DE19916494A1 - Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffbauteils und Kraftstoffbehälter für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

Abstract

Bei einem Verfahren zur Herstellung eines Kraftstoffbehälters (1) aus Kunststoff wird zwischen zwei miteinander zu verschweißenden Schalenteilen (2, 3) ein Heizelement (6) angeordnet. Beim Zusammenpressen der Schalenteile (2, 3) schmilzt sich das Heizelement (6) in den Kunststoff ein und erzeugt eine zuverlässig kraftstoffdichte Verschweißung. Der Kraftstoffbehälter (1) hat anschließend eine besonders genaue Form.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung ei­ nes Kunststoffbauteils, insbesondere eines Kraftstoffbe­ hälters für ein Kraftfahrzeug, bei dem zunächst Schalen­ teile aus Kunststoff im Spritzgußverfahren gefertigt wer­ den und aneinanderstoßende Schweißränder der Schalenteile erwärmt und zum Verschweißen miteinander zusammengepreßt werden. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Kraft­ stoffbehälter für ein Kraftfahrzeug mit mehreren aus Kunststoff im Spritzgußverfahren gefertigten und mitein­ ander verschweißten Schalenteilen.

Aus der Praxis ist ein Verfahren zur Herstellung eines als Kraftstoffbehälter ausgebildeten Kunststoffbauteils bekannt geworden, bei dem die Schalenteile jeweils einen umlaufenden, eben gestalteten Schweißrand aufweisen. An der Innenseite der Schalenteile lassen sich in dem Kraft­ stoffbehälter anzuordnende Bauteile, wie beispielsweise ein Schwalltopf oder Leitelemente, im Spritzgußverfahren fertigen oder vor dem Verschweißen der Schalenteile befe­ stigen. Die Schalenteile werden zum Verschweißen mit ih­ ren Schweißrändern jeweils auf eine erwärmte Platte ge­ drückt, bis der Kunststoff schmilzt. Anschließend werden die Schalenteile mit ihren Schweißrändern zusammenge­ drückt.

Nachteilig bei dem bekannten Verfahren ist, daß die Scha­ lenteile für eine zuverlässige und kraftstoffdichte Ver­ schweißung sehr breite Schweißränder und besonders hohe Drücke zum Verpressen der Schweißränder benötigen. Daher hat das mit diesem Verfahren gefertigte Kunststoffbauteil sehr große Toleranzen.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß es die Einhaltung sehr enger Toleranzen des Kunststoffbauteils ermöglicht. Weiterhin soll ein Kraftstoffbehälter mit zu­ verlässiger Dichtheit und genauer Form geschaffen werden.

Das erstgenannte Problem wird erfindungsgemäß dadurch ge­ löst, daß an den Schweißrändern auf das jeweils gegen­ überliegende Schalenteil weisende Vorsprünge erzeugt wer­ den und daß die Flanken der Vorsprünge zweier miteinander zu verbindender Schweißränder erwärmt werden.

Durch diese Gestaltung werden die Schalenteile in einem von dem senkrecht aneinanderstoßenden Bereich abweichen­ den Bereich der Schweißränder erwärmt. Hierdurch läßt sich die Form des Kunststofformteils durch die nicht er­ wärmten Bereiche der Schweißränder oder durch ein Anein­ anderpressen einander überlappender Bereiche der Vor­ sprünge festlegen. Das mit dem erfindungsgemäßen Verfah­ ren gefertigte Kunststoffbauteil läßt sich daher mit be­ sonders engen Toleranzen fertigen.

Die Vorsprünge lassen sich gemäß einer vorteilhaften Wei­ terbildung nahezu beliebig gestalten, wenn die Vorsprünge im Spritzgußverfahren erzeugt werden. Die Vorsprünge ein­ ander gegenüberstehender Schweißränder können hierdurch beispielsweise labyrinthartig ineinandergreifen.

Mit dem bekannten Verfahren hergestellte Kunststoffbau­ teile können wegen der ebenen Gestaltung der Schweißrän­ der nur einfache Geometrien aufweisen. Die Schweißränder können gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung beispielsweise von einer horizontalen Ebene in eine vertikale Ebene gebogen gestaltet sein, wenn die Flanken der Vorsprünge von einem zwischen den Schweißrän­ dern angeordneten Heizelement angeschmolzen werden. Das Heizelement kann anschließend in der Wandung des Kraft­ stoffbehälters verbleiben. Hierdurch läßt sich das Heiz­ element zudem zuverlässig in seiner vorgesehenen Position in dem Schweißrand anordnen. Das Heizelement kann bei­ spielsweise als ein oder mehrere nebeneinanderliegende Heizdrähte ausgebildet sein. Die Erwärmung des Heizele­ ments kann beispielsweise durch elektrischen Strom, ma­ gnetische Induktion, Wärmeleitung oder durch Microschwin­ gungen erzeugt werden. Ein weiterer Vorteil dieses Ver­ fahrens besteht darin, daß sich hierdurch schwer zugäng­ liche Bereiche der Kunststoffteile einfach verschweißen lassen. Hierdurch ist dieses Verfahren für sich allein erfinderisch.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine besonders kostengünstige Herstellung des Kunststoffbauteils, wenn das Heizelement in eine Spritzgußform für zumindest eines der Schalenteile im Bereich des Schweißrandes eingelegt wird und wenn anschließend der Kunststoff für die Scha­ lenteile in die Spritzgußform eingebracht wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich besonders ein­ fach und schnell durchführen, wenn die Schalenteile zu­ sammengepreßt werden und anschließend das Heizelement er­ wärmt wird. Das Heizelement schmilzt den Kunststoff zu­ verlässig an genau dafür vorgesehenen Stellen in einander gegenüberliegenden Bereichen der Schweißränder an. Hier­ durch lassen sich sehr genau Bereiche festlegen, in denen die Schalenteile miteinander verschweißt sind, und Ab­ standhalter für die vorgesehene Form des Kunststoffbau­ teils bildende Bereiche der Schweißränder verbleiben.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren läßt sich eine beson­ ders zuverlässige Dichtheit des als Kraftstoffbehälter ausgebildeten Kunststoffbauteils sicherstellen, wenn die Vorsprünge zweier miteinander zu verbindender Schalentei­ le als einander überlappende Laschen ausgebildet sind.

Das als Kraftstoffbehälter ausgebildete, mit dem erfin­ dungsgemäßen Verfahren hergestellte Kunststoffbauteil hat besonders enge Toleranzen und eine hohe Formgenauigkeit, wenn die Schalenteile in einer dem Kunststoffbauteil ent­ sprechenden Form zusammengesetzt werden und wenn an­ schließend ein Gas in die Schalenteile eingebracht und zum Verpressen der Schalenteile mit Druck beaufschlagt wird. Als Gas eignet sich beispielsweise erwärmte Luft.

Das erfindungsgemäße Verfahren erfordert zur Herstellung des Kunststoffbauteils mit einer hohen Formgenauigkeit einen besonders geringen Aufwand, wenn an den Schweißrän­ dern radial nach außen hin abstehende Stege erzeugt wer­ den und wenn ein Heizelement zwischen den Stegen angeord­ net wird. Die Schalenteile lassen sich hierdurch einfach an den Stegen mit einer Zange oder mit zwei einander ge­ genüberstehenden, die Stege entlanglaufenden Druckrollen zusammenpressen. Die neben den Stegen befindlichen Berei­ che der Schweißränder bleiben hierbei kalt und verbleiben unverformt beim Verschweißen.

Das zweitgenannte Problem, nämlich die Schaffung eines Kraftstoffbehälters der eingangs genannten Art mit zuver­ lässiger Dichtheit und genauer Form, wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen den Schalenteilen im Bereich der Schweißnähte ein Heizelement angeordnet ist. Da sich das Heizelement gleichmäßig über seine gesamte Länge er­ wärmen läßt, wird dank der Erfindung sichergestellt, daß einander gegenüberstehende Bereiche der Schalenteile mit­ einander verschweißt werden. Bei einer Undichtigkeit kann das Heizelement erneut erwärmt werden, bis die Schalen­ teile des erfindungsgemäßen Kraftstoffbehälters zuverläs­ sig miteinander verschmolzen sind. Die Form des Kraft­ stoffbehälters wird hierbei nur unwesentlich verändert.

Der erfindungsgemäße Kraftstoffbehälter gestaltet sich besonders kostengünstig, wenn das Heizelement zumindest einen Heizdraht aufweist. Hierdurch läßt sich das Heiz­ element beispielsweise mit elektrischem Strom, Induktion durch Wärmeleitung oder durch Microschwingungen erwärmen.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips sind mehrere davon in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in

Fig. 1a, 1b schematisch zwei Schritte eines erfin­ dungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Kraftstoffbehälters,

Fig. 2 einen Teilbereich eines Kraftstoffbehälters beim Verpressen von Schalenteilen,

Fig. 3a, 3b schematisch zwei Schritte einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens.

Fig. 1a zeigt zwei aus Kunststoff im Spritzgußverfahren gefertigte, zur Zusammensetzung zu einem in Fig. 1b dar­ gestellten Kraftstoffbehälter 1 vorgesehene Schalenteile 2, 3 mit jeweils einem Schweißrand 4, 5. Eines der Scha­ lenteile 4 ist einteilig mit einem drahtförmigen Heizele­ ment 6 gefertigt. Von dem Heizelement 6 führen Anschluß­ leitungen 7 nach außen hin. Das Heizelement 6 dringt hier mit seinem halben Durchmesser in den Schweißrand 4 ein. Hierdurch bildet der Schweißrand 4 seitlich neben dem Heizelement 6 auf den Schweißrand 5 des gegenüberliegen­ den Schalenteils 3 weisende Vorsprünge 8. Die Schalentei­ le 2, 3 werden zur Verschweißung zunächst aufeinanderzu­ bewegt, bis das Heizelement 6 gegen den gegenüberliegen­ den Schweißrand 5 gelangt. Anschließend wird an den An­ schlußleitungen 7 eine elektrische Spannung angelegt und das Heizelement 6 erwärmt. Wie Fig. 1b zeigt, schmilzt sich das Heizelement 6 in den gegenüberliegenden, in Fig. 1a dargestellten Schweißrand 5 ein. Hierbei entstehen in diesem Schweißrand 5 ebenfalls Vorsprünge 9. Die Vor­ sprünge 8, 9 der Schweißränder 4, 5 liegen mit ihren Flanken 10, 11 an dem Heizelement 6 an. Hierdurch wird sichergestellt, daß die Schweißränder 4, 5 im Bereich des Heizelementes 6 angeschmolzen werden. Die Vorsprünge 8, 9 werden in einem Abstand zu dem Heizelement 6 nur unwe­ sentlich erwärmt, so daß sie stabil bleiben und sicher­ stellen, daß sich die Schalenteile 2, 3 nur bis zu einer vorgesehenen Position zusammenschieben lassen. Anschlie­ ßend sind die Schalenteile 2, 3 zu dem Kraftstoffbehälter 1 verschweißt. Das Heizelement 6 verbleibt in dem Kraft­ stoffbehälter 1.

Fig. 2 zeigt schematisch einen Teilbereich eines Kraft­ stoffbehälters 12 für ein Kraftfahrzeug mit zwei Schalen­ teilen 13, 14. Die Schalenteile 13, 14 weisen jeweils ei­ nen Schweißrand 15, 16 auf, von denen jeweils nach radial außen hin ein Steg 17, 18 absteht. In den Stegen 17, 18 ist ein Heizelement 19 angeordnet. Das Heizelement 19 schmilzt sich wie das aus Fig. 1 in die Schweißränder 15, 16 ein. An der Außenseite werden die Stege 17, 18 zu­ sammengepreßt. Diese Pressung kann durch Stempel 20, 21 oder durch nicht dargestellte, die Stege 17, 18 abfahren­ de Rollen erzeugt werden. Da die von Stegen 17, 18 aus gesehen radial inneren Bereiche der Schweißränder 15, 16 von dem Heizelement 19 nicht angeschmolzen werden, blei­ ben die Schalenteile 13, 14 unabhängig von dem Anpreß­ druck der Stempel 20, 21 in ihren vorgesehenen Positio­ nen.

Fig. 3a zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Verfah­ ren zur Herstellung eines in Fig. 3b dargestellten Kraftstoffbehälters 22, bei dem einander gegenüberstehen­ de Schalenteile 23, 24 jeweils in dem Kraftstoffbehälter 22 entsprechend gestalteten Formteilen 25, 26 eingesetzt sind. Die Schalenteile 23, 24 haben jeweils einen Schweißrand 27, 28 mit einem Vorsprung 29, 30. Aufeinan­ derzuweisende Flanken 31, 32 der Vorsprünge 29, 30 werden angeschmolzen und die Formteile 25, 26 gegeneinanderge­ fahren, bis sie, wie in Fig. 3b dargestellt, aneinander anliegen. Die Erwärmung der Flanken 31, 32 kann bei­ spielsweise durch Wärmestrahlung oder wie bei dem in den Fig. 1a und 1b dargestellten Verfahren durch Heizele­ mente erfolgen. Die Vorsprünge 29, 30 der Schweißränder 27, 28 sind versetzt zueinander angeordnet, so daß sie als einander überlappende Laschen ausgebildet sind. An­ schließend wird ein Druckanschluß 33 an eine Öffnung 34 des einen Schalenteils 24 angesetzt und der von den Scha­ lenteilen 23, 24 gebildete Hohlraum mit Druck beauf­ schlagt. Hierbei werden die Vorsprünge 29, 30 gegeneinan­ dergepreßt und deren Flanken 31, 32 miteinander ver­ schweißt. Hierbei werden die Schalenteile 23, 24 gegen die Formteile 25, 26 gedrückt, so daß der Kraftstoffbe­ hälter 22 eine besonders exakte Form erhält.

Claims (12)

1. Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffbauteils, insbesondere eines Kraftstoffbehälters für ein Kraftfahr­ zeug, bei dem zunächst Schalenteile aus Kunststoff im Spritzgußverfahren gefertigt werden und aneinanderstoßen­ de Schweißränder der Schalenteile erwärmt und zum Ver­ schweißen miteinander zusammengepreßt werden, dadurch ge­ kennzeichnet, daß an den Schweißrändern auf das jeweils gegenüberliegende Schalenteil weisende Vorsprünge erzeugt werden und daß die Flanken der Vorsprünge zweier mitein­ ander zu verbindender Schweißränder erwärmt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge im Spritzgußverfahren erzeugt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Flanken der Vorsprünge von einem an einem der Schweißränder angeordneten Heizelement angeschmolzen werden.

4. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement in eine Spritzgußform für zumindest eines der Schalenteile im Bereich des Schweißrandes eingelegt wird und daß an­ schließend der Kunststoff für die Schalenteile in die Spritzgußform eingebracht wird.

5. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalenteile zu­ sammengepreßt werden und anschließend das Heizelement er­ wärmt wird.

6. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Vorsprünge zweier miteinander zu verbindender Schalenteile als einander überlappende Laschen ausgebildet sind.

7. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalenteile in einer dem Kunststoffbauteil entsprechenden Form zusammen­ gesetzt werden und daß anschließend ein Gas in die Scha­ lenteile eingebracht und zum Verpressen der Schalenteile mit Druck beaufschlagt wird.

8. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an den Schweißrän­ dern radial nach außen hin abstehende Stege erzeugt wer­ den und daß ein Heizelement zwischen den Stegen angeord­ net wird.

9. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalenteile im Bereich ihrer Stege verpreßt werden.

10. Kraftstoffbehälter für ein Kraftfahrzeug mit mehreren aus Kunststoff im Spritzgußverfahren gefertigten und mit­ einander verschweißten Schalenteilen, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen den Schalenteilen (2, 3, 13, 14) im Bereich von Schweißrändern (4, 5, 15, 16) ein Heizele­ ment (6, 19) angeordnet ist.

11. Kraftstoffbehälter nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Heizelement (6, 19) zumindest einen Heizdraht aufweist.

12. Kraftstoffbehälter nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Enden des Heizdrahts von außen zugäng­ lich sind.