CN105377528A - 制造燃料储箱或填充管的方法及其在混合动力车中的使用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制造燃料储箱或填充管的方法及其在混合动力车辆中的使用。用于制造包括由热塑性材料制成的壁并在其表面的至少一部分上包括纤维加强件的燃料储箱或填充管的方法，该方法包括以下步骤：-加热所述纤维加强件，以使其得达到至少部分熔融的状态，-将加热了的纤维加强件和至少部分处于熔融的状态的壁引入到模具中，-借助于使壁充气并使被加热了的加强件贴靠在处于熔融状态的壁的气体压强而将纤维加强件焊接在壁上。

Description

制造燃料储箱或填充管的方法及其在混合动力车中的使用

技术领域

本发明首先涉及用于制造燃料储箱的方法，以及由此获得的储箱在混合动力机动车中的使用。

背景技术

混合动力发动机一般指内燃机与电动机结合的情形。

混合动力发动机的一般工作原理在于，根据型号的不同，要么使电动机工作、要么使内燃机工作、要么使两者同时工作。

一个具体原理如下：

-在停止阶段(车辆静止)时，两个发动机都是停止的；

-在启动时，由电动机确保启动汽车，直至更高的速度(25或者30km/h)；

-当达到更高的速度时，由内燃机接替工作；

-在急加速的情况下，采取同时使两个发动机工作，这能够获得与同功率甚至更高功率发动机相同的加速度；

-在减速和制动阶段，动能被用于为电池充电(要指出的是，目前市售的混合动力发动机并不都具有这个功能)。

这个原理导致内燃机并不一直在工作，并且因此，汽油气吸收罐(避免燃料蒸汽排放到大气中的活性炭过滤器)的净化阶段不能被正常地确保，这是因为在净化阶段时，使可能预热过的空气在汽油气吸收罐中循环，以使其再生(即使其吸附的燃料蒸汽解析出来)，该空气之后被引入发动机内以在其中燃烧。此外，已经开发了用于降低燃料消耗和废气排放的混合动力车辆，这使得在不损害发动机性能的同时管理发动机以燃烧来自于汽油气吸收罐的燃料蒸汽变得更加复杂、甚至不可能。

因此，这些发动机的燃料储箱一般承受压强(一般处于约300–400mbar的压强)，以限制汽油气吸收罐的负担，这通常是由位于通气阀之后的称作燃料箱隔离阀(英文为“FuelTankIsolationValve”，缩写为FTIV)的功能性元件来完成的。该元件包括安全阀(该安全阀以储箱最大使用压强来校准)和电气管理部件，以能够在充装前使储箱处于大气压。由此导致，相对于传统内燃机的燃料储箱，这些储箱必须具有改进的机械强度，特别是在塑料储箱的情况下。

目前市场上的解决方案在于一种具有大的厚度的金属储箱，这显著增加了储箱的重量，并由此增加了燃料消耗和废气排放。

上述压强问题的其他的已知解决方案可以在于增加塑料储箱的壁的厚度和/或使用连接两个壁的内部加强件(杆、隔板等)，但是这些解决方案一般加重重量，减小储箱的可用体积，并增加储箱成本。另一解决方案可以在于为储箱设置再粘合点(即下壁和上壁的局部焊接)，但该解决方案导致减小储箱的可用体积。

另一解决方案如在专利US5,020,687中所描述的解决方案，该方案在于在储箱的外壁上固定加强纤维织物(无热塑性塑料基质)，该固定在储箱的挤出-吹气成型制造时通过所述织物的包覆成型来实现，在引入型坯之前预先将织物引入模具中，其中所述型坯在吹气成型之后形成储箱。

然而，该方案的一大缺陷在于难以仅通过来自于型坯的熔融材料来实现织物的加强纤维的浸渍。

国际公布WO2012/031705A2考虑了一种替代方案，该替代方案在于用包含加强纤维的半成品复合材料来替代加强纤维织物。该最终产品包括被来自于型坯的熔融材料贯穿的开孔，以确保机械固定。为了获得有效的机械锚固，需要足够量的型坯材料流过开孔，以在加强件的另一侧形成铆钉类的构造。由于型坯的黏度，该现有技术的工艺将是难以实现的。最后，该已知技术的另一缺陷在于必须增加储箱的厚度，并因此增加储箱的重量和成本。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种将纤维加强件固定在储箱壁上的新方案，该方案不具有已知解决方案的缺陷。

本发明还涉及制造填充管。

填充管是能够将液体或气体导入储箱内部的管道。

在某些情况下，填充管会遭受由车轮喷溅的碎砂石，需要额外的防护挡板。通过在填充管上添加局部加强件可以免去该防护挡板。

本发明提出的固定方法可以用于填充管。

此外，本发明具有能够避免任何表面精加工操作的额外优点。

并且，通过实现人工的减少和生产线周期时间的缩短，本发明能够降低生产成本。

本发明的主题在于一种在从燃料储箱和充装管道构成的集合中选择的物品时焊接纤维加强件的方法，所述物品包括由热塑性材料制成的壁，纤维加强件既包括与物品的热塑性材料兼容的热塑性材料又包括编织或非编织的切断的纤维、或长纤维、或连续的纤维，所述焊接方法包括以下步骤：

-加热纤维加强件，以使其达到熔融状态，

-在模具中，借助于使壁充气贴靠在模具上的气体压强，实施被

加热的纤维加强件在至少部分处于熔融状态的壁上的焊接。

本发明由此提供了一种不具有已知解决方案的缺陷的新的固定方案。

另外，在纤维加强件和壁之间的连接(即焊接)是不借助于任何机械维持(即不借助于任何与其他互补的三维形状协作的三维形状)、但获得壁和加强件之间的材料连续性，这使得该连接比已知解决方案更可靠，同时占用的体积更小。

在本发明中，如果至少壁的用于被焊接到纤维加强件上的部分处于熔融状态，就视壁为处于熔融状态。壁的剩余部分因此可以处于任意状态，特别是非熔融状态。

在一个优选实施中，借助于放置在加强件之前通过辐射或接触加热纤维加强件的加热元件来加热纤维加强件。

该加热可以在模具中发生，在该情况下，加热元件必须放置在模具中加强件的附近，或者在模具之外。

在一个优选实施中，在模具之外加热纤维加强件，以使其达到熔融状态，然后将加热的纤维加强件引入模具中。

在一个优选实施中，该方法包括预成型纤维加强件的步骤，该预成型至少部分地在模具之外和/或模具中实施。

加强件的该预先成型可以在加热加强件之后、在将其转移到模具中之前在预成型支架上实施。该成型还可以在加热加强件之后在模具中实施。

成型还可以在向模具转移加强件期间实施。

在一个变型中，在加热加强件之后并在将其转移到模具中之前在模具之外在预成型支架上实施预成型纤维加强件的步骤。

符合本发明的储箱所应用的燃料可以是汽油、柴油、生物燃料等，并且可以具有0至100％的酒精含量。

根据本发明，储箱或管由热塑性材料制成。“热塑性材料”指的是任何热塑性聚合物，其中包括热塑性弹性体及其混合物。术语“聚合物”既指均聚物，又指共聚物(特别是二元或三元聚合物)。共聚物的示例为(非限制性地)：无规共聚物、顺序共聚物、嵌段共聚物、接枝共聚物。

任何类型的熔点低于分解温度的热塑性聚合物或共聚物都是合适的。熔点范围覆盖至少10摄氏度的合成热塑性材料尤其适合。具备多分散性的分子质量的材料就是这类材料的例子。

特别地，可以使用聚烯烃、热塑聚酯、聚酮、聚酰胺及它们的共聚物。还可使用聚合物或共聚物的混合物，同样地，也可使用聚合材料跟无机、有机物和/或天然填充料的混合物，这些填充料例如为(非限制性地)：碳、粘土、盐、其他无机衍生物、天然纤维或聚合物纤维。还可使用由堆叠并联结的层构成的、包含至少一种上述聚合物或共聚物的多层结构。

一种常用聚合物是聚乙烯。采用高密度聚乙烯(HDPE)获得了良好的结果。

储箱或者管的壁可以由一层或两层热塑性材料构成。一层或更多层的额外的其它层可以有利地由阻隔液体和/或气体的材料构成的层构成。优选地，阻隔层的性质和厚度被选为将最大地限制与储箱或管的内表面接触的液体和气体的渗透性。优选地，该层基于阻隔性树脂，即不渗透燃料的树脂，例如EVOH(部分水解的乙烯/醋酸乙烯酯共聚物)。替代地，储箱或管还可经受表面处理(氟化或磺化)，其目的在于使其不渗透燃料。

符合本发明的储箱或管优选地包括位于基于PEHD的外部层之间的基于EVOH的阻隔层。

本发明范围内的纤维加强件可具有多种形式；该加强件一般是既包括热塑性材料又包括可以是编织或非编织的切断的纤维、或长纤维、或连续的纤维的片。一般性地，切断的纤维的最终长度为数十/数百微米。对于长纤维，剩余长度为数毫米。当所用纤维的长度等于数十厘米时，就称为连续的纤维或连续长丝。编织的纤维是优选的。这些纤维可以基于玻璃、碳、聚合物(比如聚酰胺，例如芳香族聚酰胺，如芳纶纤维)，甚至是诸如大麻或剑麻等的天然纤维。纤维优选地为玻璃纤维(E型、S型或其它类型)。符合本发明的纤维加强件的纤维优选地与热塑性材料兼容，并因此一般与聚烯烃兼容，尤其是与PEHD兼容。为了获得该兼容性，可以用硅烷等兼容化物质对纤维进行上胶(表面处理)。也可使用活性PEHD型的粘结料。在该范围内，可以有利地使用马来酸酐类型的活性官能团。

根据本发明，纤维加强件包括与储箱或管的热塑性材料兼容甚至相同的热塑性材料。兼容性意味着当纤维加强件的热塑性材料和储箱或管的热塑性材料在处于熔融状态下彼此接触时，这些材料可以彼此焊接。在燃料储箱的情况下，一般是聚乙烯，尤其是PEHD。加强件中的纤维含量优选地为至多70％，优选为至多50％、甚至至多30％，加强件的剩余部分主要由热塑性材料构成。换句话说，加强件的热塑性材料含量至少为30％，优选地50％、甚至至少为70％。热塑性材料优选地围绕纤维/在纤维中熔融，以构成均质的片材或板材，该片材或板材在其表面的至少一部分上具有热塑性材料，以便于焊接。实际中，可以通过压延加工、压缩模制、注射模制、浇注模制或者模制来生产加强件。根据一个特别优选的变型，加强件覆盖其上固定有组件的区域(例如：其上要固定填充管的填充口颈)的至少一部分，并包含阻隔层，使得既起到加强的作用(在该通常脆弱的区域中)，又起到防渗透作用。在该变型中，加强件有利地通过压缩模制多层片材来实现，其中所述多层片材包含阻隔层(优选地，包括介于两PEHD层之间的EVOH层的片材)、纤维毡(优选地为无规则分布的、非编织的连续玻璃纤维)以及PEHD片材。

加强件的厚度优选地包括在0.1至2mm之间。为了使得加强件在机械性能上有效，其模量优选地为至少5000MPa、甚至至少10000MPa。

该加强件可以与其他加强技术或加强元件结合。例如，壁的具有更大厚度的部分和/或包括在连接储箱上下壁(即当储箱安装在车辆上时分别构成储箱的底部和顶部的壁)的部分的至少两个元件(附件)之间的部分。这些元件可以例如包括在储箱安装在车辆上时储箱的大致竖直的内表面部分；计量泵模块；“再粘合点”(即燃料箱上下壁的局部焊接，英文为“kisspoint”)，尤其是本申请人名下的申请WO2011054709中所述的点中的一种，该申请通过引用被包含在本申请中；和/或空心加强柱，该加强柱可能地集成如在本申请人名下的WO2010122065申请中所述的积极功能，该申请也通过引用被包含在本申请中。

用于制造符合本发明的储箱或管的模具可以是任何性质的，只要其有助于将其形状赋予储箱或管。

该模具有利地在为预热的加强件设置的位置处包括用于将模具维持在足够高的温度以避免加强件在其焊接至片材之前冷却的装置。

符合本发明的方法因此可以包括加热加强件的步骤，该步骤在加强件引入到模具中的时刻与其被焊接到壁上的时刻之间执行。

该模具可以是将储箱或管的至少一部分的形状赋予片材的吹气成型模具，或者使预先在吹气成型模具中成型的片材在其冷却期间在气体压强下保持其形状的后吹气成型模具。“片材”在这里指的是熔融热塑性塑料的预成型件，其通常是挤出成型的，并呈例如圆柱形和/或平板和/或半圆柱形的形式。

优选地，通过共挤出成型-吹气成型实现储箱或管。在该情况下，还可以使用连续挤出成型技术和累计挤出成型技术或者顺序挤出成型技术等所有本领域技术人员已知的技术。

根据本发明，一旦加强件被焊接到储箱或管的壁上，就让储箱或管冷却，并优选地直至其壁达到尺寸稳定性的温度。一般性地，该温度大致是环境温度，无需特别调节(除非可能为了加速冷却)。本发明的一个显著优点在于，加强件在储箱或管的壁上的焊接可以与储箱或管的模制一起在生产线上进行，无论是在片材的吹气成型期间还是在储箱或管的后吹气成型期间，这缩短了生产周期的时间。

根据本发明，在实施焊接之前加热加强件(以及，可能地，加强件在储箱或管上的焊接区域的表面)。为此，可以例如对其施加红外线辐射或激光辐射或热气流、甚至镜面加热。

加热温度取决于所用技术。优选地，温度要足够高，以确保能熔化热塑性材料(例如PEHD)。因此，需要将热塑性材料加热到合适的温度(对于PEHD，高于135℃，优选地高于150℃、甚至180℃)。

本发明的一个优点在于，按照储箱或管的制造方法(即片材的吹气成型，或储箱或管的用于使其冷却的后吹气成型)，在储箱或管的壁仍是热的时候将加强件焊接到该壁上，不需要这些步骤之后的额外操作。

本发明的主题还在于一种制造从燃料储箱和填充管构成的集合中选择的物品的方法，该方法通过执行将至少部分处于熔融的状态的热塑性材料片材引入到吹气成型模具中的步骤、借助于吹气成型气体而使片材依照吹气成型模具的模腔成型的步骤，以及片材脱模的步骤，所述物品包括由所述片材构成的由热塑性材料制成的壁，该壁被纤维加强件局部地加强，该纤维加强件既包括与片材的热塑性材料兼容的热塑性材料又包括可以是编织或非编织的切断的纤维、长纤维或连续纤维，所述方法的特征在于，该方法包括上述将纤维加强件焊接到片材上的方法的步骤，焊接方法的模具是吹气成型模具，焊接期间使壁充气并贴靠在模具上的气体压强是吹气成型气体的压强。

借助于本发明，储箱或管的制造方法包括将纤维加强件焊接到储箱或管的壁上的步骤，不需要设置单独的焊接操作。不仅如已知地利用吹气成型操作来成型片材，还将其用于将加强件焊接到储箱或管的壁上。与机械锚固相比，通过焊接将加强件固定到储箱或管的壁上还具有已述的优点。

在该方法的一个有利变型中，将纤维加强件引入模具中，以使其贴靠在片材与模具内侧的面相反的面上。换句话说，加强件位于片材的朝向储箱或管的将来的内部的面上。

在另一个变型中，将纤维加强件引入模具中，以使其贴靠在模具的内侧的面上。在该情况下，加强件位于片材的朝向储箱或管的将来的外部的面上。

在储箱制造方法的一个具体实施例中，两个至少部分处于熔融状态的热塑性材料的片材被引入到吹气成型模具中，该模具由两个半模和分隔这两个半模的模芯构成，一个片材被引入到第一半模与模芯之间，另一个片材则被引入到第二半模与模芯之间，该方法还包括两个片材在其成型之后通过打开模具、从两个半模之间去除模芯并使两个半模相互靠近来相互再粘合的步骤。

本领域人员一般用“模腔”来指代两个半模的每一个。也使用“半模”。

在本申请人的公布的申请EP1110697中描述了该方法，该方法特别地提供了一旦储箱吹气成型就能够将不同组件集成在储箱中的优点。借助于本发明，通过利用吹气成型气体的压强、无需储箱生产线外的操作就将纤维加强件集成在储箱的壁上来完善该优点。

模芯由此包括用于将加强件布置在模具的内壁附近的活动装置，其能够使加强件贴靠片材。加强件因此贴靠在片材用于构成储箱内侧面的面上。

在一个子变型中，没有使加强件贴靠片材，而是仍然借助于模芯使加强件贴靠在两个半模中任一个的内表面上。被预热的加强件与片材之间的焊接由此通过加强件在吹气成型气体的压强的作用下在半模的内表面和片材之间的压紧来实现。

本发明还涉及一种制造从燃料储箱和填充管构成的集合中选择的物品的方法，该方法通过执行使至少部分处于熔融状态的片材从该片材在其中成型的吹气成型模具中脱模的步骤、将片材引入到后吹气成型模具中的步骤，以及借助于后吹气成型气体对片材进行吹气使其贴靠在后吹气成型模具的壁上的步骤，所述物品包括由所述片材构成的由热塑性材料制成的壁，该壁被纤维加强件局部地加强，该纤维加强件既包括与片材的热塑性材料兼容的热塑性材料又包括可以是编织或非编织的切断的纤维、长纤维或连续的纤维，所述方法的特征在于，该方法包括上述将纤维加强件焊接在片材上的方法的步骤，焊接模具为后吹气成型模具，对壁吹气使其贴靠模具的气体的压强为后吹气成型气体的压强。

在本发明的该实施例中，利用后吹气成型气体的压强来将纤维加强件焊接在储箱或管的仍处于熔融状态的壁上。该操作总是在生产线上实现的，无需任何在其生产线以外的施加在储箱或管上的附加操作。

因此，在本发明的这些实施例中，使加强件贴靠在焊接区域上的压强是通过运用吹气成型气体或后吹气成型气体(这些气体一般为压缩空气)产生的直接机械接触来施加的。

加强件在模具中的布置可以借助于纤维加强件夹持器来实现，其中所述纤维加强件既包括热塑性材料又包括可以是编织或非编织的切断的纤维、长纤维或连续的纤维，其用于制造包括由所述片材构成的由热塑性材料制成的壁的燃料储箱或填充管，其中所述壁由该纤维加强件局部地加强，所述纤维加强件的热塑性材料与片材的热塑性材料兼容，如果合适的话，所述夹持器由机器人或由固定在模具的模芯上的致动件来移动，以将纤维加强件布置在模具中，该夹持器配备有所述加强件的保持装置和加热装置，其中所述保持装置例如是真空吸盘，优选地为金属的。

布置在模具中的加强件可以由维持装置(例如：穿过模具的壁的吸气装置)来维持其在模具中的位置。

在本发明的一个具体实施例中，片材配备有至少一个抵抗压缩的区域，该区域至少部分地包含在加强件的焊接区域中，以能够承担与在焊接时施加的压强相关的力。

加强件在储箱或管上的焊接不一定要是在储箱或管的整个表面上实现。可以例如仅焊接边缘和几个中央区域。然而，有利地，焊接发生在几乎整个表面上，即表面的至少90％、甚至理想地为100％。

本发明的主题还在于一种纤维加强件成型工具，该成型工具包括用于将所述加强件加热到足以使其达到熔融状态的温度的炉子，和用于使处于熔融状态的加强件按照预定的三维形状成型的模腔。

在一个具体实施例中，成型工具的模腔包括两个颌部，所述两个颌部能够相互分开以便插入加强件，并能够相互靠近以便成型该加强件的，这两个颌部中的一个能够沿着给定方向(该方向不一定是直的，例如是圆的)活动，并设有用于夹持成型后的加强件的夹持装置。

优选地，夹持装置设有吸气系统。

在一个变型中，成型工具的两个颌部是活动的，然而仅有一个设有夹持装置。

在另一实施例中，用于成型处于熔融状态的加强件的模腔是具有预定的三维形状的支架(例如栅格)，加强件在其自身重量作用下承载在该支架上。

在一个具体实施例中，成型工具的模腔的两个颌部中的一个由一组垂直于两个颌部相互靠近的方向布置的平行的板构成，所述板与模腔的另一颌部相对，所述板的边缘构成成型加强件的曲面。该曲面与加强件在模制后将具有的最终形状近似。

这种模腔的优点在于，炉子和成型工具可以相互分开，并且加强件可以通过由栅格来承载而从这两个中的一个转移到另一个，其中所述栅格的杆插入到平行板之间，以将所述加强件放置在由所述平行板的边缘构成的曲面上。

在一个具体实施例中，炉子包括能够在加强件的两个表面上加热加强件的装置。

本发明的主题还在于一种如上所述的模具，该模具包括用于将加强件布置在该模具的内壁附近的活动装置。

本发明还涉及一种能够由如上所述的方法获得的储箱或管，该储箱或管包括由热塑性材料制成的壁和焊接在其外表面的至少一部分上的纤维加强件，该纤维加强件包括与储箱或管外表面的塑料材料同质或兼容的塑料材料，以及编织的连续纤维。优选地是如前所述的玻璃纤维。在符合本发明的方法的范围内上文描述的优选变型适用于符合本发明的储箱或管。

本发明还涉及将如上所述的储箱(由方法获得)用作混合动力车辆的燃料储箱。该储箱还可以用于传统车辆上，在传统车辆上，可以利用该实现的加强效果来避免使用通常在储箱固定在车辆车身底部时用于阻止储箱的内壁蠕变的金属带。加强件的存在还能够减小储箱的厚度，这导致减小重量并增大可用的体积。在管的情况下，加强件的存在能够避免添加防护用的防碎石挡板。

还要指出的是，由本发明的主题所实现的加强效果可以与其他已知加强件的使用相结合，这些已知加强件例如为前述带子、粘合接片、内部加强件(杆、隔板)、包覆成型的织物等，以及任何其他类型的内部或外部加强件(特别是作为第一类型能够帮助获得抵抗压缩的区域)。本发明与这些已知技术、尤其是申请WO2011054709和WO2010122065的结合能够减小粘合接片、内部加强件(杆、隔板)、包覆成型的织物等的尺寸和/或数量。由此，最终解决方案的重量最小化，并且储箱的可用体积最大化。

本发明的主题还在于一种用于制造从燃料储箱和填充管构成的集合中选择的物品的方法，该方法通过执行将至少部分处于熔融的状态的热塑性材料片材引入到吹气成型模具中的步骤、借助于吹气成型气体而使片材成型为吹气成型模具的模腔的形状的步骤，以及片材脱模的步骤，所述物品包括由所述片材构成的由热塑性材料制成的壁，该壁被纤维加强件局部地加强，该纤维加强件包括与片材的热塑性材料兼容的热塑性材料和可以是编织或非编织的切断的纤维、长纤维或连续纤维，所述方法的特征在于，该方法包括以下步骤：

-将纤维加强件引入到吹气成型模具中，

-加热加强件，以使其达到熔融状态，该步骤可在引入步骤之前、期间或之后进行，

-使引入到模具中的被加热了的纤维加强件贴靠在片材与模具的模腔相反的面上，

-在吹气成型模具中，实施纤维加强件在至少部分处于熔融的状态的片材上的焊接。

在一个具体实施例中，纤维加强件在片材与模具的模腔相反的面上的贴靠借助于由模具外部的机器人承载或由模具的模芯(当吹气成型模具由两个半模和分隔两个半模的模芯构成时)承载的活动元件来实施。

附图说明

通过附图以非限制性的方式示出了本发明，这些附图示意性地示出了：

-图1：以剖视图示出了处于打开位置的具有两个半模的模具，

-图2：以剖视图示出了在片材吹气成型之前处于关闭位置的相同模具，

-图3：以剖视图示出了在该片材吹气成型之后处于关闭位置的相同模具，

-图4：以俯视图示出了用于纤维加强件的成型站，

-图5和图6：以俯视图示出了如图4的设施的炉子，

-图7和图8：以沿着VII-VII的剖视图示出了如图4的成型工具，

-图9：示出了在加强件转移以及其在模具中就位期间的如图7和图8的成型工具的局部，

-图10：以剖视图示出了在由活动元件布置和焊接纤维加强件的步骤期间的具有两个半模的模具。

具体实施方式

在图1中以竖直剖视图示出了打开的用于制造燃料储箱的模具的相对的两个半模1和1’。

每个半模1、1’在这里都具有简单的带有平面的并且垂直的壁的形状，其中所述壁通过内圆角连接，但任何凹陷的形状都是可行的。

如已知地，设有成型工具6的挤出成型头5就能够在模具上方生成片材或管状型坯4，而两个半模1、1’则相互分开。当然可以例如根据在EP1110697中所述的方法使用两个平面型坯或片材来代替管状型坯。

这里，术语“平面的”和“管状”表示其形状整体上分别大约是平面的或管状的物体。片材的实际挤出成型条件使得片材不可避免地具有形状的不规则性，这使得片材没有严格地具有所期望的几何形状。

预先加热两个加强件3和3’并将这两个加强件引入到模具中，其中这两个加强件一个放置在一个半模1’的内表面的内圆角上、另一个3’放置在另一半模1的内表面的平面部分上。加强件3在非平面区域上的布置要求对该加强件实施成型。该成型可以预先在成型工具中实施，或在模具中通过加强件在半模合适的位置处精确地贴靠该半模的内壁来实现。

无论加强件3的成型方法是哪一种，还设置有用于维持半模在每个布置有加强件的区域周边部分温度的装置2，以免加强件在接触模具后过快地冷却。实际上，根据本发明，一个重要之处在于，在每个处于熔融状态的加强件3(分别地，3’)与也处于熔融状态的型坯4之间实施焊接。加强件的任何过早的冷却会有害于该焊接。可以以不同的方式来避免该过早的冷却，例如通过设置所述温度维持装置2，或者通过提高加强件的加热温度以使得加强件在焊接时仍处于熔融状态，还或者通过缩短加强件在焊接前在模具中的等待时间。另一解决方案可以在于使加热元件靠近布置在模具中的加强件，以在焊接操作之前通过辐射或接触来加热加强件。

还设置有用于将每个加强件维持在贴靠半模的壁的位置的装置。该装置(未示出)可以是吸气装置(气体穿过为此而设置在半模中的管路)，或加强件的外边缘或中间的机械维持装置(例如借助于贯穿或不贯穿的爪或杆)。

还在加强件布置期间、或者加强件布置之前、或者加强件布置之后使型坯4向下移动与模具的高度相同的长度。

然后，如在图2中可见地，通过使两个半模1、1’相互靠近来关闭模具。型坯在其下端部处被夹在两个半模之间，并且在挤出成型头5的出口处被夹在两个半模和成型工具6之间。

由此通过在型坯的内部注入根据模具的尺寸在5至10bar之间变化的压强的空气来开始对型坯的吹气。

空气的压强使得型坯贴靠半模1和1’的壁，并使得型坯具有制造过程中的储箱的几何构造。

空气的压强的额外的作用在于使得处于熔融状态的型坯贴靠在保持在模具中的处于熔融状态的加强件上。这导致加强件焊接在型坯上。

现在将参照图4至图9描述可用于预成型加强件的加热站和一种通过真空夹持器来操作加强件的方法。

该方法的步骤如下：

图4：由操作器12将加强件3装载到栅格10上。该栅格包括一系列在单一方向上平行的金属杆10A。该栅格安装在轨道(未示出)上，并自动地在加载后向炉子14前进。

栅格的杆必须能够从加强件3底部托起加强件3。为此，杆必须具有合适的间隔，以合适地支撑加强件，包括在加强件达到熔融状态的时候。

图5：加强件在炉子14中的加热。优选地：同时加热加强件的两个表面，以缩短周期时间。

关于炉子：

-将散发红外线的加热金属带用作炉子的加热元件取得了良好的结果。该使用不是限制性的。而且，这些加热元件对振动不敏感，并且具有与所考虑的应用、即储箱制造相兼容的使用寿命(根据制造商的优化使用估计为8000小时)。

-如有必要，可以调节加热功率(带有调节回路的高温计)，以降低该加热对车间温度变化(气流等)的敏感度。

图6：一旦结束加热，其上载有加强件的栅格就离开炉子，并被布置在3D成型工具16的模腔中，以根据三维形状来成型处于熔融状态的加强件。成型工具的半模构成预成型的支撑，并包括两个颌部，如在图7中可见，一个为能够竖直地活动的下颌部18A，另一个为上颌部18B。

图7：上颌部18B实现第二功能：该上颌部为夹持器。该夹持器18B位于加强件上方。

图8：下颌部18A抵靠在加强件的下表面上，并使其压靠夹持器18B上。该操作使得加强件形成所期望的三维形状。

下颌部18A由竖直板18C构成，这些竖直板在其上载有加强件3的栅格的杆10A之间滑动。板具有上边缘，这些上边缘构成与期望赋予加强件的三维形状相吻合的曲面(想象的曲面，在图7中由虚线20体现)。

优选地，致动件(未示出)上安装有固定杆(未示出)，固定杆通过在颌部关闭期间将加强件固定到位来避免加强件在颌部关闭时在颌部之间滑动。在尺寸为340mmx109mm的加强件的情况下，直径为3mm的两个致动件足以确保固定就位。调节致动件的行程，以在加强件上施加足够的压强但不至损坏加强件。该固定的位置优选地位于颌部关闭期间的最先接触区域中。

图9：由具有部分真空夹持器18B的机器人22夹持三维成型的加强件。

优选地通过文丘里(Venturi)类型的系统来获得真空。调节真空程度，以免加强件产生过大的形变。本发明人观察到，-266mbar的真空能够有效地将加强件维持在夹持器上。

优选地用多个开孔24来实施真空。实际上，单一开孔的使用会产生气流，该气流会冷却在该开孔附近的加强件。

夹持器可以具有贴合加强件最终形状的边缘。该边缘可以实施为具有数毫米宽度的平表面。

该边缘可以覆盖有PTFE(或其他抗粘着的覆层)，以免随时间推移可能会产生的熔融物质沉积。

并且，夹持器的温度调节能够避免加强件在向吹气模具转移期间过快的冷却。特别地，水(或油)调节系统或安装在夹持器的金属元件上的通过电气加热来调节的系统能够确保有效地维持纤维加强件的温度。

相反地，调节必须能够避免夹持器在与处于熔融状态的加强件反复接触后的温度上升。一个替代方案在于在等待阶段期间将夹持器布置在加热或冷却站上。然而，温度调节在该情况下更不容易。

如已参照图1至图3所述，模具与加强件接触的表面可以配备有吸气系统(通气孔类型的，未示出)。

这些通气孔的尺寸必须足够小，以便在对型坯吹气使其贴靠模具的期间阻止加强件在高压的作用下进入到通气孔中。

优选地，在模具与加强件接触的表面上布置可回撤的杆。这些杆在加强件对接到模具表面上时穿过加强件，这有助于加强件在夹持器和模具之间的转移。

优选地，特定温度(比模具的平均温度更高)的调节能够避免加强件过快地冷却(例如：60℃的区域，而模具的其余部分则处于11℃)。

机器人由此将加强件布置在吹气模具的表面上。

在下一步骤(未示出)期间，吹气成型储箱，这导致通过接触和压强将加强件与熔融的型坯包覆成型。

在图10的实施例中，两个与前述相同的半模1和1’被示出为在生成片材或管状型坯4的挤出成型头5的下方相互分开。

两个半模1和1’用于实施一种燃料储箱制造方法。

根据该方法，至少部分地处于熔融的状态的热塑性材料的片材4从挤出成型头5中挤出。该片材进入两个半模1和1’之间，即进入由这两个半模和可能的模芯(未示出)构成的吹气模具之间。

片材4用于(在两个半模相互靠近时)在吹气模具中通过借助于吹气成型气体的吹气来吹气成型。

在图10中示出的步骤中，该吹气成型还没有发生。

纤维加强件3借助于活动元件30被引入到吹气模具中，该纤维加强件既包括与片材4的热塑性材料兼容的热塑性材料还包括可以是编织或非编织的切割的纤维、长纤维或连续的纤维，该活动元件由模具外部的机器人(未示出)或由模具的模芯(未示出)来承载。活动元件可以例如是固定在模芯上的致动件。活动元件30终止于形状32，该形状在这里是平面的，但更一般地是与半模1的内表面的对应部分相匹配的，在所述形状32的压力作用下片材4贴靠在该对应的部分上。

活动元件包括用于夹持纤维加强件的装置，这里不详细说明这些装置。

在该情况下，已经预先加热纤维加强件，以在熔融状态下将其布置在模具中。然而，该加热可以在由活动元件30运送加强件3时或在该运送之前进行。可选装置2确保维持半模1在纤维加强件3附近的区域的温度。

如在图10中可见，活动元件30的功能在于使加强件3贴靠在片材4与半模1的内侧的面相反的面上。

在该贴靠时，纤维加强件3焊接在至少部分处于熔融状态的片材4上。

一旦到了该操作阶段，焊接可以完成。在一个变型中，焊接由在片材4通过吹气贴靠两个半模而成型时吹气成型气体在片材4上施加的压强来完善。

在另一与前述变形兼容的变型中，在片材4的吹气成型步骤之后实施纤维加强件3在片材4上的贴靠。

Claims (18)

1.一种焊接方法，用于在制造从储箱和填充管的集合中选择的物品时焊接纤维加强件(3、3’)，所述物品包括由热塑性材料制成的壁(4)，所述纤维加强件(3、3’)既包括与所述物品的热塑性材料兼容的热塑性材料，又包括可以是编织或非编织的切断纤维、长纤维或连续纤维，所述焊接方法包括以下步骤：

-加热所述纤维加强件(3、3’)，以使其达到熔融状态，

-在模具(1、1’)中，借助于使所述壁(4)鼓起而贴靠在所述模具(1、1’)上的气体的压强来实施被加热的所述纤维加强件(3、3’)在至少部分处于熔融状态的所述壁(4)上的焊接。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述物品为碳氢燃料储箱。

3.如权利要求1所述的方法，其中，所述物品为填充管。

4.如上述权利要求中任一项所述的方法，其中，借助于加热元件(14)来加热所述纤维加强件(3、3’)，其中所述加热元件被布置在所述加强件前方，以通过辐射、对流或接触来加热所述加强件。

5.如上述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述模具之外加热所述纤维加强件(3、3’)，以使其达到熔融状态，然后将被加热的所述加强件引入到所述模具中。

6.如上述权利要求中任一项所述的方法，包括预成型所述纤维加强件(3、3’)的步骤，该预成型至少部分地在所述模具(1、1’)之外和/或在所述模具(1、1’)中实施。

7.如前一权利要求所述的方法，其中，在加热所述加强件(3、3’)之后但在将其转移到所述模具(1、1’)中之前，在所述模具之外的预成型支架(16)上实施预成型所述纤维加强件(3、3’)的步骤。

8.如上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述加强件(3、3’)的热塑性材料的含量为至少30％、优选地50％、甚至至少70％。

9.如上述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述模具(1、1’)中在为预热的所述加强件(3、3’)预设的位置处设置用于将所述模具的温度维持在足够高的维持装置(2)，从而避免所述加强件在焊接到所述片材上之前冷却。

10.一种制造方法，用于制造从碳氢燃料储箱和填充管构成的集合中选择的物品，该方法通过执行将至少部分处于熔融状态的热塑性材料的片材(4)引入吹气成型模具(1、1’)中的步骤、借助于吹气成型气体使所述片材(4)依照所述模具(1、1’)的模腔而吹气成型的步骤以及将所述片材(4)脱模的步骤来实施，所述物品包括由所述片材(4)构成的由热塑性材料制成的壁，该壁被纤维加强件(3、3’)局部地加强，所述纤维加强件既包括与所述片材的热塑性材料兼容的热塑性材料，又包括可以是编织或非编织的切断纤维、长纤维或连续纤维，所述方法的特征在于，该方法包括如权利要求1至7中任一项所述的用于将所述纤维加强件(3、3’)焊接在所述片材(4)上的方法的步骤，所述焊接方法的模具(1、1’)为所述吹气成型模具(1、1’)，而在所述焊接期间使所述壁(4)鼓起而贴靠在所述模具(1、1’)上的所述气体的压强是所述吹气成型气体的压强。

11.如前一权利要求所述的方法，其中，将所述纤维加强件(3、3’)引入所述模具(1、1’)中，以使其贴靠在所述片材(4)与所述模具的内侧的面相反的面上。

12.如权利要求10所述的方法，其中，将所述纤维加强件(3、3’)引入所述模具(1、1’)中，以使其贴靠在所述模具(1、1’)的内侧的面上。

13.如权利要求10至12中任一项所述的方法，其中，将两个至少部分处于熔融状态的热塑性材料的片材引入由两个半模和分隔这两个半模的模芯构成的吹气成型模具中，一个片材被引入到第一半模和所述模芯之间，而另一片材则被引入到第二半模和所述模芯之间，所述方法还包括在所述两个片材成型之后通过打开所述模具、从所述两个半模之间去除所述模芯并使所述两个半模相互靠近而再粘合所述两个片材的步骤。

14.一种制造方法，用于制造从燃料储箱和填充管构成的集合中选择的物品，该方法通过执行使至少部分处于熔融状态的片材从该片材在其中成型的吹气成型模具中脱模的步骤、将所述片材引入到后吹气成型模具中的步骤、借助于后吹气成型气体使所述片材鼓起而贴靠在所述后吹气成型模具的内表面上的步骤来实施，所述物品包括由所述片材构成的由热塑性材料制成的壁，该壁被纤维加强件局部地加强，该纤维加强件既包括与所述片材的热塑性材料兼容的热塑性材料，又包括可以是编织或非编织的切断纤维、长纤维或连续纤维，所述方法的特征在于，该方法包括如权利要求1至9中任一项所述的用于将所述加强件焊接在所述片材上的方法的步骤，所述焊接模具为所述后吹气成型模具，而使所述片材鼓起而贴靠在所述模具上的所述气体的压强则是所述后吹气成型气体的压强。

15.一种纤维加强件(3、3’)的夹持器(18B)，所述纤维加强件既包括热塑性材料材料，又包括可以是编织或非编织的切断纤维、长纤维或连续纤维，该夹持器用于制造从碳氢燃料储箱和填充管构成的集合中选择的物品，所述物品包括由所述片材构成的由热塑性材料制成的壁，该壁被如下所述的纤维加强件局部地加强，该纤维加强件的热塑性材料与所述片材的热塑性材料兼容，所述夹持器由机器人或者在必要时由固定在所述模具的模芯上的致动件移动，以将所述纤维加强件布置在所述模具中，并且该夹持器配备有所述加强件的保持装置和加热装置，其中所述保持装置例如是真空吸盘，优选地为金属的。

16.一种用于实施如权利要求13所述的方法的模具的模芯，该模芯包括用于将所述加强件布置在所述模具的内表面附近的活动装置。

17.一种能够由如权利要求10至14中任一项所述的方法获得的储箱或管，该储箱或管包括由热塑性材料制成的壁和焊接在其外表面的至少一部分上的纤维加强件，该纤维加强件包括连续纤维和与所述储箱或管的外表面的塑料材料同性质或兼容的塑性材料。

18.将如权利要求17所述的储箱或由如权利要求10至14中任一项所述的方法获得的储箱用作混合动力车辆的碳氢燃料储箱的用途。