專利名稱：塑料燃料箱及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種塑料燃料箱及其制造方法。
背景技術(shù)：
已知的用于機(jī)動(dòng)車輛的塑料燃料箱形成為基于聚乙烯(HDPE)的燃料箱。這些燃料箱通常具有帶有碳?xì)浠衔镒韪魧拥亩鄬颖诮Y(jié)構(gòu)或者通過化學(xué)處理(氟化/磺化)做成防碳?xì)浠衔铩；贖DPE的塑料燃料箱的優(yōu)點(diǎn)是它們能制成空間上相對(duì)復(fù)雜的設(shè)計(jì)并且具有足夠的形狀保持性和穩(wěn)定性。這種燃料箱也是足以抵抗沖擊的，因此，在碰撞的情況下，它們能經(jīng)受相應(yīng)的碰撞力。在碰撞情況下燃料箱短期的變形一般不會(huì)導(dǎo)致輪廓上任何永久的改變。最后，已知的塑料燃料箱在內(nèi)部壓力短時(shí)間增加時(shí)還保持它們的形狀，至少使得當(dāng)壓力減小時(shí)它們回到它們最初的形狀。為了防止燃料箱在覆蓋大面積容器壁對(duì)區(qū)域中外殼形狀發(fā)生變化，在燃料箱內(nèi)部設(shè)置各種支撐元件是已知的。在相對(duì)小的塑料燃料箱的情況下，甚至設(shè)置在燃料箱中的內(nèi)部結(jié)構(gòu)(例如內(nèi)擋板、供給單元等的形式)都具有穩(wěn)定燃料箱的作用。隨著混合動(dòng)力汽車的引入，塑料燃料箱的穩(wěn)定措施變得越來越重要了。在柴油或汽油車輛中，燃料箱通常通過具有變化尺寸的燃料氣體過濾器基本無壓地連通。當(dāng)機(jī)動(dòng)車輛的內(nèi)燃機(jī)處于操作中時(shí)，燃料氣體過濾器被反沖，因?yàn)樵诎l(fā)動(dòng)機(jī)操作過程中經(jīng)由燃料氣體過濾器吸取發(fā)動(dòng)機(jī)所需的空氣。相應(yīng)地設(shè)計(jì)了燃料氣體過濾器的吸收能力。但是在現(xiàn)代混合動(dòng)力車輛的情況下，另一方面大大減少了內(nèi)燃機(jī)操作循環(huán)的數(shù)量和操作時(shí)間。因此，同樣限制了燃料氣體過濾器的可能的反沖循環(huán)的數(shù)量和持續(xù)時(shí)間。這需要對(duì)燃料氣體過濾器進(jìn)行相應(yīng)的尺寸設(shè)計(jì)，這通常由于安裝空間而收到限制。由于該原因，混合動(dòng)力車輛的燃料箱通常相對(duì)于大氣密封，使得能在燃料箱內(nèi)產(chǎn)生相對(duì)于大氣大約+400巴至-150巴的壓力波動(dòng)。希望這種相對(duì)于大氣的壓力差能盡可能地保持相對(duì)長(zhǎng)的時(shí)間。對(duì)于基于聚乙烯的燃料箱穩(wěn)定性尤其重要。這是因?yàn)榫垡蚁┚哂腥绻惺苤螇毫?或張力，其甚至?xí)谑覝叵铝鲃?dòng)的特性，因此，已知的采取燃料箱內(nèi)部支撐元件的形式的穩(wěn)定措施在所有情況下不會(huì)產(chǎn)生令人滿意的結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明是基于提供一種解決上述問題的塑料燃料箱的目的。該目的首先是通過具有多層燃料箱壁的塑料燃料箱達(dá)到的，多層燃料箱壁至少包括熱塑性材料內(nèi)層和纖維復(fù)合材料外層。這種“夾層構(gòu)造”意味著燃料箱具有相對(duì)剛性的重量輕的外層，而內(nèi)層具有一定的柔順性，尤其是確保整個(gè)燃料箱系統(tǒng)的不滲透性。根據(jù)本發(fā)明的燃料箱將高強(qiáng)度剛性結(jié)構(gòu)(同時(shí)還具有一定的脆性)的優(yōu)點(diǎn)與在一定極限內(nèi)屈服并對(duì)碳?xì)浠衔锊粷B透的殼體優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，其在碰撞的情況下，能吸收相應(yīng)的沖擊載荷。為此目的，如果內(nèi)外層在材料上不彼此粘接是有利的。在燃料箱的有利變型的情況下，這些層在材料上彼此粘接。
在根據(jù)本發(fā)明的燃料箱的一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施方式的情況下，基于HDPE的多層擠壓件作為內(nèi)層被提供。該內(nèi)層能以傳統(tǒng)方式通過擠壓工藝生產(chǎn)。燃料箱的內(nèi)層和外層有利地通過粘接劑彼此連接。外層例如可由在熱固性聚合物基體中的纖維材料構(gòu)成。原理上，熱塑性塑料也能被考慮作為基體材料。玻璃纖維/芳綸或者碳纖維，最好是連續(xù)纖維，被考慮作為纖維材料。如果將室溫固化材料(temperature-curable plastic)作為熱固性塑料是尤其有利的；這樣，內(nèi)層和外層尤其有利地能在單個(gè)生產(chǎn)過程中彼此粘接。內(nèi)層例如可包括帶有碳?xì)浠衔镒韪魧拥墓矓D壓件。尤其優(yōu)選地，內(nèi)層形成為四層共擠壓件，例如對(duì)于共擠壓件的外層粘接劑層能同時(shí)生產(chǎn)與外層粘接的材料。先前已知的多層燃料箱一般是由六層共擠壓件組成的，該層結(jié)構(gòu)從內(nèi)部到外部包括無顏色的純HDPE、粘接劑層、EVOH阻隔層、另一粘接劑層(例如基于LDPE)、回收或再研磨材料層和炭黑色HDPE的HDPE層。在根據(jù)本發(fā)明的燃料箱的情況下，燃料箱壁的兩個(gè)外層然后優(yōu)選地由纖維復(fù)合材料替代，外層的厚度能選擇成使得外層的質(zhì)量小于或等于共擠壓件的其他所需的外層的質(zhì)量。位于EVOH層上的粘接劑層在該種情形中用于產(chǎn)生與外層粘接的材料。本發(fā)明所基于的目的還通過一種用于生產(chǎn)燃料箱的方法實(shí)現(xiàn)，尤其是用于生產(chǎn)上述類型燃料箱的方法，包括在多部件工具中由熱塑性材料形成兩個(gè)殼狀半成品、形成模具腔、連接殼體以形成基本封閉的中空體，其中在殼體形成之前將纖維復(fù)合材料元件放置在工具中，所述元件被放置在由模具腔界定的輪廓上，以便于在形成殼體期間纖維復(fù)合材料與殼狀半成品形成材料粘接。在根據(jù)本發(fā)明的方法的有利變型的情況下，將未固化的熱固性材料板狀元件放置在工具中。這里元件例如能是所謂的“半固化”件(半固化纖維)，也就是說，半成品由未固化的熱固性聚合物基體中的連續(xù)纖維構(gòu)成。連續(xù)纖維可采取純單向?qū)?、織物結(jié)構(gòu)或鋪放結(jié)構(gòu)。例如，它們可作為織物板放置在工具中并且固定在那里。在根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)特別有利的變型的情況下，設(shè)置成板狀元件由經(jīng)過熱熔的殼狀半成品的接觸熱傳遞固化，熱熔的殼狀半成品在工具中形成過程中被放置成抵靠在工具中固定的板狀元件，從而將熱量傳遞到板狀元件。(熱固性)基體材料的固化特性的合適設(shè)定獲得這樣的效果，即，在冷卻過程中板狀元件本身適應(yīng)基于聚乙烯的內(nèi)層的收縮。根據(jù)本發(fā)明的方法優(yōu)選地包括管狀預(yù)成型件的擠壓，管狀預(yù)成型件被切開以形成片狀板并展開并且通過使用擠壓的熱量形成殼體。替代性地，板狀式的片狀預(yù)成型件可直接被擠壓并通過使用擠壓熱量將其形成殼體。使用擠壓的熱量表示熱量基本來自于在擠壓機(jī)中塑煉的聚合物的第一熱量。本身公知的、也能用在擠壓吹塑中的擠壓頭或共擠壓頭可用在預(yù)成型件的擠壓中。根據(jù)本發(fā)明的方法優(yōu)選地作為擠壓吹塑方法被實(shí)現(xiàn)，其中預(yù)成型件基本在吹塑工
4具中基本處于第一熱量中而形成殼體并且彼此連接或彼此熔接。纖維復(fù)合材料元件形式的板狀元件放置到吹塑工具中，以便它們包覆纖維復(fù)合材料殼體形式的成品中空體。更有利地，預(yù)成型件以多層狀態(tài)擠壓，具有至少一個(gè)碳水化合物和/或氧氣阻隔層，至少一個(gè)粘接劑層，與纖維復(fù)合材料的板狀元件接觸以便在內(nèi)層與外層之間產(chǎn)生材料粘接的粘接劑層。在根據(jù)本發(fā)明的有利變型的情況下，首先將板狀式的熱塑性材料的預(yù)成型件帶到三個(gè)部件的吹塑工具的打開部件(兩個(gè)外模具)之間，兩個(gè)外模具形成限定成品輪廓的模腔。在第一方法步驟中，將纖維復(fù)合材料的未固化或僅部分固化的元件放置在吹塑模具半體的腔室中并且固定在那里。在另一個(gè)步驟，將板狀式的基于聚乙烯的熱塑性材料的片狀預(yù)成型件帶到吹塑工具內(nèi)的打開的外模具與布置在它們之間的中央模具/中央工具之間。在進(jìn)一步的方法步驟中，吹塑模具半體閉合抵靠中央工具，熱塑性材料殼體形成為抵靠設(shè)置在腔室中的纖維復(fù)合材料的板狀元件。就在殼體形成之后，使用中央工具將燃料箱的內(nèi)部部件連接到殼體的面對(duì)模具腔室的側(cè)面上。在進(jìn)一步的方法步驟中，移除中央工具并且將吹塑模具半體彼此閉合抵靠，以便在形成夾斷焊縫的同時(shí)將殼體彼此熔接。夾斷焊縫基本產(chǎn)生在燃料箱的內(nèi)層的區(qū)域中。不必要將形成燃料箱外層的纖維復(fù)合材料的元件連接在夾斷焊縫的區(qū)域中，因?yàn)樗鼈兺ㄟ^與內(nèi)層材料的粘接而形成緊密粘接。


下面基于在附圖中示出的示例性實(shí)施方式來說明本發(fā)明，其中圖I示出了采取兩個(gè)纖維復(fù)合材料元件形式的塑料燃料箱的內(nèi)層的示意性透視圖，圖2示出了在將板狀元件引入到吹塑模具半體的腔室內(nèi)時(shí)用于生產(chǎn)根據(jù)本發(fā)明的燃料箱的吹塑工具的示意圖，圖3示出了對(duì)應(yīng)于圖2的視圖，圖示了擠壓熱塑性材料的預(yù)成型件的方法步驟，圖4示出了相應(yīng)的視圖，圖示了殼體在抵靠纖維復(fù)合材料元件的工具中形成，圖5示出了在燃料箱殼體熔接期間閉合的吹塑工具的視圖，圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的燃料箱的壁結(jié)構(gòu)的放大視圖。
具體實(shí)施例方式在附圖中(圖5)以高度示意性放大的形式示出了熱塑性材料的燃料箱I。其包括熱塑性材料的內(nèi)層2和纖維復(fù)合材料的外層3。外層3包括在熱固性的室溫固化(temperature-curable material)材料基體中的連續(xù)纖維,例如玻璃纖維或碳纖維。它(室溫固化材料)例如可以是具有室溫可激活的硬化劑的環(huán)氧樹脂。外層3完全包覆燃料箱并且在所有表面區(qū)域上與內(nèi)層形成材料粘接。內(nèi)層2是基于HDPE的四層共擠壓件，包括內(nèi)HDPE層4、基于LDPE的第一粘接劑層5、EV0H阻隔層6和第二外粘接劑層7，第二外粘接劑層7與纖維復(fù)合材料外層3形成材料粘接。根據(jù)本發(fā)明的燃料箱I在圖2中示出的總共三個(gè)部件的吹塑工具8中進(jìn)行生產(chǎn)，吹塑工具8包括兩個(gè)外模具9a，9b和中央工具10。中央工具10主要用于密封由外模具9a，9b (其用于形成殼體的目的)形成的腔室，中央工具10其次用于將插入件和纖維復(fù)合材料的元件引入到外模具9a, 9b的腔室11中。圖I示出了兩個(gè)元件12a，12b，它們已經(jīng)具有半殼體的形式并且以這種形式被帶入到完全固化狀態(tài)的外模具9a，9b的腔室11中，如圖2中表明的。本發(fā)明應(yīng)該在原理上理解為表示在元件12a，12b是基本未固定輪廓(contourless)狀態(tài)下的板或條的形式時(shí)，元件12a，12b初始地被帶到外模具9a，9b的打開的部件之間，并且通過壓差(例如通過真空)抵靠外模具9a，9b的腔室11。但是，元件12a，12b還可以被相應(yīng)的操作人員/操縱裝置放置成抵靠腔室并且固定在那里。附圖中示出的是一種變型，其中元件12a，12b已經(jīng)具有半殼體的形式，但是它們不能完全保持它們的形狀。在圖2中示出的方法步驟中，中央工具10布置在外模具9a，9b之間，在附圖的平面內(nèi)可彼此遠(yuǎn)離和彼此靠近地移動(dòng)，中央工具10能相對(duì)于外模具9a，9b的位移運(yùn)動(dòng)橫向移動(dòng)，即進(jìn)出附圖的平面。中央工具10包括構(gòu)件承載器14，構(gòu)件承載器14能制成為借助汽缸15沿外模具的方向相對(duì)于由中央工具10構(gòu)成的框架移動(dòng)進(jìn)入和移動(dòng)出來。在圖2中示出的方法步驟的情況下，構(gòu)件承載器14承載有元件12a，12b，元件12a，12b首先被帶入到外模具9a，9b中并且放置在腔室11中。例如通過真空，這些元件可以固定在那里。在進(jìn)一步的方法步驟(圖3)中，板或條形式的片狀預(yù)成型件17以懸垂的方式(即沿重力方向)從擠壓頭連續(xù)地被擠壓。如上面提到的，預(yù)成型件17形成為基于HDPE的具有EVOH阻隔層的四層共擠壓件。在進(jìn)一步的方法步驟中，外模具9a，9b閉合抵靠中央工具10，外模具9a，9b在所有情況下都將預(yù)成型件17夾緊抵靠中央工具10。吹塑工具8放置成遠(yuǎn)離擠壓頭16，以便不妨礙連續(xù)擠壓的預(yù)成型件17露出。然后，通過施加壓差(例如通過排空腔室11或通過向腔室11的內(nèi)壁吹氣)預(yù)成型件17 (圖4)被放置成抵靠元件12a，12b。如開始提到的，元件12a，12b包括熱固性材料的室溫固化基體。借助來自于熱熔(molten-hot)的預(yù)成型件17的接觸熱傳遞，在由腔室限定的輪廓中的這些元件與內(nèi)層2的熱塑性材料一起發(fā)生固化以形成半殼體18。在進(jìn)一步的方法步驟中，中央工具10能用于將內(nèi)部部件引入到仍然熱熔的半殼體中。為此，例如同樣可以使用之前提到的構(gòu)件承載器14。最后，從外模具9a，9b之間移除中央工具10，并且將它們彼此閉合抵靠，通過在周邊夾斷邊緣19的區(qū)域中熔接內(nèi)層2，半殼體開始形成最終的
燃料箱I。
附圖標(biāo)記列表
I燃料箱
2內(nèi)層
3外層
4內(nèi)HDPE層
5第一粘接劑層
6阻隔層
7外粘接劑層
8吹塑工具
9a, 9b外模具
10中央工具
11腔室元件
構(gòu)件承載器汽缸擠壓頭預(yù)成型件半殼體夾斷邊緣
權(quán)利要求
1.一種塑料燃料箱(1)，其具有多層燃料箱壁，所述多層燃料箱壁包括熱塑性材料的至少一個(gè)內(nèi)層(2 )和纖維復(fù)合材料的至少一個(gè)外層(3 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的燃料箱，其特征在于，內(nèi)層(2)和外層(3)彼此材料地結(jié)合。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的燃料箱，其特征在于，基于聚乙烯，優(yōu)選地基于HDPE的多層擠壓件作為內(nèi)層被提供。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的燃料箱，其特征在于，所述內(nèi)層(2)和所述外層(3)通過粘接劑彼此連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的燃料箱，其特征在于，所述外層(3)由熱固性聚合物基體中的纖維材料構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的燃料箱,其特征在于,優(yōu)選作為連續(xù)纖維的玻璃纖維或碳纖維作為纖維材料被提供。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的燃料箱，其特征在于，優(yōu)選地基于環(huán)氧樹脂的室溫固化材料作為熱固性塑料被提供。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的燃料箱，其特征在于，所述內(nèi)層(2)包括至少一個(gè)阻隔碳?xì)浠衔锏膶?6)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的燃料箱，其特征在于，所述內(nèi)層(2)形成為四層共擠壓件。
10.一種用于生產(chǎn)燃料箱的方法，包括在多部件的工具中由熱塑性材料形成兩個(gè)殼狀半成品；形成模具腔；和連接殼體以形成基本封閉的中空體，其中在形成殼體之前將纖維復(fù)合材料的元件放置在所述工具中或者適配在所述工具中，所述元件被放置在由模具腔界定的輪廓上，以便在形成殼體的過程中所述纖維復(fù)合材料與所述殼狀半成品優(yōu)選地形成材料粘接。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，將未固化的熱固性材料的板狀元件放置在所述工具中。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的方法，其特征在于，借助熱熔的殼狀半成品的接觸熱傳遞將所述板狀元件固化。
13.根據(jù)權(quán)利要求10-12中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，擠壓管狀預(yù)成型件，該管狀預(yù)成型件被切開以形成片狀板并被展開并且通過使用擠壓的熱量形成殼體。
14.根據(jù)權(quán)利要求10-12中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，擠壓板狀的片狀預(yù)成型件，該片狀預(yù)成型件通過利用擠壓的熱量而形成殼體。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的方法，其特征在于，以多層狀態(tài)將預(yù)成型件擠壓成具有至少一個(gè)阻隔碳?xì)浠衔锏膶雍椭辽僖粋€(gè)粘接劑層，粘接劑層與纖維復(fù)合材料的板狀元件接觸。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種塑料燃料箱，其具有多層燃料箱壁，所述多層燃料箱壁包括熱塑性材料的至少一個(gè)內(nèi)層和纖維復(fù)合材料的至少一個(gè)外層。內(nèi)層和外層通過材料粘接劑而彼此連接。
文檔編號(hào)B29C49/04GK102958731SQ201180028420
公開日2013年3月6日 申請(qǐng)日期2011年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月13日
發(fā)明者U·卡爾施 申請(qǐng)人:考特克斯·特克斯羅恩有限公司及兩合公司