DE1950662B2

DE1950662B2 - Kraftstoffbehaelter aus thermoplastischem kunststoff

Info

Publication number: DE1950662B2
Application number: DE19691950662
Authority: DE
Inventors: Franz 6223 Kelkheim Gübitz
Original assignee: Hoechst AG
Current assignee: Hoechst AG
Priority date: 1969-10-08
Filing date: 1969-10-08
Publication date: 1977-12-29
Also published as: SE377304B; GB1306959A; SU372795A3; DE1950662C3; AT307896B; FR2064209B1; AU2083170A; NL7014516A; DE1950662A1; FR2064209A1

Description

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 Sicherheits-

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gründen ist es erwünscht, daß der Kraftstoffbehälter beim Unfallgeschehen einen möglichst großen Knautsclieffekt 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 hergestellt. 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 Formwerkzeug herzustellen. Für die thermoplastische Verarbeitung werden 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 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 Werkzeugkosten, vergleichsweise niedrig sind. Auf Grund der niedrigen Dichte der Kunststoffe, die nur etwa V₇ 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, daß eine zu dünn aufgetragene Lackschicht eine nicht hinreichende Diffusions-Sperrschichi 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 Zusammenhangs zwischen der Diffusionsgeschwindigkeit und der Wanddicke ist es zwar möglich, die Duffusion durch Erhöhung der Wanddicke in gewissem Umfang zu verlangsamen. Eine Verminderung um etwa eine Größenordnung ist jedoch aus naheliegenden Gründen nicht möglich.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Maßnahme vorzusehen, die die beschriebenen Nachtei-Ie des Kraftstoffbehälters aus thermoplastischem Kunststoff, die sich in einer zu hohen elektrostatischen Aufladung, einer zu großen Kraftstoffdiffusion und in einer ungenügenden Schlag- und Stoßbruchfestigkeit ausdrücken können, gemeinsam behebt.

Erfindungsgemäß wird daher ein Kraftstoffbehälter aus thermoplastischem Kunststoff vorgeschlagen, der dadurch gekennzeichnet ist, daß mindestens eine Oberfläche des Kraftstoffbehälters überwiegend mit einer mindestens 10 μηι dicken, konturengleichen Metallfolie festhaftend und kraftstoffbeständig beschichtet ist.

Es hat sich beispielsweise gezeigt, daß eine Aluminiumfolie mit einer Dicke von 10 bis 100 μιτι eine nahezu vollständige Diffusionssperre ergibt und durch die elektrische Leitfähigkeit das Abfließen der oberflächlichen Ladungen bewirkt. Überraschenderweise ergab sich, daß durch diesen Verbund auch die Schlag- und Stoßbruchfestigkeit günstig beeinflußt wird.

Die als Diffusionssperre und als elektrischer Leiter wirkende Metallbeschichtung kann entweder außen oder innen angebracht sein. Bei einer Außenbeschichtung wird eine Verbesserung des Brandverhaltens erreicht. Die außen angeordnete Metallfolie verhindert bei Feuereinwirkung einen unmittelbaren Kontakt zwischen Flammen und Kunststoff und wirkt zusätzlich als Hitzereflektor. Für den festen Verbund, der bei der Herstellung unter erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur im Formwerkzeug erfolgt, ist es erforderlich, daß die Metallfolie verbundseitig eine haftvermit- 4i telnde Schicht aufweist, die aus dem gleichen kraftstoffbeständigen Kunststoff wie der Kraftstoffbehälter bestehen soll. Das Aufbringen einer solchen Schicht auf eine Metallfolie ist bekannt.

Es ist von besonderem Vorteil, daß für die Herstellung des erfindungsgemäßen Kraftstoffbehälters übliche Werkzeuge, z. B. Blas-, Spritzgieß- oder Tiefzieh-Werkzeuge, zum Einsatz kommen. Es bestehen mehrere Möglichkeiten der erfindungsgemäßen Oberflächenbeschichtung. So kann z, B. der Vorformling mit v, verbundseitiger Haftschicht aus tiefgezogener Metallfolie in ein für die Herstellung einer Behälterhalbschale konzipiertes Spritzgießwerkzeug eingelegt und durch Saughaftung oder durch Haftmittel hinreichend befestigt werden. 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 Übergangsquerschnitt zur Außenwandung nicht diffusionshemmend beschichtet ist.

Eine- weitere Möglichkeit besteht darin, mehrere der Werkzeuggeometrie entsprechende Metallfolienzuschnitte mil 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 Kraftstoffbehälters entspricht. Derart hergestellte Behälterhalbschalen, bei denen die Einfüll-, Entlüftungs- und Entnahmeöffnungen bereits mit ausgeformt sind, können beispielsweise durch Heizspiegelschweißung unlösbar miteinander verbunden werden.

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 Maßnahmen 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.

F i g. 1 zeigt eine beispielsweise Ausführung des erfindungsgemäßen Kraftstoffbehälters,

F i g. 2 zeigt eine Einzelheit »Z« der Fig. Ii.

Bezugsziffer 1 deutet die Wandung aus thermoplastischem Kunststoff, Bezugsziffer 2 die Metallfolie mit verbundseitiger Haftschicht an.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kraftstoffbehälter aus thermoplastischem Kunststoff für Verbrennungsmotoren, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Oberfläche des Kraftstoffbehälters überwiegend mit einer mindestens 10 μΐη dicken, konturengleichen Metallfolie (2) festhaftend und kraftstoffbeständig beschichtet ist.

2. Kraftstoffbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfolie (2) eine verbundseitige Haftschicht aus dem gleichen kraftstoffbeständigen Kunststoff wie der Behälter aufweist.

3. Kraftstoffbehälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfolie (2) aus Aluminium besteht.

4. Kraftstoffbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfolie (2) außenseitig angebracht ist.

5. Kraftstoffbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfolie (2) innenseitig angebracht ist.

6. Kraftstoffbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfolie (2) mit den Fahrzeugaufbauten elektrisch-leitend verbunden ist.

7. Verfahren zur Herstellung eines Kraftstoffbehälters nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallbeschichtung des Kraftstoffbehälters durch Einlegen konturengleicher Zuschnitte aus Metallfolie (2) im Formwerkzeug unter erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur erfolgt.