-
Die
Erfindung betrifft einen Schlauch aus schraubengangförmig
und mehrlagig gewickeltem, profiliertem metallischem Bandmaterial
mit agraffartig eingehakter Bindung der Wickellagen, welcher insbesondere
als so genannter "Liner" zur Abgasführung im Entkopplungselementen
von Abgasanlagen verwendet werden kann.
-
Schläuche
der eingangs genannten Art sind beispielsweise aus der
EP 0 436 772 A2 , der
US 1 009 964 sowie der
DE 101 13 182 C2 bekannt.
Letztere offenbart dabei einen Schlauch aus einem Bandmaterial,
dessen Profil im axialen Innenbereich S-förmig ist, wobei
an beiden axialen Außenseiten sich axial erstreckende Profilendabschnitte
anschließen.
-
Vor
diesem Hintergrund war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen
verbesserten Schlauch bereitzustellen, der sich insbesondere für Entkopplungselemente
von Abgasanlagen eignet und eine verhältnismäßig
große Streckung aufweist.
-
Diese
Aufgabe wird durch einen Schlauch mit den Merkmalen des Anspruchs
1 sowie durch eine Schlauchanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs
12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen
enthalten.
-
Der
erfindungsgemäße Schlauch besteht aus profiliertem
metallischem Bandmaterial, das schraubengangförmig und
mehrlagig gewickelt ist. Das Bandmaterial kann insbesondere aus
Edelstahl (beispielsweise der Sorte 1.4301) bestehen. Das Profil
des Bandmaterials besteht (in einem radialen Schnitt gesehen) aus
folgenden Komponenten:
- a) Einem "Endabschnitt"
(in 5 als "EA" bezeichnet), einem "Innenabschnitt"
(IA) und einem "Außenabschnitt" (AA), welche sich jeweils
parallel zur Schlauchachse erstrecken, wobei der Außenabschnitt
definitionsgemäß einen größeren radialen
Abstand zur Schlauchachse hat als der Innenabschnitt. Vorzugsweise
erstrecken sich die genannten drei Abschnitte – im Rahmen
der üblichen Toleranzen – exakt parallel zur Schlauchachse,
weisen also in Axialrichtung keine Wölbungen oder dergleichen
auf. Der aus dem Bandmaterial gewickelte Schlauch ist dann im Bereich
dieser Abschnitte zylindrisch.
- b) Einem "Verbindungsabschnitt" (VA), welcher den Innenabschnitt
mit dem Außenabschnitt verbindet. Aufgrund der unterschiedlichen
radialen Abstände von Innenabschnitt und Außenabschnitt zur
Schlauchachse muss sich der Verbindungsabschnitt notwendigerweise
zumindest mit einer Komponente radial erstrecken. Vorzugsweise erstreckt
sich der gesamte Verbindungsabschnitt ausschließlich in
radialer Richtung, d. h. orthogonal zur Schlauchachse.
- c) Einem "Schleifenhaken" (SH), welcher sich (ausschließlich
oder teilweise, d. h. zumindest mit einer Richtungskomponente) radial
erstreckt, schleifenartig aus einer Doppellage von Bandmaterial
gebildet ist, und den Endabschnitt mit dem Innenabschnitt oder dem
Außenabschnitt verbindet. Der Schleifenhaken setzt dabei
normalerweise an demjenigen Ende des Innenabschnittes oder Außenabschnittes
an, welches dem mit dem Verbindungsabschnitt verbundenen Ende gegenüberliegt.
- d) Einem "Endhaken" (EH), welcher sich (ausschließlich
oder teilweise) radial erstreckt und welcher mit dem Außenabschnitt
oder dem Innenabschnitt verbunden ist. Der Endhaken ist dabei typischerweise
mit dem Außenabschnitt verbunden, wenn der Schleifenhaken
mit dem Innenabschnitt verbunden ist und umgekehrt. Des Weiteren
gilt auch hier, dass der Endhaken mit demjenigen Ende des Innenabschnittes
bzw. Außen abschnittes verbunden ist, welches dem mit dem Verbindungsabschnitt
verbundenen Ende gegenüberliegt.
-
Typische
Aufbauten des Profils setzen sich somit nacheinander zusammen aus
den Komponenten "Endabschnitt – Schleifenhaken – Innenabschnitt – Verbindungsabschnitt – Außenabschnitt – Endhaken"
bzw. einer hierzu alternativen Reihenfolge, bei welcher die Positionen
von Außenabschnitt und Innenabschnitt vertauscht sind.
-
Der
beschriebene Schlauch kann bei entsprechender Dimensionierung des
Bandmaterials eine sehr hohe Streckung aufweisen, da die benachbarten,
miteinander verhakten Windungen im S-förmige Profilbereich
(der aus Schleifenhaken, Innenabschnitt, Verbindungsabschnitt, Außenabschnitt
und Endhaken gebildet wird) sich ungehindert im gesamten Eingreifintervall
bewegen können. Gleichzeit wird eine ausreichende Stabilität
des Schlauches durch den am S-Profilbereich ansetzenden Endabschnitt gewährleistet,
welcher auch bei maximal auseinander gezogenen Schlauchwindungen
für einen zusätzlichen Überlappungsbereich
sorgt.
-
Der
Endabschnitt kann insbesondere einen kleineren radialen Abstand
von der Schlauchachse haben als der Innenabschnitt, so dass er innenliegend
den Innenabschnitt der benachbarten Bandwindung überdecken
kann. Alternativ kann der Endabschnitt einen größeren
Abstand von der Schlauchachse haben als der Außenabschnitt,
so dass er außenliegend den Außenabschnitt der
benachbarten Bandwindung überdecken kann.
-
Das
Bandmaterial kann vorteilhafterweise so dimensioniert werden, dass
der hieraus hergestellte Schlauch eine Streckung von mindestens
47%, vorzugsweise mindestens 60% erreicht. Die "Streckung" gibt
dabei definitionsgemäß an, um wie viel Prozent der
auf ein Minimum gestauchten Länge Lmin der
auf maximale Länge Lmax gestreckte
Schlauch länger ist als der gestauchte Schlauch, d. h.
Streckung = (Lmax – Lmin)/Lmin.
-
Gemäß einer
Weiterbildung der Erfindung erstreckt sich der Endhaken unter einem
spitzen Winkel α relativ zur Schlauchachse, wobei der Winkel α vorzugsweise
zwischen 30° und 85°, besonders bevorzugt zwischen
60° und 80° beträgt. Es zeigt sich, dass
ein solches gewinkeltes Ansetzen des Endhakens gegenüber
einem rechtwinkeligen Ansetzen überraschenderweise eine
höhere Stabilität und Lebensdauer des Schlauches
ermöglicht. Vorzugsweise zeigt der Endhaken dabei in Richtung
des Profils und nicht davon weg, d. h. der spitze Winkel α wird zwischen
dem Endhaken und dem angrenzenden Innen- oder Außenabschnitt
gebildet (alternativ könnten diese Komponenten auch einen
Winkel von 180° –α einschließen).
-
Gemäß einer
anderen Weiterbildung der Erfindung erstreckt sich der Schleifenhaken
unter einem spitzen Winkel β relativ zur Schlauchachse,
wobei der Winkel β insbesondere zwischen 30° und
85°, besonders bevorzugt zwischen 60 und 80° betragen kann.
Vorzugsweise zeigt der Schleifenhaken dabei vom Endabschnitt weg,
d. h. der spitze Winkel β wird zwischen dem Schleifenhaken
und dem angrenzenden Innen- oder Außenabschnitt gebildet
(β könnte alternativ auch zwischen dem Schleifenhaken
und dem Endabschnitt angenommen werden). Die Schrägstellung
des Schleifenhakens verbessert die Stabilität und Lebensdauer
des Schlauches. In Verbindung mit der vorstehend beschriebenen Schrägstellung
des Endhakens entsteht eine Einhakung, die als "Halbagraff" bezeichnet
werden kann und die eine höhere Stabilität des
Schlauches bei Biegevorgängen gewährleistet.
-
Wenn
sowohl der Endhaken als auch der Schleifenhaken unter einem spitzen
Winkel α bzw. β relativ zur Schlauchachse stehen,
sind die genannten Winkel vorzugsweise im Wesentlichen gleich groß.
Im maximal gestreckten Zustand des Schlauches können Endhaken
und Schleifenhaken sich dann passend aneinander legen.
-
Die
axiale Erstreckung des Innenabschnittes ist vorzugsweise im Wesentlichen
genauso groß wie die axiale Erstreckung des Außenabschnittes.
Dies gewährleistet, dass im gestauchten Zustand des Schlauches
sich die Innen abschnitte und Außenabschnitte benachbarter
Windungen möglichst komplett überdecken können
und somit ein maximales Stauchen des Schlauches erlauben.
-
Die
axiale Erstreckung des Endabschnittes beträgt optional
mindestens 80% der axialen Erstreckung des Innenabschnittes oder
des Außenabschnittes.
-
Vorzugsweise
ist sie etwa so groß wie die axiale Erstreckung desjenigen
dieser beiden Abschnitte, der mit dem Endabschnitt nicht verbunden ist.
In diesem Falle ist gewährleistet, dass der Endabschnitt
bei maximaler Streckung des Schlauches den Innenabschnitt oder Außenabschnitt
der benachbarten Bandwindung noch ausreichend überdeckt.
-
Die
radiale Erstreckung des Endhakens ist vorzugsweise im Wesentlichen
gleich der radialen Erstreckung des Schleifenhakens. Dies sorgt
für einen optimalen wechselseitigen Eingriff der S-förmigen
Profilbereiche.
-
Ferner
beträgt die radiale Erstreckung des Endhakens und/oder
oder Schleifenhakens vorzugsweise zwischen 10 und 80%, besonders
bevorzugt zwischen 20 und 40% der axialen Erstreckung des Außenabschnittes
oder des Innenabschnittes. Es zeigt sich, dass bei diesen Größenverhältnissen
ein Optimum in Bezug auf Stabilität, Streckbarkeit und Leichtgängigkeit
des Schlauches erzielt wird.
-
Die
Erfindung betrifft ferner eine Schlauchanordnung, welche einen gasdichten
Außenschlauch mit einem darin angeordneten Schlauch der
oben beschriebenen Art enthält. Eine solche Schlauchanordnung
kann insbesondere als gasdichtes Entkopplungselement in Abgasanlagen
von beispielsweise PKW oder LKW verwendet werden. Der Außenschlauch
kann dabei als ein flexibler Metallbalg ausgebildet sein.
-
Im
Folgenden wird die Erfindung mit Hilfe der Figuren beispielhaft
erläutert. Es zeigt:
-
1 einen
Querschnitt durch vier aufeinander folgende Windungen einer ersten
Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Schlauches mit innenliegenden Endabschnitten EA;
-
2 einen
Querschnitt durch vier aufeinander folgende Windungen einer zweiten
Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Schlauches mit außenliegenden Endabschnitten EA;
-
3 die
Anordnung eines erfindungsgemäßen Schlauches gemäß 1 in
einem Metallbalg;
-
4 die
Anordnung eines erfindungsgemäßen Schlauches gemäß 2 in
einem Metallbalg;
-
5 in
einer maßstäblichen Darstellung das Profil des
Bandmaterials eines erfindungsgemäßen Schlauches
mit innenliegenden Endabschnitten und gewinkelten Haken.
-
Die
Figuren zeigen verschieden Ausführungsformen eines Schlauches,
der durch schraubengangförmiges, mehrlagiges Wickeln von
profiliertem metallischem Bandmaterial mit eingehakter Bindung der
Wickellagen hergestellt ist. Solche Schläuche können
als Liner zur Abgasführung in Entkopplungselementen von
Abgasanlagen verwendet werden. Sie können optional in gasdichte
Metallbälge eingebracht werden, um Turbulenzen im Abgasstrom zu
vermeiden und um gleichermaßen die akustischen Eigenschaften
des Entkopplungselements zu verbessern.
-
Die
als abgasführendes Element eingesetzten, bekannten Metallschläuche
sind in der Regel wegen ihrer meist losen Wicklung nicht richtungsstabil. Deshalb
können im Einsatz negative akustische Effekte entstehen,
wie z. B. Rasselgeräusche, die durch das Anschlagen der
einzelnen Wickellagen untereinander oder aber durch das Anschlagen
des Metallschlauches am Innendurchmesser des umgebenden Metallbalgs
entstehen. Hierbei ist insbesondere der Frequenzbereich um 200 Hz
kritisch, da dieser durch die Motormomente 2. Ordnung des Vierzylinder-Motors angeregt
wird. Ein weiterer kritischer Frequenzbereich ist das Band zwischen
400 Hz und 500 Hz. Um die Rasselgeräusche zu vermeiden,
kann ein Drahtgestricke oder dergleichen strumpfförmig über den
Metallschlauch gezogen werden, bevor dieser in den Metallbalg eingebracht
wird. Ferner werden die Metallschläuche fast ausschließlich
als Agraff-Profile ausgeführt, da diese Profilgeometrie
eine deutlich geringere Neigung zur Geräuschentwicklung
hat, als z. B. ein einfach eingehaktes Profil.
-
Agraff-Profile
können aus Metallbändern unterschiedlicher Breite
und Dicke hergestellt werden. Alle Agraff-Profile haben jedoch gemeinsam,
dass die erzielbare Streckung der Metallschläuche durch die
geometrischen Vorgaben maximal 42% beträgt. Eine größere
Streckung ist nur erreichbar, wenn die Agraffwindungen im gestauchten
Zustand keine ausreichende Überdeckung mehr aufweisen.
Da bei Agraffschläuchen ohne ausreichende Überdeckung jedoch
die Streckfähigkeit verloren gehen kann, ist dieser Zustand
für den Einsatz in Entkopplungselementen nicht akzeptabel.
-
Gleichwohl
birgt die auf 42% begrenzte Streckung der Agraff-Metallschläuche
für die Auslegung eines aus Metallschlauch und Balg bestehenden
Entkopplungselements Nachteile. Insbesondere im PKW-Bereich ist
der maximal erreichbare Lateralversatz des gesamten Elementes das
wichtigste Auslegungskriterium solcher Elemente. Hierbei ist fast ausschließlich
die gleichermaßen über den möglichen
Lateralversatz entscheidende Streckung des Metallschlauches der
beschränkende Faktor, der es nicht erlaubt, eine gewisse
Mindestlänge des gesamten Entkopplungselementes zu unterschreiten.
Diese Mindestlänge liegt bei Standard-Anwendungen im PKW-Bereich
bei ca. 200 mm Gesamtlänge und ca. 180 mm wirksamer Länge.
-
Vor
diesem Hintergrund wird erfindungsgemäß ein S-förmiges
Metallschlauchprofil vorgeschlagen, welches um einen Endabschnitt
erweitert ist. 1 zeigt dabei als Teil-Längsansicht
vier benachbarte Windungen einer ersten Ausführung eines Schlauches
mit radial innenliegenden Endabschnitten 11, der in der
rechten Bildhälfte gestaucht und in der linken gestreckt
dargestellt ist.
-
Der
Endabschnitt 11 weist in seiner axialen Ausdehnung vorzugsweise
etwa die halbe Länge des S-förmigen Profils auf
und befindet sich bei 1 radial unterhalb der nächstgelegenen
Schlauchwindung. Die einzelnen S-förmigen Schlauchlagen
sind dabei miteinander eingehakt. Der unterhalb der nächsten
Schlauchlage befindliche Profilendabschnitt stabilisiert die einzelnen
Schlauchlagen gegeneinander und vermindert signifikant die z. B. durch
Rasseln entstehenden Eigengeräusche des Metallschlauchs.
Diese Verminderung wird zum einen durch die stabilisierende Wirkung
des Profilendabschnitts bewirkt. Zum anderen verbessert der Profilendabschnitt
die Abgasführung im Vergleich zu den konventionell üblichen,
eingehakten Schlauchausführungen. Ferner ermöglicht
der stabilisierende Bandendabschnitt die Herstellung von richtungsstabilen
und zugleich flexiblen Schläuchen auch aus sehr dünnen
Banddicken.
-
Weiterhin
werden mit dem Profil deutlich größere Streckungswerte
als mit dem standardmäßigem Agraff-Profil erreicht,
die in der Baulänge kürzere Entkopplungselemente
ermöglichen. Mit der beschriebenen Profilgeometrie werden
insbesondere Streckungen von mindestens 47% bis zu 77% erreicht,
so dass der mehrlagige Metallschlauch bevorzugt Anwendung als abgasführendes
Element in klein dimensionierten Entkopplungselementen finden kann.
-
Bedingt
durch die erfindungsgemäß gewählte Profilgeometrie
führen Wärmedehnungen zu keiner Einschränkung
der Beweglichkeit der Wickellagen untereinander, so dass die Flexibilität
des Schlauches im kalten und erwärmten Zustand näherungsweise
gleich ist.
-
2 zeigt
als Teil-Längsansicht vier Wickellagen einer zweiten Ausführung
eines Schlauches mit radial außenliegendem Endabschnitt 21,
der in der rechten Bildhälfte gestaucht und in der linken gestreckt
dargestellt ist.
-
Die
in den 1 und 2 dargestellten Schläuche
bestehen aus zahlreichen Windungen, die durch schraubengangförmiges
Wickeln von zwei profilierten Metallbändern mehrlagig hergestellt
sind. Die einzelnen Wickellagen (12 bis 15 bzw. 22 bis 25)
wiederholen sich wechselweise und sind über die Länge des Schlauches
durch Einhakungen formschlüssig aneinandergereiht miteinander
verbunden.
-
In 3 ist
die Anordnung eines Schlauches 31 (gemäß 1)
zur Abgasführung in Strömungsrichtung 32 in
einem Leitungselement 33, Balg oder dergleichen gezeigt,
in dem er als Liner in Entkopplungselementen von Abgasanlagen zum
Einsatz kommen kann. Die Anzahl der Wellenberge und -täler
des Leitungselementes bzw. Balges 33 kann hierbei beliebig
sein. Es liegt auf jeden Fall ein gasdichtes, flexibles Entkopplungselement
vor. Der Schlauch lässt sich somit in einem Leitungselement
als Liner zur Abgasführung anordnen und zu einem gasdichten,
flexiblen Entkopplungselement derart ausbilden, dass auf eine Umstrickung
des Schlauches (bei gegenüber herkömmlichen Ausführungen
gleichbleibend guten akustischen Eigenschaften) verzichtet werden
kann. Da zusätzliche Komponenten, wie eine Umstrickung
nach Art eines Strumpfes, dann entbehrlich sind, werden Montageaufwand
und Kosten reduziert.
-
In 4 ist
die Anordnung eines Schlauches 41 (gemäß 2)
zur Abgasführung in einem Leitungselement 43,
Balg oder dergleichen gezeigt, in dem er ebenfalls als Liner in
Entkopplungselementen von Abgasanlagen zum Einsatz kommen kann.
In dieser bevorzugten Ausführung kann unter Verwendung
des beschriebenen Metallschlauches auf eine am Schlauch anliegende
Umstrickung verzichtet werden.
-
5 zeigt
in einem Querschnitt das Profil des Bandmaterials eines erfindungsgemäßen Schlauches,
wie er beispielsweise in den Anordnungen der vorangehenden Figuren
eingesetzt werden kann. Im gewickelten Schlauch soll die Schlauchachse
X dabei die dargestellte relative Position annehmen, d. h. die Profilunterseite
in 5 entspricht der Schlauchinnenseite. Das Profil
besteht aus den folgenden Komponenten:
- – einem
sich parallel zur Schlauchachse X erstreckenden und radial (in Bezug
auf die Schlauchachse X) innenliegenden Endabschnitt EA der axialen
Erstreckung aEA;
- – einem Schleifenhaken SH mit der radialen Erstreckung
hSH, welcher sich unter einem spitzen Winkel β relativ
zur Schlauchachse X erstreckt;
- – einem sich parallel zur Schlauchachse X erstreckenden
Innenabschnitt IA der axialen Länge aIA;
- – einem sich im Wesentlichen senkrecht zur Schlauchachse
X radial erstreckenden Verbindungsabschnitt VA;
- – einem sich parallel zur Schlauchachse X erstreckenden
Außenabschnitt AA der axialen Länge aAA,
welcher einen größeren radialen Abstand von der
Schlauchachse X hat als der Innenabschnitt IA;
- – einem Endhaken EH, welcher unter einem spitzen Winkel α relativ
zur Schlauchachse X mit einer radialen Erstreckung hEH verläuft.
-
Die
genannten Komponenten sind dabei in der aufgezählten Reihenfolge
jeweils endseitig miteinander verbunden.
-
In
den 1 bis 4 nicht dargestellt bzw. nicht
erkennbar ist ein spitzwinkliger Verlauf des Schleifenhakens SH
bzw. Endhakens EH. Das winklige Ansetzen des Endhakens EH bewirkt
eine deutliche höhere Stabilität und Bruchfestigkeit
dieser Komponente als ein rechtwinkliges Ansetzen. Der spitzwinklige
Ansatz des Schleifenhakens SH korrespondiert mit der Schrägstellung
des Endhakens EH und sorgt im gestreckten Zustand des Schlauches
dafür, dass bei einer Biegung des Schlauches dieser nicht aufspringen
kann.
-
Die
Darstellung von 5 gilt mutatis mutandis auch
für einen Schlauch, bei welchem die Endabschnitte EA radial
außen liegen; gegenüber 5 ist in
diesem Falle die Schlauchachse X lediglich auf der Oberseite des
Profils anzuordnen (weshalb auch die Bezeichnungen von Innenabschnitt
IA und Außen abschnitt AA zu vertauschen sind, da sie sich
auf den radialen Abstand von der Schlauchachse X beziehen). Das
bedeutet, dass aus derselben Profilform des Bandmaterials je nach
Wicklungsrichtung ein Schlauch mit innenliegenden Endabschnitten
(1, 3, 5) bzw.
außenliegenden Endabschnitten (2, 4)
erzeugt werden kann.
-
Der
beschriebene Schlauch lässt sich in allen Varianten durch
eine geeignete umformtechnische Prozessführung so ausbilden,
dass die einzelnen Wickellagen mit einem Luftspalt bzw. Spiel oder mit
Berührungspunkten übereinander liegen, aber auch
einen vollständigen flächigen Kontakt haben können.
-
Gleichwohl
ist der Schlauch in allen Ausführungen so flexibel und
beweglich, dass er sich auch als sehr leichter Schutzschlauch oder
als EMV-Abschirmung eignet.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - EP 0436772
A2 [0002]
- - US 1009964 [0002]
- - DE 10113182 C2 [0002]