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Die
Erfindung betrifft eine Metallschlauchanordnung, welche insbesondere
als Entkopplungselement für Abgasleitungen von Kraftfahrzeugen
verwendet werden kann, und welche einen Innenschlauch sowie einen
diesen umgebenden Außenschlauch aus Metall aufweist. Sie
stellt eine Weiterentwicklung zum Hauptpatent
DE 10 2005 048 479.4 dar.
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Aus
der
DE 38 04 208 A1 ist
eine Metallschlauchanordnung bekannt, bei der ein Innenschlauch
und ein Außenschlauch an ihren Enden zusammengehalten werden.
Der Vorteil eines solchen Doppelschlauches besteht darin, dass in
einer Aufgabenteilung einer der Schläuche (z. B. der Außenschlauch)
die Gasdichtheit und der andere Schlauch die Abgasführung
der Anordnung gewährleistet. Des Weiteren ist aus der
EP 1 467 072 A1 einen
Metallschlauchanordnung bekannt, bei welcher ein in sich nicht stabiler
Innenschlauch durch direkten oder indirekten Kontakt mit einem balgförmigen
Außenschlauch stabilisiert wird. Bei einer Metallschlauchanordnung
gemäß der
DE 198 20 863 A1 werden der Innenschlauch
und der Außenschlauch zusätzlich an einem Zwischenpunkt
entlang ihrer axialen Erstreckung miteinander z. B. durch Schweißen
verbunden, um Kontaktgeräusche zu reduzieren.
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Des
Weiteren offenbart die
DE
199 13 562 A1 eine Metallschlauchanordnung für
Abgasleitungen von Kraftfahrzeugen mit einem gewickelten Innenschlauch
aus Metall und einem balgförmigen Außenschlauch
aus Metall. Um Kontaktgeräusche zwischen den Schläuchen
zu vermeiden, stehen diese im Wesentlichen über die gesamte
axiale Länge in Kontakt, ohne jedoch fest miteinander verbunden
zu sein.
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Die
FR 2 805 592 B1 beschreibt
einen Kraftstoffschlauch aus Kunststoff mit einem Innenrohr und einem
Außenrohr, an denen ein zwischenliegender Wellschlauch
befestigt ist.
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Vor
diesem Hintergrund war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Metallschlauchanordnung der eingangs genannten Art mit verbesserten Stabilitäts-
und Schwingungseigenschaften bereitzustellen.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Metallschlauchanordnung mit den Merkmalen
des Anspruchs 1, 2 bzw. 3 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
sind in den Unteransprüchen enthalten.
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Die
erfindungsgemäße Metallschlauchanordnung, welche
sich insbesondere als Entkopplungselement für Abgasleitungen
von Kraftfahrzeugen eignet, umfasst gemäß einer
ersten Ausführungsform einen Innenschlauch aus Metall mit
ring- oder schraubenförmig umlaufenden Mantelwellen sowie
einen Außenschlauch aus Metall mit ring- oder schraubenförmig
umlaufenden Mantelwellen, wobei der Außenschlauch den Innenschlauch
umgibt. Eine "Mantelwelle" bezeichnet in diesem Zusammenhang eine
im Prinzip beliebige Abweichung der Mantelform von einem glatten
Zylinder, insbesondere eine radiale Einschnürung oder eine
radiale Ausbauchung des Schlauchmantels. Ringförmige Mantelwellen
schließen sich dabei definitionsgemäß nach
einem Umlauf um den Mantel, während bei schraubenförmigen Mantelwellen
Anfang und Ende der Mantelwelle nach einem Umlauf um den um die
zugehörige Ganghöhe in axialer Richtung versetzt
sind. Die Metallschlauchanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass über
ihre gesamte axiale Erstreckung hinweg mindestens jede vierte Windung
der Mantelwellen des Innenschlauches mit dem Außenschlauch
in einem Punkt verbunden ist. Vorzugsweise ist jede Windung der
Mantelwellen des Innenschlauches mit dem Außenschlauch
in mindestens einem Punkt verbunden. Unter der "Windung einer Mantelwelle"
wird diesbezüglich in üblicher Weise ein vollständiger (360°)
Umlauf einer Mantelwelle verstanden. Die Verbindungen zwischen Außenschlauch
und Innenschlauch können punktförmig, insbesondere
aber auch linienförmig oder flächig sein. Des
Weiteren müssen entlang der axialen Erstreckung der Metallschlauchanordnung
die Abstände zwischen zwei benachbarten Verbindungsstellen
nicht überall gleich groß sein, d. h. es kann
zum Beispiel in einem Bereich jede zweite Mantelwellen-Windung und
ansonsten jede Mantelwellen-Windung des Innenschlauches mit dem
Außenschlauch verbunden sein.
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Ein
Vorteil der beschriebenen Metallschlauchanordnung besteht darin,
dass sich der Außenschlauch und der Innenschlauch gegenseitig
auf ihrer gesamten Länge stabilisieren, da sie in kurzen Abständen
miteinander verbunden sind. Dabei wird insbesondere auch eine enge
Kopplung der Axialbewegungen von Innenschlauch und Außenschlauch erreicht.
Demgegenüber besteht bei herkömmlichen Doppelschlauchanordnungen
eine feste Verbindung in der Regel nur am Anfang und Ende der gesamten Anordnung
und gegebenenfalls noch an einem weiteren Zwischenpunkt, während
die Schläuche ansonsten axial und radial unabhängig
voneinander beweglich sind. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen
Metallschlauchanordnung besteht darin, dass es aufgrund der durchgehenden
Verbindungen zwischen den Schläuchen zu weniger Störgeräuschen durch
ein Aneinanderschlagen der Schläuche kommt.
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Gemäß einer
zweiten Ausführungsform umfasst die Erfindung eine Metallschlauchanordnung, insbesondere
für Abgasleitungen von Kraftfahrzeugen, mit einem Innenschlauch
aus Metall und einem den Innenschlauch umgebenden Außenschlauch aus
Metall, wobei der Innenschlauch und der Außenschlauch entlang
von schraubenförmigen Linien im Wesentlichen durchgehend
miteinander verbunden sind.
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Ein
Vorteil dieser Ausführungsform liegt darin, dass aufgrund
der durchgehenden Verbindung von Innenschlauch und Außenschlauch
eine besonders hohe Stabilität erreicht wird.
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Bei
einer Weiterbildung der vorstehenden Ausführungsform besteht
sowohl der Innenschlauch als auch der Außenschlauch aus
einem gewickelten Band, wobei die durchgehenden Verbindung von Innenschlauch
und Außenschlauch die Metallschlauchanordnung abdichtet.
Vorzugsweise sind dabei der Außenschlauch und der Innenschlauch
mit derselben Ganghöhe gewickelt. Beispielsweise können
dann
- – die Übergangszonen
zwischen benachbarten Windungen des Innenschlauches jeweils durch eine
Windung des Außenschlauches überdeckt und aufgrund
der Verbindung des Außenschlauches mit diesen benachbarten
Windungen des Innenschlauches abgedichtet werden,
- – und/oder die Übergangszonen zwischen benachbarten
Windungen des Außenschlauches jeweils durch eine Windung
des Innenschlauches abgedeckt und aufgrund der Verbindung des Innenschlauches
mit diesen benachbarten Windungen des Außenschlauches abgedichtet
werden.
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Bei
dieser Ausführungsform können Innenschlauch und
Außenschlauch als kostengünstige Wickelschläuche
hergestellt werden und die gesamte Metallschlauchanordnung kann
durch die schraubenförmigen Verbindung trotzdem gasdicht
sein.
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Gemäß einer
dritten Ausführungsform umfasst die Erfindung eine Metallschlauchanordnung, insbesondere
für Abgasleitungen von Kraftfahrzeugen, mit einem Innenschlauch
aus Metall und einem den Innenschlauch umgebenden Außenschlauch aus
Metall, wobei der Innenschlauch und der Außenschlauch entlang
ihrer Längserstreckung zumindest punktuell miteinander
verbunden sind, beispielsweise in der oben in Bezug auf die erste
Ausführungsform beschriebenen Weise. Des Weiteren besteht der
Innenschlauch und/oder der Außenschlauch aus einem gewickelten
Band, dessen Windungen entlang von schraubenförmigen Linien
im Wesentlichen durchgehend miteinander verbunden sind.
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Ein
Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass der Innenschlauch
und/oder der Außenschlauch als kostengünstiger
Wickelschlauch hergestellt werden kann und durch die schraubenförmigen
Verbindung seiner Windungen trotzdem gasdicht sein kann. Dabei kann
optional die schraubenförmige Verbindung dieses Schlauches
in einem Arbeitsgang mit der punktuellen Verbindung mit dem jeweils
anderen Schlauch erfolgen. Beispielsweise können die Windungen
eines gewickelten Außenschlauches durch eine Rollnahtverschweißung
dichtend verbunden werden und gleichzeitig in derselben Vorrichtung
und im selben Arbeitsgang punktuelle Verbindungen zwischen Innenschlauch
und Außenschlauch gesetzt werden. Optional kann jede Mantelwelle
des Außenschlauches mit dem Innenschlauch verbunden sein. Alternativ
kann jede mindestens zweite oder allgemein mindestens jede n-te
Mantelwelle des Außenschlauches mit dem Innenschlauch verbunden
sein (wobei n ≥ 2 ist); in diesem Falle verbleibt zwischen den
Verbindungsstellen noch eine axiale Flexibilität des Außenschlauches.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der Metallschlauchanordnung
ist jede Mantelwellen-Windung des Innenschlauches in mindestens
einem Punkt mit dem Außenschlauch verbunden. Auf diese
Weise wird eine maximale Stabilität erreicht.
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Für
die Art der Verbindung zwischen Innenschlauch und Außenschlauch
kommen zahlreiche Möglichkeiten in Frage. Insbesondere
können der Innenschlauch und der Außenschlauch
formschlüssig und/oder stoffschlüssig miteinander
verbunden sein. Eine stoffschlüssige Verbindung wird beispielsweise durch
Löten oder Kleben, insbesondere aber auch durch thermisches
Fügen (Schweißen) erreicht. Bei den Schweißverbindungen
sind insbesondere das Laserschweißen sowie das Rollnahtschweißen
bevorzugt.
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Vorzugsweise
sind der Innenschlauch und der Außenschlauch entlang von
schraubenförmigen Mantelwellen-Windungen des Innenschlauches
oder des Außenschlauches im Wesentlichen durchgehend miteinander
verbunden. Auf diese Weise wird eine besonders hohe Stabilität
erzielt und die Existenz von Bereiche vermieden, welche zu klappernden
Kontakten zwischen Innenschlauch und Außenschlauch führen
könnten. Ferner kann bei Verwendung von gewickelten Schläuchen
mit den durchgehenden Nähten eine absolute Gasdichtheit
erreicht werden.
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Der
Innenschlauch kann insbesondere aus einem gewickelten Metallband
bestehen. Vorzugsweise hat dieses Metallband dabei eine eingehakte oder
eine agraffartige Bindung. Derartige Bindungen sind beispielsweise
aus der
DE 101 13
182 C2 bekannt. Die Bindung des Innenschlauches kann im Übrigen verhältnismäßig
locker ausgebildet werden, da eine Stabilisierung dieses Schlauches
durch die Verbindungen mit dem Außenschlauch erreicht wird.
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Der
Außenschlauch weist vorzugsweise balgartige Mantelwellen
auf, d. h. eine im axialen Schnitt wellenförmige Struktur
mit großen Abständen zwischen Wellentälern
und Wellenbergen. Die genannten Abstände sind typischerweise
um ein Vielfaches größer als die Wandstärke
des Außenschlauches bzw. betragen typischerweise ca. 5%
bis 100% des Innendurchmessers des Außenschlauches. Durch die
balgartige Struktur erhält der Außenschlauch eine große
axiale und laterale Flexibilität, aufgrund derer er z.
B. der Beweglichkeit eines längenveränderlichen
Innenschlauches folgen kann.
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Vorteilhafterweise
ist der Außenschlauch im Wesentlichen gasdicht ausgebildet,
so dass die gesamte Metallschlauchanordnung gasdicht und damit besonders
geeignet für den Einsatz in Abgasleitungen von Kraftfahrzeugen
wird.
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Des
Weiteren besteht der Außenschlauch optional aus einem gewickelten
Metallband. Insbesondere kann dieses Metallband dabei mindestens zweilagig
gewickelt sein, um eine entsprechende Steigerung der Stabilität
und Gasdichtheit des Außenschlauches zu erreichen.
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Im
Folgenden wird die Erfindung mit Hilfe einer Figur beispielhaft
erläutert, welche schematisch einen Schnitt durch einen
Wandabschnitt einer erfindungsgemäßen Metallschlauchanordnung 1 mit
einem Innenschlauch 10 und einem Außenschlauch 20 zeigt.
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Die
Metallschlauchanordnung 1 kann Teil eines Entkopplungselementes
sein, wie es beispielsweise in Abgasleitungen von Kraftfahrzeugen
eingesetzt wird. Für derartige Entkopplungselemente ist
es wichtig, dass sie einerseits in axialer und radialer Richtung
ausreichend flexibel sind und andererseits gasdicht, um das Austreten
von Abgasen zu verhindern. Insbesondere wenn aus (profilierten)
Metallbändern gewickelte Schläuche verwendet werden, muss
zudem gleichzeitig auf eine ausreichende Formstabilität
geachtet werden. Die Metallschlauchanordnung kann insbesondere aus
Edelstahl, vorzugsweise der Sorten 1.4301, 1.4828, 1.4571, 1.4511,
1.4512, 1.4724, 1.4509, 1.4006, 1.4021, und/oder 1.4122 bestehen.
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Bei
der gezeigten Metallschlauchanordnung 1 werden die vorstehend
aufgezählten Anforderungen in vorteilhafter Weise durch
die Kombination eines gewickelten Innenschlauches 10 mit
einem gewickelten Außenschlauch 20 erzielt. Der
Außenschlauch 20 besteht dabei aus einem balgförmig
profilierten Metallband 21, dessen Windungen sich über die
axiale Distanz D erstrecken und auf dieser Breite vier Mantelwellen
beinhalten. Das Metallband 21 ist schraubenförmig
mit einer Ganghöhe von D/2 so gewickelt, dass eine nachfolgende
Wickelwindung die vorhergehende Wickelwindung 21' in axialer
Richtung zur Hälfte überlappt. Auf diese Weise
entsteht die dargestellte zweilagige Balggeometrie, bei welcher
Wellenberge 22 im axialen Abstand d von typischerweise
2 bis 10 mm auf Wellentäler 23, 24 folgen.
Die radiale Höhe H des Balges beträgt vorzugsweise
6 bis 16 mm.
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Der
Innenschlauch 10 ist im dargestellten Beispiel ein aus
einem profilierten Metallband 11 mit der Ganghöhe
D/2 gewickelter Schlauch mit agraffartiger Bindung. Das radial nach
außen zurückgebogene (in der Figur rechte) Ende 12 des
Metallbandes 11 verhakt sich dabei mit dem radial nach
innen zurückgebogenen anderen (linken) Ende 13 der
benachbarten Wickelwindung des Metallbandes 11. Auf diese Weise
wird ein in axialer Richtung streck- bzw. stauchbarer Metallschlauch 10 erzeugt,
wobei in der Figur die maximal gestreckte Konfiguration dargestellt
ist.
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Die
Besonderheit der Metallschlauchanordnung 1 besteht darin,
dass der Innenschlauch 10 und der Außenschlauch 20 entlang
ihrer axialen Erstreckung durchgehend in regelmäßigen
Abständen miteinander verbunden sind. Im dargestellten
Beispiel liegt dabei eine Schweißverbindung zwischen jeder Mantelwelle 14 des
Innenschlauches 10 und jeder zweiten Mantelwelle 24 des
Außenschlauches 20 vor. Aufgrund der zweilagigen
Wicklung des Außenschlauches 20 ist daher jede
Windung des äußeren Metallbandes 21 mit
jeder Windung des inneren Metallbandes 11 verbunden. Die
zugehörigen Schweißstellen 30 befinden
sich am Kontaktpunkt zwischen einem Wellental 24 des Außenschlauches 20 und
einem radial außen liegenden Abschnitt 14 des
Innenschlauches 10.
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Vorzugsweise
ist die Verbindung 30 als eine Rollnahtschweißung
ausgeführt, welche sich kontinuierlich schraubenförmig
umlaufend entlang der gesamten Metallschlauchanordnung 1 zieht.
Beim Rollnahtschweißen befinden sich die zu verschweißenden
Flächen zwischen zwei darauf abrollenden Rädern,
wobei in kurzer Folge Stromimpulse durch die Räder geschickt
werden, die durch Widerstandsschweißen eine quasi kontinuierliche
Kette von Schweißpunkten erzeugen. Der Vorteil einer kontinuierlich
umlaufenden Schweißnaht ist, dass sie aus den im Prinzip
mit Restleckagen behafteten Wickelschläuchen eine absolut
gasdichte Anordnung schafft. Dies wird im dargestellte Beispiel
dadurch erreicht, dass immer (mindestens) eine Windung des Außenschlauches 20 die Übergangszone 14 zwischen
benachbarten Windungen des Innenschlauches 10 überdeckt
und aufgrund ihrer Verschweißung mit beiden benachbarten
Windungen des Innenschlauches 10 auch abdichtet. Die Rollen
von Innenschlauch und Außenschlauch lassen sich hierbei natürlich
umkehren (d. h. Windungen des Innenschlauches dichten Übergangszonen
zwischen Windungen des Außenschlauches ab). Ferner ist
ein derartiges Dichtungsprinzip auch bei glatten (nicht gewellten)
Wickelschläuchen anwendbar. Schließlich könnte
auch die Windungen von nur einem der beiden Schläuche,
z. B. dem Außenschlauch, durchgehend schraubenförmig
und gasdicht verbunden sein, während die Verbindung mit
dem andern Schlauch nur punktuell erfolgt.
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Im
Wellental 24 des Außenschlauches 20 treffen
gerade Ende, Mitte und Anfang einer vorhergehenden, aktuellen und
nachfolgenden Wickelwindung des Metallbandes 21 aufeinander,
so dass der Außenschlauch 20 in diesem schmalen
Bereich dreilagig ist. Durch die Rollnahtschweißung werden
somit vorteilhafterweise nicht nur Außenschlauch und Innenschlauch
miteinander verbunden, sondern auch die genannten drei Wickellagen
des Außenschlauches 20.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005048479 [0001]
- - DE 3804208 A1 [0002]
- - EP 1467072 A1 [0002]
- - DE 19820863 A1 [0002]
- - DE 19913562 A1 [0003]
- - FR 2805592 B1 [0004]
- - DE 10113182 C2 [0018]