EP1910725A1 - Kältemittelleitung - Google Patents

Kältemittelleitung

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Publication number
EP1910725A1
EP1910725A1 EP06776410A EP06776410A EP1910725A1 EP 1910725 A1 EP1910725 A1 EP 1910725A1 EP 06776410 A EP06776410 A EP 06776410A EP 06776410 A EP06776410 A EP 06776410A EP 1910725 A1 EP1910725 A1 EP 1910725A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
refrigerant pipe
metal hose
pipe according
inner liner
wall thickness
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP06776410A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Richard Bantscheff
Carlo Burkhardt
Reiner Karl
Carsten Noltenius
Thomas Pfaff
René Rösler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Witzenmann GmbH
Original Assignee
Witzenmann GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Witzenmann GmbH filed Critical Witzenmann GmbH
Publication of EP1910725A1 publication Critical patent/EP1910725A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L11/00—Hoses, i.e. flexible pipes
    • F16L11/14—Hoses, i.e. flexible pipes made of rigid material, e.g. metal or hard plastics
    • F16L11/15—Hoses, i.e. flexible pipes made of rigid material, e.g. metal or hard plastics corrugated

Definitions

  • the invention relates to a refrigerant line for use in air conditioning in particular of motor vehicles with a corrugated metal hose with radially outlying wave crests and radially inner wave troughs.
  • a generic refrigerant line is known, for example, from EP-A 1 048 881, where the refrigerant line consists of a metal tube with a radially compressive flexible metal jacket surrounding it as an axial support, and a space filling the space between the metal tube and the jacket Intermediate layer made of pressure-resistant plastic.
  • the metal tube is optimized in terms of pulsation strength on the one hand and mobility on the other hand, that he has a greater wall thickness, at least in some areas of its peaks as at least in some areas of its troughs.
  • the wall thickness of the wave peaks just lower than the wall thickness of the troughs
  • a metal hose with opposite wall thickness ratios is proposed
  • the thinner wall thickness of the troughs continues to provide mobility in particular in the various bending directions, while the thicker wave crests, which are primarily claimed in the occurrence of the internal pressure pulsation, are more stable and thereby not only reduce the adverse length change effects, but also prevents fatigue of the metal hose in - otherwise very heavily used - area of the wave crests.
  • the metal hose of the refrigerant pipe according to the invention has a wall thickness in the range between 0.17 and 0.25 mm at least in subregions of its wave crests and at least in partial areas of its wave troughs a wall thickness in the range between 0.10 and 0.18 mm.
  • the metal hose is suitably ring corrugated and made of austenitic or ferritic steel or aluminum or Inconel or aluminum alloys.
  • the metal hose Due to the inventive design of the wall thicknesses, it is possible for the metal hose to withstand pressures of up to 180 bar or pressure pulsation forces of between 5 and 180 bar, which can occur within the shortest time periods, for example within a quarter of a second. At these pressures, the metal hose according to the invention nevertheless has a permeation density of less than 1 g / year due to its material in order to be usable for CO 2 feeds.
  • the metal tube has a mobility in the three spatial axes of the order of +/- 15 mm over its axial length.
  • the metal tube it is expedient if this has a ratio of outer diameter of the wave crests to inner diameter of the troughs of greater than 1, 3 and in particular greater than 1, 4 and beyond a wavelength of less than 3 mm, preferably between 1, 5 and 2.5 mm, wherein the waves are advantageously formed ⁇ -shaped in order to obtain the largest possible number of waves per length and thus to achieve the highest possible flexibility.
  • the inner liner is preferably made of PTFE or a PTFE composite material and has at least in some areas a wall thickness (S a ) in the range of between 0.1 and 1, 0 mm and in particular between 0.4 and 0.6 mm.
  • the inner liner is radially spaced from the radially outer wave crests of the metal tube, so that between the inner liner and the wave crests spaced from him buffer areas for the at pressure peaks of any pressure pulsations of the refrigerant radially outwardly expanding inner liner are provided.
  • the refrigerant pipe is on the one hand in their mobility not or not significantly limited, so sufficiently flexible;
  • the metal hose with the inner liner and the buffer areas arranged between them ensure very good pressure pulsation damping.
  • the metal hose of the refrigerant pipe with further line components also on the radial outside, that is, for example, with an axial support in the form of a braided hose or with another also made of plastic sheathing.
  • FIG. 1 shows an exemplary cross section of a metal hose for the refrigerant pipe according to the invention in Figure 1.
  • a line section of a metal tube 1 is shown schematically in axial section with radially outermost wave crests 2 and radially inwardly lying wave crests 3.
  • the wall thickness S of the metal tube is marked in the region of the wave crests with S 3 , while the wall thickness in the area of the wave valleys with S 1 is marked.
  • the wall thickness in the region of the wave crests is greater than the wall thickness in the region of the wave troughs, that is to say S 3 > Sj.
  • the wavelength l_ w of the metal tube is indicated in the drawing, namely the distance between two axially adjacent same points, thus for example between two rising wave flanks, two wave crests etc.
  • This wavelength is expediently less than 3 mm and preferably between 1 , 5 and 2.5 mm, in the case of DN6 2.0 mm and in DN8 2.2 mm.
  • a refrigerant line is provided by the present invention, which combines the conflicting requirements in terms of mobility on the one hand and Druckpulsationsfestmaschine on the other hand in an advantageous manner by the metal hose of the air conditioning line is provided with different wall thicknesses, namely with a larger wall thickness in the wave crests than in the area of troughs.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kältemittelleitung zur Verwendung in Klimaanlagen insbesondere von Kraftfahrzeugen mit einem gewellten Metallschlauch (1) mit radial außen liegenden Wellenbergen (2) und radial innen liegenden Wellentälern (3). Der Metallschlauch ist hinsichtlich Pulsationsfestigkeit einerseits und Beweglichkeit andererseits dadurch optimiert, dass er zumindest in Teilbereichen seiner Wellenberge (2) eine größere Wandstärke (Sa) aufweist als zumindest in Teilbereichen seiner Wellentäler (3).

Description

Kältemittelleitunq
Die Erfindung betrifft eine Kältemittelleitung zur Verwendung in Klimaanlagen insbe- sondere von Kraftfahrzeugen mit einem gewellten Metallschlauch mit radial außen liegenden Wellenbergen und radial innen liegenden Wellentälern.
Mittlerweile werden Klimaanlagen in Kraftfahrzeugen immer häufiger eingebaut und demgemäß unterliegen die in großer Anzahl benötigten Kältemittelleitungen immer größer werdenden Anforderungen. Während bei Kältemitteln wie beispielsweise R134a meist Elastomerleitungen verwendet wurden, müssen nun in R744- Klimaanlagen gegenüber CO2-permeationsdichte Klimaleitungssysteme verwendet werden, was den Einsatz metallischer Leitungen erforderlich macht. Der wesentliche Bestandteil bekannter derartiger Metall-Kältemittelleitungen besteht aus einem flexib- len gewellten Metallschlauch, der aufgrund seiner Wellung unter bestimmten Betriebsbedingungen (insbesondere infolge von Innendruckpulsation) ausgeprägten Längenänderungseffekten (einem so genannten „Pumpen") unterworfen ist. Auf der anderen Seite ist aber gerade die Wellung dafür verantwortlich, dass der Metallschlauch die an ihn gestellten Anforderungen hinsichtlich Flexibilität erfüllt.
Eine gattungsgemäße Kältemitteleitung ist beispielsweise aus der EP-A 1 048 881 bekannt, wobei dort die Kältemittelleitung aus einem Metallschlauch mit einem ihn umgebenden, radial druckfesten flexiblen Mantel aus Metall als Axialabstützung besteht sowie aus einer den Raum zwischen dem Metallschlauch und dem Mantel aus- füllenden Zwischenlage aus druckfestem Kunststoff.
Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Kältemittelleitung der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, die bei weiterhin ausreichender Flexibilität dennoch eine verbesserte Druckpulsationsdämpfung ermöglicht und da- durch die eingangs genannten nachteiligen Längenänderungseffekte reduziert.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Metallschlauch dadurch hinsichtlich Pulsationsfestigkeit einerseits und Beweglichkeit andererseits optimiert ist, dass er zumindest in Teilbereichen seiner Wellenberge eine größere Wandstärke aufweist als zumindest in Teilbereichen seiner Wellentäler. Während bei den üblichen hydraulisch umgeformten Metallschläuchen die Wandstärke der Wellenberge gerade geringer ausfällt als die Wandstärke der Wellentäler, wird nun ein Metallschlauch mit entgegengesetzten Wandstärkenverhältnissen vorge- schlagen, wobei die dünnere Wandstärke der Wellentäler weiterhin für eine Beweglichkeit insbesondere in die verschiedenen Biegerichtungen sorgt, während die dickeren Wellenberge, die bei Auftreten der Innendruckpulsation primär beansprucht werden, demgegenüber stabiler sind und hierdurch nicht nur die nachteiligen Längenänderungseffekte reduzieren, sondern auch eine Ermüdung des Metallschlauchs im - ansonsten sehr stark beanspruchten - Bereich der Wellenberge verhindert.
Vorteilhafterweise weist der Metallschlauch der erfindungsgemäßen Kältemittelleitung zumindest in Teilbereichen seiner Wellenberge eine Wandstärke im Bereich zwischen 0,17 und 0,25 mm auf und zumindest in Teilbereichen seiner Wellentäler eine Wand- stärke im Bereich zwischen 0,10 und 0,18 mm. Hierdurch wird die hohe Flexibilität im Bereich der Wellentäler einerseits und die hohe Druckpulsationsfestigkeit im Bereich der Wellenberge andererseits in optimaler Weise sichergestellt.
Der Metallschlauch ist zweckmäßigerweise ringgewellt ausgeführt und besteht aus austenitischem oder ferritischem Stahl oder aus Aluminium oder aus Inconel- oder Aluminiumlegierungen.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Wandstärken ist es möglich, dass der Metallschlauch Drücken von bis zu 180 bar standhält bzw. Druckpulsationskräften von zwischen 5 und 180 bar, die innerhalb kürzester Zeitspannen, beispielsweise in- nerhalb einer Viertelsekunde auftreten können. Bei diesen Drücken hat der erfindungsgemäße Metallschlauch aufgrund seines Materials dennoch eine Permeations- dichtigkeit von weniger als 1 g/Jahr, um für CO2-Einsätze verwendbar zu sein.
Was die geforderte Beweglichkeit betrifft, so weist der Metallschlauch über seine axi- ale Länge eine Beweglichkeit in den drei Raumachsen in der Größenordnung von +/- 15 mm auf.
Was die sonstigen Abmessungen des Metallschlauches betrifft, so ist es zweckmäßig, wenn dieser ein Verhältnis von Außendurchmesser der Wellenberge zu Innen- durchmesser der Wellentäler von größer als 1 ,3 und insbesondere von größer als 1 ,4 aufweist und darüber hinaus eine Wellenlänge von weniger als 3 mm, vorzugsweise zwischen 1 ,5 und 2,5 mm, wobei die Wellen vorteilhafterweise Ω-förmig ausgebildet sind, um eine möglichst große Wellenanzahl pro Länge zu erhalten und damit eine möglichst hohe Flexibilität zu erzielen.
Wird in vorteilhafter Weise auf der radialen Innenseite des Metallschlauchs ein Innen- liner zur Strömungsvergleichmäßigung angeordnet, so sorgt das Ω-Profil außerdem dafür, dass der Innenliner unter Innendruck nicht ausbaucht, sich also nicht in die Wellenberge hineinverformt, was die Lebensdauer des Innenliners entsprechend re- duzieren würde. Der Innenliner besteht vorzugsweise aus PTFE oder einem PTFE- Verbundwerkstoff und weist zumindest in Teilbereichen eine Wandstärke (Sa) im Bereich von zwischen 0,1 und 1 ,0 mm auf und insbesondere zwischen 0,4 und 0,6 mm. Außerdem ist der Innenliner gegenüber den radial außen liegenden Wellenbergen des Metallschlauchs radial beabstandet, so dass zwischen Innenliner und den von ihm beabstandeten Wellenbergen Pufferbereiche für den sich bei Druckspitzen etwaiger Druckpulsationen des Kältemittels radial nach außen ausdehnenden Innenliner vorgesehen sind. Durch einen solchen Innenliner ist die Kältemittelleitung zum einen in ihrer Beweglichkeit nicht bzw. nicht wesentlich eingeschränkt, also ausreichend flexibel; und zum anderen sorgen der Metallschlauch mit dem Innenliner und den da- zwischen angeordneten Pufferbereichen für eine sehr gute Druckpulsationsdämpfung.
Wie es aus dem eingangs erwähnten gattungsgemäßen Metallschlauch bereits bekannt ist, ist es zweckmäßig, den Metallschlauch der Kältemittelleitung mit weiteren Leitungskomponenten auch auf der radialen Außenseite zu kombinieren, also bei- spielsweise mit einer Axialabstützung in Form eines Geflechtsschlauchs oder mit einer sonstigen auch aus Kunststoff bestehenden Ummantelung.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung, die einen beispiel- haften Querschnitt eines Metallschlauchs für die erfindungsgemäße Kältemittelleitung in Figur 1 zeigt. Dort ist schematisch ein Leitungsabschnitt eines Metallschlauchs 1 im Axialschnitt gezeigt mit radial außen liegenden Wellenbergen 2 und radial innen liegenden Wellenbergen 3. Die Wandstärke S des Metallschlauchs ist im Bereich der Wellenberge mit S3 gekennzeichnet, während die Wandstärke im Bereich der Wellen- täler mit S1 gekennzeichnet ist. Erfindungsgemäß ist die Wandstärke im Bereich der Wellenberge größer als die Wandstärke im Bereich der Wellentäler, also S3 > Sj. Aus der Zeichnung kann man darüber hinaus den Innendurchmesser Dj der Wellentäler und den Außendurchmesser Da der Wellenberge entnehmen, wobei Da/D| > 1 ,4. Bei Nennweiten (DN) von 6 mm der erfindungsgemäßen Kältemittelleitung beträgt Di beispielsweise 6,2 mm und Da 9,7 mm, bei DN8 z.B. Di 8,3 mm und Da 12,3 mm.
In der Zeichnung ist darüber hinaus noch die Wellenlänge l_w des Metallschlauchs angedeutet, nämlich der Abstand zwischen zwei axial benachbarten gleichen Punkten, also beispielsweise zwischen zwei ansteigenden Wellenflanken, zwei Wellenber- gen etc. Diese Wellenlänge beträgt zweckmäßigerweise weniger als 3 mm und vorzugsweise zwischen 1 ,5 und 2,5 mm, im genannten Fall von DN6 2,0 mm und bei DN8 2,2 mm.
Zusammenfassend wird durch die vorliegende Erfindung eine Kältemittelleitung zur Verfügung gestellt, die die an sich gegensätzlichen Anforderungen hinsichtlich Beweglichkeit einerseits und Druckpulsationsfestigkeit andererseits dennoch in vorteilhafterweise vereinigt, indem der Metallschlauch der Klimaleitung mit unterschiedlichen Wandstärken versehen ist, nämlich mit einer größeren Wandstärke im Bereich der Wellenberge als im Bereich der Wellentäler.

Claims

Ansprüche
1. Kältemittelleitung zur Verwendung in Klimaanlagen insbesondere von Kraftfahrzeugen mit einem gewellten Metallschlauch mit radial außen liegenden Wellenbergen und radial innen liegenden Wellentälern, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallschlauch (1 ) dadurch hinsichtlich seiner Pulsationsfestigkeit einerseits und seiner Beweglichkeit andererseits optimiert ist, dass er zumindest in Teilbereichen seiner Wellenberge (2) eine größere Wandstärke (Sa) aufweist als zumindest in Teilbereichen seiner Wellentäler (3, S1).
2. Kältemittelleitung nach zumindest Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Metallschlauch (1 ) zumindest in Teilbereichen seiner Wellenberge (2) eine Wandstärke (Sa) im Bereich von zwischen 0,17 und 0,25 mm aufweist.
3. Kältemittelleitung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallschlauch (1 ) zumindest in Teilbereichen seiner Wellentäler (3) eine Wandstärke (S1) im Bereich zwischen 0,10 und 0,18 mm aufweist.
4. Kältemittelleitung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallschlauch (1 ) ringgewellt ausgeführt ist.
5. Kältemittelleitung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallschlauch (1 ) Drücken von bis zu 180 bar standhält und/oder innerhalb einer Viertelsekunde auftretenden Druckpulsationskräften von zwischen 5 und 180 bar.
6. Kältemittelleitung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallschlauch eine Permeationsdichtigkeit von weniger als
1 g/Jahr aufweist.
7. Kältemittelleitung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallschlauch über seine axiale Länge eine Beweglichkeit in den drei Raumachsen in der Größenordnung von +/- 15 mm aufweist.
8. Kältemittelleitung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallschlauch (1 ) aus Aluminium, aus austenitischem oder ferritischem Stahl, aus einer Inconellegierung oder einer Aluminiumlegierung besteht.
9. Kältemittelleitung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallschlauch (1 ) ein Verhältnis von Aussendruchmesser (Da) der Wellenberge (2) zu Innendurchmesser (Dj) der Wellentäler (3) von größer als 1 ,3 und insbesondere als 1 ,4 aufweist.
10. Kältemittelleitung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallschlauch (1 ) eine Wellenlänge (Lw) von weniger als 3 mm, vorzugsweise zwischen 1 ,5 und 2,5 mm aufweist.
1 1 . Kältemittelleitung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellen des Metallschlauchs (1 ) Ω-förmig ausgebildet sind.
12. Kältemittelleitung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallschlauch mehrlagig ausgeführt ist.
13. Kältemittelleitung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallschlauch auf seiner radialen Innenseite einen Innenliner, insbesondere einen Kunststoffschlauch aufweist.
14. Kältemittelleitung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallschlauch auf seiner radialen Innenseite einen Innenliner, insbesondere einen Kunststoffschlauch aufweist.
15. Kältemittelleitung nach zumindest Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenliner aus PTFE oder einem PTFE-Verbundwerkstoff besteht.
16. Kältemittelleitung nach zumindest Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenliner zumindest in Teilbereichen eine Wandstärke (Sa) im Be- reich von zwischen 0,1 und 1 ,0 mm aufweist und insbesondere zwischen 0,4 und 0,6 mm.
17. Kältemittelleitung nach zumindest Anspruch 14, 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenliner gegenüber den radial außen liegenden Wellenbergen des
Metallschlauchs radial beabstandet ist, und dass zwischen Innenliner und den von ihm beabstandeten Wellenbergen Pufferbereiche für den sich bei Druckspitzen etwaiger Druckpulsationen des Kältemittels radial nach außen ausdehnenden Innenliner vorgesehen sind.
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Inventor name: NOLTENIUS, CARSTEN

Inventor name: PFAFF, THOMAS

Inventor name: BURKHARDT, CARLO

Inventor name: KARL, REINER

Inventor name: ROESLER, RENE

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