DE19621740A1

DE19621740A1 - Kühlmittelführende Bauteile aus Kunststoff

Info

Publication number: DE19621740A1
Application number: DE1996121740
Authority: DE
Inventors: Willi Bartholomeyzik; Thomas Fritzsche
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1996-05-30
Filing date: 1996-05-30
Publication date: 1997-12-04

Description

Vorliegende Erfindung bezieht sich auf kühlmittelführende Bauteile aus Kunststoff, insbesondere auf deren Widerstandsfähigkeit gegen Angriffe von Kühlmitteln bei hohen Kühlmitteltemperaturen.

Kühlmittelführende Bauteile werden im Maschinenbau und im Automobilbau größtenteils aus Kunststoffen gefertigt. Beim Automobil sind das zum Bei spiel Kühlwasserkästen, Gehäuse von Wasserpumpen und Thermostaten, Rohrleitungen, Wärmetauscher im Heizungs- und Klimasystem sowie Ansaug krümmer, in denen Kühlwasserkanäle integriert sind. Ähnliche Bauteile werden auch in vielen anderen Bereichen des Maschinenbaus in vielen Variationen eingesetzt, wobei das Kühlmittel nicht unbedingt überwiegend aus Wasser bestehen muß. Typische Kühlmitteltemperaturen liegen dabei im Dauerbetrieb zwischen 100°C und 150°C.

Derartige Bauteile werden aus Materialien gefertigt, die gut und leicht verarbeitbar, steif und wärmeformbeständig sind. Beispiele für geeignete Materialien sind Polyamide, glasfaserverstärkte Polyamide mit einem Ge wichtsanteil der Glasfasern von etwa 30% und glasfaserverstärktes Poly propylen. Bei Temperaturen über 100°C werden die Wände der Kühlmittel kanäle chemisch und/oder physikalisch angegriffen, was schließlich zu Rissen in den Bauteilen führen kann. Diese Angriffe werden vermutlich von Kom ponenten des Kühlmittels, zum Beispiel von Wasser oder von verwendeten Zusätzen, verursacht. In vielen Fällen, insbesondere im Kühlmittelkreislauf moderner Motoren, erreichen die Kühlmitteltemperaturen Werte über 120°C. Derartige Bauteile müssen somit entweder aus hochtemperaturbeständigen Kunststoffen oder aus Metallen, insbesondere aus Aluminium, gefertigt werden. Die Verwendung temperaturbeständigerer Kunststoffe scheitert häufig an aufwendigeren Verarbeitungsbedingungen, geringerer Zähigkeit und höhe ren Werkstoffkosten. Häufig werden deshalb Aluminiumbauteile eingesetzt, die aber erheblich schwerer und komplizierter herzustellen sind, als Bauteile aus Kunststoff.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist deshalb die Bereitstellung von kühlmittelführenden Bauteilen aus Kunststoff, die hinreichend resistent gegen chemische und/oder physikalische Angriffe des Kühlmittels bei höheren Kühlmitteltemperaturen sind, dabei aber zugleich einfache Verarbeitbarkeit, gute Steifigkeit und Wärmeformbeständigkeit aufweisen.

Diese Aufgabe wird mit Bauteilen gemäß den Ansprüchen gelöst. Die erfindungsgemäßen Bauteile haben Kanäle zur Führung von Kühlmittel und mindestens eine Zuleitung und eine Ableitung für das Kühlmittel. Dabei bestehen Abschnitte der Kanäle, in denen zumindest zeitweise Kühlmittel mit einer Temperatur von mindestens 100°C geführt wird, mindestens aus einer ersten, dem Kühlmittel zugewandten Schicht und aus einer zweiten, dem Kühlmittel abgewandten Schicht, wobei ausschließlich die erste Schicht resistent gegen chemische und/oder physikalische Angriffe des Kühlmittels ist. Zwischen den beiden Schichten können weitere Lagen vorgesehen sein, wie zum Beispiel Haftvermittler. Die beiden Schichten können gleichzeitig im Mehrkomponentenspritzguß, sukzessive im Einkomponentenspritzguß oder durch jedes andere geeignete Verfahren hergestellt werden. Die erste Schicht kann zum Beispiel auch dadurch aufgebracht werden, daß die Form, auf die die zweite Schicht aufgespritzt wird, lackiert ist und diese Lackschicht auf das geformte Bauteil übergeht. Die erste Schicht braucht nämlich nicht besonders dick zu sein; es genügt auch, wenn sie eine reine Abschirm funktion gegenüber der zweiten Schicht übernimmt.

Bei vorliegender Erfindung genügt es, die besonders anfälligen Abschnitte der kühlmittelführenden Kanäle erfindungsgemäß zu gestalten. Bei einem kompliziert gestalteten Ansaugkrümmer eines Motors braucht zum Beispiel nur der Kühlwasserkanal mit einer inneren resistenten Schicht versehen zu werden. Das übrige Bauteil kann dann in herkömmlicher Weise hergestellt werden. Dazu reicht es zum Beispiel aus, den Bereich des Werkzeugs bzw. der Negativform, in dem der Kühlmittelkanal geformt werden soll, mit dem gewählten resistenten Werkstoff zu überziehen, zu lackieren oder zu besprit zen und anschließend das gesamte Bauteil wie gewohnt herzustellen. Damit können die Vorteile des leichten Kunststoffbauteils mit der Temperaturbestän digkeit des schwereren Aluminiumbauteils vereint werden.

Vorzugsweise besteht die erste Schicht zu mindestens 50 Gew.-% aus mindestens einem der folgenden Stoffe: Polyamide, vorzugsweise Polyamid 4.6, Polyamid 6.10, Polyamid 11, Polyamid 12, Polyarylamide, Polyamid imide, Polysulfone, vorzugsweise Polyphenylensulfon, Polyethersulfone, Polyphenylensulfid, Polyaryletherketone, Epoxidharze, ungesättigte Poly esterharze.

Bevorzugt sind weiterhin Bauteile, bei denen die zweite Schicht zu minde stens 50 Gew.-% aus einem der folgenden Stoffe besteht: Polyamid 6.6, Polyamid 6, Polyamid 6/6T, glasfaserverstärktes Polyamid 6.6, glasfaser verstärktes Polyamid 6, glasfaserverstärktes Polyamid 6/6T, glasfaserver stärktes Polypropylen, jeweils mit einem Glasfaseranteil von weniger als 50 Gew.-%.

Erfindungsgemäß wird auch ein Verfahren zur Leitung von Kühlmittel in einem Kanal bereitgestellt, wobei der Kanal in Abschnitten, in denen minde stens zeitweise Kühlmittel mit einer Temperatur von mindestens 100°C geführt wird, aus einer ersten, dem Kühlmittel zugewandten Schicht und einer zweiten, dem Kühlmittel abgewandten Schicht aufgebaut wird, wobei ausschließlich die erste Schicht resistent gegen chemische und/oder physikali sche Angriffe des Kühlmittels ist.

Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem eine erste Schicht verwendet wird, die zu mindestens 50 Gew.-% aus einem der folgenden Stoffe besteht: Poly amide, vorzugsweise Polyamid 4.6, Polyamid 6.10, Polyamid 11, Polyamid 12, Polyarylamide, Polyamidimide, Polysulfone, vorzugsweise Polyphenylen sulfon, Polyethersulfone, Polyphenylensulfid, Polyaryletherketone, Epoxid harze, ungesättigte Polyesterharze.

Weiterhin bevorzugt ist auch ein Verfahren, bei dem eine zweite Schicht verwendet wird, die zu mindestens 50 Gew.-% aus einem der folgenden Stoffe besteht: Polyamid 6.6, Polyamid 6, Polyamid 6/6T, glasfaserver stärktes Polyamid 6.6, glasfaserverstärktes Polyamid 6, glasfaserverstärktes Polyamid 6/6T, glasfaserverstärktes Polypropylen, jeweils mit einem Glas faseranteil von weniger als 50 Gew.-%.

In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht das Kühlmittel aus mindestens 30 Gewichtsteilen Wasser und höchstens 70 Gewichtsteilen anderer Beimengungen, insbesondere Glykol. Diese Bei mengungen können alle üblichen Zusätze sein, die zum Beispiel den Gefrier schutz erhöhen oder die Korrosionsbeständigkeit verbessern.

Im folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand von Zeichnungen beispielhaft beschrieben. Dabei zeigen:

Fig. 1 Teil eines Kühlwasserkastens,

Fig. 2 Schmelzkern für Wasserdurchlauf,

Fig. 3 Schmelzkern für Wasserdurchlauf nach Beschichtung,

Fig. 4 Ansaugkrümmer mit erfindungsgemäß hergestelltem Wasser durchlauf.

Fig. 1 zeigt vereinfacht das Oberteil eines Wasserkastens mit Zuleitung, wie er etwa im Kühlsystem eines Kraftfahrzeugs verbaut wird. Statt das gesamte Bauteil aus einem sehr temperaturbeständigen, aber mit anderen Nachteilen behafteten Kunststoff herzustellen, wird das Bauteil erfindungs gemäß aus einem Grundmaterial 1 und einem kühlwasserzugewandten Spe zialmaterial 2 hergestellt. Das Grundmaterial kann demnach auf gute Festig keit oder andere Bedürfnisse, etwa geringe Herstellungskosten, ausgerichtet werden, während das innenliegende Spezialmaterial gegen die bei hohen Temperaturen sonst auftretenden Angriffe des Kühlmittels resistent ist.

Fig. 4 zeigt einen erfindungsgemäßen Ansaugkrümmer, bei dem der kühl wasserführende Kanal erfindungsgemäß gestaltet ist. Die Herstellung eines solchen Teils kann dadurch erfolgen, daß man auf den in Fig. 2 gezeigten Schmelzkern eine Beschichtung mit kühlwasserbeständigem Material aufbringt. Dieser in Fig. 3 gezeigte beschichtete Schmelzkern kann dann umspritzt werden, so daß die Beschichtung auf der Innenseite des Kühlwasserkanals des Ansaugkrümmers haften bleibt und eine temperaturbeständige Schutz schicht bildet.

Die vorliegende Erfindung stellt somit Bauteile bereit, die einfach und kostengünstig hergestellt werden können und die hohe Anforderungen an die Beständigkeit gegenüber Kühlmitteln aufweisen.

Claims

1. Bauteil mit Kanälen zur Führung von Kühlmittel und mindestens einer Zuleitung und einer Ableitung für das Kühlmittel, dadurch gekenn zeichnet, daß Abschnitte der Kanäle, in denen zumindest zeitweise Kühlmittel mit einer Temperatur von mindestens 100°C geführt wird, mindestens aus einer ersten, dem Kühlmittel zugewandten Schicht und aus einer zweiten, dem Kühlmittel abgewandten Schicht bestehen, wobei ausschließlich die erste Schicht resistent gegen chemische und/oder physikalische Angriffe des Kühlmittels ist.

2. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht zu mindestens 50 Gew.-% aus mindestens einem der folgenden Stoffe besteht: Polyamide, vorzugsweise Polyamid 4.6, Polyamid 6.10, Poly amid 11, Polyamid 12, Polyarylamide, Polyamidimide, Polysulfone, vorzugsweise Polyphenylensulfon, Polyethersulfone, Polyphenylensulfid, Polyaryletherketone, Epoxid-Harze, ungesättigte Polyester-Harze.

3. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die zweite Schicht zu mindestens 50 Gew.-% aus einem der folgenden Stoffe besteht: Polyamid 6.6, Polyamid 6, Polyamid 6/6T, glasfaserverstärktes Polyamid 6.6, glasfaserverstärktes Polyamid 6, glasfaserverstärktes Polyamid 6/6T, glasfaserverstärktes Polypropylen, jeweils mit einem Glasfaseranteil von weniger als 50 Gew.-%.

4. Verfahren zur Leitung von Kühlmittel in einem Kanal, dadurch gekenn zeichnet, daß der Kanal in Abschnitten, in denen mindestens zeitweise Kühlmittel mit einer Temperatur von mindestens 100°C geführt wird, aus einer ersten, dem Kühlmittel zugewandten Schicht und einer zwei ten, dem Kühlmittel abgewandten Schicht aufgebaut wird, wobei aus schließlich die erste Schicht resistent gegen chemische und/oder physika lische Angriffe des Kühlmittels ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Schicht verwendet wird, die zu mindestens 50 Gew.-% aus einem der folgenden Stoffe besteht: Polyamide, vorzugsweise Polyamid 4.6, Poly amid 6.10, Polyamid 11, Polyamid 12, Polyarylamide, Polyamidimide, Polysulfone, vorzugsweise Polyphenylensulfon, Polyethersulfone, Poly phenylensulfid, Polyaryletherketone, Epoxidharze, ungesättigte Polyester harze.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Schicht verwendet wird, die zu mindestens 50 Gew.-% aus einem der folgenden Stoffe besteht: Polyamid 6.6, Polyamid 6, Polya mid 6/6T, glasfaserverstärktes Polyamid 6.6, glasfaserverstärktes Polya mid 6, glasfaserverstärktes Polyamid 6/6T, glasfaserverstärktes Polypro pylen, jeweils mit einem Glasfaseranteil von weniger als 50 Gew.-%.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel aus mindestens 30 Gewichtsteilen Wasser und höch stens 70 Gewichtsteilen anderer Beimengungen, insbesondere Glykol, besteht.