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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Vorrichtung zur gasdichten Verbindung von zwei Rohrleitungsabschnitten,
insbesondere für
den Einsatz in einer Heiz-, Belüftungs-
und/oder Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs.
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Beim Verbinden von Rohren bzw. Rohrleitungsabschnitten
besteht selbstverständlich
die grundsätzliche
Notwendigkeit, den Verbindungsbereich so gut wie möglich bezüglich einer
Leckage abzudichten. Dies wird um so aufwendiger, je höher der Druck
des in den Rohren geführten
Gases ist und je kleiner die Moleküldurchmesser der Bestandteile
des Gases sind.
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Darüber hinaus müssen die
Verbindungen bzw. die eingesetzten Abdichtungen in vielen Anwendungen
schnellen und hohen Druckänderungen
widerstehen, ohne dabei zerstört
zu werden. Beispielsweise können
in Heiz-, Belüftungs-
und/oder Klimaanlagen eines Kraftfahrzeugs sehr hohe Drücke auftreten,
die insbesondere bei der Verwendung von Kohlendioxid als Kühlmittel,
das einen relativ kleinen Moleküldurchmesser
aufweist, kritisch sind.
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Bei der Verwendung von Kohlendioxid
treten neben Dichtproblemen zusätzlich
noch Diffusionsprobleme auf. Insbesondere kann bei einem hohem Druck
Kohlendioxid in das Dichtmaterial eindiffundieren und bei einem
schnellen Druckabfall expandieren. Dadurch kann die Dichtung gesprengt
bzw. beschädigt
werden. Dieses Problem ist allgemein als sog. „Dekompressionseffekt" bekannt.
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Eine Möglichkeit zur Lösung der
angesprochenen Probleme besteht darin, den Durchmesser eines der
Rohrabschnitte auszuweiten, den anderen Rohrabschnitt zu falzen
und die Rohrabschnitte ineinander zu verschieben, bis der aufgeschobene Rohrabschnitt
an den Falz anstößt. Üblicherweise wird
zusätzlich
der Stoßbereich
des aufgeschobenen Rohrabschnittes mit dem Falz mit weiteren Dichtmittel
versehen, um eine Leckage zu verhindern. Die Aufweitung ei nes der
Rohrabschnitte ist allerdings nur bei der Verwendung von relativ
dicken Wandungsstärken
möglich,
da die Wandungsstärke
bei der Aufweitung reduziert wird und eine zu dünne Wandung nicht die Notwendige
Stabilität
gewährleisten
kann. Zusätzlich
muß das
aufgeweitete Rohr relativ weit in axialer Erstreckung, nach Möglichkeit formschlüssig aufgeschoben
werden, um eine ausreichend große
axiale Stabilität
gewährleisten
zu können.
Neben dem hohem Zeitaufwand bei der Aufweitung und Vorbereitung
ist dies insbesondere bei der Montage und bei einer späteren Wartung
bezüglich
Verkantungen nachteilig und dementsprechend zeitaufwendig.
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Diese Geometrieprobleme treten insbesondere
bei den in Heiz-, Belüftungs-
und/oder Klimaanlagen eines Kraftfahrzeugs bevorzugt eingesetzten lichten
Rohrdurchmessern von 4 mm bis 8 mm mit relativ hohen Wandungsstärken auf.
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Eine weitere verbreitete Möglichkeit
besteht darin, die zu verbindenden Rohrabschnitte nicht lösbar miteinander
zu verbinden, sondern ein Lötverfahren
einzusetzen, beispielsweise ein Hartlötverfahren.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden
Erfindung eine Vorrichtung zur gasdichten Verbindung von zwei Rohrleitungsabschnitten
bereitzustellen, unter zumindest einer Reduzierung der oben genannten
Probleme.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale
des unabhängigen
Patentanspruchs gelöst,
wobei zweckmäßige Weiterbildungen
durch die Merkmale der abhängigen
Ansprüche
beschrieben sind.
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Insbesondere schlägt die vorliegende Erfindung
eine Vorrichtung zur gasdichten Verbindung von zwei Rohrleitungsabschnitten,
insbesondere für den
Einsatz in einer Heiz-, Belüftungs- und/oder Klimaanlage
eines Kraftfahrzeugs vor, wobei die Vorrichtung unterschiedlich
wechseldruckempfindliche, elastische Elemente umfaßt, wobei
wenigstens ein erstes relativ wechseldruckunempfindliches, unelastisches
Element einem zweiten relativ wechseldruckempfindlichen, elastischen
Element vorgeschaltet ist.
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Grundsätzlich ist festzustellen, daß ein unelastisches
Material, also ein festeres Material, wie beispielsweise ein PA,
PPA, PPS Kunststoff nur eine geringe bzw. eine vernachläßigbare
Tendenz aufweist, Gas eindiffundieren zu lassen. Daraus resultiert,
daß ein
unelastische Material nur eine geringe Wechseldruckempfindlichkeit
aufweist. Jedoch kann ein unelastische Material nur eine begrenzte
Dichtheit gewährleisten,
da ein entsprechend notwendiger vollständiger Formschluß nur eingeschränkt herstellbar
ist, da sich das unelastische Material nicht der Oberflächengeometrie
der abzudichtenden Materialen anpaßt. Aus diesem Grund werden
unelastische Materialien bisher praktisch nicht für kritische,
also beim Einsatz von hohen Anlagendrücken bzw. bei der Verwendung
von Gasen mit kleinen Moleküldurchmessern,
zur Abdichtung verwendet. Es besteht diesbezüglich für den Fachmann ein Vorurteil, das
ihn vom Einsatz von unelastischen Materialien zur Lösung von
Dichtproblemen grundsätzlich
abhält, dies
um so mehr, je kritischer die Anlagenparameter sind.
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Beim Einsatz von elastischen Materialien, wie
beispielsweise Gummi ergeben sich, wie bereits oben ausgeführt schwer
umgängliche
Diffusionsprobleme. In Gummi können
wesentlich einfacher Gasmoleküle
eindiffundieren und bei einem schnellen Druckabfall expandieren
und somit die Dichtung zerstören.
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Erst eine Kombination von elastischen
und unelastischen Materialien stellt auf überraschend einfache Weise
eine den Anforderungen genügende Dichtheit
und zusätzlich
eine hohe Wechseldruckunempfindlichkeit zur Verfügung. Ein unelastisches erstes
Element stellt dabei eine Art Dichtvorstufe dar, die ein nachgeschaltetes
zweites elastisches Element vor hohen Wechseldrücken schützt. Das zweiten Element muß praktisch
nur noch die Leckage des ersten Elements abdichten, somit treten
an dem zweiten Element keine Dekrompressionsprobleme auf, die das
elastische Element eventuell zerstören oder beschädigen könnten. Das
erste Element wird bevorzugt in einem relativ steifen Kunststoff
wie beispielsweise ein PA, PPA, PPS Kunststoff dargestellt, ebenso
könnte
jedoch ein deduktiles Metall eingesetzt werden. Das zweite Element
wird derzeit bevorzugt aus einem bekannten Gummimaterial wie beispielsweise
einem NBR oder einem EPDM hergestellt, wobei optimalerweise bereits
bekannte Dichtringe zum Einsatz kommen können.
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Darüber hinaus ist es von Vorteil,
daß das erste
Element in die Rohrleitungsabschnitte einschiebbar ist, wobei das
erste Element zumindest mit einem Rohrleitungsabschnitt form schlüssig verläuft, insbesondere
mit beiden Rohrleitungsabschnitten formschlüssig verläuft. Durch das Einschieben
des ersten Elements in die Rohrleitungsabschnitte kann die Stabilität in radialer
Erstreckung auf einfache Art und Weise gewährleistet bzw. erhöht werden.
Ein entsprechender Formschluß,
vorteilhafterweise über die
gesamte Erstreckung des ersten Elements in den Rohrleitungsabschnitten,
erhöht
die Dichtheit und darüber
hinaus die Stabilität
der Verbindung.
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Ferner ist es von Vorteil, daß insbesondere dem
ersten Element wenigstens eine Verrastung angeformt ist, die mit
einem der Rohrleitungsabschnitte lösbar in Eingriff bringbar ist.
Dadurch kann beispielsweise das erste Element bereits vorab montiert
werden, da die Vorrichtung bereits an einem der Rohrleitungsabschnitte
gegen ein Herausfallen gesichert ist. Darüber hinaus kann dadurch auf
einfache Art und Weise die optimale Positionierung des ersten Elements
hergestellt werden. Zudem kann bei der Montage durch ein entsprechendes
akustisches Einrasten festgestellt werden, ob das erste Element
korrekt Positioniert ist. Somit ist eine wesentlich schnellere Montage
möglich.
Durch ein Anformen von zwei Verrastungen, für jeden Rohrleitungsabschnitt
eine entsprechend korrespondierende Verrastung, kann bei der Montage
die Vorrichtung vorab praktisch ohne eine Kraftbeaufschlagung mit
den Rohrleitungsabschnitten in Eingriff gebracht werden und dadurch eine
optimale Positionierung erzielt werden.
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Vorteilhafterweise weist das erste
Element einen radialsymmetrischen Vorsprung auf, der in einen Bereich
zwischen Stoßbereichen
ragt, die durch Endbereiche der Rohrleitungsabschnitte gebildet sind,
insbesondere orthogonal zu den Symmetrieachsen der Rohrleitungen
verlaufend. Durch einen radialsymmetrischen Vorsprung, der zwischen
die Endbereiche der angrenzenden Rohrleitungsabschnitte ragt bzw.
von diesen eingeklemmt wird, kann eine vorab genau definierte Positionierung
der Rohrleitungsabschnitte festgelegt werden. Darüber hinaus
kann durch eine derartige Geometrie die Dichtheit des ersten Elements
bezüglich
des zweiten Elements weiter verbessert werden. Ferner kann durch das
Vorsehen eines radialsymmetrischen Vorsprungs gewährleistet
werden, daß das
zweite Element in radialer Erstreckung richtig Positioniert ist. Insbesondere
wird dadurch ein „Einsaugen" des zweiten Elements
in die Rohrleitungsabschnitte bei einem eventuell auftretendem Druckabfall
verhindert. Die Abdichtfunktion des Vorsprungs bzw. des ersten Elements
kann durch eine entsprechende Anspitzung der Geometrie des Vorsprungs,
in Richtung der Stoßbereiche
noch weiter verbessert werden. Durch die orthogonale Ausbildung
der Endbereiche der Rohrleitungsabschnitte ergibt sich eine Eingriffsfläche mit
dem ersten Element, die in axialer Erstreckung verläuft.
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Ferner ist es von Vorteil, daß das zweite
Element an der Außenseite
des Vorsprungs des ersten Elements angeordnet ist. Durch die direkt
benachbarte Anordnung des zweiten Elements kann die Leckage des
ersten Elements besonders einfach abgedichtet werden.
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Vorteilhafterweise ist eine Muffe
vorgesehen, die mit flanschartigen Stoßbereichen der Rohrleitungsabschnitte
in Eingriff bringbar ist. Dadurch liegt an jeweils einer Wandungsseite
der Rohrleitungsabschnitte die Muffe an, die in axialer Richtung
diese mit Kraft beaufschlagen kann. An der jeweilig gegenüberliegenden
Wandungsseite der Stoßbereiche
liegt das erste und das zweite Element an. Durch eine derartige
Ausgestaltung ergibt sich eine besonders vorteilhafte Sandwichschichtung
von der Muffe, den Stoßbereichen
und den abdichtenden Elementen, die gemeinsam durch die Muffe mit
Kraft beaufschlagt werden können.
Somit kann zusätzlich
eine vorgesehene Positionierung gewährleisten werden.
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Des weiteren ist es von Vorteil,
daß die
axiale Erstreckung des ersten Elements größer ist, als die axiale Erstreckung
des zweiten Elements und/oder die axiale Erstreckung der Muffe.
Dadurch ergibt sich eine besonders vorteilhafte Geometrie einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung,
die sowohl in radialer, als auch in axialer Erstreckung den hohen
Anforderungen für
den Einsatz in einer Heiz-, Belüftungs- und/oder
Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs bezüglich der Stabilität genügt.
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Ferner ist es von Vorteil, daß die axiale
Erstreckung des zweiten Elements größer ist, als die axiale Erstreckung
des Vorsprungs. Dadurch kann sichergestellt werden, daß die zwischen
der Wandung der Stoßbereiche
und dem ersten Element auftretende Leckage durch das zweite Element
abgedichtet wird, selbst wenn ein wechselseitiger unmittelbarer Eingriff
zwischen den Stoßbereichen
nicht besteht.
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Weiterhin kann es von Vorteil sein,
daß eine radiale
Einrichtung vorgesehen ist, zum radialen Fixieren und/oder zum Beaufschlagen
des zweiten Elements. Dadurch kann selbst bei hohen Vibrationen eine
exakte Positionierung des zweiten Elements sichergestellt werden.
Darüber
hinaus wird verhindert, daß das
zweite Element bei hohen Drücken
aufgeweitet wird bzw.
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nach außen gedrückt wird. Als radiale Einrichtung
kann beispielsweise eine einfache Beilagscheibe oder ein Metallring
eingesetzt werden.
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Bevorzugterweise sind das erste und
das zweite Element einstückig
ausgebildet und insbesondere mit Hilfe eines Mehrkomponenten-Spritzgußverfahrens
hergestellt. Durch die einstückige
Herstellung der beiden Elemente kann die optimale Positionierung
dieser gewährleistet
werden. Eine einstückige
Herstellung mit Hilfe eines gängigen
Spritzgußverfahrens
erlaubt darüber
hinaus eine sehr kostengünstige
Produktion der Dichtelemente.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
sind das zweite Element und die radiale Einrichtung einstückig ausgebildet.
Dadurch besteht die Möglichkeit,
das erste Element mit entsprechend großer Kraft beaufschlagen zu
können,
ohne dabei eventuell das elastischere und empfindlichere zweite Element
zu beschädigen.
Ferner kann dadurch eine genaue Positionierung der radialen Einrichtung
und des zweiten Elements zueinander gewährleistet werden.
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Vorteilhafterweise widersteht die
Vorrichtung bzw. die mit Hilfe dieser hergestellte Verbindung der beiden
Rohrleitungsabschnitte zumindest einem Druck von 140 bar und ist
insbesondere bezüglich Kohlendioxid
gasdicht. Kohlendioxid ist derzeit ein bevorzugtes Kühlmedium
in Heiz-, Belüftungs- und/oder
Klimaanlagen, die mit einem Anlagendruck zwischen 100 bis 140 bar
betrieben werden.
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Weiterhin ist es von Vorteil, daß in einer
offenen Positionierung der Muffe, die Vorrichtung einen nicht gasdichten
Zusammenhalt der Rohrleitungsabschnitte bereitstellt. Bei einer
Wartung einer Heiz-, Belüftungs-
und/oder Klimaanlage kann es beispielsweise notwendig sein, die
Rohrleitungen gasfrei bereitzustellen und dabei den Zusammenhalt
der Rohrleitungen weiterhin aufrecht zu erhalten. Darüber hinaus
wird dadurch der bei hohem Druck auftretende Rückschlag aufgefangen. Ferner
können
die verschiedenen Rohrleitungsabschnitte dadurch spannungsfrei vormontiert
werden und erst, wenn alle Rohrleitungen miteinander verbunden sind
bzw. angeschlossen sind, mit Kraft beaufschlagt werden.
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In einer derzeit bevorzugten Ausführungsform
ist die Vorrichtung eine axial Dichtung. Für axiale Dichtungen sind bislang
keine hinreichend dichten und dabei ausreichend stabilen Lö sungen für den Einsatz
in Heiz-, Belüftungs-
und/oder Klimaanlage bekannt, so daß hier eine erfindungsgemäße Vorrichtung
eine besonders vorteilhafte Lösung
darstellt.
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Weitere Merkmale und Vorteile der
Erfindung werden deutlicher beim Lesen der folgenden, lediglich
beispielhaften und nicht einschränkend
angeführten
Beschreibung, welche unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen
erfolgt. Darin zeigt:
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1 einen
Querschnitt einer derzeit bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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2 eine
Ausschnitt des Querschnitts der Ausführungsform aus 1;
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3 einen
Ausschnitt eines Querschnitts einer weiteren Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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1 zeigt
einen Querschnitt einer derzeit bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Verbindung von zwei Rohrleitungsabschnitten 1, 2.
In 1 ist die Vorrichtung
in einem mit den zwei Rohrleitungsabschnitten 1, 2 montiertem
Zustand dargestellt. Die Vorrichtung ist, wie in 1 zu erkennen in ihrer gesamten axialen Erstrekkung
rotationssymmetrisch bezüglich
einer Achse 3.
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In die Rohrleitungsabschnitte 1, 2 ist
ein unelastisches Element 4 eingebracht, das im wesentlichen über seine
gesamte axiale Erstreckung formschlüssig an den Innenwandungen
der Rohrleitungsabschnitten 1, 2 anliegt. Das
Element 4 hintergreift in einem ersten Rastbereich 5 und
in einem zweiten Rastbereich 6 die entsprechend korrespondierend dazu
angeformten Bereiche der Rohrleitungsabschnitte 1, 2.
Im mittleren Bereich des Elements 4 ist ein Vorsprung 7 vorgesehen,
der die maximale radiale Erstreckung des Elements 4 darstellt.
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Die Rohrleitungsabschnitte 1, 2 weisen
in ihren zueinander benachbarten Endbereichen orthogonal zur Achse 3 verlaufende
Stoßbereiche 8, 9 auf, die
durch den formschlüssig
anliegenden Vorsprung 7 konstant voneinander beabstandet
und in ihrer Position fixiert werden.
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An der Außenseite des Vorsprungs 7 ist
ein Dichtring 10 vorgesehen, der den von den Stoßbereichen 8, 9 begrenzten
Raum vollständig
ausfüllt.
Der Dichtring 10 weist in ausgebautem Zustand eine größere axiale
Erstreckung auf, als die des Vorsprungs 7.
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An der Wandungsaußenseite der Stoßbereiche 8, 9 ist
eine flanschartige Muffe 11 angebracht, die mittels wenigstens
zweier Schraubverbindungen 12, 13 die Stoßbereiche 8, 9 mit
einer axial wirkenden Kraft beaufschlagen kann. Die Muffe 11 liegt
in ihren an den Rohrleitungsabschnitten 1, 2 angrenzenden Bereichen
formschlüssig
an den Wandungsaußenseiten
an.
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2 zeigt
einen Ausschnitt des Querschnitts der Ausführungsform aus 1. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen
versehen. In 2 ist der
Bereich zwischen den Stoßbereichen 8, 9 vergrößert dargestellt.
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Im Bereich zwischen der Muffe 11 und
dem Dichtring 10 ist ein radial wirkender Fixierring 14 vorgesehen,
der den Dichtring 10 an die Außenseite des Vorsprungs 7 drückt. Wie
in 2 zu sehen, ist der Vorsprung 7 in
Richtung der Stoßbereiche 8, 9 leicht angephast
bzw. angespitzt. In der in 2 dargestellten
Ausführungsform
weist der Dichtring 10 an der am Vorsprung 7 anliegenden
Seite im ausgebauten Zustand eine größere Ausdehnung auf, als an
der vom Vorsprung 7 abgewandten Seite, wobei der am Vorsprung 7 anliegende
Bereich mit einem Klebemittel versehen ist.
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3 zeigt
einen Ausschnitt einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Auf eine ausführliche
Beschreibung gleicher Teile wird aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet.
Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Der wesentliche Unterschied zu der
in 1 und 2 dargestellten Ausführungsform besteht darin, daß der Dichtring 10 in
einem ausgebauten Zustand an der am Vorsprung 7 anliegenden
Seite eine kleinere Ausdehnung aufweist, als an der am Fixierring 14 anliegenden
Seite. In dieser Ausführungsform
ist an der am Fixierring 14 anliegenden Seite des Dichtrings 10 ein
Klebemittel vorgesehen, um den Dichtring 10 am Fixierring 14 zu
fixieren.
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Bei der Montage wird in einem ersten
Schritt das erste Element 4 beispielsweise in den ersten Rohrleitungsabschnitt 1 eingeführt, soweit,
bis die Verrastung 5 den Rohrleitungsabschnitt 1 in
einem entsprechend angeformten Bereich hintergreift. In der eingerasteten
Positionierung liegt zudem der Vorsprung 7 an dem Stoßbereich 8 des
ersten Rohrleitungsabschnittes 1 formschlüssig an.
Je nach Ausführungsform
wird anschließend
der Dichtring 10 und der Fixierring 14 auf den
Vorsprung 7 bzw. auf, oder in die Muffe 11 aufgeschoben.
In der einstükkigen Ausführung des
ersten Elements 4 und des Dichtrings 10 wird in
diesem Arbeitsschritt nur noch der Fixierring 14 aufgeschoben.
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Im nächsten Schritt wird der zweite
Rohrleitungsabschnitt 2 auf das erste Element 4 aufgeschoben,
bis dieser ebenfalls am Vorsprung 7 formschlüssig anliegt
und die zweite Verrastung 6 einrastet. Der Dichtring 7 und
der Fixierring 14 sind dadurch bereits in einer vorgesehenen
Positionierung fixiert.
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Je nach Ausführungsform der Muffe 11,
ist diese schon vor Montage auf die Rohrleitungsabschnitte 1, 2 aufgeschoben
und durch einen Wulst 15 gehalten. Alternativ kann in einer
mehrteiligen Ausgestaltung der Muffe 11 erst abschließend mit
den Rohrleitungsabschnitten 1, 2 in Eingriff gebracht
werden. Abschließend
kann mittels der Schraubverbindungen 12, 13 die
Verbindung mit einer axial wirkenden Kraft beaufschlagt werden,
bis die Verbindung abgedichtet ist.
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Zusammenfassend ist festzustellen,
daß das erfindungsgemäße Konzept
darauf beruht, einer elastischen Gummidichtung, die sehr wechseldruckempfindlich
ist, eine relativ feste wechseldruckunempfindliche Dichtung vorzuschalten,
so daß die Gummidichtung
durch die vorgeschaltete Dichtung vor schnellen Druckänderungen
geschützt
wird.
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Die Erfindung stellt also allgemein
eine Lösung
zur Verbindung von Leitungen und Rohren bereit, die den hohen Anforderungen
an die Dichtheit und an die Stabilität genügt, und dabei aber wesentlich
einfacher zu handhaben ist. Entgegen dem bisher üblichen in situ Anformen von
Stoßfalzen
und dem Aufweiten des Rohres, mit den benannten Nachteilen bezüglich Dichtheit
und Stabilität,
können durch
die hier vorgeschlagene Lösung
bereits bei der Herstellung der Rohre symmetrisch angeformte Rohrleitungsabschnitte
auf einfache und kostengünstige
Weise verbunden werden und dabei unter Erhöhung der Dichtheit und der
Stabilität
in sowohl axialer, als auch radialer Erstreckung.
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Obwohl die vorliegende Erfindung
vorangehend unter Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform
vollständig
beschrieben wurde, sollte der Fachmann erkennen, daß verschiedene
Veränderungsmöglichkeiten
im Rahmen der beiliegenden Ansprüche
möglich
sind, ohne von dem erfindungsgemäßen Konzept
und dem beanspruchten Schutz abzuweichen.