DE102010032279A1 - Verfahren zur Nietbefestigung eines Zubehörteils - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Nietbefestigung eines Zubehörteils mit einem Kunststoffkraftstoffbehälter, wobei die Nietbefestigung zum Zeitpunkt der Herstellung des Behälters durch Extrusionsblasformen eines geteilten schlauchförmigen Vorformlings oder zweier bahnförmig extrudierter Vorformlinge aus thermoplastischem Kunststoff unter Verwendung eines mehrteiligen Werkzeugs nach oder während der Ausformung zweier komplementärer Schalen erfolgt. Das Zubehörteil wird mit wenigstens einer Öffnung versehen oder ist mit einer solchen Öffnung versehen. Das Verfahren gemäß der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Nietbefestigung mittels wenigstens eines vorgefertigten Nietstifts aus thermoplastischem Kunststoff erfolgt. Der Nietstift wurde in einem separaten Herstellungsverfahren, beispielsweise durch Spritzgießen erhalten.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Nietbefestigung eines Zubehörteils mit einem Kunststoffkraftstoffbehälter, wobei die Nietbefestigung zum Zeitpunkt der Herstellung des Behälters durch Extrusionsblassformen eines geteilten schlauchförmigen Vorformlings oder zweier bahnförmig extrudierter Vorformlinge aus thermoplastischem Kunststoff unter Verwendung eines mehrteiligen Formwerkzeugs nach oder während der Ausformung zweier komplementärer Schalen erfolgt und wobei das Zubehörteil mit wenigstens einer Öffnung versehen wird oder versehen ist.
  • Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus der EP 1 773 570 B1 bekannt. Bei diesem Verfahren ist vorgesehen, wenigstens einen Teil des Kunststoffs, aus dem die Wand des Behälters besteht, aufzuschmelzen und einen Teil des aufgeschmolzenen Kunststoffs durch die Öffnung des Zubehörteils hindurchzupressen, ohne vom Rest des ausgelaufenen Kunststoffs abgelöst zu werden sowie dem vorspringenden aufgeschmolzenen Kunststoff eine entsprechende Form zu verleihen, um einen selbstformenden Kunststoffniet zu erhalten. Danach wird der Kunststoffniet sozusagen in-situ aus dem geschmolzenen Kunststoff der Behälterwandung gebildet.
  • Dieses Verfahren ist grundsätzlich mit dem Nachteil behaftet, dass die Ausbildung des Nietkopfs bei der Einbringung des Zubehörteils in den Kraftstoffbehälter verhältnismäßig aufwändig mit Stempeln oder dergleichen zu bewerkstelligen ist. Dies ist insbesondere dann schwierig, wenn Zubehörteile in dem Behälter anzubringen sind, deren Befestigungspunkte auf der der Behälterwandung abgekehrten Seite nicht ohne Weiteres zugänglich sind.
  • Da mit dem eingangs beschriebenen Verfahren aus der EP 1 773 570 B1 mit Zubehörteilen versehene Kraftstoffbehälter in einem Arbeitsgang hergestellt werden, ist eine nachträgliche Kontrolle, ob der Nietkopf der Nietbefestigung vollständig und richtig ausgebildet ist, im Nachhinein schwierig. Da es wünschenswert ist, die Nietbefestigung zum Einbringen von Zubehörteilen zu verwenden, die aus einem Kunststoff bestehen, welcher nicht im Sinne einer Verschweißbarkeit mit der Behälterwandung kompatibel ist, spielt die Formschlüssigkeit der Nietverbindung eine besondere Rolle.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Nietbefestigung eines Zubehörteils der eingangsgenannten Art hinsichtlich der Praktikabilität und der Prozesssicherheit zu verbessern. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, einen entsprechend ausgestalteten Kraftstoffbehälter bereitzustellen.
  • Die Aufgabe wird zunächst gelöst durch ein Verfahren zur Nietbefestigung eines Zubehörteils mit einem Kunststoffkraftstoffbehälter, wobei die Nietbefestigung zum Zeitpunkt der Herstellung des Behälters durch Extrusionsblassformen eines geteilten schlauchförmigen Vorformlings oder zweier bahnförmig extrudierter Vorformlinge aus thermoplastischem Kunststoff unter Verwendung eines mehrteiligen Formwerkzeugs nach oder während der Ausformung zweier komplementärer Schalen erfolgt und wobei das Zubehörteil mit wenigstens einer Öffnung versehen wird oder versehen ist, wobei sich das Verfahren dadurch auszeichnet, dass die Nietbefestigung mittels wenigstens eines vorgefertigten Nietstifts aus thermoplastischem Kunststoff erfolgt, der in einem separaten Herstellungsverfahren erhalten wurde, und der die Öffnung des Zubehörteils durchsetzend mit der Behälterwand verschweißt wird.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren sieht die Extrusion eines schlauchförmigen Vorformlings, dessen Aufteilung in zwei flächige Lappen oder Bahnen und das Verbringen der noch schmelzerheißen Vorformlinge zwischen die geöffneten Teile eines Werkzeugs vor. Anstelle der Extrusion eines schlauchförmigen Vorformlings, der beispielsweise an diametral gegenüberliegenden Stellen aufzutrennen ist, kann vorgesehen sein, zwei bahnförmige Vorformlinge aus Breitschlitzdüsen oberhalb des bereits geöffneten Werkzeugs zu extrudieren.
  • Das Verfahren umfasst vorzugsweise zunächst die Ausformung zweier komplementärer Schalen/schalenförmiger Halbzeuge unter Ausnutzung der Extrusionswärme der Vorformlinge. In die noch schmelzerheißen/warmplastischen Schalen wird vor dem Zusammenfügen der Schalen zu einem wesentlichen geschlossenen Kraftstoffbehälter wenigstens ein Zubehörteil eingebracht.
  • Unter Zubehörteil im Sinne der Erfindung sind Ventile, Fördereinheiten, Schwalleinbauten, Füllstands-, Be- und Entlüftungsleitungen oder dergleichen zu verstehen.
  • Die Erfindung kann dahingehend zusammengefasst werden, dass die Zubehörteile mittels vorgefertigter Nietstifte an den noch im Werkzeug befindlichen noch nicht zusammengefügten Halbschalen des Kraftstoffbehälters befestigt werden, wobei die Nietstifte mit der noch warmplastischen/schmelzerheißen Wandung der Halbschalen verschweißt werden. Dabei dringt der Nietstift in die Behälterwandung ein und wird in dieser angeschmolzen und geht mit der Behälterwandung eine Verbindung im Sinne einer Verschweißung ein. Der Nietstift kann so ausgebildet sein, beispielsweise durch eine entsprechende Formgebung des Schafts, dass dieser auch eine formschlüssige Verbindung mit der Behälterwandung eingeht.
  • Der oder die Nietstifte können bereits vor der Einbringung des Zubehörteils in die im Werkzeug befindlichen Schalen in die Öffnungen des Zubehörteils eingesetzt worden sein. Alternativ können die Nietstifte in die Öffnungen des bereits auf die Behälterwandung aufgesetzten Zubehörteils eingeschossen werden.
  • Der Nietstift kann beispielsweise einen geschlitzten oder mit Vorsprüngen versehenen Schaft aufweisen, so dass dieser unverlierbar in der betreffenden Öffnung gesichert ist bzw. unverlierbar in die Öffnung einsetzbar ist.
  • Bei einer bevorzugten Variante des Verfahrens gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass mindesten ein Nietstift mit einem einstückig angeformten Nietkopf Anwendung findet.
  • Vorzugsweise werden die Schalen unter Ausnutzung der Extrusionswärme der Vorformlinge ausgeformt, wobei der Nietstift mit der noch schmelzerheißen Wandung der Schalen verschweißt wird.
  • Bei einer bevorzugten Variante des Verfahrens gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass die Einbringung und Vernietung des Zubehörteils unter Verwendung eines Blasformwerkzeugs mit wenigstens zwei jeweils eine Kavität aufweisenden Außenformen und einem zwischen die Außenformen verbringbaren Zubehörträger erfolgt. Über den Zubehörträger kann wenigstens ein Zubehörteil mittels entsprechender Einrichtungen aktiv in die Schalen eingebracht werden. Eine Befestigung des Zubehörteils an der Wandung der noch schemelzerheißen Schalen kann auch passiv unter Ausnutzung der Schließbewegung der Außenformen/Blasformhälften erfolgen.
  • Bei einem zweckmäßigen Variante des Verfahrens gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass der Zubehörträger in einen Mittenwerkzeug oder in einen Mittenrahmen integriert ist, oder als Mittenwerkzeug oder Mittenrahmen ausgebildet ist, wobei die Außenformen gegen den Mittenrahmen verfahrbar sind.
  • Bei einer besonders vorteilhaften Variante des Verfahrens gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass die Nietbefestigung nach dem Ausformen der Schalen durchgeführt wird, wobei die Ausformung der Schalen während oder unmittelbar nach einem anfänglichen Schließen der Außenformen erfolgt. Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, zunächst die Außenformen gegen einen Mittenrahmen oder gegen einen Abdichtrahmen zu schließen, um dann innerhalb der so abgedichteten Kavität die schmelzerheißen Vorformlinge unter Anwendung von Differenzdruck an die Außenformen anzulegen. Danach kann das Werkzeug geöffnet werden, der Abdichtrahmen kann zwischen den Außenformen des Werkzeugs entfernt werden. Dies hat den Vorteil, das bei nunmehr nur teilweise geschlossenen Werkzeug eine verhältnismäßig einfache Manipulation den dem Werkzeug abgekehrten Seiten der Schalen, die die spätere Behälterinnenwandung darstellen, möglich ist. Bei einem zweiten oder dritten Schließen der Werkzeuge können die Schalen schließlich zu einem geschlossenen Kraftstoffbehälter miteinander verschweißt werden.
  • Bevorzugt wird die Nietbefestigung nach oder bei einem erneuten Schließen der Außenformen, d. h. nach vollständigem Ausformen der Schalen durchgeführt.
  • Obwohl es grundsätzlich möglich ist, den oder die Nietstifte im kalten und vollständig ausgehärtetem Zustand mit der Wandung der Schale zu verschweißen, ist bei einer bevorzugten Variante des Verfahrens vorgesehen, die Nietstifte vor dem Verschweißen mit der Wandung aufzuheizen. Beispielsweise kann ein Zubehörteil bereits mit Nietstiften bestückt in dem Mittenwerkzeug gehalten werden. Über in das Mittenwerkzeug integrierte Infrarotheizstrahler kann das Zubehörteil mit den in diesem befindlichen Nietstiften aufgeheizt/erwärmt werden und anschließend unter entsprechender Krafteinwirkung an die Wandung der Schalen angepresst werden.
  • Zweckmäßigerweise wurde der Nietstift durch Spritzgießen von thermoplastischem Kunststoff erhalten. Dieser Kunststoff kann beispielsweise ein HDPE (High Density Polyethylen) sein, welches mit der Behälterwandung aus HDPE oder auf der Basis von HDPE im Sinne einer Verschweißbarkeit kompatibel ist.
  • Zweckmäßigerweise findet ein Zubehörteil mit einem Befestigungssockel Anwendung, der mehrere mit Öffnungen versehene Befestigungsohren aufweist, welche jeweils unmittelbar vor der Einbringung des Zubehörteils mit diesen durchsetzenden Nietstiften versehen wurden.
  • Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird weiterhin gelöst durch einen Kraftstoffbehälter aus thermoplastischem Kunststoff mit wenigstens einem innerhalb des Behälters angeordneten Zubehörteil, welches mit der Behälterwandung durch wenigstens eine Öffnung mit der Behälterwandung vernietet ist, wobei sich der Kraftstoffbehälter dadurch auszeichnet, dass die Öffnung mit einem mit der Behälterwandung verschweißten Nietstift durchsetzt ist, welcher in einem separaten Herstellungsverfahren erhalten wurde.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.
  • Wie vorstehend erwähnt, kann das Zubehörteil vor dessen Einbringung in den Behälter mit Nietstiften versehen worden sein. Hierzu ist es vorteilhaft, wenn die Nietstifte unverlierbar mit dem Zubehörteil verbunden sind. Beispielsweise können die Nietstifte einen Schaft aufweisen, der profiliert und/oder geschlitzt ist, sodass die Nietstifte unter Aufbringung entsprechenden Kraftaufwandes in den Öffnungen verrastet werden können.
  • Der Schaft der Nietstifte kann darüber hinaus mit einer entsprechend ausgestalteten Oberfläche versehen sein, die ein Abschmelzen oder Anschmelzen des Nietstiftes in der Behälterwandung erleichtert. Der Schaft der Nietstifte kann so bemessen sein, dass dieser mit einem gewissen Spiel innerhalb der Öffnungen gehalten wird, so dass beim Verschweißen der Nietstifte mit der Behälterwandung ein Schrumpfungsausgleich geschaffen wird. Unterschiedlicher Schrumpfungsverzug im Material kommt insbesondere bei unterschiedlichen Materialiendicken aufgrund verschiedener Wärmekapazitäten des Materials vor.
  • Schließlich können die Schäfte der Nietstifte so profiliert sein, dass diese beim Abschmelzen/Anschmelzen oder Eindringen in das aufgeschmolzene Material der Behälterwandung einen Formschluss mit der Behälterwandung herstellen, sodass eine Kombination aus Stoff- und Formschluss entsteht.
  • Es zeigen:
  • 1: eine Explosionsansicht eines Zubehörteils gemäß der Erfindung,
  • 2: eine Ansicht des Befestigungssockels des Zubehörteils,
  • 3: die Detailansicht III in 1,
  • 4 bis 6: schematische Darstellungen des Niet- und Befestigungsvorgangs des in 1 dargestellten Zubehörteils.
  • Das Verfahren gemäß Erfindung sieht zunächst die kontinuierliche Extrusion von zwei bahnförmigen Vorformlingen vor, die zwischen die geöffneten Hälften eines dreiteiligen Blasformwerkzeugs extrudiert werden, und zwar zunächst zwischen jeweils eine Blasformhälfte und einen zwischen den Blasformhälften angeordneten Werkzeugteiler/Abdichtrahmen. In einem weiteren Verfahrenschritt werden die Blasformhälften gegen den zwischen diesen angeordneten Werkzeugteiler unter Zwischenlage der Vorformlinge geschlossen. Dieser Schließbewegung der Blasformhälften überlagert ist eine Verfahrbewegung eines Maschinegrundgestells der Blasformmaschine unter dem Extrusionskopf weg. Das Formnest des Blasformwerkzeugs wird geschlossen, wobei der zwischen den Blasformhälften angeordnete Werkzeugteiler die Kavität des Blasformwerkzeugs abdichtet. Sodann werden die Vorformlinge unter Anwendung von Vakuum und/oder Überdruck in die Kavitäten der Blasformhälften angelegt und zu Schalen ausgeformt.
  • In einem weiteren Verfahrenschritt wird ein Bauteilträger/Zubehörträger zwischen den Blasformhälften platziert. Sodann werden die Blasformhälften erneut geschlossen. Ein vollständiges Schließen der Blasformhälften während dieses Vorgangs im Sinne einer Abdichtung ist nicht unbedingt erforderlich.
  • In einem weiteren Verfahrenschritt werden über den Zubehörträger/Bauteilträger Zubehörteile/Einbauteile gegen die in den Kavitäten ausgeformten Schalen gefügt bzw. an diesen befestigt.
  • Ein solches Zubehörteil als Betriebsentlüftungsventil 1 ist beispielsweise in 1 dargestellt. Das Betriebsentlüftungsventil 1 umfasst ein Ventilgehäuse 2 mit einem Nippel 3 zum Anschluss an einer Entlüftungsleitung sowie einen Befestigungssockel 4, der mit dem Ventilgehäuse 2 über die Rastzungen 5, die in entsprechende Rastausnehmungen 6 eintauchen, verklippst/verrastet ist. Das dargestellte Betriebsentlüftungsventil 1 ist als sogenanntes „Roll-over-Ventil” ausgebildet.
  • Der Befestigungssockel 4 des Betriebsentlüftungsventils ist mit drei Befestigungsohren 7 versehen, die jeweils eine Öffnung 8 aufweisen. Die Öffnung 8 ist als eingesenktes, kreisrundes Loch ausgebildet und nimmt einen Nietstift 9 auf, der einen Senkkopf 10 mit einer der Einsenkung der Öffnung 8 entsprechenden Kontur aufweist.
  • Der Nietstift 9 besteht aus thermoplastischem Kunststoff und wurde durch Spritzgießen vorgefertigt und vor Einsetzen des Betriebsentlüftungsventils 1 in den Kraftstoffbehälter in die betreffende Öffnung 8 des Befestigungssockels 4 eingesetzt. Der Befestigungssockel 4 kann ebenfalls aus thermoplastischem Kunststoff bestehen, beispielsweise ebenfalls aus HDPE, welcher beispielsweise mit einer Innenschicht 11 der Behälterwandung 12 des Kraftstoffbehälters verschweißbar ist.
  • Der Nietstift 9 besteht ebenfalls aus HDPE und ist in diesem Sinne mit der Innenschicht 11 der Behälterwandung 12 ebenfalls kompatibel.
  • In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Betriebsentlüftungsventil 1 mit einem abnehmbaren und verrastbaren Befestigungssockel 4 versehen, grundsätzlich kann dieses auch einteilig ausgebildet sein. Im vorliegenden Fall besteht das Ventilgehäuse 2 aus POM (Polyoxymethylen), der Befestigungssockel hingegen aus HDPE, beide Materialien sind nicht miteinander im Sinne einer Verschweißbarkeit kompatibel.
  • Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird das mit Nietstiften 9 bestückt Betriebsentlüftungsventil 1 bzw. der mit Nietstiften bestückte Befestigungssockel 4 bei der Ausformung des Behälters über die die Öffnungen 8 durchsetzenden Nietstifte mit der Behälterwandung 12 verschweißt, wie dies beispielsweise in den 4 bis 6 dargestellt ist. Der Nietstift 9 wird so mittels eines geeigneten Hilfsmittels/Werkzeugs durch die Öffnungen 8 in die noch warmplastische/schmelzerheiße Innenschicht 11 der Behälterwandug 12 getrieben, dass der Schaft 13 der Nietstifte mit der Innenschicht 11 der Behälterwandung 12 verschmilzt und der Senkkopf 10 des Nietstifts 9 sich hingegen vollständig in die Öffnungen 8 einfügt. Nach Aushärten der Behälterwandung 12 entsteht somit eine innige Verbindung zwischen den Nietstiften 9 und der Behälterwandung 12, wobei der Senkkopf 10, der Nietstifte 9, den Befestigungssockel 4 und somit das mit diesem verraste Ventilgehäuse 2 formschlüssig gegen die Behälterwandung 12 hält.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Betriebsentlüftungsventil
    2
    Ventilgehäuse
    3
    Nippel
    4
    Befestigungssockel
    5
    Rastzungen
    6
    Rastausnehmungen
    7
    Befestigungsohren
    8
    Öffnung
    9
    Nietstift
    10
    Senkkopf
    11
    Innenschicht
    12
    Behälterwandung
    13
    Schaft
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 1773570 B1 [0002, 0004]

Claims (12)

  1. Verfahren zur Nietbefestigung eines Zubehörteils mit einem Kunststoffkraftstoffbehälter, wobei die Nietbefestigung zum Zeitpunkt der Herstellung des Behälters durch Extrusionsblasformen eines geteilten schlauchförmigen Vorformlings oder zweier bahnförmig extrudierter Vorformlinge aus thermoplastischem Kunststoff unter Verwendung eines mehrteiligen Formwerkzeugs nach oder während der Ausformung zweier komplementärer Schalen erfolgt und wobei das Zubehörteil mit wenigstens einer Öffnung versehen wird oder versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Nietbefestigung mittels wenigstens eines vorgefertigten Nietstiftes aus thermoplastischem Kunststoff erfolgt, der in einem separaten Herstellungsverfahren erhalten wurde und der die Öffnung des Zubehörteils durchsetzend mit der Behälterwandung verschweißt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Nietstift mit einem einstückig eingeformten Nietkopf Anwendung findet.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalen unter Ausnutzung der Extrusionswärme der Vorformlinge ausgeformt werden, wobei der Nietstift mit der noch schmelzerheißen Wandung der Schalen verschweißt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einbringung und Vernietung des Zubehörteils unter Verwendung eines Blasformwerkzeugs mit wenigstens zwei jeweils eine Kavität aufweisenden Außenformen und einem zwischen die Außenformen verbringaren Zubehörträger erfolgt.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zubehörträger in einen Mittenwerkzeug oder einem Mittenrahmen integriert ist, oder als Mittenwerkzeug oder Mittenrahmen ausgebildet ist, wobei die Außenformen gegen den Mittenrahmen verfahrbar sind.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Nietbefestigung nach dem Ausformen der Schale durchgeführt wird, wobei die Ausformung der Schalen während oder unmittelbar nach einem anfänglichen Schließen der Außenformen erfolgt.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Nietbefestigung nach oder bei einem erneuten Schließen der Außenformen durchgeführt wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Nietstift vor dem Verschweißen mit der Wandung der Schalen aufgeheizt wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Nietstift durch Spritzgießen von thermoplastischem Kunststoff erhalten wurde.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Zubehörteil ein Zubehörteil mit einem Befestigungssockel Anwendung findet, der mehrere mit Öffnungen versehene Befestigungsohren aufweist, welche jeweils unmittelbar vor der Einbringung des Zubehörteils mit diesen durchsetzenden Nietstiften versehen wurden.
  11. Kraftstoffbehälter aus thermoplastischem Kunststoff mit wenigsten einem innerhalb des Behälters angeordneten Zubehörteil, welches mit der Behälterwandung (12) durch wenigstens eine Öffnung (8) vernietet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (8) mit einem mit der Behältewandung (12) verschweißten Nietstift (9) durchsetzt ist, welcher in einem separaten Herstellungsverfahren erhalten wurde.
  12. Kraftstoffbehälter nach Anspruch 11, hergestellt durch ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10.
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