专利名称：热塑性材料制成的燃料箱的制作方法
技术领域：
本发明涉及由热塑性材料制成的燃料箱。
背景技术：
已知用于机动车辆的塑料燃料箱被形成为基于聚乙烯(HDPE)的燃料箱。这些燃料箱通常具有带有碳氢化合物阻隔层的多层壁结构。塑料燃料箱相对于金属燃料箱具有如下优点，塑料燃料箱能以空间上较复杂的设计来制造且具有足够的形状保持性和稳定性。塑料箱经受标准化的坠落测试，在坠落测试中被填满的燃料箱在较低的环境温度下从几米的高度落下。在碰撞的情况下或在这种坠落测试的情况下燃料箱的短期变形一般都不导致燃料箱的轮廓的任何永久改变。即使当内部压力在短时间内增大时，由塑料制成的燃料箱在最大范围内保持它们的形状，至少是以便在压力降低时恢复它们原来的形状。被设计为至少主要是在具有内燃机的机动车辆中使用的燃料箱通常借助活性炭过滤器通过排气系统连接到环境，以便燃料箱在机动车辆的所有运行状态中是无压的。在机动车辆不仅能通过内燃机而且能通过电池供电的电机来驱动情况下，燃料箱的无压工作是不可能的，因为机动车辆的内燃机没有工作较长的时间。机动车辆的内燃机处于工作中的同时，燃料气过滤器(燃料箱借助其与环境连通)经常被反冲，因为发动机的工作阶段期间发动机所需的空气借助燃料气过滤器被吸入。燃料气过滤器的吸附能力被相应地设计。另一方面，在现代混合动力车的情况下，工作循环的次数和内燃机的运行时间被大大减小。所以，燃料气过滤器的可能的反冲循环的次数和持续时间同样受到限制。这要求燃料气过滤器具有相应的尺寸(由于安装空间通常受到限制)。出于该原因，混合动力车的燃料箱通常相对于大气密封，以便能在燃料箱中发生相对于大气约为+400mbar至-150mbar的压力波动。希望相对于大气的该压力差能被维持尽可能较长的时间。为此，基于聚乙烯的燃料箱的稳定性具有特殊的重要性。聚乙烯所具有的特征在于，如果受到持续的压力和/或张力，其甚至在室温下流动，因而燃料箱的相应地稳定的/厚壁的设计一定考虑到了这一点。在现有技术中，存在已知的燃料箱，其中支撑元件被插入燃料箱中，以便它们共同地支撑燃料箱的大面积的箱壁区域(宽度侧)并将它们相对于彼此固定。这种支撑措施是较不希望的，特别因为这伴随着燃料箱的容积的减小。此外，这种加强/支撑元件不能以任何期望的方式设置在燃料箱内侧，因为在一些情况下，它们可能与必须的内部部件碰撞，例如稳压罐、液位传感器、吸油喷射泵、充气和排气阀或充气和排气管路。而且，大体已知的措施是通过在任何情况下都必须设置在其中的功能性内部部件(例如稳压罐或挡环)来加强燃料箱。经验表明这种稳定措施在任何情况下都没有达到令人满意的效果，特别是因为它们对塑料的蠕变倾向不起作用。此外，整个系统的加强在偶然性的碰撞负载方面是较不令人满意的。US5020687公开了具有模制在燃料箱壁内的结构性插入件的挤出吹塑燃料箱，其目的在于改进燃料箱的刚度和耐火性。刚度的改进希望以有助于减小壁厚和降低重量的方式实现。所使用的多孔结构被期望形成与燃料箱的材料结合和/或互锁连接，并以不插入(插入的方式是突出或伸出的方式)燃料箱壁的方式一体地形成在燃料箱壁中。除了加强结构主要用于防火的事实之外，其只适度地有助于增加燃料箱的内部压力抗力。
发明内容
因此，本发明基于提供由热塑性材料制成的、通过较简单的措施来有效地稳定地抵抗增大的内部压力的燃料箱的目的。该目的通过由热塑性材料制成的具有至少一个板状加强元件的燃料箱而实现，其中板状加强元件被连接至燃料箱壁，并由相比于燃料箱的基材具有更高的弹性模量的材料制成，并且利用在燃料箱外侧上的互锁接合而被连接至燃料箱。加强兀件由纤维复合材料、金属网或孔板构成。这意味着相比于与燃料箱壁完全一体的壁加强纤维或其他加强层，在稳定性方面获得了明显的增加。根据燃料箱中的预期的张力和/或弯曲应力，可提供一个或多个加强元件。在根据本发明的燃料箱的优选变型的情况下，加强元件具有至少一个通孔，该通孔被燃料箱壁的基材穿过且优选在后面被接合。如果根据本发明的燃料箱通过挤出吹塑或类似的方法制成，那么加强元件可在预制件被引入模具之前已经放置在模具的腔中，因此，当预制件被引入时形成燃料箱壁的热熔聚合物穿过加强元件的通孔或多个通孔。加强元件有利地具有多个通孔，通孔被燃料箱壁的基材穿过，以便将加强元件固定到燃料箱壁的各固定位置以铆接连接的方式形成。同时，加强元件可通过使用相容的材料或通过使用粘接剂额外地进行与燃料箱壁的材料结合。应考虑到，纤维复合材料例如是具有例如连续玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、热固性纤维或天然纤维的所谓的预浸纤维板。“预浸件”(预浸纤维)一般是半成品，该半成品由未固化的热固性聚合体基体中的连续纤维构成。连续纤维可采取纯单向性的层、编织结构或绞织(laid)结构的形式。例如，这种预浸件可作为编织结构被放置在工具中且固定在那里。然后，当热熔的预制件被引入工具中时，这些预浸件以合适的方式与预制件的基材结
口 ο例如，加强元件可由在热固性聚合物基体中的纤维材料构成。但是，加强元件也可由在热塑性聚合物基体中的纤维材料构成。热固化的塑料特别优选地用作热固性塑料，优选基于环氧树脂的塑料。如果根据本发明的塑料燃料箱通过挤出吹塑制成，那么优选使用具有热固化的热固性塑料的基体的预浸件，以便被放置在模具中的加强元件与热熔的预制件接触而固化，固化所需的热量通过从预制件传递的接触热量而被引入加强元件。替代性地，展开的金属网可作为加强元件被设置。在这种情况下，例如加强元件可能通过磁性保持件或相应地形成的延伸部已经被固定在工具中。可使用这种展开的金属网(其具有定向性不同的拉伸强度/抗压强度/弯曲强度)，以便加强元件或多个加强元件的合适的取向能根据燃料箱壁的可能的负载来设置。加强元件可替代性地形成为多孔板，其能用于被设置成穿过多孔板的一个或多个或全部孔的、相对于燃料箱壁的互锁连接。在根据本发明的燃料箱的有利的、优选的实施例的情况下，多个板状加强元件被设置在燃料箱外壁上、处于燃料箱壁中的可能有拉伸应力和/或弯曲应力的区域中。在根据本发明的燃料箱的优选的变型的情况下，加强元件没有被完全地包含在燃料箱壁的基材中，所以至少在一定区域中，加强元件增加了燃料箱的稳定区域中的燃料箱
壁的厚度。
基于在附图中示出的示例性实施例在下面说明本发明，在附图中图1示出(穿过吹塑工具、放置在吹塑工具中的加强元件和被引入吹塑工具的预制件的一部分的)示意性截面图，其就像刚好在将预制件的燃料箱壁连接至加强元件之前的分解视图，以及图2示出对应于具有被至少部分地模制的燃料箱的图1的视图，其中加强元件被连接至仍在该工具中的燃料箱壁。
具体实施例方式出于简化的原因，根据本发明的燃料箱没有在附图中示出。成品燃料箱由热塑性材料形成为一体件且优选通过挤出吹塑获得。例如，可通过挤出管状的、多层的预制件(该预制件在沿直径相对的位置被分成两个板状半成品)或由两个挤出的板状预制件(其采取板/条的形式)获得根据本发明的燃料箱，板状预制件在多部件式(优选三部件式)吹塑工具中借助挤出物的第一热量模制成闭合的中空体。在由热塑性材料生产燃料箱的过程中，燃料箱的所需的功能性内部部件可在模制燃料箱期间一体地形成在其中。燃料箱可由基于HDPE的热塑性材料的总共有六层(其中有至少一层碳氢化合物阻隔层)的共挤出物制成。出于本发明的目的，压力容器应被理解为表示能相对于大气被紧密地密封且被设计为在较长的时间段相对于大气压力内部气压为+400mbar至_150mbar的压力波动的燃料箱。例如，通过将作为预制件的采取板的形式的两个板状挤出物引入具有两个外部模具和中心模具的三部件式的吹塑工具中来进行生产，外部模具形成吹塑工具的使成品成形的组件。根据本发明的燃料箱包括一个或多个加强元件1，加强元件I在所描述的示例性实施例的情况下形成具有通孔2的板状多孔板。加强元件I在由于燃料箱中的压差而可能在材料中发生材料应力增大的所有位置处设置在成品燃料箱的箱壁的外侧上。在所提供的示例性实施例的情况下，示出的加强元件形成为有孔的铝板。其包括了在通孔2之间的多个材料板的区域中的凸部3之间的多个区域，凸部3能插入工具5中相应地形成的凹部4内。工具5中的凹部4用作加强元件I的定位辅助。在凹部4的替代方案中，能提供例如磁体或其他类似的附连元件(其与加强元件I的相应的磁性区域相互作用，以用于将加强元件固定的目的)。但是，也可例如借助真空进行加强元件I的固定。加强元件I中的通孔2以漏斗形的方式分别在两侧被增宽，以便使形成燃料箱的基材的、热熔的聚合物更容易地穿过，从而有助于热熔的聚合物穿过通孔2且在互锁固定的意义上实现流到加强元件I的后面。在加强元件I的较大面积的情况下，通孔2 (例如在图1和2中所示出的)可只设置在加强元件I的边缘区域或角部区域中。如在附图中所暗示的，首先，加强元件I被放置在工具5中。随后，热熔的预制件6被引入工具5并通过工具5内的压力差被模制成抵靠放置在工具5中的加强元件。因而预制件的热的塑料材料穿过并接合在加强元件中的通孔2的后面，以便部分地流到加强元件I后面。在预制件6的塑料固化的过程中，形成与加强元件I的互锁接合，该互锁接合以铆接连接的方式形成在通孔2的区域中。附图标记列表I 加强元件2 通孔3 凸部4 凹部5 工具6 预制件
权利要求
1.一种热塑性材料制成的燃料箱，其具有连接至燃料箱壁的至少一个板状加强元件1，所述至少一个板状加强元件由相比于燃料箱的基材具有更高弹性模量的材料构成并且在燃料箱的外侧上利用互锁接合连接至燃料箱，加强元件(I)由纤维复合材料、金属网、多孔板或它们的组合而构成。
2.根据权利要求1所述的燃料箱，其特征在于，加强元件(I)具有至少一个通孔(2)，燃料箱壁的基材穿过所述至少一个通孔并优选在后面接合。
3.根据权利要求1或2所述的燃料箱，其特征在于，加强元件(I)包括在热固性聚合物基体中的纤维材料。
4.根据权利要求3所述的燃料箱，其特征在于，优选基于环氧树脂的热固化塑料被提供作为热固性塑料。
5.根据权利要求1或2所述的燃料箱，其特征在于，加强元件(I)包括热塑性聚合物基体中的纤维材料。
6.根据权利要求1或2所述的燃料箱，其特征在于，展开的金属网被提供作为加强元件(I)。
7.根据权利要求1一 6中任一项所述的燃料箱，其特征在于，多个板状加强元件(I)设置在燃料箱外壁上、处于燃料箱壁中可能有拉伸应力和/或弯曲应力的区域中。
8.根据权利要求1一 7中任一项所述的燃料箱，其特征在于，加强元件(I)没有被燃料箱外壁的基材完全 包围。
全文摘要
本发明涉及由热塑性材料制成的燃料箱，该燃料箱具有连接至燃料箱壁的至少一个板状加强元件(1)，所述至少一个板状加强元件由相比于燃料箱的基材具有更高的弹性模量的材料构成并且在其外侧上利用互锁接合被连接至燃料箱，加强元件(1)没有被燃料箱外壁的基材完全包围。
文档编号B60K15/03GK103079863SQ201180042992
公开日2013年5月1日 申请日期2011年8月29日 优先权日2010年9月7日
发明者R·黑尔米希, U·卡尔施, H·莱曼 申请人:考特克斯·特克斯罗恩有限公司及两合公司