DE102008028277B4

DE102008028277B4 - Innenbeschichteter Behälter für Betriebsstoffe von Kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE102008028277B4
Application number: DE102008028277.4A
Authority: DE
Inventors: Horst Fetzer
Original assignee: Magna Energy Storage Systems Werk Schwaebisch Gmuend GmbH
Current assignee: Magna Energy Storage Systems GmbH
Priority date: 2008-06-16
Filing date: 2008-06-16
Publication date: 2023-11-16
Anticipated expiration: 2028-06-17
Also published as: DE202008017593U1; DE102008028277A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Behälters für Betriebsstoffe von Kraftfahrzeugen mit einer Tragstruktur (1) und einem Außenboden (101) mit folgenden Schrittena. Schaffung eines Innenraums mittels der Tragstruktur (1), des Außenbodens (101) und eines Stempels (100),b. Aufbringen einer Schutzschicht (2,2') auf die Innenseite des Innenraums, undc. Entfernen des Stempels (100).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Behälters für Betriebsstoffe von Kraftfahrzeugen.
Derartige Behälter, insbesondere Kraftstoffbehälter, finden sich üblicherweise als Anbauteile z. B. bei Nutzfahrzeugen, wo sie oftmals als genietete oder geschweißte, alternativ als Kunststoffbehälter realisiert sind. Gerade im Nutzfahrzeugbereich entstand jedoch in den letzten Jahren - bedingt durch wachsende Anforderungen an die Umweltverträglichkeit derartiger Fahrzeuge - ein Bedarf an Behältern für Betriebsstoffe, deren Funktion über die eines konventionellen Kraftstofftanks o. ä. hinausgeht. So wurde es beispielsweise in jüngerer Zeit erforderlich, im Rahmen der Maßnahmen zur Entstickung von Dieselabgasen Harnstoff im Abgassystem von Nutzfahrzeugen einzusetzen. Damit entstand ein Bedarf an Tanks, die zum Mitführen des benötigten, chemisch aggressiven Harnstoffs geeignet sind.
Die ältere DE 10 2008 023 073 A1 betrifft einen Behälter für Betriebsstoffe von Kraftfahrzeugen, mit einer tragenden Struktur, an deren Innenseite zur Ausbildung eines Aufnahmeraums für den Betriebsstoff eine Kunststoff-Sinterschicht ausgebildet ist. Vorgesehen ist die Kunststoff-Sinterschicht aus einem Polyurethan auszubilden.
Die DE 10 2006 054 208 A1 betrifft ebenfalls einen Behälter für Betriebsstoffe von Kraftfahrzeugen.
Ein in der DE 10 2005 050 802 A1 offenbarter Kraftstoffbehälter, insbesondere für Kraftfahrzeuge, ist mit einer Umfangswandung, zwei Stirnwandungen und mindestens einer zwischen beiden Stirnwandungen angeordneten Zwischenwand versehen. Die Umfangswandung weist wenigstens zwei Umfangswandteile auf. Die wenigstens eine Zwischenwand weist ein wenigstens annähernd ringförmiges Kopfteil auf, an dessen beiden zu den Stirnwandungen gerichteten Seiten Auflageschultern angeordnet sind, wobei die wenigstens zwei Umfangswandteile jeweils dicht mit einer die beiden Auflageschultern verbunden sind.
Die in der US 3 912 107 A angegebene Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von mobilen Tanks für Flüssigkeiten, wobei die Tanks mit mindestens einem Stabilisator oder einer Trennwand versehen und aus einer äußeren Metallwand, einer inneren Kunststoffwand und einem Kern aus Kunststoffschaum gebildet sind.
Schließlich wird auf die Druckschrift EP 15 616 26 A2 als weiteren Stand der Technik verwiesen.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Behälters für Betriebsstoffe von Kraftfahrzeugen anzugeben, der chemisch stabil sowohl gegenüber dem mitgeführten Kraftstoff als auch gegenüber Additiven ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch Anspruch 1 betreffend ein Verfahren zur Herstellung eines Behälters für Betriebsstoffe von Kraftfahrzeugen gelöst.
Die Tragstruktur kann aus einem vergleichsweise steifen Material, wie beispielsweise einem Metall, gefertigt sein, auf der die dünne Schutzschicht aufgebracht ist. Die Schutzschicht kann beispielsweise dadurch geschaffen werden, dass nach der Ausformung der Tragstruktur der Behälter insgesamt erhitzt wird und nachfolgend ein Kunststoffpulver in seinen Innenraum eingebracht wird, wo es an der heißen Tragstruktur aufschmilzt und damit die genannte Schicht bildet.
Die Schutzschicht kann aus einer Kunststoff-Sinterschicht oder einer selbsthärtenden Innenbeschichtung, wie beispielsweise einem Lack, oder aus einem mehrkomponentigen, insbesondere einem zweikomponentigen Kunststoffmaterial, wie beispielsweise einem Expoxidharz, oder einem extern aushärtbaren Material, wie beispielsweise einem UV-aushärtbaren Kunststoff oder einem durch Wärme aushärtbaren Kunststoff gebildet werden.
Ein Vorteil des Verfahrens kann darin bestehen, dass aufgrund der durch die Wahl des Materials bedingten Steifigkeit der Tragstruktur diese dünn gewählt werden kann und auch die Schutzschicht als Schicht von geringer Dicke ihre Funktion in ausreichendem Maße ausfüllt. Darüber hinaus ergibt sich gegenüber konventionellen Lösungen, bei denen ein fertiger Kunststoffbehälter in eine äußere stabilisierende Hülle eingebracht wird, der Vorteil, dass der Innenraum der äußeren Hülle, im vorliegenden Fall also der Tragstruktur des Behälters, wesentlich besser ausgenutzt werden kann. Insgesamt stellt der mit dem vorgeschlagenen Verfahren hergstellte Behälter eine steife und dabei leichte Struktur dar.
Hinzu kommt, dass es die vorgeschlagene Lösung ermöglicht, nahezu vollständig auf zusätzliche Vorrichtungen zur Fixierung des Kunststoffes an der Innenseite der Tragstruktur zu verzichten, da beispielsweise bereits durch den Sinterprozess eine feste Verbindung hergestellt wird.
Mittels der vorgeschlagenen Verfahrens können insbesondere Kraftstoffbehälter für Kraftfahrzeuge wie auch Behälter für fluide oder nicht fluide Kraft- oder Betriebsstoffe wie Hydraulikflüssigkeit, Biodiesel oder Harnstoff geschaffen werden. Ein Vorteil der Kunststoffbeschichtung der Behälterinnenseite besteht dabei darin, dass die Kunststoffschicht üblicherweise chemisch inert ist, d. h. dass sie durch den im Behälter aufbewahrten Betriebsstoff nicht angegriffen wird. Damit wird dem verbreiteten Problem des Auslösens von Metall, insbesondere von Aluminiumionen, aus der Aluminiumtragstruktur des Behälters durch den teilweise aggressiven Betriebsstoff wie insbesondere Harnstoff wirkungsvoll begegnet.
Das direkte Aufbringen der Schutzschicht hat darüber hinaus erhebliche produktionstechnische Vorteile. Da die Tragstruktur zusammen mit dem Außenboden und einem Stempel einen Innenraum schafft und somit selbst als Sinterwerkzeug verwendet wird, lassen sich auch kleine Stückzahlen mit geringem Aufwand realisieren.
Die Schutzschicht im Inneren des Behälters kann mechanisch beispielsweise dadurch weiter stabilisiert werden, dass die Tragstruktur zur Erleichterung eines Aufsteckens des Außenbodens auf die Trag-struktur in dem mit dem Außenboden überlappenden Bereich mit einer Rollierung versehen sein kann. Die Rollierung hat dabei den Effekt, dass durch sie eine Hinterschneidung zwischen der Rollierung und dem Außenboden geschaffen wird, wodurch die mechanische Stabilität der Schutzschicht verbessert wird.
Eine weitere Maßnahme zur Verbesserung der Haftung zwischen Schutzschicht und der Innenseite der Tragstruktur kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass zwischen die Schutzschicht und die Innenseite der Tragstruktur eine zusätzliche Haftschicht eingebracht wird. Auf diese Weise kann die zur mechanischen Stabilität der Schutzschicht notwendige Schichtdicke weiter reduziert werden.
Eine Besonderheit des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Behälters besteht darin, dass zunächst zur Schaffung eines Innenraums mittels der Tragstruktur, des Außenbodens und des Stempels die Tragstruktur aus metallischen Einzelteilen zusammengefügt, beispielsweise geschweißt wird. Nachfolgend wird der Innenraums mittels der Tragstruktur, des Außenbodens und des Stempels geschaffen und zum Aufbringen einer Schutzschicht auf die Innenseite des Innenraums wird die so zusammengefügte Struktur erhitzt und das Kunststoff-Sintermaterial wird in den Innenraum eingebracht, wo es sich an der Innenseite der Tragstruktur niederschlägt, aufschmilzt und somit die gewünschte Kunststoff-Sinterschicht bildet. Nach dem Aufbringen der Schutzschicht auf die Innenseite des geschaffenen Innenraums wird der Stempel entfernt.
Dabei kann der Stempel mit einer Antihaftschicht versehen sein, um das Entformen des Stempels zu erleichtern.
Um eine gleichmäßige Verteilung des Kunststoff-Sintermaterials im Innenraum des Behälters zu erreichen, kann der Behälter während des Sinterprozesses in Bewegung, insbesondere in Rotation gehalten werden.
Als Zwischenschritt nach dem Erhitzen der Tragstruktur und vor Einbringen des Kunststoff-Sintermaterials hat es sich bewährt, eine zusätzliche Haftschicht auf die Innenseite der Tragstruktur aufzubringen. Alternativ kann die Haftschicht auch bereits auf die Einzelsegmente vor dem Zusammenfügen der Tragstruktur aufgebracht werden. Als vorteilhafter Temperaturbereich zum Aufsintern der Kunststoff-Sinterschicht hat sich der Bereich von ca. 160 bis 200 °C bewährt.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der 3a bis 3c prinzipmäßig beschrieben, wobei die 1 und 2 beispielhaft einen Behälter für Betriebsstoffe von Kraftfahrzeugen darstellen.
1 zeigt einen Kraftstoffbehälter für Nutzfahrzeuge mit einer Tragstruktur 1 und einer auf der Innenseite der Tragstruktur 1 aufgebrachten Kunststoff-Sinterschicht 2 sowie einem Einfüllstutzen 5. Die Kunststoff-Sinterschicht 2 weist dabei eine Dicke von ca. 2 bis 3 mm auf. Sie bedeckt im vorliegenden Ausführungsbeispiel die gesamte Innenoberfläche des Fahrzeugtanks, insbesondere auch die Oberfläche der Schwallwand 3 und des als separaten Behälter ausgebildeten Harnstoffbehälters 6.
Durch die umlaufenden Hinterschneidungen 8a und 8b, die ebenfalls von der Kunststoff-Sinterschicht 2 bedeckt sind, wird diese zusätzlich mechanisch stabilisiert und an der Innenseite der Tragstruktur 1 festgehalten. In einem zusätzlichen Segment 7 des Kraftstoffbehälters sind die Trittstufen 4a, 4b, 4c ausgebildet.
2 zeigt eine Variante eines Behälters, wobei der Behälter die beiden Teilbehälter 6 und 11 aufweist, die miteinander mittels der umlaufenden Schweißnaht 9 verbunden sind. Dabei handelt es sich bei dem Teilbehälter 6 um einen Harnstoffbehälter mit einer Kunststoff-Sinterschicht 2. Bei dem Teilbehälter 11 handelt es sich um einen Kraftstoffbehälter, bei dem ein Kunststoff-Innenbeschichtung nicht erforderlich ist. Der Teilbehälter 11 weist ferner einen Einfüllstutzen 5 auf. Die umlaufende Schweißnaht 9 ist von dem innenbeschichteten Teilbehälter 6 mittels der Auskragung 10 um ca. 150 mm beabstandet ausgebildet, so dass ein Verschweißen der Tragstrukturen 1 der beiden Teilbehälter 6 und 11 ohne Gefährdung der Kunststoff-Sinterschicht 2 erfolgen kann.
Auch in diesem Ausführungsbeispiel sind in einem zusätzlichen Segment 7 des Teilbehälters 11 die Trittstufen 4a, 4b, 4c ausgebildet.
In dem Teilbehälter 6 ist das in der 2 schematisch dargestellte Einschubelement 13 angeordnet, das als Füllstandssensor mit einem integriertem Heizelement ausgebildet ist. Auch das Einschubelement 13 ist - wie auch die Innenseite des Teilbehälters 6 - von der Kunststoff-Sinterschicht 2 bedeckt. Darüber hinaus wird das Einschubelement 13 von der im unteren Bereich des Teilbehälters 6 angeordneten ebenfalls mit der Kunststoff-Sinterschicht 2 bedeckten Hilfsstruktur 14 mechanisch in der Weise stabilisiert, dass die Hilfsstruktur 14 in einem Abstand von wenigen Millimetern von dem Einschubelement 13 angeordnet ist und eine starke Verbiegung oder Positionsänderung des Einschubelementes 13 unterbindet.
Ferner befindet sich im oberen Bereich des Teilbehälters 6 die Durchtrittsöffnung 16, die von dem Einfüllstutzen 15 durchstoßen wird. Die Geometrie des Einfüllstutzens 15 ist dabei so gewählt, dass sich der Einfüllstutzen 15 in Richtung des Inneren des Teilbehälters 6 erweitert. Auf diese Weise wird eine Hinterschneidung geschaffen, durch die der Halt der Kunststoff-Sinterschicht 2 an der Innenseite des Teilbehälters 6 weiter verbessert wird.
3a bis 3c zeigen ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Behälters für Betriebsstoffe von Kraftfahrzeugen, , bei der der Teilbehälter 6 als Teilbehälter 6' hergestellt wird. In 3a ist der Behälter im Querschnitt zum Beginn des Fertigungsprozesses dargestellt. 3a zeigt die Tragstruktur 1, die seitlich offen ausgeführt ist; dabei ist durch die seitliche Öffnung der Tragstruktur 1 der Stempel 100 eingeführt, so dass durch die Tragstruktur 1, den Stempel 100 und den Außenboden 101 ein abgeschlossener Raum gebildet wird. Der Außenboden 101 ist dabei auf die Tragstruktur 1 aufgesteckt; zur Erleichterung des Aufsteckens ist die Tragstruktur 1 in dem mit dem Außenboden 101 überlappenden Bereich mit einer Rollierung 102 versehen, die das Aufstecken des Außenbodens 101 auf die Tragstruktur 1 dadurch erleichtert, dass durch die Rollierung 102 eine Verjüngung gebildet wird. In einem nachfolgenden Verfahrensschritt wird auf die Innenseite des Außenbodens 101 und der Tragstruktur 1 sowie auf die dem Innenraum zugewandte Seite des Stempels 100 die Schutzschicht 2 aufgebracht. Dies kann durch einen Sintervorgang, beispielsweise Rotationssintern, erfolgen. Durch den Beschichtungsvorgang bildet sich der in 3b dargestellt Teilbehälter 6', die Rollierung 102 hat dabei den positiven Nebeneffekt, dass durch diese eine zusätzliche Hinterschneidung zwischen der Rollierung und dem Außenboden 101 geschaffen wird, wodurch die mechanische Stabilität der Schutzschicht 2 verbessert wird. Die Rollierung 102 wirkt dabei in analoger Weise wie die in 1 dargestellten Hinterschneidungen 8a und 8b. Selbstverständlich ist der Gedanke, den Behälter aus der mit der Rollierung 102 versehenen Tragstruktur und dem Außenboden 101 herzustellen, nicht auf das in 3a bis 3c dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Gleiches gilt für die Verwendung des Stempels 100. Nach dem Entfernen des Stempels 100 aus dem inneren Bereich der Tragstruktur 1 ist der in 3c dargestellte Teilbehälter 6' entstanden, der im wesentlichen aus den mit der Schutzschicht 2 versehenen Komponenten Außenboden 101 und Tragstruktur 1 sowie aus der Kunststoffwand 2' besteht. Die Verwendung des Stempels 100 und die Ausbildung der Kunststoffwand 2' hat dabei den positiven Effekt, dass auf eine zusätzliche metallische Trennwand verzichtet werden kann.
Zur Fertigstellung des Behälters kann die seitliche Öffnung der Tragstruktur nach dem Entfernen des Stempels 100 verschlossen werden. Die Kunststoffwand 2' kann im Vergleich zur Schutzschicht 2 mit einer erhöhten Dicke ausgebildet werden, um die mechanische Stabilität dieses als Kunststoffwand 2' ausgebildeten Teils der Schutzschicht 2 zu erhöhen. Im Falle eines Rotationssinterprozesses kann dies beispielsweise dadurch erreicht werden, dass der Behälter während des Sinterns und Rotierens so gelagert wird, dass sich der Stempel 100 vorzugsweise im unteren Bereich der Anordnung befindet, so dass sich dort vermehrt Kunststoffpartikel niederschlagen. Um das Entformen des Stempels 100 zu erleichtern, kann dieser mit einer Antihaftschicht, beispielsweise aus Teflon, versehen werden.
Die Schutzschicht 2 kann in dem in 3a bis 3c gezeigten Ausführungsbeispiel wie auch in möglichen Varianten der Erfindung durch eine Kunststoff-Sinterschicht oder auch eine selbsthärtende Innenbeschichtung, wie beispielsweise einen Lack, gebildet werden. Daneben ist es denkbar, die Schutzschicht 2 aus einem mehrkomponentigen, insbesondere einem zweikomponentigen Kunststoffmaterial, wie beispielsweise einem Expoxidharz, oder einem extern aushärtbaren Material, wie beispielsweise einem UV-aushärtbaren Kunststoff oder einem durch Wärme aushärtbaren Kunststoff zu gestalten.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Behälters für Betriebsstoffe von Kraftfahrzeugen mit einer Tragstruktur (1) und einem Außenboden (101) mit folgenden Schritten a. Schaffung eines Innenraums mittels der Tragstruktur (1), des Außenbodens (101) und eines Stempels (100), b. Aufbringen einer Schutzschicht (2,2') auf die Innenseite des Innenraums, und c. Entfernen des Stempels (100).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Schutzschicht (2) aus einer Kunststoff-Sinterschicht oder auch einer selbsthärtenden Innenbeschichtung, wie beispielsweise einem Lack, oder aus einem mehrkomponentigen, insbesondere einem zweikomponentigen Kunststoffmaterial, wie beispielsweise einem Expoxidharz, oder einem extern aushärtbaren Material, wie beispielsweise einem UV-aushärtbaren Kunststoff oder einem durch Wärme aushärtbaren Kunststoff gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenboden (101) auf die Tragstruktur (1) aufgesteckt wird, wobei die Tragstruktur (1) zur Erleichterung des Aufsteckens in dem mit dem Außenboden (101) überlappenden Bereich mit einer Rollierung (102) versehen ist, die das Aufstecken des Außenbodens (101) auf die Tragstruktur (1) dadurch erleichtert, dass durch die Rollierung (102) eine Verjüngung gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Rollierung (102) eine zusätzliche Hinterschneidung zwischen der Rollierung (102) und dem Außenboden (101) geschaffen wird, wodurch die mechanische Stabilität der Schutzschicht (2) verbessert wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Aufstecken in einem nachfolgenden Verfahrensschritt die Schutzschicht (2) auf die Innenseite des Außenbodens (101) und der Tragstruktur (1) sowie auf die dem Innenraum zugewandte Seite des Stempels (100) aufgebracht wird, beispielsweise durch einen Sintervorgang, insbesondere durch Rotationssintern.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter als nach dem Entfernen des Stempels (100) geschlossener Behälter ausgebildet wird, wobei die Schutzschicht (2) auf der dem Innenraum zugewandten Seite des Stempels (100) eine die seitlichen Öffnung der Tragstruktur (1) verschließende Kunststoffwand (2') ausbildet, die eine im Vergleich zur restlichen Schutzschicht (2) erhöhte Dicke aufweist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass um das Entformen des Stempels (100) zu erleichtern, dieser mit einer Antihaftschicht, beispielsweise aus Teflon, versehen ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Behälter einen Teilbehälter (6') aufweist.