DE10104511A1

DE10104511A1 - Kraftstoffbehälter mit Zuganker

Info

Publication number: DE10104511A1
Application number: DE10104511A
Authority: DE
Inventors: Rainer Schmidt; Klaus Nagler; Hartwig Hartung
Original assignee: TI Group Automotive Systems Technology Center GmbH
Current assignee: TI Automotive Technology Center GmbH
Priority date: 2001-01-31
Filing date: 2001-01-31
Publication date: 2002-08-29
Also published as: JP2002283854A; US6843384B2; US20020100759A1; JP3927417B2

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffbehälter, insbesondere einen Kunststoff-Kraftstoffbehälter, mit einer Behälterwandung, die mindestens einen durch eine Verschweißungsfläche zwischen zwei Einbuchtungen (12, 12') einander gegenüberliegender und sich tankinnenseitig berührender Wandpartien (10, 10') gebildeten Zuganker aufweist. Um ein definiertes Bruchverhalten durch die Verschweißungsfläche sicherzustellen, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß die Verschweißungsfläche als Ringfläche (14) ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffbehälter, insbesondere einen Kunststoff- Kraftstoffbehälter, mit einer Behälterwandung, die mindestens einen durch eine Verschweißungsfläche zwischen zwei Einbuchtungen einander gegen überliegender und sich tankinnenseitig berührender Wandpartien gebildeten Zuganker aufweist.

Kraftstoffbehälter müssen aus Betriebs- und Sicherheitsgründen gewissen Erfordernissen hinsichtlich ihrer Druckfestigkeit sowohl durch innere als auch äußere Druckeinwirkung genügen. Eine Erwärmung des Behälters bzw. des in ihm vorhandenen Kraftstoffs beispielsweise führt zu einer Erhöhung des Behälterinnendrucks. Dabei soll eine unkontrollierte Ausdehnung des Be hälters vermieden werden, um einen Kontakt zwischen der Behälterwandung und der Fahrzeugkarosserie und damit eine unerwünschte Geräuschüber tragung in den Fahrzeuginnenraum oder sogar eine zu Undichtigkeiten füh rende Beschädigung des Behälters zu verhindern. Auch durch die Belastung der Behälterwandung durch das Kraftstoffgewicht kann es zu Formverände rungen der Behälterkontur kommen. Andererseits soll der Behälter äußeren Druck- oder Krafteinwirkungen weitgehend widerstehen können. Es werden daher Maßnahmen getroffen, um den Tank so formstabil wie möglich zu halten. Eine bekannte Maßnahme besteht darin, daß der Behälter mit außen anliegenden Spannbändern versehen wird. Dies erhöht jedoch den Monta geaufwand und bedingt einen zusätzlichen Materialaufwand, wodurch sich die Herstellungskosten erhöhen. Zudem bietet eine derartige Maßnahme keinen Schutz gegen äußere Krafteinwirkungen oder Unterdrücken im Be hälterinneren.

Eine weitere bekannte Maßnahme besteht darin, daß der Behälter mit einem oder mehreren Zugankern versehen wird, die zwei einander gegenüberlie gende und mit entsprechenden Einbuchtungen versehene Wandpartien mit einander verbinden und damit die Formstabilität des Behälters vergrößern. Eine zusätzliche Forderung ist jedoch, daß die Zuganker Sollbruchstellen bilden sollen, die beispielsweise bei Überschreiten eines bestimmten Behäl terinnendrucks oder extremen äußeren Krafteinwirkungen nachgeben, ohne daß dabei die benachbarte Behälterwandung durchgängig beschädigt wer den (z. B. aufreißen) darf, um die Dichtheit des Behälters sicherzustellen.

Bisher hat man bei dem Zuganker eine punktuelle bzw. imwesentlichen kreisförmige Verschweißung gewählt, bei der jedoch eine produktionstech nisch schwer zu kontrollierende und/oder definierende Verschweißungsflä che entsteht. Versuche haben gezeigt, daß es sehr schwierig ist, bei dieser puntkuellen Art der Verschweißung das gewünschte Abreißverhältnis zu er reichen, da an der Verschweißungsstelle die effektive Wandstärke größer ist als die der benachbarten Wandpartien. Es kommt immer wieder vor, daß statt der punktuellen Verschweißung, also der eigentlichen Sollbruchstelle, die Behälterwand selbst aufreißt und der Behälter undicht wird. Der ge wünschte Riß durch die Verschweißungsfläche findet nicht statt. Um den noch zu verhindern, daß Kraftstoff aus dem Behälter austritt, hat man ver sucht, von der Behälteraußenseite her im Abstand von dem Zuganker Dicht stopfen einzuschweißen. Diese als Deckel wirkenden Dichtstopfen verhin dern zwar nicht, daß die Behälterwand selbst aufreißt, sie sind aber so an geordnet, daß nach außen kein Kraftstoff austreten kann. Dies ist eine un befriedigende Lösung, da sie nicht das eigentliche Problem der Herstellung eines definiert nachgebenden Zugankers löst und darüberhinaus durch zu sätzlichen Material- und Produktionsaufwand die Herstellung des Kraftstoff behälters verteuert.

Ausgehend hiervon besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen Kraftstoffbehälter mit einem Zuganker bereitzustellen, bei dem ein de finiertes Bruchverhalten durch die Verschweißungsfläche sichergestellt ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird die Merkmalskombination des Patentan spruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterentwick lungen der Erfindung erleben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß anstelle einer punktförmi gen Verschweißung eine ringförmige Verschweißung vorgesehen ist. Wichtig ist eine möglichst gleichmäßig ringförmige Verschweißungsfläche, die ent lang ihres Verlaufes keine großen Breitenänderungen aufweist. Das Abreiß verhalten wird hierdurch günstig beeinflußt. Gemäß einer vorteilhaften Wei terbildung der Erfindung bilden die von der Ringfläche umschlossenen Wandpartien eine Hohlkugel. Bei einem mittels eines Blasformverfahrens hergestellten Kunststoff Kraftstoffbehälter wird dies dadurch erreicht, daß die zur Herstellung des Behälters eingesetzten Werkzeughälften jeweils eine der Verschweißungsfläche entsprechende Ringfläche und zusätzlich eine Vaku umeinrichtung zur Ausformung der jeweils halbkugelförmigen, von der Ring fläche umschlossenen Wandpartien aufweisen. Hierdurch und in Abhängig keit des Höhen- und Durchmesserverhältnisses der Halbkugelkontur wird auch erreicht, daß die Wandstärke im gesamten Bereich des Zugankers im wesentlichen konstant ist.

Die ringförmige Verschweißungsfläche A_W ist kleiner als die gesamte Quer schnittsfläche des Zugankers und muß kleiner sein als die Querschnittsflä che A_S der Behälterwand im zu vermeidenden Bruchfall. Versuche haben ergeben, daß brauchbare Ergebnisse dann erzielt werden, wenn die Ver schweißungsfläche A_W maximal 75% der Fläche A_S beträgt.

Weiterhin ist es sowohl herstellungstechnisch als auch hinsichtlich einer in neren oder äußeren Krafteinwirkungen von Vorteil, wenn die Verschwei ßungsfläche nicht durchgehend in sich ringförmig geschlossen ist, sondern wenn mindestens ein die Ringfläche radial durchbrechender Druckaus gleichskanal vorgesehen ist. Hierdurch findet zum einen beider Herstellung des Behälters ein Druckausgleich zwischen dem hohlkugelförmigen Innen raum des Zugankers uni der äußeren Umgebung statt, wodurch eine gute Kühlung des Kugelinnenraums und eine gleichmäßige Wandstärke erzielt wird. Durch die Kühlung wird zusätzlich erreicht, daß die Formstabilität der Wandpartien auch beim Entformen gewährleistet ist.

Zum anderen läßt sich durch gezielte Ausrichtung des mindestens einen Druckausgleichskanals in Richtung einer erwarteten äußeren Krafteinwir kung, wie sie beispielsweise bei einem Auffahrunfall stattfinden kann, oder einer berechneten oder empirisch ermittelten inneren Druckeinwirkung das Abreißverhalten des Zugankers weiter verbessern. Das Ziel einer derartigen Ausrichtung ist es, ein möglichst gleichmäßiges Aufbrechen der Verschwei ßungsfläche zu erzielen, ohne Materialausbrüche aus den Wandpartien. Ein Druckausgleichskanal stellt dabei eine gezielte Schwächung der Verschwei ßungsfläche dar, so daß die zum Abriß des Zugankers erforderliche Kraft in einer ausgewählten Vorzugsrichtung reduziert werden kann.

Die vorliegende Erfindung ist grundsätzlich für alle Arten von Kraftstoffbe hältern geeignet, also sowohl für Behälter aus Metall als auch für solche aus Kunststoff. Bevorzugt ist der Behälter jedoch mittels eines Blasformverfah rens aus hochdichtem Polyethylen (HDPE) hergestellt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung in schemati scher Weise dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines Kraftstoffbehälters im Bereich eines Zugankers; und

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine eine Hälfte des Zugankers gemäß Fig. 1.

Der in der Zeichnung ausschnittsweise dargestellte Kraftstoffbehälter ist mittels eines Blasformverfahrens aus hochdichtem Polyethylen (HDPE) oder einer mehrlagigen Kunststoffstruktur hergestellt und weist einander gegen überliegende Wandpartien 10, 10' auf, die zur Bildung eines Zugankers mit topfförmigen Einbuchtungen 12, 12' versehen sind. Die Einbuchtungen 12, 12' liegen mit ihren Böden aneinander an und sind dort entlang einer Ring fläche 14 miteinander verschweißt. Die bezüglich der Ringfläche 14 radial innen liegenden Wandpartien 16, 16' sind etwa halbkugelförmig ausgebildet. Dies wird durch die Verwendung eines Werkzeugs erreicht, das die Wand partien 16, 16' während des Blasformverfahrens in Richtung der Pfeile 18, 18' mit einem Unterdruck beaufschlagt. Hierdurch kann im Bereich der Ein buchtungen 12, 12', abhängig von der Dimensionierung des hohlkugelförmi gen Bereiches im Verhältnis zum Ringflächendurchmesser, eine im wesentli chen konstante Wandstärke realisiert werden, was für das definiert einstell bare Abreißverhalten durch die Verschweißungsfläche A_W des Zugankers, anstelle des Aufreißens der benachbarten Behälterwand, bei innerer oder äußerer Krafteinwirkung von großer Wichtigkeit ist. Die Ausbildung des hohl kugelförmigen Bereichs 16, 16' wird auch durch einen die Ringfläche 14 durchbrechenden Druckausgleichskanal 20 gefördert.

Bei herkömmlichen Zugankern ist die Verschweißungsfläche nicht ringförmig sondern etwa kreisförmig ausgebildet. Der hohlkugelförmige Wandbereich 16, 16' ist dort nicht vorhanden. Bei derartigen Zugankern hat man beob achtet, daß bei einer Krafteinwirkung nicht die Verschweißungsfläche ab reißt, sondern daß einen Bruch der Behälterwandung im Bereich der Ein buchtungen 12 oder 12' stattfindet, beispielsweise an den mitttels der Pfeile 22, 22' gekennzeichnet an Stellen. An einer solchen unerwünschten Bruch stelle kann dann Kraftstoff aus dem Behälterinneren 24 nach außen austre ten. Hieraus konnte mit der vorliegenden Erfindung ein Kriterium für die Di mensionierung der Ringfläche 14 abgeleitet werden. Bei einem annähernd ringförmigen Bruch der Behälterwandung im Bereich der Pfeile 22, 22' ergibt sich eine Bruchfläche A_S, deren Größe aus dem Durchmesser des Bruchs und der dortigen Wandstärke berechnet werden kann. Zur Berechnung der kritischen minimalen Bruchfläche A_S durch die Behälterwandung ist dabei der Durchmesser in unmittelbarer Nachbarschaft der Verschweißungsfläche A_W anzusetzen. Vergleichbar kann die Größe der Ringfläche 14 (A_W) aus deren inneren und äußeren Durchmesser bestimmt werden. Versuche haben ge zeigt, daß ein zuverlässiges Abreißen des Zugankers durch die Ringfläche 14 dann erreicht wird, wenn A_W maximal 75% von A_S beträgt. Eine weitere Verkleinerung von A_W im Verhältnis zu A_S begünstigt ein sicheres Reißen durch die Ringfläche 14.

Der Druckausgleichskanal 20 erfüllt noch eine weitere Aufgabe. Er stellt eine gezielte Schwächung der Ringfläche 14 dar und ist so orientiert, daß er in Richtung einer empirisch ermittelten oder erwarteten inneren oder äußeren Krafteinwirkung ausgerichtet ist und dabei einen Ausgangspunkt für einen Berstriß durch die Ringfläche 14 bei Überschreiten einer kritischen Kraft bil det. Falls erforderlich, kann auch mehr als ein Druckausgleichskanal 20 vor gesehen werden. Wenn eine für das Abreißen des Zugankers hinreichende Kraft in Richtung des Druckausgleichskanals 20 wirkt, so ensteht ein gleich mäßiger Riß durch die Verschweißungsfläche, ohne daß Material aus den Wandpartien herausbricht, was im ungünstigsten Fall zu einer Undichtigkeit des Behälters führen könnte.

Zusammenfassend ist folgendes festzuhalten: Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffbehälter, insbesondere einen Kunststoff-Kraftstoffbehälter, mit einer Behälterwandung, die mindestens einen durch eine Verschweißungsfläche zwischen zwei Einbuchtungen 12, 12' einander gegenüberliegender und sich tankinnenseitig berührender Wandpartien 10, 10' gebildeten Zuganker auf weist. Um ein definiertes Bruchverhalten durch die Verschweißungsfläche sicherzustellen wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß die Ver schweißungsfläche als Ringfläche 14 ausgebildet ist.

Claims

1. Kraftstoffbehälter, insbesondere Kunststoff-Kraftstoffbehälter, mit einer Behälterwandung, die mindestens einen durch eine Verschweißungs fläche zwischen zwei Einbuchtungen (12, 12') einander gegenüberlie gender und sich tankinnenseitig berührender Wandpartien (10, 10') ge bildeten Zuganker aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ver schweißungsfläche als Ringfläche (14) ausgebildet ist.

2. Kraftstoffbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Ringfläche (14) umschlossenen Wandpartien (16, 16') eine Hohlkugel bilden.

3. Kraftstoffbehälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringfläche (14) mindestens eine radiale Durchbrechung (20) aufweist.

4. Kraftstoffbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, daß die Wandpartien (10, 10'; 16, 16') im Bereich des Zugankers eine im wesentlichen konstante Wandstärke aufweisen.

5. Kraftstoffbehälter nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine radiale Durchbrechung (20) einen Ausgangs punkt für einen Bestriß durch die Ringfläche (14) bei Überschreiten ei ner vorbestimmten inneren oder äußeren Druckkraft bildet.

6. Kraftstoffbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, daß der Behälter mittels eines Blasformverfahrens aus einem hochdichter Polyethylen (HDPE) oder einer mehrlagigen Kunst stoffstruktur hergestellt ist.