CN101142103A - 将两个部件紧固于机动车燃料箱的系统、燃料系统及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于紧固的系统，借助焊接，将具有锥形表面外形部分的部件(2)连接到包括一开口的机动车辆燃料箱(1)上，所述开口的周边具有一锥形表面外形，在所述箱体开口周边的所述锥形表面的至少一部分与所述部件的锥形表面的至少一部分之间进行焊接(3)。

Description

将两个部件紧固于机动车燃料箱的系统、燃料系统及其制造方法

技术领域

本发明涉及用于紧固两个部件的系统、相关的紧固方法以及燃料系统。

背景技术

在工业中或者在各种类型的乘坐的交通工具上使用的液体燃料箱或气体燃料箱通常必须满足对应于它们的设计使用类型的密封和渗透性标准，还要满足它们必须符合的环境要求。目前，在欧洲和世界各地，对于在大气和环境中的污染排放限制的要求在很大程度上变得更加严格(例如，在California的PZEV(“Partial ZeroEmission Vehicle”)标准)。另外，允许的排放限制已经变得如此低，以致由于在附件和箱体之间的接合处的泄漏和渗透性所造成的损失已经在箱体/附件系统的损失中占到相对较高的比例。

另外，使用具有多层结构的箱体变得越来越普遍，这种多层结构包括一个或多个由非渗透材料制成的层。将附件结合到这种箱体上提出了这样的问题：怎样以密封和不渗透的方式将部件紧固到在这些箱体中制成的开口上。

对于将两个具有多层结构的部件紧固在一起也面临相同的问题。

为了解决渗透性问题，已经设计了各种技术用于将部件紧固到箱体上，即，增加焊接膜或者热丝焊接法(hot wire welding)(这是昂贵的解决方案)、形成宽的焊接边缘(不是非常有效的解决方案)或者焊接元件的其它处理，例如通过磺化(也不是非常有效的解决方案)。然而，这些技术都不能解决另外的紧固强度等问题。

另外，由专利US 6 305 568得知以这样一种方式将部件焊接到箱体开口的周围：在部件表面上存在的阻隔层(隔离层，barrierlayer)与在箱体壁的多层结构中的阻隔层相接触。当紧固部件时由于箱体壁在装载时会变形，因此紧固强度不是最优的。另外，部件的形状(尤其是其在焊接点的厚度)必须合适，以便为焊接提供足够的机械强度。尤其在管状部件的情况下，这会引起形成局部过厚，多耗材料并花费时间(附加的制造步骤)，因此有时出现并不是微小的附加成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于紧固两个部件的系统，与传统的紧固系统相比，该系统明显限制了液体和气体的损失，而且通过对在紧固区域的部件外形的特殊设计，该系统具有上述所有提高的强度和更优异的稳定性。本发明的目的还在于提供一种用于将通常管状的部分紧固到箱体上的紧固系统，而不必使用难以铸模的过厚的或复杂的几何形状。

为了这个目的，本发明涉及一种用于紧固两个部件的系统，每个部件有一部分具有锥形表面外形，使得以这样的方式使第一部件被紧固到第二部件上：两个部件的锥形表面至少部分地相互接触。具体地，本发明涉及一种用于紧固的系统，借助焊接，具有锥形表面外形部分的部件被连接到包括一开口的机动车辆燃料箱上，所述开口的周边具有锥形表面外形，在箱体开口周边的锥形表面的至少一部分与该部件的锥形表面的至少一部分之间进行焊接。

具体实施方式

根据本发明，两个部件(实际上是箱体和待紧固到箱体上的部件)可以基于任何材料，但优选基于塑料。甚至更优选地，将紧固系统设计成针对包含两种不同塑料中的至少一种的部件。措辞“不同塑料”被理解为是指通过这些材料的物理混合不能构成单个材料。在其中部件包括两种不同塑料的具体实施例中，部件指作为两种材料的部件。

术语“塑料”被理解为任何合成的聚合物材料，无论是热塑性材料还是热固性材料，其在环境条件下为固态，以及至少两种这些材料的混合物。所需要的聚合物包括均聚物和共聚物(尤其是二元或三元共聚物)。这种共聚物的实例包括但不限于：无规共聚物、线性嵌段共聚物、其它嵌段共聚物、以及接枝共聚物。优选为热塑性共聚物，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是适宜的。熔化范围跨至少10摄氏度的热塑性塑料是尤其适合的。这种材料的实例包括其分子量表现为多分散性的材料。

具体地，根据本发明的部件可以由聚烯烃、接枝聚烯烃、热塑性聚酯、聚酮、聚酰胺及其共聚物制成。

在根据本发明的部件中经常存在的聚合物是聚乙烯。用高密度聚乙烯(HDPE)已经获得了优异的结果。

根据本发明的塑料部件优选是具有多层结构形式的部件。尤其优选的部件是那些其结构包括至少一层由阻隔材料(隔离材料，barrier material)制成的层的部件，即具有通常的聚合特性、对于一些液体或气体具有非常高的不渗透性的材料。

根据一个具体实施方式，可以将阻隔材料结合到部件层中的一个中，或者将基本上由阻隔材料构成的一个特殊附加层插入到该结构中。优选将基本上由阻隔材料构成的附加层插入到该结构中。

根据一个具体实施方式，例如可以使用由诸如用于使燃料箱能不渗透的那些已知阻隔组合物制成的(材料)。这种材料的实例包括但不限于：基于聚酰胺或共聚酰胺的树脂，乙烯/乙烯醇无规共聚物(EVOH)，或者其它热致液晶聚合物，如对羟基苯甲酸与6-羟基-2-萘甲酸或者与对苯二甲酸和4，4′-苯二酚的共聚物(例如以商标名XYDAR^出售的共聚酯)。

根据另一个具体实施方式，第一部件的多层结构可以与第二部件的多层结构不同。它也可以与第二部件的多层结构完全相同。其中第一部件的多层结构与第二部件的多层结构完全相同的紧固系统经常是优选的。尤其最优选的是其中在相同结构中阻隔材料本身相同并构成相同的聚合层的系统。

尤其优选的是由相同的多层结构形成的部件，包括至少两个高密度聚乙烯(HDPE)层，在该高密度聚乙烯层之间被插入一EVOH层。

本发明中所讨论的两个部件均具有锥形表面外形。在本发明的范围内，术语“锥形表面”被理解为是指由通过固定点沿准线(directrix)运动的可移动曲线产生的表面。锥形表面可以是或者不是旋转表面，取决于准线是否是圆形。有利地，但不是穷举地，它可以是圆锥(轴对称)表面、棱锥表面、球形表面、椭圆表面或者任何满足上述定义的表面。锥形表面通常在制造部件时获得，例如使通过部件的壁变形以便在壁上产生角度。然后，由部件壁的变形部分的表面形成锥形表面。将措辞“这样获得的锥形表面的角度”理解为是指在固定点的可移动曲线的切线与通过该点的锥形表面的轴之间的角度。有利地，该角度的值在1至90度之间。优选地，该角度的值在30至60度之间。甚至更优选地，选择在40至50度之间的值。尤其优选为45度的值。将用于其它部件的锥形表面的角度值限定为这样一种方式：两个锥形表面至少部分地彼此接触。

在部件的壁经历数次变形操作的具体实施方式中，锥形表面由最后一次变形限定。

限定锥形表面的可移动曲线可以有利地是直线、圆弧、或者其它曲线，具体地它由多个连接在一起的曲线段形成。在后一种情况下，锥形表面的角度由锥形表面的第一个曲线段限定。

术语“锥形表面”并不是表示在部件的壁上倾斜切掉。

有利地，变形操作可以通过任何壁形成技术或者通过在制造部件时产生锥形表面在壁上进行，后一种变化方案是优选的。这种类型的外形赋予紧固系统更好的强度，尤其是当部件承受负载时(例如当紧固它们时)。这是因为，当将该部件紧固到箱体壁上时，如果所述壁在焊接区域没有突出(relief)，在紧固时由部件施加到壁上的负载会导致壁朝向箱体内部的变形。在这种情形下紧固质量是有限的，并且附件与箱体壁之间的接触长度减少。另一方面，当箱体壁具有锥形外形时，它在外部负载下变形最小，并且附件与壁之间的接触所覆盖的面积大于前面情形中的(面积)。

如果锥形表面由圆弧限定，则它对应于球形表面。这种表面形状具有当各部件被彼此紧固时避开(get round)部件转动问题的优点：球形表面使任何独立的未对准(不重合，misalignment)(可能由于紧固时部件的挠性)都具有良好的紧固性。

根据本发明，两个部件的锥形表面至少部分地彼此焊接。这表示，通过第一部件一端的表面部分的分子与第二部件相似表面的分子部分地相互贯穿和接触，形成连接表面，将部件紧固。

有利地，通过升高焊接区域的温度将部件紧固，例如通过预热这些区域。热板焊接(hot-plate welding)(也称作镜面焊接(mirrorwelding))技术是尤其优选的。

因此，根据本发明，两个接触的锥形表面的材料由可焊接材料制成。有利地，它们是相同材料、或者相容材料(固有地，或者通过合适的化学处理如通过接枝使之相容)。

术语“可焊接的”在这里被理解为是指被焊接的第一部件的层与第二部件的层的各自(相应)的组成成分的化学相容性和物理相容性。良好的相容性防止该焊接部分各自组成的某些成分的分离现象。通常，良好的相容性保证两个部件之间的长期连接。

在其中两个部件具有多层结构的具体实施例中，在两个部件被紧固在一起的地方，各部件的多层结构以这样一种方式叠置：叠置层的数目等于在第一部件中层的数目与第二部件中层的数目的总和。各层的这种排列减少了液体和/或气体泄漏的危险，并且提高了在紧固区域中的不渗透水平，尤其是当通过焊接进行紧固时。

根据本发明，第二部件是具有开口的箱体，该开口的周边具有锥形表面外形，用于通过焊接紧固第一部件。

术语“开口”在本发明的范围内实际上被理解为是指在箱体壁上的间断，其使箱体的内部体积与外部进行联系。该间断可以与箱体壁在相同的表面中，或者它可以是凹入的(朝向箱体的内部体积)或凸出的(朝向外部)。在第一种情况下，开口通常指孔。在第二种情况下，这是指隆起物(赘生物，excrescence)。根据本发明，孔或者隆起物至少部分具有锥形表面。凹入形的锥形隆起物是优选的。

术语“燃料箱”在本发明的范围内被理解是指在各种温度和压力条件下能够储存液体和/或气体燃料的任何类型的箱体。更具体地指在机动车辆中遇到的那些类型的箱体。措辞“机动车辆”被理解为还包括汽车、摩托车和卡车。

某些箱体具有一个或多个如上所述的开口，例如，为了紧固选自以下的非穷举列表中的任何附件：板、导管、配件、喷嘴、阀门或者燃料箱的任何其它附件。

本发明的另一个优选的具体实施方式为其中待紧固到箱体上开口的部件通常为管状的。

本发明还涉及一种燃料系统，包括燃料箱以及至少一个借助根据本发明所述的紧固系统紧固到燃料箱上的附件。

本发明还涉及一种使用上述的紧固系统将两个部件(一个是燃料箱，而另一个是用于所述箱体的部件/附件)紧固在一起的方法。

最后，本发明还涉及一种燃料系统的制造方法，其中：

1.制造包括一开口的箱体，该开口的周边具有锥形表面外形；

2.制造一部件，该部件的一部分具有锥形表面外形；

3.将该箱体开口周边的锥形表面的至少一部分焊接到该部件锥形表面的至少一部分上。

如上所述，在箱体和部件的实际制造时形成它们的锥形表面是有利的。尤其最优选的是制造这两个部件时通过使用一个或多个具有对应锥形表面的印模的模具进行铸模。与使用“平”模具相比，这使得可能避免通过变形箱体和/或部件的已经铸好的壁而形成锥形表面这一附加步骤。

另外，已经提到，在本发明的范围内使用的焊接技术优选为热板焊接。使用自定心(self-centering)热板、或者可选地由摄像机(照相机)控制的机器人系统，在本发明的这种变化方案的范围内给出良好的结果。这是因为，当将部件紧固到箱体上时，最关键的参数是相对于构成焊接表面的锥体对热板的定心。

下面的附图具有说明本发明的目的，而不是为了限制本发明。

图1示出了本发明的第一具体实施方式：箱体的多层壁(1)具有开口，该开口的外形具有朝向箱体内的锥形形状。角度(8)是锥形表面的角度。多层管口(2)具有一端部，该端部的外形以这样一种方式与储箱中开口的外形相匹配：沿焊接区域(3)在开口处将管口的外层焊接到箱体的外层上。

图2和图3示出了两个另外的具体实施方式，其中将管口(2)以这样一种方式焊接：将管口(2)的内层焊接到箱体壁(1)的外层上(图2)，或者将管口(2)的外层焊接到壁(1)的内层上。

图4和图5示出了两个管口的焊接，它们中的一个实际上由燃料箱(在这些图中未示出)的管状隆起物形成。在这两种情况下，在管口(2)的内层与管口(4)的外层的焊接区域有叠置。

图6和图7对应于其中将板(5)焊接到箱体壁(1)上的实施例。

图8示出了其中将两种材料的部件(2)紧固到箱体的多层壁(1)上的实施例。

图9示出了部件(2)和(4)的实施例，其接触的锥形表面由不是直线而是圆弧的曲线限定，部件中的一个实际上由燃料箱(在该图中未示出)的管状隆起物形成。

Claims (10)

1.用于紧固的系统，借助焊接，一具有锥形表面外形部分的部件连接到包括一开口的机动车辆燃料箱上，所述开口的周边具有锥形表面外形，在所述箱体开口周边的所述锥形表面的至少一部分与所述部件的所述锥形表面的至少一部分之间进行焊接。

2.根据权利要求1所述的紧固系统，其特征在于，所述箱体和所述部件是基于一种或多种塑料的。

3.根据前述任一权利要求所述的紧固系统，其特征在于，所述两个部件中的至少一个具有包括一由阻隔材料制成的层的多层结构。

4.根据前述任一权利要求所述的紧固系统，其特征在于，所述两个部件由多层结构形成，并且在第一部件紧固于第二部件的部位，所叠置的层的数目最多等于在所述第一部件中层的数目与所述第二部件中层的数目的总和。

5.根据前述任一权利要求所述的紧固系统，其特征在于，所述多层结构包括至少两层高密度聚乙烯(HDPE)，在所述高密度聚乙烯层之间被插入一由乙烯/乙烯醇共聚物(EVOH)制成的层。

6.根据前述任一权利要求所述的紧固系统，其特征在于，所述部件选自板、导管、配件、喷嘴、阀门或者所述燃料箱的任何其它附件。

7.燃料系统，包括燃料箱以及至少一个通过根据前述任一权利要求所述的紧固系统紧固到所述燃料箱上的附件。

8.燃料系统的制造方法，其中：

1)制造包括一开口的箱体，所述开口的周边具有锥形表面外形；

2)制造一部件，所述部件的一部分具有锥形表面外形；

3)将所述箱体开口周边的所述锥形表面的至少一部分焊接到所述部件的所述锥形表面的至少一部分上。

9.根据前述权利要求所述的方法，其特征在于，通过使用一个或多个具有对应于所述锥形表面的印模的模具进行铸模来制造所述箱体和所述部件。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述焊接是使用自定心热板或者可选地由摄像机控制的机器人系统的热板焊接。

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