WO2017194215A1 - Verfahren zur herstellung eines ladeluftrohres - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a method for producing a charge air pipe made of plastic.
  • Intercooler and engine inlet used. Due to their compact engine design, these components usually have a very complex geometry, that is, inter alia, one or more curvature swinkel.
  • the rigid lines are primarily produced from thermoplastics with or without fiber reinforcement in blow-molding and injection molding.
  • Typical materials used for the components are commodity thermoplastics, e.g. polypropylene
  • PP Polyamide
  • PA Polyamide
  • SPS Polyphenylene sulfide
  • TPE thermoplastic elastomers
  • Reinforcing fibers is blow-molded.
  • a disadvantage of the blow molding process is a high proportion of technological waste, an undefined surface inside the tube and an uneven
  • Wall thickness over the component cross-section primarily in the range of bending angles. In areas of radii there is an accumulation of mass on the inner diameter and a reduction in wall thickness on the outer diameter. To the thermomechanical To meet requirements must have a minimum wall thickness in all areas of the
  • Charge air pipe can be ensured, which means that a very high material usage is necessary and thus the wall thickness in straight sections of the charge air pipe is due to the process partly above the required minimum wall thickness.
  • charge air ducts are known whose walls consist of fiber-reinforced plastics.
  • DE 10 2012 208 363 a charge air pipe is proposed, which has a preform as an extrusion component.
  • the reinforcing materials are applicable only after the production of the preform.
  • the invention has for its object to provide a process for the preparation of
  • thermoset matrix Advantages of a thermoset matrix are high temperature and dimensional stability, very high surface quality and comparatively low material costs.
  • the core is designed to be compressible.
  • the compressibility of the core has the advantage that, even with more complex pipe shapes within certain limits, the core can still be removed from the finished cured pipe.
  • the braiding is done by an automatic round braiding machine.
  • the continuous fibers are organic fibers. In one embodiment of the invention, the continuous fibers are carbon fibers. In one development of the invention, the continuous fibers are polyamide fibers. In one embodiment of the invention, the continuous fibers are polyester fibers. In an embodiment of the invention, the continuous fibers aramid fibers. In one embodiment of the invention, the continuous fibers are natural fibers. In one embodiment of the invention, the continuous fibers are flax fibers. In one development of the invention, the continuous fibers are inorganic fibers. In one embodiment of the invention, the continuous fibers are glass fibers.
  • Figure 1 shows the working step C) of the method according to the invention as a principle sketch.
  • a braid 2 of continuous fibers 3 is braided.
  • the core 1 with the braid 2, 3 is inserted into a longitudinally divisible tool 4.
  • a cavity 5 is formed between the tool 4 and the braided on the mandrel 1 fibers 3, a cavity 5 is formed.
  • the core 1 is guided in the tool 4 by elements not shown here so that it comes to lie centrally in the cavity 5 of the tool 4.
  • Cavity 5 and the braid 2 are accordingly the same size everywhere on the left of the core.
  • the tool 4 has at least one injection opening 7, via which the cavity 5 is filled with a high-viscosity resin, not shown here.
  • a high-viscosity resin not shown here.
  • the cavity 5 is filled with resin, but also the braid 2 impregnated with resin.
  • the tool 4 can be opened and the core 1 removed with the now hardened impregnated braid 2.
  • the inflatable core 1 can now be emptied and removed from the finished tube formed by the hardened braid 2.

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Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung eines Ladeluftrohres aus Kunststoff. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Ladeluftrohren zu schaffen, mittels dessen Ladeluftrohre aus endlosfaserverstärkten Kunststoffen mit gleichmäßiger Wandstärke und hochpräziser Innenkontur herstellbar sind. Diese Aufgabe wird dadurchgelost, dass das Verfahren folgende Arbeitsschritte aufweist, • A) Flechten einer Rohrkontur auf einem Kern (1) unter Verwendung von Endlosfasern (3), • B) Einlegen des Fasergeflechtes (2) zusammen mit dem Kern in eine Kavität (5) einer Spritzform (4), • C) Einspritzen eines niedrigviskosen fließfähigen aushärtbaren Harzes, wobei die geflochtene Rohrkontur mit dem Harz durchtränkt wird, • D) Aushärten des durchtränkten Bauteils, • E) Entnehmen des Bauteils aus der Form und Entfernung des Kerns.

Description

Verfahren zur Herstellung eines Ladeluftrohres
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Ladeluftrohres aus Kunststoff.
Für die Sicherstellung der Funktionalität des Ladeluftsystems für Verbrennungsmotoren werden starre und flexible Leitungen zur Verbindung zwischen Lader, Resonator,
Ladeluftkühler und Motoreinlass eingesetzt. Aufgrund von kompakter Motorenbauweise haben diese Bauteile in der Regel eine sehr komplexe Geometrie, das heißt unter anderem einen oder mehrere Krümmung swinkel.
Die geometrischen Anforderungen (Rohrinnendurchmesser) ergeben sich aus der zu transportierenden Luftmenge und die Länge der Rohre aus den konstruktiven
Begebenheiten des Motorraums. Unter Berücksichtigung der thermomechanischen und chemischen Beanspruchungen werden die starren Leitungen nach heutigem Stand der Technik vorrangig aus thermoplastischen Kunststoffen mit oder ohne Faserverstärkung im Blasformverfahren sowie Spritzgussverfahren hergestellt. Typische Werkstoffe, welche für die Bauteile zum Einsatz kommen, sind Commodity Thermoplastics, z.B. Polypropylen
(PP), Engineering Thermoplastics, z.B. Polyamid (PA), High Temperature Thermoplastics, z.B. Polyphenylensulfid (PPS) oder thermoplastische Elastomere (TPE).
In der DE 10 2000 14 110 747 ist beispielsweise ein Rohr offenbart, welches ohne
Verstärkungsfasern blasgeformt ist.
Ein Nachteil des Blasformverfahrens sind ein hoher Anteil technologisch bedingter Abfall, eine Undefinierte Oberfläche im Inneren des Rohres sowie eine ungleichmäßige
Wandstärke über den Bauteilquerschnitt, vorrangig im Bereich von Krümmungswinkeln. In Bereichen von Radien ergeben sich am Innendurchmesser eine Masseanhäufung sowie am Außendurchmesser eine Wanddickenreduzierung. Um die thermomechanischen Anforderungen zu erfüllen, muss eine Mindestwandstärke in allen Bereichen des
Ladeluftrohres gewährleistet werden, was dazu führt, dass ein sehr hoher Materialeinsatz notwendig ist und somit die Wandstärke in geraden Abschnitten des Ladeluftrohres verfahrensbedingt zum Teil über der geforderten Mindestwandstärke liegt.
Um die Nachteile der Blasformtechnik zu vermeiden, sind auch Ladeluftrohre bekannt, deren Wandung aus faserverstärkten Kunststoffen bestehen. In der DE 10 2012 208 363 ist ein Ladeluftrohr vorgeschlagen, welches einen Vorformling als Extrusionsbauteil aufweist. Die Verstärkungsmaterialien sind dabei jedoch erst nach der Erzeugung des Vorformlings aufbringbar.
Diese Lösung erfordert einen mehrstufigen Herstellprozess. Außerdem ist bei der
Extrusion die Auswahl der zur Verfügung stehenden Fasern, insbesondere in der
Faserlänge beschränkt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von
Ladeluftrohren zu schaffen, mittels dessen Ladeluftrohre aus endlosfaserverstärkten Kunststoffen mit gleichmäßiger Wandstärke und hochpräziser Innenkontur herstellbar sind.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Verfahren folgende Arbeits schritte aufweist, nämlich
A) Flechten einer Rohrkontur auf einem Kern unter Verwendung von Endlosfasern,
B) Einlegen des Fasergeflechtes zusammen mit dem Kern in eine Kavität einer
Spritzform,
C) Einspritzen eines niedrigviskosen fließfähigen aushärtbaren Harzes, wobei die
geflochtene Rohrkontur mit dem Harz durchtränkt wird,
D) Aushärten des durchtränkten Bauteils,
E) Entnehmen des Bauteils aus der Form und Entfernung des Kerns. Durch dieses Verfahren entsteht ein Rohr mit einer duroplastischen Matrix. Vorteile einer duroplastischen Matrix sind eine hohe Temperatur- und Formstabilität, sehr hohe Oberflächengüte und vergleichsweise geringe Materialkosten.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist der Kern kompressibel ausgebildet.
Die Kompressibilität des Kerns hat den Vorteil, dass auch bei in gewissen Grenzen komplexeren Rohrformen der Kern noch aus dem fertig ausgehärteten Rohr entfernbar ist.
In einer Weiterbildung der Erfindung erfolgt das Flechten durch eine automatische Rundflechtmaschine .
Durch den Einsatz automatisierter Maschinen wird die Herstellung der Rohre kostenmäßig günstiger.
In einer Weiterbildung der Erfindung sind die Endlosfasern organische Fasern. In einer Weiterbildung der Erfindung sind die Endlosfasern Carbonfasern. In einer Weiterbildung der Erfindung sind die Endlosfasern Polyamidfasern. In einer Weiterbildung der Erfindung sind die Endlosfasern Polyesterfasern. In einer Weiterbildung der Erfindung sind die Endlosfasern Aramidfasern. In einer Weiterbildung der Erfindung sind die Endlosfasern Naturfasern. In einer Weiterbildung der Erfindung sind die Endlosfasern Flachsfasern. In einer Weiterbildung der Erfindung sind die Endlosfasern anorganische Fasern. In einer Weiterbildung der Erfindung sind die Endlosfasern Glasfasern.
Durch die Möglichkeit, eine große Vielfalt an Fasern zum Flechten einzusetzen, ist das Verfahren an ein breites Spektrum an Einsatzfällen anpassbar.
Anhand der Zeichnung wird nachstehend ein Beispiel der Erfindung näher erläutert. Die Figur 1 zeigt den Arbeits schritt C) des erfindungsgemäßen Verfahrens als Prinzip skizze.
Auf einem kompressiblen Kern 1, hier als aufblasbarer Schlauch ausgebildet, ist ein Geflecht 2 aus Endlosfasern 3 geflochten. Der Kern 1 mit dem Geflecht 2, 3 ist in ein längsteilbares Werkzeug 4 eingelegt. Zwischen den Werkzeug 4 und den auf den Dorn 1 geflochtenen Fasern 3 ist ein Hohlraum 5 ausgebildet. Der Kern 1 wird in dem Werkzeug 4 durch hier nicht gezeigte Elemente derart geführt, dass er zentrisch in dem Hohlraum 5 des Werkzeugs 4 zu liegen kommt. Die radialen Abstände zwischen Wandung 6 des
Hohlraums 5 und dem Geflecht 2 sind dementsprechend links des Kerns überall gleich groß.
Das Werkzeug 4 weist mindestens eine Einspritzöffnung 7 auf, über die der Hohlraum 5 mit einem hier nicht gezeigten hochviskosen Harz gefüllt wird. Dabei wird nicht nur der Hohlraum 5 mit Harz gefüllt, sondern auch das Geflecht 2 mit Harz durchtränkt.
Nach der Aushärtung kann das Werkzeug 4 geöffnet und der Kern 1 mit dem nun ausgehärteten durchtränkten Geflecht 2 entnommen werden. Der aufblasbare Kern 1 kann nun entleert und aus dem fertigen, durch das ausgehärtete Geflecht 2 gebildeten Rohr entfernt werden. Bezugszeichenliste
(Teil der Beschreibung)
1 kompressibler Kern
2 Geflecht
3 Endlosfasern
4 längsteilbares Werkzeug
5 Hohlraum im Werkzeug 4 6 Wandung des Hohlraums 5
7 Einspritzöffnung im Werkzeug 5

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Ladeluftrohres aus Kunststoff, dadurch
gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende Arbeits schritte aufweist, nämlich
A) Flechten einer Rohrkontur auf einem Kern (1) unter Verwendung von
Endlosfasern (3),
B) Einlegen des Fasergeflechtes (2) zusammen mit dem Kern (1) in eine Kavität (5) einer Spritzform (4),
C) Einspritzen eines niedrigviskosen fließfähigen aushärtbaren Harzes, wobei die geflochtene Rohrkontur mit dem Harz durchtränkt wird,
D) Aushärten des durchtränkten Bauteils,
E) Entnehmen des Bauteils aus der Form (4) und Entfernung des Kerns (1).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (1) kompressibel ausgebildet ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Flechten durch eine automatische Rundflechtmaschine erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Endlosfasern (3) organische Fasern sind.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Endlosfasern (3)
Carbonfasern sind.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Endlosfasern (3)
Polyamidfasern sind.
7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Endlosfasern (3)
Polyesterfasern sind.
8. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Endlosfasern (3) Aramidfasern sind.
9. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Endlosfasern (3) Naturfasern sind.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Endlosfasern (3) Flachsfasern sind.
11. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Endlosfasem (3) anorganische Fasern sind.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Endlosfasern (3) Glasfasern sind.
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