CN106182699B - 用于制造空心体尤其是燃料储箱的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于制造空心体尤其是燃料储箱的方法。具体地，提供了一种用塑料材料制造空心体(通常为储箱)的方法。该方法包括以下步骤：在模制工具中将预成型体模制成壳体；使插件接合到所述壳体中的一个壳体的内表面，该插件限定待制造的空心体内的子空间；通过关闭模制工具并对被壳体封闭的主空间施加主压强(P1’)来使壳体接合在一起以形成空心体。提出在对主空间施加主压强(P1’)的同时对子空间施加子压强(P2’)，使得主空间与子空间之间的压强差大于0.20bar(P1’–P2’>0.20bar)，并小于3.00bar(P1’–P2’<3.00bar)。

Description

用于制造空心体尤其是燃料储箱的方法

技术领域

本发明的领域涉及一种用于制造空心体(尤其是液体或气体储箱、更尤其是用于车辆中的燃料储箱或尿素储箱)的方法。

背景技术

本申请人名下的公开号为WO 2010/006900的PCT申请披露了一种通过模制型坯来制造塑料燃料储箱的方法，该方法使用包括两个型腔和一个芯件的模具，WO 2010/006900的内容通过引用包含在本申请中。

本申请人名下的公开号为EP 1 110 697的欧洲专利申请披露了一种称作双片吹气模制(Twin Sheet Blow Molding，TBSM)的制造技术，EP 1 110 697的内容通过引用包含在本申请中。

另一种已知的用于制造空心体的技术是双片热成型。

将附件***用于之后被吹气或热成型以生产空心体的型坯中本身是为人所熟知的，其存在于空心体制造(尤其是液体和气体储箱的制造)的众多工业应用中。然而，在避免损坏插件的同时确保插件良好地固定到(尤其是牢固地焊接到)使用模制方法来制造的空心体的内壁被证明是困难的。特别地，限定空心体内的封闭空间的插件的引入在借助于上述技术来制造该空心体时会是关键的，这是因为在用于模制预成型体的方法期间要施加的压强差也作用于被引入空心体的插件上，这会导致插件的部分的破坏或插件的溃缩。

发明内容

本发明的实施例的目的在于提供一种用于制造空心体的方法，该方法在避免插件溃缩或以其它方式损坏的同时允许插件良好地固定到(尤其是牢固地焊接到)空心体的内壁。

根据本发明的第一方面，提供了一种用塑料材料制造空心体(通常是储箱)的方法。该方法包括以下步骤：在模制工具中将预成型体模制成壳体；将插件接合到所述壳体中的一个壳体的内表面，所述插件限定待制造的空心体内的子空间；通过关闭模制工具并在对子空间施加子压强P2’的同时对被壳体封闭的主空间施加主压强P1’来使壳体接合在一起，以形成空心体。这样地选择主压强和子压强，以使得主空间与子空间之间的压强差大于0.2bar(P1’–P2’>0.2bar)并小于3.00bar(P1’–P2’<3.00bar)。

本发明的实施例基于这样的认识：使用主空间与子空间之间的预定压强差允许一方面实现插件良好地附着到并牢固地焊接到空心体的内壁，同时另一方面避免损坏插件和/或插件的溃缩。可以根据插件类型、插件尺寸、待焊接的材料等来优化该压强差。

在一个示例性实施例中，主空间与子空间之间的压强差小于2.00bar(P1’–P2’<2.00bar)。

在一个示例性实施例中，主空间与子空间之间的压强差大于0.5bar(0.5<P1’–P2’)。

在一个示例性实施例中，模制工具包括两个型腔和一个芯件，并且将预成型体模制成壳体的步骤包括：

-将呈型坯形式的预成型体引入型腔；

-将芯件引入型坯内，所述芯件已经先安装有插件；

-关闭模制工具，使得型腔与芯件密封地接触；

-通过穿过芯件吹气和/或在型腔后方施加真空来使型坯贴抵型腔。

优选地，使插件接合到壳体的内表面包括用附接到芯件的装置来将插件安装到型坯的内表面上，并且该方法还包括打开模具以在使壳体接合的步骤之前取走芯件。

对于本发明的目的，预成型体可以呈壳体的形式，或可以是显著细长的或在平面中摊开的。

在一个示例性实施例中，使插件接合到壳体的内表面包括：将插件布置在壳体中抵着该内表面，并在芯件插于壳体之间的情况下关闭模制工具；以及，对被壳体和芯件封闭的主空间施加第一压强，同时对由插件限定的子空间施加第二压强。优选地，第一压强P1高于第二压强P2。更优选地，0.5bar<P1–P2<2bar。第一压强优选地低于在随后的壳体接合的步骤中施加的主压强。

在一个示例性实施例中，分别使用主管线和不同于主管线的子管线来施加主压强和子压强。优选地，主管线设有主阀门，子管线设有子阀门，并且该方法还包括控制主阀门和子阀门以使对主空间和子空间的压强施加同步进行。

在另一示例性实施例中，分别使用主管线和连接到主管线的子管线来施加主压强和子压强，其中在子管线中设有压强降低装置。

在又一示例性实施例中，使用文丘里(“venturi”)装置来施加主压强和子压强。

在一个优选实施例中，通过充气针来施加子压强。充气针被用于刺穿壳体的壁。类似地，可以通过充气针来施加主压强，用该充气针刺穿壳体的壁。

在一个优选实施例中，主压强高于4bar，优选地高于7bar。

在一个优选实施例中，在模制工具中将预成型体模制成壳体的步骤在压强P下进行，该压强低于主压强P1’。

在一个优选实施例中，插件是通气组件。然而，术语“插件”被理解为指通常可以与空心体在其通常的使用或工作方法中关联并与其互动以实现某些有用的功能的任何物体或装置或构件。这样的插件的非限制性例子是：管线(例如排气管线)、阀门、腔、液体泵、喷嘴、空心体内部的容器或挡板、通气装置、液体捕集器等。特别地，在排气管线的例子中，本发明的实施例将允许降低模制期间排气管线溃缩的风险。

在本发明的实施例中，壳体的壁厚度通常在1mm至15mm之间，并优选地在3至10mm之间。围绕由插件限定的子空间的插件壁通常在1mm至5mm之间，优选地在2mm至4mm之间。该厚度在上述压强差下工作良好。

由根据本发明的方法生产的空心体由塑料(即包括至少一种由合成树脂制成的聚合物的材料)制成。所有类型的塑料都可以是合适的。非常合适的塑料属于热塑性材料类别。术语“热塑性材料”被理解为指任何热塑性聚合物(包括热塑性弹性体)及其混合物。术语“聚合物”被理解为既指均聚物也指共聚物(尤其是二元或三元共聚物)。无限制性地，这样的共聚物的例子是：无规共聚物、序列共聚物、嵌段共聚物，以及接枝共聚物。任何类型的熔融点低于分解温度的热塑性聚合物或共聚物都是合适的。具有分布在至少10个摄氏度的熔融范围的合成热塑性材料是特别合适的。这些材料的例子有：在其分子量中具有多分散性的热塑性材料。特别地，可以使用聚烯烃、接枝聚烯烃、热塑性聚合物、聚酮、聚酰胺及其共聚物。一种经常使用的共聚物是乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)。也可以使用聚合物或共聚物的混合物和具有无机、有机和/或天然填充物(例如但无限制性地：碳、盐和其他无机衍生物，以及天然或聚合性纤维)的聚合材料化合物。还可以使用由彼此相互固定的叠置的层构成的、包括上述聚合物或共聚物中至少一种的多层结构。可以借助于共挤出头部或用一个或多个其他层来完全或部分地覆盖基层的技术来获得该多层结构。该覆层技术的一个例子是用喷枪将塑料喷到基层上。一种经常使用的聚合物是聚乙烯。用高密度聚乙烯(HDPE)已获得了良好的结果。

优选地，在集成生产线中实现该方法，该集成生产线包括型坯(其构成预成型体)的挤出及其借助于模制的成型。

符合本发明的方法良好地适于制造是燃料储箱的空心体。特别地，该方法适于制造用于被安装到机动车的燃料储箱。

附图说明

附图用于示出本发明设备的目前优选的非限制性示例性实施例。由以下详细的描述，当结合附图阅读该描述时，本发明的特征和主题的以上和其他优点将变得更明显，并将更好地理解本发明，在所述附图中：

图1是用于本发明的方法的一个示例性实施例中的三部件式模具(两个型腔和一个中央芯件)的示意性截面图；

图2至图5是图1的模具在该方法的其它步骤中的截面图；

图6A至图6C示意性地示出用于在本发明的示例性实施例中获得主空间与子空间之间的压强差的三个变型；以及

图7A至图7E示出了本发明的方法的另一示例性实施例的随后的步骤。

具体实施方式

图1至图5示意性地示出了符合本发明的一个示例性实施例的用于制造空心体的方法的一个示例性实施例。该实施例部分地利用称作双片吹气模制(Twin Sheet BlowMolding，TSBM)的制造技术，在例如本申请人名下的公开号为WO 2010/006900的PCT申请和公开号为EP 1 110 697的欧洲专利申请中披露了该制造技术，这些申请的内容通过引用包含在本文中。然而，在本发明的其他实施例中，可以使用双片热成型方法。在另外其他实施例中，可以从单一管状预成型体或以U形的方式设置在相对的模具型腔之间的单一幅状(web-like)预成型体开始来模制壳体。

在图1中示出的第一步骤中，形成一个挤出型坯，该型坯具有两个挤出的片材12和14。在该例子中，该挤出型坯是多层型坯，但本领域的技术人员理解，可以挤出单层型坯，并在直径相对(diametrically opposed)的位置处切开该单层型坯以产生两个片材。术语“挤出型坯”应理解为是指通过使至少一种在挤出器中均匀化的热塑性熔体的成分穿过模子所获得的产品，其中所述挤出器的头部终止于该模子。就在被***吹气模制工具之前，片材12和14已借助于挤出器模子8通过挤出而获得。片材12、14在其进入吹气模制工具时处于高温。片材12、14被布置在吹气模制工具中的这样的位置处，在该位置上，吹气模制工具的两个相对的模具型腔10彼此相距一定距离。

芯件16被布置在模具的中心、两个模具型腔10之间。芯件16包括移动装置26，移动装置26用于承载需要被布置在空心体中的各个元件。更具体地，芯件16能够承载内部通气回路的内部附件，以及连接这些附件的管。

内部通气回路在图2至图5中被示意性地示出为两个附件，即设有阀门部件20的止回阀18和内部端口24，以及将止回阀18连接到内部端口24的管22，这些附件被芯件16用移动装置26支撑。这些移动装置26(其可以被电子控制)允许以精确的方式将内部通气回路的组件布置在空心体内。内部通气回路在被壳体12与14之间的芯件16承载时一体成型，即该一个或多个管22使内部附件彼此连接。内部通气回路在阀门关闭时不与空心体的内部部分流体联通。在吹气模制工艺期间，阀门18是关闭的。换句话说，在吹气模制期间，内部通气回路是封闭的空间。

无论回路中的附件如何，上述方法都可以被调整为适于所有类型的内部通气回路和其他封闭空间部件。

在该方法的第一步骤中，使两个模具型腔10从芯件16的两侧靠近，以使得模具被关闭，此后在芯件与每个片材12、14之间注入受压空气。这样，片材12和14被成型以形成空心体(这里为燃料储箱)的壳体12、14。这导致图2的情况。

型坯被预成型并大致具有未来的空心体的形状，但两个片材的边缘28和30被芯件16彼此分开。参见图2和图3，在模具右侧的模具型腔10设有吹气针32，吹气针32用于注射处于压强P2的空气，或根据一个变型，用于注射任何其他受压气体。并且，通过芯件16将处于第一压强P1的空气提供到由片材12、14限定的主空间中。

如在图3中所示，在型坯的吹气模制之后立即用装置26将附件18和24布置为抵着片材14。然后，将吹气针32、34引入片材14中，使得吹气针32和34穿过片材14并分别与由内部通气回路限定的子空间和主空间流体联通。在该步骤中，经由芯件16施加第一压强P1，并且没有使用吹气针34，即例如通过关闭连接到吹气针34的阀门而关闭了吹气针34。

内部通气回路的附件18和24被焊接到片材14，该片材在该时刻还处于高温。更具体地，内部端口24被焊接到片材14的区域25中。这是通过将处于第一压强P1的空气吹入由片材12、14限定的主空间中、同时借助于吹气针32将处于第二压强P2的空气注入内部通气回路来实现的，其中所述吹气针32在内部端口24的焊接区域25的中间刺穿片材14并在内部端口24的内部吹气。吹气针32因此与内部通气回路流体联通。优选地，第一压强P1高于第二压强P2。更优选地，0.5bar<P1–P2<2bar。

如在图4中所示，在成型壳体并焊接内部通气回路之后，停止吹气以打开模制工具，并从模具型腔10之间取走芯件16。借助于吹气针32注入受压空气也被停止，以避免任何在内部通气回路中过压的风险。

如在图5中所示，现在使模具的两个模具型腔10靠近，直至两个壳体12和14的边缘28和30接触。模具再次关闭，借助于吹气针34(该吹气针刺穿壳体)在壳体之间的主空间中施加主压强，并借助于吹气针32在内部通气回路中施加子压强，使得燃料储箱被赋予其最终形状。换句话说，通过关闭吹气模制工具并对被壳体封闭的主空间施加主压强P1’、同时对子空间施加子压强P2’来使壳体接合在一起以形成空心体。所施加的压强P1’和P2’使得主空间与子空间之间的压强差大于0.20bar(P1’–P2’>0.20bar)并小于3.00bar(P1’–P’<3.00bar)，优选地0.5bar<P1’–P2’<2.00bar。通过具有这样的压强差，插件被压抵在壳体的内表面上，使得实现非常良好的焊接。同时，压强差不过高，以使得避免插件(尤其是管22)的溃缩。

然后，让壳体12和14冷却以固化燃料储箱的壁，然后停止吹气。最后，可以在储箱的壁的区域25中布置连接到外部通气管线的通气管(未示出)，使得内部端口24通过吹气针32留下的孔而被连接。内部端口24与壳体14之间的不透气的焊接确保维持内部通气回路与储箱内部之间的密封。

内部端口24用作适于被连接到外部通气管线的内部端口。根据一个变型，连接器24是具有分离液体和蒸汽的额外功能的连接器。

图6A至图6C示出了用于实现压强差的***变型的三个示例性实施例，其中所述压强差是指壳体12、14之间的主空间与附接到壳体12、14之一的内壁的插件15内的子空间之间的压强差。图6A至图6C的壳体12、14可以如以上结合图1至图4所披露地那样来制造，但也可以以不同的方式吹气模制或热成型。在图6A至图6C中所示的最终步骤中，两个壳体12、14的边缘28、30彼此焊接以产生空心体，同时插件15被牢固地固定(焊接)到空心体的内壁。

在图6A的示例性实施例中，设有主阀门54的主管线44连接到吹气针34，吹气针34刺穿壳体14的壁并在主空间中吹气。设有子阀门52的子管线42连接到吹气针32，吹气针32刺穿壳体14的附接有插件的区域，以使得吹气针32在由插件15限定的封闭的子空间中吹气。在该实施例中，主管线44和子管线42是不同的管线。该方法还包括控制主阀门54和子阀门52以使对主空间施加压强P1’和对子空间施加压强P2’同步。

在图6B的示例性实施例中，主管线44连接到吹气针34，吹气针34刺穿壳体14的壁并在主空间中吹气。设有压强降低装置60的子管线42连接在主管线44与吹气针32之间，吹气针32刺穿壳体14的附接有插件的区域以使得吹气针32在由插件15限定的封闭的子空间中吹气。该实施例的优点在于能够在没有任何特殊控制装置的情况下使压强的施加同步。压强降低装置60可以是例如流道截面扩大器(flow expander)、比例阀、校准漏孔等。

在图6C的示例性实施例中，主管线44通过文丘里装置70连接到刺穿壳体14的壁并在主空间中吹气的吹气针34。子管线46、42连接到主管线44与吹气针32之间，吹气针32刺穿壳体14的附接有插件区域，以使得吹气针32在由插件15限定的封闭的子空间中吹气。穿过子管线46的气流的一部分被引导到文丘里装置70(见管线48)，使得子空间中的压强P2’低于主空间中的压强P1’。穿过主空间的气流经由返回管线47释放。该返回管线47可以与输入管线穿过相同的针34。在该实施例中，主压强P1’进行扫略，以实现主空间中的吹气，而且也实现冷却，由此能够将文丘里装置70用于产生施加在针32和34之间的压强差。

尽管没有在图6A和图6B中画出，但本领域的技术人员理解，在图6A和图6B的实施例中也可以设置返回管线，其中该返回管线可以可选地与主管线44穿过相同的针34。

而且，在图6A至图6C的实施例中，所施加的压强P1’和P2’使得主空间与子空间之间的压强差大于0.20bar(P1’–P2’>0.20bar)并小于3.00bar(P1’–P2’<3.00bar)，优选地0.5bar<P1’–P2’<2.00bar。通过具有这样的压强差，插件被压抵在壳体的内表面上，使得实现非常良好的焊接。同时，压强差不过高，使得避免插件的溃缩。

图7A至图7E示出了本发明的用于由塑料材料来制造空心体(通常为储箱)的方法的另一示例性实施例的之后的步骤。

图7A和图7B示出了第一步骤，在该第一步骤中，在包括模具型腔10和芯件16的吹气模制工具(图7A仅示出一个模具型腔10，但可理解，如在图7B中所示，存在第二模具型腔10)中将预成型体(例如挤出型坯)吹气模制为壳体12、14。在第一步骤中施加的压强P可以在3至7bar之间，例如为5bar。对于HDPE材料而言，温度通常高于130摄氏度，并优选地在170至220摄氏度之间。

图7C示出了第二步骤，在该第二步骤中，插件15(这里为排气组件)被布置为抵着所述壳体12、14中的壳体14的内表面，所述插件15限定待制造的空心体内的子空间。将插件15接合到壳体14的内表面还包括：在芯件16插在壳体12、14之间的情况下关闭吹气模制工具；对被壳体12、14和芯件16封闭的主空间施加第一压强P1，同时对由插件15限定的子空间施加第二压强P2。优选地，0.5bar<P1–P2<2bar。第一压强P1通常是在3至7bar之间、例如为5bar的压强。可以经由刺穿壳体14并分别在主空间和子空间中吹气的吹气针34、32来施加压强P1和P2。对于HDPE材料，温度通常高于130摄氏度，并优选地在170至220摄氏度之间。

图7D示出了第三步骤，该第三步骤在于打开模制工具并取走芯件16。图7E示出了无芯件16的最终吹气模制步骤。通过关闭吹气模制工具并对被壳体12、14封闭的主空间施加主压强P1’而使壳体12、14接合以形成空心体，其中在对主空间施加主空间P1’的同时对由插件15限定的子空间施加子压强P2’，并且这使得主空间与子空间之间的压强差大于0.20bar(P1’–P2’>0.20bar)并小于3.00bar(P1’–P2’<3.00bar)。优选地，主空间与子空间之间的压强差小于2.00bar(P1’–P2’<2.00bar)，并且主空间与子空间之间的压强差大于0.5bar(0.5bar<P1’–P2’)。主压强P1’优选地高于P1，并且例如在8至12bar之间。对于HDPE材料，温度通常高于130摄氏度，并优选地在170至220摄氏度之间。

在本发明的实施例中，壳体12、14的壁厚度优选地在3至10mm之间，并且插件15的壁的厚度优选地在2至4mm之间。这样的厚度在上述压强范围下运行良好。

尽管以上结合特定实施例来说明了本发明的原理，但要理解的是，该描述仅是示例性地而非作为保护范围的限制做出的，保护范围由所附权利要求确定。

Claims (16)

1.一种用塑料材料制造空心体的方法，所述方法包括以下步骤：

-在模制工具中将预成型体模制成壳体；

-使插件接合到所述壳体中的一个壳体的内表面，所述插件限定待制造的空心体内的子空间；

-通过关闭所述模制工具并对被所述壳体封闭的主空间施加主压强(P1’)来使所述壳体接合在一起以形成所述空心体，其中在对所述主空间施加主压强(P1’)的同时对所述子空间施加子压强(P2’)，使得所述主空间与所述子空间之间的压强差大于0.20bar(P1’–P2’>0.20bar)，并小于3.00bar(P1’–P2’<3.00bar)。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述主空间与所述子空间之间的压强差小于2.00bar(P1’–P2’<2.00bar)。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述主空间与所述子空间之间的压强差大于0.5bar(0.5bar<P1’–P2’)。

4.如上述权利要求中任一项所述的方法，其中使插件接合到所述壳体的内表面包括：

将所述插件布置在所述壳体中抵着所述内表面，并在芯件插于所述壳体之间的情况下关闭所述模制工具；以及

对被所述壳体和所述芯件封闭的主空间施加第一压强(P1)，同时对所述子空间施加第二压强(P2)。

5.如权利要求4所述的方法，其中所述第一压强与所述第二压强之间的压强差大于0.20bar(P1–P2>0.20bar)并小于3.00bar(P1–P2<3.00bar)。

6.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其中所述模制工具包括两个型腔和一个芯件，并且其中所述将预成型体模制成壳体的步骤包括：

将呈型坯形式的预成型体引入所述型腔；

将芯件引入所述型坯内，所述芯件已先安装有所述插件；

关闭所述模制工具，使得所述型腔与所述芯件密封地接触；

通过穿过所述芯件吹气和/或在所述型腔后方施加真空来使所述型坯贴抵所述型腔。

7.如权利要求6所述的方法，其中使插件接合到所述壳体的内表面包括用附接到所述芯件的装置将所述插件安装到所述型坯的内壁上，该方法还包括：

打开所述模制工具以在使所述壳体接合的步骤之前取走所述芯件。

8.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其中分别用主管线和不同于该主管线的子管线来进行所述主压强(P1’)和所述子压强(P2’)的施加。

9.如权利要求8所述的方法，其中所述主管线设有主阀门，所述子管线设有子阀门，并且该方法还包括控制所述主阀门和所述子阀门以使对所述主空间和所述子空间的压强施加同步进行。

10.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中分别用主管线和连接到该主管线的子管线来进行所述主压强(P1’)和所述子压强(P2’)的施加，其中在所述子管线中设有压强降低装置。

11.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其中通过吹气针进行所述主压强(P1’)和/或所述子压强(P2’)的施加，用该吹气针刺穿所述壳体的壁。

12.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其中所述主压强(P1’)高于4bar。

13.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其中所述主压强(P1’)高于7bar。

14.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其中在模制工具中将预成型体模制成壳体的步骤在低于所述主压强(P1’)的压强(P)下进行。

15.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其中所述插件是通气组件。

16.一种根据上述权利要求中任一项的方法制造的空心体，其中所述空心体是燃料储箱。

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