DE102018007389A1

DE102018007389A1 - Fahrzeugkraftstofftank mit Schwallblech

Info

Publication number: DE102018007389A1
Application number: DE102018007389.1A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Af Sillén; Carl-Johan Waldner; Erik Andersson; Jonas Wikström; Anders Wedholm; Rasmus Johansson; Johan Göransson
Original assignee: Scania CV AB
Current assignee: Scania CV AB
Priority date: 2017-10-05
Filing date: 2018-09-19
Publication date: 2019-04-11
Also published as: SE1751231A1; SE541338C2

Abstract

Es werden ein Fahrzeugkraftstofftank, ein Fahrzeug und ein Verfahren bereitgestellt. Der Fahrzeugkraftstofftank (2) umfasst mindestens ein Tankschwallblech (5) mit einem Wandabschnitt, der sich in einer dritten Ebene erstreckt, und mindestens einen Flansch (9) mit mindestens einer peripheren Flanschfläche (9a), die angeordnet ist, um einer inneren Oberfläche (4a) der Ummantelung (4) des Tanks mindestens teilweise zugewandt zu sein. Die innere Oberfläche der Ummantelung umfasst einen ersten Satz (6) von mindestens zwei verschiedenen Vorsprüngen (16, 26), jeweils mit mindestens einem ersten Ummantelungsflächenabschnitt (16a, 26a), der angeordnet ist, um sich im Wesentlichen in der Längsrichtung (L) zu erstrecken, und mindestens einen zweiten Ummantelungsflächenabschnitt (16b, 26b), der in einem ersten Winkel (α) relativ zur Längsrichtung angeordnet ist. Die mindestens eine periphere Flanschfläche (9a) umfasst mindestens zwei verschiedene Vertiefungen (15, 25), jede Vertiefung umfasst mindestens einen ersten Flanschflächenabschnitt (15a, 25a), der angeordnet ist, um sich im Wesentlichen in der Längsrichtung (L) zu erstrecken, und mindestens einen zweiten Flanschflächenabschnitt (15b, 25b), der in einem zweiten Winkel (α) relativ zur Längsrichtung angeordnet ist. Ferner umfasst der Tank eine Klebeverbindung (10) zwischen dem zweiten Ummantelungsflächenabschnitt (16b, 26b) und dem entsprechenden zweiten Flanschflächenabschnitt (15b, 25b).

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen einen Kraftstofftank für ein Fahrzeug. Die Erfindung betrifft auch ein Fahrzeug, das einen Kraftstofftank umfasst, und ein Verfahren zum Herstellen eines Kraftstofftanks.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Ein Schwallblech bildet eine Strömungsbehinderungsplatte im Innern eines Tanks, wie etwa eines Kraftstofftanks. Das Schwallblech reduziert oder verhindert starke Bewegungen der Flüssigkeit im Innern des Tanks, wenn der Tank einer Beschleunigung unterzogen wird. Das Schwallblech ist konfiguriert, um einen begrenzten Durchgang von Flüssigkeit an dem Schwallblech vorbei zuzulassen, damit die gesamte Flüssigkeit aus dem Tank entleert werden kann.
Tanks für Nutzfahrzeuge bestehen typischerweise aus Aluminium oder Stahl, und die Schwallbleche sind mit Flanschen versehen, die an der Innenwand des Tanks angeschweißt sind. Das Schweißen von Schwallblechen an die Ummantelung führt zu Restbelastungen in den Flanschen des Schwallblechs und in der Ummantelung des Tanks.
Die Kräfte am Schwallblech, die durch das Schwappen von Fluid und die Bewegung des Tanks während des Betriebs des Fahrzeugs verursacht werden, können eine mechanische Ermüdung in dem Tank verursachen. Die Ermüdung kann dazu führen, dass sich Risse an den Schweißstellen zwischen den Schwallblechen und der Ummantelung bilden. Die Risse können wiederum bewirken, dass der Kraftstofftank leckt.
Die JP 2013035429 offenbart einen röhrenförmigen Kraftstofftank, der einen rechteckigen Querschnitt aufweist. Die Wände des Kraftstofftanks umfassen zwei Vorsprünge, die nach innen vorstehen. Ein Flansch eines Schwallblechs wird zwischen den Vorsprüngen eingepresst, um das Schwallblech im Innern des Kraftstofftanks zu positionieren. Das Schwallblech unterdrückt die Bewegung von Kraftstoff in dem Kraftstofftank. Das Schweißen des Schwallblechs ist nicht notwendig.
Die EP 24047766 A2 offenbart einen Kraftstofftank für ein Fahrzeug mit Innenwänden oder Schwallblechen. Die Schwallbleche weisen Flansche auf, die das Schwallblech in der Tankhülle ausrichten. Die Schwallbleche werden an die Hülle geklebt, dabei wird entweder Klebstoff zu der inneren Wand der Hülle hinzugefügt und das Schwallblech wird in die richtige Position geschoben, in der es mit dem Klebstoff in Kontakt kommt, oder der Flansch weist eine Wulst auf, die zwischen dem Flansch und der Innenwand der Hülle einen Hohlraum erstellt, der durch ein Loch in dem Flansch mit Klebstoff gefüllt wird, nachdem das Schwallblech in der Hülle positioniert wurde.
Das Schweißen des Schwallblechs an das Innere des Kraftstofftanks oder das Hinzufügen von Klebstoff in das Innere des Kraftstofftanks kann auch zu Schwierigkeiten in Verbindung mit der Erreichbarkeit und Sichtbarkeit während der Herstellung führen, wodurch die Komplexität der Herstellung eines Tanks für ein Fahrzeug zunimmt.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Es wäre vorteilhaft, einen Tank und ein Verfahren zum Herstellen eines Tanks zu erreichen, welche die zuvor erwähnten Nachteile beheben oder wenigstens mindern. Insbesondere wäre es wünschenswert, einen Kraftstofftank zu ermöglichen, der haltbarer ist, insbesondere an den Stoßstellen zwischen den Schwallblechen und der Ummantelung, sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Kraftstofftanks, das weniger aufwendig und/oder kostengünstiger ist. Um eine oder mehrere dieser Bedenken besser anzugehen, werden ein Tank und ein Verfahren zum Herstellen eines Tanks, der die Merkmale aufweist, die in den unabhängigen Ansprüchen definiert sind, bereitgestellt. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Die Anmelderin hat entdeckt, dass ein geometrischer Formschluss von Schwallblechen, wie etwa durch Einpressen, auf Grund von Reibungsverschleiß zwischen den zusammengefügten Bauteilen Risse im Tank einleiten kann.
Daher wird gemäß einem Aspekt ein Fahrzeugkraftstofftank bereitgestellt. Der Tank umfasst einen Tankkörper mit einer ersten Endplatte, die sich in einer ersten Ebene erstreckt, einer zweiten Endplatte, die sich in einer zweiten Ebene erstreckt, und einer Ummantelung, die sich in einer Längsrichtung zwischen der ersten Ebene und der zweiten Ebene erstreckt, so dass die Innenflächen der ersten Endplatte, der zweiten Endplatte und der Ummantelung einen Innenraum bilden, um Kraftstoff zu enthalten. Der Tank umfasst ferner mindestens ein Tankschwallblech mit einem Wandabschnitt, der sich in einer dritten Ebene erstreckt, und mindestens einem Flansch mit mindestens einer peripheren Flanschfläche, die angeordnet ist, um der inneren Oberfläche der Ummantelung mindestens teilweise zugewandt zu sein. Die innere Oberfläche der Ummantelung umfasst einen ersten Satz von mindestens zwei verschiedenen Vorsprüngen, jeweils mit mindestens einem ersten Ummantelungsflächenabschnitt, der angeordnet ist, um sich im Wesentlichen in der Längsrichtung zu erstrecken, und mit mindestens einem zweiten Ummantelungsflächenabschnitt, der in einem ersten Winkel relativ zur Längsrichtung angeordnet ist. Die mindestens eine periphere Flanschfläche umfasst mindestens zwei verschiedene Vertiefungen, wobei jede Vertiefung mindestens einen ersten Flanschflächenabschnitt, der angeordnet ist, um sich im Wesentlichen in der Längsrichtung zu erstrecken, und mindestens einen zweiten Flanschflächenabschnitt, der in einem zweiten Winkel relativ zur Längsrichtung angeordnet ist, umfasst. Ferner umfasst der Tank eine Klebeverbindung zwischen dem zweiten Ummantelungsflächenabschnitt und dem entsprechenden zweiten Flanschflächenabschnitt.
Da die Ummantelung einen ersten Satz von mindestens zwei verschiedenen Vorsprüngen umfasst und die mindestens eine periphere Flanschfläche mindestens zwei verschiedene Vertiefungen umfasst, wird eine richtige Positionierung des Schwallblechs während der Herstellung ermöglicht.
Durch die Verbindung zwischen den Vorsprüngen und Vertiefungen in einem Winkel zur Längsrichtung, in welcher der Flansch und die innere Oberfläche der Wand zusammengefügt werden, wird ein guter geometrischer Formschluss erreicht, und die Belastung an der Klebeverbindung verringert sich. Durch das Kombinieren von Formschluss und Klebschluss wird eine Verbindung, die das Risiko für Risse in dem Tank im Vergleich zu geschweißten Verbindungen oder geometrischen Formschlussverbindungen reduziert, und ein geringeres Risiko, dass sich das Schwallblech lockert, als bei Klebeverbindungen erreicht.
In der vorliegenden Beschreibung kann der Begriff Vorsprung eine beliebige Form umfassen, bei der die innere Oberfläche der Ummantelung den Radius der Innenwand in gewissen Positionen reduzieren kann. Gemäß den Ausführungsformen der Erfindung sind die nach innen gerichteten Vorsprünge Prägungen in der Ummantelung.
Die Erfindung kann besonders für Nutzfahrzeuge, insbesondere Schwerlastwagen, Busse und Lastkraftwagen und für Baumaschinen, wie etwa Bagger, nützlich sein. Bei Lastwagen und Lastkraftwagen sind die Kraftstofftanks typischerweise wie rechtwinklige Prismen gestaltet mit rechteckigen, D-förmigen oder kreisförmigen Seitenflächen. Der Tank ist normalerweise mit Trägern an dem Rahmen des Fahrzeugs angebracht. Die Träger sind mit der Ummantelung des Tanks verbunden, häufig durch Bänder, welche die Tankummantelung umklammern. Ein typischer Tank eines schweren Fahrzeugs enthält 200 bis 1000 Liter Kraftstoff, typischerweise einen flüssigen Kohlenwasserstoff, wie etwa Diesel, Benzin oder FAME.
In der vorliegenden Beschreibung betrifft der Begriff Kraftstoff auch einen beliebigen Kraftstoffzusatzstoff, der in einem getrennten Tank im Fahrzeug geführt wird. Diese Zusatzstoffe sind beliebige Ammoniumsalzlösungen in Wasser, wie etwa die Harnstofflösung AUS 32 laut ISO 22241, im Handel als AdBlue® oder DEF erhältlich.
Die Kraftstofftanks von schweren Fahrzeugen sind großen Kräften von der relativen Bewegung zwischen dem Tank und dem Rahmen des Fahrzeugs ausgesetzt, typischerweise in der Verbindung zwischen dem Tank und den Befestigungsmitteln, z.B. den Bändern und den Trägern. Wie zuvor erwähnt, ist der Tank auch großen Kräften von dem Schwappen des Kraftstoffs im Tank während einer Beschleunigung und Verzögerung des Fahrzeugs ausgesetzt. Die Schwallbleche in einem Kraftstofftank reduzieren das Schwappen, und da sie mit Öffnungen versehen sind, durch die der Kraftstoff geht, wird der Kraftstoff in allen Teilabschnitten des Tanks, die durch die Schwallbleche geschaffen werden, auf dem gleichen Niveau gehalten. Diese Probleme sind im Allgemeinen für Personenkraftwagen und andere Fahrzeuge mit kleinen Tanks nicht gegeben, da diese Tanks normalerweise andere Formen aufweisen und viel kleineren Kräften ausgesetzt sind.
Klebe-, d.h. geklebte, Stoßstellen halten gut bei Scherbelastungen, sind jedoch schwächer bei Spalt- und Abschälbelastungen. Die Kräfte der Schwallbleche sind hauptsächlich längsgerichtet, und eine typische Klebestoßstelle zwischen einem Schwallblech und einer Ummantelung befindet sind zwischen einem Längsflansch des Schwallblechs und der inneren Wand der Ummantelung. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben jedoch erkannt, dass, wenn das Schwallblech Längskräften ausgesetzt ist, die Kräfte an der Stoßstelle zwischen dem Schwallblech und der Ummantelung weitgehend in den Richtungen gerichtet ist, die zu der Längsrichtung querliegen, d.h. in der Ebene des Schwallblechs, da sich das Schwallblech durch die Kräfte von dem schwappenden Kraftstoff verzieht oder verbiegt, wodurch es eine Schwallblechstoßstelle Spalt- und Abschälbelastungen aussetzt. Ein geklebtes Schwallblech kann sich dadurch von der Wand lösen und dadurch die Bewegungen der Flüssigkeit nicht reduzieren, was zur Zerstörung des Tanks führt. Die Erfinder haben erkannt, dass durch das Kombinieren eines geometrischen Formschlusses mit einem Klebschluss zwischen zwei Oberflächen, die in einem Winkel relativ zur Längsrichtung angeordnet sind, das Risiko von Verschleiß durch Reibung zwischen dem Schwallblechflansch und der Ummantelung in dem Formschluss reduziert ist, und da die Klebeverbindung in einem Winkel zur Längsrichtung angeordnet ist, die Verbindung hauptsächlich Scherbelastungen ausgesetzt ist, wodurch eine sehr starke Klebeverbindung erreicht wird.
Der Klebstoff kann ein beliebiger geeigneter Klebstoff sein, der in der Technik bekannt ist.
Die mindestens eine periphere Flanschfläche kann angeordnet sein, um mindestens teilweise an der inneren Oberfläche der Ummantelung anzuliegen.
Risse in Klebeverbindungen beginnen oft an einer einzigen Schwachstelle, z.B. dort, wo es Geometrie- oder Materialmängel oder Verunreinigungen in der Verbindung gibt, und dann folgt der Riss der Stoßstelle bis zum Ende der Stoßstelle. Daher wird dadurch, dass die periphere Flanschfläche mit mindestens zwei verschiedenen Vertiefungen und die innere Oberfläche der Ummantelung mit mindestens zwei verschiedenen Vorsprüngen versehen werden, das Schwallblech durch verschiedene Stoßstellen mit der Ummantelung zusammengefügt, wodurch sich das Risiko reduziert, dass sich Risse in dem Tank ausbreiten.
Gemäß einer Ausführungsform sind der zweite Ummantelungsflächenabschnitt und der zweite Flanschflächenabschnitt relativ zueinander ergänzend gestaltet. Dadurch wird eine starke Klebeverbindung erreicht.
Gemäß einer Ausführungsform betragen die ersten und zweiten Winkel 30° bis 60°, weiter bevorzugt 40° bis 50°. Mit diesen Winkeln werden die Spalt- und Abschälbelastungen in der Klebeverbindung reduziert.
Gemäß einer Ausführungsform sind ersten, zweiten und dritten Ebenen relativ zueinander im Wesentlichen parallel. Dadurch dass die Ebenen derartig angeordnet sind, weist der Tank die Form eines rechtwinkligen Prismas auf und kann platzsparend am Rahmen eines Fahrzeugs installiert werden. Dies ermöglicht auch, dass mehrere Tankgrößen gebaut werden können, indem nur die Länge der Ummantelung des Tanks geändert wird, was bedeutet, dass ein kostengünstiges modulares Tanksystem erreicht werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Vertiefungen in dem Flansch an einem Rand des Flansches in der Längsrichtung angeordnet, so dass die Flanschfläche gleich oder weniger als die Hälfte des Umfangs der Vertiefungen umschließt. Dadurch dass die Vertiefungen auf einer Seite offen sind, wird die Montage des Schwallblechs bei der Herstellung vereinfacht, da es möglich ist, das Schwallblech gegen die Vorsprünge in der Ummantelung in die richtige Position zu schieben, bevor die Endwand in die Ummantelung eingepasst wird. In einem Tank mit zwei Schwallblechen kann ein Schwallblech von jeder offenen Seite der Ummantelung aus eingefügt werden, bevor die Endwände des Tanks eingepasst werden. Ferner kann durch das Anordnen der Vertiefungen mit einer offenen Seite Klebstoff zu dem zweiten Flanschflächenabschnitt hinzugefügt werden, bevor das Schwallblech in der Ummantelung an die richtige Stelle geschoben wird, ohne dass der Klebstoff mit der Ummantelung in Kontakt kommt, bis der zweite Flanschflächenabschnitt an dem zweiten Ummantelungsflächenabschnitt anliegt. Dadurch wird im Vergleich zu Verfahren, bei denen der Klebstoff durch Löcher in der Ummantelung oder an der Innenwand der Ummantelung hinzugefügt wird, ein vereinfachtes Zusammenfügen der Schwallbleche mit der Tankummantelung ermöglicht.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Tank ein zweites Tankschwallblech, und die Ummantelung umfasst einen zweiten Satz von mindestens zwei verschiedenen Vorsprüngen. Bei Lastwagen sind wegen der Größe der Tanks oft zwei Schwallbleche ein geeigneter Kompromiss zwischen Festigkeit und Kontrolle des Schwappens einerseits und Kosten und Gewicht andererseits. Ferner sind, wie zuvor erwähnt, zwei Schwallbleche geeignet, da sie von verschiedenen Seiten der Ummantelung aus montiert werden können, bevor die Endplatten an der Ummantelung angebracht werden.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Endplatten und der Schwallblechwandabschnitt kreisförmig oder oval. Kreisförmige Schwallbleche verleihen einem Tank eine sehr gute Festigkeit, da die Kräfte aus dem sich bewegenden (schwappenden) Kraftstoff relativ gleichmäßig auf den gesamten Flansch verteilt werden, und es keine Ecken gibt, in denen Kräfte in verschiedenen Richtungen aufeinander treffen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Schwallblechwandabschnitt im Wesentlichen vieleckig, und der Flansch umfasst eine Vertiefung in jeder Ecke des Vielecks. Dadurch dass der Schwallblechwandabschnitt und die ersten und zweiten Endplatten im Wesentlichen vieleckig sind, wird eine effektivere Verwendung des Platzes an dem Rahmen des Fahrzeugs ermöglicht als mit kreisförmigen Querschnitten. Dadurch kann das Fahrzeug mehr Kraftstoff mitführen, und/oder der Platz am Rahmen, der ansonsten für den Kraftstofftank verwendet würde, kann für andere Bauteile oder Fracht verwendet werden, wodurch sich die Ladekapazität des Fahrzeugs erhöht. Das Vieleck kann typischerweise rechteckig oder D-förmig sein. Dadurch dass Stoßstellen in den Ecken des Vielecks angeordnet sind, können die negativen Auswirkungen der Ecken erheblich reduziert werden, wodurch die Festigkeit des Tanks erhöht wird. Die Ecken müssen nicht spitz sein, sollten aber bevorzugt einen Radius aufweisen. Der Radius der Ecke könnte bevorzugt 10 bis 40 % der Länge der Seite des Vielecks betragen, z.B. die Breite des Tanks. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Schwallblechwandabschnitt eine Superellipse, und der Flansch umfasst eine Vertiefung, in der ein Flanschradius, d.h. der Radius der Superellipse, minimal ist. Dadurch dass die Vertiefungen mit minimalen Radien angeordnet sind, wird die Festigkeit des Tanks verbessert.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Flansch eine Mehrzahl von verschiedenen Einkerbungen in der dritten Ebene. Als ein Beispiel kann für einen Tank mit einem im Wesentlichen quadratischen Querschnitt kann der Flansch eine Einkerbung in jeder Ecke und eine Einkerbung auf jeder Seite, also 8 Einkerbungen insgesamt, umfassen.
Gemäß einer Ausführungsform werden mindestens zwei verschiedene Klebstoffe in verschiedenen Klebeverbindungen verwendet; ein erster Klebstoff mit einem ersten Elastizitätsmodul und ein zweiter Klebstoff mit einem zweiten Elastizitätsmodul. Das zweite Elastizitätsmodul kann größer als das erste Elastizitätsmodul sein, und der erste Klebstoff kann in den Klebeverbindungen in steifen Teilen der Ummantelung und/oder des Schwallblechs verwendet werden, wie etwa in Ecken oder bei minimalen Radien, und der zweite Klebstoff kann in weniger steifen Regionen der Ummantelung und/oder des Schwallblechs verwendet werden, wie etwa in der Nähe der Mitte der Seiten oder bei maximalen Radien. Ein steiferer, d.h. weniger elastischer, Klebstoff verleiht eine starrere Bindung, ist jedoch weniger flexibel und weist ein höheres Risiko für Risse bei Vorliegen von Spalt- und Abschälbelastungen auf Grund von großen Bewegungen zwischen dem Teil der Stoßstelle auf. Dadurch dass ein weniger elastischer Klebstoff in Regionen, in denen die Struktur steifer ist, wie etwa in den Ecken der vieleckigen Schwallbleche, mit einem elastischeren Klebstoff in Regionen, in denen die Struktur flexibler ist, wie etwa in der Mitte der Seiten eines vieleckigen Schwallblechs, kombiniert wird, kann ein Tank erreicht werden, der sowohl starr ist als auch Lasten auf Grund der Federelastizität der Bauteile des Tanks standhält.
Gemäß den Ausführungsformen umfassen die Endplatten und die Ummantelung Aluminium. Tanks aus Aluminium - in Zusammenhang mit der vorliegenden Beschreibung kann Aluminium auch eine beliebige Legierung sein, deren Hauptbestandteil Aluminium ist - stellen einen guten Kompromiss zwischen Gewicht, Festigkeit und Kosten bereit. Die Ummantelung kann aus einem beliebigen geeigneten Material bestehen, wie etwa aus hochfestem Stahl oder verstärktem Verbundmaterial, wie etwa einem Kohlefaserverbundmaterial.
Gemäß den Ausführungsformen bestehen das Schwallblech und die Ummantelung aus verschiedenen Materialien mit verschiedenen mechanischen Eigenschaften. Als ein Beispiel kann die Ummantelung aus Aluminium bestehen, wohingegen das Schwallblech aus Verbundmaterial besteht. Dies kann Gewicht sparen, da das Schwallblech keine so große statische Last tragen muss wie die Ummantelung und auch nicht stoßfest sein muss, da es im Innern der Hülle des Tanks geschützt ist. In einem Stahltank kann das Schwallblech aus Aluminium bestehen. Dadurch dass das Schwallblech aus Verbundmaterial hergestellt wird, kann die Geometrie des Schwallblechs optimiert werden, z.B. indem die Dicke in verschiedenen Regionen des Schwallblechs variiert wird. Das Schwallblech kann aus einem Material hergestellt werden, das eine andere Elastizität und/oder Steifigkeit als die Ummantelung aufweist. Gemäß anderen Ausführungsformen besteht bzw. bestehen das oder die Schwallbleche aus dem gleichen Material wie die Ummantelung jedoch mit einer anderen Dicke als die Ummantelung. Wenn die Schwallbleche an die Ummantelung geschweißt werden, müssen das Schwallblech und die Ummantelung ungefähr die gleiche Dicke aufweisen. Gemäß den Ausführungsformen ist bzw. sind das bzw. die Schwallbleche dünner als die Ummantelung. Die kann Gewicht sparen, da das Schwallblech dünner sein kann, da es keine so große statische Last tragen muss wie die Ummantelung und auch nicht stoßfest sein muss, da es im Innern der Hülle des Tanks geschützt ist.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein Fahrzeug, das mindestens einen Tank gemäß einem der hier besprochenen Aspekte und/oder Ausführungsformen umfasst, bereitgestellt. Das Fahrzeug ist bevorzugt ein schweres Fahrzeug, wie etwa ein Lastwagen oder ein Bus, da der hier besprochene Tank besonders gut geeignet ist, um an einem Rahmen des Fahrzeugs montiert zu sein. Das Fahrzeug kann auch eine beliebige andere Art von Fahrzeug mit derartigen Tanks sein, wie etwa Baufahrzeuge, z.B. Bagger ober mobile Kräne, oder Boote oder Schiffe.
Gemäß einem dritten Aspekt wird ein Verfahren zum Herstellen eines Tanks gemäß einer der hier beschriebenen Ausführungsformen bereitgestellt. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen einer Ummantelung, die einen ersten Satz von mindestens zwei verschiedenen Vorsprüngen umfasst, jeweils mit mindestens einem ersten Ummantelungsflächenabschnitt, der angeordnet ist, um sich im Wesentlichen in einer Längsrichtung der Ummantelung zu erstrecken, und mindestens einem zweiten Ummantelungsflächenabschnitt, der in einem ersten Winkel relativ zur Längsrichtung angeordnet ist, und auch das Bereitstellen eines Schwallblechs mit einem Wandabschnitt, der sich in einer dritten Ebene erstreckt, und mindestens einem Flansch mit mindestens einer peripheren Flanschfläche, der angeordnet ist, um der inneren Oberfläche der Ummantelung mindestens teilweise zugewandt zu sein, wobei das Schwallblech mindestens zwei verschiedene Vertiefungen umfasst, jede Vertiefung mindestens einen ersten Flanschflächenabschnitt, der angeordnet ist, um sich im Wesentlichen in der Längsrichtung zu erstrecken, und mindestens einen zweiten Flanschflächenabschnitt, der in einem zweiten Winkel relativ zur Längsrichtung angeordnet ist, umfasst, wobei die Vertiefungen an einem Rand des Flansches in der Längsrichtung angeordnet sind, so dass die Flanschfläche gleich oder weniger als die Hälfte des Umfangs der Vertiefungen einschließt. Das Verfahren umfasst dann den Schritt des Hinzufügens von Klebstoff zu dem zweiten Flanschflächenabschnitt und ferner das Einfügen des Schwallblechs in die Ummantelung, bis der zweite Flanschflächenabschnitt an dem zweiten Ummantelungsflächenabschnitt anliegt, wodurch Klebstoffstoßstellen zwischen den Oberflächenabschnitten entstehen, und schließlich den Schritt des Einrichtens der Klebstoffstoßstelle.
Es sei zu beachten, dass die Ausführungsformen der Erfindung alle möglichen Kombinationen von Merkmalen betreffen, die in den Ansprüchen erwähnt werden. Ferner versteht es sich, dass die diversen Ausführungsformen, die für den Tank beschrieben wurden, alle mit dem Verfahren kombinierbar sind, wie es gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung definiert ist.
Figurenliste
Die Aspekte der Erfindung werden nun in der folgenden erläuternden und nicht einschränkenden ausführlichen Beschreibung von Ausführungsformen mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

1 ein Fahrzeug gemäß den Ausführungsformen.
2 einen Kraftstofftankkörper gemäß den Ausführungsformen.
3 eine Tankummantelung und ein Schwallblech gemäß den Ausführungsformen in einer auseinandergezogenen Ansicht.
4 ein Schwallblech gemäß den Ausführungsformen.
5 eine Tankummantelung und ein Schwallblech gemäß den Ausführungsformen.
6 eine Stoßstelle zwischen einer Tankummantelung und einem Schwallblechflansch gemäß den Ausführungsformen.
7 ein Verfahren zum Herstellen eines Kraftstofftanks.

Alle Figuren sind schematisch, nicht unbedingt maßstabsgetreu, und zeigen im Allgemeinen nur Teile, die notwendig sind, um die Ausführungsformen zu erläutern, wobei andere Teile eventuell ausgelassen werden. Die gleichen Bezugszeichen beziehen sich in der gesamten Beschreibung auf die gleichen Elemente.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 zeigt ein Fahrzeug 1 gemäß den Ausführungsformen. Das Fahrzeug umfasst einen Kraftstofftank 2 gemäß einer der hier besprochenen Ausführungsformen. Der Tank ist an einem Rahmen 11 des Fahrzeugs mit Installationsbändern angebracht, die sich mindestens teilweise um den Kraftstofftank herum erstrecken können. Die Installationsbänder sind an Trägern (nicht gezeigt) angebracht, wobei die Träger an dem Rahmen angebracht sind.
2 zeigt einen Kraftstofftankkörper 12 des Kraftstofftanks 2 gemäß den Ausführungsformen. Der Tankkörper umfasst eine erste Endplatte 3a, die dem vorderen Teil des Fahrzeugs zugewandt ist, und eine zweite Endplatte 3b, die dem hinteren Teil des Fahrzeugs zugewandt ist. Die Endplatten oder Endwände werden durch eine Ummantelung 4 zusammengefügt. Das Volumen des Tankkörpers beträgt typischerweise 200 bis 1000 Liter. Die Endplattem werden typischerweise an die Ummantelung angeschweißt. Die Endplatten können in der Längsrichtung des Tanks gewölbt oder gebogen sein, wobei die Wölbung jeweils nach außen, nach vorne und nach hinten gerichtet ist.
Die Tankummantelung umfasst Sätze von verschiedenen getrennten Prägungen 6, 7, die nach innen gerichtete Vorsprünge in der Ummantelung erstellen, wie es ferner mit Bezug auf 3 bis 6 besprochen wird.
3 zeigt ein Schwallblech 5 und einen Teilabschnitt einer Ummantelung 4 gemäß den Ausführungsformen. 4 zeigt das Schwallblech ausführlicher. Die Ummantelung ist mit einer Mehrzahl von nach innen gerichteten Prägungen 16, 26 versehen. Die Prägungen erstellen nach innen gerichtete Vorsprünge in der inneren Wand der Ummantelung. Die Platzierung der Prägungen und die Anzahl der Prägungen sind von der Größe und der Form des Tanks abhängig. Eine typische Installation umfasst eine Prägung 25 in jeder Ecke der Ummantelung und eine Prägung auf jeder Seite. Das Schwallblech 5 umfasst einen Wandabschnitt 8, der sich erstreckt, und einen Flanschabschnitt 9. Der Wandabschnitt ist typischerweise gewölbt. Der Wandabschnitt umfasst eine gewisse Anzahl von Öffnungen, durch die der Kraftstoff hindurch fließen kann. Die Größen und die Position der Öffnungen sind von der Installation abhängig.
Das Schwallblech 5 umfasst einen Flansch 9. Das Schwallblech kann aus einem Metallblech gepresst sein. Der Flansch umfasst eine gewisse Anzahl von Prägungen, die verschiedene Vertiefungen 15, 25 in einer peripheren Flanschfläche 9a bilden. Die Positionen der Vertiefungen 15, 25 entsprechen den Positionen der Vorsprünge 16, 26 in der Ummantelung 4, wie es am besten in 5 zu sehen ist.
Jeder Vorsprung weist einen ersten Ummantelungsflächenabschnitt 16a, 26a auf, der zu der Ummantelungswand 4a im Wesentlichen parallel ist und welcher der Abschnitt des Vorsprungs sein kann, der in einer Richtung, die zu der Ummantelung rechtwinklig ist, am weitesten von der Ummantelung entfernt ist. Jeder Vorsprung weist auch mindestens einen zweiten Ummantelungsflächenabschnitt 16b, 26b auf, der in einem Winkel α₁ relativ zur Längsrichtung des Tanks, d.h. einer Richtung, die zu einer Linie, die zwischen den Mittelpunkten der Endplatten des Tanks angeordnet ist, parallel ist, angeordnet ist. Die zweite Oberfläche kann zwischen dem ersten Ummantelungsflächenabschnitt und der Ummantelung positioniert sein. Die zweite Oberfläche kann flach oder gekrümmt sein. Für den Fall, dass die Oberfläche gekrümmt ist, wird der Winkel α₁ bis zur Tangente in der Position gemessen, in der sich das Vorzeichen des Differenzials der Krümmung ändert.
Jede Einkerbung weist einen ersten Flanschflächenabschnitt 15a, 25a auf, der zu dem Flansch im Wesentlichen parallel ist und welcher der Abschnitt des Vorsprungs sein kann, der in einer Richtung, die zu dem Flansch rechtwinklig ist, am weitesten von dem Flansch entfernt ist. Jede Einkerbung weist auch mindestens einen zweiten Flanschflächenabschnitt 16b, 26b auf, der in einem Winkel α₁ relativ zur Richtung des Flansches und in der montierten Position zur Längsrichtung des Tanks angeordnet ist. Die zweite Flanschfläche kann zwischen dem ersten Flanschflächenabschnitt und dem Flansch positioniert sein. Die zweite Oberfläche kann flach oder gekrümmt sein, für den Fall, dass die Oberfläche gekrümmt ist, kann der Winkel α₁ bis zur Tangente in der Position gemessen werden, in der sich das Vorzeichen des Differentials der Krümmung ändert.
Die Vertiefungen können an einem Rand des Flansches in der Längsrichtung angeordnet sein, so dass die Flanschfläche gleich oder weniger als die Hälfte des Umfangs der Vertiefungen einschließt, wie in 4 deutlich zu sehen. D.h. die Vertiefungen weisen eine offene Seite auf. Das Schwallblech kann dadurch in seine beabsichtigte Position in der Ummantelung geschoben werden, wo die zweite Flanschfläche an der zweiten Ummantelungsfläche anliegt.
Wie es am besten in 6 zu sehen ist, werden die zweiten Ummantelungsflächenabschnitte 16b, 26b und die zweiten Flanschflächenabschnitte 16b, 26b mit einer Klebstoffschicht 10 zusammengefügt. Die Klebstoffschicht kann ein beliebiger geeigneter Klebstoff sein. Beispiele von geeigneten Klebstoffen können Epoxide, Anaerobe oder modifizierte Phenoplaste sein. Geeignete Klebstoffe für jede Anwendung sind dem Fachmann bekannt und werden in der vorliegenden Beschreibung nicht weiter besprochen.
Das Schwallblech und die Ummantelung können in einer Mehrzahl von Stoßstellen zwischen den Vertiefungen und den Vorsprüngen zusammengefügt werden.
Eine Klebstoffstoßstelle kann erheblich geschwächt werden, falls ein Teil der Stoßstelle getrennt wird. Falls sich die Stoßstelle z.B. in einer Ecke der Stoßstelle abtrennt, dann besteht das Risiko, dass sich die gesamte Stoßstelle selbst durch relativ geringe Abschälkrafte abtrennt. Dadurch dass das Schwallblech mit der Ummantelung anhand einer gewissen Anzahl von verschiedenen, getrennten Stoßstellen zusammengefügt wird, können die Wirkungen eines Risses in einer Stoßstelle auf diese einzige Stoßstelle isoliert werden. Die Anzahl von Vorsprüngen/Vertiefungen in jedem Satz variiert in Abhängigkeit von der Größe und Form des Tanks. In Abhängigkeit von der Anwendung variieren Anzahl und Größe der Stoßstellen, d.h. die Anzahl der Vorsprünge und Vertiefungen. Es ist vorteilhaft, dass der Abstand zwischen zwei angrenzenden Stoßstellen groß genug ist, so dass sich eine abschälende oder abspaltende Stoßstelle nicht ohne Weiteres auf die nächste Stoßstelle ausbreitet. Ein geeigneter Abstand zwischen zwei Stoßstellen kann mindestens die Breite der Vertiefungen sein.
Da der zweite Ummantelungsflächenabschnitt von der inneren Oberfläche der Ummantelung aus nach innen gerichtet positioniert ist, kann ein Klebstoff auf die Flanschflächenabschnitte 16b, 26b aufgetragen werden, bevor das Schwallblech in der Ummantelung positioniert wird. Dadurch kann das Auftragen des Klebstoffs während der Herstellung vereinfacht werden, da der Klebstoff nicht im Innern der Ummantelung aufgetragen werden muss.
Die Vorsprünge und Einkerbungen können sich ergänzende Formen aufweisen, was starke Stoßstellen sowohl durch Formschluss als auch durch Klebschluss ermöglichen kann. Die Winkel des zweiten Oberflächenabschnitts α₁ und α₂ können im Wesentlichen identisch sein. Die Winkel werden derart gewählt, dass Abschäl- und Spaltbelastungen in der Klebstoffstoßstelle minimiert werden können. Bei den abgebildeten Ausführungsformen können die Winkel 45° ±5° betragen.
Ein Verfahren gemäß einem anderen Aspekt wird mit Bezug auf 7 beschrieben. In einem Schritt 120 wird ein Klebstoff auf den zweiten Flanschflächenabschnitt 15b, 25b aufgetragen. In einem weiteren Schritt 130 wird das Schwallblech 5 in die Ummantelung 4 eingefügt, bis die zweiten Flanschflächenabschnitte 15b, 25b des Schwallblechs an den zweiten Ummantelungsflächenabschnitten 16b, 26b der Ummantelung anliegen. Falls der Tank ein zweites Schwallblech 5 umfassen soll, wird der Vorgang wiederholt, wobei das zweite Schwallblech aus der anderen Richtung in die Ummantelung 4 eingefügt wird. Dann lässt man Klebstoff aushärten 140. Dann werden die Endplatten an die Ummantelung geschweißt, wodurch das Tankvolumen geschlossen wird. Es können verschiedene Klebstoffe in verschiedenen Stoßstellen verwendet werden, wie zuvor besprochen.
Der Fachmann wird erkennen, dass die vorliegende Erfindung keineswegs auf die zuvor beschriebenen Ausführungsformen eingeschränkt ist. Vielmehr sind zahlreiche Modifikationen und Variationen im Umfang der beiliegenden Ansprüche möglich. Beispielsweise muss der Tank nicht unbedingt ein rechtwinkliges Prisma sein, und die Platten und das Schwallblech müssen nicht die gleiche Querschnittsfläche aufweisen. Ferner muss das Schwallblech nicht rechtwinklig zur Ummantelung angeordnet sein, sondern kann in einem Winkel angeordnet sein, solange der Flansch ebenfalls in dem gleichen Winkel angeordnet ist, so dass der Flansch und die Ummantelung anliegen. Die Klebstoffstoßstelle kann auch den ersten Ummantelungsflächenabschnitt und den ersten Schwallblechummantelungsabschnitt zusammenfügen. Ferner können die formschlüssigen und Klebstoffstoßstellen mit andersartigen Stoßstellen kombiniert werden. Z.B. kann der Flansch an der Ummantelung in Positionen zwischen den Klebstoffstoßstellen punktgeschweißt sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2013035429 [0005]
EP 24047766 A2 [0006]

Claims

Fahrzeugkraftstofftank (2), umfassend - einen Tankkörper (12) mit einer ersten Endplatte (3a), die sich in einer ersten Ebene erstreckt, einer zweiten Endplatte (3b), die sich in einer zweiten Ebene erstreckt, und einer Ummantelung (4), die sich in einer Längsrichtung (L) zwischen der ersten Ebene und der zweiten Ebene erstreckt, so dass die inneren Oberflächen der ersten Endplatte (3a), der zweiten Endplatte (3b) und der Ummantelung (4) einen Innenraum bilden, um Kraftstoff zu enthalten, - mindestens ein Tankschwallblech (5) mit einem Wandabschnitt (8), der sich in einer dritten Ebene erstreckt, und mindestens einen Flansch (9) mit mindestens einer peripheren Flanschfläche (9a), die angeordnet ist, um der inneren Oberfläche (4a) der Ummantelung (4) mindestens teilweise zugewandt zu sein, dadurch gekennzeichnet, dass - die innere Oberfläche (4a) der Ummantelung einen ersten Satz (6) von mindestens zwei verschiedenen Vorsprüngen (16, 26) umfasst, jeweils mit mindestens einem ersten Ummantelungsflächenabschnitt (16a, 26a), der angeordnet ist, um sich im Wesentlichen in der Längsrichtung (L) zu erstrecken, und mindestens einem zweiten Ummantelungsflächenabschnitt (16b, 26b), der in einem ersten Winkel (α₁) relativ zur Längsrichtung (L) angeordnet ist; - die mindestens eine periphere Flanschfläche (9a) mindestens zwei verschiedene Vertiefungen (15, 25) umfasst, jede Vertiefung mindestens einen ersten Flanschflächenabschnitt (15a, 25a), der angeordnet ist, um sich im Wesentlichen in der Längsrichtung (L) zu erstrecken, und mindestens einen zweiten Flanschflächenabschnitt (15b, 25b), der in einem zweiten Winkel (α₂) relativ zur Längsrichtung (L) angeordnet ist, umfasst; und dass - der Tank (2) eine Klebeverbindung (10) zwischen dem zweiten Ummantelungsflächenabschnitt (16b, 26b) und dem entsprechenden zweiten Flanschflächenabschnitt (15b, 25b) umfasst.
Tank (2) nach Anspruch 1, wobei der zweite Ummantelungsflächenabschnitt (16b, 26b) und der zweite Flanschflächenabschnitt (15b, 25b) relativ zueinander ergänzend gestaltet sind.
Tank (2) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Winkel α_x, α_y 30° bis 60°, weiter bevorzugt 40° bis 50° betragen.
Tank (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, wobei die ersten, zweiten und dritten Ebenen relativ zueinander parallel sind.
Tank (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, wobei die Vertiefungen (15, 25) in dem Flansch (9) an einem Rand des Flansches (9) in der Längsrichtung (L) angeordnet sind, so dass die Flanschfläche (9a) gleich oder weniger als die Hälfte des Umfangs der Vertiefungen (15, 25) einschließt.
Tank (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, wobei der Schwallblechwandabschnitt (8) im Wesentlichen vieleckig ist, und der Flansch (9) eine Vertiefung (25) in jeder Ecke des Vielecks umfasst.
Tank (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, wobei der Schwallblechwandabschnitt (8) eine Superellipse ist, und der Flansch (9) eine Vertiefung (25) umfasst, in der ein Flanschradius minimal ist.
Tank (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, wobei der Flansch (9) 4 bis 12, bevorzugt 8, verschiedene Vertiefungen (15, 25) in der dritten Ebene umfasst.
Tank (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, wobei mindestens zwei verschiedene Klebstoffe in verschiedenen Klebeverbindungen (10) verwendet werden; - ein erster Klebstoff mit einem ersten Elastizitätsmodul, und - ein zweiter Klebstoff mit einem zweiten Elastizitätsmodul.
Tank (2) nach Anspruch 9, wobei das zweite Elastizitätsmodul größer als das erste Elastizitätsmodul ist, und der erste Klebstoff in den Klebeverbindungen (10) in steifen Teilen der Ummantelung (4) und/oder des Schwallblechs (5), wie etwa in Ecken oder bei minimalen Radien, verwendet wird, und der zweite Klebstoff in weniger steifen Regionen der Ummantelung (4) und/oder des Schwallblechs (5), wie etwa in der Nähe der Mitte der Seiten oder bei maximalen Radien, verwendet wird.
Tank (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10, wobei das Schwallblech (5) und die Ummantelung (4) aus verschiedenen Materialien mit verschiedenen mechanischen Eigenschaften hergestellt sind.
Tank (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 11, wobei der Tank ein zweites Tankschwallblech (5) umfasst, und die Ummantelung (4) einen zweiten Satz (7) von mindestens zwei getrennten Vorsprüngen (16, 26) umfasst.
Fahrzeug (1), bevorzugt ein schweres Fahrzeug, wie etwa ein Lastwagen oder ein Bus, das einen Tank nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 12 umfasst.
Verfahren zum Herstellen eines Kraftstofftanks (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 12, wobei das Verfahren die Schritte umfasst zum: - Bereitstellen (100) einer Ummantelung (4), die einen ersten Satz (6) von mindestens zwei verschiedenen Vorsprüngen (16, 26) umfasst, jeweils mit mindestens einem ersten Ummantelungsflächenabschnitt (16a, 26a), der angeordnet ist, um sich im Wesentlichen in einer Längsrichtung der Ummantelung (4) zu erstrecken, und mindestens einem zweiten Ummantelungsflächenabschnitt (16b, 26b), der angeordnet ist, um sich in einem ersten Winkel α₁ relativ zur Längsrichtung zu erstrecken, - Bereitstellen (110) eines Schwallblechs (5) mit einem Wandabschnitt (8), der sich in einer dritten Ebene erstreckt, und mindestens einem Flansch (9) mit mindestens einer peripheren Flanschfläche (9a), die angeordnet ist, um der inneren Oberfläche (4a) der Ummantelung mindestens teilweise zugewandt zu sein und daran anzuliegen, wobei das Schwallblech (5) mindestens zwei verschiedene Vertiefungen (15, 25) umfasst, jede Vertiefung mindestens einen ersten Flanschflächenabschnitt (15a, 25a) umfasst, der angeordnet ist, um sich im Wesentlichen in der Längsrichtung zu erstrecken, und mindestens einen zweiten Flanschflächenabschnitt (15b, 25b), der in einem zweiten Winkel α₂ relativ zur Längsrichtung angeordnet ist, wobei die Vertiefungen (15, 25) an einem Rand des Flansches (9) in der Längsrichtung angeordnet sind, so dass die Flanschfläche (9a) gleich oder weniger als die Hälfte des Umfangs der Vertiefungen (15, 25) einschließt, - Hinzufügen (120) von Klebstoff zu dem zweiten Flanschflächenabschnitt (15b, 25b), - Einfügen (130) des Schwallblechs (5) in die Ummantelung (4), bis die zweiten Flanschflächenabschnitte (15b, 25b) an den zweiten Ummantelungsflächenabschnitten (16b, 26b) anliegen, Erstellen von Klebstoffstoßstellen (10) zwischen den Oberflächenabschnitten, - Einrichten (140) der Klebstoffstoßstelle (10).