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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wickelschlauch nach dem Oberbegriff der Ansprüche 1, 3, 8 und 9 sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Wickelschlauchs.
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Ein Wickelschlauch der vorliegenden Art besteht aus einem profilierten Metallband, das helixförmig gewickelt ist und dessen jeweils einander benachbarten Windungen solcherart lose miteinander verfalzt sind, dass sie relativ zueinander beweglich bleiben, insbesondere in Axialrichtung. Das profilierte Metallband weist einen im Wesentlichen S-förmigen Querschnitt auf. Dieser Querschnitt umfasst einen Mittelsteg, der einen äußeren und einen inneren Wandabschnitt miteinander verbindet, sowie einen vom äußeren Wandabschnitt ausgehenden, zum Mittelsteg zurückgebogenen äußeren Bord und einen vom inneren Wandabschnitt ausgehenden, zum Mittelsteg hin zurückgebogenen inneren Bord.
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Um zu ermöglichen, dass jeweils benachbarte Windungen relativ zueinander axial beweglich sind, weisen die Borde jeweils eine geringere axiale Ausdehnung als die Wandabschnitte auf. Um zu vermeiden, dass sich die einzelnen Windungen radial voneinander lösen können, ist der äußere Bord einer ersten Windung des Metallbands so zwischen dem inneren Bord und dem inneren Wandabschnitt einer benachbarten Windung, und ist der innere Bord der benachbarten Windung so zwischen dem äußeren Bord und dem äußeren Wandabschnitt der ersten Windung aufgenommen, dass sich ein Überlappungsbereich zwischen dem inneren und dem äußeren Bord der benachbarten Windungen ergibt und die Windungen hierdurch in radialem Formschluss, axial gegeneinander beweglich, lose miteinander verfalzt sind.
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Wickelschläuche dieser Art sind seit langem bekannt, insbesondere als Falz- oder Agraffschlauch. Dadurch, dass die Borde zum Mittelsteg hin zurückgebogen sind und mit den gegensinnig orientierten Borden der benachbarten Windungen lose verfalzt ineinandergreifen, bilden sie eine Art beweglichen Formschluss aus. Die axiale Beweglichkeit der einzelnen Windungen gegeneinander verleiht einem solchen Wickelschlauch eine große axiale, laterale und angulare Beweglichkeit bei gleichwohl hoher mechanischer Festigkeit der profilierten Windungen.
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Zur Herstellung solcher Wickelschläuche wird zunächst ein Metallband durch Profilieren mittels mehrerer Profilwalzenpaare zu einem im Wesentlichen Sförmigen Profil umgeformt, so dass insbesondere die Borde gegensinnig orientiert abgewinkelt sind. Dieses profilierte Metallband wird dann auf einen rotierenden Wickeldorn gewickelt, wobei die gegensinnig orientierten Borde lose ineinander verfalzt werden.
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Bei Wickelschläuchen der vorliegenden Art können die Profile zweier benachbarter Windungen zwischen einer Stauchlage und einer Strecklage axial gegeneinander bewegt werden.
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Ein Hauptanwendungsgebiet der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung eines Wickelschlauchs der vorliegenden Art innerhalb eines flexiblen Leitungselements für die Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs. Ein solches flexibles Leitungselement dient zum Entkoppeln von Vibrationen, die der pulsierende Abgasstrom des Verbrennungsmotors erzeugt, sowie von Lastwechselbewegungen und Wämeausdehnungsbewegungen. Es umfasst neben einem Wickelschlauch in der Regel einen Metallbalg, der den Wickelschlauch koaxial umgibt, sowie gegebenenfalls weitere Bauelemente wie ein Gestrickeschlauch und dergleichen. Beispiele für solche flexiblen Leitungselemente sind in der
DE 10 2007 038 509 B4 und der
DE 10 2009 029 782 A1 offenbart.
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Die Aufgabe eines Wellschlauchs in einem flexiblen Leitungsteil für die Abgasanlage von Verbrennungsmotoren besteht hauptsächlich darin, den Abgasstrom zu führen und Verwirbelungen innerhalb der Wellungen des Metallbalgs zu verhindern. Außerdem schützt der Wellschlauch den Metallbalg vor zu hoher Temperaturbelastung durch den heißen Abgasstrom.
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Ein Wickelschlauch der vorliegenden Art, der in einem flexiblen Leitungselement für die Abgasanlage eines Verbrennungsmotors eingebaut ist, soll auf der einen Seite beweglich sein, so dass er axiale, laterale und/oder angulare Bewegungen des Balgs bzw. Relativbewegungen der durch den Balg verbundenen Abgasleitungen mitmachen kann und diese Bewegungen nicht behindert. Zum anderen soll er insbesondere bei Axialbewegungen eine innere Reibung aufweisen, um eine Verlustarbeit des Gesamtsystems bei Bewegungen zu erzeugen. Hierdurch werden Eigenschwingungen des Metallbalgs bedämpft und Resonanzen bei Schwingungen der Abgasleitungen im Bereich der Eigenfrequenzen des Metallbalgs verhindert, welche ansonsten die Gefahr einer Zerstörung des flexiblen Leitungsteils aufgrund hoher Bewegungsamplituden birgt sowie im Resonanzfall die Entkopplungswirkung beeinträchtigen bzw. sogar vollständig eliminieren kann.
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Insbesondere bei der Verwendung eines Wickelschlauchs der vorliegenden Art in einem flexiblen Leitungsteil einer Abgasanlage ist es üblich, die überlappenden Borde der einzelnen Windungen bis zu einem gewissen Grad radial gegeneinander zu verpressen, um sicherzustellen, dass sich der fertige Wickelschlauch nicht wieder aufwickeln kann und insbesondere zu gewährleisten, dass sich die benachbarten Windungen nur unter Einwirkung einer Reibungskraft relativ zueinander bewegen können, also eine innere Reibung vorliegt, die bei Bewegungen die erwünschte Verlustarbeit erzeugt, um die Eigenfrequenzen des Metallbalgs zu bedämpfen.
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Ein radiales Verpressen der Borde des Wickelschlauchs führt allerdings dazu, dass der fertige Wickelschlauch keinen kreisrunden Querschnitt aufweist und seine Windungen nicht exakt entlang einer Schraubenlinie verlaufen. Der Querschnitt des Wickelschlauchs wird durch das Verpressen vielmehr zu einem Polygon, das die Kreisform lediglich annähert. Die Schraubenlinie der Windungen des Metallprofils knickt also in regelmäßigen Abständen ab, so dass der Radius des Metallschlauchs nicht konstant ist.
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Ein solcher polygonförmiger Querschnitt ist bei der Verwendung in der Abgasanlage eines Verbrennungsmotors nicht unproblematisch, da die Verlustarbeit eines solcherart geformten Wickelschlauchs nach einer gewissen Betriebszeit abnimmt und hierdurch Resonanzschwingungen zunehmen.
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Um dieses Problem zu lösen, ist in der
DE 10 2011 087 956 A1 vorgeschlagen worden, auf das Verpressen der Borde der Metallprofilwindungen, das letztendlich zur Polygonform des Wickelschlauchquerschnitts führt, zu verzichten, und stattdessen die Borde des Metallprofils solcherart mit einem Biegeradius zu versehen, dass sie im gewickelten Zustand des Wickelschlauchs mit einer elastischen Anpresskraft am inneren bzw. äußeren Wandabschnitt anliegt. Diese elastische Anpresskraft sorgt für die gewünschte innere Reibung des Metallschlauchs, so dass der Wickelschlauch einen kreisrunden Querschnitt aufweisen und das Metallprofil mit einer konstanten Krümmung gewickelt werden kann. Die Polygonform des Wickelschlauchquerschnitts entfällt hierdurch.
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Weiterhin ungelöst bleibt bislang jedoch das Problem, dass ein Wickelschlauch der vorliegenden Art aus einem Metallband gefertigt werden muss, das eine ausreichende Materialstärke besitzt, um trotz der bei jeder Bewegung aneinander reibenden Bauteile nicht vorzeitig zu verschleißen. Besonders wichtig ist dies naturgemäß beim bevorzugten Einsatz in einem flexiblen Leitungsteil in der Abgasanlage eines Verbrennungsmotors, da im Betrieb desselben ununterbrochen Schwingungsbewegungen auf den Wickelschlauch einwirken und zu entsprechenden Relativbewegungen der Windungen führen.
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Neben dem Materialaufwand, den eine Mindeststärke des Metallbands mit sich bringt und der unter Kostenaspekten verringert werden sollte, besteht hier außerdem ein Zielkonflikt, da die Beweglichkeit eines Wickelschlauchs der vorliegenden Art maßgeblich von der Materialstärke des profilierten Metallbands abhängt. Bei hinsichtlich des Verschleißverhaltens optimierter Materialstärke des Metallbands ergibt sich allerdings eine eingeschränkte Beweglichkeit, die mit dem Erfordernis einhergeht, den Wickelschlauch und damit das gesamte flexible Leitungselement relativ lang auszubilden, um die benötigte Beweglichkeit zu erhalten. Dies erhöht den Materialaufwand weiter und führt darüber hinaus zu einem nachteilig hohen Bedarf an Bauraum. Schließlich darf auch das Eigengewicht des Wickelschlauchs nicht zu hoch werden, um die notwendige Beweglichkeit nicht zu beeinträchtigen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Wickelschlauch der oben beschriebenen Art solcherart zu verbessern und ein Verfahren zu dessen Herstellung bereitzustellen, mit dem der oben beschriebene Zielkonflikt besser als bislang gelöst wird, insbesondere durch Verbesserung des Verschleißverhaltens.
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Gelöst ist diese Aufgabe durch einen Wickelschlauch mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie zusätzlich oder alternativ durch einen Wickelschlauch mit den Merkmalen des Anspruchs 3, sowie zusätzlich oder alternativ durch einen Wickelschlauch mit den Merkmalen des Anspruchs 8, sowie zusätzlich oder alternativ durch einen Wickelschlauch mit den Merkmalen des Anspruchs 9, und schließlich durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Wickelschlauchs sind in den Ansprüchen 2 und 4 bis 7 niedergelegt.
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Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Wickelschlauch der eingangs beschriebenen Art dadurch verbessert, dass der innere und/oder der äußere Bord des Querschnitts des profilierten Metallbands innerhalb des Überlappungsbereichs zwischen dem inneren und dem äußeren Bord mit einer Materialdoppelung versehen ist, und zwar mittels einer zusätzlichen, vom Mittelsteg weg weisenden Abbiegung des Metallbands.
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Eine solche Materialdoppelung ermöglicht, den erfindungsgemäßen Wickelschlauch aus einem Metallband zu fertigen, dessen Materialstärke deutlich verringert ist. Denn im Überlappungsbereich, also dort, wo der Verscheiß im Betrieb stattfindet, ist das Metallband durch die Materialdoppelung verstärkt, indem dessen effektive Wandstärke verdoppelt ist.
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Gleichzeitig ist die erfindungsgemäße Herstellung der Materialdoppelung mittels einer zusätzlichen Abbiegung des Metallbands insofern besonders vorteilhaft, als herkömmliche Anlagen zur Herstellung eines Wickelschlauchs weiter verwendet werden können. Es muss einzig ein Metallband verwendet werden, dessen Ränder bereits vorab gegensinnig abgebogen sind, was im Ergebnis die erfindungsgemäße zusätzliche Abbiegung zur Materialdoppelung ergibt.
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Durch die Materialdoppelung im Überlappungsbereich zwischen dem inneren und dem äußeren Bord zweier benachbarter Windungen des Metallbandprofils kann sogar die herkömmliche Herstellung eines Wickelschlauchs mit polygonalem Querschnitt beibehalten werden, auch wenn die innere Reibung zwischen den einzelnen Windungen des Wickelschlauchs im Wesentlichen in den Kanten des Polygons erzeugt wird und insofern dort ein höherer Verschleiß zu verzeichnen ist. Denn aufgrund der Materialdoppelung können zum einen hohe Normalkräfte an diesen Stellen wirken, und zum anderen ist genügend Materialstärke vorhanden, um verschleißbedingte Ausfallserscheinungen zu verhindern.
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Besonders bevorzugt wird die zusätzliche Abbiegung des Metallbands zur Herstellung einer Materialdoppelung im Überlappungsbereich so in das Metallband eingebracht, dass sie im Ausgangszustand nicht parallel zum inneren und/oder äußeren Bord verläuft. Hierdurch ergibt sich im Überlappungsbereich der gewickelten Windungen eine elastische Rückstellkraft, was das Verschleißverhalten weiter optimiert. Denn auch dann, wenn durch Verschleiß die Materialstärke abnimmt, bleibt aufgrund der elastischen Rückstellkraft eine Normalkraft zur Erzeugung der erwünschten Reibung erhalten.
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Nach einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Wickelschlauch der eingangs genannten Art dadurch verbessert, dass das Metallband in einem Übergangsbereich vom inneren und/oder äußeren Wandabschnitt zum jeweiligen Bord mit einer Materialschwächung versehen ist. Alternativ oder zusätzlich ist der innere und/oder äußere Bord geschlitzt, um mindestens einen Bord im Überlappungsbereich mit einer elastischen Rückstellkraft zu versehen.
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Die Materialschwächung im Übergangsbereich vom Wandabschnitt zum Bord ermöglicht, den Bord in verbesserter Parallelität zum Wandabschnitt abzubiegen. Bislang ist es praktisch nicht möglich, den Bord solcherart vom Wandabschnitt zurückzubiegen, dass der Bord und der Wandabschnitt parallel zueinander verlaufen; zumindest eine Ausbauchung des Bords ist ohne die erfindungsgemäße Materialschwächung kaum zu vermeiden. Eine verbesserte Parallelität vergrößert jedoch die Berührungsfläche im Überlappungsbereich zwischen dem inneren und dem äußeren Bord, so dass sich Verschleißerscheinungen über eine größere Fläche verteilen und der Wickelschlauch insgesamt dadurch verschleißfester wird.
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Die Materialschwächung kann durch eine oder mehrere Ausnehmungen oder Sicken im Metallband, oder aus einer oder mehreren Perforationen, insbesondere Schlitzen bestehen. Im Sinne der vorliegenden Erfindung kann die Materialschwächung umgekehrt auch aus einer Auslassung bestehen, wenn die an die Materialschwächung angrenzenden Bereiche des Metallbands gehärtet oder stabilisiert werden. Materialschwächung im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet insofern ein Zustand relativ zu den angrenzenden Bereichen.
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Die erfindungsgemäße Schlitzung des inneren und/oder äußeren Bords, das zu einer elastischen Rückstellkraft im Überlappungsbereich führt, hat insbesondere dann, wenn sie bevorzugterweise mit einer als Materialschwächung vorgesehenen Schlitzung des Übergangsbereich des Metallbands kombiniert wird, nicht nur den Vorteil eines verbesserten Verschleißverhaltens, weil sich die Reibungskraft mit zunehmendem Verschleiß nicht wesentlich ändert, sondern bietet außerdem den Vorteil, dass sich die zum Wickeln der einzelnen Windungen erforderliche Biegekraft verringert und die Falzungen symmetrisiert werden.
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Auch bei diesem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung, der gegebenenfalls mit dem ersten Aspekt oder mit einem der weiteren Aspekte kombiniert werden kann, können die herkömmlichen Anlagen zum Herstellen eines Wickelschlauchs beibehalten werden. Die erfindungsgemäßen Modifikationen können bereits am noch nicht profilierten Metallband vorgenommen werden.
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Nach einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Wickelschlauch der eingangs genannten Art dadurch modifiziert, dass der innere und/oder äußere Randabschnitt des Metallbandprofils mit Ausnehmungen und/oder Perforationen versehen ist. Da die Wandabschnitte bei Relativbewegungen der einzelnen Windungen im Allgemeinen nur sehr wenig belastet sind, fällt es nicht ins Gewicht, wenn die Wandabschnitte durch die Ausnehmungen und/oder Perforationen geschwächt werden. Umgekehrt wird hierdurch jedoch sowohl Material als auch insbesondere Gewicht eingespart. Insgesamt kann also durch diesen dritten Aspekt, der gegebenenfalls auch in Kombination mit einem der anderen Aspekte der vorliegenden Erfindung realisiert werden kann, das Ziel erreicht werden, bei unverändertem Verschleißverhalten und unveränderter Haltbarkeit des Wickelschlauchs dessen Gewicht und Materialbedarf zu verringern.
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Nach einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Wickelschlauch der eingangs genannten Art dadurch modifiziert, dass das Metallband an seinen Rändern gehärtet oder stabilisiert ist. Nach Profilieren des Metallbands liegen dann die gehärteten oder stabilisierten Bereiche im Überlappungsbereich der beiden Borde des Metallbandprofils, wodurch sich das Verschleißverhalten verbessert. Es ist also möglich, bei unverändertem Verschleißverhalten ein Metallband zu verwenden, dessen Materialstärke deutlich geringer als beim Stand der Technik ist. Auch dieser vierte Aspekt der vorliegenden Erfindung kann alternativ oder in Kombination mit einem oder mehreren anderen Aspekten realisiert werden, um die gegebene Aufgabe zu lösen.
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Nachdem es allen Aspekten der vorliegenden Erfindung gemeinsam ist, dass die Anlage zum Herstellen eines Wickelschlauchs nicht modifiziert werden muss, sondern die erfindungsgemäßen Veränderungen in das Metallband, vor dessen Profilieren und Wickeln, eingebracht werden, zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Wickelschlauchs dadurch aus, dass ein Metallband mit mindestens einem vorbehandelten Randbereich bereitgestellt wird. Diese Vorbehandlung kann je nach Aspekt der vorliegenden Erfindung durch Härten und/oder Schwächen und/oder Herstellen einer randseitigen Abbiegung und/oder durch Einbringen von Schlitzen, Perforationen, Sicken und/oder sonstigen Ausnehmungen erfolgen. Dieses vorbehandelte Metallband wird dann in bekannter Art und Weise profiliert und in axial gegeneinander bewegliche, in radialem Formschluss lose miteinander verfalzten Windungen zu einem Wickelschlauch gewickelt.
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Einige Ausführungsbeispiele für Profile von erfindungsgemäß ausgestalteten Wickelschläuchen sind im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische seitliche Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels für einen erfindungsgemäßen Wickelschlauch, in Stauchlage und in Strecklage;
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2 eine isometrische Ansicht eines Stücks des Wickelschlauchs aus 1, in Stauchlage und in Strecklage;
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3 ein Abschnitt eines Metallbands, das zu einem erfindungsgemäßen Wickelschlauch verarbeitet werden soll;
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4a bis 4d Abschnitte von Metallbändern, die zu erfindungsgemäßen Wickelschläuchen verarbeitet werden sollen;
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5 ein erfindungsgemäß vorbehandeltes Metallband, das zu einem Wickelschlauch verarbeitet werden soll und bereits teilweise profiliert ist;
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6 eine schematische seitliche Schnittdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels für einen erfindungsgemäßen Wickelschlauch, in Stauchlage und in Strecklage;
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7 eine schematische seitliche Schnittdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels für einen erfindungsgemäßen Wickelschlauch, in Stauchlage und in Strecklage;
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8 eine isometrische Ansicht eines Stücks des Wickelschlauchs aus 7, in Stauchlage und in Strecklage;
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9 eine isometrische Ansicht eines Stücks eines Wickelschlauchs gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, in Stauchlage und in Strecklage;
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10 eine isometrische Ansicht eines Stücks eines Wickelschlauchs gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel in Stauchlage und in Strecklage;
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1 zeigt in einer schematischen seitlichen Schnittdarstellung ein Stück eines Wickelschlauchs, der aus mehreren Windungen 2, 2‘, 2‘‘ eines profilierten Metallbands 1 besteht, und zwar in der oberen Hälfte in Stauchlage und in der unteren Hälfte in Strecklage. 2 zeigt dasselbe Stück des in 1 dargestellten Wickelschlauchs, wiederum in der oberen Hälfte in Stauchlage und in der unteren Hälfte in Strecklage, jedoch in einer isometrischen Darstellung. Es versteht sich, dass hierdurch nur ein kleiner Ausschnitt der Wandung des Wickelschlauchs sichtbar ist.
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Das profilierte Metallband 1, von dem insgesamt fünf Windungen 2, 2‘, 2‘‘ dargestellt sind, weist einen im Wesentlichen S-förmigen Querschnitt auf, welcher einen Mittelsteg 3, einen inneren Wandabschnitt 4, einen äußeren Wandabschnitt 5, einen inneren Bord 6, der vom inneren Wandabschnitt 4 ausgehend, zum Mittelsteg 3 hin zurückgebogen ist, und einen äußeren Bord 7 umfasst, der vom äußeren Wandabschnitt 5 zum Mittelsteg 3 hin zurückgebogen ist. Der Mittelsteg 3 verbindet den inneren Wandabschnitt 4 mit dem äußeren Wandabschnitt 5.
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Erfindungsgemäß sind die in den 1 und 2 dargestellten Borde 6, 7 jeweils mit einer Materialdoppelung versehen, indem der innere Bord 6 mit einer zusätzlichen, vom Mittelsteg 3 weg weisenden inneren Abbiegung 8 und der äußere Bord 7 mit einer zusätzlichen, vom Mittelsteg 3 weg weisenden äußeren Abbiegung 9 versehen sind.
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Die beiden Borde 6, 7 sind, wie anhand der oberen Hälften der 1 und 2 leicht zu erkennen ist, mitsamt ihren zusätzlichen Abbiegungen 8, 9 mit einer geringeren axialen Ausdehnung versehen als die jeweils zugehörigen Wandabschnitte 4, 5, so dass sich die einzelnen Windungen 2, 2‘, 2‘‘ axial gegeneinander bewegen können. Hierbei sind die Stauchlage (oben) und die Strecklage (unten) die beiden Extrempositionen, zwischen denen sich die Windungen 2, 2‘, 2‘‘ axial bewegen können.
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Wie an sich bekannt, ist der äußere Bord 7‘ einer ersten Windung 2‘ des Metallbands 1 so zwischen dem inneren Bord 6 und dem inneren Wandabschnitt 4 einer benachbarten Windung 2, und der innere Bord 6 der benachbarten Windung 2 so zwischen dem äußeren Bord 7‘ und dem äußeren Wandabschnitt 5‘ der ersten Windung 2‘ aufgenommen, dass sich ein Überlappungsbereich 10 zwischen dem inneren Bord 6 der benachbarten Windung 2 und dem äußeren Bord 7‘ der ersten Windung 2‘ ergibt und die Windungen 2, 2‘ lose miteinander verfalzt sind. Der erfindungsgemäße Unterschied zum bisherigen Stand der Technik besteht hier darin, dass die Borde 6, 7 jeweils mittels der zusätzlichen Abbiegungen 8, 9 mit einer Materialdoppelung im Überlappungsbereich 10 versehen sind.
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Aufgrund dieser Materialdoppelung im Überlappungsbereich 10 zwischen zwei Windungen 2, 2‘ des Metallbands 1 ergibt sich eine höhere Verschleißfestigkeit des Wickelschlauchs; die durch Reibung beanspruchten Teile im Überlappungsbereich 10 werden nicht so schnell durchgerieben, wie dies der Fall sein könnte, wenn man die Materialstärke des Metallbands 1 verringern, das Profil jedoch in der herkömmlichen Form des Agraffprofils belassen würde.
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3 zeigt einen Abschnitt eines Metallbands 1, aus dem der in den 1 und 2 dargestellte Wickelschlauch hergestellt werden soll. Dieses Metallband 1 wird insofern vorbehandelt, als dessen seitliche Ränder gegensinnig abgebogen werden. Danach wird das Metallband 1 wie üblich zu einem Agraffprofil profiliert und anschließend lose miteinander verfalzt, wie dies in den 1 und 2 dargestellt ist. Aus den vorbereitend eingebrachten Abbiegungen werden so – ohne den herkömmlichen Profilierprozess zu verändern – die erfindungsgemäßen zusätzlichen inneren und äußeren Abbiegungen 8, 9.
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In 4 sind vier weitere Stücke aus vorbehandelten Metallbändern 1 dargestellt, aus denen erfindungsgemäße Wickelschläuche hergestellt werden können. In 4a handelt es sich um ein Metallband 1, dessen Randbereiche 11, die im späteren Wickelschlauch im Überlappungsbereich zu liegen kommen, gehärtet sind, beispielsweise durch Wärmebehandlung mittels Laserstrahlung oder durch eine härtende Beschichtung.
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4b zeigt ein Stück eines Metallbands 1, dessen Randbereiche 11 mit Schlitzen 12 versehen sind, um einen erfindungsgemäßen Wickelschlauch herstellen zu können, dessen Borde geschlitzt sind. Auch ein solcher Wickelschlauch kann mit einem vorbehandelten Metallband 1 in einem herkömmlichen Prozess hergestellt werden.
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In 4c ist ein Stück eines Metallbands 1 dargestellt, dessen Randbereiche 11 gehärtet sind, und dessen übrige Bereiche mit einer Anzahl von Perforationen 13 versehen sind. Diese Perforationen 13 befinden sich im fertig profilierten und gewickelten Metallband bzw. Wickelschlauch dann nicht im Überlappungsbereich 10, sondern in weniger beanspruchten Bereichen, wie den inneren und äußeren Wandabschnitten 4, 5 und dem Mittelsteg 3.
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4d zeigt schließlich ein Stück eines Metallbands 1, das mehrfach vorbehandelt ist. Es ist in seinen Randbereichen 11 gehärtet und zusätzlich mit einer Anzahl von Schlitzen 12 versehen, und in den übrigen Bereichen sind Ausnehmungen 14 eingebracht, um das Bauteilgewicht zu reduzieren.
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5 zeigt in einer schematischen Darstellung den erfindungsgemäßen Effekt, durch ein Vorbehandeln des Metallbands 1, vorliegend durch Einbringen von Perforationen 13 in den Übergangsbereich zwischen dem inneren bzw. äußeren Wandabschnitt 4, 5 und dem daran anschließenden inneren bzw. äußeren Bord 6, 7, die Profilierung des Metallbands 1 mittels Materialschwächung zu verbessern, so dass die Parallelität der Borde 6, 7 zu den Wandabschnitten 4, 5 sowie zueinander verbessert und somit die Reibfläche im Überlappungsbereich 10 des fertigen Wickelschlauchs vergrößert wird. Die gezielte Materialschwächung durch die Perforationen 13 verhindert weitgehend, dass sich die Borde 6, 7 beim Profilieren ausbauchen, wie dies im Stand der Technik unvermeidbar ist. Die Materialschwächung durch die Perforationen 13 verbessert demnach das Verschleißverhalten des Wickelschlauchs, der aus diesem vorbehandelten Metallband 1 hergestellt wird, so dass der Wickelschlauch letztlich aus einem dünneren Metallband 1 hergestellt werden kann. Die Perforationen 13 sorgen dann noch zusätzlich für eine Gewichtsersparnis.
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In 6 ist eine Modifikation des Wickelschlauchs aus den 1 und 2 dargestellt. Wiederum in einer geschnittenen Teildarstellung, in der oberen Hälfte in Stauchlage und in der unteren Hälfte in Strecklage, zeigt 6 einen Wickelschlauch aus einem profilierten Metallband 1, dessen Querschnitt neben einem Mittelsteg 3, einem inneren Wandabschnitt 4, einem äußeren Wandabschnitt 5, einem inneren Bord 6 und einem äußeren Bord 7 auch jeweils eine zusätzliche innere Abbiegung 8 und äußere Abbiegung 9 aufweist, um durch Materialdoppelung die effektive Materialstärke im verschleißbehafteten Überlappungsbereich 10 zwischen den Windungen 2, 2‘, 2‘‘ des Metallbands zu verdoppeln.
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Die Modifikation gegenüber den in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel besteht in 6 darin, dass die zusätzlichen Abbiegungen 8, 9 im Ausgangszustand nicht parallel zu den zugehörigen Borden 6, 7 verlaufen, sondern nur gegen eine elastische Rückstellkraft in die dargestellte Orientierung gebracht werden können. Die zusätzlichen Abbiegungen 8, 9 liegen im Überlappungsbereich 10 also mit einer elastischen Rückstellkraft aneinander, so dass die entsprechende Normalkraft, die für die innere Reibung des Wickelschlauchs sorgt, auch bei fortschreitendem Verschleiß der Abbiegungen 8, 9 im Wesentlichen konstant bleibt und jedenfalls nicht verschwindet.
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Die 7 und 8 zeigen, in einer Darstellung wie in den 1 und 2, ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgestalteten Wickelschlauchs. In der seitlichen Schnittdarstellung nach 7, die wiederum oben ein Stück des Wickelschlauchs in Stauchlage und unten in Strecklage zeigt, unterscheidet sich dieser Wickelschlauch nicht von einem herkömmlichen Agraffschlauch. Das profilierte Metallband 1 umfasst einen Mittelsteg 3, einen inneren Wandabschnitt 4, einen äußeren Wandabschnitt 5 sowie einen davon ausgehenden und zum Mittelsteg 3 hin orientiert zurückgebogenen inneren Bord 6 bzw. äußeren Bord 7. Im Überlappungsbereich 10 liegen der innere Bord 6 einer ersten Windung 2 und der äußere Bord 7 einer zweiten Windung 2‘ in reibendem Kontakt aneinander und sorgen für einen radialen Formschluss bei gleichzeitiger axialer Beweglichkeit zwischen den beiden dargestellten Extremen der Stauchlage und der Strecklage.
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Die Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels gegenüber dem Stand der Technik ist in 8 ersichtlich, wobei dort nur eine Windung 2 des Metallbands 1 in Strecklage mit der erfindungsgemäßen Vorbehandlung dargestellt ist; die erfindungsgemäße Vorbehandlung ist in den übrigen Windungen aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen worden.
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Die erfindungsgemäße Vorbehandlung des Metallbands 1 besteht hier aus einer Schlitzung des Randbereichs, wobei sich eine Reihe von Schlitzen 12 nicht nur über den inneren Bord 6, sondern auch über den Übergangsbereich zwischen dem inneren Bord 6 und dem inneren Wandabschnitt 4 bis in den inneren Wandabschnitt 4 hinein erstrecken. Hierdurch wird die Steifigkeit des inneren Bords 6 beeinflusst, wodurch es leichter ist, diesen mit einer elastischen Rückstellkraft zu versehen, mit der er im verfalzten Zustand gegen den äußeren Bord 7 einer benachbarten Windung 2 drückt, auch wenn sich zunehmender Verschleiß im Überlappungsbereich 10 bemerkbar machen sollte. Gleichzeitig wird durch die Schlitzung der gleichmäßige Kontakt zwischen den Borden 6, 7 benachbarter Windungen 2, 2‘ im Überlappungsbereich 10 entlang der Umfangslinie des Wickelschlauchs vergleichmäßigt, so dass die innere Reibung des Wickelschlauchs insgesamt gleichmäßiger und reproduzierbar wird, insbesondere wenn der Wickelschlauch mit völlig rundem Umfang, ohne Abknickungen gefertigt wird. Als Nebeneffekt sorgen die Schlitze 12 für eine Gewichtsersparnis.
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9 zeigt ein Ausführungsbeispiel anhand zweier Stücke eines Wickelschlauchs in isometrischer Darstellung, einmal in Stauchlage und einmal in Strecklage, bei dem die erfindungsgemäßen Maßnahmen einer Materialdoppelung, wie sie in den 1 und 2 dargestellt ist, und einer Schlitzung, wie sie in 8 dargestellt ist, kombiniert sind. Hierdurch ergibt sich ein sowohl geschlitzter als auch gedoppelter innerer Bord 6, der die Vorteile beider erfindungsgemäßen Vorbehandlungen des Metallbands 1 in sich vereint.
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10 zeigt schließlich in einer Abbildung wie 9 wiederum eine Kombination zweier erfindungsgemäßer Maßnahmen: Neben einer Materialdopplung, wie sie in den 1 und 2 dargestellt ist, mittels zusätzlicher innerer und äußerer Abbiegungen 8, 9, die zu einer doppelten wirksamen Wandstärke im verschleißbehafteten Überlappungsbereich 10 führt, sind die inneren und äußeren Wandabschnitte 4, 5 des Metallbands 1 mit Perforationen 13 versehen, um das Gewicht des Wickelschlauchs zu reduzieren. Da die Wandabschnitte 4, 5 auch bei Bewegungen des Wickelschlauchs kaum belastet werden, jedenfalls sehr viel weniger als die Borde 6, 7 bzw. deren Abbiegungen 8, 9, ergeben sich aus den Perforationen 13 keine Nachteile.
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Wie anhand insbesondere der 3, 4 und 5 ersichtlich ist, können die erfindungsgemäßen Wickelschläuche der vorliegend beschriebenen Ausführungsbeispiele sämtlich so hergestellt werden, dass das Metallband 1 vor dem Profilieren vorbehandelt wird und dann einen herkömmlichen Profilierprozess und einen herkömmlichen Wickelprozess durchläuft, um die erfindungsgemäß ausgestalteten Wickelschläuche herzustellen. Es sind also vorteilhafterweise keine besonderen Anpassungen der herkömmlichen Herstellungsprozesse erforderlich. Die in den 1 bis 10 dargestellten Ausführungsbeispiele sind somit auch Ausführungsbeispiele für das erfindungsgemäße Verfahren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007038509 B4 [0007]
- DE 102009029782 A1 [0007]
- DE 102011087956 A1 [0013]
