WO2007017104A1 - Kältemittelleitung - Google Patents

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WO2007017104A1
WO2007017104A1 PCT/EP2006/007347 EP2006007347W WO2007017104A1 WO 2007017104 A1 WO2007017104 A1 WO 2007017104A1 EP 2006007347 W EP2006007347 W EP 2006007347W WO 2007017104 A1 WO2007017104 A1 WO 2007017104A1
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refrigerant pipe
pipe according
metal hose
wall thickness
troughs
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PCT/EP2006/007347
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Inventor
Richard Bantscheff
René Rösler
Reiner Karl
Carsten Noltenius
Thomas Pfaff
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Witzenmann Gmbh
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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 present invention is now based on the object to provide a refrigerant line of the type mentioned, which still allows for improved stability, in particular to achieve a Druckpulsationsdämpfung improved flexibility.
  • the metal tube is optimized in terms of its mobility that he has a ratio of outer diameter of the wave crests to inner diameter of the troughs of greater than 1, 3 - and preferably greater than 1, 4 - and he at least in Operabe- rich its corrugation - in particular its wave crests and / or troughs - has a wall thickness in the range of between 0.10 and 0.25 mm.
  • the metal hose of the refrigerant line has an exceptionally thin wall thickness of between 0.10 and 0.25 mm.
  • the Applicant has found this wall thickness range as optimum with regard to the requirements of both compressive strength (compared to up to 180 bar) and mobility, and thus intentionally thin-walled the metal hose, as would be necessary by the required compressive strength.
  • This is achieved above all by the very high corrugation and by the other dimensions of the metal tube, namely in that it has a wavelength of less than 3 mm, preferably between 1, 5 and 2.5 mm, the channels advantageously being ⁇ - are formed to obtain the largest possible number of waves per length and thus to increase the flexibility even further.
  • the ⁇ profile also ensures that the inner liner does not bulge under internal pressure, ie does not deform into the wave crests, which correspondingly reduces the service life of the inner liner would.
  • the inner liner is preferably made of PTFE or a PTFE composite material and has at least in some areas a wall thickness (S 3 ) 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; and on the other hand, the metal hose with the inner liner and the between arranged buffer areas for a very good pressure pulsation damping.
  • the metal tube is optimized in terms of its pulsation resistance on the one hand and its mobility on the other hand that it has a greater wall thickness at least in partial areas of its wave crests than at least in partial areas of its wave troughs.
  • the wall thickness of the wave peaks just lower than the wall thickness of the troughs
  • a metal hose is proposed with opposite wall thickness ratios
  • 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 stressed when internal pressure pulsation occurs, are more stable and thereby not only reduce the disadvantageous changes in length, but also prevent fatigue of the metal tube in the otherwise very heavily stressed region 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 regions of its wave troughs has a wall thickness in the range between 0.10 and 0.18 mm.
  • the high flexibility, for which the troughs are primarily responsible, and on the other hand, the high pressure pulsation resistance, for which in particular the area of the wave crests is decisive, are optimally ensured.
  • the metal hose is suitably ring corrugated and made of austenitic or ferritic steel or aluminum or Inconel or aluminum alloys.
  • the metal hose according to the invention has, over its axial length, a mobility in the three spatial axes of the order of magnitude of +/- 15 mm.
  • the metal hose Due to the design of the shaft geometry according to the invention, 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 be achieved within the shortest possible 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.
  • 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 hose 1 is shown schematically in axial section with radially outlying wave crests 2 and radially inwardly lying wave crests 3.
  • the ratio of D a to Di should be greater than 1, 3.
  • D 1 is for example 6.2 mm and D 3 9.7 mm, for DN 8 eg Dj 8.3 mm and D a 12.3 mm.
  • the wall thickness S of the metal hose is marked with S 3 in the area of the wave crests, while the wall thickness in the area of the wave troughs is marked with S 1 .
  • Both wall thicknesses are according to the invention between 0.10 and 0.25 mm.
  • 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 > S 1 .
  • the wavelength L w of the metal tube is indicated in the drawing, namely the distance between two axially adjacent same points, 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.
  • the present invention provides a refrigerant line which nonetheless advantageously combines the conflicting requirements with regard to mobility on the one hand and pressure pulsation resistance on the other hand by virtue of the flexibility and flexibility of the metal hose of the air conditioning line having sufficient wall thickness and hence pulsation damping it has a ratio of outer diameter (D a ) of the wave crests to inner diameter (Dj) of the troughs of greater than 1, 3 and that it at least in some areas a wall thickness (S a , Si) in the range of between 0.10 and 0.25 mm.

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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 seiner Beweglichkeit dadurch optimiert, dass er ein Verhältnis von Außendurchmesser (Da) der Wellenberge (2) zu Innendurchmesser (Di) der Wellentäler (3) von größer als 1,3 aufweist und er zumindest in Teilbereichen eine Wandstärke (Sa, Si) im Bereich von zwischen 0,10 und 0,25 mm aufweist.

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 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 Stabilität, insbesondere zur Erzielung einer Druckpulsationsdämpfung dennoch eine verbesserte Flexibilität ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Metallschlauch dadurch hinsichtlich seiner Beweglichkeit optimiert ist, dass er ein Verhältnis von Außendurchmesser der Wellenberge zu Innendurchmesser der Wellentäler von größer als 1 ,3 - und vorzugsweise von größer als 1 ,4 - aufweist und er zumindest in Teilbe- reichen seiner Wellung - insbesondere seiner Wellenberge und/oder Wellentäler - eine Wandstärke im Bereich von zwischen 0,10 und 0,25 mm aufweist.
Hierdurch fällt die Höhe der Wellen, also der Abstand des Außenradius der Wellenberge gegenüber dem Innenradius der Wellentäler im Vergleich zum Durchmesser der Kältemittelleitung ungewöhnlich hoch aus, was ein wesentlicher Grund für die vorteilhafte Flexibilität ist und wodurch sich der Erfindungsgegenstand von den bekannten Kältemittelleitungen unterscheidet.
Die Flexibilität wird vor allem aber auch dadurch erhöht, dass der Metallschlauch der Kältemittelleitung eine außergewöhnlich dünne Wandstärke von zwischen 0,10 und 0,25 mm aufweist. Die Anmelderin hat diesen Wandstärkenbereich als Optimum im Hinblick auf die Anforderungen an sowohl Druckfestigkeit (gegenüber bis zu 180 bar) als auch Beweglichkeit aufgefunden und führt damit den Metallschlauch absichtlich dünnwandiger aus, als dies an sich durch die geforderte Druckfestigkeit nötig wäre. Sie erreicht dies vor allem durch die sehr hohe Wellung und durch die sonstigen Abmessungen des Metallschlauches, nämlich dadurch dass dieser eine Wellenlänge von weniger als 3 mm, vorzugsweise zwischen 1 ,5 und 2,5 mm aufweist, wobei die WeI- len vorteilhafterweise Ω-förmig ausgebildet sind, um eine möglichst große Wellenanzahl pro Länge zu erhalten und damit die Flexibilität noch weiter zu vergrößern.
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 reduzieren würde. Der Innenliner besteht vorzugsweise aus PTFE oder einem PTFE- Verbundwerkstoff und weist zumindest in Teilbereichen eine Wandstärke (S3) 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. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Metallschlauch darüber hinaus dadurch hinsichtlich seiner Pulsationsfestigkeit einerseits und seiner 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 vorgeschlagen, 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 Längenän- derungseffekte 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 Wandstärke im Bereich zwischen 0,10 und 0,18 mm. Hierdurch wird einerseits die hohe Flexibilität, für die vor allem die Wellentäler verantwortlich sind, und andererseits die hohe Druckpulsationsfestigkeit, für die insbesondere der Bereich der Wellenberge maßgeblich ist, 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.
Was die geforderte Beweglichkeit betrifft, so weist der erfindungsgemäße Metallschlauch über seine axiale Länge eine Beweglichkeit in den drei Raumachsen in der Größenordnung von +/- 15 mm auf.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Wellengeometrie 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.
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 beispielsweise mit einer Axialabstützung in Form eines Geflechtsschlauchs oder mit ei- ner 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 beispielhaften 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.
Aus der Zeichnung kann man insbesondere den Innendurchmesser Dj der Wellentäler und den Außendurchmesser Da der Wellenberge entnehmen, wobei erfindungsgemäß das Verhältnis von Da zu Di größer als 1 ,3 sein soll. Bei Nennweiten (DN) von 6 mm der erfindungsgemäßen Kältemittelleitung beträgt D1 beispielsweise 6,2 mm und D3 9,7 mm, bei DN8 z.B. Dj 8,3 mm und Da 12,3 mm.
Die Wandstärke S des Metallschlauchs ist im Bereich der Wellenberge mit S3 gekennzeichnet, während die Wandstärke im Bereich der Wellentäler mit S1 gekennzeichnet ist. Beide Wandstärken liegen erfindungsgemäß zwischen 0,10 und 0,25 mm. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Wandstärke im Bereich der Wellenberge größer als die Wandstärke im Bereich der Wellentäler, also S3 > S1.
In der Zeichnung ist darüber hinaus noch die Wellenlänge Lw des Metallschlauchs angedeutet, nämlich der Abstand zwischen zwei axial benachbarten gleichen Punkten, also beispielsweise zwischen zwei ansteigenden Wellenflanken, zwei Wellenbergen etc. Diese Wellenlänge beträgt zweckmäßigerweise weniger als 3 mm und vor- zugsweise 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 vorteil- hafterweise vereinigt, indem der Metallschlauch der Klimaleitung bei ausreichender Wandstärke und damit Pulsationsdämpfung dadurch in seiner Flexibilität verbessert ist, dass er ein Verhältnis von Außendurchmesser (Da) der Wellenberge zu Innendurchmesser (Dj) der Wellentäler von größer als 1 ,3 aufweist und dass er zumindest in Teilbereichen eine Wandstärke (Sa, Si) im Bereich von zwischen 0,10 und 0,25 mm aufweist.

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 Beweglichkeit optimiert ist, dass er ein Verhältnis von Außendurchmesser (Da) der Wellenberge (2) zu Innendurchmesser (D1) der Wellentäler (3) von größer als 1 ,3 aufweist und dass er zumindest in Teilbereichen eine Wandstärke (S3, Sj) im Bereich von zwischen 0, 10 und 0,25 mm aufweist.
2. Kältemittelleitung nach zumindest Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Metallschlauch (1 ) ein Verhältnis von Außendurchmesser (Da) der Wellenberge (2) zu Innendurchmesser (Dj) der Wellentäler (3) von größer als 1 ,4 aufweist.
3. Kältemittelleitung nach zumindest Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Metallschlauch (1 ) zumindest in Teilbereichen seiner Wellenberge (2) eine Wandstärke (S3) im Bereich von zwischen 0,17 und
0,25 mm aufweist.
4. Kältemittelleitung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallschlauch (1 ) zumindest in Teilbereichen seiner Wellentäler (3) eine Wandstärke (SO im Bereich zwischen 0, 10 und 0, 18 mm aufweist.
5. Kältemittelleitung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallschlauch (1 ) zumindest in Teilbereichen seiner Wellenberge (2) eine größere Wandstärke (S3) aufweist als zumindest in Teilbereichen seiner Wellentäler (3, S1).
6. 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.
7. Kältemittelleitung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellen des Metallschlauchs (1 ) Ω-förmig ausgebildet sind.
8. Kältemittelleitung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallschlauch (1 ) ringgewellt ausgeführt ist.
9. Kältemittelleitung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallschlauch (1 ) für Drücke von bis zu 180 bar und/oder für innerhalb einer Viertelsekunde auftretende Druckpulsationskräfte von zwischen 5 und 180 bar ausgelegt ist.
10. Kältemittelleitung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallschlauche eine Permeationsdichtigkeit von weniger als 1 g/Jahr aufweist.
1 1 . 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.
12. 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 be- steht.
13. Kältemittelleitung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallschlauch mehrlagig ausgeführt ist.
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 Bereich 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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