DE1950662C3 - Kraftstoffbehälter aus thermoplastischem Kunststoff - Google Patents
Kraftstoffbehälter aus thermoplastischem KunststoffInfo
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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 Werkstoffwahi 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 äüs Stählblech
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
gründen ist es erwünsch«, daß der Kraftstoffbehälter
beim Unfallgeschehen einen möglichst großen Knautschefl'ekt 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
ίο Behälter erst reißt, wenn der Kraftstoff bereits unter
sehr hohem Innendruck steht Der Kraftstoff kann
dadurch in Form einer gefährlichen Feuerlanze
abbrennen.
weise 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
Kraftstoffbehälter aus anderen Werkstoffen werden bislang nur für die Motoren kleinerer Arbeitsmaschinen
sowie für Einzelanfertigung und Kleinserien von Spezial- und Testfahrzeugen hergestellt Im Vorder
grund 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 Schla»- 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 'Λ der von
Eisenwerkstoffen beträgt ergeben sich erhebliche
so Gewiclitseinsparurtgen.
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 Feüchtigkeitsäbhängigkeit der mechanischen Eigenschaften ein nachteiliger Faktor, insbesondere im
Temperaturbereich unterhalb des Gefrierpunktes. Die-
M sen 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-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 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 pm dicken, konturengleichen Metallfolie festhaftend und kraftstoffbeständig beschichtetist
Eis hat sich beispielsweise gezeigt, daß eine Aluminiumfolie
mit einer Dicke von 10 bis 100 μπι eine nahezu
vollständige Diffusionssperre ergibt und durch die elektrische Leitfähigkeit das Abfließem 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 haftvermittelnde Schicht aufweist, die aus dem gleichen kraftstoffbeständigen
Kunststoff wie de; 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,
zjm Einsatz kommen. 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 Behälterhftlbschale
konzipiertes Spritzgießwerkaieug eingelegt und durch
Saughaftung oder durch Haftmittel hinreichend befestigt weiden. 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 Obergangsquerschnitt zur
Außenwandung nicht diffusäonshemmend 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 Kraftstoffbehälters entspricht Derart hergestellte Behsiterhalbschalen, bei
denen die Einfüll-, Entlüftung«- und Enhiahmeöffnungen
bereits mit ausgeformt sind, können beispielsweise durch Heizspiegelschweißung unlösbar miteinander
verbunden werden.
Die Außenbeschichtung des erfindungsgernäßen 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 AnschluBstutzen möglich ist Sofern man von extrudieren, bänderförmigen
Vorformlingen ausgeht, können auch nach diesem Verfahren Schwallwände eingeformt werden.
Sowohl bei der Außenbeschichtung als auch bei der Innenbeschichtung kann durch einfache Mabnahmen
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 AnschlußstuU'.em oder
andere Zuführungen ins Behälterinnere herzustellen.
Auf Grund der Duktilität und der guten Korrosionsbeständigkeit der Oxidatsclhicht 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 F i g. 1. Bezugsziffer 1 deutet die Wandung aus thermoplastischem
Kunststoff, Bezugszilffer 2 die Metallfolie mit verbundseitiger Haftschicht an.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
1. Kraftstoffbehälter aus thermoplastischem Kunststoff für Verbrennungsmotoren, dadurch
gekennzeichnet, daß mindestens eine Oberfläche des Kraftstoffbehälters überwiegend mit
einer mindestens 10 μιη dicken, konturengleichen
Metallfolie (2) festhaftend und kraftstoffbeständig beschichtet ist
Z 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
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