專利名稱：具有提高的蠕變強度的塑料燃料箱的制造方法
技術領域：
本發明涉及一種帶有提高的蠕變強度的塑料燃料箱的制造方法。
用于機動車輛的塑料燃料箱必須滿足對其下表面上的偏差的最大允許范圍所規定的規格。在這些規格中規定的偏差必須在老化試驗過程中得到滿足，在該老化試驗中，燃料箱在某一溫度(通常是40℃)下裝載一定量的燃料持續指定的一段時間(通常為幾周)。這些規格的目的在于保證車輛保持道路潔凈以及防止箱體的表面接觸到車輛的熱區。
目前，塑料燃料箱通常通過塑料連接耳(lug)固定到車輛的底盤上且由金屬帶支撐。后者尤其用于更大容積的箱體，這種箱體上更難達到最大允許偏差的要求。然而，對這種帶的利用涉及額外的安裝步驟，因此并不十分經濟。
在現有技術中已經提出了解決方案，著眼于增強燃料箱的機械強度(包括蠕變強度)。
因此，已經提出(特別是在美國專利3,919,373和4,891,000中)在從圓柱形的型坯進行吹塑時將插入件固定在箱體中。然而，運用該技術準確地定位插入件并不容易進行。
還已經提出(在美國申請2002/0100759中)將箱體的兩個壁通過焊接直接固定在一起。然而，這會導致有用的箱體容積的減少(因為焊縫上的所述壁的變形而產生的)。
因此，本發明的目的是提供一種可以加強燃料箱的方法，更具體地，增強其蠕變強度，且容易并可靠地增強其蠕變強度而不減少有用的容積。
為此，本發明涉及一種制造具有提高的蠕變強度的塑料燃料箱的方法，其中a)將包括兩個不同部分的塑料型坯插入到敞開的兩腔模具(two-cavity mould)中；b)將型芯插入到型坯中，所述型芯帶有能夠將型坯的兩個部分固定(在其間形成連接)的加強部件的至少一部分；c)將型坯牢固地壓靠到模具型腔上(經由通過型芯吹塑和/或在型腔后面形成吸力)；d)利用型芯將加強部件(的部分)固定于型坯的至少一個部分；e)將型芯取出；f)再次關閉模具，將其兩個型腔以這樣一種方式合在一起，即圍繞它們的外圍夾緊型坯的兩個部分，以便將它們焊接到一起；g)將加壓的流體注入到模具中，和/或在模具型腔后面形成真空，以便使型坯牢固地壓靠到模具型腔上；以及h)打開模具并取出箱體。
術語“燃料箱”用于表示在不同的且變化的環境和應用條件下能夠存儲燃料的密封箱體。這種箱體的一個例子是安裝在機動車輛上的箱體。
根據本發明的方法制造的燃料箱是由塑料即包含至少一種合成樹脂聚合物的材料制成。
所有類型的塑料都可以適用。尤其合適的塑料來自于熱塑性塑料類。
術語“熱塑性塑料”表示任一種熱塑性聚合物，包括熱塑性彈性體及其混合物。術語“聚合物”表示均聚物和共聚物(特別是二元或三元共聚物)。這樣的共聚物的例子有，但不限于，無規共聚物、線型嵌段共聚物、其他嵌段共聚物和接枝共聚物。
其熔點低于分解溫度的任何種類的熱塑性聚合物或共聚物都是合適的。熔點范圍(熔程)跨度至少在10攝氏度以上的合成熱塑性塑料尤其適合。這樣的材料的例子包括其分子量表現出多分散性的材料。
尤其，可以使用聚烯烴、熱塑性聚酯、聚酮、聚酰胺及其共聚物。也可以使用聚合物或共聚物的混合物，比如可以使用混合有無機的、有機的、和/或天然的填料的聚合物材料的混合物，該填料例如有，但不限于，炭、鹽類、以及其他無機衍生物、天然纖維或者聚合纖維。也可以使用由結合在一起的疊層組成的多層結構，這些疊層包含至少一種上述的聚合物或共聚物。
經常使用的一種聚合物是聚乙烯。使用高密度聚乙烯(HDPE)已經取得了良好的結果。作為優選，箱體也包括不能滲透燃料的樹脂層，例如EVOH(乙烯與部分水解乙酸乙烯的共聚物)。可替換地，其可以經過表面處理(氟化或者磺化)，該處理的目的是使其不能滲透燃料。
根據本發明，型坯被引入到包含至少有兩個型腔(外部件)和一個型芯(內部件)的模具里面。該模具通常是基于金屬的，且優選基于單獨的和裝配的金屬塊。
在根據本發明的方法中，型芯使得用于固定(在其間形成連接)型坯的兩個部分(后來的箱體的上壁和下壁)的加強部件的至少部分被固定。為了方便和縮短所用的術語，術語“加強部件”將在下文中使用，它被理解為只是這樣的部件的部分。該加強部件優選相當剛性的，也就是說不容易變形的。
因此，根據本發明的方法使用型芯。型芯是指具有適合于插入在模具型腔之間的尺寸和形狀的部件。這樣的部件已在例如英國專利1,410,215中加以描述，因此將其內容結合于本申請，以供參考。型芯可以裝配有加熱部件(例如鏡子)，可使將要焊接的配件的部分(除了型芯之外，通常還對該配件的部分進行預先加熱，例如通過紅外線加熱)保持熱度。也可以在加強部件的設置過程(見后文)中在將與型坯接觸的一個或多個區域中裝配加熱部件(例如燈絲)。
型芯也可以用于將加壓的氣體注入模具中，從而將型坯牢固地壓靠到模具型腔上。
最后，型芯也可以被用于至少部分地影響過程控制。為此，例如，可以將照相機結合在模具中，以便通過圖形分析來觀察和監控加強部件(或者任何其他可以安裝的配件)的安裝質量。可以在型芯上安裝一個或多個用于測量諸如力、行程、壓力和溫度等參數的傳感器，以便更好地監控各部件安裝在型坯上。
根據本發明，型坯(或者易于模塑的熔化或軟化的塑料部件)是由至少兩個優選具有相似結構的獨立部分組成。這是指它們包含有很多層，其彼此之間相差不多于3個單元(單位)，優選相差不多于2個單元，且從化學的角度以及從可通過焊接進行裝配的能力的角度看來，包含在相互對應的層中的聚合物的特性是相容的。優選，具有相同層數的結構，尤其是相同的結構。這兩個獨立的型坯部分用于分別形成箱體的上壁和下壁。
在根據本發明的方法中，箱體是由在至少兩個部分組成的型坯模塑成的一個單獨的部件(在一個單獨步驟中進行模塑，然后獲得一體的箱體而不必借助于將分離的殼體裝配在一起的額外步驟)，該步驟通常是通過在關閉模具時將兩個型坯部分焊接在一起而完成的。尤其，有利地通過以下步驟鑄造箱體吹塑，也就是說，使用加壓的流體將包括至少一個切斷部(cut-out)的管狀型坯延展并牢固地壓靠到模具的壁(如在歐洲專利申請1110697中所描述的，因此其內容結合于本申請，以供參考)；熱成型為薄片，也就是說，例如通過在它們后面吸引(形成真空)將其牢固地壓靠在模具壁上。
在根據本發明的方法中，型坯的實際成形(也就是說，使其變形從而使其基本獲得箱體的形狀)主要發生在步驟c)的過程中。在步驟f)的過程中(在該過程中形成上述的焊縫)，簡單地保持壓力(或吸力)以便保持箱體的尺寸穩定性。
在吹塑的箱體(使用被注入模具的加壓流體吹成)的情況下，優選型坯包括兩個獨立部分，該兩個獨立部分由同一個擠出圓柱型坯的圖案結構(patterning)形成而獲得，該圓柱型坯是如在以本申請人的公司名義申請的歐洲專利申請第1110697號中所描述的，因此將其內容以引用方式結合于本申請。根據這個具有擠出的單個型坯的變形例，沿著其兩根完全相反的線沿整體長度切割該型坯，從而獲得兩個獨立的部分(薄片)。通過與兩個獨立擠出的薄片的吹塑比較，其具有恒定的厚度，而該方法使得有可能使用通過合適的擠出設備(通常安裝有可以調節沖壓位置的沖模的擠出機)而獲得變化的厚度(也就是說，厚度隨著它們的長度是不固定的)的型坯。這樣的型坯需要考慮在吹塑過程中會在型坯上的某些位置發生厚度降低，其原因是模具中的材料變形率不是恒定的。
可替換地，箱體可以通過將兩張薄片熱成型(或者通過在模具型腔后面形成真空)而模塑形成。這種方法通常幾乎不會或完全不會造成厚度降低的不均，因此能夠解決型坯的穩定厚度問題(例如，擠出的薄片)。
優選地，箱體是吹塑形成的。這是因為熱成型通常需要將模具加熱到60℃，以便能夠獲得深度變形(例如箱體的拐角)。這樣會導致比吹塑需要更長的周期，而吹塑不存在這種限制。
因此，步驟c)和d)過程中，通常使模具型腔閉合在型芯之上，也就是說，使其在型芯上的兩側與型芯接觸并且限定密封區域。更精確地，由于這些型腔支撐著型坯，型芯與型坯接觸，因此型坯被夾在型芯和模具型腔之間。于是這就成了模具的一種第一次閉合，型芯插入在型腔之間并與其接觸，且其中吹入加壓的氣體(通常是空氣)。
在這種情況下，根據本發明的方法還包括排氣步驟，該排氣步驟在每一次打開模具之前進行。排氣步驟可以以任何一種合適的方式進行。通常，首先刺破型坯(例如用針來刺破)，然后將流體從模具中排出(例如使用閥)。
當箱體通過熱成型來模塑時，不需要將模具關閉到型芯之上來使其牢固地壓在型腔上(因為這是通過在這些型腔下面的吸力完成，而不是通過經過型芯的吹力)。在這種情況下，要求將型腔圍繞型芯地(廣義上講靠近型芯)進行設置。
在根據本發明的方法中，如果需要的話，優選有一種裝置，在將模具第一次閉合在型芯的過程中防止型坯的部分的邊緣被焊接在一起。優選將該裝置結合至型芯中。為了這一目的，型芯優選具有適合于將其部分地(通常在其至少部分的外表面上)插入在將要焊接在一起的型坯的兩個部分之間的尺寸和形狀。
為了便于步驟f)中的焊接，如果需要的話，優選模具型腔設置有熱調節裝置，使得可在模具的第一次關閉中涉及的步驟期間加熱焊接區域。尤其優選的是，型芯在與型坯接觸的區域中也有這樣一個裝置(熱調節裝置)，尤其是當型坯包括上述的焊接區域時。這個變形例可以進一步改善箱體的焊縫的質量(通過減少內部焊珠來改善箱體的沖擊強度)。這樣的設置在例如以申請人的公司的名義提交的申請FR 04.13407中已有描述，因此其內容結合于本申請，以供參考。
根據本發明，在引進自身被置于模具之中的型坯之前，型芯裝配有所述加強部件。為了將部件連接到型坯上，型芯優選包括能夠移動該待連接部件并可在該部件上施加壓力的液壓頂(液壓機，hydraulic ram)。
如前文所提及的，加強部件可以以任何已知方式連接在型坯上。它可以通過直接將所述部件焊接到型坯上來進行(當型坯在安裝區域中的材料與箱體的材料相容時)，或通過鉚接(壓凹接合，staking)進行(如在以本申請人的公司的名義提交的專利FR04.11550中所描述，因此，其內容結合于本申請，以供參考)，或通過夾緊固定/螺桿固定進行(這種情況下，首先對型芯安裝一個夾子或在型坯上裝配有螺紋的部件，然后將加強部件夾緊/擰緊到其上面)，等。因此，根據本發明的方法的一個優點在于能夠處理不同連接方法(焊接、鉚接、夾緊固定等)的問題，從而也可以對加強部件選擇任何可能的材料。
短語“加強部件”用于表示任意物體(柱，桿，纜，隔板，部件等)，一旦箱體被模塑成型，該加強部件將箱體的下壁(其朝下地安裝在車輛內，且可能在燃料的重力作用下慢慢蠕變)和上壁(其朝上地安裝，且在使用過程中幾乎不或完全不會有蠕變)連接到一起。
這可以是一個特意用于該用途的部件(桿，纜等)或任一功能性設備或通常在其慣常使用或操作方法中與燃料箱連接在一起的物體，并且它足夠大以便能從一個壁延展到另一個壁。
這樣的結構的一個尤其合適的例子是箱體的泵/量表模塊。
在這個變形例(作為加強部件的功能部件)中，在根據本發明的方法中，優選僅將所討論的功能部件的支撐件設置在型芯上(且從而在型坯上)。這是因為將不達標準的箱體碾碎，從而也不得不將通常昂貴的功能部件碾碎，這不是非常經濟的。因此，在這種情況下，根據本發明的方法使得可以支撐后來穿過箱體上形成的開口引入到箱體中的功能部件，然后(例如使用螺紋環)一方面固定于支撐件且另一方面固定于箱體的開口，從而(通過焊接、鉚接等夾緊固定于在箱體的壁上的預模塑成型體(夾子)上)進行固定。這樣的方法尤其適合于將泵/量表模塊作為功能部件。
可替換地，加強部件可以包括專用于該目的的部件，因此尺寸較小，如柱、桿、纜等加強部件將會在下文中用通用術語(桿)表示。該部件通常為基本上細長的形狀和基本上恒定的截面、優選是圓形的截面的一種部件。
當箱體也基于HDPE時，尤其優選采用HDPE桿，因為那樣的話，所述桿可用箱體的生產剩余料(廢料)做成，從而這些廢料得以經濟地使用。因此，更通常地，在這個變形例中，優選桿是使用來自類似的箱體的生產的剩余料制成的。
在桿的情況中，調整桿的數量和機械強度從而滿足所需的結果。例如，它們可以被裝配形成網絡(例如，其中，桿交替地連接下壁和上壁并且在節點處形成三角形狀)。優選通過一種材料作為制作這些桿的材料，該材料由于與箱體的材料相容從而可通過焊接直接固定于型坯。因此，根據這一方面，采用廢料也是非常合適的。
在如上文所定義的“桿”的情況中，在本發明的背景下一個實用的固定它們的方法是將它們分成兩部分，從而在它們上面設置夾子并將這些部分進行固定，不是夾緊固定在一起，而是通過使用型芯固定在型坯的各個部分上面，每側上一個，但沒有將它們夾緊固定在一起。在這種情況下，或者在從模具中取出來后的箱體的收縮對兩個部分來說足夠使它們靠自身力量夾緊固定，或者，可替換地，在箱體的壁上施加(手動或通過機器)外部壓力從而進行/增強的該夾緊固定。
可替換地，當桿是由單個部件構成時，優選在步驟d)中將其固定到型坯的一個部分上，以及在步驟f)中將其固定到另一部分上。然而這個變形例不是有利的，因為模塑后的收縮容易將張力引入到桿在箱體上的連接處。在焊接連接的情況下，型芯優選裝配有壓機(頂，ram)，其包括加熱部件(鏡子、燈絲等)，以保證在焊接加強部件的第一端部時使加強部件的第二端部(后固定的一端)保持熱度。
當只有一個的時候，用來連接箱體的這些壁的加強部件通常被基本垂直地安裝于箱體的這些壁上。當必須借助多個加強部件(例如多個桿)時，加強部件可以傾斜。本領域普通技術人員將可以基于機械強度的計算(模擬)進行尋找以便根據所需的結果優化加強部件的裝配(連接點、方向)。
優選地，還要確保在加強部件的連接位置上的壁部幾乎沒有(或優選完全沒有)變形，從而不會不利地影響到箱體的自由體積，并且從而不會產生不必要的死點(dead spot)和/或應力集中因素。因此，從這個觀點來看，原位裝配的具有兩個部分的加強部件(如前面提到的桿)在收縮后具有更好的結果。
通常地，將燃料箱通過帶，通常是金屬帶固定在車輛底盤上。這些帶也具有增強箱體的蠕變強度的優點，但是它們也具有相對較高成本的缺點。因此，希望能夠用其他裝置代替它們，例如設置在箱體的外圍的固定耳(fixing lug)。然而，這些箱體必須裝配有另外的加強部件，本發明的目的尤其適合于這種情況。具體地，這種使用由焊接到一起的兩部分形成的型坯的方法通常會產生有焊縫，其多余的材料或熔渣通常在所謂的修邊作業(trimming operation)過程中去除。其次在這個作業過程中要求留下一些部分或焊盤，可用作是箱體的固定耳。因此，在本發明的優選變形例中，在步驟f)中的焊接中生成焊縫，該焊縫在步驟i)中被部分地去除，從而留下焊盤或連接耳(lug)用來使箱體連接到機動車輛底盤上。
本發明還涉及可使用根據本發明的方法獲得的塑料燃料箱。
根據一個方面，本發明涉及一種塑料燃料箱，其包括通過焊接裝配的下壁和上壁，以及至少一個設置于箱體內部并將其下壁連接于其上壁的桿。
優選地，該桿是由兩部分(優選具有基本相等的長度)組成，均有兩個末端，其中一端被固定(優選通過焊接)到箱體的一個壁上，另一端被夾至到該桿的另一個部分上。
根據另一個方面，本發明涉及一種塑料燃料箱，其包含通過焊接裝配的下壁和上壁，以及至少一個位于箱體內部并且將其下壁連接與其上壁的功能部件。這個功能部件已在根據本發明的方法的上述內容描述。
最終，根據最后一個方面，本發明涉及一種塑料燃料箱，其包括通過焊接裝配的下壁和上壁，以及至少一個位于箱體內部并且將其下壁連接于其上壁的加強部件，連接壁的焊接沿焊縫而延伸，該焊縫在一些地方間斷從而形成連接耳，以便可將箱體固定到尤其是機動車輛底盤上。
圖1和圖2用于說明本發明的某一具體方面，但不以任何方式限制其范圍。
兩圖分別示出經過已固定有一個或多個桿的箱體的一個(在垂直于在該位置上的箱體表面的一個平面上的)截面。這些桿是由在張力下具有一定剛性的塑料形成。
在圖1中，一個單獨的桿3將箱體的上壁1的一個點連接于裝有燃料的箱體的下壁2上的一個點。該桿3通過焊接(隨著關閉模具，首先使用型芯在型坯的一側面上，然后，在另一側面上)固定在這兩點上。其整體方向是垂直的，但不需要與垂直線完全一致。由于這個桿3的作用，下壁2的變形是有限的，因為上壁1至少部分地限制了變形。
在圖2中，兩個桿3以這樣的方式固定形成三角形的脊狀。首先將它們以顯示為“V”形的方式在一端上鉚接固定(于型坯的部分)。一旦閉合模具將它們焊接到型坯的另一個部分的兩點上。
權利要求
1.一種具有提高的蠕變強度的塑料燃料箱的制造方法，其中(a)將包括兩個不同部分的塑料型坯插入到敞開的兩腔模具中；(b)將型芯插入到所述型坯中，所述型芯帶有能夠將所述型坯的所述兩個部分固定(在其間形成連接)的加強部件的至少一部分；(c)將所述型坯牢固地壓靠到所述模具型腔上(經由通過所述型芯吹塑和/或在所述型腔后面形成吸力)；(d)利用所述型芯將所述加強部件(的部分)固定于所述型坯的至少一個部分上；(e)將所述型芯取出；(f)再次關閉所述模具，將其兩個型腔以這樣一種方式合在一起，即圍繞它們的外圍夾緊所述型坯的所述兩個部分，以便將它們焊接到一起；(g)將加壓的流體注入到所述模具中，和/或在所述模具型腔后面形成真空，以便使所述型坯牢固地壓靠到所述模具型腔上；以及(h)打開所述模具并取出所述箱體。
2.根據前述的權利要求所述的方法，其特征在于，所述箱體通過向所述模具中注入加壓的流體而模塑成型，所述型坯是由切割被擠出的圓柱形型坯而形成的2個獨立部分制成的。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述箱體通過在所述模具型腔后面產生真空而模塑成型，且所述型坯是由2個擠出的薄片制成的。
4.根據前述的任一項權利要求所述的方法，其特征在于，所述型芯包括將所述加強部件固定到所述型坯上的液壓頂。
5.根據前述的任一項權利要求所述的方法，其特征在于，所述加強部件是所述箱體的功能部件，且在模塑時僅將其支撐件引入至所述箱體，而在箱體從所述模具中取出后通過形成在所述箱體壁上的開口將所述功能部件本身引入所述箱體中。
6.根據前述的權利要求所述的方法，其特征在于，所述功能部件是泵/量表模塊。
7.根據權利要求1至4中的任一項所述的方法，其特征在于，所述加強部件包括至少一個桿。
8.根據前述的權利要求所述的方法，其特征在于，所述桿是由來自類似箱體的制造的廢料制成。
9.根據權利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述桿是由設置有夾緊固定裝置的兩部分制成；所述部分之間不是互相夾緊固定，而是都互相面對地固定在所述型坯的部分之上；以及在從所述模具中取出來之后所述箱體的收縮足夠使所述兩個部分靠自身力量夾緊固定，和/或將外部壓力施加到所述箱體壁上，以便實現/加強該夾緊固定作用。
10.根據前述的任一項權利要求所述的方法，其特征在于，在步驟f)中的所述焊接生成焊縫，該焊縫在步驟i)過程中部分地去除以便留下用于將所述箱體安裝在機動車輛底盤上的焊盤或連接耳。
11.一種塑料燃料箱，包括通過焊接裝配的下壁和上壁，以及至少一個桿，設置于所述箱體內且將其下壁連接于其上壁。
12.一種塑料燃料箱，包括通過焊接裝配的下壁和上壁，以及至少有一個功能部件，設置于所述箱體內且將其下壁連接于其上壁。
13.一種塑料燃料箱，包括通過焊接裝配的下壁和上壁，以及至少有一個加強部件，設置于所述箱體內且將其下壁連接于其上壁，將所述壁連接在一起的所述焊接通過焊縫進行延伸，所述焊縫在某些地方是間斷的，以便形成連接耳，從而可以將所述箱體固定在尤其是機動車輛底盤上。
全文摘要
本發明公開了一種具有提高的蠕變強度的塑料燃料箱的制造方法，其中a)將包括兩個不同部分的塑料型坯插入到敞開的兩腔模具中；b)將型芯插入到型坯中，型芯帶有能夠將型坯的兩個部分固定(在其間形成連接)的加強部件的至少一部分；c)將型坯牢固地壓靠到模具型腔上(經由通過型芯吹塑和/或在型腔后面形成吸力)；d)利用型芯將加強部件(的部分)固定于型坯的至少一個部分；e)將型芯取出；f)再次關閉模具，將其兩個型腔以這樣一種方式合在一起，即圍繞它們的外圍夾緊型坯的兩個部分，從而將該兩個部分焊接到一起；g)將加壓的流體注入到模具中，和/或在模具型腔后面形成真空，以便使型坯牢固地壓靠到模具型腔上；h)打開模具并取出箱體。
文檔編號B29L22/00GK101080310SQ200580042986
公開日2007年11月28日 申請日期2005年12月13日 優先權日2004年12月15日
發明者比約恩·克里埃爾, 斯特凡娜·萊昂納德, 蒂埃里·費拉欽, 弗雷德里克·雅諾 申請人:因勒紀汽車系統研究公司