DE10218986B4

DE10218986B4 - Verfahren zur Herstellung eines Kraftstoffbehälters, sowie ein danach hergestellter Kraftstoffbehälter

Info

Publication number: DE10218986B4
Application number: DE10218986A
Authority: DE
Inventors: Hans Hornig; Manfred Huber; Kurt Spatzier
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2002-04-27
Filing date: 2002-04-27
Publication date: 2006-04-06
Anticipated expiration: 2022-04-28
Also published as: DE10218986A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Kraftstoffbehälters mit folgenden Schritten:
– Herstellen von mindestens zwei schalenförmigen Behälterteilen (8, 9) aus Stahlblech, die an ihren Rändern jeweils Flansche (2) aufweisen, die miteinander zu verschweißen sind,
– Zusammensetzen der Behälterteile (8, 9) und Zusammendrücken der Flansche (2) mittels eines Spannwerkzeuges (10, 11),
– Verschweißen der Flansche (2), wobei vor dem Verschweißen zumindest einer der beiden Flansche (2) aufgebogen wird,
dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der beiden Flansche (2) der Behälterteile (8, 9) bereits vor dem Zusammensetzen der Behälterteile (8, 9) derart aufgebogen wird, dass die noch unverschweißten Flansche (2) V-förmig auseinanderstehen, wobei die Behälterteile (8, 9) aus einer Blechplatine gepresst werden und das Schneiden und Aufbiegen der Flansche (2) mit und ein- und demselben Werkzeug in einem einzigen Arbeitsgang erfolgt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kraftstoffbehälters gemäß dem Oberbegriff des Patentsanspruches 1 sowie einen danach hergestellten Kraftstoffbehälter.

Aus der DE 197 05 278 C1 ist ein Verfahren zum Laserschweißen eines Kraftstoffbehälters bekannt. Bei diesem Verfahren werden zwei sich zu einer Flanschnaht überlappende Bleche, die im Bereich der Flanschnaht zusammengepresst werden, mit einem Laserstrahl verschweißt, wobei sich der Laserstrahl und die Bleche während des Schweißvorgangs relativ zueinander bewegen. Der Laserstrahl liegt dabei in der Ebene der Flanschnaht. Die Bleche werden an einer dem Laserstrahl in Schweißrichtung vorausliegenden Position prozesssimultan auseinandergespreizt und der Laserstrahl wird in dem Bereich des Spaltgrundes der auseinandergespreitzten Bleche eingestrahlt.

Nachdem aus Stahlblech hergestellte Kraftstoffbehälter für Fahrzeuge seit vielen Jahrzehnten bekannt waren, wurden zwischenzeitlich Kraftstoffbehälter aus Kunststoff hergestellt, weil Kunststoff hinsichtlich der Formgebungsfreiheit Vorteile hat. Kunststoff-Kraftstoffbehälter haben jedoch den Nachteil, dass geringe Mengen an Kraftstoff durch die Behälterwand hindurch diffundieren können, was aus Umwelt gesichtspunkten unerwünscht ist. Der Trend geht daher wieder zu Kraftstoffbehältern aus Stahlblech.

Kraftstoffbehälter werden in Fahrzeughohlräumen, z.B. bei PKW unter der hinteren Sitzbank angeordnet. Das Behältervolumen soll in Bezug auf den zur Verfügung stehenden Bauraum möglichst maximiert werden. Aus der DE 198 48 523 C2 ist ein Kraftstoffbehälter aus Metallblech bekannt, der aus einer Oberschale und einer Unterschale besteht. Die Oberschale und die Unterschale weisen jeweils einen umlaufenden Flansch auf, die miteinander verschweißt werden. Es ist angegeben, dass die Flansche beispielsweise durch Rollnahtschweißen gefügt werden. Rollnahtschweißen ist jedoch fertigungstechnisch nur bei Flanschradien einsetzbar, die größer als 300 mm sind. Um einen Tank hinsichtlich seiner Form optimal dem im Fahrzeug zur Verfügung stehenden Bauraum anzupassen, sind häufig kleinere Flanschradien erforderlich. Ein weiterer Nachteil des Rollnahtschweißens ist, dass für Rollnahtschweißungen Flanschbreiten von ca. mindestens 17 mm erforderlich sind. Dies führt zu einem unnötig hohen Tankgewicht, zu Bauraumverlust und zu einer Reduzierung des theoretisch möglichen Tankvolumens.

Als Alternative ist in der DE 198 48 523 C2 angegeben, dass die Flansche von Ober- und Unterschale durch Laserschweißen gefügt werden. Bei dem in der DE 198 48 523 C2 nur ansatzweise beschriebenen Schweißvorgang liegen die Flansche eben aneinander an und werden im Bereich ihrer Berührkante miteinander verschweißt. Eine derartige Schweißung erfordert eine nahezu hundertprozentig genaue Flanschgeometrie, eine exakte Ausrichtung von Ober- und Unterschale sowie eine ebenso genaue Führung des Schweißwerkzeugs, was fertigungstechnisch wenn überhaupt dann nur mit erheblichem Aufwand realisierbar ist. Bereits bei geringen Flansch-Ungenauigkeiten, Ausrichtungsfehlern bzw. bei geringen Fehlstellungen des Schweißwerkzeugs besteht die Gefahr, dass der Wärmeeintrag in die zu verschweißenden Flansche stark unterschiedlich ist bzw. dass ein Flansch stark abgebrannt wird, ein ungleichmäßiger Wärmeverzug stattfindet, was in der Summe ganz erheblichen Einfluss auf die Qualität der Schweißnaht hat. Zusätzliche Probleme treten auf, wenn die Flansche von Ober- und Unterschale unterschiedliche Blechstärken aufweisen. Ein derartiges Verfahren ist also hinsichtlich der Pro zesssicherheit bei Serienfertigung sehr problematisch und in der Regel mit Nacharbeit verbunden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Kraftstoffbehälters aus Stahlblech anzugeben, das eine hohe Prozesssicherheit aufweist und insbesondere für Serienfertigung geeignet ist, sowie einen danach hergestellten Kraftstoffbehälter bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Ein nach dem Verfahren des Patentanspruches 1 hergestellter Kraftstoffbehälter ist in den Patentansprüchen 11 und 12 angegeben.

Ähnlich wie bei dem oben genannten Stand der Technik wird auch bei der Erfindung der Kraftstoffbehälter aus mindestens zwei schalenförmigen Behälterteilen hergestellt, die in ihren "Stoßbereichen" jeweils einen Flansch aufweisen, die zusammengespannt und anschließend miteinander verschweißt werden.

Das auf den ersten Blick relativ einfach erscheinende Grundprinzip der Erfindung besteht darin, vor dem Verschweißen zumindest einen der beiden Flansche derart aufzubiegen, dass die Flansche V-förmig auseinanderstehen. Die Flansche bilden also eine "Aufkelchung".

Eine derartige Aufkelchung der Flansche vor dem Verschweißen hat fertigungstechnisch erhebliche Vorteile. Zum einen staut sich in dieser Aufkelchung beim Verschweißen die Hitze, so dass ein gleichmäßiges Aufschmelzen beider Flansche und somit eine optimale Schweißverbindung sichergestellt ist und zwar auch dann, wenn die Flanschbereiche einander nicht exakt plan berühren. Zum anderen spielt es – anders als beim Stand der Technik – bei einer derartigen Aufkelchung der Flanschbereiche keine Rolle, wenn die Flansche beispielsweise aufgrund von Fertigungs-Ungenauigkeiten eine unterschiedliche Länge haben. Die Schweißung erfolgt nämlich nicht von den Enden der Flansche her, sondern primär im Berührbereich der beiden Flansche, so dass eine Gefahr des „Abbrennens" des längeren Flanschendes nicht besteht.

Vorzugsweise werden beide Flansche vor dem Zusammenschweißen aufgebogen. Besonders gute Schweißnähte erhält man, wenn zwischen den Flanschen ein "Freiwinkel" von 30 – 120° vorhanden ist. Das Verfahren ist auch dann anwendbar, wenn zwei Teile zusammengeschweißt werden sollen, die unterschiedliche Blechstärken aufweisen. Aufgrund der „Aufkelchung" im Flanschbereich kann trotzdem eine qualitativ hochwertige Schweißnaht erreicht werden.

Vorzugsweise wird ein Schweißverfahren mit abschmelzender Elektrode, z.B. MIG oder MAG gewählt. Durch die "Aufkelchung" der Flansche ist eine "Badsicherung" gewährleistet. Durch die Aufkelchung und die Oberflächenspannung des beim Schweißen flüssigen Metalls ist nämlich sichergestellt, dass das flüssige Metall nicht aus der Aufkelchung herausfließt und eine qualitativ hochwertige Schweißnaht entsteht. Durch die Hitzekonzentration in der Aufkelchung schmelzen die Flanschbereiche gleichmäßig ab. Insbesondere bei Schweißverfahren mit abschmelzender Elektrode kann eine weitgehend gratfreie Schweißnaht ohne Nacharbeitung erhalten werden.

Alternativ zu den o.g. Schweißverfahren sind auch Strahlschweißverfahren einsetzbar, z.B. Laserschweißen, Elektronenstrahlschweißen oder Plasmaschweißen.

Vorzugsweise wird der Kraftstoffbehälter aus zwei Blechteilen hergestellt, nämlich einer "Oberschale" und einer "Unterschale". Die Oberschale und die Unterschale werden jeweils aus einer Stahlblechplatine gepresst. Vorzugsweise erfolgt das Schneiden und das Aufbiegen der Flansche mit ein- und demselben Werkzeug, das als "Präge- und Schneidemesser" fungiert. Die Herstellung der aufgebogenen Flansche ist somit in einem einzigen Arbeitsgang möglich.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
1 die Herstellung des Flanschbereichs eines Behälterteils;
2 und 3 das Zusammenspannen der beiden Behälterteile vor dem Verschweißen;
4 das Verschweißen;
5 die fertige Schweißnaht.
1 zeigt das Verfahren zur Herstellung des Flansches einer Kraftstoffbehälter-Hälfte 1. Ein Flanschbereich 2 wird zwischen ein Untermesser 3 und einen Niederhalter 4 eingespannt. Ferner ist ein Präge- und Schneidemesser 5 vorgesehen. Das Präge- und Schneidemesser 5 wird auf das Untermesser zugestellt. Dabei wird ein überstehender Flanschabschnitt 6 abgeschnitten und gleichzeitig wird ein äußerer Flanschbereich 7 aufgebogen. Das Abkanten und Prägen erfolgt also in einem einzigen Arbeitsgang.
In den 2 und 3 werden ein oberes Behälterteil 8 und ein unteres Behälterteil 9 durch ein Zentrier- und Spannwerkzeug 10, 11 positioniert und zusammengedrückt, was durch Pfeile 12, 13 angedeutet ist. Bei dem in den 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist lediglich der äußere Flanschbereich 7 des unteren Behälterteils 9 aufgebogen. Dadurch ergibt sich zwischen den beiden Flanschen des oberen und des unteren Behälterteils 8 bzw. 9, ein "Freiwinkel α", der hier ca. 30° beträgt.
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem sowohl der Flansch des oberen wie auch des unteren Behälterteils 8 bzw. 9 aufgebogen sind. Die beiden Flanschbereiche sind hier also im wesentlichen symmetrisch. Die Breite b der beiden Flansche beträgt beispielsweise 8 mm. Die Flanschbreite ist also deutlich geringer als die für das Rollnahtschweißen erforderliche Flanschbreite von ca. 17 mm.
Die beiden aufgebogenen Flansche bilden eine V-förmige Aufkelchung 14, mit einem Freiwinkel α, der beispielsweise im Bereich zwischen 30 und 120° liegt. Die beiden Flansche werden mittels eines Schutzgasbrenners 15 zusammengeschweißt, z.B. im MIG- bzw. MAG-Verfahren. Hierbei wird kontinuierlich Schweißdraht 16 nachgeschoben und im Lichtbogen 17 aufgeschmolzen.
Wie aus 5 ersichtlich ist, schmelzen dabei auch die Flanschenden auf, wodurch sich eine saubere gratfreie und vor allem dichte Schweißnaht 18 ergibt.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Kraftstoffbehälters mit folgenden Schritten: – Herstellen von mindestens zwei schalenförmigen Behälterteilen (8, 9) aus Stahlblech, die an ihren Rändern jeweils Flansche (2) aufweisen, die miteinander zu verschweißen sind, – Zusammensetzen der Behälterteile (8, 9) und Zusammendrücken der Flansche (2) mittels eines Spannwerkzeuges (10, 11), – Verschweißen der Flansche (2), wobei vor dem Verschweißen zumindest einer der beiden Flansche (2) aufgebogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der beiden Flansche (2) der Behälterteile (8, 9) bereits vor dem Zusammensetzen der Behälterteile (8, 9) derart aufgebogen wird, dass die noch unverschweißten Flansche (2) V-förmig auseinanderstehen, wobei die Behälterteile (8, 9) aus einer Blechplatine gepresst werden und das Schneiden und Aufbiegen der Flansche (2) mit und ein- und demselben Werkzeug in einem einzigen Arbeitsgang erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beide Flansche (2) vor dem Verschweißen aufgebogen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Biegewinkel an dem einen oder beiden Flanschen (2) so gewählt wird, dass sich zwischen den unverschweißten Flanschen (2) ein Freiwinkel von 30 bis 120° ergibt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Flansche im Schutzgas-Schweißverfahren mit abschmelzender Elektrode miteinander verschweißt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Flansche (2) im MIG-Schweißverfahren miteinander verschweißt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Flansche im MAG-Schweißverfahren miteinander verschweißt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Flansche (2) durch ein Strahlschweißverfahren miteinander verschweißt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Flansche (2) durch Laserschweißung miteinander verschweißt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Flansche durch Elektronenstrahlschweißung miteinander verschweißt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Flansche durch Plasmaschweißung miteinander verschweißt werden.
Kraftstoffbehälter, dadurch gekennzeichnet, dass er nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 hergestellt ist.
Kraftstoffbehälter, dadurch gekennzeichnet, dass er nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 hergestellt ist, wobei die Flansche (2) unterschiedliche Blechstärken aufweisen.