DE202016100195U1

DE202016100195U1 - Verbindungsanordnung für eine Klimaanlage

Info

Publication number: DE202016100195U1
Application number: DE202016100195.1U
Authority: DE
Original assignee: TI Automotive Engineering Centre Heidelberg GmbH
Current assignee: TI Automotive Technology Center GmbH
Priority date: 2016-01-15
Filing date: 2016-01-15
Publication date: 2016-02-01
Anticipated expiration: 2026-01-16
Also published as: JP6737890B2; EP3402685A1; US20180370326A1; EP3402685B1; MX2018008713A; WO2017121818A8; KR20180098648A; JP2019502077A; CN108778790A; KR102194614B1; WO2017121818A1

Abstract

Verbindungsanordnung (1) einer Klimaanlage, umfassend einen mit einem ersten Rohr (12) verbundenen Konnektor (2) mit einem Durchtrittskanal (3) und zumindest einem zylindrischen Abschnitt (4), welcher in ein weiteres Rohr (5) oder in eine andere Komponente der Klimaanlage einsteckbar ist und einem Radialflansch (6) dem ein Dichtelement (7) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass dem Radialflansch (6) ein Stützkörper (8) zugeordnet ist, wobei der Stützkörper (8) den Durchtrittskanal (3) umschließt und mit einem radial abragenden Vorsprung (9) versehen ist, wobei der Vorsprung (9) zur Aufnahme zumindest eines Befestigungsmittels (10) ausgerüstet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung einer Klimaanlage, umfassend einen mit einem ersten Rohr verbundenen Konnektor mit einem Durchtrittskanal und zumindest einem zylindrischen Abschnitt, welcher in ein weiteres Rohr oder in eine andere Komponente der Klimaanlage einsteckbar ist und einem Radialflansch dem ein Dichtelement zugeordnet ist.
Derartige Verbindungsanordnungen kommen zumeist bei mobilen Klimaanlagen zum Einsatz. Diese müssen besonders kompakt und leicht ausgebildet sein. Daher bestehen Rohrverbindungen bei mobilen Klimaanlagen häufig aus Kunststoff. Die Anbindung der Rohre erfolgt über Konnektoren, welche mit Dichtelementen versehen sind. Dabei ist es erforderlich, die Konnektoren dauerhaft dichtend und fest einerseits mit dem Rohr und andererseits demontierbar mit einem weiteren Rohr oder mit einer anderen Komponente zu verbinden. Allerdings treten bei Klimaanlagen und insbesondere bei mobilen Klimaanlagen neben hohen Drücken und Temperaturen Vibrationen auf, welche innerhalb der Komponenten der Klimaanlage übertragen werden. Die Verbindungsanordnung muss daher so ausgelegt werden, dass trotz Vibrationen sowie hohen Drücken und Temperaturen eine dauerhafte Verbindung gegeben ist und dass kein Kältemittel entweicht.
Bei mobilen Klimaanlagen ist es darüber hinaus auch wichtig, Gewicht einzusparen. Daher ist auch die Anzahl der Befestigungsmittel begrenzt, mit welchen die Komponenten der Klimaanlage aneinander fixiert werden. Um eine dauerhafte Dichtheit der Verbindungsanordnung gewährleisten zu können, war die Auslegung der Konnektoren bislang schwierig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verbindungsanordnung einer Klimaanlage bereit zu stellen, welche bei geringem Gewicht eine dauerhafte und dichte Verbindung von Komponenten einer Klimaanlage ermöglicht.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Auf vorteilhafte Ausgestaltungen nehmen die Unteransprüche Bezug.
Zur Lösung der Aufgabe ist dem Radialflansch ein Stützkörper zugeordnet, wobei der Stützkörper den Durchtrittskanal umschließt und mit einem radial abragenden Vorsprung versehen ist, wobei der Vorsprung zur Aufnahme zumindest eines Befestigungsmittels ausgerüstet ist.
Der erfindungsgemäße Konnektor ist im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet und mit einem Dichtelement versehen, welches dem Radialflansch zugeordnet ist. Dabei dichtet das Dichtelement in axialer Richtung und wird durch den Radialflansch stirnseitig an das weitere Rohr oder die andere Komponente angepresst. Zum Verbinden des Konnektors mit dem Rohr ist ein Verbindungsmittel, beispielsweise eine Schraube vorgesehen, welche parallel zur Achse des Durchtrittskanals, aber radial versetzt, nämlich außerhalb des Durchtrittskanals angeordnet ist. Um ausreichende Dichtkraft über den gesamten Umfang des Radialflansches gewährleisten zu können, ist eine ausreichende Vorspannung des Befestigungsmittels erforderlich. Daraus resultiert wiederum eine erhebliche Biegespannung im Konnektor, so dass es bislang nicht möglich war, diese aus Kunststoff herzustellen. Erfindungsgemäß ist ein separater Stützkörper vorgesehen, welcher die Anpresskraft des Verbindungsmittels auf den Radialflansch des Konnektors überträgt. Dadurch erfolgt eine Funktionstrennung, wobei der Stützkörper so ausgebildet ist, dass er hohe Biegespannungen aufnehmen und gleichmäßig auf den Radialflansch übertragen kann.
Der Radialflansch bewirkt einen festen und gleichmäßigen Sitz des Konnektors und damit eine dauerhaft dichte Verbindung zwischen Rohr bzw. Komponente und Konnektor. Insofern ist es durch den separat ausgebildeten Stützkörper möglich, hohe Kräfte in die Verbindung einzubringen, welche durch das Befestigungsmittel ausgeübt und über den Stützkörper verteilt werden. Dadurch ist es möglich, Dichtelemente zu verwenden, welche eine hohe Anpresskraft erfordern. Dies trifft insbesondere auf Dichtelemente zu, welche an dem Radialflansch beziehungsweise stirnseitig auf einem Rohr oder einer anderen Komponenten aufliegen und in axialer Richtung dichten. Diese benötigen eine hohe Flächenpressung, um eine ausreichende und dauerhafte Dichtwirkung gewährleisten zu können. Der Stützkörper ist so ausgebildet, dass diese auf den Radialflansch aufgesetzt werden kann. Vorzugsweise sind Stützkörper und Radialflansch an den einander zugewandten Flächen kongruent zueinander ausgebildet.
Das Rohr bzw. die Komponente der Klimaanlage, welche mit dem Konnektor verbunden werden soll, weist vorzugsweise ebenfalls einen Flansch auf. Dieser ist zur Aufnahme des Verbindungselementes geeignet. Zum Verbinden wird der Konnektor in das Rohr bzw. in die Komponente eingesteckt und über das Verbindungsmittel werden der Konnektor und das Rohr fest miteinander verbunden. Dabei gelangen die Dichtelemente am Konnektor und am Rohr bzw. der Komponente dichtend zur Anlage.
Der Vorsprung des Stützkörpers kann an seinem freien Ende umgebogen sein. Bei dieser Ausgestaltung umgreift der Stützkörper den Radialflansch des Konnektors zumindest teilweise. Dabei kommt der Vorsprung auf der Stirnseite des weiteren Rohres oder der Komponente zur Anlage. Hierbei ist vorteilhaft, dass sich der Stützkörper in diesem Bereich auf der Stirnseite des weiteren Rohres oder der Komponente abstützt. Dadurch ist eine parallele Führung des Radialflansches in Bezug auf die Stirnseite des weiteren Rohres oder der Komponente gewährleistet. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn Auflagebereich und Befestigungsmittel zueinander benachbart sind. Gemeinsam mit dem Befestigungsmittel bewirkt der umgebogene Vorsprung eine gleichmäßige und parallele Anpressung des Radialflansches an das Dichtelement.
Alternativ ist es denkbar, dass aus der Stirnseite des weiteren Rohres oder der Komponente ein Vorsprung ausgebildet ist, welcher an dem Stützkörper zur Anlage gelangt. Diese Ausgestaltung stellt eine Funktionsumkehr zu der zuvor beschriebenen Ausgestaltung des umgebogenen Stützkörpers dar. Auch bei dieser Ausgestaltung ergibt sich die vorteilhafte parallele Führung des Stützkörpers.
Der Konnektor ist vorzugsweise aus Kunststoff ausgebildet. Dabei ist der Werkstoff vorzugsweise so gewählt, dass der Konnektor materialeinheitlich mit dem zu verbindenden Rohr oder der zu verbindenden Komponente ist. Besonders geeignete Werkstoffe für den Konnektor sind polymere Werkstoffe, insbesondere Polyamid (PA), beispielsweise Polyamid-6 (PA-6). Zur Erhöhung der Festigkeit kann der Kunststoff mit einer Faserverstärkung versehen sein. Hier ist insbesondere denkbar, als Faserverstärkung Glasfasern einzusetzen. Ein glasfaserverstärkter Kunststoff, insbesondere ein glasfaserverstärktes Polyamid ist ein besonders stabiler und druckbeständiger Kunststoff.
Es ist auch denkbar, dass der Kunststoff ein harzbasierter Kunststoff ist. Harzbasierte Kunststoffe ergeben harte, glasartige Bauteile, die über chemische Verbindungen dreidimensional fest vernetzt sind. Derartige Werkstoffe weisen eine hohe thermomechanische Festigkeit bei gleichzeitig geringem spezifischem Gewicht auf.
Der Stützkörper besteht vorzugsweise aus metallischem Werkstoff. Hier kommen insbesondere Eisenwerkstoffe in Betracht. Dadurch ist der Stützkörper steif und weist eine hohe Biegebelastbarkeit auf. Dadurch kann die über das Verbindungsmittel asymmetrisch eingebrachte Biegespannung gleichmäßig auf den aus Kunststoff bestehenden Radialflansch übertragen werden. Bei dieser Ausgestaltung besteht die Verbindungsanordnung aus einem Kunststoff-Metall-Verbund. Durch die Funktionstrennung können die Bauelemente der Verbindungsanordnung, insbesondere der Stützkörper und der Radialflansch optimal auf die Anwendung und die zu erwartenden Belastungen angepasst und dadurch raumsparend und mit geringem Gewicht ausgebildet werden.
Das Dichtelement kann als Elastomer-Metall-Verbunddichtscheibe (slim line seal washer) ausgebildet sein. Derartige Verbunddichtscheiben weisen einen ringförmigen Elastomerabschnitt auf, welcher an einen Tragring aus metallischem Werkstoff angebunden ist. Der Tragring nimmt die axial einwirkenden Anpresskräfte auf und verhindert, dass der Elastomerabschnitt durch zu große Verformung vorzeitig verschleißt. Der Elastomerabschnitt bewirkt die Abdichtung des Spaltes zwischen dem Radialflansch und der Stirnseite des weiterem Rohres beziehungsweise der Komponente. Insgesamt ist eine Verbunddichtscheide daher vorteilhaft im Zusammenhang mit der Abdichtung von Klimaanlagenkomponenten. Sind die Anforderungen an das Dichtelement gering, ist aber grundsätzlich auch denkbar, O-Ringe einzusetzen.
Das erste Rohr ist vorzugsweise stoffschlüssig mit dem Konnektor verbunden. Dazu kann der Konnektor in dem Durchtrittskanal eine Querschnittserweiterung aufweisen, in welcher das erste Rohr aufgenommen wird. Die stoffschlüssige Verbindung kann durch ein Klebemittel hergestellt werden. Vorzugsweise erfolgt die stoffschlüssige Verbindung aber mittels Schweißen, beispielsweise Rotationsschweißen.
Das erste Rohr besteht vorzugsweise aus Kunststoff. Kunststoffrohre haben eine geringere Masse als beispielsweise Metallrohre.
Bevorzugt ist das weitere Rohr oder die andere Komponente der Klimaanlage zur Aufnahme des Befestigungsmittels ausgerüstet. Dazu kann beispielsweise das weitere Rohr mit einem Flansch versehen sein, welcher materialeinheitlich mit dem weiteren Rohr ausgebildet und stoffschlüssig mit diesem verbunden ist. Der Flansch weist eine Bohrung auf, welche das Befestigungsmittel aufnimmt. Bei einer Komponente kann die Aufnahme für das Befestigungsmittel auch in die Gehäusewand eingeformt bzw. eingebracht sein.
Das weitere Rohr, welches mit dem Konnektor in der Verbindungsanordnung zusammengebracht wird, kann aus Kunststoff ausgebildet sein. Bevorzugt wird dabei ein Kunststoff gewählt, welcher materialeinheitlich zu dem Werkstoff des Konnektors ist. Dadurch ergeben sich vergleichbare mechanische und chemische Eigenschaften.
Die erfindungsgemäße Verbindungsanordnung eignet sich insbesondere für mobile Klimaanlagen, insbesondere für mobile Klimaanlagen in Fahrzeugen. Mobile Klimaanlagen sollen einerseits ein möglichst geringes Gewicht aufweisen und müssen andererseits aufgrund auftretender Vibrationen und Erschütterungen mit stabilen Verbindungen zwischen den einzelnen Komponenten versehen sein. Die erfindungsgemäße Verbindungsanordnung ermöglicht die Herstellung einer stabilen und dauerhaft dichten Verbindung bei gleichzeitig geringem Gewicht.
Einige Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Diese zeigen, jeweils schematisch:
1 im Schnitt die Verbindungsanordnung;
2 den Konnektor mit aufgesetztem Stützkörper in räumlicher Darstellung.
1 zeigt eine Verbindungsanordnung 1 einer Klimaanlage, in dieser Ausgestaltung einer mobilen Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug. Die Verbindungsanordnung 1 umfasst einen Konnektor 2, welcher auf der einen Seite stoffschlüssig mit einem ersten Rohr 12 verbunden ist. Der Konnektor 2 ist mit einem weiteren Rohr 5 oder einer anderen Komponente der Klimaanlage verbindbar. Der Konnektor 2 weist einen zylindrischen Abschnitt 4 auf, welcher in das Rohr 5 oder in die andere Komponente der Klimaanlage einsteckbar ist. Ferner weist der Konnektor 2 einen Radialflansch 6 auf, wobei dem Radialflansch 6 ein Stützkörper 8 zugeordnet ist. Der Stützkörper 8 umschließt den Durchtrittskanal 3 und ist ebenso wie der Radialflansch 6 mit einem radial abragenden Vorsprung 9 versehen. Der Vorsprung 9 ist zur Aufnahme eines Befestigungsmittels 10 ausgerüstet. Dazu ist in den Stützkörper 8 eine Bohrung eingebracht, in welche eine Schraube eingesteckt werden kann, welche das Befestigungsmittel 10 bildet.
Der Konnektor ist aus Kunststoff ausgebildet, in dieser Ausgestaltung aus Polyamid-6 (PA-6). Das erste Rohr 12 ist ebenfalls aus Polyamid-6 ausgebildet und mittels Rotationsschweißen stoffschlüssig in dem Konnektor 2 befestigt. Alternativ ist denkbar, den Konnektor 2 aus einem harzbasierten Kunststoff auszubilden. Der Stützkörper 8 besteht aus metallischem Werkstoff, in dieser Ausgestaltung besteht der Stützkörper 8 aus Stahl. Der Konnektor 2 wird im Spritzgießverfahren hergestellt und der Stützkörper 8 im Stanzverfahren.
Dem Radialflansch 6 ist ein Dichtelement 7 zugeordnet. Das Dichtelement 7 ist in dem Spalt zwischen Radialflansch 6 und Stirnseite des weiteren Rohres 5 beziehungsweise der Komponente angeordnet und dichtet in axialer Richtung. Das Dichtelement 6 ist als Elastomer-Metall-Verbunddichtung (slim line seal washer) ausgebildet und besteht aus einem ringförmigen Elastomerabschnitt, welcher an einem metallischen Tragring festgelegt ist.
Alternativ oder zusätzlich ist denkbar, die Dichtelemente 7 als O-Ringe auszubilden und in Nuten einzulegen, welche in den Radialflansch 6 oder in den Außenumfang des zylindrischen Abschnitts 4 des Konnektors 2 eingeformt sind.
Das weitere Rohr 5, welches mit dem Konnektor verbunden wird, ist als Kunststoffrohr ausgebildet und besteht vorliegend aus Polyamid-6 (PA-6). Das weitere Rohr 5 ist an einer Stirnseite mit einem Verbindungsflansch 11 ausgerüstet. Der Verbindungsflansch 11 weist ebenfalls eine Bohrung auf, welche der Aufnahme des Befestigungsmittels 10 dient.
Der Radialflansch 6 und der Stützkörper 8 sind an den einander zugewandten Flächen kongruent ausgebildet, wobei der Vorsprung 9 des Stützkörpers 8 an seinem freien Ende so umgebogen ist, dass er den Radialflansch 6 in dem umgebogenen Bereich abschnittsweise umschließt. Bei einer alternativen Ausgestaltung ist aus der Stirnseite des weiteren Rohres 5 oder der weiteren Komponente ein Vorsprung ausgebildet, der an dem Stützkörper 8 zur Anlage gelangt.
Zur Herstellung der Verbindungsanordnung wird der Konnektor 2 in das weitere Rohr 5 eingesteckt, nachdem das Dichtelement 7 in dem Spalt zwischen Radialflansch 6 und weiterem Rohr 5 angeordnet wurde. Der Stützkörper 8 wird auf den Radialflansch 6 aufgelegt und ein Befestigungsmittel 10 stellt eine feste Verbindung zwischen Konnektor 2 und Rohr 5 her. Dabei gelangt der Vorsprung des Stützkörpers 8 zur Anlage, so dass sich der Stützkörper 8 dort abstützt. Wird das Befestigungsmittel 10, beispielsweise eine Schraube angezogen, presst sich der Stützkörper 8 gleichmäßig an den Radialflansch 6 an und der Radialflansch 6 wiederum presst sich unter paralleler Verschiebung über den Umfang gleichmäßig an das Dichtelement 7 an. Dadurch wird das Dichtelement 7 gleichmäßig verpresst und es ergibt sich eine dauerhafte und hohe Dichtwirkung.

Claims

Verbindungsanordnung (1) einer Klimaanlage, umfassend einen mit einem ersten Rohr (12) verbundenen Konnektor (2) mit einem Durchtrittskanal (3) und zumindest einem zylindrischen Abschnitt (4), welcher in ein weiteres Rohr (5) oder in eine andere Komponente der Klimaanlage einsteckbar ist und einem Radialflansch (6) dem ein Dichtelement (7) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass dem Radialflansch (6) ein Stützkörper (8) zugeordnet ist, wobei der Stützkörper (8) den Durchtrittskanal (3) umschließt und mit einem radial abragenden Vorsprung (9) versehen ist, wobei der Vorsprung (9) zur Aufnahme zumindest eines Befestigungsmittels (10) ausgerüstet ist.
Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsprung (9) des Stützkörpers (8) an seinem freien Ende umgebogen ist.
Verbindungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Konnektor (2) aus Kunststoff ausgebildet ist.
Verbindungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff ein harzbasierter Kunststoff ist.
Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper (8) aus metallischem Werkstoff ausgebildet ist.
Verbindunganordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (7) in axialer Richtung dichtet.
Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Dichtelement (7) als Elastomer-Metall-Verbunddichtung ausgebildet ist.
Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (5) oder die andere Komponente der Klimaanlage zur Aufnahme des Befestigungsmittels (10) ausgerüstet ist.
Verbindungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Rohr (5) oder die andere Komponente an zumindest einer Stirnseite mit einem Verbindungsflansch (11) ausgerüstet ist.
Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Rohr (5) als Kunststoffrohr ausgebildet ist.
Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Rohr (12) aus Kunststoff ausgebildet ist.
Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Rohr (12) stoffschlüssig mit dem Konnektor (2) verbunden ist.
Mobile Klimaanlage mit einer Verbindungsanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche.