DE10316985A1

DE10316985A1 - Gasdichter Schlauch

Info

Publication number: DE10316985A1
Application number: DE10316985A
Authority: DE
Inventors: Dietmar Baumhoff; Marcus Hupertz; Frank Dipl.-Ing. Bender; Stefan Dr.-Ing. Hauk; Karl-Heinz MÜNKER; Günter Hupertz
Original assignee: Westfalia Metallschlauchtechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Westfalia Metallschlauchtechnik GmbH and Co KG
Priority date: 2002-12-19
Filing date: 2003-04-11
Publication date: 2004-10-28

Abstract

Zur Verbindung von schwingbeanspruchten Rohrleitungen, für die Abgasleitungen in Kraftfahrzeugen typische Ausführungsbeispiele sind, wird ein gasdichter Metallschlauch eingesetzt, der vorzugsweise in nur einem Prozeßschritt so gefertigt wird, daß an die Schlauchgeometrie radial nach außen Stege angeformt werden, die an ihren Enden durch umformtechnisches oder thermisches Fügen derart verbunden werden, daß die entstehende Schlauchgeometrie im Außenbereich die Form eines wendelgewellten Balgs aufweist und die innere Geometrie, bedingt durch geringe Durchmesserunterschiede, eine laminare Durchströmung gewährleistet. DOLLAR A Neben dem gasdichten Schlauch wird das zugehörige Herstellverfahren beschrieben, welches aus einem Walzprofilierverfahren, einer dem umformtechnischen Verfahren Drücken ähnlichen Wickeloperation sowie ferner aus einem umformtechnischen oder thermischen Fügeverfahren, vorzugsweise Laserschweißen, besteht und anschließende Trenn- und Konfektionieroperationen sowie die Applikation von Anschlußflanschen einschließen kann.

Description

Die Erfindung betrifft ein gasdichtes, flexibles Leitungselement für schwingbeanspruchte Rohrleitungen, für die Abgasleitungen in Kraftfahrzeugen typische Ausführungsbeispiele sind. Diese Leitungselemente werden in der Regel umformtechnisch, durch schraubengangförmiges, mehrlagiges Wickeln von profiliertem Bandmaterial mit eingehakter Bindung der Wickellagen hergestellt. Aus dem Stand der Technik sind sowohl spiralförmig gewickelte Agraffschläuche sowie spiralförmig gewickelte, eingehakte Schläuche bekannt. Diese Profilgeometrien weisen im Betrieb eine Restleckage auf.
Um eine Gasdichtheit zu erreichen, wird in vielen Fällen ein Balg, meist in einem Zusammenbau mit einem Metallschlauch, verwendet. Typische Ausführungsbeispiele hierzu zeigen die Schriften DE 198 24 095 C2 und DE 198 20 863 A1 . Diese Leitungselemente, welche insbesondere zur Schwingungsentkopplung hieran angeschlossener Leitungsteile verwendet werden, sind schwierig und kostenintensiv in der Herstellung. Sie erfordern neben unterschiedlichen Herstellprozessen für die Einzelelemente außerdem aufwendige Positionier- und Zusammenbauoperationen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Leitungselement derart auszuführen, daß es gasdicht ist und in einem einstufigen Herstellprozeß, ohne weitere Zusammenbauoperationen hergestellt werden kann. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, das Leitungselement geometrisch so zu gestalten, daß eine einfache schwingungstechnische Auslegung im Hinblick auf erforderliche statische und dynamische Steifigkeiten möglich ist.
Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass an einem Bandende eines agraffartigen oder eingehakten Metallschlauches, hergestellt durch schraubengangförmiges, mehrlagiges Wickeln von profiliertem Bandmaterial, radial nach innen oder vorzugsweise nach außen abstehende Stege angeformt werden, welche an ihren Enden gasdicht gefügt, d.h. formschlüssig, stoffschlüssig oder kraftschlüssig miteinander verbunden werden (1).
Die den gasdichten Schlauch charakterisierenden angeformten Stege sind, wie in den 1–14 beispielhaft und nicht abschließend dargestellt, in verschiedenen Varianten möglich. Sie können an ein- bzw. mehrlagigen agraffförmigen (1–8), eingehakten (1 sowie 10 – 13) oder auch an mehrlagigen Schlauchgeometrien (1 und 9) angebracht werden. Auch können Sie in verschiedenen Geometrien ausgeführt sein. Die Figuren zeigen mögliche Ausführungen des beschriebenen gasdichten Schlauchs.
1 zeigt im Profilschnitt mehrere Ausführungen eines gasdichten Schlauches in gestauchter wie gestreckter Version mit agraffartiger, eingehakter oder mehrlagiger Geometrie sowie mit angeformten, radial nach außen weisenden Stegen.
1a zeigt im Profilschnitt mehrere Wickellagen einer möglichen Ausführung eines einlagigen Agraffschlauches mit angeformten, radial nach außen weisenden Stegen in gestauchter wie gestreckter Version.
2 zeigt im Profilschnitt mehrere Wickellagen einer zweiten möglichen Ausführung eines einlagigen Agraffschlauches mit angeformten, radial nach außen weisenden Stegen in gestauchter wie gestreckter Version.
3 zeigt im Profilschnitt mehrere Wickellagen einer dritten möglichen Ausführung eines einlagigen Agraffschlauches mit angeformten, radial nach außen weisenden Stegen in gestauchter wie gestreckter Version.
4 zeigt im Profilschnitt mehrere Wickellagen einer vierten möglichen Ausführung eines einlagigen Agraffschlauches mit angeformten, radial nach außen weisenden Stegen in gestauchter wie gestreckter Version.
5–8 zeigen im Profilschnitt jeweils mehrere Wickellagen von im Schlauchprofil identischen, mehrlagigen gasdichten Schläuchen mit in unterschiedlichen Geometrien angeformten, radial nach außen weisenden Stegen in gestauchter wie gestreckter Version.
9 zeigt im Profilschnitt mehrere Wickellagen einer möglichen Ausführung eines gasdichten Schlauches mit mehrlagiger Mittengeometrie sowie mit angeformten, radial nach außen weisenden Stegen in gestauchter wie gestreckter Version.
10 zeigt im Profilschnitt mehrere Wickellagen einer möglichen Ausführung eines im Mittenbereich eingehakten, gasdichten Schlauchs mit angeformten, radial nach außen weisenden Stegen in gestauchter wie gestreckter Version.
11 zeigt im Profilschnitt mehrere Wickellagen einer zweiten möglichen Ausführung eines im Mittenbereich eingehakten, gasdichten Schlauchs mit angeformten, radial nach außen weisenden Stegen in gestauchter wie gestreckter Version.
12 zeigt im Profilschnitt mehrere Wickellagen einer möglichen Ausführung eines aus zwei vorprofilierten Bändern gewickelten, im Mittenbereich eingehakten, gasdichten Schlauchs mit angeformten, radial nach außen weisenden Stegen in gestauchter wie gestreckter Version.
13 zeigt im Profilschnitt mehrere Wickellagen einer zweiten möglichen Ausführung eines aus zwei vorprofilierten Bändern gewickelten, im Mittenbereich eingehakten, gasdichten Schlauchs mit angeformten, radial nach außen weisenden Stegen in gestauchter wie gestreckter Version.
14 zeigt im Profilschnitt mögliche Ausführungen von form- und stoffschlüssigen Verbindungen der aufeinandertreffenden, radial nach außen weisenden Stege.
Die in den Figuren dargestellten Schläuche bestehen aus zahlreichen Windungen, die durch schraubengangförmiges Wickeln von beispielsweise metallisch vorprofiliertem Bandmaterial mehrlagig hergestellt und durch agraffartige Einhakungen formschlüssig miteinander verbunden werden.
Dieses wird dadurch realisiert, daß der Metallschlauch in einer Walzprofilierung soweit vorgeformt wird, daß er in einer Wickeloperation endlos spiralförmig ineinander gewickelt werden kann.
Die in den 1–4 dargestellten Schläuche bestehen aus Wickellagen mit agrafförmiger Bindung. Bei diesen Profilen werden der Endsteg (1) sowie der Anfangssteg (4) gedoppelt. Daraus ergeben sich die Doppelungen (2) und (5), welche in den Fign. nach aussen in (3) und (6) umgelegt werden, so das ein radial abstehender Steg angeformt ist.
Die in den 5–8 dargestellten Schläuche sind Agraffschläuche aus mehrlagigem Band, an denen ebenfalls der Endsteg (11) und der Anfangssteg (14) eines Bandes in (12) und (15) gedoppelt sowie nach außen in (13) und (16) umgelegt werden. Ein weiterer Vorteil des Schlauches in den 5–8 ist, daß keine äußere Verunreinigung zwischen die Profilwindungen eindringen kann.
Die Stege (3, 13, 6, 16) werden im Anschluss an das Wickeln in einem weiteren Arbeitsgang am Ende form-, stoff- oder kraftschlüssig miteinander verbunden. Dieses kann z. B. durch Laserschweissen, ohne und mit externer Zufuhr von Schweißgut, geschehen. Eine Alternative hierzu ist das umformtechnische Fügen, z.B. durch Falzen, welches alleine oder in Kombination mit dem stoffschlüssigen Verbinden Anwendung finden kann. Die Formen der radial vorzugsweise nach außen weisenden Stege sind je nach Anforderung so auszuwählen, daß eine einfache schwingungstechnische Auslegungen im Hinblick auf erforderliche statische und dynamische Steifigkeiten möglich ist.
Neben dem gasdichten Schlauch betrifft die Erfindung auch das Verfahren zu seiner Herstellung. Die beschriebenen Leitungselemente sollen in nur einer Operation, durch schraubengangförmiges Wickeln, hergestellt werden. Das dazu erforderliche Verfahren besteht aus einem Walzprofilierverfahren, einer dem umformtechnischen Verfahren Drücken ähnlichen Wickeloperation sowie ferner aus einem Fügeverfahren, welches die radial vorzugsweise nach außen angeformten Stege Idealerweise gasdicht verbindet. Diese Verbindung kann sowohl durch umformtechnische Fügeverfahren wie beispielsweise falzen oder bördeln erzielt werden. Ferner kann die gasdichte Verbindung auch durch thermische Fügeverfahren wie Strahl- bzw. Laserstrahlschweißen oder aber durch Rollschweißen erzeugt werden.
Das so entstehende Leitungselement weist vorzugsweise eine große Länge auf, die im Anschluß mit mechanischer oder vorzugsweise thermischer Trenntechnik auf die Länge der Endprodukte konfektioniert, und mit einer geeigneten Anschlußtechnik ausgestattet wird.

Claims

Gasdichter Schlauch aus profiliertem Bandmaterial dadurch gekennzeichnet, daß an die innenliegende agraffartige, eingehakte oder mehrlagige Schlauchgeometrie radial nach außen stehende Stege angeformt werden, die an ihren Enden durch umformtechnisches oder thermisches Fügen derart verbunden werden, daß die im Außenbereich entstehende Geometrie die Form eines wendelgewellten Balges aufweist und das so entstehende Bauteil aus einem einzigen vorprofilierten Band oder aber aus mehreren vorprofilierten Bändern gefertigt ist.
Verfahren zur Herstellung eines mehrlagigen Schlauchs nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einem Walzprofilierverfahren, einer dem umformtechnischen Verfahren Drükken ähnlichen Wickeloperation sowie ferner aus einem umformtechnischen Fügeverfahren, vorzugsweise falzen, oder einem thermischen Fügeverfahren, vorzugsweise Laserschweißen, welches die radial nach innen oder vorzugsweise nach außen angeformten Stege Idealerweise gasdicht verbindet, besteht und daß die drei genannten Prozeßschritte sequentiell in einem kontinuierlichen Ablauf aufeinander abfolgen.
Verfahren zur Herstellung eines mehrlagigen Schlauchs nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einem Walzprofilierverfahren, einer dem umformtechnischen Verfahren Drükken ähnlichen Wickeloperation sowie ferner aus einem umformtechnischen oder thermischen Fügeverfahren, welches die radial nach innen oder vorzugsweise nach außen angeformten Stege Idealerweise gasdicht verbindet, besteht und daß die drei genannten Prozeßschritte einem diskontinuierlichen Ablauf unterliegen.
Gasdichter Schlauch aus profiliertem Bandmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er aus zwei oder mehr Metallbändern besteht, die schraubengangförmig ineinander gewickelt und miteinander gefügt werden oder aber bereits als mehrlagiges, ebenes Metallband dem Herstellprozeß zugeführt werden.
Gasdichter Schlauch aus profiliertem Bandmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine geeignete Gestaltung der in diesem Fall immer radial nach außen angeformten und gefügten Stege keine radial von außen eingebrachte Verunreinigung zwischen die Profilwindungen eindringen kann.
Gasdichter Schlauch aus profiliertem Bandmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß neben Metallbändern mit unterschiedlichen Breiten, Dicken, mechanischen Eigenschaften und chemischen Zusammensetzungen auch elastomere, glasfaserverstärkte bzw. keramische Bänder oder aber Bänder aus Verbund-, Compound- bzw. Composite-Werkstoffen zum Einsatz kommen können.
Gasdichter Schlauch aus profiliertem Bandmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die spiralförmig umlaufende Trennfuge in der wendelgewellten Balggeometrie umformtechnisch, beispielsweise durch Falzen; thermisch – ohne oder mit externer Schweißgutzugabe, beispielsweise durch Laserschweißen oder aber umformtechnisch und thermisch gefügt ist und die Fügestelle sowohl eine durchgehende als auch eine periodisch unterbrochene Schweißnaht aufweisen kann.
Gasdichter Schlauch aus profiliertem Bandmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vereinfachung der Trenn- oder Weiterbearbeitung eine lokale Homogenisierung der Produktdurchmesser durch umformtechnisches, vorzugsweise drücktechnisches Behandeln der Anschlußenden erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß für den Umform-, Füge- oder Trennprozeß unterstützende Medien, wie vorzugsweise eine Ultraschallüberlagerung, eingesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das entstandene Leitungselement durch die abschließende Wirkung von Innendruck oder durch einen abschließenden mechanisch umformenden Prozeßschritt auf die geforderten statischen und dynamischen Steifigkeiten hin konditioniert wird.
Gasdichter Schlauch aus profiliertem Bandmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an die beiden offenen Enden eine geeignete Anschlußtechnik appliziert werden kann, die eine gasdichte Verbindung mit den sich im Anwendungsfall anschließenden Rohrenden gewährleistet. (1)