DE102021116677A1 - Process for manufacturing a fuel tank - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Herstellung eines Kraftstofftanks mit ineinander geschachtelten Schalen aus Kunststoff und Metall, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:- Formen zweier Verbundhalbschalen (10, 12) mit je einer äußeren Halbschale (14) aus Metall und einer inneren Halbschale (16) aus Kunststoff, und- Aneinandersetzen der beiden Verbundhalbschalen Rand-zu-Rand und Fügen der Ränder der inneren Halbschalen (16) sowie der Ränder der äußeren Halbschalen (14).Method for manufacturing a fuel tank with nested shells made of plastic and metal, characterized by the following steps:- molding two composite half-shells (10, 12), each with an outer half-shell (14) made of metal and an inner half-shell (16) made of plastic, and - Assembling the two composite half-shells edge-to-edge and joining the edges of the inner half-shells (16) and the edges of the outer half-shells (14).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kraftstofftanks mit ineinander geschachtelten Schalen aus Kunststoff und Metall, sowie einen nach diesem Verfahren hergestellten Kraftstofftank.The invention relates to a method for producing a fuel tank with nested shells made of plastic and metal, and to a fuel tank produced using this method.
Insbesondere befasst sich die Erfindung mit einem Verfahren zur Herstellung eines Kraftstofftanks für Plug-In Hybridfahrzeuge, bei denen es insbesondere bei längerer Fahrt im Elektrobetrieb aufgrund von Temperaturschwankungen zu signifikanten Druckschwankungen im Inneren des Tanks kommen kann, so dass der Tank in der Lage sein muss, einem erhöhten Innendruck und ggf. auch einem gewissen Unterdruck standzuhalten. Weitere Anforderungen, die ein solcher Tank erfüllen muss, sind die Crash-Sicherheit, insbesondere auch im Hinblick auf mögliche elektrische Entladungen, Dichtigkeit, niedrige Permeabilität für Kraftstoffdämpfe, chemische Beständigkeit, und Geräuschverhalten (NVH; Noise Vibration Harshness).In particular, the invention relates to a method for producing a fuel tank for plug-in hybrid vehicles, in which temperature fluctuations can lead to significant pressure fluctuations inside the tank, particularly during long journeys in electric mode, so that the tank must be able to withstand an increased internal pressure and possibly also a certain negative pressure. Other requirements that such a tank must meet are crash safety, in particular with regard to possible electrical discharges, tightness, low permeability for fuel vapors, chemical resistance and noise behavior (NVH; Noise Vibration Harshness).
Aus
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Tanks zu schaffen, der die speziellen Anforderungen in einem Plug-In Hybridfahrzeug besser erfüllen kann.The object of the invention is to create a method for producing a tank that can better meet the special requirements in a plug-in hybrid vehicle.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den folgenden Schritten:
- - Formen zweier Verbundhalbschalen mit je einer äußeren Halbschale aus Metall und einer inneren Halbschale aus Kunststoff, und
- - Aneinandersetzen der beiden Verbundhalbschalen Rand-zu-Rand und Fügen der Ränder der inneren Halbschalen sowie der Ränder der äußeren Halbschalen.
- - Molding of two composite half-shells, each with an outer half-shell made of metal and an inner half-shell made of plastic, and
- - Assembling the two composite half-shells edge to edge and joining the edges of the inner half-shells and the edges of the outer half-shells.
Bei dem auf diese Weise hergestellten Tank ist eine Innenschale aus Kunststoff in einer Außenschale aus Metall gekapselt, so dass durch die hohe Zugfestigkeit des Metalls, beispielsweise Edelstahl, eine hohe Druckfestigkeit erreicht werden kann. Da die Halbschalen aus Kunststoff und Metall jeweils eine Verbundhalbschale bilden, also der Kunststoff an der Metallwand der Außenschale haftet, kann der Tank auch einem gelegentlichen Unterdruck standhalten, zumal je nach Form des Tanks die geringe Kompressibilität des Kunststoffmaterials zumeist dazu führt, dass bei einem Kollaps in einer Richtung die Abmessungen des Tanks in einer anderen Richtung tendenziell zunehmen, was jedoch durch die den Innentank eng umschließende Metallhülle verhindert wird. Zugleich vermindern der als Faradayscher Käfig wirkende Außentank und der elektrisch isolierende Innentank im Fall eines Crashs die Gefahr einer Entzündung des Kraftstoffs durch elektrische Entladungen.In the tank produced in this way, an inner shell made of plastic is encapsulated in an outer shell made of metal, so that high pressure resistance can be achieved due to the high tensile strength of the metal, for example stainless steel. Since the half-shells made of plastic and metal each form a composite half-shell, i.e. the plastic adheres to the metal wall of the outer shell, the tank can also withstand occasional negative pressure, especially since, depending on the shape of the tank, the low compressibility of the plastic material usually leads to a collapse in one direction the dimensions of the tank tend to increase in another direction, but this is prevented by the metal shell tightly enclosing the inner tank. At the same time, the outer tank, which acts as a Faraday cage, and the electrically insulating inner tank reduce the risk of the fuel igniting due to electrical discharges in the event of a crash.
Ein weiterer Vorteil der hier vorgeschlagenen Bauweise besteht darin, dass beim Formen der inneren Halbschalen aus Kunststoff in einem Arbeitsgang auch Einbauten wie Schwallwände, Halterungen für Funktionsteile oder dergleichen geformt werden können.A further advantage of the design proposed here is that when the inner half-shells are formed from plastic in one operation, built-in components such as baffles, holders for functional parts or the like can also be formed.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous refinements and developments of the invention are specified in the dependent claims.
In einer Ausführungsform werden die inneren Halbschalen aus Kunststoff und die äußeren Halbschalen aus Metall in einem einzigen Umformschritt gemeinsam geformt und zu einer Verbundhalbschale verbunden. In einer anderen Ausführungsform wird zunächst die äußere Halbschale aus Metall geformt, beispielsweise durch Formpressen oder Tiefziehen, und diese Halbschale wird dann gewissermaßen als Formwerkzeug zum Formen der inneren Halbschale aus Kunststoff „in situ“ benutzt.In one embodiment, the inner half-shells made of plastic and the outer half-shells made of metal are formed together in a single forming step and connected to form a composite half-shell. In another embodiment, the metal outer half-shell is first formed, for example by compression molding or deep drawing, and this half-shell is then used as a sort of mold tool for forming the plastic inner half-shell "in situ".
Das Fügen der Ränder der inneren Halbschalen aus Kunststoff, beispielsweise durch thermisches Schweißen oder Ultraschallschweißen oder ggf. auch durch Kleben, kann erfolgen, während die inneren Halbschalen in den äußeren Halbschalen fixiert sind und durch diese in Position gehalten werden. Ein weiterer Schritt zum Fügen der Ränder der äußeren Halbschalen aus Metall, beispielsweise durch thermisches Schweißen, Laserschweißen, Kleben, oder Crimpen, kann sich dann unmittelbar anschließen oder ggf. auch gleichzeitig mit dem Fügen der inneren Halbschalen erfolgen. Dabei kann ggf. auch die beim Schweißen der äußeren Halbschalen entstehende Wärme zum Verschwei-ßen der inneren Halbschalen aus Kunststoff genutzt werden.The edges of the inner half-shells made of plastic can be joined, for example by thermal welding or ultrasonic welding or possibly also by gluing, while the inner half-shells are fixed in the outer half-shells and held in position by them. A further step for joining the edges of the outer metal half-shells, for example by thermal welding, laser welding, gluing, or crimping, can then follow immediately or possibly also take place simultaneously with the joining of the inner half-shells. The heat generated during the welding of the outer half-shells can also be used to weld the inner half-shells made of plastic.
Bei dem Material für die inneren Halbschalen kann es sich um einen thermoplastischen Kunststoff handeln, insbesondere einen langfaserverstärkten Thermoplasten.The material for the inner half-shells can be a thermoplastic, in particular a long-fiber-reinforced thermoplastic.
In einer Ausführungsform können die äußeren Halbschalen in ausgewählten Positionen auch gewisse Hinterschnitte oder Durchbrüche aufweisen, durch die sich beim Formen der inneren Halbschalen aus Kunststoff eine enge Verzahnung zwischen Metall und Kunststoff ergibt.In one embodiment, the outer half-shells can also have certain undercuts or openings in selected positions, which result in close interlocking between metal and plastic when the inner half-shells are formed from plastic.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher erläutert.Exemplary embodiments are explained in more detail below with reference to the drawing.
Es zeigen:
-
1 einen Schnitt durch einen Kraftstofftank, der nach einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist; -
2 einen Schnitt durch eine Halbschale aus Metall; -
3 einen Schnitt durch ein Unterwerkzeug und die darin eingelegte Halbschale aus Metall; -
4 das Unterwerkzeug und die Halbschale nach3 zusammen mit einer mittels eines Oberwerkzeugs in die Halbschale aus Metall eingeformten inneren Halbschale aus Kunststoff; -
5 ein Werkzeug zum gemeinsamen Umformen von Rohlingen aus Metall und Kunststoff gemäß einer anderen Ausführungsform des Verfahrens; -
6 einen Schnitt durch zwei komplementäre Verbundhalbschalen als Zwischenprodukte in einem Verfahren gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel; und -
7 einen Schnitt durch einen aus den Verbundhalbschalen nach6 gebildeten Kraftstofftank.
-
1 a section through a fuel tank, which is produced by a method according to the invention; -
2 a section through a half-shell made of metal; -
3 a section through a lower tool and the metal half-shell inserted therein; -
4 the lower tool and the half-shell3 together with an inner plastic half-shell molded into the metal half-shell by means of an upper tool; -
5 a tool for forming metal and plastic blanks together according to another embodiment of the method; -
6 a section through two complementary composite half-shells as intermediate products in a method according to another embodiment; and -
7 a section through one of the composite half-shells6 formed fuel tank.
Der in
In mindestens einer Stelle, im gezeigten Beispiel auf den Fügenähten, weisen die Wände des Tanks einen Durchbruch 22 für einen Tankstutzen auf. Wahlweise kann sich dieser Durchbruch auch ganz innerhalb einer der beiden Verbundhalbschalen befinden.In at least one place, in the example shown on the seams, the walls of the tank have an opening 22 for a tank nozzle. Optionally, this breakthrough can also be located entirely within one of the two composite half-shells.
Die beiden inneren Halbschalen 16 bilden in diesem Beispiel einstückig angeformte Schwallwände 24 zur Dämpfung von Schwappgeräuschen.In this example, the two inner half-
Außerdem weisen in diesem Beispiel die äußeren Halbschalen 14 jeweils eine oder mehrere kleine Öffnungen 26 auf, durch die beim Formen der inneren Halbschalen 16 etwas Kunststoffmaterial in einen Formhohlraum 34 (
Die wesentlichen Schritte eines Verfahrens zur Herstellung der Verbundhalbschalen 10, 12 sind in
In einem ersten Schritt wird durch Tiefziehen oder Formpressen die Halbschale 14 aus Edelstahlblech hergestellt, wie sie gesondert in
Der thermoplastische Kunststoff wird beim Fließpressen so weit erhitzt, dass er ausreichend fließfähig ist und nach dem Aushärten gut an der Innenwand der äußeren Halbschale 14 aus Metall haftet, so dass die Halbschalen 14 und 16 zusammen die Verbundhalbschale 12 bilden. Die andere Verbundhalbschale 10 des in
Anschließend werden die Verbundhalbschalen 10 und 12 in der in
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