DE102009040072A1

DE102009040072A1 - Isolierender Wickelschlauch

Info

Publication number: DE102009040072A1
Application number: DE102009040072A
Authority: DE
Inventors: Matthias Weiss; Karl-Heinz MÜNKER; Dietmar Baumhoff; Andreas Gerhard; Karsten Dipl.-Ing. Schenk; Michael Dr.-Ing. Henkelmann; Oliver Dipl.-Ing. Selter; Stefan Dr.-Ing. Hauk
Original assignee: Westfalia Metallschlauchtechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Westfalia Metallschlauchtechnik GmbH and Co KG
Priority date: 2009-09-04
Filing date: 2009-09-04
Publication date: 2011-03-10

Abstract

Beschrieben wird ein isolierender Wickelschlauch, der schraubengangförmig und mehrlagig gewickelt ist, wobei ein einzelnes Schlauchprofil in seiner ebenen Abwicklung bereits aus mindestens zwei Bandlagen besteht. Es ist ein im Hinblick auf seine Isolationswirkung verbesserter Wickelschlauch, der bei einem Einsatz als Entkopplungselement in Abgasanlagen die Temperaturverluste im durchströmenden Abgas minimiert.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schlauch, hergestellt durch schraubengangförmiges, mehrlagiges Wickeln von profiliertem Bandmaterial mit eingehakter oder aber agraffartiger Bindung der Wickellagen.
Vor allem im PKW-Bereich, aber auch bei Nutzfahrzeugen sind solche Wickelschläuche als so genannte Liner zur Abgasführung in Entkopplungselementen von Abgasanlagen bekannt. Sie werden in gasdichte Metallbälge eingebracht, um zusätzliche Turbulenzen im Abgasstrom zu vermeiden und um gleichermaßen die thermischen und akustischen Isolationseigenschaften des Entkopplungselements zu verbessern.
Im Nutzfahrzeugbereich werden Wickelschläuche oftmals alleine, d. h. mit Anschlusstechnik jedoch ohne umhüllenden Metallbalg als Entkopplungselement in den Abgasanlagen eingesetzt. Aufgrund einer zwar geringen, aber dennoch zulässigen Restleckage ist hier in vielen Fällen keine gasdichte Hülle erforderlich. Ein einfaches Ausführungsbeispiel für die als Entkopplungselement eingesetzten Metallschläuche ist der so genannte Agraff-Schlauch. Weitere Ausführungsbeispiele, die gegenüber dem Agraff-Schlauch noch geringere Abgas-Leckagen aufweisen, sind durch die Schriften DE 344 1064 C2 sowie DE 101 13 180 C2 bekannt geworden. Alle bekannten Ausführungsformen der Wickelschläuche sind in ihrer Endkontur mehrlagig, werden jedoch stets aus einem einlagig in den Fertigungsprozess einlaufendes, vorzugsweise ebenes, metallisches Band hergestellt.
Da weltweite gesetzliche Vorschriften den Schadstoff-Ausstoß von Nutzfahrzeugen zukünftig deutlich nach unten regulieren, werden Abgasanlagen zukünftig vermehrt mit Nachbehandlungsmodulen wie z. B. Rußpartikel-Filtern und SCR-Systemen ausgestattet werden. Die Funktionsfähigkeit der Abgas-Nachbehandlungen ist in starker Maß von der Temperatur des Abgases abhängig, mit der es in die Nachbehandlung eintritt. Dies gilt im Fall der SCR-Systeme für die katalytische Reaktion, die möglichst kurz nach dem Startvorgang zu einer nahezu vollständigen Reduktion der Stickoxide führen soll. Im Fall des Partikelfilters kann die passive Regenerierung nur beim Überschreiten einer Mindest-Abgastemperatur erfolgen. Die aktive Regenerierung, die z. B. durch das Einspritzen von unverbranntem Diesel in die Abgasanlage initialisiert wird, arbeitet ebenfalls umso effektiver, je höher die Abgastemperaturen sind. Daraus ergibt sich die Forderung, dass die Temperaturverluste im Abgas von seinem Weg vom Turbo-Ausgang bis hin zum Eingang in die Nachbehandlung zu minimieren sind. Von dieser Forderung ist auch der Wickelschlauch betroffen, da er in beiden erwähnten Ausführungsformen, entweder als Liner-Element in Bälgen oder aber als alleiniges Entkopplungselement ohne umhüllenden Metallbalg fast ausschließlich im Abgasstrang zwischen Turbo-Ausgang und dem Eingang in die Nachbehandlung angeordnet ist. Somit ist auch der Temperaturverlust im Bereich des Wickelschlauchs zu minimieren.
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Wickelschlauch bereitzustellen, der die Temperaturverluste im durchströmenden Abgas minimiert. Die Beibehaltung aller Funktionseigenschaften des Wickelschlauchs als Entkopplungs-Element, die Möglichkeit zur nicht beschädigenden äußerlichen Reinigung des Entkopplungselements unter zu Hilfenahme eines Dampfstrahlers sowie die Bereitstellung einer ökonomisch attraktiven Lösung sind Nebenaufgaben der Erfindung.
Hauptaufgabe sowie Nebenaufgaben werden durch einem Wickelschlauch mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen enthalten.
Der erfindungsgemäße Wickelschlauch besteht aus profilierten metallischen und nichtmetallischen Bandlagen, die miteinander mehrlagig, schraubenförmig gewickelt sind. Im Gegensatz zu allen bisher bekannten Wickelschläuchen, bei denen stets ein einlagiges, ebenes Band in den Fertigungsprozess einläuft, wird beim Erfindungsgegenstand ein mehrlagig einlaufendes Band aus einer Kombination metallischer und nicht-metallischer Werkstoffe angewendet (1).
Das mehrlagig in den Wickelprozess einlaufende Band besteht in einer bevorzugten Ausführungsform aus drei Komponenten, wobei (11) ein metallischer Werkstoff, die mittlere Lage (12) ein Isolationswerkstoff und die Bandlage (13) wiederum ein metallischer Werkstoff ist. Auf diese Weise wird das Gleiten sowie die Reibung der Lagen zueinander auf die metallischen Kontaktpartner (11, 13) konzentriert. Die isolierende Mittellage (12) hat keine reibungsbehafteten Kontaktpunkte und arbeitet aufgrund dessen nahezu verschleißfrei.
In bevorzugten Ausführungsformen kann das metallische Bandmaterial aus Edelstahl, insbesondere der Sorten 1.4301 und 1.4828 bestehen. Alternative metallische Werkstoffe können z. B. 1.4541, 1.4571, 1.4509, 1.4512 oder aber verzinkter bzw. aluminisierter Stahl sein.
Der Aufbau aus drei Komponenten ermöglicht weiterhin, dass die innere metallische Lage (11) und die äußere metallische Lage (13) aus unterschiedlichen metallischen Werkstoffen bestehen können. Insbesondere im Hinblick auf die thermische Beanspruchung im Betrieb, und im Hinblick auf die Auswahl geeigneter Partner-Werkstoffe für den Reibkontakt, eröffnet die Anordnung Gestaltungsspielraum.
Die isolierende Mittellage (12) besteht in bevorzugten Ausführungsformen aus typischen Isolationswerkstoffen mit glasartigen bzw. keramischen Anteilen, z. B. aus texturiertem E-Glas. Folgende weitere Stoffe sind beispielhaft, jedoch in der Aufzählung nicht abschließend für die isolierende Mittellage geeignet:

• Gestrickte Elemente aus Edelstahlfasern und Graphitfasern.
• Gestrickte Elemente aus Edelstahlfasern und saugfähigen Fasern, an denen durch Tauchen in eine Flüssigkeit eine Graphit-Anlagerung erzeugt wird.
• Precursorbeschichtetes Gewebe, bei dem der Grundwerkstoff Aluminiumoxid ist.
• Precursorbeschichtetes Gewebe, bei dem der Grundwerkstoff glasartig ist.
• Ein präkeramisches Polymer in fester, pastöser oder schaumförmiger Konsistenz.
• Faserverstärktes Gestricke aus Graphitband.
• Metall-Textil-Verbundwerkstoffe
• Nadelvliese
• Gewebe aus keramischen Fasern, temperaturbeständigen Trägerfasern und festigkeitssteigernden Edelstahldrähten.

Ebenso ist es möglich, dass die Mittellage (12) keine eigenständige strukturelle Integrität aufweist, sondern als Beschichtung auf die metallischen Streifen (11) oder (13) aufgebracht wird.
Ebenso können Kombinationen aus den genannten Materialien für spezielle Anwendungen besonders geeignet sein.
Weitere Ausführungsformen des isolierenden Wickelschlauchs sehen unterschiedliche Anzahlen und Kombinationen von metallischen und isolierenden Bandlagen vor, deren Anzahl in der beschriebenen, bevorzugten Ausführungsform drei beträgt. Neben dieser bevorzugten Form sind isolierende Wickelschläuche mit von zwei bis hin zu einer zweistelligen Anzahl von Bandlagen mit jeweiliger struktureller Integrität technisch realisierbar.
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

DE 3441064 C2 [0003]
DE 10113180 C2 [0003]

Claims

Isolierender Wickelschlauch, dadurch gekennzeichnet, dass er schraubengangförmig und mehrlagig gewickelt ist, wobei ein einzelnes Schlauchprofil in seiner ebenen Abwicklung bereits aus mindestens zwei Bandlagen besteht.
Isolierender Wickelschlauch gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Bandlagen in der ebenen Abwicklung des Profils jeweils eine strukturelle Integrität aufweisen.
Isolierender Wickelschlauch gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass von den mindestens zwei Bandlagen in der ebenen Abwicklung des Profils mindestens eine strukturelle Integrität aufweist und mindestens eine zweite Bandlage eine Beschichtung darstellt, die als Auflageschicht oder Diffusionsschicht an mindestens einer strukturell integeren Bandlage angebracht ist.
Isolierender Wickelschlauch gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflageschicht bzw. Diffusionsschicht isolierend wirkt.
Isolierender Wickelschlauch gemäß der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Bandlage metallisch und mindestens eine weiter Bandlage isolierend ist.
Isolierender Wickelschlauch gemäß der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Bandlagen metallisch sind.
Isolierender Wickelschlauch gemäß der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein einzelnes Schlauchprofil in seiner ebenen Abwicklung bereits aus drei Bandlagen besteht, wobei die beiden außen liegenden metallisch sind und die innen liegende isolierend ist.
Isolierender Wickelschlauch gemäß der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein einzelnes Schlauchprofil in seiner ebenen Abwicklung bereits aus vier Bandlagen besteht, wobei die beiden außen liegenden metallisch und die beiden innen liegenden isolierend sind.
Isolierender Wickelschlauch gemäß der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein einzelnes Schlauchprofil in seiner ebenen Abwicklung bereits aus fünf Bandlagen besteht, wobei die beiden außen liegenden metallisch und die drei innen liegenden isolierend sind.
Isolierender Wickelschlauch gemäß der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein einzelnes Schlauchprofil in seiner ebenen Abwicklung bereits aus sechs Bandlagen besteht, wobei die beiden außen liegenden metallisch und die vier innen liegenden isolierend sind.
Isolierender Wickelschlauch gemäß der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein einzelnes Schlauchprofil in seiner ebenen Abwicklung bereits aus sieben Bandlagen besteht, wobei die beiden außen liegenden metallisch und die fünf innen liegenden isolierend sind.
Isolierender Wickelschlauch gemäß der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein einzelnes Schlauchprofil in seiner ebenen Abwicklung bereits aus sieben Bandlagen besteht, wobei die beiden außen liegenden metallisch und die fünf innen liegenden wahlweise metallisch, isolierend oder aber isolierende Beschichtungen auf metallischen Bändern sind.
Isolierender Wickelschlauch gemäß der Ansprüche 1 und 2 oder gemäß der Ansprüche 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil des Schlauches einfach eingehakt ist und eine Streckung (Differenz gestauchte Lage zu gestreckter Lage) von mindestens 50% hat.
Isolierender Wickelschlauch gemäß der Ansprüche 1 und 2 oder gemäß der Ansprüche 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil des Schlauches gemäß DE 10 2007 016 784 A1 ausgeführt ist.
Isolierender Wickelschlauch gemäß der Ansprüche 1 und 2 oder gemäß der Ansprüche 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil des Schlauches agraffartig ist.
Isolierender Wickelschlauch gemäß der Ansprüche 1 und 2 oder gemäß der Ansprüche 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil des Schlauches gemäß DE 344 1064 C2 ausgeführt ist.
Isolierender Wickelschlauch gemäß der Ansprüche 1 und 2 oder gemäß der Ansprüche 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil des Schlauches gemäß DE 101 13 180 C2 ausgeführt ist.
Isolierender Wickelschlauch gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die isolierenden Lagen aus glasartigen Werkstoffen bestehen.
Isolierender Wickelschlauch gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die isolierenden Lagen aus texturiertem E-Glas bestehen.
Isolierender Wickelschlauch gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die isolierenden Lagen aus keramischen Werkstoffen bestehen.
Isolierender Wickelschlauch gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die isolierenden Lagen gestrickte Elemente aus Edelstahlfasern und Graphitfasern sind.
Isolierender Wickelschlauch gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die isolierenden Lagen gestrickte Elemente aus Edelstahlfasern und saugfähigen Fasern sind, an denen durch Tauchen in eine Flüssigkeit eine Graphit-Anlagerung erzeugt wird.
Isolierender Wickelschlauch gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die isolierenden Lagen aus precursorbeschichtetem Gewebe bestehen, bei dem der Grundwerkstoff Aluminiumoxid ist.
Isolierender Wickelschlauch gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die isolierenden Lagen aus precursorbeschichtetem Gewebe bestehen, bei dem der Grundwerkstoff glasartig ist.
Isolierender Wickelschlauch gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die isolierenden Lagen aus precursorbeschichtetem Gewebe bestehen.
Isolierender Wickelschlauch gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die isolierenden Lagen aus einem präkeramischen Polymer in fester, pastöser oder schaumförmiger Konsistenz bestehen.
Isolierender Wickelschlauch gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die isolierenden Lagen aus faserverstärktem Gestricke und Graphitband bestehen.
Isolierender Wickelschlauch gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die isolierenden Lagen aus Metall-Textil-Verbundwerkstoffen bestehen.
Isolierender Wickelschlauch gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die isolierenden Lagen aus Nadelvliesen bestehen.
Isolierender Wickelschlauch gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die isolierenden Lagen aus einem Gewebe aus keramischen Fasern, temperaturbeständigen Trägerfasern und festigkeitssteigernden Edelstahldrähten bestehen.