DE102022125936A1 - Anschlussverbindung zwischen einem Rohrwellschlauch und einem Rohrleitungssystem - Google Patents

Anschlussverbindung zwischen einem Rohrwellschlauch und einem Rohrleitungssystem Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Verbinder (110) zur Verbindung eines Rohres (R) und eines Metallschlauches (WS) mit Außenrillen, welcher einen ersten Zylinderabschnitt (111) zur Anordnung auf dem Rohr (R) und einen zweiten Zylinderabschnitt (113) mit Laschen (114) für den formschlüssigen Eingriff in eine Außenrille des Metallschlauches (WS) enthält. Zwischen Rohr (R) und Wickelschlauch (WS) ist vorzugsweise eine Isolierung (IS) angeordnet.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Anschlussverbindung zwischen einem Rohrwellschlauch und einem geraden und/oder gebogenen Rohrleitungssystem. Insbesondere betrifft sie einen Verbinder zur Verbindung zwischen einem Rohr und einem Metallschlauch mit Außenrillen.
  • Bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung ist der Einsatz in Abgasanlagen von Verbrennungskraftmaschinen. Hier vornehmlich im Bereich der Leitungselemente zwischen dem Turbo-Ausgang und dem Eingang in die Abgas-Nachbehandlung. Die Aufgabe solcher Leitungselemente besteht darin, heiße, gasförmige Medien, die einen deutlichen Temperaturunterschied (> 200°C) zur Umgebungstemperatur aufweisen, leckagefrei zu transportieren. Die allgemein angestrebte Verminderung des Kohlendioxid-Ausstoßes geht dabei einher mit niedriger werdenden Abgastemperaturen. Dies erfordert eine gute thermische Isolierung der Abgasleitungen, damit die Abgas-Nachbehandlung (z.B. über Rußpartikel-Filter, SCR-Systeme) effektiv bleibt.
  • Folglich sind effektive und flexible Isolationsmethoden erforderlich, um den Temperaturverluste einer Abgasanlage mit verschiedenen Leitungsabschnitten möglichst gering zu halten. Der Stand der Technik offenbart diesbezüglich verschiedene Isolationsmethoden und in diesem Zusammenhang die Herstellung einer Verbindung zwischen Rohrwellschläuchen oder Bälgen und einem Anschlusselement (vgl. EP 2 045 451 B1 , EP 1 772 603 B1 , EP 2 514 939 B1 , DE 10 2011 006 914 A1 ).
  • Insbesondere beschreibt die DE 10 2013 204 104 A1 die Anbindung zwischen einem rohrförmigen Anschlussteil aus einem metallischen Werkstoff und einem flexiblen metallischen Leitungselement, welches als ringgewellter Schlauch oder Balg ausgeführt ist und entsprechende Wellungen aufweist. Das Anschlussteil und das Leitungselement sind in einem Bereich überlappend angeordnet und dort formschlüssig miteinander verbunden.
  • Vor diesem Hintergrund war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Mittel zur kostengünstigen und leicht herstellbaren Verbindung eines Rohres und eines Metallschlauches bereitzustellen, welche insbesondere bei der Herstellung isolierter Abgasleitungen verwendet werden können.
  • Diese Aufgabe wird durch einen Verbinder nach Anspruch 1 sowie durch eine Abgasleitung nach Anspruch 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen enthalten.
  • Der erfindungsgemäße Verbinder dient der Verbindung eines (beliebigen) Rohres mit einem Metallschlauch, wobei der Metallschlauch mindestens eine „Außenrille“ haben soll. Unter einer „Außenrille“ wird dabei allgemein eine beliebig geformte Vertiefung (oder Erhebung) an der Außenseite des Metallschlauches verstanden. Vorzugsweise ist die Außenrille länglich und (geschlossen oder spiralförmig) umlaufend um die Achse des Metallschlauches. Das Rohr kann insbesondere (stückweise) gerade und/oder gekrümmt sein. Der Verbinder enthält die folgenden Komponenten:
    • - Einen ersten Zylinderabschnitt zur Anordnung auf dem Rohr.
    • - Einen zweiten Zylinderabschnitt mit mindestens einer Lasche für die formschlüssige Ankopplung an die Außenrille des Metallschlauches, wobei die Lasche sich über einen Winkel von weniger als 360° erstreckt. Im Folgenden wird ohne Beschränkung der Allgemeinheit stellvertretend von einer als Vertiefung ausgebildeten Außenrille ausgegangen, in welchem Fall die Ankopplung über einen Eingriff der Lasche in die Außenrille erfolgt.
  • Die „Erstreckung“ der Lasche bezieht sich auf ihren Umlauf um die Mittelachse des zweiten Zylinderabschnittes als Referenzlinie. Ein vollständiger Umlauf um diese Achse würde sich daher definitionsgemäß über einen Winkel von 360° erstrecken.
  • Die Zylinderabschnitte sind, wie der Name andeutet, geometrisch im Wesentlichen zylinderförmig, wobei der Zylinder einen Kreisquerschnitt, einen ovalen Querschnitt oder andere Querschnitte (entsprechend den Querschnitten der zu verbindenden Komponenten) haben kann. Üblicherweise sind der erste und der zweite Zylinderabschnitt geometrisch ähnlich geformt, also zum Beispiel beide mit kreisrundem Querschnitt, wobei dies jedoch nicht notwendigerweise der Fall sein muss. Weiterhin können die Zylinderabschnitte auch konisch verlaufen, wobei die Konizität in der Regel verhältnismäßig klein ist (Kegelwinkel typischerweise unter 20°, vorzugsweise unter 10°).
  • Der Verbinder besteht vorzugsweise aus einem Metall, insbesondere aus Edelstahl.
  • Durch die Mittel für die Ankopplung an die Außenrille des Metallschlauches kann eine formschlüssige Verbindung zwischen dem zweiten Zylinderabschnitt und dem Metallschlauch hergestellt werden. Hierbei handelt es sich einerseits um eine zuverlässige Fixierung, andererseits kann diese verhältnismäßig schnell und einfach hergestellt werden und erfordert keine aufwändigen Verfahren wie beispielsweise ein Schweißen.
  • Des Weiteren führt die Erstreckung der Lasche über einen Winkel von weniger als 360° dazu, dass ankopplungsfreie Bereiche entlang des Umfangs des Metallschlauches bestehen. Dies vereinfacht zum einen die Montage, da die formschlüssige Kopplung nur über begrenzte Längen hergestellt werden muss. Zum anderen erlaubt es auch die Verbindung mit einer spiralförmig verlaufenden Außenrille, welche nicht mit einer vollständig (geschlossen) um 360° umlaufenden Lasche gekoppelt werden könnte.
  • Typischerweise erstreckt sich die Lasche über deutlich weniger als 360°. Insbesondere kann sie sich über weniger als ca. 180°, weniger als ca. 120°, weniger als ca. 90°, weniger als ca. 60°, weniger als ca. 30°, weniger als ca. 20°, weniger als ca. 15°, oder weniger als 10° erstrecken.
  • Während der Verbinder im einfachsten Fall bereits mit einer einzelnen Lasche am zweiten Zylinderabschnitt realisiert werden kann, sind typischerweise zwei, drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht oder noch mehr Laschen vorhanden, um eine größere Stabilität der Verbindung zu erzielen. Die Laschen können dabei alle gleichartig ausgebildet sein, oder es kann darunter mindestens zwei verschieden voneinander ausgebildete Laschen geben. Des Weiteren sind die mehreren Laschen vorteilhafterweise rotationssymmetrisch über den Verbinder verteilt angeordnet, um eine gleichmäßig ausgewogene Verbindung zu ermöglichen. Die Summe aller Winkel, über die sich die mehreren Laschen erstrecken, beträgt vorzugsweise weniger als ca. 330°, weniger als ca. 180°, oder weniger als ca. 90°.
  • Die Anordnung des ersten Zylinderabschnittes auf dem Rohr erfolgt typischerweise so, dass hierdurch ein ausreichend sicherer Sitz des ersten Zylinderabschnittes gewährleistet ist. Dies kann beispielsweise durch eine entsprechende Dimensionierung erreicht werden, sodass der erste Zylinderabschnitt passgenau auf der Außenseite des Rohres sitzt. Wenn sowohl das Rohr als auch der Verbinder aus einem Metall bestehen, kann der erste Zylinderabschnitt auch über eine Schweißverbindung (z.B. durch Punktschweißen) mit dem Rohr verbunden werden.
  • Gemäß einer Weiterbildung des Verbinders haben der erste Zylinderabschnitt und der zweite Zylinderabschnitt verschiedene Durchmesser, wobei sie durch einen den Durchmesserunterschied überbrückenden Übergangsabschnitt verbunden sind. Typischerweise verläuft dieser Übergangsabschnitt im Wesentlichen senkrecht zur Achse des Verbinders. Vorzugsweise ist der Durchmesser des ersten Zylinderabschnittes, welcher auf dem Rohr befestigt wird, kleiner als der Durchmesser des zweiten Zylinderabschnittes.
  • Der Verbinder kann umlaufend durchgehend geschlossen ausgebildet sein. Insbesondere kann er jedoch auch mindestens einen durch den gesamten Ring (quer zum Körper des Ringes) gehenden Trennschlitz aufweisen, welcher den geschlossenen Umlauf des Ringes unterbricht. Dies hat den Vorteil, dass der Durchmesser des Verbinders vorübergehend vergrößert werden kann, sodass sich der Verbinder leichter um einen Körper wie beispielsweise das Rohr oder den Metallschlauch legen lässt.
  • Der Trennschlitz kann optional eine konstante Breite aufweisen bzw. die Breite „Null“, wenn es sich um einen Schnitt durch das Material ohne Materialentfernung handelt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Breite des Trennschlitzes jedoch nicht konstant. Beim Zusammenfügen der getrennten Ringabschnitte entsteht somit ein offener Spalt bzw. (wenn der Spalt geschlossen wird) ein Überlapp. Letzterer kann beispielsweise dazu genutzt werden, die Ringabschnitte nach einer Montage wieder zu verbinden (z.B. durch Schweißen).
  • Bei einer Weiterbildung der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen weist der Verbinder mindestens zwei Trennschlitze auf, welche ihn in mindestens zwei separate Teile teilen. Insbesondere kann der Verbinder durch zwei Trennschlitze in zwei Hälften geteilt werden, wobei die Hälften sich jeweils über ca. 180° erstrecken. Dies ermöglicht eine erheblich vereinfachte Montage des Verbinders und dessen Positionierung weitgehend unabhängig von der Rohrgeometrie.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin eine Abgasleitung, welche die folgenden Komponenten enthält:
    • - Ein Innenrohr, welches typischerweise starr ist. Das Innenohr kann gerade, gekrümmt oder stückweise gerade und gekrümmt sein.
    • - Eine das Innenrohr umgebende thermische Isolierung.
    • - Einen die Isolierung umgebenden Metallschlauch.
    • - Einen Verbinder gemäß einer der oben beschriebenen Ausführungsformen, dessen erster Zylinderabschnitt mit dem Innenrohr und dessen zweiter Zylinderabschnitt mit dem Metallschlauch verbunden ist.
  • Der Metallschlauch kann insbesondere als Wickelschlauch in verschiedenen Ausführungsformen vorliegen (einlagig, mehrlagig, agraffförmig, mit Innenschuppen und/oder Außenschuppen etc., vgl. DE 20 2015 104 177 U1 , welche durch Bezugnahme vollständig in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird).
  • Die beschriebene Abgasleitung hat den Vorteil, dass sie eine einfache und schnell montierbare thermische Isolierung eines abgasführenden Rohres erlaubt.
  • Gemäß einer Weiterbildung der Abgasleitung kann der Metallschlauch in dem mit dem zweiten Zylinderabschnitt des Verbinders axial überlappenden Bereich gestaucht sein. Auf diese Weise kann die formschlüssige Kopplung an den Verbinder zusätzlich kraftschlüssig unterstützt werden.
  • Im Folgenden wird die Erfindung mithilfe der Figuren anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigt:
    • 1 eine perspektivische Ansicht eines Verbinders nach der ersten Herstellungsstufe des Pressens, wobei ein Sektor des Ringes in der Darstellung ausgeschnitten ist;
    • 2 den Verbinder von 1 nach der nächsten Herstellungsstufe des Umbiegens der Laschen, wobei ein Sektor des Ringes in der Darstellung ausgeschnitten ist;
    • 3 den Verbinder von 2 nach der nächsten Herstellungsstufe der Einbringung von diametral gegenüberliegenden Trennschlitzen;
    • 4 die zwei Teile des Verbinders von 3;
    • 5 einen Schnitt entlang der Achse einer isolierten Abgasleitung im Bereich des Verbinders;
    • 6 eine perspektivische Ansicht der Anordnung von 5.
  • Die 1 bis 4 zeigen aufeinanderfolgende Herstellungsschritte einer Ausführungsform eines Verbinders 110 zur Verbindung eines Innenrohres R mit einem Metallschlauch wie z.B. einem metallischen Wickelschlauch WS.
  • In 1 ist eine Vorform 110a des Verbinders perspektivisch dargestellt, wie sie unmittelbar nach einem Pressvorgang vorliegt. Zur besseren Erkennbarkeit der Geometrie ist dabei ein Sektor von etwa 90° aus dem (an sich geschlossen umlaufenden) Verbinder in der Darstellung entfernt. Erkennbar sind bereits die folgenden Komponenten des Verbinders:
    • - Ein erster Zylinderabschnitt 111 kleineren Durchmessers.
    • - Ein axial daran angrenzender zweiter Zylinderabschnitt 113 größeren Durchmessers.
    • - Ein im Wesentlichen radial verlaufender Übergangsabschnitt 112, welcher die beiden vorgenannten Zylinderabschnitte miteinander verbindet. Daher hat der Verbinder 110 im Querschnitt eine im Wesentlichen Z-förmige Kontur. Während der Übergangsabschnitt 112 im dargestellten Beispiel in einem Winkel von ca. 90° zu den Zylinderabschnitten 111, 113 steht, kann dieser Winkel auch größer oder kleiner sein.
    • - Im Rand des zweiten Zylinderabschnitts 113 freigeschnittene Laschen 114a, welche in gleichen Abständen entlang des Umfangs des zweiten Zylinderabschnitts verteilt angeordnet sind. Im dargestellten Beispiel sind acht derartige Laschen vorhanden, es können jedoch auch andere Zahlen vorgesehen werden.
  • Typischerweise haben die Zylinderabschnitte 111, 113 fertigungsbedingt eine leichte Konizität.
  • 2 zeigt in einer Darstellung analog zu 1 den Verbinder 110b nach dem nächsten Herstellungsschritt, dem Umbiegen der Laschen 114 um ca. 90° nach innen. Dieses Umbiegen der Laschen kann gegebenenfalls auch erst vom Nutzer während der Montage vorgenommen werden (insbesondere, wenn der Verbinder nicht wie nachfolgend beschrieben geteilt wird).
  • 3 zeigt in einer perspektivischen Darstellung des vollständigen Verbinders 110 den nächsten Herstellungsschritt, bei welchem durch Einbringen von zwei quer zum Ringkörper verlaufenden und diametral gegenüberliegenden Trennschlitzen T der Verbinder in zwei separate, etwa gleich große Teile geteilt wird. Optional können die Trennschlitze T dabei teilweise bei der Herstellung des Verbinders 110 vorgefertigt werden, während sie erst bei der Montage des Verbinders 110 vom Benutzer vollendet werden.
  • Insbesondere kann es einen großen Schnitt mit einer Breite b von ca. 3 mm in dem zweiten Zylinderabschnitt 113 und dem Übergangsabschnitt 112 geben, der durch ein Werkzeug erfolgt, sowie einen kleinen, etwa 0.5 - 1.0 mm großen Schnitt im ersten Zylinderabschnitt 111, der durch den Benutzer erfolgt. Wenn die beiden Hälften 110L, 110R später um ein Rohr gelegt werden, kann dies so erfolgen, dass der große Schnitt im zweiten Zylinderabschnitt 113 geschlossen wird. Der entstehende Überstand (ca. 2 - 2,5 mm) beim kleinen Schnitt im ersten Zylinderabschnitt 111 sorgt dann für eine Überlappung der beiden Hälften 110L, 110R und kann genutzt werden, um diese stoffschlüssig, bspw. durch ein Widerstandsschweißen, noch einmal zusätzlich zu verbinden.
  • In 4 sind in einer Draufsicht die beiden separaten Hälften 110L und 110R des Verbinders 110 zur besseren Erkennbarkeit getrennt voneinander dargestellt. Die beiden Hälften können dann einzelnen mit einem Rohr bzw. einem Wickelschlauch verbunden werden, was die Handhabung erheblich erleichtert. Ferner ist in 4 der Erstreckungswinkel α einer Lasche angedeutet.
  • Die 5 und 6 zeigen eine Abgasleitung 100, welche eine thermisch isolierte Strecke um ein Innenrohr R aufweist. Die thermisch isolierte Strecke enthält dabei:
    • - Ein (typischerweise metallisches) starres Innenrohr R, das gerade und/oder gekrümmt verlaufen kann.
    • - Eine wärmebeständige thermische Isolierung IS, die das Innenrohr R umgibt und zum Beispiel durch ein Silikatfasergewebe gebildet werden kann.
    • - Einen metallischen Wickelschlauch WS, z.B. aus Edelstahl, der die Isolierung IS umgibt, vor Umgebungseinflüssen schützt und hält.
  • Bei dem Wickelschlauch WS kann es sich optional um einen durch das Wickeln eines profilierten Metallbandes hergestellten Schlauch handeln, wie er beispielsweise in der DE 20 2015 104 177 U1 beschrieben ist. Weiterhin kann es sich um einen sog. spaltfreien Wickelschlauch gemäß der DE 20 2018 004 146 U1 handeln, welche durch Bezugnahme vollumfänglich in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird. Insbesondere können benachbarte Windungen des Wickelschlauches (ohne axiale Beweglichkeit) miteinander vercrimpt sein.
  • Die Ankopplung des Wickelschlauches WS an das Innenrohr R erfolgt mittels eines Verbinders 110 der oben erläuterten Art. Dieser weist einen ersten Zylinderabschnitt 111 auf, dessen Durchmesser im Wesentlichen dem Außendurchmesser des Innenrohres R entspricht. Diese Zylinderabschnitt 111 kann beispielsweise durch (Punkt-)Schweißen mit dem Innenrohr R verbunden werden.
  • Des Weiteren weist der Verbinder 110 einen zweiten Zylinderabschnitt 113 auf, dessen Durchmesser im Wesentlichen dem Außendurchmesser des Wickelschlauches WS entspricht. Die am zweiten Zylinderabschnitt 113 des Verbinders entlang des Umfangs vorhandenen und radial nach innen umgebogenen Laschen 114 greifen in eine Außenrille des Wickelschlauches WS ein, um so eine formschlüssige Verbindung zum Verbinder herzustellen. Der axial mit dem zweiten Zylinderabschnitt 113 überlappende Teil des Wickelschlauches WS kann optional während der Montage etwas gestaucht werden, um ein kraftschlüssiges Anliegen an den Laschen 114 zu gewährleisten.
  • Die Herstellung einer Abgasleitung 100 gemäß den 5 und 6 erfolgt typischerweise so, dass um eine (typischerweise starre) gerade oder gebogene Rohrleitung R herum eine Isolierung IS gewickelt und provisorisch fixiert wird. Anschließend erfolgt die dauerhafte Fixierung der Isolierung durch das Überschieben des Wickelschlauches WS. Dieser wird im letzten Schritt an beiden Enden, wie oben beschrieben, mit Verbindern 110 fixiert. Dabei kann jeweils zunächst eine erste Hälfte 110L des Verbinders mit ihren Laschen 114 in eine Außenrille des Wickelschlauches WS eingesteckt und anschließend durch (Punkt-)Schweißen auf dem Rohr R fixiert werden. Nach einer analogen Montage der zweiten Hälfte 110R des Verbinders können die beiden Hälften 110L, 110R untereinander verbunden werden, beispielsweise durch Verschweißen überlappender Bereiche an ihren Stößen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 2045451 B1 [0003]
    • EP 1772603 B1 [0003]
    • EP 2514939 B1 [0003]
    • DE 102011006914 A1 [0003]
    • DE 102013204104 A1 [0004]
    • DE 202015104177 U1 [0021, 0033]
    • DE 202018004146 U1 [0033]

Claims (9)

  1. Verbinder (110) zur Verbindung eines Rohres (R) und eines Metallschlauches (WS), der mindestens eine Außenrille hat, enthaltend: - einen ersten Zylinderabschnitt (111) zur Anordnung auf dem Rohr (R); - einen zweiten Zylinderabschnitt (113) mit mindestens einer Lasche (114) für die formschlüssige Ankopplung an die Außenrille des Metallschlauches (WS), wobei die Lasche (114) sich über einen Winkel (α) von weniger als 360° erstreckt.
  2. Verbinder (110) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lasche (114) sich über einen Winkel von maximal 120° erstreckt.
  3. Verbinder (110) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Laschen (114) vorhanden sind, die vorzugsweise gebogen und/oder rotationssymmetrisch über den Verbinder (110) verteilt angeordnet sind.
  4. Verbinder (110) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Zylinderabschnitt (111) und der zweite Zylinderabschnitt (113) verschiedene Durchmesser haben und durch einen Übergangsabschnitt (112) verbunden sind.
  5. Verbinder (110) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er mindestens einen durch den gesamten Ring gehenden Trennschlitz (T) aufweist.
  6. Verbinder (110) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Trennschlitz (T) eine nicht konstante Breite (b) aufweist.
  7. Verbinder (110) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass er durch Trennschlitze (T) in mindestens zwei Teile (110L, 110R) aufgeteilt ist.
  8. Abgasleitung (100), enthaltend - ein Innenrohr (R); - eine das Innenrohr (R) umgebende Isolierung (IS); - einen die Isolierung (IS) umgebenden Metallschlauch (WS) mit mindestens einer Außenrille; - einen Verbinder (110) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dessen erster Zylinderabschnitt (111) mit dem Innenrohr (R) und dessen zweiter Zylinderabschnitt mit dem Metallschlauch (WS) verbunden ist.
  9. Abgasleitung (100) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallschlauch (WS) in dem mit dem zweiten Zylinderabschnitt (113) des Verbinders (110) axial überlappenden Bereich gestaucht ist.
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