DE102018101884A1 - Modular aufgebauter Kunststoffbehälter - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Modular aufgebauter Kunststoffbehälter (10) angegeben, insbesondere ein Kunststoffbehälter für einen Kraftstofftank, umfassend mindestens drei Kunststoffsegmente (12), die mittels Kunststoffschweißens miteinander verbunden sind, wobei jedes Kunststoffsegment (12) mindestens einen zumindest abschnittsweise umlaufenden Schweißflansch (14, 15, 16) aufweist und wobei mindestens ein Kunststoffsegment (12) als zweiseitig offenes Mittelteil (18) und mindestens zwei weitere Kunststoffsegmente (12) als einseitig offene Deckel (20) ausgebildet und die Deckel (20) beidseitig am Mittelteil (18) angeordnet sind. Des Weiteren wird ein Verfahren zur Herstellung eines modular aufgebauten Kunststoffbehälters (10) angegeben.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen modular aufgebauten Kunststoffbehälter. Insbesondere handelt es sich bei dem Kunststoffbehälter um einen Tank für ein Kraftfah rzeug.
  • Kraftstofftanks werden entweder aus metallischen Werkstoffen, zum Beispiel Alu, Titan oder Stahl, oder aus Kunststoff gefertigt. Die Metalltanks werden dabei in Schalenbauweise hergestellt. Bei der Kunststoffbehälterherstellung sind verschiedene Verfahren möglich, zum Beispiel Rotationsguss oder Blasformen. Außerdem können einzelne Kunststoffschalen durch Kunststoffschweißen miteinander verbunden werden.
  • Beim Rotationsguss wird ein Kunststoffgranulat in eine sich rotierende Form gegeben, wobei die Zentripetalkraft das Granulat an die Kontur der Form presst. Nachteilig bei diesem Verfahren ist vor allem die Materialanhäufung an den Ecken der Kontur. Beim zweiten Verfahren zur Herstellung von Kunststoffbehältern, dem Blasformen, wird ein Schlauch aus Kunststoffgranulat in eine zweiteilige Form eingelassen. Nach dem Schließen der Form wird der Schlauch „aufgeblasen“ und so das Granulat an die Form gedrückt. Problematisch ist auch hier die Materialverteilung, allerdings im umgekehrten Fall, da sich das Material dehnen muss, um die Ecken der Kontur zu benetzen. Da aber auch hier ein für ausreichend Material gesorgt werden muss, erhöht sich die Materialanhäufung in den anderen Bereichen.
  • Bei beiden Verfahren ist es aufwendig und schwierig, komplexe Konturen mit Hinterschneidungen zu fertigen.
  • Die Metallbauweise zeichnet sich dadurch aus, dass auch komplizierte Formen durch das Zusammensetzen mehrerer Einzelteile gestaltbar sind. Durch das Zusammenschweißen der Einzelteile sind auch Hinterschneidungen möglich. Nachteilig sind allerdings die hohen Werkzeugkosten, Materialkosten und das Gewicht.
  • Üblicherweise werden beim Kunststoffschweißen von Behältern nur zwei Teile miteinander verbunden. Der Grund hierfür ist unter anderem, dass die Schweißnaht am Behälter außen an der Kontur angeordnet sein muss. Wird die Schweißnaht nach Stand der Technik gefertigt, sind dreiteilige Konturen nur schwer entformbar beziehungsweise eine komplexe Werkzeuggestaltung ist von Nöten.
  • Es ist somit eine Aufgabe der Erfindung, einen Behälter bereitzustellen, der ein geringes Gewicht aufweist, kostengünstig herstellbar ist und der komplexe Geometrien erlaubt.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen modular aufgebauten Kunststoffbehälter, insbesondere einen Kunststoffbehälter für einen Kraftstofftank, umfassend mindestens drei Kunststoffsegmente, die mittels Kunststoffschweißens miteinander verbunden sind, wobei jedes Kunststoffsegment mindestens einen zumindest abschnittsweise umlaufenden Schweißflansch aufweist und wobei mindestens ein Kunststoffsegment als zweiseitig offenes Mittelteil und mindestens zwei weitere Kunststoffsegmente als einseitig offene Deckel ausgebildet und die Deckel beidseitig am Mittelteil angeordnet sind.
  • Ein solcher modular aufgebauter Kunststoffbehälter hat den Vorteil, dass er kostengünstig und schnell produzierbar ist. Zudem können durch das Zusammenfügen von mindestens drei Kunststoffsegmenten komplexe Geometrien umgesetzt werden. Des Weiteren sind konstante Wandstärken und punktuelle Verstärkungen möglich. Auch die nötige Werkzeugarchitektur kann einfach gehalten werden.
  • Wenigstens ein Schweißflansch kann derart ausgerichtet sein, dass er in den Kunststoffbehälter hineinragt. Dadurch kann gewährleistet werden, dass die Schweißflansche beim Zusammenfügen, insbesondere beim Verschweißen der einzelnen Kunststoffsegmente immer zugänglich sind und eine ausreichende Stabilisierung des Kunststoffbehälters möglich ist.
  • Vorzugsweise weist das als Mittelteil ausgebildete Kunststoffsegment an den Rändern der beiden Öffnungen jeweils einen zumindest teilweise umlaufenden Schweißflansch auf, wobei ein Schweißflansch an dem Kunststoffbehälter nach außen und der zweite Schweißflansch an dem Kunststoffbehälter nach innen gerichtet ist. Das heißt, dass ein Schweißflansch des Mittelteils von einer Innenseite und der zweite Schweißflansch des Mittelteils von einer Außenseite zugänglich ist. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass ohne komplizierte Werkzeugarchitekturen die beiden als einseitig offene Deckel ausgebildeten Kunststoffsegmente auf einfache Weise nacheinander an dem Mittelteil befestigt werden können. Insbesondere kann zunächst die innenliegende Schweißnaht entlang des nach innen gerichteten Schweißflansches ausgebildet werden, bevor der Behälter durch das Verschweißen des zweiten Deckels geschlossen wird und die innenliegende Schweißnaht somit unzugänglich wird. Besonders vorteilhaft dabei ist, dass während der Fertigung die Kunststoffsegmente von einer Seite stabilisiert werden können, während auf der anderen Seite geschweißt wird. Dadurch wird vermieden, dass sich die Kunststoffsegmente durch den hohen Druck und die hohen Temperaturen beim Schweißen verformen.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform können zumindest einige der Schweißflansche Aussparungen aufweisen, wobei die Aussparungen von zwei aneinander anliegenden Schweißflanschen überlappen und die Aussparungen von zwei beabstandeten Schweißflanschen zueinander versetzt sind. Durch eine derartige Anordnung der Schweißflansche wird erreicht, dass die Schweißflansche durch die Aussparungen zumindest bereichsweise frei zugänglich sind, zum Beispiel für eine Werkzeugarchitektur und/oder ein Schweißgerät.
  • Beispielsweise sind die Aussparungen von zwei aneinander anliegenden Schweißflanschen deckungsgleich angeordnet. Dadurch haben die Anlageflächen der Schweißflansche eine ausreichende Überlappung, um eine stabile Schweißverbindung zu gewährleisten.
  • Gemäß einer Ausführungsform weisen die als Deckel ausgebildeten Kunststoffsegmente jeweils einen an den Rändern der Öffnung zumindest teilweise umlaufenden Schweißflansch auf, der an dem Kunststoffbehälter nach außen gerichtet ist. Dadurch ist jeder Schweißflansch zumindest von einer Seite aus von außen zugänglich, auch wenn ein Schweißflansch des als Mittelteil ausgebildeten Kunststoffsegments in dem Behälter nach innen gerichtet ist.
  • Entlang jedem Schweißflansch kann zumindest abschnittsweise ein Kragen angeordnet sein. Ein solcher Kragen kann zur Verankerung von Stabilisierungswerkzeugen während des Verschweißens dienen. Insbesondere kann der Kragen verhindern, dass ein Stabilisierungswerkzeug während eines Schweißprozesses wegrutscht.
  • Die Kunststoffsegmente sind vorzugsweise mittels Spritzgießens hergestellt. Dadurch wird ein hoher Gestaltungsfreiraum ermöglicht. Darüber hinaus ist auch ein direktes Anspritzen von weiteren Komponenten möglich. Durch die einfache Integration von Verstärkungselementen ist auch eine Stabilitätssteigerung möglich, was zusammen mit der konstanten Wandstärke zu einer deutlichen Materialeinsparung führen kann.
  • Die Aufgabe wird des Weiteren erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen eines modular aufgebauten Kunststoffbehälters mittels Kunststoffschweißens, insbesondere eines wie vorhergehend beschriebenen Kunststoffbehälters, umfassend folgende Schritte:
    • - Bereitstellen von mindestens drei Kunststoffsegmenten, wobei mindestens ein Kunststoffsegment als zweiseitig offenes Mittelteil und zwei weitere Kunststoffsegmente als einseitig offene Deckel ausgebildet sind und wobei jedes Kunststoffsegment mindestens einen zumindest abschnittsweise umlaufenden Schweißflansch aufweist und wenigstens ein Schweißflansch derart ausgerichtet ist, dass er in den Kunststoffbehälter hineinragt,
    • - Verschweißen des Mittelteils mit einem als Deckel ausgebildeten Kunststoffsegment und anschließend Verschweißen des mindestens einen weiteren Deckels mit dem Mittelteil.
  • Ein derartiges Verfahren ermöglicht eine kostengünstige Herstellung von Kunststoffbehältern mit komplexen Geometrien.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann mindestens eines der Kunststoffsegmente wahlweise aus einer Gruppe an Kunststoffsegmenten ausgewählt werden, wobei sich die Kunststoffsegmente der Gruppe in ihrer Geometrie unterscheiden.
  • Dies hat den Vorteil, dass der Kunststoffbehälter je nach Einsatzzweck anpassbar ist.
  • Vorzugsweise werden die Kunststoffsegmente, die als Deckel ausgebildet sind, wahlweise aus der Gruppe an Kunststoffsegmenten ausgewählt. Beispielsweise kann für Behälter mit unterschiedlichen Volumina dasselbe Mittelteil verwendet werden, während sich die Deckel unterscheiden. Durch dieses Baukastenprinzip können Werkzeugkosten eingespart werden.
  • Die Kunststoffsegmente werden vorzugsweise während des Schweißens stabilisiert. Dadurch wird verhindert, dass sich die Kunststoffsegmente durch die beim Schweißen auftretenden hohen Temperaturen oder den hohen Druck verformen.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den nachfolgenden Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
    • - 1 schematisch eine Schnittdarstellung von mehreren Kunststoffsegmenten eines Kunststoffbehälters,
    • - 2 schematisch eine Schnittdarstellung von mehreren Kunststoffsegmenten eines weiteren Kunststoffbehälters, und
    • - die 3a und 3b schematisch verschiedene Kunststoffbehälter.
  • 1 zeigt schematisch einen Schnitt durch einen modular aufgebauten, erfindungsgemäßen Kunststoffbehälter 10 mit mehreren Kunststoffsegmenten 12. Jedes der Kunststoffsegmente 12 weist zumindest einen umlaufenden Schweißflansch 14, 15, 16 auf. Entlang der Schweißflansche 14, 15, 16 können die Kunststoffsegmente 12 durch Kunststoffschweißen verbunden sein. Der Kunststoffbehälter 10 ist beispielsweise ein Tank für ein Kraftfahrzeug. Die Kunststoffsegmente 12 sind vorzugsweise Spritzgussteile.
  • In der dargestellten Ausführungsform weist der Kunststoffbehälter 10 ein als zweiseitig offenes Mittelteil 18 und zwei als einseitig offene Deckel 20 ausgebildete Kunststoffsegmente 12 auf.
  • Die Deckel 20 haben jeweils einen umlaufenden Schweißflansch 14, der an einem Rand einer Öffnung des jeweiligen Deckels 20 angeordnet ist und an dem Kunststoffbehälter 10 nach außen gerichtet ist. Der Mittelteil 18 weist an den Rändern der beiden Öffnungen jeweils einen umlaufenden Schweißflansch 15, 16 auf, wobei ein Schweißflansch 15 an dem Kunststoffbehälter 10 nach außen und der zweite Schweißflansch 16 an dem Kunststoffbehälter 10 nach innen gerichtet ist. Durch diese Anordnung sind die Schweißflansche 14, 15, 16 beim Zusammenfügen des Kunststoffbehälters 10 gut zugänglich.
  • Entlang jedem Schweißflansch 14, 15, 16 ist zumindest abschnittsweise ein Kragen 22 angeordnet. Dieser kann zur Verankerung eines Stabilisierungswerkzeugs 24 dienen. Insbesondere bildet ein Kragen 22 mit einem Schweißflansch 14, 15, 16 und einem Bereich des Kunststoffsegments 12 eine Führung 26 mit einem U-förmigen Profil, in dem das Stabilisierungswerkzeug 24 verankert werden kann. Das Stabilisierungswerkzeug 24 kann C-förmig ausgebildet sein und zumindest ein Kunststoffsegment 12 umgreifen, wenn es in der Führung 26 angeordnet ist.
  • In dem Kragen 22 sind außerdem abschnittsweise Aussparungen 28 vorgesehen. Diese Aussparungen 28 vereinfachen das Verankern des Stabilisierungswerkzeugs 24 in der Führung 26, vor allem in Bereichen, in denen der Schweißflansch 12 gekrümmt ist.
  • 2 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kunststoffbehälters 10.
  • Im Unterschied zu der vorher beschriebenen Ausführungsform sind hier Aussparungen 30 vorgesehen, die sich über den Kragen 22 und den Schweißflansch 15 erstrecken. Der am Schweißflansch 15 anliegende Schweißflansch 14 weist vorzugsweise deckungsgleich angeordnete Aussparungen auf.
  • Zudem sind die Schweißflansche 15, 16 am Mittelteil 18 in dieser Ausführungsform beide am Kunststoffbehälter 10 nach außen gerichtet.
  • Durch die Aussparungen 30 in Schweißflansch 15 ist beim Zusammenfügen der einzelnen Kunststoffsegmente 12 der Schweißflansch 16 durch die Aussparungen 30 hindurch in einer Richtung senkrecht zum Schweißflansch zugänglich. Auch ein Stabilisierungswerkzeug 24 kann sich durch die Aussparungen 30 hindurch erstrecken und so das Mittelteil 18 abstützen.
  • In einer weiteren Ausführungsform können auch die Schweißflansche 16, 14 Aussparungen aufweisen. Diese sind vorzugsweise versetzt zu den Aussparungen 30 im Schweißflansch 15 angeordnet. Auf diese Weise sind die Schweißflächen jedes Schweißflansches 15, 16 durch die Aussparungen des jeweils beabstandeten Schweißflansches 14, 15, 16 hindurch zugänglich.
  • Die 3a und 3b zeigen jeweils schematisch einen Kunststoffbehälter 10, der einen Mittelteil 18 und zwei Deckel 20 aufweist.
  • Die Mittelteile 18 sind in beiden Ausführungen identisch, während sich die Deckel 20 in ihrer Geometrie unterscheiden. Auf diese Weise können Kunststoffbehälter 10 mit verschiedenen Volumina mit demselben Mittelsegment 18 hergestellt werden, was sich positiv auf die Prozesskosten und Prozesszeiten auswirkt.
  • Nachfolgend wird ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines modular aufgebauten Kunststoffbehälters 10 mit Bezug auf die Figuren beschrieben:
  • Zunächst werden mindestens drei Kunststoffsegmente 12 bereitgestellt, wobei mindestens ein Kunststoffsegment 12 als zweiseitig offenes Mittelteil 18 und zwei weitere Kunststoffsegmente 12 als einseitig offene Deckel 20 ausgebildet sind. Jedes Kunststoffsegment 12 weist mindestens einen zumindest abschnittsweise umlaufenden Schweißflansch 14, 15, 16 auf, wobei wenigstens ein Schweißflansch 16 derart ausgerichtet ist, dass er in den Kunststoffbehälter 10 hineinragt.
  • Anschließend wird das Mittelteil 18 mit einem als Deckel 20 ausgebildeten Kunststoffsegment 12 verschweißt, insbesondere durch Kunststoffschweißen. Dabei werden der Deckel 20 und/oder der Mittelteil 18 durch ein Stabilisierungswerkzeug 24 stabilisiert, während entlang der Schweißflansche 14, 16 geschweißt wird. Insbesondere wird in einem ersten Schritt entlang dem im Kunststoffbehälter 10 nach innen gerichteten Schweißflansch 16 verschweißt.
  • In einem nachfolgenden Schritt wird der mindestens eine weitere Deckel 20 mit dem Mittelteil 18 verschweißt, und zwar entlang dem nach außen gerichteten Schweißflansch 15 des Mittelteils 18. Dadurch, dass ein Schweißflansch 16 am Mittelteil 18 nach innen gerichtet ist, ist der Schweißflansch 15 auch nach dem Verschweißen des Mittelteils 18 mit einem Deckel 20 noch gut zugänglich, sodass eine umlaufende Schweißnaht ausgebildet und gleichzeitig die Kunststoffsegmente 12 während des Schweißens stabilisiert werden können.

Claims (12)

  1. Modular aufgebauter Kunststoffbehälter (10), insbesondere ein Kunststoffbehälter für einen Kraftstofftank, umfassend mindestens drei Kunststoffsegmente (12), die mittels Kunststoffschweißens miteinander verbunden sind, wobei jedes Kunststoffsegment (12) mindestens einen zumindest abschnittsweise umlaufenden Schweißflansch (14, 15, 16) aufweist und wobei mindestens ein Kunststoffsegment (12) als zweiseitig offenes Mittelteil (18) und mindestens zwei weitere Kunststoffsegmente (12) als einseitig offene Deckel (20) ausgebildet und die Deckel (20) beidseitig am Mittelteil (18) angeordnet sind.
  2. Kunststoffbehälter (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Schweißflansch (16) derart ausgerichtet ist, dass er in den Kunststoffbehälter (12) hineinragt.
  3. Kunststoffbehälter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das als Mittelteil (18) ausgebildete Kunststoffsegment (12) an den Rändern der beiden Öffnungen jeweils einen zumindest teilweise umlaufenden Schweißflansch (15, 16) aufweist, wobei ein Schweißflansch (15) an dem Kunststoffbehälter (12) nach außen und der zweite Schweißflansch (16) an dem Kunststoffbehälter (12) nach innen gerichtet ist.
  4. Kunststoffbehälter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige der Schweißflansche (14, 15, 16) Aussparungen (30) aufweisen, wobei die Aussparungen (30) von zwei aneinander anliegenden Schweißflanschen (14, 15, 16) überlappen und die Aussparungen von zwei beabstandeten Schweißflanschen (14, 15, 16) zueinander versetzt sind.
  5. Kunststoffbehälter (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen (30) von zwei aneinander anliegenden Schweißflanschen (14, 15, 16) deckungsgleich angeordnet sind.
  6. Kunststoffbehälter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die als Deckel (20) ausgebildeten Kunststoffsegmente (12) jeweils einen an den Rändern der Öffnung zumindest teilweise umlaufenden Schweißflansch (14) aufweisen, der an dem Kunststoffbehälter nach außen gerichtet ist.
  7. Kunststoffbehälter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass entlang jedem Schweißflansch (14, 15, 16) zumindest abschnittsweise ein Kragen angeordnet ist.
  8. Kunststoffbehälter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffsegmente (12) mittels Spritzgießens hergestellt sind.
  9. Verfahren zum Herstellen eines modular aufgebauten Kunststoffbehälters (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 mittels Kunststoffschweißens, umfassend folgende Schritte: - Bereitstellen von mindestens drei Kunststoffsegmenten (12), wobei mindestens ein Kunststoffsegment (12) als zweiseitig offenes Mittelteil (18) und zwei weitere Kunststoffsegmente (12) als einseitig offene Deckel (20) ausgebildet sind und wobei jedes Kunststoffsegment (12) mindestens einen zumindest abschnittsweise umlaufenden Schweißflansch a(14, 15, 16) aufweist und wenigstens ein Schweißflansch (16) derart ausgerichtet ist, dass er in den Kunststoffbehälter (10) hineinragt, - Verschweißen des Mittelteils (18) mit einem als Deckel (20) ausgebildeten Kunststoffsegment (12) und anschließend Verschweißen des mindestens einen weiteren Deckels (20) mit dem Mittelteil (18).
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Kunststoffsegmente (12) wahlweise aus einer Gruppe an Kunststoffsegmenten (12) ausgewählt wird, wobei sich die Kunststoffsegmente (12) der Gruppe in ihrer Geometrie unterscheiden.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffsegmente (12), die als Deckel (20) ausgebildet sind, wahlweise aus der Gruppe an Kunststoffsegmenten (12) ausgewählt werden.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffsegmente (12) während des Schweißens stabilisiert werden.
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