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Die Erfindung betrifft ein flexibles Leitungsteil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 7. Ein flexibles Leitungsteil der vorliegenden Art enthält demnach einen ringgewellten oder schraubengangförmig gewellten Metallbalg oder Metallschlauch mit zwei nicht gewellten Anschlussenden sowie ein schlauchförmiges Geflecht, das an den beiden Anschlussenden festgelegt ist und den Metallbalg oder Metallschlauch außen einhüllt. Das Geflecht ist aus Drähten, Litzen oder Fasern gebildet, wobei es auch zum Teil oder vollständig aus Draht-, Litzen- und/oder Faserbündeln bestehen kann.
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Metallbälge oder Metallschläuche, die hohen Innendrücken standhalten müssen und/oder gegen übermäßige Längung geschützt werden müssen, werden üblicherweise mit einem Drahtgeflecht versehen, das schlauchförmig ausgebildet ist und den Metallbalg oder Metallschlauch außen einhüllt. Durch Festlegen des Drahtgeflechts an den beiden Anschlussenden des Metallbalgs oder Metallschlauchs kann das Drahtgeflecht die ihm zugedachten Aufgaben übernehmen.
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Solch ein Drahtgeflecht wird üblicherweise durch Miteinander-Verflechten von einzelnen, meist etwa 45° gegen die Achsrichtung des Leitungsteils verschränkten Geflechtsschlägen aus jeweils mehreren parallel nebeneinandergelegten Metalldrähten hergestellt. Je nach Anwendungsgebiet und Einsatzzweck werden die Geflechtsschläge schmaler oder breiter ausgebildet sowie mehr oder weniger eng geflochten, so dass sich entweder eine im Wesentlichen ganzflächige Überdeckung ergibt oder aber Lücken zwischen den einzelnen Geflechtsschlägen verbleiben, um nur einen entsprechenden Prozentsatz der Metallbalg- bzw. Metallschlauchoberfläche zu überdecken. In beiden Fällen gewährleistet das schlauchförmige Geflecht, dass der davon eingehüllte Metallbalg oder Metallschlauch sowohl gegen eine radiale Ausdehnung als auch gegen eine axiale Längung abgestützt ist. Denn der Geflechtsschlauch kann zwar laterale und angulare Bewegungen in gewissen Grenzen mitmachen, und er lässt eine gewisse Verkürzung des eingehüllten Metallbalgs oder Metallschlauchs zu, so dass die gewollte Beweglichkeit des Metallbalgs oder Metallschlauchs nicht behindert wird; bei einer axialen Längung oder einer radialen Ausdehnung des Metallbalgs oder Metallschlauchs werden die Drähte des Geflechts jedoch dann, wenn sie im Verlauf dieser Ausdehnung auf den Außenkrempen der Balg- bzw. Schlauchwellen zum Aufliegen kommen, auf Zug beansprucht und setzen dieser Zugbeanspruchung hohe Gegenkräfte entgegen.
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Ein Beispiel für ein bekanntes flexibles Leitungsteil der eingangs genannten Art findet sich in der
EP-A-0 903 528 . Es handelt sich dort um einen Metallbalg für Abgasleitungen von Verbrennungsmotoren in Kraftfahrzeugen, der mit einem umhüllenden Geflechtsschlauch aus Metalldraht versehen ist. Dieser Geflechtsschlauch ist mit Schlägen von jeweils etwa fünf bis sechs parallel nebeneinander verlaufenden Metalldrähten dicht geflochten, so dass der Metallbalg im Wesentlichen ganzflächige vom Geflecht überdeckt ist. Die Anbindung des Geflechtsschlauchs an den beiden Anschlussenden des Metallbalgs erfolgt nach diesem Stand der Technik so, wie es bislang noch immer üblich ist; und zwar durch Punktschweißen oder durch gegenseitiges radiales Verpressen der Anschlussenden des Metallbalgs, des Geflechts und einer zusätzlichen Hülse, die als Stützring ausgebildet ist, das Geflecht an dieser Stelle nach außen abdeckt und ein leichtes Verbinden mit weiterführenden Leitungen ermöglicht.
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Diese bekannte und übliche Anbindetechnik eines Geflechtsschlauchs an den Anschlussenden eines Metallbalgs oder Metallschlauchs, der vom Geflecht eingehüllt wird, führt zu zufriedenstellenden Ergebnissen, solange die Metalldrähte des Geflechtsschlauchs eine übliche Drahtstärke von typischerweise 0,2 mm nicht unterschreiten.
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Nun besteht bei der herkömmlichen Anbindung des Geflechtsschlauchs an die Anschlussenden des Metallbalgs oder Metallschlauchs jedoch das Problem, dass nicht das volle Potential der einzelnen Geflechtsdrähte hinsichtlich der Zugbelastung, der diese Stand halten können, ausgeschöpft werden kann. Denn die Wärmeeinbringung beim Verschweißen reduziert die Zugfestigkeit des damit belasteten Materials. Beim alterativ üblichen Verpressen mittels eines Stützrings und dergleichen ergeben sich Schwierigkeiten durch die geschlossene Form der beteiligten Schläuche, denn das Verpressen muss mit einem Segmentwerkzeug erfolgen, mit dem eine vollkommene Krümmung – bei zylindrischen Anschlussenden eine vollkommene Rundheit – nicht gewährleistet werden kann. Beim Anbinden eines Geflechtsschlauchs mittels Verpressung ergeben sich daher immer Abschnitte mit geringeren Haltekräften, so dass bei einer Zugbelastung der Geflechtsdrähte zumindest einige von diesen aus der Verpressung herausgezogen werden können, obwohl die Drähte an sich noch sehr viel höhere Zugkräfte aufnehmen könnten.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein flexibles Leitungsteil der eingangs genannten Art, also mit Metallschlauch oder Metallbalg sowie mit einem schlauchförmigen Geflecht, und ein Verfahren zu dessen Herstellung vorzuschlagen, bei dem die Anbindung des Geflechtsschlauchs an den Anschlussenden des Metallbalgs oder Metallschlauchs insbesondere hinsichtlich der Zugfestigkeit verbessert wird.
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Gelöst ist diese Aufgabe durch ein flexibles Leitungsteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 7. Bevorzugte Ausgestaltungen des flexiblen Leitungsteils finden sich in den Ansprüchen 2 bis 6; vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Ansprüchen 8 bis 10 niedergelegt.
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Die vorliegende Erfindung stellt also eine weitere Anbindetechnik für ein einhüllendes schlauchförmiges Geflecht an Anschlussenden eines flexiblen Leitungsteils der vorliegenden Art bereit, mit der das Geflecht zugfester als bisher an den Anschlussenden festgelegt werden kann. Hierfür weisen die Anschlussenden eines erfindungsgemäßen Metallbalgs oder Metallschlauchs eine auf dessen äußeren Umfang umlaufende Nut auf, die zwei Nutwände umfasst, welche nicht parallel zu einer Achse des Anschlussendes verlaufen. In der Regel werden diese beiden Nutwände einen Nutboden zwischen sich einschließen. Dies ist jedoch im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht notwendig. Ebenso ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht notwendig, dass die Nutwände geradlinig verlaufen; sie können vielmehr auch ein polygones oder gebogenes Profil aufweisen.
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In diese Nut oder über diese Nut hinweg wird das am Anschlussende festzulegende Geflecht gelegt. Über die Nut und gegebenenfalls das Geflecht wird ein Haltering aus plastisch verformbarem Material geschoben und durch radiale Krafteinwirkung in seinem Umfang verringert. Hierdurch taucht er wenigstens zum Teil in die Nut ein und zieht das Geflecht gegebenenfalls mit hinein. Zeitgleich mit der Durchmesserverringerung, oder anschließend an diese, wird der Haltering solcherart axial verformt, dass er einen Sitz zwischen den beiden Nutwänden einnimmt und hierbei das Geflecht mit einer axialen Kraftkomponente gegen zumindest eine der beiden Nutwände presst. Wenn das Geflecht über die Nut hinweg gelegt worden ist, presst der Haltering das Geflecht gleichzeitig gegen beide Nutwände.
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Erfindungsgemäß wird das Geflecht also an die Anschlussenden des Metallbalgs oder Metallschlauchs angebunden, ohne dass eine Verschweißung notwendig wäre. Durch die axiale Kraftkomponente, mit der der Haltering das Geflecht gegen mindestens eine der beiden Nutwände drückt, wird die Verbindung darüber hinaus unempfindlich gegen etwaige Ungleichmäßigkeiten bei der Durchmesserverringerung des Halterings. Wenn die Anschlussenden insbesondere zylindrisch geformt sind, muss der Haltering nach seiner Durchmesserverringerung nicht unbedingt exakt zylindrisch bzw. rund sein, was bei einer Durchmesserverringerung mit üblichen Segmentwerkzeugen sehr schwierig ist. Denn die axiale Kraftkomponente sorgt gleichwohl für eine zuverlässige Verpressung über den gesamten Umfang des Anschlussendes. Wenn das Geflecht durch den Haltering an beiden Nutwänden verpresst wird, ist die Auszugssicherung umso zuverlässiger.
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Mit der vorliegenden Erfindung wird es nun auch möglich, einen Metallbalg oder Metallschlauch mit einem schlauchförmigen Geflecht zu umhüllen, das nicht nur aus Drähten besteht, sondern auch nicht schweißbare Materialien, wie Keramikfasern, Glasfasern, Kohlefasern und dergleichen enthält oder aus diesen besteht. Des Weiteren können auch Geflechte aus Litzendraht nun zuverlässig angebunden werden. Solche Litzendraht-Geflechte sind hochflexibel, jedoch durch einen herkömmlichen Schweißvorgang kaum zuverlässig an Anschlussenden festzulegen, da die einzelnen Drähte der Litzen naturgemäß sehr dünn sind. Litzendrähte sind darüber hinaus beim Verpressen besonders problematisch, da sie besonders empfindlich bezüglich etwaiger Unrundheiten von Presshülsen, Stützringen und dergleichen sind.
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Besonders vorteilhaft verbessert wird die Auszugssicherung von schlauchförmigen Geflechten an Anschlussenden eines Metallbalgs oder Metallschlauchs dann, wenn die erfindungsgemäße umlaufende Nut, radial in Richtung zur Achse des flexiblen Leitungsteils hin gesehen, mit umlaufenden Hinterschnitten versehen ist, wobei der Haltering nach seinem Einformen in die Nut das Geflecht in diesen Hinterschnitt presst. Da hierdurch eine stärkere Umlenkung des Geflechts sowie eine längere Kontaktfläche zwischen dem Geflecht und der Oberfläche des Anschlussendes erzeugt wird, ist diese bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung noch sicherer gegen ein unbeabsichtigtes Ausziehen bzw. Ablösen des Geflechts vom entsprechenden Anschlussende des Metallbalgs oder Metallschlauchs.
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Insbesondere im Zusammenhang mit dem Vorsehen eines solchen Hinterschnitts ist es vorteilhaft, einen Haltering zu verwenden, der sich bei radialer Krafteinwirkung zweistufig verformt. In einer ersten Stufe der Verformung verformt sich ein solcher bevorzugt verwendeter Haltering im Wesentlichen radial, und in einer zweiten Stufe der Verformung erfolgt eine axiale Verbreiterung des Halterings. Diese beiden Verformungsstufen müssen im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht exakt voneinander getrennt ablaufen; die axiale Verformung kann bereits beginnen, solange sich der Haltering noch radial verformt, und in der zweiten Stufe kann eine axiale Verformung gleichzeitig mit einer weiteren radialen Verformung einhergehen. Wichtig ist in diesem Rahmen nur, dass sich der Haltering zu Beginn der Verformung noch nicht so weit axial verformt, dass er nicht mehr in die Nut und insbesondere in den Hinterschnitt eintauchen könnte.
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Die radiale Krafteinleitung zur Verformung des Halterings kann mit Hilfe eines üblichen Segmentwerkzeugs erfolgen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es insbesondere auch möglich, den Haltering mittels schneller magnetischer Umformung zu verformen, also in seinem Durchmesser zu verringern. Die schnelle magnetische Umformung ist an sich bekannt und nutzt die Tatsache, dass stromdurchflossene Leiter in einem Magnetfeld eine senkrecht zur Stromflussrichtung orientierte Kraft erfahren. Ferner wird die Tatsache genutzt, dass ein zeitlich veränderliches Magnetfeld in Leitern Ströme induziert. Wird ein Rohr aus einem stromleitenden Material, oder, wie vorliegend, ein Ring (berührungslos) mit einer Spule umgeben und die Spule mit Strompulsen beaufschlagt, wird im Werkstück bzw. Ring zu jedem Strompuls ein entgegengerichteter Strom induziert, wobei die durch die Ströme hervorgerufenen Magnetfelder die Spule zu expandieren und das Rohr bzw. den Ring zu komprimieren versuchen. Wechselt der Spulenstrom seine Richtung, baut sich im Rohr bzw. Ring wiederum ein gegenläufiger Stromfluss auf, wobei die auf die beiden Bauteile einwirkenden Lorenzkräfte in ihrer Richtung bestehen bleiben. Soweit die Spule mechanisch genügend stabil aufgebaut ist, führt ein starker gepulster (Wechsel)-Strom durch die Spule im Ergebnis zu einem Komprimieren des Rings mittels berührungsloser Kaltumformung.
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Der Haltering besteht im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugt aus Metall, da dieses zuverlässig plastisch kaltverformbar und insbesondere auch durch die schnelle magnetische Umformung verformbar ist. Je nach Dimensionierung und Einsatzzweck kann der Haltering als Hülse ausgebildet sein.
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Die im Rahmen der vorliegenden Erfindung vom Haltering geforderten Verformungseigenschaften werden bevorzugt dadurch sichergestellt, dass der Haltering einen Querschnitt mit einem Dachbereich und zwei Seitenbereichen aufweist, also beispielsweise einen dreieckigen, bogenförmigen, dachförmigen, bumerangförmigen oder ähnlichen Querschnitt aufweist. Wichtig ist hierbei nur, dass der Querschnitt solcherart ausgebildet ist, dass sich die Seitenbereiche bei einer Umfangsverringerung des Halterings und einem Auftreffen desselben auf die Nutwände oder einen Nutboden so verformen, dass sich der Haltering in Axialrichtung des Anschlussteils verbreitert. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind jedoch auch andere Querschnittsformen denkbar.
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Ein Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Anbindetechnik wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben und erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine schematische seitliche Schnittdarstellung eines Teils eines erfindungsgemäß ausgestalteten Leitungsteils vor dem Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahres;
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2 eine Darstellung wie 1, jedoch nach Durchführen der erfindungsmäßgen Verbindungstechnik.
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In 1 ist in einer schematischen seitlichen Schnittdarstellung ein Teil eines ringgewellten Metallschlauchs 1 aus Edelstahl dargestellt, der sich in ein zylindrisches Anschlussende 3 fortsetzt. Das zylindrische Anschlussende 3 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein relativ dickwandiges Anschlussteil. Andere (nicht dargestellte) mögliche Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen flexiblen Leitungsteils weisen ein Anschlussende auf, das einstückig mit dem Metallschlauch 1 gefertigt ist und dementsprechend dieselbe Wandstärke aufweist.
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Der Metallschlauch 1 wird außen von einem schlauchförmigen Geflecht 2 eingehüllt, welches aus miteinander verflochtenen Litzenbündeln besteht. Das Geflecht 2 erstreckt sich über den gewellten Abschnitt des Metallschlauchs 1 hinaus und überdeckt das nichtgewellte Anschlussende 3 im Wesentlichen ganz. Je nach Anwendungsfall kann das Geflecht 2 zusätzlich mit Keramikfasern, Carbonfasern und dergleichen versetzt sein.
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Das Anschlussende 3 ist erfindungsgemäß in seinem äußeren Umfang mit einer umlaufenden Nut 4 versehen. Diese Nut 4 umfasst einen Nutoboden 5, der parallel zu einer Achse 6 des Anschlussendes 3 verläuft, sowie zwei diesen Nutboden 5 zwischen sich einschließende Nutwände 7, 8, die nicht parallel zur Achse 6 verlaufen. In Radialrichtung zur Achse 6 hin gesehen, bilden die beiden Nutwände 7, 8 vielmehr jeweils einen Hinterschnitt, so dass sich im Ergebnis eine im Querschnitt trapezförmige Nut 4 ergibt.
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Das Geflecht 2 überdeckt die Nut 4 vollständig. Nun wird über die Nut 4 ein Haltering 9 geschoben, der im vorliegenden Beispiel einen bogenförmigen Querschnitt aufweist, mit einem Dachbereich 10 und zwei Seitenbereichen 11. Auf den Dachbereich 10 des Halterings 9 wird eine radial zur Achse 6 hin wirkende Kraft F aufgebracht. Diese ist groß genug, dass sich der Haltering 9 radial verkleinert, also sein Durchmesser verringert wird. Hierbei weichen die beiden Seitenbereiche 11 nur unwesentlich in Axialrichtung aus, so dass der Haltering 9 in die Nut 4 eintauchen kann. Hierbei nimmt er das zwischen ihm und der Nut 4 liegende Geflecht 2 mit in die Nut 4 hinein.
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Die im Wesentlichen radiale Verformung des Halterings 9 setzt sich fort, bis die beiden Seitenbereiche 11 das Geflecht 2 gegen den Nutboden 5 drücken. Somit laufen die Seitenbereiche 11 des Halterings 9 mittelbar gegen den Nutboden 5 auf, so dass eine zweite Phase der Verformung des Halterings 9 eingeleitet wird, denn bei fortgesetzter Kraft F auf den Dachbereich 10 werden die Seitenbereiche 11 entlang des Nutbodens 5 axial verformt, so dass sich der Querschnitt des Halterings 9 insgesamt axial verbreitert.
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Dies führt zu der in 2 dargestellten Anordnung von Metallschlauch 1, Geflecht 2, Anschlussende 3, Nut 4 und Haltering 9: Der Haltering 9 hat sich so weit axial verbreitert, bis er zusammen mit dem Geflecht 2 in die Hinterschnitte der beiden Nutwände 7, 8 hinein gedrückt worden ist. Der Haltering 9 sitzt also letztendlich formschlüssig in der Nut 4, wobei er das Geflecht 2 permanent in die Hinterschnitte hineindrückt, also im Ergebnis das Geflecht 2 mit einer axialen Kraftkomponente gegen beide Nutwände 7, 8 presst, wobei er sich an der jeweils gegenüberliegenden Nutwand 8, 7 abstützt. Das Geflecht 2 wird hierbei nicht nur zwischen dem Haltering 9 und den beiden Nutwänden 7, 8, sowie vorliegend auch dem Nutboden 5 gepresst, sondern es wird in den Hinterschnitten der Nutwände 7, 8 jeweils zweifach mit einem Winkel größer als 90° umgelenkt, so dass sich insgesamt eine sehr stabile Ausziehsicherung und Festlegung des Geflechts 2 in der Nut 4 ergibt. Ein Verformen des Halterings 9 durch Zugbeanspruchung des Geflechts 2 ist wegen dessen formschlüssiger Einpassung in die Hinterschnitte der Nut 4 praktisch ausgeschlossen.
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Die vorliegende Erfindung ermöglicht erstmals eine Anbindung eines Geflechtsschlauchs 2 am Anschlussende 3 eines Metallschlauchs 1, die selbst dann einen hohen Schutz gegen ein unbeabsichtigtes Lösen der Anbindung aufgrund hoher mechanischer Belastung oder Druckbeaufschlagung des flexiblen Leitungsteils bietet, wenn der Geflechtsschlauchs 2 nicht schweißbare Materialien enthält oder aus solchen besteht, oder insbesondere auch dann, wenn der Geflechtsschlauch durch Litzenbündel gebildet wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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