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DE102013004929B4 - Betriebsflüssigkeitsbehälter - Google Patents

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DE102013004929B4
DE102013004929B4 DE102013004929.6A DE102013004929A DE102013004929B4 DE 102013004929 B4 DE102013004929 B4 DE 102013004929B4 DE 102013004929 A DE102013004929 A DE 102013004929A DE 102013004929 B4 DE102013004929 B4 DE 102013004929B4
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Abstract

Betriebsflüssigkeitsbehälter (1) für ein Kraftfahrzeug,- umfassend einen Behälterkörper,- der aus wenigstens zwei zueinander komplementären spritzgegossenen Schalen (2, 2a, 2b) aus thermoplastischem Kunststoff zusammengesetzt ist,- die umlaufend miteinander zu einem im Wesentlichen geschlossenen Hohlkörper verschweißt sind,- wobei wenigstens eine Schale (2a, 2b) mehrere flächige Teilbereiche aus thermoplastischen Kunststoffen unterschiedlicher Festigkeit aufweist,- wobei wenigstens ein Teilbereich (9, 10) aus einem thermoplastischen Kunststoff ausgebildet ist und eine Faserfüllung aufweist und ein weiterer Teilbereich aus einem thermoplastischen Kunststoff ausgebildet ist, der keine Faserfüllung aufweist,dadurch gekennzeichnet, dass- die Schale (2a, 2b) durch ein Co-Injektionsverfahren beim Spritzgießen derart erhalten wurde, dass in einen ersten, nicht fasergefüllten thermoplastischen Kunststoff bereichsweise ein zweiter, fasergefüllter thermoplastischer Kunststoff eingespritzt worden ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Betriebsflüssigkeitsbehälter für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen Behälterkörper, der aus wenigstens zwei zueinander komplementären spritzgegossenen Schalen aus thermoplastischem Kunststoff zusammengesetzt ist, die umlaufend miteinander zu einem im Wesentlichen geschlossenen Hohlkörper verschweißt sind.
  • Ein solcher spritzgegossener Behälter ist beispielsweise aus der DE 199 09 041 A1 bekannt. Ein spritzgegossener Behälter, der aus zwei Behälterhälften zusammengesetzt ist, wobei die Behälterhälften jeweils im Spritzgussverfahren hergestellt wurden, ist aus der EP 0 775 606 A2 bekannt. Schließlich ist ein aus spritzgegossenen Halbschalen zusammengesetzter Behälter aus der US 5,398,839 A bekannt. Diese Druckschrift beschreibt einen spritzgegossenen Kraftstoffbehälter, der aus zwei mehrlagigen Halbschalen zusammengefügt ist, wobei diese Halbschalen jeweils aus einer Innenschale und einer Außenschale aus spritzgegossenem Kunststoff zusammengesetzt sind.
  • Betriebsflüssigkeitsbehälter im Sinne der vorliegenden Erfindung sind instationäre Behälter für Kraftfahrzeuge wie beispielsweise Wischwasserbehälter, Ölbehälter, Kühlflüssigkeitsbehälter für Klimaanlagen, Behälter zur Aufnahme von flüssigen Additiven für die katalytische Abgasreduktion oder auch Kraftstoffbehälter für die Aufnahme von Diesel- oder Ottokraftstoffen.
  • Alle vorgenannten Behälter müssen als in einem Kraftfahrzeug verbaute Behälter besonderen Sicherheitsanforderungen im Hinblick auf die Behälterstabilität sowie im Hinblick auf die Dichtigkeit der Systeme entsprechen. Stabilität und Dichtigkeit bedingen einander in gewissen Grenzen.
  • So müssen beispielsweise alle vorgenannten Behälter in der Lage sein, zerstörungsfrei aufprallbedingte Verformungskräfte aufnehmen zu können. Dies gilt insbesondere für Kraftstoffbehälter, da im Crashfall jedenfalls verhindert werden muss, dass Kraftstoff ungehindert an die Umgebung abgegeben wird. Auch Ölbehälter und andere Nebenflüssigkeitsbehälter wie beispielsweise auch Behälter zur Aufnahme von Kühlflüssigkeit für Klimaanlagen sollten gewissen Verformungskräften beim Aufprall standhalten können, damit auch hier verhindert wird, dass gegebenenfalls umweltgefährdende Substanzen frei gesetzt werden. Behälter, die wässrige Flüssigkeiten beinhalten, sollten darüber hinaus einem gewissen Eisdruck standhalten können. Dies gilt insbesondere für Additivbehälter sowie für Behälter zur Aufnahme von Scheibenreinigungsflüssigkeit.
  • Schließlich ist es wünschenswert, solche Behälter, insbesondere Kraftstoffbehälter, so auszubilden, dass sie gefüllt nicht ausbeulen oder durchsacken, beispielsweise bei höheren Umgebungstemperaturen.
  • Als Maßnahme zur Strukturversteifung von Behälterkörpern ist bekannt, im Inneren des Behälters Stützen, Zuganker oder dergleichen vorzusehen. Ebenfalls ist es bekannt, Behälterschalen durch Extrusionsblasformen oder Tiefziehen aus einem Verbundwerkstoff herzustellen, der bei erhöhter Festigkeit gleichzeitig ein verhältnismäßig geringes Gewicht aufweist.
  • Die Herstellung solcher Behälterschalen aus Verbundwerkstoffen ist verhältnismäßig einfach und erfolgt in der Regel mehrstufig. Hierzu ist es beispielsweise beim Extrusionsblasformen bekannt, sogenannte Prepregs in das Werkzeug einzulegen und gegen diese einen oder mehrere Vorformlinge aus thermoplastischem Kunststoff auszuformen.
  • Diese Maßnahmen dienen insbesondere zur großflächigen Versteifung des Behälterkörpers, wohingegen Stützen und Zuganker innerhalb des Behälters bestimmte kritische Bereiche des Behälters mit verhältnismäßig geringerem Materialeinsatz verstärken. Solche Maßnahmen sind allerdings mit dem Nachteil behaftet, dass sie zu Lasten des Innenvolumens des Behälters gehen.
  • Aus der US 2004/0096611 A1 ist ein Herstellungsverfahren zur Herstellung von Behältern mit mehrschichtigem Aufbau bekannt.
  • Das Verfahren umfasst die Herstellung eines Kraftstoffbehälters aus mehreren Schalen, die jeweils als mehrschichtige Laminate aus unterschiedlichen Kunststoffen aufgebaut sind. Eine oder mehrere der Schichten kann faserverstärkt sein, insbesondere mit Fasern, die eine Länge aufweisen, welche zum Spritzgießen nicht geeignet ist.
  • Aus der US 2004/0224177 A1 ist ein ähnliches Press-/Tiefziehverfahren bekannt, bei dem beispielsweise ein erstes Kunststoffmaterial auf einen Oberflächenfilm aufgebracht wird, wobei das erste Material einen feinverteilten und dispergierten Füllstoff aufweist. Auf dieses Material wird ein zweites mit langen Glasfasern oder Kohlefasern verstärktes Material aufgebracht. Auf dieses Material wird wiederum ein Deckmaterial aufgebracht.
  • Die Materialien werden gemeinsam in einer Art Tiefziehwerkzeug zu einer Schale eines Behälters umgeformt.
  • Aus der DE 10 2011 113 845 A1 ist ein Kraftstoffbehälter aus Kunststoff mit einem geschlossenen Behälterkörper aus Kunststoff bekannt, der mit einer Hülle aus einem mehrlagigen Verbundwerkstoff umschlossen ist.
  • Aus der US 2010/0212806 A1 ist ein Verfahren zur Befestigung eines Einbauteils in einem Kraftstoffbehälter aus thermoplastischem Kunststoff während der Ausformung des Behälters bekannt.
  • Aus der WO 2007/045466 A1 ist ein Kraftstoffbehälter für Kraftfahrzeuge bekannt, der einen mehrschichtigen Wandaufbau aufweist, welcher Wandaufbau eine Zwischenschicht aus einem Faserverbundmaterial umfasst. Die Zwischenschicht umfasst mehrere Lagen aus sogenannten Prepregs (pre-impregnated fibers), die zu einem Schichtenverbund überlagert sind.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Betriebsflüssigkeitsbehälter der eingangs genannten Art bereit zu stellen, der mit verhältnismäßig einfachen Mitteln und geringem Aufwand erhöhten Festigkeitsanforderungen entspricht.
  • Die Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Nach einem Gesichtspunkt der Erfindung ist ein Betriebsflüssigkeitsbehälter für ein Kraftfahrzeug vorgesehen, umfassend einen Behälterkörper, der aus wenigstens zwei zueinander komplementären spritzgegossenen Schalen aus thermoplastischem Kunststoff zusammengesetzt ist, die umlaufend miteinander zu einem im Wesentlichen geschlossenen Hohlkörper verschweißt sind, wobei in den Behälterkörper wenigstens bereichsweise ein faserverstärkter thermoplastischer Kunststoff eingespritzt ist. Auf diese Art und Weise ergeben sich faserverstärkte Bereiche und nicht faserverstärkte Bereiche, so dass der Behälter gezielt in Bereichen verstärkt werden kann, die für das Deformationsverhalten des Behälters besonders kritisch sind. Beispielsweise ist es hierbei möglich, den Behälter in Ecken oder solchen Wandabschnitten oder Wandbereichen zu verstärken, die großflächig sind und damit beispielsweise in Gewichtskraftrichtung des Behälters bei befülltem Behälter zum Durchhängen neigen.
  • Nach einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung ist ein Betriebsflüssigkeitsbehälter für ein Kraftfahrzeug vorgesehen, der einen Behälterkörper umfasst, der aus wenigstens zwei zueinander komplementären spritzgegossenen Schalen aus thermoplastischem Kunststoff zusammengesetzt ist, die umlaufend miteinander zu einem im Wesentlichen geschlossenen Hohlkörper verschweißt sind, wobei wenigstens eine Schale wenigstens bereichsweise aus thermoplastischen Kunststoffen unterschiedlicher Festigkeit ausgebildet ist, wobei wenigstens ein Teilbereich aus einem thermoplastischen Kunststoff besteht, der eine Faserfüllung aufweist, wobei die Schalen durch ein Co-Injektionsverfahren beim Spritzgießen erhalten wurden.
  • Die Faserfüllung kann beispielsweise ausgewählt sein aus einer Gruppe umfassend Glasfasern, Kohlefasern, Aramidfasern oder Polyamidfasern.
  • Vorzugsweise sind die Fasern in eine Matrix aus Polyethylen, vorzugsweise aus HDPE, eingebettet.
  • Der betreffende thermoplastische Kunststoff mit Faserfüllung kann beispielsweise eine Füllung von 25 bis 45 Gew.-% Glasfasern umfassen, wobei die Fasern eine Länge zwischen 0,5 mm und 12 mm und einen Durchmesser von zwischen 9 und 14 µm aufweisen können.
  • Die Schalen können sowohl einschichtig als auch mehrschichtig ausgebildet sein.
  • Beispielsweise kann wenigstens eine Schale wenigstens eine äußere Schicht aus einem ersten thermoplastischen Kunststoff und wenigstens eine innere Schicht aus einem zweiten thermoplastischen Kunststoff aufweisen, wobei der erste und der zweite thermoplastische Kunststoff verschiedene physikalische Eigenschaften aufweisen und/oder strukturell verschieden sind. Eine solche Anordnung von Schichten lässt sich ebenfalls durch Co-Injektion beim Spitzgießen erzielen. Gegebenenfalls kann eine der beiden Schichten eine Barriereschicht für Kohlenwasserstoffe sein, wenn der Behälter beispielsweise als Kraftstoffbehälter Anwendung finden soll. In diesem Fall wäre ein dreischichtiger Wandaufbau günstig, wobei eine erste äußere Schicht und eine zweite innere Schicht eine Zwischenschicht zwischen sich einschließen können, die beispielsweise aus EVOH oder einem anderen Barrierematerial bestehen kann.
  • Im Falle einer mehrschichtigen Ausbildung wenigstens einer Schale kann beispielsweise eine innere und/oder eine äußere Schicht wenigstens einer Schale vollständig mit Fasern gefüllt sein.
  • Bei einer besonders günstigen Variante des Betriebsflüssigkeitsbehälters gemäß der Erfindung weist wenigstens eine Schale wenigstens eine einstückig angeformte Haltelasche oder Halteleiste aus einem faserverstärkten Kunststoff auf. Diese Haltelasche oder Halteleiste ist vorzugsweise einstückig angespritzt und dient zur Befestigung des Betriebsflüssigkeitsbehälters an der Karosserie eines Kraftfahrzeuges. Die Verwendung faserverstärkter Materialien zur Ausbildung der Haltelaschen oder Halteleisten hat den Vorzug, dass gegebenenfalls metallene Halteelemente oder Spannbänder zur Befestigung des Betriebsflüssigkeitsbehälters nicht erforderlich sind.
  • Bei einer vorteilhaften Variante des Betriebsflüssigkeitsbehälters gemäß der Erfindung kann vorgesehen sein, dass eine einen Behälterboden bildende Schale bereichsweise mit einem Faserfüllstoff verstärkt ist.
  • Bei einer Variante des Betriebsflüssigkeitsbehälters gemäß der Erfindung kann vorgesehen sein, dass wenigstens eine Schale einen thermoplastischen Kunststoff mit einem Faserfüllstoff umfasst, der innerhalb eines nicht gefüllten thermoplastischen Kunststoffs in Form eines oder mehrerer Bänder verläuft. Solche Bänder können in das Grundmaterial eingespritzt sein und beispielsweise auch in Mustern und/oder gekreuzt innerhalb des einen Grundwerkstoff bildenden nicht gefüllten Kunststoffs verlaufen.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigen:
    • 1: eine geschnittene Explosionsansicht eines
    • Betriebsflüssigkeitsbehälters gemäß der Erfindung,
    • 2: eine Darstellung eines Betriebsflüssigkeitsbehälters gemäß der Erfindung mit außen angeformten Befestigungsmitteln,
    • 3: eine Draufsicht auf eine bereichsweise mit Faserfüllstoff verstärkte Schale des Betriebsflüssigkeitsbehälters nach einer ersten Variante und
    • 4:: eine Draufsicht auf eine bereichsweise mit Faserfüllstoff verstärkte Schale des Betriebsflüssigkeitsbehälters gemäß einer weiteren Variante.
  • Der Betriebsflüssigkeitsbehälter 1 gemäß der Erfindung ist im Wesentlichen aus zwei spritzgegossenen Schalen 2a, 2b zusammengesetzt, wobei die Schale 2a eine Oberschale und die Schale 2b eine Unterschale des Betriebsflüssigkeitsbehälters 1 bildet. Die Schalen bilden jeweils einen randseitig umlaufenden Flansch 3a, 3b, an dem die Schalen 2 zu dem geschlossenen Betriebsflüssigkeitsbehälter miteinander verschweißt sind. Jede der Schalen 2 wurde durch Co-Injektionsspritzguss erhalten, wobei sowohl die Oberschale als auch die Unterschalle bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel gemäß 1 jeweils einstückig angeformte Strukturen, beispielsweise in Form von Trennwandelementen 4a, 4b aufweisen.
  • Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Schalen 2 jeweils zweischichtig ausgebildet, diese umfassen eine innere Schicht 5 sowie eine äußere Schicht 6. Diese Schichten sind aus unterschiedlichen thermoplastischen Kunststoffen ausgebildet, die eine unterschiedliche Festigkeit und/oder eine unterschiedliche molekulare Struktur aufweisen. Die Mehrschichtigkeit der Schalen wurde durch Co-Injektionsspritzgießen unterschiedlicher Kunststoffe erhalten.
  • Grundsätzlich können die Schalen 2 des Betriebsflüssigkeitsbehälters gemäß der Erfindung einschichtig ausgebildet sein, ohne von dem Grundgedanken abzuweichen, dass wenigstens eine der Schalen aus zwei verschiedenen Kunststoffen unterschiedlicher Festigkeit ausgebildet ist.
  • Grundsätzlich ist es auch im Sinne der Erfindung, eine oder beide Schalen 2 des Betriebsflüssigkeitsbehälters 1 jeweils mehrschichtig auszubilden, wobei wenigstens eine der Schalen 2 mehrere flächige Bereiche aus verschiedenen thermoplastischen Kunststoffen aufweist.
  • Verschiedene thermoplastische Kunststoffe im Sinne der Erfindung sind auch solche, die einerseits gefüllt und andererseits nicht gefüllt sind, die allerdings einen gleichen Matrixwerkstoff/Matrixkunststoff umfassen.
  • Als thermoplastische Kunststoffe kommen beispielsweise Polyethylen, Polypropylene, Polyamide, ABS, PTFE, Polycarbonat, POM oder dergleichen in Betracht.
  • Wie vorstehend bereits erwähnt, ist zur Strukturverstärkung des Betriebsflüssigkeitsbehälters 1 gemäß der Erfindung wenigstens eine Schale 2 wenigstens bereichsweise mit einer Faserfüllung beispielsweise in Form von Kohlefasern, Glasfasern, Aramidfasern, Polyamidfasern oder dergleichen versehen. Die Glasfasern können eine Länge von 0,5 mm bis 12 mm und einen Durchmesser von 9 bis 14 µm aufweisen.
  • Bei einer Variante des Betriebsflüssigkeitsbehälters 1 gemäß der Erfindung, die in 2 dargestellt ist, besitzen beide Schalen einen dreischichtigen Aufbau, wobei eine innere Schicht aus einem thermoplastischen Kunststoff mit einem wärmeleitfähigen Füllstoff, eine Zwischenschicht 7 aus einem geschäumten thermoplastischen Kunststoff und eine äußere Schicht aus einem thermoplastischen Kunststoff auf der Basis von HDPE besteht. An die äußere Schicht 6 der Oberschale 2a sind Befestigungslaschen 8 einstückig angespritzt. Befestigungslaschen 8 bestehen ebenfalls aus einem thermoplastischen Kunststoff auf der Basis von HDPE, der mit einer Faserfüllung in Form von Glasfasern versehen ist, die die Festigkeit der Befestigungslaschen 8 signifikant erhöhen.
  • Bei der in 3 dargestellten Variante des Betriebsflüssigkeitsbehälters 1 ist eine Schale 2 auf der Basis von HDPE aus zwei verschiedenen Kunststoffen ausgebildet, wobei in einem ersten thermoplastischen Kunststoff bereichsweise ein zweiter fasergefüllter thermoplastischer Kunststoff eingespritzt wurde. Die strukturverstärkten flächigen Bereiche 9 sind in der 3 schraffiert dargestellt. Diese sind beispielsweise in den Eckbereichen 10 und etwa im Flächenzentrum der Schale 2 vorgesehen.
  • Eine weitere Variante des Betriebsflüssigkeitsbehälters 1 gemäß der Erfindung ist in 4 dargestellt, die ebenfalls eine Draufsicht auf eine Schale 2 des Betriebsflüssigkeitsbehälters darstellt. Diese Schale 2 besteht ebenfalls aus zwei verschiedenen thermoplastischen Kunststoffen, einem nicht gefüllten thermoplastischen Kunststoff und einem fasergefüllten thermoplastischen Kunststoff, wobei letzterer in Form von sich kreuzenden Bändern 11 in den ersten thermoplastischen Kunststoff der Schale, der den Grundwerkstoff bildet, eingespritzt sind.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Betriebsflüssigkeitsbehälter
    2a
    Oberschale
    2b
    Unterschale
    3a, 3b
    Flansch
    4a, 4b
    Trennwandelemente
    5
    innere Schicht
    6
    äußere Schicht
    7
    Zwischenschicht
    8
    Befestigungslaschen
    9
    flächige Bereiche
    10
    Eckbereiche
    11
    Bänder

Claims (9)

  1. Betriebsflüssigkeitsbehälter (1) für ein Kraftfahrzeug, - umfassend einen Behälterkörper, - der aus wenigstens zwei zueinander komplementären spritzgegossenen Schalen (2, 2a, 2b) aus thermoplastischem Kunststoff zusammengesetzt ist, - die umlaufend miteinander zu einem im Wesentlichen geschlossenen Hohlkörper verschweißt sind, - wobei wenigstens eine Schale (2a, 2b) mehrere flächige Teilbereiche aus thermoplastischen Kunststoffen unterschiedlicher Festigkeit aufweist, - wobei wenigstens ein Teilbereich (9, 10) aus einem thermoplastischen Kunststoff ausgebildet ist und eine Faserfüllung aufweist und ein weiterer Teilbereich aus einem thermoplastischen Kunststoff ausgebildet ist, der keine Faserfüllung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass - die Schale (2a, 2b) durch ein Co-Injektionsverfahren beim Spritzgießen derart erhalten wurde, dass in einen ersten, nicht fasergefüllten thermoplastischen Kunststoff bereichsweise ein zweiter, fasergefüllter thermoplastischer Kunststoff eingespritzt worden ist.
  2. Betriebsflüssigkeitsbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserfüllung ausgewählt ist aus einer Gruppe umfassend Glasfasern, Kohlefasern, Aramidfasern oder Polyamidfasern.
  3. Betriebsflüssigkeitsbehälter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern in einer Matrix aus Polyethylen, vorzugsweise HDPE, eingebettet sind.
  4. Betriebsflüssigkeitsbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Schale (2a, 2b) einen mehrschichtigen Wandaufbau aufweist.
  5. Betriebsflüssigkeitsbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Schale (2a, 2b) wenigstens eine äußere Schicht (6) aus einem ersten thermoplastischen Kunststoff und wenigstens eine innere Schicht (5) aus einem zweiten thermoplastischen Kunststoff aufweist, wobei der erste und der zweite thermoplastische Kunststoff verschiedene physikalische Eigenschaften aufweisen und/oder strukturell verschieden sind.
  6. Betriebsflüssigkeitsbehälter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine innere und/oder eine äußere Schicht (5, 6) wenigstens einer Schale (2) ausschließlich aus einem fasergefüllten thermoplastischen Kunststoff besteht.
  7. Betriebsflüssigkeitsbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Schale (2) wenigstens eine einstückig angeformte Haltelasche oder Halteleiste aus einem faserverstärkten Kunststoff aufweist.
  8. Betriebsflüssigkeitsbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine einen Behälterboden bildende Schale (2) bereichsweise mit einem Faserfüllstoff verstärkt ist.
  9. Betriebsflüssigkeitsbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Schale (2) einen thermoplastischen Kunststoff mit einem Faserfüllstoff umfasst, der innerhalb eines nicht gefüllten thermoplastischen Kunststoffs in Form eines oder mehrerer Bänder (11) verläuft.
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