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Die Erfindung betrifft einen Ansaugschlauch zum Führen von Verbrennungsluft innerhalb eines Ansaugtrakts für einen Verbrennungsmotor, mit einer ersten und einer zweiten Anschlussöffnung, wobei der Ansaugschlauch einen ersten.
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Wandbereich mit einer ersten Wanddicke aufweist und am Ansaugschlauch wenigstens ein Krümmungsabschnitt ausgebildet ist.
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Ansaugschläuche werden eingesetzt, um bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor innerhalb eines Luftansaugtraktes eine Verbindung von Luftführungselementen, beispielsweise einem Luftfiltergehäuse, zu einer Luftzufuhr des Motors zu schaffen, beispielsweise einem Ansaugstutzen oder einem Turboladergehäuse. Es ist bekannt, derartige Schläuche mit einer möglichst geringen Wandstärke auszubilden, um Materialkosten und Gewicht einzusparen. Dem sind jedoch Grenzen gesetzt, da bei Betrieb des Motors sich ein Unterdruck im Ansaugschlauch aufbaut, der bei zu geringen Wandstärken zu einem Kollabieren des Ansaugschlauches führt. Um diesem Effekt entgegenzutreten ist es bekannt, Ansaugschläuche mit Verstärkungsrippen auszubilden, die in Kombination mit geringen Wanddicken ein Kollabieren des Ansaugschlauches verhindern. Um auch einem Kollabieren entgegenzuwirken, werden Ansaugschläuche relativ steif ausgebildet. Problematisch ist jedoch, dass aufgrund von Schwingungsbewegungen und Lastwechsel des Motors der Abstand zwischen Motor und Luftführungselemente variiert und Kräfte vom Motor auf die Luftführungselemente übertragen werden, was zu Beschädigungen am Ansaugschlauch oder an den Luftführungselementen führen kann. Um diese Schwingungsbewegungen auszugleichen bzw. um zu verhindern, dass derartige Schwingungskräfte auf die Luftführungselemente übertragen werden, ist es bekannt, die Ansaugschläuche abschnittsweise mit einem elastischen Verformungsbalg auszubilden, durch welchen bei Schwingungsbewegungen ein Längenausgleich und damit eine reduzierte oder gar eliminierte Kraftübertragung erzielt wird. Nachteilig ist, dass im Bereich eines solchen Verformungsbalgs, aufgrund der unebenen Oberfläche im Inneren des Ansaugschlauches, Luftverwirbelungen und Druckabfälle generiert werden, die sich negativ auf die Leistungsbilanz des Motors auswirken können.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird darin gesehen, ein Ansaugschlauch der eingangs genannten Art anzugeben, durch welches die vorgenannten Probleme überwunden werden.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Lehre des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
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Erfindungsgemäß wird ein Ansaugschlauch der eingangs genannten Art derart ausgebildet, dass in dem wenigstens einen Krümmungsabschnitt ein zweiter Wandbereich mit einer zweiten Wanddicke ausgebildet ist, wobei die zweite Wanddicke gegenüber der ersten Wanddicke reduziert ist. Ein erfindungsgemäßer Ansaugschlauch zum Führen von Verbrennungsluft innerhalb eines Luftansaugtrakts für einen Verbrennungsmotor kann in einem beliebigen Bereich des Luftansaugtrakts integriert bzw. angeordnet sein. Der Ansaugschlauch kann dabei direkt oder auch indirekt über weitere luftführende Verbindungen über seine Anschlussöffnungen mit einem Luftführungselement einerseits, beispielsweise einem Luftfiltergehäuse, und einem Ansaugstutzen bzw. Lufteinlass eines Verbrennungsmotors andererseits verbunden sein. Dadurch, dass in dem Krümmungsabschnitt eine Wanddickenreduzierung vorgenommen wird, wird die Verformungsfähigkeit des Ansaugschlauches gezielt in diesem Bereich erhöht, wobei die Wanddickenreduzierung vorzugsweise über eine neutrale Linie (Mittellinie bzw. eine durch die Mittelpunkte aller zur Außenwandung senkrechten Querschnitte führende Linie) des Ansaugschlauches hinausgehen kann. Mit anderen Worten, der wanddickenreduzierte Bereich kann vorzugsweise einen Umfangsbereich im Querschnitt von mehr als 180° umspannen. Dies führt dazu, dass wenn Kräfte auf den Ansaugschlauch einwirken, sich der Ansaugschlauch dort verformen und in einem geringen Maße gezielt und kontrolliert kollabieren kann. Dies führt zu einer Änderung des Krümmungsradius bzw. des Krümmungswinkels des Krümmungsabschnitts und damit auch zu einer Änderung der Gesamtlänge des Ansaugschlauches, so dass eine Kompensation von Abstandänderungen zwischen Motor und Luftführungselementen erfolgen kann. Dabei wird sichergestellt, dass im Gegensatz zu einem Verformungsbalg keine relativ großen Querschnittänderungen eintreten und zum anderen eine ebene Oberfläche innerhalb des Ansaugschlauches ausgeformt werden kann. Luftverwirbelungen werden dadurch gering gehalten.
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Der erste Wandbereich kann im Bereich des Krümmungsabschnitts krümmungsaußenseitig und der zweite Wandbereich krümmungsinnenseitig ausgebildet sein. Dadurch wird zum einen eine Verformbarkeit auf der Innenseite des Krümmungsabschnitts sichergestellt, zu anderen aber auch die Stabilität verbessert, da außenseitig eine dickere und damit auch gegen Kollabieren stabilere Außenseite des Krümmungsabschnitts geschaffen wird.
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Innenseitig kann der gesamte Ansaugschlauch mit einer glatten, ebenen Oberfläche versehen sein, so dass eine möglichst laminare Luftströmung ohne wesentliche Verwirbelungen im Inneren des Ansaugschlauches erzielbar ist.
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Um den wanddickenreduzierten Bereich zusätzlich gegen Kollabieren bzw. unkontrolliertes, übermäßiges Kollabieren zu schützen, bzw. zu stärken, können in dem wenigstens einen Krümmungsabschnitt im zweiten Wandbereich wenigstens eine sich in Umfangsrichtung des Ansaugschlauches erstreckende Verstärkungsrippe ausgebildet sein. Dadurch, dass die Verstärkungsrippen lediglich in Umfangsrichtung ausgerichtet sind wird eine Verformungsfähigkeit des innseitigen Bereichs des Krümmungsabschnitts nicht wesentlich beeinflusst, d. h. Änderungen des Krümmungsradius bzw. des Krümmungswinkels des Krümmungsabschnitts können weiterhin relativ ungehindert stattfinden. Es findet jedoch eine Versteifung des wandstärkenreduzierten Bereichs in Längsrichtung des Ansaugschlauchs statt. Dabei ist zu beachten, dass die Verstärkungsrippen lediglich auf der Außenoberfläche des Ansaugschlauches aufgetragen sind, so dass die Innenfläche weiterhin eben ausgebildet sein kann.
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Der Ansaugschlauch kann mit einem zweiten Krümmungsabschnitt ausgebildet sein, wobei der zweite Krümmungsabschnitt entgegengesetzt zum ersten Krümmungsabschnitt gekrümmt ist, so dass der Ansaugschlauch in Form eines „S” geformt ist. Eine derartige Ausbildung hat den Vorteil, dass Öffnungsquerschnitte der Anschlussöffnungen unabhängig von einer Abstandsänderung zwischen Motor und Luftführungselementen stets zueinander gleichbleibend ausgerichtet sind. Denkbar ist jedoch auch, dass der zweite Krümmungsabschnitt oder auch ein weiterer Krümmungsabschnitt in die gleiche Krümmungsrichtung gekrümmt ist, so dass ein U-förmiges oder auch ein meanderförmiges oder wellenförmiges Schlauchgebilde geformt wird. Der zweite oder weitere Krümmungsabschnitt kann in jedem Fall mit allen oben genannten Merkmalen ausgestattet sein und entsprechende Eigenschaften und Vorteile aufweisen.
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In dem wenigstens einen Krümmungsabschnitt kann eine von einem Befestigungsrand umgebene Bohrung und ein sich vom Befestigungsrand koaxial zur Bohrung erstreckender Haltesteg ausgebildet sein. So kann beispielsweise ein Sensor zur Erfassung der Temperatur, des Drucks oder der Feuchtigkeit im Inneren des Ansaugschlauchs erforderlich sein, der in die genannte Bohrung eingeführt und dort befestigt werden muss. Der Befestigungsrand ermöglicht die Befestigung eines Sensors in einem solchen wanddickenreduzierten Bereich, wobei eine Ausrichtung des Sensors durch den am Befestigungsrand ausgebildeten Haltesteg vorgegeben wird, der einen für die Montage des Sensors hilfreichen Positionieranschlag darstellt. Dadurch können Montagefehler vermieden werden.
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Anhand der Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt, werden nachfolgend die Erfindung sowie weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung näher beschrieben und erläutert.
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Es zeigt:
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1 eine erste schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Ansaugschlauches,
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2 eine zweite schematische Seitenansicht des Ansaugschlauches aus 1 und
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3 eine Querschnittansicht eines Krümmungsabschnitts entlang der Linie 3-3 aus 1.
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1 zeigt einen erfindungsgemäßen Ansaugschlauch 10. Der Ansaugschlauch 10 dient zur Verbindung von einem Luftführungselement und einer Luftzufuhreinrichtung an einem Verbrennungsmotor. Als Luftführungselement kann beispielsweise ein Luftfiltergehäuse mit eingesetztem Luftfilter zur Reinigung der Ansaugluft für einen Verbrennungsmotor zum Einsatz kommen. Als Luftzufuhreinrichtung versteht sich eine Einrichtung an einem Verbrennungsmotor, die zur Luftzufuhr für den Verbrennungsprozess eingerichtet ist, beispielsweise ein Ansaugstutzen oder auch ein Turbolader oder dergleichen.
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Der Ansaugschlauch 10 ist entlang einer sich s-förmig erstreckenden Mittellinie 12 (welche auch als neutrale Linie bezeichnet wird) mit im Wesentlichen konstanten kreisrunden Querschnitt ausgebildet. Er weist einen ersten Krümmungsabschnitt 14 und einen zweiten Krümmungsabschnitt 16 auf, die sich beidseitig eines geraden Mittelstücks 18 in entgegengesetzte Richtungen über einen Krümmungswinkel von ca. 95° erstrecken, wobei der erste Krümmungsabschnitt 14 in einer ersten Anschlussöffnung 20, geeignet zum Anschließen an ein Luftführungselement (nicht gezeigt), und der zweite Krümmungsabschnitt in einer zweiten Anschlussöffnung 22, geeignet zum Anschließen an eine Luftzufuhr (nicht gezeigt) an einem Verbrennungsmotor (nicht gezeigt), mündet.
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Der Ansaugschlauch weist einen ersten Wandbereich 24 mit einer ersten Wanddicke D1 (beispielsweise in Bereichen von 6–8 mm) und einen zweiten Wandbereich 26 auf, wobei der zweite Wandbereich 26 im Bereich der beiden Krümmungsabschnitte 14, 16 ausgebildet ist und eine geringere Wanddicke D2 (beispielsweise in Bereichen von 3–6 mm) besitzt. So kann der zweite Wandbereich 26 beispielsweise eine Wanddickenreduzierung um ca. 30%–60% aufweisen.
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Der erste Wandbereich 24 erstreckt sich über den gesamten Umfang und die gesamte Länge des Mittelstücks 18, sowie jeweils krümmungsaußenseitig über die gesamte Länge der Krümmungsabschnitte 14, 16.
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Der zweite Wandbereich 26, mit einer gegenüber dem ersten Wandbereich 24 reduzierten Wanddicke D2, ist jeweils in den Krümmungsabschnitten 14, 16 krümmungsinnenseitig ausgebildet.
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Zu Definitionszwecken sei in Bezug auf den von den ersten und zweiten Wandbereichen 24, 26 umschlossenen Umfangsflächen eine Symmetrielinie S definiert, die sich gemäß 3 in Bezug auf einen dargestellten Querschnitt entlang der Linie 3-3 des ersten Krümmungsabschnitts 14 durch den krümmungsinnersten Punkt Pi und den kurvenäußersten Punkt Pa erstreckt.
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Der zweite Wandbereich 26 erstreckt sich somit beidseitig der Symmetrielinie S über einen Umfangsbereich von mehr als 90°, vorzugsweise 120°, also über einen Gesamtumfangsbereich W2 von mehr als 180°, vorzugsweise 240°. Der erste Wandbereich 24 erstreckt sich somit im Bereich der Krümmungsabschnitte 14, 16 beidseitig der Symmetrielinie S über einen Umfangsbereich von weniger als 90°, vorzugsweise 60°, also über einen Gesamtumfangsbereich W1 von weniger als 180°, vorzugsweise 120°.
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Der zweite Wandbereich 26 ist in den jeweiligen Krümmungsabschnitten 14, 16 mit Verstärkungsrippen 28 versehen, die sich in Umfangsrichtung linienförmig radial entlang der Oberfläche des zweiten Wandbereichs erstrecken. Linienförmig bedeutet hier, dass die Verstärkungsrippen stegförmig ausgebildet sind und eine Dicke aufweisen, die lediglich einen Bruchteil ihrer Länge beträgt. Es sei darauf hingewiesen, dass die Verstärkungsrippen 28 nur außenseitig auf der Oberfläche des zweiten Wandbereichs 26 aufgebracht sind, so dass die Innenseite des Ansaugschlauchs 10 über die gesamte Länge entlang der Mittelinie 12 den gleichen Durchmesser aufweist, mit Ausnahme der Bereiche der Anschlussöffnungen 20, 22, in welchen aus Gründen der Anschließbarkeit ein geänderter Innendurchmesser vorgesehen sein kann. Mit anderen Worten, der Ansaugschlauch besitzt innenseitig eine gleichmäßige, ebene Oberfläche 29, so dass durch Unebenheiten hervorgerufene Störungen des Strömungsverhaltens eines den Ansaugschlauch 10 durchströmenden Mediums vermieden werden.
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Der zweite Krümmungsabschnitt weist eine Bohrung 30 auf, die im zweiten Wandbereich 26 angeordnet ist. Die Bohrung 30 dient zur Positionierung eines Sensors 32 (in 2 dargestellt), mit welchem die Temperatur, Feuchtigkeit oder auch der Druck innerhalb des Ansaugschlauchs erfasst werden kann. Die Bohrung 30 ist von einem Verstärkungsrand oder Befestigungsrand 34 umgeben, der zwei Gewindebohrungen 36 zur Befestigung des Sensors 32 aufweist. Damit eine Positionierung des Sensors 32 nur in einer vordefinierten Richtung erfolgen kann und damit Montagefehler vermieden werden sollen, ist der Befestigungsrand 34 mit einem Haltesteg 38 versehen. Der Haltesteg erstreckt sich ausgehend vom Befestigungsrand 34 koaxial zur Bohrung 30 nach außen und bietet eine Anlagefläche 40 zur Anlage bzw. Positionierhilfe für den Sensor 32. Ein versehentliches Verdrehen des Sensors 32 bei der Montage wird dadurch vermieden.
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Der Ansaugschlauch 10 ist an sich aus einem relativ steifen oder nur schwer verformbaren bzw. gering elastischen Material hergestellt, damit er einem durch einen Verbrennungsmotor an der Luftzufuhr erzeugten Unterdruck standhalten kann und aufgrund von luftströmungstechnischen Vorteilen möglichst formgetreu seine Querschnittform beibehält, also mit anderen Worten nicht kollabiert oder zusammenfällt bzw. sich zusammenzieht. Es ist jedoch auch zu beachten, dass Luftführungselemente, wie beispielsweise ein Luftfiltergehäuse, an einem Rahmen eines Fahrzeugs befestigt sein können und in ihrer Position relativ starr angebunden sind, wobei der Verbrennungsmotor schwingend gelagert aufgehängt sein kann, um die bei Betrieb auftretenden Schwingungsbewegungen abzudämpfen bzw. um eine Übertragung von Vibrationen auf den Rahmen möglichst zu unterdrücken. Ferner ist auch zu beachten, dass die genannten Luftführungselemente an einem schwingenden Bauteil, beispielsweise an einer Fahrzeugkabine angeordnet sein können, hingegen der Verbrennungsmotor starr gelagert ist. In beiden Fällen stellt sich ein Zielkonflikt dahingehend dar, dass der Ansaugschlauch einerseits relativ formstabil ist und andererseits dadurch Kräfte auf die Luftführungselemente übertragen kann, die von den Schwingungsbewegungen des Verbrennungsmotors bzw. der Luftführungselemente herrühren. Die Luftführungselemente können dadurch zu Schaden kommen. Um die eingangs erwähnten Nachteile eines Verformungsbalgs zu umgehen, sind hier der zweite Wandbereiche 26 mit der reduzierten Wanddicke D2 vorgesehen. Der Abstand zwischen Luftführungselement und Verbrennungsmotor weist in Bezug auf die Mittellinie 12 im Bereich der Anschlussöffnungen 20, 22 eine Länge L auf, welche aufgrund von Schwingungsbewegungen des Verbrennungsmotors um einen gewissen Bereich variieren kann. So können im eingebauten Zustand des Ansaugschlauches 10 Längenänderungen L1 von beispielsweise +/–8 mm auftreten, die zwangsläufig zu einer entsprechenden Verformung des Ansaugschlauches 10 führen müssen, was wiederum, wie bereits erwähnt, mit Kräften verbunden ist, welche durch die Luftführungselemente aufgebracht werden müssen. Durch die oben beschriebene Ausbildung des Ansaugschlauchs 10, insbesondere durch den angeordneten zweiten Wandbereich 26 wird das Verformungsverhalten des Ansaugschlauchs gezielt optimiert, ohne dass sich wesentliche, störende Querschnittänderungen bemerkbar machen. Der wanddickenreduzierte zweite Wandbereich 26 unterstützt die auf- bzw. eintretenden Längenänderungen L1 am Ansaugschlauch 10 dahingehend, dass schon bei geringen Schwingungskräften der Ansaugschlauch 10 gezielt in dem zweiten Wandbereich 26 im ersten und zweiten Krümmungsabschnitt 14, 16 leicht kollabieren bzw. „einknicken” kann und dadurch eine ausreichende Änderung des Krümmungswinkels im ersten und zweiten Krümmungsabschnitts 14, 16 und damit die erforderliche Längenänderung L1 erfolgt, wobei der Querschnitt des Ansaugschlauches 10 im ersten und zweiten Krümmungsabschnitt 14, 16 nur geringfügigen Änderungen ausgesetzt ist und dadurch keine oder nur geringe Änderungen im Strömungsverhalten der den Ansaugschlauch durchströmenden Luft hervorgerufen werden. Die Verstärkungsrippen 28 sind dabei so angeordnet, dass die durch die Längenänderung L1 hervorgerufene Änderung des Krümmungswinkels der Krümmungsabschnitte 14, 16 nicht behindert wird, hingegen eine Verstärkung gegen Kollabieren des wandstärkenreduzierten Wandbereichs 26 großflächig erfolgen kann, wobei für eine Verstärkung in Umfangsrichtung die Länge der Verstärkungsrippen 28 und für eine Verstärkung in Längsrichtung die Anzahl der Verstärkungsrippen 28 maßgeblich sind. Die Verstärkungsrippen 28 sind jedoch auch derart angeordnet, dass sie sich nicht in einen Bereich der zu erwartenden Verformung durch Kollabieren des Ansaugschlauchs 10 erstrecken bzw. nicht bis dorthin führen, sondern im Wesentlichen seitlich des Ansaugschlauches auf der Oberfläche ausgebildet sind, wobei ein erwartungsgemäß vom Kollabieren betroffener Bereich sich auf einen im innersten (kleinsten) Krümmungsradius befindlichen Bereich der Krümmungsabschnitte 14, 16 beschränkt.
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Auch wenn die Erfindung lediglich anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben wurde, erschließen sich für den Fachmann im Lichte der vorstehenden Beschreibung sowie der Zeichnung viele verschiedenartige Alternativen, Modifikationen und Varianten, die unter die vorliegende Erfindung fallen.
