WO2018073385A2 - Tankversteifungselement für einen kraftstofftank - Google Patents

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WO2018073385A2
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plastic
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Carsten Elsasser
Dirk Eulitz
Roman BOUFFIER
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K15/00—Arrangement in connection with fuel supply of combustion engines or other fuel consuming energy converters, e.g. fuel cells; Mounting or construction of fuel tanks
    • B60K15/03—Fuel tanks
    • B60K15/03177—Fuel tanks made of non-metallic material, e.g. plastics, or of a combination of non-metallic and metallic material

Definitions

  • the present invention relates to a tank stiffening element for a fuel tank.
  • Called tank stiffening elements for fuel tanks also called “stand-off” are used to amplify, for example, the force ⁇ fuel tank of hybrid vehicles structurally.
  • Fuel tank of hybrid vehicles have an elevated home withstand nendruckbeaufschlagung, which can mean a positive pressure of up to 350 mbar. In this case, the deformation of the fuel tank should be kept under predetermined internal limits under internal pressure, including the tank stiffening elements are used.
  • Tankwandung and thus destroying the tank bladder comes.
  • Tankverstei- evaporation elements for example, predetermined breaking points, or are configured by joints so that in a crash situation a degree of flexibility is assured in order to avoid destruction of the Tankwan ⁇ dung .
  • a tank stiffening element according to claim 1 and a tank ⁇ stiffening element according to claim 8. Further embodiments of the invention will become apparent from the dependent
  • the invention relates to a tank stiffening element for a fuel tank, wherein the tank stiffening element at least partially from a
  • foamable plastic is produced, with at least one foamed area in which the foamable plastic is foamed.
  • the tank stiffening element has a foamed area, a local weakening of the Tankversteifungsele ⁇ ments in the foamed region can for example be introduced in an injection molding process specifically.
  • the foamed area may have a higher elasticity and / or a lower strength compared to other adjacent areas of the tank stiffening element.
  • the tank stiffening element can therefore be adapted specifically to the static and dynamic loads during operation and also be manufactured inexpensively and in particular in one piece.
  • the tank stiffening element can be manufactured in one piece by injection molding in a single shot.
  • a cost-effective production of the tank stiffener ⁇ tion element can be ensured.
  • a local weakening or a local softening can be deliberately set in the foamed region, wherein the tank stiffening element in this region has, for example, a lower modulus of elasticity than in regions adjacent to the foamed region.
  • the tank reinforcing member connecting portions are provided for connecting the tank stiffening member with a force ⁇ fuel tank, wherein the foamed region between the joint portions is arranged, wherein the connecting portions are at least partially made of the aufCumba ⁇ ren plastic, and wherein the foamable plastic of the foamed area has a lower density than the foamable plastic of the kausab ⁇ sections.
  • the connecting portions are designed in particular to engage with inner walls of a fuel tank welded to the ⁇ .
  • a first connecting portion of the stiffening ⁇ elements may be provided to be welded to a first inner wall of a first half-shell of the fuel tank to ⁇ the.
  • a second connecting portion of the tank stiffening element may be provided to be welded to a two ⁇ th inner wall of a second half-shell of a fuel tank.
  • the half-shells of a fuel tank can be multi-layered ⁇ forms.
  • the half shells may have three or more layers, in particular a barrier layer
  • the barrier layer may be formed as a diffusion barrier for hydrocarbons.
  • a half-shell may have a five-layer wall structure.
  • an objective tank stiffening element may increase the risk of delamination, ie a local resolution of the layer composite of Wandungs adjus be reduced in the crash ⁇ case.
  • the tank stiffening element has two opposite end faces, which are provided at opposite ends of the tank stiffening element at the connecting portions.
  • the end surfaces are adapted to be welded to connecting portions of a fuel tank.
  • a cost-effective, reliable and simple connection of the tank stiffening element to a fuel tank can take place.
  • Due to the lower density of the foamable plastic in the foamed area the foamed area can have a higher elasticity and a lower modulus of elasticity than the foamable plastic of the connecting sections.
  • the connecting sections can be made of a foamable
  • the tank stiffening element it is provided that the connecting sections and / or the foamed area viewed along a longitudinal direction have a constant cross-sectional shape and / or a constant cross-sectional area.
  • the tank stiffening element consists of the foamable plastic on ⁇ .
  • the tank stiffening element can accordingly consist of a single plastic which has been selectively foamed in the foamed area.
  • the tank stiffener element can be produced inexpensively in one piece or in one piece by injection molding.
  • the tank stiffening element can, for example, from a foamable on ⁇ polymer, such as HDPE, POM, PA or the like.
  • the polymer may, for example, have been loaded with an inert gas, in particular nitrogen, as blowing agent in order to be foamed locally during the injection molding process in the foamed region.
  • the foaming can be done by physical foaming or chemical foaming.
  • the tank stiffening element has been produced according to a method with the following method steps:
  • the local change in property can be adjusted in a targeted manner in a foamed region in which the injection molding cavity is locally enlarged. Prior to the local enlargement of the cavity, a complete filling of the cavity with the foamable plastic can take place. Alternatively or in addition, before the local
  • Magnification of the cavity may be provided a Nachdruckphase for filling the cavity.
  • the local increase of the cavity may be performed by an opening movement of a mold slide ⁇ or more mold slide of an injection mold.
  • a mold slide can be moved in a direction away from the cavity-filling, foamable plastic, in order to release further space for expanding or foaming the plastic and to enlarge the cavity.
  • the injection mold may have two oppositely disposed mold slide which moves to Loka ⁇ len enlargement of the cavity in opposite directions apart from each other or may be removed.
  • the foamed area may be arranged in a central central portion of the tank stiffening element.
  • two connection portions may be provided which extend in cantilever fashion from a central, foamed region in opposite directions.
  • the Ver ⁇ bonding portions may extend in each case over identical County ⁇ genab distren along a longitudinal axis so that the tank stiffening element is in particular mirror-symmetrically to a central middle plane. In this way, a homogeneous load of the tank stiffening element and adjacent tank wall sections can be achieved.
  • the foamed area can be arranged with an offset to a central center plane.
  • two connecting portions extending in cantilever fashion from a distributed, the foamed portion in opposite directions.
  • the Ver ⁇ bonding portions can extend so that the tank stiffening element is in particular configured asymmetrically to a central middle plane in each case have different length dimensions along a longitudinal axis.
  • the geometry of the tank stiffening element can be adapted to the expected operating loads ⁇ .
  • the tank stiffening element belongs by a local change in properties in the foamed region of increased flexibility or elasticity of the cross ⁇ section of the tank stiffening element along its entire length, in essence, can be kept constant, so that no local narrowing or constriction of the Tankversteifungsele ⁇ ment along its Longitudinal extension must be made to provide increased elasticity in the event of a crash.
  • the connecting sections and / or the foamed-on area viewed along a longitudinal direction may have a bulge or a taper.
  • the geometry of the tank stiffening element can be adapted to the expected operating loads ⁇ .
  • a tank stiffening element wherein the foamed region or the plastic of the foamed region has a low modulus of elasticity, than a to the on ⁇ foamed region adjacent region or the plastic of the adjoining the foamed region region.
  • the foamed region or the plastic of the foamed region has a low modulus of elasticity, than a to the on ⁇ foamed region adjacent region or the plastic of the adjoining the foamed region region.
  • it may for example be by one or more connecting portions, which are provided with a fuel tank ⁇ for connecting the tank stiffening element.
  • the material properties of the tank stiffening element can be adapted to the expected operating loads.
  • the modulus of elasticity of the area adjacent to the foamed area may be greater by a factor of 1.5 or more than the modulus of elasticity of the foamed area.
  • Example ⁇ example may be the modulus of elasticity of the plastic of the foamed Offs Be ⁇ Reich 1000 MPa, while the modulus of elasticity of the plastic of the adjoining the foamed region region is 1500 MPa or more.
  • the invention relates to a
  • Tank stiffener for a fuel tank with connecting portions and with a decoupling region, wherein the connecting portions are provided for connecting the Tankversteifungsele- ment with the fuel tank, wherein decoupling region is arranged between the connecting portions, wherein the connecting portions comprise a first plastic, wherein the decoupling region comprises a second plastic wherein the decoupling region has been positively and / or materially connected to the connecting sections by a multi-component injection molding process.
  • the Coreback technique for example, the Coreback technique, the turntable technology, the insert technology or the Umsetztechnik can be used.
  • the Coreback technique By encapsulating, overmolding, back-molding and / or injection molding of the plastics to be joined in the multi-component injection molding ⁇ method can easily a cohesive and / o ⁇ a positive and / or non-positive
  • a tank stiffening element may be provided, wherein the first plastic has a hö ⁇ heren modulus than the second plastics,
  • the modulus of elasticity of the first plastic has a modulus of elasticity that is greater by a factor of 1.5 or more than the modulus of elasticity of the second plastic. So the Materialei ⁇ properties of the tank stiffening element can be adapted to the expected operating loads.
  • the modulus of elasticity of the second plastic may be 1000 MPa while the modulus of elasticity of the second plastic is 1500 MPa or more.
  • the first and / or the second plastic material can be made of a Po ⁇ lyethylen, polyamide, rubber or polyoxymethylene.
  • the first plastic is a polyamide and the second plastic is a polyethylene.
  • a polyamide, polyethylene, polyoxy methylene ⁇ or a polyamide may be, for example, the first plastic, while the second plastic is a rubber, in particular a synthetic or natural rubber.
  • the second plastic is a particularly brittle plastic which is more brittle than the first plastic to vorzu a predetermined breaking point on the tank reinforcing member see ⁇ .
  • an improved, tank reinforcing element for a fuel tank can thus be specified by the invention, which is inexpensive to produce, enables reliable stiffening of a fuel tank and in particular reduces the risk of fuel leakage in the event of a crash.
  • FIG. 1 is a tank stiffening element in the fully assembled stand to ⁇ ;
  • Fig. 2 shows cross-sectional shapes of a tank stiffening element;
  • FIG. 3 shows a tank stiffening element in an injection mold
  • Fig. 4 shows a further tank stiffening element in the finished mon ⁇ oriented state.
  • FIG. 1 shows a tank stiffening element 2 according to the invention for a fuel tank 4.
  • FIG. 1 shows a partial section through a fuel tank 4 provided with a plurality of stiffening elements.
  • the fuel tank 4 has an upper half shell 6 and a lower half shell 8.
  • the tank stiffening element 2 is made of a foamable plastic.
  • the tank stiffening element 2 has a foamed area 10, in which the foamable plastic is foamed.
  • the tank stiffening element 2 has connecting sections 12, 14.
  • the connecting sections 12, 14 are provided for connecting the tank stiffening element 2 to the fuel tank 4 or its half shells 6, 8.
  • the foamed area 10 is arranged between the connection sections 12, 14.
  • the connecting portions 12, 14 are in this case made of the foamable plastic.
  • the foamable plastic of the foamed region 10 has a lower density than the foamable art ⁇ material of the connecting portions 12,14. In this way, the mechanical properties of the tank stiffening element 2 in the foamed region 10 have been deliberately changed.
  • the connecting sections 12, 14 are connected to one another via the foamed area.
  • Connecting portion 12 is materially connected to a connecting portion 16 of the upper half-shell 6 of the fuel tank 4.
  • Connecting portion 14 is connected to a connecting portion 18 of the lower half shell 8 of the fuel tank 4.
  • the connection of the connecting portion 12 and the connecting portion 16, or the connecting portion 14 and the connecting portion 18 has been formed as a cohesive connection by welding.
  • the connecting sections 16, 18 of the upper half-shell 6 and the lower half-shell 8 each have radii 20 or fillets 20 in order to avoid a notch effect or load peaks or delamination when transmitting tensile forces via the tank stiffening element 2.
  • the tank stiffening element 2 can have a constant cross-sectional shape and / or a constant cross-sectional area viewed along a longitudinal direction or along a longitudinal axis L.
  • the tank stiffener ⁇ element 2 can for example be made circular solid material (Fig. 2A).
  • the tank stiffening element 2 may have an annular cross-section (FIG. 2B).
  • the tank stiffening element 2 may have a polygonal cross-sectional shape, for example a quadrangular or square cross-sectional shape (FIG. 2C).
  • the stiffening element 2 can have ribs or web-like structures to ge ⁇ targets the transverse and / or bending elasticity of the tank stiffening element 2 adapted to the load occurring during operation cases. ( Figures 2D, 2E, 2F).
  • the tank stiffening element may, for example, comprise webs 22 or struts 22 (FIGS. 2D, 2E, 2F, 2G).
  • the webs 22 or struts 22 can end converge in an end surface 24 serving as a connecting portion for connecting the Tankverstei ⁇ Fung elements 2 with connecting sections 16, 18 of a motor ⁇ fuel tank 4 respectively at Chrysler
  • Fig. 2G the Tankverstei ⁇ tion element 2
  • the following process steps are performed:
  • the injected into the injection mold 28 and the cavity 26 of the molten plastic 30, in this case HDPE, is loaded with nitrogen as blowing agent.
  • the injection mold has two half-shells 32, 34, each having mold slides 36, 38. After the cavity 26 has been completely filled with the plastic 30, there is a holding pressure phase to compensate for a shrinkage of the plastic and to ensure a complete filling of the cavity 26.
  • the first inserted into the cavity 26 mold slides 36, 38 are now moved apart in opposite directions, as shown by the arrows in Fig. 3. In this way, the cavity 26 is locally enlarged.
  • the first FLÜS ⁇ sig or dissolved This nitrogen passes through this local enlargement of the cavity 26 and the associated pressure drop of the liquid in the gas phase and causing in this way a local foaming of the plastic 30 in the loading area of the enlarge the cavity. In this way, the mechanical properties of a produced tank stiffening element can be adjusted.
  • the foamed region is formed in a central middle region of the tank stiffening member so that the stiffening element in the tank Wesentli ⁇ chen is designed mirror-symmetrically to a central middle plane M.
  • the connecting sections 12, 14 of the finished tank stiffening element 2 therefore have an identical length dimension measured along the longitudinal axis L.
  • FIG. 4 shows a further stiffening element 40 for a fuel tank 4.
  • the stiffening element 40 has connecting portions 42, 44 and a decoupling region 46.
  • the connecting portions 42, 44 are provided for connecting the tank ⁇ stiffening element 40 to the fuel tank.
  • the fuel tank 4 in turn has an upper half shell 6 and a lower half shell 8, wherein the half shells 6, 8 are respectively associated with connecting portions 16, 18 to connect the stiffening element 40.
  • a cohesive connection has been made by welding.
  • the decoupling region 46 is disposed between the connecting portions 42, 44.
  • the connecting portions 42, 44 have a first plastic and the decoupling region 46 has a second plastic.
  • the decoupling region 46 has been connected to the connecting sections 42, 44 in a form-fitting and cohesive manner by a multi-component injection molding process.
  • the second plastic has vorlie ⁇ quietly a lower modulus of elasticity and a higher elasticity than the first plastics material.
  • the modulus of elasticity of the first plastic is greater by a factor of 1.5 than the modulus of elasticity of the second
  • Plastic According to alternative embodiments can be provided that it is in the second plastic is a particularly brittle plastic which is more brittle than the first plastic, in order to watch a predetermined breaking point on the tank reinforcing member 40 before ⁇ .

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Abstract

Tankversteifungselement (2) für einen Kraftstofftank (4), - wobei das Tankversteifungselement (2) zumindest teilweise aus einem aufschäumbaren Kunststoff (30) hergestellt ist, - mit wenigsten einem aufgeschäumten Bereich (10), in dem der aufschäumbare Kunststoff (30) aufgeschäumt ist.

Description

Tankversteifungselement für einen Kraftstofftank
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Tankversteifungselement für einen Kraftstofftank.
Tankversteifungselemente für Kraftstofftanks, auch „Stand-Off" genannt, werden eingesetzt, um beispielsweise die Kraft¬ stofftanks von Hybridfahrzeugen strukturell zu verstärken. Kraftstofftanks von Hybridfahrzeugen müssen einer erhöhten In- nendruckbeaufschlagung standhalten, die einen Überdruck von bis zu 350 mbar bedeuten kann. Dabei soll die Deformation des Kraftstofftanks unter Innendruckbeaufschlagung in vorgegebenen Grenzen gehalten werden, wozu die Tankversteifungselemente eingesetzt werden.
Um der Innendruckbeaufschlagung standzuhalten, besteht die Forderung, die Tankversteifungselemente möglichst steif und massiv auszugestalten. Insbesondere im Bereich einer Anbindung der Tankversteifungselemente an eine Innenwandung des Kraft- stofftanks besteht jedoch die Gefahr, dass es durch die Tank¬ versteifungselemente im Crashfall zu einem Austanzen der
Tankwandung und damit einem Zerstören der Tankblase kommt. Um die Integrität der Tankblase im Crashfall zu sichern und ein Austreten von Kraftstoff zu vermeiden, weisen Tankverstei- fungselemente beispielsweise Sollbruchstellen auf, oder sind durch Gelenke derart gestaltet, dass im Crashfall eine gewisse Flexibilität gewährleistet ist, um ein Zerstören der Tankwan¬ dung zu vermeiden. Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die technische Problemstellung zugrunde, ein verbessertes Tankversteifungs¬ element für einen Kraftstofftank anzugeben, das kostengünstig herstellbar ist, eine zuverlässige Aussteifung eines Kraft¬ stofftanks ermöglicht und insbesondere das Risiko eines Kraft¬ stoffaustritts im Crashfall mindert. Diese Aufgabe wird durch ein Tankversteifungselement nach Anspruch 1 sowie ein Tank¬ versteifungselement nach Anspruch 8 gelöst. Weitere Ausgestal- tungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen
Ansprüchen und der nachstehenden Beschreibung.
Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung ein Tankversteifungselement für einen Kraftstofftank, wobei das Tank- versteifungselement zumindest teilweise aus einem
aufschäumbaren Kunststoff hergestellt ist, mit wenigsten einem aufgeschäumten Bereich, in dem der aufschäumbare Kunststoff aufgeschäumt ist. Dadurch, dass das Tankversteifungselement einen aufgeschäumten Bereich aufweist, kann beispielsweise in einem Spritzgussverfahren gezielt eine lokale Schwächung des Tankversteifungsele¬ ments in dem aufgeschäumten Bereich eingebracht werden. So kann der aufgeschäumte Bereich im Vergleich zu weiteren an- grenzenden Bereichen des Tankversteifungselements eine höhere Elastizität und/oder eine geringere Festigkeit aufweisen. Das Tankversteifungselement kann daher gezielt an die statischen und dynamischen Belastungen im Betrieb angepasst und zudem kostengünstig und insbesondere einteilig gefertigt werden.
Beispielsweise kann das Tankversteifungselement einteilig im Spritzgussverfahren in einem einzelnen Schuss gefertigt werden. So kann eine kostengünstige Herstellung des Tankverstei¬ fungselements gewährleistet werden. Im Spritzgussverfahren kann in dem aufgeschäumten Bereich gezielt eine lokale Schwächung bzw. eine lokale Erweichung eingestellt werden, wobei das Tankversteifungselement in diesem Bereich beispielsweise einen geringeren E-Modul aufweist, als in an den aufgeschäumten Bereich angrenzenden Bereichen.
Nach einer weiteren Ausgestaltung hat das Tankversteifungselement Verbindungsabschnitte, wobei die Verbindungsabschnitte zum Verbinden des Tankversteifungselements mit einem Kraft¬ stofftank vorgesehen sind, wobei der aufgeschäumte Bereich zwischen den Verbindungsabschnitten angeordnet ist, wobei die Verbindungsabschnitte zumindest teilweise aus dem aufschäumba¬ ren Kunststoff hergestellt sind, und wobei der aufschäumbare Kunststoff des aufgeschäumten Bereichs eine geringere Dichte aufweist als der aufschäumbare Kunststoff der Verbindungsab¬ schnitte .
Die Verbindungsabschnitte sind insbesondere dazu ausgebildet, mit Innenwandungen eines Kraftstofftanks verschweißt zu wer¬ den. So kann ein erster Verbindungsabschnitt des Versteifungs¬ elements dazu vorgesehen sein, mit einer ersten Innenwandung einer erste Halbschale des Kraftstofftanks verschweißt zu wer¬ den. Dementsprechend kann ein zweiter Verbindungsabschnitt des Tankversteifungselements dazu vorgesehen sein, mit einer zwei¬ ten Innenwandung einer zweiten Halbschale eines Kraftstofftanks verschweißt zu werden.
Die Halbschalen eines Kraftstofftanks können mehrlagig ausge¬ bildet sein. So können die Halbschalen drei oder mehr Schichten aufweisen, wobei insbesondere eine Barriereschicht
zweiseitig von wenigstens zwei Schichten sandwichartig einge- fasst sein kann. Die Barriereschicht kann als Diffusionsbarriere für Kohlenwasserstoffe ausgebildet sein. Insbesondere kann eine Halbschale einen fünfschichten Wandungsaufbau aufweisen. In Kombination mit einem gegenständlichen Tankversteifungselement kann das Risiko einer Delamination, also einer lokalen Auflösung des Schichtverbunds des Wandungsaufbaus , im Crash¬ fall verringert werden.
Insbesondere weist das Tankversteifungselement zwei einander abgewandte Stirnflächen auf, die an entgegengesetzten Enden des Tankversteifungselements an den Verbindungsabschnitten vorgesehen sind. Die Stirnflächen sind dazu eingerichtet, mit Verbindungsabschnitten eines Kraftstofftanks verschweißt zu werden. Auf diese Weise kann eine kostengünstige, zuverlässige und einfache Anbindung des Tankversteifungselements an einen Kraftstofftank erfolgen. Durch die geringere Dichte des aufschäumbaren Kunststoffs in dem aufgeschäumten Bereich kann der aufgeschäumte Bereich eine höhere Elastizität und einen geringeren E-Modul aufweisen, als der aufschäumbare Kunststoff der Verbindungsabschnitte. Die Verbindungsabschnitte können aus einem aufschäumbaren
Kunststoff hergestellt sein, der in einem geringeren Maße auf¬ geschäumt ist, als der aufschäumbare Kunststoff des aufge¬ schäumten Bereichs. Nach einer weiteren Ausgestaltung des Tankversteifungselements ist vorgesehen, dass das die Verbindungsabschnitte und/oder der aufgeschäumte Bereich entlang einer Längsrichtung betrachtet eine konstante Querschnittsform und/oder eine konstante Querschnittsfläche aufweisen.
Nach einer weiteren Ausgestaltung des Tankversteifungselements ist vorgesehen, dass das Tankversteifungselement aus dem auf¬ schäumbaren Kunststoff besteht. Das Tankversteifungselement kann demnach aus einem einzigen Kunststoff bestehen, der in dem aufgeschäumten Bereich gezielt aufgeschäumt worden ist. So lässt sich das Tankversteifungs¬ element beispielsweise kostengünstig einteilig bzw. einstückig im Spritzgussverfahren herstellen.
Das Tankversteifungselement kann beispielsweise aus einem auf¬ schäumbaren Polymer, wie HDPE, POM, PA oder dergleichen bestehen. Das Polymer kann beispielsweise mit einem Inertgas, insbesondere Stickstoff, als Treibmittel beladen worden sein, um während eines Spritzgussverfahrens in dem aufgeschäumten Bereich lokal aufgeschäumt zu werden.
Das Aufschäumend kann durch physikalisches Aufschäumen oder chemischen Aufschäumen erfolgen.
Nach einer weiteren Ausgestaltung des Tankversteifungselements ist das Tankversteifungselement gemäß einem Verfahren mit den folgenden Verfahrensschritten hergestellt worden:
a) Einspritzen des aufschäumbaren Kunststoffs in eine Kavität einer Spritzgussform, wobei der aufschäumbare Kunststoff mit einem Treibmittel beladen ist;
b) lokale Vergrößerung der Kavität. Durch das voranstehend beschriebene Spritzgussverfahren kann die lokale Eigenschaftsänderung in einem aufgeschäumten Bereich gezielt eingestellt werden, in dem die Spritzgusskavität lokal vergrößert wird. Vor der lokalen Vergrößerung der Kavität kann eine vollständige Füllung der Kavität mit dem aufschäumbaren Kunststoff erfolgen. Alternativ oder ergänzend kann vor der lokalen
Vergrößerung der Kavität eine Nachdruckphase zum Füllen der Kavität vorgesehen sein. Die lokale Vergrößerung der Kavität kann durch eine Öffnungs¬ bewegung eines Formschiebers oder mehrerer Formschieber einer Spritzgussform erfolgen. So kann ein Formschieber in einer von dem die Kavität füllenden, aufschäumbaren Kunststoff abgewand- ten Richtung bewegt werden, um weiteren Raum zur Ausdehnung bzw. zum Aufschäumen des Kunststoffs freizugeben und die Kavität zu vergrößern. Beispielsweise kann die Spritzgussform zwei gegenüberliegend angeordnete Formschieber haben, die zur loka¬ len Vergrößerung der Kavität in entgegengesetzte Richtungen auseinander bewegt bzw. voneinander entfernt werden können.
Der aufgeschäumte Bereich kann in einem zentralen Mittelabschnitt des Tankversteifungselements angeordnet sein. So kön¬ nen beispielsweise zwei Verbindungsabschnitte vorgesehen sein, die sich ausgehend von einem zentralen, aufgeschäumten Bereich in entgegengesetzte Richtungen auskragend erstrecken. Die Ver¬ bindungsabschnitte können sich jeweils über identische Län¬ genabmessungen entlang einer Längsachse erstrecken, so dass das Tankversteifungselement insbesondere spiegelsymmetrisch zu einer zentralen Mittenebene ausgestaltet ist. Auf diese Weise kann eine homogene Belastung des Tankversteifungselements und angrenzender Tankwandungsabschnitte erreicht werden.
Alternativ kann der aufgeschäumte Bereich mit einem Versatz zu einer zentralen Mittenebene angeordnet sein. So können bei¬ spielsweise zwei Verbindungsabschnitte vorgesehen sein, die sich ausgehend von einem dezentralen, aufgeschäumten Bereich in entgegengesetzte Richtungen auskragend erstrecken. Die Ver¬ bindungsabschnitte können sich jeweils über unterschiedliche Längenabmessungen entlang einer Längsachse erstrecken, so dass das Tankversteifungselement insbesondere asymmetrisch zu einer zentralen Mittenebene ausgestaltet ist. So kann die Geometrie des Tankversteifungselements an die zu erwartenden Betriebs¬ lasten angepasst sein. Dadurch, dass dem Tankversteifungselement durch eine lokale Eigenschaftsänderung in dem aufgeschäumten Bereich eine erhöhte Flexibilität bzw. Elastizität zukommt, kann der Quer¬ schnitt des Tankversteifungselements im Wesentlichen entlang seiner gesamten Länge konstant gehalten werden, sodass keine lokale Verjüngung oder Einschnürung des Tankversteifungsele¬ ments entlang seiner Längserstreckung erfolgen muss, um eine erhöhte Elastizität für einen Crashfall bereitzustellen.
Alternativ können die Verbindungsabschnitte und/oder der auf¬ geschäumte Bereich entlang einer Längsrichtung betrachtet eine Auswölbung oder Verjüngung aufweisen. So kann die Geometrie des Tankversteifungselements an die zu erwartenden Betriebs¬ lasten angepasst sein.
Es kann ein Tankversteifungselement vorgesehen sein, wobei der aufgeschäumte Bereich bzw. der Kunststoff des aufgeschäumten Bereichs einen geringen E-Modul aufweist, als ein an den auf¬ geschäumten Bereich angrenzender Bereich bzw. der Kunststoff des an den aufgeschäumten Bereich angrenzenden Bereichs. Bei einem solchen angrenzenden Bereich kann es sich beispielsweise um einen oder mehrere Verbindungsabschnitte handeln, die zum Verbinden des Tankversteifungselements mit einem Kraftstoff¬ tank vorgesehen sind. So können die Materialeigenschaften des Tankversteifungselements an die zu erwartenden Betriebslasten angepasst sein.
Insbesondere kann der E-Modul des an den aufgeschäumten Bereich angrenzenden Bereichs um der Faktor 1,5 oder mehr größer sein als der E-Modul des aufgeschäumten Bereichs. Beispiels¬ weise kann der E-Modul des Kunstoffs des aufgeschäumten Be¬ reichs 1000 MPa betragen, während der E-Modul des Kunststoffs des an den aufgeschäumten Bereich angrenzenden Bereichs 1500 MPa oder mehr beträgt. Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein
Tankversteifungselement für einen Kraftstofftank, mit Verbindungsabschnitten und mit einem Entkopplungsbereich, wobei die Verbindungsabschnitte zum Verbinden des Tankversteifungsele- ments mit dem Kraftstofftank vorgesehen sind, wobei Entkopplungsbereich zwischen den Verbindungsabschnitten angeordnet ist, wobei die Verbindungsabschnitte einen ersten Kunststoff aufweisen, wobei der Entkopplungsbereich einen zweiten Kunststoff aufweist, wobei der Entkopplungsbereich durch ein Mehr- komponentenspritzgussverfahren form- und/oder stoffschlüssig mit den Verbindungsabschnitten verbunden worden ist.
Durch das Herstellen des Tankversteifungselements im Mehrkom¬ ponentenspritzgussverfahren lässt sich in dem Entkopplungsbe- reich gezielt eine lokale Veränderung der Bauteileigenschaften gegenüber den Verbindungsabschnitten erreichen. So kann beispielsweise eine gewünschte Elastizität oder eine Sollbruch¬ stelle durch das zweite Material in das
Tankversteifungselement eingebracht werden.
Als Mehrkomponentenspritzgussverfahren können beispielsweise die Coreback-Technik, die Drehtellertechnik, die Wendeplattentechnik oder die Umsetztechnik eingesetzt werden. Durch das Umspritzen, Überspritzen, Hinterspritzen und/oder Anspritzen der zu verbindenden Kunststoffe im Mehrkomponentenspritzguss¬ verfahren kann in einfacher Weise eine stoffschlüssige und/o¬ der eine formschlüssige und/oder eine kraftschlüssige
Verbindung zwischen dem Entkopplungsbereich und den Verbindungsabschnitten hergestellt werden.
Nach einer weiteren Ausgestaltung kann ein Tankversteifungselement vorgesehen sein, wobei der erste Kunststoff einen hö¬ heren E-Modul aufweist als der zweite Kunststoff,
insbesondere, dass der E-Modul des ersten Kunststoffs einen E- Modul aufweist, der um der Faktor 1,5 oder mehr größer ist als der E-Modul des zweiten Kunststoffs. So können die Materialei¬ genschaften des Tankversteifungselements an die zu erwartenden Betriebslasten angepasst sein. Beispielsweise kann der E-Modul des zweiten Kunstoffs 1000 MPa betragen, während der E-Modul des zweiten Kunststoffs 1500 MPa oder mehr beträgt.
Der erste und/oder der zweite Kunststoff können aus einem Po¬ lyethylen, Polyamid, Kautschuk oder Polyoxymethylen hergestellt sein.
Beispielsweise der erste Kunststoff ein Polyamid und der zweite Kunststoff ein Polyethylen sein. Weiter kann beispielsweise der erste Kunststoff ein Polyamid, Polyethylen, Polyoxy¬ methylen oder ein Polyamid sein, während der zweite Kunststoff ein Kautschuk ist, insbesondere ein synthetischer oder natürlicher Kautschuk.
Gemäß alternativen Ausgestaltungen kann vorgesehen sein, dass es sich bei dem zweiten Kunststoff um einen besonders spröden Kunststoff handelt, der spröder ist, als der erste Kunststoff, um eine Sollbruchstelle an dem Tankversteifungselement vorzu¬ sehen .
Insgesamt kann durch die Erfindung somit ein verbessertes, Tankversteifungselement für einen Kraftstofftank angegeben werden, das kostengünstig herstellbar ist, eine zuverlässige Aussteifung eines Kraftstofftanks ermöglicht und insbesondere das Risiko eines Kraftstoffaustritts im Crashfall mindert.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Ausführungsbei- spiele darstellenden Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen jeweils schematisch:
Fig. 1 ein Tankversteifungselement im fertig montierten Zu¬ stand; Fig. 2 Querschnittsformen eines Tankversteifungselements ;
Fig. 3 ein Tankversteifungselement in einer Spritzgussform; Fig. 4 ein weiteres Tankversteifungselement im fertig mon¬ tierten Zustand.
Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Tankversteifungselement 2 für einen Kraftstofftank 4. In Fig. 1 ist ein Teilschnitt durch einen mit mehreren Versteifungselementen versehenen Kraftstofftank 4 dargestellt. Der Kraftstofftank 4 hat eine obere Halbschale 6 und eine untere Halbschale 8.
Das Tankversteifungselement 2 ist aus einem aufschäumbaren Kunststoff hergestellt. Das Tankversteifungselement 2 weist einen aufgeschäumten Bereich 10 auf, in dem der aufschäumbare Kunststoff aufgeschäumt ist.
Das Tankversteifungselement 2 hat Verbindungsabschnitte 12, 14. Die Verbindungsabschnitte 12, 14 sind zum Verbinden des Tankversteifungselements 2 dem Kraftstofftank 4 bzw. dessen Halbschalen 6, 8 vorgesehen.
Der aufgeschäumte Bereich 10 ist zwischen den Verbindungsab- schnitten 12, 14 angeordnet. Die Verbindungsabschnitte 12, 14 sind vorliegend aus dem aufschäumbaren Kunststoff hergestellt. Der aufschäumbare Kunststoff des aufgeschäumten Bereichs 10 weist eine geringere Dichte auf als der aufschäumbare Kunst¬ stoff der Verbindungsabschnitte 12,14. Auf diese Weise sind die mechanischen Eigenschaften des Tankversteifungselements 2 in dem aufgeschäumten Bereich 10 gezielt verändert worden. So weist der aufgeschäumte Bereich 10 einen geringeren E-Modul und eine höhere Elastizität auf, als die angrenzenden Verbin¬ dungsabschnitte 12, 14. Die Verbindungsabschnitte 12, 14 sind über den aufgeschäumten Bereich miteinander verbunden. Verbindungsabschnitt 12 ist Stoffschlüssig mit einem Verbindungsabschnitt 16 der oberen Halbschale 6 des Kraftstofftanks 4 verbunden. Verbindungsab- schnitt 14 ist mit einem Verbindungsabschnitt 18 der unteren Halbschale 8 des Kraftstofftanks 4 verbunden. Die Verbindung des Verbindungsabschnitt 12 und des Verbindungsabschnitt 16, bzw. des Verbindungsabschnitt 14 und des Verbindungsabschnitt 18, ist jeweils als Stoffschlüssige Verbindung durch Ver- schweißen ausgebildet worden.
Die Verbindungsabschnitte 16, 18 der oberen Halbschale 6 bzw. der unteren Halbschale 8 weisen jeweils Radien 20 bzw. Ausrundungen 20 auf, um eine Kerbwirkung bzw. Lastspitzen oder eine Delamination beim Übertragen von Zugkräften über das Tankversteifungselement 2 zu vermeiden.
Fig. 2 zeigt exemplarisch mögliche Querschnittsformen eines Tankversteifungselements 2 aus Fig. 1 entlang der in Fig. 1 dargestellten Schnittlinie II. Das Tankversteifungselement 2 kann entlang einer Längsrichtung bzw. entlang einer Längsachse L betrachtet eine konstante Querschnittsform und/oder eine konstante Querschnittsfläche aufweisen. Das Tankversteifungs¬ element 2 kann beispielsweise kreisrund aus Vollmaterial her- gestellt sein (Fig. 2A) . Das Tankversteifungselement 2 kann einen ringförmigen Querschnitt aufweisen (Fig. 2B) . Das Tankversteifungselement 2 kann eine polygonale Querschnittsform aufweisen, beispielsweise eine viereckige oder quadratische Querschnittsform (Fig. 2C) . Das Versteifungselement 2 kann Rippen oder stegartige Strukturen aufweisen, um die Quer- und/oder Biegeelastizität des Tankversteifungselements 2 ge¬ zielt an die im Betrieb auftretenden Lastfälle anzupassen. (Fig. 2D, 2E, 2F) . Das Tankversteifungselement kann beispielsweise Stege 22 oder Streben 22 aufweisen (Fig. 2D, 2E, 2F, 2G) .
Die Stege 22 oder Streben 22 können jeweils an entgegengesetz- ten Enden endseitig in einer Stirnfläche 24 zusammenlaufen, die als Verbindungsabschnitt zum Verbinden des Tankverstei¬ fungselements 2 mit Verbindungsabschnitten 16, 18 eines Kraft¬ stofftanks 4 dienen (Fig. 2G) . Wie voranstehend bereits diskutiert, kann das Tankverstei¬ fungselement 2 kostengünstig und einfach in einem Spritzguss¬ verfahren hergestellt werden. Dabei werden beispielsweise die folgenden Verfahrensschritte durchlaufen:
a) Einspritzen eines aufschäumbaren Kunststoff 30 in eine Kavität 26 einer Spritzgussform 28 (Fig. 3) ;
b) lokale Vergrößerung der Kavität 26.
Der in die Spritzgussform 28 bzw. der Kavität 26 eingespritzt der schmelzflüssige Kunststoff 30, vorliegend HDPE, ist mit Stickstoff als Treibmittel beladen. Die Spritzgussform hat zwei Halbschalen 32, 34, die jeweils Formschieber 36, 38 aufweisen. Nachdem die Kavität 26 vollständig mit dem Kunststoff 30 befüllt worden ist, erfolgt eine Nachdruckphase, um eine Schwindung des Kunststoffs auszugleichen und eine vollständige Füllung der Kavität 26 zu gewährleisten.
Die zunächst in die Kavität 26 eingerückten Formschieber 36, 38 werden nunmehr in entgegengesetzten Richtungen auseinander bewegt, wie durch die Pfeile in Fig. 3 dargestellt. Auf diese Weise wird die Kavität 26 lokal vergrößert. Der zunächst flüs¬ sig bzw. gelöst vorliegende Stickstoff geht durch diese lokale Vergrößerung der Kavität 26 und den damit verbundenen Druckabfall von der flüssigen in die Gasphase über und bewirkt auf diese Weise ein lokales Aufschäumen des Kunststoffs 30 im Be- reich der sich vergrößern Kavität. Auf diese Weise können die mechanischen Eigenschaften eines herzustellenden Tankversteifungselements gezielt eingestellt werden.
Wie in Fig. 3 angedeutet, wird der aufgeschäumte Bereich in einem zentralen Mittenbereich des Tankversteifungselements hergestellt, so dass das Tankversteifungselement im Wesentli¬ chen spiegelsymmetrisch zu einer zentralen Mittenebene M ausgestaltet wird. Die Verbindungsabschnitte 12, 14 des fertigen Tankversteifungselements 2 weisen daher entlang der Längsachse L gemessen ein identisches Längenmaß auf.
In Fig. 4 ist ein weiteres Versteifungselement 40 für einen Kraftstofftank 4 dargestellt. Das Versteifungselement 40 hat Verbindungsabschnitte 42, 44 und einen Entkopplungsbereich 46. Die Verbindungsabschnitte 42, 44 sind zum Verbinden des Tank¬ versteifungselements 40 mit dem Kraftstofftank 4 vorgesehen. Der Kraftstofftank 4 weist wiederum eine obere Halbschale 6 und eine untere Halbschale 8 auf, wobei den Halbschalen 6, 8 jeweils Verbindungsabschnitte 16, 18 zugeordnet sind, um das Versteifungselement 40 anzubinden. Zwischen den Verbindungsab¬ schnitten 16,18 und den Verbindungsabschnitten 42, 44 des Tankversteifungselements 40 ist wiederum eine Stoffschlüssige Verbindung durch Verschweißen hergestellt worden.
Der Entkopplungsbereich 46 ist zwischen den Verbindungsabschnitten 42, 44 angeordnet. Die Verbindungsabschnitte 42, 44 weisen einen ersten Kunststoff auf und der Entkopplungsbereich 46 weist einen zweiten Kunststoff auf. Der Entkopplungsbereich 46 ist durch ein Mehrkomponentenspritzgussverfahren formschlüssig und stoffschlüssig mit den Verbindungsabschnitten 42, 44 verbunden worden. Der zweite Kunststoff weist vorlie¬ gend einen geringeren E-Modul und eine höhere Elastizität auf als der erste Kunststoff. Der E-Modul des ersten Kunststoffs ist um den Faktor 1,5 größer als der E-Modul des zweiten
Kunststoffs . Gemäß alternativen Ausgestaltungen kann vorgesehen sein, dass es sich bei dem zweiten Kunststoff um einen besonders spröden Kunststoff handelt, der spröder ist, als der erste Kunststoff, um eine Sollbruchstelle an dem Tankversteifungselement 40 vor¬ zusehen .
Bezugs zeichen
2 Tankversteifungselement
4 Kraftstofftank
6 obere Halbschale
8 untere Halbschale
10 aufgeschäumter Bereich
12 Verbindungsabschnitt
14 Verbindungsabschnitt
16 Verbindungsabschnitt
18 Verbindungsabschnitt
20 Radius, Ausrundung
22 Stege, Strebe
24 Stirnfläche
26 Kavität
28 Spritzgussform
30 aufschäumbarer Kunststoff
32 Halbschale
34 Halbschale
36 Formschieber
38 Formschieber
40 Versteifungselement
42 Verbindungsabschnitt
44 Verbindungsabschnitt
46 Entkopplungsbereich
L Längsachse
M Mittenebene

Claims

Patentansprüche
1. Tankversteifungselement (2) für einen Kraftstofftank (4), wobei das Tankversteifungselement (2) zumindest teilweise aus einem aufschäumbaren Kunststoff (30) hergestellt ist,
mit wenigsten einem aufgeschäumten Bereich (10), in dem der aufschäumbare Kunststoff (30) aufgeschäumt ist.
2. Tankversteifungselement nach Anspruch 1,
mit Verbindungsabschnitten (12, 14),
wobei die Verbindungsabschnitte (12, 14) zum Verbinden des Tankversteifungselements (2) mit einem Kraftstofftank (4) vorgesehen sind,
wobei der aufgeschäumte Bereich (10) zwischen den Verbindungsabschnitten (12, 14) angeordnet ist,
wobei die Verbindungsabschnitte (12, 14) zumindest teil¬ weise aus dem aufschäumbaren Kunststoff (30) hergestellt sind, und
wobei der aufschäumbare Kunststoff (30) des aufgeschäumten Bereichs (10) eine geringere Dichte aufweist als der auf¬ schäumbare Kunststoff (30) der Verbindungsabschnitte (12, 14).
3. Tankversteifungselement nach einem der voranstehenden Ansprüche,
wobei das Tankversteifungselement (2) aus dem aufschäumba¬ ren Kunststoff (30) besteht.
4. Tankversteifungselement nach einem der voranstehenden Ansprüche, hergestellt gemäß einem Verfahren mit den folgenden Verfahrensschritten :
a) Einspritzen des aufschäumbaren Kunststoffs (30) in eine Kavität (26) einer Spritzgussform (28), wobei der aufschäumbare Kunststoff (30) mit einem Treibmittel beladen ist;
b) lokale Vergrößerung der Kavität (26) .
5. Tankversteifungselement nach Anspruch 4, wobei vor Verfah¬ rensschritt b)
eine vollständige Füllung der Kavität (26) mit Kunststoff (30) erfolgt;
und/oder
eine Nachdruckphase zum Füllen der Kavität (26) vorgesehen ist .
6. Tankversteifungselement nach einem der Ansprüche 4 oder 5, - wobei die lokale Vergrößerung der Kavität durch eine Öff¬ nungsbewegung eines Formschiebers (36, 38) oder mehrerer Formschieber (36, 38) erfolgt.
7. Tankversteifungselement nach einem der voranstehenden Ansprüche,
wobei die Verbindungsabschnitte (12, 14) und/oder der auf¬ geschäumte Bereich (10) entlang einer Längsrichtung (L) betrachtet eine konstante Querschnittsform und/oder eine
konstante Querschnittsfläche aufweisen;
oder
wobei die Verbindungsabschnitte (12, 14) und/oder der auf¬ geschäumte Bereich (10) entlang einer Längsrichtung (L) betrachtet eine Auswölbung oder Verjüngung aufweisen.
8. Tankversteifungselement nach einem der voranstehenden Ansprüche,
wobei der aufgeschäumte Bereich (10) einen geringen E-Mo- dul aufweist, als ein an den aufgeschäumten Bereich angrenzender Bereich (12, 14), insbesondere,
- dass der E-Modul des an den aufgeschäumten Bereich angrenzenden Bereichs (12, 14) um der Faktor 1,5 oder mehr größer ist als der E-Modul des aufgeschäumten Bereichs (10) .
9. Tankversteifungselement nach einem der voranstehenden An- sprüche, wobei der aufgeschäumte Bereich spiegelsymmetrisch zu einer Mittenebene (M) angeordnet ist;
oder
wobei der aufgeschäumte Bereich mit einem Versatz zu einer Mittenebene (M) angeordnet ist.
10. Tankversteifungselement für einen Kraftstofftank,
mit Verbindungsabschnitten (42, 44) und
mit einem Entkopplungsbereich (46),
wobei die Verbindungsabschnitte (42, 44) zum Verbinden des Tankversteifungselements (40) mit dem Kraftstofftank (4) vor¬ gesehen sind,
wobei Entkopplungsbereich (46) zwischen den Verbindungsabschnitten (42, 44) angeordnet ist,
wobei die Verbindungsabschnitte (42, 44) einen ersten Kunststoff aufweisen,
wobei der Entkopplungsbereich (46) einen zweiten Kunststoff aufweist,
wobei der Entkopplungsbereich (46) durch ein Mehrkomponentenspritzgussverfahren form- und/oder stoffschlüssig mit den Verbindungsabschnitten (42, 44) verbunden worden ist.
11. Tankversteifungselement nach Anspruch 10,
wobei der erste Kunststoff einen höheren E-Modul aufweist als der zweite Kunststoff, insbesondere,
dass der E-Modul des ersten Kunststoffs einen E-Modul auf¬ weist, der um der Faktor 1,5 oder mehr größer ist als der E- Modul des zweiten Kunststoffs.
12. Tankversteifungselement nach einem der Ansprüche 10 oder 11,
wobei der erste und/oder der zweite Kunststoff aus einem Polyethylen, Polyamid, Kautschuk oder Polyoxymethylen hergestellt sind.
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