DE202020100325U1

DE202020100325U1 - Hitzebeständige, mehrschichtige Fluidleitung

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Publication number: DE202020100325U1
Application number: DE202020100325.9U
Authority: DE
Original assignee: TI Automotive Fuldabruck GmbH
Current assignee: TI Automotive Fuldabruck GmbH
Priority date: 2020-01-22
Filing date: 2020-01-22
Publication date: 2020-02-04
Anticipated expiration: 2030-01-23
Also published as: WO2021148989A1

Abstract

Fluidleitung (1), umfassend ein Rohr (2) sowie wenigstens einen Leitungsverbinder (3) an einem Ende des Rohres (2), wobei eine innere Schicht (4) des Rohres (2) ein Polyolefin umfasst, wobei eine äußere Schicht (5) des Rohres (2) ein thermoplastisches Elastomer aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitungsverbinder (3) einen Kunststoff umfasst, wobei der Leitungsverbinder (3) und das Rohr (2) über wenigstens eine Schweißnaht (6, 7, 18) miteinander verschweißt sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Fluidleitung, umfassend ein Rohr sowie wenigstens einen Leitungsverbinder an einem Ende des Rohres, wobei eine innere Schicht des Rohres ein Polyolefin umfasst, wobei eine äußere Schicht des Rohres ein thermoplastisches Elastomer aufweist. Die Fluidleitung wird besonders bevorzugt als Kühlmittelleitung verwendet.
Derartige Kunststoffrohre für Kühlmittel für Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen sind aus FR 2 797 673 B1 bekannt. Die dort offenbarte Fluidleitung umfasst eine innerste Schicht aus einem vernetzten Polyethylen, eine mittlere Schicht aus einem Polypropylen sowie eine äußerste Schicht aus einem thermoplastischen Vulkanisat.
Diese Kühlmittelrohre werden gemäß US 2009 / 0098 325 A1 , CN 2069 73135 U1 oder CN 1062 87028 A mit einem Leitungsverbinder verbunden, welcher einen Aufsteckdorn für das Rohr aufweist. Durch ein Aufstecken des leicht elastischen Kunststoffrohrs auf den Aufsteckdorn des Leitungsverbinders entsteht eine fluiddichte Presspassung. Bekannt ist es außerdem, das Kunststoffrohr über eine Presspassung erzeugende Schelle fluiddicht an dem Leitungsverbinder zu befestigen, was in US 2007 / 0035 123 A1 sowie in DE 10 2010 049 015 A1 beschrieben ist.
Die vorbekannten Verbindungen zwischen Rohr und Leitungsverbinder lassen allerdings im Laufe der Jahre nach, so dass eine nicht unerhebliche Menge an Kraftfahrzeugen aufgrund nachlassender Dichtigkeit der Kühlmittelleitungen gewartet werden muss.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine langlebigere Fluidleitung zu schaffen. Es ist vorzugsweise Aufgabe der Erfindung, eine langlebige Fluidleitung anzugeben, welche die Herstellungskosten, insbesondere die Stückkosten bei der Herstellung, verringert.
Zur Lösung der vorgenannten Aufgabe lehrt die Erfindung eine Fluidleitung, umfassend ein Rohr sowie wenigstens einen Leitungsverbinder an einem Ende des Rohres, wobei eine innere Schicht des Rohres ein Polyolefin umfasst, wobei eine äußere Schicht des Rohres ein thermoplastisches Elastomer aufweist, wobei der Leitungsverbinder einen Kunststoff umfasst,
wobei der Leitungsverbinder und das Rohr über wenigstens eine Schweißnaht miteinander verschweißt sind.
Es ist bevorzugt, dass die innere Schicht und die äußere Schicht einander berühren. Es ist möglich, dass eine weitere Schicht zwischen der inneren Schicht und der äußeren Schicht angeordnet ist. Der Begriff „Schweißen“ meint bevorzugt, dass lediglich noch Energie zugeführt werden muss, um einen Stoffschluss zu erzielen. Mit dem Ausdruck „Schweißen“ ist vorzugsweise nicht gemeint, dass noch zusätzliche Masse, beispielsweise eine Klebemasse und insbesondere eine Hotmelt-Klebemasse hinzugefügt wird bzw. wurde bzw. werden muss, um einen Stoffschluss zu erreichen.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der mehrjährige Betrieb eines Kraftfahrzeuges sehr hohe Anforderungen an die Verbindung zwischen einem Leitungsverbinder und einem Rohr mit sich bringt. So sind die Verbindungen oft extremen Witterungsbedingungen ausgesetzt, wodurch die Kunststoffmaterialien altern und die ursprüngliche Presspassung zunehmend an Kraftschluss verliert. Dies wird durch unzählige Motorvibrationen noch verstärkt, weshalb es in einem fortgeschrittenen Alter des Kraftfahrzeugs zu Undichtigkeiten und in der Folge zu unerwünschten Wartungsmaßnahmen kommen kann. Das Verschweißen der Kunststoffe von Leitungsverbinder und Rohr führt hingegen zu einer dauerhaft fluiddichten Verbindung, wodurch die Aufgabe gelöst wird.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst der Kunststoff des Leitungsverbinders ein Polyolefin. Es ist möglich, dass der Kunststoff des Leitungsverbinders ein Polyamid aufweist. Vorzugsweise ist das Polyolefin des Leitungsverbinders ein Polypropylen und besonders vorzugsweise ein isotaktisches Polypropylen. Vorteilhafterweise weist der Leitungsverbinder ein Verstärkungsmaterial auf, wobei das Verstärkungsmaterial bevorzugt aus Fasern und insbesondere aus Glasfasern besteht.
Es ist besonders bevorzugt, dass das Rohr eine dritte Schicht aufweist, wobei die dritte Schicht von der inneren Schicht umschlossen wird und ein thermoplastisches Elastomer aufweist. Zweckmäßigerweise ist die dritte Schicht zugleich die innerste Schicht des Rohres. Vorteilhafterweise berühren sich die innere Schicht und die dritte Schicht. Es ist bevorzugt, dass die innerste Schicht ein Olefin aufweist. Das Olefin ist vorteilhafterweise Bestandteil des thermoplastischen Elastomers der dritten Schicht. Es ist sehr bevorzugt, dass das thermoplastische Elastomer der dritten Schicht ein thermoplastisches Elastomer auf Olefinbasis (TPO) ist. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst das thermoplastische Elastomer der dritten Schicht einen Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM). Besonders vorteilhafterweise umfasst das thermoplastische Elastomer der dritten Schicht ein Polyolefin und vorzugsweise ein Polypropylen und besonders vorzugsweise ein isotaktisches Polypropylen. Es ist ganz besonders bevorzugt, dass das thermoplastische Elastomer der dritten Schicht ein thermoplastisches Vulkanisat ist. Es ist sehr bevorzugt, dass das thermoplastische Vulkanisat der dritten Schicht Santoprene ist.
Es ist sehr vorteilhaft, wenn die äußere Schicht ein Polyolefin umfasst. Vorzugsweise ist das Polyolefin der äußeren Schicht ein Bestandteil des thermoplastischen Elastomers der äußeren Schicht. Es ist möglich, dass das thermoplastische Elastomer der äußeren Schicht ein thermoplastisches Elastomer auf Olefinbasis (TPO) ist. Vorzugsweise weist das thermoplastische Elastomer der äußeren Schicht ein EPDM auf. Vorteilhafterweise umfasst das thermoplastische Elastomer der äußeren Schicht ein Polyolefin und vorzugsweise ein Polypropylen und besonders vorzugsweise ein isotaktisches Polypropylen. Gemäß einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform ist das thermoplastische Elastomer der äußeren Schicht ein thermoplastisches Vulkanisat, welches das Polyolefin der äußeren Schicht umfasst. Es ist sehr bevorzugt, dass das thermoplastische Elastomer der äußeren Schicht Santoprene ist.
Es ist sehr bevorzugt, dass das Polyolefin der inneren Schicht ein Polypropylen ist. Es ist bevorzugt, dass das Polypropylen der inneren Schicht ein isotaktisches Polypropylen ist. Besonders vorzugsweise gehören das Polyolefin der inneren Schicht und das Polyolefin der äußeren Schicht demselben Polyolefintyp an. Derselbe Polyolefintyp liegt z. B. dann vor, wenn die innere Schicht ein erstes Polypropylen umfasst und die äußere Schicht ein zweites Polypropylen umfasst. Ebenso liegt derselbe Polyolefintyp beispielsweise dann vor, wenn das Polyolefin der inneren Schicht ein erstes Polyethylen ist und das Polyolefin der äußeren Schicht ein zweites Polyethylen ist.
Es ist sehr vorteilhaft, wenn die innere Schicht und/oder der Leitungsverbinder ein thermoplastisches Elastomer aufweist. Vorzugsweise ist das thermoplastische Elastomer der inneren Schicht und/oder das thermoplastische Elastomer des Leitungsverbinders ein EPDM. Ganz besonders vorzugsweise umfasst die innere Schicht und/oder der Leitungsverbinder einen Blend aus einem Polyolefinen bzw. Polypropylen und einem thermoplastischen Elastomer bzw. einem EPDM. Es ist zweckmäßig, dass der Anteil des thermoplastischen Elastomers an der inneren Schicht wenigstens 5 Gew.-% bzw. wenigstens 10 bzw. 15 bzw. 20 bzw. 30 bzw. 40 bzw. 50 beträgt. Vorteilhafterweise beträgt der Anteil des Polyolefins bzw. Polypropylens an der inneren Schicht bzw. an dem Leitungsverbinder wenigstens 20 bzw. 30 bzw. 40 bzw. 50 bzw. 60 bzw. wenigstens 70 bzw. 80 Gew.-%.
Es ist sehr bevorzugt, dass das thermoplastische Elastomer inneren Schicht und das thermoplastische Elastomer der äußeren Schicht zu demselben Elastomertyp, beispielsweise zu dem Elastomertyp der thermoplastischen Elastomere auf Olefinbasis (TPO) oder zum Elastomertyp der thermoplastischen Vulkanisate (TPV), gehören. Vorzugsweise gehört das thermoplastische Elastomer der dritten Schicht bzw. das thermoplastische Elastomer des Leitungsverbinders zu demselben Elastomertyp wie das thermoplastische Elastomer der ersten Schicht.
Gemäß einer sehr bevorzugten Ausführungsform gehören das Polyolefin der inneren Schicht und das Polyolefin des Leitungsverbinders zu demselben Polyolefintyp, beispielsweise zu dem Polyolefintyp Polypropylen oder zum Polyolefintyp Polyethylen. Es ist bevorzugt, dass das Polyolefin der äußeren Schicht und/oder das Polyolefin der dritten Schicht zu demselben Polyolefintyp gehören wie das Polyolefin der inneren Schicht bzw. das Polyolefin des Leitungsverbinders.
Es ist bevorzugt, dass die wenigstens eine Schweißnaht durch Rotationsreibschweißen entstanden ist. Zweckmäßigerweise umfasst der Leitungsverbinder eine Rohraufnahme, welche bevorzugt rotationssymmetrisch ausgebildet ist. Das Rohr ist bevorzugt über eine Steckverbindung mit der Rohraufnahme verbunden. Es ist vorteilhaft, wenn das Rohr in die Rohraufnahme des Leitungsverbinders eingesteckt ist. Es ist möglich, dass das Rohr auf die Rohraufnahme des Leitungsverbinders aufgesteckt ist. Es ist besonders bevorzugt, dass das Rohr zugleich in die Rohraufnahme eingesteckt und auf die Rohraufnahme aufgesteckt ist. Die Rohraufnahme umfasst vorteilhafterweise einen Innenkragen und/oder einen Außenkragen, wobei weiter vorzugsweise das Rohr auf den Innenkragen aufgesteckt ist und/oder in den Außenkragen eingesteckt ist.
Es ist besonders bevorzugt, dass die Rohraufnahme eine Kontaktfläche zur Berührung des Rohres aufweist, welche Kontaktfläche konisch ausgebildet ist. Unter dem Ausdruck „konisch“ kann auch eine leicht gewölbte Fläche verstanden werden, welche sich in einem Längsschnitt der Rohraufnahme verjüngt bzw. erweitert. Zweckmäßigerweise umfasst der Innenkragen eine außenliegende, sich erweiternde konische Kontaktfläche. Es ist möglich, dass der Außenkragen eine sich verjüngernde konische Kontaktfläche auf seiner Innenseite umfasst.
Vorteilhafterweise umfasst die Rohraufnahme einen Anschlag zu axialen Positionierung des Rohrs. Vorzugsweise bilden die konische Kontaktfläche des Innenkragens und die konische Kontaktfläche des Außenkragens einen Anschlag bei einer Zusammenführung des Rohres und des Leitungsverbinders. Im Falle lediglich eines Innenkragens besitzt der Leitungsverbinder in einem Fußabschnitt des Leitungsverbinders einen, vorzugsweise umlaufenden, Anschlag auf der Außenseite des Leitungsverbinders. Im Falle lediglich eines Außenkragens weist der Leitungsverbinder in einem Fußabschnitt des Leitungsverbinders einen, vorzugsweise umlaufenden, Anschlag auf der Innenseite des Leitungsverbinders auf. Im Falle einer Rohraufnahme mit einem Innenkragen und einem Außenkragen sind das Rohr und der Leitungsverbinder vorzugsweise über eine innere Schweißnaht und eine äußere Schweißnaht miteinander verbunden.
Gemäß einer Ausführungsform ist die wenigstens eine Schweißnaht durch Laserschweißen entstanden. Es ist bevorzugt, dass das Rohr in den Leitungsverbinder eingesteckt ist. Vorteilhafterweise enthält der Leitungsverbinder eine Spezialfarbe, welche den Leitungsverbinder im sichtbaren Lichtspektrum schwarz erscheinen lässt, während der Leitungsverbinder im nahinfraroten Bereich des Lichtspektrums transparent ist. Die durch Laserschweißen entstandene Schweißnaht weist eine Ausdehnung in axialer Richtung von höchstens 5 mm, vorzugsweise von höchstens 4 mm und besonders vorzugsweise von höchstens 3 mm auf.
Es ist besonders bevorzugt, wenn das Rohr bzw. die äußere Schicht bzw. die innere Schicht bzw. die dritte Schicht und/oder der Leitungsverbinder ein Flammschutzmittel aufweist, so dass ein nach einem Standard qualifizierter Flammschutz besteht. Die Qualifizierung beruht vorzugsweise auf dem Standard UL94HB und/oder UL94V. Eine Qualifizierung nach dem Standard UL94V ist bevorzugt. Vorzugsweise weist das Rohr bzw. die äußere Schicht bzw. die innere Schicht bzw. die dritte Schicht und/oder der Leitungsverbinder eine Qualifizierung des Flammschutzes von wenigstens V-2, vorzugsweise von wenigstens V-1 und besonders vorzugsweise von V-0 auf. Der Ausdruck „qualifiziert“ meint insbesondere die Zertifizierung einer bestimmten Flammschutzklasse oder aber einen nach einem Standard vorzunehmenden Versuch, innerhalb dessen eine Qualifizierung festgestellt werden kann. Das Flammschutzmittel umfasst vorzugsweise einen Kupferstabilisator und ist weiter vorzugsweise halogenfrei.
Vorteilhafterweise ist der Leitungsverbinder verrastbar ausgebildet, um mit einem Gegenstück eine reversibel lösbare Verbindung eingehen zu können. Das Gegenstück umfasst vorzugsweise einen Steckerschaft, welcher in den Leitungsverbinder eingesteckt werden kann. Das Gegenstück mag beispielsweise mit einem anderen Rohr oder einem Aggregat (Tank, Pumpe, etc.) verbunden sein. Es ist besonders bevorzugt, dass der Leitungsverbinder einen Rückhalter umfasst, wobei der Rückhalter ausgebildet ist, um das Gegenstück in dem Leitungsverbinder zu verrasten. Der Rückhalter umfasst vorzugsweise wenigstens ein Rastelement. Das Gegenstück umfasst bevorzugt ein Rastmittel, um mithilfe des Rückhalters in dem Leitungsverbinder zu verrasten. Das Rastmittel mag beispielsweise ein umlaufender Bund oder eine umlaufende Nut sein. Der Rückhalter mag beispielsweise ringförmig oder U-förmig ausgebildet sein. Es ist bevorzugt, dass der Rückhalter beweglich an dem Leitungsverbinder angeordnet ist.
Es ist möglich, dass das Rohr als Glattrohr oder als Wellrohr ausgebildet ist. Der Außendurchmesser des Rohres beträgt vorzugsweise wenigstens 10/15/20/25 mm. Zweckmäßigerweise beläuft sich der Außendurchmesser des Rohres auf höchstens 50/45/40 mm. Vorteilhafterweise beträgt die Dicke einer Wand des Rohres wenigstens 0,5/0,75/1,0 mm. Bevorzugterweise beläuft sich eine dicke der Wand des Rohres auf höchstens 4/3/2 mm. Es ist bevorzugt, dass eine dicke der inneren Schicht bzw. der äußeren Schicht bzw. der dritten Schicht wenigstens 0,1/0,2/0,3/0,4 mm beträgt. Zweckmäßigerweise beläuft sich eine Dicke der inneren Schicht bzw. der äußeren Schicht bzw. der dritten Schicht auf höchstens 3/2/1,5/1,0 mm.
Die Erfindung lehrt ferner ein System, umfassend eine erfindungsgemäße Fluidleitung, wobei das System einen Kühler umfasst. Es ist bevorzugt dass das System eine Pumpe und/oder einen Thermostaten und/oder einen Ausgleichsbehälter und/oder einen Ventilator und/oder eine Heizung und/oder eine Wärmequelle umfasst. Die Wärmequelle ist vorzugsweise ein Verbrennungsmotor und/oder ein Akkumulator und/oder ein Computer bzw. ein kühlungsbedürftiges, elektronisches System.
Vorzugsweise bilden eine erste Fluidleitung, der Kühler, eine zweite Fluidleitung und die Wärmequelle einen Kühlkreislauf. Zweckmäßigerweise umfasst der Kühler einen Eingang für warmes Kühlmittel sowie einen Ausgang für kaltes Kühlmittel. Vorteilhafterweise umfasst die Wärmequelle einen Eingang für kaltes Kühlmittel sowie einen Ausgang für warmes Kühlmittel. Es ist bevorzugt, dass die erste Fluidleitung zwischen dem Ausgang für warmes Kühlmittel der Wärmequelle und dem Eingang für warmes Kühlmittel des Kühlers angeordnet ist. Vorteilhafterweise ist die zweite Fluidleitung zwischen dem Ausgang für kaltes Kühlmittel des Kühlers und dem Eingang für kaltes Kühlmittel der Wärmequelle geschaltet.
Gemäß einer sehr bevorzugten Ausführungsform umfasst die erste Fluidleitung eine dritte Schicht, wobei die dritte Schicht von der inneren Schicht umschlossen wird und ein thermoplastisches Elastomer aufweist. Zweckmäßigerweise ist die innere Schicht der zweiten Fluidleitung die innerste Schicht. Es ist bevorzugt dass das System eine Vielzahl an Fluidleitungen aufweist, wobei eine erste Gruppe an Fluidleitungen einem warmen Abschnitt des Kühlkreislaufes und eine zweite Gruppe an Fluidleitungen einen kalten Abschnitt des Fluids Kreislaufes zuzuordnen ist. Es ist bevorzugt, dass die Fluidleitungen des warmen Abschnittes des Kühlkreislaufes jeweils eine dritte Schicht aufweisen, wobei die dritte Schicht von der inneren Schicht umschlossen wird und ein thermoplastisches Elastomer aufweist.
Die Erfindung lehrt ferner die Verwendung der erfindungsgemäßen Fluidleitung als Kühlmittelleitung, insbesondere als Kühlmittelleitung für ein Wasser-Glykol-Gemisch.
Der Erfindung liegt außerdem die Erkenntnis zugrunde, dass Schweißverbindungen umso stabiler bzw. dauerhafter sind, je gleichartiger die miteinander verschweißten Kunststoffe sind. Polyolefine und insbesondere Polypropylen sind als Rohrmaterialien für Kühlmittelleitungen von Vorteil, weil diese gegenüber den Wasser enthaltenden Kühlmitteln (insbesondere Wasser-Glykol-Gemische) sehr beständig bzw. hydrolysebeständig und darüber hinaus vergleichsweise günstig sind.
Thermoplastische Elastomere werden als äußere Schicht benutzt, weil diese einen guten mechanischen Schutz vor Vibrationsschlägen im Mototorraum bieten. Von Vorteil sind insbesondere thermoplastische Elastomere enthaltend ein Olefin, weil diese besonders gut an der Polyolefin- bzw. Polypropylen-Innenschicht anhaften und ebenfalls relativ preiswert sind. Von besonderem Vorzug sind dabei thermoplastische Vulkanisate, welche Polypropylen sowie EPDM aufweisen und welche aufgrund des Polypropylenanteils sehr gut an der Polyolefin- bzw. Polypropylen-Innenschicht anhaften.
Darüber hinaus weisen thermoplastische Vulkanisate wie etwa Santoprene eine sehr hohe Wärmebeständigkeit auf und schützen aufgrund guter thermischer Isolation auch die Innenschicht. Thermoplastische Elastomere auf Olefinbasis sowie auch thermoplastische Vulkanisate besitzen, wie Polyolefine bzw. Polypropylen, eine gute Beständigkeit gegen Wasser und können daher sowohl als dritte bzw. innerste sowie auch als äußerste Schicht verwendet werden. Der Polyolefin- bzw. Polypropylenschicht (innere Schicht) kommt dabei insbesondere die Funktion der Trägerschicht sowie auch der Druckbeständigkeit zu.
Von Vorteil ist eine dritte (innerste) Schicht, welche ein thermoplastisches Elastomer / thermoplastisches Elastomer mit einem Olefin / thermoplastisches Vulkanisat umfasst, weil diese Schicht das auf dem Weg zum Kühler befindliche und daher heiße Kühlmittel führen muss. Somit sind insbesondere die Rohre bzw. Fluidleitungen des Rücklaufes des Kühlmittelkreislaufes auch einem Wärmeeintrag von innen ausgesetzt. Aufgrund des Olefins bzw. Polyolefinanteils haftet die dritte Schicht gut an der inneren Schicht, wodurch Delaminierungen der Schichten praktisch ausgeschlossen sind.
Es ist ferner von Vorteil, wenn die innere Schicht bzw. der Leitungsverbinder ein thermoplastisches Elastomer aufweist, weil hierdurch die vor allem wegen der Polyolefine bzw. Polypropylene recht spröde innere Schicht bzw. der Leitungsverbinder zäher und dadurch weniger bruchanfällig werden. Wenn der Leitungsverbinder ein Polyolefin bzw. ein Polypropylen umfasst, ist dieser im Falle eines aufgesteckten Rohrs besonders gut mit der dritten Schicht bzw. inneren Schicht bzw. äußeren Schicht verschweißbar. Im Falle eines eingesteckten Rohrs ist der Leitungsverbinder dann besonders gut mit der äußeren Schicht verschweißbar, wenn diese ein TPO bzw. ein TPV ist.
Als Schweißverfahren hat sich das Rotationsreibschweißen bewährt, weil bei dieser Schweißverbindung lediglich der Leitungsverbinder um seine eigene Achse gedreht werden muss, bis die Reibwärme zur Verschweißung führt. Als etwas aufwändiger ist das Laserschweißen zu betrachten, weil hierzu wenigstens einer der beiden Fügepartner für Laserstrahlen transparent sein muss. Gleichzeitig gibt es aber von den Automobilherstellern die Anforderung, die Fluidleitung schwarz auszugestalten, so dass der den anderen Fügepartner aufnehmende Fügepartner eine teure Spezialfarbe enthalten muss, die im sichtbaren Spektrum schwarz erscheint und im nahinfraroten Spektrum transparent ist. Außerdem ist ein Laserschweißgerät insbesondere aufgrund des Positionierungsaufwandes des Laserstrahls teurer.
Es ist besonders vorteilhaft, wenn dem Rohr bzw. der äußeren/inneren/dritten Schicht und/oder dem Leitungsverbinder ein Flammschutzmittel beigemengt ist. Dieser Vorteil kommt insbesondere bei Elektrofahrzeugen zur Geltung, die im Vergleich zu Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor zwar nicht häufiger zum Brand neigen, deren Brände allerdings häufig wesentlich schwerer zu löschen sind. Überdies sind die Kühlmittelleitungen bei Elektrofahrzeugen unmittelbar an den Batterien und damit an den Brandherden befestigt um eben diese zu kühlen, so dass das Flammschutzmittel bei Kühlmittelleitungen besonders zum Tragen kommt. Denn eine entzündete Batteriezelle kann umso leichter andere Batteriezellen entzünden, je stärker die anderen Batteriezellen erwärmt werden. Aus diesem Grunde ist ein besonders langes Standhalten der Kühlmittelleitung umso hilfreicher, weil hierdurch die Geschwindigkeit der Brandausweitung verringert wird.
Im Ergebnis liegt eine dauerhaft fluiddichte und dauerhaft laminierte Kühlmittelleitung vor, welche günstig herzustellen ist und welche insbesondere den auftretenden Temperaturen im Motorraum sowie des Kühlmittels selbst widersteht und welche schließlich noch besonders brandfest ist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von vier Ausführungsbeispielen detailliert erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung

1 einen Querschnitt eines Rohres der erfindungsgemäßen Fluidleitung,
2 einen Längsschnitt des Rohres aus 1, welches mit einem Leitungsverbinder verbunden ist,
3 eine Frontalansicht eines Rückhalters des Leitungsverbinders aus 2,
4A ein zweites Ausführungsbeispiel der Verbindung zwischen Rohr und Leitungsverbinder,
4B ein drittes Ausführungsbeispiel der Verbindung zwischen Rohr und Leitungsverbinder,
4C ein viertes Ausführungsbeispiel der Verbindung zwischen Rohr und Leitungsverbinder und
5 ein erfindungsgemäßes System umfassend die Fluidleitung nach den 1, 2 und 3 und ferner umfassend weitere, wesentliche Komponenten eines Kühlkreislaufes eines Fahrzeuges.

In den 1, 2 und 3 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Fluidleitung 1 dargestellt, welche ein Rohr 2 sowie an beiden Enden des Rohres 2 jeweils einen Leitungsverbinder 3 umfasst. Das Rohr 2 weist erfindungsgemäß eine innere Schicht 4 sowie eine äußere Schicht 5 auf, wobei die innere Schicht 4 unmittelbar an der äußeren Schicht 5 anliegt, s. 1. Die innere Schicht 4 weist ein isotaktisches Polypropylen sowie ein EPDM auf. Der Anteil des EPDM mag beispielsweise 20 % betragen, während der Anteil des Polypropylens wenigstens 70 % betragen mag. Ferner mag die innere Schicht 4 noch wenigstens ein Additiv umfassen. Das wenigstens eine Additiv dieses Ausführungsbeispiels ist ein halogenfreies Flammschutzmittel umfassend einen Kupferstabilisator. Die äußere Schicht 5 umfasst ein thermoplastisches Elastomer in Form des thermoplastischen Vulkanisates Santoprene. Darüber hinaus weist die äußere Schicht 5 in diesem Ausführungsbeispiel noch ein Flammschutzmittel auf, welches einen halogenfreien Kupferstabilisator umfasst. Das Rohr 2 genügt vorzugsweise der Flammschutzklasse V-0 des Standards UL 94 V.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Rohr 2 nach 1 ferner eine dritte Schicht 8, welche von der inneren Schicht 4 umschlossen wird und ein thermoplastisches Elastomer aufweist. Vorzugsweise liegt die dritte Schicht 8 unmittelbar an der inneren Schicht 4 an. Das thermoplastische Elastomer der dritten Schicht 8 ist vorzugsweise Santoprene, wobei die innere Schicht 8 ebenfalls ein Flammschutzmittel in Form eines halogenfreien Kupferstabilisators aufweist.
Mit Blick auf 2 umfasst der Leitungsverbinder 3 einen vorzugsweise integral ausgebildeten Kupplungskörper 11, welcher einen Kopfabschnitt 14 sowie einen dem Kopfabschnitt 14 axial gegenüberliegenden Fußabschnitt 15 aufweist. Dem Fußabschnitt 15 ist insbesondere eine Rohraufnahme 17 zugeordnet, in welcher das Rohr 2 aufgenommen ist. Aus Gründen der Einfachheit ist das mehrschichtige Rohr 2 in 2 lediglich einschichtig abgebildet. Die Rohraufnahme 17 dieses Ausführungsbeispieles umfasst einen Außenkragen 20 sowie einen Innenkragen 21, welche koaxial zur Achse des Rohres 2 verlaufen. Der Außenkragen 20 und der Innenkragen 21 bilden eine Nut, deren Boden einen Anschlag 13 für das Rohr 2 darstellt.
Der Außenkragen 20 dieses Ausführungsbeispiels wird in axialer Richtung zum Rohr 2 hin von dem Innenkragen 21 überragt, was in 2 ersichtlich ist. Der Innenkragen 21 weist eine Kontaktfläche auf, welche in Kontakt steht mit einer Innenfläche des Rohres 2. Die Kontaktfläche des Innenkragens 21 ist im Wesentlichen konisch ausgebildet und weitet sich in axialer Richtung zum Kopfteil 14 hin auf. Der Außenkragen 20 weist eine Kontaktfläche auf, welche in Kontakt steht mit einer Außenfläche des Rohres 2. Die Kontaktfläche des Außenkragens 20 ist vorzugsweise konisch ausgebildet und verjüngt sich in axialer Richtung zum Kopfteil 14 hin. Vorteilhafterweise ist die von dem Außenkragen 20 und dem Innenkragen 21 gebildete Nut leicht V-förmig ausgebildet, so dass radial wirkende Klemmkräfte, welche auf die Innenfläche und die Außenfläche des Endes des Rohres 2 einwirken, sich in axialer Richtung zum Kopfteil 14 hin vergrößern.
Nachdem das Rohr 2 zwecks Positionierung relativ zum Leitungsverbinder 3 wenigstens abschnittsweise auf den Innenkragen 21 aufgeschoben wurde, sind der Leitungsverbinder 3 und das Rohr 2 im Wesentlichen koaxial zueinander ausgerichtet. Dann wird der Leitungsverbinder über ein nicht dargestelltes Rotationsreibschweißgerät in Drehung versetzt und gleichzeitig ein axial gerichteter Druck auf das Rohr 2 ausgeübt, so dass es spätestens während der Drehbewegung des Leitungsverbinders 3 am Anschlag 13 anschlägt. Die Drehgeschwindigkeit des Leitungsverbinders 3 ist zweckmäßigerweise so gewählt, dass die Kontaktflächen des Außenkragens 20 und des Innenkragens 21 sowie auch die dazugehörigen Abschnitte der Innenfläche sowie der Außenfläche des Rohres 2 aufschmelzen, so dass das Rohr 2 und der Leitungsverbinder 3 nach Abkühlen der Reibflächen miteinander verschweißt sind. Aufgrund des Vorliegens von Innenkragen 21 und Außenkragen 20 liegen nach Abschluss des Reibschweißvorganges eine äußere Schweißnaht 7 sowie eine innere Schweißnaht 18 vor.
Der Leitungsverbinder 3 aus 2 dient dazu, das Rohr 2 entweder mit einem anderen, nicht dargestellten Rohr oder mit einem ebenfalls nicht dargestellten Aggregat (Pumpe, Tank, etc.) schnell und reversibel zu verbinden. Hierzu wird das nicht dargestellte Rohr etc. mit einem in 2 dargestellten Gegenstück 9, beispielsweise ebenfalls per Reibschweißverfahren, verbunden. Das Gegenstück 9 dieses Ausführungsbeispieles umfasst nach 2 einen Steckerschaft 22 sowie einen umlaufenden Bund 23. Der Leitungsverbinder 3 umfasst zur Abdichtung gegenüber dem Gegenstück 9 ein in dem Kupplungskörper 11 angeordnetes Dichtungspaket 12, welches in diesem Ausführungsbeispiel zwei Dichtungsringe sowie einen dazwischen angeordneten Abstandshalter aufweist. Das Dichtungspaket 12 wird von einem Dichtungshalter 19 verliersicher in dem Kupplungskörper 11 gehalten, indem der Dichtungshalter 19 kurz vor Erreichen des Dichtungspaketes 12 in den Kupplungskörper 11 verrastet. In diesem Ausführungsbeispiel dient der Dichtungshalter 19 außerdem auch noch als Anschlag für den umlaufenden Bund 23 innerhalb des Kupplungskörpers 11.
In 3 ist ein Rückhalter 16 abgebildet, welcher in den Kopfabschnitt 14 des Kupplungskörpers 11 aus 2 von oben kommend noch einzuschieben ist. Der Rückhalter 16 dieses Ausführungsbeispieles ist etwa U-förmig ausgebildet und weist einen Betätigungsabschnitt 24 an der U-Basis sowie zwei Schenkel 25 auf. Wenn das Gegenstück 9 in den Kupplungskörpers 11 eingeschoben wird und der Rückhalter 16 bereits vorher in den Kupplungskörper 11 eingeführt wurde (was nicht in 2 abgebildet ist), spreizen sich die beiden Schenkel 25 nach radial außen und nehmen aufgrund elastischer Rückstellkräfte nach Passieren des umlaufenden Bundes 23 wieder ihre ursprüngliche Position ein. Dann befindet sich der umlaufende Bund 23 in axialer Richtung zwischen den Schenkeln 25 sowie dem Dichtungshalter 19 und damit in einen verrasteten Zustand. Der Rückhalter 16 umfasst vorzugsweise noch einen Lösemechanismus, um den verrasteten Zustand wieder aufzuheben. Hierzu kann beispielsweise der Betätigungsabschnitt 24 nach radial innen gedrückt werden, um die Schenkel 25 aufzuspreizen. Alternativ können die Schenkel 25 manuell aufgespreizt werden.
In 4A ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Verbindung zwischen Rohr 2 und Leitungsverbinder 3 dargestellt. Demzufolge umfasst die Rohraufnahme 17 lediglich einen Außenkragen 20 sowie einen Anschlag 13. Zweckmäßigerweise ist die Kontaktfläche des Außenkragens 20 konisch ausgebildet und verjüngt sich in axialer Richtung zum in 4A nicht dargestellten Kopfabschnitt 14. Auf diese Weise entsteht lediglich eine Schweißnaht 6.
In 4B ist ein drittes Ausführungsbeispiel der Verbindung zwischen Rohr 2 und Leitungsverbinder 3 gezeigt. In diesem Falle weist die Rohraufnahme 17 lediglich einen Innenkragen 21 sowie einen Anschlag 13 auf. Der Innenkragen 21 besitzt eine Kontaktfläche, welche in Kontakt mit einer Innenfläche des Rohres 2 steht. Die Kontaktfläche dieses Ausführungsbeispiels ist leicht konisch ausgebildet und erweitert sich in axialer Richtung zum in 4B nicht abgebildeten Kopfabschnitt 14. Aufgrund der lediglich einen Kontaktfläche der Verbindung dieses Ausführungsbeispieles liegt nur eine Schweißnaht 6 vor, welche sich entlang der Kontaktfläche erstreckt.
Im vierten Ausführungsbeispiel nach 4C wurde die Verbindung zwischen dem Rohr 2 und dem Leitungsverbinder 3 mittels Laserschweißen hergestellt. Hierzu umfasst die Rohraufnahme 17 lediglich einen Außenkragen 20 sowie einen Anschlag 13. Der Außenkragen 20 besitzt eine Kontaktfläche, welche in Kontakt steht mit einer Außenfläche des Rohres 2. Die Kontaktfläche ist im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet. Die Innenkante des Außenkragens 20 mag zum Zwecke der erleichterten Einführung des Rohres 2 angefast sein. Um das Rohr 2 und den Leitungsverbinder 3 miteinander zu verbinden, wird das Rohr 2 vollständig in die Rohraufnahme 17 eingesteckt, wodurch ein Presssitz entsteht. Anschließend wird ein Laserstrahl entlang einer ganzen Umdrehung um den Fußabschnitt 15 herumgeführt, wodurch eine Schweißnaht 6 entsteht. Das Rohr 2 ist für Lichtstrahlen im nahinfraroten Bereich opak, so dass der Laserstrahl an der Außenseite des Rohres 2 absorbiert wird und das dortige Kunststoffmaterial von Rohr 2 und Leitungsverbinder 3 aufgeschmolzen wird. Der Leitungsverbinder 3 dieses Ausführungsbeispieles ist ebenfalls schwarz gehalten, wobei allerdings die schwarze Färbung durch einen Spezialfarbstoff hergestellt wird. Dies ist im nahinfraroten Spektrum wenigstens teilweise transparent, so dass der Laserstrahl den Außenkragen 20 ohne größere Wärmeverluste bis zur Außenseite des Rohres 2 durchdringt.
In 5 ist ein erfindungsgemäßes System mit erfindungsgemäßen Fluidleitungen 1a und 1b als Blockdiagramm vereinfacht dargestellt. Bei diesem System handelt es sich um einen Kühlkreislauf eines Fahrzeugs, wobei das System einen Kühler 10 sowie eine Wärmequelle 26 aufweist. Im Falle des Kühlers 10 mag es sich um einen Kühler handeln, welcher durch einen Ventilator 28 noch zusätzlich gekühlt werden kann. Die Wärmequelle 26 kann sowohl ein Verbrennungsmotor als auch ein Akkumulator sein. Das System umfasst ferner eine Heizung 27 sowie einen Ausgleichsbehälter 29. Außerdem sind in 5 zwei reine Y-Verbinder 32 sowie ein Thermostat 30 und eine Pumpe 31 mit jeweils drei Anschlüssen dargestellt. Die Anschlüsse mögen jeweils als Gegenstücke 9 ausgebildet sein, wohingegen die Fluidleitungen 1a sowie 1 b beidseitig jeweils einen Leitungsverbinder 3 gemäß 2 aufweisen können.
Das Kühlmittel dieses Systems wird in 5 zunächst in nach unten laufender Richtung durch den Kühler 10 gekühlt und dann entlang der Fluidleitung 1b zu der Pumpe 31 und von dort zur Wärmequelle 26 befördert. Somit erwärmt sich das Kühlmittel auf dem Weg durch bzw. entlang der Wärmequelle 26 in 5 nach oben hin und tritt dort als warmes bzw. heißes Kühlmittel aus. Ein Teil des erhitzten Kühlmittels kann für den Betrieb der Heizung 27 genutzt werden, während das restliche Kühlmittel in Richtung Thermostat 30 fließt. Ist der Druck innerhalb des Systems zu groß, leitet das Thermostat 30 einen Teil des heißen Kühlmittels zum Ausgleichsbehälter 29. Der auf der linken Seite in 5 gezeigte und nach oben gerichtete Pfeil symbolisiert, dass die Temperatur des Kühlmittels bzw. der entsprechenden Komponenten nach oben hin ansteigt.
Die Fluidleitungen 1a und 1b lassen sich in eine erste Gruppe Fluidleitungen 1a und in eine zweite Gruppe Fluidleitungen 1b unterteilen. Während die erste Gruppe an Fluidleitungen 1a insbesondere auch heißem Kühlmittel ausgesetzt ist, gilt dies nicht bzw. in deutlich abgeschwächtem Maße für die Fluidleitungen 1b. Es ist sehr bevorzugt, dass die Fluidleitungen 1a die dritte Schicht 8 aufweisen, welche Santoprene enthält. Demgegenüber besitzen die Fluidleitungen 1b keine dritte Schicht 8, so dass die innere Schicht 4 im Falle der Fluidleitung 1b zugleich die innerste Schicht bildet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

FR 2797673 B1 [0002]
US 2009/0098325 A1 [0003]
CN 206973135 U1 [0003]
CN 106287028 A [0003]
US 2007/0035123 A1 [0003]
DE 102010049015 A1 [0003]

Claims

Fluidleitung (1), umfassend ein Rohr (2) sowie wenigstens einen Leitungsverbinder (3) an einem Ende des Rohres (2), wobei eine innere Schicht (4) des Rohres (2) ein Polyolefin umfasst, wobei eine äußere Schicht (5) des Rohres (2) ein thermoplastisches Elastomer aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitungsverbinder (3) einen Kunststoff umfasst, wobei der Leitungsverbinder (3) und das Rohr (2) über wenigstens eine Schweißnaht (6, 7, 18) miteinander verschweißt sind.
Fluidleitung (1) nach Anspruch 1, wobei der Kunststoff des Leitungsverbinders (3) ein Polyolefin umfasst.
Fluidleitung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Rohr (2) eine dritte Schicht (8) aufweist, wobei die dritte Schicht (8) von der inneren Schicht (4) umschlossen wird und ein thermoplastisches Elastomer aufweist.
Fluidleitung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die äußere Schicht (5) ein Polyolefin umfasst.
Fluidleitung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Polyolefin der inneren Schicht (4) und/oder der äußeren Schicht (5) ein Polypropylen ist.
Fluidleitung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die innere Schicht (4) und/oder der Leitungsverbinder (3) ein thermoplastisches Elastomer aufweist.
Fluidleitung (1) nach Anspruch 6, wobei das thermoplastische Elastomer der inneren Schicht (4) und das thermoplastische Elastomer der äußeren Schicht (5) zu demselben Elastomertyp, beispielsweise zu dem Elastomertyp der thermoplastischen Elastomere auf Olefinbasis (TPO) oder zum Elastomertyp der thermoplastischen Vulkanisate (TPV), gehören.
Fluidleitung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Polyolefin der inneren Schicht (4) und das Polyolefin des Leitungsverbinders (3) zu demselben Polyolefintyp, beispielsweise zu dem Polyolefintyp Polypropylen oder zum Polyolefintyp Polyethylen, gehören.
Fluidleitung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die wenigstens eine Schweißnaht (6, 7, 18) durch Rotationsreibschweißen entstanden ist.
Fluidleitung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die wenigstens eine Schweißnaht (6, 7, 18) durch Laserschweißen entstanden ist.
Fluidleitung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Rohr (2) und/oder der Leitungsverbinder (3) ein Flammschutzmittel aufweist, so dass ein nach einem Standard qualifizierter Flammschutz besteht.
Fluidleitung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Leitungsverbinder (3) verrastbar ausgebildet ist, um mit einem Gegenstück (9) eine reversibel lösbare Verbindung eingehen zu können.
Fluidleitung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Rohr (2) als Glattrohr oder als Wellrohr ausgebildet ist.
System, umfassend eine Fluidleitung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das System einen Kühler (10) umfasst.
Verwendung der Fluidleitung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 als Kühlmittelleitung, insbesondere als Kühlmittelleitung für ein Wasser-Glykol-Gemisch.