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Die Erfindung betrifft einen Wellschlauch mit mindestens einer Vertiefung, insbesondere mit mindestens einer Einschnürung. Ferner betrifft sie einen Wickelschlauch aus mindestens einem spiralförmig gewickelten Band. Sowohl der Wellschlauch als auch der Wickelschlauch können dabei insbesondere Weiterbildungen der aus der
DE 10 2013 104 446.8 bekannten Schläuche darstellen. Des Weiteren betrifft die Erfindung Entkopplungssysteme mit einem derartigen Wellschlauch bzw. Wickelschlauch sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Wellschlauches bzw. Wickelschlauches.
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Unter einem "Wellschlauch" soll im Rahmen der vorliegenden Anmeldung ein (rohrförmiger) Schlauch verstanden werden, dessen Geometrie sich von einer einfachen Zylinderform durch das Vorhandensein mindestens einer nach innen gerichteten Vertiefung unterscheidet. In der Regel ist eine derartige Vertiefung nicht nur punktuell vorhanden, sondern erstreckt sich als Einschnürung umfänglich um die Schlauchachse herum. Dabei können sowohl ringförmig geschlossene als auch spiralförmig umlaufende Einschnürungen vorkommen.
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Der Wellschlauch kann optional ein Metallbalg sein, insbesondere ein Membranbalg. Metallbälge werden in Entkopplungssystemen von Abgasleitungen häufig eingesetzt, da sie bei hoher Flexibilität eine gasdichte Ausführung der Verbindung ermöglichen. Ein "Membranbalg" ist dabei ein Metallbalg, der nicht aus einem einstückigen Rohr hergestellt ist, sondern aus einzelnen Ringelementen und/oder einem gewickelten Band zusammengesetzt ist. Ein gewickelter Membranbalg wird beispielsweise in der
DE 10 2008 001 297 A1 und der
DE 10 2011 053 131 A1 beschrieben, welche durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung aufgenommen werden.
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Des Weiteren sind Wickelschläuche, welche durch Wickeln von einem typischerweise vorprofilierten Band gebildet werden, in verschiedenen Ausführungsformen bekannt. So beschreibt die
DE 10 2007 016 784 A1 einen Wickelschlauch aus Metall, bei welchem ein im Querschnitt S-förmig profiliertes Metallband spiralförmig zu einem Schlauch gewickelt ist.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, – flexible Leitungselemente mit verbesserten Eigenschaften in Bezug auf Betriebsverhalten und/oder Lebensdauer bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch einen Wellschlauch nach Anspruch 1, durch einen Wickelschlauch nach Anspruch 3, durch ein Entkopplungssystem nach Anspruch 9, sowie durch Verfahren nach den Ansprüchen 10 und 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen enthalten.
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Ein Wellschlauch gemäß der vorliegenden Erfindung weist mindestens eine Vertiefung auf, wobei in bzw. entlang dieser Vertiefung ein anderer Wandaufbau vorliegen soll als in angrenzenden Bereichen des Wellschlauches. Der andere Wandaufbau kann dabei nur in einem Teil der Vertiefung oder im gesamten Bereich der Vertiefung vorhanden sein.
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Der erwähnte andere Wandaufbau im Bereich der Vertiefung des Wellschlauches kann insbesondere in einer anderen Wanddicke zum Ausdruck kommen, beispielsweise in einer im Vergleich zu angrenzenden Bereichen stärkeren Wanddicke. Als "Wanddicke" an einem Punkt der Innenoberfläche (bzw. Außenoberfläche) des Wellschlauches ist in diesem Zusammenhang die kürzeste durch den Wellschlauch verlaufende Distanz definiert, welcher von diesem Punkt zur Außenseite (bzw. Innenseite) des Wellschlauches führt.
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Zusätzlich oder alternativ kann der andere Wandaufbau auch in einer unterschiedlichen Materialart (im Vergleich zu den angrenzenden Bereichen) zum Ausdruck kommen. So kann etwa das gesamte die Vertiefung bildende Material des Wellschlauches anders sein als das Material in angrenzenden Bereichen, beispielsweise indem es aus einer anderen Legierung besteht und/oder verfahrenstechnisch anders behandelt wurde (z. B. gehärtet). Des Weiteren kann eine unterschiedliche Materialart auch durch das Vorhandensein von Zusatzmaterial bedingt sein, welches zusätzlich zum Grundmaterial der angrenzenden Bereiche vorhanden ist. Beispielsweise kann der Wellschlauch im Bereich der Vertiefung eine Beschichtung aufweisen (an der Außenseite oder vorzugsweise der Innenseite).
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Durch den anderen Wandaufbau der für das Verhalten des Wellschlauches besonders wichtigen Vertiefung ist es möglich, die Charakteristiken des Wellschlauches in Bezug auf sein Betriebverhalten und/oder seine Lebensdauer positiv zu beeinflussen.
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Wie bereits erwähnt ist die Vertiefung des Wellschlauches typischerweise nicht lokal begrenzt bzw. punktuell, sondern erstreckt über einen größeren Bereich entlang des Umfanges des Wellschlauches. Insbesondere kann die Vertiefung eine ringförmig geschlossene oder spiralförmig endlos umlaufende Einschnürung sein. In diesem Sinne treffen die im Rahmen dieser Anmeldung für "die Vertiefung" diskutierten Eigenschaften typischerweise auf eine oder mehrere vorhandene Vertiefungen zu (wobei eine – dreidimensional betrachtete – einzelne Vertiefung oder Einschnürung in einem axialen Schnitt durch den Wellschlauch gesehen mehrmals auftauchen kann).
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Des Weiteren sei darauf hingewiesen, dass der Vergleich des Wandaufbaues in der Vertiefung in der Regel mit einem in axialer Richtung ("rechts" oder "links") angrenzenden Bereich des Wellschlauches erfolgen soll. Insbesondere kann dieser Vergleichsbereich eine nach außen gerichtete Wölbung des Wellschlauches erfassen. Ferner ist der Wandaufbau des Wellschlauches außerhalb der Vertiefung typischerweise überall gleichförmig, so dass der Vergleich des Wandaufbaues der Vertiefung mit dem gesamten Rest des Wellschlauches erfolgt. Dieser "Rest" kann dabei insbesondere einen größeren Anteil des Schlauches (in Bezug auf axiale Länge und/oder Materialmenge) ausmachen als die Vertiefungen.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Vertiefung des Wellschlauches rund (oder gewölbt), d.h. ohne ebene Abschnitte und ohne scharfe Knicke. Insbesondere kann der Wellschlauch im Bereich der Vertiefung eine Krümmung mit einem Krümmungsradius von ca. 1 mm bis ca. 50 mm, besonders bevorzugt je nach Ausgestaltung der Schlaucheigenschaften mit einem Vielfachen von 0,1 mm beginnend bei 1,0 mm bis 14 mm haben. Durch den Wandaufbau von runden Vertiefungen kann vorteilhaft Einfluss auf die elastischen Eigenschaften des Wellschlauches genommen werden.
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Der Wellschlauch ist vorzugsweise insgesamt gasdicht ausgebildet, sodass er beispielsweise als Außenschlauch in einem Abgassystem verwendet werden kann.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Wellschlauch im Bereich der Vertiefung aus zwei oder mehr Lagen von Bändern ausgebildet (in angrenzenden Bereichen dagegen nicht). Typischerweise sind die ursprünglich getrennten Bänder dabei während der Herstellung im Bereich der Vertiefung miteinander verbunden worden. Diese Verbindung kann beispielsweise durch einen Formschluss und/oder Stoffschluss (Schweißen etc.) erfolgt sein.
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Zusätzlich oder alternativ kann der Wellschlauch im Bereich der Vertiefung auch eine Beschichtung aufweisen, d.h. eine Lage an Material, welche zum Grundmaterial des Wellschlauches hinzukommt. Die Aufbringung der Beschichtung kann am geraden Band und/oder direkt am Wellschlauch im Bereich der Vertiefungen erfolgen.
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Die Beschichtung kann typischerweise eine Dicke von ca. 0,001 mm bis ca. 5 mm aufweisen. Vorzugsweise zur definierten Ausgestaltung der Bauteileigenschaften in Vielfachen von 0,001 mm beginnend bei 0,001 mm bis 2 mm. Sie kann aus demselben Material bestehen wie der Rest des Wellschlauches. Insbesondere kann sie jedoch auch aus einem anderen Material bestehen. Geeignete Beschichtungsmaterialien sind bzw. enthalten beispielsweise Edelstahl, Stahl, Zink, Zinkphosphat, Aluminium, Nickel, Graphit, Silizium, und/oder Beschichtungssysteme, besonders bevorzugt mit Anteilen von Molybdänsulfid und seinen Derivaten.
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Der Wellschlauch kann insbesondere einen kreisrunden und/oder ovalen Querschnitt haben.
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Bei dem Wellschlauch kann es sich um einen Balg handeln, beispielsweise um einen Metallbalg, welcher z. B. durch Hochdruck-Innenumformung mit einer Wellenstruktur versehen worden ist. Vorzugsweise ist der Wellschlauch indes aus (mindestens) einem Profilband gewickelt, wobei ein solcher gewickelter Wellschlauch nachfolgend auch als "Membranbalg" bezeichnet wird. Bei dem gewickelten Profilband können insbesondere die Windungen gasdicht miteinander verbunden sein, beispielsweise durch kontinuierliches Verschweißen entlang der Berührungslinie. Des Weiteren kann ein Membranbalg auch aus zwei oder mehr Profilbändern hergestellt werden, welcher gleiche oder unterschiedliche Profile und/oder Materialzusammensetzungen aufweisen. Die nachfolgenden Ausführungen gelten in diesen Fällen analog für alle beteiligten Profilbänder.
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Wie erwähnt können zur Herstellung eines Membranbalges benachbarte Windungen des Profilbandes (bzw. der Profilbänder, falls mehrere parallel gewickelt werden) miteinander verbunden werden. Insbesondere kann eine (vorzugsweise kontinuierliche, gasdichte) Verbindung entlang des Außenradius bzw. in radial außen gelegenen Verbindungsbereichen des Wellschlauches erfolgen. Die Verbindung kann dabei durch Formschluss (z. B. durch gemeinsames Umfalzen benachbarter Ränder) und/oder Stoffschluss (z. B. Schweißen) erfolgen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform eines gewickelten Membranbalges überlappen sich benachbarte Windungen des Profilbandes (bzw. der Profilbänder, falls mehrere parallel gewickelt werden) im Bereich der Vertiefung. Durch diesen Überlapp kann im Vergleich zu anderen Schlauchabschnitten der gewünschte andersartige Wandaufbau der Vertiefung erreicht werden. In axialer Richtung des Wellschlauches gesehen kann sich der Überlapp insbesondere von einem Wellenberg am Außenradius bis in die angrenzende Vertiefung einschließlich (d. h. bis in den zum nächsten Wellenberg ansteigenden Ast) erstrecken. Die benachbarten Bandwindungen können in diesem Falle im gut zugänglichen Bereich des Außenradius miteinander verbunden werden, beispielsweise durch Schweißen. Im übrigen Überlapp-Bereich können die Bänder durch Formschluss gekoppelt werden, welcher durch eine gleichartige bzw. komplementäre Formgebung erreicht wird.
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Mit der vorstehend beschriebenen Überlappung von benachbarten Profilbändern kann ein erfindungsgemäßer Wellschlauch aus nur einem einzigen, geeignet geformten Profilband hergestellt werden. Bei einer anderen Ausführungsform eines gewickelten Wellschlauches kann dagegen ein Zusatzband vorgesehen sein, welches entlang der Vertiefung verläuft. Insbesondere kann das Zusatzband entsprechend der axialen Querschnittform der Vertiefung profiliert sein (z. B. U-, W- oder V-förmig) und sich an die Vertiefung eines ansonsten herkömmlich ausgebildeten Wellschlauches anlegen, um dort eine Materialverstärkung zu erreichen. Vorzugsweise wird das Zusatzband dabei an der Innenseite des Wellschlauches angeordnet.
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Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung einen Wickelschlauch, welcher aus mindestens einem spiralförmig gewickelten und typischerweise profilierten Band hergestellt wird und der beispielsweise als Innenschlauch eines Entkopplungssystems für (Abgas-) Leitungen einsetzbar ist. Das Band des Wickelschlauches wird dabei durch ein Grundmaterial gebildet, dessen Oberfläche zumindest partiell mindestens eine Beschichtung aufweist.
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In diesem Zusammenhang soll unter einer (Zahlwort) "Beschichtung" eine geometrisch zusammenhängende Lage von Material auf dem Grundmaterial verstanden werden, wobei das Material dieser Beschichtung sich physikalisch und/oder chemisch vom Grundmaterial unterscheidet. Mehrere "Beschichtungen" auf der Oberfläche des Grundmaterials können also beispielsweise durch geometrisch unverbundene Gebiete des Extra-Materials auf der Oberfläche des Grundmaterials zustande kommen. Sofern an einem Punkt der Oberfläche des Grundmaterials mehrere Lagen unterschiedlicher Materialien übereinander liegen, werden diese dagegen typischerweise als eine einzige "Beschichtung" im Sinne der vorliegenden Anmeldung verstanden.
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Während das Grundmaterial die tragenden Eigenschaften des Wickelschlauches bereitstellt und beispielsweise seine Festigkeit bestimmt, können durch die Beschichtung speziell die Eigenschaften der Oberfläche in einer gewünschten Weise eingestellt werden. Beispielsweise kann durch eine geeignete Beschichtung die Lebensdauer und das Betriebsverhalten vorteilhaft beeinflusst werden.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Beschichtung bzw. mindestens eine der Beschichtungen auf der Oberfläche des Grundmaterials in einem Bereich angeordnet, welcher in Reibkontakt zu einem anderen Bereich des Wickelschlauches steht.
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Durch Überlappungszonen und/oder Verhakungen gibt es in Wickelschläuchen typischerweise viele Bereiche, in denen benachbarte Windungen zueinander in Reibkontakt stehen. Während der Benutzung des Wickelschlauches stellt die unter Reibung stattfindende Bewegung solcher Bereiche die gewünschte Flexibilität des Schlauches bereit. Um diesbezüglich ein möglichst gutes Gleitverhalten (geringe Reibung) und/oder einen Schutz des Materials vor Abnutzung zu erzielen, wird wie beschrieben mindestens eine der in Kontakt stehenden Flächen mit einer geeigneten Beschichtung versehen.
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Insbesondere können ein oder mehrere Beschichtungen auf dem Band des Wickelschlauches so angeordnet sein, dass an sämtlichen in Reibkontakt zueinander stehenden Flächen des Wickelschlauches mindestens eine der Flächen durch eine Beschichtung gebildet wird. Die andere Fläche kann dann beispielsweise durch das Grundmaterial oder ebenfalls durch eine Beschichtung gebildet werden.
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Zusätzlich oder alternativ kann mindestens eine Beschichtung des Innenschlauches dort angeordnet sein, wo dieser mit anderen Bauteilen wie beispielsweise einem Außenschlauch in Kontakt kommt.
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Das Band, aus dem der Wickelschlauch hergestellt wird, hat eine Oberseite und Unterseite großer Fläche, welche im Folgenden vereinfacht als "die Seiten" des Grundmaterials bezeichnet werden, sowie demgegenüber schmalere Stirnseiten bzw. Stirnflächen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Wickelschlauches ist auf beiden Seiten (d. h. Oberseite und Unterseite) des Grundmaterials jeweils mindestens eine (gegebenenfalls partielle) Beschichtung vorhanden.
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Zusätzlich oder alternativ kann mindestens eine Seite des Grundmaterials vollflächig beschichtet sein.
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Die Beschichtung auf dem Grundmaterial kann typischerweise eine Dicke von ca. 0,001 mm bis ca. 5 mm aufweisen, vorzugsweise eine Dicke von ca. 0,01 mm bis ca. 1 mm. Sie kann chemisch aus demselben Material bestehen wie das Grundmaterial, jedoch physikalisch anders ausgebildet sein (z.B. gehärtet). Insbesondere kann sie auch aus einem anderen Material bestehen. Geeignete Beschichtungsmaterialien sind bzw. enthalten beispielsweise Edelstahl, Stahl, Zink, Zinkphosphat, Aluminium, Nickel, Graphit, Silizium und/oder Beschichtungssysteme, besonders bevorzugt mit Anteilen von Molybdänsulfid und seinen Derivaten.
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Der Wickelschlauch kann insbesondere einen kreisrunden und/oder ovalen Querschnitt haben.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Entkopplungssystem für Leitungen, insbesondere für Abgasleitungen von Kraftfahrzeugen, welches einen Innenschlauch enthält, der von einem Außenschlauch umgeben ist, wobei der Innenschlauch als ein Wickelschlauch der oben beschriebenen Art und/oder der Außenschlauch als ein Wellschlauch der oben beschriebenen Art ausgebildet sein kann. Dabei weist der Innenschlauch beispielsweise einen runden oder vorzugsweisen einen ovalen Querschnitt auf. Ebenso kann der Wellschlauch (Außenschlauch) optional einen runden oder vorzugsweisen einen ovalen Querschnitt aufweisen, wobei alle Kombinationen von Innenschlauch mit Außenschlauch möglich sind (rund/rund, rund/oval, oval/rund, oval/oval).
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Der Innenschlauch kann insbesondere ein gewickelter Metallschlauch sein, der gegenüber den zu leitenden Medien wie beispielsweise heißen Abgasen beständig ist. Der umgebende Wellschlauch sorgt dann für eine zusätzliche Trennung gegenüber dem Außenraum. Des Weiteren kann ein gasdichter Wellschlauch das Entkopplungssystem insgesamt gasdicht machen.
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Zwischen dem Innenschlauch und dem äußeren Wellschlauch des Entkopplungssystems kann optional ein Luftspalt verbleiben, welcher beispielsweise mit einem Metallgestricke und/oder mit Dämpfungselementen gemäß der
DE 10 2010 037 162 A1 versehen werden kann.
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Alternativ kann jedoch auch vorgesehen sein, dass sich Innenschlauch und Wellschlauch berühren, was vorzugsweise an der im Wellschlauch vorgesehenen Vertiefung (bzw. den Vertiefungen) erfolgt. In diesem Fall kann der Wandaufbau der Vertiefung und/oder eine Beschichtung des Innenschlauches so gewählt werden, dass eine gute Beweglichkeit des Innenschlauches gegenüber dem Wellschlauch gegeben ist und/oder die Lebensdauer des Entkopplungssystems erhöht wird.
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Neben der Beschichtung des äußeren (Well-) Schlauches kann wahlweise auch der Innenschlauch beschichtet werden, beispielsweise vor dem Wickeln durch partiell beschichtetes Spaltband oder nach dem Wickeln am fertigen Bauteil. Hinsichtlich der Beschichtung von Innenschlauch und Wellschlauch sind alle Kombinationen denkbar (u/u, u/b, b/u, b/b mit u = unbeschichtet, b = beschichtet).
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Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Wickelschlauches der oben beschriebenen Art, welches die folgenden Schritte enthält:
- a) Versehen eines Bandes aus einem Grundmaterial mit mindestens einer Beschichtung. Beispielsweise kann ein anderes Material als das Grundmaterial auf zumindest einen Teil der Oberfläche des Grundmaterials aufgebracht werden, oder das Grundmaterial kann in einem oberflächlichen (Teil-) Bereich physikalisch und/oder chemisch so behandelt werden, dass dort eine Beschichtung mit anderen Materialeigenschaften entsteht.
- b) Profilieren und Wickeln des Bandes.
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Vorzugsweise werden die genannten Schritte in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt. Im Rahmen der Erfindung soll jedoch auch eingeschlossen sein, dass das Band zunächst profiliert und gewickelt und dann mit einer Beschichtung versehen wird und/oder dass Profilieren, Wickeln und Beschichten gleichzeitig oder in jeder anderen geeigneten Reihenfolge stattfinden, gegebenenfalls auch in mehrere Teilschritte unterteilt.
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Des Weiteren ist es optional möglich, dass das Band noch Teil eines breiteren Spaltbandes ist, während es mit der Beschichtung versehen wird, und dass es erst anschließend vom Spaltband abgetrennt wird.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Wellschlauches der oben beschriebenen Art, bei welchem mindestens ein Profilband derart gewickelt wird, dass benachbarte Windungen im Bereich einer Vertiefung überlappen. Bei einer alternativen Ausführungsform des Verfahrens können auch zwei Profilbänder gemeinsam gewickelt werden, wobei das zweite Profilband eine im ersten Profilband ausgebildete Vertiefung überlappt.
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Im Folgenden wird die Erfindung mit Hilfe der beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigt:
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1–6 verschiedene Entkopplungssysteme, die durch Kombination eines inneren Wickelschlauches mit einem äußeren Membranbalg entstehen, wobei im Membranbalg eine Vertiefung mit einem U-förmigen Zusatzband versehen ist;
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7–14 Querschnitte von Profilbändern, die zu einem Membranbalg mit überlappenden Nachbarwindungen gewickelt werden können;
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15–22 verschiedene Entkopplungssysteme, die durch Kombination eines inneren Wickelschlauches mit einem aus den Profilbändern der 7–14 gewickelten äußeren Membranbalg entstehen;
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23 ein Band mit Beschichtungen vor der Profilierung;
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24 das Band von 23 nach der Profilierung. Gleichartige oder identische Teile werden in den Figuren mit Bezugszeichen versehen, welche sich um Vielfache von 10 (bei den Innenschläuchen) bzw. von 100 (bei den Außenschläuchen) unterscheiden.
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1 zeigt eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Entkopplungssystems ES, welches aus einem inneren gewickelten Metallschlauch 10 und einem äußeren Wellschlauch 100 gebildet wird. Ein solches Entkopplungssystem kann beispielsweise im Abgasweg eines Kraftfahrzeuges zur Entkopplung der Motorbewegungen und -schwingungen vorgesehen werden.
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Von dem Wellschlauch 100 und dem Innenschlauch 10 ist dabei in der Figur nur ein Schnitt entlang der Schlauchachse X-X durch eine Wandung dargestellt. Das dargestellte Schnittprofil erstreckt sich räumlich betrachtet umfänglich einmal um die Schlauchachse X-X herum und weist eine Rotationssymmetrie oder einen spiralförmigen Aufbau auf. Die Schlauchquerschnitte (100, 10) können in der yz-Ebene senkrecht zur Schlauchachse X-X dabei sowohl kreisrunde (bei Rotationssymmetrie um die Schlauchachse) Querschnitte als auch vorrangig ovale Querschnitte aufweisen. Ebenfalls sind Kombinationen von runden und ovalen Bauteilquerschnitten vorteilhafte Ausgestaltungsformen.
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Der Wellschlauch
100 enthält konstruktiv einen "normalen" Membranbalg, welcher aus einem im Wesentlichen U-förmig profilierten Band
110 gewickelt ist. Die Enden des U-Profils sind dabei in Axialrichtung etwas nach außen versetzt, sodass sich die Enden benachbarter Profilband-Windungen am Außenradius aneinander legen und dort einen Verbindungsbereich
111 bilden. In diesem Verbindungsbereich
111 sind die benachbarten Windungen des Profilbandes
110 verschweißt. Weitere Einzelheiten zur Herstellung und zum Aufbau eines solchen "normalen" Membranbalgs können der
DE 10 2008 001 297 A1 und der
DE 10 2011 053 131 A1 entnommen werden.
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Die innen liegenden runden bzw. bogenförmigen Vertiefungen V des Wellschlauchs 100, welche durch eine entsprechende Profilierung des Bandes 110 gebildet werden, haben erfindungsgemäß einen gegenüber dem Rest des Wellschlauches andersartigen Wandaufbau. Dieser wird dadurch erzielt, dass sich ein U-förmiges Zusatzband 120 aufgrund einer angepassten Formgebung an die Schlauchinnenseite der Vertiefung V des Profilbands 110 anschmiegt. Das Profilband 110 und das Zusatzband 120 sind somit bereits durch Formschluss miteinander gekoppelt. Zusätzlich wird darüber vorteilhafterweise eine stoffschlüssige Verbindung vorgenommen, beispielsweise durch punkt- oder linienförmiges Verschweißen von Zusatzband 120 und Profilband 110.
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Durch das Zusatzband 120 erhöht sich die Wanddicke im Bereich der Vertiefung V gegenüber der sonstigen Wanddicke des Profilbandes 110, was die Charakteristik des Wellschlauches 100 in Hinblick auf Beweglichkeit und Lebensdauer verbessert. In Bezug auf den Innenschlauch 10 wirkt das Zusatzband 120, welches Kontakt zum Innenschlauch hat, als zusätzlicher Abstandhalter.
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Material und/oder Banddicke des Profilbandes 110 und des Zusatzbandes 120 können gleich oder unterschiedlich sein. Für das Profilband 110 und für das Zusatzband 120 kommen als Bestandteile insbesondere die folgenden Materialien in Frage: Edelstahl (insbesondere die Sorten 1.4301, 1.4828, 1.4571, 1.4511, 1.4512, 1.4724, 1.4509, 1.4006, 1.4021, 1.4122, 1.4539, 1.4541, 1.4571, 1.4841, 1.4509, 1.4526, 1.4871), Stahl, Zink, Zinkphosphat, Aluminium, Nickel, Graphit, Silizium und/oder Beschichtungssysteme besonders bevorzugt mit Anteilen von Molybdänsulfid und seinen Derivaten.
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Von den oben genannten Materialien können grundsätzlich alle Kombinationen eingesetzt werden. Besonders bevorzugt ist es, wenn das Profilband 110 aus 1.4301 und das Zusatzband 120 aus Beschichtungssystemen, besonders bevorzugt mit Anteilen von Molybdänsulfid und seinen Derivaten besteht.
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Die Wanddicken des Profilbandes 110 und des Zusatzbandes 120 liegen typischerweise in einem Bereich von ca. 0.1 mm bis 0.5 mm, besonders bevorzugt im Bereich von ca. 0.2 mm.
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Statt durch ein parallel gewickeltes Zusatzband 120 könnte das zusätzliche Material im Bereich der Vertiefungen V alternativ auch durch eine partielle Beschichtung des Profilbandes 110 vor dem Wickeln oder direkt am Bauteil aufgebracht werden. Der in 1 dargestellte Innenschlauch 10 ist ein Metallschlauch, welcher agraffartig aus einem Profilband 11 mit Innen- und Außenschuppen gewickelt ist.
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Die 2–6 zeigen verschiedene Abwandlungen des Entkopplungssystems von 1, bei denen der Wellschlauch ebenfalls aus einem "normalen" gewickelten Metallbalg (Membranbalg) besteht, an dessen Vertiefungen (innen) ein Zusatzband anliegt. Die nachfolgende Beschreibung konzentriert sich daher auf die jeweiligen Unterschiede der Ausführungsformen.
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So zeigt
2 einen Wellschlauch
200, bei dem die Enden des U-förmigen Profilbandes
210 um 180° nach dem Inneren der U-Profilform umgebogen sind, um im Kontaktbereich
211 benachbarter Bandwindungen eine Materialverdopplung zu erreichen. Einzelheiten zu den Vorteilen einer solchen Ausführungsform finden sich in der
DE 10 2011 053 131 A1 .
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Der zugehörige Innenschlauch
20 besteht aus einfach eingehakten Windungen eines Profilbandes
21, bei welchem die endständigen Stege schräg zur Schlauchachse stehen. Erläuterungen zu einem derartigen Band finden sich in der
DE 10 2007 016 784 A1 .
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3 zeigt einen Wellschlauch 300, bei welchem das Profilband 310 W-förmig profiliert ist. Verbindungsbereiche 311 zwischen benachbarten Windungen des Profilbandes liegen daher nur bei jeder zweiten Außenwölbung vor.
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Der zugehörige Innenschlauch 30 ist ein agraffartig eingehakter Wickelschlauch aus einem entsprechend geformten Profilband 31.
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4 zeigt einen Wellschlauch 400, bei welchem Gegensatz zu 1–3 das Zusatzband 420 nicht mehr an jeder Vertiefung V, V', sondern nur an jeder zweiten Vertiefung V angeordnet ist. In diesem Zusammenhang sei angemerkt, dass die in den dargestellten axialen Schnitten sichtbare Mehrzahl von Vertiefungen beim räumlichen Schlauch durch eine geringe Anzahl von spiralförmig umlaufenden Einschnürungen gebildet werden. So ist bei den U-förmigen Profilbändern 110 und 210 nur eine Einschnürung vorhanden, die alle im Schnitt sichtbaren Vertiefungen V erzeugt. Ein dieser Einschnürung folgendes Zusatzband 120 bzw. 220 erreicht daher zwangsläufig alle im axialen Schnitt nebeneinander liegenden Vertiefungen. Bei den W-förmigen Profilbändern 310 und 410 sind dagegen zwei Einschnürungen vorhanden, die parallel spiralförmig verlaufen und von denen jede die Hälfte der im Schnitt sichtbaren Vertiefungen V, V' erzeugt. Ein nur einer Einschnürung folgendes Zusatzband 420 erreicht daher zwangsläufig nur jede zweite der im axialen Schnitt nebeneinander liegenden Vertiefungen V, V'. Um alle Vertiefungen zu erreichen, sind wie in 3 dargestellt zwei Zusatzbänder 320, 320' erforderlich.
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Wie aus 4 erkennbar ist, sorgt das an der Innenseite des Wellschlauches 400 angeordnete Zusatzband 420 dafür, dass die nicht mit Zusatzband umgebenen Vertiefungen V' des Wellschlauches einen Abstand zum Innenschlauch 40 haben.
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Der agraffartige Innenschlauch 40 von 4 ist aus einem Profilband 41 hergestellt, welches integral angeformte Außenschuppen hat und dessen Form sich als Kombination zwischen den Formen der Profilbänder 11 (linke Hälfte) und 31 (rechte Hälfte) ergibt.
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5 zeigt einen Wellschlauch 500, welcher aus einem Profilband 510 mit W-förmigem Querschnitt herstellt ist. Anders als beim Wellschlauch 400 liegt jedoch im Verbindungsbereich 511 keine Materialverdopplung durch umgebogene Profilränder vor. Das Zusatzband 520 ist wiederum nur (in der Schnittansicht gesehen) bei jeder zweiten Vertiefung V vorgesehen.
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Der Innenschlauch 50 von 5 ist aus einem Profilband 51 gewickelt, das ähnlich wie das Profilband 11 von 1 geformt ist. Die Rückbiegungen sind jedoch kürzer als bei Letzterem, so dass bei großer Schlauchstreckung keine agraffartige Verhakung mehr besteht.
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6 zeigt einen Wellschlauch
600, welcher sich vom Wellschlauch
500 dadurch unterscheidet, dass an jeder Vertiefung V, V' ein Zusatzband
620,
620' angeordnet ist. Beim zugehörigen Innenschlauch
60 handelt es sich um einen teleskopierbaren Wickelschlauch, bei welchem ein erstes Profilband
61 und ein zweites Profilband
62 agraffartig verbunden sind. Weitere Einzelheiten zu einem derartigen Aufbau finden sich in der
WO 2011/036245 A1 .
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Es sei darauf hingewiesen, dass bei den Entkopplungssystemen der 1–6 anstelle eines gewickelten Membranbalgs auch jeder andere Balg mit ringförmig oder spiralförmig umlaufenden Einschnürungen vorgesehen sein könnte, bei dem an den Vertiefungen wie dargestellt ein Zusatzband angeordnet ist.
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Die 15–22 zeigen verschiedene Ausführungsformen von Entkopplungssystemen, bei denen benachbarte Windungen eines gewickelten Wellschlauches im Bereich von Vertiefungen überlappen. Die 7–14 zeigen dabei separat die Querschnitte der zugehörigen Profilbänder 710–1410.
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In 7 ist der axiale Schnitt durch ein Profilband 710 dargestellt, aus dem der Wellschlauch 700 von 15 hergestellt ist. Das Profilband 710 hat einen U-förmigen Hauptteil, welcher aus zwei parallelen, spiegelbildlich angeordneten Schenkeln S1 und S2 besteht, die über einen Bogen RI verbunden sind. Der in der Figur rechte Schenkel S2 ist weiterhin über eine 180°-Biegung am Außenradius mit einem Zusatzschenkel SZ verbunden, welcher ein L-förmiges Zusatzteil bildet. Der (im fertigen Wellschlauch 700 radial innen liegende) Fuß des Zusatzschenkels SZ ist dabei als ein Bogen RA ausgestaltet. Dieser Bogen RA hat einen Innenradius, welcher dem Außenradius des Bogens RI am Hauptteil entspricht. Daher kann er sich von außen passend an den Bogen RI einer nächsten Bandwindung anschmiegen, wenn das Profilband 710 gewickelt wird.
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15 zeigt ein aus dem beschriebenen Profilband 710 gewickelten Wellschlauch 700 eines Entkopplungssystems ES. Erkennbar ist, dass sich die Zusatzschenkel SZ jeweils vom Schlauchinneren her an die linken Schenkel S1 der Hauptteile des Profils anlegen, so dass die Bögen RI und RA ineinander liegen und es zu einem Formschluss kommt. Des Weiteren liegen die Enden des zweiten Schenkels S2 und des Zusatzschenkels SZ in einem Verbindungsbereich 711 parallel nebeneinander, so dass sie dort wie üblich verschweißt werden können.
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Im Ergebnis wird somit ein Wellschlauch 700 erhalten, der sich wie ein herkömmlicher Wellschlauch durch Wickeln und Schweißen herstellen lässt, bei dem jedoch die Vertiefungen V einen anderen (nämlich doppelwandigen) Wandaufbau haben.
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Der im Entkopplungssystem von 15 eingesetzte Innenschlauch 20 entspricht demjenigen von 2.
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8 zeigt ein Profilband 810, bei dem im Gegensatz zum Profilband 710 der Zusatzschenkel SZ nicht durch Umbiegen, sondern durch Verschweißen mit dem zweiten Schenkel S2 des Hauptteils verbunden ist.
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16 zeigt den hieraus durch Wickeln hergestellten Wellschlauch 800 beim Einsatz in einem Entkopplungssystem, das den Innenschlauch 10 (vgl. 1) enthält.
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9 zeigt ein Profilband 910, bei dem im Gegensatz zum Profilband 810 das Ende des ersten Schenkels S1 um 180° zum Profilinneren hin umgebogen ist.
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17 zeigt den hieraus durch Wickeln hergestellten Wellschlauch 900 beim Einsatz in einem Entkopplungssystem, das den Innenschlauch 30 (vgl. 3) enthält.
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10 zeigt ein Profilband 1010, bei dem im Gegensatz zum Profilband 710 das Ende des ersten Schenkels S1 um 180° zum Profilinneren hin umgebogen ist.
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18 zeigt den hieraus durch Wickeln hergestellten Wellschlauch 1000 beim Einsatz in einem Entkopplungssystem, das den Innenschlauch 40 (vgl. 4) enthält.
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In 11 ist der axiale Schnitt durch ein Profilband 1110 mit einem W-förmigen Hauptteil dargestellt, welches aus vier parallelen Schenkeln S1, S2, S3 und S4 besteht, die über zwei Bögen RI und V' verbunden sind. Das Ende des ersten (in der Figur linken) Schenkels S1 ist um 180° zum Profilinneren hin umgebogen. Weiterhin ist das Ende des in der Figur rechten Schenkels S4 am Außenradius mit einem Zusatzschenkel SZ verbunden, welcher ein L-förmiges Zusatzteil bildet. Der (im fertigen Wellschlauch 1100 radial innen liegende) Fuß des Zusatzschenkels SZ ist dabei als ein Bogen RA ausgestaltet. Dieser Bogen RA hat wiederum einen Innenradius, welcher dem Außenradius des linken Bogens RI am Hauptteil entspricht. Daher kann er sich von außen passend an den Bogen RI einer nächsten Bandwindung anschmiegen, wenn das Profilband 1110 gewickelt wird.
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19 zeigt einen aus dem beschriebenen Profilband 1110 gewickelten Wellschlauch 1100 eines Entkopplungssystems ES. Erkennbar ist, dass sich die Zusatzschenkel SZ jeweils vom Schlauchinneren her an die linken Schenkel S1 der Hauptteile des Profils anlegen, so dass die Bögen RI und RA ineinander liegen und es zu einem Formschluss und der Ausbildung einer Vertiefung V kommt. Des Weiteren liegen die Enden des vierten Schenkels S4 und des Zusatzschenkels SZ in einem Verbindungsbereich 1111 parallel nebeneinander, so dass sie dort verschweißt werden können.
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Im Ergebnis wird somit ein Wellschlauch 1100 erhalten, der sich wie ein herkömmlicher Wellschlauch durch Wickeln und Schweißen herstellen lässt, bei dem jedoch (in der Schnittansicht gesehen) jede zweite Vertiefung V einen anderen (nämlich doppelwandigen) Wandaufbau hat.
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Der im Entkopplungssystem von 19 eingesetzte Innenschlauch 50 entspricht demjenigen von 5.
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12 zeigt ein Profilband 1210, bei dem im Gegensatz zum Profilband 1110 der Zusatzschenkel SZ nicht durch Verschweißen, sondern durch Umbiegen des vierten Schenkels S4 des Hauptteils hergestellt ist.
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20 zeigt den hieraus durch Wickeln hergestellten Wellschlauch 1200 beim Einsatz in einem Entkopplungssystem, das den Innenschlauch 60 (vgl. 6) enthält.
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13 zeigt ein Profilband 1310, bei dem im Gegensatz zum Profilband 1110 das Ende des ersten Schenkels S1 nicht umgebogen ist.
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21 zeigt den hieraus durch Wickeln hergestellten Wellschlauch 1300 beim Einsatz in einem Entkopplungssystem, das den Innenschlauch 10 (vgl. 1) enthält.
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14 zeigt ein Profilband 1410, bei dem im Gegensatz zum Profilband 1210 das Ende des ersten Schenkels S1 nicht umgebogen ist.
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22 zeigt den hieraus durch Wickeln hergestellten Wellschlauch 1400 beim Einsatz in einem Entkopplungssystem, das den Innenschlauch 10 (vgl. 1) enthält.
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Anhand der 23 und 24 wird jetzt eine bevorzugte Ausführungsform des agraffartig eingehakten Wickelschlauches 30 näher erläutert, wobei entsprechende Ausführungsformen analog auch für die übrigen Wickelschläuche 10, 20, 40, 50 und 60 gelten.
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23 zeigt einen Querschnitt durch das ursprüngliche flache Band 30A, aus welchem der Wickelschlauch 30 hergestellt wird (das Band 30A erstreckt sich "endlos" senkrecht zur Zeichenebene). Das Band 30A besteht aus einem Grundmaterial 31 mit einer flachen, rechtwinkligen Geometrie. Auf der Oberfläche dieses Grundmaterials 31 sind verschiedene Beschichtungen aufgebracht, und zwar im dargestellten Beispiel:
- – eine erste Beschichtung 32a entlang eines ersten (linken) Randes der Oberseite des Grundmaterials 31;
- – eine zweite Beschichtung 32b entlang desselben Randes, jedoch auf der Unterseite des Grundmaterials 31;
- – eine dritte Beschichtung 32c entlang des gegenüberliegenden (rechten) Randes auf der Unterseite des Grundmaterials 31.
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Das Band 30A kann in nicht näher dargestellter Weise aus einem breiten Spaltband durch Längsteilung hergestellt worden sein, wobei die Beschichtungen 32a, 32b, 32c zuvor an entsprechenden Stellen des Spaltbandes aufgebracht wurden.
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24 zeigt das aus dem unprofilierten Band 30A hergestellte profilierte Band 30B, aus welchem dann durch Wickeln der fertige Innenschlauch 30 (vgl. 3, 17) hergestellt werden kann. Dabei erfolgen die letzten Schritte des Profilierens typischerweise parallel zum Wickeln des Bandes, so dass die in 24 dargestellte Profilform letztlich nur im fertigen Wickelschlauch auftritt.
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Durch die Biegungen liegen die Beschichtungen 32a, 32b und 32c so, dass im eingehakten Wickelschlauch mindestens eine von zwei aneinander reibenden Flächen durch eine dieser Beschichtungen gebildet wird. Auf diese Weise können Reibverhalten, Korrosion und/oder Verschleiß positiv beeinflusst werden.
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Die Beschichtungen 32a, 32b, 32c können insbesondere durch Aufbringen mindestens eines der folgenden Materialien hergestellt werden: Edelstahl, Stahl, Zink, Zinkphosphat, Aluminium, Nickel, Graphit, Silizium, Molybdänsulfid und seine Derivate.
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Abschließend sei darauf hingewiesen, dass über die dargestellten Varianten hinaus jeder der oben beschriebenen Wellschläuche 100–1400 mit jedem der beschriebenen Innenschläuche 10–60 (ebenso wie mit jedem anderen Wickelschlauch) zu einem Entkopplungssystem kombiniert werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013104446 [0001]
- DE 102008001297 A1 [0003, 0051]
- DE 102011053131 A1 [0003, 0051, 0059]
- DE 102007016784 A1 [0004, 0060]
- DE 102010037162 A1 [0036]
- WO 2011036245 A1 [0068]
