CN104254437A - 热塑性材料的挤压吹塑成型燃料箱及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热塑性材料的挤压吹塑成型燃料箱(1)，包括：在各制备操作中获得的各层的复合物的箱壁，至少一个第一层包括至少一个壳状的支撑壳(8)，以及热塑性材料的第二层与所述支撑壳(8)形成黏合；以及所述支撑壳(8)的强度高于所述第二层。所述支撑壳(8)形成燃料箱的内层，以及所述第二层形成燃料箱的外层，燃料箱中的两个支撑壳形成支撑架或支撑外壳。

Description

热塑性材料的挤压吹塑成型燃料箱及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种热塑性材料的挤压吹塑成型燃料箱，其包括在不同制备操作中获得的不同层的复合物的箱壁，至少一个第一层包括至少一个壳状的支撑壳(supporting shell)，以及热塑性材料的第二层与所述支撑壳形成黏合；以及所述支撑壳的强度高于所述第二层。

本发明还涉及一种燃料箱的制备方法，特别是上述类型的燃料箱的制备方法。

背景技术

从例如DE 10 2010 027 096 A1中可以了解到开头所述类型的燃料箱及其制备方法。这样的塑料燃料箱通常是基于HDPE的多层系统，通常包括具有碳氢化合物阻挡层(barrier layers for hydrocarbons)的多层壁结构。例如，通过将多层的预型件共挤压，并将其通过挤压吹塑成型或热压成型或类似方法再成形以形成闭合燃料箱，从而获得塑料燃料箱。通过熔接半成品的边缘而对预制构件固化成的壳状半成品进行接合，也是已知的。

DE 10 2010 027 096 A1的开头已经描述了，在塑料燃料箱中，在力或压力的持续作用下，燃料箱的尺寸稳定性是一个问题。已知聚乙烯在长期应力下有蠕变的倾向，这在某些情况下对于大的燃料箱的尺寸稳定性是有问题的。取决于燃料箱内部和周围环境之间的压差的大小，燃料箱也可能有短期变形，从燃料箱的体积恒定的角度看，这在某些情况下也是不可取的。因此，现有技术中已经描述了各种措施，特别是那些以使燃料箱的短期和长期变形保持在容许极限以内这样的方式，而使燃料箱的大面积的箱壁彼此支撑的措施。其中布置有插入件的用于通风和排风的以及也用于将燃料进给到机动车发动机中的燃料箱，通常被设计为基本无压系统，以使得体积恒定的问题、以及由材料的蠕变导致的尺寸永久性改变的问题不发挥任何明显作用。

DE 10 2010 027 096 A1中同样也已经描述了，在现代混合动力车的情况下，特别理想的是能够在相当长一段时间内将燃料箱气密封闭，这使得燃料箱的耐压性以及燃料箱在压力下的尺寸稳定性变得特别重要，特别是在混合动力车的燃料箱的情况下。这特别与以下事实有关：在混合动力车的情况下，燃料蒸汽过滤器的可行的反冲循环的持续时间和次数是受到限制的，以及燃料蒸汽过滤器基于安装空间仅能被设计为具有有限的碳氢化合物吸附容量。

因此，为了使燃料箱稳定，DE 10 2010 027 096 A1中提出了制备多壳体形式的具有纤维复合材料外层的燃料箱。已经证明该夹层结构是特别牢固、稳定以及耐压的。燃料箱具有相当坚硬并且重量轻的外层，但是内层具有一定的顺应性并且特别保证了“燃料箱”系统整体上的密封性，这是因为例如内层可被成形为具有碳氢化合物阻挡层的多层压出型材。当发生碰撞时，外层能够吸收相应的冲击荷载，因此该燃料箱也具有优势。

但是，由于外层支撑壳的应用需要该支撑壳必须在几何形状上必须完全与给定的燃料箱轮廓相适应，因此这样的燃料箱的制备方法相当复杂。在某些情况下，必须考虑到内层壳体的塑料的膨胀。在该燃料箱中，提供排风系统也相当复杂。最后，支撑壳的相对简单的几何结构需要相当大的体积损失。

发明内容

因此，本发明是基于如下目标的：在保留DE 10 2010 027 096 A1中所述的燃料箱的优点的同时，改进开头所述类型的燃料箱。

本发明的目的是通过以下热塑性材料的挤压吹塑成型燃料箱实现的：其包括在各制备操作中获得的各层的复合物的箱壁，至少一个第一层包括至少一个壳状的支撑壳，以及热塑性材料的第二层与所述支撑壳形成黏合，并所述支撑壳的强度高于所述第二层，所述燃料箱的区别特征在于：所述支撑壳形成燃料箱的内层，以及所述第二层形成燃料箱的外层。

这产生了各种优点。一方面，使支撑壳与给定的燃料箱轮廓精确匹配不再是必要的。另一方面，这样的安排也具有如下优点：使在工具中形成外层的壳体的接合变得非常地容易。最后，例如插入件，诸如通风阀和排风阀、填充液面指示器、进给单元、内部隔板等等，能够以有利的方式很容易地安装到支撑壳上。例如，这些插入件可以预装在支撑壳上的方式被提供。

燃料箱的外层可以以已知方式形成为基于HDPE的热塑性材料与EVOH阻挡层的多层共压出型材。

根据本发明的燃料箱可例如包括至少一个由至少两个支撑壳构成的支撑架或支撑外壳。也可看到这样的安排的优点是，所述支撑架或支撑外壳不一定必须是完全闭合的，这是因为所述系统的密封可以通过外层得以保证。形成所述支撑架或支撑外壳的至少一个支撑壳、优选两个支撑壳，是以材料结合或形状配合的方式分别连接到外层上的。支撑壳例如可已经熔接到外层上，但也可在附着力促进剂、例如LDPE形式的附着力促进剂的辅助下，黏合到外层上。最后，形状配合和材料结合的组合也是可行的，例如所述支撑壳可设有相应的通孔或孔，各个外壳或外层的材料能够穿过以及在该通孔或孔后方流动。

在根据本发明的燃料箱的进一步优选的变化形式中，形成支撑外壳或支撑架的至少两个支撑壳，借助于当燃料箱受到内压时缓冲至少张力的至少一个元件而彼此相连。这样的缓冲张力的元件可以是例如杆状或圆柱状的单或多部件系杆(tie bar)。例如，该系杆可以是两部件的形式，并在末端分别具有接合在支撑壳之后的基座。

在根据本发明的燃料箱的特别有利和方便的结构中，至少一个支撑壳成形为用于燃料箱的功能部件的、优选具有预装的功能部件的部件载具。可将功能部件以一种理想的“布局”布置在支撑壳上。它们可以被铆接、螺钉固定、黏合或以其他合适的方式连接到支撑壳上。这使得重新配置处于预装状态的燃料箱内部的全部构件成为可能，结果是，在最简单的情况下，完全装配的和可操作的单元，在包括互相连接的插入件的意义下，能够在被成型的同时被插入到燃料箱的形成外层的壳体中。

至少一个支撑壳可由例如纤维复合材料、优选具有热塑性或热固性基质的纤维复合材料形成。例如，此处可以使用嵌入在热塑性或热固性基质中的编织纤维垫的所谓的有机金属片。玻璃纤维、碳纤维、芳族聚酰胺纤维也被视为纤维。相对坚硬的内部支撑壳的任务是阻止和防止由其产生的HDPE箱壁的变形。优选设置在支撑壳之间的系杆缓冲进一步的变形力，这在当系统受到内压时能够具有驱动支撑壳分开的效果。

根据本发明的燃料箱的一个优选的变化形式包括两个支撑壳，其分别被一个两部件系杆在后部接合。

为了在制备过程中实现在全部表面区域和全部周边与第二外层的接合，可方便地使支撑壳适应接近于给定的燃料箱内部轮廓，该轮廓可以成形，使得在例如周边的侧壁或挡板的角落区域被切口和/或被破裂是可能的。如上文所述，至少一个支撑壳可被熔接或黏合到外层上。

如果支撑壳具有例如热塑性基质，在通过使用挤压外壳的热量制备燃料箱的时候，可以已经实现将支撑壳熔接到第二外壳上。

方便地，使至少一个支撑壳适应于燃料箱的内部轮廓。

本发明还包括一种燃料箱的制备方法，包括：在形成模具腔室的多部件工具中成型两个热塑性材料的壳状半成品；以及接合所述壳体以形成基本闭合的空心体，所述方法包括：首先将至少一个熔融的塑料预型件引入至模具腔室中，并且相对于模具使预型件至少部分地成型；然后将至少一个自支撑的坚硬的支撑壳引入至模具腔室中，将所述支撑壳与已经部分成型的预型件连接以形成燃料箱的内层；以及将由此获得的燃料箱的多层壳体在进一步的方法步骤中接合在一起。

例如，所述方法可包括：挤压管状预型件，所述管状预型件被剖开以形成网状形式的两个片状预型件，通过使用挤压的热量使所述片状预型件成型为壳体，之后所述壳体形成燃料箱的外壳或其外层。

或者，所述方法可包括：挤压网状形式的至少两个片状预型件，通过使用挤压的热量使所述片状预型件成型为壳体，之后所述壳体形成燃料箱的外层。

例如，可将支撑壳引入到打开的成型工具中，并通过使用接合压力将其熔接和/或黏合到已经至少部分成型的预型件上。在这样的方法循环中，第一，可将例如网状形式的两个预型件引入到具有中央架/部件载具/工具分模器或类似物的打开的三部件工具的模具半部之间。在第一方法步骤中，模具半部可例如相对于工具分模器偏移，所述工具分模器相对于部件腔室分别封闭预型件。之后，通过使用压差，实现预型件在吹塑成型工具的腔室中的部分成型。例如，这可通过排空各个成型腔室和/或以已知方式通过对其进行吹气来进行。之后，打开成型工具。借助于进入到成型工具的打开的半部之间的部件载具，或者借助于工业机器人(3D操纵器)，之后在其面向燃料箱内侧的那侧，将支撑壳压入到预先成型的预型件中。这可包括例如将支撑壳熔接到外壳上。已预先将支撑壳与相应提供的插入件装配在一起。为了制备燃料箱的开口和/或与排风管线(venting lines)的连接，当插入支撑壳时，可在其面向外层的那侧提供例如穿过预型件或第二壳体的螺纹接套或类似物。

在所述方法的优选的变化形式中，通过使预型件的仍然塑性的内壁变形而引入支撑壳。这具有如下优点：成品燃料箱在很大区域内具有恒定的和规定的壁厚。

如上文所述，在被引入模具腔室之前，已在给定位置或以给定的布局将支撑壳与插入件方便地装配在一起。此外，所述方法包括，在安装位置将支撑壳分别与接合在其之后的系杆装配在一起。例如，可将两个支撑壳的系杆以这样的方式设置：在形成壳体的接合期间两个支撑壳的系杆以形状配合的方式彼此相连，例如锁定在一起。

附图说明

下面在如附图所示的优选的示例性实施例的基础上进一步阐释本发明，其中：

图1示出了通过吹塑成型工具制备根据本发明的挤压吹塑成型燃料箱的截面示意图，该图示出了将预型件引入到吹塑成型工具中；

图2示出了与图1对应的图，其示出了预型件在模具中的成型；

图3示出了与图2对应的图，其示出了将支撑壳引入到模具腔室中；

图4和图5示出了支撑壳的示意图；

图6示出了根据本发明的方法的将支撑壳固定在形成燃料箱外层的壳体上的方法步骤；

图7示出了与图6对应的完成了支撑壳的安装之后的图；

图8示出了与图7对应的没有图6中所示用于安装支撑壳的操纵器的图；

图8和图9示出了接合燃料箱壳体以形成闭合燃料箱的操作；以及

图10示出了从工具中脱模的成品燃料箱。

具体实施方式

图1-3首先示出了根据本发明的燃料箱1的根据本发明的制备方法。因此，在下文中首先讨论所述方法。

以下所述的方法包括挤压热塑性材料的网状或带状形式的两个预型件2。塑料已预先在挤压机中塑化并被进给至挤压头，为了简练起见所述挤压头仅以标示的方式表示。挤压头包括两个狭缝模(slot dies)，从该狭缝模，熔融形式的压出型材形成网状形式的片状预型件2的形式。至于所述的优选的实施例，在吹塑成型工具3的打开的半部3a、3b之间直接挤压预型件2。吹塑成型工具3的半部3a、3b分别形成一个部件腔室，并限定了用于将预型件2成型为壳状半成品的模具腔室，所述壳状半成品在进一步的方法步骤中被接合以形成闭合燃料箱。预型件2一被挤压至其全部长度，吹塑成型工具3的半部3a、3b就相对于工具分模器4偏移，如图2中以标示的方式所示。工具分模器4可形成为平板或周围的密封架，其以如下这样的方式分别封闭吹塑成型工具3的半部的部件腔室：如图2所示，通过在部件腔室中使用压差能够将预型件成型为壳体5。这可通过排空部件腔室、或者通过借助于吹风销(未示出)或工具分模器4的出口(未示出)将其置于吹塑压力下来实现。

为了本申请的目的，在图1和图2中所述的方法步骤中，由于仅将壳体5成型至需要使其抵靠工具的轮廓的程度，因此仅提到了预型件2部分成型为壳体。

在进一步的方法步骤中，再次打开吹塑成型工具3的半部3a、3b。将工具分模器4从吹塑成型工具3的半部3a、3b之间的中间位置中移出，之后将部件载具6引入到吹塑成型工具的半部3a、3b之间(图3)。部件载具6可采取具有气动和/或液动装置的架或压板、或者具有相同的上述装置的芯体的形式。在当前的例子中，在部件载具6上提供气动调节装置7，其在部件载具6的两侧分别接收支撑壳8。支撑壳8分别由所谓的有机金属片、例如嵌入热塑性基质中的芳族聚酰胺纤维垫组成。支撑壳8是自支撑地坚硬的和尺寸稳定的。它们已经在单独的方法步骤中被制备。在当前的例子中，其轮廓为盒状，以及其与成品燃料箱1的给定内部轮廓大致相符。已将支撑壳与功能部件81以及在不同情况中也与柱状支撑件9预先装配在一起。

为了本申请的目的，功能部件81应当理解为机动车的燃料箱运转所需要的内部构件的意思，诸如排风阀、翻车安全阀、平衡水箱、泵和传感器。功能部件81可通过管线彼此相连。支撑壳和其上布置的彼此通过管线相连的功能部件的完整制备，可已经在如附图所示的成型和接合操作之外进行。将功能部件81以一种理想的布局安装到与燃料箱1相关的支撑壳8上。

位于分别包括插入式元件9a、9b的支撑件9的对面的支撑壳8为例如圆筒形式，并可分别装备有锁定装置(未示出)，其中所述插入式元件9a、9b被以互补和互相容纳的方式形成。此外，支撑件9可分别设有在相关的支撑壳8后接合在凹陷11的区域内的基座。支撑件9的插入式元件9a、9b穿过在支撑壳8底部的相应的开口15。

在其面向壳体5的那侧，支撑壳8可设有加固肋、通道或压型(profiling)。

气动调节装置的形式是气压缸，该气压缸分别具有用于支撑壳8的接收器12。

借助于气动调节装置，其中所述气动调节装置能够例如在吹塑成型工具3的半部3a、3b的可行调节运动和其相反运动中被缩回和伸出，支撑壳8被带入到吹塑成型工具3的腔室中，并在那里挤压仍处于熔融状态的壳体5。如果适合的话，这也可通过插入的附着力促进剂(未示出)进行。如果支撑壳8具有热塑性基质，用加热装置(未示出)将其预加热，然后使其挤压壳体5。

如图6所示，气动调节装置7设有气压缸，该气压缸使接收器12在吹塑成型工具3的半部3a、3b的打开和闭合方向上进行横向延伸运动，从而使得支撑壳8的包围挡板(surrounding skirt)13能够与壳体5的对立内壁挤压在一起。

由于支撑壳8是自支撑的坚硬结构，因此通过设在盒状轮廓的角落区域中的狭缝14，挡板13的相应的顺应性得以保证。一旦支撑壳8已经与成型到壳体5中的预型件2接合，就从吹塑成型工具3的半部3a、3b之间移除部件载具6。

在进一步的方法步骤中，将吹塑成型工具的半部3a、3b一起移动，通过壳体5的包围边缘(surrounding periphery)16的熔接，与燃料箱有关的半部分别被基本精确地作为热塑性壳体5和支撑壳8的复合体而接合在一起。一个支撑壳8的针状插入式末端9a由此刺入到另一个支撑壳上的插座状插入式元件9b中。插入式元件9a和9b锁合在一起，从而使得它们在成品燃料箱1中形成一个连接其壁的系杆。

附图标记列表

1  燃料箱

2  预型件

3  吹塑成型工具

3a、3b  吹塑成型工具的半部

4  工具分模器

5  壳体

6  部件载具

7  气动调节装置

8  支撑壳

81  功能部件

9  支撑件

9a、9b  插入式元件

10  基座

11  凹陷

12  接收器

13  挡板

14  狭缝

15  开口

16  壳体的边缘

Claims (18)

1.一种热塑性材料的挤压吹塑成型燃料箱(1)，包括：在不同制备操作中获得的不同层的复合物的箱壁，至少一个第一层包括至少一个壳状的支撑壳(8)；以及热塑性材料的第二层与所述支撑壳(8)形成黏合，并且所述支撑壳(8)的强度高于所述第二层，其特征在于：所述支撑壳(8)形成燃料箱的内层，以及所述第二层形成燃料箱的外层。

2.根据权利要求1所述的挤压吹塑成型燃料箱，其特征在于，其包括由至少两个支撑壳(8)构成的支撑架或支撑外壳。

3.根据权利要求1和2中任一项所述的挤压吹塑成型燃料箱，其特征在于，至少一个所述支撑壳(8)是以材料结合或形状配合的方式连接到燃料箱的所述外层上的。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的挤压吹塑成型燃料箱，其特征在于，形成支撑外壳或支撑架的至少两个支撑壳(8)通过当燃料箱受到内压时缓冲至少张力的至少一个元件而彼此相连。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的挤压吹塑成型燃料箱，其特征在于，至少一个支撑壳(8)成形为用于燃料箱的功能部件的、优选具有预装的功能部件的部件载具。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的挤压吹塑成型燃料箱，其特征在于，至少一个支撑壳(8)由纤维复合材料、优选具有热塑性或热固性基质的纤维复合材料形成。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的挤压吹塑成型燃料箱，其包括两个支撑壳(8)，其分别与两部件系杆在后部接合。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的挤压吹塑成型燃料箱，其特征在于，至少一个支撑壳(8)被熔接和/或黏合到所述外层上。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的挤压吹塑成型燃料箱，其特征在于，使至少一个支撑壳(8)适应于燃料箱的内部轮廓。

10.一种燃料箱的制备方法，包括：在形成模具腔室的多部件工具中成型两个热塑性材料的壳状半成品；以及接合所述壳体以形成基本闭合的空心体，所述方法包括：首先将至少一个熔融的塑料预型件引入至所述模具腔室中，并且相对于模具使预型件至少部分地成型；然后将至少一个自支撑的坚硬的支撑壳引入至所述模具腔室中，将所述支撑壳与已经至少部分成型的所述预型件连接以形成内层；以及将由此获得的燃料箱的壳体在进一步的方法步骤中接合在一起。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，挤压管状预型件，所述管状预型件被剖开以形成网状形式的两个片状预型件，通过使用挤压的热量使所述片状预型件成型为壳体。

12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，挤压网状形式的至少两个片状预型件，通过使用挤压的热量使所述片状预型件成型为壳体。

13.根据权利要求10-12中任一项所述的方法，其特征在于，将所述支撑壳引入到打开的成型工具中，并通过使用接合压力将其熔接和/或黏合到已经至少部分成型的预型件上。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，借助于部件载具将所述支撑壳引入到打开的工具中，以及通过操纵装置使所述支撑壳挤压已经至少部分成型的预型件。

15.根据权利要求10-14中任一项所述的方法，其特征在于，通过使预型件的仍然塑性的内壁变形而引入所述支撑壳。

16.根据权利要求10-15中任一项所述的方法，其特征在于，在被引入模具腔室之前，在给定位置将所述支撑壳与插入件装配在一起。

17.根据权利要求10-16中任一项所述的方法，其特征在于，在安装位置将所述支撑壳分别与接合在其之后的系杆装配在一起。

18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，在壳体的接合过程中，两个支撑壳的系杆以形状配合的方式彼此相连。