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Die vorliegende Erfindung betrifft
einen Schlauch mit metallischem Wellrohr, der für die Förderung von Kraftstoff in Kraftfahrzeugen
sowie von Kältemitteln
oder sonstigen Medien eingesetzt werden kann, und insbesondere eine
auf einem Schlauchendabschnitt befindliche Schlauchbefestigungsanordnung.
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Typische Gummischläuche, welche
zum Beispiel aus einem eine hervorragende Benzin-Durchdringungsfestigkeit
aufweisenden Mischprodukt aus Acrylnitril-Butadien-Gummi und Polyvinylchlorid (NBR-PVC-Gemisch)
bestehen, sind bisher aufgrund ihres hohen Schwingungsdämpfvermögens, ihrer einfachen
Montierbarkeit usw. zur Förderung
von Kraftstoff in Kraftfahrzeugen oder dergleichen eingesetzt worden.
Im Sinne des globalen Umweltschutzes sind die Bestimmungen gegen
den Durchtritt von Kraftstoff in Kraftfahrzeugen usw. jedoch kürzlich verschärft worden,
wobei eine weitere Verschärfung
in Zukunft zu erwarten ist. Weiter müssen Schläuche die Anforderungen für die Förderung
hoch permeabler Fluids wie von in Brennstoffzelleneingesetztem Wasserstoffgas
sowie von Kohlendioxid-Kältemitteln (CO2-Kältemitteln)
erfüllen.
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Demnach wird es für schwierig angesehen, den
künftigen
Anforderungen mit ausschließlich
aus organischen Stoffen wie Gummi oder Harz bestehenden Schläuchen zu
genügen.
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Somit werden zur Zeit Überlegungen
angestellt, einen Schlauch mit einem metallischen Wellrohr bzw.
geriffeltem Metallrohr als Innenlage einzusetzen, von dem erwartet
wird, dass er in Erfüllung der
Forderung nach einem fluidundurchlässigen Schlauchmaterial eine äußerst hohe
Fluidundurchlässigkeit
aufweist.
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Schläuche mit metallischem Wellrohr
sind aus den nachfolgend aufgeführten
Dokumenten 1, 2 und 3 bekannt:
Dokument 1
JP-A 2001-182872 Dokument
2
US 20020007860
A1 Dokument 3
JP-U
51-150511 -
Selbst bei für Brennstoffzellen benutztem Wasserstoffgas
mit geringer Molekularmasse wird mit einem in einer oder als Innenlage
eingesetzten Schlauch mit metallischem Wellrohr der Gasdurchtritt auf
Null geführt
bzw. vollständig
ausgeschaltet.
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Bisher wurde wie aus 5 ersichtlich eine Befestigungsanordnung
für einen
typischen Gummischlauch in aller Regel wie folgt hergestellt: Zunächst wird
ein einstückig
mit einem Verbindungselement 202 hergestelltes starres
Einschubrohr 200 aus Metall in einen Schlauchkörper 204 eingesetzt.
Ein Muffenanschlussstück 206 mit
einem nach innen gerichteten bundartigen Abschnitt 208 wird
sodann auf den Schlauchkörper 204 aufgebracht.
Anschließend
wird das Muffenanschlussstück 206 radial
nach innen in Richtung auf den Schlauchkörper 204 gedrückt bzw. gestaucht.
Hierdurch wird der Schlauchkörper 204 zusammen
mit dem Muffenanschlussstück 206 sicher
auf dem Verbindungselement 202 befestigt und eine Abdichtung
im Endbereich des Schlauchs bewirkt.
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In einer konventionellen Befestigungsanordnung
für den
Endabschnitt des in 5 dargestellten Schlauchs
ist eine axiale Länge
des Muffenanschlussstücks 206 so
ausgebildet, dass ein Ende desselben, nämlich nach 5 das rechte Ende, sich an einer Stelle
befindet, die allgemein dem rechten Ende des Einschubrohrs 200 bzw.
einer vom rechten Ende nach links verschobenen Position entspricht.
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Der Grund hierfür ist, dass sich das Muffenanschlussstück 206 lang
nach rechts über
das rechte Ende des Einschubrohrs 200 hinaus erstreckt,
so dass der Schlauchkörper 204 auf
dem rechten Abschnitt des rechten Endes des Einschubrohrs 200 radial
nach innen gepresst und verformt werden kann, wenn das Muffenanschlussstück 206 radial
nach innen gepresst oder gestaucht wird, und die Möglichkeit
besteht, dass der radial nach innen verformte Abschnitt unter Umständen einen
Teil des Hohlraums im Einschubrohr 202, nämlich des
Fluiddurchgangs, blockiert.
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Ist der Schlauchkörper 210 wie aus 6(A) ersichtlich mit einem metallischem
Wellrohr 212 versehen, so wird er wie in 6(B) dargestellt
wiederholten Schwingungs-, Biege- und Druckbeanspruchungen ausgesetzt,
so dass wiederholte Spannungskonzentrationen zwischen einem Endabschnitt des
Einschubrohrs 214 und dem metallischen Wellrohr 212 entstehen.
Weil das Einschubrohr 214 starr und unelastisch, das metallische
Wellrohr 212 jedoch flexibel ist, besteht das Problem,
dass das metallische Wellrohr 210 zu Bruch geht.
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Ist in der beschriebenen Art und
Weise ein Bruch des metallischen Wellrohrs 212 eingetreten,
so verliert der Schlauch 212 mit metallischem Wellrohr 212 als
solcher seine Gassperreigenschaft. In gewissen Fällen werden auch weitere Eigenschaften
des Schlauchs wie dessen Flexibilität und Schwingungsdämpfvermögen beeinträchtigt und
ist der Schlauch nicht mehr nutzbar.
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In dem Beispiel gemäß 6(A) ist der Schlauch 212 mit
metallischem Wellrohr mit einer Endfläche des Einschubrohrs 214 durch
Verschweißen
der axialen Enden verbunden.
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Speziell in diesem Fall führen Schwingungen und
Biegeverformungen des Schlauchs in aller Wahrscheinlichkeit zum
Bruch des Schlauchmaterials in dem geschweißten Verbindungsbereich zwischen den
Enden.
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Die vorstehenden Ausführungen
beziehen sich beispielsweise auf einen Schlauch zur Förderung
von Wasserstoffgas in einer Brennstoffzelle. Ähnliche Probleme sind für alle Schlauchausführungen
zu erwarten. So kann beispielsweise der Fall gegeben sein, dass
ein Schlauch mit metallischem Wellrohr zur Förderung von Benzin oder dergleichen, das
in die Atmosphäre
austritt, bei hoher Temperatur und hohem Druck durch hohe Leistung
der zu versorgenden Einrichtung bedingt eingesetzt wird, wobei eine
niedrige Permeation strengstens vorgeschrieben ist. Oder es wird
ein Schlauch mit metallischem Wellrohr zur Förderung eines Kältemittels
in Form von Kohlendioxid (CO2) benutzt,
dessen Teilchenanteil genau wie beim Wasserstoff gering ist und
das eine hohe Gaspermeation besitzt. Außerdem kann jeder sonstige
Fall des Einsatzes eines Schlauchs mit metallischem Wellrohr auf
Gebieten gegeben sein, für
die strenge Vorschriften bezüglich
der Gaspermeation gelten.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist die Bereitstellung einer Befestigungsanordnung auf einem Endabschnitt
eines Schlauchs mit metallischem Wellrohr, bei der die vorbeschriebenen
Probleme ausgeschaltet sind.
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Erfindungsgemäß wird eine auf dem Endabschnitt
eines Schlauchs mit metallischem Wellrohr befindliche neuartige
Befestigungsanordnung zum Verbinden eines Schlauchkörpers mit
einem Verbindungselement bereitgestellt. Diese Befestigungsanordnung
weist einen Schlauchkörper
mit metallischem Wellrohr als Innenlage sowie eine die radiale Außenseite
desselben umschreibende Außenlage
auf. Weiter ist die Befestigungsanordnung mit einem Verbindungselement
und einem starren Einschubrohr versehen. Das Verbindungselement
ist auf einem Endabschnitt des Schlauchs angeordnet. Das starre
Einschubrohr befindet sich am Verbindungselement und ist in einen
axialen Endabschnitt des Schlauchkörpers eingeschoben sowie an
einem Ende des metallischen Wellrohrs befestigt. Die Befestigungsanordnung
weist außerdem
ein auf einem Endabschnitt des Schlauchkörpers angeordnetes Muffenanschlussstück auf.
Das Muffenanschlussstück
ist zur Befestigung auf dem Endabschnitt des Schlauchkörpers, in
den das Einschubrohr eingesetzt ist, radial nach innen gepresst
oder gestaucht. Auch ragt das Muffenanschlussstück in Längsrichtung des Schlauchs und
vom Schlauchkörperende weg über das
Einschubende des Einschubrohrs hinaus.
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Erfindungsgemäß wird selbst bei wiederholter
Schwingungs- oder
Biegebeanspruchung des Schlauchs bzw. einer Innendruckbelastung
desselben durch das geförderte
Medium das Auftreten wiederholter Spannungskonzentrationen zwischen
dem Einschubende des Einschubrohrs und dem metallischen Wellrohr
aufgrund von Halte- bzw. Befestigungskräften, die von außen durch
das sich über eine
große
bzw. relativ große
Länge erstreckende Muffenanschlussstück beaufschlagt
werden, verhindert. Eine Beschädigung
oder ein Zubruchgehen des metallischen Wellrohrs, beispielsweise
in dem mit dem Einschubrohr verbundenen Bereich, wird dadurch wirksam
ausgeschlossen.
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In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
ist das Muffenanschlussstück
vorzugsweise so gestaltet, dass es wenigstens 5 mm, weiter bevorzugt
wenigstens 10 mm, über
das Einschubende des Einschubrohrs vorsteht.
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Das Einschubrohr kann einstöckig mit
dem Verbindungselement ausgebildet sind.
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Es folgt eine detaillierte Beschreibung
bevorzugter Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Es zeigen:
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1 eine
Perspektivansicht einer erfindungsgemäßen Befestigungsanordnung für einen Schlauch
mit metallischem Wellrohr;
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2 eine
Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Befestigungsanordnung für einen Schlauch
mit metallischem Wellrohr;
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3(A) eine
Querschnittsansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Befestigungsanordnung;
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3(B) eine
im größeren Maßstab gezeichnete
fragmentarische Ansicht eines relevanten Teils der weiteren erfindungsgemäßen Befestigungsanordnung;
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4 eine
Querschnittsansicht einer noch weiteren erfindungsgemäßen Befestigungsanordnung;
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5 eine
Querschnittsansicht, aus welcher ein Beispiel einer auf einem Endabschnitt
eines Schlauchs ohne inneres metallisches Wellrohr befindlichen
Befestigungsanordnung ersichtlich ist;
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6(A) eine
Darstellung, aus der ein bei einem konventionellen Schlauch mit
innerem metallischem Wellrohr anstehendes Problem ersichtlich ist; und
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6(B) eine
Ansicht, welche die Art der Schwingungsbeanspruchung eines Endabschnitts
eines Schlauchs mit metallischem Wellrohr zeigt.
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Detaillierte Beschreibung
bevorzugter Ausführungsformen
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In 1 und 2 bezeichnet die Bezugsziffer 10 einen
Schlauch mit metallischem Wellrohr (nachfolgend Schlauch genannt),
der vorzugsweise zur Förderung
von Wasserstoff oder Wasserstoffgas, Kältemittel für Klimaanlagen, Kraftstoff
für Kraftfahrzeuge
und dergleichen konzipiert ist. Die Bezugsziffer 12 steht
für einen
Schlauchkörper,
die Bezugsziffer 14 für ein
am Schlauchkörper 12 befestigtes
metallisches Verbindungselement und die Bezugsziffer 16 für ein auf
der Außenfläche des
Schlauchkörpers 12 befestigtes
metallisches Muffenanschlussstück. Das
Muffenanschlussstück 16 ist
radial nach innen gepresst bzw. gestaucht, wodurch das Verbindungselement 14 zusammen
mit dem Muffenanschlussstück 16 sicher
an einem Endabschnitt des Schlauchkörpers 12 befestigt
ist.
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Gemäß 2 ist das Verbindungselement 14 einstückig mit
einem starren Einschubrohr 18 ausgebildet. Das Muffenanschlussstück 16 wird
fest auf den Schlauchkörper 12,
in den das Einschubrohr 18 eingesetzt ist, gedrückt oder
gestaucht, so dass der Schlauchkörper 12 an
einem seiner Endabschnitte sicher am Einschubrohr 18 und
dem Muffenanschlussstück 16 befestigt
ist, wobei der Endabschnitt des Schlauchkörpers 12 durch das
Muffenanschlussstück 16 und
das Einschubrohr 18 radial von außen und innen eingespannt ist.
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Das heißt, dass ein Endabschnitt des Schlauchkörpers 12 fest
mit dem Verbindungselement 14 verbunden ist.
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Das Muffenanschlussstück 16 ist
mit einer Hülse
und an einem axialen Ende mit einem radial nach innen gerichteten
bundartigen Abschnitt 20 versehen, während das Verbindungselement 14 an
einer dem bundartigen Abschnitt 20 auf seiner radialen Außenfläche entsprechenden
axialen Position eine umlaufende Passnut 22 aufweist. Ein
innerer Endbereich des bundartigen Abschnitts 20 greift
in die Passnut 22 ein, wenn das Muffenanschlussstück 16 fest
auf den Schlauchkörper 12 gepresst
oder gestaucht wird.
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Der Schlauchkörper 12 weist als
innerste Lage ein metallisches Wellrohr 24 und als weitere
Lagen eine elastische Innenlage 26, eine Verstärkungslage
als Zwischenlage 28 und eine elastische Außenlage 30 auf,
welche die Außenseite
des metallischen Wellrohrs 24 umschließen. Die Verstärkungslage 28 besitzt
ebenfalls eine gewisse Elastizität.
Jede der Lagen ist durch Vulkanisieren oder in sonstiger Weise mit
der jeweiligen Nachbarlage zu einem Verbundschlauch zusammengefügt.
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Bei dieser Ausführungsform bilden die elastische
Innenlage 26, die Verstärkungslage 28 und
die elastische Außenlage 30 die
das metallische Wellrohr 24 umschließende Außenhülle.
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Die Verstärkungslage 28 kann
in draht- oder faserverstärkter
Ausführung
vorgesehen sein.
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Die elastische Innenlage 26 kann
aus Gummi oder Harz mit elastischer Eigenschaft bestehen, während die
elastische Außenlage 30 aus
Gummi hergestellt ist.
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Andererseits weist das metallische
Wellrohr 24 als innerste Lage allgemein über seine
gesamte axiale Länge
hinweg verlaufende Wellungen 32 auf, die das metallische
Wellrohr 24 flexibel machen.
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Das bedeutet, dass in dieser Ausführungsform
als innerste Lage des Schlauchs 10 zwar ein metallische
Rohr vorgesehen ist, der Schlauch 10 aber dank der in dem
metallischen Rohr ausgebildeten Wellungen 32 dennoch vollständig flexibel
ist.
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Das metallische Wellrohr 24 kann
aus Materialien wie Stahl, einschließlich nichtrostendem Stahl, Kupfer,
Kupferlegierung, Aluminium, Aluminiumlegierung, Nickel, Nickellegierung,
Titan oder Titanlegierung hergestellt sein, wobei nichtrostender
Stahl jedoch bevorzugt zu verwenden ist.
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Die Wanddicke des metallischen Wellrohrs 24 kann
zwischen 20 und 500 μm
betragen, wobei die Mindestdicke unter dem Aspekt der Vermeidung von
Fehlstellen wie Oberflächenporen
und der Ausbildung der Wellungen 32 oder dergleichen mindestens
50 μm sowie
aus Gründen
der Flexibilität
und Haltbarkeit maximal 300 μm
betragen sollte.
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In dieser Ausführungsform ist das Wellrohr 24 axial
mit dem Einschubende bzw. der Einschubseite des Einschubrohrs 18 über den
gesamten Umfang desselben hinweg verlaufend durch Schweißen verbunden.
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Das Muffenanschlussstück 16 bzw,
die Hülse desselben
erstreckt sich in Längsrichtung
des Schlauchs 10 über
eine Länge
L nach rechts bzw. weg von einem Ende des Schlauchkörpers 12 vom Einschubende
des Einschubrohrs 18 relativ zum Schlauchkörper 12,
d.h. gemäß 2 vom rechten Ende.
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Dies bedeutet, dass wie in 2 ersichtlich ein Ende bzw,
das rechte Ende des Muffenanschlussstücks 16 über eine
Länge L
in Einschubrichtung oder nach rechts von einem bzw. dem rechten Ende
des Einschubrohrs 18 angeordnet ist.
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3(A) zeigt
eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform.
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In dieser Ausführungsform ist ein ungewellter,
axial geradwandiger Bereich bzw. ein gerader Rohrabschnitt 34 an
einem axialen Ende des metallischen Wellrohrs 24 vorgesehen.
Wie im Einzelnen aus 3(B) ersichtlich,
befindet sich ein Einpassabschnitt 36 des Einschubrohrs 18 in
diesem geradwandigen Bereich 34 und wird in diesem Zustand
ein vorderer Endabschnitt des geradwandwandigen Bereichs 34 durch
Schweißen
fest mit dem Einschubrohr 18 verbunden.
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Auch in dieser Ausführungsform
erstreckt sich das Muffenanschlussstück 16 über eine
Länge L in
Einschubrichtung bzw. rechts von einem bzw. dem rechten Ende des
Einschubrohrs 18, wie dies aus 3(A) ersichtlich
ist.
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4 zeigt
eine noch weitere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Wie aus 4 ersichtlich, ist der vordere Endabschnitt
des geradwandigen Teils 34 des metallischen Wellrohrs 24 als
axial aus der Außenlage
herausragender Vorsprung 38 ausgebildet. Dieser Vorsprung 38 ist
zwischen dem bundartigen Abschnitt 20 und der Passnut 22 durch
Anpressen bzw. Anstauchen des Muffenanschlussstücks 16 eingespannt. Hierdurch
ist das metallische Wellrohr 24 sicher am Einschubrohr 18,
d.h. dem Verbindungselement 14, befestigt und wird gleichzeitig
eine Abdichtung zwischen dem Einschubrohr 18 und dem metallischen Wellrohr 24 bewirkt.
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Mit einer Endbefestigungsanordnung
für den Schlauch 10 in
der Ausführungsform
nach 1 und 2 wird selbst bei wiederholten
Schwingungsbeanspruchungen, Biegeverformungen bzw. Innendruckbelastungen
durch das Fördermedium
ausgesetztem Schlauch 10 vorteilhafterweise verhindert, dass
wiederholte Spannungskonzentrationen auf das Einschubende bzw. ein
Ende auf der Einschubseite des Einschubrohrs 18 beaufschlagt
werden, wenn von außerhalb
des sich über
eine große
bzw. relativ große
Länge erstreckenden
Muffenanschlussstücks Halte-
oder Befestigungskräfte
aufgebracht werden. Demnach wird wirksam verhindert, dass das metallische
Wellrohr 24 durch Einwirkung von Spannungskonzentrationen
beschädigt
wird oder zu Bruch geht.
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Wie aus 3 ersichtlich, lässt sich eine Befestigungsanordnung
für einen
Schlauch wie folgt herstellen: Es wird der geradwandige Abschnitt 34 des
metallischen Wellrohrs 24 ausgebildet, das Einschubrohr 18 auf
die jeweils gewünschte
Länge in den
geradwandigen Abschnitt 34 eingeschoben und das vordere
Ende desselben mit dem Einschubrohr 18 verschweißt. Sogar
in diesem Falle bleibt bei wiederholter Beanspruchung des Schlauchkörpers 12 durch
Schwingungen oder Biegeverformungen zu befürchten, dass wiederholte Spannunskonzentrationen
an bzw. nahe dem vorderen Ende des Einschubrohrs 18 auftreten,
wenn das Muffenanschlussstück 16 nicht
lang oder relativ lang ausgebildet ist. In der Ausführungsform
gemäß 3 erstreckt sich wie im Falle
der vorbeschriebenen Ausführungsform
das Muffenanschlussstück 16 auf
eine große
bzw. relativ große
Länge über ein
Ende des Einschubrohrs 18 hinaus. Da durch diese konstruktive
Gestaltung das Verbiegen, Verformen oder Biegeverformen in Schwingungsrichtung
bzw. in einer zu einer Achse innerhalb des Muffenanschlussstücks 16 oder
eines Teilbereichs desselben senkrechten Richtung eingeschränkt ist,
werden Spannungskonzentrationen wirksam auf den Bereich zwischen
dem vorderen Ende bzw. einer vorderen Endposition des Einschubrohrs 18 und
dem metallischen Wellrohr 24 begrenzt.
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Weiter bleibt wie aus 4 ersichtlich selbst bei
Nichtverschweißen
des metallischen Wellrohrs 24 mit dem Einschubrohr 18 zu
befürchten,
dass Spannungskonzentrationen zwischen dem vorderen Ende oder der
vorderen Endposition des Einschubrohrs 18 und dem metallischen
Wellrohr 24 auftreten, wenn das Muffenanschlussstück nicht
lang oder relativ lang ausgebildet ist. In der Ausführungsform
gemäß 4 werden Spannungskonzentrationen
genau wie bei den anderen Ausführungsformen
auch auf den Bereich rechts vom rechten Ende des Einschubrohrs 18 begrenzt,
da das Muffenanschlussstück 16 über eine
Länge L
nach rechts geführt
ist.
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Zwar sind vorstehend bevorzugte Ausführungsformen
beschrieben, doch stellen diese nur einige der möglichen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung dar.
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So kann beispielsweise das in den
vorstehend beschriebenen Ausführungsformen
einstückig mit
dem Verbindungselement 14 ausgebildete Einschubrohr 18 auch
von diesem Verbindungselement 14 getrennt ausgebildet werden.
Weiter ist die vorliegende Erfindung zur Förderung auch verschiedener anderer
Medien als für
die Schläuche
der vorbeschriebenen Ausführungsformen
vorgesehen einsetzbar. Es gilt als vorausgesetzt, dass diese Abwandlungen
mit in den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung und der beigefügten Ansprüche fallen.