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Die Erfindung betrifft ein Leitungselement für die Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs mit Verbrennungsmotor, welches Leitungselement wenigstens ein flexibles Leitungsteil, vorzugsweise einen metallischen Ringwellschlauch oder Balg aufweist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Im Rahmen dieser Beschreibung umfasst der Begriff „Abgasanlage“ nicht nur Abgasleitungen, sondern explizit auch Abgasrückführleitungen, sofern nicht anders spezifiziert.
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Außerdem betrifft die Erfindung ein Entkoppelelement für Kraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotor, vorzugsweise für Abgasleitungen oder Abgasrückführleitungen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 5, sowie eine Verwendung bestimmter Werkstoffe gemäß Anspruch 8.
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Für Entkoppelelemente (EKE), welche in Abgasanlagen von Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotor eingesetzt werden, um durch den Verbrennungsmotor induzierte Schwingungen von weiteren Bestandteilen der Abgasanlage zu entkoppeln, werden üblicherweise nicht rostende austenitische Stähle, vorzugsweise so genannte Standard-Austenite, z. B. die Werkstoffe 1.4301, 1.4541 oder 1.4571, verwendet. In diesem Bereich eingesetzte Leitungselemente müssen einerseits hohe thermische Belastungen aufgrund der Temperatur des durchgeleiteten Abgasstroms aushalten und müssen andererseits zumindest an ihrer Außenseite im besonderen Maße korrosionsbeständig sein, da derartige Leitungselemente bei ihrer Verwendung in bzw. an Kraftfahrzeugen Feuchtigkeit und anderen korrosiven Medien, insbesondere Salzlaugen, ausgesetzt sind.
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Es ist deshalb aus dem Stand der Technik bekannt, zumindest im äußeren Bereich von Leitungselementen für die Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs Nickelbasiswerkstoffe, z. B. 2.4856, einzusetzen. Hierdurch wird eine besonders gute Korrosionsbeständigkeit erreicht, wobei sich jedoch nachteilig auswirkt, dass Nickelbasiswerkstoffe gegenüber den eingangs erwähnten Standard-Austeniten um ein Vielfaches teurer sind.
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Da die Korrosionsbeständigkeit von Standard-Austeniten, beispielsweise 1.4571, für bestimmte Einsatzzwecke nicht ausreichend ist, erscheint in vielen Anwendungen eine Zwischenlösung wünschenswert, bei der sowohl der Preis als auch die Korrosionsbeständigkeit des Werkstoffs zwischen den jeweiligen Werten für die Werkstoffe 1.4571 und 2.4856 liegt. Um hier Abhilfe zu schaffen, sind in der Vergangenheit Stahlhersteller aktiv geworden und haben eigene Legierungen entwickelt und zum Schutzrecht angemeldet. Dies betrifft die Werkstoffe Incoloy 864 und Incoloy 865 von Special Metals sowie die Werkstoffe 332Mo und 334Mo von Allegheny.
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In diesem Zusammenhang hat sich allerdings als nachteilig erwiesen, dass das Preis-Leistungs-Verhältnis der genannten Stahlentwicklungen Incoloy 864/865, 332Mo und 334Mo relativ ungünstig ist. Aufgrund der streng begrenzten Angebotssituation gab es zudem in der Vergangenheit immer wieder Preisanhebungen oder Lieferprobleme.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Leitungselement bzw. ein Entkoppelelement der weiter oben genannten Art anzugeben, welches sich dadurch auszeichnet, dass es aus einer weltweit und möglichst von mehr als einem Stahlhersteller beschaffbaren Legierung gebildet werden kann, deren Preis maximal etwa in der Mitte zwischen den Preisen für die Werkstoffe 1.4571 und 2.4856 liegt, wobei die Korrosionsbeständigkeit deutlich besser sein soll als bei dem Werkstoff 1.4571. Auf diese Weise sollen die weiter oben erwähnten Nachteile hinsichtlich der Beschaffungssituation, der Herstellungskosten sowie der Korrosionsbeständigkeit vermieden werden.
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Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Leitungselement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Entkoppelelement mit den Merkmalen des Anspruchs 5 und eine Verwendung mit den Merkmalen des Anspruchs 8. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Ein erfindungsgemäßes Leitungselement für die Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs (Kfz) mit Verbrennungsmotor, mit wenigstens einem flexiblen Leitungsteil, vorzugsweise in Form eines Balgs, zeichnet sich dadurch aus, dass das flexible Leitungsteil mehrlagig mit einer Innenlage und einer Außenlage ausgebildet ist, und dass zumindest die Außenlage zumindest zum Teil in einem ersten Stahl mit einem Mo-Anteil ≥ 4% oder ≥ 6% und mit einem N-Anteil zwischen 0,3 - 0,6% oder zwischen 0,18 - 0,25% ausgebildet ist, vorzugsweise einem Stahl der Sorte 1.4565 oder der Sorte 1.4547 ausgebildet ist. Dabei bezeichnet „Mo-Anteil“ den Molybdängehalt und „N-Anteil“ den Stickstoffgehalt des Stahls. Erfindungsgemäß liegt sowohl der Mo-Anteil als auch der N-Anteil relativ hoch.
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Ein erfindungsgemäßes Entkoppelelement für Kraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotor, vorzugsweise für Abgasleitungen oder Abgasrückführleitungen, ist gekennzeichnet durch ein erfindungsgemäßes Leitungselement.
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Eine erfindungsgemäße Verwendung betrifft die Verwendung von Stahl mit einem Mo-Anteil ≥ 4% oder ≥ 6% und mit einem N-Anteil zwischen 0,3 - 0,6% oder zwischen 0,18 - 0,25% ausgebildet ist, vorzugsweise einem Stahl der Sorte 1.4565 oder 1.4547, zur Herstellung von Komponenten für ein Leitungselement oder ein Entkoppelelement für die Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs mit Verbrennungsmotor, vorzugsweise für ein flexibles Leitungsteil, höchst vorzugsweise Balg.
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Die Anmelderin hat in umfangreichen Versuchen festgestellt, dass speziell die genannten Werkstoffe 1.4565 und 1.4547 die weiter oben formulierten Anforderungen erfüllen. Nach dem Kenntnisstand der Anmelderin werden und wurden diese Werkstoffe bislang nicht für Leitungselemente bzw. Entkoppelelemente für die Abgasanlage von Kraftfahrzeugen eingesetzt, insbesondere nicht für dort eingesetzte, flexible, dünnwandige Leitungsteile, weil die entsprechende Eignung bislang nicht erkannt wurde.
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Die vorgeschlagenen Werkstoffe bieten bei vergleichsweise geringen Mehrkosten gegenüber Standard-Austeniten eine wesentlich erhöhte Korrosionsbeständigkeit. Aus diesem Grund halten daraus gefertigte Bauteile länger, was einerseits die Kundenzufriedenheit erhöht und andererseits zur Schonung von Resourcen beiträgt, indem Schrott vermieden wird.
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Die vorgeschlagenen Werkstoffe, insbesondere 1.4565, sind an sich zwar bekannt, werden jedoch heutzutage kaum mehr genutzt. Neu ist allerdings in jedem Fall ihre in der vorliegenden Schutzrechtsanmeldung vorgeschlagene Verwendung.
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Eine erste Weiterbildung des erfindungsgemäßen Leitungselements sieht vor, dass das flexible Leitungsteil mehrlagig mit einer Innenlage und einer Außenlage und gegebenenfalls zusätzlichen Zwischenlagen ausgebildet ist. Dabei kann vorgesehen sein, dass zumindest die Außenlage des flexiblen Leitungsteils in dem ersten Stahl ausgebildet ist, um gezielt in diesem Bereich die Korrosionsbeständigkeit gegenüber äußeren Schadeinflüssen zu erhöhen.
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Eine andere Weiterbildung des erfindungsgemäßen Leitungsteils kann vorsehen, dass die Innenlage in einem zweiten Stahl ausgebildet ist, weil in Bezug auf die Innenlage die Korrosionsbeständigkeit oftmals nur eine untergeordnete Rolle spielt. Bei dem genannten zweiten Stahl kann es sich um einen Stahl mit relativ geringem Nickelanteil handeln, wie er beispielsweise in der
DE 10 2007 060 133 A1 offenbart ist. Alternativ kann insbesondere die Innenlage auch in einem anderen Werkstoff, beispielsweise in einem Standard-Austeniten, vorzugsweise 1.4301, 1.4541 oder 1.4571, ausgebildet sein. Gleiches trifft grundsätzlich auch auf etwaige Zwischenlagen zu.
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Aus der Veröffentlichung P. Gümpel: Rostfreie Stähle: Grundwissen, Konstruktions- und Verarbeitungs-hinweise. 4. Auflage. Renningen : expert verlag, 2008. S. 26-29. - ISBN 978-3-8169-2689-4 ist bereits bekannt, dass solche Stähle ihre Anwendungsbereiche in der chemischen Industrie, in Haushaltsanwendungen, der Nahrungsmittelindustrie, der Umwelttechnik sowie in Offshore- und Meerestechnik sowie dem Bauwesen finden. Die Verwendung derartiger Sonderstähle in Abgassystemen für Kraftfahrzeuge ist dagegen nicht offenbart.
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Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Entkoppelelements sieht vor, dass dort wenigstens eine weitere Komponente, vorzugsweise eine Außenkomponente, höchst vorzugsweise ein das flexible Leitungsteil umgebender Geflecht- oder Gestrickemantel, in dem ersten Stahl ausgebildet ist, um auch hier gezielt die Korrosionsbeständigkeit bei nur geringen Zusatzkosten zu erhöhen.
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Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung.
- 1 zeigt teilweise und im Längsschnitt ein erfindungsgemäßes Entkoppelelement mit einem erfindungsgemäßen Leitungselement;
- 2 zeigt teilweise und im Längsschnitt ein mehrlagig ausgebildetes flexibles Leitungsteil; und
- 3 zeigt Ergebnisse eines Salzbadtauchtests für verschiedene Stahlsorten.
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1 zeigt schematisch und im Längsschnitt ein Entkoppelelement 1 für Kraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotor, vorzugsweise für Abgasleitungen oder Abgasrückführleitungen. Bezugszeichen AS bezeichnet den innerhalb des Entkoppelelements 1 geführten Abgasstrom, während Bezugszeichen LA die Längsachse des Entkoppelelements 1 angibt. Das Entkoppelelement 1 ist rotationssymmetrisch bezüglich der Längsachse LA ausgebildet.
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Das Entkoppelelement 1 umfasst ein Leitungselement 2, welches vorliegend als größtenteils flexibles Leitungsteil in Form eines Balgs 3 ausgebildet ist. Weiterhin umfasst das Entkoppelelement 1 in an sich bekannter Art und Weise eine radial innerhalb des Balgs 3 angeordnete Innenkomponente 4, beispielsweise einen Wickelschlauch oder Liner, sowie eine radial außerhalb des Balgs 3 angeordnete Außenkomponente 5, beispielsweise einen Geflecht- oder Gestrickemantel. Die gemeinsame Anbindung von Balg 3, Innenkomponente 4 und Außenkomponente 5 erfolgt endständig im Bereich von Endhülsen 6, beispielsweise durch Verschweißen und/oder Verpressen. Ein erfindungsgemäßes Entkoppelelement 1 ist jedoch keinesfalls auf die vorstehend exemplarisch beschriebene Ausführungsform beschränkt.
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Der Balg bzw. das flexible Leitungsteil
3 ist vorliegend in einem speziellen metallischen Werkstoff der Sorte 1.4547 oder 1.4565 ausgebildet, so dass das flexible Leitungsteil
3 eine für Kfz-Anwendungen im Abgasbereich geeignete Korrosionsbeständigkeit aufweist, ohne dass dies mit einem entscheidenden Nachteil hinsichtlich der Herstellungskosten und/oder der Beschaffungssituation verbunden wäre. Grundsätzlich können auch weitere Komponenten des Entkoppelelements
1, insbesondere die mit korrosiven Medien möglicher Weise in Kontakt tretende Außenkomponente
5 und/oder die Endhülsen
6 in einem der vorstehend genannten Werkstoffe ausgebildet sein. Insbesondere für die Innenkomponente
4, aber auch für weitere Komponenten des Entkoppelelements
1 mit Ausnahme des flexiblen Leitungsteils
3 können jedoch auch andere Werkstoffe im Rahmen der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommen, beispielsweise die bereits erwähnten Standard-Austenite oder so genannte Low-Nickel-Werkstoffe, wie in der
DE 10 2007 060 133 A1 offenbart.
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2 zeigt schematisch und im Längsschnitt eine besondere Gestaltung des flexiblen Leitungsteils 3, wie es bei dem Entkoppelelement 1 gemäß 1 zum Einsatz kommen kann.
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Gemäß 2 ist das flexible Leitungsteil 3 mehrlagig ausgebildet und weist eine Innenlage 3a sowie eine Außenlage 3b auf. Zwischen der Innenlage 3a und der Außenlage 3b können eine oder mehrere Zwischenlagen angeordnet sein, welche in 2 nicht dargestellt sind. Die beiden Blockpfeile in 2 symbolisieren zum einen den auf die Außenlage 3b wirkenden Schadeinfluss (SE), beispielsweise in Form von korrosiven Medien, wie Feuchtigkeit und/oder Salzlaugen, beispielsweise durch die saisonale Verwendung von Streusalz. Der andere Blockpfeil TE symbolisiert den zunächst auf die Innenlage 3a wirkenden Temperatureinfluss des Abgasstroms AS, wobei der Temperatureinfluss TE aufgrund der innigen Verbindung der Innenlage 3a und der Außenlage 3b natürlich auch im Bereich der Außenlage 3b wirksam ist.
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Bei der Ausgestaltung gemäß 2 ist nun vorzugsweise nur die Außenlage 3b, welche unmittelbar dem Schadeinfluss SE ausgesetzt ist, in dem Werkstoff 1.4565 oder 1.4575 ausgebildet. Die Innenlage 3a kann dagegen vorzugsweise in einem anderen Werkstoff, wie einem der erwähnten Standard-Austenite oder einem Low-Nickel-Werkstoff, hergestellt sein, um eine Kostenoptimierung bei der Herstellung zu erreichen. Gleiches gilt auch für etwaige Zwischenlagen (nicht gezeigt).
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3 zeigt in grafischer Form das Ergebnis eines Salzbadtauchtests, wobei Bandproben verschiedener, angegebener Werkstoffe über 60 Zyklen und bei einer Temperatur von 650 °C geprüft wurden. Nachdem die Bandproben 30 Minuten lang in einem Ofen bei 650 °C erhitzt und anschließend über 10 Minuten abgekühlt wurden, erfolgte ein einminütiges Salzwassertauchen in einer 5%-igen Streusalzlösung. Auf der Abszisse ist die anschließend gemessene Restwanddicke in Prozent der ursprünglichen Banddicke angegeben. Auf der Ordinate ist der beim Einkauf der gezeigten Werkstoffe zu entrichtende Legierungszuschlag in Euro pro kg angegeben (Stand: Januar 2011).
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Wie sich der Darstellung in 3 leicht entnehmen lässt, schneiden die im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgeschlagenen Werkstoffe 1.4547 und 1.4565 im Hinblick auf die Korrosionsbeständigkeit (möglichst hohe Restwanddicke) sogar besser ab als die im einleitenden Teil erwähnten speziellen Stahlentwicklungen Incoloy 864/865 und 332Mo/334Mo. Dabei sind sie hinsichtlich des Legierungszuschlages, welcher möglichst gering ausfallen sollte, zumindest als gleichwertig zu dem genannten speziellen Stahlentwicklungen anzusehen. Im Vergleich mit dem Standard-Austeniten 1.4571 ergibt sich ebenfalls eine deutlich erhöhte Restwanddicke bei nur geringfügig erhöhtem Legierungszuschlag. Nur der eingangs erwähnte Nickelbasiswerkstoff 2.4856 schneidet hinsichtlich der verbleibenden Restwanddicke noch besser ab, besitzt jedoch einen um mehr als den Faktor 2 erhöhten Wert für den Legierungszuschlag.
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Insbesondere der Werkstoff 1.4565, zusätzlich aber auch der Werkstoff 1.4547, eignet sich somit in besonderem Maße für die vorliegend angegebene Verwendung im Bereich von Kfz-Abgasanlagen. Dabei ist insbesondere der Werkstoff 1.4565 an sich lange bekannt, nicht jedoch für Anwendungen im Bereich von Abgasanlagen bzw. zur Herstellung von Entkoppelelementen.
