DE102016208115A1 - Verfahren zur Herstellung eines Ladeluftrohres - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung eines Ladeluftrohres aus Kunststoff. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Ladeluftrohren zu schaffen, mittels dessen Ladeluftrohre aus endlosfaserverstärkten Kunststoffen mit gleichmäßiger Wandstärke und hochpräziser Innenkontur herstellbar sind. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Verfahren folgende Arbeitsschritte aufweist, nämlich A) Flechten einer Rohrkontur auf einem Kern (1) unter Verwendung von Endlosfasern (3), B) Einlegen des Fasergeflechtes (2) zusammen mit dem Kern (1) in eine Kavität (5) einer Spritzform (4), C) Einspritzen eines niedrigviskosen fließfähigen aushärtbaren Harzes, wobei die geflochtene Rohrkontur mit dem Harz durchtränkt wird, D) Aushärten des durchtränkten Bauteils, E) Entnehmen des Bauteils aus der Form (4) und Entfernung des Kerns (1). Durch dieses Verfahren entsteht ein Rohr mit einer duroplastischen Matrix. Vorteile einer duroplastischen Matrix sind eine hohe Temperatur- und Formstabilität, sehr hohe Oberflächengüte und vergleichsweise geringe Materialkosten.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Ladeluftrohres aus Kunststoff.
  • Für die Sicherstellung der Funktionalität des Ladeluftsystems für Verbrennungsmotoren werden starre und flexible Leitungen zur Verbindung zwischen Lader, Resonator, Ladeluftkühler und Motoreinlass eingesetzt. Aufgrund von kompakter Motorenbauweise haben diese Bauteile in der Regel eine sehr komplexe Geometrie, das heißt unter anderem einen oder mehrere Krümmungswinkel.
  • Die geometrischen Anforderungen (Rohrinnendurchmesser) ergeben sich aus der zu transportierenden Luftmenge und die Länge der Rohre aus den konstruktiven Begebenheiten des Motorraums. Unter Berücksichtigung der thermomechanischen und chemischen Beanspruchungen werden die starren Leitungen nach heutigem Stand der Technik vorrangig aus thermoplastischen Kunststoffen mit oder ohne Faserverstärkung im Blasformverfahren sowie Spritzgussverfahren hergestellt. Typische Werkstoffe, welche für die Bauteile zum Einsatz kommen, sind Commodity Thermoplastics, z. B. Polypropylen (PP), Engineering Thermoplastics, z. B. Polyamid (PA), High Temperature Thermoplastics, z. B. Polyphenylensulfid (PPS) oder thermoplastische Elastomere (TPE).
  • In der DE 10 2000 14 110 747 ist beispielsweise ein Rohr offenbart, welches ohne Verstärkungsfasern blasgeformt ist.
  • Ein Nachteil des Blasformverfahrens sind ein hoher Anteil technologisch bedingter Abfall, eine undefinierte Oberfläche im Inneren des Rohres sowie eine ungleichmäßige Wandstärke über den Bauteilquerschnitt, vorrangig im Bereich von Krümmungswinkeln. In Bereichen von Radien ergeben sich am Innendurchmesser eine Masseanhäufung sowie am Außendurchmesser eine Wanddickenreduzierung. Um die thermomechanischen Anforderungen zu erfüllen, muss eine Mindestwandstärke in allen Bereichen des Ladeluftrohres gewährleistet werden, was dazu führt, dass ein sehr hoher Materialeinsatz notwendig ist und somit die Wandstärke in geraden Abschnitten des Ladeluftrohres verfahrensbedingt zum Teil über der geforderten Mindestwandstärke liegt.
  • Um die Nachteile der Blasformtechnik zu vermeiden, sind auch Ladeluftrohre bekannt, deren Wandung aus faserverstärkten Kunststoffen bestehen. In der DE 10 2012 208 363 ist ein Ladeluftrohr vorgeschlagen, welches einen Vorformling als Extrusionsbauteil aufweist. Die Verstärkungsmaterialien sind dabei jedoch erst nach der Erzeugung des Vorformlings aufbringbar.
  • Diese Lösung erfordert einen mehrstufigen Herstellprozess. Außerdem ist bei der Extrusion die Auswahl der zur Verfügung stehenden Fasern, insbesondere in der Faserlänge beschränkt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Ladeluftrohren zu schaffen, mittels dessen Ladeluftrohre aus endlosfaserverstärkten Kunststoffen mit gleichmäßiger Wandstärke und hochpräziser Innenkontur herstellbar sind.
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Verfahren folgende Arbeitsschritte aufweist, nämlich
    • A) Flechten einer Rohrkontur auf einem Kern unter Verwendung von Endlosfasern,
    • B) Einlegen des Fasergeflechtes zusammen mit dem Kern in eine Kavität einer Spritzform,
    • C) Einspritzen eines niedrigviskosen fließfähigen aushärtbaren Harzes, wobei die geflochtene Rohrkontur mit dem Harz durchtränkt wird,
    • D) Aushärten des durchtränkten Bauteils,
    • E) Entnehmen des Bauteils aus der Form und Entfernung des Kerns.
  • Durch dieses Verfahren entsteht ein Rohr mit einer duroplastischen Matrix. Vorteile einer duroplastischen Matrix sind eine hohe Temperatur- und Formstabilität, sehr hohe Oberflächengüte und vergleichsweise geringe Materialkosten.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung ist der Kern kompressibel ausgebildet.
  • Die Kompressibilität des Kerns hat den Vorteil, dass auch bei in gewissen Grenzen komplexeren Rohrformen der Kern noch aus dem fertig ausgehärteten Rohr entfernbar ist.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung erfolgt das Flechten durch eine automatische Rundflechtmaschine.
  • Durch den Einsatz automatisierter Maschinen wird die Herstellung der Rohre kostenmäßig günstiger.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung sind die Endlosfasern organische Fasern.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung sind die Endlosfasern Carbonfasern.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung sind die Endlosfasern Polyamidfasern.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung sind die Endlosfasern Polyesterfasern.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung sind die Endlosfasern Aramidfasern.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung sind die Endlosfasern Naturfasern.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung sind die Endlosfasern Flachsfasern.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung sind die Endlosfasern anorganische Fasern.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung sind die Endlosfasern Glasfasern.
  • Durch die Möglichkeit, eine große Vielfalt an Fasern zum Flechten einzusetzen, ist das Verfahren an ein breites Spektrum an Einsatzfällen anpassbar.
  • Anhand der Zeichnung wird nachstehend ein Beispiel der Erfindung näher erläutert. Die 1 zeigt den Arbeitsschritt C) des erfindungsgemäßen Verfahrens als Prinzipskizze.
  • Auf einem kompressiblen Kern 1, hier als aufblasbarer Schlauch ausgebildet, ist ein Geflecht 2 aus Endlosfasern 3 geflochten. Der Kern 1 mit dem Geflecht 2, 3 ist in ein längsteilbares Werkzeug 4 eingelegt. Zwischen den Werkzeug 4 und den auf den Dorn 1 geflochtenen Fasern 3 ist ein Hohlraum 5 ausgebildet. Der Kern 1 wird in dem Werkzeug 4 durch hier nicht gezeigte Elemente derart geführt, dass er zentrisch in dem Hohlraum 5 des Werkzeugs 4 zu liegen kommt. Die radialen Abstände zwischen Wandung 6 des Hohlraums 5 und dem Geflecht 2 sind dementsprechend links des Kerns überall gleich groß.
  • Das Werkzeug 4 weist mindestens eine Einspritzöffnung 7 auf, über die der Hohlraum 5 mit einem hier nicht gezeigten hochviskosen Harz gefüllt wird. Dabei wird nicht nur der Hohlraum 5 mit Harz gefüllt, sondern auch das Geflecht 2 mit Harz durchtränkt.
  • Nach der Aushärtung kann das Werkzeug 4 geöffnet und der Kern 1 mit dem nun ausgehärteten durchtränkten Geflecht 2 entnommen werden.
  • Der aufblasbare Kern 1 kann nun entleert und aus dem fertigen, durch das ausgehärtete Geflecht 2 gebildeten Rohr entfernt werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    kompressibler Kern
    2
    Geflecht
    3
    Endlosfasern
    4
    längsteilbares Werkzeug
    5
    Hohlraum im Werkzeug 4
    6
    Wandung des Hohlraums 5
    7
    Einspritzöffnung im Werkzeug 5
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 10200014110747 [0004]
    • DE 102012208363 [0006]

Claims (12)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Ladeluftrohres aus Kunststoff, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende Arbeitsschritte aufweist, nämlich A) Flechten einer Rohrkontur auf einem Kern (1) unter Verwendung von Endlosfasern (3), B) Einlegen des Fasergeflechtes (2) zusammen mit dem Kern (1) in eine Kavität (5) einer Spritzform (4), C) Einspritzen eines niedrigviskosen fließfähigen aushärtbaren Harzes, wobei die geflochtene Rohrkontur mit dem Harz durchtränkt wird, D) Aushärten des durchtränkten Bauteils, E) Entnehmen des Bauteils aus der Form (4) und Entfernung des Kerns (1).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (1) kompressibel ausgebildet ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Flechten durch eine automatische Rundflechtmaschine erfolgt.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Endlosfasern (3) organische Fasern sind.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Endlosfasern (3) Carbonfasern sind.
  6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Endlosfasern (3) Polyamidfasern sind.
  7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Endlosfasern (3) Polyesterfasern sind.
  8. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Endlosfasern (3) Aramidfasern sind.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Endlosfasern (3) Naturfasern sind.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Endlosfasern (3) Flachsfasern sind.
  11. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Endlosfasern (3) anorganische Fasern sind.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Endlosfasern (3) Glasfasern sind.
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