DE102011110219A1

DE102011110219A1 - Verfahren zum Herstellen eines Wickelschlauches, insbesondere Agraffschlauch sowie Wickelschlauch und flexibles Leitungselement mit einem Wickelschlauch

Info

Publication number: DE102011110219A1
Application number: DE201110110219
Authority: DE
Inventors: Henrik Hof; Marc Pontzen; Jürgen Büchele
Original assignee: BOA Balg und Kompensatoren Technologie GmbH
Current assignee: BOA Balg und Kompensatoren Technologie GmbH
Priority date: 2011-08-16
Filing date: 2011-08-16
Publication date: 2013-02-21
Anticipated expiration: 2031-08-17
Also published as: DE102011110219B4; US20130233433A1; US9446439B2; WO2013023744A1; CN103209779A; KR20140048069A

Abstract

Zur Schaffung eines wärmeisolierten Wickelschlauches sieht die Erfindung ein Verfahren vor, bei dem ein zunächst in herkömmlicher Weise hergestellter Metall-Wickelschlauch gestaucht wird, so dass seine Windungen aneinanderliegend durch benachbarte axiale Randbereiche einzelner Windungen zumindest eine nicht unterbrochene Mantelwandfläche bilden, dass anschließend auf der mindestens eine nicht unterbrochene Mantelwandfläche eine keramikbasierte Beschichtung aufgebracht wird, dass die Beschichtung ausgehärtet wird und anschließend der so gebildete Wickelschlauch auseinander gezogen wird, wobei sich benachbarte axiale Randbereiche benachbarter Windungen voneinander lösen und dabei die Beschichtung an Trennstellen aufgebrochen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Wickelschlauchs, insbesondere eines Agraffschlauchs, wobei zunächst aus mindestens einem metallischen Profilband in an sich bekannter Weise ein Metall-Wickelschlauch gefertigt wird, sowie einen Wickelschlauch mit Windungen sich axial erstreckenden auf unterschiedlichem Radius liegenden inneren und äußeren Wandbereichen und ineinandergreifenden Abschnitten mit radialer Erstreckungskomponente und ein flexibles Leitungselement mit einem Wickelschlauch als Inliner.
Wickelschläuche, insbesondere in Form von Agraffschläuchen, werden zum Leiten von Fluiden (Abgasen) insbesondere bei Kraftfahrzeugen eingesetzt. Diese Schläuche sind nicht dicht. Um vollständige Dichtigkeit zu erreichen, werden sie als Inliner in einen Balg oder einen Well-Schlauch aufweisenden Entkupplungselementen eingesetzt. Es ist wünschenswert die Temperaturverluste in dem den Wickelschlauch durchströmenden Abgas zu minimieren und zum einen umgebenden Balg gegen die heißen Abgase, die dort eine Temperatur von 400 bis 550°C haben, zu schützen, zum anderen in diesem Falle und auch bei Einsatz eines Wickelschlauches als einzigem Leitungselement die Abgastemperatur zur späteren Nachbehandlung zwecks Reduzierung von Fremdstoffen, wie durch Katalysatoren, hoch zu halten, da eine solche Nachbehandlung bei höheren Temperaturen besser oder überhaupt wirksam ist.
Zur Schaffung eines wärmeisolierten Wickelschlauches wurde schon vorgeschlagen, einen solchen aus mindestens zwei separaten profilierten Bandlagen zu bilden, die gemeinsam gewickelt werden, wobei eine Lage aus Metall besteht, die andere aus wärmeisolierendem Material; vorzugsweise wurde letzteres zwischen zwei Metallbandlagen sandwichartig eingeschlossen. Während ein derartig gebildeter Wickelschlauch eine gute Wärmeisolierung schafft, ist er sehr aufwendig herzustellen; auch sind in praktischer Hinsicht Wickelschläuche mit den drei genannten Schichten – außen jeweils Metall – notwendig, da ansonsten wärmeisolierendes Material mit hohem Reibungskoeffizienten aneinander reiben würde.
Ein großer Nachteil des bekannten Vorgehens besteht darüber hinaus darin, dass bei einem zur Herstellung des Wickelschlauches erforderlichen profilierten Bandmaterial aus mehrlagigen Flachbandmaterial mit zumindest einer metallischen und einer isolierenden Lage, insbesondere wenn diese keramisch ist, aufgrund des Profilierungsvorganges, insbesondere beim Falzen der Bandlage, die Isolierlage reißen und von der metallischen Lage abplatzen kann, so dass Ausschuss entsteht und/oder die Isolierlage im fertigen Wickelschlauch unterbrochen ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Wickelschlauch zu schaffen, der unter Vermeidung der vorgenannten Nachteile fertigungstechnisch einfach und preiswert herzustellen ist.
Erfindungsgemäß wird die genannte Aufgabe mit einem Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, welches dadurch gekennzeichnet ist,

– dass der Metall-Wickelschlauch gestaucht wird, so dass seine Windungen aneinanderliegend durch benachbarte axiale Randbereiche einzelner Windungen zumindest eine nicht unterbrochene Mantelwandfläche bilden;
– dass anschließend auf der mindestens eine nicht unterbrochene Mantelwandfläche eine keramikbasierte Beschichtung aufgebracht wird,
– dass die Beschichtung ausgehärtet wird und
– anschließend der so gebildete Wickelschlauch auseinander gezogen wird, wobei sich benachbarte axiale Randbereiche benachbarter Windungen voneinander lösen und dabei die Beschichtung an Trennstellen aufgebrochen wird.

Durch die Erfindung wird erreicht, dass einerseits der größte Bereich der axialen Wand des Wickelschlauches zumindest einseitig, vorzugsweise auf der Innenseite des Wickelschlauchs mit einer keramikbasierten Beschichtung versehen ist, andererseits die Beweglichkeit des Wickelschlauches nicht vermindert wird, da diese Beschichtung sich durch das erfindungsgemäße Verfahren nicht im Bereich der radialen Erstreckungsrichtung aufweisenden Abschnitte des Wickelschlauchs befindet, sondern diese Abschnitte weiterhin rein metallisch und nicht mit der Beschichtdung versehen sind.
Als keramischbasierte Beschichtung kommen dabei insbesondere unter dem Namen Cerakote von der Firma NIC Industries, 7050 Sixth Streetr, White City Oregon 97503/USA vertriebene flüssige Harzbeschichtungen in Frage, die durch Aushärten eine dreidimensionale keramische Matrix auf den mit der Beschichtung versehenen axialen Wandbereichen des Wickelschlauchs bilden. Die Beschichtung bedingt eine Reduzierung des Wärmeflusses vom Inneren des Wickelschlauches zu seiner Außenseite, insbesondere durch Reflexion der vom Abgas abgegebenen Wärmestrahlung und gegebenenfalls auch durch die selektive Wärmeleitfähigkeit von Keramik gegenüber dem Metallmaterial des Wickelschlauchs.
In bevorzugter Ausgestaltung des Verfahrens ist dabei vorgesehen, dass vor Aufbringen der Beschichtung die zu beschichtenden Wandbereiche gereinigt werden, insbesondere durch Glasperlenstrahlen.
Bevorzugte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sehen vor, dass die Aushärtung der keramisch basierten Beschichtung bei erhöhten Temperaturen, vorzugsweise im Bereich von 250° bis 270°C über eine Zeit zwischen 40 und 60 Minuten hin erfolgt und/oder dass die Beschichtung mittels eines flüssigen Harzes erfolgt, das beim Aushärten eine dreidimensionale keramische Matrix bildet.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass sowohl innere als auch äußere Wandbereiche des Wickelschlauchs beschichtet werden.
Ein erfindungsgemäßer Wickelschlauch ist dadurch gekennzeichnet, dass nur axiale Wandbereiche auf ihrer die jeweils anderen axialen Wandbereiche abgewandten Seite mit einer keramisch basierten Beschichtung versehen sind. In bevorzugter Ausgestaltung kann dabei weiter vorgesehen sein, dass entweder nur innere oder nur äußere Wandbereiche mit einer keramisch basierten Beschichtung beschichtet sind und/oder dass die voneinander fortgerichteten Flächen sowohl der inneren als auch der äußeren radial gerichteten Wandbereiche mit einer keramisch basierten Beschichtung versehen sind. Ein erfindungsgemäßes flexibles Leitungselement weist einen nach einem Verfahren der Ansprüche 1–4 hergestellten Wickelschlauch mit einer keramisch basierten Beschichtung auf axialen Wandbereichen auf.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens und des erfindungsgemäß geschaffenen Wickelschlauches liegt darin, dass die keramische Besichtigung erst am fertigen Wickelschlauch und nur auf den sich axial erstreckenden Wandbereichen des Wickelschlauches aufgebracht wird, insbesondere von der Innenseite des Wickelschlauches her, so dass insbesondere zumindest radiale Erstreckungsrichtungen auch aufweisende Wandungsbereiche des Ausgangs-Metall-Wickelschlauches unbeschichtet bleiben und damit weder eine Reibungserhöhung die Beweglichkeit des Wickelschlauches erfolgt noch die Gefahr einer Beschädigung der keramischen Beschichtung durch Verformungsschritte bei der Herstellung gegeben ist.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung im Einzelnen erläutert ist. Dabei zeigt:
1 eine Teilschnittdarstellung eines flexiblen Leitungselements, insbesondere für eine Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs; und
2a bis 2c wesentliche erfindungsgemäße Verfahrensschritte zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Wickel-Schlauches, vorzugsweise zum Einsatz bei einem flexiblen Leitungselement nach der 1, wobei
2a einen herkömmlichen Metallwickelschlauch (Agraff-Schlauch) in gestauchter Konfiguration zeigt,
2b den Wickelschlauch der Figur nach Aufbringen der keramisch basierten Beschichtung auf einer Seite und
2c den Wickelschlauch in ausgezogener Konfiguration zum Trennen der keramischen Beschichtungsabschnitte über den einzelnen Wickel-Windungen zeigen
Die 1 zeigt ein flexibles Leitungselement 1 für die Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs, das zwischen Motor und Abgasanlage angeordnet wird und zur Schwingungs-Entkopplung zwischen Motor und Abgasanlage dient. Ein solches Element wird auch als Entkopplungselement (EKE) bezeichnet.
Das flexible Leitungselement 1 weist als tragendes Teil und damit Hauptteil einen Wellschlauch oder Balg 2, hier mit zwei Lagen 2a, 2b auf. Die Dicke der Balglagen 2a, 2b liegt üblicherweise zwischen 0,2 und 0,4 mm. Außenseitig ist der Balg 2 mit einem Metalldrahtschlauch 5 aus Geflecht oder Gestricke versehen, um ihn so gegen äußere mechanische Einwirkungen und Fremdkörper zu schützen. Im Inneren des Balgs 2 ist ein Wickelschlauch 7 in Form eines Agraff-Schlauches vorgesehen, der der Gasführung und zum Schutz des Balges gegen die heißen Abgase des Kraftfahrzeugmotors dient.
Die genannten Teile sind an den beiden Balgenden mit äußeren Winkelringen 6 versehen und mit diesen gegeneinander verpresst sowie gegebenenfalls verschweißt.
Die 2a zeigt einen herkömmlichen metallischen Wickelschlauch 7 in Form eines Agraff-Schlauches, wobei die strichpunktierte Linie A die (Symmetrie-)Mittelachse des Wickelschlauchs andeutet. Ein Wickelschlauch 7 wird in der Regel durch ein schraubenförmig gewickeltes Profilband gebildet.
Am gewickelten Zustand weist jede Windung des Metallbandes jeweils auf unterschiedlicher radialer Höhe liegend einen inneren und einen äußeren sich parallel zur Achse A erstreckenden Wandbereich 7.1, 7.2 auf, die durch einen Verbindungsabschnitt 7.3 mit zumindest radialer Erstreckungskomponente, hier radiale Erstreckungsrichtung, einstückig verbunden sind. An ihren freien Enden weisen die Wandbereiche 7.1, 7.2 im Wesentlichen parallel zum Verbindungsabschnitt 7.3 gegensinnig zueinander, erstreckende, d. h. mit zumindest radialer Komponente erstreckende Hakenabschnitte 7.4, 7.5 auf. Dabei erstreckt sich der Hakenabschnitt 7.4 am inneren Wandbereich 7.1 nach außen und der Hakenabschnitt 7.5 vom äußeren Wandbereich 7.2 nach innen. Die Wandbereiche 7.1, 7.2 einer Wicklungs-Windung überlappen sich dabei in axialer Richtung mit dem jeweils anderen Wandbereich der benachbarten Windungs-Wicklung, wie dies aus 2a ersichtlich ist. Die Hakenabschnitte 7.4, 7.5 greifen radial ineinander, genauer jeweils zwischen den anderen Hakenabschnitt und den Verbindungsabschnitt 7.3.
Diese beschriebene Ausgestaltung bildet einen üblichen aus einem metallischen Profilband gebildeten Wickelschlauch.
Bei dem in den Zeichnungen dargestellten Agraff-Schlauch ist das Bandmaterial im Querschnitt S-förmig profiliert und es schließen sich an die Hakenabschnitte 7.4, 7.5 jeweils parallel zu den entsprechenden axialen Wandbereichen 7.1, 7.2 verlaufende Axialabschnitte 7.6, 7.7 an, wobei diese Abschnitte benachbarter Wicklungs-Windungen einander hintergreifen.
Ein solcher Wicklungs- oder Agraff-Schlauch 7 in der insoweit beschriebenen Ausbildung wird herkömmlicher Weise bei flexiblen Leitungselementen eingesetzt. Er weist keine ausreichende thermische Isolierung auf.
Ein in der vorstehender Weise ausgebildeter und hergestellter Metall-Wickel-Schlauch 7 wird in die in den 2a und 2b dargestellte gestauchte oder komprimierte Figuration gebracht, bei denen jeweils an den Verbindungsabschnitt 7.3 einer Wickel-Windungen die Endabschnitte 7.4, 7.5 benachbarter Wickel-Windungen anliegen, wie dies in den 2a, 2b dargestellt ist.
Vorzugsweise in dieser Konfiguration wird der Wickelschlauch 7 zumindest auf der zu beschichtenden Wandungsseite, im dargestellten Ausführungsbeispiel den inneren Wandbreichen 7.1 zunächst gereinigt, wie mittels Glasperlenstrahlen, um die zu beschichtende Oberfläche öl- und fettfrei zu machen.
Anschließend erfolgt ebenfalls im gestauchten Zustand eine keramische Beschichtung der Innenoberfläche und damit der nach innen gerichteten Flächen der Wandbereiche 7.1 des Wickelschlauches als Nassbeschichtung, damit Aufbringen der keramisch basierten Schicht in flüssiger Form sowie anschließend ein Aushärten der Beschichtung 8 und zwar vorzugsweise bei erhöhter Temperatur, wie bei beispielsweise 260°C über eine Stunde. Als Beschichtungsmaterial wird hierbei ein Produkt der Cerakote-Serie der Firma NIC Ind. Inc., 7050 Sixth Street, White City Oregon 97503/USA, insbesondere Cerakote C7300, verwendet.
In einem weiteren Verfahrensschritt wird der Wickelschlauch 7 auseinander gezogen, wie dies in der 2c dargestellt ist, wobei die Beschichtung 8 an den Kontaktstellen der inneren Wandbereiche 7.1 in gestauchtem Zustand aufgebrochen und damit getrennt wird. Hierdurch erhält der Wickelschlauch 7.1 seine Beweglichkeit wieder. Anschließend wird der Wickelschlauch 7 in das flexible Leitungselement (1) eingesetzt und an seinen Enden durch Aufweiten eingespannt; zur zusätzlichen Befestigung können auch Schweißpunkte gesetzt werden.
Der fertige erfindungsgemäße Wickelschlauch 7, wie er im flexiblen Leitungselement 1 der 1 eingesetzt ist, weist die in der 2c dargestellte Ausgestaltung auf, bei der die inneren Wandbereiche 7.1 des Wickelschlauches mit der Beschichtung 8 versehen sind. In den Zwischenräumen zwischen den Wandbereichen 7.1 des Wickelschlauchs bei auseinander gezogenem Schlauch findet sich keine Beschichtung. Die Länge dieser Bereiche ist aber im Einsatz im auseinandergezogenen Zustand gering bis vernachlässigbar gegenüber der Länge der mit der Beschichtung 8 versehenen Wandungsbereiche 7.1. Durch die erfindungsgemäße Beschichtung wird eine sichere und zuverlässige sowie dauerhafte Wärmeisolierung bei einem Wickelschlauch und damit dem in der 1 dargestellten flexiblen Leitungselement geschaffen. Hierdurch wird ein wirksamer Wärmeschutz des Balgs 2 eines solchen flexiblen Leitungselements 1 erreicht.
Beispielsweise wird bei der genannten Beschichtung C7300 bei einer Innentemperatur des Wickelschlauchs 7 von 260°C eine um ca. 61°C niedrigere Außentemperatur, also ca. lediglich 200°C erreicht. Bei der ebenfalls einsetzbaren keramischen Beschichtung Cerakote V171 wird bei einer Innentemperatur von 600°C eine Temperaturreduzierung von 57°C und bei einer Innentemperatur von 930°C eine Temperaturreduzierung von 102°C erreicht.
Bezugszeichenliste

1: Leitungselement
2: Balg
2a, b: Lagen
5: Metalldrahtschlauch
6: Winkelringe
7: Wickelschlauch
7.1: Wandbereich
7.2: Wandbereich
7.3: Verbindungsabschnitt
7.4: Hakenabschnitt
7.5: Hakenabschnitt
7.6: Axialabschnitt
7.7: Axialabschnitt
8: Beschichtung

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Wickelschlauchs, insbesondere eines Agraffschlauchs, wobei zunächst aus mindestens einem metallischen Profilband in an sich bekannter Weise ein Metall-Wickelschlauch gefertigt wird, dadurch gekennzeichnet, – dass der Metall-Wickelschlauch gestaucht wird, so dass seine Windungen aneinanderliegend durch benachbarte axiale Randbereiche (7.1) einzelner Windungen (7) zumindest eine nicht unterbrochene Mantelwandfläche bilden; – dass anschließend auf der mindestens eine nicht unterbrochene Mantelwandfläche eine keramikbasierte Beschichtung (8) aufgebracht wird, – dass die Beschichtung (8) ausgehärtet wird und – anschließend der so gebildete Wickelschlauch (7) auseinander gezogen wird, wobei sich benachbarte axiale Randbereiche (7.1) benachbarter Windungen voneinander lösen und dabei die Beschichtung an Trennstellen (8.1) aufgebrochen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor Aufbringen der Beschichtung die zu beschichtenden Wandbereiche (7.1) gereinigt werden, insbesondere durch Glasperlenstrahlen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aushärtung der keramisch basierten Beschichtung (8) bei erhöhten Temperaturen, vorzugsweise im Bereich von 250° bis 270°C über eine Zeit zwischen 40 und 60 Minuten hin erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung mittels eines flüssigen Harzes erfolgt, das beim Aushärten eine dreidimensionale keramische Matrix bildet.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl innere als auch äußere Wandbereiche (7.1, 7.2) des Wickelschlauchs (7) beschichtet werden.
Wickelschlauch mit Windungen sich axial erstreckenden auf unterschiedlichem Radius liegenden inneren und äußeren Wandbereichen (7.1, 7.2) und ineinandergreifenden Abschnitten (7.4, 7.5) mit radialer Erstreckungskomponente, dadurch gekennzeichnet, dass nur axiale Wandbereiche (7.1, 7.2) auf ihrer jeweils den anderen axialen Wandbereichen (7.2, 7.1) abgewandten Seite mit einer keramisch basierten Beschichtung (8) versehen sind.
Wickelschlauch nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass entweder nur innere oder nur äußere Wandbereiche (7.1, 7.2) mit einer keramisch basierten Beschichtung (8) beschichtet sind.
Wickelschlauch nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die voneinander fortgerichteten Flächen sowohl der inneren als auch der äußeren radial gerichteten Wandbereiche (7.1, 7.2) mit einer keramisch basierten Beschichtung versehen sind.
Flexibles Leitungselement mit einem Balg (2) und einem Wickelschlauch (7) als Inliner, dadurch gekennzeichnet, dass der Wickelschlauch (7) eine keramisch basierte Beschichtung (8) nach einem der Ansprüche 5 bis 7 aufweist.