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Dokumentenidentifikation DE102006025309A1 06.12.2007
Titel Kunststofftank mit Schwallwand
Anmelder GM Global Technology Operations, Inc., Detroit, Mich., US
Erfinder Bleuel, Walter, 65719 Hofheim, DE;
Wille, Heinz-Werner, 64569 Nauheim, DE
Vertreter Strauß, P., Dipl.-Phys.Univ. MA, Pat.-Anw., 65191 Wiesbaden
DE-Anmeldedatum 31.05.2006
DE-Aktenzeichen 102006025309
Offenlegungstag 06.12.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 06.12.2007
IPC-Hauptklasse B60K 15/077(2006.01)A, F, I, 20060531, B, H, DE
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft einen Kunststofftank mit einer im Tankinneren angeordneten und dort mit dessen Oberseite (17) und Unterseite (18) befestigten Schwallwand (4), bei dem die Schwallwand eine Faltung (19, 20) aufweist.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung dieses Kunststofftanks.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Tank für die Aufnahme einer Flüssigkeit, beispielsweise ausgebildet als Kraftstoffbehälter für ein Kraftfahrzeug.

Ist ein Tank nicht vollständig mit einer Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, gefüllt und wird bewegt, so kann es in seinem Inneren zu Schwappbewegungen der Flüssigkeit gegen die Tankwand kommen. In ungünstigen Situationen wird bei diesen Schwappbewegungen auch eine gewisse Luftmenge eingeschlossen, was deutlich hörbare Schläge verursachen kann. Dieses Phänomen wird auch als Lufteinschlusseffekt (englisch: blow hole effect) bezeichnet.

Die genannten Geräusche können bei allen Arten bewegter flüssigkeitsgefüllter Tanks entstehen, so beispielsweise bei Kraftstoffbehältern von Kraftfahrzeugen. Das genannte Geräuschverhalten kann hierbei je nach zu tankendem Kraftstofftyp unterschiedlich stark ausgeprägt sein.

Kraftstoffbehälter wurden früher aus zwei Blechschalen mit einer Oberschale und einer Unterschale hergestellt. In die Unterschale konnten weitere Komponenten wie beispielsweise ein Beruhigungstopf, auch Schwalltopf genannt, sowie Labyrinthwände zur Herabsetzung der Strömungsgeschwindigkeit des Kraftstoffs im Ansaugbereich der Kraftstoffpumpe montiert werden. Anschließend wurden Ober- und Unterschale miteinander verschweißt.

Unter anderem zwecks Reduzierung des Fahrzeuggewichts bestehen Kraftstoffbehälter inzwischen überwiegend aus Kunststoff. Der Kraftstoffbehälter wird hierbei meist mittels Blasformen bzw. Extrusionsblasen gefertigt. Durch eine nachträglich in den oberen Kraftstoffbehälterbereich eingebrachte Öffnung können dann weitere Komponenten wie beispielsweise ein Beruhigungstopf eingebracht werden.

Es ist eine Aufgabe einer Ausführungsform der Erfindung, einen Kunststofftank bereitzustellen, bei dem Schwappgeräusche nur wenig hörbar sind.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen werden durch die Merkmale der abhängigen Ansprüche wiedergegeben.

Eine erste Ausführungsform eines Kunststofftanks besitzt eine im Tankinneren angeordnete und dort mit dessen Oberseite und Unterseite befestigte Schwallwand, bei der die Schwallwand eine Faltung aufweist.

Die an Tankober- und -unterseite befestigte Schwallwand besitzt eine Faltung, mit der sich dynamische Höhenunterschiede zwischen Ober- und Unterseite ausgleichen lassen. Die Höhenunterschiede können durch eine Bewegung der Flüssigkeit im Tankinneren bedingt sein, beispielsweise weil der Tank als Ganzes bewegt wird und die strömende Flüssigkeit die Tankwand elastisch verformt. Die Höhenunterschiede können jedoch auch thermisch bedingt sein. Der Faltungsbereich reagiert auf eine Veränderung des besagten Höhenunterschieds durch eine Winkeländerung und gleicht den Höhenunterschied dadurch aus. Dies erfolgt, ohne dass das Material der Schwallwand in anderen Bereichen, zum Beispiel in den Befestigungsbereichen an der Tankober- oder -unterseite, mechanisch belastet wird.

Aus den obigen Ausführungen ergibt sich, dass die Faltung bzw. der Faltungsbereich, z.B. ausgebildet als Faltlinie, eine Horizontalkomponente besitzt bzw. zumindest teilweise horizontal ausgerichtet ist.

Die Schwallwand stellt für die Flüssigkeit im Tankinneren eine Barriere dar, die die Strömung im Tank herabsetzt. Die schwächer ausgeprägte Strömung führt zu schwächeren Schwappbewegungen mit insgesamt weniger Geräuschen. Geräusche durch Lufteinschlusseffekte kommen zudem weniger oft vor.

Die Schwallwand kann aus dem gleichen Material wie der Tank bestehen, um eine stoffschlüssige Verbindung bei ihrem Verschweißen zu erleichtern. Sie kann insofern aus Kunststoff wie Polyethylen oder HDPE (high density polyethylene) hergestellt sein. Zwecks Ausbildung der Faltung ist die Schwallwand hinreichend reversibel verformbar. Sie kann durch Thermoverformen und Stanzen hergestellt sein und zum Beispiel eine preiswerte Folie sein.

Eine Ausführungsform sieht ferner vor, dass der Kunststofftank als Kraftstofftank für ein Kraftfahrzeug ausgebildet ist, z.B. als Satteltank. Hierzu werden als Kunststoffe solche Materialien wie z.B. Polyethylen ausgewählt, die gegenüber Kraftstoffen chemisch inert sind. Im Regelfall sind diese Materialien zusätzlich fluoriert, um eine Diffusion durch die Tankwand zu verhindern.

Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Faltung zumindest teilweise als Rinne ausgebildet ist. In diesem Fall wird bei einer Höhenveränderung des Tanks die Schwallwand nicht nur lokal entlang einer Falt- oder Knicklinie beansprucht, sondern verteilt sich die mechanische Belastung der Schwallwand auf einen vergrößerten Faltungsbereich. Dadurch wird die Schwallwand mechanisch belastbarer und langlebiger. Gleichzeitig wird die Steifigkeit in vertikaler Richtung herabgesetzt und fallen vertikale Tankbewegungen weicher aus bzw. werden gedämpft. Die Steifigkeit der Schwallwand in horizontaler Richtung wird außerdem vergrößert.

Bei weiteren Ausführungsformen besitzt der Kunststofftank eine Einlassöffnung, z.B. ausgestattet mit einem Einlassstutzen, die flüssigkeitszuführend zur Rinne ausgebildet ist, wobei die Rinne in einen Beruhigungstopf mündet. Handelt es sich um einen Kraftstofftank, so kann hierdurch bei einer Erstbefüllung im Rahmen der Inbetriebnahme des zugehörigen Fahrzeugs, oder bei einem Wiederbefüllen des Kraftstofftanks nach vollständiger Entleerung, z.B. nach einer Tankreparatur, der Kraftstoff direkt von der Einlassöffnung in den Beruhigungstopf geleitet werden. Hierdurch kann die für eine Erstbefüllung erforderliche Kraftstoffmenge reduziert werden. Außerdem kann damit auf das Pilzventil in der Kraftstoffzuleitung zwischen Haupttank und Beruhigungstopf verzichtet werden. Dies erhöht die Funktionssicherheit und Zuverlässigkeit des Kraftstoffsystems durch Vermeidung einer möglicherweise ausfallenden Komponente.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Schwallwand mit dem Beruhigungstopf verbunden, z.B. durch eine lösbare Verbindung wie Einhängen oder Einklipsen oder durch eine nicht lösbare Verbindung. Dadurch wird eine ungewollte Bewegung der Schwallwand und werden dadurch störende Geräusche vermieden.

Die besagte Schwallwand kann ferner als Halterung für weitere Tankkomponenten vorgesehen sein, z.B. für die Venturidüse. Bei einem Satteltank kann beispielsweise die Venturidüse inklusive Zuleitung in einer Schwallwand eingelassen sein oder daran befestigt sein. Damit kann die Venturidüse vormontiert werden, was die Montagezeit herabsetzt und darüber Kosten einspart.

Bei weiteren Ausführungsformen des Kunststofftanks ist nicht nur die Schwallwand allgemein, sondern ist speziell die Faltung bzw. der Faltungsbereich als Befestigungsbereich für Tankkomponenten ausgebildet. Beispielsweise kann als Tankkomponente ein Schlauch oder ein Rohr vorgesehen sein, durch den bzw. durch das Kraftstoff vom Haupttank zum Beruhigungstopf geleitet wird. Die Faltung, z.B. eine als Rinne ausgebildete Faltung, nimmt dann den Schlauch oder das Rohr auf. Die Tankkomponente kann zusätzlich im Faltungsbereich mechanisch befestigt werden, beispielsweise über eine Clip-Verbindung. Diese Variante kann beispielsweise bei Satteltanks gewählt werden, bei denen der Haupttank zweigeteilt ist und von jedem Teil eine Kraftstoffleitung zum Beruhigungstopf führt. Der Schlauch bzw. das Rohr ist dann ein Teil dieser Kraftstoffzuleitung.

Eine dauerhaft stabile Befestigung der Schwallwand liegt vor, wenn sie mit Tankober- und -unterseite stoffschlüssig verbunden ist. In diesem Fall wird die Schwallwand bereits bei der Herstellung des blasgeformten Kunststofftanks eingebracht.

Eine stoffschlüssige Verbindung von Tank und Schwallwand soll im Rahmen dieser Beschreibung bedeuten, dass beide Teile durch atomare oder molekulare Kräfte zusammenhalten werden und sich nur durch Zerstörung voneinander trennen lassen. Der Zusammenhalt kann daher rühren, wie es auch bei den Ausführungsformen dieser Beschreibung der Fall ist, dass beide Teile in einer Übergangszone stofflich durchmischt sind, so wie es bei Kunststoffen auch bei Schweißverbindungen der Fall ist.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung des Kunststofftanks. Dieses umfasst die Schritte Extrudieren eines Kunststoffschlauchs und Umblasen mindestens einer vorgefertigten Schwallwand mit dem extrudierten Kunststoff. Das Extrudieren des Kunststoffs erfolgt typischerweise senkrecht nach unten. Beim Umblasen, also beim Pressen von Druckluft in den Kunststoffschlauch und dadurch erfolgendes Pressen des Kunststoffschlauchs gegen ein die äußere Form des Kraftstoffbehälters definierendes Blaswerkzeug, kommen Tankober- und -unterseite mit der Schwallwand in Kontakt und werden thermisch verschweißt. Hierzu wird die mindestens eine Schwallwand thermisch konditioniert. Sicken im Faltungsbereich sorgen für eine hinreichende Stabilität der Schwallwand im Rahmen dieser Herstellung.

In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird zusätzlich ein Beruhigungstopf umblasen, um einen Kraftstofftank bereitzustellen. Hierzu kann die Schwallwand mit dem Beruhigungstopf verbunden werden, beispielsweise über eine Clip-Befestigung, und kann die so entstandene Einheit auf der Blaslanze der Extrusionsanlage montiert werden.

Weitere Merkmale und Vorteile der beanspruchten Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erkennbar die nachfolgend als nicht beschränkende Beispiele angegeben sind. Hierbei soll die Benutzung von Bezugszeichen in den Figuren nicht dahingehend verstanden werden, dass die Bezugszeichen den Schutzumfang der beanspruchten Erfindung einschränken sollen. Es zeigt:

1 eine Draufsicht auf einen Kraftstoffbehälter aus Kunststoff,

2 einen Schnitt A-A der 1, zeigend eine Schwallwand des Kraftstoffbehälters der 1,

3 zeigt ein Flussdiagramm, das den Ablauf des Herstellungsverfahrens veranschaulicht.

1 zeigt einen als Kraftstoffbehälter ausgebildeten Tank 1 in einer Draufsicht von oben, wobei der Pfeil P1 die Fahrtrichtung des zugehörigen Fahrzeugs angibt. Man erkennt einen Beruhigungstopf 2 mit einem angrenzenden Schwimmer 3 für die Messung der Kraftstoffmenge im Tank 1. Seitlich links und rechts sind zwei Schwallwände 4 bzw. 5 angeordnet, die über Befestigungsausleger 6 mit der Tankober- und/oder -unterseite verschweißt sind. Die Schwallwände 4 und 5 sind zudem über Befestigungsstellen 7 bzw. 8, bspw. an den Beruhigungstopf 2 angeformte Laschen, mit dem Beruhigungstopf 2 befestigt, und verfügen endseitig über Strömungslaschen 9 zur Gewährleistung einer verbesserten Flüssigkeitsdynamik im Tank 1.

Über ein Zulaufrohr 10 gelangt Flüssigkeit, vorliegend ein Kraftstoff wie Diesel oder Benzin, von der Einlassöffnung 11 des Einfüllstutzens 12 in den Haupttank 13 des Tanks 1. Das Tankinnere besteht somit aus dem Haupttank 13 sowie dem Beruhigungstopf 2. Der zugeführte Kraftstoff wird zur Schwallwand 4 geleitet, wo er direkt in einer in 2 gezeigten Kraftstoffrinne 14 gelangt und von dort in das Innere des Beruhigungstopfs 2. Diese Art der Kraftstoffzufuhr ermöglicht es, bei der Auslieferung eines neu hergestellten Kraftfahrzeugs den Tank 1 bzw. den Beruhigungstopf 2 herstellerseitig mit einer minimalen Kraftstoffmenge zu befüllen, um so Kosten zu sparen.

2 zeigt die Schwallwand 4 der 1, dargestellt als Schnitt entlang der Schnittlinie A-A der 1 mit Blick in Richtung der zur Schnittlinie führenden Pfeile. Die Schwallwand 4 ist mithilfe seitlich abstehender Laschen 15 und 16 mit der Tankoberseite 17 und der Tankunterseite 18 verschweißt. Diese Verschweißung erfolgt während des der Herstellung des Tanks 1 dienenden Blasformprozesses, wenn die auf den Dorn des Blasformwerkzeugs montierte Einheit aus Beruhigungstopf 2 und Schwallwänden 4 und 5 vom extrudierten Kunststoffschlauch umblasen wird.

Die Schwallwand 4 besteht wie der Tank 1 aus Kunststoff wie zum Beispiel Polyethylen oder HDPE (high density polyethylene). Sie kann aus einer vakuumgeformten Folie hergestellt sein, die mit einem in Richtung des Pfeils P2 bewegten Werkzeugs thermisch verformt und gestanzt wird.

Die Schwallwand 4 besitzt zwei Faltungen 19 und 20. Die obere Faltung 19 ist derart konturiert, dass sie ein Kraftstoffrohr 21 aufnehmen kann, das zusätzlich mit einer Clipsbefestigung 22 gesichert ist. Die Faltung 19 ist mit einer Sicke 23 versteift.

Optional kann der Tank 1 einen Kanal 25 besitzen. In diesem Fall ist der Tank 1 ein zweigeteilter Satteltank und befindet sich in beiden Tankhälften links und rechts des Kanals 25 eine Venturidüse 26, für die Förderung von Kraftstoff zum Beruhigungstopf 2. Ein Teil der Kraftstoffleitung kann dann das Kraftstoffrohr 21 sein, dessen Krümmung an die Kontur des Kanals 25 angepasst ist. In diesem Fall kann die Venturidüse 26 auch an der Schwallwand 4 befestigt werden und zum Beispiel darin integriert werden, wie es 1 zeigt.

In 2 ist die untere Faltung 20 als Rinne ausgebildet. Dadurch wird zunächst eine wohl definierte Knickstelle vermieden und verteilt sich die mechanische Belastung bei einer Veränderung des Höhenunterschieds zwischen der Tankoberseite 17 und der Tankunterseite 18 bezogen auf die Vertikale auf einen größeren Bereich. Damit wird der Faltungsbereich mechanisch belastbarer und langlebiger. Auch die Faltung 20 ist mit einer Sicke 24 versteift.

Wird, wie in Bezug auf 1 erläutert, der Kraftstoff von der Einlassöffnung 11 her direkt in die rinnenförmige Faltung 20 geleitet, so ist die Faltung 20 insgesamt mit einer Neigung versehen. Auf diese Weise kann der Kraftstoff direkt in den Beruhigungstopf 2 fließen, was das Einleiten einer minimalen Erstbefüllmenge bei der Auslieferung eines fabrikneuen Fahrzeugs gestattet. Auch kann auf diese Weise ein wegen Kraftstoffmangels auf einer schrägen Fahrbahn liegen gebliebenes Fahrzeug mit einer kleinen Kraftstoffmenge, z.B. aus einem Reservekanister, zuverlässig zum Laufen gebracht werden.

3 zeigt ein Flussdiagramm, das den Herstellungsprozess des Kunststofftanks im Wege des Blasformens bzw. Extrusionsblasens veranschaulicht. Das Verfahren startet mit Schritt 2, in dem eine Schwallwand auf den Dorn der Blasformanlage, auch Blaslanze genannt, montiert wird. Im optionalen Schritt 4 wird ebenfalls ein Beruhigungstopf auf dem besagten Dorn montiert, und hierbei gleichzeitig mit der mindestens einen Schwallwand verbunden, zum Beispiel über eine Clip-Verbindung. In Schritt 6wird der schlauchförmige Vorformling extrudiert. In Schritt 8 wird durch den Dorn Luft eingeblasen und gleichzeitig das zweigeteilte Blasformwerkzeug geschlossen. Der an die Kontur des Blasformwerkzeugs angepresste und abgekühlte Kunststoff wird dann als geschlossener Tank entnommen und weiter bearbeitet.

01
Tank
02
Beruhigungstopf
03
Schwimmer
04
Schwallwand
05
Schwallwand
06
Befestigungsausleger
07
Befestigungsstelle
08
Befestigungsstelle
09
Strömungslasche
10
Zulaufrohr
11
Einlassöffnung
12
Einfüllstutzen
13
Haupttank
14
Kraftstoffrinne
15
Lasche
16
Lasche
17
Oberseite des Tanks
18
Unterseite des Tanks
19
Faltung
20
Faltung
21
Kraftstoffrohr
22
Clipsbefestigung
23
Sicke
24
Sicke
25
Tunnel
26
Venturidüse
P1
Pfeil
P2
Pfeil


Anspruch[de]
Kunststofftank mit einer im Tankinneren (2, 13) angeordneten und dort mit dessen Oberseite (17) und Unterseite (18) befestigten Schwallwand (4), bei dem die Schwallwand eine Faltung (19, 20) aufweist. Kunststofftank nach Anspruch 1, ausgebildet als Kraftstofftank für ein Kraftfahrzeug. Kunststofftank nach Anspruch 2, ausgebildet als Satteltank. Kunststofftank nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Faltung zumindest teilweise als Rinne ausgebildet ist. Kunststofftank nach Anspruch 4, mit einer Einlassöffnung (11), die flüssigkeitszuführend zu einer in einen Beruhigungstopf () mündenden Rinne ausgebildet ist. Kunststofftank nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Schwallwand mit dem Beruhigungstopf verbunden ist. Kunststofftank nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem als Halterung für weitere Tankkomponenten (25) die Schwallwand vorgesehen ist. Kunststofftank nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Faltung als Befestigungsbereich für Tankkomponenten (21) ausgebildet ist. Kunststofftank nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem als Tankkomponente ein Schlauch oder ein Rohr (21) vorgesehen ist. Kunststofftank nach einem der vorherigen Ansprüche, dessen Ober- und Unterseite mit der Schwallwand stoffschlüssig verbunden ausgebildet ist. Verfahren zum Herstellen eines Kunststofftanks mit den folgenden Schritten:

a) Extrudieren eines Kunststoffschlauchs

b) Umblasen einer vorgefertigten Schwallwand (4) mit dem extrudierten Kunststoff.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem zusätzlich ein vorgefertigter Beruhigungstopf (2) umblasen wird.






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