DE102005037165A1

DE102005037165A1 - Kältemittelleitung

Info

Publication number: DE102005037165A1
Application number: DE200510037165
Authority: DE
Inventors: Richard Bantscheff; Carsten Noltenius; Carlo Dr. Burkhardt; Thomas Pfaff; Reiner Karl; René Rösler
Original assignee: Witzenmann GmbH
Current assignee: Witzenmann GmbH
Priority date: 2005-08-06
Filing date: 2005-08-06
Publication date: 2007-02-15
Also published as: EP1910725A1; WO2007017106A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kältemittelleitung zur Verwendung in Klimaanlagen insbesondere von Kraftfahrzeugen mit einem gewellten Metallschlauch (1) mit radial außen liegenden Wellenbergen (2) und radial innen liegenden Wellentälern (3). Der Metallschlauch ist hinsichtlich Pulsationsfestigkeit einerseits und Beweglichkeit andererseits dadurch optimiert, dass er zumindest in Teilbereichen seiner Wellenberge (2) eine größere Wandstärke (S¶a¶) aufweist als zumindest in Teilbereichen seiner Wellentäler (3).

Description

Die Erfindung betrifft eine Kältemittelleitung zur Verwendung in Klimaanlagen insbesondere von Kraftfahrzeugen mit einem gewellten Metallschlauch mit radial außen liegenden Wellenbergen und radial innen liegenden Wellentälern.
Mittlerweile werden Klimaanlagen in Kraftfahrzeugen immer häufiger eingebaut und demgemäß unterliegen die in großer Anzahl benötigten Kältemittelleitungen immer größer werdenden Anforderungen. Während bei Kältemitteln wie beispielsweise R134a meist Elastomerleitungen verwendet wurden, müssen nun in R744-Klimaanlagen gegenüber CO₂-permeationsdichte Klimaleitungssysteme verwendet werden, was den Einsatz metallischer Leitungen erforderlich macht. Der wesentliche Bestandteil bekannter derartiger Metall-Kältemittelleitungen besteht aus einem flexiblen gewellten Metallschlauch, der aufgrund seiner Wellung unter bestimmten Betriebsbedingungen (insbesondere infolge von Innendruckpulsation) ausgeprägten Längenänderungseffekten (einem so genannten „Pumpen") unterworfen ist. Auf der anderen Seite ist aber gerade die Wellung dafür verantwortlich, dass der Metallschlauch die an ihn gestellten Anforderungen hinsichtlich Flexibilität erfüllt.

Eine gattungsgemäße Kältemitteleitung ist beispielsweise aus der EP-A 1 048 881 bekannt, wobei dort die Kältemittelleitung aus einem Metallschlauch mit einem ihn umgebenden, radial druckfesten flexiblen Mantel aus Metall als Axialabstützung besteht sowie aus einer den Raum zwischen dem Metallschlauch und dem Mantel ausfüllenden Zwischenlage aus druckfestem Kunststoff.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Kältemittelleitung der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, die bei weiterhin ausreichender Flexibilität dennoch eine verbesserte Druckpulsationsdämpfung ermöglicht und dadurch die eingangs genannten nachteiligen Längenänderungseffekte reduziert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Metallschlauch dadurch hinsichtlich Pulsationsfestigkeit einerseits und Beweglichkeit andererseits optimiert ist, dass er zumindest in Teilbereichen seiner Wellenberge eine größere Wandstärke aufweist als zumindest in Teilbereichen seiner Wellentäler.

Während bei den üblichen hydraulisch umgeformten Metallschläuchen die Wandstärke der Wellenberge gerade geringer ausfällt als die Wandstärke der Wellentäler, wird nun ein Metallschlauch mit entgegengesetzten Wandstärkenverhältnissen vorgeschlagen, wobei die dünnere Wandstärke der Wellentäler weiterhin für eine Beweglichkeit insbesondere in die verschiedenen Biegerichtungen sorgt, während die dickeren Wellenberge, die bei Auftreten der Innendruckpulsation primär beansprucht werden, demgegenüber stabiler sind und hierdurch nicht nur die nachteiligen Längenänderungseffekte reduzieren, sondern auch eine Ermüdung des Metallschlauchs im – ansonsten sehr stark beanspruchten – Bereich der Wellenberge verhindert.

Vorteilhafterweise weist der Metallschlauch der erfindungsgemäßen Kältemittelleitung zumindest in Teilbereichen seiner Wellenberge eine Wandstärke im Bereich zwischen 0,17 und 0,25 mm auf und zumindest in Teilbereichen seiner Wellentäler eine Wandstärke im Bereich zwischen 0,10 und 0,18 mm. Hierdurch wird die hohe Flexibilität im Bereich der Wellentäler einerseits und die hohe Druckpulsationsfestigkeit im Bereich der Wellenberge andererseits in optimaler Weise sichergestellt.

Der Metallschlauch ist zweckmäßigerweise ringgewellt ausgeführt und besteht aus austenitischem oder ferritischem Stahl oder aus Aluminium oder aus Inconel- oder Aluminiumlegierungen.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Wandstärken ist es möglich, dass der Metallschlauch Drücken von bis zu 180 bar standhält bzw. Druckpulsationskräften von zwischen 5 und 180 bar, die innerhalb kürzester Zeitspannen, beispielsweise innerhalb einer Viertelsekunde auftreten können. Bei diesen Drücken hat der erfindungsgemäße Metallschlauch aufgrund seines Materials dennoch eine Permeationsdichtigkeit von weniger als 1 g/Jahr, um für CO₂-Einsätze verwendbar zu sein.

Was die geforderte Beweglichkeit betrifft, so weist der Metallschlauch über seine axiale Länge eine Beweglichkeit in den drei Raumachsen in der Größenordnung von +/– 15 mm auf.

Was die sonstigen Abmessungen des Metallschlauches betrifft, so ist es zweckmäßig, wenn dieser ein Verhältnis von Außendurchmesser der Wellenberge zu Innendurchmesser der Wellentäler von größer als 1,3 und insbesondere von größer als 1,4 aufweist und darüber hinaus eine Wellenlänge von weniger als 3 mm, vorzugsweise zwischen 1,5 und 2,5 mm, wobei die Wellen vorteilhafterweise Ω-förmig ausgebildet sind, um eine möglichst große Wellenanzahl pro Länge zu erhalten und damit eine möglichst hohe Flexibilität zu erzielen.

Wird in vorteilhafter Weise auf der radialen Innenseite des Metallschlauchs ein Innenliner zur Strömungsvergleichmäßigung angeordnet, so sorgt das Ω-Profil außerdem dafür, dass der Innenliner unter Innendruck nicht ausbaucht, sich also nicht in die Wellenberge hineinverformt, was die Lebensdauer des Innenliners entsprechend reduzieren würde. Der Innenliner besteht vorzugsweise aus PTFE oder einem PTFE-Verbundwerkstoff und weist zumindest in Teilbereichen eine Wandstärke (S_a) im Bereich von zwischen 0,1 und 1,0 mm auf und insbesondere zwischen 0,4 und 0,6 mm. Außerdem ist der Innenliner gegenüber den radial außen liegenden Wellenbergen des Metallschlauchs radial beabstandet, so dass zwischen Innenliner und den von ihm beabstandeten Wellenbergen Pufferbereiche für den sich bei Druckspitzen etwaiger Druckpulsationen des Kältemittels radial nach außen ausdehnenden Innenliner vorgesehen sind. Durch einen solchen Innenliner ist die Kältemittelleitung zum einen in ihrer Beweglichkeit nicht bzw. nicht wesentlich eingeschränkt, also ausrei chend flexibel; und zum anderen sorgen der Metallschlauch mit dem Innenliner und den dazwischen angeordneten Pufferbereichen für eine sehr gute Druckpulsationsdämpfung.

Wie es aus dem eingangs erwähnten gattungsgemäßen Metallschlauch bereits bekannt ist, ist es zweckmäßig, den Metallschlauch der Kältemittelleitung mit weiteren Leitungskomponenten auch auf der radialen Außenseite zu kombinieren, also beispielsweise mit einer Axialabstützung in Form eines Geflechtsschlauchs oder mit einer sonstigen auch aus Kunststoff bestehenden Ummantelung.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung, die einen beispielhaften Querschnitt eines Metallschlauchs für die erfindungsgemäße Kältemittelleitung in 1 zeigt. Dort ist schematisch ein Leitungsabschnitt eines Metallschlauchs 1 im Axialschnitt gezeigt mit radial außen liegenden Wellenbergen 2 und radial innen liegenden Wellenbergen 3. Die Wandstärke S des Metallschlauchs ist im Bereich der Wellenberge mit Sa gekennzeichnet, während die Wandstärke im Bereich der Wellentäler mit S_i gekennzeichnet ist. Erfindungsgemäß ist die Wandstärke im Bereich der Wellenberge größer als die Wandstärke im Bereich der Wellentäler, also S_a > S_i.
Aus der Zeichnung kann man darüber hinaus den Innendurchmesser D; der Wellentäler und den Außendurchmesser D_a der Wellenberge entnehmen, wobei D_a/D_i > 1,4. Bei Nennweiten (DN) von 6 mm der erfindungsgemäßen Kältemittelleitung beträgt D_i beispielsweise 6,2 mm und Da 9,7 mm, bei DN8 z.B. D_i 8,3 mm und D_a 12,3 mm.
In der Zeichnung ist darüber hinaus noch die Wellenlänge L_w des Metallschlauchs angedeutet, nämlich der Abstand zwischen zwei axial benachbarten gleichen Punkten, also beispielsweise zwischen zwei ansteigenden Wellenflanken, zwei Wellenbergen etc. Diese Wellenlänge beträgt zweckmäßigerweise weniger als 3 mm und vorzugsweise zwischen 1,5 und 2,5 mm, im genannten Fall von DN6 2,0 mm und bei DN8 2,2 mm.
Zusammenfassend wird durch die vorliegende Erfindung eine Kältemittelleitung zur Verfügung gestellt, die die an sich gegensätzlichen Anforderungen hinsichtlich Beweglichkeit einerseits und Druckpulsationsfestigkeit andererseits dennoch in vorteilhafterweise vereinigt, indem der Metallschlauch der Klimaleitung mit unterschiedlichen Wandstärken versehen ist, nämlich mit einer größeren Wandstärke im Bereich der Wellenberge als im Bereich der Wellentäler.

Claims

Kältemittelleitung zur Verwendung in Klimaanlagen insbesondere von Kraftfahrzeugen mit einem gewellten Metallschlauch mit radial außen liegenden Wellenbergen und radial innen liegenden Wellentälern, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallschlauch (1) dadurch hinsichtlich seiner Pulsationsfestigkeit einerseits und seiner Beweglichkeit andererseits optimiert ist, dass er zumindest in Teilbereichen seiner Wellenberge (2) eine größere Wandstärke (S_a) aufweist als zumindest in Teilbereichen seiner Wellentäler (3, S_i).
Kältemittelleitung nach zumindest Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallschlauch (1) zumindest in Teilbereichen seiner Wellenberge (2) eine Wandstärke (S_a) im Bereich von zwischen 0,17 und 0,25 mm aufweist.
Kältemittelleitung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallschlauch (1) zumindest in Teilbereichen seiner Wellentäler (3) eine Wandstärke (S_i) im Bereich zwischen 0,10 und 0,18 mm aufweist.
Kältemittelleitung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallschlauch (1) ringgewellt ausgeführt ist.
Kältemittelleitung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallschlauch (1) Drücken von bis zu 180 bar standhält und/oder innerhalb einer Viertelsekunde auftretenden Druckpulsationskräften von zwischen 5 und 180 bar.
Kältemittelleitung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallschlauch eine Permeationsdichtigkeit von weniger als 1 g/Jahr aufweist.
Kältemittelleitung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallschlauch über seine axiale Länge eine Beweglichkeit in den drei Raumachsen in der Größenordnung von +/– 15 mm aufweist.
Kältemittelleitung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallschlauch (1) aus Aluminium, aus austenitischem oder ferritischem Stahl, aus einer Inconellegierung oder einer Aluminiumlegierung besteht.
Kältemittelleitung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallschlauch (1) ein Verhältnis von Aussendruchmesser (D_a) der Wellenberge (2) zu Innendurchmesser (D_i) der Wellentäler (3) von größer als 1,3 und insbesondere als 1,4 aufweist.
Kältemittelleitung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallschlauch (1) eine Wellenlänge (L_w) von weniger als 3 mm, vorzugsweise zwischen 1,5 und 2,5 mm aufweist.
Kältemittelleitung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellen des Metallschlauchs (1) Ω-förmig ausgebildet sind.
Kältemittelleitung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallschlauch mehrlagig ausgeführt ist.
Kältemittelleitung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallschlauch auf seiner radialen Innenseite einen Innenliner, insbesondere einen Kunststoffschlauch aufweist.
Kältemittelleitung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallschlauch auf seiner radialen Innenseite einen Innenliner, insbesondere einen Kunststoffschlauch aufweist.
Kältemittelleitung nach zumindest Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenliner aus PTFE oder einem PTFE-Verbundwerkstoff besteht.
Kältemittelleitung nach zumindest Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenliner zumindest in Teilbereichen eine Wandstärke (S_a) im Bereich von zwischen 0,1 und 1,0 mm aufweist und insbesondere zwischen 0,4 und 0,6 mm.
Kältemittelleitung nach zumindest Anspruch 14, 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenliner gegenüber den radial außen liegenden Wellenbergen des Metallschlauchs radial beabstandet ist, und dass zwischen Innenliner und den von ihm beabstandeten Wellenbergen Pufferbereiche für den sich bei Druckspitzen etwaiger Druckpulsationen des Kältemittels radial nach außen ausdehnenden Innenliner vorgesehen sind.