DE102018208165A1

DE102018208165A1 - Kraftstofftank und Verfahren zur Herstellung eines Kraftstofftanks

Info

Publication number: DE102018208165A1
Application number: DE102018208165.4A
Authority: DE
Inventors: Daniel Erhard
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2018-05-24
Filing date: 2018-05-24
Publication date: 2019-11-28
Also published as: EP3802188A1; WO2019223937A1

Abstract

Ein Kraftstofftank (10) für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Motorrad, hat einen durch eine Wandung (12) begrenzten Behälter (14) zur Aufnahme von Kraftstoff, wobei die Wandung (12) des Behälters (14) wenigstens eine innere, erste Schicht (16) und eine zweite Schicht (18) aufweist, und wobei die erste Schicht (16) aus einem kraftstoffresistenten Material (22) hergestellt ist und die zweite Schicht (18) aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff hergestellt ist.Des Weiteren ist ein Verfahren zur Herstellung eines Kraftstofftanks (10) gezeigt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kraftstofftank und ein Verfahren zur Herstellung eines Kraftstofftanks.
Im Rennsport werden vermehrt kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffbauteile (CFK-Bauteile) eingesetzt. Solche Werkstoffe sind vorteilhaft hinsichtlich Leichtbau sowie hinsichtlich Steifigkeit und Festigkeit. Beispielsweise wird auch der Kraftstofftank bei Rennsportanwendungen aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff gefertigt.
Nachteilig hierbei ist jedoch, dass kohlenfaserverstärkte Kunststoffe keine ausreichende Beständigkeit gegenüber Kraftstoff haben und somit die Lebensdauer des Kraftstofftanks vermindert ist. Im Rennsport werden deshalb die Kraftstofftanks aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff nach jeder Verwendung entleert, sodass Standzeiten mit befülltem Tank weitestgehend vermieden werden. Einem Normalverbraucher können solche Maßnahmen nicht zugemutet werden. Daher eignen sich Kraftstofftanks aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff nicht für Verwendung in Serienfahrzeugen.
Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kraftstofftank für ein Fahrzeug bereitzustellen, der ein geringes Gewicht und eine hohe Lebensdauer aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Kraftstofftank für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Motorrad, mit einem durch eine Wandung begrenzten Behälter zur Aufnahme von Kraftstoff, wobei die Wandung des Behälters wenigstens eine innere, erste Schicht und eine zweite Schicht aufweist, und wobei die erste Schicht aus einem kraftstoffresistenten Material hergestellt ist und die zweite Schicht aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff hergestellt ist.
Wenn der Behälter mit einem Kraftstoff befüllt ist, ist die innere erste Schicht mit dem in dem Behälter aufgenommenen Kraftstoff in direktem Kontakt. Die zweite Schicht befindet sich außerhalb der ersten Schicht und ist folglich nicht in Kontakt mit dem Kraftstoff.
Ein solcher erfindungsgemäßer Kraftstofftank hat den Vorteil, dass das Gewicht des Kraftstofftanks gegenüber konventionellen Tanks aus Aluminium oder Kunststoff ohne Kohlenstofffasern deutlich reduziert ist, ohne dass die Lebensdauer des Kraftstofftanks beeinträchtigt wird. Ein Entleeren des Kraftstofftanks durch einen Benutzer ist nicht erforderlich, da der kohlenstofffaserverstärkte Kunststoff nicht in Kontakt mit dem Kraftstoff kommt.
Des Weiteren haben kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe eine hohe Festigkeit und Steifigkeit. Dadurch kann ein Kraftstofftank mit einer Schicht aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff besonders stabil sein, insbesondere eine hohe Schlagzähigkeit und mechanische Resistenz aufweisen. Zudem kann der Behälter eine geringere Wandstärke aufweisen als ein Behälter eines konventionellen Kraftstofftanks, was wiederum vorteilhaft für die Bauraumsituation im Fahrzeug ist.
Zum Beispiel ist die erste Schicht eine Beschichtung, die Innen auf der zweiten Schicht aufgetragen ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform hat die erste Schicht eine geringere Permeabilität für Kraftstoff als die zweite Schicht. Auf diese Weise kann die Menge des Kraftstoffs, der durch die Wandung des Behälters diffundiert, auf ein Minimum reduziert werden, sodass die Permeabilität stark verringert werden kann.
Beispielsweise enthält die erste Schicht Polyamid oder besteht aus Polyamid. Polyamid hat eine besonders geringe Permeabilität, ist jedoch bei tiefen Temperaturen spröde. Durch die Kombination einer ersten Schicht mit Polyamid oder aus Polyamid und einer zweiten Schicht aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff wird ein belastungsfähiger Kraftstofftank mit guten Permeationswerten geschaffen. Alternativ enthält die erste Schicht Polyketon oder besteht aus Polyketon. Polyketon hat ebenfalls eine geringe Permeabilität. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die erste Schicht Polyamid und Polyketon enthalten oder aus Polyamid und Polyketon bestehen.
Die erste Schicht ist beispielsweise an der zweiten Schicht angespritzt und/oder durch ein Rotationsverfahren aufgebracht. Auf diese Weise kann der Behälter des Kraftstofftanks einfach und kostengünstig gefertigt werden.
Der Behälter ist vorzugsweise an seiner Innenseite und/oder die zweite Schicht an ihrer Innenseite vollflächig mit der inneren Schicht versehen. Dadurch ist sichergestellt, dass die zweite Schicht vollständig vom Kraftstoff abgeschirmt ist und mit diesem nicht in Kontakt kommen kann.
Der Behälter kann auf seiner Außenseite und/oder die zweite Schicht auf ihrer Außenseite mit einer Beschichtung versehen sein, insbesondere mit einer Lackierung. Vor allem bei Motorrädern sind häufig Teile des Kraftstofftanks sichtbar. Durch die zusätzliche Beschichtung, insbesondere durch eine Lackierung, kann der Kraftstofftank optisch an das Gesamtdesign des Fahrzeugs angepasst und vor Umwelteinflüssen geschützt werden.
Die Aufgabe wird des Weiteren gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Kraftstofftanks, umfassend folgende Schritte:

- ein Behälter aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff wird bereitgestellt, und
- eine Innenwand des Behälters wird aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff mit einer Beschichtung aus einem kraftstoffresistenten Material versehen.

Das Beschichten geschieht insbesondere in einem Rotationsverfahren.
Durch dieses Verfahren kann ein wie vorhergehend beschriebener Kraftstofftank effizient und kostengünstig hergestellt werden.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus der nachfolgenden Zeichnung, auf die Bezug genommen wird. In der Zeichnung zeigt:

- 1 schematisch einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Kraftstofftank.
In 1 ist ein Kraftstofftank 10 für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Motorrad dargestellt. Der Kraftstofftank 10 kann jedoch gleichermaßen in einem Automobil verwendet werden.

Der Kraftstofftank 10 weist einen durch eine Wandung 12 begrenzten Behälter 14 zur Aufnahme von Kraftstoff auf, die eine innere, erste Schicht 16 und eine zweite Schicht 18 hat.
Die zweite Schicht 18 ist aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff hergestellt. Sie ist somit formstabil und definiert die Form der Kraftstofftanks 10. Die zweite Schicht 18 kann daher als Halbzeug des Behälters 14 angesehen werden.
Die erste Schicht 16 ist aus einem kraftstoffresistenten Material hergestellt und hat eine geringere Permeabilität für Kraftstoff als die zweite Schicht 18.
Zum Beispiel besteht die erste Schicht 16 vollständig aus Polyamid oder enthält Polyamid. Alternativ besteht die erste Schicht 16 vollständig aus Polyketon oder enthält Polyketon.
Die erste Schicht 16 ist an einer Innenwand der zweiten Schicht 18 vorgesehen. Zum Beispiel ist die erste Schicht 16 eine Beschichtung, die Innen an der zweiten Schicht 18 aufgebracht ist.
Insbesondere ist der Behälter 14 an seiner Innenseite und/oder die zweite Schicht 18 an ihrer Innenseite vollflächig mit der inneren ersten Schicht 16 versehen.
Um die erste Schicht 16 an der zweiten Schicht 18 zu befestigen, kann die erste Schicht 16 an der zweiten Schicht 18 angespritzt sein und/oder durch ein Rotationsverfahren aufgebracht sein.
Wenn der Kraftstofftank 10 mit einem Kraftstoff gefüllt ist, dann ist ausschließlich die innere erste Schicht 16 mit dem Kraftstoff in Kontakt, während die äußere zweite Schicht 18 von dem Kraftstoff abgeschirmt ist.
Dadurch kann ein Kraftstofftank 10 mit besonders vorteilhaften Bauteileigenschaften bereitgestellt werden. Beispielsweise weist ein derartiger Kraftstofftank 10 ein geringes Gewicht, eine geringe Wandstärke, eine hohe Schlagfestigkeit und eine hohe mechanische Resistenz auf, insbesondere im Vergleich zu herkömmlichen Kraftstofftanks aus Aluminium oder Kunststoffen ohne Kohlenstofffasern.
Außerdem kann der Behälter 14 auf seiner Außenseite und/oder die zweite Schicht 18 auf ihrer Außenseite mit einer Beschichtung 19 versehen sein, die der Einfachheit halber in der 1 nur punktuell angedeutet ist. Zum Beispiel ist die Beschichtung 19 eine Lackierung.
Die Beschichtung 19 erstreckt sich zum Beispiel über die Teil oder die gesamte Außenfläche der zweiten Schicht 18.
Eine solche Beschichtung 19 kann optischen Zwecken dienen, beispielsweise um den Behälter 14 farblich an eine Fahrzeugkarosserie anzupassen. Dies geschieht häufig bei Motorrädern, wo Teile des Kraftstofftanks von außen sichtbar sind. Außerdem schützt die äußere Beschichtung 19 die zweite Schicht 18 vor Umwelteinflüssen.
Zur Herstellung des Kraftstofftanks 10 wird erfindungsgemäß ein Behälter 20 aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff bereitgestellt, der als Halbzeug des Behälters 14 dient. Dieser Behälter 20 entspricht der zweiten Schicht 18.
Anschließend wird, zum Beispiel in einem Rotationsverfahren oder einem Spritzverfahren, eine Innenwand des Behälters 20 mit einer Beschichtung aus einem kraftstoffresistenten Material 22 versehen.
Das kraftstoffresistente Material 22 bildet nach Abschluss des Verfahrens die erste Schicht 16.
Zuvor oder anschließend kann die zweite Schicht 18 bzw. der Behälter 20 mit einer Beschichtung 19, zum Beispiel mit einer Lackierung versehen werden.

Claims

Kraftstofftank (10) für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Motorrad, mit einem durch eine Wandung (12) begrenzten Behälter (14) zur Aufnahme von Kraftstoff, wobei die Wandung (12) des Behälters (14) wenigstens eine innere, erste Schicht (16) und eine zweite Schicht (18) aufweist, und wobei die erste Schicht (16) aus einem kraftstoffresistenten Material (22) hergestellt ist und die zweite Schicht (18) aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff hergestellt ist.
Kraftstofftank (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht (16) eine geringere Permeabilität für Kraftstoff als die zweite Schicht (18) hat.
Kraftstofftank (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht (16) Polyamid und/oder Polyketon enthält oder aus Polyamid und/oder Polyketon besteht.
Kraftstofftank (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht (16) an der zweiten Schicht (18) angespritzt ist und/oder durch ein Rotationsverfahren aufgebracht ist.
Kraftstofftank (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (14) an seiner Innenseite und/oder die zweite Schicht (18) an ihrer Innenseite vollflächig mit der ersten Schicht (16) versehen ist.
Kraftstofftank (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (14) auf seiner Außenseite und/oder die zweite Schicht (18) auf ihrer Außenseite mit einer Beschichtung (19) versehen ist, insbesondere mit einer Lackierung.
Verfahren zur Herstellung eines Kraftstofftanks (10), umfassend folgende Schritte: - ein Behälter (20) aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff wird bereitgestellt, und - eine Innenwand des Behälters (20) aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff wird mit einer Beschichtung aus einem kraftstoffresistenten Material (22) versehen, insbesondere mittels eines Rotationsverfahrens.