ТОПЛИВНЫЙ БАК, СНАБЖЕННЫЙ ДАТЧИКОМ, И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТАКОГО БАКА
FUEL TANK EQUIPPED WITH SENSOR AND METHOD OF ITS FABRICATION

Настоящее изобретение относится к пластмассовому топливному баку, снабженному датчиком, и способу изготовления такого бака.
Топливные баки на транспортных средствах различных типов должны обычно удовлетворять стандартам по герметизации и проницаемости относительно типа применения, для которого они предназначены, и требованиям к окружающей среде, которым они должны соответствовать. Как в Европе, так и во всем мире мы в настоящее время испытываем значительные ужесточения требований, относящихся в целом к выбросам загрязняющих веществ в атмосферу и в окружающую среду.
Для ограничения этих выбросов заявитель создал способ формования бака из заготовки, которая включает в себя по меньшей мере одну прорезь для вставки в нее (и закрепления на ней) (опор для) дополнительных устройств во время фактического формования бака и, таким образом, избегая высверливания отверстий (см., например, заявку EP 1110697).
Заявитель также создал конкретный способ такого закрепления (опор для) дополнительных устройств (по месту перфорирования под заклепку, предмет заявки WO 2006/008308, содержание которой с этой целью включено в настоящую заявку путем ссылки).
В данном конкретном случае, когда вспомогательное устройство состоит из топливного насоса (известного как «основной подающий насос» и снабжающего двигатель транспортного средства топливом), рассматриваемая опора фактически состоит из того, что называется «приемным стаканом», который позволяет создавать запас топлива для случаев, когда транспортное средство совершает поворот, едет по склону и т.д., или в любой другой ситуации, когда точка всасывания насоса рискует остаться открытой (больше не погружена в топливо). Приемные стаканы топливных баков обычно используются в качестве опоры датчика, который позволяет измерять уровень топлива в баке. Обычно, этот датчик состоит из поплавка, расположенного на одном конце штанги (металлического стержня), которая закреплена и поворачивается вокруг одной точки приемного стакана или опоры датчика, выполненной за одно целое с последней. Эта штанга обычно содержит проводящую часть, положение которой определяется специальным датчиком, который, таким образом, позволяет узнать положение штанги и, следовательно, поплавка и, следовательно, уровень топлива в баке.
Что касается штанги датчика, прикрепленной к опоре датчика, она обычно состоит из литой пластмассовой части с двумя концами, один конец которой прикреплен к приемному стакану, а другой конец является свободным. Опора датчика обычно имеет допуски на размер, обусловленные, в частности, усадкой материала при его охлаждении. Следовательно, положение штанги датчика и, следовательно, поплавка может изменяться в зависимости от положения свободного конца опоры датчика, так что измерение уровня топлива в баке зависит от позиционных допусков свободного конца опоры датчика.
Настоящее изобретение направлено на решение данной проблемы и создание (способа изготовления) топливного бака с ограниченным влиянием позиционных допусков штанги датчика и, следовательно, с повышенной точностью измерения уровня топлива в баке.
В связи с этим, настоящее изобретение относится к пластмассовому топливному баку, содержащему стенку, датчик, приемный стакан, содержащий гибкий участок, подставку для датчика, содержащую корпус, и опору, поддерживающую датчик и имеющую два конца, при этом приемный стакан и датчик прикреплены к стенке бака, причем опора датчика расположена так, что один конец опоры взаимодействует с корпусом подставки для датчика, а другой конец находится в принудительном контакте с гибким участком приемного стакана.
Настоящее изобретение также относится к способу изготовления такого пластмассового топливного бака посредством формования трубчатой заготовки, разрезанной на два листа, с помощью формы, содержащей две полости и стержень, причем способ включает в себя следующие этапы, на которых:
1. вводят заготовку в полости формы;
2. вводят стержень внутрь заготовки, причем стержень сначала устанавливают в приемный стакан (1) и подставку (4) для датчика, содержащей корпус;
3. закрывают форму, так что полости входят в плотный контакт со стержнем;
4. прижимают заготовку к полостям посредством выдувания через стержень и/или приложения вакуума за полостями;
5. прикрепляют приемный стакан (1) и подставку (4) для датчика к заготовке используя устройство, прочно прикрепленное к стержню;
6. открывают форму для удаления стержня;
7. выполняют окончательное формование заготовки посредством выдувного формования (посредством подачи текучей среды под давлением внутрь заготовки) и/или горячего формования (посредством приложения вакуума за полостями);
8. извлекают бак.
В соответствии с первым вариантом осуществления упомянутый способ включает в себя следующие дополнительные этапы, на которых:
9. выполняют разрез в стенке бака для получения отверстия; и
10. вводят опору, поддерживающую датчик и имеющую 2 конца, в бак через отверстие, и располагают опору датчика так, что один конец опоры взаимодействует с корпусом подставки для датчика, а другой конец находится в контакте с гибким участком.
В соответствии с другим вариантом осуществления способа настоящего изобретения опора датчика уже установлена между приемным стаканом и подставкой для датчика до того, как приемный стакан и подставка для датчика будут прикреплены к заготовке во время этапа 5.
Элементы, упомянутые выше (в частности приемный стакан и опора датчика), предпочтительно выполнены из полиацеталя и, в частности, из полиоксиметилена благодаря его механической прочности и его геометрической жесткости в отношении топлива. Они также могут (но обычно в меньшей степени, учитывая размер этих частей) быть выполнены из полифениленсульфида, который имеет преимущество в том, что он является очень жестким, или полибутилентерефталата (но последний не совместим со спиртовыми топливами).
Как упоминалось выше, приемные стаканы топливных баков обычно используются (непосредственно или косвенно, посредством использования промежуточной опоры датчика как в настоящем изобретении) в качестве опоры датчика, который позволяет измерять уровень топлива или во всем баке или в полости этого бака. Обычно, этот датчик состоит из поплавка, расположенного на одном конце штанги (металлического стержня). В рамках настоящего изобретения другой конец штанги закреплен на опоре датчика, на другом конце, взаимодействующем с корпусом подставки для датчика, который обеспечивает его неподвижное положение. В основном, эта штанга поворачивается в вертикальной плоскости.
В соответствии с настоящим изобретением приемный стакан и подставка для датчика прикрепляются к заготовке во время его фактического формования для образования бака в местоположениях стенки, которые расположены на расстоянии друг от друга, так что опора датчика может быть расположена в соответствии с настоящим изобретением между приемным стаканом и подставкой для датчика. Это закрепление может быть выполнено любым известным способом. Предпочтительно по меньшей мере одна из точек крепления приемного стакана и подставки для датчика содержит отверстие, которое обеспечивает перфорирование под заклепку (известный способ в области металлургии, который состоит в формовании заклепки по месту из расплавленного материала, который принудительно проходит через отверстие части, которая должна прикрепляться, и затем оставляется в нем для отверждения).
Что касается приемного стакана, отверстие, перфорированное под заклепку, предпочтительно выполнено в крепежном ушке, сформованном за одно целое с приемным стаканом или прикрепленным к нему. Оно, может быть, простой частью дополнительного устройства (являясь частью всего его кожуха), выполненной с по меньшей мере одним отверстием или с выступом относительно всего его кожуха, выполненного с отверстием.
Это крепежное ушко может иметь любую форму: язычок, выполненный с одним или более отверстиями; фланец, окружающий вспомогательное устройство и содержащий несколько отверстий и т.д.
Предпочтительно, приемный стакан выполнен с несколькими крепежными ушками, по возможности распределенными равномерно по последнему. Особенно предпочтительно, каждое крепежное ушко содержит несколько отверстий для распределения нагрузки во время механического усилия (например, просто вызываемого силой тяжести).
В контексте настоящего изобретения, хотя приемный стакан прикреплен к стенке бака, предпочтительно, чтобы он мог перемещаться относительно, по меньшей мере, одной из его точек крепления на стенке бака. Эта подвижность может быть получена различными способами. В случае, когда дополнительное устройство содержит, по меньшей мере, одно крепежное ушко, достаточно обеспечить то, чтобы оно было выполнено в форме гибкого язычка, т.е. части, которая является плоской (но которая может искривляться, сгибаться и т.д.), имеющей толщину, форму и/или материал, которые обеспечивают дополнительному устройству относительную подвижность относительно стенки бака, когда оно прикреплено к ней.
Крепежные ушки в соответствии с данным вариантом настоящего изобретения предпочтительно выполнены из теплостойкого материала для предотвращения чрезмерной деформации последнего. Материалы, такие как полиоксиметилен, полиамид, полибутилентерефталат, и металлы являются особенно подходящими. Полиэтилен высокой плотности является менее рекомендуемым, так как он может деформироваться при температуре использования, по меньшей мере, для обычно рассматриваемых толщин (2-3 мм).
Наиболее предпочтительно, чтобы каждое крепежное ушко было выполнено с круглым отверстием, предпочтительно расположенным по существу в центре его зоны крепления к баку (т.е., зоны в контакте с заготовкой во время перфорирования под заклепку), и это круглое отверстие предпочтительно окружено несколькими прорезями (2, 3, 4 или более), которые предпочтительно распределены равномерно по периферии, окружающей центральное отверстие, назначением которых является увеличение несущей способности крепления (элемент, действующий посредством своего веса на все еще расплавленную пластмассу в зоне перфорирования под заклепку). Обычно, зона крепления ушка расположена на изогнутом (согнутом) конце этого ушка.
В соответствии с наиболее предпочтительным вариантом настоящего изобретения приемный стакан прикрепляется к стенке бака при его формовании, но с достаточной подвижностью, способной компенсировать усадку после литья, которая, например, для баков, выполненных из полиэтилена высокой плотности, составляет около 3%.
Следовательно, предпочтительно, чтобы приемный стакан был прикреплен к стенке бака с помощью 3 заклепок, одна из которых выполнена в жестком ушке и образует «неподвижное» крепление, а остальные две заклепки выполнены в гибких ушках для приведения в подвижное состояние приемного стакана относительно этих двух заклепок, соответствующих точкам крепления на стенке бака. Наиболее предпочтительно, чтобы два гибких ушка обеспечивали перемещение дополнительного устройства в двух перпендикулярных направлениях, а также захват приемного стакана с помощью крепежного инструмента при уменьшении геометрических допусков на обработку для формования приемного стакана.
Что касается подставки для датчика, она обычно состоит из пластмассовой части, которая отличается от приемного стакана. Указанная часть обычно является литой. Подставка для датчика предпочтительно выполнена с, по меньшей мере, одним отверстием, перфорированным под заклепку, выполненным на жестком участке подставки для датчика. В качестве альтернативы, подставка для датчика может быть приварена к стенке бака. Обычно, эта часть имеет достаточно небольшой размер, так что она может быть прикреплена к стенке бака в ее фиксированном местоположении, обеспечивая то, что измерение уровня топлива в баке не зависит от какого-либо позиционного допуска. Следовательно, указанная часть обычно может быть прикреплена к стенке бака с помощью только одной заклепки/сварной точки.
В соответствии с настоящим изобретением подставка для датчика содержит корпус, способный взаимодействовать с одним концом опоры датчика. Этот корпус предпочтительно содержит по меньшей мере один гибкий участок и один жесткий участок, способные вместе обеспечивать зажимное действие, так что когда один конец опоры датчика вставлен в корпус и взаимодействует с гибким участком и жестким участком, указанный конец удерживается при сжатии между 2 гибкими и жестким участками.
Более предпочтительно, корпус подставки для датчика также содержит жесткие участки, которые ориентированы по существу перпендикулярно к гибкому участку и жесткому участку, описанных в предыдущем параграфе, так что, когда конец опоры вставлен в корпус подставки для датчика, жесткие участки подставки предотвращают любое перемещение конца опоры датчика в направлении, приблизительно перпендикулярном направлению, в котором конец опоры удерживается при сжатии.
В варианте осуществления, который облегчит изготовление подставки посредством литья под давлением, корпус подставки по существу является жестким, т.е. содержит только жесткие участки и не содержит гибкие участки. Этот вариант осуществления является более легким для осуществления, когда приемный стакан, подставка и опора датчика предварительно собираются перед закреплением на заготовке во время формования бака. В соответствии с настоящим изобретением приемный стакан содержит гибкий участок, выполненный или за одно целое с приемным стаканом (гибкость, полученная в результате, например, за счет уменьшенной толщины и/или за счет заданной геометрии) или в виде прикрепленной части (которая может быть, например, выполнена из металла). Этот гибкий участок обычно состоит из литой части, полученной во время изготовления приемного стакана, и образует выступ по направлению к наружной стороне приемного стакана. Этот участок является гибким под действием сжимающего усилия и способен обеспечивать действие пружины в направлении, противоположном направлению сжимающего усилия. Гибкий участок обычно имеет любую форму, в частности он имеет форму полоски. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения после установки опоры для датчика между приемным стаканом и подставкой дополнительный крепежный элемент (например, зажим регулируемой формы) может быть использован для предотвращения отсоединения опоры от приемного стакана и подставки, например, если бак подвергается колебаниям.
В контексте настоящего изобретения подставка для датчика, опора датчика и приемный стакан прикреплены к стенке бака, так что опора не может подвергаться ни поступательному перемещению между гибким участком и подставкой для датчика, ни повороту вокруг продольной оси опоры или вокруг оси, перпендикулярной продольной оси.
Подразумевается, что термин «топливный бак» означает герметичный бак (или полый корпус, ограниченный стенкой), способный хранить топливо при различном использовании и условиях окружающей среды. Примером такого бака является бак, которым снабжены автомашины.
Топливный бак в соответствии с настоящим изобретением выполнен из пластмассы.
Термин «пластмасса» означает любой материал, содержащий, по меньшей мере, один синтетический полимер.
Любой тип пластмассы может быть подходящим. Особенно подходящие пластмассы принадлежат к категории термопластмасс.
В частности, можно использовать полиолефин, термопластические полиэфиры, поликетоны, полиамиды и их сополимеры. Смесь полимеров или сополимеров может быть также использована. Аналогичным образом, можно также использовать смесь полимерных материалов с неорганическими, органическими и/или натуральными наполнителями, таким как, например, но не ограничиваясь этим, углерод, соли и другие составляющие, а также натуральные или полимерные волокна.
Одним полимером, который часто используется, является полиэтилен. Отличные результаты получены с полиэтиленом высокой плотности.
Стенка бака может состоять из одного термопластичного слоя или двух слоев. Один или более других возможных дополнительных слоев могут, предпочтительно, состоять из слоев, выполненных из материала, который является барьером для жидкостей и/или газов. Предпочтительно, тип и толщина барьерного слоя выбираются для минимизации проницаемости жидкостей и газов в контакте с внутренней поверхностью бака. Этот слой предпочтительно выполнен из сетчатой смолы, то есть, из смолы, непроницаемой для топлива, такого как, например, EVON (сополимер частично гидролизованного этилена/винилацетата). В качестве альтернативы, бак может подвергаться поверхностной обработке (фторированию или сульфированию) для изготовления его непроницаемым для топлива.
Бак в соответствии с настоящим изобретением предпочтительно содержит барьерный слой на основе EVON (сополимера частично гидролизованного этилена/винилацетата), расположенный между наружными слоями на основе полиэтилена высокой плотности.
В соответствии с настоящим изобретением бак сформован посредством выдувного формования или горячего формования заготовки, состоящей из двух листов, которые получают в результате разрезания одной и той же экструдированной трубчатой заготовки, как описано в вышеупомянутой заявке EP 1110697, содержание которой включено в настоящую заявку путем ссылки.
Посредством сравнения с формованием двух отдельно экструдированных листов, толщина которых является постоянной, этот подход позволяет использовать заготовки разной толщины (то есть, в которых толщина не является постоянной вдоль их длины), полученной с помощью подходящего экструдера (обычно экструдера, снабженного матрицей и оправкой, положение которых регулируется). Такая заготовка учитывает уменьшение толщины, которое происходит во время формования в определенных точках на заготовке в результате непостоянных уровней деформации материала в форме.
Не имеет значение, какой способ используется для формования заготовки, это делается посредством определения, включающего в себя использование формы, которая содержит две полости, предназначенные для контакта с наружной поверхностью заготовки, причем горячее формование или выдувное формование заготовки происходит посредством прижима заготовки к этим полостям посредством приложения вакуума за полостями и/или посредством использования сжатого газа, подаваемого внутрь заготовки.
В соответствии с настоящим изобретением форма предпочтительно содержит стержень, который содержит, по меньшей мере, одну часть инструмента для закрепления приемного стакана и подставки для датчика. Подразумевается, что термин «стержень» означает часть подходящей формы и размера для вставки между полостями формы, в частности, для вставки в заготовку при ее формовании. Такая часть описана, например, в патенте Великобритании 1410215, содержание которого включено в настоящую заявку путем ссылки. Предпочтительно, этот стержень может быть использован для одновременного прикрепления нескольких вспомогательных устройств к заготовке, что альтернативные устройства, такие как, например, руки робота, обычно не могут выполнить. В данном варианте вспомогательное устройство прикреплено к внутренней стенке бака, и вогнутый рельеф ориентирован по направлению к внутренней части этого бака.
Стержень также может быть использован для подачи газа под давлением, необходимого для выдувного формования заготовки. Кроме того, когда заготовка, которая должна продуваться, состоит из двух частей, стержень также может быть использован для поддержания краев этих двух частей горячими, по меньшей мере, во время некоторых этапов процесса (обычно, этапов, предшествующих совместной сварке двух частей для получения бака). Заготовки, состоящие из двух частей, очень подходят для этого варианта, так как они могут быть разделены после открытия формы и, таким образом, облегчают закрепление трубы.
В конечном счете, стержень также может быть использован, по меньшей мере, частично для управления процессом. Для этого можно, например, включить фотокамеру в стержень для отображения и проверки качества закрепления вспомогательного устройства, как описано выше. Эта фотокамера также может проверять качество закрепления (соединения) наполнительной трубки (и всех остальных возможных элементов бака). Обычно, эти проверки происходят посредством анализа изображений. Один или более датчиков для измерения физических величин, таких как сила, перемещение, давление, температура, могут также быть установлены на стержне для лучшего контроля закрепления вспомогательных устройств.
Во время процесса в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения после извлечения бака из формы, в стенке бака выполняется разрез для получения отверстия достаточных размеров, чтобы облегчить введение вспомогательных устройств внутрь бака. Предпочтительно, отверстие имеет по существу круглое поперечное сечение. В частности, отверстие образует отверстие, закрываемое пробкой, способное обеспечить введение насоса для подачи топлива.
В способе в соответствии с данным вариантом осуществления настоящего изобретения опора датчика затем вводится в бак через отверстие и располагается так, что один конец опоры взаимодействует с корпусом подставки для датчика, а другой конец находится в контакте с гибким участком приемного стакана. Таким образом, приемный стакан удерживается при сжатии между подставкой для датчика и гибкой полоской за счет действия пружины, создаваемого полоской, и как описано выше.
Как описано выше, в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения опора датчика уже установлена между приемным стаканом и подставкой для датчика перед прикреплением к заготовке во время формования бака. В данном варианте осуществления гибкая часть на приемном стакане позволяет учитывать усадку бака при охлаждении перед извлечением.
Топливный бак, снабженный приемным стаканом и датчиком уровня, в соответствии с известным уровнем техники проиллюстрирован на фиг.1.
Настоящее изобретение проиллюстрировано в качестве неограничивающего примера на фиг.2-4, на которых:
Фиг.2 - вертикальный поперечный разрез через определенные элементы бака в соответствии с настоящим изобретением;
Фиг.3 - вертикальный поперечный разрез через определенные элементы бака в соответствии с одним предпочтительным вариантом настоящего изобретения;
Фиг.3a - участок поперечного сечения вдоль AA бака, проиллюстрированного на фиг.3;
Фиг.3b - другой участок поперечного сечения вдоль AA бака, проиллюстрированного на фиг.3;
Фиг.4a-4e - вертикальные поперечные сечения, как на фиг.3, представляющие собой последовательные этапы закрепления опоры для датчика.
На этих чертежах идентичные ссылочные позиции обозначают идентичные элементы.
Бак, проиллюстрированный на фиг.1, содержит стенку (7), на которой закреплен приемный стакан (1), который позволяет формировать топливный бак, и который используется в качестве опоры для насоса (не показан). Приемный стакан (1) прикреплен к стенке (7) при помощи крепежных ушек (показаны схематично с помощью ссылочных позиций 10) посредством перфорирования под заклепку. Такой механизм крепления позволяет компенсировать усадку бака во время его охлаждения после формования (т.е., обеспечивать то, чтобы приемный стакан (1) оставался закрепленным без создания напряжений в стенке (7) при гарантировании неподвижного положения приемного стакана (1) в баке. Опора (2) для кронштейна датчика прикреплена к приемному стакану и содержит один свободный конец кронштейна (6), который может поворачиваться вокруг точки для прикрепления кронштейна (6) к опоре (2) датчика. Кронштейн (6) датчика содержит поплавок (3), который способен отслеживать уровень топлива в баке. Под влиянием деформаций, созданных, например, в результате усадки материала, положение свободного конца опоры (2) может изменяться, так что положение точки для закрепления кронштейна (6) датчика с опорой (2) и поплавка (3) не может быть гарантировано.
Фиг.2 иллюстрирует бак в соответствии с настоящим изобретением, который содержит подставку (4) для датчика и приемный стакан (1). Эти два элемента прикреплены к стенке бака посредством перфорирования под заклепку. Бак дополнительно содержит опору (2) для кронштейна датчика с двумя концами, один из которых, свободный конец, закреплен в подставке (4) для датчика, так что он перемещается дискретно во всех направлениях кроме перемещения вдоль продольной оси опоры (2), а другой конец находится в контакте с гибким элементом (5) типа металлической полоски, который прикреплен к приемному стакану (1). Полоска (5) прикладывает усилие к концу опоры (2), так что последняя блокируется при перемещении между полоской (5) и подставкой (4) для датчика.
Фиг.3 представляет собой вид в разрезе предпочтительного варианта бака, снабженного приемным стаканом и подставкой для датчика, как показано на фиг.2. Бак содержит отверстие (8), закрываемое пробкой, через которое опора (2) для кронштейна датчика вставляется в бак. Опора (2) затем размещается между подставкой (4) для датчика и гибкой частью (5).
Вариант гибкой части (5) показан на фиг.3a и состоит из литой части, выполненной за одно целое с приемным стаканом (1) и полученной во время изготовления последнего. Эта часть (5) содержит участок, который является гибким под действием усилия, так что, когда кронштейн датчика размещен в баке, один конец этого кронштейна датчика входит в контакт с гибким участком части (5), и усилие прикладывается к этой части, так что гибкий участок выполняет функцию пружины и препятствует перемещению опоры датчика.
Фиг.3b представляет собой вид в разрезе подставки (4) для датчика варианта, показанного на фиг.3. Один конец опоры (2) вставлен в корпус, выполненный в подставке (4) для датчика. Она состоит из литой части, которая прикрепляется к стенке (7) бака, например, посредством перфорирования под заклепку. Подставка (4) содержит профильные участки (4'), которые блокируют опору (2) и предотвращают любое перемещение последней в плоскости поперечного сечения AA на фиг.3.
Фиг.4a-4e представляют собой последовательные этапы процесса введения опоры (2) в бак через отверстие (8), закрываемое пробкой, и размещения опоры (2) между подставкой (4) для датчика и гибкой частью (5).
Опора (2) удерживается при сжатии между подставкой (4) для датчика и гибкой частью (5) благодаря действию пружины, создаваемому гибкой частью (5). Таким образом, любая деформация опоры (2), например, под влиянием усадки материала, не вызывает смещения опоры, способной изменять положение точки для закрепления кронштейна (6) датчика на опоре (2).