DE10062997A1 - Rohrartiger Stutzen - Google Patents

Abstract

Ein rohrartiger Stutzen (1, 2) zum Anschließen an einer Öffnung (4) eines Behälters (3) aus überwiegend Polyethylen hat einen ersten Teil (1) aus überwiegend Polyamid und einen zweiten Teil (2) aus überwiegend Polyethylen. Die beiden Teile sind durch Umspritzen verbunden und am Rand der Öffnung (4) des Behälters (3) stoffschlüssig zu befestigen. Damit die Verbindung der beiden Teile (1, 2) auch einer Quellung des Kunststoffs wenigstens des zweiten Teils (2) über längere Zeit und bei höheren Temperaturen standhält und dicht bleibt, unabhängig davon, ob die Verbindung als Schmelzverbindung ausgeführt ist oder nicht, ist vorgesehen, daß der Kunststoff des zweiten Teils (2) in der Weise vernetzt ist, daß eine chemische Verbindung zwischen den Kunststoffen der beiden Teile (1, 2) durch Brückenbildung über die Grenzfläche zwischen den Teilen (1, 2) hinweg bewirkt ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen rohrartigen Stut­ zen zum Anschließen an einer Öffnung eines Behälters aus überwiegend thermoplastischem Kunststoff, insbeson­ dere Polyethylen oder Polyester, mit einem rohrförmigen ersten Teil, der überwiegend thermoplastischen, allen­ falls schwach quellfähigen, vernetzbaren Kunststoff aufweist, und mit einem ringförmigen zweiten Teil aus überwiegend thermoplastischem, stärker quellfähigem, vernetzbarem Kunststoff, der durch Umspritzen des einen mit dem anderen der beiden Teile mit dem ersten Teil verbunden und am Rand der Öffnung des Behälters stoff­ schlüssig zu befestigen ist.

Bei einem bekannten Stutzen dieser Art (DE 42 39 909 C1) kann eine dem Innenraum des Behälters zugekehrte Fläche des mit dem Behälter verbundenen zweiten Teils mit dem Inhalt des Behälters in Berührung kommen. Wenn der Behälter einen Kraftstoff, wie Benzin oder Diesel­ öl, insbesondere alkoholhaltigen Kraftstoff, enthält, besteht die Gefahr, daß der ringförmige zweite Teil quillt. So hat sich bei Anwendung des Stutzens an Kraftstofftanks gezeigt, daß nicht nur der mit dem Kraftstoff in Berührung kommende stärker quellfähige zweite Teil, sondern auch der erste Teil, insbesondere in dem zum äußeren Umfang hin frei liegenden Übergang zwischen den beiden Teilen, zur Rißbildung neigt. Fer­ ner besteht die Gefahr, daß sich eine Schmelzverbindung zwischen den beiden Teilen nach längerer Standzeit und bei höherer Temperatur löst, auch wenn sie unmittelbar oder unter Zwischenschaltung eines Haftvermittlers oder nach entsprechender Modifikation wenigstens des einen der beiden keine Schmelzverbindung eingehenden Teile miteinander verschmolzen sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen rohrar­ tigen Stutzen der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem die Verbindung der beiden Teile auch einer Quellung des Kunststoffs wenigstens des zweiten Teils über län­ gere Zeit und bei höheren Temperaturen standhält und dicht bleibt, unabhängig davon, ob die Verbindung als Schmelzverbindung ausgeführt wird oder nicht.

Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Kunststoff des zweiten Teils in der Weise vernetzt ist, daß eine chemische Verbindung zwischen den Kunst­ stoffen der beiden Teile durch Brückenbildung über die Grenzfläche zwischen den Teilen hinweg bewirkt ist.

Diese Art der Verbindung hält nicht nur einer Quellung selbst des stärker quellfähigen Kunststoffs des zweiten Teils stand, ohne daß Risse auftreten, sondern ist auch mechanisch hoch belastbar und sehr dicht. Zusätzlich zu dieser Verbindung durch chemische Brückenbildung können die beiden Teile durch das Umspritzen auch eine Schmelzverbindung eingehen, wenn ihre Materialien insoweit kompatibel oder modifiziert sind oder ein Haftver­ mittler zwischen den beiden Teilen verwendet wird.

Vorzugsweise ist der Kunststoff des zweiten Teils durch Bestrahlung vernetzt oder silanvernetzt oder peroxi­ disch vernetzt. Diese Arten der Vernetzung ergeben eine besonders feste chemische Verbindung der beiden Teile.

Auch der Kunststoff des ersten Teils kann vernetzt sein. Dies erhöht zusätzlich die Festigkeit der Verbin­ dung.

Hierbei kann auch der Kunststoff des ersten Teils durch Bestrahlung vernetzt oder silanvernetzt oder peroxi­ disch vernetzt sein.

Der durch Bestrahlung vernetzte Kunststoff kann ferner einen als Vernetzungsverstärker wirkenden Zusatz auf­ weisen. Die Vernetzungsverbindung wird dadurch noch weiter verbessert.

Besonders feste Vernetzungsverbindungen ergeben sich, wenn der erste Teil Polyamid (PA) und der zweite Teil Polyethylen (PE), insbesondere hochdichtes Polyethylen (HDPE), aufweist oder der erste Teil verstärktes HDPE und der zweite Teil unverstärktes PE aufweist oder der erste Teilverstärktes Polyester und der zweite Teil unverstärktes Polyester aufweist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzug­ ten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeich­ nung näher beschrieben. Darin zeigen:

Fig. 1 einen Axialschnitt eines erfindungsgemäßen rohrartigen Stutzen, der auf dem Öffnungsrand eines Behälters durch eine Schmelzverbindung befestigt ist,

Fig. 2 den Schnitt II-II der Fig. 1,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Teils der Fig. 1 und

Fig. 4 einen vergrößerten Ausschnitt der Fig. 1.

Der in den Fig. 1 bis 4 der Zeichnungen dargestellte rohrartige Stutzen besteht aus einem rohrförmigen er­ sten Teil 1, der überwiegend thermoplastischen Kunst­ stoff, insbesondere Polyamid, aufweist, und einem ring­ förmigen zweiten Teil 2, der überwiegend thermoplasti­ schen Kunststoff, insbesondere Polyethylen, hier hoch­ dichtes Polyethylen (HDPE), aufweist. Beide Teile 1 und 2 können mit Glas- und/oder Kohleteilchen oder derglei­ chen verstärkt sein. Vorzugsweise ist Teil 1 verstärkt und Teil 2 unverstärkt. Alternativ kann Teil 1 ver­ stärktes HDPE und Teil 2 unverstärktes HDPE aufweisen. Eine weitere Alternative besteht darin, daß der erste Teil 1 verstärktes Polyester und der zweite Teil 2 un­ verstärktes Polyester aufweist. Eine weitere Alternati­ ve besteht darin, daß der Kunststoff mindestens eines der beiden Teile 1, 2 aus der Gruppe Polyolefin, Polyo­ lefinterpolymer, Polyolefincopolymer, thermoplastisches Polyester, Fluorthermoplast, Polyetherketon, Polyuret­ han, Polyacetal und Polysulfon ausgewählt ist. In allen Fällen ist Teil 1 kaum und Teil 2 stärker durch Kraft­ stoffe, wie Benzin, Dieselöl oder Kerosin oder eine al­ koholhaltige Flüssigkeit, insbesondere Glycol, quellfä­ hig.

Der Stutzen wird an der Außenseite eines nur teilweise dargestellten Behälters 3 aus überwiegend thermoplasti­ schem Kunststoff, insbesondere Polyethylen, hier eines Kraftstofftanks eines Kraftfahrzeugs, um eine Öffnung 4 des Behälters 3 herum durch eine Schmelzverbindung be­ festigt.

An dem freien, dem Behälter 3 abgekehrten Endabschnitt des Teils 1 kann ein Schlauch befestigt werden, z. B. durch eine Steckkupplung oder eine Schlauchschelle. Statt geradlinig, wie dargestellt, kann der Endab­ schnitt auch abgewinkelt sein.

Der Teil 2 ist ringförmig und hat einen ringförmigen axialen Vorsprung 5 auf der dem Behälter 3 abgekehrten Seite eines ringförmigen Abschnitts 6, der mit dem Be­ hälter 3 verbunden ist. Der Vorsprung 5 hat einen klei­ neren Durchmesser als der Abschnitt 6. Der ringförmige Vorsprung 5 hat auf seinem radial äußeren Umfang in Um­ fangsrichtung auseinanderliegende, sich axial erstrec­ kende Rippen 7, deren dem freien Ende des ringförmigen Vorsprungs 5 zugekehrte Vorderseite von diesem freien Ende weg nach hinten ansteigt und deren Rückseite nach hinten abfällt. Jede Rippe 7 hat einen sich von vorn nach hinten zunächst erweiternden und dann verjüngenden Querschnitt (siehe insbesondere Fig. 3). Die Übergänge zwischen unterschiedlich großen Querschnitten der Rip­ pen 7 sind stetig.

Der zweite Teil 2 hat in seiner axialen zentralen Boh­ rung 8 eine Hinterschneidung 9, in die das Material des in die Bohrung 8 ragenden ersten Teils 1 beim Ansprit­ zen eingedrungen ist. Die Hinterschneidung 9 ist ko­ nisch und wenigstens an ihrem den kleineren Durchmesser aufweisenden Ende 10 zum freien Ende des Vorsprungs 5 hin abgerundet. Die Wandstärke des Vorsprungs 5 nimmt von vorn nach hinten zu. Der Innendurchmesser des Vor­ sprungs 5 ist über den größten Teil der axialen Vor­ sprungslänge konstant. Die Stirnseite des Vorsprungs 5 hat eine umlaufende, sich zum freien Ende hin verjün­ gende Rippe 11. Ferner weist der Vorsprung 5 eine sich an die am freien Ende des Vorsprungs 5 ausgebildete Rippe 11 anschließende, nach innen abfallende Schräge 12 auf.

Die Herstellung des Stutzens geschieht folgendermaßen. Zunächst wird der Teil 2 in einem Formwerkzeug im Spritzgußverfahren hergestellt. Dann wird der Teil 1 ebenfalls in einem den Teil 2 aufnehmenden Formwerkzeug im Spritzgußverfahren hergestellt und dabei gleichzei­ tig innen und außen um das Teil 1 herumgespritzt, so daß im wesentlichen nur der Vorsprung 5 in dem thermo­ plastischen Kunststoff des ersten Rohrteils 1 eingebet­ tet und stoffschlüssig mit dem Teil 1 verbunden wird. Bei dem Umspritzen des Teils 2 mit dem Teil 1 werden gleichzeitig auch die Rippen 7 in dem geschmolzenen Ma­ terial des Teils 1 eingebettet. Im ausgehärteten Zu­ stand bilden dann die in das Material des Teils 1 ein­ greifenden Vorsprünge 7 eine Verdrehsicherung gegen ei­ ne unbeabsichtigte, relative Verdrehung der beiden Tei­ le 1 und 2. Außerdem bewirken die Rippen 7 und die Hin­ terschneidung 9, die strömungsgünstig und ohne Lunker­ bildung durch die Schmelze des Materials des Teils 1 eng umströmt werden, eine Erhöhung der Belastbarkeit der Verbindung der beiden Teile 1 und 2 durch axiale Zugkräfte. Ferner wird beim Umspritzen des Teils 2 die­ ser durch den Druck des in den Fig. 1 und 4 von oben axial in das Formwerkzeug eingespritzten Materials des Teils 1 aufgrund der Schräge 12 radial nach außen fest gegen die Innenseite des Formwerkzeugs gedrückt, so daß der Teil 2 durch die axiale Spritzdruckkomponente weni­ ger leicht verformt wird.

Wenigstens einer der beiden Teile 1, 2 wird nach oder bei dem Umspritzen in der Weise vernetzt, daß eine che­ mische Verbindung zwischen den Kunststoffen der beiden Teile 1, 2 durch Brückenbildung über die Grenzfläche zwischen den Teilen 1, 2 hinweg erfolgt. Vorzugsweise wird der zweite Teil 2 vernetzt. Bei der Vernetzung kann es sich um eine Elektronenstrahlvernetzung, eine Silanvernetzung, eine peroxidische Vernetzung, eine Schwefelvernetzung oder eine Azo-Vernetzung handeln. Außerdem kann der durch die Strahlung vernetzte Kunst­ stoff einen als Vernetzungsverstärkung wirkenden Zusatz aufweisen.

Die Vernetzung bewirkt eine noch festere Verbindung der beiden Teile 1 und 2, auch wenn der Stutzen über länge­ re Zeit und bei höherer Temperatur einem Behälterinhalt ausgesetzt wird, der ohne die Vernetzung zu einer Riß­ bildung aufgrund einer Quellung des Materials des Teils 2 insbesondere in dem Bereich führen würde, in dem der ringförmige Abschnitt 6 an dem Teil 1 angrenzt. Die Quellung würde zu einer Enthaftung der Teile 1 und 2 im umspritzten Bereich und zu einer Spannungsrißbildung führen. Die Vernetzung erhöht darüber hinaus die mecha­ nische Festigkeit, die Chemikalien-, Quellungs-, Dimen­ sions- und Temperaturbeständigkeit (Formstabilität).

Nachdem die beiden Teile 1 und 2 stoffschlüssig und chemisch verbunden sind, wird der Teil 2 mit seiner dem Behälter 3 zugekehrten Stirnfläche auf der Außenseite des Behälters 3 in einem radialen Abstand vom Loch 4 angeschmolzen. Zur Herstellung der Schmelzverbindung wird das Spiegelschweißverfahren angewandt. Dabei wird eine Metallplatte zwischen der Stirnfläche des Teils 2 und der Außenseite des Behälters 3 in erhitztem Zustand angeordnet, wobei die zu verbindenden Flächen geschmol­ zen werden. Danach wird die erhitzte Platte entfernt. Anschließend werden die Stirnfläche des Teils 2 und die Außenseite des Behälters 3 im geschlossenen Zustand zu­ sammengedrückt. Da der Ringabschnitt 6 innen und außen frei liegt, kann der beim Anschmelzen des Teils 2 am Behälter 3 entstehende Schweißwulst radial nach innen und außen ausweichen. Statt des Spiegelschweißverfah­ rens kann auch ein anderes Schweißverfahren angewandt werden, z. B. das Reib- oder Ultraschallschweißverfah­ ren.

Durch den Spalt zwischen dem in die Öffnung 4 ragenden Ende des Teils 1 und der Öffnung 4 kann mithin zwar Kraftstoff aus dem Behälter 3 an die freiliegende In­ nenseite des Teils 2 gelangen. Wegen der innigen chemi­ schen und zusätzlich durch das Anschmelzen bewirkten Verbindung zwischen der Innenseite des Vorsprungs 5 und dem Teil 1 kann der Kraftstoff jedoch nicht zwischen die beiden Teile gelangen und die Verbindung enthaften.

Die Gefahr einer übermäßigen Quellung des Teils 2 durch die Berührung mit Kraftstoff oder dergleichen, so daß der Teil 2 einen Riß erhielte oder übermäßig verformt würde, ist mithin weitgehend ausgeschlossen. Desglei­ chen bleibt die Verbindung zwischen den Teilen, 1 und 2 auch bei hoher axialer Belastung sehr fest und dicht.

Sodann ist es auch möglich, das Teil 1 beim Umspritzen des Teils 2 oder nachträglich zu vernetzen.

Claims (6)

1. Rohrartiger Stutzen (1, 2) zum Anschließen an einer Öffnung (4) eines Behälters (3) aus überwiegend thermoplastischem Kunststoff, insbesondere Polye­ thylen oder Polyester, mit einem rohrförmigen er­ sten Teil (1), der überwiegend thermoplastischen, allenfalls schwach quellfähigen, vernetzbaren Kunststoff aufweist, und mit einem ringförmigen zweiten Teil (2) aus überwiegend thermoplastischem, stärker quellfähigem, vernetzbarem Kunststoff, der durch Umspritzen des einen mit dem anderen der bei­ den Teile (1, 2) mit dem ersten Teil (1) verbunden und am Rand der Öffnung (4) des Behälters (3) stoffschlüssig zu befestigen ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kunststoff des zweiten Teils (2) in der Weise vernetzt ist, daß eine chemische Ver­ bindung zwischen den Kunststoffen der beiden Teile (1, 2) durch Brückenbildung über die Grenzfläche zwischen den Teilen (1, 2) hinweg bewirkt ist.

2. Stutzen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff des zweiten Teils (2) durch Be­ strahlung vernetzt oder silanvernetzt oder peroxidisch vernetzt ist oder schwefelvernetzt oder azo­ vernetzt ist.

3. Stutzen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kunststoff des ersten Teils (1) vernetzt ist.

4. Stutzen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff des ersten Teils (1) durch Be­ strahlung vernetzt oder silanvernetzt oder peroxi­ disch vernetzt oder schwefelvernetzt oder azo­ vernetzt ist.

5. Stutzen nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der durch Bestrahlung vernetzte Kunststoff einen als Vernetzungsverstärker wirken­ den Zusatz aufweist.

6. Stutzen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Teil (1) Polyamid (PA) und der zweite Teil (2) Polyethylen (PE), ins­ besondere hochdichtes Polyethylen (HDPE), aufweist oder daß der erste Teil (1) verstärktes HDPE und der zweite Teil (2) unverstärktes PE aufweist oder daß der erste Teil (1) verstärktes Polyester und der zweite Teil (2) unverstärktes Polyester auf­ weist.