DE112009001458T5

DE112009001458T5 - Prozess zum Herstellen eines Kraftstoffbehälters

Info

Publication number: DE112009001458T5
Application number: DE112009001458T
Authority: DE
Inventors: Bjorn Criel; Jean-Claude Mur; David Commerce Township HILL
Original assignee: Inergy Automotive Systems Research SA
Current assignee: Plastic Omnium Advanced Innovation and Research SA
Priority date: 2008-06-23
Filing date: 2009-06-23
Publication date: 2011-05-19
Anticipated expiration: 2029-06-24
Also published as: CN102066086B; DE112009001458B4; JP5657530B2; JP2011525439A; WO2010006900A1; US8496867B2; CN102066086A; US20110221104A1

Abstract

Prozess zum Herstellen eines Kunststoffkraftstoffbehälters, der mit einer Komponente ausgestattet ist, durch Formen eines Vorformlings mittels einer Form, die zwei Kavitäten und einen Kern enthält, wobei der Prozess die folgenden Schritte enthält:
A) Einführen eines Vorformlings in die Formkavitäten;
B) Einführen eines Kerns in das Innere des Vorformlings, wobei der Kern zuerst mit einer Komponente versehen worden ist;
C) Schließen der Form derart, dass die Kavitäten in lecksicheren Kontakt mit dem Kern kommen;
D) Drücken des Vorformlings gegen die Kavitäten durch Blasen durch den Kern und/oder Herstellen eines Vakuums hinter den Kavitäten;
E) Installieren der Komponente an der Innenwand des Vorformlings mittels einer am Kern angebrachten Vorrichtung;
F) Öffnen der Form, um den Kern herauszunehmen; und
G) endgültiges Formen des Vorformlings durch Blasformen und/oder Thermoformen;
wobei der Prozess dadurch gekennzeichnet ist, dass der Schritt B das Montieren der Komponente um eine Nadel...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Prozess zum Herstellen eines Kunststoffkraftstoffbehälters, der mit einer Komponente ausgestattet ist.
Kraftstoffbehälter an Bord von Fahrzeugen verschiedener Art müssen Abdichtungs- und Durchlässigkeitsstandards im Verhältnis zum Verwendungstyp, für den sie entworfen sind, und die Umweltschutzanforderungen, die sie erfüllen müssen, einhalten. Gegenwärtig findet in Europa wie auch in der gesamten Welt eine wesentliche Verschärfung der Anforderungen hinsichtlich der Begrenzung von Schadstoffemissionen in die Atmosphäre und allgemein in die Umgebung statt.
Um diese Emissionen zu begrenzen, wird insbesondere auf das Anordnen der Komponenten (Lüftungsleitungen, Ventile, Einbauten, Aussteifungen usw.) im Inneren des Behälters und/oder der Füllleitung geachtet (siehe insbesondere die auf den Anmelder lautende Anmeldung WO 2004/024487 ). Wenn diese Komponenten am Behälter befestigt werden, nachdem er geformt worden ist, ist es jedoch im Allgemeinen erforderlich, wenigstens eine Öffnung im Behälter auszubilden, um so imstande zu sein, diese Komponenten in den Behälter einzuführen und sie daran zu befestigen. Folglich kann es in der Nähe dieser Öffnung mögliche Abdichtungsprobleme geben.
Vor einigen Jahren hat der Anmelder daher einen Prozess entwickelt, bei dem zuerst ein geteilter (in 2 Teilstücke geschnittener) Vorformling gebildet wird, um während des eigentlichen Formens des Behälters Komponenten in diesen einführen und daran befestigen zu können und so das Ausstechen von Öffnungen zu vermeiden (siehe das auf den Anmelder lautende Patent EP 1 110 697 ).
Dieser Prozess ist seitdem Gegenstand mehrerer Verbesserungen gewesen, die auf spezielle Mittel zum Befestigen dieser Komponenten abzielten; siehe insbesondere die Anmeldungen WO 2006/008308 (Befestigen von Komponenten durch Nietstanzen), WO 2006/095024 (Befestigen von Lüftungsleitungen, die ein Teil besitzen, das aufgrund des Vorhandenseins einer Biegung, die während der Anbringung dieser Leitungen am Vorformling gestreckt wird, verformt werden kann) und WO 2007/000454 (Befestigen von Lüftungsleitungen gemäß einer idealen Auslegung und vor allem, die Lüftungsleitungen betreffend, unter Vermeidung der Bildung von Siphons).
Diese Verbesserungen konnten dank der Verwendung eines Kerns umgesetzt werden, d. h. eines Teils geeigneter Größe und Gestalt, um zwischen die Kavitäten der Form, wenn sich der Vorformling darin befindet, eingeführt werden zu können und daran die Komponenten innerhalb des Behälters befestigen zu können, ohne die Ränder des Vorformlings zu verschweißen (da der Kern vor dem endgültigen Formen des Behälters entfernt werden muss, ein Schritt, während dem das Verschweißen der Vorformlingteilstücke ausgeführt wird). Ein solches Teil (ein solcher Kern) ist beispielsweise im Patent GB 1 410 215 beschrieben, dessen Offenbarungsgehalt zu diesem Zweck durch Bezugnahme in der vorliegenden Anmeldung mit aufgenommen ist.
Die Installation der Komponenten kann in bestimmten Fällen (z. B. dann, wenn sie Komponenten sind, die durch die Wand gehen, um die Kommunikation mit der Außenseite zu ermöglichen) ein schwieriges Unterfangen sein, das dann, wenn die Wand mehrschichtig ist, zur Folge haben kann, dass die Sperrschicht beschädigt wird und/oder eine Verbindung erhalten wird, die nicht sehr lecksicher ist.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist, einen Prozess zum Herstellen eines Kraftstoffbehälters zu schaffen, bei dem das Installieren einer Komponente selbst dann, wenn es eine Komponente ist, die dazu gedacht ist, durch die Wand des Behälters zu gehen und eine Verbindung zwischen seinem Innenvolumen und der Außenseite herzustellen, schnell, genau und lecksicher ist.
Dazu bezieht sich die Erfindung auf einen Prozess zum Herstellen eines Kunststoffkraftstoffbehälters, der mit einer Komponente ausgestattet ist, durch Formen eines Vorformlings mittels einer Form, die zwei Kavitäten und einen Kern enthält, wobei der Prozess die folgenden Schritte enthält:

A) Einführen eines Vorformlings in die Formkavitäten;
B) Einführen eines Kerns in das Innere des Vorformlings, wobei der Kern zuerst mit einer Komponente versehen worden ist;
C) Schließen der Form derart, dass die Kavitäten in lecksicheren Kontakt mit dem Kern kommen;
D) Drücken des Vorformlings gegen die Kavitäten durch Blasen durch den Kern und/oder Herstellen eines Vakuums hinter den Kavitäten;
E) Installieren der Komponente an der Innenwand des Vorformlings mittels einer am Kern angebrachten Vorrichtung;
F) Öffnen der Form, um den Kern herauszunehmen; und
G) endgültiges Formen des Vorformlings durch Blasformen (durch Injizieren eines mit Druck beaufschlagten Fluids in das Innere des Vorformlings) und/oder Thermoformen (durch Herstellen eines Vakuums hinter den Kavitäten).

Gemäß einem wichtigen Aspekt der Erfindung enthält der Prozess außerdem im Schritt B das Montieren der Komponente um eine Nadel oder einen anderen länglichen Gegenstand, der eine am Kern angebrachte Schneidvorrichtung enthält, und im Schritt E:

E1) Verlagern der Nadel oder der Schneidvorrichtung derart, dass zunächst der Vorformling verformt wird, und danach Einstechen einer Öffnung in ihn, wobei die Nadel oder der längliche Gegenstand die Komponente mitnimmt, um sie in der Öffnung anzuordnen; und
E2) Herausziehen der Nadel oder des länglichen Gegenstands, wobei die Komponente in der Öffnung aufgenommen hinterlassen wird.

Der Einfachheit halber wird in der restlichen Patentbeschreibung im Allgemeinen ”Nadel” verwendet, wobei dieser Begriff wohlgemerkt auch einen anderen länglichen Gegenstand bezeichnet, wie später in dieser Patentbeschreibung definiert wird.
Aufgrund der Montage der Komponente mittels einer solchen ”Nadel” kann das Installieren der Komponente während des Formens des Vorformlings schnell und genau ausgeführt werden. Die Herstellungskosten können verringert werden, während die Qualität des hergestellten Kraftstoffbehälters verbessert wird und die erhaltene Verbindung selbst im Fall einer Komponente, die durch die Wand eines mehrschichtigen Behälters geht, besonders lecksicher ist. Dieser Vorteil wird hauptsächlich dadurch erzielt, dass der Vorformling zunächst durch die Komponente verformt (gestreckt) wird und dann erst durchschnitten/durchstochen wird, wobei festgestellt wurde, dass dies den Schaden am Vorformling (und genauer an der Sperrschicht im Fall eines mehrschichtigen Vorformlings) verringert. Dies erlaubt auch eine bessere Steuerung der Behälterwand um die innere Kunststoffkomponente und eine bessere Widerhakenformung. Im Fall eines mehrschichtigen Vorformlings positioniert dieser Entwurf auch die Sperrschicht näher zur äußeren Oberfläche des Einfüllstutzens, so dass die Permeation geringer ist.
Der Begriff ”Kraftstoffbehälter” soll einen undurchlässigen Behälter bedeuten, der Kraftstoff unter verschiedenen und veränderlichen Umgebungs- und Nutzungsbedingungen speichern bzw. lagern kann. Ein Beispiel dieser Behälter ist jener, mit dem Kraftfahrzeuge ausgestattet sind.
Der erfindungsgemäße Kraftstoffbehälter ist aus Kunststoff gefertigt. Der Begriff ”Kunststoff” bedeutet irgendein Material, der wenigstens ein Synthetikharzpolymer enthält.
Alle Kunststofftypen sind geeignet. Besonders geeignet sind Kunststoffe, die zur Kategorie der Thermoplaste gehören.
Der Begriff ”Thermoplast” soll irgendein thermoplastisches Polymer einschließlich der thermoplastischen Elastomere und Mischungen davon bedeuten. Der Begriff ”Polymer” soll sowohl Homopolymere als auch Copolymere (speziell binäre oder ternäre Copolymere) bedeuten. Beispiele solcher Copolymere sind unter anderem: statistische Copolymere, lineare Blockcopolymere, andere Blockcopolymere und Graft- bzw. Propfcopolymere.
Jeder Typ von thermoplastischem Polymer oder Copolymer, dessen Schmelzpunkt unter der Zersetzungstemperatur liegt, ist geeignet. Synthetische Thermoplaste mit einem sich über wenigstens 10 Grad Celsius spannenden Schmelzbereich sind besonders geeignet. Beispiele solcher Materialien enthalten jene, die Polydispersion in ihrem Molekulargewicht aufweisen.
Insbesondere können Polyolefine, thermoplastische Polyester, Polyketone, Polyamide und deren Copolymere verwendet werden. Eine Mischung von Polymeren oder Copolymeren kann ebenfalls verwendet werden; ähnlich ist es auch möglich, eine Mischung polymerer Materialien mit anorganischen, organischen und/oder natürlichen Füllstoffen wie beispielsweise unter anderem Kohlenstoff, Salzen und anderen anorganischen Derivaten und natürlichen oder polymeren Fasern zu verwenden. Es ist auch möglich, mehrschichtige Strukturen zu verwenden, die aus gestapelten und zusammengefügten Schichten, die wenigstens eines der oben beschriebenen Polymere oder Copolymere enthalten, zusammengesetzt sind.
Ein oft eingesetztes Polymer ist Polyethylen. Ausgezeichnete Ergebnisse sind mit hochdichtem Polyethylen (HDPE) erzielt worden.
Die Wand des Behälters kann aus einer einzigen thermoplastischen Schicht oder aus zwei Schichten zusammengesetzt sein. Eine oder mehrere mögliche zusätzliche Schichten können vorteilhaft aus Schichten zusammengesetzt sein, die aus einem Material gefertigt sind, das eine Sperre für Flüssigkeiten und/oder Gase darstellt. Vorzugsweise sind die Beschaffenheit und die Dicke der Sperrschicht so gewählt, dass die Durchlässigkeit von Flüssigkeiten und Gasen, die mit der inneren Oberfläche des Behälters in Kontakt kommen, minimiert wird. Vorzugsweise basiert diese Schicht auf einem Sperrharz, das heißt einem Harz, das für Kraftstoff undurchlässig ist, wie beispielsweise EVOH (ein teilweise hydrolysiertes Ethylen/Vinylacetat-Copolymer). Alternativ kann der Behälter einer Oberflächenbehandlung (Fluorierung oder Sulfurierung) unterworfen werden, um ihn für den Kraftstoff undurchlässig zu machen.
Der erfindungsgemäße Behälter enthält vorzugsweise eine EVOH-basierte Sperrschicht, die sich zwischen den HDPE-basierten äußeren Schichten befindet, wobei die EVOH- und die HDPE-Schichten durch Klebeschichten verbunden bzw. verklebt sind (die im Allgemeinen modifiziertes PE enthalten, beispielsweise mit einer Säure oder einem Anhydrid wie etwa Maleinsäureanhydrid gepfropft sind).
Es sei angemerkt, dass die Anwendung des erfindungsgemäßen Prozesses besonders vorteilhaft ist, wenn der Behälter eine solche Schicht enthält, die eine Sperre für Flüssigkeiten und/oder Gase darstellt. Wenn die Komponente installiert ist und den Vorformling verformt hat, um eine Art Flansch (Fixierzone) zur Außenseite des Behälters hin zu erzeugen, sticht/schneidet die ”Nadel” eine Öffnung in den Vorformling. Während dieser Verformung des Vorformlings zur Außenseite hin, wird die Anordnung (Flansch und Komponente an ”Nadel”) vorzugsweise in einem Loch geeigneter Größe und Gestalt in einer der Formkavitäten aufgenommen, das vorzugsweise während des Schritts E (oder genau vor diesem, nachdem der Schritt D ausgeführt worden ist) erzeugt wird, im Allgemeinen durch Zurückziehen eines beweglichten Teils in das Loch. Während des Befestigens der Komponente am Vorformling bleibt die Struktur des Vorformlings unverändert, d. h., dass während des Befestigens keine der verschiedenen Materialschichten beschädigt wird. Daher erstreckt sich die Schicht, eine Sperre für Flüssigkeiten und/oder Gase darstellt, über den Befestigungspunkt hinaus und ermöglicht somit das Garantieren der Undurchlässigkeit des Behälters im Bereich der Komponente.
Der Grund ist der, dass während der oben beschriebenen Verformung eine Art Flansch, der eine Sperrschicht enthält, an der Oberfläche der Komponente geformt wird, der tatsächlich die gesamte Fixierung sehr lecksicher und undurchlässig macht.
Gemäß der Erfindung wird der Behälter durch Formen eines Vorformlings gefertigt. Der Begriff ”Vorformling” soll eine Vorform bedeuten, die im Allgemeinen extrudiert ist und dazu gedacht ist, nach dem Formen zu den geforderten Gestalten und Abmessungen die Wand des Behälters zu bilden. Diese Vorform muss nicht unbedingt eine einstückige Vorform sein. So ist der Vorformling vorteilhafterweise tatsächlich aus zwei getrennten Stücken gefertigt, die beispielsweise zwei Tafeln sein können. Jedoch resultieren diese Stücke vorzugsweise aus dem Zerschneiden ein und desselben extrudierten röhrenförmigen Vorformlings, wie in der oben erwähnten Anmeldung EP 1 110 697 beschrieben worden ist, deren Offenbarungsgehalt deshalb durch Bezugnahme in der vorliegenden Anmeldung mit aufgenommen ist. Gemäß dieser Variante wird, sobald ein einzelner Vorformling extrudiert worden ist, dieser Vorformling über seine gesamte Länge längs zweier diametral entgegengesetzter Linien durchschnitten, um zwei getrennte Teile (Tafeln) zu erhalten.
Im Vergleich zum Formen zweier getrennt extrudierter Tafeln konstanter Dicke erlaubt dieser Lösungsweg die Verwendung von Vorformlingen mit einer veränderlichen Dicke (das heißt einer Dicke, die über ihre Länge nicht konstant ist), die durch eine geeignete Extrusionsvorrichtung (im Allgemeinen einen Extruder, der mit einer Düse bzw. einem Werkzeug versehen ist, das einen positionell verstellbaren Dorn besitzt) erhalten werden. Ein solcher Vorformling trägt der Reduktion der Dicke, die während des Formens an bestimmten Punkten des Vorformlings als Ergebnis nicht konstanter Verformungsgrade des Materials in der Form geschieht, Rechnung.
Nachdem der Vorformling in zwei Stücken geformt worden ist, bilden diese Stücke im Allgemeinen die untere bzw. die obere Wand des Kraftstoffbehälters, wobei jede einen innere Oberfläche (die zum Inneren des Behälters gerichtet ist) und eine äußere Oberfläche (die vom Behälter nach außen gerichtet ist) besitzt.
Die beim erfindungsgemäßen Prozess verwendete Form enthält einen wie früher definierten Kern und zwei Kavitäten, die dazu gedacht sind, mit der äußeren Oberfläche des Vorformlings in Kontakt zu sein, wobei der Vorformling durch Blasformen (Drücken des Vorformlings gegen diese Kavitäten mittels eines in den Vorformling injizierten mit Druck beaufschlagten Gases) und/oder Thermoformen (Ansaugen eines Vakuums hinter den Formkavitäten) geformt wird. Wie oben bereits früher erwähnt worden ist, weist wenigstens eine der Kavitäten vorzugsweise ein hohles Relief bzw. eine Aussparung auf, die dazu entworfen ist, in ihr die Ausstechnadel und außerdem, optional, wenigstens einen Teil der Komponente aufzunehmen und gegebenenfalls mit einem Teil des Vorformlings bedeckt sein kann (wie in den dem vorliegenden Dokument beigefügten Figuren gezeigt ist).
Vorzugsweise erfolgt das Formen durch Blasformen, wobei vorzugsweise auch ein Sog hinter den Kavitäten erzeugt wird (ein Vakuum angesaugt wird), um den Vorformling in der Form zu halten, wenn die Letztere nicht geschlossen und mit Druck beaufschlagt ist. Daher enthält es vorzugsweise vor dem Schritt (F) einen Entgasungsschritt. Im Allgemeinen wird dazu der Vorformling zunächst durchstochen (indem er beispielsweise mit einer Nadel durchbohrt wird) und dann das Fluid (beispielsweise mittels eines Ventils) aus der Form ausgeströmt. In dieser Variante ist das hohle Relief der oben erwähnten Kavität vorteilhafterweise mit wenigstens einem Stopfen versehen, der es ermöglicht, wo es geeignet ist, die Öffnung im Vorformling und der Komponente zu verstopfen, wenn die Nadel herausgezogen wird, um imstande zu sein, den Behälter effektiv durch Blasformen herzustellen.
Der Begriff ”Komponente” soll im Kontext der Erfindung ein Element bedeuten, das im Inneren des Kraftstoffbehälters an der inneren Wand des Letzteren montiert ist. Insbesondere weist die Komponente vorteilhafterweise einen Durchgang auf, der, wenn die Komponente installiert ist, durch die Wand des Kraftstoffbehälters geht. Die Erfindung erzielt gute Ergebnisse mit Rohren oder Leitungen. Die Komponente gemäß der Erfindung kann ein Lüftungsrohr, eine Leitung zum Pumpen von Kraftstoff oder zum Rückführen von Kraftstoff vom Motor zum Behälter (im Fall von Dieselmotoren), ein Einfüllstutzen, eine elektrische Leitung (in diesem Fall ist die Leitung im Allgemeinen die Ummantelung eines elektrischen Kabels) usw. sein. Eine solche Komponente wird vorzugsweise dazu verwendet, irgendetwas (ein Fluid, Elektrizität usw.) zu transportieren. Daher ist die Komponente noch stärker bevorzugt ein Einfüllstutzen, ein Lüftungsrohr, eine OBD-(On Board Diagnosis, bordeigene Diagnose)-Leitung oder ein elektrischer Verbinder.
In dieser Variante ist es gerade dieser Durchgang in der Komponente, durch den die Nadel/Schneidvorrichtung sticht/schneidet, während die Verformung des Vorformling zur Außenseite hin hauptsächlich durch die Komponente selbst herbeigeführt wird, was folglich die Nadel/Schneidvorrichtung ”schützt”, um so die Verformung zu erhalten, bevor das Stechen/Schneiden erfolgt. Außerdem wird gerade durch diese Öffnung die Komponente im Hinblick darauf, sie am Behälter zu befestigen, an der Nadel/dem länglichen Gegenstand, der am Kern angebracht ist, aufgenommen. Der erfindungsgemäße Prozess lässt sich besonders gut auf einen Stutzen und insbesondere auf den Einfüllstutzen des Behälters anwenden. In diesem Fall entspricht der Durchgang in der Komponente dem Durchgang für das Fluid, wobei die Nadel/der längliche Gegenstand wenigstens an seiner Grundfläche einen Durchmesser besitzt, der im Wesentlichen gleich jenem dieses Durchgangs ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, um zu verhindern, dass geschmolzenes Kunststoffmaterial vom Vorformling in die Öffnung der Komponente, wo die ”Nadel” aufgenommen wird, eindringt, diese Öffnung tatsächlich verschlossen, wenn die Komponente an der ”Nadel” montiert ist, und wird nur dann aufgestochen/aufgeschnitten, wenn die ”Nadel” den Vorformling durchsticht/durchschneidet. Dazu sind die Dicke und/oder die Stärke der Komponentenwand vorzugsweise in jenem Bereich so angepasst, dass das Durchstechen/Durchschneiden möglich ist.
Der Begriff ”Nadel” soll im Kontext der Erfindung ein Element bedeuten, das am Kern montiert ist, um die Komponente, die installiert werden soll, zeitweise zu tragen bzw. zu befördern und eine Öffnung in den Vorformling zu stechen/zu schneiden. Dazu ist die ”Nadel” vorzugsweise, z. B. mit Hilfe eines Aktors, beweglich in Bezug auf den Kern montiert, um so imstande zu sein, die Nadel in Richtung des Vorformlings und durch diesen hindurch zu bewegen. Die Bewegung der ”Nadel” nimmt auch die Komponente mit, bis die Verformung des Vorformlings ausreichend ist; die Öffnung wird dann gestochen/geschnitten und die Komponente in Kontakt mit der inneren Oberfläche des Vorformlings hinterlassen. Die Nadel/der längliche Gegenstand, der die Schneidvorrichtung trägt, wird dann in Richtung des Kerns bewegt, das heißt, dass er aus der gestochenen Öffnung herausgezogen wird, wobei die Komponente in der gestochenen Öffnung untergebracht und an dem zur Außenseite hin verformten Abschnitt von ihr fixiert hinterlassen wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Komponente ein Einfüllstutzen mit integriertem ICV (Einlassrückschlagventil, Inlet Check Valve), das als Klapptür gestaltet ist.
In dieser Ausführungsform wird ein Stempel, der eine Schneidvorrichtung in eingefahrener Position trägt, in den Einfüllstutzen eingeführt, während die Klapptür offen ist, wobei die Anordnung durch den Kern gegen den Vorformling in ein Loch in einer der Formkavitäten hinein geschoben wird, um einen integrierten Flansch, der den Einfüllstutzen abdeckt, durch Pressen zu formen. Dann wird die Schneidvorrichtung nach vorn bewegt, wobei sie eine Öffnung durch das Ende des Einfüllstutzens und durch den Vorformling an seiner Oberseite schneidet. Schließlich wird der Stempel, der die aus dem Vorformling herausgeschnittenen Teile trägt, herausgezogen.
Vorzugsweise werden die aus dem Vorformling ausgeschnittenen Teile von der Schneidvorrichtung entfernt, damit der Stempel und seine Schneidvorrichtung in einem Prozess gemäß der Erfindung wieder verwendet werden können.
Beim erfindungsgemäßen Prozess sei hervorgehoben, dass der Vorformling im Wesentlichen während des Schritts D zu der Gestalt und den Abmessungen des Behälters geformt wird, derart, dass die Komponente am richtigen Ort im Behälter befestigt wird und dass die anschließenden Verformungen begrenzt sind und den Vorformling nicht beschädigen.
Vorzugsweise erlaubt der Kern das Befestigen mehrerer Komponenten an der Innenseite des Behälters, wobei diese Komponenten vorzugsweise am Kern vor seinem Einführen in die Form an ihrem entsprechenden Ort am Vorformling vormontiert werden (siehe die oben erwähnte Anmeldung WO 2007/000454 ).
Gemäß einer besonders vorteilhaften Variante der Erfindung werden zunächst mehrere Komponenten auf einen gemeinsamen Träger (Rahmen) montiert, der zum Laden des Kerns verwendet wird. So können selbst vor dem Laden in den Kern die Komponenten an diesem Rahmen positioniert und angeordnet werden, was eine ausgezeichnete Wiederholbarkeit der X-, Y-, Z-Positionierung der Komponenten erlaubt und die Handhabung von Anordnungen, die manchmal umfangreich und daher nicht sehr ergonomisch sind (wie beispielsweise ein Lüftungssystem), erleichtert.
Der Rahmen kann durch eine Bedienungsperson oder durch einen Roboter, je nach Gewicht der betreffenden Teile, gehandhabt werden. Hinsichtlich des Ladens des Kerns wird dies tatsächlich durch direktes Befestigen des Rahmens am Kern ausgeführt, wobei die Komponenten gegenüber Vorrichtungen angeordnet werden, die sie dann am Vorformling befestigen und die (beispielsweise durch Klammern, die durch Aktoren betätigt werden) am Kern angebracht werden. Dieser Lösungsweg ermöglicht es, Einsparungen hinsichtlich der Zykluszeit vorzunehmen, da die Anordnung der verschiedenen Komponenten am Träger unabhängig vom Formprozess ausgeführt werden kann.
Der im erfindungsgemäßen Prozess verwendete Kern kann auch zum Blasen des für das Blasformen des Vorformlings erforderlichen mit Druck beaufschlagten Gases verwendet werden, wobei dann, wenn der Vorformling, der durch Blasformen gebildet werden soll, in zwei Teilen vorliegt, der Kern auch dazu verwendet werden kann, die Ränder dieser zwei Teile wenigstens während der Schritte (C) bis (E) des Prozesses heiß zu halten.
Schließlich noch kann der Kern auch wenigstens teilweise zum Überwachen des Prozesses verwendet werden. Dazu kann beispielsweise eine Kamera in den Kern aufgenommen sein, um so durch Bildanalyse die Qualität der Anbringung der Komponente anzuzeigen und zu prüfen. Wenigstens ein Sensor zum Messen von Größen wie etwa Kraft, Weg, Druck und Temperatur kann ebenfalls am Kern angebracht sein, um so das Befestigen der Komponente am Vorformling besser zu überwachen.
Gemäß der Erfindung wird die Komponente am Behälter (oder genauer am Vorformling, da das Wort ”Behälter” das fertige, geformte Erzeugnis bezeichnet) befestigt.
Der Begriff ”befestigt” soll bedeuten, dass die Komponente entweder direkt mit der Wand des Behälters in Kontakt ist oder an einem Zwischenbefestigungsmittel angebracht ist, das selbst direkt mit der Behälterwand in Kontakt ist. Der Begriff ”Kontakt” soll entweder eine mechanische Befestigung (die demontierbar ist) oder eine Schweißnaht (oder molekulare Durchdringung) bedeuten. Die Letztere erzielt vom Gesichtspunkt der Durchlässigkeit gute Ergebnisse und ist im Kontext der Erfindung praktisch zu verwenden, da der Vorformling während des Formens geschmolzen/erweicht ist. Es sei angemerkt, dass auch andere Techniken (die vorzugsweise ebenfalls aus der Tatsache, dass der Vorformling geschmolzen/erweicht ist, einen Nutzen ziehen) wie beispielsweise Nietstanzen angewandt werden können. Die letztere ist eine Technik, die in der auf den Anmelder lautenden Anmeldung FR 04/08196 , deren Offenbarungsgehalt durch Bezugnahme in der vorliegenden Anmeldung mit aufgenommen ist, beschrieben ist.
Die Komponente kann in jenem Fall, wo sie einen Befestigungsflansch enthält, mittels einer um die gesamte Öffnung herum ausgeführten Schweißnaht befestigt werden, womit eine gute Undurchlässigkeit der Befestigung sichergestellt wird. Dazu kann die Komponente an jener Außenfläche des Flanschs vorgesehen sein, die zum Vorformling gerichtet ist, wobei eine Rippe vorhanden ist, die um den gesamten Umfang der Öffnung führt.
Die Komponente kann aus irgendeinem für ihre Funktion geeigneten Material gefertigt sein. Im Fall einer Rohrleitung, die ein Fluid bei einer Temperatur in der Nähe der Umgebungstemperatur transportiert (wie etwa ein Lüftungsrohr für den Behälter, dessen Zweck es im Allgemeinen ist, die Oberseite des Behälters mit einer Vorrichtung zum Adsorbieren von Kraftstoffdämpfen oder einem Gehäuse (eines Ölfilters) zu verbinden), eine Dampfentlüftungsleitung (die beim Befüllen des Behälters einen Teil der Dämpfe zur Oberseite der Füllleitung schickt), eine Leitung zum Fixieren des maximalen Kraftstoffpegels (deren Verschluss durch den Pegel des Kraftstoffs bewirkt, dass sich der Zapfhahn schließt) usw.), wobei diese Rohrleitung im Allgemeinen auf Kraftstoff und insbesondere auf HDPE basiert. Sie kann auch eine Sperrschicht aufweisen oder vollständig aus Sperrmaterial zusammengesetzt sein.
Wenn die Komponente (wenigstens an der Oberfläche) auf demselben Material wie die innere Oberfläche des Kraftstoffbehälters (im Allgemeinen auf HDPE) basiert, kann die Befestigung der Komponente am Behälter durch Verschweißen erreicht werden, indem die Komponente einfach mittels einer am Kern befestigten Vorrichtung (die dazu im Allgemeinen einen Aktor, beispielsweise einen hydraulischen Aktor enthält) gegen die Oberfläche geschoben wird.
Weitere besondere Aspekte und Merkmale der Erfindung werden deutlich aus der Beschreibung einiger vorteilhafter Ausführungsformen, die durch Beispiel und durch Vergleich mit einem weniger bevorzugten Verfahren zur Befestigung nachstehend präsentiert werden, wobei Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genommen wird; von den Figuren zeigen:
1 eine schematische Querschnittsansicht durch eine Vorrichtung zum Implementieren des erfindungsgemäßen Prozesses während des Schritts B;
2 eine schematische Querschnittsansicht durch die Vorrichtung aus 1 während des Schritts C;
3 eine schematische Querschnittsansicht durch die Vorrichtung aus 1 während des Schritts E;
4 eine schematische Querschnittsansicht durch eine Variante der Vorrichtung aus 1 während des Schritts E;
5 eine schematische Querschnittsansicht durch eine Variante der Vorrichtung aus 1 während des Schritts E;
6–9 schematische Ansichten eines Prozesses gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung unter Verwendung eines länglichen Gegenstands (Trägers oder Stempels) (5), der anstelle einer ”Nadel” eine Schneidvorrichtung (2) trägt, die eine Komponente (3) mit einer Klapptür (4) trägt.
Der Grundzyklus des erfindungsgemäßen Prozesses kann mit Bezug auf die 1 bis 3, in denen ein Kern 10, eine am Kern angebrachte Nadel 12 und eine Kavität 14 einer Form zu sehen sind, erläutert werden. Während eines Schritts A wird ein Vorformling 16 in die Kavitäten 14 der Form eingeführt. Jedoch spiegeln die Figuren den Kern der Erfindung nicht genau wider, da sich die Nadel 12 von der Komponente 18 erstreckt, nachdem der Schritt B ausgeführt worden ist, so dass während des Schritts E das Durchstechen des Vorformlings vor der Verformung des Vorformlings zur Außenseite hin geschieht. Die Figuren werden in der Tat hauptsächlich dazu das, den grundlegende Formprozess, in den sich das Befestigungsverfahren der Erfindung einfügt, zu erläutern.
In einem Schritt C wird die Form geschlossen, derart, dass die Kavitäten 14 in lecksicheren Kontakt mit dem Kern 10 kommen, so dass der Vorformling im Schritt D an die Form gedrückt werden kann, wie in 2 gezeigt ist. Das Installieren der Komponente 18 an der inneren Oberfläche des Vorformlings 16 (Schritt E) wird mit Bezug auf 3 beschrieben. Mittels eines Aktors 20 wird die Nadel 12 in Richtung des Vorformlings 16 verschoben, bis die Komponente 18 im Inneren der Kavität in der Form 14 zu ruhen gekommen ist, wobei sich ihr Befestigungselement an der inneren Oberfläche des Vorformlings 16 befindet und eine Öffnung in den Vorformling gestochen worden ist. Dann wird die Nadel 12 herausgezogen, wobei die Komponente 18 in der durch das Ausstechen durch die Nadel 12 im Vorformling 16 geschaffenen Öffnung aufgenommen hinterlassen wird.
Eine Variante der Vorrichtung ist in 4 gezeigt. Diese Figur zeigt als Komponente 18 einen Einfüllstutzen, der einen zylindrischen Teil 22, der durch den Vorformling 16 geht, und einen Flansch 24, der mit der inneren Oberfläche 26 des Vorformlings in Kontakt steht, besitzt. Der gezeigte Flansch 24 enthält außerdem über seinen gesamten Umfang eine Rippe 28. Diese Rippe 28 dient als Schweißkante. Durch die Komponente 18 ist ein Durchgang 30 ausgebildet, der als Zugang zum Behälter verwendet werden soll, um imstande zu sein, den Letzteren zu füllen. Der Durchmesser dieses Durchgangs 30 entspricht im Wesentlichen jenem der Grundfläche (des zylindrischen Teils) der Nadel 12. Die Komponente enthält außerdem in Ventil 32, das es ermöglicht, den Durchgang 30 zu verstopfen, im Allgemeinen um Kraftstoffverluste im Fall eines Unfalls und/oder des Herausziehens der Füllleitung zu vermeiden.
Eine Stopfvorrichtung 34 ist ebenfalls in 4 gezeigt. Diese Stopfvorrichtung 34 enthält einen Kavitätenabschnitt 36 mit einem beweglichen Stopfen 38, der so verlagert werden kann, dass er den Durchgang 30 in der Komponente 18 versperrt, wenn der Stopfen 38 in den Durchgang 30 eingeführt ist, um das Entweichen von Luft aus dem Behälter während des anschließenden Blasformen des Behälters zu verhindern.
Eine weitere Variante, die zu jener von 4 ähnlich ist, ist in 5 gezeigt. Diese Figur zeigt den Stopfen 38 in seiner Position im Durchgang 30. Um die Komponente 18 an Ort und Stelle zu halten, wenn der Stopfen 38 in den Durchgang 30 der Komponente 18 eingeführt wird, kann eine bewegliche Abstützungsvorrichtung 40 verwendet werden. Die Kavität 14 der Form ist so gestaltet, dass jener Teil des Vorformlings, der durch die Nadel 12 verlagert wird, ein Endstück 42 für die Verbindung einer Hülse bildet. Der Stopfen 38 dient dann auch dazu, zu verhindern, dass Luft zwischen die Kavität 14 und die äußere Oberfläche des Vorformlings geblasen wird.
6 zeigt einen Stempel (5), der eine Schneidvorrichtung (2) trägt, und eine Komponente (3) mit einer Klapptür (4), deren Fixierung im Inneren eines Vorformlings in den nächsten Figuren (7 bis 9) gezeigt ist. Die in diesen Figuren gezeigte Komponente ist eine Füllleitung, wobei die Klapptür ein Teil eines ICV (Einlassrückschlagventils) ist und an einer Dichtung (die nicht gezeigt ist) anliegt (an diese angedrückt wird).
In den Figuren ist der Vorformling dargestellt, nachdem er in ähnlicher Weise wie in den 1 und 2 den Schritten A bis D unterzogen wurde, jedoch ist er einem Schritt E unterzogen worden, der anders ist als in den 3 und 4. Tatsächlich, wie in 7 gezeigt ist, hat die am Stempel (5) aufgenommene Komponente (3) den Vorformling im Inneren einer Kavität in den Formabdrücken (1) durch Pressen geformt. Bis zum Ende dieses Pressformens bleibt die Schneidvorrichtung (2) eingefahren.
Dann, wie in 8 gezeigt ist, wird die Schneidvorrichtung (2) nach vorn bewegt, so dass eine Öffnung in den Vorformling geschnitten wird.
Schließlich, wie in 9 gezeigt ist, werden der Stempel (5) und die Schneidvorrichtung (2) entfernt, so dass jener Abschnitt der Komponente (3) und des Vorformlings, der einen nutzlosen (überflüssigen) Teil (6) bildet, von ihr entfernt werden kann (wie in 9 tatsächlich gezeigt ist), so dass der Stempel und die Schneidvorrichtung bereit sind, in einem anderen Prozess gemäß der Erfindung wieder verwendet zu werden. In jener Ausführungsform kann ein Stopfen (wie jener aus den 4 und 5) verwendet werden, um die Öffnung, die in den Einfüllstutzen geschnitten worden ist, zu verstopfen und so zu verhindern, das Luft zwischen die Kavität und die äußere Oberfläche des Vorformlings geblasen wird.
In einer weiteren Ausführungsform, die nicht gezeigt ist, führt der Stempel, der verwendet wird, um die innere Kunststoffkomponente in das geschmolzene Materials hinein zu schieben, nur einen vorläufigen Schnitt aus, wobei die Spitze des Einfüllstutzens erst nach dem Blasen des Behälters als Sekundärvorgang vollständig geöffnet wird. Der Hauptvorteil dieser Ausführungsform ist, dass kein Stopfen erforderlich ist, um während der zweiten Blasphase des Prozesses mit dem Dichtheitsproblem fertig zu werden.
Jedoch wird in jener Ausführungsform dann, wenn sich die Klapptür schließt (was natürlich während des abschließenden Blasens geschieht, weil die Tür per Vorgabe (bei Ruhe), beispielsweise durch Verwendung einer Feder, in dieser Stellung ist) eine Kavität erzeugt, die während der zweiten Phase des Blaszyklus einen anderen Blasdruck besitzt.
Um zu verhindern, dass die Dichtung durch übermäßiges Zusammendrücken beschädigt wird, kann der Entwurf der Komponente vorteilhafterweise eine Begrenzung der Zusammendrückung der Dichtung vorsehen (beispielsweise durch Vorsehen eines mechanischen Anschlags, der dort, wo die Dichtung angeordnet ist, die Hohlkehle darstellen kann, deren Höhe dann so angepasst ist, dass die Zusammendrückung der Dichtung begrenzt ist).
Zusammenfassung
Prozess zum Herstellen eines Kunststoffkraftstoffbehälters, der mit einer Komponente ausgestattet ist, durch Formen eines Vorformlings (16) mittels einer Form (14), die zwei Kavitäten und einen Kern enthält, wobei der Prozess das Montieren einer Komponente (18) um eine Nadel oder einen länglichen Gegenstand (12), der am Kern angebracht ist, das Verlagern der Nadel oder des länglichen Gegenstands, um so den Vorformling zu verformen und eine Öffnung in ihn zu stechen, wobei die Nadel oder der längliche Gegenstand die Komponente mitnimmt, um sie in der Öffnung zu positionieren, und das Herausziehen der Nadel oder des länglichen Gegenstands, wobei die Komponente in der Öffnung aufgenommen hinterlassen wird, enthält.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2004/024487 [0003]
EP 1110697 [0004, 0024]
WO 2006/008308 [0005]
WO 2006/095024 [0005]
WO 2007/000454 [0005, 0037]
GB 1410215 [0006]
FR 04/08196 [0043]

Claims

Prozess zum Herstellen eines Kunststoffkraftstoffbehälters, der mit einer Komponente ausgestattet ist, durch Formen eines Vorformlings mittels einer Form, die zwei Kavitäten und einen Kern enthält, wobei der Prozess die folgenden Schritte enthält: A) Einführen eines Vorformlings in die Formkavitäten; B) Einführen eines Kerns in das Innere des Vorformlings, wobei der Kern zuerst mit einer Komponente versehen worden ist; C) Schließen der Form derart, dass die Kavitäten in lecksicheren Kontakt mit dem Kern kommen; D) Drücken des Vorformlings gegen die Kavitäten durch Blasen durch den Kern und/oder Herstellen eines Vakuums hinter den Kavitäten; E) Installieren der Komponente an der Innenwand des Vorformlings mittels einer am Kern angebrachten Vorrichtung; F) Öffnen der Form, um den Kern herauszunehmen; und G) endgültiges Formen des Vorformlings durch Blasformen und/oder Thermoformen; wobei der Prozess dadurch gekennzeichnet ist, dass der Schritt B das Montieren der Komponente um eine Nadel oder einen länglichen Gegenstand, der eine am Kern angebrachte Schneidvorrichtung enthält, und der Schritt E die folgenden Schritte enthält: E1) Verlagern der Nadel oder der Schneidvorrichtung derart, dass zunächst der Vorformling verformt wird, und danach Einstechen einer Öffnung in ihn, wobei die Nadel oder der längliche Gegenstand die Komponente mitnimmt, um sie in der Öffnung anzuordnen; und E2) Herausziehen der Nadel oder des länglichen Gegenstands, wobei die Komponente in der Öffnung aufgenommen hinterlassen wird.
Prozess nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Verformung des Vorformlings einen Flansch zur Außenseite des Behälters hin erzeugt und wobei der Flansch, die Komponente und die Nadel/der längliche Gegenstand in einem Loch geeigneter Größe und Gestalt in einer der Formkavitäten aufgenommen werden, das durch Zurückziehen eines beweglichen Teils in das Loch erzeugt wird.
Prozess nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorformling aus zwei getrennten Stücken gebildet ist, die von ein und demselben extrudierten rohrförmigen Vorformling stammen, der über seine gesamte Länge längs zweier diametral entgegengesetzter Linien zerschnitten ist.
Prozess nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nadel oder der längliche Gegenstand in Bezug auf den Kern beweglich montiert ist.
Prozess nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente ein Einfüllstutzen, ein Lüftungsrohr, eine OBD-Leitung oder ein elektrischer Verbinder ist.
Prozess nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente einen Durchgang aufweist, der einen Durchmesser besitzt, der zum Durchmesser der Grundfläche der Nadel oder des länglichen Gegenstands ähnlich ist, und durch welchen Durchgang die Nadel/Schneidvorrichtung den Vorformling durchsticht, während die Verformung des Vorformlings hauptsächlich durch die Komponente selbst herbeigeführt wird.
Prozess nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchgang verschlossen ist, wenn die Komponente an der Nadel/dem länglichen Gegenstand montiert ist, und dass der Durchgang erst dann durchstochen wird, wenn die Nadel/der längliche Gegenstand den Vorformling durchsticht.
Prozess nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente ein Einfüllstutzen ist, mit integriertem ICV (Einlassrückschlagventil), das eine Klapptür enthält.
Prozess nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt E die folgenden Teilschritte enthält: – ein Stempel, der eine Scheidvorrichtung in eingefahrener Stellung trägt, wird in den Einfüllstutzen eingeführt, wobei seine Klapptür offen ist – die Anordnung wird durch den Kern gegen den Vorformling in ein Loch in einer der Formkavitäten hinein geschoben, um so einen integrierten Flansch, der den Einfüllstutzen wiederherstellt, durch Pressen zu formen – die Scheidvorrichtung wird vorwärts bewegt und schneidet eine Öffnung durch das Ende des Einfüllstutzens und durch den Vorformling an seiner Oberseite – der Stempel, der die vom Vorformling abgeschnittenen Teile trägt, wird herausgezogen.
Prozess nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Vorformling abgeschnittenen Teile von der Scheidvorrichtung entfernt werden und dass der Stempel und seine Scheidvorrichtung in einem Prozess nach einem der vorhergehenden Ansprüche erneut verwendet werden.
Prozess nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei während des Schritts G, der ein Blasformvorgang ist, ein Stopfen verwendet wird, um die Öffnung, die in den Einfüllstutzen geschnitten worden ist, zu verschließen.
Prozess nach Anspruch 9, wobei der Stempel nur einen vorläufigen Schnitt ausführt und die Spitze des Einfüllstutzens erst nach dem Formen des Behälters während eines Sekundärvorgangs (Fertigbearbeitungsvorgangs) vollständig geöffnet wird.
Prozess nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Klapptür an einer Dichtung anliegt, die in einer im ICV geformten Hohlkehle angeordnet ist, deren Höhe so angepasst ist, dass die Zusammendrückung der Dichtung während des Schritts G begrenzt ist.