G e g e n s t a n d

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffbehälter für Kraftfahrzeuge aus Kunststoff, in dessen Innerem sich Einbauten befinden. Seine Wandung kann aus einem einzigen blasgeformem Teil mit einer ausreichend großen Öffnung oder aus zwei gepressten oder tiefgezogenen und dann miteinander verbundenen Kunststoffschalen bestehen. Bei den genannten Verformungsverfahren wird eine Form verwendet und der Kunststoff in warmem Zustand verformt. Die Wandungen können zur Minimierung der Permeation von Kraftstoffdämpfen auch mehrschichtig sein. Die Einbauten können von verschiedner Art sein, in der Regel sind es Teile eines Entlüftungssystems, nämlich Ventile, Abscheider, Ausperlbehälter und/oder Schwimmerkammern und diese verbindende Rohre oder Schläuche. Ein weiterer Gegenstand ist ein Verfahren zur Fertigung eines solchen Kraftstoffbehälters.

S t a n d d e r T e c h n i k

Bei den üblichen Kraftstoffbehältern aus Kunststoff sind die Teile des Entlüftungssystems einzeln innen an der oberen Schale entweder angeschweißt (siehe zum Beispiel die EP 1 310 715Al ) oder an in Durchbrechungen der Schale befestigten Schweißkronen angebracht (siehe zum Beispiel die EP 1 084 889 Al ), jedenfalls aber sind die einzelnen Teile durch Rohre miteinander beziehungsweise mit der Atmosphäre verbunden. Die Teile oder Schweißkronen sind durchwegs kleinflächig.

Bei der Fertigung ist die Anbringung und Verbindung der einzelnen Teile des Entlüftungssystems und deren Verbindungsrohre an der Innenseite der Kunststoffschale arbeitsaufwändig und daher kostspielig. Besonders, wenn der Kraftstoffbehälter zur besseren Raumausnutzung in einem Personenkraftwagen zerklüftet ist und die Wandungen beziehungsweise Kunststoffteile der Wandung eine tiefe Raumform haben. Die Rohre oder Schläuche hängen dann frei im Inneren des Kraftstoffbehälters und können schwingen, was sie störungsanfa ^' llig macht und Klappergeräusche erzeugen kann. Sie an der Wandung zu befestigen, erhöht den Arbeitsaufwand weiter. Schließlich ist der Querschnitt der Rohre oder Schläuche und ihr Krümmungsradius begrenzt. Ersteres beeinträchtigt die Funktion, zweiteres engt die Gestaltungsfreiheit ein.

Aus der US 4,531 ,653 ist ein quaderförmiger Kraftstoffbehälter aus Metallblech bekannt, an dessen ebenem Plafond innen ein Stapel aus drei rechteckigen profilierten Blechen angeschweißt ist. Diese Bleche sind miteinander zu einem steifen Körper verschweißt und bilden Kammern, die miteinander beziehungsweise mit dem Behälterinneren und der Atmosphäre in Verbindung stehen. Diese Konstruktion ist noch aufwändiger und nur bei einem ebenen Plafond aus Blech anwendbar. Und sogar dann bleibt ihre Haltbarkeit wegen der Toleranzen und wegen durch das Schweißen verursachter Eigenspannungen zweifelhaft.

P r o b l e m / L ö s u n g Es ist somit die der Erfindung zugrunde Hegende Aufgabe, die Einbauten eines aus Kunststoff bestehenden Kraftstoffbehälters so auszubilden, dass mit minimalem Arbeits- Werkzeug- und Logistikaufwand das Auslangen gefunden wird und dass sie bei hoher Raumökonomie und Gestaltungsfreiheit auch funktionell verbessert sind. Die Einbauten sollen auch für Kraftstoffbehälter komplizierter Form (insbesondere mit tief profilierter oberer Wandung) geeignet sein und sollen nicht klappern.

Erfindungsgemäß wird das mit den kennzeichnenden Merkmalen des ersten Anspruches erreicht. Dadurch dass sämtliche Einbauten zu einem Formstück zu- sammengefasst sind, ist eine einfache und schnelle Montage durch stoffschlüssige Verbindung mit der Wandung gegeben. Das Formstück übergreift die zumindest eine Öffnung in der Wandung, die die Verbindung zur Atmosphäre oder zu einem externen Bauteil (zum Beispiel einem Aktivkohlefilter) herstellt. Das dadurch erheblich vereinfachte Montageverfahren ist ebenfalls Gegenstand der Erfindung.

Das Formstück ein ist flächiger Bauteil mit einer offenen Raumform, es kann somit in einer einfachen Form gespritzt oder aus einem ebenen Lappen gepresst sein. Es bildet gemeinsam mit der Wandung des Kraftstoffbehälters mindestens einen Kanal. Der entsprechende Teil des Formstückes ist gewissermaßen ein „Halbrohr". Der so gebildete Kanal ersetzt das bisher übliche Rohr. Dadurch, dass der Kanal einerseits von dem Formstück und andererseits von der Wandung gebildet ist, hat er einen geschlossenen Querschnitt, ohne dass es schwingende oder klappernde Verbindungsrohre gibt. Dadurch auch kann der Querschnitt des Kanals frei gewählt werden, was eine bessere Raumökonomie und trotzdem größere Strömungsquerschnitte erlaubt. Außerdem kann der Kanal mit sehr engem Radius gekrümmt verlaufen (was ein Rohr oder einen Schlauch abknicken würde) und selbst wieder mit Einbauten und wenn nötig örtlichen Verstärkungen versehen sein.

Für den Toleranzausgleich und die Eignung für den Einbau in eine kompliziert geformte Kunststoffschale ist wesentlich, dass der Schweißflansch des Formstücks nicht nur der Raumform der Wandung des Kraftstoffbehälters, sondern auch der Kontur des Kanals folgt. Dadurch ist der Formteil kein großflächiger und wegen seiner Raumform steifer Bauteil. Der einen Kanal bildende Teil des Formstückes ist kaum breiter als der Kanal selbst. Er ist dadurch biegsam genug, geringfügige Maßabweichungen auszugleichen. Das Formstück ist rundum mit der Wandung des Kraftstoffbehälters verschweißt, die Schweißnaht bildet eine geschlossene Kurve.

Über die angeführten Vorteile hinaus ist dank der Erfindung auch der Aufwand für Qualitätsprüfung und wegen der Einteiligkeit auch der für Logistik und Lagerhaltung geringer.

Insgesamt wird mit dem so gestalteten Formstück große konstruktive Freiheit gewonnen. So kann das Formstück ohne höheren Herstellungsaufwand mehrere Kanäle bilden und der eine oder andere Kanal sogar zu einem Raum erweitert sein, der einen Behälter bildet (Anspruch 2). Diese Kanäle oder auch der Behälter können mit ihm einstückige Einbauten enthalten, etwa Verstärkungen, Diaphragmen oder Schikanen, die gegebenenfalls auch mit der Wandung des Kraftstoffbehälters verbunden sind (Anspruch 3).

Der zu einem Behälter erweiterte Kanal kann ohne Verbindung ins Innere des Kraftstoffbehälters sozusagen als Behälter im Behälter ausgebildet sein und mit außerhalb des Kraftstoffbehälters angeordneten Bauteilen in Verbindung stehen, nicht aber mit dessen Innerem. Dasselbe gilt auch für nicht erweitere Kanäle. Zur Verbindung nach außen können in der Wandung des Kraftstoffbehälters an den jeweiligen Stellen Löcher ausgeschnitten sein.

Wenn die jeweilige Anwendung eine Verbindung mit dem Inneren des Kraftstoffbehälters erfordert, hat das Formstück mindestens einen zum Inneren des Kraftstoffbehälters hin offenen mit ihm einstückigen Mundteil. Dieser kann der jeweiligen Funktion beziehungsweise dem einzubauenden Bauteil entsprechend gestaltet sein (Anspruch 4).

Um eine dichte und haltbare Schweißverbindung zu erhalten, hat der Schweißflansch des Formstücks mindestens eine im Querschnitt keilförmige Wurzel, die im Wesentlichen normal in die Kunststoffschale eindringt (Anspruch 5). Die auf eine spitze Kante zulaufende Wurzel beziehungsweise des Schweißflansches dringt leicht in die warme Kunststoffschale ein, sie nimmt besonders schnell deren Temperatur an und verbindet sich so fest mit ihr. Deshalb braucht das Formstück zum Einbau nicht erwärmt zu werden, was den Einbau vereinfacht.

In einer bevorzugten Ausführung besteht der Schweißftansch aus parallel zur Innenfläche der Kunststoffschale liegenden Flanschteilen und von diesem abstehend der keilförmigen Wurzel (Anspruch 6). Damit wird die Eindringtiefe der Wurzel begrenzt und eine besonders feste Verbindung geschaffen.

Unter Ausnutzung der großen Gestaltungsfreiheit kann ein einen Kanal bildender Teil des Formstückes quer zu seiner Längsrichtung mindestens eine Verstärkungsrippe aufweisen (Anspruch 7), oder gleich mehrere, gleich dem Balg einer Ziehharmonika. Ersteres zur Verstärkung in Querrichtung bei Erhaltung der Biegsamkeit in Längsrichtung; zweiteres zur Erhöhung der Biegsamkeit in Längsrichtung zum Toleranzausgleich. Der Teil des Formstückes kann auch am Übergang zum Schweißflansch längs gerichtete balgartige Falten aufweisen, die bei der Verbindung eine Formanpassung normal auf die Kunststoffschale zulassen (Anspruch 8), etwa bei deren Schrumpfen, Aufquellen oder bei Verformung durch äußere Einwirkung.

In Weiterbildung der Erfindung ist der Mundteil ein für die Aufnahme beispielsweise eines Ventils ausgebildeter Flansch (Anspruch 9), vorzugsweise mit Rasten oder elastischen Teilen zum Einklipsen des Ventils (Anspruch 10). Herkömmliche Ventile oder Einbauteile können aber auch auf herkömmliche Weise mit dem Formstück verschweißt sein. Weiters kann der oder ein weiterer Mundteil an einem Ende eines Kanals als Tropfenabscheider ausgebildet sein (Anspruch 11). Ein solcher besteht in einer besonders einfachen und wirksamen Ausführungsform darin, dass der Mundteil des Formstücks ein kleines Loch hat, an das nach innen eine zylindrische Leitwand anschließt und auf die eine Prallwand folgt (Anspruch 12). So kann die abgeschiedene Flüssigkeit gleich durch das Loch in den Kraftstoffbehälter zurück fließen.

Die Erfindung umfasst auch ein Verfahren zur Herstellung eines Kraftstoffbehälters, das erst durch die erfindungsgemäßen Merkmale des Formstückes möglich ist. Es besteht in den Schritten a) bis c) des Anspruchs 13. Das (auch in der Tiefe) positionsgenaue Eindrücken des kalten Formstücks in die noch warm in der Form liegende Wandung des Kraftstoffbehälters ist erst durch dessen den Kanälen eng folgenden Schweißflansch möglich, der dem Formstück eine für das satte Anliegen ausreichende Biegsamkeit verleiht. Das bringt auch mit sich, dass das Formstück für die Montage nicht durch Erwärmen erweicht werden braucht. Wenn nötig, kann die Montage durch Merkmale der Ansprüche 4 bis 7 weiter erleichtert werden. Die weiteren Einbauteile (zum Beispiel Ventile) können vor order nach den Schritten b) oder c) an den Mundteilen befestigt werden. Dank der erfindungsgemäßen Merkmale beziehungsweise dem erfindungsgemäßen Verfahren herrscht große Freiheit in der Reihenfolge der einzelnen Fertigungsschritte. Wenn es sich um einen aus zwei Kunststoffschalen zusammenge- setzten Kraftstoffbehälter handelt, werden diese nach Montage der weiteren Einbauteile miteinander verschweißt.

F i g u r e n

Fig. 1 : Ansicht der oberen Schale eines erfindungsgemäßen

Kraftstoffbehälters von unten,

Fig. 2: Axonometrische Ansicht derselben, etwas vergrößert, Fig. 3: Ansicht des Formstückes der Fig. 2 mit Details, vor der

Montage,

Fig. 4: Detail einer Variante, Fig. 5 : Detail einer weiteren Variante, Fig. 6: Ansicht einer weitergebildeten Ausfiihrungsform eines erfmdungsgemäßen Kraftstoffbehälters von unten, Fig. 7: Schnitt nach VII-VII zu Fig. 6, Fig. 8: Detail VIII in Fig. 7.

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

In den Fig. 1 und 2 ist bei einem aus zwei Teilen zusammengesetzten Kraftstoffbehälter die erste - obere - Kunststoffschale summarisch mit 1 bezeichnet, die zweite - untere - Kunststoffschale 2 ist in Fig.7 strichliert angedeutet. Die obere Wandung, hier die erste Kunststoffschale 1 besteht aus einem großflächigen Plafond 3, der uneben sein kann, aus rundum einer Seitenwand 4 und einem von der Seitenwand 4 nach außen gebördelten Verschweißflansch 5. Die Kunststoffschale 1 hat zur Versteifung längliche Verstärkungssicken 6,7 und rechteckige Verstärkungsdellen 8. An einer Stelle bildet sie eine Stufe 9 mit einem ersten Loch 10, durch das eine Verbindung ins Freie oder zu einem anderen Bauteil, etwa einem Aktivkohlefilter besteht. Dieses Loch 10 wird gegebenenfalls erst nach Anbringung der Einbauten ausgeschnitten. Ein zweites größeres Loch 1 1 ist für den Einbau einer Pumpeinheit oder dergleichen (nicht dargestellt) gedacht, könnte bei einem einteilig blasgeformten Kraftstoffbehälter auch für das Einbringen weiterer Einbauten, benutzt werden.

Die weitere Einbauten, beispielsweise und insbesondere die für die Entlüftung, sind zu einem erfindungsgemäßen Forrastück 15 zusammengefasst. In Fig. 1 ist es in seiner einfachsten Form abgebildet, in der es nur aus einem „Halbrohr" 17 und einem Mundteil 16 besteht. Der vom Formstück 15 zusammen mit der Wandung des Kraftstoffbehälters, der ersten Kunststoffschale 1 gebildete Kanal hat hier einen geschlossenen rechteckigen Querschnitt.

Fig. 3 zeigt dieses Formstück 15 im Detail. Das Halbrohr 17 verlauft zuerst eben in einer Kurve und endet in einem abgesenkten Versatz 22, der auf die Stufe 9 mit dem nach außen führenden ersten Loch 10 der Kunststoffschale 1 passt. Der Mundteil 16 am anderen Ende des Halbrohres 17 ist hier als Flüssigkeitsfalle ausgebildet. Rundum das gesamte Formstück lauft ununterbrochen (auch über den Versatz 22) ein Schweißflansch 20 mit einer Wurzel 21 (dazu siehe weiter unten).

Der als Flüssigkeitsfalle ausgebildete Mundteil 16 ist im Grundriss ein Zylindermantel 24 und hat in der Mitte ein ins Innere des Behälters hin offenes Loch 25. Dieses ist an einem Teil seines Umfanges von einer bis zur Ebene des Schweißflansches 20 und zum Zylindermantel 24 reichenden Leitwand 26 umgeben. Am Übergang vom Zylindermantel 24 zum Halbrohr 17 ist noch eine ebenso hohe Prallwand 27. Durch das Loch 25 eintretende mit Tröpfchen bela- dene Dämpfe werden zwischen dem Zylindermantel 24 und der Leitwand 26 in einer Kreisbahn geführt und Prallen dann an die Prallwand 27. Durch die Fliehkraft und die Prallwand werden die Tröpfchen abgeschieden. Sie laufen durch das Loch 25 zurück in den Behälter. Die Variante der Fig. 4 zeigt ein Halbrohr 37, hier mit halbkreisförmigem Querschnitt. Der Übergang von diesem zu seinem Schweißflansch 20 mit der Wurzel 21 ist hier als längs gerichteter Balg 38,39 ausgebildet. Dazu sind die Wandteile des Halbrohres 37 im Querschnitt Zick-zack-förmig. Dadurch kann sich der biegsame Schweißflansch Unebenheiten oder Toleranzen besser anpassen.

Die Variante der Fig. 5 zeigt ein Halbrohr 47, das durch eine quer verlaufende Rippe 48 in Querrichtung versteift ist. Die Rippe 48 kann nach innen (wie abgebildet) oder nach außen gewölbt sein. Wenn mehrere solcher Rippen aufeinander folgen, ist das Halbrohr in Längsrichtung biegeweich und geringfügig längenveränderlich. Der Mundteil 49 hat hier einen zylindrischen Steckflansch 50 mit über den Umfang verteilt mindestens zwei Rasten 52. In diesen kann ein nur strichliert angedeutetes Ventil eingesetzt und mit den Rasten 52 verklipst sein.

In den Fig. 6, 7 und 8 ist ein Ausfuhrungsbeispiel mit einer komplizierten Entlüftungsvorrichtung zu sehen, bei dem die Vorteile der Erfindung besonders wirksam sind. Das Formstück 1 15 ist hier mit einer Reihe von Kanälen einstük- kig, aber trotzdem nur ein offener flächiger Teil. Einer der Kanäle ist zu einem Ausperlbehälter 116 mit einem Raum 1 17 erweitert. Der Raum 117 hat eine Leitwand 1 19 und steht über eine Öffnung 1 18 mit dem Inneren des Kraftstoffbehälters in Verbindung. Der Raum 117 des Ausperlbehälters 1 16 steht weiters über einen ersten Verbindungskanal 120 und einen zweiten Verbindungskanal 121 mit Mundteilen 122 beziehungsweise 123 in Verbindung. Diese können als Flüssigkeitsfalle wie in Fig. 3 oder als Steckflansch für ein Ventil (wie in Fig. 5) ausgebildet sein. Sie sind an voneinander entfernten Regionen des Kraftstoffbehälters angeordnet, um die Entlüftung lageunabhängig zu machen. Die Verbindungskanäle 121 , 122 haben einen relativ kleinen Querschnitt, aber trotzdem ih- rem Verlauf folgend beiderseits ihre Schweißflansche. Wo sie an dem Ausperlbehälter 1 16 entlang geführt sind, sind sie mit ihm vereint (siehe Fig. 8).

Von dem Ausperlbehälter 1 16 fuhrt ein Entlüftungskanal 127 größeren Querschnittes zu einem Mundteil 109, der auch dicht mit der Kunststoffschale 1 verbunden ist und das nach außen führende Loch 10 umgibt. Auch dieser Entlüftungskanal 127 mit seiner Schlinge 127' hat einen seiner Kontur eng folgenden Schweißflansch. Wo er an dem Ausperlbehälter 1 16 entlang geführt sind, ist er mit ihm vereint (siehe Fig. 8).

In Fig. 8 wird deutlich, dass das Formstück 1 15 einstückig den Ausperlbehälter 1 16, die Verbindungskanäle 120, 121 und den Entlüftungskanal 127 bildet. Im eingekreisten Detail ist zu sehen, wie die eine scharfe Schneide 23 bildende Wurzel 21 des rundum das ganze Formstück umgebenden Schweißflansches 20 in die Kunststoffschale eingedrungen ist. In derselben Weise kann auch die Leitwand 1 19 und weitere Zwischenwände mit der Kunststoffschale 1 verbunden sein.

Bei der Herstellung eines erfindungsgemäßen Kraftstoffbehälters wird das Formstück entweder in einer einfachen kernlosen Form gespritzt oder aus einer ebenen Kunststoffplatte gepresst. Der Kraftstoffbehälter wird entweder geblasen oder seine Teile, hier die beiden Kunststoffschalen werden in der üblichen Weise gepresst oder gespritzt. Dazu wird er oder die jeweilige Kunststoffschale auf eine Temperatur gebracht, in der der Kunststoff weich und durch Anpressen des Formstückes mit ihm verschweißbar ist. Sobald die Form zur Herstellung der Kunststoffschale geöffnet und die Schale noch heiß ist, beziehungsweise sobald der Blasvorgang beendet ist, wird das kalte Formstück in die noch in der Form befindliche Kunststoffschale eingedrückt. Dank der sich verjüngenden Wurzel 21 des Schweißflansches 20 erfordert das nicht nur eine geringe Einpresskraft. Der große Vorteil liegt darin, dass die Region der Wurzel nahe der Schneide 23 so dünn ist, dass sie sogleich nach dem Eindringen in die Kunststoffschale 1 aufschmilzt und mit letzterer eine besonders feste und dichte Verbindung eingeht. In der Folge verbinden sich auch die dickeren Regionen des keilförmigen Querschnittes der Wurzel 21 und der Schweißflansch 20 mit der Kunststoffschale 1. Soferne in einen der Mundteile ein Ventil einzusetzen ist, so kann das gleich danach oder auch vorher geschehen. Wenn es sich um einen aus mehreren Teilen bestenden Kraftstoffbehälter handelt, werden schließlich die beiden Kunststoffschalen 1 ,2 entlang ihrer Verschweißflansche 5 miteinander verbunden.