DE102013112890A1

DE102013112890A1 - Kunststoffbehälter mit eingesintertem Einlegeelement und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE102013112890A1
Application number: DE102013112890.4A
Authority: DE
Inventors: Volker Bier
Original assignee: Elkamet Kunststofftechnik GmbH
Current assignee: Elkamet Kunststofftechnik GmbH
Priority date: 2013-11-21
Filing date: 2013-11-21
Publication date: 2015-05-21
Anticipated expiration: 2033-11-22
Also published as: DE102013112890B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Flüssigkeitsbehälter (11) aus einem Kunststoffmaterial mit einem in einer Öffnung (15) in einer Behälterwand (12) angeordneten Einlegeelement (1), das am Rand der Öffnung (15) in das Kunststoffmaterial der Behälterwand (12) eingesintert ist. Zumindest ein in die Behälterwand (12) eingesinterter Bereich des Einlegeelements (1) besteht aus Edelstahl und zumindest in dem Bereich, in dem das Einlegelement (1) eingesintert ist, besteht der Flüssigkeitsbehälter (11) aus vernetztem Polyethylen (XPE). Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines entsprechenden Flüssigkeitsbehälters.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Behälter aus einem Kunststoffmaterial, insbesondere zur Aufnahme von Flüssigkeiten, wie Wasser, Harnstoffgemischen, Hydraulikflüssigkeiten oder Kraftstoffen, mit einem in einer Öffnung in der Behälterwand angeordneten Einlegeelement, das am Rand der Öffnung in das Kunststoffmaterial der Behälterwand eingesintert ist.
Gattungsgemäße Kraftstoffbehälter werden insbesondere im Verkehrs- und Transportwesen eingesetzt. Wegen der verhältnismäßig einfachen Formgebung, des geringen Gewichts aber auch der Korrosionsbeständigkeit sind Kunststoffbehälter ein bevorzugtes Mittel, um Flüssigkeiten zu transportieren. Sie müssen mechanisch stabil sein, ein geringes Gewicht aufweisen und so geformt sein, dass sie restriktiver werdenden Forderungen nach einem effizienten Packaging im Fahrzeugbau entsprechen. Wenn Betriebsmittelleitungen am Kunststoffbehälter montiert werden, muss eine hohe Dichtheit garantiert und deren Beständigkeit gegenüber Temperatureinflüssen, Materialschrumpf des Kunststoffes, Deformierungen oder sonstigen Einflüssen gesichert sein.
Üblicherweise werden die Kunststoffbehälter nach bekannten Rotationsform- oder Blasformverfahren hergestellt. Bei derartigen Verfahren wird eine Rotationsschmelzform, deren Innenoberfläche die Außenfläche des Kunststoffbehälters definiert, mit einem Kunststoffwerkstoff gefüllt, in Rotation um mehrere Achsen versetzt und Wärme in die Schmelzform eingetragen. Der Kunststoff beginnt dabei zu schmelzen und sich an der Innenseite der Rotationsschmelzform anzulegen, wodurch dem Kunststoffbehälter seine spätere Form gegeben wird.
Um Anbauteile, die einen Zugang in das Innere des Behälters ermöglichen sollen (z.B. Einfüllstutzen, Betriebsmittelleitungen, Temperatursensoren, Füllstandmessvorrichtungen, Kraftstoffpumpen oder dergleichen) sicher am Behälter zu befestigen, werden Einlegeteile, wie z.B. metallische Befestigungsmuttern, verwendet. Diese dienen als Anschlussverbindung für die Anbauteile, die mittels der Muttern an die Behälterwand geschraubt werden, und machen durch die Öffnung in der Behälterwand das Innere des Behälters zugänglich. Die Abdichtung erfolgt in der Regel auf der Behälteraußenwand.
Damit die Einlegeelemente fest in dem Kunststoffbehälter verankert sind, werden sie bereits während des Rotationsschmelzprozesses in den Behälter integriert, indem sie in den Kunststoff bzw. in die Wände des Behälters eingebettet, eingeschmolzen oder eingesintert werden. Besonderes Augenmerk wird dabei auf die Qualität der Verbindung zwischen der Kunststoffbehälterwand und dem Einlegeelement gelegt. Diese muss sehr fest sein, um mechanischen Belastungen, die im Betrieb auftreten können, standhalten zu können. Hinzukommt, dass gerade im Grenzbereich zwischen Einlegeelement und Behälter aufgrund von Schrumpfungen des Kunststoffes Undichtigkeiten auftreten können, die das Auftreten von Leckage begünstigen.
Aus der US 4,023,257 A ist bspw. ein rotationsgeformter Kunststoffbehälter bekannt, bei dessen Herstellung mehrere Gewindebuchsen um eine Öffnung in der Wandung des Kunststofftanks herum eingeschmolzen werden. Diese sind Teil eines Einlegeelements, das eine Reihe von Gewindebuchsen umfasst, die kreisförmig angeordnet und durch Drähte miteinander verbunden sind. Bei der Herstellung wird das Einlegeelement zunächst in die Rotationsschmelzform eingesetzt. Beim anschließenden Formgebungsprozess wird das Einlegeelement in die Wandung des Kunststofftanks eingebettet, wobei die Verstärkungsdrähte unterbündig in die Wandung des Kunststoffteils eingeformt bzw. eingesintert und vollständig vom Kunststoff umschlossen sind. Eine Betriebsmittelleitung wird mittels Schrauben, die in die Gewindebuchsen von außen eingeschraubt werden, befestigt.
Ein ähnlicher Aufbau ist in der US 4,504,535 A beschrieben, die ein ringförmiges Einlegeteil mit einer Reihe von kreisförmig angeordneten Gewindebuchsen beschreibt, welche durch Rippenabschnitte in Reihe miteinander verbunden sind und einen Befestigungsflansch bilden. Bei der Fertigung werden die Gewindebuchsen mit ihrer Öffnung an der inneren Oberfläche der Rotationsschmelzform mittels Bolzen befestigt, während die Verbindungsrippen in einem Abstand zur inneren Wand der Rotationsschmelzform liegen. Während der Kunststofftank geformt wird, werden die ringförmig angeordneten Verbindungsrippen vollständig vom Kunststoff umschlossen und in diesen eingeschmolzen bzw. eingebettet, so dass sie vollständig von dem Kunststoffmaterial der Behälterwand umgeben sind, während der obere Bereich der Gewindebuchsen nicht eingesintert bzw. frei von dem Kunststoffmaterial ist. Ein Betriebsmittelstutzen kann nach der Fertigung des Kunststoffbehälters an den Gewindebuchsen befestigt werden. Die Abdichtung zum Stutzen erfolgt über den Kunststoff der Behälterwandung.
Die DE 10 2004 033 258 A1 beschreibt eine Armatur zur Bildung eines fluidführenden Anschlusses und sieht einen speziellen, in die Wandung des rotationsgeformten Kunststofftanks integrierten Flanschring vor, der zur Stabilisierung des Rings auf der dem Behälterinneren zugewandten Seite taschenartige Vertiefungen aufweist. Der Flanschring umfasst eine Anzahl von kreisförmig angeordneten Sackbohrungen mit Innengewinde, die an dem ringförmigen Verbindungskörper vorgesehen sind und von diesem axial vorstehen. Wenn der Flanschring in den Kunststoffbehälter eingeformt ist, liegt die Oberseite im Bereich der Sackbohrungen bündig mit der Außenwand des Kunststoffbehälters, während ein Randbereich des Ringkörpers, in dem die Vertiefungen ausgebildet sind, gegenüber der Oberfläche zurückgesetzt und vollständig vom Kunststoff umschlossen ist, so dass der Ring unterbündig in die Behälterwandung eingebettet ist. Die Abdichtung zum Anbauteil, das am Flanschring befestigt wird, erfolgt auf dem Kunststoff der Behälterwandung.
In der US 6,415,941 B1 ist vorgesehen, dass ein aus Kunststoff bestehendes Befestigungsteil an der Innenseite einer Rotationsschmelzform befestigt und anschließend während des Rotationsschmelzprozesses der Kunststoff zum Aufbau der Behälterwandung über das Befestigungsteil geschmolzen wird. Ein Teil des Befestigungselements schließt bündig mit der Außenfläche des Behälters ab. Um einen festen Sitz des Befestigungsteils in der Wandung des Kunststoffbehälters zu sichern, sind in dem Seitenabschnitt, der in den Rand der Öffnung in der Behälterwand eingebettet ist, Vorsprünge ausgebildet, die oberseitig und unterseitig in den Kunststoff eingeschmolzen werden und die Lage des Befestigungsteils, insbesondere gegen eine Krafteinrichtung senkrecht zur Behälteroberfläche, sichern. Bei der Fertigung stellen diese Vorsprünge einen Hinterschnitt dar, der von dem schmelzenden Kunststoff durchdrungen werden muss. Im fertig produzierten Behälter sind die Vorsprünge formschlüssig in der Behälterwand aufgenommen.
Es hat sich jedoch gezeigt, dass die bekannten Befestigungen oftmals nicht in der Lage sind, den hohen Anforderungen an einen festen Sitz zu entsprechen, so dass der Seitenbereich der Befestigungsteile nahezu vollständig in den Kunststoff eingebettet sein muss. Das steht jedoch der Forderung nach einer größtmöglichen Variabilität bei der Behälterkonstruktion entgegen. Insbesondere ist es dadurch schwierig, eine Anschlussöffnung mit einem Flanschring unmittelbar oder nah an einer Behälterkante zu platzieren. In Situationen, in denen aus Gründen der Behältergeometrie nur eine kleine Fläche zur Verfügung steht, lassen sich dann Anschlussöffnungen, die den geforderten Abmessungen entsprechen, oft nicht realisieren.
Problematisch bei der Einbettung von Einlegeelementen kann ferner das Vorsehen von Hinterschnitten und deren Einfluss auf die Verteilung und das Fließverhalten des Kunststoffes während des Rotationschmelzprozess sein. Der Hinterschnitt resultiert aus der Tatsache, dass die Einlegeelemente oder zumindest Teile der Einlegeelemente während der Formgebung mit einem Abstand zur Innenoberfläche der Rotationsschmelzform gehalten werden und das Kunststoffmaterial um diese beabstandeten Abschnitte herumfließen muss. Kommt es hierbei zu Brückenbildungen des Kunststoffmaterials zwischen Einlegeelement und Rotationsschmelzform, können sich Hohlräume und Lunker bilden. Diese Lunker befinden sich dann im fertigen Behälter in dem Bereich, in dem üblicherweise die Dichtfläche zur Abdichtung zwischen dem Behälteranschluss und einem Anbauteil liegt. Zudem beeinträchtigen sie die Stabilität und Dichtheit im Grenzbereich zwischen Einlegeelement und Behälterwand, so dass der feste Sitz eines Anbauteils und insbesondere die Dichtheit des Kunststoffbehälters beeinträchtigt werden kann.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, diesem Nachteil während des Herstellungsprozesses durch Anwendung von Innendruck in der Rotationsschmelzform entgegenzuwirken. Dies ist jedoch operativ aufwändig. Ein weiterer Nachteil ergibt sich daraus, dass die eingebetteten Befestigungsabschnitte der Einlegeelemente, also zumindest die Bereiche, die in den Kunststoff eingeschmolzen sind, immer einen gewissen Mindestabstand von benachbarten Kanten der Behälterkontur einhalten müssen, um das Ausfüllen des Hinterschnitts zu ermöglichen. Dies ergibt sich aus der Notwendigkeit, für das Kunststoffmaterial im Rotationswerkzeug geeignete Fließwege auf das Einlegeelement zu und von diesem weg vorzusehen.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Flüssigkeitsbehälter aus Kunststoffmaterial vorzuschlagen, bei dem ein Einlegeelement fest und sicher in die Behälterwand integriert ist, so dass Anbauteile höchst effizient abdichtend angeschlossen werden können. Zusätzlich ist es Aufgabe der Erfindung, eine größtmögliche Variabilität bei der Außenform des Kunststoffbehälters zu ermöglichen, so dass Anbauteile insbesondere im Kantenbereich des Behälters sicher und leckagefrei angeschlossen werden können. Ferner soll eine Möglichkeit geschaffen werden, die bei hinterschnittiger, insbesondere unterbündiger Einbettung des Einlegeelements in die Wandung des Behälters entstehende Gefahr von Leckage und Lunkerbildung weiter zu reduzieren.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zumindest der in die Behälterwand eingesinterte Bereich des Einlegeelements aus Edelstahl besteht und dass der Flüssigkeitsbehälter zumindest in dem Bereich, in dem das Einlegelement eingesintert ist, aus vernetztem Polyethylen (XPE) besteht.
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass die Kombination von Einlegeelementen aus Edelstahl und vernetztem Polyethylen (XPE) als Behälterwerkstoff eine überraschend sichere und feste Verbindung zwischen Einlegeelement und Behälterwerkstoff bewirkt. Dabei ist es grundsätzlich nur notwendig, dass der Flüssigkeitsbehälters lediglich in dem Bereich, in dem das Einlegeelement oder zumindest sein eingesinteter Bereich eingebettet ist, aus vernetztem Polyethylen (XPE) besteht. Vorzugsweise besteht der gesamte Kunststoffbehälter aus vernetztem Polyethylen (XPE).
Durch die Kombination von Einlegeelement aus Edelstahl und vernetztem Polyethylen (XPE) als Behältermaterial kann das Einlegeelement zu einer Seite hin, z.B. zur Oberseite des Behälters hin freiliegen, da sich der notwendige Sinterbereich, also der Bereich des Einlegeelements, der in die Behälterwand eingebettet ist, verringert. Durch den festen Halt des Einlegeelements kann das Einlegelement unmittelbar an einer Behälteraußenwand platziert werden und muss nicht vollständig in dem Behältermaterial eingebettet sein. So kann eine Oberseite des Einlegeelements mit der Behälteraußenwand bündig abschließen. Wenn das Einlegeelement an der Außenfläche des Kunststoffbehälters endet, kann die Breite bzw. der Durchmesser der Öffnung an der Behälteraußenseite durch die Breite bzw. den Durchmesser des Einlegeelements definiert werden. Möglich ist dies aufgrund der starken Bindung der Werkstoffkombination von vernetztem Polyethylen (XPE)- und Edelstahleinlegeelement, die es gestattet, auf eine unterbündige Einbettung zu verzichten. Ferner gibt die vorteilhafte Werkstoffkombination die Möglichkeit, das Einlegeelement unmittelbar an einer Behälterkante zu platzieren. So können Seitenbereiche des Einlegelements freiliegen und mit einer Seitenwand des Behälters fluchten, was den Grad der Variabilität bei der Behälterkonstruktion und -auslegung steigert.
Die Herstellung des Kunststoffbehälters aus vernetztem Polyethylen (XPE) geht üblicherweise von pulver- oder granulatförmigem Polyethylen aus, das durch den Zusatz von Vernetzungsinitiatoren vernetzbar gemacht ist. Als Vernetzungsinitiatoren werden in der Regel Azo-, Silan- oder Peroxidverbindungen, insbesondere organische Peroxide, eingesetzt, die entweder thermisch oder strahleninduziert in chemische Radikale zerfallen, wodurch eine chemische Vernetzung des Polyethylens initiiert wird. Für die Anwendung im Rotationsverfahren werden bevorzugt Vernetzungsinitiatoren eingesetzt, deren thermische Aktivierung erst bei Temperaturen erfolgt, die gegen Ende des Rotationsschmelzverfahrens erreicht werden. Durch Durchlaufen einer Temperaturrampe oder alternativ stufenweises Erhöhen der Temperatur kann so sichergestellt werden, dass die Vernetzung des Kunststoffs erst nach Abschluss der Formgebungsphase einsetzt. Alternativ oder zusätzlich kann die Vernetzung auch als separater Prozess durch Behandlung des fertigen Behälters mit β- oder γ-Strahlung bewirkt werden.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der eingesinterte Bereich des Einlegeelements in einer Richtung von einer Behälterinnenwand zu einer Behälteraußenwand hinterschnittsfrei verläuft. Dadurch kann sich der Kunststoff bei der Fertigung lunkerfrei an das Einlegelement anlegen. Trotz des hinterschnittsfreien Verlaufs des Einbettungsabschnittes wird ein fester Sitz des Einlegeelements erzielt. Da gleichzeitig die Lunkerbildung im Dichtbereich wirkungsvoll ausgeschlossen ist, ergeben sich gegenüber formschlüssigen Einbettungen von Einlegeelementen erhebliche Vorteile. Die Kombination von vernetztem Polyethylen (XPE) und einem hinterschnittsfrei geformten Einlegeelement aus Edelstahl bringt bei rotationsgeformten Behältern eine besonders gute Haftung und Abdichtung zwischen dem Kunststoff der Behälterwandung und dem Einlegeelement mit sich, ohne dass Hinterschnitte oder das vollständige Einbetten des Einlegeelements notwendig sind. Aufgrund der hohen Haftleistung und dadurch, dass auf einen Hinterschnitt am Einlegeelement selbst verzichtet wird, kann eine Kante oder Ecke des Kunststoffbehälters mit einem seitlichen Rand des Einlegeelements fluchten oder zumindest gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Behälterkonstruktionen näher an der Kante zweier in einem Winkel verlaufender Behälteroberflächen platziert werden.
Eine hinterschnittsfreie Gestaltung des eingesinterten Bereichs muss nicht zwangsläufig so gestaltet sein, dass eine Verjüngung des Einlegelements in Richtung zur Behälteraußenwand ausgeschlossen ist. Es hat sich gezeigt, dass auch Konstruktionen mit einem leichten Hinterschnitt ein ausreichendes Fließverhalten des Kunststoffes gewährleisten. Idealerweise ist das Einlegeelement so gestaltet, dass der Kunststoff in der Lage ist, den einzusinternden Bereich vollständig auszufüllen.
Der Kunststoffbehälter kann durch Rotationsformen hergestellt sein. Vorzugsweise ist das Einlegeelement ein Einlegeteil, das beim Rotationsformen des Kunststoffbehälters in die Wand des Kunststoffbehälters eingeformt bzw. eingesintert ist. In vorteilhafter Weise können Haft- oder Haftvermittlerschichten zwischen dem Einlegeelemente und dem Kunststoffmaterial der Behälterwand vorgesehen sein. Das Einlegeelement kann vor der Rotationsschmelzfertigung entsprechend beschichtet werden.
Erfindungsgemäß kann das Einlegeelement an seiner der Behälteraußenseite zugeordneten Seite frei liegen bzw. nicht eingesintert sein, so dass die Oberfläche des Einlegeelements einen Teil der Außenfläche des Kunststoffbehälters bildet. Das Einlegeelement kann dann unmittelbar als Anlagefläche und/oder Dichtfläche für ein Anbauteil dienen. Der nicht eingesinterte (freiliegende) Teil des Einlegeelements an der Außenfläche des Kunststoffbehälters kann mit der Außenseite der Kunststoffbehälterwand bündig abschließen.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass zumindest der in die Behälterwand eingesinterte Bereich des Einlegeelements flächig ausgebildet ist. Dadurch wird ein verbessertes Fließverhalten des Behälterwerkstoffes erzielt, was die Gefahr von Lunkerbildung bei der Fertigung maßgeblich reduziert. Vorzugsweise erstreckt sich der Randbereich des Einlegeelements senkrecht zur Behälteraußenwand hin oder derart, dass sich der Umfang komplett oder abschnittsweise zur Behälteraußenwand hin verbreitet, so dass sich in beiden Fällen in Richtung von Behälterinnenwand zur Behälteraußenwand kein Hinterschnitt ausbildet. Das Einlegeelement kann in Ausgestaltung dieser Ausführungsform als flächiges Ringelement, ähnlich einer Scheibe mit zentraler Öffnung und senkrechtem Rand, ausgebildet sein.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass das Einlegeelement zumindest an der der Behälteraußenseite zugeordneten Seite eine vorzugsweise ebene Befestigungsfläche aufweist. Das Einlegeelement bildet dann abschnitts- oder teilweise eine Außenfläche des Kunststoffbehälters. Dies erleichtert in erheblichem Maße das Anbringen von Anbauteilen. Nach einer weiteren Ausführungsform erstreckt sich die Befestigungsfläche vorzugsweise vollständig um die Öffnung in der Behälterwand. Die Befestigungsfläche kann die Öffnung vollständig umgeben bzw. sich um einen Winkel von 360° um die Öffnung herum erstrecken, so dass sich um die Öffnung herum eine von außen zugängliche durchgehende Befestigungsfläche ausbildet. Der innere Rand der Befestigungsfläche kann dabei den inneren Rand der Öffnung bilden, wobei der insbesondere radial innere Rand des Einlegeelements nicht eingesintert ist, sondern freiliegt, was Vorteile bei der Führung von Anbauteilen mit sich bringt. Es ist aber auch möglich, das Einlegeelement so anzuordnen, dass der innere Rand der Befestigungsfläche ebenfalls in das Behältermaterial eingebettet. Der Öffnungsdurchmesser kann in diesem Fall kleiner sein, als der innere Durchmesser der Befestigungsfläche.
Eine Dichtung kann unmittelbar auf der Befestigungsfläche angelegt werden, die entsprechend zur Aufnahme von Dichtmitteln ausgebildet sein kann, bspw. indem eine Nut zur Aufnahme einer Dichtung vorgesehen ist. Die Befestigungsfläche des Einlegeelements kann jedoch auch plan ausgeführt und eine Nut zur Aufnahme einer Dichtung am Anbauteil vorgesehen sein. Dies ergibt eine hohe Dichtleistung.
Zum sicheren Anschließen von Anschlussteilen an Behälteröffnungen kann das Einlegeelement eine vorzugsweise zentrale Öffnung aufweisen. Dabei ist das Einlegeelement idealerweise ringförmig ausgebildet, wobei die Öffnung in dem Einlegeelement konzentrisch zur Öffnung der Behälterwand liegt, welche bis in das Innere des Behälters ragt. Der innere Rand der Öffnung in dem Einlegeelement kann sich zum Behälterinneren hin verjüngen, so dass eine Kante, eine Anlegefläche oder dergleichen ausgebildet wird, die als Montagefläche für einen Dichtring oder dergleichen dient. Der Vorteil liegt insbesondere darin, dass die Dichtfläche keiner Materialschrumpfung, wie sie bei Kunststoffen auftreten kann, unterliegt. In Weiterbildung des Erfindungsgedankens kann zusätzlich oder alternativ wenigstens ein Teil der Behälterinnenwand sich unter dem Einlegeelement, also in Richtung des Behälterinneren, vorsprungartig in die Öffnung hinein, vorzugsweise radial nach innen, erstrecken und ebenfalls eine Kante, eine Anlegefläche oder dergleichen ausbilden. In diesem Sinne kann der Innendurchmesser der Öffnung in der Behälterwand kleiner sein als der Durchmesser der Öffnung in dem Einlegeelement. So lässt sich ein Anschlusselement nicht nur effizient abdichten, sondern auch der sichere Sitz des Anschlussteils in der Öffnung in der Behälterwand wird garantiert.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Einlegeelement als ein Flansch oder ein Flanschring zum Befestigen eines Anbauteils ausgebildet ist. Es hat sich ferner als vorteilhaft herausgestellt, wenn an der der Behälterinnenwand zugeordneten bzw. zur Behälterinnenwand hin gerichteten Seite des Einlegeelements Fixiermittel zum vorzugsweise lösbaren Befestigen von Anbauteilen vorgesehen sind. Erfindungsgemäß können Fixiermittel, wie z.B. Hutmuttern mit einem Innengewinde, die mit Hinterschnitten versehen sein können, in die Behälterwand eingebettet sein.
Es können außer Hutmuttern auch angeformte oder ggf. nachträglich eingebrachte Sacklöcher oder Bohrungen in der Behälterwand in Kombination mit diesem Einlegeelement realisiert werden. Dies erweist sich als besonders vorteilhaft in Bezug auf eine dauerhafte Dichtungsverpressung zwischen den Befestigungspunkten. Das Einlegeelement kann ferner mit Durchgangsöffnungen durchsetzt sein, die so angeordnet sind, dass durch diese die Fixiermittel erreichbar sind. So kann beispielsweise ein Flanschring mit einer zentralen Öffnung, die mit der Öffnung in der Behälterwand fluchtet, eine Reihe von Durchgangsöffnungen im Ringbereich vorweisen, durch die Schrauben in die Hutmuttern geschraubt werden können. Durch den festen Sitz des Einlegeelements ist die Lage der Durchgangsöffnungen über den Fixiermitteln gesichert. Über Schrauben, die in die Hutmuttern geschraubt werden, kann die Lage des Einlegeelements am Behälter zusätzlich gesichert werden.
Aufgrund der hohen Haftleistung kann das Einlegeelement auch als reines Befestigungselement oder Halteelement ausgebildet sein ohne zentrale Durchgangsöffnung, die einen Zugang zu einer Öffnung in der Behälterwand ermöglicht. Idealerweise besitzt das Einlegeelement jedoch eine Öffnung entsprechend einer durchgehenden Öffnung in der Behälterwand, wobei die Öffnung des Einlegeelements einen Zugang in das Innere des Kunststoffbehälters definiert.
In Ausgestaltung der Erfindung kann ferner vorgesehen sein, dass das Einlegeelement Befestigungsmittel, wie Gewinde, Rastvorrichtungen oder andere Mittel zum vorzugsweise lösbaren Anschließen von Anbauteilen, wie Betriebsmittelleitungen, z.B. zur Entnahme und/oder zum Befüllen des Behälters, wie Einfüllstutzen, aufweist. Auch kann das Einlegeelement bereits mit Abdichtmitteln ausgerüstet sein, so dass die Dichtheit zwischen einem Einfüllstutzen und dem Einlegeelement aber auch dem Behälterinneren garantiert ist. Möglich sind auch Befestigungsmittel zum Befestigen einer Heizwendel, Messvorrichtung zum Messen der Temperatur des Tankinhalts, zum Erfassen des Füllstandes oder dergleichen.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffbehälters mit einem der hierin beschriebenen Einlegeelemente gelöst. Das Verfahren sieht vor, dass der Kunststoffbehälter mittels eines Rotationsschmelzverfahrens hergestellt wird. Dabei wird in einer Rotationsschmelzform, deren Innenseite die Außenseite des Kunststoffbehälters definiert, das Einlegeelement während des Rotationsschmelzprozesses in die Behälterwandung eingebettet. Zunächst wird hierzu das Einlegeelement aus Edelstahl in der Rotationsschmelzform befestigt. Erfindungsgemäß sieht das Verfahren vor, dass das Polyethylen vernetzt wird, so dass sich vernetztes Polyethylen (XPE) bildet. Dies kann dadurch erzielt werden, dass die Rotationsschmelzform mit wenigstens einem Polyethylen und mindestens einem Vernetzungsinitiator befüllt wird, die durch den Rotationsschmelzprozess vernetztes Polyethylen (XPE) bilden. Der Vernetzungsinitiator kann separat zugegeben oder bereits in das Polyethylen eingemischt oder eingearbeitet, bspw. eincompoundiert sein. Die Rotationsschmelzform wird anschließend in Rotation um Haupt- und Nebendrehachsen versetzt. Wärme wird in die Rotationsschmelzform eingeführt, so dass der darin befindliche Kunstwerkstoff schmilzt. Dadurch wird das Einlegeelement in die Behälterwand eingebettet.
Alternativ oder zusätzlich kann die Vernetzung auch als separater Prozess durch Behandlung des fertigen Behälters mit β- oder γ-Strahlung bewirkt werden. So kann die Rotationsschmelzform beispielsweise lediglich mit einem Polyethylen befüllt werden und der Werkstoff der Behälterwand nach dem Rotationsschmelzprozess durch Bestrahlung mit β- oder γ-Strahlung vernetzt werden.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das Einlegeelement in der Rotationsschmelzform so befestigt, dass eine spätere Außenseite oder zumindest ein Teilbereich des Einlegeelements an der Innenseite der Rotationsschmelzform und/oder an der Innenseite eines Werkzeugeinsatzes anliegt. In Weiterbildung des Erfindungsgedankens kann auch ein in die Behälterwandung einzubettender Randbereich des Einlegeelements von der Innenseite des Einlegeelements zur Außenseite auslaufen bzw. verlaufen, so dass der geschmolzene Kunststoff den einzubettenden Bereich des Einlegeelements umsintert, dabei aber in keinen Hinterschnitt fließen muss. Die Rotationsschmelzform wird anschließend mit den oben genannten Werkstoffen befüllt und in Rotation um Haupt- und Nebendrehachsen versetzt. Wärme wird in die Rotationsschmelzform eingeführt, so dass der darin befindliche Kunstwerkstoff schmilzt. Dadurch wird das Einlegeelement in die Behälterwand eingebettet.
Ferner kann vorgesehen sein, dass das Einlegeelement eine zentrale Öffnung aufweist und in der Rotationsschmelzform so befestigt wird, dass es mit dem Innenumfang der Öffnung an dem Außenumfang eines Werkzeugeinsatzes anliegt. Vorzugsweise ist das Einlegeelement mittels des Werkzeugseinsatzes in der Rotationsschmelzform befestigt. Der Werkzeugeinsatz kann dazu ausgebildet sein, auch die spätere Öffnung im Kunststoffbehälter zu definieren.
Weitere Vorteile, Merkmale und Ausführungsbeispiele der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und den Zeichnungen. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbezügen.
Es zeigen:
1 In einer perspektivischen Ansicht ein Einlegeelement in Form eines Flanschrings nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung; und
2 einen Schnitt durch einen Kunststoffbehälter mit dem Flanschring aus 1;
3 einen Schnitt durch einen Kunststoffbehälter mit einem Flanschring nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; und
4 einen Schnitt durch einen Kunststoffbehälter mit einem Flanschring nach einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
Der in 1 dargestellte Flanschring (Einlegeelement) 1 ist als flache Scheibe mit einer zentralen Öffnung 2 ausgebildet, wobei ein Ringbereich 3 die zentrale Öffnung 2 umgibt. In einem Winkelabstand von jeweils 90° sind vier Durchgangsöffnungen 4 in dem Ringbereich 3 vorgesehen. Die Umfangsseite bzw. der seitliche Rand 5 des Flanschrings 1 verläuft senkrecht zu einer planen Oberseite 6 des Flanschrings 1, welche als Koppelfläche für Anbauteile dient. Wenn der Flanschring 1 in einen Kunststoffbehälter (nicht dargestellt) eingebettet ist, ist die Oberseite 6 des Flanschrings 1 zur Außenfläche des Kunststoffbehälters ausgerichtet und schließt mit dieser bündig ab, während die Unterseite 7 zum Inneren des Behälters ausgerichtet ist. Der innere Rand 8 der Öffnung 2 ist im Vergleich zum seitlichen Rand 5 schräg ausgebildet, so dass sich die Öffnung 2 ausgehend vom Behälteräußeren 9 zum Behälterinneren 10 verjüngt.
Während des Rotationsschmelzprozesses wird der Flanschring 1 zunächst in der Rotationsschmelzform (nicht dargestellt) an deren Innenwand, die die spätere Außenform des Kunststoffbehälters definiert, befestigt. Dies geschieht mittels eines Werkzeugeinsatzes, der durch die Öffnung 2 ragt und am inneren Rand 8 anliegt. Ferner wird der Flanschring 1 so in der Rotationsschmelzform befestigt, dass die Oberseite 6 des Flanschrings 1 an der Innenwand der Rotationsschmelzform und/oder einem Bund des Werkzeugeinsatzes anliegt. Im Gegensatz zu bekannten Einlegeelementen aus dem Stand der Technik wird der Flanschring 1 nicht in einem Abstand zur Innenwand der Rotationsschmelzform bzw. zum Bund des Werkzeugeinsatzes befestigt, sondern steht mit diesen in unmittelbarem Kontakt, so dass in den Kontaktbereich kein Kunststoffpulver oder -granulat oder geschmolzener Kunststoff fließen kann.
Während des Schmelzvorgangs wird die Schmelzform in bekannter Weise rotiert und der geschmolzene Kunststoff legt sich über die Unterseite 7 und den senkrecht dazu verlaufenden Rand 5 und sintert bzw. bettet diese ein. Aufgrund der Form des Flanschrings 1, insbesondere der Ausrichtung des senkrechten Verlaufs des seitlichen Rands 5 und der Anlage der Oberseite 6 an der Schmelzforminnenoberfläche sind keine Hinterschnitte vorhanden, in die der geschmolzene Kunststoff fließen muss. Damit die Durchgangsöffnungen 4 des Flanschrings 1 nicht durch Kunststoff verschlossen werden, werden sie während des Schmelzvorgangs durch geeignete Werkzeugeinsätze, bspw. Vorsprünge an der Rotationsschmelzform freigehalten.
2 zeigt einen Schnitt durch einen Abschnitt eines im Rotationsschmelzverfahren hergestellten Kunststoffbehälters 11 aus vernetztem Polyethylen (XPE) mit dem Flanschring 1 aus 1. In der Behälterwand 12 ist eine die Behälterwand von einer Außenfläche 13 der Behälterwand (Behälteraußenwand) zu einer Innenfläche 14 der Behälterwand (Behälterinnenwand) durchdringende Öffnung 15 ausgebildet. Der Flanschring 1 ist an seinem seitlichen Rand 5 und der unteren Oberfläche 7 in die Behälterwand 12 eingesintert, während die Oberseite 6 mit der Außenwand 13 der Behälterwand 12 bündig abschließt. Unter der Unterseite 7 sind bei der dargestellten Ausführungsform Hutmuttern 16 angeordnet, die konzentrisch zu den Durchgangsöffnungen 4 in die Behälterwand 12 eingeschmolzen sind. Durch die konzentrische Anordnung ist ein direkter Zugang durch die Durchgangsöffnungen 4 zu einem nicht dargestellten Innengewinde in den Hutmuttern 16 möglich. Die korrekte Ausrichtung der Durchgangsöffnungen 4 zu den Hutmuttern 16 ist durch den festen Sitz des Einlegeelements 1 in der Behälterwandung garantiert.
Auf der Außenseite 9 des Behälters ist ein Anschluss- bzw. Anbauteil in Form einer Schlauchtülle 17 angebracht. Die Schlauchtülle 17 besitzt eine durchgehende Öffnung 18, durch die das Innere des Kunststoffbehälters zugänglich ist, bspw. zum Befüllen des Kunststoffbehälters oder zur Entnahme von Flüssigkeiten aus dem Kunststoffbehälter. Die Schlauchtülle 17 weist einen Flanschabschnitt 19 auf, in dem Durchgangsbohrungen 20 ausgebildet sind, die über den Durchgangsöffnungen 4 des Flanschrings 1 positioniert sind. Schrauben 21 erstrecken sich durch die Durchgangsbohrungen 20 und die Durchgangsöffnungen 4 und sind mit dem Innengewinde der Hutmuttern 16 verschraubt, so dass die Schlauchtülle 17 fest am Behälter montiert ist.
Ein innerer Randbereich 22 der Öffnung 15 erstreckt sich radial nach innen, so dass die Öffnung 15 enger ist als die Öffnung 2 im Flanschring 1 innerhalb des inneren Rands 8. Ausgehend vom inneren Rand 8 des Flanschrings 1 erstreckt sich dieser Bereich 22 ähnlich wie der innere Rand 8 schräg in Richtung des Behälterinneren 10, so dass sich die Öffnung 15 in diesem Bereich verjüngt. Dadurch wird eine Anlagefläche 23 für einen Dichtring 24 geschaffen. Der Dichtring liegt außerdem an dem inneren Rand 8 des Flanschrings 1 an. Der Dichtring 24 wird durch die aufliegende Schlauchtülle 17 zusätzlich fixiert. Durch den oberen Flanschabschnitt 19, den inneren Rand 8 und einen sich hülsenartig erstreckenden Abschnitt 25 des Anbauteils 17 wird die radiale Dichtung optimal fixiert und der Materialschrumpf des Kunststoffes wirkt sich nicht negativ auf die Effizienz der Dichtung aus. So erfolgt die Abdichtung zum Anbauteil durch eine Dichtung, die innerhalb des Teilkreisdurchmessers der Hutmuttern 16 liegt. Ein hohes Maß an Dichtheit wird dadurch erzielt, dass die Abdichtung gleichzeitig zwischen Anbauteil 17, Anlagefläche 23 der Behälterwandung 12 und Flanschring 1 erfolgt und nicht wie aus dem Stand der Technik bekannt, zwischen Anbauteil und Kunststoffbehälter.
Die 3 zeigt einen Kantenbereich eines Flüssigkeitsbehälters 11 nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, bei der aufgrund der hohen Haftleistung zwischen der Behälterwand 12 des Behälters 11 aus vernetztem Polyethylen (XPE) und dem Flanschring 1 aus Edelstahl, der Flanschring 1 unmittelbar an einer Behälterkante 26 platziert werden kann. Die obere Behälteraußenwand 13 schließt linksseitig bündig mit der Oberseite 6 des Flanschrings 1 ab, wobei hier der seitliche Rand 5 des Flanschrings 1 in die Behälterwand 12 eingebettet ist.
Auf der rechten Seite liegt der seitliche Rand 5 des Flanschrings 1 frei und schließt bündig mit einer Seitenwand 27 ab, die bei der dargestellten Ausführungsform senkrecht zur hier dargestellten oberen Behälteraußenwand 13 verläuft. Gegenüber bekannten Behälterkonstruktionen kann so ein Flüssigkeitsbehälter auch an schwierige Einbausituationen angepasst werden. Grundsätzlich kann das Einlegeelement 1 auch an der Unterseite bzw. am Boden eines Behälters angeordnet sein oder an Seitenflächen eines Behälters.
Ein Dichtring 24 ist am inneren schrägen Rand 8 des Flanschrings 1 angeordnet. Darüber hinaus liegt der Dichtring 24 auch an der schrägen Anlagefläche 23 im sich verjüngenden Bereich der Öffnung 15 an, so dass der Dichtring 24 effektiv ein Eindringen von Flüssigkeit in den Übergangsbereich von Flanschring 1 und Behälterwand 12 unterbindet. Gleichzeitig dichtet der Dichtring 24 ein eingesetztes Anschlussteil, ähnlich wie in 2 dargestellt, effektiv ab.
Bei der in 4 dargestellten Ausführungsform ist in der zur Behälteraußenseite 9 gerichteten Oberseite 6 des Flanschrings 1 eine Nut 28 ausgebildet, in der ein Dichtring 29 angeordnet ist. Mittels des Dichtrings 29 kann ein eingesetztes Anschlussteil unmittelbar am Einlegeelement 1 abgedichtet werden. Zudem ist der Dichtring 29 leicht zugänglich, was eventuelle Wartungsarbeiten erleichtert. Ein zusätzlicher Dichtring 30 kann im Inneren der Öffnung 15 platziert sein und den Öffnungsbereich zusätzlich abdichten. Wie bei der in 3 abgebildeten Ausführungsform fluchtet auch hier der seitliche Rand 5 des Einlegeelements 1 mit der Seitenwand 27.
Bezugszeichenliste

1: Flanschring (Einlegeelement)
2: Öffnung in Flanschring
3: Ringbereich
4: Durchgangsöffnungen
5: seitlicher Rand des Flanschrings
6: Oberseite des Flanschrings
7: Unterseite des Flanschrings
8: innerer Rand
9: Behälteräußeres
10: Behälterinneres
11: Behälter
12: Behälterwand
13: Behälteraußenwand
14: Behälterinnenwand
15: Öffnung des Behälters
16: Hutmutter (Fixiermittel)
17: Anschlussteil (Schlauchtülle)
18: Öffnung im Anschlussteil
19: Flanschabschnitt
20: Durchgangsbohrungen
21: Schrauben
22: Bereich
23: Anlagefläche
24: Dichtring
25: Hülsenabschnitt
26: Behälterkante
27: Seitenwand des Behälters
28: Nut
29: Dichtring
30: Dichtring

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

US 4023257 A [0006]
US 4504535 A [0007]
DE 102004033258 A1 [0008]
US 6415941 B1 [0009]

Claims

Flüssigkeitsbehälter (11) aus einem Kunststoffmaterial mit einem in einer Öffnung (15) in einer Behälterwand (12) angeordneten Einlegeelement (1), das am Rand der Öffnung (15) in das Kunststoffmaterial der Behälterwand (12) eingesintert ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der in die Behälterwand (12) eingesinterte Bereich des Einlegeelements (1) aus Edelstahl besteht und dass der Flüssigkeitsbehälter (11) zumindest in dem Bereich, in dem das Einlegelement (1) eingesintert ist, aus vernetztem Polyethylen (XPE) besteht.
Flüssigkeitsbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der in die Behälterwand (12) eingesinterte Bereich des Einlegeelements (1) in einer Richtung von einer Behälterinnenwand (14) zu einer Behälteraußenwand (13) hinterschnittsfrei verläuft.
Flüssigkeitsbehälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlegeelement (1) an seiner der Behälteraußenseite (9) zugeordneten Seite freiliegt.
Flüssigkeitsbehälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der in die Behälterwand (12) eingesinterte Bereich des Einlegeelements (1) flächig ausgebildet ist.
Flüssigkeitsbehälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch an der der Behälterinnenwand (14) zugeordneten Seite des Einlegeelements (1) vorgesehene Fixiermittel (16).
Flüssigkeitsbehälter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixiermittel (16) in die Behälterwand (12) eingesintert sind.
Flüssigkeitsbehälter nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixiermittel (16) als Sacklöcher in der Behälterwand (12) ausgebildet sind.
Flüssigkeitsbehälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlegelement (1) zumindest an der der Behälteraußenseite (9) zugeordneten Seite eine vorzugsweise ebene Befestigungsfläche (6) aufweist.
Flüssigkeitsbehälter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Befestigungsfläche (6) vollständig um die Öffnung (15) erstreckt.
Flüssigkeitsbehälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Öffnung (15) kleiner ist als der Durchmesser einer Öffnung (2) des Einlegeelements (1).
Flüssigkeitsbehälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter durch Rotationsformen hergestellt ist.
Verfahren zur Herstellung eines Flüssigkeitsbehälters (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aus Kunststoffmaterial in einer Rotationsschmelzform, deren Innenform die Außenform des Flüssigkeitsbehälters (11) definiert, wobei während eines Rotationsschmelzprozesses das Einlegeelement (1) in die Behälterwandung (12) eingebettet wird, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a) Befestigen des Einlegeelements (1) in der Rotationsschmelzform b) Befüllen der Rotationsschmelzform mit mindestens einem Polyethylen; c) Rotation der Rotationsschmelzform um die Haupt- und Nebendrehachsen und Eintragen von Wärme in die Rotationsschmelzform; so dass das Einlegeelement (1) fest in die Behälterwand (12) eingesintert wird, wobei das Polyethylen vernetzt wird, so dass sich vernetztes Polyethylen (XPE) bildet.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b) die Rotationsschmelzform mit mindestens einem Polyethylen und mindestens einem Vernetzungsinitiator befüllt wird.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyethylen nach dem Rotationsschmelzprozess durch Bestrahlung vernetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei in Schritt a) das Einlegeelements (1) in der Rotationsschmelzform derart befestigt wird, dass eine Außenseite (6) des Einlegeelements (1) an der Innenseite der Rotationsschmelzform anliegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein in die Behälterwandung (12) einzubettender Randbereich (5) hinterschnittsfrei von der dem Inneren der Rotationsschmelzform zugewandten Innenseite des Einlegeelements (1) zu dessen Außenseite ausläuft.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt a) das Einlegeelement (1) in der Rotationsschmelzform so befestigt wird, dass es mit einem Innenumfang am Außenumfang eines Werkzeugeinsatzes anliegt.