DE60102887T2

DE60102887T2 - Behälter mit einem Anschlussstück und Verfahren zur Herstellung desselben

Info

Publication number: DE60102887T2
Application number: DE60102887T
Authority: DE
Inventors: James Fuller Potter; Duane Allen Fish; Erich James Vorenkamp; John E. Thorn; Link E. Vaughn
Original assignee: Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Visteon Global Technologies Inc
Priority date: 2000-11-30
Filing date: 2001-11-26
Publication date: 2005-03-31
Anticipated expiration: 2021-11-27
Also published as: DE60102887D1; JP3623191B2; EP1211196A1; JP2002283853A; US20020063129A1; US6860398B2; EP1211196B1

Description

Erfindungsgebiet
Diese Erfindung betrifft Behälter, und allgemein das Gebiet der Behälter geringer Durchlässigkeit, wie etwa jene in Fahrzeug-Kraftstofftanks verwendeten, und ist besonders auf verbesserte Behälter geringer Durchlässigkeit mit Verbindungen oder Armaturen geringer Durchlässigkeit gerichtet.
Beschreibung der verwandten Technik
Kunststoff-Lagerbehälter stellen eine Anzahl von Vorteilen gegenüber jenen aus anderen Materialien gefertigten bereit, wie etwa vermindertes Gewicht, verminderte Kosten sowohl für Materialien wie auch Konstruktion, und größere Flexibilität in der Gestalt. Zusammen mit diesen Voreilen macht die Fähigkeit bestimmter Kunststoffbehälter, sich zu strecken oder zu biegen, sie in Kraftfahrzeug-Anwendungen nützlich, weil sie bei einem Unfall mit geringerer Wahrscheinlichkeit auslaufen. Einschichtige Polyethylen-Kraftstofftanks leiden – während sie von den zuvor erwähnten Vorteilen profitieren – bezüglich aus anderen Materialien gebildeten Behältern unter einer relativ hohen Durchlässigkeit für Benzin, und können staatliche Verdunstungs-Emissionsstandards und die der U.S. Environmental Protection Agency (EPA) nicht erfüllen. Zum Beispiel fordern sowohl die EPA wie auch das California Air Resources Board (CARB) zunehmend strengere Verdunstungsemissions-Standards. Zusammen mit Nullemissions-Fahrzeug- (ZEV, Zero Emission Vehicle; Nullemissions-Fahrzeug) und Niedrigemissions-Fahrzeug-Standard (LEV, Low Emission Vehicle; Niedrigemissions-Fahrzeug) müssen für die Betankung Dampfrückgewinnungs-Standards an Bord erfüllt werden. Indem sie Verdunstungsemissionen aus Kraftstofftank-Systemen vermindern, können Fahrzeughersteller sich eine teilweise Anerkennung zur Erfüllung der ZEV-Standards verdienen.
Daher wurden mehrere Ansätze unternommen die Durchlässigkeitscharakteristika von Kunststoff Kraftstoffbehältern zu verbessern. Eine Lösung dieses Problems war ein Kraftstofftank der auf einem mehrschichtigen Wandmaterial gebildet ist, das aus Schichten aus Polyethylen und einem Ethylen-Vinylalkohol-Kopolymer (EVOH) besteht. Das Ethylen-Vinylalkohol-Kopolymer zeigt gute Eigenschaften als Benzindampf-Sperre.
Thermoplastische Polyethylen-EVOH-Strukturen können unter Verwendung von Doppeltafel-Wärmeformgebungs- und Blasformgebungs-Techniken in einer Vielfalt von Behälterformen gebildet werden. Wände von Polyethylen-EVOH-Behältern weisen typischerweise 5 bis 7 Schichten auf. Die 5 Basisschichten schließen innere und äußere Polyethylen-Schichten und eine EVOH-Schicht mit einer Klebstoffschicht auf jeder Seite ein. Eine optionale sechste Schicht besteht typischerweise aus einer „wiedergemahlenen" Schicht, die aus einer Mischung aus Polyethylen, Etyhlvinylalkohol (EVOH) und Klebstoff besteht, die aus bei anderen Fertigungsprozessen übriggebliebenen Mehrschicht-Materialien aufgemahlen wird. Eine optionale siebte Schicht kann eine leitfähige Schicht oder eine Materialkontaktschicht sein. Ein mehrschichtiges Wandmaterial, das ausgezeichnete Eigenschaften als Benzindampf-Sperre aufweist, ist zum Beispiel in 1 veranschaulicht. Eine aus Polyethylen gebildete äußere Schicht 1 liegt über einer wiedergemahlenen Schicht 2. Kleberschicht 3 bindet die wiedergemahlene Schicht 2 an eine aus EVOH gebildete zentrale Sperrschicht 4, welche wiederum durch Kleberschicht 5 an Innenschicht 6 aus Polyethylen gebunden ist.
Unter Verwendung derartiger Mehrschicht-Materialien konstruierte Behälter weisen eine geringe Durchlässigkeit gegenüber Kohlenwasserstoffen und anderen darin enthaltenen Dämpfen auf. Andere Technologien, wie etwa Plättchenadditive in dem Polyethylen, können ebenfalls verwendet werden um eine Wandstruktur geringerer Durchlässigkeit zu schaffen. Den Charakteristika einer niedrigen Durchlässigkeit der resultierenden Behälter wird jedoch geschadet, wenn Armaturen an die Behälter angeschlossen werden. Dies kann unter Bezug auf einen typischen Kraftstofftank klarer veranschaulicht werden.
Ein typischer Kraftstofftank
Unter Bezug auf 2 wird ein typischer Kraftstofftank veranschaulicht. Der Tank 10 weist eine Trennwand 12 auf, die durch ein Füll-Paßstück 14 und einen Senderapparat 16 durchdrungen ist. Um Paßstück 14 und Apparat 16 zu installieren ist es notwendig die Wand 12 zu durchschneiden, so daß diese Armaturen in den Behälter eindringen können. Die resultierenden Öffnungen und Fittings erhöhen Durchlässigkeitswerte für den gesamten Behälteraufbau.
Unter Bezug auf 3 werden die Bauteile eines Senderapparats veranschaulicht. Kraftstoff-Fördermodul 13 kann durch eine einen gekapselten Ring 17, eine Dichtung 18, und einen Schließring 19 umfassende Wandarmatur an der großen Öffnung 15 in der Kraftstofftank-Wand angebracht werden. Um den Senderapparat an dem Kraftstofftank zu befestigen wird der gekapselte Ring 17 um Öffnung 15 herum an die Behälterwand geklebt. Dichtung 18 wird auf der außerhalb von Öffnung 15 gebildeten Dichtfläche des Behälters plaziert Fördermodul 13 wird dann innerhalb des gekapselten Rings 17 plaziert, und durch Schließring 19 an den gekapselten Ring 17 und den Behälter angebunden.
Armaturbefestigungs-Techniken
Frühere Techniken zur Befestigung einer Verbindung oder Armatur an einem Kunststoffbehälter schließen es ein während des Formgebungsvorgangs eine Öffnung in das Produkt zu formen. Dies kann erreicht werden indem man die Öffnung auf der Trennlinie der Form bildet, indem man während des Formgebungsprozesses einen Stift zwischen den Formhälften und dazwischen enthaltenen Materialschichten einsetzt. Die Öffnung in dem Behälter wird durch die Größe und Gestalt des Stifts bestimmt. Diese Technik führt zu einer Unstetigkeit in der Sperrschicht und dem Saum, wo die Formhälften aufeinandertreffen. Das äußere Finish der Öffnung ist zur Abdichtung einer Befestigung typischerweise nicht annehmbar, und erfordert einen maschinellen Nachbearbeitungsprozeß um eine glatte Oberfläche zu schaffen. Ein derartiger Bearbeitungsprozeß vergrößert auch die Lücken in dem Sperrmaterial an dem Saum, was die Durchlässigkeit des Aufbaus werter erhöht. Weil die Öffnung in dem Behälter durch die Größe des Stifts bestimmt wird kann der Durchmesser des gebildeten Lochs ungleichmäßig sein, wenn nicht genug Material vorhanden ist. Weiterhin kann der Durchmesser des eingesetzten Teilstücks nicht größer sein als der Durchmesser der Öffnung, um eine Armatur in die Öffnung einzusetzen. Folglich ist dieses Verfahren beschränkt, weil die Öffnung für die Armatur nur auf der Trennlinie des Behälters liegen kann, die Durchlässigkeit wird an dem Saum erhöht, wo das Material aufeinandertrifft, und in die Öffnung einzusetzende Armatur-Teilstücke können nur so groß sein wie die Öffnung.
In Fällen, in denen der Durchmesser des Teilstücks einer innerhalb eines Behälters einzubauenden Armatur größer ist als der Durchmesser einer an der Formen-Trennlinie gebildeten Öffnung, ist es notwendig ein Loch in den geformten Behälter zu bohren. Die Armatur kann dann auf die Oberfläche des Behälters aufgeschweißt werden. Dieses Verfahren leidet unter der Notwendigkeit die Sperrschicht an der Grenzfläche Befestigung-Behälter zu unterbrechen. Weiterhin weist die an dem Behälter befestigte Armatur womöglich eine Durchlässigkeit auf, die höher ist als die des Behälter-Sperrmaterials. Selbst eine überformte Aufschweiß-Armatur besitzt durch die Schweißnaht hindurch eine relativ hohe Durchlässigkeit. Weitere Informationen über Tanks geringer Durchlässigkeit und Verfahren zur Bildung derselben kann in zahlreichen Patenten, Artikeln und Büchern gefunden werden, wie etwa – aber nicht beschränkt auf – U.S.-Patent Nr. 6,189,716, an Lawrukovich et al.; U.S.-Patent Nr. 6,033,749, an Hata et al.; U.S.-Patent Nr. 5,766,713, an Ravi Shankar et al.; U.S.-Patent Nr. 5,691,016, an Hobbs; U.S.-Patenr Nr. 5,443,874, an Tachi et al.; und U.S.-Patent Nr. 5,230,935, an Delimoy et al. EP 0 930 190 legt einen hohlen Harzbehälter offen, der ein Dichtungsteilstück einschließt EP 11 79 444 , veröffentlicht am 13.02.2002, legt eine Öffnungsstruktur eines Kraftstofftanks offen.
Es verbleibt ein Bedarf für Armaturen geringer Durchlässigkeit zur Verwendung mit Behältern geringer Durchlässigkeit, und für Behälter geringer Durchlässigkeit welche die Anforderungen nach Flexibilität in der Bauteilplazierung und niedrigen Kosten erfüllen, ohne Festigkeits- und Kraftstoffersparnis-Vorteile zu opfern. Es besteht außerdem ein Bedarf an einfachen Verfahren zur Bildung derartiger Behälter.
Kurze Zusammenfassung der Erfindung
In einer Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung einen Behälter geringer Durchlässigkeit mit einer Verbindung oder einem Anschlußstück (hierunter als Armatur bezeichnet) Armatur geringer Durchlässigkeit bereit Die Armatur besitzt ein hohles inneres Bauteil und ein hohles äußeres Bauteil, zwischen welchen ein Material geringer Durchlässigkeit zwischengelegt werden kann, das die Wand eines Behälters geringer Durchlässigkeit bildet.
Eine Ausführungsform eines Bildungsverfahrens für einen Behälter geringer Durchlässigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung schließt den Einbau einer Armatur geringer Durchlässigkeit – wie oben beschrieben – in der Behälterwand ein. Ein Ende des äußeren Bauteils der Armatur wird während der Bildung des Behälters an die Behälterwand geklebt, so daß es damit integral ist. Wenn das äußere Bauteil während der Bildung des Behälters an die Behälterwand geklebt wird, so wird das behälterseitige Ende eines Durchgangswegs in dem äußeren Bauteil durch Behälter-Wandmaterial blockiert. Danach wird das innere Bauteil der Armatur in das äußere Bauteil hinein eingesetzt, wodurch das Ausgangs-Wandmaterial nach oben in das äußere Bauteil gezwungen wird. Dies resultiert in einer hermetischen Abdichtung zwischen dem inneren Bauteil und dem äußeren Bauteil, wobei die Behälterwand als eine Dichtung wirkt. Weil das innerhalb der Armatur enthaltene Behälterwand-Teilstück mit jener den Rest des Behälters bildenden Behälterwand fortlaufend ist, setzt die Armatur die Charakteristika geringer Durchlässigkeit der Behälterwand vom Hauptbehälter nach außen hin fort.
In einer Ausführungsform wird ein neuer Kraftstofftank-Einlaß oder ein Füll-Paßstück offenbart, und in einer anderen Ausführungsform wird eine Kraftstofftank-Senderbefestigungs-Armatur offenbart.
Es muß klar sein daß sowohl die vorstehende Zusammenfassung wie auch die genaue Beschreibung, die folgt, lediglich als beispielhaft gedacht sind und um die beanspruchte Erfindung weiter zu erklären. Die Erfindung kann unter Bezug auf die folgende genaue Beschreibung, in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gelesen, besser verstanden werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Querschnittsansicht eines beispielhaften Mehrschicht Materials mit geringer Durchlässigkeit gegenüber Benzindämpfen.
2 ist eine Illustration eines typischen Kraftstofftanks.
3 ist eine Explosionsansicht einer typischen Kraftstofftank-Sendereinheit und eine Teilansicht eines Krafstofftanks, in welchem sie eingebaut wird.
4 ist eine Querschnitts-Seitenansicht des äußeren Bauteils einer Armatur.
5 ist eine Querschnitts-Seitenansicht eines inneren Bauteils einer Armatur.
6 ist eine perspektivische Querschnittsansicht einer in der Wand eines Behälteraufbaus der vorliegenden Erfindung gebildeten Armatur.
7 ist eine vergrößerte Ansicht des durch die gestrichelte Linie 7 in 6 eingekreisten Teils von 6.
8 ist eine perspektivische Ansicht eines Teils eines Behälters mit geringer Durchlässigkeit mit einem gemäß der vorliegenden Erfindung eingebauten Armatur geringer Durchlässigkeit,
9 ist eine perspektivische Teilquersehnittsansicht der inneren und äußeren Bauteile der Flanschmontage-Armatur.
10 ist eine teilweise Querschnittsansicht der Armatur von 9, die in der Wand eines Behälters geringer Durchlässigkeit gebildet ist.
Genaue Beschreibung der Erfindung
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann unter Bezug auf 4 und 5 besser verstanden werden. In 4 ist ein äußeres Bauteil 20 für eine Armatur veranschaulicht, während ein passendes inneres Bauteil 40 in 5 veranschaulicht ist. Das äußere Bauteil 20 ist allgemein zylinderförmig gestaltet und schließt Flansch 22 an seinem uateren oder ersten Ende ein. Flansch 22 ist konstruiert um sich – während der thermoplastischen Bildung hiervon – in die Außenwand eines Kunststoffbehälters geringer Durchlässigkeit einzuformen. Ein zylinderförmig geformter erster Durchgangsweg 24 beginnt an der inneren Öffnung 25 und endet an der äußeren Öffnung 27.
Vorsprünge 26 an dem äußeren Ende des äußeren Bauteils 20 sind konstruiert um einen Griff für eine Schlaucharmatur bereitzustellen, die darüber plaziert werden kann. Alternativ kann das Bauteil ein glattwandiges Äußeres aufweisen, oder das Äußere kann darauf ein Gewinde oder andere Typen von Verbindungsvorrichtungen aufweisen.
Unter erneutem Bezug auf 5 besitzt das innere Bauteil 40 eine allgemein zylinderförmige Gestalt mit einem oberen zylinderförmigen Teilstück 42, das sich in einem uateren zylinderförmigen Teilstück 44 größeren Durchmessers fortsetzt. Ein Durchgangsweg 4I begingt an der inneren Öffnung 43 und endet an der äußeren Öffnung 45. Vorsprünge 46 auf dem Äußeren des oberen zylinderförmigen Teilstücks 42 sind konstruiert um beim Greifen von Ausgangs-Wandmatertal zu helfen, und um bei seiner gleichmäßigen Verteilung und Ausdehnung nach oben in das Innere des äußeren Bauteils 20 zu helfen; und dienen außerdem um das innere Bauteil und Wandmaterial hermetisch aneinander festzusetzen. Ein optionaler übergeformter Polyethylenring 47 kann auf Flansch 49 des inneren Bauteils aufgeformt sein – anstatt oder zusätzlich zu Vorsprüngen 46 – um beim Anbinden des Flansches der Armatur an Polyethylen-Behälterwänden zu helfen.
Füll-Paßstück geringer Durchlässigkeit
Unter Verwendung von 4 und 5 als nicht einschränkende Beispiele kann eine Füll-Paßstück-Armatur für einen Fahrzeug-Kraftstofftank konstruiert werden. In einer Ausführungsform weist das äußere Bauteil 20 einen inneren Durchmesser von 34 mm auf, und der äußere Durchmesser des oberen zylinderförmigen Teilstücks 42 des inneren Bauteils 40 beträgt 31 mm. Die Länge von Durchgangsweg 24 durch das äußere Bauteil 20 beträgt 34,5 mm. Zum Zweck dieses nicht einschränkenden Beispiels muß ausreichend Ausgangs-Wandmaterial vorhanden sein, um eine zylinderförmige Verlängerung der Behälterwand zu schaffen, die eine Höhe von 34,5 mm, einen inneren Durchmesser von 31 mm und eine Wandstärke von 3 mm aufweisen würde. Wenn das innere Bauteil 40 vollständig in das äußere Bauteil eingesetzt ist, so ist die Menge an benötigtem Ausgangs-Wandmaterial um so größer, je größer die Lücke zwischen der äußeren Wand des oberen zylinderförmigen Teilstücks des inneren Bauteils der Armatur und der inneren Wand des äußeren Bauteils ist.
Unter Bezug auf 6 und 7 wird die Befestigung einer Armatur, wie der in 4 und 5 veranschaulichten, an der Wand eines Behälters veranschaulicht. Das äußere Bauteil 20 ist mit dem in die Wand 50 eines Behälters eingeformten Flansch 22 gezeigt. Das obere zylindrische Teilstück 42 des inneren Bauteils 40 ragt mit einem Teilstück 48 von Wand 50, das zwischen dem äußeren Bauteil 20 und dem inneren Bauteil 40 gepreßt ist, nach oben in Durchgangsweg 24 des äußeren Bauteils 20. Man bemerke, daß die Sperrschicht 51 in dem Teilstück des gegen und zwischen die inneren und äußeren Armatur-Bauteile angelegten Wandmaterials mit dem Behältermaterial außerhalb der Armatur fortlaufend ist.
Unter Bezug auf 8 wird eine alternative Ausführungsform einer Armatur veranschaulicht, in welcher das innere Bauteils der Armatur sich von innerhalb des Behälters über das äußere Ende des äußeren Bauteils der Armatur hinaus erstreckt. Das äußere Bauteil 80 kann als integral an die Außenwand 82 angeformt oder angeklebt gesehen werden. Die zylinderförmige Hülse 84 des inneren Bauteils kann als von dem äußeren Bauteil 80 nach außen ragend gesehen werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird Behälterwand 82 durch Doppeltafel-Thermoformung eines thermoplastischen Materials gebildet. Das thermoplastische Material kann zum Beispiel mehrlagig sein, mit einer über klebende Schichten an umgebende Schichten aus Polyethylen angeklebten Sperrschicht aus Ethylen-Vinylalkohol-Kopolymer (EVOH); wie etwa das in 1 veranschaulichte.
Beispielhafte Armaturbauteil-Materialien
Für ein Füll-Paßstück eines Kraftfahrzeug-Benzintanks kann das äußere Armaturbauteil, wie etwa das in 4 gezeigte, aus Polyethylen hoher Dichte gebildet sein. Polyethylen hoher Dichte (HDPE, High Density Polyethylene; Polyethylen hoher Dichte) bindet gut an wandbildende Materialien aus Polyethylen an. Armaturen aus Polyethylen hoher Dichte stellen außerdem eine gute mechanische Sicherung verbindender Teile bereit. Weil HDPE jedoch unter einer hohen Duchlässigkeit gegenüber Kohlenwasserstoffen leidet, kann das innere Armaturenbauteil, wie etwa das in 5 gezeigte, aus einem Acetal oder einem anderen Material gebildet sein, das eine geringe Durchlässigkeit gegenüber Kohlenwasserstoffen aufweist, oder was auch immer sonst in dem Behälter aufbewahrt wird.
Polyethylen hoher Dichte ist aus zahlreichen kommerziellen Quellen, wie etwa Exxon, Mobil, Solvay, Phillips, BASF, FINA, usw., weithin verfügbar. Acetal-Materialien sind aus zahlreichen kommerziellen Quellen, wie etwa DuPont, Ticona usw., weithin verfügbar.
Ein beispielhafter Kraftstofftank geringer Durchlässigkeit
In einer Ausführungsform kann eine Armatur, wie etwa die in 4–5 veranschaulichte, an einem Behälter geringer Durchlässigkeit befestigt werden, um einen Fahrzeug-Kraftstofftank geringer Durchlässigkeit zu bilden. Das innere Bauteil kann ein Acetal-Widerhaken sein, welcher ein Ventil einhaust, wie etwa ein Rückschlagventil. Das innere Bauteil kann eine Gesamtlänge aufweisen die von ungefähr 30 mm bis ungefähr 300 mm reicht, zum Beispiel 100 mm. und kann zum Beispiel ein oberes zylinderförmiges Teilstück mit einem äußeren Wanddurchmesser von ungefähr 31 mm aufweisen; und einen Vorsprung oder Vorsprünge, die geeignet planiert sind, um dabei zu helfan Wand-Grundmaterial in das äußere Bauteil zu drücken, Der Acetal Widerhaken kann außerdem ein inneres Tank-Teilstück umfassen, das mit dem Teilstück fortlaufend ist das sich durch das äußere Bauteil der Armatur hindurch erstreckt, welches aber einen weiten n Durchmesser besitzt, wie etwa das in 5 veranschaulichte innere Bauteil 40. Zum Beispiel besitzt das innere zylinderförmige Teilstück des inneren Armaturbauteils in einer nicht einschränkenden Ausführugsform einen äußeren Durchmesser von ungefähr 35,25 mm, und bildet ungefähr 26 mm der 100 mm Länge des inneren Bauteils der Armatur.
Das passende äußere Bauteil besitzt eine Höhe von ungefähr 34,5 mm, einen inneren Durchmesser von 34 mm, und einen äußeren Wanddurchmesser von ungefähr 42 mm. Die äußere Wand weist einen integralen Verbindungsflansch mit einem Durchmesser von ungefähr 54 mm und einer Stärke von ungefähr 5,5 mm auf und an seinem äußeren Ende einen Widerhaken mit einem maximalen Durchmesser von ungefähr 44,5 mm.
Der Behälter wird aus einem Mehrschicht-Material thermogeformt, wie etwa dem in 1 veranschaulichten, wobei ein Teilstück des Materials an und zwischen den inneren und äußeren Bauteilen der Füll-Paßstück-Armatur liegt.
Ausgangsmaterial
Die Tiefe der Armatur, in welche hinein die Behälterwand durch das innere Bauteil ausgedehnt werden soll, diktiert die Menge an erforderlichem Grundmaterial, wie es auch die Lücke zwischen dem inneren und äußeren Armaturenteil tut Für Kraftfahrzeug-Kraftstofftanks wird eine Ausgangsmaterial-Wandstärke zur Verwendung in einem Doppeltafel-Thermoformprozeß allgemein von ungefähr 1 mm bis ungefähr 7 mm reichen, für eine Ausführungsform bevorzugt 3 mm bis 6 mm, und wird für eine andere Ausführungsform bevorzugt 4,5 mm betragen. Diese Dimensionen werden abhängig von den Anforderungen der Armatur variieren.
Ein beispielhaftes mehrschichtiges, thermoplastisches Behälter-Formmaterial kann eine äußere Schicht und innere Schicht aus HDPE in Kraftstofftank-Qualität aufweisen, das aus kommerziellen Quellen, wie etwa Exxon, Mobil, Solvay, Phillips, BASF, FINA, Equistar und Baysell, bezogen werden kann. Die Kleberschicht kann aus linearem Polyethylen geringer Dichte mit Maleinsäureanhydrid gebildet sein, wie etwa dem das kommerziell von Mitsui und Equistar verfügbar ist. Ethylen-Vinylalkohol für die Sperrschicht ist kommerziell von Evalca und Soarus verfügbar. Andere Lieferanten können über angemessene Ersatzmaterialien verfügen oder diese entwickeln. Die Behälterwand-Formmaterialien können als eine mehrschichtige Tafel extrudiert sein, die zur Bildung eines Behälters in gewünschte Breite und Länge geschnitten wird.
Verfahren zur Formung eines Behälters geringer Durchlässigkeit
Ein beispielhafter Behälter-Formprozesses gemäß der vorliegenden Erfindung kann wie folgt voranschreiten. Das externe oder äußere Bauteil einer Armatur, wie etwa das in 4 veranschaulichte, wird in einer Form plaziert. Das Bauteil besitzt einen Flansch, wie etwa Flansch 22, oder einen anderen Verbindungsmechanismus, der mit Wand des zu formenden Behälters ausgerichtet ist, während der Widerhaken oder externe Teil zum Äußeren der Form hin herausragt. Während des Formgebungsprozesses, etwa. einem Thermoformungs-Prozesses, wird die Wand des Behälters in das äußere Bauteil der Armatur gezogen. Der Formgebungsprozeß resultiert darin daß sich die Bahälterwand über die Öffnung des Durchgangsweges hinweg – wie etwa Durchgangsweg 24 – in das äußere Bauteil erstreckt, und sich vorzugsweise in den Durchgangsweg hinein erstreckt.
Bevorzugt kann ein inneres Bauteil, wie etwa das in 5 veranschaulichte, als ein „Schubrohr" benutzt werden, um das Behälter-Wandmaterial nach oben in das äußere Bauteil der Armatur auszudehnen, während das thermoplastische Wandmaterial sich noch immer bei einer ausreichenden Temperatur befindet um die notwendigen Fließcharakteristika aufzuweisen. Vorsprünge auf dem Äußeren des inneren Bauteils helfen dabei das Wandmaterial nach oben in das äußere Bauteil zu zwingen und das Wandmaterial gleichmäßie zu verteilen. Folglich helfen die Vorsprünge eine gute, hermetische Abdichtung und Passung zwischen dem inneren Bauteil dem äußeren Bauteil und der zwischen den Bauteilen eingelegten Behälterwand beizubehalten.
Ist das innere Bauteil einmal im gewünschten Ausmaß in das äußere Bauteil eingesetzt, so kann das den Durchgangsweg durch das Zentrum des inneren Bauteils und äußeren Bauteils blockierende Material geschnitten werden. Der Durchgangsweg kann entweder in der Form geöffnet werden, oder aber als Trimm-Vorgang nach der Formgebung. Alternativ kann ein schneidendes Element bereitgestellt werden, das die überschüssige Behälterwand auf das Einsetzen des Inneren Bauteils in die gewünschte Tiefe in das äußere Bauteil hin automatisch schneidet. In manchen Fällen kann das innere Bauteil zur internen Befestigung oder Ausrichtung benutzt werden. Die Notwendigkeit für eine nachträgliche maschinelle Bearbeitung kann in vielen Fällen beseitigt werden, weil der äußere Durchmesser der Armatur der äußere Durchmesser des äußeren Bauteils sein kann, und das äußere Bauteil vorgab geformt sein kann.
In einem herkömmlichen Doppeltafel-Thermoformungs-Prozeß werden Tafeln aus thermoplastischem Mehrschicht-Material an (einer) Ladestation(en) in Thermoformer geladen, und die geladenen Tafeln werden dann zum Aufheizen in einen Ofen verbracht.
In einer Ausführungsform eines Doppeltafel-Formungsprozesses der vorliegenden Erfindung wird das äußere Bauteil einer Armatur, wie etwa das in 4 veranschaulichte, in einer ersten Thermoformungs-Formenhälte plaziert Eine komplementäre oder zweite Formenhälfte kann gleichzeitig beladen werden. Haben die Tafeln einmal die richtige Formgebungstemperatur von ungefähr 180°C (360°F) und ungefähr 220°C (430°F) erreicht, so werden die heißen thermoplastischen Tafeln dann zu den Formen in einer Formgebungsstation verbracht, und die Tafeln werden durch Vakuum in jede Formenhälfte gezogen. Während dieses Prozesses wird die Tafel in der ersten Formenhälfte gegen und bevorzugt teilweise in den Durchgangsweg des äußeren Armaturenbauteils hinein gezogen. Während die Tafel gegen und in das äußere Armaturenbauteil hinein gezogen wird, oder bald danach, wird das innere Bauteil der Armnatur, wie etwa das in 5 veranschaulichte, in den Durchgangsweg des äußeren Bauteils gedrückt. Dies schließt die Behälterwand mit ihrem Sperrmaterial zwischen den inneren und äußeren Bauteilen ein. Der Teil der Armatur, der von der Behälterwand herausragt, umfaßt drei konzentrische Zylinder, die durch die äußere Bauteilwand, die Behälterwand und die innere Bauteilwand gebildet werden. Die ersten und zweiten Formen werden dann geschlossen, um einen Behälter zu bilden.
Interner Luftdruck kann verwendet werden um bei der Formung und Kühlung des Behälters zu helfen. Ist der Behälter einmal abgekühlt, so wird er aus den Formstücken entfernt, überschüssige Grate werden entfernt, und es wird jegliche sekundäre Fertigbearbeitung verrichtet.
In einem Biasformgebungs-Prozeß würde das äußere Armaturbauteil in einer Form plaziert werden, wenn die Form offen ist, und vor Einbringung eines Vorformlings aus geschmolzenem Kunststoff Der Vorformling ist vorzugsweise eine hohle Rühre, die aus einer mehrschichtigen Materialstruktur gebildet ist, wie etwa der in 1 beschriebenen. Das innere Armaturenbauteil wird auf einem Einsetzmechanismus plaziert, der sich innerhalb des Vorformlings von der Oberseite zum Grund erstreckt. Während sich die Form um den Vorformling schließt, werden die offenen Enden des Vorformlings zugequetscht. Während des „Vorblasens" wird Druckluft geringen Druckes in den Vorformling hinein eingebracht, um damit zu beginnen ihn gegen die äußeren Wände des Behälters aufzublasen. Dies kann geschehen während die Form geschlossen wird und bevor die Enden des Vorformlings abgedichtet werden, oder der abgedichtete Vorformling kann in der Form von einer Aufblasnadel angestochen werden. Ist die Form einmal geschlossen, so wird Luft mit hohem Druck über eine oder mehrere Aufblasnadeln eingebracht, um den Behälter aufzublasen und abzukühlen. Das innere Armaturenbauteil kann entweder während des Vorblasens in das äußere Armaturenbauteil eingesetzt werden, oder bald nachdem die Luft zeit hohem Druck eingesetzt wird. Das innere Armaturenbauteil muß innerhalb des Vorformlings vorhanden sein, wenn er zur Blasformung in die Form eingesetzt wird Ist der Behälter einmal abgekühlt, so wird er aus der Form entfernt überschüssige Grate werden entfernt, und der Behälter wird fertigbearbeitet. Armaturen zur Verwendung mit der vorlegenden Erfindung schließen anhand von nicht einschränkenden Beispielen Füll-Paßstücke, Befestigungsgestelle (z. B. Flanschgestelle), Rückschlagventile, Füll-Begrenzungsventile und Überrollventile ein.
Flanschgestell
Unter Bezug auf 9 und 10 wird eine Flanschgestell-Armatur und -Montage veranschaulicht. 9 veranschaulicht eine perspektivische Querschnittsansicht der inneren und äußeren Bauteile der Armatur, und 10 ist eine teilweise Querschnittsansicht des in der Wand eines Behälters installierten Flanschgestells. Ein Bauteil, wie etwa eine Kraftstofftank-Sendereinheit, kann an das an einen Behälter angeklebte Flansch angeschlossen werden. Das äußere Bauteil 100 liegt allgemein in der Gestalt eines Rings mit einem kreisringförmigen unteren oder gekapselten Flansch 102 vor, das in die Wand eingeformt sein kann, wie etwa Wand 204 in 10. Wand 104 kann eine Sperrschicht 106 einschließen oder kann aus einem anderen Material geringer Durchlässigkeit gebildet sein. Das äußere Bauteil 100 kann aus Metall oder aus einem ausreichend steifen Kunststoff gefertigt sein, um den Erfordernissen des daran zu befestigenden Bauteils Rechnung zu tragen, z. B. einem Kraftstoff Fördermodul oder einem anderen Senderapparat. Bauteil-Befestigungsflansche 108 sind als nach innen weisend gezeigt. Diese Flansche sind jedoch optional, und können – abhängig von dem and dem äußeren Bauteil zu befestigenden Bauteil – weggelassen werden oder andere Konfigurationen aufweisen.
Das äußere Bauteil 100 schließt eine vertikale Wand 101 ein, welche eines Zylinder bildet. Eine Mehrzahl von Öffnungen 103 ist in Wand 101 plaziert, um es geschmolzenem thermoplastischem Material zu erlauben während der Anformung des Teils an ein thermoplastisches Material dort hindurch zu strömen.
Das innere Bauteil 112 ist ein Ring mit ringförmigem Flansch 113. Das innere Bauteil 112 kann aus einem Metall gefertigt sein, ist bevorzugt aber aus einem Kunststoff gefertigt, der gut an die Wand eines Bebälters anbinden wird. Der Kunststoff kann ein Kunststoff geringer Durchlässigkeit sein, der mit einer dünnen Schicht aus Polyethylen beschichtet ist, um die Anbindung an ein thermoplastisches Polyethylen-Wandmaterial zu verbessern. In einer Ausführungsform kann das innere Bauteil 112 aus Metall gebildet sein und eine Kunststoffbeschichtung aufweisen.
10 veranschaulicht im Querschnitt die Befestigung der in 9 veranschaulichten Armatur an einer Behälterwand. Das äußere Bauteil 100 wird in einer Form plaziert, so daß das innere Flansch 102 durch thermoplastisches Wandmaterial 104 während des Formgebungsprozesses eingebunden oder gekapselt wird. Das thermoplastische Wandmaterial kann Polyethylen sein, und ist bevorzugt ein mehrschichtiges Material wie das in 1 veranschaulichte, und folglich schließt 10 eine Sperrschicht 106 ein. Thermoplastisches Material kann durch Öffnungen 103 in der vertikalen Wand 101 hindurchreichen, um die Bindung des Teils an der Wand zu verbessern. Danach wird das innere Bauteil 112 bis zur gewünschten Tiefe ins Zentrum des äußeren Bauteils 100 eingesetzt, und überschüssiges Wandmaterial 104 wird dann weggeschnitten. In der in 10 veranschaulichten Ausführungsform sind die Bauteile 110 und 112 um eine Öffnung 110 herum installiert. Die Gestalt von Öffnung 110 kann kreisförmig sein, da das äußere Bauteil 100 und das inner Bauteil 112 von ringförmiger Gestalt sind. Es sind jedoch andere Gestalten möglich, abhängig von der Gestalt der Armaturbauteile.
Die Armatur erzeugt eine große Dichtfläche 116, welche in einer bevorzugten Ausführungsform ausreichend groß, so ist daß eine befestigte Vorrichtung die Sperrschicht 106 und die gesamte von dem inneren Armaturenbauteil 112 umgebene Öffnung 110 überlappt.
Die Armatur kann optional aus Metall gebildet sein, zum Beispiel schweißbarem Stahl mit einer Beschichtung zum Korrosionsschutz, oder womöglich. rostfreiem Stahl.
Gemäß der vorliegenden Erfindung konstruierte Behälter besitzen zusätzlich zur geringen Durchlässigkeit zahlreiche Vorteile. Zum Beispiel vermindert die Verwendung der Armaturen der vorliegenden Erfindung die Wahrscheinlichkeit einer Armaturenleckage an der Verbindung der Armatur mit der Behälterwand, weil Kunststoff Kraftstoffbehälter ihre Gestalt aufgrund der Temperatur, des Kraftstoffs oder anderer darin gelagerter Chemikalien und/oder physikalischen Belastungen verändern können. Weiterhin kann der Durchmesser innerer Bauteile der Armatur, anders als bei früheren Behältern, viel größer sein als die Öffnung in dem Behälter. Weiterhin kann das innere Armaturenbauteil aus einem für Quellung und Verformung weniger anfälligen Material hergestellt werden, so daß die Öffnung innerhalb des Behälters zu Kalibrierzwecken verwendet werden kann, und für eine genaue Direktplazierung anderer Bauteile innerhalb des Behälters. Die Armaturen und Verfahren zur Bildung derselben in einem Behälter erfordern – aufgrund der durch die Sandwich-Struktur geschaffenen Festigkeit – weniger Ausgangs-Behältermaterialstärke um eine robuste Befestigung zu schaffen.
Selbst Behälter die keine Charakteristika geringer Durchlässigkeit brauchen werden von den durch die vorliegende Erfindung ermöglichten Vorteilen profitieren, etwa der verbesserten strukturellen Integrität. Zum Beispiel können Behälter zur Lagerung nichtflüchtiger Flüssigkeiten gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiert werden, indem man ein Ausgangs-Wandmaterial verwendet das für flüchtige Flüssigkeitsdämpfe durchlässig wäre. Zum Beispiel kann Polyethylen ohne eine Kohlenwasserstoff-Sperrschicht verwendet werden.
Die verbesserten Behälter der vorliegenden Erfindung sind in allen Betriebsarten von Fahrzeugen mit Eigenantrieb nützlich, etwa Autos, Bussen, Wasser- und Erholungsfahrzeugen, und Lastwagen, aber nicht beschränkt darauf und können außerdem in anderen Anwendungen nützlich sein, wie etwa mobilen und stationären Lagerbehältern für Kraftstoff und andere flüchtige Flüssigkeiten.
Während neue Behälter geringer Durchlässigkeit und Verfahren zur Bildung derselben als Beispiele offenbart wurden, könnte ein weiter Bereich von Änderungen vorgenommen werden ohne sich von der vorliegenden Erfindung zu entfernen. Folglich wird beabsichtigt daß die vorangegangene genaue Beschreibung als veranschaulichend statt als einschränkend angesehen wird, und daß klar ist daß es die folgenden Ansprüche sind, welche beabsichtigt sind den Bereich der Erfindung zu definieren.

Claims

Ein Behälteraufbau, der eine Verbindung oder Armatur und eine Wand umfaßt, wobei diese Wand (50) einen Behälter mit einer inneren und einer äußern Oberfläche definiert, wobei diese Wand ein Armaturen-Teilstück (48) in dieser Armatur aufweist, und ein diesen Behälter über diese Verbindung oder Armatur hinaus bildendes Behälter-Teilstück, wobei diese Armatur ein inneres Bauteil (40) und ein äußeres Bauteil (20) aufweist, wobei dieses äußere Bauteil (20) einen äußeren Teil besitzt, der sich von dieser äußeren Oberfläche dieses Behälters nach außen hin erstreckt; wobei mindestens ein Teilstück (42) dieses inneren Bauteils (40) innerhalb dieses äußeren Teilstücks dieses äußeren Bauteils (20) angeordnet ist; und wobei dieses Armaturen-Teilstück (48) dieser Wand an diesem inneren Bauteil (40) und diesem äußern Bauteil (20) anliegt und zwischen diesem inneren Bauteil (40) und diesem äußeren Bauteil (20) in diesem äußeren Teilstück dieses äußeren Bauteils (20) eingelegt ist, um eine Dichtung zu bilden; und woring dieses Armaturen-Teilstück (48) dieser Wand mit diesem Behälter-Teilstück fortlaufend ist, und dieses äußere Bauteil (20) an einem ersten Ende an diese Wand (50) angebunden ist.
Der Aufbau von Anspruch 1, in dem diese Behälterwand (50) eine für Kohlenwasserstoffe undurchlässige Schicht (51) umfaßt.
Der Aufbau von Anspruch 1 oder Anspruch 2, in dem dieser Behälter ein Kraftstofftank für ein Fahrzeug ist, und diese Armatur aus jener aus einer Kraftstoffeinlaß-Armatur, einer Dampfregelventil-Armatur und einer Sendereinheit-Befestigungsarmatur bestehenden Gruppe ausgewählt ist, und worin dieses äußere Bauteil (20) Polyethylen hoher Dichte umfaßt, und dieses innere Bauteil (40) aus einem ein Acetal umfassenden Material gebildet ist.
Der Aufbau von Anspruch 1, 2 oder 3, in dem diese Behälterwand (50) eine innere Schicht aus Ethylen-Vinylalkohol-Kopolymer und mindestens eine äußere Schicht aus Polyethylen hoher Dichte umfaßt.
Der Aufbau von Anspruch 1, 2, 3 oder 4, in dem dieses Armaturen-Teilstück (48) dieser Wand eine durchschnittliche Stärke von ungefähr 1 mm bis ungefähr 8 mm aufweist.
Ein Verfahren der Befestigung einer Armatur an einer Wand (50) eines Behälters, wobei dieses Verfahren die Schritte umfaßt: Anbinden mindestens eines äußeren Armaturen-Bauteils (20) am einem die Wand (50) bildenden Material während der Bildung des Behälters, wobei dieses äußere Armaturen-Bauteil (20) ein äußeres Teilstück und einen Durchgangsweg (24) von diesem äußeren Teilstück zu einer ersten Endöffnung (25) aufweist, und worin dieser Ansbindungsschritt diese erste Endöffnung dazu bringt durch dieses die Wand bildende Material bedeckt zu werden; und Einsetzen eines inneren Armaturen-Bauteils (40) in dieses äußere Teilstück dieses äußeren Armaturenbauteil (20) über diese erste Endöffnung (25), um dieses die Wand bildende Material dazu zu bringen sich in dieses äußere Teilstück dieses äußeren Armaturen-Bauteils hinein zu erstrecken und zwischen die Armaturen-Bauteile (20, 40) eingelegt zu werden.
Das Verfahren von Anspruch 6, in dem dieses die Wand bildende Material ein thermoplastisches Material umfaßt, wobei dieses thermoplastische Material eine Schicht (51) von für Kohlenwasserstoffe undurchlässigem Material umfaßt.
Das Verfahren von Anspruch 6 oder 7, in dem dieses äußere Armaturen-Bauteil (20) Polyethylen hoher Dichte umfaßt, und dieses die Wand bildende Material eine innere Schicht aus Ethylen-Vinylalkohol-Kopolymer und mindestens eine äußere Schicht aus Polyethylen hoher Dichte umfaßt.
Das Verfahren von Anspruch 6, 7 oder 8, in dem dieses äußere Armaturenbauteil (20) während der thermoplastischen Formung dieses Behälters an dieses die Behälterwand bildende Material angebunden wird, und das Einsetzen dieser inneren Armatur (40) in dieses äußere Armnaturen-Bauteil (20) benutzt wird um dieses die Wand bildende Material in diese äußere Armatur (20) hinein thermozuformen.
Das Verfahren von Anspruch 6, 7, 8 oder 9, in dem dieser Behälter durch einen aus jener aus Doppeltafel-Thermoformung und Blasformgebung bestehenden Gruppe ausgewählten Prozeß geformt wird.
Das Verfahren von Anspruch 6, 7, 8, 9 oder 10, in dem dieser Einsetzschritt bei einer Temperatur zwischen ungefähr 180°C (360°F) und ungefähr 220°C (430°F) verrichtet wird.