DE102010032931A1

DE102010032931A1 - Behälter aus thermoplastischem Kunststoff

Info

Publication number: DE102010032931A1
Application number: DE201010032931
Authority: DE
Inventors: Dieter Schmitz; Timm Heidemeyer; Volker Treudt; Stefan Lenz
Original assignee: Kautex Textron GmbH and Co KG
Current assignee: Kautex Textron GmbH and Co KG
Priority date: 2010-07-30
Filing date: 2010-07-30
Publication date: 2012-02-02
Also published as: CN103025559A; US20130206775A1; CA2803415C; KR101435346B1; WO2012013287A2; US9132728B2; EP2598359A2; JP2013539439A; KR20130033433A; JP5604592B2; WO2012013287A3; CN103025559B; EP2598359B1; CA2803415A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Behälter (1) aus thermoplastischem Kunststoff mit wenigstens einem im Inneren des Behälters (1) vorgesehenen Einbauteil, welches durch eine Öffnung (3) in einer Behälterwandung (2) in den Behälter (1) eingesetzt ist und gegen einen im Bereich der Öffnung (3) vorgesehenen umlaufenden Flansch (4) abgedichtet ist. Der Flansch (4) ist einstückig mit der Behälterwandung (2) ausgebildet und in dieser versenkt. (1)

Description

Die Erfindung betrifft einen Behälter aus thermoplastischem Kunststoff. Die Erfindung betrifft insbesondere einen Nebenflüssigkeitsbehälter für ein Kfz. Unter Nebenflüssigkeitsbehälter sind beispielsweise Wisch-Wasch-Behälter, Behälter für Hydraulikflüssigkeit, Behälter für Bremsflüssigkeit oder Reduktionsmittelbehälter zur Aufnahme eines Reduktionsmittels für die selektive katalytische Reduktion von Abgasen eines Kfz zu verstehen.
Grundsätzlich kann ein Behälter gemäß der vorliegenden Erfindung auch als Kraftstoffbehälter für ein Kfz ausgebildet sein. Behälter der vorstehend genannten Art werden in der Regel aus thermoplastischem Kunststoff extrusionsblasgeformt und bestehen aus einem thermoplastischem Kunststoff, der zumindest überwiegend auf HDPE (High Density Polyethylene) basiert.
Bei der Gestaltung derartiger Behälter sind verschiedenste durch die Einbausituation des Behälters im Kfz vorgegebene Randbedingungen einzuhalten. Einerseits soll der Behälter ein maximales Füllvolumen aufweisen, andererseits soll die äußere Kontur möglichst so gestaltet sein, dass eine optimale Bauraumausnutzung in der Einbausituation gegeben ist. Ferner sollen Anschlüsse am Behälter möglichst geschützt angeordnet sein. Anschlüsse in diesem Sinne sind beispielsweise Nippel, Wartungs- und Befüllöffnungen sowie sonstige Durchführungen am Behälter.
Es ist grundsätzlich bekannt, in der Behälterwandung Öffnungen vorzusehen, durch welche Einbauteile derart in den Behälter eingebracht werden, dass diese selbst den Behälter im Bereich der Öffnung dichtend verschließen. Nicht selten werden die Teile mit der Behälterwandung verschweißt, und zwar im Bereich eines hierfür auf der Behälterwandung außen vorgesehenen Schweißflanschs. Das Vorsehen solcher Schweißflansche am Behälter ist grundsätzlich nicht kompatibel mit der Forderung nach Bauraumoptimierung und optimaler Volumennutzung des Behälters.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Behälter aus thermoplastischem Kunststoff bereitzustellen, der derart mit wenigstens einer Behälteröffnung versehen ist, dass der Forderung nach optimaler Bauraumausnutzung und optimaler Volumenausnutzung weitestgehend Rechnung getragen wird.
Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Behälters bereitzustellen.
Die Aufgabe wird zunächst gelöst durch einen Behälter aus thermoplastischem Kunststoff mit wenigstens einem im Inneren des Behälters vorgesehenen Einbauteil, welches durch eine Öffnung in einer Behälterwandung in den Behälter eingesetzt ist und gegen einen im Bereich der Öffnung vorgesehenen umlaufenden Flansch abgedichtet ist, wobei der Flansch einstückig mit der Behälterwandung ausgebildet ist, der Flansch auf der Außenseite des Behälters zumindest teilweise untergreifbar und/oder umgreifbar ausgebildet ist.
Der Behälter gemäß der Erfindung besitzt den Vorzug, dass die Fügefläche des Flanschs nicht oder zumindest nicht wesentlich über die Behälteraußenwandung hervorsteht, sodass der Behälter eine im Wesentlichen geschlossene Hüllkurve aufweist, wodurch eine optimale Bauraumausnutzung in der Einbausituation gewährleistet ist. Unter „Teilen der Behälteraußenwandung” im Sinne der Erfindung sind Teile der Mantelfläche des Behälters zu verstehen, sodass sich die Fügefläche des Flanschs in die äußere Kontur des Behälters einfügt.
Eine zweckmäßige Ausgestaltung des Behälters gemäß der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der Flansch randseitig mit einem oder mehreren nach außen vorstehenden Vorsprüngen in Form von Stegen, Haltenocken oder dergleichen versehen ist. An solchen Vorsprüngen, Stegen oder Haltenocken kann ein Spannwerkzeug angreifen, welches die beim Fügevorgang/Verschweißen auf die Fügefläche des Flansches aufgebrachten Kräfte aufnimmt.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Flansch mittels eines metallenen Krallenrings verstärkt ist, der wenigstens eine, vorzugsweise mehrere nach außen vorstehende Haltekrallen aufweist. Solche Haltekrallen können von einem Spannwerkzeug um- oder hintergreifbar sein.
Zweckmäßigerweise ist die Fügefläche des Flansches zumindest mit Teilen der Behälteraußenwandung fluchtend ausgebildet.
Zweckmäßigerweise ist der Flansch zumindest über Teile seines Umfangs mit Hinterschneidungen versehen, die beispielsweise von einer Halteeinrichtung hintergreifbar sind. Ein solche Halteeinrichtung kann beispielsweise eine Spannzange sein, wie sie zum Herstellen einer Schweißverbindung als Widerlager für den aufzubringenden Fügedruck verwendet wird.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Behälters gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass die Hinterschneidung durch wenigstens eine Vertiefung in der Behälterwandung zu Lasten des Behältervolumens gebildet ist. Das erfindungsgemäße Konzept kann dahingehend zusammengefasst werden, dass der Flansch gemäß der Erfindung in die Mantelfläche des Behälters versenkt ist bzw. eingesenkt ist und dennoch hintergreifbar bzw. untergreifbar ist. Auf diese Art und Weise wird gewährleistet, dass der Flansch bei der Herstellung einer Schweißverbindung mit einem Anbauteil oder Einbauteil mit einem Gegenlager oder Wiederlager hintergreifbar ist, ohne dass es hierzu erforderlich wäre, die Schweißfläche von der Innenseite des Behälters zu stützen. Auf diese Art und Weise kann die bei der Verschweißung aufzubringende Gegenkraft bzw. Angleichkraft von einem Stützelement aufgenommen werden, sodass die Behälterwandung im Wesentlichen von den Fügekräften beim Schweißen freigehalten wird.
Bei einer besonders bevorzugten Variante des Behälters gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass der Flansch mehrere mit Abstand zueinander angeordnete Hinterschneidungen aufweist, die durch mehrere mit Abstand zueinander vorgesehene Vertiefungen in der Behälteraußenwandung gebildet sind.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Vertiefungen durch bezogen auf die Öffnung sich radial erstreckende Erhebungen unterbrochen sind, welche jeweils im Inneren des Behälters Zulaufrinnen in Richtung auf die Öffnung bilden. Diese Geometrie hat den Vorzug, dass beispielsweise bei einem Kraftstoffbehälter ein Schwallbehälter in die Öffnung eingesetzt werden kann, derart, dass der den Verschluss der Öffnung bildende Boden des Schwallbehälters das Behältertiefste bildet und die Flüssigkeit zu dem durch den Boden des Schwallbehälters definierten tiefsten Absaugpunkt gelangen kann. Dies ist auch bei einer Variante des Behälters als Reduktionsmittelbehälter vorteilhaft, bei welchem beispielsweise ein Heizmodul in den Behälter eingesetzt wird, über welches das Reduktionsmittel am Boden des Behälters angesaugt wird. Auch in diesem Falle bildet der in Einbaulage untere Abschluss des Heizelementes, der die Öffnung verschließt, das Behältertiefste, sodass die Flüssigkeit zu dem tiefsten Absaugpunkt gelangen kann.
Die in der Behälteraußenwandung vorgesehenen, sich radial erstreckenden Erhebungen bilden behälterinnenseitig Zulaufrinnen in den Bereich der Öffnung.
Bei einer bevorzugten Variante des Behälters gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass dieser durch Extrusionsblasformen erhalten wurde. Dieser kann beispielsweise durch Extrusionsblasformen aus Polyethylen oder aus einem Material auf Basis von Polyethylen erhalten worden sein. Dieser kann ein- oder mehrschichtig ausgebildet sein. Im Falle der Ausbildung als mehrschichtiger Behälter kann dieser beispielsweise als Co-Extrudat mit Barriereschichten für Sauerstoff und/oder Kohlenwasserstoffe ausgebildet ist. Das Einbauteil kann beispielsweise mit einem Sockel oder Deckel versehen sein, der aus einem im Sinne der Verschweißbarkeit mit dem Flansch kompatibeln Material besteht.
Bevorzugt ist das Einbauteil die Öffnung verschließend in den Behälter eingesetzt und mit dem Flansch verschweißt. Alternativ ist eine stoffschlüssige Verbindung mittels eines Haftvermittlers, beispielsweise eines Heißklebstoffs, möglich.
Der Behälter gemäß der Erfindung ist bevorzugt als Reduktionsmittelbehälter für ein Kfz mit katalytischer Abgasreduktion ausgebildet, wobei der Behälter als Einbauteil wenigstens ein Funktionsmodul, insbesondere ein Heizmodul umfasst.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Behälters aus thermoplastischem Kunststoff mit wenigstens einem in eine Öffnung des Behälters den Behälter dicht verschließend einzusetzenden Einbauteil, umfassend die einstückige Herstellung des Behälters mit einer Öffnung, wobei bei der Ausformung des Behälters die Öffnung mit einem umlaufenden, von außen in der Behälterwandung versenkten, hintergreifbaren Flansch hergestellt wird, das Hintergreifen des Flansches mittels einer Haltevorrichtung, das Erwärmen des Flansches mittels einer Heizeinrichtung, das Einsetzen eines Einbauteils mit Deckelverschluss in die Öffnung sowie das Fügen des zuvor ebenfalls erwärmten Deckelverschlusses gegen den Flansch unter Druck zwecks Verschweißen der Fügeflächen des Flansches und des Deckelverschlusses unter Abstützung gegen die Haltevorrichtung sowie das anschließende Entfernen der Haltevorrichtung.
Mit dem Verfahren gemäß der Erfindung wird eine Spannzange als Halteelement beim Verschweißen des Einbauteils gegen den Flansch an dem Flansch angelegt, sodass deren Halteelemente den Flansch hintergreifen. Diese können dabei in vorteilhafter Art und Weise in die Vertiefungen der Behälteraußenwandung eintauchen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.
Es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht des Behälters gemäß der Erfindung im Bereich einer Öffnung, wobei die Ansicht die Außenseite und Unterseite des Behälters zeigt,
2 einen Schnitt entlang der Linien 1-1 in 1,
3 eine perspektivische Ansicht eines Teils des Behälters gemäß der Erfindung nach einem weiteren Ausführungsbeispiel,
4 ein drittes Ausführungsbeispiel des Behälters gemäß der Erfindung,
5 ein viertes Ausführungsbeispiel des Behälters gemäß der Erfindung, und
6 ein fünftes Ausführungsbeispiel des Behälters gemäß der Erfindung.
In 1 ist der Behälter 1 perspektivisch dargestellt, wobei die Figur die Außenseite und Unterseite der Behälterwandung 2 zeigt. In der Behälterwandung 2 ist eine kreisrunde Öffnung 3 vorgesehen, durch die ein nicht dargestelltes Einbauteil in den Behälter 1 einsetzbar ist, und zwar in einer die Öffnung 3 verschließenden Art und Weise.
Der Behälter 1 ist als Reduktionsmittelbehälter für ein Kfz mit selektiver katalytischer Abgasreduktion vorgesehen. Dieser kann aber auch als Flüssigkeitsbehälter für sonstige Betriebsflüssigkeiten eines Kfz vorgesehen sein. Der Behälter 1 besteht im Wesentlichen aus einem thermoplastischem Kunststoff auf der Basis von HDPE (High Density Polyethylene). Dieser wurde einstückig durch Extrusionsblasformen von thermoplastischem Kunststoff erhalten.
Das in die Öffnung 3 einzusetzende Einbauteil umfasst einen Boden und/oder Deckelverschluss, der mit der Behälterwandung 2 über den Umfang der Öffnung 3 verschweißt wird.
Die Öffnung 3 ist randseitig von einem Flansch 4 eingefasst, der der Verschweißung mit dem Einbauteil bzw. mit einem Boden/Deckel des Einbauteils dient. Der Flansch 4 wurde bei der Ausformung des Behälters 1 einstückig mit diesem ausgebildet, und zwar ist dieser in die Behälterwandung 2, wie nachstehend noch beschrieben wird, eingesenkt. Das heißt, dass der Flansch 4 zu Lasten des Behältervolumens ausgebildet wurde.
Wie dies insbesondere der 1 zu entnehmen ist, sind in der Behälterwandung 2/Behälteraußenwandung 4 mit Abstand zueinander angeordnete Einsenkungen 5 vorgesehen, welche mit gleichmäßigem Abstand zueinander den Umfang des Flansches 4 definieren. Die Einsenkungen 5 sind so ausgebildet, dass sie kreissegmentartige Hinterschneidungen 6 des Flansches 4 bilden.
Der Flansch 4 bildet eine Fügefläche 7, die im Übrigen mit der Oberfläche 8 der Behälterwandung 2 außerhalb der Einsenkungen 5 fluchtet. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel hat die Öffnung 3 einen kreisrunden Querschnitt, der diese umgebende Flansch 4 ist demzufolge kreisringförmig ausgebildet, die Einsenkungen 5 sind als Segmente eines Kreisrings ausgebildet, der von vier Materialbrücken 9 durchbrochen ist. Selbstverständlich muss die Öffnung 3 nicht kreisrund sein, sondern kann eine beliebig gestaltete Umrisslinie aufweisen, entsprechend ändert sich die Kontur des Flansches. Dementsprechend sind auch die Einsenkungen 5 anders zu gestalten.
Die Materialbrücken 9 stellen Durchbrechungen des Flansches 4 dar, in diesem Bereich ergibt sich eine ungestörte Verbindung der Oberfläche 8 der Behälterwandung 2 bis an die durch die Öffnung 3 definierte Begrenzungslinie der Behälterwandung 2. Von der Innenseite des Behälters 1 betrachtet bilden die Materialbrücken 9 Rinnen, die einen Zulauf von in dem Behälter 1 vorgesehener Flüssigkeit zu einem die Öffnung 3 abdeckenden Verschluss/Deckelverschluss bildet, der somit das Tiefste des Behälters definiert, sodass beispielsweise Flüssigkeit zu dem tiefsten Absaugpunkt im Behälter 1 gelangen kann, der im Bereich der Öffnung 3 vorgesehen ist. Dies ist beispielsweise vorteilhaft, wenn in den Behälter 1 durch die Öffnung 3 eine Pumpe oder ein Heizelement eingesetzt wird.
Das Verschließen der Öffnung erfolgt vorzugsweise durch Heizelementschweißen, wobei die zur Verschweißung benötigte Energie durch ein Heizelement in den Flansch 4 eingebracht wird (Kontaktwärmeübertragung). Dies erfolgt beispielsweise mittels eines Schweißspiegels, der auf den Flansch gedrückt wird. Die Fügefläche 7 des Flansches wird mittels des nicht dargestellten Schweißspiegels erweicht. Zeitgleich wird das zu fügende Bauteil ebenfalls mit demselben Schweißspiegel oder mit einem weiteren Schweißspiegel an der entsprechenden Kontaktfläche/Fügefläche erweicht. Sodann wird das Bauteil mit einer gewissen Andruckkraft auf die Fügefläche 7 aufgedrückt, die Andruckkraft wird anschließend reduziert, damit das erweichte Material nicht aus dem Bereich der Fügefläche 7 verdrängt wird.
Um die erforderliche Gegenkraft aufbringen zu können, werden die Hinterschneidungen 6 des Flansches 4 mittels Halteelementen 10 hintergriffen, die Teil einer nicht dargestellten Spannzange sind. Nach Beendigung des Schweißvorgangs können die Halteelemente 10 entfernt werden.
Bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Flansch 4 des Behälters 1 mit einem die Öffnung 3 einfassenden Krallenring 11 versehen, welcher nach außen vorstehende, hintergreifbare Haltekrallen 12 aufweist, die mit Abstand verteilt über den Umfang des Krallenrings 11 nach außen hervorstehen. Der Krallenring 11 wurde bei der Herstellung des Behälters 1 im Bereich der Öffnung 3 in diesen eingeblasen.
Bei der in 4 dargestellten Variante des Behälters 1 sind an der äußeren Behälterwandung 2 über den Umfang des Flansches 4 gleichmäßig verteilt, sich etwa radial erstreckende Materialstege 13 angeformt.
Bei dem Ausführungsbeispiel des Behälters 1 nach 5 sind anstelle der Materialstege 13 pilzförmig ausgebildete Haltenocken 14 vorgesehen.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 6 sind am Umfang der Öffnung 3 des Behälters 1 an die Behälterwandung 2 ebenfalls Materialstege 15 angeformt, die ebenso wie die Haltenocken 14 und die Materialstege 13 oder die Haltekrallen 12 das Angreifen eines Spannwerkzeuges erlauben.
Bezugszeichenliste

1: Behälter
2: Behälterwandung
3: Öffnung
4: Flansch
5: Einsenkungen
6: Hinterschneidungen
7: Fügefläche
8: Oberfläche
9: Materialbrücken
10: Halteelement
11: Krallenring
12: Haltekrallen
13: Materialstege
14: Haltenocken
15: Materialstege

Claims

Behälter (1) aus thermoplastischem Kunststoff mit wenigstens einem im Inneren des Behälters (1) vorgesehenen Einbauteil, welches durch eine Öffnung (3) in einer Behälterwandung (2) in den Behälter (1) eingesetzt ist und gegen einen im Bereich der Öffnung (3) vorgesehenen umlaufenden Flansch (4) abgedichtet ist, wobei der Flansch (4) einstückig mit der Behälterwandung (2) ausgebildet ist und der Flansch (4) auf der Außenseite des Behälters (1) zumindest teilweise untergreifbar und/oder umgreifbar ausgebildet ist.
Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (4) randseitig mit einem oder mehreren nach außen vorstehenden Vorsprüngen in Form von Stegen (13, 15), Haltenocken (14) oder dergleichen versehen ist.
Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (4) mittels eines metallenen Krallenrings (11) verstärkt ist, der wenigstens eine, vorzugsweise mehrere nach außen vorstehende Haltekrallen (12) aufweist.
Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fügefläche (7) des Flansches (4) zumindest mit Teilen der Behälteraußenwandung fluchtend ausgebildet ist.
Behälter nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (4) zumindest über Teile seines Umfangs mit Hinterschneidungen (6) versehen ist.
Behälter nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinterschneidungen (6) durch wenigstens eine Vertiefung in der Behälterwandung (2) zu Lasten des Behältervolumens gebildet sind.
Behälter nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (4) mehrere mit Abstand zueinander angeordnete Hinterschneidungen (6) aufweist, die durch mehrere mit Abstand zueinander vorgesehene Vertiefungen in der Behälteraußenwandung gebildet sind.
Behälter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen durch bezogen auf die Öffnung sich radial erstreckende Erhebungen auf der Außenseite des Behälters unterbrochen sind, welche jeweils im Inneren des Behälters (1) Zulaufrinnen in Richtung auf die Öffnungen (3) bilden.
Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass dieser durch Extrusionsblasformen erhalten wurde.
Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbauteil die Öffnung verschließend in den Behälter (1) eingesetzt ist und mit dem Flansch (4) verschweißt ist.
Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 10 als Reduktionsmittelbehälter für ein Kfz mit katalytischer Abgasreduktion, wobei der Behälter (1) als Einbauteil wenigstens ein Funktionsmodul, insbesondere ein Heizmodul umfasst.
Verfahren zur Herstellung eines Behälters aus thermoplastischem Kunststoff mit wenigstens einem in eine Öffnung des Behälters den Behälter dicht verschließend einzusetzenden Einbauteil, umfassend die einstückige Herstellung des Behälters mit wenigstens einer Öffnung, wobei bei der Ausformung des Behälters die Öffnung mit einem umlaufenden, von außen in der Behälterwandung versenkten, hintergreifbaren Flansch hergestellt wird, das Hintergreifen des Flansches mittels einer Haltevorrichtung, das Erwärmen des Flansches mittels einer Heizeinrichtung, das Einsetzen eines Einbauteils mit Deckelverschluss in die Öffnung sowie das Fügen des zuvor ebenfalls erwärmten Deckelverschlusses gegen den Flansch unter Druck zwecks Verschweißen der Fügeflächen des Flansches und des Deckelverschlusses unter Abstützung gegen die Haltevorrichtung sowie das anschließende Entfernen der Haltevorrichtung.