Die Erfindung betrifft einVerfahren zumHerstellen einer Fluidleitung, insbesondere einer Fluidleitung in einer CO2-Kälteanlage.

In vielen technischen Anlagen, z.B. Kälteanlagen oder Hydraulikanlagen, wird ein Fluid unter hohem Druck und/oder hohen Temperaturen transportiert. Die dazu benutzten Leitungen sind in der Regel aus metallischen Werkstoffen hergestellt und weisen relativ hohe Wand- stärken auf. Wünscht mangleichzeitig flexible Leitungen, um z.B. Anforderungen anVibrationsfestigkeit zugenügen, werden diese Leitungen oft um Ihre Längsachse gewickelt. Solche gewickelten Leitungen können jedoch nur mit einem begrenzten Querschnitt hergestellt werden. Wünscht man eine größere Durchflussmenge, dann teilt man die Leitung in mehrere Einzelrohre auf. Die einzeln hergestellten gewickelten Rohre werden dabei nachträglich ineinander geschoben. Dieses Verfahren ist relativ aufwendig und erfordert engeToleranzeninBezugauf die Steigungundden Durchmesser der Windungen.

Eine Kälteanlage besteht in der Regel aus mehreren Komponenten. Hierzu zählen ein Kompressor, zwei Wärme¬ tauscher und ein Ventil. Diese Komponenten müssen durch Leitungen miteinander verbunden werden. Insbesondere bei mobilenAnwendungen, beispielsweise Kälteanlagen, die zur KühlunginKraftfahrzeugeneingesetztwerden, müssendiese Leitungen neben Korrosionsbeständigkeit und Vibrati¬ onsfestigkeit auch eine gewisse Flexibilität aufweisen. Andererseits muß eine derartige Leitung vor allem dann, wenn CO2 (Kohlendioxid) als Kältemittel verwendet wird, eineerheblicheDruckfestigkeitaufweisen. Dies führtdazu, daß eine derartige Leitung relativ teuer ist.

DerErfindungliegtdieAufgabe zugrunde, einschnellesund kostengünstiges Verfahren zum Herstellen einer Fluid- leitung anzugeben.

DieseAufgabewirderfindungsgemäßdadurchgelöst, daßman mehrere Rohrleitungen gleichzeitig über mindestens eine Rolle zuführt, die mit Umfangsnuten versehen ist, und die Rohrleitungen parallel zueinander schraubenlinienförmig wickelt, wobei man jede Rohrleitung entlang einer Schraubenlinie führt und die Schraubenlinien aller Rohrleitungen parallel verlaufen.

Mit dieser Ausgestaltung kann man relativ dünne Rohr¬ leitungen verwenden. Der wirksame Querschnitt der FIu- idleitung ergibt sich dann aus der Summe der Querschnitte aller Rohrleitungen. Rohrleitungen mit einem ver¬ gleichsweise dünnen Querschnitt haben von sich aus eine relativhoheDruckfestigkeit, d.h. derAufwand, denmanfür dieDruckfestigkeittreibenmuß, kannkleingehaltenwerden. Durch die schraubenlinienförmige Anordnung der einzelnen Rohrleitungen ergibt sich auch eine gewisse Flexibilität. Die Herstellung wird dadurchbesonders kostengünstig, daß man mehrere Rohrleitungen gleichzeitig und parallel wickelt. Dadurch erreicht man praktisch automatisch eine Anordnung der Rohrleitungen dergestalt, daß die Rohr¬ leitungenbenachbart odermit einemvorbestimmtenAbstand zueinander vorliegen. Nachträgliches Montieren einzelner Rohrleitungen ineinander, oder Justieren kann entfallen. Mit dem Wickeln der Rohrleitungen ist ein großer Teil des Herstellungsvorgangs abgeschlossen. Das Verfahren ist prinzipiell für die Herstellung von Fluidleitungen, z.B. fürHydraulik- oder Kälteanlagen geeignet. Eine besondere Bedeutung gewinnt das Verfahren aber für Anlagen, die mit Kältemittel arbeiten, dasuntereinemhöherenDrucksteht, beispielsweise CO2 (Kohlendioxid) . Man führt dabei die Rohrleitungen über mindestens eine Rolle zu, die mit Umfangsnuten versehen ist. Mit dieser Rolle läßt sich die gewünschte seitliche Ausrichtung der Rohrleitungen re- lativ zueinander auf einfache Weise sicherstellen. Wenn man mehrere Rollen gleicher Art verwendet, dann kann man überdenUmfangdereinzelnenWindungenderSchraubenlinie eine relativ genaue Positionierung der einzelnen Rohr¬ leitungen relativ zueinander erreichen. Sobald die Rohrleitungenüber einenAnfangswinkel vonbeispielsweise 10° gebogenworden sind, ist eine Führungmit Rollennicht mehr unbedingt erforderlich, weil sich die einmal ge¬ bildeten Windungen nicht mehr von alleine aufbiegen.

Hierbei ist bevorzugt, daß man die Rohrleitungen nach dem HerstellenderWindungennacheinanderablängtundzwischen jedemSchneidvorgangdasdurchdieRohrleitungengebildete Bündel umeinenvorbestimmtenWinkel verdreht. Damit trägt manderTatsacheRechnung, daßdie einzelnenRohrleitungen später, d.h. wenndieWindungenfertiggestelltwordensind, alle etwa an der gleichen axialen Position der "Schraube" - A -

enden sollten. Durch ein sequentielles Durchtrennen und dem Verdrehen des Rohrbündels erreicht man, daß der Schneidvorgang immerandergleichenStelle erfolgenkann. Damit ergibt sich die richtige Länge der einzelnen Rohrleitungen quasi automatisch. Mit diesem Verfahren können im Prinzip Leitungen be¬ liebiger und verschiedener Länge kontinuierlich herge¬ stellt werden. Es eignet sich daher hervorragend für eine Massenproduktion, erfüllt aber gleichzeitig auch die Anforderungen an eine schnelle Typenumstellung.

Vorzugsweise biegt man nach dem Wickeln die Enden der Rohrleitungen parallel zur Achse der Schraubenlinie um. Dies erleichtert es, einenAnschluß für die Rohrleitungen zumontieren. DernachfolgendeMontagevorgangwirddadurch vereinfacht.

Vorzugsweise bettet man die Leitung zumindest im Bereich ihrerschraubenförmigenWindungenineinenKunststoffein. Unter "Kunststoff" soll hier auch ein Gummi verstanden werden. Der Kunststoff stabilisiert den "Korpus" der Leitung, stellt aber gleichzeitig sicher, daß die Leitung eine gewisse Flexibilität hat. Der Kunststoffmantel erzeugt nicht nur eine mechanische Stabilisierung. Er bewirkt auch einen erhöhten thermischen Widerstand zur Umgebung hin, so daß Wärmeverluste kleingehalten werden können. Außerdem stellt die Einbettung einen Korrosi¬ onsschutz fürdie Rohrleitungen, besonders beimEinsatz in aggressiven Umgebungen, dar. Bevorzugterweise verdreht man vor dem Einbetten die Enden der Leitung um einen vorbestimmten Winkel entgegen der Wickelrichtung gegeneinander, hält sie beim Einbetten in der verdrehten Lage fest und läßt sie nach dem Einbetten los. Beispielsweise kann man die Enden um etwa 10° ge¬ geneinanderverdrehen. Damit ergeben sich kleineAbstände zwischen einander benachbarten Windungen, in die der Kunststoff eindringen kann. Das Einbetten mit dem Kunststoff kann beispielsweise in einem Spritzgußver- fahren erfolgen. Die durch den Kunststoff ausgefüllten Abstände zwischendeneinzelnenWindungenverhindern, dass die Rohrleitungen sich berühren und während des Betriebs der Kälteanlage durch die auftretenden Vibrationen ge¬ geneinander schlagen oder scheuern können. Es werden also unerwünschte Geräusche vermieden, sowie ein Risiko für eventuell auftretende Undichtigkeiten durch Verschleiß der Rohrleitungen an den Berührungspunkten vermindert. Wenn man nach dem Spritzgießen (oder einem anderen Einbettungsvorgang) die Enden losläßt, dann stehen die Windungen der Schraubenlinie aller Rohrleitungen unter einer gewissen Vorspannung. Dies trägt mit dazu bei, die Festigkeit der Leitung zu verbessern.

IneinerbevorzugtenAusgestaltung istvorgesehen, daßman beim Einbetten der Leitung einen Kern innerhalb der Windungen freihält. Der Kunststoff ist also als Hohl- zylinder ausgebildet. Durch das hohle Innere läßt sich Gewichteinsparen. Dadurch, daßmandenInnenraumoderKern freiläßt, wird die Flexibilität der Leitung verbessert. Letztendlich kann man, falls gewünscht, auch Zusatz- einrichtungen, beispielsweise elektrische Leitungen oder ähnliches, durch das Innere der Leitung führen.

VorzugsweiseversiehtmanzusammengehörigeEndenmit einem gemeinsamen Anschlußstück. Dies erleichtert die nach¬ folgende Montage der Leitung in einer technischenAnlage, z.B. in einem Kältesystem.

Hierbei ist bevorzugt, daß man das Anschlußstück mit dem Kunststoff verbindet. Damit erhält man über die gesamte Länge der Leitung eine verbesserte Druckfestigkeit. Es gibt keine Positionen, an denen Scherkräfte auf die Rohrleitungen wirken könnten. Insgesamt wird dadurch die Festigkeit der Leitung verbessert.

Hierbei ist bevorzugt, daßmandas Anschlußstückgegenden Kunststoffpreßt undmit demKunststoffverschweißt. Damit erhält man eine sehr feste Verbindung zwischen dem Anschlußstück und dem Kunststoff. Die Rohrleitungen erhaltennachdemLösenderAnpreßkrafteinekleineerhöhte Vorspannung in Axialrichtung der Schraubenlinie.

Vorzugsweise führt man die Enden der Rohrleitungen durch das Anschlußstück hindurch und trennt einen sich dabei bildenden Überstand ab. Man erreicht damit, daß die Rohrleitungen bündig mit der Stirnfläche des Anschlu߬ stücks enden. Die Führung des Kältemittels wird dann ausschließlich von den Rohrleitungen übernommen, die vorzugsweise aus einem geeigneten Metall, beispielsweise Aluminium, gebildet sind. Der Kunststoff hat nur eine unterstützende Funktion. Hierbei ist bevorzugt, daß man zum Abtrennen einen Laser verwendet. DerLaserist inderLage, dieÜberständebündig zur Stirnfläche des Anschlußstücks abzutrennen.

Vorzugsweise ist mindestens eine Umlenkrolle vorgesehen, deren Rotationsachse gegenüber der Achse der Rolle einen spitzen Winkel einschließt. Die Umlenkrolle bewirkt eine seitliche Umlenkbewegung der zugeführten Rohrleitungen und steuert dadurch die Steigung der Schraubenlinie.

Vorzugsweise führt man die Rohrleitungen gegen eine Umlenkfläche, die mit der Zuführrichtung einen ersten Winkel in einer Zuführebene und einen zweiten Winkel mit derZuführebeneeinschließt. DieRohrleitungenwerdenalso doppelt ausgelenkt, so daß sie sich zum einen in Um- fangsrichtung der Schraubenlinie umbiegen, andererseits aber auch einenaxialenVorschub erhalten, so daß sichdie Schraubenlinie ergibt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Hierin zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Herstellung einer Fluidleitung,

Fig. 2 eine Anordnung von Rohrleitungen,

Fig. 3 die Darstellung nach Fig. 1 von oben, Fig. 4 eine genutete Umlenkrolle,

Fig. 5 eine Leitung nach dem Herstellen der schrau- benlinienförmigen Windungen,

Fig. 6 die Leitung nach Fig. 5 mit ausgerichteten Enden,

Fig. 7 ein Anschlußstück,

Fig. 8 eine zweite Ausbildungsform eines Anschlu߬ stücks,

Fig. 9 eine Leitung mit Anschlußstücken und

Fig. 10 eine abgewandelteAusführungsformeinerLeitung in perspektivischer Darstellung.

Fig. 9 zeigt eine Leitung 1 mit zwei Anschlußstücken 2, 3 und einem Korpus 4, dessen Herstellung nachfolgend er¬ läutert werden soll.

Der Korpus 4 ist gebildet durch fünf Rohrleitungen, die in Fig. 1 von der Seite, in Fig. 2 vonvorne und in Fig. 3 von obendargestellt sind. DieWandstärkedieserRohrleitungen 5-9 ist in Fig. 2 übertrieben groß dargestellt. Die Wandstärke muß so groß gewählt sein, daß sie einen Druck aushält, derimhohlenInnenraum10 einerjedenRohrleitung 5-9 erzeugt wird, wenn die Rohrleitung 5-9 später in einem Kältesystemverwendet wird, das mit CO2 (Kohlendioxid) als Kältemittel arbeitet. Derartige Drücke können durchaus eine Größenordnung von mehreren 100 bar erreichen. Al¬ lerdings sind Rohrleitungen 5-9 mit einem kleineren QuerschnittvergleichsweisedruckfesteralsRohrleitungen mit einemgrößeren Querschnitt, aber gleicherWandstärke. Die so hergestellte Leitung 1 ist natürlich auch bei anderenKältemittelnanwendbar, also auchsolchen, diemit geringeren Drücken arbeiten.

Wie aus den Fig. 1 und 3 zu erkennen ist, werden die Rohrleitungen5-9 ineinerEbenenebeneinanderliegendüber drei Umlenkrollen 11-13 geführt. Die Umlenkrollen 11-13 sind gleich ausgeführt. Die Umlenkrolle 11 ist in Fig. 4 vergrößert dargestellt. Sieweist fünfUmfangsnuten14 auf. Die Anzahl der Umfangsnuten, die in Axialrichtung der Umlenkrolle 11 gleichmäßig verteilt sind, richtet sich natürlich nach der Anzahl der gleichzeitig zu wickelnden Rohrleitungen 5-9.

Die beiden Umlenkrollen 11,12 sind hier ortsfest dar- gestellt. Die Umlenkrolle 13 ist in Richtung eines Doppelpfeils 15beweglich, alsosenkrecht zurEbene, inder die Rohrleitungen 5-9 beim Zuführen angeordnet sind.

Natürlich können auch die Umlenkrollen 11, 12 beweglich sein, wenndies füreinenEinführvorgangerforderlichsein sollte.

Die Rohrleitungen 5-9 werden in einer Vorschubrichtung 16 zugeführt. Dabei können sie von nicht näher dargestellten Vorratsspulen abgewickelt werden. Mittel, mit denen der Vorschub erzeugt wird, sind an sich bekannt und werden daher nicht näher dargestellt. Beispielsweise kann man hierzu Rollenpaare verwenden, die von entgegengesetzten Seiten her auf die Rohrleitungen 5-9 wirken und mit Hilfe einer Reibungskraft einen Antrieb auf die Rohrleitungen 5-9 bewirken.

In Vorschubrichtung 16 hinter der letzten Umlenkrolle 13 ist eineUmlenkfläche 17 angeordnet. DieseUmlenkfläche 17 schließt mit ihrer in Fig. 1 dargestellten Richtungs- komponente einenWinkel ungleich 90° mit der Ebene ein, in der die Rohrleitungen 5-9 zugeführt werden. Die Um¬ lenkfläche 17, genauer gesagt die in Fig. 1 erkennbare Komponente, bewirkt zusammen mit der letzten Umlenkrolle 13, daßdieRohrleitungen5-9 ringförmigumgebogenwerden, sodaßsichinderinFig. 1dargestelltenAnsicht sozusagen eine Kreisform der Biegung ergibt.

Wie aus Fig. 3 zu erkennen ist, schließt die Umlenkfläche 17 allerdingsauchmitderVorschubrichtung16 einenWinkel ungleich 90° ein, so daßdie zugeführtenRohrleitungen 5-9 nicht nur auf einer Kreisbahn umgelenkt werden, sondern beim Umlenken auch eine Auslenkung senkrecht zur Vor¬ schubrichtung 16 erhalten. Dementsprechend werden die Rohrleitungen 5-9 auf einer Schraubenlinie geführt. Die letzte Umlenkrolle 13 kann zur Unterstützung dieser Umlenkbewegung gegenüber den beiden anderen Umlenkrollen 11, 12 eine Rotationsachse aufweisen, die nicht mehr parallel zudenAchsenderUmlenkrollen11, 12 ausgerichtet ist, sondern mit diesen einen spitzen Winkel einschließt. AuchdieUmlenkrolle 12 kannuntereinemspitzenWinkel zur Umlenkrolle 11 angeordnet sein, um die Steigung der Schraubenlinie zusteuern. DieUmlenkfläche 17 dient dazu, die Steigung mit einer relativ großen Genauigkeit ein¬ zustellen.

Wie sich aus den Fig. 3 und 5 ergibt, werden die Rohr¬ leitungen 5-9 also schraubenlinienförmig aufgewickelt, wobei auch beim Aufwickeln die Ausrichtung der Rohr¬ leitungen 5-9 parallel zueinander erhalten bleibt. Nach dem Wickeln liegen die Rohrleitungen 5-9 nach wie vor aneinanderan. Die sohergestelltenWindungenbildeneinen HohlzylInder.

Die Rohrleitungen 5-9 weisen nun Enden auf, die "schräg" vondemKorpus 4 abstehen. Sieweisenalso eine radiale und eine axiale Richtungskomponente auf. Sie sind allerdings alle zumindest imwesentlichen gleich lang. Dies erreicht mandadurch, daßmandie einzelnenRohrleitungen 5-9 nicht auf einmal durchtrennt, wennderKorpus 4 seine gewünschte Länge erreicht hat, sondern sequentiell. Man trennt also nach Erreichen der vorbestimmten Länge zunächst eine Rohrleitung, beispielsweise die Rohrleitung 5, ab, dreht dann den Korpus 4 weiter, bis die Rohrleitung 6 in die Position der zuvor abgetrennten Rohrleitung 5 gelangt und trenntdanndieRohrleitung6 ab. DiesenVorgangwiederholt man, d.h. zwischen dem Durchtrennen der einzelnen Rohrleitungen 5-9 erfolgt immer eine Drehung um einen Winkel, der 360° durch die Anzahl der Rohrleitungen entspricht.

IneinemweiterenHerstellungsschrittwerdennundie Enden 18-22 umgebogen und parallel zur Achse des Korpus 4 ausgerichtet. Danach ist es möglich, das Anschlußstück 3 auf die Enden 18-22 aufzuschieben. Das Anschlußstück 3 weist hierzu eine Anzahl von Bohrungen 23 auf, die der Anzahl von Rohrleitungen 5-9 entspricht.

Fig. 7 zeigt eine ersteAusgestaltungeinesAnschlußstücks 3 mit einer kreisrunden Form. Fig. 8 zeigt eine abge¬ wandelteAusführungsformeinesAnschlußstücks 3' mit einer sechseckigenFormund zwarinFig. 8aals Seitenansichtund in Fig. 8b als Vorderansicht. Die Form des Anschlußstücks 3, 3' hängt von der später gewünschten Verwendung ab.

Vor oder auch nach dem Aufschieben des Anschlußstücks 3 wird der Korpus 4 noch mit einem in Fig. 9 dargestellten Kunststoff 24 versehen. Bei demKunststoff 24 kann es sich auch um Naturgummi handeln, der zu diesem Zweck in einer vulkanisierten Form eingebracht wird. Das Herstellen des Kunststoffs erfolgt zweckmäßigerweise im Spritzgußver¬ fahren. Der Korpus 4 wird hierzu in eine Spritzgußform eingebracht. Vor dem Einbringen werden allerdings die Enden des Korpus 4 entgegen der Wickelrichtung gegen¬ einander verdreht. Dies soll durch die Pfeile 25, 26 dargestellt werden. Der Drehwinkel ist relativ klein. Er beträgt beispielsweise 10°. Durch diese Maßnahme ergibt sich ein kleiner Abstand zwischen benachbarten Windungen des Korpus 4, in den dann beim Spritzen des Kunststoffs 24 der Kunststoff eintreten kann. Durch einen Kern sorgt man dafür, daß das hohle Innere des Korpus 4 nicht vollständig vom Kunststoff 24 ausgefüllt wird, sondern ein Hohlzy- linderverbleibt. NachdemSpritzendesKunststoffs 24wird die Spannung, mit der die Enden des Korpus 4 gegeneinander verdreht oder "aufgewickelt" worden sind, wieder gelöst, sodaßdiegewickeltenRohrleitungen5-9miteinergewissen Vorspannung im Kunststoff 24 verbleiben.

Nachdem der Korpus 4 in den Kunststoff 24 eingebettet worden ist, werden die beiden Anschlußstücke 2, 3 unter Druck gegen den Kunststoff 24 gedrückt. Dies ist durch Pfeile 27, 28 angedeutet. Natürlich sind die entspre¬ chenden Kräfte so gerichtet, daß die Anschlußstücke 2, 3 vollflächig ander Stirnseite des Kunststoffs 24 anliegen. Danach werden die Anschlußstücke 2, 3 mit dem Kunststoff 24 verschweißt oder verklebt, so daß sich insgesamt ein quasi monolithischer Block ergibt, in dem ein Strö¬ mungspfad für das Kohlendioxid-Kältemittel im Innern der schraubenlinienförmig gebogenen Rohrleitungen 5-9 ge¬ bildet ist.

DieEnden18-22 derRohrleitungen5-9 sindsolang, daßsie, wie beim Anschlußstück 3 dargestellt, durch das An- schlußstück 3 hindurchgeführt werden können und mit einem kleinen Überstand aus dem Anschlußstück 3 herausragen. Dieser Überstand wird mit Hilfe eines Laserschneidgeräts 29 abgetrennt. Dadurch erreicht man, daß man die Enden 18-22 bündig mit der Stirnseite des Anschlußstücks 3 abschließen lassen kann.

Die Herstellung der Leitung 1 wurde bislang mit fünf Rohrleitungen 5-9 beschrieben. Aus Fig. 10 ist eine abgewandelte Ausführungsform einer Rohrleitung 1 er- kennbar, bei der insgesamt zehn Rohrleitungen schrau¬ benlinienförmig gewendelt sind, um eine Verbindung zwischen zwei Anschlüssen 2, 3 zu schaffen. Der Hohlraum, der sich im Innern des Korpus 4 ausbildet, ist durch einen Kreiszylinder 30 dargestellt.