DE19814298A1 - Verfahren zur Herstellung eines Kraftstofftanks - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines Kraftstofftanks

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kraftstofftanks, der einen Hohlkörper aus Kunststoff umfaßt, wobei man ausgehend von zwei miteinander zu verbindenden Teilkörpern (11, 12) einen Gesamthohlkörper (10) herstellt. Die Schweißverbindung der beiden Teilkörper (11, 12) wird unter Einwirkung von Laserstrahlung (13) erzeugt. Dabei wird der eine der beiden Teilkörper (11) von der Laserstrahlung (13) im wesentlichen durchstrahlt, da er aus für die verwendete Laserstrahlung weitgehend transparentem Material besteht, wohingegen der andere Teilkörper (12) im Fügebereich aus einem Material mit einer relativ hohen Absorptionskonstante für diese Laserstrahlung besteht. Dadurch wird der Teilkörper (12) im Bereich seiner Stirnfläche (12a) erwärmt. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Wärme gezielt in die Schweißnaht eingeleitet, so daß man eine sehr gleichmäßige und beständige Schweißverbindung erhält.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kraftstofftanks umfassend einen Hohlkörper aus Kunststoff, der aus wenigstens zwei Teilkörpern herstellbar ist, die durch Verschweißung zu einem Gesamthohlkörper zusammengefügt werden.
Kraftstofftanks zum Beispiel für die Automobilindustrie umfassen in der Regel Hohlkörper aus Kunststoffen mit bestimmten Eigenschaften, in die dann weitere Bauelemente wie zum Beispiel Schwallwände oder dergleichen später eingebaut werden. An die zu verwendeten Materialien werden im allgemeinen hohe Anforderungen gestellt, unter anderem müssen diese eine große Dichtigkeit aufweisen, dürfen nur eine geringe Wasseraufnahme haben, müssen eine große mechanische Festigkeit aufweisen im Hinblick auf mögliche Gefahren bei Unfällen usw. Um die Dichtigkeit zu erreichen verwendet man häufig Kunststoffe wie zum Beispiel Polyethylen mit einer zusätzlichen Sperrschicht. Das Material aus dem diese Hohlkörper für Kraftstofftanks bestehen muß außerdem besonders alterungsbeständig sein, so daß vor der Einführung neuer Materialien aufwendige Langzeittests notwendig sind.
Die Herstellung solcher Hohlkörper für Kraftstofftanks durch die Technik des Blasformens hat sich als problematisch erwiesen, da es dabei in der Regel stellenweise zu unnötig dicken Wandstärken kommt. Man ist folglich dazu übergegangen, die Hohlkörper für Kraftstofftanks aus mehreren Teilkörpern herzustellen, die dann durch Verschweißung zu einem Gesamthohlkörper zusammengefügt werden. Dies hat auch den Vorteil, daß das Einbringen weiterer notwendiger Teile für den Kraftstofftank, wie zum Beispiel Schwallwände, bei der Fertigung einfacher ist, da diese vor dem Verschweißen der Teilkörper in oder an einem dieser Teilkörper montiert werden können.
Die EP 0 619 174 A1 beschreibt ein Verfahren der eingangs genannten Gattung, bei dem die Teilkörper durch Pressformen hergestellt werden und dann durch Kleben oder Schweißen zu dem Gesamthohlkörper verbunden werden. Wählt man eine Schweißverbindung, dann kommt das sogenannte Heizelement Schweißen in Betracht. Dieses hat aber den Nachteil, daß eine relativ große thermische Belastung der Teilkörper im Fügebereich auftritt, was sich nachteilig auf die Festigkeit der Schweißverbindung auswirken kann. Da hier im Hinblick auf die Verwendung für Kraftstofftanks besonders hohe Anforderungen zu stellen sind, wie sich aus den obigen Ausführungen ergibt, ist eine solche unzulängliche Schweißverbindung als sehr problematisch anzusehen.
Auf der Suche nach alternativen Verfahren hat es in jüngerer Zeit Überlegungen gegeben, Kunststoffteile mit Hilfe von Laserstrahlung zu verschweißen. Entsprechende Betrachtungen finden sich in dem Artikel "Entwicklungstendenzen beim Laserschweißen von Kunststoffen", H. Potente, E. Pecha, J. Korte in "PLASTVERARBEITER" 46. Jahrgang 1995 Nr. 10, Seiten 58 bis 64. In diesem Stand der Technik wird jedoch deutlich, daß es zwar theoretische Überlegungen zur Anwendung von Laserstrahlung in diesem Bereich gibt, bislang aber keine Versuche durchgeführt wurden und somit kaum Erkenntnisse über die praktische Anwendbarkeit solcher Verfahren insbesondere im industriellen Fertigungsbereich vorliegen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin ein Verfahren zur Herstellung eines Kraftstofftanks der eingangs genannten Gattung zu schaffen, bei dem wenigstens zwei Teilkörper zu einem Gesamthöhlkörper so zusammengefügt werden, daß eine dauerhaft beständige Fügeverbindung erzielt wird, die den genannten hohen Anforderungen für einen Einsatz als Kraftstofftank genügt.
Die Lösung der Aufgabe liefert ein erfindungsgemäßes Verfahren der eingangs genannten Gattung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs. Es hat sich überraschenderweise gezeigt daß die Teilkörper mittels Einwirkung von Laserstrahlung verschweißt werden können und der so entstandene Gesamthohlkörper eine so beständige und stabile Schweißverbindung im Fügebereich aufweist, daß er zur Verwendung als Kraftstofftank unter Einhaltung der genannten Forderungen geeignet ist.
Versuche der Anmelderin haben gezeigt daß für die Verbindung der Teilkörper zu dem Gesamthohlkörper mittels Laserstrahlung besonders das Durchstrahlschweißverfahren geeignet ist. Vorzugsweise besteht dabei wenigstens einer der Teilkörper im Fügebereich aus für Laserstrahlung transparentem beziehungsweise weitgehend transparentem Material und wenigstens ein anderer Teilkörper besteht im Fügebereich vorzugsweise aus einem Material mit einer relativ hohen Absorptionskonstante. Dadurch wird erreicht, daß die Laserstrahlung durch den einen transparenten der Teilkörper im Fügebereich hindurchtritt und den anderen Teilkörper im Fügebereich erwärmt, da dort die Laserstrahlung mindestens teilweise absorbiert und in Wärme umgewandelt wird. Die Transparenz für Laserstrahlung beziehungsweise die Absorption kann man gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung beispielsweise dadurch erreichen, daß man dem Kunststoff aus dem die Teilkörper bestehen mindestens im Fügebereich entsprechende Füllstoffe beifügt beispielsweise dunkle Füllstoffe wie Ruß oder andere Füllstoffe wie SiO2 oder dergleichen, wenn eine Absorption gewünscht ist. Bei dem anderen Teilkörper, der für die Laserstrahlung weitgehend transparent sein soll, verwendet man entweder Füllstoffe, die kaum oder nicht absorbieren oder verzichtet ganz auf Füllstoffe oder verwendet Füllstoffe in einer geringeren Konzentration als bei dem anderen Teilkörper, so daß das Material für die Laserstrahlung bei der eingestrahlten Frequenz weitgehend transparent ist.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens geht man so vor, daß man die Teilkörper, die zu einem Gesamthohlkörper verschweißt werden, im Bereich ihrer Stirnflächen (Fügeflächen) gegeneinander preßt und die Laserstrahlung so einstrahlt, daß sie durch die Wandung des Teilkörpers aus dem weitgehend transparenten Material hindurchtritt und auf die Stirnfläche des Teilkörpers mit relativ hoher Absorptionskonstante in einem spitzen Winkel oder in einem rechten Winkel eintrifft und dadurch die Fügeflächen erwärmt und verschweißt werden. Vorzugsweise besteht wenigstens einer der Teilkörper wenigstens im Fügebereich aus Polyethylen, vorzugsweise aus HDPE.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben.
Dabei zeigt
Fig. 1 einen ausschnittsweisen Querschnitt durch einen Hohlkörper für einen erfindungsgemäßen Kraftstofftank.
Ein erfindungsgemäßer Kraftstofftank wird hergestellt aus wenigstens zwei Teilkörpern 11, 12, die beispielsweise jeweils Halbschalen eines Gesamthohlkörpers 10 darstellen können, wenn sie miteinander verbunden werden. Die beiden Teilkörper 11, 12 weisen aufgrund ihrer Halbschalenform jeweils einander zugewandte Stirnflächen 11a, 12a auf, die zusammengefügt, vorzugsweise gegeneinander gepreßt werden und unter Einwirkung von Laserstrahlung 13 miteinander verschweißt werden. Die Laserstrahlung 13 wird erzeugt von der hier nur schematisch dargestellten Laservorrichtung 14.
Zum Beispiel mit Hilfe von Füllstoffen ist der eine der beiden Teilkörper 11 mindestens im Fügebereich so eingefärbt, daß er für die eingestrahlte Laserstrahlung 13 weitgehend transparent ist. Beispielsweise kann man für diesen einen Teilkörper 11 einen Kunststoff verwenden, der farblos oder grau ist und für die eingestrahlte Laserstrahlung 13 eine praktisch vernachlässigbare Absorption hat. Der andere der beiden Teilkörper 12 ist wenigstens im Fügebereich zum Beispiel durch Füllstoffe so eingefärbt, daß er für die eingestrahlte Laserstrahlung 13 eine relativ hohe Absorptionskonstante aufweist, beispielsweise wird der Teilkörper 12 durch Füllstoffe wie Ruß oder ähnliches schwarz oder dunkel eingefärbt. Wie man sieht, wird die Laserstrahlung 13 so eingestrahlt, daß sie durch die Wandung des einen Teilkörpers, der aus einem für diese Laserstrahlung weitgehend transparenten Material besteht, hindurchtritt und dann auf die Stirnfläche 12a des anderen der beiden Teilkörper auftrifft, vorzugsweise in einem spitzen oder in einem rechten Winkel. Dadurch erzielt man eine Erwärmung dieser Stirnfläche 12a des einen Teilkörpers und letztendlich auch eine Erwärmung der Fügefläche 11a des anderen Teilkörpers, die mit der vorgenannten Fügefläche (Stirnfläche) in Berührung steht. Die aneinanderliegenden Stirnflächen 11a, 12a beider Teilkörper 11, 12 werden also durch diese Erwärmung angeschmolzen und nach dem Abkühlen erhält man einen Gesamthohlkörper 10 aus den beiden miteinander verschweißten Teilkörpern 11, 12. Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß die von der Laserstrahlung 13 erzeugte Wärme gezielt in die Fügeflächen im Bereich der zu erzeugenden Schweißnaht eingeleitet wird, während die Wandung des für die Laserstrahlung 13 weitgehend transparenten Teilkörpers 11 von der Laserstrahlung 13 durchstrahlt wird und in diesem durchstrahlten Bereich im wesentlichen keine Erwärmung auftritt. Wegen dieser geringen thermischen Belastung der zu verbindenden Teilkörper außerhalb der eigentlichen Schweißnaht ergibt sich eine gleichmäßige, stabile und dauerhaft beständige Schweißverbindung der beiden Teilkörper 11, 12 im Fügebereich ohne Fehlstellen.

Claims (8)

1. Verfahren zur Herstellung eines Kraftstofftanks umfassend einen Hohlkörper aus Kunststoff, der aus wenigstens zwei Teilkörpern herstellbar ist, die durch Verschweißung zu einem Gesamthohlkörper zusammengefügt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens zwei Teilkörper (11, 12) mittels Einwirkung von Laserstrahlung (13) verschweißt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens zwei Teilkörper (11, 12) mittels Laserstrahlung (13) im Durchstrahlschweißverfahren verschweißt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Teilkörper (11) im Fügebereich aus für die verwendete Laserstrahlung weitgehend transparentem Material besteht und wenigstens ein anderer Teilkörper (12) im Fügebereich aus einem Material mit einer relativ hohen Absorptionskonstante besteht.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens derjenige Teilkörper (12), der im Fügebereich aus einem Material mit relativ hoher Absorptionskonstante besteht einen die gewünschte Absorption erzielenden Füllstoff enthält.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Teilkörpers (12) mit hoher Absorptionskonstante im Fügebereich ein Kunststoff ist, der als Füllstoff Ruß und/oder SiO2 oder dergleichen enthält.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilkörper (11, 12), die zu einem Gesamthohlkörper (10) verschweißt werden im Bereich ihrer Stirnflächen (Fügeflächen) (11a, 12a) gegeneinander gepreßt werden und die Laserstrahlung (13) so eingestrahlt wird, daß sie durch die Wandung des Teilkörpers (11) aus dem weitgehend transparenten Material hindurchtritt und auf die Stirnfläche (12a) des Teilkörpers mit relativ hoher Absorptionskonstante in einem spitzen Winkel oder in einem rechten Winkel eintrifft und dadurch die Fügeflächen erwärmt und verschweißt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Teilkörper (11, 12) wenigstens in dem Fügebereich aus Polyethylen vorzugsweise aus HDPE besteht.
8. Kraftstofftank, dadurch gekennzeichnet, daß dieser nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 hergestellt wurde.
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