CN112849642B - 塑料箱和制造塑料箱的方法 - Google Patents

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Abstract

一种塑料箱，该塑料箱包括由塑料制成的箱壁(1)和用于最小化塑料箱的不期望的变形的至少一个细长的加强型材(2)，其中，加强型材(2)布置在塑料箱的外侧，其中，箱壁(1)的材料至少在一些区域或多个区域中围绕加强型材(2)接合，使得在箱壁(1)与加强型材(2)之间存在正向保持，其中，至少在加强型材(2)的一个轴向端部附近形成保持几何结构(5)，其中，在塑料箱的箱壁(1)的平面图中，保持几何结构(5)设计得比加强型材(2)的其他轴向部分宽，其中，保持几何结构(5)具有开口(3)，其中，箱壁(1)的材料延伸穿过保持几何结构(5)的开口(3)并到达加强型材(2)的背对箱壁(1)的后侧，使得在保持几何结构(5)处的开口(3)的区域内，箱壁(1)和加强型材(2)之间存在正向保持，以及一种用于制造该种塑料箱的方法。

Description

塑料箱和制造塑料箱的方法
技术领域
本发明涉及一种塑料箱和一种用于制造塑料箱的方法，其特别是用于机动车辆的塑料箱。
背景技术
已知塑料箱(其例如近期被安装作为比如客车和重型货车的机动车辆的燃料箱)除了具有多种积极的特性之外，在燃料箱可能的变形方面是有问题的。在机动车辆箱系统的正常操作期间，在箱系统的特定区域中可能发生大的变形。鞍形箱系统，特别是可能具有凹陷和高度依赖于例如驱动轴和排气系统的汽车部件的几何结构的鞍形箱系统，在通道区域必须具有高的刚度。箱的区域中的压力和温度峰值的结合可以导致箱外壳的大的相对运动，特别是在塑料箱的情况下，并且这些相对运动必须通过设计手段而限制。
现有技术中用于减少燃料箱不期望的变形的支撑概念通常使用相对于本体固定的支撑点以限制箱壁的变形。然而，特别地，对于加压的箱系统，这些措施还不足够，并且必须采用另外的措施以减少变形。通常，增加箱囊的外壳厚度，或者使用加强焊接部件以限制变形。这样的措施在箱容积上造成了很大的损失，因此限制了系统的功能。对于附接到箱壁上的加强部件，还存在以下问题：由于所产生的载荷，在塑料箱的使用期间，在至少一个或多个部分中，加强部件可能会分离。
发明内容
本发明的目的是详细说明一种塑料箱，其中，在这方面改进了塑料箱，并且特别地，在不显著减小燃料箱的容积的情况下，减少了不期望的变形，其中，塑料箱和用于减少变形的措施即使在长期载荷下也能可靠地运行。
另一个目的是详细说明可长期使用的这种抗变形的塑料箱的制造方法。
该目的通过一种塑料箱实现，该塑料箱包括由塑料制成的箱壁和用于最小化塑料箱的不期望的变形的至少一个细长的加强型材，其中，加强型材布置在塑料箱的外侧，其中，箱壁的材料至少在一些区域或多个区域中围绕加强型材接合，使得在箱壁与加强型材之间存在正向保持，其中，至少在加强型材的一个轴向端部附近形成保持几何结构，其中，在塑料箱的箱壁的平面图中，保持几何结构设计得比加强型材的其他轴向部分宽，其中，保持几何结构具有开口，其中，箱壁的材料延伸穿过保持几何结构的开口并到达加强型材的背对箱壁的后侧，使得在保持几何结构处的开口的区域中，箱壁和加强型材之间存在正向保持。
根据本发明，使用一个加强型材，或者优选地多个加强型材，其通过正向保持而被固定到塑料箱的箱壁上。由于细长的加强型材具有在相对较长时间的载荷之后与箱壁分离的趋势，特别是在轴向端部，根据本发明，加强型材在其至少一个端部的区域中具有保持几何结构，其具有用于使箱壁的材料穿过的开口。保持几何结构比加强型材的其他部分具有更宽的设计，为开口创造了更多的空间，从而将加强型材正向保持在加强型材的一个或多个端部的区域中。
因此，可靠地防止了加强型材的分离，特别是在细长的加强型材的一个端部处的分离。
在此，“箱壁的材料”延伸穿过保持几何结构的开口的规定应被解释为意味着至少箱壁的基础材料也延伸穿过开口。例如，如果箱壁的材料是纤维增强的高密度聚乙烯(HDPE)聚合物，例如只有HDPE聚合物延伸穿过开口，而纤维增强材料不必要穿过开口。
加强型材优选地由纤维增强塑料组成。加强型材的基础材料优选是高密度聚乙烯(HDPE)。
箱壁的材料优选地延伸穿过保持几何结构的开口，并到达加强型材的背对箱壁的后侧，从而在那里发生两个熔化前沿之间的材料结合的连接。由于这些开口，特别是长槽孔，材料因此从两侧穿透并熔合在一起。因此，这些部件被完全“封装”。
保持几何结构的开口优选地包括多个长槽孔，特别是被布置为彼此相邻和/或在彼此中间的多个长槽孔。特别地，除了长槽孔之外，还可以设置圆形开口。
塑料箱可以是用于重型货车的塑料箱，特别是鞍形箱。
以所描述的方式，至少两个或多个加强型材优选地固定在塑料箱的箱壁上。
一个或多个加强型材可以在箱壁上形成支柱或肋。
加强型材优选地基本上是T形的，以产生高的几何阻力矩。
根据本发明的一个实施例，加强型材的背对箱壁的后侧设置有箱壁的材料的层，特别是设置有HDPE层，箱壁的材料从箱壁延伸穿过保持几何结构的开口，从而在制造塑料箱的过程中，将箱壁的材料在保持几何结构的开口处从加强型材的两侧焊接在一起，使得在保持几何结构处的开口的区域中，在箱壁和加强型材之间存在正向保持。该方案是有利的，特别是如果箱壁在保持几何结构的区域中设计成非常薄，例如通过在制造塑料箱的过程中减薄，特别是通过深冲压来实现。在制造塑料箱的过程中，随后可以在保持几何结构上的涂层(特别是HDPE层)与箱壁的材料(特别是HDPE)之间产生材料结合。
该目的还通过如上所述的用于制造塑料箱的方法来实现，其中，将加强型材放置在外壳模具中，其中，通过真空将加强型材保持在外壳模具中的位置，其中，箱壁的材料通过真空被吸向外壳模具的壁，以形成箱壁，从而在箱壁的形成期间，箱壁的材料被吸入或穿过开口，并且在此过程中在箱壁和加强型材之间产生正向保持。
根据本发明，塑料箱通过真空在外壳模具中形成，外壳模具将片状材料吸附到模具壁上，特别是通过真空进行深冲压。用于成形塑料箱的箱壁的真空同时用于在生产箱壁的过程中将至少一个加强型材保持在外壳模具中的位置。箱壁的塑料材料被吸附到外壳模具的外壳上，并且因此也通过相同的真空被吸附到加强型材，因而箱壁的材料可以到达加强型材的后方区域，特别是在底切部等的后面，从而使加强型材正向保持在塑料箱的箱壁上。在这种情况下，不会产生加强型材在箱壁上的材料结合的保持。
通过这种加强型材，可以在最小的容积损失下达到高的加强效果。同时，塑料箱的制造及其加强非常简单，经济和快速。
通过使用具有带有开口的保持几何结构的加强型材，在箱壁的形成期间可以使箱壁的材料吸入开口或穿过开口，并且在此过程中，可以在箱壁和保持几何结构的区域中的加强型材之间产生特别可靠的正向保持。
加强型材优选地保持在外壳模具中的位置，使得加强型材的较宽的端部 (特别是T形的水平杆)比加强型材的较窄的端部(特别是T形的竖直杆) 从外壳模具突出得更远。
加强型材优选地由纤维增强塑料组成。加强型材也可以由金属组成。
根据本方法的一个实施例，在箱壁的形成期间，箱壁的材料可以被抽吸穿过保持几何结构的开口，并延伸到加强型材的背对箱壁的后侧上，因而在此过程中，在保持几何结构处的开口的区域中，箱壁和加强型材之间产生正向保持。
根据本方法的一个实施例，加强型材的背对箱壁的后侧可以设置有箱壁的材料的层，特别是设置有HDPE层，并且在箱壁的形成期间，箱壁的材料可以被吸入保持几何结构的开口中，从而在制造塑料箱的过程中，箱壁的材料在保持几何结构处的开口的区域中从加强型材的两侧焊接在一起，因而在该过程中，在保持几何结构的开口的区域中，箱壁和加强型材之间产生正向保持。因此，在制造塑料箱的过程中，可以在保持几何结构上的涂层(特别是HDPE层)与箱壁的材料(特别是HDPE)之间产生材料结合。加强型材与箱壁的连接可以通过冷焊实现，或者例如，可以通过利用热焊接工艺对焊接表面进行预热来实现。
优选地，将加强型材插入到外壳模具内的匹配的凹部中，并通过真空将其保持在凹部中的位置。
加强型材在放置在外壳模具中之前，可以通过连续的工艺(例如挤出) 或不连续的工艺(例如注塑)制造。
加强型材在放置在外壳模具中之前，优选地将其弯曲成与随后的箱壁匹配的形状。
加强型材优选地还具有在保持几何结构之外的多个开口，因而，在箱壁的形成期间，箱壁的材料被抽吸穿过这些开口，并且在此过程中，在箱壁和加强型材之间产生正向保持。由此，可以进一步提高塑料容器的附接的强度。
箱壁的材料优选地延伸穿过开口，并到达加强型材的背对箱壁的后侧，从而在那里发生两个熔化前沿之间的材料结合的连接。由于这些开口，特别是长槽孔，材料因此从两侧穿透并熔合在一起。因此，这些部件被完全“封装”。
优选地，在形成箱壁之后进行冷却过程，其中，在冷却过程期间，箱壁的材料收缩，使得在箱壁与加强型材之间的正向保持被改善，并且在加强元件中产生预应力。
加强型材的端部区域优选地具有逐渐变细的构造，以确保均匀的应力分布。
附图说明
在下文中，参考附图通过示例更详细地描述本发明。
图1是根据本发明的塑料箱的一部分的外部的示意图。
图2是加强型材面对箱壁的一侧的示意图。
图3是如图2所示的加强型材背对箱壁的一侧的示意图。
图4是从侧面看如图1所示的塑料箱的示意图，并且示出了截面A-A的位置。
图5是如图4所示的截面A-A的横截面图。
图6是加强型材面对箱壁的一侧的视图，对应于图2，但是示出了保持几何结构。
具体实施方式
图1-6中示出了根据本发明的塑料箱的部分，其通过根据本发明的方式制造。
此处，图1至图5仅示意性地示出了加强型材，其中未示出根据本发明的保持几何结构5，即在加强型材的一端或两端的区域中的加宽。在图6中，在箱壁的平面图中示出了保持几何结构5。
塑料箱包括由塑料(例如HDPE)制成的箱壁1，和至少一个加强型材 2-在所示的部分中是两个加强型材-用于最小化塑料箱的不期望的变形。
在塑料箱的形成期间，将加强型材2放置在外壳模具中，随后通过真空将加强型材2保持在外壳模具中的位置，之后，箱壁1的材料通过真空被吸附在外壳模具的壁上以形成箱壁1。在箱壁1的形成期间，箱壁1的材料由此围绕加强型材2吸附，并且在此过程中，在箱壁1和加强型材2之间建立了正向保持。加强型材2具有T形的横截面，并且因此具有底切部，箱壁1 的材料可以在底切部后面接合。因此，在加强型材2和箱壁1之间没有材料结合的保持。
因此，通过在接合过程中箱外壳材料的正向包围来完成组装。加强型材 2被放置在敞开的外壳模具内为此目的而设置的空腔中，并且通过施加真空而保持在位。在另一步骤中，通过施加真空将箱壁1围绕加强型材2的轮廓吸附。以这种方式，在成形过程中已经实现了肋元件(即加强型材2)与箱囊(即箱壁1)之间的连接。从图1、图3和图5中的加强型材2的形状可以很容易地看出，组装是通过正向结合完成的。熔化的外壳材料(即箱壁1 的材料)也可以穿透插入的加强型材2。为此，如图1至3所示，开口3可以形成在加强型材2中。通过额外的底切部产生额外的强度。
通过在冷却过程中外壳材料的收缩(大约为3％)，可以在箱壁1上实现朝向肋或加强型材2的额外的压力。可以通过合适的孔或凹部4允许肋2的纵向方向上的收缩，以在肋2的逐渐变细的区域中进行长度补偿。
加强型材由高强度和高弯曲刚度的材料组成。为此，特别地，可以考虑纤维增强塑料和金属部件。
加强型材2的制造可以可选地通过不连续的工艺(例如注塑)或者连续的工艺(例如型材的挤出)来进行。
加强型材2可以通过成型工艺弯曲成形状。
加强型材2的几何实施例可以这样实施，即可以在箱壁1和加强元件2 之间建立正向的和非正向的但不是材料结合的连接。加强元件2的几何结构与箱的几何结构匹配。优选的几何结构是保持在箱外壳上。
加强型材2可以具有多个开口3，因而在箱壁1的形成期间，箱壁1的材料通过开口3被抽吸，并且在此过程中，在箱壁1和加强型材2之间产生改善的正向保持。
如图6所示，至少在加强型材2的一个轴向端部附近形成保持几何结构 5，其中，在图6所示的塑料箱的箱壁1的平面图中，保持几何结构5设计得比加强型材2的其他轴向部分宽，特别是比加强型材2的中央部分宽。
保持几何结构5具有开口3，从而使得箱壁1的材料可以延伸穿过保持几何结构5的开口3并到达加强型材2背对箱壁的后侧上，因而在保持几何结构5处的开口3的区域中，在箱壁1和加强型材2之间存在正向保持。
保持几何结构5的开口3包括多个长槽孔，其彼此相邻且在彼此中间布置，即，以多行和多列的方式布置。保持几何结构的开口3对称地布置在加强型材2的纵向中心轴线的左侧和右侧。
加强型材2的背对箱壁1的后侧可以设置有箱壁1的材料的层，特别是 HDPE层。随后，箱壁1的材料可以从箱壁1延伸穿过保持几何结构5的开口3，从而在制造塑料箱的过程中，箱壁的材料在保持几何结构5的开口3 处从加强型材2的两侧焊接在一起，使得在保持几何结构5处的开口3的区域中，在箱壁1和加强型材2之间存在正向保持。
1 箱壁
2 加强型材
3 开口
4 凹部
5 保持几何结构

Claims (19)

1.一种塑料箱，包括由塑料制成的箱壁(1)和用于最小化塑料箱的不期望的变形的至少一个细长的加强型材(2)，其中，所述加强型材(2)布置在塑料箱的外侧，其中，所述箱壁(1)的材料至少在一些区域或多个区域中围绕所述加强型材(2)接合，使得在所述箱壁(1)与所述加强型材(2)之间存在正向保持，其中，至少在所述加强型材(2)的一个轴向端部附近形成保持几何结构(5)，其中，在所述塑料箱的箱壁(1)的平面图中，所述保持几何结构(5)设计得比所述加强型材(2)的其他轴向部分宽，其中，所述保持几何结构(5)具有开口(3)，其中，所述箱壁(1)的材料延伸穿过所述保持几何结构(5)的开口(3)并到达所述加强型材(2)的背对箱壁的后侧，使得在所述保持几何结构(5)处的开口(3)的区域中，所述箱壁(1)和所述加强型材(2)之间存在正向保持。
2.根据权利要求1所述的塑料箱，其特征在于，所述加强型材(2)由纤维增强塑料组成和/或所述加强型材(2)基本上由HDPE组成。
3.根据权利要求1所述的塑料箱，其特征在于，所述保持几何结构(5)的开口(3)包括多个长槽孔，所述多个长槽孔被布置为彼此相邻。
4.根据权利要求1所述的塑料箱，其特征在于，所述加强型材(2)的背对箱壁(1)的后侧设置有所述箱壁(1)的材料的层，所述箱壁(1)的材料从箱壁(1)延伸穿过所述保持几何结构(5)的开口(3)，从而在制造塑料箱的过程中，所述箱壁的材料在所述保持几何结构(5)的开口(3)处从所述加强型材(2)的两侧焊接在一起，使得在所述保持几何结构(5)处的开口(3)的区域中，在所述箱壁(1)和所述加强型材(2)之间存在正向保持。
5.根据权利要求4所述的塑料箱，其特征在于，所述加强型材(2)的背对箱壁(1)的后侧设置的所述箱壁(1)的材料的层由HDPE制成。
6.根据权利要求1所述的塑料箱，其特征在于，在所述加强型材(2)中、所述保持几何结构(5)以外处形成额外的开口(3)，其中，所述箱壁(1)的材料延伸穿过所述保持几何结构(5)以外的所述额外的开口(3)，并到达所述加强型材(2)的背对所述箱壁的后侧，使得在所述保持几何结构(5)以外的所述额外的开口(3)的区域中，在所述箱壁(1)和所述加强型材(2)之间存在正向保持。
7.根据权利要求6所述的塑料箱，其特征在于，在所述加强型材(2)中、所述保持几何结构(5)以外处形成的额外的开口(3)是长槽孔。
8.根据权利要求6所述的塑料箱，其特征在于，所述箱壁的材料延伸穿过所述保持几何结构的开口和/或穿过所述额外的开口，并到达所述加强型材的背对所述箱壁的后侧，从而在那里存在两个熔化前沿之间的材料结合的连接。
9.一种用于制造根据权利要求1所述的塑料箱的方法，其中，将所述加强型材(2)放置在外壳模具中，其中，通过真空将所述加强型材(2)保持在外壳模具中的位置，其中，所述箱壁(1)的材料通过真空被吸向外壳模具的壁，以形成所述箱壁(1)，从而在所述箱壁(1)的形成期间，所述箱壁(1)的材料被吸入或穿过所述开口(3)，并且在此过程中，所述箱壁(1)和所述加强型材(2)之间产生正向保持。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述箱壁(1)的形成期间，所述箱壁(1)的材料被抽吸穿过所述保持几何结构(5)的开口(3)，并延伸到所述加强型材(2)的背对所述箱壁的后侧上，因而在此过程中，在所述保持几何结构(5)的开口(3)的区域中，所述箱壁(1)和所述加强型材(2)之间产生正向保持。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述加强型材(2)的背对所述箱壁(1)的后侧设置有所述箱壁(1)的材料的层，并且在所述箱壁(1)的形成期间，所述箱壁(1)的材料被吸入所述保持几何结构(5)的开口(3)中，从而在制造塑料箱的过程中，将所述箱壁的材料在所述保持几何结构(5)的开口(3)处从所述加强型材(2)的两侧焊接在一起，因而在此过程中，在所述保持几何结构(5)的开口(3)的区域中，在所述箱壁(1)和所述加强型材(2)之间产生正向保持。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述加强型材(2)的背对所述箱壁(1)的后侧设置的所述箱壁(1)的材料的层由HDPE制成。
13.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，将所述加强型材(2)插入到外壳模具内的匹配的凹部中，并通过真空将其保持在所述凹部中的位置。
14.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述加强型材(2)在放置在外壳模具中之前，通过连续的工艺来制造。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述连续的工艺是挤出。
16.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述加强型材(2)在放置在外壳模具中之前，通过不连续的工艺来制造。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述不连续的工艺是注塑。
18.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述加强型材(2)在放置在外壳模具中之前，被弯曲成与随后的所述箱壁(1)匹配的形状。
19.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在形成所述箱壁(1)之后进行冷却过程，其中，在冷却过程中，所述箱壁(1)的材料收缩，使得在所述箱壁(1)与所述加强型材(2)之间的正向保持被改善。
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