CN102177383B - 用于空调回路的带有“t”形接头的导引组件 - Google Patents

Abstract

一种用于车辆的气候控制系统的冷却液导引组件，包括接头(8)和连接到该接头(8)的管(7)，其中管和接头(7、8)包含热塑性材料，并且接头(8)包括插入件(11)，该插入件由刚性比热塑性材料更大的材料制成、并且具有共同模塑到接头(8)的固定部(12)和突出于接头(8)并适合被牢固连接到装置的连接部(13)。

Description

用于空调回路的带有“T”形接头的导引组件

技术领域

本发明涉及一种用于机动车的空调回路的包括“T”形接头的导引组件，该接头例如用于连接压力传感器或进气阀。

背景技术

机动车的空调系统是导引冷却液的回路，并由多个部件构成，这些部件具体包括压缩机、冷凝器、干燥箱、膨胀系统和蒸发器。所有这些部件借助管形元件彼此连接，这些管形元件的两端具有紧固元件和能够确保流体密封性的联结装置。

空调系统的组成部件容置在车辆的发动机舱内，其中压缩机由车辆的相同驱动轴带动，而其他部件固定到本体部分。在空调系统中既有低压元件又有高压元件。在使用中，高压元件可能承受大约30bar的冷却液压力。

名为“R-134”的氟利昂气体已经被长期用作汽车的冷却液。为了消除这种气体的污染性，旨在输送该气体的管基本上不渗透是极其重要的。此外，还期望低渗透性，以使得系统随着时间推移仍可保持其功能和效率。

然而，有关环境的国际标准强制寻找氟利昂R-134的具有更低的GWP（全球变暖潜能值）的替代方案。在这些替代方案中，Honeywell和Dupon所提议的1234YS气体的有效性已经得到证实。在所有情况下，即便使用GWP较低的气体作为冷却液时，所有元件（即旨在输送冷却液的管和接头）都必须基本上在机动车的全部寿命周期之中且特别是在老化之后，与令人满意的高压机械特性结合地具有尽可能最低的渗透性。

具体地，汽车制造商要求，由旨在将冷却液输送至空调系统中的管和接头构成的线路通过多个实验测试，例如检查机械特性的热爆裂测试（heatburst test）、针对周期性压力变化值的强度测试、被输送流体的渗透性测试以及耐化学试剂测试。

在汽车的空调系统中，通过用铝制管道输送冷却液，利用钎焊于该铝制管道的两端的凸缘和中间橡胶管（这些中间橡胶管带有在橡胶自身上模制出来的漏斗状接头或快速联结件），通过尽可能地使用这样的金属与多层橡胶管的结合，来大体满足这些要求。

然而，汽车领域的大体趋势是，如果可能的话，用塑料制成的等同结构来代替金属或橡胶制管道，以便除了减轻最后所得到的空调系统的总重（由此通过较低的能耗而有益于发动机的CO2排放）之外，还有助于降低制造成本。

系统还设有传感器或其他部件，传感器或其他部件必须分支式地连接（branch-connected），特别是螺接。

当在空调回路中使用塑料管时，需要保持通常在由金属或橡胶管道构成的系统中使用的接口。

特别是，传感器的紧固扭矩使得热塑性材料制成的螺纹损坏并造成冷却液泄漏。

发明内容

因此本发明的目的是，提供一种导引组件，其能够有效代替汽车领域的空调系统中当前使用的铝制元件。

根据本发明，根据权利要求1提供一种用于空调回路的包括分支联结件的导引组件。

附图说明

为了更好地理解，现在将参考附图进一步描述本发明，其中具体地：

图1是空调回路图；

图2是图1的回路的T形接头的剖面图；

图3和图4分别是沿图2的平面III-III和IV-IV截取的剖面图；并且

图5是根据另一实施例的T形接头的详细侧视图。

具体实施方式

在图1中，附图标记1整体上表示用于机动车的空调系统，其包括冷凝器2、干燥箱3、膨胀系统4、蒸发器5和压缩机6。低压段BP在图1中用点划线表示。实线则表示高压段AP，其基本上可确定位于压缩机6与膨胀系统4之间。在高压段AP，所用的冷却液（R-134）处于约100℃的温度和约20bar的压力下。图1所示的空调系统的部件借助多个中空部件（即管7和各个接头）彼此连接。两个管7又借助T形联结件8（图2）进一步联接，因此可根据冷却液的流路以分支形式安装压力传感器或阀（未示）。

接头8包括具有轴线A的筒体9和具有垂直于轴线A的轴线B的管形部10。

接头8还包括由金属材料制成并共同模塑（co-mould）在管形部10中的插入件（嵌入件）11。该插入件11包括：共同模塑部12，其结合在管形部10中并具有非圆形（例如六边形）的横截面；以及螺纹部13，其沿轴线B相对于隆起的管形部10突出。

共同模塑部12成形为，限定与管形部10的形状联结，以承受施加到螺纹部13的由紧固扭矩限定的载荷和沿平行于轴线B的方向施加的抽出载荷。共同模塑部12优选限定环形槽12'，当进行共同模塑时由管形部10的基质（matrix）填充环形槽12'。

插入件11进一步限定通道14’，该通道14’与轴线B同轴并流体流动式（fluidically）连接到空调回路1的管7。

另外，接头8包括密封环14，密封环14安装到由管形部10限定的座15。

具体地，靠近座15，管形部10限定螺纹部13的支座（abutment）16。当安装并准备使用压力传感器时，该支座沿轴线B的长度大于密封环14的最大轴向尺寸。例如，如图2所示，当不压缩密封环14并移走传感器时，支座16的轴向尺寸也大于密封环14的最大尺寸，如图2所示。

根据优选实施例，筒体9通过激光焊接连接到管7。具体地，连接到插入件8的每个管7包括径向过盈地（interference）插入筒体9的端部。

为了具体表示每个管7的轴向位置，插入件8包括对应的径向脊部17,脊部17朝向轴线A伸出以限定轴向支座。每个脊部17角度延伸小于360°，例如小于180°。此外，如图3、图4所示，两个脊部17彼此成角度地偏移开（offset），优选偏移开180°。因此可降低载荷损失。

根据优选实施例，管7和接头8包括一包含热塑性共聚物的层，热塑性共聚物包括聚酰胺-6,10。

包括聚酰胺-6,10的层优选包括超过60%的聚酰胺-6,10。更优选地，该层包括超过90%的聚酰胺-6,10。甚至更优选地，该层完全由聚酰胺-6,10构成。

聚酰胺-6,10优选包括超过60%的、从包括癸二酸单元的第一单体和从包括已二胺单元的第二单体所获得的共聚物。更优选地，聚酰胺-6,10包括超过90%的、从包括癸二酸单元的第一单体和从包括己二胺单元的第二单体所获得的共聚物。甚至更优选地，聚酰胺-6,10存在于从包括癸二酸单元的第一单体和从包括己二胺单元的第二单体所获得的共聚物。

优选使用由EMS生产的

S系列树脂。例如，可使用SFR5347树脂。

密度约为1.07g/cm³的这种树脂具有大约220℃的熔点和大约2.3GPa的杨氏模量。此外，由这种树脂制成的元件与其他聚酰胺（例如PA6和PA12）制成的管相比，具有对油（例如PAG2或POE）、对可燃物、对水和对盐水溶液的高耐化学性的属性，良好的短期耐热性和耐水解性，较低的吸水趋势以及更好的机械稳定性和耐磨性。

此外，其组成单体单元之一主要是癸二酸（一种如可从蓖麻油天然大量获取的化合物），其使用有利地为可再生资源的使用的形式。接头8优选包括纤维填料，更优选地包括玻璃纤维填料，或者包括混合的玻璃纤维和矿物质纤维填料。

玻璃纤维优选按10%与60%之间的重量比添加到聚酰胺。已经获得的最佳测试结果重量百分比在20%与40%之间，例如为30%。

根据本发明的优选实施例，玻璃纤维的长度在0.05mm与1.0mm之间，但是该长度甚至更优选在0.1mm与0.5mm之间。

此外，这些纤维的直径优选在5μm与20μm之间，并且直径更优选在6μm与14μm之间。

接头8优选至少包括60%的这种填充玻璃纤维的聚酰胺-6,10。更优选地，接头8至少包括90%的这种填充玻璃纤维的聚酰胺-6,10。甚至更优选地，接头完全由这种填充玻璃纤维的聚酰胺-6,10制成。

根据实施例，管7由包括如前文所述未填充玻璃纤维的聚酰胺-6,10的单层组成，并优选具有1.5mm与3mm之间的厚度。

根据本发明的可选实施例，管7可包括第二层，该第二层包括聚酰胺树脂，该聚酰胺树脂优选选自从二羧酸单元（超过60%为对苯二甲酸或间苯二甲酸）获得的聚酰胺-12和共聚酰胺。如果管7是多层的，则接头由适合焊接到管7的最外层材料的热塑性材料制成。接头8优选包括与制成管7的最外层相同的热塑性材料。

第二层优选至少包括60%的所述聚酰胺树脂。更优选地，第二层至少包括90%的所述聚酰胺树脂。甚至更优选地，第二层完全由所述聚酰胺树脂制成。

根据本发明的实施例，所述聚酰胺树脂是改良为耐低温冲击的聚酰胺-12。

优选地，所选的聚酰胺-12具有170℃与176℃之间的熔点、25MPa与35MPa之间的拉伸应力、20MPa与30MPa之间的弯曲强度、400MPa与600MPa之间的弯曲模量、23℃下在100KJ/m²与120KJ/m²之间的冲击阻力以及-40℃下在10KJ/m²与20KJ/m²之间的冲击阻力。

所述管优选包括包含聚酰胺-6,10的第一层和包含聚酰胺-12的第二层，第一层在第二层内。

根据本发明的另一实施例，这种共聚酰胺是聚邻苯二甲酰胺（PPA）。

这种共聚酰胺优选从二羧酸单元（超过60%为对苯二甲酸）和二胺单元（超过60%为1,9-壬二胺或2甲基-1,8-辛二胺）获得。

更优选地，超过90%的二羧酸单元是对苯二甲酸。甚至更优选地，对苯二甲酸是100%的二羧酸单元。

超过60%的二胺单元优选是1,9-壬二胺或2甲基-1,8-辛二胺。更优选地，超过90%的二胺单元是1,9-壬二胺或2甲基-1,8-辛二胺。甚至更优选地，100%的二胺单元是1,9-壬二胺或2甲基-1,8-辛二胺。

除对苯二甲酸之外，二羧酸单元的示例还包括脂肪族二羧酸，例如丙二酸、二甲基丙二酸、丁二酸、戊二酸、己二酸、2-甲基己二酸、三甲基己二酸、庚二酸，2,2-二甲基戊二酸、3,3-二乙基丁二酸、壬二酸、癸二酸和辛二酸；脂环族二羧酸，例如1,3-环戊烷二甲酸和1,4-环己烷二甲酸（1,4-cycloesandicarboxylic）；芳香族二羧酸，例如间苯二甲酸、2,6-萘二羧酸、2,7-萘二羧酸、1,3-苯二氧二乙酸、联苯甲酸、4,4'-二苯醚二甲酸、二苯甲烷-4,4'-二羧酸、二苯砜-4,4'-二羧酸和4,4'-联苯二羧酸；或它们的混合物。

其中，优选芳香族二羧酸。

除了以上提到的1,9-壬二胺和2-甲基-1,8-辛二胺之外，二胺单元的示例还包括脂肪族二胺，例如乙二胺、丙二胺、1,4-丁二胺、1,6-己二胺、1,8-辛二胺、1,10-癸二胺、3-甲基-1,5-戊烷二胺；脂肪二胺，例如环己二胺、甲基环己二胺和异佛尔酮二胺；芳香族二胺，例如p-苯二胺、m-苯二胺、p-二甲苯二胺、m-二甲苯二胺、4,4'-二氨基二苯甲烷、4,4'–二氨基二苯砜、4,4'-二氨基二苯醚；及它们的任意混合物。

这种聚酰胺优选US专利6989198中描述的P9T型。更优选地，聚酰胺树脂是Kuraray生产的

树脂。甚至更优选地，是Kuraray生产的

树脂，例如Genestar1001U03、U83。

根据前文包括接头8和管7的导引组件满足由汽车制造商规定的在空调系统中使用的要求。具体地，由PA6,10制成的层甚至在老化后，也能满足渗透性和耐压力波动的要求。此外，PA6,10制成的层与PA12、PPA或P9T制成的外层的联结能够克服与对于化学侵蚀的抗性相关的问题，因此避免在焊接点的剥落和断裂。

在使用中，密封环14被螺接到螺纹部13上的压力传感器压缩，并避免冷却液泄漏。

具体地，冷却液可经过相对于轴线B均沿一个方向或沿另一方向的两个交替路径逸出。

具体地，第一路径从通道14’引入筒体9的区域开始，并沿共同模塑部12与管形部10之间的共同模塑界面延伸到支座16。

第二路径从螺纹部13的头部开始，并沿相应的螺纹延伸而到达密封环14。趋向沿第一路径逸出的冷却液是沿中间方向输送的，基本上与趋向沿第二路径逸出的流体输送的方向相对。

第一路径和第二路径在密封环14的上游（即靠近支座16的周边）相交。由此，泄漏流入单个点，单个密封环14就足以防止泄漏。

示例1

Grilamid S FE5347制成、约7×11的单层管安装到带有30%玻璃纤维的Grilamid S FE53477×11制成的接头8，并且接头8标红以便能透过激光。

激光源是二极管源，并具有最大50W的功率。光束由光纤输送并借助圆筒状光学系统聚焦，以便产生刀片形激光斑。

根据非限制性的实施例，接头8和管7沿轴向重叠13mm以上，激光刀的长度比重叠段短，例如激光刀的长度为11mm。

当激光刀保持固定时，导引组件1在心轴上旋转。可替换地，激光系统可在当导引组件固定时运动。

冷却液导引组件的主要需求是避免泄漏。为了这个目的，一旦激光斑的几何尺寸确定，需要确定通过速度和光束功率。

过强的光束可沿焊接区域造成燃烧和/或起泡。过快的通过速度反而会分散光束能量，并在焊接区域中的一些部位造成熔化不足。在这两种情况下，导引组件的流体密封性均受到损害。

根据本发明，已经核实每转2秒与9秒之间、优选为每转6秒的转速，即从230mm/min到1037mm/min、优选345mm/min的速度，结合具有2kW/mm与3.5kW/mm之间、优选为2.7kW/mm的线性功率强度的激光束，能够分别获得接头8和管7的重叠壁的同质熔化，从而获得连续的、无汽泡的焊接。热爆裂测试

在测试温度下稳定1小时后，在120℃的温度下进行测试。将不断增加的液压施加到上述的管上，按5bar/s增加直到管破裂。随后将破裂压力与例如由汽车制造商规定的使用值进行比较。

在脉冲压力测试（以下描述）之后进一步执行测试，因此记录下89bar至92bar的值，再次明显超过规定的30bar。

渗透性测试

这些测试的目的是借助重量损失来测量经过管壁流出的流体量。为了获得统计意义上显著的数据，同时在4个管上执行测试。

首先，在大气压力下测量除接头之外接受测试的管的长度（L₁、L₂……L₄）。在管的端部安装两个闭合装置，其中一个闭合装置设有注入阀。

计算前3个管的内部理论容积，并将约为接受测试的管的内部容积的50%量的0.55g/cm³的HFC134引入其中。借助卤素探测器来检查闭合装置有没有发生泄漏。

将4个管（3个满管加1个空的试样管）在温度100℃的环境室内放置1小，然后重复卤素探测器检查。此时，将4个管放在100℃的环境室调节24小时。

在这个调节步骤的结尾，称量管重，并记录它们的值P₁、P₂、……P₄。

将管再次在100摄氏度下如此调节72小时，此后对这些管称重并确定各自的重量损失ΔP_i。然后，估算充满冷却液的管的重量损失，用三个管的平均值减去测量到的“空”管的值。所得的差是单位为g/m²/72h的渗透性指数。

根据本发明的管记录下的值小于1.82g/m²/72h。

脉冲压力强度测试

接受测试的管7安装在设有能够输送压力脉冲的装置的测试台上。以U形安装的管的内部充满为压缩机提供的润滑剂或者充满硅油，该U形的曲率半径等于为接受测试的管设置的最小半径；执行测试的环境含有空气。内部流体和空气被加热到100℃-120℃的温度，并受到0±3.5MPa（或根据管的种类在0MPa到1MPa之间）的测试压力循环，测试频率为每分钟15次循环。至少执行150000次循环，如果150000次循环之内未发生断裂，则继续执行直至断裂为止。

最后运行检查循环，通过从测试台移走管，将管浸入水中，并输送3.5MPa的气压30秒来检查有没有泄漏。如果发现存在气泡，则维持压力5分钟以便确定实际上是否有泄漏，例如气泡可能来自夹在管的各层之间的空气（在多层管的情况下）。

当完成测试时，在端部接头区域剖开管试样并目视检查，以确定在内部管道上有没有撕裂。出现这种缺陷可造成测试失败。

根据本发明的管在150000次循环后不会发生断裂。

抽出测试

测试在环境温度下进行，并在150℃以25mm/min的牵引速度保持1小时后进行。对于环境温度下的测试，在所有情况下造成管破裂的抽出载荷的平均值为2470N，对于加热时进行的测试为1172N。

只有根据本发明的导引系统通过了为确保根据汽车制造商要求的管充分持久所要求的所有测试。

根据本发明的接头和导引组件1能够获得的优点如下。

共同模塑到由热塑性材料制成的接头8的插入件11确保可施加金属与橡胶管道所要求的组件扭矩。这些扭矩在4Nm与20Nm之间，通常为8Nm。

用于连接由塑料材料制成的管7和接头8的激光焊接适合满足为得到汽车制造商的供应认可所要求的机械密封度和渗透性的条件。由此，可代替铝管，因此减重并降低成本。

密封环14为单个，并针对插入件11可能造成的泄漏确保密封度。

最后明显可对在此描述和示出的导引系统进行改变和更改，而不会因此背离所附权利要求限定的保护范围。

具体地，如图5所示，接头8可借助两个过盈的联结部连接到管7。

在这种情况下，筒体具有用于限定管7的位置的轴向支座20和可插入各个管7的端部21。

端部21按顺序包括截头圆锥嘴部22、限定密封环（未示）的座24的部分23、邻近部分23的环形脊部25、及邻近支座20的环形脊部26。

具体地，座24具有由环形脊部27限定的第一侧，环形脊部27由斜面28和圆柱表面29限定，该斜面朝向嘴部22呈锥状，该圆柱表面则相对于斜面28排列在嘴部22的相反侧上。座24还具有第二侧，第二侧面向第一侧并由直径与圆柱表面29相同的圆柱环形脊部30限定。

环形脊部25和环形脊部26优选完全相同，且每个脊部具有斜面31和圆柱表面段32，斜面31朝向嘴部22呈锥状，圆柱表面段32具有与斜面31的最大直径相同的直径。

脊部25、26的最大直径优选大于圆柱表面29、30的直径。

此外，环形脊部25、26与圆柱表面33轴向分开，圆柱表面33具有大于座24的底部直径的直径和大于夹具的长度的轴向长度。

在管7被推到端部21上的情况下，不论管7是单层还是多层，管7的径向刚度优选大于25N/mm²，更有利地大于50N/mm²，甚至更有利地在100N/mm²与125N/mm²之间，并且这样的值可借助单层材料或借助多层材料获得。为了能够与具有这样刚度的管正确联结，假定“D”为圆柱表面33的直径，而“d”为管7的内径，则圆柱表面33的直径有利地满足以下关系式：

1.25d<D<1.38d

有利地，内径“d”在6mm与17mm之间。

具体地，为了获得管的径向刚度值，执行如下测试：切割100±1mm的一段管，并将这段管置于测力计上，该测力计以25mm/min的速率在两个平面之间压缩管。当这两个面间隔为未变形的管的外径的一半时，测试结束。将测力计如此显示出的力除以管壁的横截面积。

根据实施例，管7由包括未填充前文所述的玻璃纤维的聚酰胺-6,10的单层组成，并优选具有1.5mm与3mm之间的厚度。

一对径向脊部25、26与密封环的座24的组合为高压应用提供了充分的密封度。具体地，密封环有效避免接头相对于管的相对旋转所带来的泄漏，而径向脊部25、26确保能够通过抽出测试和膨胀测试的保持力。

根据优选实施例，圆柱表面32具有小于0.15mm的轴向长度。由此，脊部25、26确保对热塑性材料制成的管壁的有效密封度和保持力，使得抽出载荷满足所需条件。这样的值其实是在“咬住”热塑性材料的管而又不损坏管的相反要求之间作出的折衷，由此通过膨胀测试和抽出测试。

圆柱表面33轴向长度优选大于斜面31的轴向长度的两倍。甚至更优选地，圆柱表面33的长度大于斜面31的长度的3.5倍。例如，圆柱表面31的长度至少为6mm，优选大于7mm。

由此，可将夹具用作使管固定到端部21上的进一步的限制工具。此外，热塑性材料的管具有充足空间，以在脊部25与脊部26之间径向松弛，因此增加密封度和保持力。

Claims (7)

1.一种用于车辆的气候控制系统的冷却液导引组件，其特征在于，所述冷却液导引组件包括接头（8）和连接到所述接头（8）的管（7），其中所述管（7）和所述接头（8）包含热塑性材料，所述接头包括所述热塑性材料的本体（9、10），并且所述接头（8）包括插入件（11）；所述插入件由刚性比所述热塑性材料更大的材料制成，并且具有共同模塑到所述本体（9、10）的固定部（12）和突出于所述本体（9、10）并适合被牢固地连接到一装置的连接部（13）；并且所述冷却液导引组件包括围绕所述插入件（11）的密封环（14）；而且所述本体限定所述密封环（14）的座（15）；而且

所述座（15）为第一泄漏路径和第二泄漏路径相交处的下游点；所述第一泄漏路径沿所述固定部（12）与所述本体（9、10）之间的界面延伸，直至所述本体（9、10）的支座（16）；所述第二泄漏路径从所述连接部（13）的头部延伸至所述密封环（14）。

2.根据权利要求1所述的导引组件，其特征在于，所述固定部（12）具有非圆形的横截面。

3.根据权利要求1所述的导引组件，其特征在于，所述插入件（11）限定流体通道（14）。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的导引组件，其特征在于，所述热塑性材料是聚酰胺。

5.根据权利要求4所述的导引组件，其特征在于，所述热塑性材料是聚酰胺-6,10。

6.根据权利要求4所述的导引组件，其特征在于，所述管由单层聚酰胺-6,10组成。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的导引组件，其特征在于，所述接头（8）包含与所述管（7）的最外层相同的热塑性材料。

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