Kraftstofftankanbauteil und Verfahren zur Herstellung eines Kraftstofftankanbauteils

B e s c h r e i b u n g

Die Erfindung betrifft ein Kraftstofftankanbauteil, einen Kraftstofftank, insbesondere einen Kraftfahrzeug kraftstofftank, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Kraftstofftankanbauteils.

Aus der DE 195 35 413 C1 ist ein Bauteil bekannt, das aus einem rohrförmigen Körper aus thermoplastischem Kunststoff, der an einem Ende einen abgestuften Ringkörper und am entgegen gesetzten Ende eine Halterippe aufweist, besteht. Versetzt um die Wandstärke des Körpers gegenüber dem Körperinnendurchmesser ist ein umlaufender Ring mit einem Vorsprung angeformt. In den abgestuften Ringkörper ist als Haftvermittler eine Zwischenschicht eingebracht. Darunter ist unter Einschluss des Rings mit dem Vorsprung ein Ringkörperelement angeformt. Durch Erhitzen werden dann das Ringkörperelement, die Zwischenschicht und der umlaufende Ring des rohrförmigen Körpers zusätzlich zu der mechanischen Verbindung, die der umlaufende Vorsprung bewirkt, miteinander verbunden.

Da diese Form der Verbindung einer Quellung der Kunststoffe nicht standhält, wird nach DE 100 62 997 A1 der Kunststoff des Ringkörperelements in der Weise vernetzt, dass eine chemische Verbindung zwischen den Kunststoffen beider Teile durch Brückenbildung über die Grenzfläche zwischen den Teilen hinweg bewirkt wird. Der rohrförmige Körper wird an seinem zum Behälter zeigenden Ende in einen Innen- und einen Außenrohrkörper geteilt.

Der Innenrohrkörper ragt dabei bis zur halben Wandstärke des Behälters in die öffnung hinein. Der Außenrohrkörper schließt das Ringköperelement wenigstens teilweise ein. Das Ringköperelement hat dabei einen Innendurchmesser, der größer als der Durchmesser der öffnung ist.

Nachteilig ist bei beiden bekannten Lösungen, dass die Verbindung zwischen dem rohrförmigen Körper und dem Ringkörperelement matehal - und kostenaufwendig ist.

Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein verbessertes Kraftstofftankanbauteil, einen Kraftstofftank und ein Verfahren zur Herstellung eines Kraftstofftankanbauteils zu schaffen.

Die der Erfindung zu Grunde liegenden Aufgaben werden jeweils mit den Merkma- len der unabhängigen Patenansprüche gelöst. Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.

Ausführungsformen der Erfindung haben insbesondere den Vorteil, dass das Kraft- stofftankanbauteil kostengünstig herzustellen ist und betriebssicher mit einem Kraft- stofftank zu verbinden ist.

Unter einem "Kraftstofftankanbauteil" werden hier alle Bauteile verstanden, die sich zum Anbauen an einen Kraftstofftank eignen, insbesondere Stutzen, Ventile, insbesondere Tankentlüftungsventile, Verschlusselemente oder dergleichen.

Nach Ausführungsformen der Erfindung hat das Kraftstofftankanbauteil einen ersten Bereich, der einen ersten Kunststoff aufweist. Der erste Bereich ist nach dem Anbau des Kraftstofftankanbauteils an einen Kraftstofftank dem Kraftstoff zumindest zeitweise ausgesetzt. Bei dem ersten Kunststoff handelt es sich daher um kraftstoffbe- ständigen Kunststoff. Unter einem kraftstoffbeständigen Kunststoff wird hier ein Kunststoff verstanden, der nicht oder nur wenig aufquillt, wenn er über längere Zeit einem Kraftstoff oder öl ausgesetzt wird.

Bei dem ersten kraftstoffbeständigen Kunststoff kann es sich zum Beispiel um PoIy- amid (PA), insbesondere PA 12, oder Polyoxymethylen (POM) handeln. Es kann sich bei dem ersten Kunststoff aber auch um einen anderen kraftstoffbeständigen thermoplastischen Kunststoff oder eine kraftstoffbeständige Mischung von kompatiblen Kunststoffen handeln.

Das Kraftstofftankanbauteil hat zumindest einen zweiten Bereich, der normalerweise nicht unmittelbar mit dem Kraftstoff in Berührung kommt. Der zweite Bereich besteht aus einer Mischung des ersten Kunststoffs mit einem zweiten Kunststoff. Bei dem zweiten Kunststoff handelt es sich um einen nicht kraftstoffbeständigen Kunst- stoff.

Unter einem „nicht kraftstoffbeständigen Kunststoff" wird hier ein Kunststoff verstanden, der aufquillt oder sonst in seinen Abmessungen oder mechanischen Eigenschaften wesentlich verändert wird, wenn er über einen längeren Zeitraum mit Kraftstoff in Berührung kommt. Beispielsweise kann es sich bei einem solchen zweiten nicht kraftstoffbeständigen Kunststoff um Polyethylen (PE) oder Polypropylen (PP) handeln. Es kann sich bei dem zweiten Kunststoff aber auch um einen anderen nicht kraftstoffbeständigen thermoplastischen Kunststoff oder eine Mischung von kompatiblen Kunststoffen handeln, die nicht kraftstoffbeständig sind.

Der erste und der zweite Kunststoff sind an sich nicht mischbar. Die Mischung beinhaltet daher einen Kompatibilisator, um die ersten und zweiten Kunststoffe miteinander mischbar zu machen.

Der erste und der zweite Bereich sind stoffschlüssig miteinander verbunden. Beispielsweise kann es sich bei der stoffschlüssigen Verbindung um eine Schweißverbindung handeln. Die stoffschlüssige Verbindung kann auch durch Zwei oder Mehr- komponenten-Kunststoff-Spritzguss erzeugt werden.

Die stoffschlüssige Verbindung zwischen dem ersten Bereich, der den ersten Kunststoff aufweist, und dem zweiten Bereich, der unter anderem den zweiten Kunststoff aufweist, der nicht mit dem ersten Kunststoff mischbar ist, wird dadurch ermöglicht, dass der zweite Bereich neben dem zweiten Kunststoff auch den ersten Kunststoff beinhaltet.

Dies ist insbesondere vorteilhaft, um die Kosten des Kraftstofftankanbauteils zu senken. Im Allgemeinen ist nämlich der erste kraftstoffbeständige Kunststoff wesentlich teurer, als der zweite nicht kraftstoffbeständige Kunststoff. Da die ersten und zweiten Kunststoffe aber nicht miteinander mischbar sind und daher normaler-

weise keine stoffschlüssige, fluiddichte Verbindung zwischen den beiden Kunststoffen hergestellt werden kann, wird gemäß Stand der Technik im Allgemeinen das Kraftstofftankanbauteil nur aus dem ersten Kunststoff bestehen, was entsprechend teuer ist.

Hier schafft die Erfindung Abhilfe, indem sie es ermöglicht, nur diejenigen ersten Bereiche des Kraftstofftankanbauteils, die dem Kraftstoff im Normalbetrieb, d.h. nach Anbau an einen Kraftstofftank und Befüllung des Kraftstofftanks mit Kraftstoff, ausgesetzt sind, aus dem ersten Kunststoff zu fertigen, wohingegen ein oder meh- rere zweite Bereiche, die dem Kraftstoff normalerweise nicht ausgesetzt sind, aus der Mischung gefertigt sind, die nur einen gewissen Anteil des ersten Kunststoffs aufweist, um die stoffschlüssige Verbindung mit den ersten Bereichen zu ermöglichen.

Ferner haben Ausführungsformen der Erfindung auch mechanische Vorteile: Der zweite Bereich kann mit dem ersten Bereich über eine erste Fügefläche verbunden werden. Der zweite Bereich kann seinerseits mit einem dritten Bereich über eine zweite Fügefläche verbunden werden, wobei es sich bei dem dritten Bereich z.B. um die Außenwandung eines Kraftstofftanks handeln kann. Die Verbindung des ers- ten Bereichs mit dem dritten Bereich erfolgt also über zwei Fügeflächen. Dies hat den Vorteil, dass die mechanische Spannung in den Fügeflächen relativ gering ist, so dass ein besonders betriebssicheres System geschaffen wird.

Die von dem ersten Bereich zu dem dritten Bereich aufeinander folgenden Materia- lien haben nämlich gestaffelt Eigenschaften: Zum einen hat der erste Bereich, der z.B. aus PA ist, die höchste Grundsteifigkeit. Der zweite Bereich, der aus der Mischung besteht, hat eine geringere Grundsteifigkeit als der erste Bereich, und der dritte Bereich, der z.B. aus PE besteht, hat die geringste Grundsteifigkeit.

Genau entgegengesetzt verhält es sich bezüglich des Quellverhaltens der verschiedenen Bereiche: Der erste Bereich aus dem kraftstoffbeständigen Kunststoff hat das geringste Quelleverhalten, der zweite Bereich ein mittleres Quellverhalten und der dritte Bereich aus dem nicht kraftstoffbeständigen Kunststoff das größte Quellverhalten. Der erste Bereich quillt also bei Kontakt mit dem Kraftstoff am wenigsten auf,

der dritte Bereich am meisten. Dieses gestaffelte Quellverhalten korrespondiert zu den gestaffelten Grundsteifigkeiten und führt insgesamt zu einer Reduktion der mechanischen Belastung der Fügeflächen.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei dem Kompatibilisator um ein Copolymer der ersten und zweiten Kunststoffe. Die Verwendung eines solchen Kompatibilisators hat insbesondere den Vorteil, dass nicht noch ein weiterer von den ersten und zweiten Kunststoffen verschiedener Werkstoff in die Mischung eingebracht werden muss. Ein solcher weiterer Werkstoff könnte nämlich hinsicht- lieh der Dichtigkeit und Langzeitbeständigkeit problematisch sein.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei dem Polymer um ein „gepfropftes Copolymer". Unter einem „gepfropftes Copolymer" wird hier ein Copolymer verstanden, das wie folgt hergestellt wird: Zur Herstellung des gepfropften Copolymers wird einer der ersten und zweiten Kunststoffe gepfropft, so dass der gepfropfte Kunststoff dann mit dem anderen der beiden Kunststoffe kovalente Bindungen eingehen kann. Die Pfropfung des Kunststoffs erfolgt beispeilsweise mit einem reaktiven Rest, wie zum Beispiel einen Maleinsäureanhydrid oder einem Ace- tylsäurerest. Das Copolymer wirkt dann in der Mischung der ersten und zweiten Kunststoffe ähnlich wie ein Emulgator.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird das Copolymer mit Hilfe eines zusätzlichen Kompatibilisators hergestellt, der einer Mischung des ersten und des zweiten Kunststoffs in fester oder flüssiger Form zugegeben wird, und der zumin- dest teilweise bei der Copolymerisierung verbraucht wird. Der zusätzliche Kompatibilisator reagiert dabei sowohl mit dem ersten also auch mit dem zweiten Kunststoff.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung beinhaltet der zusätzliche Kompatibilisator reaktive Isocyanatgruppen und/oder Oligomere mit Epoxidgruppen und/ oder (Maleinsäure-)Anhydrid-Gruppen oder Oxazolin-Gruppen.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist der Anteil des ersten Kunststoffs an der Mischung geringer als der Anteil des zweiten Kunststoffs. Beispielsweise kann

der Anteil des ersten Kunststoffs maximal 35 Gew.-%, insbesondere zwischen 20 Gew.-% und 30 Gew.-% betragen.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist der zweite Bereich für eine stoff- schlüssige Verbindung mit einem dritten Bereich ausgebildet, wobei sich der dritte Bereich an einer Außenwandung eines Kraftstofftanks befindet. Beispielsweise besteht der dritte Bereich aus dem zweiten Kunststoff, so dass aufgrund des Vorhandenseins des zweiten Kunststoffs in der Mischung die stoffschlüssige Verbindung realisierbar ist.

Es stellt sich deshalb die Aufgabe, ein Bauteil aus wenigstens teilweise einem thermoplastischen Material der eingangs genannten Art so weiter zu entwickeln, dass es einfach herzustellen und sicher mit einem Behälter aus überwiegend einem anderen thermoplastischen Material zu verbinden ist.

Nach Ausführungsformen der Erfindung ist besonders vorteilhaft, dass das Kraftstofftankanbauteil im Wesentlichen aus zwei Hauptbauelementen, nämlich einem Rohrkörperelement mit dem in einem Abstand von einer Rohraustrittsöffnung angeordneten Ringkörperelement, d.h. einem ersten Bauelement aus dem ersten Kunst- stoff, und einem Flanschkörper, d.h. einem zweiten Bauelement aus der Mischung, bestehen kann. Beide Teile sind einfach und kostengünstig herzustellen und danach einfach flüssigkeitsdicht miteinander zu verbinden. Dadurch, dass der Abstand von der Rohraustrittsöffnung des am Rohrkörperelement angeordneten Ringkörperelements größer als die Dicke des Flanschkörpers ist, ragt das Rohrkörperelement in die öffnung des Behälters hinein. Das Rohrkörperelement sitzt damit wie ein Korken in der öffnung, so dass es mechanischen Belastungen, vor allem seitwärts gerichteter Kräfte standhalten kann.

Das Kraftstofftankanbauteil kann beispielsweise eine Funktion als Stutzen, Tankent- lüftungsventil, Verschlusselement oder dgl. wahrnehmen. In verschiedenen Einsatzfällen wird die Befestigung auf die gleiche Art und Weise vorgenommen, indem bei allen Ausführungsformen Ringkörperelement und Rohrkörperelement im wesentlichen gleich ausgebildet und im wesentlichen aus dem gleichen thermoplastischen Material bestehen und der ebenfalls im wesentlichen gleich ausgebildete Flansch-

körper als Adapter derart ausgeführt ist, dass durch ihn eine flüssigkeits- und gasdichte Verbindung sowohl zu dem speziellen Bauteil als auch zum Behälter, d.h. zum Kraftstofftank, geschaffen werden kann. Hierdurch werden ganz wesentlich die Herstellungs- und Montagekosten reduziert.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann wenigstens auf einem Flächenelement des Copolymer - Flanschkörpers, d.h. dem zweiten Bauelement, wenigstens teilweise eine Schicht aufgebracht sein. Diese Schicht verstärkt die guten Haftungseigenschaften zusätzlich. Die Schicht kann also vollständig oder nur punktuell auf das Flächenelement aufgebracht werden. Bereits eine punktuell aufgebrachte Schicht sichert gute Haftungseigenschaften. Diese Schicht kann ca. 0,001 μm bis 100 μm dick sein.

Die Schicht kann beispielsweise durch eine Plasmabeschichtung, beispielsweise wie an sich aus der DE 102 23 865 A1 bekannt, vorgenommen werden. Die Plasmabeschichtung kann an einer Fügefläche des Copolymer - Flanschkörpers mit einer chemisch aktiven Schicht erfolgen, wobei die Schicht z.B. niedermolige Polymerfragmente beinhalten kann.

Der Copolymer - Flanschkörper kann zu ca. 10 bis 85 Gew.-% aus Polyamid und ca. 85 bis 10 Gew. % aus Polyethylen sowie ca. 5 Gew.% Zusätzen bestehen. Insbesondere ist ein gleiches Verhältnis Polyamid zu Polyethylen möglich. Wie die Anteile zu verteilen sind, hängt von den jeweiligen Einsatzbedingungen ab. Es ist aber auch möglich, dass der Flanschkörper aus Schichten mit unterschiedlichen Mi- schungsverhältnissen bestehen kann.

Ein Polyethylen - Flanschkörper kann ca. zu 95 Gew.% aus einem Polyethylen und ca. 5 Gew.% Zusätzen bestehen. Diese üblichen Zusätze können Stabilatoren, Gleitmittel, Farbstoffe, Metallfilter, metallische Pigmente, gestanzte Metallfilter, Flammschutzmittel, Schlagzähmodifaktoren, Antistatika, Leitfähigkeitsadditive und dgl. sein.

Der Innendurchmesser des Flanschkörpers kann größer als ein Durchmesser der öffnung des Behälters sein. Hierdurch kann der Verbindungsbereich wenigstens

teilweise dem Einflussbereich des Kraftstoffes und dessen Dämpfen entzogen und so den Quellkräften entgegen gewirkt werden.

Das Ringkörperelement und das Rohrkörperelement können einzeln geformt wer- den. Anschließend kann dann das Ringkörperelement dann mit dem Rohrkörperelement verbunden werden. Das Ringkörperelement kann aber gleichzeitig mit dem Rohrkörperelement geformt und an dieses angeformt werden. Hierdurch verringern sich die Herstellungskosten.

Vor allem aus Gründen der Kostenreduzierung kann das Rohrkörperelement aus einem thermoplastischen Material körper bestehen, der wenigstens teilweise mit einem Polyamidkörper beschichtet sein kann. Der thermoplastische Material körper kann dabei aus Polyester, Polyacetat, Polyolefin, Fluorthermoplast, Polyphenylsulfid oder ein kostengünstiges Polyamid sein, das eine geringere Kraftstoffbeständigkeit hat.

Ein erstes Rohrkörperelement kann an dem Behälter abgewandten Ende in einer Anschlusseinheit enden. Mit einem solchen Rohrkörperelement kann das Bauteil als ein Stutzen eingesetzt werden.

Ein zweites Rohrkörperelement kann an dem Behälter abgewandten Ende mit einem Deckelelement verschlossen sein. In dieser Form kann ein solches Bauteil als ein Verschlusselement für nicht benötigte öffnungen des Behälters eingesetzt werden.

Unterhalb des Deckelelements des zweiten Rohrkörperelements kann wenigstens ein Anschlussrohrelement angeordnet sein. Hiermit liegt ein Gehäuse für ein Tankentlüftungsventil vor, in das ein Ventilelement eingesetzt werden kann.

Die Anschlusseinheit und/oder die Anschlussrohrelemente können mit wenigstens einer umlaufenden Anschlussrippe enden. Damit ist der Anschluss eines Schlauches möglich.

In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung einen Kraftstofftank, insbesondere einen Kraftfahrzeugkraftstofftank, wie zum Beispiel einen Kraftstofftank für einen Pkw. Der Kraftstofftank hat eine öffnung und eine äußere Wandung, die aus dem zweiten Kunststoff bestehen kann. Das Kraftstofftankanbauteil wird beispielsweise teilweise durch die öffnung in dem Kraftstofftank hindurch geführt und in seinem zweiten Bereich mit der äußeren Wandung des Kraftstofftanks stoffschlüssig verbunden, beispielsweise, indem eine Fügefläche des zweiten Bereichs an die äußere Wandung angeschweißt wird.

In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Kraftstofftankanbauteils mit folgenden Schritten: Herstellung eines ersten Bauelements aus einem ersten Kunststoff, wobei der erste Kunststoff kraftstoffbeständig ist; Herstellung eines zweiten Bauelements aus einer Mischung des ersten Kunststoffs mit einem zweiten Kunststoff, wobei die Mischung einen Kompatibilisator be- inhaltet, um die ersten und zweiten Kunststoffe mischbar zu machen, wobei der zweite Kunststoff nicht kraftstoffbeständig ist; und stoffschlüssiges Verbinden der ersten und zweiten Bauelemente.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Fügefläche des zweiten Be- reichs vor dem stoffschlüssigen Verbinden vorbehandelt, um die Reaktivität der Fügefläche zu erhöhen. Dies kann durch eine Plasmabehandlung der Fügefläche erfolgen, beispielsweise mit Hilfe einer Plasmadüse, wie sie an sich aus der EP 0 986 939 B1 bekannt ist. Alternativ oder zusätzlich kann eine Vorbehandlung der Fügefläche durch eine Plasmabeschichtung, Beflammen, chemisches ätzen oder eine mechanische Vorbehandlung erfolgen. Die Aufgrund einer solchen Vorbehandlung erhöhte Reaktivität der Fügefläche ist insbesondere für die Realisierung der stoffschlüssigen Verbindung zwischen den ersten und zweiten Bauelementen vorteilhaft.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird die stoffschlüssige Verbindung durch zwei oder mehr Komponente Kunststoff-Spritzguss erzeugt. Hierzu wird beispielsweise zunächst das zweite Bauelement durch Einspritzung der Mischung in eine Form realisiert. Die Form wird dann geöffnet, um eine Fügefläche des zweiten Bauelements vorzubehandeln, beispielsweise durch eine Plasmabehandlung oder eine Plasmabeschichtung. Anschließend wird das erste Bauelement hergestellt und

mit dem zweiten Bauelement stoffschlüssig verbunden, indem der erste Kunststoff in die Form eingespritzt wird.

Ausführungsformen der Erfindung sind besonders vorteilhaft, da die Formung und Zusammenfügung der ersten und zweiten Bauelemente, das heißt, beispielsweise eines Rohrkörperelements und eines Flanschkörpers, besonders kostengünstig erfolgen kann.

Vorteilhafter Weise kann wenigstens ein Flächenelement, insbesondere eine Fü- gefläche, des Flanschkörpers mit einem Plasma beschichtet und dann der Flanschkörper mit dem plasmabehandelten Flächenelement fluiddicht mit dem Ringkörperelement verbunden werden. Durch das Beschichten wird bei gleichzeitiger Haftungserhöhung Material gespart.

Die Schicht kann auf zweierlei Weise erzeugt werden:

Zur Erzeugung einer ersten Schicht kann in einer Gasatmosphäre ein Gas eine Entladung zünden, die aus dem Flanschkörpers Ionen extrahiert, zerstäubt und auf kurze Distanz beschleunigt und als Strahl auf das Flächenelement gelenkt werden können.

Hierfür kann die Entladung aus Luft oder Komponenten der Luft, oder einem Edelgas oder Edelgas und deren Verbindungen als Gas gezündet werden. Edelgas kann Helium, Neon, Argon, Krypton, Xenon, Radon und deren Gemische und/oder Verbindungen sein.

In einer Gasatmosphäre in einem Gas können Komponenten enthalten sein, die im offenen Zustand an dem Flächenelement des Flanschkörpers reagieren und eine zweite Schicht ausbilden können. Hierfür können in Luft als Gas Komponenten organischer Art reagieren. Es können aber auch in Luft als Gas Komponenten anorganischer Art reagieren.

In beiden Fällen kann ein Flächenelement eines Flanschkörpers oder die Flächenelemente einer Vielzahl Flanschkörper behandelt werden. Dadurch, dass die Be-

handlung offen, also nicht unter Vakuum, erfolgen kann, werden die Kosten sehr nachhaltig gesenkt.

Zur weiteren Materialoptimierung kann für das Rohrkörperelement zuerst ein Körper aus einem thermoplastischen Material geformt werden, der wenigstens teilweise mit einem Polyamid körper beschichtet werden kann. ähnlich wie beim Feuerverzinken wird das kostenintensive Material auf ein kostengünstiges aufgebracht, um überwiegend dessen positive Eigenschaften zu nutzen.

Der thermoplastische Material körper kann aus Polyester, Polyacetat, Polyolyfin, Fluorthermoplast, Polyphenylsulfid oder einem kostengünstigeren Polyamid, das eine geringere Kraftstoffbeständigkeit hat, geformt werden.

An ein erstes Rohrkörperelement kann an dem Behälter abgewandten Ende eine Anschlußeinheit geformt werden.

Auf ein zweites Rohrkörperelement kann an dem Behälter abgewandten Ende ein Deckelelement geformt werden. Unterhalb des Deckelelements des zweiten Rohrkörperelements kann wenigstens ein Anschlussrohrelement angeformt werden.

Der Flanschkörper kann dann mit dem Tank verschweißt werden. Ob nun Stutzen oder Blindflansch oder Tankentlüftungsventil, alle diese Bauteile können an anderer Stelle in gleicher Art und Weise mit dem Behälter über den öffnungen dicht angeschweißt werden. Hierdurch werden die Kosten bei der Endmontage verringert.

Ausführungsformen der Erfindung sind mit Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein an einem Behälter befestigtes als Stutzen ausgebildetes Bauteil in einer schematischen Schnittdarstellung,

Fig. 2 ein an einem Behälter befestigtes als Tankentlüftungsventil ausgebildetes Bauteil in einer schematischen Schnittdarstellung,

Fig. 3 in schematischer, auseinander gezogener, geschnittener, teilweiser Darstel- lung eine erste Ausführungsform einer Befestigung eines Rohrkörperele- ments eines Stutzens gemäß Fig. 1 bzw. Tankentlüftungsventils gemäß Fig. 2,

Fig. 4 in schematischer, auseinander gezogener, geschnittener, teilweiser Darstel- lung eine zweite Ausführungsform einer Befestigung eines Rohrkörperelements eines Stutzens gemäß Fig. 1 bzw. Tankentlüftungsventils gemäß Fig. 2,

Fig. 5 in schematischer, auseinander gezogener, geschnittener, teilweiser Darstel- lung eine dritte Ausführungsform einer Befestigung eines Rohrkörperelements eines Stutzens gemäß Fig. 1 bzw. Tankentlüftungsventils gemäß Fig. 2,

Fig. 6 Ausführungsformen eines ersten Bauelements und eines zweiten Bauele- ments vor dem stoffschlüssigen Verbinden während einer Vorbehandlung,

Fig. 7 Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Kraftstofftanks mit einem Kraftstofftankanbauteil

Fig. 8 Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Kraftstofftankanbauteils.

Elemente der nachfolgenden Figuren, die einander entsprechen, sind im allgemeinen mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.

Die Figur 6 zeigt schematisch ein erstes Bauelement 12 einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftstofftankanbauteils 1. Das erste Bauelement 12 besteht im wesentlichen aus einem ersten Kunststoff A, der kraftstoffbeständig ist. Bei

dem Kunststoff A kann es sich zum Beispiel um PA, insbesondere PA 12, POM oder einen anderen kraftstoffbeständigen thermoplastischen Kunststoff handeln.

Das Kraftstofftankanbauteil hat ferner ein zweites Bauelement 35, welches im we- sentlichen aus einer Mischung des Kunststoffs A und eines Kunststoffs B besteht. Bei dem Kunststoff B handelt es sich um einen nicht kraftstoffbeständigen Kunststoff, der mit dem Kunststoff A nicht mischbar ist.

Beispielsweise handelt es sich bei dem Kunststoff B um PE, insbesondere High Density PE (HDPE), Polypropylen (PP) oder einen anderen thermoplastischen nicht kraftstoffbeständigen Kunststoff. Zur Mischbarmachung der Kunststoffe A und B beinhaltet die Mischung einen Kompatibilisator, wie zum Beispiel ein Copolymer der

Kunststoffe A und B; wenn es bei dem Kunststoff A um PA und bei dem Kunststoff

B um PE handelt, so kann es sich bei dem Copolymer beispielsweise um PEgPA (g = graft), das heißt, ein gepfropftes Copolymer handeln. Das gepfropfte Copolymer wird hergestellt, indem beispielsweise das PE mit einem reaktiven Rest versehen wird, zum Beispiel mit Maleinsäureanhydrid oder einem Acetylsäurerest, und indem anschließend das so gepfropfte PE mit dem PA kovalente Bindungen eingeht. Es kann aber auch umgekehrt das PA gepfropft werden, um dann anschließend mit dem PE kovalente Bindungen einzugehen.

Für eine stoffschlüssige Verbindung des ersten Bauteils 12 mit dem zweiten Bauteil 35 wird eine Fügefläche 36 des zweiten Bauteils 35 einer Vorbehandlung unterzogen. In der hier betrachteten Ausführungsform erfolgt die Vorbehandlung durch Be- aufschlagung der Fügefläche 36 mit einem Plasma 37. Das Plasma 37 strömt aus einer Plasmadüse 38 auf die Fügefläche 36, wobei die Plasmadüse 38 in Pfeilrichtung 39 entlang der Fügefläche 36 bewegt wird, so dass die gesamte Fügefläche 36 von dem Plasma 37 überstrichen wird.

Durch die Beaufschlagung der Fügefläche 36 mit dem Plasma 37 wird deren Reaktivität erhöht. Dies erleichtert das Eingehen einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen den Bauelementen 12 und 35, indem beispielsweise eine Fügefläche 40 des Bauelements 12 und die Fügefläche 36 mittels eines Kunststoffschweißverfahrens plastifiziert werden.

Die Herstellung der Bauelemente 12 und 35 kann auch durch zwei oder mehr Komponenten Spritzguss-Verfahren erfolgen. Hierzu wird beispielsweise zunächst das Bauelement 35 hergestellt, indem die Mischung mit dem Kompatibilisator in eine Form eingespritzt wird. Nach dem Erstarren der Mischung wird die Form geöffnet und die Fügefläche 36 des so erhaltenen Bauelements 35 wird einer Vorbehandlung unterzogen, beispielsweise einer Beaufschlagung mit dem Plasma 37. Nach dieser Vorbehandlung wird die Form wieder geschlossen und der Kunststoff A wird in die Form eingespritzt, um das Bauelement 12 herzustellen. Bei dem Einspritzvorgang des heißen Kunststoffs A wird das Bauelement 35 an seiner Fügefläche 36 plastifi- ziert, so dass es dort zu einer stoffschlüssigen Verbindung mit dem Bauelement 12 kommt.

Durch diese stoffschlüssige Verbindung der Bauteile 12 und 35 resultiert das fertige Kraftstofftankanbauteil 1 , welches dann in seiner Funktionsposition an einen Kraftstofftank angebaut werden kann.

Die Figur 7 zeigt schematisch eine Ausführungsform eines Kraftstofftankanbauteils 1 in einer Funktionsposition, in der es an einem Kraftstofftank 4 angebaut ist. Die Bauelemente 12 und 35 sind entlang ihrer Fügeflächen 40 bzw. 36 stoffschlüssig miteinander verbunden.

Der Kraftstofftank 4 hat eine Außenwandung 41 , die im wesentlichen aus dem Kunststoff B besteht. Da die Mischung, aus der das Bauelement 35 besteht, auch den Kunststoff B beinhaltet, ist eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Bauelement 35 und der Außenwandung 41 möglich. Eine solche stoffschlüssige Verbindung kann mit oder ohne Vorbehandlung einer oder beider der hiervon betroffenen Fügeflächen, d.h. einer Fügefläche 42 des Bauelements 35 und einer an der Außenwandung 41 gebildeten Fügefläche 43 durchgeführt werden. Insbesondere dann, wenn der Anteil des Kunststoffs B an der Mischung größer als der Anteil des Kunststoffs A ist, kann auf eine solche Vorbehandlung der Fügefläche 42 des Bauelements 35 bzw. der Fügefläche 43 der Außenwandung 41 verzichtet werden.

Die Figur 8 zeigt ein Flussdiagramm einer Ausführungsform eines erfindungsgemä- ßen Herstellungsverfahrens.

In dem Schritt 100 wird ein erstes Bauelement des Kraftstofftankanbauteils aus ei- nem Kunststoff A hergestellt. In dem Schritt 102 wird ein zweites Bauelement des Kraftstofftankanbauteils aus einer Mischung der Kunststoffe A und B hergestellt, wobei die Mischung einen Kompatibilisator zur Mischbarmachung der Kunststoffe A und B beinhaltet.

In dem Schritt 104 erfolgt optional eine Vorbehandlung einer Fügefläche, vorzugsweise des zweiten Bauelements, um diese Fügefläche zu aktivieren, das heißt chemisch reaktiver zu machen. Eine solche Vorbehandlung kann durch eine Plasmabehandlung, Plasmabeschichtung, durch Beflammen, chemisches ätzen und/oder eine mechanische Vorbehandlung der Fügefläche erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann die Fügefläche des ersten Bauelements einer solchen Vorbehandlung unterzogen werden.

Falls es sich bei dem Kunststoff B um den weniger reaktiven Kunststoff handelt, wie es zum Beispiel der Fall ist, wenn es sich bei dem Kunststoff B um PE und bei dem Kunststoff A um PA handelt, so erfolgt vorzugsweise die Vorbehandlung der Fügefläche des zweiten Bauelements, insbesondere, um den weniger reaktiven Anteil von Kunststoff B in der Mischung durch die Vorbehandlung reaktiver zu machen.

In dem Schritt 106 werden die ersten und die zweiten Bauelemente stoffschlüssig miteinander verbunden.

Die Herstellung des ersten Bauelements in dem Schritt 100 und die Herstellung des zweiten Bauelements in dem Schritt 102 kann mittels verschiedener Kunststoff- Spritzgussformen in gesonderten Verfahrensschritten ablaufen. In diesem Fall wer- den das erste und das zweite Bauelement gesondert mittels separater Formwerkzeuge gefertigt und danach in dem Schritt 106 miteinander verbunden.

Alternativ kann die Herstellung der ersten und zweiten Bauelemente durch Zwei oder Mehrkomponenten-Kunststoff-Spritzguss in einem einzigen Formwerkzeug

erfolgen. Beispielsweise wird zunächst der Kunststoff A in das Formwerkzeug eingespritzt, um das erste Bauelement herzustellen. Anschließend wird die Mischung der Kunststoffe A und B mit dem Kompatibilisator in dasselbe Formwerkzeug eingespritzt, um das zweite Bauelement herzustellen. Optional erfolgt vor dem Einsprit- zen eine Aktivierung der bereits gefertigten Fügefläche des ersten Bauelements. Durch das Einspritzen der plastifizierten Mischung der Kunststoffe A und B mit dem Kompatibilisator kommt es zu einem stoffschlüssigen Verbinden der ersten und der zweiten Bauelemente.

Alternativ ist es auch möglich zunächst die Mischung der Kunststoffe A und B mit dem Kompatibilisator in das Formwerkzeug einzuspritzen, um das zweite Bauelement herzustellen. Optional wird danach eine Fügefläche des zweiten Bauelements in dem Formwerkzeug durch eine Vorbehandlung aktiviert, wozu es erforderlich sein kann, das Formwerkzeug zu öffnen. Anschließend wird das Formwerkzeug wieder geschlossen und es wird der Kunststoff A eingespritzt, um das erste Bauelement herzustellen und gleichzeitig mit dem zweiten Bauelement stoffschlüssig zu verbinden.

Im weiteren werden einige detaillierte Ausführungsformen des Kraftstofftankanbau- teils der Figuren 6 und 7 beschreiben.

Behälter für Kraftstoffe, also Kraftstofftanks, sind in ihrer Formgebung immer komplizierter, um bei beengten Platzverhältnissen ein möglichst großes Fassungsvermögen bereitstellen zu können. Die Formgebung ist je nach Fahrzeugtyp sehr un- terschiedlich. Bauteile, wie Stutzen oder Ventile werden deshalb separat einzeln vorgefertigt und erst bei der Endmontage am Behälter angebracht. Die Behälter bestehen in der Regel aus mehreren Schichten, von denen die äußerste aus einem Polyethylen ist.

In Fig. 1 ist ein Stutzen 1 gezeigt, der ein Rohrkörperelement 11 mit einem Ringkörperelement 12 aufweist. Das Kraftstofftankanbauteil (vgl. Fig. 6 und 7) ist hier also als Stutzen ausgebildet. Bei dem ersten Bauelement handelt es sich hier um das Rohrkörperelement 11 mit dem Ringkörperelement 12.

Unterhalb des Ringkörperelements 12 ist ein ringförmiger Flanschkörper 3 mit einer Dicke D angeordnet, bei dem es sich um das zweite Bauelement handelt (vgl. Bauelement 35 der Fig. 6 und 7). Der Flanschkörper 3 befindet sich über einer öffnung 5 des Behälters 4. Das Ringkörperelement 12 des Rohrkörperelements 11 hat im Bereich der öffnung 5 einen Abstand a zur Rohraustrittsöffnung 18, der größer als die Dicke D des Flanschkörpers ist. Damit ragt das Rohrkörperelement 11 in die öffnung 5 des Behälters 4 hinein. Außerdem ist ein Außendurchmesser dR des Rohrkörperelements 11 in etwa so groß wie ein Innendurchmesser dB der öffnung, aber kleiner als ein Innendurchmesser dF des Flanschkörpers 3 (vgl. auch Fig. 3). Am entgegen gesetzten Ende des Rohrkörperelement 11 befindet sich eine Anschlusseinheit mit einer umlaufenden Halterippe 13.

Ein in Fig. 2 gezeigtes Ventilelement 2 weist ein Rohrkörperelement 21 mit einem Ringkörperelement 22 auf.

Unterhalb des Ringkörperelements 22 ist ebenfalls der ringförmige Flanschkörper 3 mit der Dicke D angeordnet. Das Kraftstofftankanbauteil (vgl. Fig. 6 und 7) ist hier also als Ventilelement 2 ausgebildet. Bei dem ersten Bauelement handelt es sich hier um das Rohrkörperelement 21 mit dem Ringkörperelement 22. Bei dem Flanschkörper 3 handelt es sich um das zweite Bauelement (vgl. Bauelement 35 der Fig. 6 und 7).

Der Flanschkörper befindet sich über der öffnung 5 des Behälters 4. Das Ringkörperelement 22 des Rohrkörperelements 21 hat im Bereich der öffnung 5 gleichfalls einen Abstand a zu seinem Ende, der wesentlich größer als die Dicke D des

Flanschkörpers 3 ist. Damit ragt das Rohrkörperelement 21 weit in die öffnung 5 des Behälters 4 hinein. Am Ende des Rohrkörperelements 21 sind Rohraustrittsöffnungen 28 angeordnet. Außerdem ist der Außendurchmesser dR des Rohrkörperelements 21 in etwa so groß wie der Innendurchmesser dB der öffnung, aber klei- ner als der Innendurchmesser dF des Flanschkörpers 3 (vgl. auch Fig. 3).

Das entgegen gesetzte Ende des Rohrkörperelements 21 ist mit einem Deckelelement 24 verschlossen. Unterhalb des Deckelelements sind am Rohr-

körperelement 21 Anschlussrohrelemente 25 und 26 mit wenigstens einer umlaufenden Halterippe 23.1 , 23.2, 23.3, 23.4 angeordnet. In diesem so vorbereiteten Gehäuse ist ein Ventilelement 27 angeordnet.

Es besteht nun die Aufgabe, ein erstes Bauelement in Gestalt eines Stutzens oder einer Ventileinheit an dem Behälter 4 über der öffnung 5 anzubringen.

Bestehen das erste Bauelement und und die Außenwandung 41 des Behälters 4 aus nicht kompatiblen thermoplastischen Kunststoffen, wird zur Verbindung des ers- ten Bauelements mit der Außenwandung 41 ein zweites Bauelement als Verbindungsadapter eingesetzt. Der Verbindungsadapter übernimmt die Funktion, auf der einen Seite eine fluiddichte Verbindung mit dem ersten Bauelement und auf der anderen Seite eine eben solche mit dem Behälter 4 einzugehen.

Der Stutzen 1 gemäß Fig. 1 und die Ventileinheit 2 gemäß Fig. 2 sind im Bereich Rohrkörperelement 11 , 21 , Ringkörperelement 12, 22 (erstes Bauelement) und ringförmiger Flanschkörper 3 (zweites Bauelement) ähnlich ausgebildet. Das Ringkörperelement geht dabei nasenförmig aus dem Rohrkörperelement hervor. Das Unterseitenflächenelement des Ringkörperelements ist im Wesentlichen eben ausge- bildet. Die äußeren übergänge sind gerundet, während die Innenwandung glatt durchgeht.

Die Teile 1 und 3 sind in den Fig. 3 bis 5 in verschiedenen Ausführungsformen gezeigt.

In Fig. 3 ist eine erste Ausführungsform dargestellt. Rohrkörperelement 11 , 21 und Ringkörperelement 12, 22 bestehen aus Polyamid, im folgenden PA. Die äußere Schicht, d.h. die Außenwandung 41 , des mehrschichtigen Behälters 4 ist, wie bereits erwähnt, aus Polyethylen, im folgenden PE.

Der Flanschkörper 3, d.h. das zweite Bauelement, besteht aus einer Mischung von PE und PA mit einem gepfropften PEgPA Copolymer als Kompatibilisator, und ist als Copolymer - Flanschkörper 31 ausgebildet. Die Mischung kann Zusätze wie Stabilisatoren, Gleitmittel, metallische Pigmente und dgl. aufweisen.

Ein Flächenelement des Flanschkörpers 3, d.h. dessen Fügefläche 36, wird dann vorbehandelt. Dies kann beispielsweise durch eine Plasmabehandlung oder eine Plasmabeschichtung erfoglen, durch die eine Schicht 33 aufgebracht. Die Dicke der Schicht kann ca. 0,001 μm bis 100 μm betragen. Nach der Vorbehandlung werden der Flanschkörper 3 und das Rohrkörperelement 11 , 21 an den Fügeflächen 40, 36 miteinander stoffschlüssig verbunden.

Eine zweite Ausführungsform zeigt Fig. 4. Rohrkörperelement 11 , 21 und Ringkör- perelement 12, 22 bestehen aus einem kelchförmigen PA - Teilkörper 11.1 , 21.1 , d.h. dem erste Bauelement, um den über dem Ringkörperelement ein Teilkörper 11.2, 21.2 geformt ist. Bei dem Teilkörper 11.2, 21.2 handelt es sich um das zweite Bauelement aus der Mischung von PE und PA mit einem gepfropften PEgPA Copo- lymer als Kompatibilisator. Der Teilkörper 11.2, 21.2 ist mit dem Rohrkörperelement 11 , 21 stoffschlüssig verbunden.

Die äußere Schicht, d.h. die Außenwandung, des mehrschichtigen Behälters 4 ist auch hier aus PE.

Bei dem Flanschkörper 3 handelt es sich um ein weiteres zweites Bauelement, welches als Copolymer - Flanschkörper 31 ausgebildet ist. Er besteht aus der Mischung von PE und PA mit einem gepfropften PEgPA Copolymer als Kompatibilisator und optional Zusätzen wie Stabilisatoren, Gleitmittel, metallische Pigmenten und dgl.

In Fig. 5 ist eine dritte Ausführungsform gezeigt. Rohrkörperelement 11 , 21 und Ringkörperelement 12, 22 bestehen aus einem Teilkörper 11.2, 21.2 , d.h. dem zweiten Bauelement, in Form eines Kernkörpers, der wenigstens an den Kraftstoffdämpfen bzw. dem Kraftstoff ausgesetzten Flächen mit PA - Teilkörpern 11.1 , 21.1 , d.h. den ersten Bauelementen, beschichtet, d.h. stoffschlüssig verbunden, ist.

Die äußere Schicht, d.h. die Außenwandung 41 , des mehrschichtigen Behälters 4 ist aus PE. Der Flanschkörper 3, bei dem es sich um ein weiteres zweites Bauelement handelt, ist als Copolymer - Flanschkörper 31 ausgebildet.

Die Herstellung und die Befestigung des Bauteils als Stutzen 1 gemäß Fig. 1 bzw. des Bauteils als Tankentlüftungsventil 2 gemäß Fig. 2 wird unter zu Hilfenahme der Fig. 3 erläutert.

Zuerst werden aus PA das Rohrkörperelement 11 , 21 mit dem ringförmigen Flanschkörperelement 12, 21 (erstes Bauelement) geformt.

Bei dem Stutzen 1 endet das Rohrkörperelement 11 in der umlaufenden Halterippe 13. Das entgegengesetzte Ende 28 ist von der Unterkante Flanschkörperelement gerade so lang, dass es kurz über die Innenwandung des Behälters 4 in diesen hinein reichen kann.

Bei dem Tankentlüftungsventil 2 hingegen wird das Rohrkörperelement 21 mit dem Deckelelement 24 verschlossen. Unterhalb des Deckelelements werden an das Rohrkörperelement 21 Anschlussrohrelemente 25, 26 mit Halterippen 23.1 , ..., 23.4 angeformt. Das dem Deckelelement 24 gegenüber liegende Ende des Rohrkörperelements 21 ist so lang, dass es weit in den Behälter hinein ragen und in seinem Inneren das Ventilelement 27 aufnehmen kann. Damit die Gase ungehindert in das Ventilelement einfließen können, werden Rohraustrittsöffnungen 28 eingeformt.

Aus der Mischung von PE und PA mit einem gepfropften PEgPA Copolymer als Kompatibilisator wird anschließend der Flanschkörper 3 (zweites Bauelement) ausgebildet.

Das erste und das zweite Bauelement werden durch Spritzgießen geformt.

Die Fügefläche 36 wird dann plasmabehandelt und so die Schicht 33 ausgebildet.

Das Plasma ist ein Gemisch aus positiven und negativen Ladungsträgern in relativ großer Dichte, neutralen Teilchen und Photonen. Die Dichten der positiven Ionen und der Elektronen sind dabei so groß, dass sich die Ladungen im zeitlichen Mittel an jeder Stelle kompensieren. Das Plasma ist als eigener Aggregatzustand aufzufassen.

Bei der Plasmaerzeugung wird in einer Gasatmosphäre, z. B. Luft und deren Komponenten oder einer Edelgasatmosphäre, z. B. Helium, Neon, Argon, Krypton, Xenon, Radon und deren Verbindungen, eine Entladung gezündet. Die Ionen werden aus dem Plasma vom Träger, d. h. der Fügefläche 36 als Target, d. h. Schichtmate- rial extrahiert, das dabei zerstäubt wird. Hierbei werden Ionen in der lonenquelle erzeugt und auf kurze Distanz beschleunigt und als Strahl auf das Flächenelement 36 gelenkt. Hierdurch wächst unter offenen Bedingungen die Schicht 33.

Es können aber auch in einem Gas, insbesondere Luft, Komponenten enthalten sein, die im offenen Zustand an der Fügefläche 36 reagieren und die Schicht 33 ausbilden. Die Komponenten können Organischer oder anorganischer Art sein. Die Schicht 33 wird so in dem bereits genannten Dickenbereich von ca. 0,001 μm bis 100 μm aufgebracht.

Abschließend werden die ersten und zweiten Bauelemente miteinander verschweißt. Alternativ erfolgt die Herstellung mittels zweikomponenten Spritzguss.

Damit sind sowohl Stutzen 1 als auch Tankentlüftungsventil 2 für eine Befestigung am Behälter 4 vorbereitet und werden zur Endmontage versandt.

Am Einsatzort angekommen, werden der Stutzen 1 und das Tankentlüftungsventil 2 an der für sie vorgesehenen öffnung 4 auf dem Behälter aus PE angeschweißt. Für die Montage ist von Vorteil, dass alle Bauteile hierbei mit dem gleichen Verbindungsadapter versehen sind. Der Stutzen 1 und das Tankentlüftungsventil 2 werden durch ihre Gestaltung und Kunststoffe flüssigkeitsdicht mit dem Behälter 4 verbunden.

Die Volumenausdehnungsindizes

PE < PE/PA < PA

sind so gewählt, dass die stoffschlüssigen Verbindungen einer möglichen Quellung sicher standhalten, da eine Quellung - wenn auch in geringem Maße - auch bei kraftstoffbeständigem Kunststoff erfolgen kann.