DE102016217135A1

DE102016217135A1 - Kraftstoffbehälter für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102016217135A1
Application number: DE102016217135.6A
Authority: DE
Inventors: Axel Diestelhorst; Ralf Berlin
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2016-09-08
Filing date: 2016-09-08
Publication date: 2018-03-08

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffbehälter für ein Kraftfahrzeug, der ein insbesondere blasgeformter Kunststoffbehälter ist, in dessen Innenraum zumindest ein Zuganker (5) angeordnet ist, der zumindest zweiteilig aus einem zylindrischen Zuganker-Hohlkörper (11), der mit Stützfüssen (15) an gegenüberliegenden Behälterwänden (7, 9) innenseitig abgestützt ist, und aus einem durch den Zuganker-Hohlkörper (11) geführten Zuganker-Bolzen (13) aufgebaut ist, der mit seinem Bolzenende (17) durch eine Behälterwand-Öffnung (19) nach außen geführt ist und mit einem außenseitigen Zuganker-Kopf (21) verschraubt ist, zwischen dem und einem zugewandten Stützfuß (15) des Zuganker-Hohlkörpers (11) ein Öffnungsrandbereich der Behälterwand-Öffnung (19) verspannt ist. Erfindungsgemäß ist der Zuganker-Kopf (21) ein scheibenförmiges, insbesondere komplett geschlossenflächiges Deckel-Element, an dessen Unterseite ein mit dem Bolzenende (17) verschraubbares Innengewinde ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffbehälter für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Kraftstoffbehälters nach dem Patentanspruch 7.
Ein solcher Kraftstoffbehälter kann in gängiger Praxis aus einem thermoplastischen Kunststoff zum Beispiel durch Extrusionsblasformen oder durch Verschweißung von aus thermoplastischem Kunststoff spritzgegossenen Halbschalen hergestellt sein. Im Innenraum eines solchen Kraftstoffbehälters können Funktionsteile des Kraftstoffsystems aufgenommen sein, wodurch der Bauraumbedarf außerhalb des Kraftstoffbehälters reduziert ist und zudem die Anzahl erforderlicher Behälteröffnungen reduziert ist, was im Hinblick auf Emissionen aus dem Kraftstoffbehälter vorteilhaft ist.
Aus der EP 2 537 696 B1 ist ein gattungsgemäßer Kraftstoffbehälter bekannt, der als ein blasgeformter Kunststoffbehälter realisiert ist, in dessen Innenraum Zuganker angeordnet sind. Jeder dieser Zuganker weist einen zylindrischen Zuganker-Hohlkörper auf, der mit Stützfüßen an gegenüberliegenden Behälterwänden behälterinnenseitig abgestützt ist. Durch den Zuganker-Hohlkörper ist ein Zuganker-Bolzen geführt, der mit seinem Bolzenende durch eine Behälterwand-Öffnung nach außen geführt ist und mit einem außenseitig angeordneten Zuganker-Kopf verschraubt ist. Zwischen dem Zuganker-Kopf und einem zugewandten Stützfuß des Zuganker-Hohlkörpers ist ein Öffnungsrandbereich der Behälterwand-Öffnung verspannt.
In der EP 2 537 696 B1 ist die oben erwähnte Anbindungsstelle des Zugankers an der Behälterwand bauteilaufwendig mit einer herkömmlichen Schraubenmutter realisiert, die unter Zwischenlage einer Unterlegscheibe gegen die Außenseite der Behälterwand verspannt ist. Zudem weist die Anbindungsstelle als separates Bauteil ein Deckel-Element auf, das mit Abstand die Schraubenmutter überdeckt. In einem Schweißprozessschritt wird das Deckel-Element mit ihrem Deckelrand mit der Behälterwand verschweißt.
Aus der DE 197 49 950 A1 ist ein Behälter zum Speichern von Druckgas bekannt, in dessen Innenraum Stützelemente angeordnet sind, die mit einer Behälter-Hüllschicht verbunden sind.
Die Stützelemente weisen eine Zugkraft aufnehmende Wirkung auf und sind als Stützstäbe oder dergleichen realisiert.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Kraftstoffbehälter bereitzustellen, bei dem in fertigungstechnisch einfacher sowie bauteilreduzierter Weise die Zuganker im Kraftstoffbehälter verbaut werden können.
Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 oder 7 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 ist der Zuganker-Kopf nicht mehr als eine herkömmliche Schraubenmutter ausgeführt, sondern vielmehr als ein scheibenförmiges, insbesondere komplett geschlossenflächiges Deckel-Element, an dessen Unterseite ein mit dem Bolzenende des Zuganker-Bolzens verschraubbares Innengewinde ausgebildet ist. Auf diese Weise ist das Deckel-Element nicht mehr, wie im obigen Stand der Technik, als ein separates Bauteil über einen Schweiß-Prozessschritt außenseitig am Kunststoffbehälter befestigt. Vielmehr wird der Zuganker-Kopf in Doppelfunktion einerseits mit dem Bolzenende verschraubt und dient dieser andererseits als Deckel, der die Schraubstelle überdeckt. Die Verschraubung erfolgt somit nach Art einer Hutmutter fertigungstechnisch einfacher sowie bauteilreduzierter Weise.
In einer technischen Umsetzung kann der jeweilige Stützfuß des Zuganker-Hohlkörpers unter Bildung einer ringförmig um die Behälter-Öffnung laufenden ersten Dichtzone innenseitig mit dem Öffnungsrandbereich der Behälterwand-Öffnung verschweißt sein. Zur Verschweißung kann das Kunststoffmaterial der Behälterwand in einem schmelzflüssigen Zustand vorliegen, zum Beispiel unter Ausnutzung der Extrusionswärme, und der Zuganker-Hohlkörper unter Bildung einer stoff- und formschlüssigen Verbindung in das schmelzflüssige Kunststoffmaterial gedrückt werden. Zur Steigerung der Verbindungsfestigkeit sowie der Dichtheit kann der Stützfuß des Zuganker-Hohlkörpers an seiner der Behälterwand zugewandten Seite eine Formschlusskontur aufweisen, die zum Beispiel durch Rillen und/oder Noppen realisiert ist, die von einer Stützfuß-Grundfläche abgesetzt sind.
Zudem kann der Stützfuß des Zuganker-Hohlkörpers an seiner der Behälterwand zugewandten Stirnseite in etwa wannenförmig ausgebildet sein, und zwar mit einer Grundfläche, von der randseitig ein ringförmig umlaufender Randsteg hochgezogen ist. Dessen freie Randkante kann in das Kunststoffmaterial der Behälterwand eingedrückt werden, und zwar insbesondere zusammen mit der Formschlusskontur, die in der stirnseitigen Stützfuß-Grundfläche ausgebildet ist.
Zur weiteren Steigerung der Gas- oder Flüssigkeitsdichtheit kann zwischen dem Deckel-Element und dem Öffnungsrandbereich ein Dichtelement angeordnet sein, und zwar unter Bildung einer ringförmig um die Behälteröffnung laufenden zweiten Dichtzone. In einer ersten Ausführungsvariante kann das Dichtelement eine im Öffnungsrandbereich der Behälteröffnung umlaufende Sicke sein. Deren Sicken-Scheitel ist bei der Montage des Deckel-Elementes in etwa in Linienkontakt mit der Unterseite des Deckel-Elementes bringbar. Alternativ dazu kann das Dichtelement als ein separater O-Dichtring realisiert sein. Der O-Dichtring oder die Dichtsicke bilden eine zweite Dichtzone, die im Vergleich zur obigen ersten Dichtzone außenseitig am Kraftstoffbehälter ausgebildet ist.
Der zylindrische Zuganker-Hohlkörper kann eine Verstärkungsstruktur aufweisen, damit die auf den Kraftstoffbehälter einwirkenden Zug- und Druckkräfte beschädigungsfrei in den Zuganker eingeleitet werden können. Bevorzugt kann die Verstärkungsstruktur als eine, im Querschnitt betrachtet, umlaufende wellenförmige Profilierung im Zylindermantel des Zuganker-Hohlkörpers sein. Alternativ dazu kann im Hohlraum des Zuganker-Hohlkörpers ein Verstärkungsprofil vorgesehen werden.
In einer Weiterbildung kann der Zuganker-Hohlkörper mit einem Funktionsteil oder einem Funktionsteil-Träger verbunden sein. Als Funktionsteile können beispielhaft eine Kraftstoffpumpe, ein Füllstandgeber oder diverse Ventile innerhalb des Kraftstoffbehälters befestigt sein. Insbesondere kann der Zuganker-Hohlkörper materialeinheitlich und einstückig mit einer Schwallwand verbunden sein.
Bei der Herstellung des Kraftstoffbehälters kann zunächst ein Funktionsteil-Träger unter Bildung einer von dem Kraftstoffbehälter separaten Vormontageeinheit mit den Funktionsteilen bestückt werden. In dem Funktionsteil-Träger können die oben erwähnten Zuganker integriert sein. Der bestückte Funktionsteil-Träger wird anschließend in den Innenraum eines schlauchförmigen Kraftstoffbehälter-Vorformlings aus plastifiziertem Kunststoff eingebracht. Dann erfolgt ein Blasformvorgang, bei dem der Vorformling mittels Blasluft sowie unter Wärmebeaufschlagung in einem Blasformwerkzeug auf seine endgültige Außenkontur aufgeweitet wird. Während des Blasformvorganges wird zudem auch der Funktionsteil-Träger mit den darin integrierten Zugankern innenseitig am Kraftstoffbehälter verschweißt.
Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und/oder Weiterbildungen der Erfindung können – außer zum Beispiel in den Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen – einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen.
Es zeigen:
1 in einer perspektivischen Schnittdarstellung einen Kraftstoffbehälter, in dessen Innenraum eine Schwallwand mit darin integrierten Zugankern angeordnet ist;
2 in einer vergrößerten Seitenansicht einen Zuganker;
3 eine Schnittdarstellung entlang der Schnittebene A-A aus der 2;
4 eine Anbindungsstelle des Zugankers an einer Behälterwand des Kraftstoffbehälters;
5 bis 8 jeweils Ansichten, die Prozessschritte zum Verbauen eines Zugankers im Kraftstoffbehälter veranschaulichen.
In der 1 ist ein aus einem thermoplastischen Kunststoff gefertigter Kraftstoffbehälter 1 gezeigt, der als ein blasgeformter Kunststoffbehälter ausgebildet ist. Im Innenraum des Kraftstoffbehälters 1 ist eine Schwallwand 3 angeordnet, die den Behälterinnenraum aufteilt. Die Schwallwand 3 kann ebenfalls aus einem thermoplastischen Kunststoffmaterial zum Beispiel im Spritzgießverfahren angefertigt sein. Wie aus der 1 hervorgeht, sind in der Schwallwand 3 zwei voneinander beabstandete Zuganker 5 integriert, die vertikal zwischen einer oberen und einer unteren Kraftstoffbehälterwand 7, 9 an Anbindungsstellen A1, A2 (1) abgestützt sind, wodurch dem Kraftstoffbehälter 1 sowie der darin angeordneten Schwallwand 3 eine ausreichende Formstabilität verliehen wird. An der Schwallwand 3 können zudem Funktionsteile, etwa eine Kraftstoffpumpe oder Entlüftungsventile, angebaut sein.
Anhand der 2 und 3 wird nachfolgend der Aufbau eines der Zuganker 5 beschrieben: So ist der Zuganker 5 mehrteilig aufgebaut, und zwar mit einem in etwa zylindrischen Zuganker-Hohlkörper 11 und einem durch den Zuganker-Hohlkörper 11 geführten Zuganker-Bolzen 13 (1, 4, 7, 8). Der Zuganker-Hohlkörper 11 ist mit seinen stirnseitigen Stützfüßen 15 an den einander gegenüberliegenden Behälterwänden 7, 9 behälterinnenseitig abgestützt.
Demgegenüber ist der Zuganker-Bolzen 13 mit seinem oberen/unteren Bolzenende 17 durch eine Behälterwand-Öffnung 19 nach außen geführt und mit einem behälteraußenseitigen Zuganker-Kopf 21 verschraubt. Der Zuganker-Kopf 21 ist als ein scheibenförmiges, nahezu komplett geschlossenflächiges Deckel-Element ausgeführt, an dessen Unterseite ein Schraubdom 23 mit einem Innengewinde ausgebildet ist, in das das jeweilige Bolzenende 17 verschraubbar ist. Zwischen dem Zuganker-Kopf 21 und dem jeweils zugewandten Stützfuß 15 des Zuganker-Hohlkörpers 11 ist ein Öffnungsrandbereich der Behälterwand-Öffnung 19 verspannt.
Wie aus der 4 hervorgeht, ist der Stützfuß 15 an seiner der Behälterwand 7 zugewandten Seite nicht glattflächig, sondern vielmehr mit einer Formschlusskontur 25 ausgebildet, die von einer Grundfläche 27 abgesetzte Noppen aufweist. Die Formschlusskontur 25 ist mit dem Öffnungsrandbereich der Behälterwand-Öffnung 19 stoff- und formschlüssig verschweißt. Wie aus der 4 weiter hervorgeht, ist die Stirnseite des Stützfußes 15 in etwa wannenförmig ausgeführt, und zwar mit der bereits oben erwähnten Grundfläche 27, von der randseitig eine ringförmig umlaufende Randwand 31 hochgezogen ist. Deren freie Randkante ist ebenfalls in das Kunststoffmaterial der Behälterwand 7 eingedrückt, und zwar unter Bildung einer ersten, ringförmig um die Behälterwand-Öffnung 19 laufenden Dichtzone D1.
Zusätzlich ist in der 4 zwischen dem Deckel-Element, das heißt dem Zuganker-Kopf 21, und dem Öffnungsrandbereich ein weiteres Dichtelement 33 verspannt, das als ein O-Dichtring ausgeführt ist, wodurch sich eine im Vergleich zur ersten Dichtzone D1 radial äußere zweite Dichtzone D2 ergibt, die außenseitig ringförmig um die Behälterwand-Öffnung 19 läuft. In der 4 ist das Deckel-Element 21 komplett geschlossenflächig ausgeführt.
Anstelle des in der 4 gezeigten O-Dichtringes ist in der 2 das Dichtelement 33 eine Dichtsicke 35 in den Öffnungsrandbereich der Behälterwand-Öffnung 19 eingebracht, die ebenfalls ringförmig um die Behälterwand-Öffnung 19 verläuft und in der Zusammenbaulage (2) einen kreisförmigen Linienkontakt zur Unterseite des Zuganker-Kopfes 21 bildet.
In der 3 ist der Zuganker-Hohlkörper 11 in einer Querschnittsansicht gezeigt. Demzufolge ist der Zuganker-Hohlkörper 11 nicht mit einem kreisförmigen Zylindermantel ausgeführt. Vielmehr weist der Zylindermantel des Zuganker-Hohlkörpers 11 eine umlaufende wellenförmige Profilierung auf, wodurch der Zuganker-Hohlkörper bauteilsteifer ausgelegt ist. Wie weiter aus der 3 hervorgeht, ist die Schwallwand 3 materialeinheitlich und einstückig am Zuganker-Hohlkörper 11 angeformt.
Nachfolgend wird anhand der 5 bis 8 ein Verfahren zum Verbau eines der Zuganker 5 im Kraftstoffbehälter 1 veranschaulicht. Demzufolge wird die Schwallwand 3 mit den darin integrierten Zugankern 5 in den Innenraum eines schlauchförmigen Kraftstoffbehälter-Vorformlings aus plastischem Kunststoff eingebracht. Dessen Kunststoffmaterial ist unter Ausnutzung der Extrusionswärme noch in einem plastischen oder schmelzflüssigen Zustand. Danach erfolgt in einem Blasformwerkzeug ein Blasformvorgang, bei dem der Vorformling mittels Blasluft sowie unter Wärmebeaufschlagung im Blasformwerkzeug auf seine endgültige Außenkontur aufgeweitet wird. Dabei wird der Stützanker-Hohlkörper 11 mit seinen Stützfüßen 15 in das noch schmelzflüssige Kunststoffmaterial der einander gegenüberliegenden Kunststoffbehälterwände 7, 9 eingedrückt, das heißt kunststoffverschweißt. Nach einem Aushärten ergibt sich die in der 5 gezeigte Anordnung, bei der die Stützfüße 15 an die gegenüberliegenden Kunststoffbehälterwände 7, 9 verschweißt sind. Anschließend wird in einem Schneid-Schritt die Behälterwand-Öffnung 19 in den beiden gegenüberliegenden Behälterwänden 7, 9 in etwa in Flucht mit dem zylindrischen Zuganker-Hohlkörper 11 ausgebildet (6).
Das Einbringen der Öffnung 19 kann auch bereits beim Herstellprozess durch geeignete Elemente (zum Beispiel Nadeln) erfolgen. Beim Schließen der beiden Werkzeughälften, während sich der Stützanker-Hohlkörper 11 mit seinen Stützfüßen 15 in das noch schmelzflüssige Kunststoffmaterial der einander gegenüberliegenden Kunststoffbehälterwände 7, 9 eingedrückt, kann eine in die Werkzeughälften integrierte Nadel die Kraftstoffbehälterwände 7 und 9 durchstechen und so die Öffnung zur Montage des Zuganker-Bolzen schaffen.
Anschließend erfolgt gemäß der 7 die Montage des Zuganker-Bolzens 13. Demzufolge wird der Zuganker-Bolzen 13 mit bereits einseitig daran verschraubtem Zuganker-Kopf 21 durch den Zuganker-Hohlkörper 11 geführt. Anschließend wird das noch nicht verschraubte Bolzenende 17 mit einem weiteren Zuganker-Kopf 21 verschraubt, wodurch sich der in der 8 gezeigte fertig montierte Zuganker 5 ergibt.
Wie aus der 5 und 6 weiter hervorgeht, ist außenseitig im Öffnungsrandbereich der Behälterwand-Öffnung 19 eine Ringnut 32 eingeformt, in der vor dem Anbringen der Zuganker-Bolzen 13 der O-Ring 33 eingelegt wird.
Bezugszeichenliste

1: Kraftstoffbehälter
3: Schwallwand
5: Zuganker
7, 9: Kraftstoffbehälterwände
11: Zuganker-Hohlkörper
13: Zuganker-Bolzen
15: Stützfüße
17: Bolzenende
19: Behälterwand-Öffnung
21: Zuganker-Kopf
23: Schraubdom
25: Formschlusskontur
27: Grundfläche
29: Noppen
31: Randwand
32: Ringnut
33: O-Dichtring
D1, D2: Dichtzonen
A1, A2: Anbindungsstellen

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

EP 2537696 B1 [0003, 0004]
DE 19749950 A1 [0005]

Claims

Kraftstoffbehälter für ein Kraftfahrzeug, der ein insbesondere blasgeformter Kunststoffbehälter ist, in dessen Innenraum zumindest ein Zuganker (5) angeordnet ist, der zumindest zweiteilig aus einem zylindrischen Zuganker-Hohlkörper (11), der mit Stützfüssen (15) an gegenüberliegenden Behälterwänden (7, 9) innenseitig abgestützt ist, und aus einem durch den Zuganker-Hohlkörper (11) geführten Zuganker-Bolzen (13) aufgebaut ist, der mit seinem Bolzenende (17) durch eine Behälterwand-Öffnung (19) nach außen geführt ist und mit einem außenseitigen Zuganker-Kopf (21) verschraubt ist, zwischen dem und einem zugewandten Stützfuß (15) des Zuganker-Hohlkörpers (11) ein Öffnungsrandbereich der Behälterwand-Öffnung (19) verspannt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuganker-Kopf (21) ein scheibenförmiges, insbesondere komplett geschlossenflächiges Deckel-Element ist, an dessen Unterseite ein mit dem Bolzenende (17) verschraubbares Innengewinde ausgebildet ist.
Kraftstoffbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Stützfuß (15) des Zuganker-Hohlkörpers (11) unter Bildung einer ersten Dichtzone (D1) behälterinnenseitig mit dem Öffnungsrandbereich der Behälterwand-Öffnung (19) verschweißt ist, und dass zur Verschweißung das Kunststoffmaterial der Behälterwand (7, 9) in einem schmelzflüssigen Zustand vorliegt und der Zuganker-Hohlkörper (11) unter Bildung einer stoff- und formschlüssigen Verbindung in das schmelzflüssige Kunststoffmaterial gedrückt wird, und dass insbesondere zur Steigerung der Verbindungsfestigkeit und Dichtheit der Stützfuß (15) an seiner der Behälterwand (7, 9) zugewandten Seite eine Formschlusskontur (25) mit von einer Grundfläche (27) abgesetzten Rillen und/oder Noppen aufweist.
Kraftstoffbehälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützfuß (15) des Zuganker-Hohlkörpers (11) an seiner der Behälterwand (7, 9) zugewandten Stirnseite in etwa wannenförmig ausgebildet ist, und zwar mit einer Grundfläche (27), von der randseitig eine ringförmig umlaufende Randwand (31) hochgezogen ist, deren freie Randkante in das Kunststoffmaterial der Behälterwand (7, 9) eingedrückt ist.
Kraftstoffbehälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Deckel-Element (21) und dem Öffnungsrandbereich der Behälterwand-Öffnung (19) ein Dichtelement (33), insbesondere ein O-Dichtring oder eine Dichtsicke, verspannt ist, und zwar unter Bildung einer ringförmig um die Behälteröffnung (19) laufenden zweiten Dichtzone (D2).
Kraftstoffbehälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrische Zuganker-Hohlkörper (11) eine Verstärkungsstruktur aufweist, insbesondere eine, im Querschnitt betrachtet, umlaufende wellenförmige Profilierung im Zylindermantel des Zuganker-Hohlkörpers (11) oder ein im Hohlraum des Zuganker-Hohlkörpers (11) vorgesehenes Verstärkungsprofil.
Kraftstoffbehälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuganker-Hohlkörper (11) mit einem Funktionsteil oder einem Funktionsteil-Träger verbunden ist, insbesondere mit einer Schwallwand (3), die materialeinheitlich und einstückig am Zuganker-Hohlkörper angeformt ist.
Verfahren zur Herstellung eines Kraftstoffbehälters nach einem der vorhergehenden Ansprüche.