DE1950662A1

DE1950662A1 - Kraftstoffbehaelter aus thermoplastischem Kunststoff

Info

Publication number: DE1950662A1
Application number: DE19691950662
Authority: DE
Inventors: Franz Guebitz
Original assignee: Hoechst AG
Current assignee: Hoechst AG
Priority date: 1969-10-08
Filing date: 1969-10-08
Publication date: 1971-05-06
Also published as: DE1950662C3; AU2083170A; SE377304B; GB1306959A; AT307896B; SU372795A3; DE1950662B2; FR2064209A1; NL7014516A; FR2064209B1

Description

FARBWERKE HOECHST AG vormals Meister Lucius & Brüning Aktenzeichen: ' - Fw 6230 = Gm 916

Datum: 29. September 1969 - DPh.Schm/

Kraftstoffbehälter aus thermoplastischem, Kunststoff ,

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Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffbehälter aus thermoplastischem Kunststoff für Verbrennungsmotoren.

Unter Kraftstoff werden aliphatische und aromatische Kohlenwasserstoffe sowie deren Gemische mit üblichen Zusätzen verstanden. Der Kraftstoffbehälter ist gemäss der Begriffsbestimmung des Fachausschuss für Kraftfahrzeugtechnik-Sonderausschusses "Feuersicherheit von Fahrzeugen" das Gefäss, das den zum Betrieb erforderlichen Kraftstoff aufnimmt und an das angeschlossene Kraftstoffsystem abgibt.

Für die Werkstoffwahl und die konstruktiven Einzelheiten gibt es eine Reihe von Empfehlungen, die zu beachten sind. Bezüglich der Werkstoffwahl wird aus Sicherheitsgründen gefordert, dass der Kraftstoffbehälter den chemischen, mechanischen und thermischen Beanspruchungen standhält, ausreichend gegen Kraftstoff undurchlässig ist und eine hinreichende Alterungsbeständigkeit aufweist. Er darf sich nicht gefährlich elektrostatisch aufladen, und er muss sich in eingebautem Zustand als hinreichend brandsicher erweisen. Bei betriebsüblicher Beanspruchung muss die Ansammlung von zündbaren Kraftstoff-Luft-Gemischen im Fahrzeugaufbau ausgeschlossen sein.

Kraftstoffbehälter werden vorwiegend aus Stahlblech hergestellt. Auf Grund der Festigkeit und Leitfähigkeit von metallischen Werkstoffen erfüllen diese Kraftstoffbehälter aus Stahlblech eine Reihe der erhobenen Forderungen zufriedenstellend. Nachteilig ist jedoch die bekannte Korrosionsanfälligkeit, das Deformationsverhalten und das Verhalten im Brandfall. Aus Sicherheitsgründen ist es erwünscht, dass der Kraft-

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stoffbehälter beim Unfallgeschehen einen möglichst grossen Knautscheffekt erleidet, ohne zu reissen. Kraftstoffbehälter aus Stahlblech erfüllen diese Forderung nicht zufriedenstellend, da sie nur eine begrenzte Schlag- und Stossbruchfestigkeit haben. Auch bezüglich des Brandverhaltens erweist sich 'der Kraftstoffbehälter aus Stahlblech unter Umständen als nachteilig oder sogar als gefährlich. Die hohe Festigkeit bedingt, dass der Behälter erst reisst, wenn der Kraftstoff bereits unter sehr hohem Innendruck steht. Der Kraftstoff kann dadurch in Form einer gefährlichen Feuerlanze abbrennen.

Kraftstoffbehälter aus Stahlblech werden üblicherweise aus Zuschnitten durch Tiefziehen und Zusammenschweissen herge~ stellt. Diese Herstellungsweise hat zur Folge, dass nur geometrisch einfache Ausführungen wirtschaftlich hergestellt werden können. Beim Behälter aus Stahlblech ist daher in vielen Fällen die optimale Raumausnutzung nicht zu erzielen.

Kraftstoffbehälter aus anderen Werkstoffen werden bislang nur für die Motoren kleinerer Arbeitsmaschinen sowie für Einzelanfertigung und Kleinserien von Spezial- und Testfahrzeugen hergestellt. Im Vordergrund stehen dabei thermoplastische Kunststoffe, die nach den verschiedenen Warmformungsverfahren, z.B. Blasformen, Pressen, Rotationsschmelzen, Spritzgiessen und Tiefziehen, verarbeitet werden können. Es ist auch bekannt, Kunststoffbehälter durch Polymerisieren von Monomeren, z.B. Caprolactam, in einem Formv/erkzeug herzustellen. Für die thermoplastische Verarbeitung wird vorwiegend lineares Polyaethylen und Polyamid verwendet. Die Kunststoffe gestatten es, die Geometrie des Kraftstoffbehälters weitestgehend der des Fahrzeugbaus anzupassen. Dadurch wird eine optimale Raumausnutzung und demzufolge auch ein grösstmögliches Füllvolumen erzielt. Weitere Vorteile der Kunststoffe sind die Korrosionsbeständigkeit unter Witterungseinflüssen, das günstige Brandverhalten und die gute Nachgiebigkeit bei

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Schlag- und Stossbelastungen. Im Brandfall schmilzt der Kraftstoffbehälter in einem Temperaturbereich, in dem noch kein sehr hoher Innendruck vorhanden ist. Der Kraftstoff läuft dabei aus und verbrennt ohne Verpuffung. Weiterhin ist es sehr wesentlich, dass bei Ausführung in Kunststoff die Herstellungskosten, insbesondere die Yferkzeugkosten, vergleichsweise niedrig sind. Auf Grund der niedrigen Dichte der- Kunststoffe, die nur etwa 1/7 der von Eisenwerkstoffen beträgt, ergeben sich erhebliche Gewichtseinsparungen.

Von Nachteil ist die hohe elektrostatische Aufladung, die durch die elektrischen Eigenschaften der Kunststoffe bedingt ist. Es ist nicht auszuschliessen, dass die Entladung in Form eines zündfähigen Funkens erfolgen kann. Es wurde bereits versucht, diesen Nachteil zu beheben, wozu unter anderem leitfähiger Russ in den Kunststoff eingearbeitet wurde. Hierdurch werden jedoch unter Umständen andere, sehr wesentliche Eigenschaften beeinträchtigt. Bei den Polyamiden, die sich durch eine" relativ geringe Durchlässigkeit für Kraftstoff auszeichnen, ist die bekannte Temperatur- und Feuchtigkeitsabhängigkeit der mechanischen Eigenschaften ein nachteiliger Faktor, insbesondere im Temperaturbereich unterhalb des Gefrierpunktes. Diesen Nachteil weist das lineare Polyaethylen nicht auf. Es hat jedoch eine relativ hohe Durchlässigkeit für Kraftstoff, wodurch den eingangs aufgestellten Richtlinien nicht genügt wird. Es ist versucht worden, diesen Nachteil durch Lackieren zu beseitigen. Dabei zeigte sich, diss' eine zu dünn aufgetragene Lackschicht eine nicht hinreichende Diffusions-Sperrschicht ist, und bei hinreichender Dicke der Lackierung die Schlag- und Stossbruchfestigkeit unverhältnismässig stark vermindert wird. Es kommt hinzu, dass durch die Lackierung das elektrostatische Problem nicht gelöst ist. Auf Grund des bekannten Zusammenhanges zwischen der Diffusionsgeschwindigkeit und der Vfcnddicke ist es zwar möglich, die Diffusion

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durch Erhöhung der Wanddicke in gewissem Umfang zu verlangsamen. Eine Verminderung um etwa eine Grössenordnung ist jedoch aus naheliegenden Gründen nicht möglich.

Es wurde nun gefunden, dass die beschriebenen Nachteile des Kraftstoffbehälters aus thermoplastischen Kunststoffen, die sich in einer zu hohen elektrostatischen Aufladung, einer zu grossen Kraftstoffdiffusion und in einer ungenügenden Schlag- und Stossbruchfestigkeit ausdrücken können, gemeinsam dadurch zu beheben sind, dass mindestens eine Oberfläche des Kraftstoffbehälters mit einer konturengleichen Metallfolie bedeckt ist, die fest auf dem Kraftstoffbehälter aus Kunststoff haftet. Es hat sich beispielsweise gezeigt, dass eine Aluminiumfolie mit einer Dicke von 10 bis 100/um eine nahezu vollständige Diffusionssperre ergibt und durch die elektrische Leitfähigkeit das AbfHessen der oberflächlichen Ladungen bewirkt. Überraschenderweise ergab sich, dass durch diesen Verbund auch die Schlag- und Stossbruchfestigkeit günstig beeinflusst wird. Bei einer Aussenbeschichtung wird weiterhin eine Verbesserung des Brandverhaltens erreicht. Die aussen angeordnete Metallfolie verhindert bei Feuereinwirkung einen unmittelbaren Kontakt zwischen Flammen und Kunststoff und wirkt zusätzlich als Hitzereflektor.

Erfindungsgemäss wird daher ein Kraftstoffbehälter aus thermoplastischem Kunststoff vorgeschlagen, der dadurch gekennzeichnet ist, dass mindestens eine Oberfläche des Kraftstoffbehälters überwiegend mit einer mindestens 10 /um dicken, konturengleichen Metallfolie festhaftend und kraftstoffbeständig beschichtet ist. ■".:;■"-.

Die als Diffusionssperre und als elektrischer Leiter wirkende Metallbeschichtung kann entweder aussen oder innen angebracht sein. Für den festen Verbund, der bei der Herstellung unter erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur Lm Formwerkzeug erfolgt,

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list es erforderlich, dass die .Metallfolie verbundseitig eine haf-tvermittelnde Schicht aufweist, die aus dem gleichen kraftstoff be ständigen Kunststoff wie der Kraftstoffbehälter bestehen soll. Das Aufbringen dieser·Schicht auf die Metallfolie ist bekannt.

Es ist von besonderem Vorteil, dass für die Herstellung des erfindungsgemessen Kraftstoffbehälters übliche Werkzeuge, z.B. Blas-, Spritzgiess- oder Tiefzieh-Werkzeuge, zum Einsatz kom-, men. Es bestehen mehrere Möglichkeiten der erfindungsgemässen Oberflächenbeschichtung. So kann z.B. der Vorformling'" mit verbundseitiger Haftschicht aus tiefgezogener Metallfolie in ein für die Herstellung einer Behälterhalbschale konzipiertes Spritzgiesswerkzeug eingelegt und durch Saughaftung oder durch Haftmittel hinreichend befestigt v/erden. Im Falle der Innenbeschichtung eines Kraftstoffbehälters mit inneren Schwallwänden schafft sich die unter hohem Druck ins Werkzeug fliessende Schmelze einen Durchgang durch örtliches Aufreissen der Folie. Die Schwallwände sind hierbei zwar nicht beschichtet. Das ist bezüglich der Diffusion jedoch zu vernachlässigen, da nur der Ubergangsquerschnitt zur Aussenwandung nicht diffusionshemmend beschichtet ist.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, mehrere der Werkzeuggeometrie entsprechende Metallfolienzuschnitte* mit verbundseitiger Haftschicht, die gegebenenfalls auch profiliert sein können, ins Werkzeug einzulegen. Hierbei wird die Oberfläche des Kraftstoffbehälters zwar nicht ganz, jedoch zum überwiegenden Teil bedeckt, wodurch die relative Kraftstoffdurchlässigkeit dem Verhältnis der nicht bedeckten Oberfläche zur gesamten Oberfläche des Kräftstoffbehälters entspricht. Derart hergestellte Behälterhalbschalen, bei denen die Einfüll-, Entlüftungs- und Entnahmeöffnungen bereits mit ausgeformt sind, können beispielsweise durch Heiz3piegelschweissung unlösbar miteinander verbunden werden.

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Die Aussenbeschichtung des erfindungsgemässen Kraftstoffbehälters kommt bevorzugt bei der Herstellung durch Extrusionsblasformen in Betracht. Hierbei wird die vorgeformte Metallfolie mit verbundseitiger Haftschicht oder das Zuschnittmaterial in die Hohlform eingelegt und wie bereits beschrieben am Werkzeug befestigt. Das Blasformen des Kraftstoffbehälters erfolgt.dann in an sich bekannter Weise, wobei gleichzeitig das Kalibrieren der Anschlußstutzen möglich ist. Sofern man von extrudierten, bänderförmigen Vorformlingen , ausgeht, können auch nach diesem Verfahren Schwallwände eingeformt werden.

Sowohl bei der Aussenbeschichtung als auch bei der Innenbeschichtung kann durch einfache Hassnahmen sichergestellt werden, dass'die elektrostatischen Ladungen grosser Oberflächenbereiche ungehindert abfliessen können. Bei -der Aussenbeschichtung bietet sich dazu der leitende Kontakt mit den Fahrzeugaufbauten an. Bei der Innenbeschichtung besteht die Möglichkeit, einen leitenden Kontakt über einen Anschlussstutzen oder andere Zuführungen ins Behälterinnere herzustellen.

Auf Grund der Duktilität und der guten Korrosionsbeständigkeit der Oxidatschicht bietet sich für die Metallfolie Aluminium an. ■ ■

Fig. 1 zeigt eine beispielsweise Ausführung des erfindungsgemäßen Kraftstoffbehälters, Fig. 2 zöigt eine Eiözeiheit "Z" der Figur 1* Bezugsziffer !deutet die Wandung aus tHermoplastiscaem Kunststoff, ftezügsziffer 2 die Metallfolie mit verbundseitiger Haftschicht an;

Claims

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Patentansprüche:

( 1.!Kraftstoffbehälter aus thermoplastischem Kunststoff für \_/ Verbrennungsmotoren, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Oberfläche des Kraftstoffbehälters überwiegend mit einer mindestens 10/um dicken, konturengleichen Metallfolie festhaftend und kraftstoffbeständig beschichtet ist.
2. Kraftstoffbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallfolie eine verbundseitige Haftschicht aus dem gleichen kraftstoffbeständigen Kunststoff wie der Behälter aufweist.
3. Kraftstoffbehälter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallfolie aus Aluminium besteht·.
4. Kraftstoffbehälter nach Anspruch 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschicht aussenseitig angebracht ist. . ·
5. Kraftstoffbehälter nach Anspruch 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, dass .die Metallschicht innenseitig angebracht ist.
6. Kraftstoffbehälter nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallfolie mit ,den Fahrzeugau.fbauten elektrisch-leitend verbunden ist.
7. Kraftstoffbehälter nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass er im Inneren Schwallwände aufweist.
8. Verfahren zur Herstellung eines Kraftstoffbehälters nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Metallbeschichtung durch Einlegen konturergleicher Zuschnitte aus

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Metallfolie.-mit; •yerbundö'eitiger Haftschicht. im Formwerkzeug unter erhöhtem Druck und.-erhöhter Temperatur erfolgt

Anlage: ' -..
Fig, I und 2