DE2046013A1 - Verfahren zum Auskleiden von Metall korpern mit Kunststoff sowie Metallkörper mit einer nach diesem Verfahren hergestell ten Kunststoff auskleidung - Google Patents

Verfahren zum Auskleiden von Metall korpern mit Kunststoff sowie Metallkörper mit einer nach diesem Verfahren hergestell ten Kunststoff auskleidung

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DE2046013A1 DE19702046013 DE2046013A DE2046013A1 DE 2046013 A1 DE2046013 A1 DE 2046013A1 DE 19702046013 DE19702046013 DE 19702046013 DE 2046013 A DE2046013 A DE 2046013A DE 2046013 A1 DE2046013 A1 DE 2046013A1
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Description

Verfahren zum Auskleiden von Metallkörpern mit Kunststoff sowie Metallkörper mit einer nach diesem Verfahren hergestellten Kunststoffauskleidung.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auskleiden von Metallkörpern, insbesondere Kraft- oder Brennstoffbehältern, mit einer Folie aus thermoplastischem Kunststoff, bei dem die Folie erhitzt und am Metallkörper durch Evakuieren des Zwischenraumes zwischen ihm und der Folie verformt wird. Die Erfindung betrifft ferner verschiedene Gestaltungen eines Metallkörpers mit einer nach dem erfindungsgemaßen Verfahren hergestellten Kttnstetoffauskleidung.
Es ist bekannt, Körper wie vor allem Behälter in Verbundbauweise mit einem äußeren Metallmantel und einer inneren Kunststoffschicht dadurch herzustellen, daß man zuerst in Metallblech derart tiefzieht, daß es die gewünschte Form annimmt, und dann eine Folie aus thermoplastischem Kunststoff unter Wärmeeinwirkung verformt, wobei man den gezogenen Blechkörper als Matrize verwendet. Die Warmverformung findet gewöhnlich in der Weise statt, daß man zwischen dem gezogenen Metallblech und der Kunststoffolie ein Vakuum erzeugt,
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in dem man die im Zwischenraum enthaltene Luft durch Löcher absaugt, die zu diesem Zweck in das Blech eingearbeitet worden sind.
Das Erfordernis, im Blech Löcher vorzusehen, ist in sofern nachteilig, als die Löcher den Blechkörper schwächen, die Herstellungskosten erhöhen und das Aussehen des Blechkörpers verschlechtern.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, das eingangs beschriebene Verfahren derart weiterzubilden, daß der Metallkörper weder geschwächt noch verunstaltet wird. Erfindungsaufgabe ist es außerdem, einen nach diesem Verfahren hergestellten Metallkörper vor allem für seine Verwendung als Kraft- oder Brennstoffbehälter für Straßen-, Schienen- und Wasserfahrzeuge zweckmäßig auszugestalten.
Erfindungsgemäß ist das eingangs beschriebene Verfahren dadurch weitergebildet, daß das Gas, insbesondere die Luft, aus dem Zwischenraum zwischen dem Metallkörper und der Folie durch eine verlorene, d.h. Bestandteil des fertigen Körpers bleibende Vakuumleitung mit seitlichen Absaugelöchern abgesaugt wird.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform eines nach diesem Verfahren mit Kunststoff ausgekleideten Metallkörpers ist die Vakuumleitung erfindungsgemäß zwischen der Innenwand des Metallkörpers und der Folie angeordnet. Die Vakuumleitung kann aus gasdurchlässigem Schaumstoff bestehen.
Wenn der ausgekleidete Metallkörper einen oder mehrere von seiner Innenwand nach innen ragende Vorsprünge aufweisen soll, kann gemäß einem weiteren Erfindungsmerkmal der Kern des bzw. jedes Vorsprungs von einem zwischen der Innenwand des Metallkörpers und der Folie angeordneten und an die Vakuumleitung angeschlossenen, gasdurchlässigen Einsatzstück ge-
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bildet sein. Das Einsatzstück kann aus offenporigem, wärmehärtendem Schaumstoff bestehenj stattdessen kann das Einsatzstück aber auch von einem gelochten Profil gebildet sein.
Wenn die Kunststoffauskleidung glatt sein soll, ist die Vakuumleitung zweckmäßigerweise in Nuten angeordnet, die in die Innenwand des Metallkörpers eingearbeitet sind.
Zur Verwendung als Kraftstoffbehälter ist vorzugsweise ein in der beschriebenen Weise ausgekleideter Metallkörper vorgesehen, der aus zwei Metallwannen zusammengesetzt ist, die mit an ihnen ausgebildeten Randflanschen aneinander befestigt sind und bei denen sich die Kunststoffauskleidungen bis an die Randflansche erstrecken und ebenfalls aneinander befestigt sind.
Weitere Erfindungsmerkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen in Verbindung mit der folgenden Beschreibung mehrerer in schematischen Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine ebene Folie aus thermoplastischem Kunststoff;
Fig. 2 ein Einsatzstück aus porösem und luftdurchlässigem Werkstoff;
Fig. 3 einen mit thermoplastischem Kunststoff ausgekleideten Hohlkörper aus Metall im Querschnitt;
Fig. 4 eine Ausführungsform eines Vakuumschlauches in Draufsicht;
Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie A-A in Fig. 4;
Fig. 6 einen Querschnitt durch eine anders gestaltete Vakuumleitung, die in eine Nut des Metallhohlkörpers eingebettet ist;
Fig. 7 einen Längsschnitt durch einen Brennstoffbehälter;
Fig. 8 die Kunststoffauskleidung der unteren Hälfte des Behälters gemäß Fig. 7 im Längsschnitt;
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Fig. 9 dieselbe Kunststoffauskleidung im Querschnitt; Fig. 10 dieselbe Kunststoffauskleidung in Draufsicht;
Fig. 11 die Kunststoffauskleidung der oberen Behälterhälfte im Längsschnitt;
Fig. 12 dieselbe Kunststoffauskleidung im Querschnitt;
Fig. 13 eine Draufsicht der Kunststoffauskleidung gemäß Fig. 11 und 12;
Fig. 14 eine Hälfte eines anderen Behälters mit verdichteter Kunststoffauskleidung;
Fig. 15 einen Querschnitt durch einen weiteren Hohlkörper, bei dem als Vakuumleitung eine poröse Masse vorgesehen ist;
Fig. 16 eine Draüfsieht desselben Hohlkörpers;
Fig. 17 und 18 zwei weitere AusfUhrungsformen eines Hohlkörpers.
Der in Fig. 3 dargestellte Hohlkörper 2 ist durch Tiefziehen aus Metallblech hergestellt; er könnte aber auch nach einem anderen Verfahren, beispielsweise durch Gießen hergestellt sein. Der Metallkörper 2 weist eine Auskleidung 10 auf, die dadurch hergestellt worden ist, daß auf die Ränder 21 des Metallkörpers eine zuvor erhitzte Folie 1 aus thermoplastischem Kunststoff, beispielsweise Polyäthylen, aufgelegt worden ist und im Zwischenraum zwischen dieser Folie und dem Metallkörper ein Unterdruck, der im folgenden einfach als Vakuum bezeichnet wird, erzeugt worden ist.
Der Zwischenraum zwischen der Folie und dem Metallkörper wird durch ein Vakuumrohr 3 evakuiert, das Löcher 31 aufweist, am Boden des Hohlkörpers aus Metall angeordnet und durch eine Leitung 39 mit einer Vakuumpumpe verbunden ist. Die erhitzte Folie verformt sich unter der Wirkung des Atmosphärendruckes und legt sich an die Innenwand des Hohl-
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körpers an, so daß die Auskleidung 10 aus thermoplastischem Kunststoff entsteht. Es ist vorteilhaft, wenn die Folie 1 zuvor mit einem Adhäsionsmittel .bestrichen worden ist, damit sie vollständig festhaftet. Das Vakuumrohr 3 ist ein verlorenes Bauteil, d.h., es bleibt zwischen der Auskleidung 10 und dem Metallkörper 2 eingebaut.
Die eine Seitenwand 22 des Metallkörpers weist eine gewisse Abschrägung auf, während die gegenüberliegende Seitenwand 23 zwei Bereiche umfaßt, von denen der untere Bereich 231 auf dem Boden 24 des Metallkörpers senkrecht steht und nur der obere Bereich 232 eine Abschrägung oder Verjüngung aufweist; daraus ist ersichtlich, daß der Hohlkörper aus Metall eine Ausformschräge nicht aufzuweisen braucht.
Wenn die Kunststoffauskleidung eine nach innen weisende Ausbauchung 12 aufweisen soll, kann gemäß Fig. 3 an die Vakuumleitung 3 an der gewünschten Stelle ein poröses, luftdurchlässiges Einsatzstück 35 dadurch angeschlossen sein, daß sich eine Zweigleitung 34 der Vakuumleitung durch das Zwischen-r stück hindurch erstreckt. Das Einsatzstück kann beispielsweise ein Quader aus offenporigem Schaumstoff aus einem wärmehärtendem Kopolymer sein. Als Einsatzstück kann aber auch ein gelochtes Metall- oder Kunststoffprofil vorgesehen sein; in diesem Fall kann das Profil selbst einen Zweig der Vakuumleitung bilden.
Wenn man die Leitung 3 evakuiert, verformt sich die thermoplastische Folie 1 derart, daß sie um das Einsatzstück T'^ herum eine Erhebung 12 bildet.
Die Leitung 3 kann von beliebiger Bauart sein, beispieleweise kann ihr Querechnitt gemäß Fig. 3 kreisförmig oder gemäß Fig. 5 abgeflacht oder gemäß Fig. 6 rechteckig sein. Bei der abgeflachten Querschnittsform gemäß Fig. 5 ist es zweckmäßig, wenn an der Innenseite der Leitung 3 Rippen 32
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angeordnet sind, die verhindern, daß die Leitung vollständig flachgedrückt und dadurch verschlossen wird; die Rippen verhindern außerdem, daß sich eine wellige Oberfläche ergibt. Die Leitung 3 kann aus Metall oder Kunststoff bestehen und kann starr oder biegsam sein.
Die in F.ig. 4 und 5 dargestellte Rohr- oder Schlauchleitung 3 weist außen Quernuten 33 auf, in die der Werkstoff der in der Hitze erweichten Folie 1 eindringen kann. Die Leitung weist ferner eine ebene Sohle 30 auf, die mit einem Adhäsionsmittel 301 beschichtet ist; das Adhäsionsmittel ist durch eine Folie 302 geschützt, die sich beim liegen der Leitung wegen der Nuten 33 leicht abziehen läßt.
An den Innenwänden des Metallhohlkörpers 2, vor allem an dessen Boden 24 können gemäß Fig. 6 Nuten 25 vorgesehen sein, in denen sich die Vakuumleitung 3 verlegen läßt.
Die Vakuumleitung 3 kann auch abseits von der Ebene, in der sich der Hohlkörper mit einem zweiten, beispielsweise gleichen Hohlkörper zusammenfügen läßt, durch eine Öffnung nach außen geführt sein, die in die Wand des Hohlkörpers eingearbeitet ist und dreh die sich ein Rohrstutzen erstreckt; in diesem Fall ist die Vakuumleitung zwischen der Metallwand und dem Rohrstutzen festgehalten.
Die beschriebene Gestaltung eignet sich besonders für Kraftstoffbehälter für Schienen- und Straßenfahrzeuge. Für diesen Verwendungsfall benutzt man zwei Hohlkörper, die dem im Vorstehenden beschriebenen entsprechen und Rand an Rand aneinander befestigt sind, so daß sie einen vollständig geschlossenen Behälter ergeben.
Bin solcher Behälter ist in Fig. 7 dargestellt; er setzt sich aus einer unteren Hälfte 4 und einer oberen Hälfte 5 zusammen. Die untere Hälfte 4 umfaßt eine Metallwanne 401, die
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beispielsweise durch Tiefziehen hergestellt ist und in der in der beschriebenen Weise durch Warmverformung eine Auskleidung aus einer thermoplastischen Kunststoffolie 402, beispielsweise aus Polyäthylen von hoher Dichte, mittels Vakuumleitungen 41 hergestellt ist; die Vakuumleitungen umfassen einen oder mehrere Anschlüsse 411, die mit mindestens einer Vakuumquelle verbunden sind· In der unteren Wanne sind' Versteifungselemente 42 angeordnet, bei denen der Kunststoff ' am Metall befestigt ist, sowie Versteifungselemente 43, bei denen der Kunststoff durch ein Zwischenstück 431 aus Schaumstoff mit kommunizierenden Poren vom Metall getrennt ist.
Die obere Hälfte kann vollständig oder annähernd symmetrisch zur unteren Hälfte sein. Sie umfaßt ebenfalls eine Metallwanne 501, in der eine thermoplastische Folie 502 mittels Vakuumleitungen warmverformt ist; die Vakuumleitungen umfassen einen oder mehrere Anschlüsse 511, die mit mindestens einer Vakuumquelle verbunden sind. In Verlängerung der Versteifungselemente 42 weist auch die obere Behälterhälfte Versteifungselemente 52 auf.
Die Behälterhälften 4 und 5 umfassen ferner eine Anzahl unentbehrlicher Zubehörteile: Die untere Behälterhälfte umfaßt einen Entleerungsrohrstutzen 44, der als Pumpensumpf dient, einen Behälterteil 45 für die Kraftstoffreserve, der durch eine Kunststoff wand 451 begrenzt ist. Die Kunststoffwand 451 ist bei der Vakuumverformung der thermoplastischen Folie 402 dadurch entstanden, daß sich die Folie an ein nicht dargestelltes poröses Einsatzstück mit kommunizierenden Poren angelegt hat. Die untere Behälterhälfte 4 umfaßt ferner den unteren Teil 46 eines Benlhigungsgefässes, der durch eine Wand 4δ1 begrenzt ist. Die obere Behälterhälfte 5 umfaßt einen Rohrstutzen 57, durch den sich der Kraftstoff in den Behälter einfüllen läßt, den oberen Teil 56 des Beruhigungsgefässes, der durch eine die Wand 461 nach oben verlängernde Wand 561 begrenzt ist und ein Schauloch 562 aufweist, in das sich ein nicht dargestellter FüllungsstanAanzeiger einbau-
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en läßt. Die obere Behälterhälfte weist ferner Beruhingungswände 53 auf, die in die thermoplastische Folie eingearbeitet sind, sowie einen Rohrstuben 54 für ein Entlüftungsrohr 541 und einen Rohrstutzen 55 als Durchlaß für ein Rohr 551, das an eine Kraftstoffpumpe für den Motor des mit dem Behälter ausgerüsteten Fahrzeugs verbunden ist und das sich durch ein am oberen Ende des Pumpensumpfes 44 befestigtes Sieb 552 erstreckt.
Weitere Einzelheiten des in Fig. 7 insgesamt dargestellten Behälters sind aus den Figuren 8 bis 13 ersichtlich, in denen der Deutlichkeit halber nur die warmverformte Folie ohne die als Formen dienenden Metallwannen und ohne die Vakuumleitungen und deren Anschlüsse an die Vakuumquellen dargestellt sind» Die verschiedenen Rohrstutzen sind durch Warmverformung in Aussparungen ausgebildet, die in die Metallwannen eingearbeitet sind; der Boden dieser Rohrstutzen ist anschließend gefräst oder überdreht worden. Die Kunststoffschläuche oder -rohre lassen sich mit diesen Rohrstutzen in bekannter Weise zusammenfügen, beispielsweise durch Schweißen oder Kleben.
Nachdem die Behälterhälften 4 und 5 in der beschriebenen Weise durch Warmverformung ausgekleidet, Einzelteile bearbeitet und das Sieb 552' befestigt worden ist, werden die Rohre 541 und 551 eingesetzt; das Einsetzen des Rohrs 551 ist dadurch erleichtert, daß das Sieb einen trichterförmigen Aufsatz 5521 aufweist. Dann werden die beiden Behälterhälften 4 und 5 zusammengefügt, wobei sie sich zuerst mit den Kunststoffdichtflächen 404 und 504 berühren, an diesen verschweißt oder verklebt werden und sich dann mit den Metallflächen 403 und 503 berühren, an denen sie ebenfalls zusammengeschweißt werden.
Der beschriebene Behälter vereinigt in sich die Vorteile der Metallwanne mit denjenigen der thermoplastischen Auskleidung, nämlich die guten mechanischen Eigenschaften (Zug-, Druck-, Biege- und Knickfestigkeit), die Temperatur-
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beständigkeit und somit leichte Wärmeabfuhr, die Gasdichtheit und Abriebfestigkeit des Metalls und die Eignung zum Tiefziehen unter Vakuum, Schall- und Wärmeisolation und Korrosionsfestig-' ke.it des Kunststoffs.
Die Metallwanne wird vorteilhafterweise aus einer Aluminiumlegierung hergestellt; in diesem Fall hat der Behälter ein bemerkenswert geringes Gewicht.
Bei der Weiterbildung gemäß Fig. 14 setzt sich der Behälter aus zwei Hälften 6 zusammen, von denen nur eine dargestellt ist, und die wie beim vorigen Ausführungsbeispiel mit ihren offenen Seiten aneinander gefügt werden. Der Boden 61 jeder Behälterhälfte 6 ist derart gewölbt, daß seine konkave Seite nach außen weist. Im mittleren Bereich jeder Behälterhälfte ist ein Klotz 62 oder eine Wand angeordnet, dessen oder deren freies Ende 621 über die Teilungsebene 60 hinausragt. Wenn die beiden Behälterhälften 6 zusammengefügt werden, stoßen die freien Enden 621 beider Hälften aufeinander, so daß eine Kraft aufgebracht werden muß, um die beiden Hälften vollständig zusammenzufügen. Infolgedessen wirken an den Seitenwänden 63 und 64 vom äußeren Metallmantel auf die Kunststoffauskleidung Kräfte, die einer Bandagierung der Auskleidung durch das Metall entsprechen.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung besteht die Vakuumleitung aus einem Schaumstoff, dessen Poren zumindest in Richtung zunehmenden Vakuums miteinander kommunizieren. Dieser Schaumstoff läßt sich durch unmittelbares Gießen oder durch Zerschneiden größerer Blöcke herstellen und kann durch fasern, beispielsweise nicht-entflammbare Fäden, verstärkt sein.
Bei dem in Fig. 15 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Metallteil 91 mit einer unter Vakuum verformten thermoplastischen Folie 92 beschichtet; das hierzu erforderliche Vakuum ist durch ein« öffnung 911 eingeleitet und über ein
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Leitungsnetz 93 aus porösem Schaumstoff übertragen worden. Aus Fig. 16 ist ersichtlich, daß sich die Folie 92 auch an komplizierte Einzelformen anschmiegen kann, auch an die links dargestellten Metallteile, die keinen Schaumstoff umfassen. Das Vakuum entsteht langsam und allmählich aber seine Wirkung auf den thermoplastischen Kunststoff ist umfassender. Wenn der verwendete Schaumstoff eine Oberflächenhaut aufweist, sollte diese mechanisch durchlöchert werden.
Bei dem in Fig. 17 dargestellten Ausführungsbeispiel nimmt der Schaumstoff nur noch einen geringen, an die Vakuumquelle 911 angrenzenden Raum 931 ein. Die thermoplastische Folie 92 liegt im vom Schaumstoff 931 entfernten Bereich ebenso gut am Metallteil 91 an wie in der Nachbarschaft des Schaumstoffs.
Der Schaumstoff kann gemäß Fig. 18 sogar außerhalb des Raumes 90 angeordnet sein, der zwischen dem Metallteil 91 und der thermoplastischen Folie 921 vor deren Verformung besteht. Das Metallteil 91 wird in diesem Fall auf einer als Dichtung dienenden Unterstützung 94, beispielsweise aus natürlichem oder künstlichem Gummi angeordnet, in die unterhalb der Evakuierungsöffnung 911 des Metallteils 91 eine Aussparung eingearbeitet ist, die den Schaumstoff 932 aufnimmt. Der Schaumstoff 932 ist von einer Büchse 941 umschlossen und liegt über eine Dichtung 942 am Metallteil an. Im Zwischenraum 90 können poröse oder andere Einsatzstücke 95 angeordnet sein, wenn es erwünscht ist, daß die Folie 921 nach der Warmverformung eine andere Form aufweist als das Metallteil 91. Die Folie 921 wird mit einem Niederhalter 943 gegen die Unterstützung 94 gedrückt.
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Claims (10)

  1. Patentansprüche
    1 Λ Verfahren zum Auskleiden von Metallkörpern, insbesondere traft- oder Brennstoffbehältern, mit einer Folie aus thermoplastischem Kunststoff,.bei dem die Folie erhitzt und am Metallkörper durch Evakuieren des Zwischenraumes zwischen ihm und der Folie verformt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas, insbesondere die Luft, aus dem Zwischenraum durch eine an die Wand (22, 23, 24; 401, 501; 61; 91) des Metallkörpers (2) angeschlossene Vakuumleitung (3; 41; 62; 93; 931; 932) mit seitlichen Absaugelöchern (31) abgesaugt wird.
  2. 2. Metallkörper mit einer nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1 hergestellten Kunststoffauskleidung, dadurch gekennzeichnet, daß die Vakuumleitung (3, 41; 62; 93; 931) zwischen der Innenwand des Metallkörper (2) und der Folie (10; 402, 502; 92) angeordnet ist.
  3. 3. Metallkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vakuumleitung (62; 93; 931) aus gasdurchlässigem Schaumstoff besteht.
  4. 4. Metallkörper nach Anspruch 2 oder 3 mit einem oder mehreren von seiner Innenwand nach innen ragenden Vorsprüngen, dadurch gekennz e i chnet, daß der Kern des bzw. jedes Vorsprungs (12) von einem zwischen der Innenwand des Metallkörpers (2) und der Folie (10) angeordneten und an die Vakuumleitung (3) angeschlossenen, gasdurchlässigen Einsatzstück (35) gebildet ist.
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    - 3k-
  5. 5. Metallkörper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Einsatzstück (35) aus offenporigem, wärmehärtendem Schaumstoff besteht.
  6. 6. Metallkörper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Einsatzstück (35) von eimern gelochten Profil gebildet ist.
  7. 7. Metallkörper nach einem der Ansprüche 2 bis; 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vakuumleitung (3) in Nuten (25) angeordnet :fet, die in die Innenwand des Metallkörpers (2) eingearbeitet sind.
  8. 8. Metallkörper nach einem der Ansprüche 2 bis 7 zur Verwendung als Kraftstoffbehälter, dadurch gekennzeichnet, daß er aus zwei Metallwannen (6; 401, 501) zusammengesetzt ist, die mit an ihnen ausgebildeten Randflanschen (403» 503) aneinander befestigt sind, und bei denen sich die Kunststoffauskleidungen (402, 502) bis an die Randflansche erstrecken und ebenfalls aneinander befestigt sind.
  9. 9. Metallkörper nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (61) jeder der beiden Metallwannen (6) eine nach innen weisende Wölbung und mindestens einen vor dem Zusammenbau der beiden Metallwannen über die Teilungsebene (60) hinausragenden, im wesentlichen mittig zwischen den Seitenwänden (63, 64) angeordne-ten Fortsatz (62) aufweist, der die Wannenböden beim Zusammenbau derart nach außen drückt, daß die Seitenwände eine Bandagenwirkung auf die Kunststoffauskleidung ausüben.
  10. 10. Metallkörper mit einer nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1 hergestellten Kunststoffauskleidung, dadurch gekennzeichnet, daß die Vakuumleitung (932) außer- halb des Zwischenraumes (90) zwischen dem Metallkörper (91) und der Folie (921) angeordnet ist.
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