DE102005037167A1

DE102005037167A1 - Kältemittelleitung

Info

Publication number: DE102005037167A1
Application number: DE200510037167
Authority: DE
Inventors: Carlo Dr. Burkhardt; Carsten Ilg
Original assignee: Witzenmann GmbH
Current assignee: Witzenmann GmbH
Priority date: 2005-08-06
Filing date: 2005-08-06
Publication date: 2007-02-08
Also published as: WO2007017103A1; EP1910726A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kältemittelleitung zur Verwendung in Klimaanlagen in Kraftfahrzeugen mit einem gewellten Metallschlauch und einem Innenliner aus Kunststoff. Hierbei ist der Innenliner, bezogen auf die Radialrichtung, dadurch elastisch nachgiebig, dass er aus PTFE oder einem PTFE-Verbundwerkstoff besteht und dass die Wandstärke des Innenliners im Bereich zwischen 0,1 bis 1,0 mm liegt. Außerdem liegt der Innenliner in Teilbereichen an der radialen Innenseite des ihn umgebenden Metallschlauchs an und ist gegenüber radial außen liegenden Wellenbergen des Metallschlauchs radial beabstandet, sodass ein Pufferbereich zwischen Innenliner und Metallschlauch vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kältemittelleitung zur Verwendung in Klimaanlagen insbesondere von Kraftfahrzeugen, bestehend aus einem gewellten Metallschlauch und einem Innenliner aus Kunststoff, wobei der Innenliner in Teilbereichen an der radialen Innenseite des ihn umgebenden Metallschlauchs anliegt und gegenüber radial außen liegenden Wellenbergen des Metallschlauches radial beabstandet ist.
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 R134 A meist Elastomer-Leitungen 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 strömungsinduzierte Pfeifgeräusche verursacht, die jedoch vom Kunden nicht akzeptiert werden.

Aus der DE-A 102 41 504 sind Kältemittelleitungen der eingangs genannten Art bekannt, die zusätzlich zu dem Metallschlauch noch einen Innenliner aus Kunststoff aufweisen, wobei der Innenliner zur Reduzierung des Durchflusswiderstandes nur leicht in die Wellung des Metallschlauches eingreift und hierbei einen nahezu zylindrischen, dem lichten Innendurchmesser des Wellschlauchs entsprechenden Strömungsraum zur Verfügung stellt, wodurch die beschriebenen Pfeifgeräusche vermieden werden können.

Der in der genannten Schrift beschriebene Innenliner, der dort als Stützschlauch bezeichnet wird, besteht aus Polyamid, wird nach dem Einführen in den Wellschlauch erwärmt und mit innenseitigem Druck beaufschlagt, um sich an die Innenwandung des Metallschlauchs zumindest im Bereich der radial innen liegenden Wellentäler anzulegen und um die gewünschte Form der Klimaleitung zu konservieren. Hierbei bildet der Stützschlauch nach dem Erkalten für den Metallwellschlauch ein Skelett, durch das eine axiale Stabilisierung des Wellschlauches erreicht wird und die Wellung des Wellschlauches nur noch einer geringen Biegewechselbeanspruchung unterliegt.

Die Anmelderin hat hiervon ausgehend jedoch weitere Anforderungen an die Kältemittelleitung aufgestellt, die von der in der DE-A 102 41 504 beschriebenen Kältemittelleitung mit integriertem Stützschlauch gerade nicht bzw. nur teilweise erfüllt werden: Zum einen soll die Kältemittelleitung – im Gegensatz zu dem Gegenstand der DE 102 41 504 – möglichst beweglich sein, um die ihr zugedachte Funktion der Aufnahme größerer Bewegungen zu erfüllen; zum anderen sollte die Kältemittelleitung eine hohe Druckpulsationsfestigkeit zur Aufnahme von Druckspitzen etwaiger Druckpulsationen des Kältemittels aufweisen, um so die Lebensdauer der Leitung zu verbessern. Während man die erhöhte Druckpulsationsfestigkeit vor allem über eine hohe Wandstärke des Metallschlauchs erhalten kann, ist für die hohe Beweglichkeit der Kältemittelleitung eine geringe Wandstärke des Metallschlauchs erforderlich. Es ist demgemäß Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kältemittelleitung der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, die beiden sich eigentlich widersprechenden Anforderungen gerecht wird.

Diese Aufgabe wird bei einer Kältemittelleitung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass der Innenliner bezogen auf die Radialrichtung dadurch elastisch nachgiebig ist, dass er aus PTFE oder einem PTFE-Verbundwerkstoff besteht und dass die Wandstärke des Innenliners im Bereich zwischen 0,1 bis 1,0 mm liegt. Hierdurch ist es möglich, den Metallschlauch mit einer geringen Wandstärke im unteren Zehntel-mm-Bereich und damit sehr beweglich auszuführen und auf der anderen Seite die erwähnten Druckspitzen durch den zusätzlichen Innenliner abzufangen. Hierzu ist zwischen Innenliner und den von ihm beabstandeten Wellenbergen des Metallschlauchs jeweils ein Pufferbe reich vorgesehen, sodass sich der Innenliner bei Auftreten der Druckspitzen etwaiger Druckpulsationen des Kältemittels zumindest teilweise und kurzzeitig radial nach außen in diese Pufferbereiche erstrecken kann. Wenn sich ein ungefähres Druckgleichgewicht zwischen dem Pufferbereich einerseits und dem Innenraum des Innenliners andererseits herstellt, zieht sich der Innenliner wieder elastisch in seinen Ausgangsstand zusammen und kann so etwaige weitere Druckspitzen in gleicher Weise abfangen.

Während beim Stand der Technik der aus Metallschläuchen bestehenden Klimaleitungen lediglich die Wandstärke der Metallschläuche erhöht wurde, um die erforderliche Druckpulsationsbeständigkeit zu erreichen und während bei der genannten DE 102 41 504 ein möglichst formstabiler Stützschlauch aus Polyamid vorgesehen wurde, der den vorhandenen Metallwellschlauch in seiner Stabilität unterstützen sollte, so rückt die vorliegende Erfindung davon ab, die Klimaleitung in sich steifer zu machen, um höhere Druckspitzen abfangen zu können; stattdessen baut sie die Kältemittelleitung 3-lagig auf, also aus äußerem Metallschlauch, innerem Innenliner und dazwischen vorgesehenem Pufferbereich, wobei der Pufferbereich dafür sorgt, dass der Innenliner bei Druckspitzen in Richtung der von ihm beabstandeten Wellenberge ausweicht und so diese Druckspitzen abfangen kann. Hierdurch ist es möglich, den vom Innenliner unterstützten Metallschlauch äußerst dünnwandig auszubilden und – zusammen mit dem aus PTFE bestehenden Innenliner – insgesamt eine flexible Kältemittelleitung zu erhalten.

Vorteilhafterweise liegt die Wandstärke des Innenliners im Bereich zwischen 0,25 mm bis 0,6 mm und insbesondere zwischen 0,4 mm bis 0,6 mm, wobei der Radialquerschnitt des Innenliners in der Regel rund ausgeführt ist, daneben aber auch polygonal ausgebildet sein kann.

Um die Beweglichkeit des Metallschlauchs nicht zu beeinträchtigen, ist des Weiteren von Wichtigkeit, dass das E-Modul des Innenliners geringer ist als dasjenige des Metallschlauchs und insbesondere weniger als ein Hundertstel dessen E-Moduls beträgt.

Der Innenliner erstreckt sich zweckmäßigerweise über die gesamte axiale Länge des Metallschlauchs; ebenso kann er sich aber auch nur über Teilbereiche erstrecken, wenn die erforderliche Druckpulsationsfestigkeit dies ermöglicht. Darüber hinaus ist der Innenliner in der Regel mit einer glatten Strömungsoberfläche versehen, um hierdurch den Druckverlust nicht unnötig zu erhöhen; daneben kann sich in bestimmten Fällen aber natürlich auch eine strukturierte Oberfläche empfehlen, die sich nicht unbedingt negativ auf den Druckverlust des Strömungsmediums auswirken muss.

Der Innenliner liegt an der Innenseite des Metallschlauches im Bereich der radial innen liegenden Wellentäler des Metallschlauchs an und greift zweckmäßigerweise zumindest teilweise formschlüssig in die Wellungen des Metallschlauchs ein, wobei der Innenliner und der Metallschlauch entweder an zumindest einem endständigen Anschlusselement oder aber gar nicht in Axialrichtung aneinander festgelegt sind.

Damit der Innenliner die erforderliche elastische Nachgiebigkeit aufweist, ist es notwendig, dass er eine Memoryfunktion besitzt, sodass er nach jedem ihn nur im elastischen Bereich beanspruchenden Belastungsfall wieder in seinen Ausgangszustand zurückkehrt.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen; hierbei zeigen
1 eine Kältemittelleitung in schematischer Seitenansicht;
2 den Axialschnitt durch einen Teil einer erfindungsgemäßen Kältemittelleitung;
3 die Kältemittelleitung aus 2 mit zusätzlichen Komponenten;
4 einen Axialschnitt durch einen Teil einer alternativen erfindungsgemäßen Kältemittelleitung; und
5 die Kältemittelleitung aus 4 mit zusätzlichen Komponenten.
In 1 ist eine Kältemittelleitung 1 dargestellt, die aus zwei starren Anschlusselementen 2, 3 in Form von glattwandigen Rohren besteht sowie einem zwischen den beiden Rohren angeordneten flexiblen Leitungselement 4. Dieses flexible Leitungselement ist in den 2 bis 5 genauer erläutert, indem dort die hierbei verwendeten Hauptbestandteile dargestellt sind:
In 2 ist ein Metallschlauch 5 mit ringförmiger Wellung gezeigt, der radial äußere Wellenberge 6 und radial innere Wellentäler 7 aufweist. An den radial inneren Wellentälern 7 liegt ein zylindrischer Innenliner 8 über einen wesentlichen Teilbereich des Metallschlauchs 5 an, wobei zwischen dem Metallschlauch 5 insbesondere im Bereich seiner Wellenberge 6 und dem Innenliner 8 im gegenseitigen Beabstandungsbereich Pufferbereiche 9 belassen sind, die ringförmig um den Innenliner umlaufen.
Wird nun der Innenraum 10 des Innenliners 8, der vom Kältemittel beaufschlagt wird, hohen Druckbelastungen, die oft impulsartige auftreten, ausgesetzt, so kann der Innenliner 8 aufgrund seines PTFE-Materials und seiner dünnen Wandstärke von vorzugsweise zwischen 0,4 und 0,6 mm radial nach außen in diese Pufferbereiche 9 ausweichen und so diese Druckspitzen abfangen und von den Wellenbergen abhalten. Wird zwischen den Pufferbereichen 9 und dem Strömungsinnenraum 10 nach einiger Zeit in etwa ein Druckgleichgewicht hergestellt, so kann sich der Innenliner wieder elastisch in seinen Ausgangszustand zurückbewegen.
3 zeigt eine mögliche Verwendungsform der Hauptkomponenten aus 2, nämlich indem auf der radialen Außenseite des Metallschlauchs 6 eine Silikonumhüllung 11 vorgesehen ist, die vorzugsweise inkompressibel ausgeführt ist und so den Metallschlauch 6 gegen weitere Verformungen schützt. Auf der radialen Außenseite der Silikonumhüllung 11 ist schließlich ein übliches Geflecht 12 aus sich kreuzenden Metalldrähten zur Axialabstützung des Metallschlauchs bzw. des elastischen Elements 4 der Kältemittelleitung 1 vorgesehen. Hierzu ist der Geflechtsschlauch 12 an den beiden axialen endständigen Anschlusselementen 2a, 3a festgelegt.
4 zeigt nun eine Bauform, die der Variante aus 2 und 3 im Wesentlichen entspricht (weshalb gleiche Teile mit denselben Bezugszeichen versehen sind), wobei lediglich ein Innenliner 18 vorgesehen ist, der – im Gegensatz zum Innenliner 8 aus den 2 und 3 – nicht exakt glattzylindrisch ausgeführt ist, sondern leicht wellig. Hierbei erstreckt sich der Innenliner 18 in sich mit den Wellenbergen 6 des Metallschlauchs 5 überlappenden Bereichen etwas radial nach außen in die Pufferbereiche 9 hinein und verkleinert diese Pufferbereiche geringfügig. Durch die gewellte Form des Innenliners 18 ist dieser formschlüssig mit dem Metallschlauch 5 verbunden und wird so daran gehindert, sich gegenüber dem Metallschlauch 5 in Axialrichtung zu verschieben.
5 zeigt – entsprechend 3 – eine Silikonumhüllung 11 und einen Geflechtsschlauch 12 auch bei der zweiten Ausführungsform gemäß 4 mit gewelltem Innenliner 18.
Zusammenfassend wir durch die vorliegende Erfindung ermöglicht, dass zwei an sich gegensätzliche Forderungen, nämlich Beweglichkeit einerseits und Stabilität bzw. Druckfestigkeit andererseits, durch die neue Kältemittelleitung erfüllt werden, indem den gewellten Metallschläuchen noch ein zusätzliches Element hinzugefügt wird, nämlich ein PTFE-Innenliner, der einerseits die Beweglichkeit des Metallschlauchs nicht beeinträchtigt und andererseits aber die Druckspitzen des Strömungsmediums abfängt.

Claims

Kältemittelleitung zur Verwendung in Klimaanlagen insbesondere von Kraftfahrzeugen, mit einem gewellten Metallschlauch (5) und einem Innenliner (8, 18) aus Kunststoff, wobei der Innenliner (8, 18) in Teilbereichen an der radialen Innenseite des ihn umgebenden Metallschlauchs (5) anliegt und gegenüber radial außen liegenden Wellenbergen (6) des Metallschlauchs radial beabstandet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenliner (8, 18) bezogen auf die Radialrichtung dadurch elastisch nachgiebig ist, dass er aus PTFE oder einem PTFE-Verbundwerkstoff besteht und dass die Wandstärke des Innenliners im Bereich zwischen 0,1 bis 1,0 mm liegt.
Kältemittelleitung nach zumindest Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke des Innenliners (8, 18) im Bereich zwischen 0,25 bis 0,6 mm und insbesondere zwischen 0,4 bis 0,6 mm liegt.
Kältemittelleitung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Innenliner (8, 18) und den von ihm beabstandeten Wellenbergen (6) des Metallschlauchs (5) Pufferbereiche (9) für den sich bei Druckspitzen etwaiger Druckplusationen des Kältemittels radial nach außen ausdehnenden Innenliner vorgesehen ist.
Kältemitteleitung nach zumindest Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Innenliner (8, 18) bei Druckspitzen etwaiger Druckpulsationen des Kältemittels zumindest teilweise und kurzzeitig in die Pufferbereiche (9) erstreckt.
Kältemittelleitung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Radialquerschnitt des Innenliners (8, 18) rund oder polygonal ist.
Kältemittelleitung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das E-Modul des Innenliners (8, 18) geringer ist als dasjenige des Metallschlauchs (5), insbesondere weniger als 1/100 davon beträgt.
Kältemittelleitung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Innenliner über die gesamte axiale Länge des Metallschlauchs erstreckt.
Kältemittelleitung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenliner (8, 18) eine glatte Oberfläche aufweist.
Kältemittelleitung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenliner (8, 18) an der Innenseite des Metallschlauchs (5) im Bereich der radial innen liegenden Wellentäler (7) des Metallschlauchs anliegt.
Kältemittelleitung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenliner (8, 18) zumindest teilweise formschlüssig in die Wellung des Metallschlauchs (5) eingreift.
Kältemittelleitung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenliner und der Metallschlauch zumindest an einem axialen Ende an endständigen Anschlusselementen festgelegt sind.
Kältemittelleitung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenliner (8, 18) und der Metallschlauch (5) aneinander in Radialrichtung anliegen und/oder nicht aneinander festgelegt sind.
Kältemittelleitung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenliner (8, 18) eine Memoryfunktion aufweist.