DE102004012987A1

DE102004012987A1 - Verfahren zum Herstellen einer Leitung einer Kälteanlage, insbesondere einer CO2-Kälteanlage

Info

Publication number: DE102004012987A1
Application number: DE102004012987A
Authority: DE
Inventors: Christian B. Hansen
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 2004-03-16
Filing date: 2004-03-16
Publication date: 2005-10-13
Anticipated expiration: 2024-03-17
Also published as: PL1725351T3; ES2313382T3; CN1953827B; EP1725351A2; CN1953827A; WO2005087403A3; WO2005087403A2; DE102004012987B4; US7574885B2; DK1725351T3; EP1725351B1; DE502005005258D1; US20070137275A1; ATE406966T1

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Herstellen einer Leitung einer Kälteanlage, insbesondere einer CO¶2¶-Kälteanlage, angegeben. DOLLAR A Man möchte ein schnelles und kostengünstiges Verfahren haben. DOLLAR A Hierzu ist vorgesehen, daß man mehrere Rohrleitungen (5-9) parallel zueinander schraubenlinienförmig wickelt, wobei man jede Rohrleitung (5-9) entlang einer Schraubenlinie führt und die Schraubenlinien aller Rohrleitungen (5-9) parallel verlaufen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Leitung einer Kälteanlage, insbesondere einer CO₂-Kälteanlage.

Eine Kälteanlage besteht in der Regel aus mehreren Komponenten. Hierzu zählen ein Kompressor, zwei Wärmetauscher und ein Ventil. Diese Komponenten müssen durch Leitungen miteinander verbunden werden. Insbesondere bei mobilen Anwendungen, beispielsweise Kälteanlagen, die zur Kühlung in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, müssen diese Leitungen eine gewisse Flexibilität aufweisen. Andererseits muß eine derartige Leitung vor allem dann, wenn CO₂ (Kohlendioxid) als Kältemittel verwendet wird, eine erhebliche Druckfestigkeit aufweisen. Dies führt dazu, daß eine derartige Leitung relativ teuer ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein schnelles und kostengünstiges Verfahren zum Herstellen einer Leitung für ein Kältesystem anzugeben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man mehrere Rohrleitungen parallel zueinander schraubenlinienförmig wickelt, wobei man jede Rohrleitung entlang einer Schraubenlinie führt und die Schraubenlinien aller Rohrleitungen parallel verlaufen.

Mit dieser Ausgestaltung kann man relativ dünne Rohrleitungen verwenden. Der wirksame Querschnitt der Leitung der Kälteanlage ergibt sich dann aus der Summe der Querschnitte aller Rohrleitungen. Rohrleitungen mit einem vergleichsweise dünnen Querschnitt haben von sich aus eine relativ hohe Druckfestigkeit, d.h. der Aufwand, den man für die Druckfestigkeit treiben muß, kann kleingehalten werden. Durch die schraubenlinienförmige Anordnung der einzelnen Rohrleitungen ergibt sich auch eine gewisse Flexibilität. Die Herstellung wird dadurch besonders kostengünstig, daß man mehrere Rohrleitungen parallel wickelt. Dadurch erreicht man praktisch automatisch eine Anordnung der Rohrleitungen dergestalt, daß die Rohrleitungen benachbart oder mit einem vorbestimmten Abstand zueinander vorliegen. Nachträgliche Justierungen können entfallen. Mit dem Wickeln der Rohrleitungen ist ein großer Teil des Herstellungsvorgangs abgeschlossen. Das Verfahren ist prinzipiell für die Herstellung von Leitungen aller Kälteanlagen geeignet. Eine besondere Bedeutung gewinnt das Verfahren aber für Anlagen, die mit Kältemittel arbeiten, das unter einem höheren Druck steht, beispielsweise CO₂ (Kohlendioxid).

Hierbei ist bevorzugt, daß man die Rohrleitungen nach dem Herstellen der Windungen nacheinander ablängt und zwischen jedem Schneidvorgang das durch die Rohrleitungen gebildete Bündel um einen vorbestimmten Winkel verdreht. Damit trägt man der Tatsache Rechnung, daß die einzelnen Rohrleitungen später, d.h. wenn die Windungen fertiggestellt worden sind, alle etwa an der gleichen axialen Position der "Schraube" enden sollten. Durch ein sequentielles Durchtrennen und dem Verdrehen des Rohrbündels erreicht man, daß der Schneidvorgang immer an der gleichen Stelle erfolgen kann. Damit ergibt sich die richtige Länge der einzelnen Rohrleitungen quasi automatisch.

Vorzugsweise biegt man nach dem Wickeln die Enden der Rohrleitungen parallel zur Achse der Schraubenlinie um. Dies erleichtert es, einen Anschluß für die Rohrleitungen zu montieren. Der nachfolgende Montagevorgang wird dadurch vereinfacht.

Vorzugsweise bettet man die Leitung zumindest im Bereich ihrer schraubenförmigen Windungen in einen Kunststoff ein. Unter "Kunststoff" soll hier auch ein Gummi verstanden werden. Der Kunststoff stabilisiert den "Korpus" der Leitung, stellt aber gleichzeitig sicher, daß die Leitung eine gewisse Flexibilität hat. Der Kunststoffmantel erzeugt nicht nur eine mechanische Stabilisierung. Er bewirkt auch einen erhöhten thermischen Widerstand zur Umgebung hin, so daß Wärmeverluste kleingehalten werden können.

Bevorzugterweise verdreht man vor dem Einbetten die Enden der Leitung um einen vorbestimmten Winkel entgegen der Wickelrichtung gegeneinander, hält sie beim Einbetten in der verdrehten Lage fest und läßt sie nach dem Einbetten los. Beispielsweise kann man die Enden um etwa 10° gegeneinander verdrehen. Damit ergeben sich kleine Abstände zwischen einander benachbarten Windungen, in die der Kunststoff eindringen kann. Das Einbetten mit dem Kunststoff kann beispielsweise in einem Spritzgußverfahren erfolgen. Wenn man nach dem Spritzgießen (oder einem anderen Einbettungsvorgang) die Enden losläßt, dann stehen die Windungen der Schraubenlinie aller Rohrleitungen unter einer gewissen Vorspannung. Dies trägt mit dazu bei, die Festigkeit der Leitung zu verbessern.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, daß man beim Einbetten der Leitung einen Kern innerhalb der Windungen freihält. Der Kunststoff ist also als Hohlzylinder ausgebildet. Durch das hohle Innere läßt sich Gewicht einsparen. Dadurch, daß man den Innenraum oder Kern freiläßt, wird die Flexibilität der Leitung verbessert. Letztendlich kann man, falls gewünscht, auch Zusatzeinrichtungen, beispielsweise elektrische Leitungen oder ähnliches, durch das Innere der Leitung führen.

Vorzugsweise versieht man zusammengehörige Enden mit einem gemeinsamen Anschlußstück. Dies erleichtert die nachfolgende Montage der Leitung in einer Kälteanlage oder einem Kältesystem.

Hierbei ist bevorzugt, daß man das Anschlußstück mit dem Kunststoff verbindet. Damit erhält man über die gesamte Länge der Leitung eine verbesserte Druckfestig keit. Es gibt keine Positionen, an denen Scherkräfte auf die Rohrleitungen wirken könnten. Insgesamt wird dadurch die Festigkeit der Leitung verbessert.

Hierbei ist bevorzugt, daß man das Anschlußstück gegen den Kunststoff preßt und mit dem Kunststoff verschweißt. Damit erhält man eine sehr feste Verbindung zwischen dem Anschlußstück und dem Kunststoff. Die Rohrleitungen erhalten nach dem Lösen der Anpreßkraft eine kleine erhöhte Vorspannung in Axialrichtung der Schraubenlinie.

Vorzugsweise führt man die Enden der Rohrleitungen durch das Anschlußstück hindurch und trennt einen sich dabei bildenden Überstand ab. Man erreicht damit, daß die Rohrleitungen bündig mit der Stirnfläche des Anschlußstücks enden. Die Führung des Kältemittels wird dann ausschließlich von den Rohrleitungen übernommen, die vorzugsweise aus einem Metall gebildet sind. Der Kunststoff hat nur eine unterstützende Funktion.

Hierbei ist bevorzugt, daß man zum Abtrennen einen Laser verwendet. Der Laser ist in der Lage, die Überstände bündig zur Stirnfläche des Anschlußstücks abzutrennen.

Bevorzugterweise führt man die Rohrleitungen über mindestens eine Rolle zu, die mit Umfangsnuten versehen ist. Mit dieser Rolle läßt sich die gewünschte seitliche Ausrichtung der Rohrleitungen relativ zueinander auf einfache Weise sicherstellen. Wenn man mehrere Rollen gleicher Art verwendet, dann kann man über den Umfang der einzelnen Windungen der Schraubenlinie eine relativ genaue Positionierung der einzelnen Rohrleitungen relativ zueinander erreichen. Sobald die Rohrleitungen über einen Anfangswinkel von beispielsweise 10° gebogen worden sind, ist eine Führung mit Rollen nicht mehr unbedingt erforderlich, weil sich die einmal gebildeten Windungen nicht mehr von alleine aufbiegen.

Vorzugsweise führt man die Rohrleitungen gegen eine Umlenkfläche, die mit der Zuführrichtung einen ersten Winkel in einer Zuführebene und einen zweiten Winkel mit der Zuführebene einschließt. Die Rohrleitungen werden also doppelt ausgelenkt, so daß sie sich zum einen in Umfangsrichtung der Schraubenlinie umbiegen, andererseits aber auch einen axialen Vorschub erhalten, so daß sich die Schraubenlinie ergibt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Hierin zeigen:
1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Herstellung einer Leitung,
2 eine Anordnung von Rohrleitungen,
3 die Darstellung nach 1 von oben,
4 eine genutete Umlenkrolle,
5 eine Leitung nach dem Herstellen der schraubenlinienförmigen Windungen,
6 die Leitung nach 5 mit ausgerichteten Enden,
7 ein Anschlußstück,
8 eine zweite Ausbildungsform eines Anschlußstücks,
9 eine Leitung mit Anschlußstücken und
10 eine abgewandelte Ausführungsform einer Leitung in perspektivischer Darstellung.
9 zeigt eine Leitung 1 mit zwei Anschlußstücken 2, 3 und einem Korpus 4, dessen Herstellung nachfolgend erläutert werden soll.
Der Korpus 4 ist gebildet durch fünf Rohrleitungen, die in 1 von der Seite, in 2 von vorne und in 3 von oben dargestellt sind. Die Wandstärke dieser Rohrleitungen 5–9 ist in 2 übertrieben groß dargestellt. Die Wandstärke muß so groß gewählt sein, daß sie einen Druck aushält, der im hohlen Innenraum 10 einer jeden Rohrleitung 5–9 erzeugt wird, wenn die Rohrleitung 5–9 später in einem Kältesystem verwendet wird, das mit CO₂ (Kohlendioxid) als Kältemittel arbeitet. Derartige Drücke können durchaus eine Größenordnung von mehreren 100 bar erreichen. Allerdings sind Rohrleitungen 5–9 mit einem kleineren Querschnitt vergleichsweise druckfester als Rohrleitungen mit einem größeren Querschnitt, aber gleicher Wandstärke. Die so hergestellte Leitung 1 ist natürlich auch bei anderen Kältemitteln anwendbar, also auch solchen, die mit geringeren Drükken arbeiten.
Wie aus den 1 und 3 zu erkennen ist, werden die Rohrleitungen 5–9 in einer Ebene nebeneinanderliegend über drei Umlenkrollen 11–13 geführt. Die Umlenkrollen 11–13 sind gleich ausgeführt. Die Umlenkrolle 11 ist in 4 vergrößert dargestellt. Sie weist fünf Umfangsnuten 14 auf. Die Anzahl der Umfangsnuten, die in Axialrichtung der Umlenkrolle 11 gleichmäßig verteilt sind, richtet sich natürlich nach der Anzahl der gleichzeitig zu wickelnden Rohrleitungen 5–9.
Die beiden Umlenkrollen 11,12 sind hier ortsfest dargestellt. Die Umlenkrolle 13 ist in Richtung eines Doppelpfeils 15 beweglich, also senkrecht zur Ebene, in der die Rohrleitungen 5–9 beim Zuführen angeordnet sind.
Natürlich können auch die Umlenkrollen 11, 12 beweglich sein, wenn dies für einen Einführvorgang erforderlich sein sollte.
Die Rohrleitungen 5–9 werden in einer Vorschubrichtung 16 zugeführt. Dabei können sie von nicht näher dargestellten Vorratsspulen abgewickelt werden. Mittel, mit denen der Vorschub erzeugt wird, sind an sich bekannt und werden daher nicht näher dargestellt. Beispielsweise kann man hierzu Rollenpaare verwenden, die von entgegengesetzten Seiten her auf die Rohrleitungen 5–9 wirken und mit Hilfe einer Reibungskraft einen Antrieb auf die Rohrleitungen 5–9 bewirken.
In Vorschubrichtung 16 hinter der letzten Umlenkrolle 13 ist eine Umlenkfläche 17 angeordnet. Diese Umlenkfläche 17 schließt mit ihrer in 1 dargestellten Richtungskomponente einen Winkel ungleich 90° mit der Ebene ein, in der die Rohrleitungen 5–9 zugeführt werden. Die Umlenkfläche 17, genauer gesagt die in 1 erkennbare Komponente, bewirkt zusammen mit der letzten Umlenkrolle 13, daß die Rohrleitungen 5–9 ringförmig umgebogen werden, so daß sich in der in 1 dargestellten Ansicht sozusagen eine Kreisform der Biegung ergibt.
Wie aus 3 zu erkennen ist, schließt die Umlenkfläche 17 allerdings auch mit der Vorschubrichtung 16 einen Winkel ungleich 90° ein, so daß die zugeführten Rohrleitungen 5–9 nicht nur auf einer Kreisbahn umgelenkt werden, sondern beim Umlenken auch eine Auslenkung senkrecht zur Vorschubrichtung 16 erhalten. Dementsprechend werden die Rohrleitungen 5–9 auf einer Schraubenlinie geführt. Die letzte Umlenkrolle 13 kann zur Unterstützung dieser Umlenkbewegung gegenüber den beiden anderen Umlenkrollen 11, 12 eine Rotationsachse aufweisen, die nicht mehr parallel zu den Achsen der Umlenkrollen 11, 12 ausgerichtet ist, sondern mit diesen einen spitzen Winkel einschließt. Auch die Umlenkrolle 12 kann unter einem spitzen Winkel zur Umlenkrolle 11 angeordnet sein, um die Steigung der Schraubenlinie zu steuern. Die Umlenkfläche 17 dient dazu, die Steigung mit einer relativ großen Genauigkeit einzustellen.
Wie sich aus den 3 und 5 ergibt, werden die Rohrleitungen 5–9 also schraubenlinienförmig aufgewickelt, wobei auch beim Aufwickeln die Ausrichtung der Rohrleitungen 5–9 parallel zueinander erhalten bleibt. Nach dem Wickeln liegen die Rohrleitungen 5–9 nach wie vor aneinander an. Die so hergestellten Windungen bilden einen Hohlzylinder.
Die Rohrleitungen 5–9 weisen nun Enden auf, die "schräg" von dem Korpus 4 abstehen. Sie weisen also eine radiale und eine axiale Richtungskomponente auf. Sie sind allerdings alle zumindest im wesentlichen gleich lang. Dies erreicht man dadurch, daß man die einzelnen Rohrleitungen 5–9 nicht auf einmal durchtrennt, wenn der Korpus 4 seine gewünschte Länge erreicht hat, sondern sequentiell. Man trennt also nach Erreichen der vorbestimmten Länge zunächst eine Rohrleitung, beispielsweise die Rohrleitung 5, ab, dreht dann den Korpus 4 weiter, bis die Rohrleitung 6 in die Position der zuvor abgetrennten Rohrleitung 5 gelangt und trennt dann die Rohrleitung 6 ab. Diesen Vorgang wiederholt man, d.h. zwischen dem Durchtrennen der einzelnen Rohrleitungen 5–9 erfolgt immer eine Drehung um einen Winkel, der 360° durch die Anzahl der Rohrleitungen entspricht.
In einem weiteren Herstellungsschritt werden nun die Enden 18–22 umgebogen und parallel zur Achse des Korpus 4 ausgerichtet. Danach ist es möglich, das Anschlußstück 3 auf die Enden 18–22 aufzuschieben. Das Anschlußstück 3 weist hierzu eine Anzahl von Bohrungen 23 auf, die der Anzahl von Rohrleitungen 5–9 entspricht.
7 zeigt eine erste Ausgestaltung eines Anschlußstücks 3 mit einer kreisrunden Form. 8 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform eines Anschlußstücks 3' mit einer sechseckigen Form und zwar in 8a als Seitenansicht und in 8b als Vorderansicht. Die Form des Anschlußstücks 3, 3' hängt von der später gewünschten Verwendung ab.
Vor oder auch nach dem Aufschieben des Anschlußstücks 3 wird der Korpus 4 noch mit einem in 9 dargestellten Kunststoff 24 versehen. Bei dem Kunststoff 24 kann es sich auch um Naturgummi handeln, der zu diesem Zweck in einer vulkanisierten Form eingebracht wird. Das Herstellen des Kunststoffs erfolgt zweckmäßigerweise im Spritzgußverfahren. Der Korpus 4 wird hierzu in eine Spritzgußform eingebracht. Vor dem Einbringen werden allerdings die Enden des Korpus 4 entgegen der Wickelrichtung gegeneinander verdreht. Dies soll durch die Pfeile 25, 26 dargestellt werden. Der Drehwinkel ist relativ klein. Er beträgt beispielsweise 10°. Durch diese Maßnahme ergibt sich ein kleiner Abstand zwischen benachbarten Windungen des Korpus 4, in den dann beim Spritzen des Kunststoffs 24 der Kunststoff eintreten kann. Durch einen Kern sorgt man dafür, daß das hohle Innere des Korpus 4 nicht vollständig vom Kunststoff 24 ausgefüllt wird, sondern ein Hohlzylinder verbleibt. Nach dem Spritzen des Kunststoffs 24 wird die Spannung, mit der die Enden des Korpus 4 gegeneinander verdreht oder "aufgewickelt" worden sind, wieder gelöst, so daß die gewickelten Rohrleitungen 5–9 mit einer gewissen Vorspannung im Kunststoff 24 verbleiben.
Nachdem der Korpus 4 in den Kunststoff 24 eingebettet worden ist, werden die beiden Anschlußstücke 2, 3 unter Druck gegen den Kunststoff 24 gedrückt. Dies ist durch Pfeile 27, 28 angedeutet. Natürlich sind die entsprechenden Kräfte so gerichtet, daß die Anschlußstücke 2, 3 vollflächig an der Stirnseite des Kunststoffs 24 anliegen. Danach werden die Anschlußstücke 2, 3 mit dem Kunststoff 24 verschweißt oder verklebt, so daß sich insgesamt ein quasi monolithischer Block ergibt, in dem ein Strömungspfad für das Kohlendioxid-Kältemittel im Innern der schraubenlinienförmig gebogenen Rohrleitungen 5–9 gebildet ist.
Die Enden 18–22 der Rohrleitungen 5–9 sind so lang, daß sie, wie beim Anschlußstück 3 dargestellt, durch das Anschlußstück 3 hindurchgeführt werden können und mit einem kleinen Überstand aus dem Anschlußstück 3 herausragen. Dieser Überstand wird mit Hilfe eines Laserschneidgeräts 29 abgetrennt. Dadurch erreicht man, daß man die Enden 18–22 bündig mit der Stirnseite des Anschlußstücks 3 abschließen lassen kann.
Die Herstellung der Leitung 1 wurde bislang mit fünf Rohrleitungen 5–9 beschrieben. Aus 10 ist eine abgewandelte Ausführungsform einer Rohrleitung 1 erkennbar, bei der insgesamt zehn Rohrleitungen schraubenlinienförmig gewendelt sind, um eine Verbindung zwischen zwei Anschlüssen 2, 3 zu schaffen. Der Hohlraum, der sich im Innern des Korpus 4 ausbildet, ist durch einen Kreiszylinder 30 dargestellt.

Claims

Verfahren zum Herstellen einer Leitung einer Kälteanlage, insbesondere einer CO₂-Kälteanlage, dadurch gekennzeichnet, daß man mehrere Rohrleitungen (5–9) parallel zueinander schraubenlinienförmig wickelt, wobei man jede Rohrleitung (5–9) entlang einer Schraubenlinie führt und die Schraubenlinien aller Rohrleitungen (5–9) parallel verlaufen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Rohrleitungen (5–9) nach dem Herstellen der Windungen nacheinander ablängt und zwischen jedem Schneidvorgang das durch die Rohrleitungen (5–9) gebildete Bündel (4) um einen vorbestimmten Winkel verdreht.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man nach dem Wickeln die Enden (18-22) der Rohrleitungen (5–9) parallel zur Achse der Schraubenlinie umbiegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Leitung (1) zumindest im Bereich ihrer schraubenlinienförmigen Windungen in einen Kunststoff (24) einbettet.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man vor dem Einbetten die Enden (18–22) der Leitung (1) um einen vorbestimmten Winkel entgegen der Wickelrichtung gegeneinander verdreht, beim Einbetten in der verdrehten Lage festhält und nach dem Einbetten losläßt.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß man beim Einbetten der Leitung einen Kern innerhalb der Windungen freihält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man zusammengehörige Enden (18–22) mit einem gemeinsamen Anschlußstück (2, 3) versieht.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man das Anschlußstück (2, 3) mit dem Kunststoff (24) verbindet.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man das Anschlußstück (2, 3) gegen den Kunststoff (24) preßt und mit dem Kunststoff (24) verschweißt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß man die Enden (18–22) der Rohrleitungen (5–9) durch das Anschlußstück (2, 3) hindurchführt und einen sich dabei bildenden Überstand abtrennt.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß man zum Abtrennen einen Laser (29) verwendet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß man die Rohrleitungen (5–9) über mindestens eine Rolle (11) zuführt, die mit Umfangsnuten (14) versehen ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß man die Rohrleitungen (5–9) gegen eine Umlenkfläche (17) führt, die mit der Zuführrichtung (16) einen ersten Winkel in einer Zuführebene und einen zweiten Winkel mit der Zuführebene einschließt.