DE102008039874A1

DE102008039874A1 - Kraftstofftank eines Kraftfahrzeugs und Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE102008039874A1
Application number: DE102008039874A
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Dipl.-Ing. Kempka
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2008-08-27
Filing date: 2008-08-27
Publication date: 2009-01-29

Abstract

Ein Kraftstofftank eines Kraftfahrzeugs wird im Twin-Sheet-Verfahren hergestellt und mit weiteren Komponenten ausgestattet. Zur Vereinfachung der Herstellung und um defekte Komponenten austauschen zu können, werden diese an einer Aufnahme (6) angeordnet, die bei der Ausformung des Kraftstofftanks mit einer Wandung (7) des Kraftstofftanks verschweißbar ist. Weiterhin wird ein entsprechendes Herstellungsverfahren angegeben.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kraftstofftank eines Kraftfahrzeugs, der im Twin-Sheet-Verfahren hergestellt und mit weiteren Komponenten ausgestattet ist, sowie ein entsprechendes Herstellungsverfahren.
Kraftstofftanks dienen zum Mitführen des Kraftstoffs für die Verbrennungskraftmaschine des Kraftfahrzeugs. Unter anderem aus Gewichtsgründen und zur Ermöglichung einer Formgebung zur optimalen Ausnutzung des vorhandenen Einbauraums bestehen die Kraftstofftanks aus Kunststoff. Derartige Hohlkörper können beispielsweise aus zwei Hälften zusammengesetzt und miteinander verschweißt werden, wobei jede Hälfte oder Halbschale beispielsweise in einem Tiefziehverfahren hergestellt ist.
Zur Rationalisierung der Herstellung findet das Twin-Sheet-Verfahren zunehmende Vorbereitung bei dem in einem einzigen Arbeitsschritt die beiden Halbschalen des Kraftstofftanks ausgeformt und miteinander verschweißt werden. Hierzu werden aus einem Blasextruder bahnförmige Abschnitte beispielsweise eines HDPE-Kunststoffs einem Werkzeug zugeführt. Das Werkzeug umfasst eine Oberschale und eine Unterschale sowie ein oberes und ein unteres Einlegewerkzeug. Das Kunststoffmaterial kann mit Unterdruck an die Ober- und Unterschale angesaugt und zur gewünschten Formgebung und Verschweißung erwärmt werden.
Kraftstofftanks sind mit weiteren Komponenten ausgestattet wie unter anderem einer Entlüftung, einem Vorlaufstutzen, elektrischen Durchführungssteckern für einen Füllstandssensor und gegebenenfalls weiteren Durchführungen. Diese verschiedenen Komponenten werden in das noch geöffnete Werkzeuge zur Ausformung des Tanks an geeigneter Stelle eingeführt und jeweils für sich mit dem Kunststoffmaterial, das später eine Wandung des Kraftstofftanks bildet, verschweißt. Durch gezieltes Beheizen beispielsweise der Ober- und der Unterschale kann ein Materialverlauf gezielt beeinflusst werden, um jeweils gewünschte Materialstärken zu realisieren. Die beiden derart erzeugten Halbschalen können, nachdem das obere und das untere Einlegewerkzeug herausgefahren sind, mit der vorhandenen Restwärme randseitig miteinander verschweißt werden.
Ein entsprechendes Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist aus der DE 603 14 777 T2 bekannt, wobei zum thermischen Verschweißen von zwei thermogeformten Schalen zusätzliche Klemmflächen an den formgebenden Gesenken vorgesehen sind.
Als nachteilig hierbei ist es jedoch anzusehen, dass zur Ausstattung eines Kraftstofftanks mit weiteren Komponenten diese jeweils separat im Werkzeug positioniert werden müssen. Tritt im Betrieb ein Defekt auf muss entweder der gesamte Kraftstofftank mit allen Komponenten ausgetauscht werden oder die einzelne Komponente muss aufwändig aus der Wandung herausgeschnitten, ausgetauscht und nachfolgend die Wandung wieder abgedichtet werden.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Kraftstofftank anzugeben, der in einfacher Weise herstellbar und bei dem eine defekte Komponente austauschbar ist.
Diese Aufgaben werden durch einen Kraftstofftank sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 6 gelöst.
Der Kraftstofftank ist in an sich bekannter Weise in einem Twin-Sheet-Verfahren hergestellt. Hierzu dient ein formgebendes Werkzeug mit einer Oberschale und einer Unterschale sowie einem oberen und einem unteren Einlegewerkzeug. Es versteht sich, dass die verschiedenen Bestandteile des Werkzeugs in gewünschter Weise erhitzbar sind, um ein hierfür geeignetes Kunststoffmaterial verformen zu können. Zusätzlich kann das Kunststoffmaterial mit Unterdruck beaufschlagt werden, um an die jeweiligen Bestandteile des Werkzeugs angesaugt zu werden.
Erfindungsgemäß werden jedoch die zusätzlichen Komponenten, mit denen ein Kraftstofftank ausgestattet ist, alle gemeinsam an oder in einer Aufnahme oder einer gemeinsamen Halterung angeordnet, so dass lediglich diese einzige Aufnahme innerhalb des Werkzeugs positioniert werden muss. Werden die Bestandteile des Werkzeugs zur Ausformung des Kraftstofftanks dann aufeinander zugefahren, wird diese Aufnahme mit dem Kunststoffmaterial verschweißt, so dass eine Abdichtung und Fixierung der Aufnahme erfolgt. Tritt nunmehr ein Defekt an einer Komponenten auf kann auf diese über die Aufnahme unmittelbar zugegriffen werden, da die jeweilige Komponente selbst nicht mehr mit dem Material der Wandung des Kraftstofftanks verschweißt ist.
Als Komponenten kommen unter anderem Be- und Entlüftungen beispielsweise mit einem Schnellverbindungsanschluss (engl.: Quick Connect), elektrische Kontakte, eine Kraftstoffvorlaufleitung oder eine Kraftstoffpumpe selbst in Frage. Prinzipiell kann auch nur eine einzige Komponente an der Aufnahme angeordnet sein. Ebenso ist es möglich, eine derartige Aufnahme in anderen Herstellungsverfahren einzusetzen, wenn beispielsweise ein Hohlkörper aus zwei separat hergestellten Halbschalen zusammengeschweißt wird. Schließlich ist die Erfindung nicht auf Kraftstofftanks in Kraftfahrzeugen beschränkt. Vielmehr können an sich beliebige Hohlkörper in allen Gebieten der Technik mit einer derartigen Aufnahme ausgestattet werden.
Die Aufnahme kann ebenfalls aus Kunststoff bestehen, der jedoch derart ausgelegt sein muss, dass er bei der Formgebung des Kraftstofftanks selbst nicht aufgeschmolzen wird. Das Material der Aufnahme darf lediglich so weit aufschmelzen, dass eine dichte Verschweißung mit der Wandung des Kraftstoffbehälters erfolgt.
Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass der Herstellungsaufwand wesentlich reduziert ist, da nur noch ein einziges Bauteil im formgebenden Werkzeug positioniert werden muss. Es versteht sich, dass nicht notwendigerweise alle zusätzlichen Komponenten in einer einzigen gemeinsamen Aufnahme vorgesehen sein müssen. Wenn nötig können entweder mehrere Aufnahmen für verschiedene Komponenten vorgesehen sein oder ein bestimmte Komponente kann in herkömmlicher Weise eingebaut werden, falls dies gewünscht ist.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Aufnahme mit einem Stanzring ausgestattet. Der vorzugsweise durchgehend umlaufend ausgebildete Stanzring steht nach Außen über die eigentliche Aufnahme über, so dass beim Zufahren des formgebenden Werkzeugs dieser Stanzring, der auch geschärft sein kann, das Kunststoffmaterial durchstößt und in eine korrespondierende Aussparung beispielsweise am Oberschalenwerkzeug eingreift. Durch den Stanzring wird zudem eine exakte Positionierung der Aufnahme erreicht.
Durch das Ausstanzen beispielsweise einer kreisförmigen Ronde durch den Stanzring wird in der Wandung des Kraftstoffbehälters eine Aussparung für die Aufnahme gebildet, wobei die Aufnahme mit dem Rand der Wandung um die Aussparung herum verschweißt wird.
Zum Schutz der Einbauteile oder Komponenten an bzw. in der Aufnahme ist eine Schutzkappe innerhalb des vorzugsweise kreisförmigen Stanzrings vorgesehen. Durch die Schutzkappe z. B. in Form einer Plastikfolie aus einem entsprechend wärmebeständigen Material, verhindert, dass das erwärmte Kunststoffmaterial, das ausgestanzt wird, mit den Komponenten selbst in Berührung kommt und diese beschädigt. Die Schutzkappe kann nach der Herstellung des Kraftstofftanks aus dem Stanzring gemeinsam mit dem ausgestanzten Kunststoffmaterial herausgenommen werden, um auf die Komponenten zugreifen zu können.
Falls der Austausch der gesamten Aufnahme notwendig sein sollte, falls eine fest mit der Aufnahme verbundene Komponente defekt ist, kann hierfür das Material der Wandung des Kraftstofftanks an einer Materialverdünnung, die vorzugsweise durchgehend um die Aufnahme umläuft, mit einem Kreismesser ausgeschnitten und durch eine andere Aufnahme mit einem korrespondierenden Wandungsabschnitt ersetzt werden. In vorteilhafter Weise kann dieser neue Wandungsabschnitt mit dem Rand um die durchgehende Materialverdünnung herum verklebt werden. Eine derartige Materialverdünnung kann bei der Ausformung des Kraftstofftanks durch eine entsprechende Formgebung an der Ober- oder Unterschale ausgebildet werden.
Schließlich ist vorgeschlagen, dass an der Wandung des Kraftstofftanks ein um die Aufnahme und vorzugsweise um die Materialverdünnung umlaufender SAE-Ring angeformt ist. Ein derartiger SAE-Ring kann bei der Herstellung des Kraftstofftanks bereits einstückig mit diesem ausgebildet werden. Mit einem derartig standardisierten Bajonettverschluss kann, nachdem die Aufnahme an der Materialverdünnung herausgeschnitten ist, ein Ersatzdeckel, an dem eine betriebsbereite Aufnahme mit den gewünschten Komponenten angeordnet ist, in dem SAE-Ring befestigt werden. Zur Abdichtung kann zusätzlich ein gummielastischer O-Ring zwischen den Ersatzdeckel und einer Wandung des Kraftstoffbehälters in eine Nut eingelegt werden.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung können der nachfolgenden Beschreibung zu dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel sowie den einzelnen Patentansprüchen entnommen werden.
In der Zeichnung zeigt:
1 ein formgebendes Werkzeug,
2 einen Abschnitt eines Kraftstofftanks in Querschnittsdarstellung und
3 einen Abschnitt der Wandung im Querschnitt.
In 1 ist der Stand der Technik des Twin-Sheet-Verfahrens zur Herstellung eines Kraftstofftanks dargestellt. Ein formgebendes Werkzeug umfasst eine Oberschale 1, eine Unterschale 2, ein oberes Einlegewerkzeug 3 sowie ein unteres Einlegewerkzeug 4. Die einzelnen Bestandteile 1, 2, 3, 4 des Werkzeugs sind, wie durch die Doppelpfeile B angedeutet, relativ zueinander bewegbar, um einen bahnförmigen Abschnitt 5 eines hierzu geeigneten Kunststoffmaterials wie ein HDPE-Kunststoff in gewünschter Weise auszuformen. Die Abschnitte 5 werden von einem Blasextruder dem Werkzeug in Richtung Z zugeführt. Es versteht sich, dass das Werkzeug an geeigneten Stellen erhitzbar ist und der bahnförmige Abschnitt 5 beispielsweise durch Unterdruck an die Oberschale 1 und die Unterschale 2 ansaugbar ist. Nachdem die beiden Halbschalen oder Hälften ausgeformt sind werden die beiden Einlegewerkzeuge 3, 4 herausgefahren und die beiden Halbschalen miteinander verschweißt.
Zur Herstellung eines Kraftstofftanks wird zusätzlich eine Aufnahme 6 mit in den Abschnitt 5 des Kunststoffmaterials eingeschweißt. In 2 ist die Aufnahme 6, die z. B. ebenfalls aus einem geeigneten Kunststoff besteht, mit der Wandung 7 verschweißt oder vernietet.
Die Aufnahme 6 ist hier nur beispielhaft dargestellt und an oder in der Aufnahme 6 sind verschiedene Komponenten wie eine Be- und Entlüftung, elektrische Kontakte, eine Kraftstoffleitung, eine Kraftstoffpumpe und dergleichen vorgesehen.
Weiterhin verfügt die Aufnahme 6 über einen kreisförmigen Stanzring 8, der beim Zufahren des in 1 abgebildeten formgebenden Werkzeugs eine Ronde 10 aus der Wandung 7 ausstanzt, wobei der Stanzring 8 in korrespondierende Aussparungen beispielsweise in der Oberschale 1 eingreift. Somit wird die Aufnahme 6 auch lagerichtig positioniert. Zum Schutz der Komponenten an der Aufnahme 6 dient eine Schutzkappe 9 z. B. in Form einer Plastikfolie aus einem geeigneten Material. Hier ist die ausgestanzte Ronde 10 noch innerhalb des Stanzrings 8 vorhanden, diese kann aber nach dem Aushärten des Materials der Wandung 7 gemeinsam mit der Schutzkappe 9 entfernt werden.
Weiterhin ist der 3 entnehmbar, dass in der Wandung 7 eine Materialverdünnung 11 ausgebildet ist, die um die Aufnahme 6 vorzugsweise durchgehend umläuft. Tritt ein Defekt an der Aufnahme 6 bzw. einer Komponente auf kann an der Materialverdünnung 11 mit einem Kreismesser die Wandung 7 aufgeschnitten werden, um die Aufnahme 6 auszutauschen bzw. um auf das Innere des Kraftstofftanks 1 zugreifen zu können. Nachfolgend kann ein Deckel 12, der in 3 lediglich beispielhaft dargestellt ist, zum Verschließen der aufgeschnittenen Öffnung mit Hilfe eines SAE-Rings 13 befestigt werden. An dem Deckel 12 ist eine entsprechende Aufnahme 6 mit den gewünschten Komponenten angeordnet.
Der SAE-Ring 13 kann bei der Herstellung des Kraftstofftanks einstückig mit der Wandung 7 ausgebildet werden. Zur Abdichtung ist ein gummielastischer O-Ring 14 vorgesehen, der in eine Nut 15 eingelegt wird. Es versteht sich, dass am Deckel zu dem SAE-Ring 13 korrespondierende Befestigungsmittel vorgesehen sind.

1.: Oberschale
2.: Unterschale
3.: Oberes Einlegewerkzeug
4.: Unteres Einlegewerkzeug
5.: Bahnförmiger Abschnitt
6.: Aufnahme
7.: Wandung
8.: Stanzring
9.: Schutzkappe
10.: Ronde
11.: Materialverdünnung
12.: Deckel
13.: SAE-Ring
14.: O-Ring
15.: Nut
B: Bewegungsrichtung
Z: Zuführrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 60314777 T2 [0005]

Claims

Kraftstofftank eines Kraftfahrzeugs, der im Twin-Sheet-Verfahren hergestellt und mit weiteren Komponenten ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten an einer Aufnahme (6) angeordnet sind, die bei der Ausformung des Kraftstofftanks mit einer Wandung (7) des Kraftstofftanks verschweißbar ist.
Kraftstofftank nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme (6) mit einem Stanzring (8) ausgestattet ist.
Kraftstofftank nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahme (6) eine Schutzkappe (9) zugeordnet ist.
Kraftstofftank nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass an der Wandung (7) eine um die Aufnahme (6) umlaufende Materialverdünnung (12) ausgebildet ist.
Kraftstofftank nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass an die Wandung (7) ein SAE-Ring (13) angeformt ist.
Twin-Sheet-Verfahren zur Herstellung eines Kraftstofftanks eines Kraftfahrzeugs, wobei dieser mit weiteren Komponenten ausgestattet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten an einer Aufnahme (6) angeordnet sind und die Aufnahme (6) bei der Ausformung des Kraftstofftanks mit einer Wandung (7) des Kraftstofftanks verschweißt wird.
Twin-Sheet-Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem Stanzring (8) an der Aufnahme (6) eine Ronde (10) aus der Wandung (7) ausgestanzt wird.
Twin-Sheet-Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass mit einer Schutzkappe (9) ein unmittelbarer Kontakt eines Kunststoffmaterials mit der Aufnahme (6) oder einer ihrer Komponenten vermieden wird.
Twin-Sheet-Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass an der Wandung (7) eine um die Aufnahme (6) umlaufende Materialverdünnung (11) ausgebildet wird.
Twin-Sheet-Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass an die Wandung (7) ein SAE-Ring (13) angeformt wird.