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Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffbehälter, sowie ein Fahrzeug oder eine Maschine mit einem entsprechenden Kraftstoffbehälter.
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Bei Fahrzeugen, wie Motorrädern oder Scootern, kommen meist Kraftstoffbehälter aus Kunststoff zum Einsatz. Diese lassen sich auf einfache und kostengünstige Art und Weise mit Rotationsverfahren, Blasformverfahren oder im Schalenspritzguss mit anschließendem Fügeprozess herstellen.
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Alternativ sind für diese Fahrzeuge Kraftstoffbehälter aus metallischen Werkstoffen, wie Stahl- oder Aluminiumblechen, bekannt. Diese werden üblicherweise mehrteilig ausgebildet hergestellt, indem separat voneinander mehrere Blechschalen beispielsweise im Tiefziehverfahren hergestellt und anschließend zusammengefügt werden.
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Zur Verbindung mit einer Fahrzeugstruktur und/oder weiteren Anbauteilen, wie Tankstutzen oder Pumpengehäusen, verfügen insbesondere die Blechbehälter über diverse, ebenfalls separat hergestellte Flanschteile. Die genannten Einzelteile werden anschließend unter Verwendung von Schweißverfahren zu einem kompletten Kraftstoffbehälter zusammengefügt.
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Insbesondere bei den Kraftstoffbehältern aus metallischem Werkstoff besteht die Besonderheit, dass aufgrund der zum Einsatz kommenden Herstellungsverfahren, wie dem Tiefziehverfahren, ein maximal möglicher Umformgrad der eingesetzten Bleche stark beschränkt ist.
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Dadurch ist ebenfalls eine Gestaltungsfreiheit stark eingeschränkt, da insbesondere komplexere Geometrien oder besonders kleine Radien, beispielsweise Radien von 5 mm oder kleiner, nicht möglich sind.
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Aufgrund dieser eingeschränkten Gestaltungsfreiheit kann ein für den Kraftstoffbehälter vorgesehener Bauraum im Gesamtfahrzeug nicht immer vollumfänglich für den Kraftstofftank und das Tankvolumen genutzt werden.
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Wie voranstehend beschrieben, umfasst das Teilespektrum zur Herstellung eines Kraftstoffbehälters in der beschriebenen Blechbauweise eine Vielzahl verschiedener Einzelteile wie Tankschalen, Tankboden, Benzinpumpenflansch und Tankdeckelflansch.
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Diese Einzelkomponenten müssen aufwendig durch spezifische Schweißverfahren wie Rollnahtschweißen oder MAG- oder WIG-Schweißen miteinander verbunden werden. Mit steigender Anzahl an Einzelteilen steigt die Anzahl der Fügestellen und Fügeprozesse zur Fertigung. Entsprechend steigt die benötigte Fertigungszeit und die Anzahl potentieller Fehlerquellen, die zu einer mangelnden Dichtigkeit des gesamten Kraftstoffbehälters führen können.
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Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung einen Kraftstofftank aus metallischem Werkstoff bereitzustellen, der eine verbesserte Gestaltungsfreiheit ermöglicht und trotzdem möglichst einfach herzustellen ist.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Kraftstoffbehälter gemäß dem Gegenstand des Patentanspruchs 1 sowie einem Fahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 und einer Maschine gemäß Patentanspruch 10. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den jeweils abhängigen Patentansprüchen.
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Demnach wird ein Kraftstoffbehälter mit einem Hohlraum zur Aufnahme eines Kraftstoffs bereitgestellt, wobei der Hohlraum von einer Behälterwandung gebildet und umschlossen ist, und die Behälterwandung von mindestens zwei Wandelementen gebildet ist. Des Weiteren ist zumindest ein erstes der mindestens zwei Wandelemente aus metallischem Werkstoff mittels Gussverfahren, insbesondere mittels eines Druckgussverfahrens, hergestellt.
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Der Kraftstoffbehälter kann in einem Fahrzeug, insbesondere in einem Neigefahrzeug, eingesetzt werden. Als Fahrzeug kommen grundsätzlich alle Land-, Wasser- und Luftfahrzeuge in Betracht, die einen entsprechenden Kraftstoffbehälter aufweisen. Bei Landfahrzeugen ist ein Einsatz neben Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, Dreirädern oder Quads insbesondere auch bei sogenannten Neigefahrzeugen möglich. Unter einem Neigefahrzeug werden unter anderem Motorräder oder motorradähnliche Kraftfahrzeuge, wie Motorroller, insbesondere neigefähige zwei-, drei- oder vierrädrige Motorroller, Scooter oder Dergleichen verstanden.
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Ebenso kann der beschriebene Kraftstofftank in einer Maschine zum Einsatz kommen. Als Maschine sind unter anderem Werkzeuge zu verstehen, die zu ihrem Betrieb einen (integrierten) Kraftstofftank aufweisen. Hierzu zählen insbesondere Kettensägen, Flurgeräte, Gartengeräte oder ähnliches.
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In jedem Fall weist der Kraftstoffbehälter also die Behälterwandung auf, die in ihrem Inneren den Hohlraum definiert, der zur Aufnahme des Kraftstoffs vorgesehen ist. Der Hohlraum bildet also eine Tankblase. Die Behälterwandung ist mindestens zweiteilig ausgebildet und weist dementsprechend zwei oder mehr Wandelemente auf. Diese können separat voneinander hergestellt werden.
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Hierzu wird für das erste Wandelement oder auch für weitere der mindestens zwei Wandelemente ein Gussverfahren eingesetzt. Dies bedeutet, dass das jeweilige Wandelement nicht durch Umformung eines Blechs oder dergleichen erzeugt wird, sondern durch Gießen von flüssigem metallischem Werkstoff in eine Gussform. Dies bietet eine besonders hohe Gestaltungsfreiheit, wodurch bei Bedarf auch besonders komplexe Geometrien darstellbar sind. Insbesondere können deutlich kleinere Radien erzeugt werden, als beim Umformen von Blech, so dass bei Bedarf schärfere Konturen abgebildet werden können. Dies ermöglicht, den Kraftstoffbehälter auch stärker an den verfügbaren Bauraum anzupassen und so zusätzliches Tankvolumen zu erzielen. Außerdem kann die Herstellung des einzelnen Wandelements dennoch sehr schnell und kostengünstig erfolgen.
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Als besonders geeignetes Gussverfahren hat sich das sogenannte Druckgussverfahren herausgestellt.
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Gemäß einer Ausführungsform kann zumindest das erste Wandelement der mindestens zwei Wandelemente als Schalenelement ausgebildet sein. Als Schalenelement ist ein im Wesentlichen schalenförmiges Wandelement zu verstehen, welches einen Abschnitt der Gehäusewandung darstellt und mit einer inneren, konkav geformten Oberfläche (in diesem Abschnitt) den Hohlraum begrenzt.
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Ist lediglich eines der Wandelemente als Schalenelement ausgebildet, so kann dieses in Form einer Wanne ausgebildet sein und in seinem Inneren den Hohlraum bilden. Das zweite Wandelement kann als Deckel- oder Bodenelement, beispielsweise als flaches Deckel- oder Bodenelement, ausgebildet sein und somit den Hohlraum gegenüber einer Umgebung abschließen.
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Selbstverständlich können aber auch ein zweites oder mehr als zwei Wandelemente vorgesehen sein, die ebenfalls, wie das erste Schalenelement, jeweils als Schalenelement(e) ausgebildet sein können. Entsprechend können diese miteinander verbunden sein, so dass die jeweiligen Kavitäten einander zugewandt sind und gemeinsam den Hohlraum umschließen beziehungsweise in ihrem Inneren definieren. Vorzugsweise können diese weiteren Schalenelemente analog zu dem ersten Schalenelement hergestellt sein und einzelne der Merkmale oder alle Merkmale des ersten Schalenelements ausweisen. Insbesondere können diese weiteren Schalenelemente ebenfalls mittels des genannten Gussverfahrens hergestellt sein.
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Zum Beispiel kann das erste Wandelement mit zumindest einem zweiten der mindestens zwei Wandelemente stoffschlüssig verbunden, insbesondere verschweißt, sein. Demnach ist es möglich, das erste Wandelement mit dem zweiten Wandelement oder mit weiteren Wandelementen auf diese Art und Weise zu verbinden.
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Alternativ hierzu oder zusätzlich kann das erste Wandelement mit zumindest einem zweiten der mindestens zwei Wandelemente formschlüssig und/oder kraftschlüssig verbunden sein, insbesondere verklebt und/oder verschraubt sein. Demnach ist es möglich, das erste Wandelement mit dem zweiten oder mit weiteren Wandelementen auf diese Weisen zu verbinden. Die jeweiligen Wandelemente können entweder formschlüssig oder kraftschlüssig oder mit einer Kombination beider Verbindungsarten verbunden werden. Zusätzlich kann eine Kombination mit der voranstehend beschriebenen stoffschlüssigen Verbindung vorgesehen sein.
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Die beschriebene Herstellung mittels Gussverfahrens ermöglicht es außerdem, dass zusätzliche Merkmale in dem jeweiligen Wandelement bereits bei der Herstellung, also während des Gießens, integriert werden können. So kann zumindest das erste Wandelement einen integrierten Flansch umfasst. Dieser wird beim Gießen bereits an das jeweilige Wandelement angegossen, so dass auf ein späteres Fügen verzichtet werden kann. Dies erhöht die Genauigkeit der Positionierung und vereinfacht die Herstellung deutlich. Es versteht sich, dass nicht nur das erste Wandelement sondern auf gleiche Weise weitere Wandelemente hergestellt und mit integrierten Flanschen versehen werden können.
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In jedem Fall kann der integrierte Flansch beispielsweise zur Verbindung mit einem anderen Wandelement, einem Tankdeckel oder einem Gehäuse einer Kraftstoffpumpe ausgebildet sein.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann der metallische Werkstoff im Wesentlichen Aluminium und/oder Magnesium umfassen. Diese Materialien können als Gusswerkstoff beziehungsweise als Gusslegierung eingesetzt werden. Die metallischen Werkstoffe ermöglichen die Erzielung einer deutlich höheren Steifigkeit gegenüber Kraftstoffbehältern aus Kunststoff.
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Des Weiteren ermöglicht die Herstellung mittels Gussverfahrens eine funktionale Gestaltung einer äußeren Oberfläche des jeweiligen Wandelements. Zum Beispiel kann eine äußere Oberfläche des ersten Wandelements, aber auch weiterer Wandelemente, jeweils eine definierte Oberflächenstruktur, insbesondere eine versteifende und/oder grafische Struktur, aufweisen. Die versteifende Struktur ermöglicht die gleichzeitige Reduzierung einer Wandstärke des jeweiligen Wandelements, wodurch ein Materialbedarf und damit ein Bauteilgewicht reduziert werden können. Die versteifende Struktur kann bereits beim Gießen in das jeweilige Bauteil integriert werden. So kann zur Versteifung des Wandelements beispielsweise eine Rippenstruktur vorgesehen werden.
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Alternativ oder zusätzlich können grafische Strukturen, wie grafische Elemente, Embleme oder Schriftzüge, auf der äußeren Oberfläche vorgesehen und auf diese Weise bereits bei der Herstellung integriert werden, so dass ein späteres, separates Aufbringen entfällt. In gleicher Weise ist es selbstverständlich auch möglich derartige Oberflächenstrukturen bei Bedarf auf anderen Oberflächen des Wandelements vorzusehen.
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Des Weiteren wird ein Fahrzeug, insbesondere ein Neigefahrzeug, mit einem Kraftstoffbehälter zur Aufnahme eines Kraftstoffs bereitgestellt, wobei der Kraftstoffbehälter gemäß dieser Beschreibung ausgebildet ist.
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Außerdem wird eine Maschine, insbesondere ein Werkzeug, mit einem Kraftstoffbehälter zur Aufnahme eines Kraftstoffs bereitgestellt, wobei der Kraftstoffbehälter gemäß dieser Beschreibung ausgebildet ist.
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Zusammenfassend kann also ein Kraftstoffbehälter bereitgestellt, der eine oder mehrere Wandelemente, insbesondere schalenförmige Wandelemente, aufweist. Dies ermöglicht es einen Kraftstoffbehälter bereitzustellen, der leichter als ein vergleichbarer Tank aus tiefgezogenem Stahlblech ist, aber mindestens vergleichbar schwer wie ein Tank aus tiefgezogenem Aluminiumblech sein kann.
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Das beschriebene Herstellungsverfahren ermöglicht eine höhere Designfreiheit, so dass stärker konturierte Bereiche und kleinere Radien noch freie Bereiche im Fahrzeug oder in der Maschine zur Generierung von zusätzlichem Tankvolumen besser nützen können.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Figuren beispielhaft erläutert. Es zeigen:
- 1: eine erste Ausführungsform eines Kraftstoffbehälters gemäß der Beschreibung, und
- 2: eine zweite Ausführungsform des Kraftstoffbehälters gemäß der Beschreibung.
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1 zeigt eine erste Ausführungsform eines Kraftstoffbehälters 10 beispielsweise für eine Maschine oder ein Fahrzeug, vorzugsweise für ein Neigefahrzeug, in einer schematischen Schnittansicht. Der Kraftstoffbehälter 10 weist einen Hohlraum 11 zur Aufnahme eines Kraftstoffs 12 auf. Der Hohlraum 11 wird von einer Behälterwandung 13 definiert beziehungsweise von dieser umschlossen. Die Behälterwandung 13 wird in der dargestellten Ausführungsform von zwei Wandelementen 14,15 gebildet ist. Diese zeichnen sich dadurch aus, dass zumindest ein erstes Wandelement 14 der zwei Wandelemente 14,15 aus metallischem Werkstoff mittels Gussverfahren, insbesondere mittels eines Druckgussverfahrens, hergestellt ist. Selbstverständlich kann optional auch das zweite Wandelement 15 auf diese Art und Weise hergestellt sein.
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Wie aus 1 ersichtlich, ist das erste Wandelement 14 als Schalenelement ausgebildet und weist demensprechend eine Kavität 14a in seinem Inneren auf, welche im Wesentlichen den Hohlraum 11 definiert und größtenteils umschließt. Dagegen ist das dargestellte zweite Wandelement 15 als flaches Deckel- oder Bodenelement ausgebildet.
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Beide Wandelemente 14,15 sind derart miteinander verbunden, dass der Kraftstoffbehälter 10 flüssigkeitsdicht ist. Zum Beispiel können die beiden Wandelemente 14,15 stoffschlüssig verbunden (insbesondere verschweißt) sein. Alternativ oder zusätzlich können die beiden Wandelemente 14,15 aber auch formschlüssig und/oder kraftschlüssig verbunden sein, zum Beispiel verklebt und/oder verschraubt sein.
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Die Herstellung mittels Gussverfahren ermöglicht es, dass Flansche 14b,14c in dem ersten Wandelement 14 integriert sind. Ein aufwendiges nachträgliches Anbringen an das Wandelement 14 kann somit entfallen. Beispielhaft können jeweils ein erster Flansch 14b zur Verbindung mit dem zweiten Wandelement 15, und ein weiterer Flansch 14c zum Verbinden mit einem Tankdeckel 16 oder einem Gehäuse einer Kraftstoffpumpe (nicht dargestellt) ausgebildet sein.
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Das Herstellungsverfahren ermöglicht es ebenfalls, dass eine äußere Oberfläche 14d des ersten Wandelements 14 eine definierte Oberflächenstruktur 14e beispielsweise in Form einer versteifenden Struktur aufweist. Auf diese Weise kann eine Wandstärke des ersten Wandelements 14 reduziert und somit Material sowie Gewicht für das entsprechende Bauteil eingespart werden.
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In jedem Fall kann der metallische Werkstoff im Wesentlichen Aluminium und/oder Magnesium umfassen.
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2 zeigt eine zweite Ausführungsform des Kraftstoffbehälters 10' ebenfalls in einer schematischen Schnittansicht. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der in 1 beschriebenen Ausführungsform insbesondere in der Aufteilung der Wandelemente 14,15,16, für alle sonstigen Eigenschaften wird auf die Beschreibung der 1 verwiesen.
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Demnach weist der Kraftstoffbehälter 10' ebenfalls einen Hohlraum 11 zur Aufnahme eines Kraftstoffs 12 auf, wobei der Hohlraum 11 von der Behälterwandung 13 definiert und umschlossen ist, und die Behälterwandung 13 beispielhaft von den drei Wandelementen 14,15,16 gebildet ist. Vorzugsweise sind alle drei Wandelemente 14,15,16 aus metallischem Werkstoff mittels Gussverfahren, insbesondere mittels eines Druckgussverfahrens, hergestellt. In der dargestellten Ausführungsform sind alle drei Wandelemente 14,15,16 als Schalenelemente ausgebildet.
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Auch in dieser Ausführungsform können die Wandelemente 14,15,16 jeweils flüssigkeitsdicht miteinander verbunden sein. Zum Beispiel können die drei Wandelemente 14,15,16 stoffschlüssig verbunden (insbesondere verschweißt) sein. Alternativ oder zusätzlich können die drei Wandelemente 14,15,16 aber auch formschlüssig und/oder kraftschlüssig verbunden sein, zum Beispiel verklebt und/oder verschraubt sein.
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Jedes der drei Wandelemente 14,15,16 umfasst jeweils integrierte Falsche 14b, 14c, 15b, 16b. Beispielhaft können jeweils erste Flansche 14b, 15b, 16b zur Verbindung mit dem jeweils benachbarten Wandelement 14,15,16 vorgesehen sein. Ein oder mehrere weitere Flansche (beispielhaft dargestellt ist Flansch 14c)können zum Verbinden mit einem Tankdeckel 16 oder einem Gehäuse einer Kraftstoffpumpe (nicht dargestellt) ausgebildet sein.
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Zusätzlich können äußere Oberflächen 14d, 15d, 16d der jeweiligen Wandelemente 14, 15, 16 definierte Oberflächenstrukturen 14e, 15e, 16e beispielsweise in Form versteifender Strukturen aufweisen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007009113 A1 [0005]
