DE102017116364A1

DE102017116364A1 - Dünnwandige Fluidleitung und Bausatz aus Fluidleitung und Anschlussstück

Info

Publication number: DE102017116364A1
Application number: DE102017116364.6A
Authority: DE
Inventors: Frédéric Leger
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2017-07-20
Filing date: 2017-07-20
Publication date: 2019-01-24
Also published as: FR3069304A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine dünnwandige Fluidleitung (1) aus thermoplastischem Kunststoff zum Leiten von Gas oder Hydraulikmittel, wie etwa Luft oder Öl, insbesondere für ein (Kupplungs-/Brems-)Ausrücksystem, wobei die Fluidleitung (1) aus Kunststoff aufgebaut ist, wobei als Kunststoff eine Mischung aus Hexamethylendiamin und Sebacinsäure, oder Hexamethylendiamin und Dodecandisäure eingesetzt ist. Daneben betrifft die Erfindung einen Bausatz aus einer erfindungsgemäßen Fluidleitung (1) und einem daran angeschlossenen Anschlussstück (9).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine dünnwandige Fluidleitung aus thermoplastischem Kunststoff zum Leiten von Gas oder Hydraulikmittel, wie etwa Luft oder Öl, insbesondere für ein (Kupplungs-/Brems-)Ausrücksystem, wobei die Fluidleitung aus Kunststoff aufgebaut ist. Daneben betrifft die Erfindung einen Bausatz aus einer erfindungsgemäßen Fluidleitung und einem daran angeschlossenen Anschlussstück/Konnektor.
Aus der deutschen Patentanmeldung DE 10 2006 040 994 A1 ist beispielsweise eine Druckleitung für ein hydraulisches System für eine Kupplungsbetätigung bekannt, bestehend aus mindestens einem Teilabschnitt eines Kunststoffrohres mit einem Außendurchmesser „D“ und einem Innendurchmesser „d“, wobei ein Vergleichswert k= (D² + d²) des Kunststoffrohres kleiner als 70mm² ist, mit der einerseits die Resonanzfrequenz zu kleineren Werten verschoben werden kann und andererseits eine angepasste Steifigkeit aufweist. Ein Teilabschnitt des Kunststoffrohres der Druckleitung kann beispielsweise PA12 (Polyamid 12) oder PA612 (Polyamid 612) als Material aufweisen. Unter Polyamid 612 wird ist ein Polykondensationsprodukt aus 1,6-Hexamethylendiamin und 1,12-Dodecandisäure (1,10-Decandicarbonsäure) verstanden. Wenn auch die Carbonamidgruppen-Konzentration geringfügig höher ist als in Polyamid 12, ist sie doch deutlich niedriger als bei Polyamid 6 oder Polyamid 66. Die genannte Druckschrift offenbart ebenso einen Konnektor/Anschlussstück für eine Druckleitung für ein hydraulisches System.
Bei bekannten Technologien von Kunststoffleitungen, insbesondere im CRS (Clutch Release System) Markt, also Kunststofffluidleitungen für Ausrücksysteme, werden Rohre bzw. Fluidleitungen meist mit einer Wanddicke größer als 2mm hergestellt. Diese Dimensionierung wird durch die mechanische Performance der Fluidleitung getrieben, welche notwendig ist, um dem Druck in dem System zu widerstehen (Berstdruckwiderstand/Berstdruckfestigkeit), in Kombination mit dem zugehörigen Material, welches für die Herstellung der Fluidleitungen verwendet wird. Aktuell wird in dem CRS Markt insbesondere ein Polyamid mit der Bezeichnung Polylauryllactam, Kurzbezeichnung PA12, verwendet. Polyamide sind lineare Polymere mit sich wiederholenden Amidbindungen entlang der Hauptkette. Polyamide werden wegen ihrer hervorragenden Festigkeit und Fähigkeit als Konstruktionswerkstoffe verwendet. Ebenso weisen sie gute chemische Beständigkeit gegenüber organischen Lösungsmitteln auf.
Um die Dimensionierung zu vervollständigen, wird eine Wanddicke/Wandungsdicke der Fluidleitung zusammen mit einem minimalen Innendurchmesser festgelegt, um einerseits die Fluiddurchflussleistung sicherzustellen und andererseits eine angemessene Flussrate im hydraulischen System sowie eine akzeptable Rückkehrzeit von einem Pedal, insbesondere einem Kupplungspedal oder einem Bremspedal, sicherzustellen. Dieser Innendurchmesser ist meist mit 4mm Minimum bemessen. Mit der minimalen Wanddicke sowie dem minimalen Innendurchmesser ist damit auch ein Außendurchmesser der Fluidleitung vorgegeben. Für eine Anschlussschnittstelle bzw. ein Anschlussstück/Konnektor wird meist dasselbe generische Kunststoffmaterial wie bei der Fluidleitungen (PA12) verwendet, allerdings variiert hier der prozentuale Anteil an Glasfasern, um die notwendige Haltekraft/Festigkeit des männlichen/weiblichen Konnektors zu erfüllen. Der Glasfaseranteil liegt dabei meist um die 30 Prozent.
Um das Anschlussstück mit der Leitung zu verbinden, wird meist ein Laserschweißverfahren/eine Laserschweißtechnologie verwendet, welches eine minimale Länge bzw. Tiefe der eingesetzten Fluidleitung in das Anschlussstück voraussetzt. Diese Einsetz-Länge bzw. Distanz liegt um die 10mm.
Ein Problem hierbei ist, dass die Fluidleitungen nach dem Stand der Technik aus dem thermoplastischen Kunststoff PA12 aufgrund des Bauraumdesigns bzw. Layout des Motorraums des Fahrzeugs notwendigerweise einem Biegeprozess unterzogen werden müssen. Dieser Prozess ist meist manuell/händisch und ein sehr kostenintensiver Prozess. Für den Biegeprozess ist der Außendurchmesser der Fluidleitung entscheidend, da dieser implizit den Biegeradius der Fluidleitung bestimmt. Ein Biegeradius für ein Biegen der Kunststoff-Fluidleitung ist normalerweise das Zweieinhalb- bis Dreifache des Außendurchmessers der Fluidleitung. Dieser Biegeradius limitiert die Möglichkeiten, die Fluidleitungen bzw. Druckleitungen dem Fahrzeuglayout anzupassen. Des Weiteren gibt es Limitationen hinsichtlich einer Beschränkung einer Volumenausdehnung, so dass auch die Gesamtlänge der Fluidleitung limitiert ist (Gesamtlänge darf meist nur weniger als 1m sein), da ansonsten eine einwandfreie Kupplungsbetätigung nicht gewährleistet werden kann.
Um dieses Problem zu lösen, werden beispielsweise Stahlleitungen verwendet. Hierdurch kann allerdings, da in dem Fahrzeug keine Kunststoffleitungen mehr verbaut werden, eine akustische Performance (NVH-Noise Vibration Harshness) nicht erfüllt werden, weswegen mehr als 50 Prozent der Fahrzeuganwendungen einen Dämpfer bzw. Dämpfungselemente aufweisen müssen. Diese Dämpfer stellen einen zusätzlichen Faktor gegenüber eingesetzten Kunststofftechnologien dar, da der Druckverlust in dem System aufgrund der Dämpfer steigt. Ebenso zeigt sich auch beim Layout von kleinen Fahrzeugen die Tendenz, dass die Länge der Fluidleitungen erhöht wird, so dass die Beschränkung der Gesamtlängen mehr und mehr zu einem Problem in der Implementierung der Kunststoffleitung bzw. Kunststofftechnologie wird.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu vermeiden oder wenigstens zu mindern und insbesondere eine Fluidleitung sowie einen Baukasten und ein Anschlussstück zur Verfügung zu stellen, welches eine geringe Wanddicke bzw. eine Minimierung einer Wanddicke erlaubt, flexibel ist und, im Fall der Fluidleitung, eine natürliche oder eine einfache Biegung erlaubt, die in einem einfachen Biegeverfahren gebogen werden kann, so dass sie beispielsweise auch als anfangs gerade Leitung zu einem Kunden gegeben werden kann, welcher diese dann imstande ist, aufgrund der verringerten Komplexität, selber zu biegen.
Die Aufgabe der Erfindung wird bei einer gattungsgemäßen Fluidleitung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass als (thermoplastischer) Kunststoff eine Mischung aus Hexamethylendiamin und Sebazinsäure (Poly-hexamethylen-sebacamid), oder Hexamethylendiamin und Dodecandisäure (Poly-hexamethylen-dodecandiamid) eingesetzt ist. Diese beiden Materialien sind auch unter der Bezeichnung PA610/PA6.10 oder PA612/PA6.12 bekannt. Diese beiden Kunststoffe PA610 und PA612 werden auch als sogenannte „grüne“ bzw. ökologische Materialien mit Karbongehalt bezeichnet. Der Schmelzpunkt von Polyhexamethylensebacamid beträgt 240 Grad Celsius, wohingegen der Schmelzpunkt für Poylhexamethylendodecandiamid bei 218 Grad Celsius liegt.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend erläutert.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Fluidleitung vollständig aus PA610 oder PA612, jeweils mit einer Faserbeimengung oder jeweils ohne eine Faserbeimengung, bestehen. So kann die Fluidleitung insbesondere als Spritzguss aus einem Kunststoff hergestellt werden. Auch ist ein 3D-Druck möglich. Insbesondere kommen Glasfasern zum Einsatz.
Vorzugsweise kann die Fluidleitung eine Wandungsdicke/Wanddicke von mehr als 0,001mm und weniger oder gleich 1,800mm aufweisen. Vorzugsweise kann die Wandungsdicke insbesondere zwischen 0,8mm und 1,5mm aufweisen und besonders bevorzugt zwischen 0,9mm und 1,4mm und ganz besonders bevorzugt 1,05± 0,05mm oder 1,3± 0,1mm sein. Diese Maße der Wandungsdicken stellen einen idealen Kompromiss zwischen der erforderlichen Festigkeit sowie einer Dimensionierung der Fluidleitungen für eine spätere Biegung dar.
Es ist von Vorteil, wenn die Fluidleitung eine runde Außenkontur und eine runde Innenkontur aufweist. Hierdurch wird die Fluidleitung bei einem vorherrschenden Innendruck gleichmäßig mit Druck beaufschlagt und die Wandung der Fluidleitung ist hinsichtlich der Festigkeit geometrisch optimal ausgelegt. Auch kann diese Fluidleitung mit der runden Außenkontur und der runden Innenkontur an einem beliebigen Abschnitt in eine beliebige Richtung gebogen werden.
Insbesondere kann die Fluidleitung einen Kreisringquerschnitt aufweisen, wobei der Innendurchmesser 2,9mm±10% oder 3,2mm±10% beträgt. Dieser Innendurchmesser bzw. die Maße des Innendurchmessers sind ein optimaler Kompromiss hinsichtlich eines Volumens bzw. Volumenstroms des Fluides durch die Fluidleitung als auch hinsichtlich einer geringen Abmessung des Kreisringquerschnitts bzw. des Innendurchmessers und einhergehend des Außendurchmessers.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Fluidleitung an der Außenform/Außenkontur/Außenumformung eine Stufe aufweisen. Diese Stufe an einem freien Ende der Fluidleitung ist insbesondere für eine spätere Steckverbindung geeignet und kann als geometrische Begrenzung, beispielsweise für eine Definition einer Einsetzlänge, verwendet werden.
Vorzugsweise ist beidseits der Stufe der Innendurchmesser gleich, bzw. weist eine gleiche Abmessung auf, weist aber einen Außendurchmesserunterschied zwischen dem Außendurchmesser einerseits der Stufe und dem Außendurchmesser andererseits der Stufe im Bereich von 0,9mm und 1,1mm, vorzugsweise genau 1,0mm, oder im Bereich von 1,1mm und 1,5mm, vorzugsweise 1,3mm auf. Hierdurch wird zum einen sichergestellt, dass die Fluidleitung ausreichend Material nach der Stufe aufweist, zum anderen kann die Fluidleitung bei diesen Abmessungen sehr gut, beispielsweise mit einem anderen Bauelement, stoff- und/oder kraft- und/oder formschlüssig verbunden werden.
Es ist von Vorteil, wenn ein Fehler einer Rechtwinkligkeit des freien Endes der Fluidleitung, maximal 1mm beträgt. Unter dem Fehler einer Rechtwinkligkeit ist ein Längenunterschied in Längsachsenrichtung /Axialrichtung zwischen zwei sich gegenüberliegenden Wandungen des freien Endes der Fluidleitung zu verstehen. Hierdurch wird zum einen eine gewisse Toleranz, zum anderen aber auch ein Einstecken bzw. Aufstecken auf ein Anschlussstück bei vordefinierter Einsetzlänge gewährleistet. Insbesondere beträgt die Abmessung einer Schweißlänge zwischen 2 und 6mm, bevorzugt zwischen 3 und 5mm und besonders bevorzugt 3,75mm. Diese Maße befriedigen einerseits eine Mindestanforderung an eine Länge für eine Verbindung als auch andererseits eine kompakte Bauweise.
Die Aufgabe der Erfindung wird bei einem gattungsgemäßen Bausatz erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Bausatz mit einer erfindungsgemäßen Fluidleitung ein daran angeschlossenes Anschlussstück/Konnektor aufweist. Der erfindungsgemäße Bausatz weist also zumindest eine oder mehrere erfindungsgemäße Fluidleitungen sowie ein oder mehrere dazu passende Anschlussstücke auf, welche aufeinander abgestimmt sind und zusammen beispielsweise für ein Hydrauliksystem in einem Fahrzeug, wie beispielsweise ein Ausrücksystem, verwendet werden können.
Insbesondere kann bei dem Bausatz das Anschlussstück aus einer Mischung aus Hexamethylendiamin und Sebacinsäure oder Hexamethylendiamin und Dodecandisäure bestehen. Gleich zu der erfindungsgemäßen Fluidleitung, kann das Anschlussstück des Bausatzes also ebenfalls die Materialien PA610 oder PA612 aufweisen. Wie bereits oben beschrieben, gelten die Vorteile der beiden Materialien ebenso bei dem Anschlussstück, bei dem eine hohe Festigkeit erforderlich ist und aufgrund der Materialeigenschaften von PA610 oder PA612 kompakter ausgelegt werden kann. Besonders bevorzugt kann das Anschlussstück auch eine unterschiedliche Faserbeimischung, vorzugsweise ein Glasfaseranteil von insbesondere 30gew% oder 30vol%, gegenüber der Fluidleitung aufweisen.
In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Fluidleitungen und das Anschlussstück des Bausatzes dasselbe Material auf, bzw. bestehen aus demselben Material. Aufgrund des Größeneffekts bei einer Produktion von der Fluidleitung und dem Anschlussstück, kann die Herstellung vereinfacht und können Kosten gesenkt werden.
Es ist von Vorteil, wenn bei dem erfindungsgemäßen Bausatz die Fluidleitung mit dem Anschlussstück verschweißt ist, etwa mittels Rotationsschweißen oder Laserschweißen, und die Schweißlänge zwischen 2 und 4mm, insbesondere aber 2,7mm oder 3,75mm beträgt und die Einpasslänge/Einpassabschnitt der Fluidleitung in das Anschlussstück zwischen 15mm und 20mm, insbesondere zwischen 17mm und 19mm und ganz besonders bevorzugt 17,5 oder 18,5mm beträgt. Diese Dimensionen bilden einen optimalen Kompromiss zwischen einer benötigten Einpasslänge und einem geringen Bauraum bzw. optimalen Design.
Insbesondere kann das Anschlussstück des erfindungsgemäßen Bausatzes eine kreisförmige, gestufte Aufnahme für die Fluidleitung aufweisen, wobei der gestufte Innendurchmesser insbesondere 4,5mm (erster Innendurchmesser) und 5,2mm (zweiter Innendurchmesser) oder alternativ 5,3mm (erster Innendurchmesser) und 6,1mm (zweiter Innendurchmesser) beträgt.
Mit anderen Worten betrifft die Erfindung eine dünnwandige Kunststoffleitung/dünnwandige Fluidleitung, bei der eine Wandstärke/Wandung der Fluidleitung minimiert werden soll bzw. es möglich ist, diese zu minimieren und die Flexibilität der Leitung zu steigern und den Biegeprozess zu vereinfachen. Es kommen daher Materialien zum Einsatz, die es ermöglichen, die Wandstärke bei Kunststoffleitungen/Fluidleitungen weiter zu minimieren, wobei hierfür PA610 oder auch PA612 als Kunststoffmaterialien verwendet werden.
Da das bisherige Material PA12 aufgrund der mechanischen Festigkeit schwer bzw. nicht in Frage kommt, um eine geringe Wandungsdicke/Wanddicke zu erzielen, wird ein neuer Typ/eine neue Klasse basierend auf den Materialien PA610 und PA612 verwendet. Hierdurch wird es möglich, Fahrzeugüberlegung hinsichtlich Dimensionierungen einfach zu integrieren und zu individualisieren und die Dimensionen der Fluidleitung zu bestimmen, um diese auf existierende Befestigungsclips von beispielsweise Bremsleitungen in Stahl aufstecken bzw. mit ihnen verbinden zu können. Standarddimensionen hierbei sind für Bremsleitungen in puncto des Außendurchmessers 4,75mm (ohne Beschichtung) und in puncto des Außendurchmessers 6mm (ohne Beschichtung).
Insbesondere wird die Fluidleitung in zwei Dimensionierungen bzw. Konfigurationen definiert mit zum einen einem (Außen-)Durchmesser von 5mm bei einer 5mm-Fluidleitung für nichtvorgeformte Fluidleitungen oder gebogene Fluidleitungen, wobei der natürliche Biegeradius von mindestens 100mm empfohlen wird, und zum anderen. weist die andere/zweite Konfiguration der Fluidleitung einen (Außen-)Durchmesser von 5,9mm auf für Fluidleitungen mit einer (Gesamt-)Länge von mehr als 900mm aufgrund der Durchflussratenperformance, da die Pedalrückführzeit in kalten Umgebungen bzw. bei kalten Bedingungen nicht (mit Fluidleitungen) mit dem (Außen-) Durchmesser von 5mm sicherzustellen ist. Allerdings gibt es hierbei keine Anwendung für eine nichtvorgebogene Fluidleitung im Bereich des Kupplungshauptgeberzylinders, da ein zu kleiner Radius/Biegeradius gefordert ist, der nicht kompatibel mit dem natürlichen Biegeradius für diesen (Außen-)Durchmesser ist. Allerdings kann die Anzahl der Biegungen reduziert werden und in der Nähe des Getriebes bei null liegen. Es hat sich beispielsweise für eine Fluidleitung von einer Länge von 1 m und einer Betriebsbedingung von 30 bar bei 80° C folgender Volumenverlust ergeben: Für das Material PA12 bei einem Durchmesser von 8mm und einer Wandungsdicke von 2mm 500mm³ (Kubikmillimeter), bei einer Fluidleitung mit einem Material PA610 bei einem Durchmesser von 5mm bei einer Wandungsdicke von 1mm 190mm³ und mit einem Material PA610 bei einem Durchmesser von 5,9mm mit einer Wandungsdicke von 1mm 250mm³.
Das Anschlussstück und die Fluidleitung sind vorzugsweise aus demselben Material hergestellt. Insbesondere wird PA610 oder PA612 mit vorzugsweise einem Glasfaseranteil von 20%, insbesondere 20gew%, verwendet.

Das Material kann vorteilhafterweise folgende Eigenschaften haben:

Rheologische Eigenschaften	tr. / kond.	Einheit	Prüfnorm
Schmelzevolumenrate, MVR	10 / *	cm³/10min	ISO 1133
Temperatur	275 / *	°C	ISO 1133
Belastung	5 / *	kg	ISO 1133
Verarbeitungsschwindung, parallel	0.6 / *	%	ISO 294-4, 2577
Verarbeitungsschwindung, senkrecht	1.1 / *	%	ISO 294-4, 2577

Mechanische Eigenschaften	tr. / kond.	Einheit	Prüfnorm
Zug-Modul	5600 / -	MPa	ISO 527-1/-2
Bruchspannung	118/-	MPa	ISO 527-1/-2
Bruchdehnung	5/-	%	ISO 527-1/-2
Charpy-Schlagzähigkeit, +23°C	80/-	kJ/m²	ISO 179/1eU
Charpy-Schlagzähigkeit, -30°C	60/-	kJ/m²	ISO 179/1eU
Charpy-Kerbschlagzähigkeit, +23°C	10/-	kJ/m²	ISO 179/1eA
Charpy-Kerbschlagzähigkeit, -30°C	7/-	kJ/m²	ISO 179/1eA

Thermische Eigenschaften	tr. / kond.	Einheit	Prüfnorm
Schmelztemperatur, 10°C/min	215 / *	°C	ISO 11357-1/-3
Formbeständigkeitstemperatur, 1.80 MPa	190 / *	°C	ISO 75-1/-2
Formbeständigkeitstemperatur, 0.45 MPa	210 / *	°C	ISO 75-1/-2
Vicat-Erweichungstemperatur, 50°C/h 50N	205 / *	°C	ISO 306
Brennbarkeit bei nominal 1.5mm	HB / *	class	IEC 60695-11-10
geprüfte Probekörperdicke	1.6 / *	mm	IEC 60695-11-10
Brennbarkeit bei Dicke h	HB / *	class	IEC 60695-11-10
geprüfte Probekörperdicke	3.2 / *	mm	IEC 60695-11-10

Elektrische Eigenschaften	tr. / kond.	Einheit	Prüfnorm
Dielektrizitätszahl, 100Hz	4.4 / -	-	IEC 60250
Dielektrizitätszahl, 1MHz	3.9 / -	-	IEC 60250
Dielektr. Verlustfaktor, 100Hz	650/-	E-4	IEC 60250
Dielektr. Verlustfaktor, 1MHz	430/-	E-4	IEC 60250
Spezifischer Durchgangswiderstand	1E12 / -	Ohm*m	IEC 60093
Elektrische Durchschlagfestigkeit	38 / -	kV/mm	IEC 60243-1

Andere Eigenschaften	tr. / kond.	Einheit	Prüfnorm
Wasseraufnahme	2 / *	%	Ähnlich ISO 62
Feuchtigkeitsaufnahme	0.8 / *	%	Ähnlich ISO 62
Dichte	1200/1200	kg/m³	ISO 1183

Kennwerte f. rheologische Berechn.	Wert	Einheit	Prüfnorm
Dichte der Schmelze	1050	kg/m³	-
Wärmeleitfähigkeit der Schmelze	0.2	W/(m K)	-
Spez. Wärmekapazität der Schmelze	2590	J/(kg K)	-

Probekörperherstellbedingungen	Wert	Einheit	Prüfnorm
Spritzgießen Massetemperatur	270	°C	ISO 294
Spritzgießen, Werkzeugtemperatur	80	°C	ISO 10724
Spritzgießen, Spritzgeschwindigkeit	200	mm/s	ISO 294
Spritzgießen, Nachdruck	70	MPa	ISO 294

Alternativ bieten sich auch Materialien aus Terra HS1851 oder Terra HS2211 oder DX9305 Noir an.
Die Verbindung des Anschlussstücks bzw. Konnektors an die Leitung/Fluidleitung wird vorzugsweise durch Rotationsschweißen getätigt. Um einen angemessenen Materialfluss während des Schweißens bzw. ein stoffschlüssiges Verbinden sicherzustellen, stellt diese Erfindung ein spezifisches Design für den Konnektor/das Anschlussstück und das freie Ende der Fluidleitung/Fluidleitungsextremität vor.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele mit Hilfe von Figuren näher erläutert. Es zeigen:

1 eine Vorderansicht einer erfindungsgemäßen Fluidleitung einer ersten bevorzugten Ausführungsform,
2 eine vergrößerte Längsschnittansicht eines freien Endes der Fluidleitung aus 1,
3 ein Diagramm einer Volumenexpansion (Ordinate) über den Druck einer Fluidleitung (Abszisse) aus dem Material PA12 nach dem Stand der Technik,
4 ein Diagramm einer Volumenexpansion über den Druck der erfindungsgemäßen Fluidleitung der ersten bevorzugten Ausführungsform,
5 ein Diagramm für die Volumenexpansion über den Druck einer erfindungsgemäßen Fluidleitung einer weiteren, zweiten bevorzugten Ausführungsform,
6 eine Längsschnittansicht einer erfindungsgemäßen Fluidleitung einer weiteren bevorzugten Ausführungsform,
7 eine Längsschnittansicht der Ausführungsform aus 6,
8 eine Längsschnittansicht eines erfindungsgemäßen Anschlussstücks eines erfindungsgemäßen Bausatzes einer ersten bevorzugten Ausführungsform,
9 eine Längsschnittansicht eines erfindungsgemäßen Bausatzes mit der erfindungsgemäßen Fluidleitung der Ausführungsform aus 6 und 7 und dem erfindungsgemäßen Anschlussstück der Ausführungsform aus 8,
10 eine schematische Darstellung eines Aufsteckens bzw. Verbindens der erfindungsgemäßen Fluidleitung der Ausführungsform aus Fi.6 und dem erfindungsgemäßen Anschlussstück aus 8, wobei das Anschlussstück in einer perspektivischen Vorderansicht und die Fluidleitung längsgeschnitten dargestellt sind,
11 und 12 in einer perspektivischen Schnittansicht den erfindungsgemäßen Bausatz aus der Fluidleitung und dem Anschlussstück aus 9 und 10, wobei in 11 der Kontaktpunkt und 12 die Schweißtiefe visualisiert ist.

Die Figuren sind schematischer Natur und sollen nur dem Verständnis der Erfindung dienen. Gleiche Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele können untereinander ausgetauscht werden.
1 zeigt in einer Vorderansicht eine erfindungsgemäße Fluidleitung 1 einer ersten bevorzugten Ausführungsform aus thermoplastischem Kunststoff zum Leiten eines Hydraulikmittels, welches in dieser Ausführungsform ein spezielles Mineralöl oder alternativ ein spezielles Glykol ist. Die Fluidleitung 1 wird in einem Ausrücksystem in einem Kraftfahrzeug eingesetzt (nicht dargestellt), wobei die in 1 dargestellte Fluidleitung 1 im präfinalen Zustand ungebogen (non-preformed) und noch geometrisch gerade vorliegt.
Die Fluidleitung 1 ist vollständig aus thermoplastischem Kunststoff aufgebaut, wobei als Kunststoff eine Mischung aus Hexamethylendiamin und Sebacinsäure (Poly-hexamethylen-sebacamid) verwendet wird. Dieser thermoplastische Kunststoff ist auch unter dem Namen PA610 (PA6.10) bekannt. Die bevorzugten Materialien weisen weniger Weichmacher für eine maximale mechanische Festigkeit auf. Vor allem machen zwei Eigenschaften das Material PA610 aus: Seine Hydrolysebeständigkeit und seine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber heißem Wasser und Wasserdampf sowie seine Spannungsrissbeständigkeit. Dazu zählt unter anderem seine Widerstandskraft gegenüber Calciumchlorid, das in Asien als Streusalz verwendet wird oder Zinkchlorid, das an der Fahrzeugkarosserie entstehen kann. Die Sebazinsäure/Sebacinsäure wird aus Rizinusöl gewonnen, was erzielt, dass das Basispolymer zu mehr als 50% aus nachwachsenden Rohstoffen besteht. Die Dichte von PA610 (PA6.10) liegt bei ca. 1kg/dm² und die von PA612 (PA6.12) liegt bei1,3 kg/dm².
Die 1 zeigt im rechten Teil einen zum linken Teil der Figur zugehörigen Querschnitt der Fluidleitung 1. Die Fluidleitung 1 hat einen eine runde Außenkontur sowie eine runde Innenkontur und weist dadurch einen Kreisringquerschnitt auf. Die gezeigte Fluidleitung 1 weist in der ersten bevorzugten Ausführungsform dabei einen Außendurchmesser 2 von 5mm auf. Der Außendurchmesser 2 beträgt in diesem Falle mit einbezogenen Toleranzen exakt 5,07 ± 0,05mm (SC/100%) oder 5,07 ± 0,07mm (SC/SPC). Die Toleranzen sind nach ISO 8015 ausgelegt. Diese Fluidleitung 1 ist prädestiniert für nicht vorgeformte, also gerade, Fluidleitungen 1 als auch für gebogene Fluidleitungen 1. Der natürliche Biegeradius dieser bevorzugten Ausführungsform liegt bei mindestens 100mm.
2 zeigt die erfindungsgemäße Fluidleitung 1 aus 1 in einer längsgeschnittenen Teilansicht mit einem Innendurchmesser 3 von 2,9mm. Eine Wanddicke/Wandungsdicke 4 beträgt in dieser Ausführungsform 1mm bzw. mit einberechneten Toleranzen 1,05±0,05mm (SC/SPC). Ein entsprechender Berstdruck bei einer Raumtemperatur liegt bei mindestens 150bar. Die Fluidleitung 1 erstreckt sich entlang einer Längsachse 5 welche in dieser Ausführungsform linear bzw. gerade verläuft. Ein Fehler einer Rechtwinkligkeit 7 eines freien Endes 6 der Fluidleitung 1 beträgt maximal 1mm. Der Fehler der Rechtwinkligkeit 7 meint, wie in 2 gezeigt, den Längenunterschied zwischen der Wand an zwei unterschiedlichen Abschnitten am Kreisquerschnitt der Fluidleitung 1 entlang der Längsachse 5. Dieser Fehler der Rechtwinkligkeit 7 kann in der Fertigung auftreten.
In einer weiteren, zweiten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fluidleitung 1, weist die Fluidleitung 1 einen Außendurchmesser 2 von 5,9 bzw. mit Toleranzen nach ISO 8015 einen Außendurchmesser von exakt 5,9±0,07mm (SC/100%) oder 5,9±0,1mm (SC/SPC) auf. Der Innendurchmesser 3 beträgt hier 3,2mm und die Wanddicke bei 1,3±0,1mm (SC/SPC). Auch in der zweiten bevorzugten Ausführungsform wird als Material PA610 für die Fluidleitung 1 eingesetzt. Die Fluidleitung 1 mit einem Außendurchmesser von 5,9mm ist für Leitungen bestimmt, welche eine Gesamtlänge von über 900mm aufweisen und welche aufgrund der Durchflussrate eine bestimmte Pedalrückführzeit gewährleisten. Eine Anzahl von Biegungen nahe des Getriebes kann reduziert werden.
3 zeigt eine (spezifische) Volumenexpansion /volumetrische Expansion (pro Meter) einer Fluidleitung nach dem Stand der Technik, bei dem das Material PA12 eingesetzt ist. Ein Außendurchmesser beträgt 8mm bei einer Wanddicke von 2mm. Über drei verschiedene Temperaturen, einer ersten Temperatur T1 = -40°C, einer zweiten Temperatur T2 = 80°C und einer dritten Temperatur T3 = 120°C ist eine Volumenexpansion pro Längeneinheit über den Druck aufgetragen. Der Druckbereich ist 0 bis 50 bar. Man kann einen gleichmäßigen Verlauf der Volumenexpansion erkennen. Je höher die Temperatur, desto höher auch die Volumenexpansion.
4 zeigt in einem Diagramm eine Volumenexpansion der erfindungsgemäßen Fluidleitung 1 der ersten bevorzugten Ausführungsform mit einem Außendurchmesser 2 von 5mm bei den drei Temperaturen T1=-40°C, T2=80°C und T3=120°C über den Druck. Die Wanddicke 4 beträgt 1 mm. Auch hier ist wieder ein gleichmäßiger Verlauf der Volumenexpansion zu erkennen. Bis 40bar bleibt die Volumenexpansion der dritten Temperatur T3=120°C unter 0,45 cm3/m.
5 zeigt ein Diagramm der erfindungsgemäßen Fluidleitung 1 der zweiten bevorzugten Ausführungsform mit einem Außendurchmesser 2 von 5,9mm über den Druck von 0 bis 40bar. Es sind wieder drei Funktionen mit den drei unterschiedlichen Temperaturen T1, T2 und T3 aufgetragen. Die Volumenexpansion der Fluidleitung 1 bleibt bei der Temperatur T3=120°C bei 40bar unter 0,6cm³/m.
Für eine beispielhafte Fluidleitung 1 von 1m Länge und einer Betriebstemperatur von T2=80°C bei einem Betriebsdruck von 30bar ergeben sich folgende Volumenexpansionen. Bei der ersten bevorzugten Ausführungsform der Fluidleitung 1 mit dem Außendurchmesser von 5mm ergibt sich eine Volumenexpansion von 190mm³ und bei der zweiten bevorzugten Ausführungsform mit dem Außendurchmesser 2 von 5,9mm eine Volumenexpansion von 250mm³.
6 zeigt in einer Längsschnittdarstellung eine erfindungsgemäße Fluidleitung 1 einer weiteren, dritten bevorzugten Ausführungsform. Die Fluidleitung 1 weist wieder einen Kreisringquerschnitt auf, wobei an dem freien Ende 6 die Außenform eine Stufe 8 aufweist. Der Innendurchmesser 3 der Fluidleitung bleibt über die gesamte Längsachse 5 konstant, um die Anforderungen an einen Volumenstrom zu erfüllen, wohingegen sich der Außendurchmesser 2 an der Stufe 8 bzw. durch die Stufe 8 verringert.
Die Stufe hat entlang der Längsachse 5 eine axiale Ausdehnung von 3,5mm bzw. mit Toleranzen eine Ausdehnung von 3,5+0,09/-0,06mm. Der Außendurchmesser 2 verringert sich dabei von 5mm auf 4mm bzw. mit Toleranzen auf 4-0,1/-0,2mm. Die Wanddicke 4 beträgt 1mm.
Eine vierte bevorzugte Ausführungsform stellt eine Fluidleitung 1 wie aus 6 bzw. wie die dritte Ausführungsform zur Verfügung, wobei der Außendurchmesser 2 hier 5,9mm und nach der Stufe 4,6±0,1mm beträgt. Die Wanddicke 4 beträgt wieder 1,3mm.
7 zeigt schematisch die Fluidleitung 1 aus 6, wobei wieder ein Fehler der Rechtwinkligkeit 7 des freien Endes 6 der Fluidleitung 1 vor Bearbeitung dargestellt ist, welcher maximal 1mm betragen darf.
8 zeigt in einer Längsschnittdarstellung ein erfindungsgemäßes Anschlussstück/Konnektor 9 einer bevorzugten Ausführungsform des Bausatzes aus der erfindungsgemäßen Fluidleitung 1 und einem Anschlussstück 9. Das Anschlussstück 9 weist als Material wieder thermoplastischen Kunststoff auf bzw. ist in dieser Ausführungsform vollständig aus einem Kunststoff aus Hexamethylendiamin und Sebacinsäure oder alternativ aus Hexamethylendiamin und Dodekandisäure aufgebaut. Insbesondere weist das Anschlussstück ein Glasfasergehalt von 20% (GF20) auf und vorzugsweise wird das Material PA610GF20 oder alternativ PA612GF20 verwendet. Diese beiden Materialien weisen eine sehr gute Materialeigenschaft für die Verwendung in einem Hydrauliksystem auf. Das Anschlussstück 9 ist rotationssymmetrisch um eine Längsachse 5 aufgebaut.
9 zeigt in einer Längsschnittansicht den erfindungsgemäßen Bausatz aus der erfindungsgemäßen Fluidleitung 1 der dritten bevorzugten Ausführungsform sowie dem daran angeschlossenen erfindungsgemäßen Anschlussstück 9 aus 8. In dem Anschlussstück 9 ist eine Schweißlänge 10 von 3,75mm ab einem Kontaktpunkt 11 vorgesehen, so dass ein Radialschweißen oder Rotationsschweißen und ein stoffschlüssiges Verbinden der Fluidleitung 1 und des Anschlussstücks 9 vorgenommen werden kann. Eine Einpasslänge 12 beträgt 18,55mm. Die Stufe 8 der Fluidleitung 1 ist komplementär zu einer Anschlussstückstufe 13 des Anschlussstücks 9. Die Öffnung des Anschlussstücks 9 weist für den Einsatz der Fluidleitung 1 eine Phase auf, um diese bestmöglich einzupassen.
10 zeigt in einer schematischen Darstellung den Schweißvorgang beim Rotationsschweißen, bei dem das Anschlussstück 9 auf der Fluidleitung 1 (siehe 9) rotiert wird. Im Bereich der Schweißlänge 10 (siehe 9) wird durch das Rotationsschweißen die Fluidleitung 1 mit dem Anschlussstück 9 verschweißt. Für das Rotationsschweißen können neben einem Laserschweißen unterschiedliche Verfahren wie beispielsweise Ultraschallschweißen, Rotationsreibschweißen, Hot-plate-Schweißen, Heißluftschweißen oder Vibrationsschweißen zum Einsatz kommen. Insbesondere wird das Anschlussstück 9 auf der Fluidleitung 1 schnell rotiert, so dass über das Rotationsreibschweißen die beiden Bauteile stoffschlüssig miteinander verbunden werden.
11 zeigt eine perspektivische Schnittansicht des Bausatzes aus der Fluidleitung 1 und dem Anschlussstück 9 aus 10, wobei in der 11 der Kontaktpunkt 11 zwischen dem Anschlussstücke 9 und der Fluidleitung 1 dargestellt ist. An diesem Kontaktpunkt 11 startet der Schweißprozess. In 12 ist ausgehend von dem Kontaktpunkt 11 die Schweißlänge 10 dargestellt.
Alternativ kann eine Schweißlänge 10 auch 2,7mm bzw. 2,7±0,25mm und eine Einpasslänge 12 auch 17,5mm betragen.
Die erfindungsgemäße Fluidleitung 1 als auch das Anschlussstück 9 des erfindungsgemäßen Bausatzes können in verschiedenen Hochdruckfluidleitungen eingesetzt werden, insbesondere in der sogenannten PL 24 CRS.
Bezugszeichenliste

1: Fluidleitung
2: Außendurchmesser
3: Innendurchmesser
4: Wanddicke/Wandungsdicke
5: Längsachse
6: Freies Ende
7: Fehler Rechtwinkligkeit
8: Stufe
9: Anschlussstück
10: Schweißlänge
11: Kontaktpunkt
12: Einpasslänge
13: Anschlussstückstufe
T1: erste Temperatur
T2: zweite Temperatur
T3: dritte Temperatur

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006040994 A1 [0002]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

ISO 8015 [0036]

Claims

Dünnwandige Fluidleitung (1) aus thermoplastischem Kunststoff zum Leiten von Gas oder Hydraulikmittel, wobei die Fluidleitung (1) aus Kunststoff aufgebaut ist dadurch gekennzeichnet, dass als Kunststoff eine Mischung aus Hexamethylendiamin und Sebacinsäure, oder Hexamethylendiamin und Dodecandisäure eingesetzt ist.
Fluidleitung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidleitung (1) vollständig aus PA610 oder PA612 jeweils mit einer Faserbeimengung oder jeweils ohne einer Faserbeimengung besteht.
Fluidleitung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidleitung (1) eine Wandungsdicke (4) von mehr als 0,001mm und weniger oder gleich 1,800mm aufweist.
Fluidleitung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidleitung (1) eine runde Außenkontur und eine runde Innenkontur aufweist.
Fluidleitung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidleitung (1) einen Kreisringquerschnitt aufweist und der Innendurchmesser (3) 2,9mm±10% oder 3,2mm±10% beträgt.
Fluidleitung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidleitung (1) an der Außenform eine Stufe (8) besitzt.
Fluidleitung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass beiderseits der Stufe (8) der Innendurchmesser (3) gleich ist, aber ein Außendurchmesserunterschied zwischen dem Außendurchmesser (2) einerseits der Stufe (8) und dem Außendurchmesser (2) andererseits der Stufe (8) zwischen 0,9 und 1,1mm oder zwischen 1,1 und 1,5mm vorliegt.
Bausatz aus einer Fluidleitung (1) gemäß einem der voranstehenden Ansprüche und einem daran angeschlossenen Anschlussstück (9).
Bausatz nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlussstück (9) aus einer Mischung aus Hexamethylendiamin und Sebacinsäure, oder Hexamethylendiamin und Dodecandisäure besteht.
Bausatz nach einem der Ansprüche 8 oder 9 dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidleitung (1) und das Anschlussstück (9) aus demselben Material bestehen.