以通过各种方法来得到。例如，在后者(法兰)的注塑过程中，螺纹可以与法兰同时进行制造。螺纹也可以在注塑成型法兰之后，通过利用工具的机械加工来进行制造。优选地，在法兰上的螺纹与法兰同时进行注塑成型。

一般而言，法兰的具有螺纹的部分能够通过空心体中的开口。该法兰带螺纹的部分在其表面的凸面，或者可替换地，在其内部的凹面，可以完全或部分地延伸到空心体的外部。

根据法兰的一个优选实施例，通过在法兰和位于开口附近的空心体壁之间插入可压缩性密封垫来提供对液体和气体的不渗透性。所用的密封垫可以为多种形式。例如，它可以是环形密封垫。圆形部分的环形密封垫或O-形环都已经取得了好的效果。

可压缩性密封垫通常是由弹性塑料或橡胶制成的。优选用于密封垫的材料是一种相对于与空心体的凹面相接触的液体和气体为惰性的材料。

密封垫可以简单地围绕法兰表面的周边而放置，该法兰表面与空心体壁的开口垂直。优选地，将它围绕法兰表面的周边插入到凹槽切口中。

可以利用不同类型的组装件来将法兰固定在空心体的开口上。通常用于该用途的部件为带螺纹的环，该带螺纹的环与法兰上的螺纹相配合。

这种环可以由诸如金属、热固性塑料或热塑性塑料这样的不同材料制成。优选地，该环也是注塑成型的塑料部件。

有利地，该环在面对箱体壁的侧面上可以具有用于在该壁上支承的台肩。当将该环拧紧直至其台肩紧靠箱体的壁时，该环的这种布置在法兰的螺纹上设定了该环的最大夹紧压力。由此避免了由于过度紧固而导致的任何损伤。

当可压缩性密封垫被插入到法兰和空心体的壁之间时，它还可以便于通过该环被紧紧地拧到法兰的螺纹上而以可压缩状态来固定密封垫。

优选地，选择对气体和液体的渗透性低的塑料，尤其是对那些与空心体的凹面相接触的气体和流体的渗透性低的塑料用于法兰。这些液体或气体的实例是烃和醇。塑料的“低渗透性”应理解为指的是燃料特定的渗透性在40℃下不超过5g.mm/天.m²。

将对液体和气体具有低渗透性的塑料的实例进行说明，但不限于以下种类：聚缩醛类、聚酰胺类、聚酯类、聚偏卤乙烯类、液晶聚合物类、聚酮类、以及聚苯硫类。还可以使用这些塑料的二元或三元共聚物。

已经取得良好效果的塑料如下：

·聚甲醛类，如聚合物

RFV和

·尼龙-6聚酰胺类，如聚合物

PVZ-3H；

·尼龙-6，6聚酰胺类，如聚合物A3WG6；

·尼龙-6，6共聚酰胺类，如聚合物

HTN51和G35HSL；

·聚对苯二甲酸丁二醇酯类，如聚合物

830；

·聚偏1，1-二氟乙烯类，如聚合物1008和

8008；

·液晶聚合物类，如聚合物950；

·聚酮类，如聚合物

DPR1130；以及

·聚苯硫类，如聚合物

 4010。

根据本发明的法兰的一个具体实施例，其中空心体是燃料箱。更具体而言，该燃料箱是一种用于机动车辆的箱体。术语“机动车辆”应理解为指的是通过内燃机驱动的车辆，如载重汽车(卡车)、小汽车和摩托车。

在该具体实施例中，可以方便地将燃料箱的至少一个附件安装在法兰上。在本文中术语“安装”应理解为是指通过定位和固定方法来对附件进行紧固或组装。这些不同类型的方法可以用在根据本发明的法兰上。例如，可以有焊接法和单纯机械定位法，如螺栓连接、螺纹连接、铆接或扣板式扣件。可选地，对于要通过接头固定到法兰上的至少一个附件，还可以通过注塑成型技术与附件同时制造法兰。

一般术语“附件”应理解为是指任何透过液体或气体的部件，或者一种与液体或气体相接触的部件，并且该附件可实现对于形成箱体部件的装置的特定具体作用，包括在两个其它部件之间传输液体和/或气体的作用。

在该实施例中，根据本发明的法兰，尤其适合于安装在至少一个附件上，该附件选自用于与液体燃料和/或气体燃料流入或流出的管线相连接的燃油泵组件、体积计量器、抽吸管，以及连接器和电缆。

在该实施例中，将该法兰用于由多层热塑性塑料制成的至少两个壳体并将该壳体焊接在一起的燃料箱也是有益的。

本发明还涉及一种用于机动车辆的燃料箱，该燃料箱包括至少一个附件，该附件安装在依照上述法兰的一个安装附件的法兰上。

这里，术语“附件”在法兰的情况下具有与前面给出的含义相同的意思。

最后，本发明还涉及一种用于制造燃料箱的方法，该燃料箱包括根据本发明的用于安装至少一个附件的法兰，该方法按照以下顺序的步骤进行：

a)围绕一切入到壳体中的开口的周边，将密封垫放置在围绕所述法兰的边缘切出的凹槽中，使所述密封垫面对所述壳体的壁；

b)将所述法兰定位在所述开口上，以使所述密封垫支承在所述开口的整个周边的周围，这样所述法兰的螺纹部分穿过所述开口；

c)将环拧紧在螺纹部分上，直至靠近凹槽的法兰表面邻接壳体的外壁；以及

d)将支承法兰的壳体焊接到至少一个其它的壳体上以得到箱体。

在本方法中，将法兰从壳体的内表面或从壳体的外表面定位到开口之上，以使密封垫支承在开口的整个周边周围并使得法兰的螺纹部分通过开口，将该法兰以壳体的从外到内的方向，或者，优选地，以壳体的从内到外的方向进行定位。

在本方法中，术语“箱体”、“法兰”、“燃料”、“固定件”、“附件”、“壳体”以及“螺纹”，在安装附件法兰的情况下，具有与上述完全相同的含义。

可以用预先的操作将附件紧固到法兰上。该附件还可以形成法兰的主要部分并且可以与法兰同时制造。作为不同的形式，在进行根据本发明的方法之前，还可以将附件直接紧固到法兰上。

可以利用任意适宜的用于得到箱体的公知技术将壳体焊接到一起。利用称之为加热板(hot plate)或镜焊接(mirror welding)技术的焊接壳体已经获得了良好的效果。

优选地，选择尽可能最小尺寸的法兰，该法兰与电连接器和/或用于燃料通道和/或通风管线相连接所需要的空间相适合。

当需要在法兰上安装一种或多种大体积附件，而且附件的跨度超过了壳体中的法兰和开口的最大直径时，利用法兰，并通过法兰的内凹面将它们置位。

密封垫的压缩程度可以方便地通过紧固到法兰的周边区域紧靠在箱体的内凹壁处的点来调节。这提供了机械保护的密封并延长了密封垫寿命这样的优点。箱体壁的表面光洁度和厚度可以通过压模法来进行设定，或者可选地，它们还可以通过机械加工来进行设定。

以下所给出的图1用于举例说明本发明，而不是用来限定本发明的范围的。

图1示出了用于封闭燃料箱1的开口的法兰3的剖视图和侧视图。单层法兰3由注塑聚甲醛(商标为

的聚甲醛)制成，并带有通过注塑而直接得到的螺纹8。箱体1是多层箱体，从外向内包括：商标为

 RSB714 N0060的高密度聚乙烯(HDPE)的外层；来自相同箱体的研磨碎片的再生塑料层；

 L2100的粘合层；由商标为

 F101A的乙烯-乙烯醇共聚物制成的阻挡层；另一

L2100的粘合层；以及RSB714 N0060的内部HDPE层。

围绕法兰3的周边7切割出一凹槽6，并且该凹槽包含由商标为Hutchinson-Le Joint 

 DF801的FKM 1，1-二氟乙烯/六氟丙烯型的含氟弹性体制成的O-形环密封垫9，将其在开口附近压在箱体1壁的内部凹面。将在其内面带有螺纹的圆环2旋紧到法兰3的螺纹8上，以便将其固定在与箱体组装的适当位置上，并且保持密封垫9处于压缩状态。环2通过切割和机械加工商标为

的POM棒料的圆盘而预先制造，以便模拟注塑的POM环的尺寸精度。环2上的台肩10围绕开口的外周边以便支承在箱体1的外表面上。

密封垫9的压缩程度通过紧固来进行设定，以使法兰3的周边区域7与箱体1的凹内壁邻接。在开口附近的箱体1壁的表面光洁度和厚度通过压模法来进行设定。可选地，表面光洁度和厚度还可成功地通过机械加工法而不是通过压模法来进行限定。

另外，电连接器4和用于燃料流入、流出和通风管线的通道连接器(through-connectors)5与法兰同时进行注塑成型，成为一个部件，其与法兰一样由相同的POM制成。

实施例

实施例1(根据本发明的“小型法兰”MF1)

除了未在法兰上安装附件之外，图2所示的法兰3的应用与图1所示的法兰类似。将该法兰连接到类似于图1所示的多层燃料箱中的板23上(切口)，该板设置有直径为73mm的孔，并且通过圆环2和密封垫9将法兰固定到适当的位置，这些均类似于图1所描述的。将包括板23、法兰3、环2和密封垫9在内的组装件放置在钢制部件20上，该钢制部件设置有液体入口管线21，并且其一半体积用混合物22填充，按照体积计算，该混合物包括90％的商标为

 RF02-99的汽油和10％的分析级的乙醇。将与密封垫9具有相同性能的含氟聚合物密封垫插入在板23和部件20之间，通过多个螺栓将它们固定在一起。

该试验在于将一半装有汽油/乙醇燃料混合物22的部件20的入口管线21关闭并将该部件上下倒置，以使液体燃料直接与板3接触。在组装件处于40℃达288小时之后，对作为试样的板23/法兰3/环2/密封垫9的组装件的渗透性利用称之为“微型室(Mini-Shed)”程序的程序来进行测试。

该程序在于，将试样放置在温度为40℃并与用于测量烃浓度的系统相连接的气密室中。通过测量该室中烃浓度随时间的增加，可以确定由试样所放出的蒸气量。

实施例2(根据本发明的“小型法兰”MF2)

利用与实施例1试样相类似的另一“小型法兰”试样MF2来重复进行实施例1，只是与密封垫9配合的板23的截面形状变薄了，如30所示(参见图3)。

对比实施例(未根据本发明)

将非根据本发明的四个商用法兰示意性地示于图4和图5中，并将称为梅森食品瓶(Mason Jar)1和2(MJ1和MJ2)以及偏心夹(Camlock)1和2(CL1和CL2)作为对照。

在试样MJ1和MJ2的情况下，图4示出了将H形密封垫41插入在法兰42与箱体43的螺纹插口之间的情形。该图还示出了通过对密封垫41的压缩来固定由环44和箱体43一起组成的组装件。

在试样CL1和CL2的情况下，图5示出了卡口型闭合系统，该系统包括金属销钉51，该销钉具有锚定在多层箱体的大部分壁53的底部52，将其与另一环形金属部件相配合，用于使得法兰55在箱体53的承口上保持在适当位置上，并压缩密封垫56。

就所有的MJ1、MJ2、CL1和CL2而言，法兰42和55是由钢板形成的。多层箱体板的开口直径如下：

·MJ1：113.75mm

·MJ2：139mm

·CL1：138mm

·CL2：113.75mm

图6用给出的条形图说明了通过渗透性测量所得到的结果，对于每个试样而言，说明了在40℃的条件下12周之后所测量的渗透性，每个结果表示为在40℃下的mg燃料/天(左侧条形图)和mg燃料(右侧条形图)。燃料的单位mg对应用于持续24小时的时间间隔的标准温度循环(18.3-40.6-18.3℃)所得到的蒸发损失。

Claims (16)

1.用于在热塑性空心体上安装附件的注塑成型的塑料法兰，所述法兰是一在其上具有封闭周边的扁平部件，并且能够以一种密封方式将切入到所述空心体的壁中的开口封闭，其特征在于，所述法兰在其边缘上具有螺纹。

2.根据前述权利要求所述的塑料法兰，其特征在于，所述法兰能够承接一个环，以便将所述法兰的组件与所述空心体固定。

3.根据前述权利要求之一所述的塑料法兰，其特征在于，用于构成所述法兰的塑料对气体和液体具有低渗透性。

4.根据权利要求3所述的塑料法兰，其特征在于，所述塑料选自聚缩醛、聚酰胺、聚酯或聚偏卤乙烯。

5.根据权利要求1或2所述的塑料法兰，其特征在于，所述空心体是用于机动车辆的燃料箱。

6.根据权利要求5所述的塑料法兰，其特征在于，在所述法兰上安装有至少一个燃料箱的附件，所述附件选自泵组件、体积计量器、与用于液体和/或气体燃料的流入或流出的管线相连接的抽吸管、连接器以及电缆。

7.根据权利要求5所述的塑料法兰，其特征在于，所述燃料箱包括由多层热塑性塑料制成的至少两个壳体，所述两个壳体相互焊接在一起。

8.根据前述权利要求3所述的塑料法兰，其特征在于，所述空心体是用于机动车辆的燃料箱。

9.根据前述权利要求4所述的塑料法兰，其特征在于，所述空心体是用于机动车辆的燃料箱。

10.根据权利要求6所述的塑料法兰，其特征在于，所述燃料箱包括由多层热塑性塑料制成的至少两个壳体，所述两个壳体相互焊接在一起。

11.根据权利要求8所述的塑料法兰，其特征在于，在所述法兰上安装有至少一个燃料箱的附件，所述附件选自泵组件、体积计量器、与用于液体和/或气体燃料的流入或流出的管线相连接的抽吸管、连接器以及电缆。

12.根据权利要求9所述的塑料法兰，其特征在于，在所述法兰上安装有至少一个燃料箱的附件，所述附件选自泵组件、体积计量器、与用于液体和/或气体燃料的流入或流出的管线相连接的抽吸管、连接器以及电缆。

13.根据权利要求10所述的塑料法兰，其特征在于，所述燃料箱包括由多层热塑性塑料制成的至少两个壳体，所述两个壳体相互焊接在一起。

14.用于机动车辆的燃料箱，其特征在于，所述燃料箱包括安装在根据权利要求5至13中任一权利要求所述的用于安装附件的塑料法兰上的至少一个附件，所述法兰定位于所述箱的开口上使得以一种密封方式将所述开口封闭。

15.根据权利要求14所述的燃料箱，其特征在于，通过在所述法兰与位于所述开口附近的所述燃料箱的壁之间插入可压缩性密封垫来提供对气体和液体的不渗透性，通过将一个环紧紧地拧到所述法兰的螺纹上而使所述密封垫保持在压缩状态。

16.用于制造燃料箱的方法，所述燃料箱包括用于安装至少一个附件的根据权利要求7、10或13任一项所述的塑料法兰，其特征在于，按照指定的顺序进行以下步骤：

a)围绕一切入到壳体中的开口的周边，将密封垫放置在围绕所述法兰的边缘切出的凹槽中，使所述密封垫面对所述壳体的壁；

b)将所述法兰定位在所述开口上，以使所述密封垫支承在所述开口的整个周边的周围，这样所述法兰的螺纹部分穿过所述开口；

c)将一个环旋紧到所述螺纹部分上，直至靠近所述凹槽的所述法兰表面邻接所述壳体的外壁；以及

d)将支承所述法兰的壳体焊接到至少一个其它的壳体上以便得到箱体。

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