DE10042121A1

DE10042121A1 - Verfahren zur Herstellung von Kunststoffhohlkörpern

Info

Publication number: DE10042121A1
Application number: DE10042121A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Rohde; Dieter Boes; Michael Flosdorff; Joerg Schnorr; Bernhard Springholz; Roger Weinlein; Andreas Wuest
Original assignee: Basell Polyolefine GmbH
Current assignee: Basell Polyolefine GmbH
Priority date: 2000-08-28
Filing date: 2000-08-28
Publication date: 2002-03-14
Also published as: DE50111036D1; EP1184157B1; ES2272388T3; JP4822631B2; JP2002120294A; EP1184157A1; US20020024171A1; US6893603B2; ATE340068T1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kunststoffhohlkörpern, welches die folgenden Schritte umfaßt: DOLLAR A a) Herstellen eines schlauchförmigen Kunststoffvorformlings in einer Blasform- oder Coextrusionsblasformanlage DOLLAR A b) Aufschneiden des extrudierten oder coextrudierten Kunststoffvorformlings zu wenigstens einem flächigen Halbzeug DOLLAR A c) Thermoformen der erhaltenen flächigen Halbzeuge zu Halbschalen DOLLAR A d) Verschweißen der thermogeformten Halbschalen zu einem Hohlkörper.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kunststoffhohlkörpern. Ferner betrifft die vorliegende Erfin dung nach dem vorgenannten Verfahren herstellbare Kunststoffhohl körper sowie deren Verwendung beispielsweise als Kunststoff- kraftstoff-behälter in Kraftfahrzeugen.

Für die Lagerung und den Transport flüssiger Gefahrstoffe sind Kunststoffhohlkörper seit langem bekannt. Insbesondere im Fahr zeugbau haben Kunststoffhohlkörper in Form von Kraftstofftanks, die früher üblichen Tanks aus metallischen Werkstoffen nahezu vollständig verdrängt. Aber auch tragbare bzw. nicht ortsfeste Behälter aller Art, beispielsweise Benzinkanister, Kunststofffla schen, -fässer und -container für brennbare Flüssigkeiten, Ge fahrstoffe und dergleichen werden heute fast ausschließlich aus Kunststoffen hergestellt. Der besondere Vorteil von Kunststoffbe hältern und Tanks liegt vor allem im geringeren Gewicht-/Volumen verhältnis und der Vermeidung von Korrosionsproblemen sowie der kostengünstigen Herstellung.

Für die Herstellung von Kunststoffhohlkörpern sind verschiedene Verfahren einsetzbar. Neben dem sogenannten Rotationssintern wird vor allem das Blasformen, einschließlich Coextrusionsblasformen, in großem Maßstab in der Serienproduktion angewandt.

Aufgrund weltweit bestehender gesetzlicher Anforderungen zur Re duktion ozonbildender Emissionen, wie beispielsweise Kraftstoffe missionen müssen Kunststoffkraftstoffbehälter (KKB) in allen Fahrzeugen gegen den Austritt von Kraftstoffen im Stillstand und Betrieb gesichert sein. Sofern der zur Herstellung eines Kunst stoffkraftstoffbehälters verwendete Kunststoff nicht bereits in härente Barriereeigenschaften aufweist, müssen zusätzliche Maß nahmen zur Permeationsminderung getroffen werden.

Die häufig zur Herstellung der Kunststoffkraftstoffbehälter ver wendeten Polyolefine weisen eine nur geringe Barrierewirkung ge genüber der Permeation leicht flüchtiger, unpolarer Stoffe auf. Die Sperreigenschaften von Kunststoffkraftstoffbehältern aus beispielsweise Polyethylen lassen sich unter anderem durch Fluorierung (in-line oder off-line), Lackierung bzw. Coating, Plasmapolymerisation, Blends (Selar®-Verfahren) oder Coextrusionsverfahren (Einbau diverser Sperrpolymere im Mehr schichtverbund) erheblich verbessern.

Neben dem Coextrusionsblasformen haben nur noch die Fluorierung und das Selar®-Verfahren als Barriereverfahren technische Bedeu tung erlangt. Im Stand der Technik bekannte Fluorierungsverfahren sind im weitesten Sinne Beschichtungsverfahren. Ein prinzipieller Nachteil aller Beschichtungsverfahren ist, daß die Sperrschicht bzw. die Sperrschichten notwendigerweise auf der inneren und/oder äußeren Behälteroberfläche aufgetragen werden und somit den Umge bungseinflüssen ungeschützt ausgesetzt sind. So kann es mit der Zeit zu einem Ablösen oder auch zu einer chemischen Veränderung der Sperrschicht kommen, wodurch die Barriereeigenschaften signi fikant beeinträchtigt werden. Die strengen gesetzlichen Anforde rungen zur Langzeitstabilität der Sperrwirkung bedingen, daß in der Zukunft Beschichtungsverfahren wie etwa die Fluorierung zu nehmend an Bedeutung verlieren werden. Diese Entwicklung wird zu dem dadurch verstärkt, daß zur Erfüllung der gesetzlichen Anfor derungen hinsichtlich der Vermeidung von Kraftstoffemissionen aus dem Kraftstoffsystem vermehrt Teile im Inneren des Tanks inte griert werden müssen. Der Einbau der Teile, wie etwa Leitungen oder Ventile, kann entweder vor oder nach einem durchzuführenden Beschichtungsprozess erfolgen. Vor dem Beschichtungsprozess kön nen Teile nur dann eingebaut werden, wenn die Einbauteile bei dem Beschichtungsverfahren nicht beschädigt werden. Erfolgt die Be schichtung vor dem Einbau etwaiger Teile, muß davon ausgegangen werden, daß an den Befestigungsstellen (Schweißstellen) im Tank die Beschichtung beschädigt wird.

Aus den vorgenannten Gründen konzentrieren sich heutige Entwick lungen auf die Herstellung und den Aufbau von Mehrschichtsyste men. Beispielsweise wird das Verfahren der Mehrschicht- Coextrusion zur Einbringung von Sperrschichten in die Behälter wand eingesetzt. Dabei werden Sperrpolymere über Haftvermittler in eine tragende Polymermatrix eingebettet. Üblicherweise befin det sich das Sperrpolymere etwa in der Mitte der Behälterwand, wodurch zum einen die bei mechanischer Belastung auftretenden Biegespannungen in den zumeist spröderen Sperrpolymeren minimiert werden und zum anderen das Sperrpolymere vor Umgebungseinflüssen - insbesondere Wasser - durch das Matrixmaterial, wie etwa Poly ethylen, geschützt ist.

Ein für den Aufbau mehrschichtiger Hohlkörper verwendetes Verfah ren ist das bereits erwähnte Coextrusionsblasformen. Das Blas formen bzw. das Coextrusionsblasformen ist eine verbreitete Tech nik, die jedoch den Nachteil aufweist, daß die Integration von Bauteilen, also beispielsweise Komponenten des Kraftstoffsystems, nach der Herstellung des Kunststoffhohlkörpers gar nicht oder nur in sehr begrenztem Umfange möglich ist.

Bei einem weiteren im Stand der Technik bekannten Herstellungs verfahren, dem sogenannten Thermoformverfahren bzw. Twin-Sheet- Verfahren werden zunächst zwei Halbschalen durch Tiefziehen ent sprechender Plattenhalbzeuge gefertigt und diese in einem zweiten Verfahrensschritt miteinander verschweißt. Ein grundlegender Nachteil dieses Verfahrens besteht allerdings unter anderem in der nur bedingt kontrollierbaren Wanddickenverteilung in den Tankhalbschalen. Die Wanddickenverteilung und somit die Sperr schichtdickenverteilung lassen sich nur unzureichend kontrollie ren, da die Plattenhalbzeuge eine gleichmäßige Wanddicke besit zen, so daß je nach Reckverhältnissen beim Tiefziehen die Wand dicke bzw. die Sperrschichtdicke lokal stark ausgedünnt werden kann.

Ein weiterer Prozeß zur Herstellung von mehrschichtigen Kunst stoffhohlkörpern beruht auf den im Stand der Technik bekannten Spritzgußverfahren. Ein erheblicher Nachteil dieser Verfahren ist darin zu sehen, daß zum Aufbau mehrschichtiger Schalen entweder dickwandige mehrschichtige, in einem gesonderten Prozeß herzu stellende Folien hinterspritzt werden oder aber dünnere Folien, die ebenso gesondert herzustellen sind, in zwei aufeinanderfol genden Schritten beidseitig hinterspritzt werden. In jedem Falle sind daher prinzipiell mehrere Prozeßschritte, ein erheblicher apparativer Aufwand und somit ein hoher Kostenaufwand für das Herstellen mehrschichtiger Kunststoffhohlkörper erforderlich.

In der DE 198 14 314 wird ein sogenanntes Schmelzpreßverfahren beschrieben. Hierbei wird ein coextrudierter Vorformling, beispielsweise als Schlauch aus einer Blasformanlage, in ein Werkzeug eingelegt und mit einem Stempel oder Negativwerkzeug zu einer Halbschale verpreßt. Nachteilig ist, daß vor dem Verschwei ßen die Entformung des Stempels erfolgen muß und somit ein Ver schweißen aus der Wärme nicht möglich ist. Darüber hinaus tritt beim Verpressen eine starke Schmelzquetschströmung parallel zur Werkzeugoberfläche auf, wodurch zwar die Gesamtwanddicke gut über die geometrischen Maße von Werkzeug und Stempel festgelegt werden kann, jedoch die zumeist leicht fließende Schmelze der Sperrpoly mere örtlich ausgedünnt werden kann. Dies wiederum bewirkt eine über den Kunststoffhohlkörper ungleichmäßige Barrierewirkung.

Die vorhergehenden Ausführungen zeigen, daß die im Stand der Technik bekannten Verfahren zur Herstellung von Kunststoffhohl körpern eine Reihe gravierender Nachteile aufweisen. Es besteht daher ein starkes Bedürfnis, ein Verfahren zur Herstellung von Kunststoffhohlkörpern zur Verfügung zu stellen, welches die vor genannten Nachteile des Standes der Technik vermeidet. Der vor liegenden Erfindung lag außerdem die Aufgabe zugrunde, ein Ver fahren zu entwickeln, bei dem die bereits existierenden und in der Industrie weit verbreiteten Coextrusionsblasformanlagen bzw. Blasformanlagen weiterhin Verwendung finden.

Weitere Aufgaben ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.

Die Lösung der verfahrensbezogenen Aufgaben liegt in den Merkma len des Anspruches 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Verfahrensunteransprüchen definiert.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung von Kunst stoffhohlkörpern bereitgestellt, welches die folgenden Schritte umfaßt:

a) Herstellen eines schlauchförmigen Kunststoffvorformlings in einer Blasform- oder Coextrusionsblasformanlage
b) Aufschneiden des extrudierten oder coextrudierten Kunststoff vorformlings zu wenigstens einem flächigen Halbzeug
c) Thermoformen der erhaltenen flächigen Halbzeuge zu Halb schalen
d) Verschweißen der thermogeformten Halbschalen zu einem Hohl körper

Es wurde gefunden, daß für das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Kunststoffhohlkörpern die Nachteile der im Stand der Technik bekannten Verfahren vermieden werden. Das Prinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Kunststoffhohl körpern besteht darin, daß ein in einer Blasform- oder Coextru sionsblasformanlage hergestellter Kunststoffvorformling in axia ler Richtung aufgeschnitten wird und die so erhaltenen schmelze förmigen, flächigen Plattenhalbzeuge in zwei Tiefziehwerkzeuge eingelegt und zu der gewünschten Form umgeformt werden. Auf diese Weise werden zwei Halbschalen erhalten, die anschließend aus der Tiefziehwärme miteinander verschweißt werden können. Die Herstel lung der flächigen Halbzeuge über eine Blasformanlage erlaubt eine gezielte und reproduzierbare Wanddickensteuerung und somit eine hohe Gestaltungsfreiheit. Bei Verwendung einer Coextrusions blasformanlage lassen sich Schichten aus Barrierepolymeren in das Halbzeug integrieren. Wird das Halbzeug einschichtig auf einer Blasformanlage gefertigt, so lassen sich nachträglich Barriere schichten aufbringen, beispielsweise durch Fluorierung oder Lackierung. Diese Beschichtungen werden vorzugsweise nach dem Zusam menschweißen der Halbschalen aufgebracht. Jedoch können die Be schichtungsvorgänge auch vor dem Verschweißen gegebenenfalls vor oder nach der Anbringung von Einbauteilen an den Halbschalen er folgen.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Kunst stoffhohlkörper, welcher nach dem vorbeschriebenen Verfahren herstellbar ist. Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Kunststoffhohlkör per vorzugsweise als Kunststoffkraftstoffbehälter in Kraftfahr zeugen, aber auch als Benzinkanister, Kunststofftanks zur Lage rung und zum Transport von Heizöl, Diesel und dergleichen, Trans portbehälter auf Nutzfahrzeugen, beispielsweise für landwirt schaftliche Spritzmittel, Lösungsmittelbehälter, Kunststofffla schen und dergleichen verwendet werden.

Ein weiterer Vorteil des Herstellungsverfahrens gemäß der vorlie genden Erfindung liegt darin, daß vor dem Verschweißen der tief gezogenen Halbzeuge gegebenenfalls Einbauten, wie etwa beispiels weise Komponenten eines Kraftstoffsystems, problemlos auf der In nenseite der Halbschalen angebracht werden können. Es ist daher erfindungsgemäß vorgesehen, daß vor dem Verschweißen der thermo geformten Halbzeuge Einbauteile, wie etwa Lüftungsleitungen für den Druckausgleich innerhalb des Tanks, Kraftstoffleitungen für den Flüssigkeitsausgleich innerhalb der des Tanks, Ventile, Schwalltöpfe, Pumpen- und/oder Tankgebermodule, an der Innenseite der Halbschalen angebracht werden.

Das Verschweißen der thermogeformten Halbzeuge geschieht vorzugs weise aus der Tiefziehwärme, d. h. die nach dem Thermoformen schmelzeheißen Halbschalen werden direkt miteinander verschweißt. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt vorteilhafterweise vor dem Verschweißen der beiden Halbzeuge keine Abkühlung bezie hungsweise Entformung oder Nachbearbeitung. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens sind zur Herstellung des Kunststoffhohlkörpers aus dem schmelzeheißen (co)extrudierten schlauchförmigen Vorformling keine zusätzlichen Aufheiz- oder Ab kühlschritte notwendig.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfah rens besteht darin, daß die Wanddicke des Kunststoffvorformlings in der verwendeten Coextrusionsblasformanlage gezielt reguliert werden kann. Die präzise Regulierung der Wanddicke des Vorform lings in der Coextrusionsblasformanlage führt zu einer signifi kanten Verbesserung der Wanddickensteuerung bei dem anschließen den Thermoform- bzw. Tiefziehprozess. Der Durchmesser bzw. der Umfang des Kunststoffvorformlings wird über den Düsendurchmesser des Extrusionsblaskopfes festgelegt und ist den Erfordernissen der nachfolgenden Verfahrensschritte anzupassen. Die Wanddicke des Kunststoffvorformlings kann bei der Extrusion mit Hilfe des variablen Düsenspalts in axialer Richtung reguliert werden. Bei Verwendung profilierter Düsen/Dorn-Paare oder flexibler Düsen ringe, die mit geeigneten Stellelementen deformiert werden können (partielle Wanddickensteuerung) läßt sich auch eine radiale Wand dickensteuerung realisieren.

Nach der Extrusion des Kunststoffvorformlings bis zu einer ge wünschten Länge, die gegebenenfalls den Erfordernissen der nach folgenden Verfahrensschritte und der Fertigteilgeometrie anzupas sen ist, wird der Vorformling aufgeschnitten, so daß man wenig stens ein, vorzugsweise zwei, oder auch mehrere, beispielsweise drei oder vier, flächige Halbzeuge erhält. Das Aufschneiden des Kunststoffvorformlings erfolgt in einer bevorzugten Ausführungs form vor dem Abtrennen von der Düse, also bereits während der Extrusion oder unmittelbar nach der Extrusion.

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform wird der Kunststoffvorformling vor dem Schneiden mit Hilfe einer Spreiz vorrichtung senkrecht zur Extrusionsrichtung gedehnt. Wird der schlauchförmige Vorformling nur einseitig aufgeschnitten, erhält man ein großflächiges Halbzeug, das über ein Tiefziehwerkzeug mit zwei Kammern für Ober- und Unterschale gelegt werden kann, so daß daraus zwei Halbschalen entstehen, welche anschließend voneinan der getrennt und verschweißt werden. Vorzugsweise wird der schlauchförmige Vorformling an zwei Seiten aufgeschnitten, so daß zwei flächige Halbzeuge entstehen, welche jeweils in ein Tief ziehwerkzeug eingeformt werden. Weiterhin ist es erfindungsgemäß auch vorgesehen, den Vorformling in mehr als zwei Teile zu zer schneiden und gegebenenfalls das Fertigteil aus mehr als zwei Teilschalen zu fertigen.

Die so erhaltenen Kunststoffteile werden dann in einem Thermo formprozeß zu halbschalenartigen Halbzeugen weiterverarbeitet. Vorteilhafterweise können bereits vorhandene Coextrusionsblasfor manlagen auch für das erfindungsgemäße Verfahren verwendet wer den. Die Blasformanlagen müßten lediglich durch entsprechende Schneideeinheiten, bevorzugt Roboter, sowie Tiefzieheinheiten er gänzt werden, wobei es grundsätzlich auch möglich ist, die be reits vorhandenen Schließeinheiten der Blasformanlagen zum Tief ziehen, Komplettieren und Verschweißen einzusetzen.

Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß für einzelne Arbeits schritte des Verfahrens, insbesondere für das Abtrennen, den Transport und das Schneiden des Kunststoffvorformlings Roboter eingesetzt werden.

Aufgrund der hohen Beanspruchung des Kunststoffmaterials und der hohen Anforderungen, beispielsweise hinsichtlich der Barriere wirkung, sind die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herge stellten Kunststoffhohlkörper vorzugsweise aus mehreren Schichten aufgebaut.

Bevorzugt sind die erfindungsgemäßen Kunststoffhohlkörper aus mindestens zwei Schichten aufgebaut. Bei diesen Schichten handelt es sich stets im eine tragende Basisschicht, welche üblicherweise die Innenoberfläche des Hohlkörpers bildet. Diese Schicht ist so mit für die Dichtigkeit und mechanische Stabilität des Behälters von entscheidender Bedeutung.

In einer besonderen Ausführungsform weist der hergestellte Kunst stoffvorformling mindestens eine Schicht aus polymerem Material, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe umfassend Polyethylen, Polypropylen Polyvinylchlorid, Polyamid, Polyketon, Polyester und/oder Mischungen davon, auf.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Kunststoff vorformling aus mehreren Schichten aufgebaut, umfassend vorzugs weise Basisschicht, Mahlgutschicht, Haftvermittlerschicht und/ oder Barriereschicht.

Die Schichtdickenverteilung innerhalb des Fertigteils und somit des Vorformlings hängt von der Anzahl der Schichten ab. Die Schichtdickenverteilung in einem nach dem erfindungsgemäßen Ver fahren hergestellten Kunststoffvorformling, welcher aus sechs Schichten aufgebaut ist, ist nachfolgend angegeben. In einer be sonders bevorzugten Ausführungsform wird ein Kunststoffvorform ling bzw. ein Kunststoffhohlkörper hergestellt, der aus sechs Schichten aufgebaut ist, umfassend von außen nach innen:
eine Schicht aus HDPE mit einer Dicke von 5 bis 30%,
eine Mahlgutschicht mit einer Dicke von 10 bis 82%,
eine Haftvermittlerschicht mit einer Dicke von 1 bis 5%,
eine Barriereschicht mit einer Dicke von 1 bis 10%,
eine Haftvermittlerschicht mit einer Dicke von 1 bis 5%,
eine Schicht aus HDPE mit einer Dicke von 10 bis 40%,
jeweils bezogen auf die Gesamtdicke der Behälterwand.

Geeignete Basismaterialien umfassen hochdichtes Polyethylen (HDPE) mit einer Dichte von 0,940 bis 0,960 g/cm³, insbesondere 0,943 bis 0,955 g/cm³ und insbesondere bevorzugt von 0,943 bis 0,950 g/cm³. Die Schmelzfließrate der erfindungsgemäß geeigneten Polyethylenmaterialien beträgt zwischen 1,5 und 20 g/10 min (MFR (190°C/21,6 kg)) insbesondere zwischen 2 und 10 g/10 min und beson ders bevorzugt zwischen 3 und 8 g/10 min. Selbstverständlich eignen sich auch andere, bereits genannte polymere Materialien als tragendes Basismaterial.

Geeignete Barrierematerialien umfassen Ethylenvinylalkohol- Copolymerisat (EVOH), Polyamid oder auch andere Barrierepolymere wie Polyester, insbesondere Polybutylentherephthalat, Fluor polymere, wie Polyvinylidenfluorid, Ethylen-Tetrafluoroethylen- Copolymerisat (ETFE), Tetrafluoroethylen-Hexafluoropropylen- Vinylidenfluorid-Copolymerisat (THV) sowie flüssigkristalline Polymere (LCP). Weiterhin geeignet sind auch Mischungen der vor genannten Barrierematerialien mit sogenannten Nanopartikeln. Nanopartikel gemäß der vorliegenden Erfindung sind anorganische Schichtsilikate deren atomare Schichten durch eingelagerte organische Moleküle aufgeweitet und damit aufgelockert sind. Durch Einarbeiten in polymere Werkstoffe können die atomaren Schichten getrennt werden, wodurch eine extrem feine Verteilung der Partikel bewirkt wird. Die Oberfläche der dispergierten Par tikel bewirkt eine extreme Verlängerung des Diffusionsweges eines ggf. permeierenden Moleküls, wodurch die Permeation reduziert wird.

Erfindungsgemäß geeignete Haftvermittler umfassen polarmodifi zierte Polyethylene (HDPE oder LLDPE und LDPE). Die Polarmodifi zierung erfolgt üblicherweise durch Pfropfcopolymerisation mit polaren Molekülen mit C=C-Doppelbindungen, wie etwa Fumarsäure, Maleinsäure oder auch Maleinsäureanhydrid. Die gepfropften Poly ethylene können in nachfolgenden Reaktionen zusätzlich chemisch modifiziert werden, beispielsweise durch Einbringung von Amino gruppen. Darüber hinaus eignen sich auch Copolymerisate des Ethylens mit Vinylacetat, Acrylsäure bzw. deren Ester prinzipiell als Haftvermittler.

Die sogenannte Mahlgutschicht wird vorzugsweise aus sogenannten Butzen erzeugt, die beispielsweise bei der Herstellung der Kunst stoffhohlkörper als Restmaterialien bzw. Produktionsreste anfal len.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Kunststoffhohlkörper nach dem Verschweißen der beiden thermogeformten Halbzeuge mit einer zusätzlichen permeationsmindernden Beschichtung versehen wird. Die permeations mindernde Beschichtung kann beispielsweise mittels Direktfluorie rung, Lackierung oder Plasmapolymerisation der Kunststoffbehälter erhalten werden.

Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, daß im folgenden das erfindungsgemäße Verfahren lediglich beispielhaft hinsichtlich der möglichen Ausführungsformen beschrieben wird. Erfindungsgemäß sind noch weitere Ausführungsformen vorgesehen, welche ebenfalls das erfindungsgemäße Verfahrensprinzip aufweisen.

Im ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zunächst ein Kunststoffvorformling hergestellt. Dies kann beispielsweise in einer 6-Schicht-Coextrusionsblasformanlage, wie sie von der Firma Krupp Kautex Maschinenbau hergestellt und vertrieben wird, durchgeführt werden. Man erhält bei der Coextrusion einen schlauchförmigen, aus sechs Schichten aufgebauten Vorformling. Der Schichtaufbau des Vorformlings entspricht dem bereits be schriebenen Aufbau (von außen nach innen: HDPE, Mahlgut, Haftver mittler, Barrierepolymer, Haftvermittler, HDPE). Die Schichtdic kenverteilung des Vorformlings liegt ebenfalls in den bereits an gegebenen Bereichen.

Die Vorformlingswanddicke wird bei der Coextrusion der Geometrie des Fertigteils so angepaßt, daß im Fertigteil eine möglichst ho mogene Wanddickenverteilung ohne Dünnstellen erzeugt wird. Die Vorformlingswanddicke wird hierbei durch ein geeignetes Programm, welches den zeitlichen Verlauf des Düsenspalts regelt (WDS), und ggf. auch durch radiale Steuerung des Düsenspalts (PWDS) regu liert. Die Wanddickenverteilung regelt sich nach den Anforderun gen an das mechanische Verhalten des Materials sowie bei Kunst stoffkraftstoffbehältern auch nach dem geforderten Verhalten im Brandfalle. Der Durchmesser bzw. der Umfang des Vorformlings schlauches wird den Erfordernissen des Werkzeugs angepaßt und läßt sich problemlos über die Wahl des Düsendurchmessers festle gen.

Der Kunststoffvorformling wird bis zu einer solchen Länge extrudiert, wie sie für das jeweilige Werkzeug erforderlich ist. Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Vorformling über eine geeignete Spreizvorrichtung extrudiert werden kann, die im ein fachsten Falle aus zwei senkrecht montierten Stangen besteht, welche beispielsweise hydraulisch voneinander weg bewegt werden können. Werden die beiden parallel oder auch schräg zueinander angeordneten Stangen, die sich im Innenraum des Vorformlings schlauches befinden, voneinander weg bewegt, so erfährt die Schmelze über die gesamte Länge des Vorformlingsschlauches eine Dehnung senkrecht zur Extrusionsrichtung. Selbstverständlich läßt sich die vorbeschriebene Spreizvorrichtung auch mehrteilig kon struieren, so daß der Vorformlingsschlauch in axialer Richtung gezielt unterschiedlichen Dehnungen bzw. Spreizungen unterworfen werden kann. Die Bearbeitung mit Hilfe einer Spreizvorrichtung bietet nicht nur die Möglichkeit, den coextrudierten Schlauch ge zielt vorzuformen, sondern darüber hinaus die Wanddicke des Vor formlings über diesen Spreizvorgang zu steuern.

Der so erhaltene Kunststoffvorformling wird unterhalb der Düse des Extrusionskopfes abgetrennt. Anschließend wird der in der Spreizvorrichtung aufgespannte und gehaltene schmelzeförmige Vor formling aus dem Bereich der Vorformlingsextrusion herausge schwenkt, um im nächsten Arbeitsschritt an zumindest zwei den Er fordernissen der nachfolgenden Verfahrensschritten und des Fer tigteils angepaßten Linien aufgeschnitten zu werden. Hierzu wer den zu beiden Seiten des Vorformlings Halterungsvorrichtung an den Kunststoffvorformling herangeführt, welche die nach dem Schneiden anfallenden Hälften des Vorformlings festhalten und po sitionieren können. Beispielsweise geeignete Halterungsvorrich tungen sind Saugnäpfe. Das Abtrennen und der Transport von Schmelzschläuchen ist ein im Stand der Technik bekannter Prozeß schritt und wird beispielsweise in der EP 0 653 286 ausführlich beschrieben. Das Zerteilen des Kunststoffvorformlings in axialer Richtung erfolgt vorzugsweise mit Robotern, die eine dreidimen sionale Steuerung der Schneidewerkzeuge ermöglichen. Auf diese Weise kann die Flächenform des Halbzeugs an den Kantenverlauf des Tiefziehwerkzeugs angepaßt werden, wodurch der anfallende Butze nanteil minimiert werden kann. Wahlweise kann der Schmelze schlauch auch bereits während der Extrusion oder aber unmittelbar anschließend noch vor der Abtrennung von der Düse in axialer Richtung aufgeschnitten werden. Erfolgt das Aufschneiden während der Extrusion kann das flächige Halbzeug seinerseits quer zur Extrusionsrichtung gereckt werden.

Die nunmehr erhaltenen zumeist plattenförmigen, flächigen Halb zeuge werden im nächsten Schritt an die beiden vorzugsweise sich gegenüberliegenden Tiefziehwerkzeuge herangeführt. Dies kann ebenfalls durch Roboter geschehen. Die Tiefziehwerkzeuge weisen gegebenenfalls unterschiedliche Formen auf, beispielsweise für das Ober- bzw. Unterteil des zu fertigenden Kunststoffhohlkör pers. Durch Anlegen von Unterdruck werden die schmelzeförmigen Halbzeuge in das Tiefziehwerkzeug eingesogen, wobei durch ein entsprechendes Druck-Zeitprofil die multiaxiale Ausdehnung der Schmelze und somit auch die Wanddickenverteilung in den zu ferti genden Halbschalen weiter optimiert werden kann.

Nach dem Einformen der Halbzeuge in die Tiefziehwerkzeuge werden ggf. Einbauteile in die Halbschalen montiert. Bei der Fertigung eines Kunststoffkraftstoffbehälters können beispielsweise Lüf tungsleitungen für den Druckausgleich innerhalb des Tanks, Kraft stoffleitungen für den Flüssigkeitsausgleich innerhalb des Tanks, Ventile, Schwalltöpfe, Pumpen- und/oder Tankgebermodule beim Be tanken in die Tankhalbschalen eingelegt und mit der noch schmel zewarmen Innenoberfläche verschweißt werden. Auch für diesen Pro zeß werden vorzugsweise Roboter eingesetzt. Im letzten Ferti gungsschritt werden die beiden noch in den Werkzeugen befindli chen Halbschalen aufeinandergeführt und miteinander durch Zusam mendrücken der beiden Werkzeuge verschweißt. Dabei wird der auf den Stirnflächen der Werkzeughälften aufliegende Teil der beiden Halbzeuge miteinander in Kontakt gebracht und verschweißt. Die Werkzeuge und ihre Schließbewegungen sind so zu gestalten, daß beim Verpressen der Halbschalen während des Schweißvorgangs Mate rial in geeignete Kammern fließen kann, so daß die Schweißnaht geometrie den Erfordernissen der Bauteilfestigkeit sowie der Dichtigkeit gegenüber Kraftstoffpermeation angepaßt werden kann. Nach dem Fügeprozeß wird der Tank unter Einhaltung verfahrens technisch erforderlicher Kühlzeiten entformt.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Kunststoffhohlkörpern, welches die folgenden Schritte umfaßt:

a) Herstellen eines schlauchförmigen Kunststoffvorformlings in einer Blasform- oder Coextrusionsblasformanlage
b) Aufschneiden des extrudierten oder coextrudierten Kunst stoffvorformlings zu wenigstens einem flächigen Halbzeug
c) Thermoformen der erhaltenen flächigen Halbzeuge zu Halb schalen
d) Verschweißen der thermogeformten Halbschalen zu einem Hohlkörper.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Verschweißen der thermogeformten Halbschalen Einbauteile an der Innenseite der Halbschale angebracht werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbauteile Lüftungsleitungen für den Druckausgleich inner halb des Tanks, Kraftstoffleitungen für den Flüssigkeitsaus gleich innerhalb des Tanks, Ventile, Schwalltöpfe, Pumpen- und/oder Tankgebermodule sind.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschweißen der thermogeformten Halbschalen aus der Tiefziehwärme erfolgt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren ohne zusätzliche Aufheiz- oder Abkühlschritte abläuft.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der schlauchförmige Kunststoffvorformling vor dem Schneiden mit Hilfe einer Spreizvorrichtung senkrecht zur Extrusionsrichtung gedehnt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, daß das Schneiden des Kunststoffvorformlings vor der Abtrennung von der Düse, also bereits während der Extrusion oder unmittelbar anschließend erfolgt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die flächigen Halbzeuge quer zur Extrusionsvorrichtung gereckt werden.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß der Kunststoffvorformling mindestens eine Schicht aus polymeren Material aufweist, vorzugsweise ausge wählt aus der Gruppe umfassend Polyethylen, Polypropylen, Po lyvinylchlorid, Polyamid, Polyketon, Polyester und/oder Mischungen davon.

10. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffvorformling aus mehreren Schichten aufgebaut ist, umfassend vorzugsweise Basisschicht, Mahlgutschicht, Haftvermittlerschicht und/oder Barriere schicht.

11. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffvorformling aus mehreren Schichten aufgebaut ist, umfassend von außen nach innen:
eine Schicht aus HDPE mit einer Dicke von 5 bis 30%,
eine Mahlgutschicht mit einer Dicke von 10 bis 82%,
eine Haftvermittlerschicht mit einer Dicke von 1 bis 5%,
eine Barriereschicht mit einer Dicke von 1 bis 10%,
eine Haftvermittlerschicht mit einer Dicke von 1 bis 5%,
eine Schicht aus HDPE mit einer Dicke von 10 bis 40%, je weils bezogen auf die Gesamtdicke der Behälterwand.

12. Kunststoffhohlkörper, herstellbar nach dem Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 11.

13. Verwendung eines nach dem Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 11 erhältlichen Kunststoffhohlkörpers als Kunststoff kraftstoffbehälter in Kraftfahrzeugen, als Benzinkanister, Kunststofftank zur Lagerung und zum Transport von Heizöl, Diesel und dergleichen, Transportbehälter auf Nutzfahrzeugen, beispielsweise für landwirtschaftliche Spritzmittel, Lösemit telbehälter, Lösungsmittelbehälter, Kunststoffflaschen und dergleichen.