DE202008001457U1

DE202008001457U1 - Rohrleitungssystem, insbesondere eines Kältemittelkreislaufs in einem Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE202008001457U1
Application number: DE200820001457
Authority: DE
Original assignee: S M A Metalltechnik & Co GmbH; SMA Metalltechnik GmbH and Co KG
Current assignee: S M A Metalltechnik & Co GmbH; SMA Metalltechnik GmbH and Co KG
Priority date: 2008-02-01
Filing date: 2008-02-01
Publication date: 2009-06-10
Anticipated expiration: 2018-02-02

Abstract

Rohrleitungssystem, insbesondere eines Kältemittelkreislaufs in einem Kraftfahrzeug, mit mindestens zwei miteinander verbundenen Komponenten, von denen eine aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung und die andere aus rostfreiem Stahl besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung und die aus rostfreiem Stahl bestehenden Komponenten durch eine Reibschweißverbindung miteinander verbunden sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Rohrleitungssystem, insbesondere eines Kältemittelkreislaufs in einem Kraftfahrzeug entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Um den besonderen Belastungen, die durch den Einsatz von beispielsweise CO₂ als Kältemittel entstehen, zu entsprechen, sind eine Vielzahl von Komponenten des Rohrleitungssystems aus rostfreiem Stahl hergestellt.
Hierzu zählen vor allem Komponenten, die auf der sogenannten Heißgasseite Verwendung finden, beispielsweise in Form von Wellrohren aus rostfreiem Stahl. Zur problemlosen Anbindung an folgende Komponenten ist ein solches Wellrohr endseitig mit einem Rohr verschweißt, das ebenfalls aus einem rostfreien Stahl besteht.
Aus Kostengründen, aber auch aus Gründen der Gewichtsersparnis, wie sie im Automobilbau ständig angestrebt wird, werden die Komponenten, die keiner so hohen betriebsbedingten Belastung unterliegen, aus Aluminium oder aus Aluminiumlegierungen hergestellt und mit dem genannten Rohr aus rostfreiem Stahl verbunden.
Solche Verbindungen werden auf unterschiedlichste Art und Weise realisiert, die jedoch allesamt keine befriedigende Lösung darstellen, sowohl hinsichtlich der Belastbarkeit wie auch hinsichtlich einer effizienten und kostengünstigen Fertigung.
So sind mechanische Verbindungen bekannt, beispielsweise in Form von Pressverschraubungen, die nur mit einem erheblichen Fertigungsaufwand herzustellen sind.
Da es sich bei den genannten vornehmlichen Einsatzbereichen um Serienanwendungen handelt, kommt diesem nachteiligen Umstand eine besondere Bedeutung zu, die einer preislichen Optimierung entgegensteht.
Alternativ dazu ist schon vorgeschlagen und auch durchgeführt worden eine Verbindung zwischen den Komponenten aus rostfreiem Stahl und Aluminium bzw. Aluminiumlegierungen durch Verkleben herzustellen. Allerdings ist eine solche Verklebung nur bedingt als Verbindung tauglich, da sie zum einen ebenfalls nur mit einem erheblichen Arbeitsaufwand herzustellen ist und zum anderen keine dauerhafte Lösung auf der beispielsweise genannten Heißgasseite darstellt, in der hohe mechanische und thermische Belastungen auftreten, z. B. ein Druck des Kältemittels von etwa 165 bar und eine Temperatur von etwa 180°C.
Alles in allem stellen die bekannten Verbindungsarten keine Maßnahmen dar, die zu einer Optimierung der Herstellungskosten und der Standzeit beitragen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Rohrleitungssystem der gattungsgemäßen Art so weiterentwickeln, dass dessen Herstellung mit fertigungstechnisch geringem Aufwand möglich ist und die Standzeit wesentlich erhöht wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Rohrleitungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Durch diese Ausgestaltung wird eine stoffschlüssige gasdichte Verbindung geschaffen, die allen gestellten Anforderungen in optimaler Weise gerecht wird.
Hierzu zählt neben der außerordentlich hohen Belastbarkeit der Verbindung, die einen dauerhaften Einsatz auch in Bereichen zulässt, die einer erhöhten thermischen und mechanischen Beanspruchung unterliegen, eine außerordentlich kostengünstige Fertigung, die insbesondere aus den kurzen Taktzeiten resultiert, innerhalb derer eine solche Reibschweißung durchgeführt werden kann.
Bezüglich der Fertigung von Großserienteilen, wie sie Rohrverbindungen für Kühlmittelkreisläufe darstellen, kommt diesem Umstand eine besondere Bedeutung zu, so dass sich insgesamt eine signifikante Verbesserung bei der Fertigung und Verwendung des neuen Rohrleitungssystems ergibt.
Bevorzugt ist die Verbindung der aus den genannten unterschiedlichen Materialien bestehenden Komponenten durch das sogenannte Hochgeschwindigkeits-Reibschweißen hergestellt, wobei sich die beiden zu verbindenden Teile mit einer Umdrehungszahl von beispielsweise etwa 24000 min^–1 relativ zueinander drehen.
Dieses Hochgeschwindigkeits-Reibschweißen zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die Komponente mit dem niedrigeren Schmelzpunkt, also die aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehende, lediglich bis in einen plastifizierbaren, sprich teigigen Zustand erwärmt wird, in dem dann Atome in die Gitterstruktur der anderen, aus rostfreiem Stahl bestehenden Komponente diffundieren, wodurch eine stoffschlüssige Verbindung entsteht, die vollständig gasdicht ist, auch gegenüber dem genannten CO₂, das eine besondere Neigung zum Ausdiffundieren hat.
Insofern bietet die Erfindung insbesondere für den gedachten Einsatzzweck in einem Kältemittelkreislauf eines Kraftfahrzeuges besondere Vorteile.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Schweißnaht so positioniert, dass das aus rostfreiem Stahl bestehende Rohrstück, das sich beispielsweise an das genannte Wellrohr anschließt, sehr kurz gehalten ist, mit der Folge einer durchaus bemerkenswerten Material- und Gewichtsersparnis.
Da das Reibschweißen relativ kleine Wärmeeinflusszonen bedingt, kann eine solche Minimierung des Einsatzes von rostfreiem Stahl ohne weiteres realisiert werden.
Des weiteren wird bevorzugt die Schweißnaht in einen Bereich gelegt, der nachfolgend von einer Armierung überdeckt wird, wodurch die Schweißnaht zusätzlich vor mechanischen und korrosiven Angriffen geschützt wird.
Der beim Reibschweißen entstehende Schweißwulst kann im Übrigen als Anschlag für die Armierung dienen, so dass eine weitere Bearbeitung zu diesem Zweck nicht mehr erforderlich ist, was naturgemäß ebenfalls eine Kostenersparnis zur Folge hat.
Die Reibschweißung wird dabei so ausgeführt, dass sie den Anforderungen an einen Berstdruck und an eine Schwingungs- und Impulsaufnahme ebenso entspricht wie an eine Korrosionsbeständigkeit.
Wie sich beispielsweise in Zugversuchen gezeigt hat, ist die Schweißnaht derart belastbar, dass vor dieser zuerst das Aluminiumrohr reißt.
Selbst nach einem spanenden Abtrag der Schweißwulst sowohl innen- wie außenseitig des Rohres, bleiben die ermittelten Festigkeiten erhalten.
Im Übrigen besteht durch die Erfindung die Möglichkeit Komponenten aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung vielfältiger einzusetzen, was hinsichtlich der gestalterischen Freiheit eine wesentliche Verbesserung darstellt, verbunden mit einer in jeder Beziehung Gestaltungsoptimierung.
Weitere vorteilhafte Ausbildungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung beschrieben.
Die einzige Figur zeigt in einer schematischen Darstellung ein erfindungsgemäßes Rohrleitungssystem in einer Seitenansicht.
In der Figur ist ein Rohrleitungssystem eines Kältemittelkreislaufs in einem Kraftfahrzeug dargestellt, mit einer Mehrzahl von miteinander verbundenen Komponenten.
Diese Komponenten bestehen aus einem Wellrohr 5 aus einem rostfreien Stahl, einem daran endseitig angeschweißten Rohrstück 3, ebenfalls aus einem rostfreien Stahl, das an seinem dem Wellrohr 5 abgewandten Ende als Rohrstutzen 4 ausgebildet ist, mit dem ein Rohr 2 aus Aluminium durch Reibschweißen verbunden ist, wobei im Verbindungsbereich ein Schweißwulst 6 gebildet ist. An das Rohr 2 schließt sich ein ebenfalls aus Aluminium bestehender Flansch 1 an.
Das Wellrohr 5 wird überdeckt von einer Schicht-Ummantelung, bestehend aus einer inneren Lage 8 eines elastischen Materials, beispielsweise eines Elastomers, einem darauf geführten Gewebeschlauch 9 und einer diesen überdeckenden weiteren Lage 10 aus einem elastischen Material, die schließlich ummantelt ist von einer Hülle 11 aus Aluminium.
Aus diesem Schicht-Schlauch 7 ragt ein Rohrstutzen 12, gleichfalls aus Aluminium, in dem das linksseitig dargestellte Rohr 2 geführt und mit einem nicht erkennbaren Rohrstutzen aus Edelstahl durch Reibschweißen verbunden ist, vergleichbar der linksseitigen, aufgebrochenen Darstellung.
Das Rohr 2 ist in diesem Fall mit einem Rohrkrümmer 13 versehen, der ebenso wie ein angeschlossener Flansch 14 aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht.
Die aus Aluminium gebildeten Komponenten Flansch 1, Rohr 2, Hülle 11, Rohrstutzen 12, Rohrkrümmer 13 und Flansch 14, wurden bislang ebenfalls aus rostfreiem Stahl hergestellt, so dass sich allein aus der zeichnerischen Darstellung schon die bereits erwähnten Vorteile hinsichtlich einer einfacheren Bearbeitung und eines geringeren Gewichts erkennen lassen.

Claims

Rohrleitungssystem, insbesondere eines Kältemittelkreislaufs in einem Kraftfahrzeug, mit mindestens zwei miteinander verbundenen Komponenten, von denen eine aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung und die andere aus rostfreiem Stahl besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung und die aus rostfreiem Stahl bestehenden Komponenten durch eine Reibschweißverbindung miteinander verbunden sind.
Rohrleitungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibschweißverbindung durch Hochgeschwindigkeits-Reibschweißen hergestellt ist.
Rohrleitungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein umlaufender Schweißwulst (6) von einer Armierung überdeckt ist.
Rohrleitungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schweißwulst (6) einen Anschlag für die Armierung bildet.
Rohrleitungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an ein Wellrohr (5) aus rostfreiem Stahl ein ebenfalls aus rostfreiem Stahl bestehender Rohrstutzen (4) angeschweißt ist, an den durch Reibschweißen ein Rohr (2) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung angeschlossen ist.
Rohrleitungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibschweißverbindung gasdicht ist.