DE102005056396A1

DE102005056396A1 - Kraftstoffbehälter

Info

Publication number: DE102005056396A1
Application number: DE102005056396A
Authority: DE
Inventors: Alexander KÖGEL
Original assignee: Erhard and Soehne GmbH
Current assignee: Magna Energy Storage Systems GmbH
Priority date: 2005-11-24
Filing date: 2005-11-24
Publication date: 2007-05-31
Anticipated expiration: 2025-11-25
Also published as: DE102005056396B4

Abstract

Ein Kraftstoffbehälter, insbesondere für Nutzfahrzeuge, weist eine Umfangswandung und zwei Stirnwandungen auf, welche wenigstens einen Innenraum zur Aufnahme eines flüssigen oder gasförmigen Mediums ausbilden, mit einem Tankanschluss zum Befüllen des Innenraums und mit wenigstens einer weiteren Öffnung in der Umfangswandung zur Anbringung eines zusätzlichen Bauteils. Das zusätzliche Bauteil ist mit dem Randbereich der Öffnung verschraubt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffbehälter, insbesondere für Nutzfahrzeuge, mit einer Umfangswandung und zwei Stirnwandungen, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Aus der Praxis sowie aus der DE 202 08 040 A1 und der EP 0 799 739 B1 sind Kraftstoffbehälter für Kraftfahrzeuge bekannt die eine Umfangswandung aufweisen, welche stirnseitig durch jeweils eine Stirnwandung abgeschlossen ist. In der Regel ist die Umfangswandung rohrförmig ausgebildet, wobei an deren beiden offenen Enden die Stirnwandungen aufgeschweißt sind. Es sind jedoch auch Kraftstoffbehälter bekannt, die sich aus einem oder mehreren hülsenförmigen Teilen zusammenset zen, bei denen wenigstens ein Teil der Umfangswand einstückig mit einer Stirnwandung ist.

Je nach Ausgestaltung des Kraftstoffbehälters kann dieser einen oder mehrere voneinander getrennte Innenräume aufweisen. Bekannt ist dabei auch, dass in der Umfangswandung eine oder mehrere Zwischenwände, beispielsweise in Form von Schwallwänden oder zur Unterteilung des Kraftstoffbehälters angeordnet sind.

Kraftstoffbehälter für Nutzfahrzeuge sind in der Regel aus Stahl, Edelstahl, Aluminium oder entsprechenden Legierungen hergestellt. Möglich ist es auch, die Umfangswandung und die Zwischenwände aus unterschiedlichen Materialien herzustellen, beispielsweise die Zwischenwände aus Kunststoff und die Umfangswandung aus Metall.

Aus der Praxis ist es bekannt, den Kraftstoffbehälter mit verschiedenen Funktionselementen, beispielsweise Filtern, Heizelementen, Kühlelementen, Wasserabscheidern oder dergleichen zu versehen, welche in der Regel an der Umfangswandung befestigt werden. Hierzu wird der Kraftstoffbehälter mit einer Öffnung versehen. An dem dem Innenraum zugewandten Randbereich der Öffnung wird aus Festigkeitsgründen und um Verzug zu vermeiden ein Flansch aufgeschweißt. Das Aufschweißen des Flansches hat sich dabei als aufwändig herausgestellt, da dies im Inneren der Umfangswandung durchgeführt werden muss, bevor die Stirnwände aufgeschweißt werden. Ein weiterer Flansch wird von außen auf den Randbereich der Öffnung aufgeschweißt. Dieser Flansch dient entweder als Abschlussdeckel – wenn es sich bei der Öffnung um eine Revisionsöffnung handelt, welche nach dem Befüllen des Tankes geschlossen werden soll – oder als Träger an dem ein Funktionselement befestigt werden kann.

Das Aufschweißen der Flansche hat sich, unabhängig davon, dass das Schweißen im Innenraum der Umfangswandung mühevoll ist, schon deshalb als schwierig herausgestellt, da die aufzuschweißenden Flansche wesentlich dicker sind als die Umfangswandung. Bei der Ausgestaltung der Umfangswandung aus Aluminium ist beispielsweise eine Wanddicke von 2 bis 3 mm üblich. Damit die Flansche ihre Funktion erfüllen können, weisen diese im Regelfall eine Stärke von 10 mm auf. Aufgrund der unterschiedlichen Stärken der Materialien erfordert der Schweißprozess bekanntlich einen hohen Aufwand. Problematisch ist dabei auch der hohe Wärmeeintrag, der zu einem Verzug führen kann. Dies macht es notwendig, entsprechende Vorkehrungen zu treffen, um die zu schweißenden Materialien zu kühlen. Hierzu werden gemäß dem Stand der Technik beispielsweise Kühlkalotten eingesetzt. Von Nachteil bei den aus dem Stand der Technik bekannten Kraftstoffbehältern ist folglich, dass diese in der Herstellung relativ teuer sind und aufwändige Verfahrensschritte erfordern. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass nach dem Verschließen der Umfangswandung bzw. der Revisionsöffnung keine Zugangsmöglichkeit mehr in den Tank besteht.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Standes der Technik zu lösen, insbesondere einen Kraftstoffbehälter zu schaffen, der ein einfaches und kostengünstiges Anbringen von Bauteilen an der Umfangswandung, sowie einen Zugang in den Innenraum ermöglicht.

Dadurch, dass das zusätzliche Bauteil mit dem Randbereich der Öffnung verschraubt ist, lässt sich dieses bei Bedarf wieder entfernen. Das Befestigen eines Bauteils über eine Verschraubung lässt sich einfach von außen durchführen, so dass diffizile und mühevolle Tätigkeiten im Innenraum des Kraftstoffbehälters nicht mehr notwendig sind. Darüber hinaus werden durch die Verschraubung die bisher beim Verschweißen der zusätzlichen Bauteile entstehenden Probleme, insbesondere auch die Wärmeentwicklung, vermieden.

Der Erfinder hat herausgefunden, dass ein Verschrauben eines zusätzlichen Bauteils mit dem Randbereich der Öffnung erheblich kostengünstiger jedoch genauso zuverlässig möglich ist, wie eine Verschweißung desselben.

Bevorzugt erfolgt die Verschraubung des Bauteils dabei über eine Vielzahl von Schraubelementen bzw. Schrauben, durch die das Bauteil an dem Randbereich der Öffnung angeschraubt wird. Die Schrauben können dabei von dem Bauteil unabhängige Elemente sein und ggf. verliersicher mit dem Bauteil verbunden sein.

Von Vorteil ist es, wenn zwischen der Umfangswandung und dem Bauteil eine Dichtung angeordnet ist. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine herkömmliche Flachdichtung, beispielsweise eine Gummidichtung oder eine Faserdichtung, handeln. Möglich ist jedoch auch der Einsatz anderer bekannter Dichtungen, z. B. Metall-/Gummidichtungen oder Flüssigdichtungen. Vorzugsweise sollte die Dichtung dabei resistent gegen das in den Kraftstoffbehälter einzufüllende Medium sein. Durch die Dichtung zwischen der Umfangswandung, vorzugsweise dem Randbereich der Öffnung und dem angrenzenden Bereich des Bauteils wird zuverlässig vermieden, dass das im Kraftstoffbehälter enthaltene Medium ausfließen kann.

Die von dem zusätzlichen Bauteil abgewandte Innenseite des Randbereiches der Öffnung bzw. die dem Innenraum zugewandte Innenfläche der Umfangswandung kann durch ein Verstärkungselement verstärkt werden. Möglich ist dabei zum Beispiel der Einsatz eines aus Metall gebildeten Verstärkungsflansches. Die Verbindung des Verstärkungsflansches mit dem Randbereich der Öffnung kann auf beliebige Art und Weise erfolgen, wobei sich ein Anheften desselben als besonders geeignet herausgestellt hat.

In einer konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Randbereich der Öffnung eine nach außen gezogene Dichtfläche aufweist. Wie der Erfinder herausgefunden hat, ergibt sich eine besonders stabile Verbindung zwischen der Umfangswandung und dem zusätzlich anzuschraubenden Bauteil, wenn der Bereich der Umfangswandung -vorzugsweise wenigstens der Randbereich der Öffnung- welcher in Kontakt mit dem Bauteil kommt, nach außen gezogen (gewölbt) ist. Dies kann beispielsweise mittels einer Prägeeinheit erfolgen. Durch die Prägeeinheit wird aus der den Randbereich der Öffnung bildenden Umfangswandung ein Flansch ausgebildet. Die nach außen gezogene Dichtfläche des Randbereichs der Öffnung erhöht die Stabilität derart, dass, insbesondere wenn der Kraftstoffbehälter bzw. das zusätzliche Bauteil nur geringen Belastungen unterworfen ist, auf einen Verstärkungsflansch an der Innenseite des Randbereichs der Öffnung verzichtet werden kann.

Das Anschrauben des zusätzlichen Bauteils kann in einfacher Weise dadurch erfolgen, dass der Randbereich bzw. der Dichtbereich mit Bohrungen zum Anschrauben des Bauteils versehen ist. In diese Bohrungen können in einfacher Weise entsprechende Schrauben eingeschraubt werden.

In einer alternativen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann ferner vorgesehen sein, dass in den Randbereich und/oder in die Dichtfläche Schweißbolzen zum Anschrauben des Bauteils eingebracht sind. Es kann sich dabei um Schweißbolzen handeln, die aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt sind. Diese werden in die Umfangswandung derart eingebracht, dass die Schweißbolzen an dem vorgesehenen Punkt der Umfangswandung angesetzt und anschließend durch einen Stromimpuls in die Umfangswandung eingeschmolzen werden. Wie der Erfinder herausgefunden hat, eignen sich derartige Schweißbolzen in besonderer Weise, um das zusätzliche Bauteil zuverlässig mit dem Kraftstoffbehälter zu verbinden.

Bei dem an den Kraftstoffbehälter anzubringenden zusätzlichen Bauteil kann es sich beispielsweise um einen Abschlussdeckel handeln, der eine Revisionsöffnung des Kraftstoffbehälters verschließt. Dadurch, dass der Abschlussdeckel aufgrund der Schraubverbindung bei Bedarf wieder geöffnet werden kann (reversibel), ist es möglich, jederzeit Reparatur- oder Wartungsarbeiten im Innenraum des Kraftstoffbehälters durchzuführen.

In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass der Abschlussdeckel einen Bajonettverschluss aufweist und der Randbereich der Öffnung derart ausgebildet ist, dass der Bajonettverschluss mittels einer Drehbewegung mit dem Randbereich der Öffnung verbindbar ist. Somit erfolgt die Verschraubung des zusätzlichen Bauteils dadurch, dass das Bauteil einen Bajonettverschluss aufweist und der Randbereich der Öffnung daran angepasst ist.

Bei dem zusätzlichen Bauteil kann es sich auch um einen Flansch handeln, an dem ein Funktionselement anbringbar ist. Dadurch, dass der Flansch mit der Umfangswandung des Kraftstoffbehälters verschraubt ist, lässt sich dieser bei Bedarf wieder lösen, wodurch auch das Funktionselement wieder entfernt werden kann. Bei dem Funktionselement kann es sich beispielsweise um ein zusätzliches Aggregat, einen Filter, Heizelemente, Kühlelemente, einen Wasserabscheider oder dergleichen handeln. Vorzugsweise kann das Funktionselement mit dem Flansch ebenfalls durch Verschrauben verbunden sein.

Die Erfindung eignet sich in besonderer Weise für Kraftstoffbehälter, welche eine Umfangswandung aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung aufweisen. In besonderer Weise eignet sich die Erfindung auch für Kraftstoffbehälter, welche wenigstens zwei voneinander getrennte Innenräume, beispielsweise zur Aufnahme von zwei unterschiedlichen Medien beispielsweise Diesel und Harnstoff, aufweisen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen. Nachfolgend ist anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung prinzipmäßig dargestellt.
Es zeigt:
1 eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Kraftstoffbehälters in perspektivischer Ansicht;
2 einen Schnitt nach der Linie II-II der 1; und
3 eine Darstellung eines Randbereichs einer Öffnung des Kraftstoffbehälters mit nach außen gezogener Dichtfläche ohne ein daran befestigtes zusätzliches Bauteil.
Das dargestellte und nachfolgend beschriebene Ausführungsbeispiel zeigt einen Kraftstoffbehälter, der für Kraftfahrzeuge, insbesondere Nutzfahrzeuge, ausgebildet ist. Da Kraftstoffbehälter dieser Art allgemein bekannt sind, wird nachfolgend nur auf die für die Erfindung wesentlichen Teile des Kraftstoffbehälters näher eingegangen.
Der in 1 dargestellte Kraftstoffbehälter weist eine Umfangswandung 1 auf, die sich im wesentlichen aus zwei Umfangswandungsteilen 1a, 1b und zwei Stirnwandungen 2 zusammensetzt. Die Umfangswandungsteile 1a, 1b können von beliebiger Form sein, wie zum Beispiel rund, oval, quadratisch oder rechteckig.
In einer alternativen, nicht dargestellten Ausführungsform kann auch vorgesehen sein, dass wenigstens eine Stirnwandung 2 einstückig mit einem Umfangswandungsteil 1a, 1b ausgebildet ist. Hinsichtlich der Herstellung der Umfangswandung 1 und der Stirnwandungen 2 sind aus dem allgemeinen Stand der Technik verschiedene Möglichkeiten nahegelegt.
Im Ausführungsbeispiel befindet sich zwischen den Umfangswandungsteilen 1a und 1b eine Zwischenwand 3. Die Zwischenwand 3 ist dabei als Trennwand ausgebildet, welche den Kraftstoffbehälter unterteil, wodurch zwei voneinander getrennte Innenräume 13 gebildet werden, welche beispielsweise mit Diesel bzw. Harnstoff befüllt werden können. In alternativen Ausführungsformen können selbstverständlich mehr oder weniger Trennwände 3 bzw. Umfangswandungsteile 1a, 1b vorgesehen sein. Vorgesehen sein kann auch, dass die Zwischenwand 3 als Schwallwand mit mehreren Durchgangsöffnungen ausgebildet ist. Auch hierzu sind aus dem allgemeinen Stand der Technik eine Vielzahl von Lösungen nahegelegt.
Wie aus den 1 bis 3 ersichtlich ist, ist zur Anbringung eines zusätzlichen Bauteils 4 eine Öffnung 5 in die Umfangswandung 1 bzw. das Umfangswandungsteil 1a eingebracht. An den Randbereich 6 der Öffnung 5 wird, wie aus 1 und 2 ersichtlich ist, das zusätzliche Bauteil 4 angeschraubt.
Wie aus 3 ersichtlich ist, ist der Randbereich 6 nach außen gezogen und weist somit eine Dichtfläche 7 auf. Die Dichtfläche 7 und der Randbereich 6 sind im Ausführungsbeispiel identisch, müssen dies jedoch nicht zwangsläufig sein.
Der Randbereich 6 bzw. die Dichtfläche 7 sind im Ausführungsbeispiel mit Bohrungen 8 versehen, an denen das zusätzliche Bauteil 4 mittels Schraubelementen 9 verschraubt werden kann. Anstelle von Bohrungen 8 können auch Bolzen und dergleichen eingebracht sein, an denen ebenfalls ein Verschrauben des Bauteils 4 möglich ist. Das zusätzlich zu verschraubende Bauteil 4 ist im Ausführungsbeispiel ein Filterflansch. Alternativ dazu kann es sich auch um ein anderes Bauteil, zum Beispiel ein Hydraulikaggregat, ein Heizelement, ein Kühlelement, ein Wasserabscheider oder dergleichen, handeln. Das zusätzliche Bauteil 4 kann auch als Abschlussdeckel bzw. Revisionsdeckel ausgebildet sein, welcher über eine zusätzliche Öffnungsklappe verfügen kann.
In 1 ist -stark vereinfacht und strichliniert dargestellt- an dem Filterflansch 4 ein entsprechendes Funktionselement 14, z. B. eine Filtereinrichtung angebracht.
Wie aus 2 ersichtlich ist, ist zwischen dem Randbereich 6 und dem Filterflansch 4 eine Flachdichtung 10 angeordnet. Die Flachdichtung 10 kann aus einem beliebigen Material gebildet sein, welches im Ausführungsbeispiel gegen das in den Kraftstoffbehälter einzufüllende Medium resistent sein soll. An der dem Innenraum 13 des Kraftstoffbehälters zugewandten Innenseite des Randbereichs 6 ist ein Verstärkungsflansch 11 angeheftet.
Der Kraftstoffbehälter ist im Ausführungsbeispiel aus Aluminium ausgebildet, d. h. die Umfangswandung 1 und die Stirnwandung 2 sind aus Aluminium hergestellt. Alternativ dazu können die Umfangswandung 1 und die Stirnwandung 2 auch aus Stahl, Edelstahl, einer Aluminiumlegierung oder dergleichen hergestellt werden. Die Zwischenwand 3 kann aus demselben Material wie die Umfangswandung 1 oder aus einem anderen Material hergestellt sein. Eine besonders hohe Stabilität kann sich für die Zwischenwand daraus ergeben, dass diese aus einem Materialmix aus Metall und Kunststoff (sogenannte Hybridbauweise) hergestellt ist. Hierzu kann vorgesehen sein, dass die Zwischenwand 3 mit Metalleinlagen bzw. Metallstreifen versehen ist, welche von einem Kunststoff mit hohem Faserfüllgrad umfasst/umspritzt sind. Derartige Zwischenwände 3 weisen eine hohe Stützkraft auf und können hohe dynamische Kräfte aufnehmen.
Im Ausführungsbeispiel ist ein Tankanschluss 12 zur Befüllung des größeren Innenraums 13 des Kraftstoffbehälters dargestellt. In üblicher Weise besitzt der Kraftstoffbehälter auch noch Entlüftungsöffnungen und Entleerungsöffnungen.
In nicht dargestellter Weise kann der Kraftstoffbehälter auch mit mehreren zusätzlichen Bauteilen 4 versehen sein.
Im Bedarfsfall kann die Umfangswandung 1 und die Zwischenwand 3 – je nach Material – noch eine Oberflächenbeschichtung oder eine Veredlung, zum Beispiel durch Lackieren oder Anodisieren bzw. Passivieren, erhalten.
Der im Ausführungsbeispiel dargestellte Kraftstoffbehälter ist als Kombitank mit einem Volumen von 300 Litern bzw. 150 Litern ausgebildet. Die erfindungsgemäße Lösung eignet sich insbesondere für großvolumige Kraftstoffbehälter mit einem Aufnahmevermögen von mehr als 100 Litern. Selbstverständlich lässt sich der erfindungsgemäße Kraftstoffbehälter jedoch auch für kleinere Größen verwenden.

Claims

Kraftstoffbehälter, insbesondere für Nutzfahrzeuge, mit einer Umfangswandung und zwei Stirnwandungen, welche wenigstens einen Innenraum zur Aufnahme eines flüssigen oder gasförmigen Mediums ausbilden, mit einem Tankanschluss zum Befüllen des Innenraums und mit wenigstens einer weiteren Öffnung in der Umfangswandung zur Anbringung eines zusätzlichen Bauteils, dadurch gekennzeichnet, dass das zusätzliche Bauteil (4) mit dem Randbereich (6) der Öffnung (5) verschraubt ist.
Kraftstoffbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Umfangswandung (1) und dem Bauteil (4) eine Dichtung (10) angeordnet ist.
Kraftstoffbehälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (10) resistent gegen das in den Kraftstoffbehälter einzubringende Medium ist.
Kraftstoffbehälter nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Randbereich (6) der Öffnung (5) eine nach außen gezogene Dichtfläche (7) aufweist.
Kraftstoffbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass an der dem Innenraum (13) des Kraftstoffbehälters zugewandten Innenseite des Randbereichs (6) und/oder der Dichtfläche (7) ein Verstärkungsflansch (11) angebracht ist.
Kraftstoffbehälter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärkungsflansch (11) angeheftet ist.
Kraftstoffbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Randbereich (6) und/oder die Dichtfläche (7) mit Bohrungen (8) zum Anschrauben des Bauteils (4) versehen ist.
Kraftstoffbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in den Randbereich (6) und/oder in die Dichtfläche (7) Schweißbolzen (9) zum Anschrauben des Bauteils (4) eingebracht sind.
Kraftstoffbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (4) ein Abschlussdeckel ist.
Kraftstoffbehälter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschlussdeckel (4) einen Bajonettverschluss aufweist und der Randbereich (6) der Öffnung (5) derart ausgebildet ist, dass der Bajonettverschluss durch eine Drehbewegung verrastbar ist.
Kraftstoffbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (4) ein Flansch ist, an welchem ein Funktionselement (14) anbringbar ist.
Kraftstoffbehälter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Funktionselement (14) an den Flansch (4) anschraubbar ist.
Kraftstoffbehälter nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Funktionselement (14) ein Filter, ein Heizelement, ein Kühlelement oder dergleichen ist.
Kraftstoffbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangswandung (1) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung ausgebildet ist.
Kraftstoffbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoffbehälter wenigstens zwei voneinander getrennte Innenräume (13) aufweist.