Extrusionsblasgeformtes Bauteil aus thermoplastischem Kunststoff
Die Erfindung betrifft ein extrusionsblasgeformtes Bauteil aus thermoplastischem Kunststoff mit wenigstens einer Vertiefung in dessen Wandung, die als ein mit wenigstens einem Gewindegang versehenes Sackloch zur Aufnahme eines komplementären Befestigungselementes ausgebildet ist.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines solchen extrusionsblasgeformten Bauteils.
Ein extrusionsblasgeformtes Bauteil aus thermoplastischem Kunststoff mit einem in dessen Wandung vorgesehenem Sackloch, das mit einem Gewinde versehen ist, ist beispielsweise aus der Offenlegungsschrift 2 453 060 bekannt. Die DE 2 453 060 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines beiderseitig offenen, mit Innengewinde versehenen Stutzens an einer ebenen oder gewölbten, in thermoplastischem Zustand verformbaren Kunststoffwand. Der mit Innengewinde versehene in das Innere des Kunststoffbehälters hineinragende Verschlussstutzen wird unter Anwendung eines spreizbaren Formkerns bei der Ausformung des Behälters hergestellt. Dabei wird der Formkern zur Bildung eines zunächst einseitig offenen Stutzens mit Innengewinde unter Längsbewegung senkrecht in die thermoplastisch verformbare Kunststoffwand eingedrückt. Nachdem der Stutzen mit Gewinde als Sackloch ausgeformt wurde, wird der unter radialer Spannung stehende scheibenförmige Bodenteil des Stutzens durchstochen. Abschließend wird der Formkern nach Befestigung des Kunststoffs gezogen. Auf diese Art und Weise wird bei einem extrusionsblasgeformten Kunststoffbehälter in einfacher Art und Weise ein Verschlussstutzen mit einem beim Blasformen ausgeformten Innengewinde gefertigt.
Bei der Herstellung von extrusionsblasgeformten Bauteilen, insbesondere bei der Herstellung von Behältern, ist es ferner grundsätzlich bekannt, in diesen Gewinde durch Umblasen von Einlegeteilen vorzusehen.
Aus der Deutschen Patentschrift 1 251 009 ist ein Verfahren zur Herstellung eines mit einer Gewindebϋchse versehenen Hohlkörpers aus thermoplastischem
Kunststoff bekannt, bei welchem Verfahren ein Vorformling in an sich bekannter Art und Weise innerhalb eines Formnestes aufgeweitet wird. Beim Aufweiten des Vorformligs wird die Gewindebϋchse von diesem umschlossen und in diesen ■ eingeblasen.
Auf diese Art und Weise wird ein extrusionsblasgeformtes Bauteil erhalten, dessen Außenwandung zur Anbringung eines mit dem Gewinde zusammenwirkenden Befestigungselements ausgebildet ist. Die von dem Bauteil umschlossene Gewindebüchse ermöglicht die einfache Anbringung von Befestigungselementen, die mit einem entsprechenden Gewinde versehen sind.
Das zuvor beschriebene Verfahren ist in soweit verhältnismäßig aufwendig, als dass eine Gewindebüchse als in einem separaten Arbeitsgang herzustellendes Bauteil bereitgestellt werden muss. Beispielsweise kann eine solche Gewindebüchse aus einem Material, welches mit der Behälterwandung verschweißbar ist, durch Spritzgießen hergestellt worden sein. Zur verliersicheren Befestigung von Bauteilen an der Behälterwandung ist das Umblasen von Gewindebüchsen eher weniger vorteilhaft. Sollen technische Bauteile mit mehreren Befestigungsstellen hergestellt werden, so ist dies unter zu Hilfenahme der zuvor beschriebenen Verfahren mit technisch vertretbaren Aufwand nicht realisierbar.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein extrusionsblasgeformtes Bauteil so zu verbessern, dass mit verhältnismäßig einfachen Mitteln die Möglichkeit geschaffen wird, Befestigungselemente unverlierbar an dem Bauteil zu befestigen. Dabei sollen möglichst eine stoffschlüssige Verbindung durch Schweißen, Kleben, oder dergleichen vermieden werden. Auch soll die Befestigung so ausgebildet sein, dass sie einfach und ohne die Verwendung von Einlegeteilen herstellbar ist.
Die Aufgabe wird zunächst gelöst durch ein extrusionsblasgeformtes Bauteil aus thermoplastischem Kunststoff mit wenigstens einer Vertiefung in dessen Wandung, die als ein mit wenigstens einem Gewindegang versehenes Sackloch zur Aufnahme eines komplementären Befestigungselementes ausgebildet ist,
wobei das Bauteil sich dadurch auszeichnet, dass im Bereich der Mündung des Sacklochs wenigstens eine Kontur vorgesehen ist, die beim Einfügen des Befestigungselements mit einer hierzu komplementären Kontur an dem Befestigungselement formschlüssig zusammenwirkt, wobei die Winkellage der Kontur bezogen auf das Gewinde des Sacklochs so gewählt ist, dass das Ineinanderfügen der Konturen nur unter Überwindung einer durch die Drehbewegung der Teile zueinander aufgebauten Axialspannung unter elastischer Verformung des Kunststoffes möglich ist.
Das Sackloch und das Befestigungselement wirken erfindungsgemäß sowohl form- als auch kraftschlüssig nach Art einer Renkverbindung zusammen. Renkwerbindungen sind kraft- und formschlüssige, meist unmittelbar lösbare Verbindungen zwischen zwei Bauteilen, die zumindest an der Verbindungsstelle rotationssymetrisch gestaltet sind und die axial hintereinandergefügt und durch gegenseitige Verdrehung miteinander verhakt werden.
Das extrusionsblasgeformte Bauteil gemäß der Erfindung hat den Vorzug, dass dieses mit diversen Befestigungselementen so zusammenwirken kann, ohne dass es einer Durchbrechung der Behälterwandungen bedürfte oder einer Verletzung derselben durch beispielsweise Anschweißen oder Ankleben von Bauteilen. Ein so hergestelltes Bauteil kann mit einer Vielzahl von entsprechend ausgebildeten Vertiefungen versehen sein, die so angeordnet sein können, dass beispielsweise, wenn das Bauteil als technisches Bauteil vorgesehen ist, beispielsweise als Kraftstoffbehälter, hierdurch die Variantenvielfalt bei der Herstellung verhältnismäßig kostengünstig erhöht werden kann. Bei der Herstellung von
Kraftstoffbehältern ist es beispielsweise dadurch möglich, einen Kraftstoffbehälter für verschiedene PKW-Modelle herzustellen, der in verschiedenen Varianten mit An- und Einbauteilen bestückt wird.
Bei einer Variante des Bauteils gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass am Umfang der Mündung des Sacklochs mehrere mit Abstand zueinander angeordnete Vertiefungen und/oder Vorsprünge vorgesehen sind, die mit hierzu komplementär ausgebildeten Vertiefungen und/oder Vorsprüngen des Befestigungselements zusammenwirken.
Die Vertiefungen und Vorsprünge sind dabei in vorteilhafter Art und Weise so zueinander angeordnet, dass das Befestigungselement unter Spannungsaufbau in dem Sackloch soweit verdreht werden muss, dass die Vertiefungen und Vorsprünge formschlüssig ineinander greifen bzw. ineinander verrastet werden.
Eine zweckmäßige Variante des extrusionsblasgeformten Bauteils gemäß der Erfindung umfasst ein Befestigungselement, dass einen Gewindezapfen mit einem Kerndurchmesser aufweist, der dem Kerndurchmesser des Sacklochs entspricht und bei welchem sich an den Gewindezapfen ein zumindest abschnittsweise gewindeloser Schaft anschließt.
Bei einer vorteilhaften Variante des extrusionsblasgeformten Bauteils gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass die Mündung des Sacklochs einen Durchmesser aufweist, der größer als der Kerndurchmesser des Sacklochs ist, dass die Querschnittskontur der Mündung nicht rotationssymetrisch ausgebildet ist und dass der Schaft des Befestigungselements zumindest über eine Teillänge eine Querschnittskontur aufweist, die der Querschnittskontur der Mündung des Sacklochs angepasst ist. Auf diese Art und Weise wird bei der Herstellung der Drehverbindung zwischen Befestigungselement und Sackloch eine
Axialspannung aufgebaut, die zum Teil dadurch abgebaut wird, dass sich der Querschnitt des Schafts des Befestigungselements in die Mündung des Sacklochs einfügt. Ist dieser Mündungsabschnitt in Form einer Einsenkung entsprechend tief ausgebildet, so wird hierdurch eine formschlüssige Arretierung des Befestigungselements in dem Sackloch erzielt.
Die Erfindung ist so zu verstehen, dass anstelle der Einsenkung des Sacklochs auch eine entsprechende Erhebung in der Wandung des Bauteils vorgesehen sein kann, die mit einer komplementär hierzu ausgebildeten Kontur im Schaft des Befestigungselements zusammenwirkt.
Vorzugsweise umfasst das Sackloch zwei Gewindegänge, die mit zwei Gewindegängen an dem Gewindeabschnitt des Befestigungselements zusammenwirken.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Gewindegänge verhältnismäßig steil sind, beispielsweise eine Steigung von größer gleich 30° vorzugsweise etwa 45° aufweisen. Hierdurch wird bei verhältnismäßig kleinem Drehwinkel eine verhältnismäßig große Axialbewegung erzielt, so dass sich das
Befestigungselement beispielsweise mit einer Viertel Umdrehung (90°) vollständig eindrehen und verrasten lässt.
Das extrusionsblasgeformte Bauteil kann beispielsweise als im Wesentlichen geschlossener Behälter ausgebildet sein. Besonders bevorzugt ist die Ausbildung als Kraftstoffbehälter für ein KFZ. An einem solchen Kraftstoffbehälter müssen am Außenumfang Anbauteile, Nippel, Schläuche oder dergleichen befestigt werden. Bei im Stand der Technik bekannten Kraftstoffbehältern wurden solche Nippel, Schläuche und sonstigen Anbauteile regelmäßig mit der Außenwand des Behälters verschweißt. Bei einem Kraftstoffbehälter ist der ungestörte und unverletzte Verlauf der Außenwandung desselben besonders wichtig. Aus diesem Grunde hat sich das Vorsehen einer Rast- bzw. Renkverbindung in der Behälterwand zur Fixierung von Anbauteilen, Nippeln, Schläuchen, oder dergleichen als besonders günstig herausgestellt. Eine solche Rastverbindung oder Renkverbindung ist auch aus Gründen einer einfachen und schnellen Montage der Einbauteile besonders begrüßenswert.
Obwohl die Erfindung so zu verstehen ist, dass die Lage des Sacklochs und des mit diesem zusammenwirkenden Befestigungselements am Behälter nicht kritisch ist, solche Befestigungsmittel also auch im Behälterinneren vorgesehen sein können, ist das Sackloch zweckmäßigerweise in der Außenwandung des Behälters vorgesehen.
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines extrusionsblasgeformten Bauteils der vorstehend beschriebenen Art. Das Verfahren umfasst die Extrusion eines Vorformlings aus plastifiziertem thermoplastischem Kunststoff und das Aufweiten des Vorformlings in einem mehrteiligem Blasformwerkzeug unter Anwendung wenigstens eines in
dem Formwerkzeug vorgesehenen, in die Kavität des Formwerkzeugs ein- und ausfahrbaren Formkerns.
Der Formkern kann beispielsweise mehrteilig ausgebildet sein, wobei die Außenkontur des Formwerkzeugs vorteilhafterweise wenigstens in Teilbereichen der Außenkontur des Befestigungselements entspricht.
Bei einer Variante des Verfahrens ist vorgesehen, dass der Vorformling in der Kavität gegen den ausgefahrenen Formkern aufgeweitet wird und dass der Formkern unmittelbar nach der Ausformung des Bauteils oder während der Entformung des Bauteils gezogen wird.
Alternativ wäre es möglich, den Formkern in die noch plastische Wandung des in dem Werkzeug aufgeweiteten Vorformlings hineinzudrϋcken bzw. hineinzudrehen. Das Zurückfahren des Formkerns aus der Kavität des
Werkzeugs kann beispielsweise ebenfalls über eine Drehbewegung erfolgen, wobei es vorteilhaft ist, wenn der Formkern mehrteilig ausgebildet ist, wodurch das Ziehen des Formkerns erleichtert wird.
Alternativ kann der Formkern nach entsprechender Verfestigung des im
Werkzeug aufgeweiteten Artikels zwangsentformt werden, d.h. unter elastischer Verformung der Wandung des Bauteils gezogen werden.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigen:
Figur 1 einen Schnitt durch die Wandung des Bauteils gemäß der Erfindung in dem zur Aufnahme des ebenfalls in Figur 1 dargestellten Befestigungselements vorgesehenen Bereich,
Figur 2 den Befestigungsbereich des erfindungsgemäßen Bauteils mit dem in diesen eingesetzten Befestigungselement im Schnitt,
Figur 3 eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform des Befestigungselements,
Figur 4 eine Ansicht entlang der in Figur 1 eingezeichneten Richtung IV-IV,
Figur 5 eine Ansicht entlang der in Figur 1 eingezeichneten Pfeile V-V,
eine der Figur 4 entsprechende Ansicht mit einer alternativen Ausgestaltung des Bauteils gemäß der Erfindung und Figur 7 eine der Figur 5 entsprechende Ansicht, die die Stirnseite des Befestigungselements nach dem in Figur 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiels zeigt.
Mit dem Bezugszeichen 1 ist ein extrusionsblasgeformtes Bauteil aus thermoplastischem Kunststoff gemäß der Erfindung bezeichnet. Als extrusionsblasgeformtes Bauteil 1 kommt beispielsweise ein mehrschichtig extrudierter Kraftstoffbehälter aus thermoplastischem Kunststoff in Betracht. Dieser Kraftstoffbehälter kann einstückig ausgebildet sein. Wie dies eingangs bereits beschrieben wurde, ist es bei solchen Kraftstoffbehältern üblich, Bauteile an dessen Innenwandung oder auch den dessen Außenwandung mittels Verschweißen zu befestigen. Hierzu war es bislang erforderlich, die an dem Behälter anzubringenden Bauteile aus einem im Sinne einer Verschweißbarkeit zu dem Behälter kompatiblen Kunststoff herzustellen. Beispielsweise bestehen die Innen- und Außenschichten eines mehrschichtig koextrudierten Kraftstoffbehälters aus thermoplastischem Kunststoff üblicherweise aus
Polyethylen. Befestigungsmittel aus ABS, Polyoxymethylen oder einem ähnlichen Material sind nicht ohne weiteres mit Polyethylen verschweißbar. Solche Bauteile werden bislang unter Verwendung von Halteklammern an dem Kraftstoffbehälter befestigt, wobei die Halteklammern selbst wiederum mit der Wandung des Kraftstoffbehälters verschweißt werden.
In Figur 1 ist ein Schnitt durch eine Wandung eines extrusionsblasgeformten Bauteils 1 der vorstehend beschriebenen Art dargestellt. In der Wandung des Bauteils 1 ist ein Sackloch 2 vorgesehen, dessen Mündung 3 nach außen weist.
Das Sackloch 2 wurde beim Extrusionsblasformen des Bauteils 1 unter Verwendung eines in dem Formwerkzeug vorgesehenen, die Kavität des Formwerkzeuges ein- und ausfahrbaren Formkerns hergestellt. Das Sackloch 2 ist mit zwei Gewindegängen 4 versehen, die mit entsprechend ausgebildeten Gewinderaupen 5 auf einem Befestigungselements 6 zusammenwirken. Das Befestigungselement 6 umfasst einen Gewindezapfen 17, dessen Kerndurchmesser 8 dem Kerndurchmesser 8 des Sacklochs 2 etwa entspricht. An den Gewindeabschnitt 7 mit den Gewindezapfen 17 schließt sich ein gewindeloser Abschnitt 9 an, dessen Querschnitt bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel nicht rotationssymetrisch ausgebildet ist, vielmehr besitzt der gewindelose Abschnnitt 9 an zwei diametral gegenüberliegenden Seiten jeweils gleiche Abflachungen 10 a.
An den gewindelosen Abschnitt 9 schließt sich weiterhin ein Teil des Befestigungselements an, welches beispielsweise als Halteklammer für eine
Leitung oder für ein anderes Bauteil ausgebildet sein kann. Die Ausbildung dieses Bereichs des Befestigungselements 6 ist beliebig und daher hier nicht dargestellt. Das Befestigungselement 6 kann beispielsweise als Fuß eines Behälters ausgebildet sein, der mit dem Bauteil 1 zu verbinden ist.
Wie insbesondere aus der Zusammenschau der Figuren 1 und 4 ersichtlich ist, ist der Durchmesser des Sacklochs 2 im Bereich dessen Mündung 3 bzw. im Umfangsbereich des durch den Kerndurchmesser 8 definierten Sacklochs 2 mit einem größeren Durchmesser ausgebildet, so dass ein den Kerndurchmesser 8 des Sacklochs 2 umgebender umlaufender Absatz 11 entsteht. Der Absatz 11 bildet von außen her gesehen eine Einsenkung der Wandung 12 des Bauteils 1.
Bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Absatz 11 im Bereich der Mündung 3 des Sacklochs 2 nicht rotationssymetrisch ausgebildet, vielmehr umfasst dieser ebenfalls zwei diametral gegenüberliegend angeordnete Abflachungen 10 b, wobei die Querschnittskontur des Absatzes 11 bzw. des Sacklochs 2 im Bereich der Mündung 3 der Querschnittskontur des gewindelosen Abschnitts 9 des Befestigungselements 6 entspricht.
Die Abflachungen 10 b des Absatzes 11 der Mündung 3 des Sacklochs 2 sind, wie dies in Figur 6 dargestellt ist, jeweils zu den in der Draufsicht sichtbaren Gewinderampen 13 jeweils um 90° versetzt angeordnet. Das Befestigungselement 6 ist entsprechend ausgebildet, so dass beim Eindrehen des Gewindeabschnitts 7 des Befestigungselements 6 in das Sackloch 2 die
Stirnfläche 14 des gewindelosen Abschnitts 9 des Befestigungselement 6 nach einer Teildrehung des Befestigungselements 6 zunächst gegen die Wandung 12 des Bauteils anliegt. Ein Weiterderehen des Befestigungselements 6 ist dann nur noch unter Aufbau einer axialen, entgegen der Eindrehrichtung wirkenden Spannung möglich. Unter Überwindung der elastischen Verformbarkeit des Kunststoffs fügt sich beim Weiterdrehen die Stirnfläche 14 des Befestigungselements 6 mit ihrer zu dem Absatz 11 komplementären Kontur in den Absatz 11 ein. Auf diese Art und Weise wird zwischen der Kontur der Stirnfläche 14 des Befestigungselements 6 und der Kontur des Absatzes 11 ein Formschluss hergestellt, der die Verbindung sichert.
Die Abflachungen 10 a dienen zusätzlich in vorteilhafter Art und Weise als Werkzeugangriff, beispielsweise um mit einem entsprechend ausgebildeten Maul eines Schraubenschlüssels zusammenwirken zu können.
Alternativ zu der in Figur 1 und in Figuren 4 und 5 dargestellten Lösung, bei der eine Einsenkung des Mündungsbereichs des Sacklochs 2 mit einer nicht rotationssymetrischen Geometrie und einer hierzu komplementären Ausbildung der Stirnfläche 14 des Befestigungselements 6 vorgesehen ist, können in der Stirnfläche 14 des Absatzes 11 , wie das beispielsweise in den Figuren 6 und 7 dargestellt ist, Rastvertiefungen 16 vorgesehen sein, die mit entsprechenden Rastvorsprüngen 15 der Stirnfläche des gewindelosen Abschnittes 9 zusammenwirken. In diesem Falle können sowohl der Absatz 11 als auch die Stirnfläche 14 des Befestigungselements 6 im Querschnitt rotationssymetrisch ausgebildet sein.
Das in dem Sackloch 2 ausgebildete Gewinde ist von seiner Gewindesteigung her so bemessen, dass das Befestigungselement mit einer Viertel Drehung vollständig ein- und ausdrehbar ist.
Bezuαszeichenliste:
1 ) Extrusionsblasgeformtes Bauteil
2) Sacklloch 3) Mündung
4) Gewindegänge
5) Gewinderaupen
6) Befestigungselement
7) Gewindeabschnitt 8) Kerndurchmesser
9) Gewindeloser Abschnitt
10) a), b) Abflachungen
11 ) Absatz
12) Wandung 13) Gewinderampen
14) Stirnfläche
15) Rastvorsprünge
16) Rastvertiefungen
17) Gewindezapfen