DE102016015239B4

DE102016015239B4 - Verfahren zur Herstellung eines mehrlagigen Kühlmittelschlauches mit thermischer Isolierung und Kraftfahrzeug-Kühlmittelschlauch

Info

Publication number: DE102016015239B4
Application number: DE102016015239.7A
Authority: DE
Inventors: Stefan Micko
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2016-12-21
Filing date: 2016-12-21
Publication date: 2022-02-17
Anticipated expiration: 2036-12-22
Also published as: DE102016015239A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines mehrlagigen Kühlmittelschlauches (100) mit thermischer Isolierung (135), umfassend folgende Schritte:- Bereitstellen eines Schlauches (110), der aus einem elastomeren Material gebildet und mit einem Verstärkungsgewebe (120) versehen ist;-Aufbringen eines Überzuges (130) auf den Schlauch (110), wobei der Überzug (130) aus einem elastomeren und mit Treibmittel angereicherten Material gebildet wird;- Durchführen einer Wärmebehandlung, bei welcher der Überzug (130) aufschäumt und die thermische Isolierung (135) bildet; dadurch gekennzeichnet,dass das Verstärkungsgewebe (120) ein aus Aramidfasern gebildetes Gewebe, Geflecht oder Gewirke ist, unddass das elastomere Material des bereitgestellten Schlauches (110) und das elastomere Material des Überzugs (130) gummiartige Werkstoffe sind, unddass die Wärmebehandlung ein Vulkanisationsprozess ist, bei dem sich die gummiartigen Werkstoffe durch das aus Aramidfasern gebildete Gewebe, Geflecht oder Gewirke hindurch vernetzen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines mehrlagigen bzw. mehrschichtigen Kühlmittelschlauches mit thermischer Isolierung.
Die Erfindung betrifft ferner einen verfahrensgemäß hergestellten Kühlmittelschlauch, insbesondere zur Verwendung als Kühlwasserschlauch zur Kühlung einer Verbrennungskraftmaschine oder einer E-Maschine in einem Kraftfahrzeug.
Unter einem Kühlmittelschlauch wird eine flexible Kühlmittelleitung verstanden, vorzugsweise zur Verwendung im Fahrzeugbau und insbesondere zur Verwendung im Motorenbau (d. h. sowohl für Verbrennungsmotoren als auch für elektrische Maschinen). Für diesen Zweck sind aus dem Stand der Technik mehrlagige Standard-Kühlmittelschläuche bekannt, die aus einer inneren und einer äußeren EPDM-Lage (EPDM = Ethylene Propylene Diene Monomer bzw. Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk) und einem dazwischen befindlichen Verstärkungsgewebe, bspw. ein Aramidgeflecht, bestehen (dreilagiger Aufbau).
Zusätzlich kann eine thermische Isolierung vorgesehen werden. Hierzu wird in einem separaten Arbeitsschritt thermisches Isolationsmaterial auf die vorgefertigten Kühlmittelschläuche aufgebracht, bspw. durch Aufschieben, Umwickeln, Umgießen oder Umschäumen. Dies ist nicht nur aufwändig, sondern bedingt zuweilen auch eine nicht zufriedenstellende thermische Isolierung.
Zum Stand der Technik wird auf die EP 2 234 801 B1 hingewiesen, die einen verstärkten Schlauch zur Verwendung als Kühlmittelschlauch in Fahrzeugmotoren und ein Herstellverfahren für diesen Schlauch beschreibt.
Die US 6 742 545 B2 offenbart eine flexible Schlauchkonstruktion, die zum Fördern von Flüssigkeiten unter Druck geeignet ist und relativ hohen Außendrücken standhält, ohne zusammenzufallen. Die röhrenförmige Konstruktion umfasst eine erste Verstärkungsschicht, einen inneren Mantel, der die erste Verstärkungsschicht umgibt, eine zweite Verstärkungsschicht, die den inneren Mantel umgibt, und einen äußeren Mantel, der die zweite Verstärkungsschicht bedeckt.
Die US 3 371 381 A offenbart eine Vorrichtung zum Herstellen eines Faltenschlauches aus Gummi, mit einem Dorn zur Aufnahme eines Zylindrischen Schlauchrohlings und zugeordneten axial relativ zueinander bewegbaren Druckblockhälften und Haltegliedern.
Die DE 196 01 667 A1 offenbart eine Steckverbindung für den Anschluss von Rohr- und Schlauchleitungen umfassend eine in die Schlauchinnenseite eingeschobene Innenhülse und eine mit dieser verbundene, auf die Schlauchoberseite aufgeschobene Außenhülse sowie einen auf die Außenhülse aufgeschobenen Rohrstutzen mit einem federnden Sicherungsteil. Die auf dem Schlauch lagegesichert ohne mechanische Befestigungsmittel angeordnete Außenhülse ist stofflich, form- oder kraftschlüssig mit dem Außenumfang des Schlauches verbunden.
Mit der Erfindung soll aufgezeigt werden, wie die thermische Isolierung von Kühlmittelschläuchen optimiert und die Herstellung vereinfacht werden kann.
Dies gelingt mit einem erfindungsgemäßen Verfahren entsprechend dem Patentanspruch 1. Mit dem nebengeordneten Patentanspruch 8 erstreckt sich die Erfindung auch auf einen verfahrensgemäß hergestellten Kraftfahrzeugkühlmittelschlauch. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich analog für beide Erfindungsgegenstände aus den abhängigen Patentansprüchen, den nachfolgenden Erläuterungen und der Zeichnung.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist folgende Verfahrensschritte auf:

- Bereitstellen eines Schlauches, der aus einem elastomeren Material gebildet und mit einem Verstärkungsgewebe bzw. einer textilen Verstärkung versehen ist, wobei das Verstärkungsgewebe insbesondere auf dem äußeren Umfang des elastomeren Schlauches aufgebracht ist;
- Aufbringen eines Überzuges bzw. einer Ummantelung auf den elastomeren Schlauch, wobei der Überzug aus einem elastomeren und mit Treibmittel angereicherten Material gebildet ist bzw. gebildet wird;
- Durchführen einer Wärmebehandlung, bei welcher der Überzug (durch Aktivierung des Treibmittels) aufschäumt und die thermische Isolierung bildet.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann ferner noch den vorausgehenden Schritt aufweisen:

- Extrusion des Schlauches aus dem elastomeren Material und Aufbringen des Verstärkungsgewebes auf den äußeren Umfang des extrudierten Schlauches.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich sowohl für eine kontinuierliche Herstellung eines Schlauchstrangs als auch zur diskontinuierlichen Herstellung einzelner Schlauchstücke, die auch räumlich geformt sein können und/oder veränderliche Querschnitte bzw. Wandstärken aufweisen können.
Der bereitgestellte oder zuvor erzeugte Schlauch bildet die innere Lage (Innenlage, Innenschicht bzw. innerer Teilschlauch) und der aufgebrachte und geschäumte Überzug bildet die äußere Lage (Außenlage, Außenschicht bzw. äußerer Teilschlauch). Zwischen der inneren Lage und der äußeren Lage befindet sich als Zwischenlage das Verstärkungsgewebe, das quasi als Festigkeitsträger fungiert. Der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Kühlmittelschlauch ist somit wenigstens dreilagig.
Die Erfindung sieht also vor, dass die thermische Isolierung bereits im ursprünglichen Herstellungsprozess des Kühlmittelschlauches erzeugt bzw. miterzeugt wird und dadurch ein separater nachgeschalteter Arbeitsschritt entfällt. Außerdem weist die derart gebildete thermische Isolierung sehr gute Isolationseigenschaften und auch mechanische Eigenschaften auf.
Es ist vorgesehen, dass das elastomere Material des bereitgestellten oder zuvor erzeugten Schlauches und das elastomere Material des Überzugs gummiartige Werkstoffe sind, und dass die Wärmebehandlung ein Vulkanisationsprozess ist, bei dem sich die gummiartigen Werkstoffe durch das Verstärkungsgewebe hindurch stoffschlüssig verbinden bzw. vernetzen. Durch die Vulkanisierung werden der innere Teilschlauch und der äußere Teilschlauch vernetzt, so dass der hergestellte Kühlmittelschlauch nicht mehr aus konzentrischen Teilschläuchen besteht, sondern quasi einstückig ausgebildet ist. Das Verstärkungsgewebe muss die Vernetzung zulassen und ist bspw. entsprechend grobmaschig ausgebildet.
Ein gummiartiges Material bzw. ein gummiartiger Werkstoff ist insbesondere ein natürlicher oder synthetischer Kautschuk, welcher insbesondere vulkanisierbar ist. Vorzugsweise handelt es sich bei beiden gummiartigen Werkstoffen um EPDM, insbesondere ähnliches oder identisches EPDM. Andere gummiartige Werkstoffe sind in der EP 2 234 801 B1 benannt.
Der Überzug kann durch Aufspritzen oder durch Extrusion des elastomeren und mit Treibmittel versetzten Materials auf das Verstärkungsgewebe des bereitgestellten oder zuvor erzeugten Schlauches aufgebracht werden. Das Aufspritzen erfolgt insbesondere in einem Spritzgießwerkzeug. Die Extrusion erfolgt insbesondere mittels Mantelextruder (Mantelextrusion).
Das Verstärkungsgewebe ist erfindungsgemäß ein aus Aramidfasern gebildetes Gewebe, Geflecht oder Gewirke.
Eine besonders bevorzugte Weiterbildung sieht vor, dass nach dem Aufbringen des Überzugs und vor der Wärmebehandlung bzw. Vulkanisation Hülsen auf die Enden des erhaltenen Schlauches aufgesetzt werden, die dann während der Wärmebehandlung bzw. des Vulkanisationsprozesses die Formstabilität und einen gewünschten Soll-Außendurchmesser gewährleisten. Die Hülsen fungieren quasi als Expansionsbegrenzungsvorrichtungen. Die bspw. aus Metall, Kunststoff, Faserkunststoffverbund oder auch nur aus Fasern gebildeten Hülsen können anschließend (d. h. nach der Wärmebehandlung bzw. Vulkanisation und Abkühlung) wieder entfernt werden oder können auch dauerhaft bzw. permanent auf dem hergestellten Kühlmittelschlauch verbleiben.
Üblicherweise werden Kühlmittelschläuche mittels Federbandschellen, Pressringen u. Ä. mit anderen Schläuchen, Rohren, Bauteilstutzen und dergleichen verklemmt. Die geschäumte äußere Lage bzw. die Außen- oder Oberfläche eines erfindungsgemäßen Kühlmittelschlauches wird dabei verpresst, wobei dennoch eine benötigte Anpresskraft gewährleistet werden muss. Die geschäumte äußere Lage könnte außerdem durch Scherwirkung beschädigt werden. Ferner kann bei der Montage der Durchmesser des Befestigungsmittels für den geschäumten Schlauch zu klein sein. Dies ist umgehbar, durch Verwendung von Hülsen bzw. hülsenartigen Expansionsbegrenzungsvorrichtungen, die vor der Wärmebehandlung bzw. Vulkanisation auf die Enden des Schlauches aufgesetzt werden (wenigstens eine Hülse an wenigstens einem Schlauchende). Dadurch erhalten die Schlauchenden einen gewünschten Soll-Außendurchmesser (die Schlauchenden sind also trotz Aufschäumens maßhaltig) und die äußere Lage ist nicht oder zumindest nur stark reduziert geschäumt im Vergleich zum restlichen Schlauchverlauf.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Die in der Zeichnung gezeigten oder nachfolgend erläuterten Merkmale können, auch losgelöst von konkreten Merkmalskombinationen, allgemeine Merkmale der Erfindung sein und die Erfindung weiterbilden.

1 veranschaulicht schematisch in mehreren Einzeldarstellungen den erfindungsgemäßen Verfahrensablauf.

1a zeigt ein Schlauchstück 110, das aus einem ungeschäumten bzw. massiven gummiartigen Material bzw. Werkstoff gebildet und mit einem Verstärkungsgewebe 120 versehen ist. Beispielhaft handelt es sich um ein gerades Schlauchstück, wobei Kühlmittelschläuche in der Regel einen gekrümmten oder sogar mehrfach gekrümmten Verlauf aufweisen und außerdem auch mit veränderlichen Strömungsquerschnitten ausgebildet sein können. Das Schlauchstück 110 und der daraus hergestellte Kühlmittelschlauch können auch andere Querschnittsformen als den gezeigten Kreisquerschnitt aufweisen. Mit I ist die axiale Richtung und mit r ist die radiale Richtung angegeben.
Auf das bereitgestellte oder zuvor erzeugte Schlauchstück 110 wird ein Überzug bzw. eine Ummantelung 130 aufgebracht, wie in 1b gezeigt. Der Überzug bzw. die Ummantelung 130 ist ebenfalls aus einem gummiartigen Material gebildet, wobei dem gummiartigen Material ein Treibmittel zum Aufschäumen zugesetzt wurde. Bevorzugt handelt es sich um das gleiche gummiartige Material, das auch für das Schlauchstück 110 verwendet wird.
Das erhaltene bzw. nun mit dem Überzug 130 versehene Schlauchstück 110 wird dann einem Vulkanisationsprozess unterzogen, bei dem sich die gummiartigen Materialien durch das Verstärkungsgewebe 120 hindurch vernetzen. Beim Vulkanisieren wird auch das im Überzug 130 enthaltene Treibmittel aktiviert, wodurch der Überzug 130 aufschäumt und eine thermische Isolierung bzw. Isolierschicht 135 bildet, wie in 1c gezeigt. Die geschäumte äußere Isolierschicht 135 ist also mit der ungeschäumten inneren Schicht 110 durch Vernetzung stoffschlüssig verbunden.
Wie ferner aus 1c ersichtlich, ist auf einem der Schlauchstückenden eine Hülse 140 angeordnet, die vor dem Vulkanisieren aufgeschoben wird und die beim Vulkanisieren einen gewünschten Soll-Außendurchmesser D gewährleistet, indem diese das Aufschäumen des Überzugs 130 in radialer Richtung begrenzt. Die Hülse 140 kann später entfernt werden oder dauerhaft am hergestellten Kühlmittelschlauch 100 verbleiben. Wie ferner aus 1c ersichtlich weist der hergestellte Kühlmittelschlauch 100 eine dreilagige Wandung auf.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines mehrlagigen Kühlmittelschlauches (100) mit thermischer Isolierung (135), umfassend folgende Schritte: - Bereitstellen eines Schlauches (110), der aus einem elastomeren Material gebildet und mit einem Verstärkungsgewebe (120) versehen ist; -Aufbringen eines Überzuges (130) auf den Schlauch (110), wobei der Überzug (130) aus einem elastomeren und mit Treibmittel angereicherten Material gebildet wird; - Durchführen einer Wärmebehandlung, bei welcher der Überzug (130) aufschäumt und die thermische Isolierung (135) bildet; dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungsgewebe (120) ein aus Aramidfasern gebildetes Gewebe, Geflecht oder Gewirke ist, und dass das elastomere Material des bereitgestellten Schlauches (110) und das elastomere Material des Überzugs (130) gummiartige Werkstoffe sind, und dass die Wärmebehandlung ein Vulkanisationsprozess ist, bei dem sich die gummiartigen Werkstoffe durch das aus Aramidfasern gebildete Gewebe, Geflecht oder Gewirke hindurch vernetzen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als gummiartige Werkstoffe EPDM verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, ferner umfassend den vorausgehenden Schritt: - Extrusion des Schlauches (110) aus dem elastomeren Material und Aufbringen des Verstärkungsgewebes (120) auf den äußeren Umfang des extrudierten Schlauches (110).
Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Überzug (130) durch Aufspritzen oder durch Extrusion des elastomeren und mit Treibmittel angereicherten Materials auf das Verstärkungsgewebe (120) aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Aufbringen des Überzugs (130) und vor dem Vulkanisationsprozess auf wenigstens ein Ende des erhaltenen Schlauches (110/120/130) wenigstens eine Hülse (140) aufgesetzt wird, die während dem Vulkanisationsprozess die Formstabilität und einen gewünschten Soll-Außendurchmesser (D) gewährleistet.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (140) anschließend wieder entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (140) dauerhaft auf dem hergestellten Kühlmittelschlauch (100) verbleibt.
Kraftfahrzeugkühlmittelschlauch (100), hergestellt mit einem Verfahren gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche.