用于制造空心體尤其是燃料儲箱的方法與流程

本發明的領域涉及一種用于制造空心體(尤其是液體或氣體儲箱、更尤其是用于車輛中的燃料儲箱或尿素儲箱)的方法。

背景技術：

本申請人名下的公開號為WO 2010/006900的PCT申請披露了一種通過模制型坯來制造塑料燃料儲箱的方法，該方法使用包括兩個型腔和一個芯件的模具，WO 2010/006900的內容通過引用包含在本申請中。

本申請人名下的公開號為EP 1 110 697的歐洲專利申請披露了一種稱作雙片吹氣模制(Twin Sheet Blow Molding，TBSM)的制造技術，EP 1 110 697的內容通過引用包含在本申請中。

另一種已知的用于制造空心體的技術是雙片熱成型。

將附件插入用于之后被吹氣或熱成型以生產空心體的型坯中本身是為人所熟知的，其存在于空心體制造(尤其是液體和氣體儲箱的制造)的眾多工業應用中。然而，在避免損壞插件的同時確保插件良好地固定到(尤其是牢固地焊接到)使用模制方法來制造的空心體的內壁被證明是困難的。特別地，限定空心體內的封閉空間的插件的引入在借助于上述技術來制造該空心體時會是關鍵的，這是因為在用于模制預成型體的方法期間要施加的壓強差也作用于被引入空心體的插件上，這會導致插件的部分的破壞或插件的潰縮。

技術實現要素：

本發明的實施例的目的在于提供一種用于制造空心體的方法，該方法在避免插件潰縮或以其它方式損壞的同時允許插件良好地固定到(尤其是牢固地焊接到)空心體的內壁。

根據本發明的第一方面，提供了一種用塑料材料制造空心體(通常是儲箱)的方法。該方法包括以下步驟：在模制工具中將預成型體模制成殼體；將插件接合到所述殼體中的一個殼體的內表面，所述插件限定待制造的空心體內的子空間；通過關閉模制工具并在對子空間施加子壓強P2’的同時對被殼體封閉的主空間施加主壓強P1’來使殼體接合在一起，以形成空心體。這樣地選擇主壓強和子壓強，以使得主空間與子空間之間的壓強差大于0.2bar(P1’–P2’>0.2bar)并小于3.00bar(P1’–P2’<3.00bar)。

本發明的實施例基于這樣的認識：使用主空間與子空間之間的預定壓強差允許一方面實現插件良好地附著到并牢固地焊接到空心體的內壁，同時另一方面避免損壞插件和/或插件的潰縮。可以根據插件類型、插件尺寸、待焊接的材料等來優化該壓強差。

在一個示例性實施例中，主空間與子空間之間的壓強差小于2.00bar(P1’–P2’<2.00bar)。

在一個示例性實施例中，主空間與子空間之間的壓強差大于0.5bar(0.5<P1’–P2’)。

在一個示例性實施例中，模制工具包括兩個型腔和一個芯件，并且將預成型體模制成殼體的步驟包括：

-將呈型坯形式的預成型體引入型腔；

-將芯件引入型坯內，所述芯件已經先安裝有插件；

-關閉模制工具，使得型腔與芯件密封地接觸；

-通過穿過芯件吹氣和/或在型腔后方施加真空來使型坯貼抵型腔。

優選地，使插件接合到殼體的內表面包括用附接到芯件的裝置來將插件安裝到型坯的內表面上，并且該方法還包括打開模具以在使殼體接合的步驟之前取走芯件。

對于本發明的目的，預成型體可以呈殼體的形式，或可以是顯著細長的或在平面中攤開的。

在一個示例性實施例中，使插件接合到殼體的內表面包括：將插件布置在殼體中抵著該內表面，并在芯件插于殼體之間的情況下關閉模制工具；以及，對被殼體和芯件封閉的主空間施加第一壓強，同時對由插件限定的子空間施加第二壓強。優選地，第一壓強P1高于第二壓強P2。更優選地，0.5bar<P1–P2<2bar。第一壓強優選地低于在隨后的殼體接合的步驟中施加的主壓強。

在一個示例性實施例中，分別使用主管線和不同于主管線的子管線來施加主壓強和子壓強。優選地，主管線設有主閥門，子管線設有子閥門，并且該方法還包括控制主閥門和子閥門以使對主空間和子空間的壓強施加同步進行。

在另一示例性實施例中，分別使用主管線和連接到主管線的子管線來施加主壓強和子壓強，其中在子管線中設有壓強降低裝置。

在又一示例性實施例中，使用文丘里(“venturi”)裝置來施加主壓強和子壓強。

在一個優選實施例中，通過充氣針來施加子壓強。充氣針被用于刺穿殼體的壁。類似地，可以通過充氣針來施加主壓強，用該充氣針刺穿殼體的壁。

在一個優選實施例中，主壓強高于4bar，優選地高于7bar。

在一個優選實施例中，在模制工具中將預成型體模制成殼體的步驟在壓強P下進行，該壓強低于主壓強P1’。

在一個優選實施例中，插件是通氣組件。然而，術語“插件”被理解為指通常可以與空心體在其通常的使用或工作方法中關聯并與其互動以實現某些有用的功能的任何物體或裝置或構件。這樣的插件的非限制性例子是：管線(例如排氣管線)、閥門、腔、液體泵、噴嘴、空心體內部的容器或擋板、通氣裝置、液體捕集器等。特別地，在排氣管線的例子中，本發明的實施例將允許降低模制期間排氣管線潰縮的風險。

在本發明的實施例中，殼體的壁厚度通常在1mm至15mm之間，并優選地在3至10mm之間。圍繞由插件限定的子空間的插件壁通常在1mm至5mm之間，優選地在2mm至4mm之間。該厚度在上述壓強差下工作良好。

由根據本發明的方法生產的空心體由塑料(即包括至少一種由合成樹脂制成的聚合物的材料)制成。所有類型的塑料都可以是合適的。非常合適的塑料屬于熱塑性材料類別。術語“熱塑性材料”被理解為指任何熱塑性聚合物(包括熱塑性彈性體)及其混合物。術語“聚合物”被理解為既指均聚物也指共聚物(尤其是二元或三元共聚物)。無限制性地，這樣的共聚物的例子是：無規共聚物、序列共聚物、嵌段共聚物，以及接枝共聚物。任何類型的熔融點低于分解溫度的熱塑性聚合物或共聚物都是合適的。具有分布在至少10個攝氏度的熔融范圍的合成熱塑性材料是特別合適的。這些材料的例子有：在其分子量中具有多分散性的熱塑性材料。特別地，可以使用聚烯烴、接枝聚烯烴、熱塑性聚合物、聚酮、聚酰胺及其共聚物。一種經常使用的共聚物是乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)。也可以使用聚合物或共聚物的混合物和具有無機、有機和/或天然填充物(例如但無限制性地：碳、鹽和其他無機衍生物，以及天然或聚合性纖維)的聚合材料化合物。還可以使用由彼此相互固定的疊置的層構成的、包括上述聚合物或共聚物中至少一種的多層結構。可以借助于共擠出頭部或用一個或多個其他層來完全或部分地覆蓋基層的技術來獲得該多層結構。該覆層技術的一個例子是用噴槍將塑料噴到基層上。一種經常使用的聚合物是聚乙烯。用高密度聚乙烯(HDPE)已獲得了良好的結果。

優選地，在集成生產線中實現該方法，該集成生產線包括型坯(其構成預成型體)的擠出及其借助于模制的成型。

符合本發明的方法良好地適于制造是燃料儲箱的空心體。特別地，該方法適于制造用于被安裝到機動車的燃料儲箱。

附圖說明

附圖用于示出本發明設備的目前優選的非限制性示例性實施例。由以下詳細的描述，當結合附圖閱讀該描述時，本發明的特征和主題的以上和其他優點將變得更明顯，并將更好地理解本發明，在所述附圖中：

圖1是用于本發明的方法的一個示例性實施例中的三部件式模具(兩個型腔和一個中央芯件)的示意性截面圖；

圖2至圖5是圖1的模具在該方法的其它步驟中的截面圖；

圖6A至圖6C示意性地示出用于在本發明的示例性實施例中獲得主空間與子空間之間的壓強差的三個變型；以及

圖7A至圖7E示出了本發明的方法的另一示例性實施例的隨后的步驟。

具體實施方式

圖1至圖5示意性地示出了符合本發明的一個示例性實施例的用于制造空心體的方法的一個示例性實施例。該實施例部分地利用稱作雙片吹氣模制(Twin Sheet Blow Molding，TSBM)的制造技術，在例如本申請人名下的公開號為WO 2010/006900的PCT申請和公開號為EP 1 110 697的歐洲專利申請中披露了該制造技術，這些申請的內容通過引用包含在本文中。然而，在本發明的其他實施例中，可以使用雙片熱成型方法。在另外其他實施例中，可以從單一管狀預成型體或以U形的方式設置在相對的模具型腔之間的單一幅狀(web-like)預成型體開始來模制殼體。

在圖1中示出的第一步驟中，形成一個擠出型坯，該型坯具有兩個擠出的片材12和14。在該例子中，該擠出型坯是多層型坯，但本領域的技術人員理解，可以擠出單層型坯，并在直徑相對(diametrically opposed)的位置處切開該單層型坯以產生兩個片材。術語“擠出型坯”應理解為是指通過使至少一種在擠出器中均勻化的熱塑性熔體的成分穿過模子所獲得的產品，其中所述擠出器的頭部終止于該模子。就在被插入吹氣模制工具之前，片材12和14已借助于擠出器模子8通過擠出而獲得。片材12、14在其進入吹氣模制工具時處于高溫。片材12、14被布置在吹氣模制工具中的這樣的位置處，在該位置上，吹氣模制工具的兩個相對的模具型腔10彼此相距一定距離。

芯件16被布置在模具的中心、兩個模具型腔10之間。芯件16包括移動裝置26，移動裝置26用于承載需要被布置在空心體中的各個元件。更具體地，芯件16能夠承載內部通氣回路的內部附件，以及連接這些附件的管。

內部通氣回路在圖2至圖5中被示意性地示出為兩個附件，即設有閥門部件20的止回閥18和內部端口24，以及將止回閥18連接到內部端口24的管22，這些附件被芯件16用移動裝置26支撐。這些移動裝置26(其可以被電子控制)允許以精確的方式將內部通氣回路的組件布置在空心體內。內部通氣回路在被殼體12與14之間的芯件16承載時一體成型，即該一個或多個管22使內部附件彼此連接。內部通氣回路在閥門關閉時不與空心體的內部部分流體聯通。在吹氣模制工藝期間，閥門18是關閉的。換句話說，在吹氣模制期間，內部通氣回路是封閉的空間。

無論回路中的附件如何，上述方法都可以被調整為適于所有類型的內部通氣回路和其他封閉空間部件。

在該方法的第一步驟中，使兩個模具型腔10從芯件16的兩側靠近，以使得模具被關閉，此后在芯件與每個片材12、14之間注入受壓空氣。這樣，片材12和14被成型以形成空心體(這里為燃料儲箱)的殼體12、14。這導致圖2的情況。

型坯被預成型并大致具有未來的空心體的形狀，但兩個片材的邊緣28和30被芯件16彼此分開。參見圖2和圖3，在模具右側的模具型腔10設有吹氣針32，吹氣針32用于注射處于壓強P2的空氣，或根據一個變型，用于注射任何其他受壓氣體。并且，通過芯件16將處于第一壓強P1的空氣提供到由片材12、14限定的主空間中。

如在圖3中所示，在型坯的吹氣模制之后立即用裝置26將附件18和24布置為抵著片材14。然后，將吹氣針32、34引入片材14中，使得吹氣針32和34穿過片材14并分別與由內部通氣回路限定的子空間和主空間流體聯通。在該步驟中，經由芯件16施加第一壓強P1，并且沒有使用吹氣針34，即例如通過關閉連接到吹氣針34的閥門而關閉了吹氣針34。

內部通氣回路的附件18和24被焊接到片材14，該片材在該時刻還處于高溫。更具體地，內部端口24被焊接到片材14的區域25中。這是通過將處于第一壓強P1的空氣吹入由片材12、14限定的主空間中、同時借助于吹氣針32將處于第二壓強P2的空氣注入內部通氣回路來實現的，其中所述吹氣針32在內部端口24的焊接區域25的中間刺穿片材14并在內部端口24的內部吹氣。吹氣針32因此與內部通氣回路流體聯通。優選地，第一壓強P1高于第二壓強P2。更優選地，0.5bar<P1–P2<2bar。

如在圖4中所示，在成型殼體并焊接內部通氣回路之后，停止吹氣以打開模制工具，并從模具型腔10之間取走芯件16。借助于吹氣針32注入受壓空氣也被停止，以避免任何在內部通氣回路中過壓的風險。

如在圖5中所示，現在使模具的兩個模具型腔10靠近，直至兩個殼體12和14的邊緣28和30接觸。模具再次關閉，借助于吹氣針34(該吹氣針刺穿殼體)在殼體之間的主空間中施加主壓強，并借助于吹氣針32在內部通氣回路中施加子壓強，使得燃料儲箱被賦予其最終形狀。換句話說，通過關閉吹氣模制工具并對被殼體封閉的主空間施加主壓強P1’、同時對子空間施加子壓強P2’來使殼體接合在一起以形成空心體。所施加的壓強P1’和P2’使得主空間與子空間之間的壓強差大于0.20bar(P1’–P2’>0.20bar)并小于3.00bar(P1’–P’<3.00bar)，優選地0.5bar<P1’–P2’<2.00bar。通過具有這樣的壓強差，插件被壓抵在殼體的內表面上，使得實現非常良好的焊接。同時，壓強差不過高，以使得避免插件(尤其是管22)的潰縮。

然后，讓殼體12和14冷卻以固化燃料儲箱的壁，然后停止吹氣。最后，可以在儲箱的壁的區域25中布置連接到外部通氣管線的通氣管(未示出)，使得內部端口24通過吹氣針32留下的孔而被連接。內部端口24與殼體14之間的不透氣的焊接確保維持內部通氣回路與儲箱內部之間的密封。

內部端口24用作適于被連接到外部通氣管線的內部端口。根據一個變型，連接器24是具有分離液體和蒸汽的額外功能的連接器。

圖6A至圖6C示出了用于實現壓強差的系統變型的三個示例性實施例，其中所述壓強差是指殼體12、14之間的主空間與附接到殼體12、14之一的內壁的插件15內的子空間之間的壓強差。圖6A至圖6C的殼體12、14可以如以上結合圖1至圖4所披露地那樣來制造，但也可以以不同的方式吹氣模制或熱成型。在圖6A至圖6C中所示的最終步驟中，兩個殼體12、14的邊緣28、30彼此焊接以產生空心體，同時插件15被牢固地固定(焊接)到空心體的內壁。

在圖6A的示例性實施例中，設有主閥門54的主管線44連接到吹氣針34，吹氣針34刺穿殼體14的壁并在主空間中吹氣。設有子閥門52的子管線42連接到吹氣針32，吹氣針32刺穿殼體14的附接有插件的區域，以使得吹氣針32在由插件15限定的封閉的子空間中吹氣。在該實施例中，主管線44和子管線42是不同的管線。該方法還包括控制主閥門54和子閥門52以使對主空間施加壓強P1’和對子空間施加壓強P2’同步。

在圖6B的示例性實施例中，主管線44連接到吹氣針34，吹氣針34刺穿殼體14的壁并在主空間中吹氣。設有壓強降低裝置60的子管線42連接在主管線44與吹氣針32之間，吹氣針32刺穿殼體14的附接有插件的區域以使得吹氣針32在由插件15限定的封閉的子空間中吹氣。該實施例的優點在于能夠在沒有任何特殊控制裝置的情況下使壓強的施加同步。壓強降低裝置60可以是例如流道截面擴大器(flow expander)、比例閥、校準漏孔等。

在圖6C的示例性實施例中，主管線44通過文丘里裝置70連接到刺穿殼體14的壁并在主空間中吹氣的吹氣針34。子管線46、42連接到主管線44與吹氣針32之間，吹氣針32刺穿殼體14的附接有插件區域，以使得吹氣針32在由插件15限定的封閉的子空間中吹氣。穿過子管線46的氣流的一部分被引導到文丘里裝置70(見管線48)，使得子空間中的壓強P2’低于主空間中的壓強P1’。穿過主空間的氣流經由返回管線47釋放。該返回管線47可以與輸入管線穿過相同的針34。在該實施例中，主壓強P1’進行掃略，以實現主空間中的吹氣，而且也實現冷卻，由此能夠將文丘里裝置70用于產生施加在針32和34之間的壓強差。

盡管沒有在圖6A和圖6B中畫出，但本領域的技術人員理解，在圖6A和圖6B的實施例中也可以設置返回管線，其中該返回管線可以可選地與主管線44穿過相同的針34。

而且，在圖6A至圖6C的實施例中，所施加的壓強P1’和P2’使得主空間與子空間之間的壓強差大于0.20bar(P1’–P2’>0.20bar)并小于3.00bar(P1’–P2’<3.00bar)，優選地0.5bar<P1’–P2’<2.00bar。通過具有這樣的壓強差，插件被壓抵在殼體的內表面上，使得實現非常良好的焊接。同時，壓強差不過高，使得避免插件的潰縮。

圖7A至圖7E示出了本發明的用于由塑料材料來制造空心體(通常為儲箱)的方法的另一示例性實施例的之后的步驟。

圖7A和圖7B示出了第一步驟，在該第一步驟中，在包括模具型腔10和芯件16的吹氣模制工具(圖7A僅示出一個模具型腔10，但可理解，如在圖7B中所示，存在第二模具型腔10)中將預成型體(例如擠出型坯)吹氣模制為殼體12、14。在第一步驟中施加的壓強P可以在3至7bar之間，例如為5bar。對于HDPE材料而言，溫度通常高于130攝氏度，并優選地在170至220攝氏度之間。

圖7C示出了第二步驟，在該第二步驟中，插件15(這里為排氣組件)被布置為抵著所述殼體12、14中的殼體14的內表面，所述插件15限定待制造的空心體內的子空間。將插件15接合到殼體14的內表面還包括：在芯件16插在殼體12、14之間的情況下關閉吹氣模制工具；對被殼體12、14和芯件16封閉的主空間施加第一壓強P1，同時對由插件15限定的子空間施加第二壓強P2。優選地，0.5bar<P1–P2<2bar。第一壓強P1通常是在3至7bar之間、例如為5bar的壓強。可以經由刺穿殼體14并分別在主空間和子空間中吹氣的吹氣針34、32來施加壓強P1和P2。對于HDPE材料，溫度通常高于130攝氏度，并優選地在170至220攝氏度之間。

圖7D示出了第三步驟，該第三步驟在于打開模制工具并取走芯件16。圖7E示出了無芯件16的最終吹氣模制步驟。通過關閉吹氣模制工具并對被殼體12、14封閉的主空間施加主壓強P1’而使殼體12、14接合以形成空心體，其中在對主空間施加主空間P1’的同時對由插件15限定的子空間施加子壓強P2’，并且這使得主空間與子空間之間的壓強差大于0.20bar(P1’–P2’>0.20bar)并小于3.00bar(P1’–P2’<3.00bar)。優選地，主空間與子空間之間的壓強差小于2.00bar(P1’–P2’<2.00bar)，并且主空間與子空間之間的壓強差大于0.5bar(0.5bar<P1’–P2’)。主壓強P1’優選地高于P1，并且例如在8至12bar之間。對于HDPE材料，溫度通常高于130攝氏度，并優選地在170至220攝氏度之間。

在本發明的實施例中，殼體12、14的壁厚度優選地在3至10mm之間，并且插件15的壁的厚度優選地在2至4mm之間。這樣的厚度在上述壓強范圍下運行良好。

盡管以上結合特定實施例來說明了本發明的原理，但要理解的是，該描述僅是示例性地而非作為保護范圍的限制做出的，保護范圍由所附權利要求確定。