DE102011015049B4

DE102011015049B4 - Kraftstoffbehälter aus thermoplastischem Kunststoff für ein Kfz sowie Verfahren zur Herstellung eines Kraftstoffbehälters

Info

Publication number: DE102011015049B4
Application number: DE102011015049.8A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Karsch; Dirk Eulitz
Original assignee: Kautex Textron GmbH and Co KG
Current assignee: Kautex Textron GmbH and Co KG
Priority date: 2011-03-24
Filing date: 2011-03-24
Publication date: 2015-09-10
Anticipated expiration: 2031-03-25
Also published as: US20140014663A1; KR101456409B1; DE102011015049A1; EP2688762B1; CN103442921A; WO2012126569A2; KR20130124577A; WO2012126569A3; EP2688762A2; US10086687B2; CN103442921B

Abstract

Kraftstoffbehälter (6) aus thermoplastischem Kunststoff für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem Versteifungselement (8) innerhalb des Kraftstoffbehälters (6), wobei sich das Versteifungselement (8) innerhalb des Kraftstoffbehälters (6) zwischen zwei gegenüberliegenden Behälterwandungen (15) erstreckt, Teile des wenigstens einen Versteifungselements (8) die Behälterwandung (15) durchsetzen und Teile des wenigstens einen Versteifungselements (8) die Behälterwandung (15) von außen hintergreifen, wobei das wenigstens eine Versteifungselement (8) mit wenigstens einem mehrteiligen Befestigungskopf (11) versehen ist, der ein erstes die Behälterwandung (15) von innen durchgreifendes und ein zweites die Behälterwandung (15) von außen durchgreifendes Verschlussmittel aufweist, die komplementär zueinander ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlussmittel die Behälterwandung (15) zwischen sich einspannen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffbehälter aus thermoplastischem Kunststoff für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem Versteifungselement innerhalb des Kraftstoffbehälters, wobei sich das Versteifungselement innerhalb des Kraftstoffbehälters zwischen zwei gegenüberliegenden Behälterwandungen erstreckt, Teile des Versteifungselements die Behälterwandungen durchsetzen und Teile des Versteifungselements die Behälterwandungen von außen hintergreifen.
Ein solcher Kraftstoffbehälter ist beispielsweise aus der DE 10 2008 009 829 A1 bekannt.
Kraftstoffbehälter aus thermoplastischem Kunststoff werden fast ausnahmslos auf der Basis von HDPE (High Density Polyethylen) gefertigt. Verwendet werden hier mehrschichtige Extrudate mit Barriereschichten für Kohlenwasserstoffe, die der nicht vollständigen Beständigkeit von Polyethylen gegen Kohlenwasserstoffe Rechnung tragen. An dieser Stelle sei erwähnt, dass anstelle der Verwendung von Co-Extrudaten auf der Basis von HDPE mit Barriereschichten für Kohlenwasserstoffe auch einschichtige Extrudate verwendet werden, die durch chemische Behandlung, beispielsweise durch Sulphonieren oder Fluorieren auf der Innenseite des Behälters gegen eine Kohlenwasserstoffdiffusion durch das Material beständig gemacht worden sind.
Hinsichtlich der Verarbeitbarkeit und der Stabilität hat sich HDPE als ein besonders geeignetes Material für die Herstellung von Kraftstoffbehältern erwiesen. HDPE ist hinreichend formstabil und beständig, insbesondere auch bei Stoßeinwirkungen, wie diese beispielsweise aufprallbedingt in einem Kraftfahrzeug auftreten können.
Die Verwendung von HDPE als Werkstoff zur Herstellung thermoplastischer Kunststoffbehälter ist allerdings mit dem Nachteil behaftet, dass HDPE bei längerer Druckbeaufschlagung eine gewisse Kriechneigung aufweist. Die Kriechneigung des Kunststoffs ist eher eine Funktion der Zeit als des absoluten Drucks.
Kraftstoffbehälter werden üblicherweise weitstgehend drucklos betrieben. Unter drucklos in diesem Sinne ist ein Systemdruck von in der Regel –30 bis +100 mbar, bezogen auf den Atmosphärendruck, zu verstehen. Die Druckverhältnisse in dem Kraftstoffbehälter können sich beispielsweise durch Befüllung und Entleerung, Temperaturschwankungen, Bewegungen des Kraftstoffs im Kraftstoffbehälter und dergleichen ändern. Um die Drucklosigkeit in dem Kraftstoffbehälter zu gewährleisten, werden die Druckänderungen über Entlüftungsventile und Leitungen ausgeglichen. Die Entlüftung erfolgt üblicherweise über ein Aktivkohlefilter an die Atmosphäre. Ein solches Aktivkohlefilter wird normalerweise bei Betrieb der Brennkraftmaschine in regelmäßigen Abständen rückgespült, was durch Ansaugen von Verbrennungsluft für die Brennkraftmaschine über das Aktivkohlefilter realisiert wird.
Bei Hybridfahrzeugen ist die Möglichkeit, das Aktivkohlefilter zu spülen, begrenzt, da der Verbrennungsmotor nur in bestimmten Fahrsituationen zugeschaltet wird. Dies bedeutet, dass bei Hybridfahrzeugen Betriebssituationen vorherrschen können, in denen es vorteilhaft ist, wenn der Kraftstoffbehälter verschlossen wird. Dabei kann es auch über längere Zeiträume zu einem leicht erhöhten Innendruck innerhalb des Kraftstoffbehälters kommen. Für solche Fahrzeuge ist es deshalb erforderlich, den Kraftstoffbehälter entsprechend druckfest zu gestalten. Dieses Problem ist bereits in der zuvor erwähnten DE 10 2008 009 829 A1 mit weiteren Verweisen zum Stand der Technik beschrieben.
Zur Lösung dieses Problems wird beispielsweise in der DE 10 2008 009 829 A1 vorgeschlagen, einen Kraftstoffbehälter für Kraftfahrzeuge aus thermoplastischem Kunststoff mit wenigstens einem Versteifungselement innerhalb des Kraftstoffbehälters auszugestalten, wobei sich das Versteifungselement so zwischen zwei gegenüberliegenden Behälterwandungen erstreckt, dass es einer durch Innendruck des Kraftstoffbehälters bedingten Deformation entgegenwirkt. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass zwei Enden des innerhalb des Kraftstoffbehälters angeordneten Versteifungselements die Behälterwandung von außen hintergreifen. Dies hat den Vorzug, dass die Verbindung zwischen Versteifungselement und Behälterwandung lediglich auf Druck belastet wird, wodurch der Kriechneigung des Kunststoffs im Bereich der Verbindung zwischen Versteifungselement und Behälterwandung entgegengewirkt wird.
Das Versteifungselement gemäß DE 10 2008 009 829 A1 ist als mehrteilige Fördereinheit ausgebildet, wobei sich die Fördereinheit zwischen gegenüberliegenden, fluchtenden, größeren Öffnungen in der Behälterwandung erstreckt, und sich die Fördereinheit jeweils auf gegenüberliegenden Seiten der Behälterwandung mit einem flanschartigen Befestigungskragen gegen die Behälteraußenwandung abstützt.
Diese Anordnung beansprucht verhältnismäßig viel Bauraum innerhalb des Behälters, der zwar wegen seiner Kraftstoffdurchflutung kein nennenswertes Behältervolumen in Anspruch nimmt, der jedoch das Vorsehen von größeren, insgesamt die Behälterwandung destabilisierenden Öffnungen erfordert. Die Ausbildung des Kraftstoffbehälters gemäß DE 10 2008 009 829 A1 ist insgesamt so, dass die Einbringung des Versteifungselements in Form einer Fördereinheit jedenfalls nach Fertigstellung des Behälters bzw. der Behälterblase erfolgen muss. Darüber hinaus ist das Versteifungselement so beschaffen, dass bei einem einfachen Kraftstoffbehälter nur eines davon vorgesehen werden kann, bei einem Satteltank mit zwei oder mehr großen Tankvolumina können allenfalls zwei solcher Versteifungselemente im Tank vorgesehen werden.
Grundsätzlich ist es bekannt, auch Versteifungselemente in Form einfacher Verstrebungen bei der Herstellung des Kraftstoffbehälters in diesen einzubringen. Diese als sog. „Stand Off's” bezeichneten Verstrebungen können beispielsweise während der Herstellung des Kraftstoffbehälters aus mehreren bahn- oder bänderförmigen Vorformlingen durch Extrusionsblasformen in diesen eingebracht worden sein. Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus der DE 10 2006 031 902 A1 bekannt. Dieses Verfahren betrifft die Herstellung von Kraftstoffbehältern aus thermoplastischem Kunststoff, bei welchem bahn- oder bänderförmige Vorformlinge aus plastifiziertem Kunststoff in einem mehrteiligen, ein Formnest bildenden Werkzeug durch Aufweiten und Anlegen der Vorformlinge an die Innenkontur des Formnests umgeformt werden, wobei das Verfahren zunächst die Ausbildung zweier zueinander komplementärer Zwischenerzeugnisse in Form von Schalen umfasst, an denen jeweils in Einbaulage einander zugekehrten Innenseiten der Schalen jeweils ein Einbauteil befestigt wird, und wobei wenigstens einige der Einbauteile zueinander komplementärer Schalen jeweils komplementär zueinander ausgebildet sind, in dem Sinne, dass sie zu einem zusammengesetzten Bauteil oder zu einer Funktionseinheit verbindbar sind, und weiterhin die Schalen so zusammengefügt werden, dass die zueinander komplementären Einbauteile ineinander greifen oder in Wirkverbindung miteinander gelangen. Im Falle der DE 10 2006 031 902 A1 , auf die hier insbesondere in Bezug auf das Herstellungsverfahren für den Kraftstoffbehälter auch zum Zwecke der Offenbarung vollinhaltlich Bezug genommen wird, sind als Einbauteile jeweils zueinander komplementäre, den Hohlkörper stabilisierende Verstrebungsteile vorgesehen, die beim Verbinden der Schalen miteinander verrastet werden.
Der in der DE 10 2006 031 902 A1 beschriebene Kraftstoffbehälter bringt nicht die zuvor beschriebenen Nachteile mit sich. Es hat sich allerdings herausgestellt, dass der Druckfestigkeit eines solchen Kraftstoffbehälters ebenfalls gewisse Grenzen gesetzt sind. Die als Einbauteile vorgesehenen Verstrebungsteile werden bei dem Verfahren gemäß DE 10 2006 031 902 A1 mit der noch warmplastischen Innenwandung der Schalen verschweißt oder vernietet. Versuche mit einem solchen Kraftstoffbehälter haben gezeigt, dass solche Verbindungen unter Umständen auch durch die Kriechneigung des thermoplastischen Kunststoffs bei dauernder Druckbeanspruchung beeinträchtigt werden.
Die US 4,517,231 A betrifft einen rotationsgesinterten nahtlosen Polymerbehälter mit in dessen Innenraum angeordneten Schwallwänden. Der Behälter weist im Wesentlichen die Merkmale des Oberbegriffs von Anspruchs 1 auf.
Aus dem EP 1 238 845 A2 ist ein durch Extrusionsblasformen hergestellter Kraftstoffbehälter aus thermoplastischem Kunststoff bekannt, in welchem eine Schwallwand- und Bauteilträgeranordnung angeordnet ist, welche bei der Herstellung umblasen wurde.
Aus dem Dokument US 6,135,306 A ist ein Kraftstoffbehälter aus thermoplastischem Kunststoff bekannt, der wenigstens ein säulenförmiges Versteifungselement in seinem Inneren aufweist, das sich innerhalb des Kraftstoffbehälters zwischen zwei gegenüberliegenden Behälterwandungen erstreckt. Ein Fuß des Verstärkungselements ist mit einer unteren Behälterwandung verschweißt, das obere Ende des Verstärkungselements ist durch eine Öffnung in der oberen Behälterwandung hindurchgeführt und mit einer sich außen auf der Behälterwand abstützenden Verschlusskappe verschweißt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Kraftstoffbehälter der eingangs genannten Art im Hinblick auf eine besonders einfache Herstellbarkeit und auf eine dauerhafte Druckfestigkeit zu verbessern. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Kraftstoffbehälters bereitzustellen.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1 und 12, vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung umfasst einen Kraftstoffbehälter aus thermoplastischem Kunststoff für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem Versteifungselement innerhalb des Kraftstoffbehälters, wobei sich das Versteifungselement innerhalb des Kraftstoffbehälters zwischen zwi gegenüberliegenden Behälterwandungen erstreckt, Teile des Versteifungselements die Behälterwandung durchsetzen und Teile des Versteifungselementes die Behälterwandung von außen hintergreifen, wobei sich der Kraftstoffbehälter gemäß der Erfindung dadurch auszeichnet, dass das Versteifungselement mit wenigstens einem mehrteiligen Befestigungskopf versehen ist, der ein erstes die Behälterwandung von innen durchgreifendes und ein zweites, die Behälterwandung von außen durchgreifendes Verschlussmittel aufweist, die komplementär zueinander ausgebildet sind. Ein solcher Kraftstoffbehälter besitzt insbesondere den Vorzug, dass großflächige, zueinander fluchtende Auskreisungen bzw. Öffnungen in gegenüberliegenden Wandungsbereichen des Kraftstoffbehälters nicht erforderlich sind. Darüber hinaus vereint der Kraftstoffbehälter gemäß der Erfindung die Vorzüge des behälterinnenseitig eingebrachten „Stand Off's”, wie er beispielsweise in der DE 10 2006 031 902 A1 beschrieben ist, mit den Vorzügen des Kraftstoffbehälters aus der DE 10 2008 009 829 A1 , bei welchem das Verbindungselement sich beiderseitig gegen die Behälteraußenwandung abstützt.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass ein zweites, die Behälterwandung von außen durchgreifendes Verschlussmittel vorgesehen ist, welches mit dem ersten Verschlussmittel so formschlüssig und/oder stoffschlüssig zusammenwirkt, dass die Verschlussmittel die Behälterwandungen zwischen sich einspannen.
Bei einer besonders bevorzugten Variante des Kraftstoffbehälters gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass die Verschlussmittel miteinander verschraubt sind.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Verschlussmittel miteinander verrastet sind, in diesem Falle kann beispielsweise das von außen die Behälterwandung durchgreifende Verschlussmittel nach Art eines Druckknopfs mit dem ersten Verschlussmittel verrastet sein.
Das zweite, die Behälterwandung von außen durchgreifende Verschlussmittel kann zusätzlich oder alternativ mit dem ersten Verschlussmittel verschweißt oder verklebt worden sein. Darüber hinaus kann das zweite Verschlussmittel mit dem ersten Verschlussmittel formschlüssig zusammenwirken, hingegen mit einem die Behälteraußenwandung übergreifenden Kragen mit der Behälteraußenwandung verschweißt worden sein.
Schließlich kann das zweite Verschlussmittel mit der Behälteraußenwandung verschweißt sein und mit einem Zapfen in eine entsprechende Ausnehmung des ersten Verschlussmittels eintauchen, wobei im Bereich der Durchdringung der Verschlussmittel nicht notwendigerweise eine Verrastung, ein Verkleben oder ein Verschweißen vorgesehen sein muss.
Bei einer zweckmäßigen Variante des Kraftstoffbehälters gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass der Befestigungskopf des Versteifungselements mit der Behälterinnenwandung verschweißt ist.
Hierzu kann der Befestigungskopf wenigstens einen Schweißkragen aufweisen, der mit der Behälterinnenwandung im Bereich einer Durchführung durch die Behälterwandung umlaufend verschweißt ist, so dass die Durchführung zuverlässig abgedichtet ist.
Um eine hinreichend diffusionsdichte/gasdichte Abdichtung zu erzielen, können im Bereich der Hindurchführung zusätzliche Abdichtmaßnahmen vorgesehen sein. Beispielsweise kann auch ein Stoffschluss innerhalb der Durchführung mit dem Befestigungskopf vorgesehen sein.
Bei einer besonders zweckmäßigen Variante des Kraftstoffbehälters gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass als erstes Verschlussmittel ein die Behälterwandung durchgreifender, hülsenförmiger Fortsatz des Befestigungskopfes vorgesehen ist, in den als zweites Verschlussmittel ein die Behälterwand von außen hintergreifender Verschlusskörper eingesetzt ist. Die Verbindung ist dabei zweckmäßigerweise so beschaffen, dass die Behälterwandung im Bereich der Durchführung durch die Verschweißung abgedichtet ist, wohingegen das zweite Verschlussmittel bei druckbedingter Deformation der Behälterwandung eine Abstützung der Behälterwandung nach außen bewirkt, wobei wenigstens ein Teil der Kräfte als Zugkräfte in das Versteifungselement eingeleitet wird. In jedem Fall wird die Verbindung zwischen Versteifungselement und Behälterwandung lediglich auf Druck belastet, wodurch die Kriechneigung des Kunststoffs im Bereich der Verbindung zwischen Versteifungselement und Behälterwandung weitgehend unterbunden wird.
Bei einer besonders zweckmäßigen Ausgestaltung des Kraftstoffbehälters gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass der hülsenförmige Fortsatz mit einer Gewindebuchse versehen ist, in welche der Verschlusskörper mit einem komplementär ausgebildeten Gewindezapfen eingreift. Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der Verschlusskörper mit der Behälteraußenwandung verschweißt ist, oder dass der Gewindezapfen mit der Gewindebuchse verklebt und/oder verschweißt ist. Bei einer besonders zweckmäßigen Variante des Kraftstoffbehälters gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass das Versteifungselement als Mehrkomponentenbauteil aus wenigstens zwei verschiedenen thermoplastischen Kunststoffen ausgebildet ist, wobei wenigstens eine Komponente ein thermoplastischer Kunststoff ist, der mit der Behälterwandung im Sinne einer Verschweißbarkeit kompatibel ist.
Beispielsweise können Teile des Befestigungskopfes, die das Gewinde bilden, sowie der Verschlusskörper aus einem besonders formbeständigen, kriechresistenten Kunststoff, wie beispielsweise einem Polyamid, bestehen. Dies betrifft insbesondere auch die Gewindebuchse des Befestigungskopfes. Der Schweißkragen kann hingegen aus einem Polyethylen bestehen. Die Behälterwandung des Kraftstoffbehälters gemäß der Erfindung besteht ebenfalls zumindest überwiegend aus einem Polyethylen, vorzugsweise ist diese als mehrschichtiges Co-Extrudat auf der Basis von HDPE (High Density Polyethylen) ausgebildet.
Das Versteifungselement ist zweckmäßigerweise als mehrteilige Wand-zu-Wand-Verstrebung ausgebildet und aus wenigstens zwei Verstrebungsteilen zusammengesetzt. Zweckmäßigerweise erstreckt sich das Versteifungselement gemäß der Erfindung zwischen großflächigen Wandungsbereichen des Kraftstoffbehälters, die üblicherweise stärker einer druckbedingten Deformation ausgesetzt sind als kleinflächigere Wandbereiche des Kraftstoffbehälters.
Das Versteifungselement bzw. die Verstrebungsteile können auch als hohle rohrförmige Elemente ausgebildet sein, die einen Kanal zur Aufnahme von Leitungen oder zur Entlüftung des Behälters bilden. Alternativ kann ein solcher Kanal auch hydraulische oder elektrische Ausgänge aufnehmen. Ebenfalls denkbar ist eine Ausführung mit integriertem Ausperlbehälter.
Die Verstrebungsteile sind zweckmäßigerweise mittels Schraub-, Bajonett-, Steck-, Schnapp- oder Rastverbindung zusammengefügt.
Die Erfindung umfasst ein Verfahren zur Herstellung eines Kraftstoffbehälters, wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte umfasst:

– Extrudieren bahnförmiger Vorformlinge aus thermoplastischem Kunststoff,
– Ausformen der Vorformlinge in einem mehrteiligen Formwerkzeug zu Schalen,
– Einbringen wenigstens von Teilen wenigstens eines Versteifungselements in die Schalen vor oder während des Zusammenfügens der Schalen zu einem geschlossenen Behälter, wobei Teile des Versteifungselements die Wandung wenigstens einer Schale durchsetzend mit dieser verschweißt werden, und
– Komplettieren des Versteifungselements mit wenigstens einem die Wandung von außen durchgreifenden Verschlussmittel während oder nach dem Zusammenfügen der Schalen.

Das Verfahren gemäß der Erfindung sieht in einer bevorzugten Variante vor, dass zwei bahnförmige Vorformlinge extrudiert werden, die bahnförmigen Vorformlinge in einem mehrteiligen Formwerkzeug umgeformt werden, wobei das Formwerkzeug wenigstens zwei Außenformen und wenigstens eine Mittelform umfasst, die zueinander eine Öffnungs- und Schließbewegung vollziehen, wobei die Außenformen jeweils die Konturen der Schalen vorgebende Teilkavitäten bilden und die Mittelform mit wenigstens einem Bauteilhalter versehen ist, wobei nach dem Ausformen der Schalen wenigstens ein Versteifungselement oder Verstrebungsteil an der Innenseite der Schalen platziert bzw. befestigt wird.
Nach dem Platzieren beispielsweise zweier Verstrebungsteile an den Innenseiten der Schalen wird die Mittenform zwischen den Außenformen entfernt, die Außenformen können sodann gegeneinander geschlossen werden, so dass die Schalen und die an den Innenseiten der Schalen platzierten Verstrebungsteile miteinander in Wirkverbindung gelangen.
Bei einer besonders bevorzugten Variante des Verfahrens ist vorgesehen, dass beim Einbringen eines Versteifungselements oder Verstrebungsteils in die Wandung einer Schale die Wandung in warmplastischem Zustand mit einem Teil des Versteifungselements oder Verstrebungsteils durchstoßen wird, beispielsweise in eine entsprechende Ausnehmung des Werkzeugs hinein, wobei gleichzeitig eine Verschweißung des Versteifungselements mit der Wandung hergestellt wird.
Vorzugsweise wird jeweils in eine Schale eines aus zwei Schalen zusammengefügten Behälters ein Verstrebungsteil eines mehrteiligen Versteifungselements eingebracht und die vorzugsweise komplementär zueinander ausgebildeten Verstrebungsteile werden beim Zusammenfügen der Schalen miteinander in Wirkverbindung gebracht, d. h. formschlüssig miteinander in Eingriff gebracht, derart, dass das Versteifungselement insgesamt Zugkräfte übertragen kann.
Vorzugsweise erfolgt das Durchstoßen der Wandung der Schalen unter Zuhilfenahme wenigstens einer von dem Versteifungselement abnehmbaren oder verlierbaren Schneidkrone.
Wie vorstehend bereits erwähnt wurde, erfolgt das Ausformen der Vorformlinge zweckmäßigerweise unter Anwendung von Differenzdruck sowie unter Ausnutzung der Extrusionswärme in einem Extrusionsblasformwerkzeug.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert:
Es zeigen:
1, 2 und 6 eine grobschematische Darstellung des Extrusionsblasformverfahrens zur Herstellung des erfindungsgemäßen Kraftstoffbehälters,
3a + 3b eine schematische Darstellung, die das Durchstoßen der Wandung der Schalen mittels hierfür vorgesehener Werkzeuge veranschaulichen,
4a + 4b schematische Darstellungen, die das Setzen bzw. Einbringen der Verstrebungsteile in die Schalen veranschaulichen, und
5a + 5b schematische Darstellungen, die die zusammengesetzten Verstrebungsteile zu einem Versteifungselement in dem fertigen Behälter sowie das Einsetzen der Verschlusskörper in das Versteifungselement veranschaulichen.
Es wird zunächst Bezug genommen auf die 1, 2 und 6, welche das Herstellungsverfahren des Kraftstoffbehälters gemäß der Erfindung veranschaulichen.
1 zeigt einen Teilschnitt durch das Extrusionsblasformwerkzeug 1 gemäß der Erfindung, umfassend zwei Außenformen 2 und einen Mittenrahmen 3, wobei die Außenformen 2 in Bezug auf den Mittenrahmen 3 im Sinne einer Öffnungs- und Schließbewegung hin und von diesem weg verfahrbar sind. Der Mittenrahmen 3 hingegen ist quer zu dieser Öffnungs- und Schließbewegung der Außenformen 2, d. h. in die Zeichnungsebene hinein sowie aus dieser heraus, verfahrbar. Die Außenformen 2 bilden jeweils Teilkavitäten 4, die die Kontur des fertigen Erzeugnisses bzw. die die Kontur von zu fertigenden Schalen 5 als Zwischenerzeugnisse zur Herstellung eines Kraftstoffbehälters 6 definieren.
Mit 7 sind bahnförmige Vorformlinge bezeichnet, die zwischen die geöffneten Teile des Extrusionsblasformwerkzeugs 1 verbracht werden.
An dieser Stelle sei angemerkt, dass der Kraftstoffbehälter 6 gemäß der Erfindung nicht notwendigerweise durch Extrusionsblasformen hergestellt werden muss, vielmehr können beispielsweise die Schalen 5 durch Spritzgießen oder Thermoformen hergestellt worden sein, ein Zusammenfügen der Schalen 5 zu einem fertigen Kraftstoffbehälter 6 kann beispielsweise nach dem Einbringen von Einbauteilen auch unter teilweise, d. h. lokaler Wiedererwärmung der Schalen erfolgen. Bei dem hier beschriebenen Herstellungsverfahren werden die Außenformen 2 gegen den Mittenrahmen 3 geschlossen, wenn sich die Vorformlinge 7 über ihre gesamte Länge zwischen den Außenformen 2 und dem Mittenrahmen 3 erstrecken. Ein Schließen des Extrusionsblasformwerkzeugs 1, d. h. ein Schließen der Außenformen 2 gegen den Mittenrahmen 3, hat eine Abdichtung der Teilkavitäten 4 zur Folge, so dass eine Ausformung der Vorformlinge 7 zu Schalen 5 unter Anwendung von Differenzdruck erfolgen kann. Unter Anwendung von Differenzdruck bedeutet, unter Anlegen von Vakuum und/oder unter Aufbringen von innerem Überdruck.
Innerhalb des Mittenrahmens 3 sind nicht näher bezeichnete Bauteilhalter angeordnet, mittels derer in der in 2 gezeigten Anordnung Einbauteile auf die Innenseite der teilweise ausgeformten Schalen 5 aufgebracht bzw. gefügt werden können. Als Einbauteile kommen Funktionsbauteile des zu fertigenden Kraftstoffbehälters 6, wie beispielsweise Pumpen, Geber, Ventile oder dergleichen oder aber auch Verstrebungen, Versteifungselemente etc. in Betracht.
Im Falle des hier beschriebenen Ausführungsbeispiels werden als Einbauteile Verstrebungsteile 8a, 8b an den Innenseiten der Schalen 5 platziert, die im fertigen Kraftstoffbehälter 6 zu einem durchgehenden Versteifungselement 8 zusammengefügt wurden. Dieses Versteifungselement kann auch als „Stand Off” oder als „Zuganker” bezeichnet werden. Nach dem Fügen der Verstrebungsteile 8a, 8b an die Innenseite der Schalen 5, wird das Extrusionsblasformwerkzeug 1 geöffnet, der Mittenrahmen 3 wird in die Zeichnungsebene hinein oder aus dieser heraus zwischen den Außenformen 2 verfahren, die Außenformen werden gegeneinander geschlossen, wobei die Schalen 5 an ihren Rändern zu einem geschlossenen Kraftstoffbehälter 6 unter Aufwendung von entsprechendem Druck auf die Außenformen und unter Aufbringung eines entsprechenden Differenzdrucks zu einem geschlossenen Behälter fertig geblasen werden. Nach Fertigstellung des Kraftstoffbehälters 6 und Entnahme desselben aus dem Extrusionsblasformwerkzeug, werden die Verstrebungsteile 8a, 8b, die in diesem Zustand zu einem durchgehenden Versteifungselement 8 zusammengefügt sind, von außen mit einem die Behälterwandung durchgreifenden Verschlussmittel in Form eines mit Gewindezapfen 9 versehenen Verschlusskörpers 10 komplettiert. Wie dies insbesondere den 4a und 4b zu entnehmen ist, ist jedes Verstrebungsteil 8a, 8b mit einem Befestigungskopf 11 versehen, der einen hülsenförmigen Fortsatz 12 mit einer Gewindebuchse 13 aufweist. Auf der der Behälterinnenseite zugewandten Seite des Fortsatzes 12 ist ein umlaufender Kragen 14 vorgesehen, der zur Verschweißung mit der Behälterwandung 15 bzw. mit der Wandung der Schalen 5 vorgesehen ist. Der Befestigungskopf 11 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel als sog. „2K-Bauteil” ausgebildet, d. h. dieser besteht aus zwei Komponenten, wobei das Verstrebungsteil 8a mit dem einstückig ausgebildeten Befestigungskopf 11 einschließlich des Fortsatzes 12 und des Kragens 14 aus HDPE besteht, wohingegen die Gewindebuchse 13 als Einsatz aus Polyamid ausgebildet ist. Die Gewindebuchse 13 ist formschlüssig in den Befestigungskopf 11 eingesetzt. Die Verbindung der beiden Komponenten des Befestigungskopfes 11 untereinander ist im Detail nicht dargestellt. Grundsätzlich kann das Verstrebungsteil 8a, 8b vollständig aus einem Polyamid bestehen und mit einem Kragen 14 aus HDPE versehen sein.
Die Höhe des Fortsatzes 12 von dessen führendem Ende bis etwa zu dem Kragen 14 entspricht etwa der Wandstärke der Behälterwandung 15.
Unmittelbar nach Ausformung der Schalen 5 wird in jede der Schalen 5 ein Verstrebungsteil 8a, 8b an entsprechender Stelle eingesetzt, wobei der Fortsatz 12 eine Öffnung 16 in der Behälterwandung 15 durchgreift bzw. durchsetzt, so weit, dass der Kragen 14 in Anlage mit der Behälterwandung 15 gelangt. Dabei wird der Befestigungskopf 11 über den Kragen 14 mit der Behälterwandung 15 verschweißt und abgedichtet.
Die Öffnung 16 in der Behälterwandung 15 kann nun entweder mittels einer auf den Befestigungskopf 11 aufzusetzenden Schneidkrone hergestellt werden, welche verloren wird bzw. nach Durchstoßung der Behälterwandung abgenommen wird, oder die Öffnung 16 in der Behälterwandung 15 kann mittels eines gesonderten Werkzeugs 17a mit Schneidkrone 17 hergestellt werden. Dies ist andeutungsweise in den 3a und 3b dargestellt.
Bei Durchstoßung der Behälterwandung 15 mit dem Fortsatz 12 selbst sollte sichergestellt werden, dass das aus der Behälterwandung 15 punktierte Material nicht in die Gewindebuchse 13 eintritt, so dass diese schlussendlich von außerhalb des Kraftstoffbehälters 6 frei zugänglich ist, wie dies beispielsweise in den 5a und 5b dargestellt ist.
Sowohl das Durchstoßen der Behälterwandung 15 mittels der Verstrebungsteile 8a, 8b als auch mittels eines separaten Werkzeugs, wie dies in den 3a und 3b andeutungsweise dargestellt ist, kann über entsprechende, beispielsweise pneumatisch oder hydraulisch verfahrbare Betätigungselemente/Bauteilhalter innerhalb des Mittenrahmens 3 erfolgen.
Nach Einsetzen der Verstrebungsteile 8a, 8b an einander gegenüberliegenden und in dem fertigen Behälter zueinander fluchtenden Durchtritten/Öffnungen in der Behälterwandung 15 wird der Mittenrahmen zwischen den Außenformen 2 entfernt, die Außenformen 2 werden gegeneinander geschlossen, so dass die Schalen 5 jeweils an umlaufenden flanschartigen Rändern zu dem fertigen Kraftstoffbehälter 6 zusammengefügt werden und miteinander verschweißt werden. Gleichzeitig werden die Verstrebungsteile 8a, 8b an einander zugewandten Befestigungsenden 18 miteinander zu dem Versteifungselement 8 zusammengefügt. Die Befestigungsenden 18 sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel einerseits als Muffe 19, andererseits als Zapfen 20 ausgebildet. Die Muffe 19 ist mit Rastvorsprüngen 21 versehen, wohingegen der Zapfen 20 mit entsprechenden Rastausnehmungen 22 versehen ist. Das Verstrebungsteil 8a ist mit einer Muffe 19 versehen, das Verstrebungsteil 8b hingegen mit einem Zapfen 20. Die Rastvorsprünge 21 der Muffe 19 sind komplementär zu den Rastausnehmungen 22 eines Zapfens 20.
Nach Zusammenfügen der Schalen 5 und der Verstrebungsteile 8a, 8b werden von außen, wie dies in 5a und 5b gezeigt ist, die Verschlusskörper 10 mit ihren Gewindezapfen 9 in die Gewindebuchsen 13 der Verstrebungsteile 8a, 8b eingeschraubt. Die Verschlusskörper 10 bestehen ebenfalls zweckmäßigerweise aus einem Polyamid.
Die Verschlusskörper 10 bilden jeweils einen Kragen 23 bzw. eine tellerartig ausgebildete Verschlusskappe, die die Behälterwandung 15 von außen hintergreift, so dass die Behälterwandung 15 zwischen dem Kragen 23 und dem Kragen 14 des Fortsatzes 12 eingespannt ist. Der Kragen 23 des Verschlusskörpers 10 hintergreift die Behälterwandung 15 so, dass die Behälterwandung nur auf Druck belastet wird und die resultierenden Kräfte in das Versteifungselement 8 eingeleitet werden. Eine zuverlässige Abdichtung der Öffnungen 16 bzw. Durchführungen durch die Behälterwandung 15 erfolgt durch die umlaufende Verschweißung des Kragens 14 behälterinnenseitig.
Bezugszeichenliste

1: Extrusionsblasformwerkzeug
2: Außenformen
3: Mittenrahmen
4: Teilkavitäten
5: Schalen
6: Kraftstoffbehälter
7: Vorformlinge
8: Versteifungselement
8a, 8b: Verstrebungsteile
9: Gewindezapfen
10: Verschlusskörper
11: Befestigungskopf
12: Fortsatz
13: Gewindebuchse
14: Kragen
15: Behälterwandung
16: Öffnung
17: Schneidkrone
17a: Werkzeug
18: Befestigungsenden
19: Muffe
20: Zapfen
21: Rastvorsprünge
22: Rastausnehmungen
23: Kragen Verschlusskörper

Claims

Kraftstoffbehälter (6) aus thermoplastischem Kunststoff für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem Versteifungselement (8) innerhalb des Kraftstoffbehälters (6), wobei sich das Versteifungselement (8) innerhalb des Kraftstoffbehälters (6) zwischen zwei gegenüberliegenden Behälterwandungen (15) erstreckt, Teile des wenigstens einen Versteifungselements (8) die Behälterwandung (15) durchsetzen und Teile des wenigstens einen Versteifungselements (8) die Behälterwandung (15) von außen hintergreifen, wobei das wenigstens eine Versteifungselement (8) mit wenigstens einem mehrteiligen Befestigungskopf (11) versehen ist, der ein erstes die Behälterwandung (15) von innen durchgreifendes und ein zweites die Behälterwandung (15) von außen durchgreifendes Verschlussmittel aufweist, die komplementär zueinander ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlussmittel die Behälterwandung (15) zwischen sich einspannen.
Kraftstoffbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlussmittel miteinander verschraubt sind.
Kraftstoffbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlussmittel miteinander verrastet sind.
Kraftstoffbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das die Behälterwandung von außen durchgreifende Verschlussmittel mit der Behälteraußenwandung verschweißt ist.
Kraftstoffbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Befestigungskopf (11) des wenigstens einen Versteifungselements (8) mit der Behälterinnenwandung verschweißt ist.
Kraftstoffbehälter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Befestigungskopf (11) wenigstens einen Schweißkragen aufweist, der mit der Behälterinnenwandung im Bereich einer Durchführung durch die Behälterwandung (15) umlaufend verschweißt ist.
Kraftstoffbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als erstes Verschlussmittel ein die Behälterwandung (15) durchgreifender, hülsenförmiger Fortsatz (12) des wenigstens einen Befestigungskopfes (11) vorgesehen ist, in den als zweites Verschlussmittel ein die Behälterwandung (15) von außen hintergreifender Verschlusskörper (10) eingesetzt ist.
Kraftstoffbehälter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der hülsenförmige Fortsatz (12) mit einer Gewindebuchse (13) versehen ist, mit welcher der Verschlusskörper mit einem komplementär ausgebildeten Zapfen (9) eingreift.
Kraftstoffbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Versteifungselement (8) als Mehrkomponentenbauteil aus wenigstens zwei verschiedenen thermoplastischen Kunststoffen ausgebildet ist, von welchen wenigstens eine Komponente ein thermoplastischer Kunststoff ist, der mit der Behälterwandung (15) im Sinne einer Verschweißbarkeit kompatibel ist.
Kraftstoffbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Versteifungselement (8) als mehrteilige Wand-zu-Wand-Verstrebung ausgebildet ist und wenigstens aus zwei Verstrebungsteilen (8a, 8b) zusammengesetzt ist.
Kraftstoffbehälter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstrebungsteile (8a, 8b) mittels Schraub-, Bajonett-, Steck-, Schnapp- oder Rastverbindung zusammengefügt sind.
Verfahren zur Herstellung eines Kraftstoffbehälters (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, folgende Verfahrensschritte umfassend: – Extrudieren bahnförmiger Vorformlinge (7) aus thermoplastischem Kunststoff, – Ausformen der Vorformlinge (7) in einem mehrteiligen Formwerkzeug zu Schalen (5), – Einbringen wenigstens von Teilen wenigstens eines Versteifungselements (8) in die Schalen (5) vor oder während des Zusammenfügens der Schalen (5) zu einem geschlossenen Behälter, wobei Teile des Versteifungselements (8) die Wandung wenigstens einer Schale durchsetzend mit dieser verschweißt werden, und Komplettieren des Versteifungselements (8) mit wenigstens einem die Wandung von außen durchgreifenden Verschlussmittel während oder nach dem Zusammenfügen der Schalen (5).
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass beim Einbringen eines Versteifungselements (8) in die Wandung einer Schale (5) die Wandung in noch warmplastischem Zustand mit einem Teil des wenigstens einen Versteifungselements (8) durchstoßen wird, wobei gleichzeitig eine Verschweißung des wenigstens einen Versteifungselements (8) mit der Wandung hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils in eine Schale eines aus zwei Schalen (5) zusammengefügten Behälters ein Verstrebungsteil eines mehrteiligen Versteifungselements (8) eingebracht wird, und dass die Verstrebungsteile beim Zusammenfügen der Schalen (5) miteinander in Wirkverbindung gebracht werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchstoßen der Wandung der Schalen (5) unter Zuhilfenahme wenigstens einer von dem Versteifungselement (8) abnehmbaren oder verlierbaren Schneidkrone (17) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausformen der Vorformlinge (7) unter Anwendung von Differenzdruck sowie unter Ausnutzung der Extrusionswärme in einem Extrusionsblasformwerkzeug erfolgt.