EP2554292A1

EP2554292A1 - Leitungselement mit Oberflächenstruktur sowie Verfahren zum Herstellen und Verwendung eines solchen Leitungselementes

Info

Publication number: EP2554292A1
Application number: EP12174047A
Authority: EP
Inventors: Carsten Ilg
Original assignee: Witzenmann GmbH
Current assignee: Witzenmann GmbH
Priority date: 2011-08-05
Filing date: 2012-06-28
Publication date: 2013-02-06
Also published as: DE102011110458A1

Abstract

Vorgeschlagen wird ein Verfahren zum Herstellen eines Leitungselementes (LE), bei dem ein Blechmaterial (5) verwendet wird, welches mittels eines Dressierverfahrens zumindest bereichsweise mit einer Oberflächenstruktur (2) profiliert wird, und wobei das Blechmaterial (5) anschließend zu einem Leitungselement (LE) geformt wird, welches in mindestens einem Teilbereich die Oberflächenstruktur (2) aufweist. Die Erfindung betrifft auch ein Leitungselement.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Leitungselementes mit einer Oberflächenstruktur nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Leitungselement, welches nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines Leitungselementes hergestellt ist, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 8.
Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung eines profilierten Blechmaterials zur Herstellung eines solchen Leitungselementes, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 13.
Profilierte Materialien mit speziellen Oberflächenstrukturen finden in verschiedenen technischen Bereichen Anwendung. Hierunter zählt beispielsweise die Verwendung von oberflächenstrukturierten Materialien bei Lackierungsprozessen.
Leitungselemente werden - gegebenenfalls im Verbund mit weiteren Leitungselementen - in vielerlei technischen Bereichen eingesetzt. Dabei werden die Leitungselemente bzw. die zwischen mehreren Leitungselementen bestehenden Verbindungen von einem Medium durchströmt, weshalb an die Verbindungen spezielle Anforderungen gestellt werden, wie beispielsweise eine möglichst hohe Dichtheit, Einfachheit der Herstellung der Verbindung, eine hohe Stabilität der Verbindung oder dergleichen.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass Oberflächenstrukturen mithilfe verschiedener Verfahren auf Materialoberflächen aufgebracht werden können. Hierunter zählen beispielsweise Verfahren wie Spanen, Läppen, Abtragen, Beschichten oder dergleichen.
Wird eine Oberflächenstruktur mithilfe von zusammenwirkenden Walzen auf einen Werkstoff aufgebracht und sind diese Walzen an ihrer jeweiligen Oberfläche bereits profiliert, zählt dies zu den Dressierverfahren. Ein Dressierverfahren beinhaltet die Profilierung der Dressierwalzen über ihre Mantelfläche, wobei dies entweder plastisch durch Beschuss mit feinkörnigem metallischem Strahlkorn, partielles Aufschmelzen oder elektrolytisch erfolgt.
Beim Dressieren wird mindestens eine Dressierwalze, die zumindest an einem Teil ihrer Mantelfläche ein mithilfe eines Dressierverfahrens aufgebrachtes Oberflächenprofil aufweist, mit einem weiteren Material in Kontakt gebracht, wobei die Oberflächenstruktur der Dressierwalze zumindest teilweise auf das Material übertragen wird.
Aus dem Stand der Technik ist ein Dressier- oder Strukturierungsverfahren speziell für Blechmaterial namens "PRETEX®" (Salzgitter AG) bekannt, welches in Verbindung mit einem Verfahren namens "TOPOCROM®" der Topocrom GmbH zum Einsatz kommt. Hierbei wird die Walzenmantelfläche einer Dressier- oder Texturierwalze zunächst nach dem "TOPOCROM®"-Verfahren strukturiert, wobei Chromionen eines Elektrolyten reduziert und zu Beschichtungszwecken an der Walzenoberfläche metallisch abgeschieden werden. Durch die Abscheidung der Chromionen wird eine Oberflächenstruktur auf der Walzenmantelfläche erzielt. Diese Oberflächenstruktur zeichnet sich aus durch halbkugelförmige Erhebungen und Vertiefungen an der Mantelfläche der Dressierwalzen, welche in ihrer Ausprägung und Anordnung durch eine gezielte Verfahrensführung beeinflusst werden können. Das "TOPOCROM®"-Verfahren bietet den Vorteil einer geringen Kurz- bzw. Langwelligkeit und einer hohen Spitzenzahl (RPc) größer 100/cm. Gemäß dem "PRETEX®"-Verfahren wird nun die Oberflächenstruktur der Walzenmantelfläche auf ein weiteres Material, vorzugsweise Blech, übertragen. Alternativ hierzu kann aus dem Stand der Technik auch das "POSTEX"-Verfahren der Firma Posco angewendet werden.
Andere Dressierverfahren arbeiten beispielsweise mit einem Laserstrahl ("Laser Texturing") bzw. Elektronenstrahl ("Electron Beam Texturing"), durch den der Walzenwerkstoff aufgeschmolzen wird. Es entstehen hierbei kraterförmige Oberflächenstrukturen, und um die Krater häuft sich die erstarrte Schmelze an. Bei dem Dressierverfahren "Shot Blast Texturing" wird ein kantiges Strahlmittel zur Walzenoberfläche hin beschleunigt. Die Strahlkörner verformen die Walzenoberfläche plastisch, indem sie Partikel aus der Oberfläche schlagen, und die entstehende Oberflächenstruktur ist wiederum kraterförmig. Ein weiteres Dressierverfahren ist das "Electrical Discharge Texturing"-Verfahren. Einflussparameter der entstehenden Oberflächenstruktur der Dressierwalzen sind der Abstand und die Steuerung der hierbei verwendeten Elektroden. Die Oberflächenstruktur weist geringere mittlere Rauheiten als bei anderen Dressierverfahren auf.
Mit Hilfe des "TOPOCROM®"-Verfahrens oder eines anderen Dressierverfahrens strukturierte Dressierwalzen werden nach dem Stand der Technik derart eingesetzt, dass sie ihr Profil durch mechanische Einwirkung, wie dem Druckaufbau zwischen zusammenwirkenden Dressierwalzen, auf ein weiteres Material übertragen, wie z.B. ein metallisches Bandmaterial, dessen auf diese Weise strukturierte Oberfläche vorzugsweise bei Lackierprozessen Anwendung findet. Ein Material mit einer derartigen Oberflächenstruktur wirkt sich bei Lackierprozessen vorteilhaft aus, da hierdurch eine verbesserte Haftung der Lackschichten erfolgt und die Produktqualität gesteigert wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines Leitungselementes mit verbesserten Eigenschaften bei Fertigung und der anschließenden Verwendung anzugeben. Das Leitungselemente soll dahingehend verbessert werden, dass es besser und einfacher mit weiteren Leitungselementen verbindbar ist und diese Verbindung haltbarer ist. Auch die Standzeit bei der Herstellung des Leitungselements verwendeter (Umform-)Werkzeuge soll verlängert werden.
Die Erfindung löst diese Aufgabe sowohl mittels eines Verfahrens zum Herstellen eines Leitungselementes gemäß Anspruch 1 als auch mittels eines Leitungselementes gemäß Anspruch 8.
Eine weitere erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe besteht in der Verwendung eines speziellen Blechmaterials zur Herstellung eines Leitungselementes gemäß Anspruch 13.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Leitungselementes finden sich in den Unteransprüchen 2 bis 7. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Leitungselementes, welches nach dem Verfahren zum Herstellen des Leitungselementes hergestellt ist, finden sich in den Unteransprüchen 9 bis 12. Vorteilhafte Weiterbildungen der Verwendung des Blechmaterials zur Herstellung des Leitungselementes finden sich in den Unteransprüchen 14 und 15. Hiermit wird der Wortlaut dieser Unteransprüche durch ausdrückliche Bezugnahme in die Beschreibung aufgenommen, um unnötige Textwiederholungen zu vermeiden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist zum Herstellen von Leitungselementen aus einem Blechmaterial mit mindestens in einem Teilbereich profilierter Oberfläche geeignet.
Das erfindungsgemäße Leitungselement ist vorteilhafterweise hergestellt gemäß dem Verfahren zum Herstellen des Leitungselementes nach mindestens einem der Verfahrensansprüche 1 bis 7, und ist zumindest teilweise profiliert.
Die Verwendung des Blechmaterials zur Herstellung des Leitungselementes beinhaltet vorzugsweise das Verfahren zur Herstellung von Leitungselementen nach einem der Ansprüche 1 bis 7 bezogen auf ein Leitungselement gemäß einem der Ansprüche 8 bis 12.
Eine grundlegende Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt in der Verwendung von Blechmaterial, welches mittels eines Dressierverfahrens zumindest bereichsweise mit einer Oberflächenstruktur versehen wird, und welches Blechmaterial anschließend zu einem Leitungselement umgeformt wird.
Durch die Auswahl eines geeigneten Dressierverfahrens lässt sich für den entsprechenden Anwendungsfall die Topografie - und damit die Oberflächenstruktur - des Walzenprofils einstellen. Je nach Profilierung der Dressierwalzen kann dann die Oberflächenstruktur des Blechmaterials für das Leitungselement beeinflusst werden. Vorzugsweise kommt das TOPOCROM®-Verfahren in Verbindung mit dem PRETEX®-Dressierverfahren zum Einsatz, bei dem eine Oberflächenstruktur des Blechmaterials mit halbkugelförmigen Erhebungen und Vertiefungen erzeugt wird.
Abhängig vom gewählten Dressierverfahren lassen sich verschiedene Oberflächenstrukturen erzeugen, wobei als Kennwert insbesondere die mittlere Rauheit Ra relevant ist, welche den mittleren Abstand eines Punktes auf der Oberfläche zur Mittellinie angibt. Der Bereich, in dem die Rauheit variiert, ist stark von der Auswahl des Dressierverfahrens abhängig. Hierbei ist es vorteilhaft, je nach Anwendungsfall eine - für diese Anwendung optimale - mittlere Rauheit zu erzeugen. Vorteilhafterweise sind die Rauheitskennwerte reproduzierbar und basieren auf der Verfahrenssteuerung beim Dressieren.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Leitungselementes, bei dem aus dem profilierten und oberflächenstrukturierten Blechmaterial das Leitungselement geformt wird, lassen sich durch die profilierte Oberfläche des Blechmaterials mehrere Vorteile erzielen. Vorwiegend sind diese Vorteile finanzieller Art, so dass die Kosten im Verlauf des Produktionsprozesses verringert werden. Dies ergibt sich durch deutlich längere Standzeiten von Umformwerkzeugen sowie dadurch, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren Ziehriefen auf den Umformwerkzeugen vermieden werden. Zusätzlich lässt sich der Ausschuss in Folge von Falten und Reissernbildung vermeiden, verglichen mit der Umformung mit - bislang verwendeten - möglichst glattem Material. Eine mögliche Begründung für die vorstehenden Vorteile ist in dem verminderten Traganteil beim Umformen sowie die besseren Gleit- bzw. Schmiereigenschaften durch die entstandenen feinverteilten hydrostatischen Schmiertaschen zu suchen, welche durch die profilierte Oberflächenstruktur mit Erhebungen und Vertiefungen entstehen.
Durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens erleichtert bzw. verbessert sich die Benetzbarkeit des Materials, so dass bei der Feuchtmittelschmierung der Arbeitsprozess vereinfacht wird. Durch die profilierte Oberfläche, mit einem vorzugsweise klar definierten Profil, bilden sich zwischen den Erhebungen bzw. in den Vertiefungen hydrostatisch wirkende Schmiertaschen aus, welche als Schmierstoffreservoir dienen, so dass sich das Gleitverhalten hierdurch insbesondere bei Umformvorgängen verbessert.
Die Struktur der Walzenoberfläche entspricht - je nach gewähltem Dressierverfahren und Gestaltung der Verfahrensführung - einer geschlossenen Struktur oder einer offenen Struktur. Abhängig von dem Dressierverfahren wird eine eher offene oder eine eher geschlossene Oberflächenstruktur auf der Walzenoberfläche erzeugt und damit auf das Blechmaterial für das Leitungselement übertragen. Der Vorteil liegt darin, dass auch hier je nach Anwendungsfall und Verfahrensführung die optimale Walzenstruktur und damit auch die optimale Struktur des Blechmaterials für das Leitungselement auswählbar ist, so dass die Fertigung des Leitungselementes vereinfacht wird.
Der Vorteil einer geschlossenen Oberflächenstruktur liegt darin, dass man durch diese Struktur ein Eindringen von Schmutzpartikeln oder Bakterien reduziert. Der Vorteil einer offenen Oberflächenstruktur liegt in der besseren Benetzbarkeit bei der Feuchtmittelschmierung. Es bilden sich hydrostatisch wirkende Schmiertaschen, welche als Schmierstoffreservoir dienen. Es ist folglich je nach Anwendungsfall zu unterscheiden, welche Art der Oberflächenstruktur gewählt wird, wobei dies durch die geeignete Auswahl des Dressierverfahrens und die Verfahrensführung hierbei definiert ist. Wird beispielsweise ein aufwändiges Leitungselement, dessen Fertigung mit mehreren Umformprozessen verbunden ist, hergestellt, wird bevorzugt eine offene Oberflächenstruktur ausgewählt, aufgrund der besseren Gleiteigenschaften.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein erstes Leitungselement in einem Anlagebereich profiliert, der zum Verbinden mit einem zweiten Leitungselement vorgesehen ist. Die Profilierung nur eines Teilbereichs des Leitungselementes ermöglicht es, die Kosten für das Verfahren zu reduzieren, da auch die Oberflächenbearbeitung lediglich in einem Teilbereich des Leitungselementes erforderlich ist und an den Rest des Leitungselement bzw. dessen Blechmaterial hinsichtlich der Oberflächenbeschaffenheit keinerlei spezielle Anforderungen gestellt werden. Zusätzlich kann auf ein kostspielig herzustellendes, möglichst glattes Blechmaterial verzichtet werden. Untersuchungen der Anmelderin ergaben überraschender Weise, dass sich ein Blechmaterial mit einer profilierten Oberfläche, welches nach dem oben genannten Verfahren hergestellt wird, gerade aufgrund der profilierten Oberfläche als vorteilhaft für den Anwendungsbereich von Leitungselementen erweist, verglichen mit Blechmaterialien mit einer möglichst glatten Oberflächenbeschaffenheit, insbesondere auch im Hinblick auf die Korrosionsfestigkeit. Es wurde Untersuchungen der Anmelderin zufolge keine Verschlechterung der Korrosionsneigung in standardisierten Korrosionstests festgestellt.
Vorteilhafterweise ist das Blechmaterial in dem Bereich mit einer profilierten Oberfläche versehen, in dem es umgeformt wird. Hierdurch werden die Umformwerkzeuge geschont, da sich durch die profilierte Oberfläche der Traganteil reduziert, weil das Werkzeug nur an den höchsten Punkten der Erhebungen aufliegt und nicht über die komplette Oberfläche.
Zusätzlich werden bei der Umformung des zumindest teilweise profilierten Blechmaterials zu dem Leitungselement die erforderlichen Werkzeuge weniger stark strapaziert, da durch die mindestens teilweise profilierte Oberfläche ein höherer Umformgrad erzielt wird, die Gleiteigenschaften durch die ausgebildeten Schmiertaschen verbessert und die Adhäsion zwischen Werkzeug und dem Blechmaterial herabgesetzt wird.
Vorteilhafterweise wird ein Dressierverfahren verwendet, bei welchem das Blechmaterial, aus dem das Leitungselement geformt wird, mit einer Oberflächenstruktur mit im Querschnitt halbkugelförmigen Erhebungen und/oder Vertiefungen versehen wird. Diese halbkugelförmige Oberflächenstruktur wird von den Dressierwalzen des Dressierverfahrens auf das Blechmaterial in mindestens einem Teilbereich übertragen. Vorzugsweise wird dies nach dem Prinzip des oben beschriebenen "TOPOCROM®"-Dressierverfahrens in Verbindung mit dem "PRETEX®"-Verfahren erzielt. Eine halbkugelförmige Oberflächenstruktur ist deshalb bevorzugt, weil bei einer Materialumformung die Adhäsion zwischen Werkzeug und dem profilierten Blechmaterial für das Leitungselement herabgesetzt wird durch die regelmäßige Anordnung von Halbkugeln und den dadurch reduzierten Traganteil zwischen Werkzeug und dem umzuformenden Blechmaterial.
Als vorteilhaft erweist sich das "TOPOCROM®"-Verfahren, da sich hierdurch eine hohe Variabilität bezüglich der Rauhtiefe, der Spitzenzahl und offener bzw. geschlossener Oberflächenstruktur erzielen lässt. Es lassen sich weiterhin hohe Spitzenzahlen bei hohen Rauheitswerten erzeugen.
Hinsichtlich der Fertigung bietet das "PRETEX®"-/"TOPOCROM®"-Verfahren konstante Qualitäten der Blechoberfläche und damit eine hohe Fertigungssicherheit. Zudem bietet das "TOPOCROM®"-Verfahren im Vergleich mit anderen vorgenannten Verfahren zum Aufbringen der Oberflächenstruktur auf die Mantelfläche von Dressierwalzen, wie z.B. EDT/Hartchromschichten einen Kostenvorteil von etwa 30 bis 40%.
Auf der halbkugelförmigen "PRETEX®"-Struktur haften weniger unerwünschte Schmutzpartikel als bei anderen Oberflächenstrukturen. Im Falle einer Kontaminierung ist somit der Reinigungsprozess vereinfacht, was wiederum zu geringeren Produktionskosten im Verlauf der Herstellung des Leitungselementes führt.
Es sind jedoch auch andere Oberflächenstrukturen möglich, je nach Auswahl des Dressierverfahrens. Wird beispielsweise ein Dressierverfahren gewählt, bei dem die Dressierwalze an mindestens einem Teilbereich ihrer Mantelfläche mittels Elektronenbeschuss profiliert wird, sind auch kraterförmige, gleichmäßig beabstandete Oberflächenstrukturen erzielbar. Diese kraterförmigen Oberflächenstrukturen können je nach Dressierverfahren mehr oder weniger stark ausgebildet sein und in ihrem Abstand voneinander variieren.
Auch gegenüber abrasiver Medien lässt sich durch die strukturierte Oberfläche, vorzugsweise in halbkugelförmiger Ausgestaltung, ein geringerer Verschleiß erzielen.
Vorteilhafterweise wird bei dem Dressierverfahren mindestens eine Dressierwalze eingesetzt, die in wenigstens einem Teilbereich ihrer Mantelfläche mit einer profilierten Oberfläche versehen ist und welche Dressierwalze die Oberflächenstruktur auf ein Blechmaterial überträgt. Hierdurch wird es ermöglicht, die Oberflächenstruktur nur auf einen Teilbereich des Blechmaterials aufzubringen, und somit lassen sich die Kosten reduzieren.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird als Dressierwalze eine Walze verwendet, die mit einer "TOPOCROM®"-Textur versehen wurde. Diese umfasst halbkugelförmige Erhebungen und/oder Vertiefungen, welche gezielt einstellbar und reproduzierbar sind. Zusätzlich lässt sich mit diesem Verfahren ein großer einstellbarer Bereich an mittleren Rauheiten erzeugen (vorzugsweise 0,2 - 20 µm).
Vorzugsweise weist die profilierte Oberflächenstruktur der Dressierwalzen, die an das Leitungselement übertragen wird, eine mittlere Rauheit von 0,1-100 µm, höchst vorzugsweise 0,2-20 µm, auf. Der Wert der mittleren Rauheit lässt sich somit über einen großen Bereich einstellen, je nach Verfahrensführung bei dem entsprechenden Dressierverfahren. Hinsichtlich der Messmethoden sind neue Klassifizierungen der Rauheitskenngrößen erforderlich. Nur echte 3D-Kenngrößen können das Verständnis und die Wirkungsweise bzw. die Funktion der Oberflächen beschreiben.
Das erfindungsgemäße Leitungselement ist aus einem mindestens teilweise profilierten Blechmaterial hergestellt gemäß dem Verfahren nach mindestens einem der beigefügten Verfahrensansprüche.
Vorzugsweise sind ein erstes und ein zweites Leitungselement nur in einem Anlagebereich, in dem die beiden Leitungselemente miteinander verbindbar sind bzw. verbunden werden sollen, profiliert. Hierdurch werden die Kosten für das Fertigungsverfahren reduziert, da die Oberflächenbearbeitung nur in einem Teilbereich der Leitungselemente erforderlich ist. Bevorzugt im Verbindungsbereich der Leitungselemente sind Kriterien wie die Reinheit der Verbindungsflächen, frei von Schmutzpartikeln, wichtig. Dadurch, dass die halbkugelförmig profilierten Oberflächen im Vergleich zu glatten Oberflächen einen dem Lotuseffekt vergleichbaren Effekt aufweisen, sind solche profilierten Blechmaterialien zu bevorzugen, da Schmutzpartikel dann weniger stark an den betreffenden Oberflächen haften.
Vorteilhafterweise ist das Leitungselemente als Balg, Ringwellschlauch oder dergleichen ausgebildet. Untersuchungen der Anmelderin ergaben, dass sich profilierte Oberflächen speziell in diesem Anwendungsbereich positiv auf die Lebensdauer und die Fügeeigenschaften auswirken.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Leitungselement aus einem Blechmaterial, vorzugsweise Stahl oder Edelstahl, oder in Bronze ausgebildet. Auch hier wurde seitens der Anmelderin die Erfahrung gemacht, dass sich dieses Material optimal für den dargestellten Anwendungsbereich eignet. Stahl eignet sich insbesondere wegen seiner guten Verformbarkeit, und rostfreier Edelstahl erweist sich aufgrund seiner geringen Korrosivität als vorteilhaft. Die vorteilhafte Eigenschaft von Bronze ist, dass bestimmte gewünschte Eigenschaften durch Hinzulegieren entsprechender Bestandteile einstellbar sind, wobei Bronze sich zudem durch Festigkeit und Härte auszeichnet.
Vorzugsweise weist das Leitungselement eine Wanddicke zwischen 0,05 mm und 0,5 mm, vorzugsweise zwischen 0,1 mm und 0,3 mm, auf. Dies führt Untersuchungen der Anmelderin zufolge zu einer optimalen Handhabung und Verwendbarkeit des Leitungselementes.
Eine grundlegende Weiterbildung des erfindungsgemäßen Leitungselementes sieht einen mehrlagigen Aufbau des Leitungselementes vor, welcher einzelne Materialschichten umfasst. Wenigstens eine der Materialschichten ist zumindest teilweise profiliert, wobei die Materialschicht vorzugsweise in ihrem Anlagebereich mit einer weiteren Materialschicht mit der Oberflächenstruktur versehen ist. Die Materialschichten weisen vorzugsweise jeweils eine Wanddicke zwischen 0,05 mm und 0,5 mm, höchst vorzugsweise zwischen 0,1 mm und 0,3 mm, auf. Der mehrlagige Aufbau ermöglicht, dass lediglich die innere Lage mit dem im Leitungselement vorhandenen Medium in Kontakt steht, an die anderen hinsichtlich der Beschaffenheit der Oberflächen sowie der Werkstoffauswahl geringere Anforderungen gestellt werden können, so dass dies bei verbesserter Haltbarkeit des Leitungselements letztlich zu einer Einsparung an Fertigungskosten führt.
Die erfindungsgemäße Verwendung des Blechmaterials zur Herstellung des Leitungselementes zeichnet sich dadurch aus, dass das Blechmaterial mindestens in einem Teilbereich seiner Oberfläche profiliert ist und zu einem Leitungselement umgeformt wird. Durch die profilierte Oberflächenstruktur werden die Werkzeuge, die bei dem Umformprozess erforderlich sind, geschont, da die Gleiteigenschaften in oben genannter Weise verbessert werden, so dass letztlich die Kosten des Herstellungsprozesses reduziert werden.
Vorzugsweise erfolgt die Profilierung in einem Anlagebereich, der zum Verbinden des Leitungselementes mit weiteren Leitungselementen und/oder mehreren Materialschichten vorgesehen ist. Hierdurch werden ebenfalls die Kosten minimiert, da eine kostenintensive Oberflächenbearbeitung lediglich in dem Anlagebereich erforderlich ist.
Vorteilhafterweise dient der profilierte Anlagebereich des Leitungselementes zur Schaffung eines Verbunds von Bälgen, Ringwellschläuchen oder dergleichen oder zur Herstellung eines mehrlagigen Leitungselementes. Dies entspricht dem fokussierten Anwendungsbereich des oben genannten Verfahrens, wobei Untersuchungen der Anmelderin ergaben, dass sich hierbei profilierte Oberflächen besonders vorteilhaft auswirken. Insbesondere bei Glattrohren verbessert sich der Strömungswiderstand durch die Verwendung der erfindungsgemäß profilierten Bleche. Insbesondere bei Wickelschläuchen wirkt sich die Verwendung der erfindungsgemäß profilierten Bleche vorteilhaft auf die inneren Reibungseigenschaften aus.
Weitere Vorteile und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels und den Figuren erläutert. Dabei zeigt:

Figur 1: eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Leitungselementes mit profilierter Oberflächenstruktur;
Figur 2: eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Oberflächenstrukturen auf einem Blechmaterial für das Leitungselement;
Figur 3: eine schematische Gegenüberstellung einer geschlossenen Oberflächenstruktur sowie einer offenen Oberflächenstruktur des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Figur 4: eine Gegenüberstellung einer Oberflächenstruktur mit hoher Rauheit sowie geringer Rauheit des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Figur 5: eine schematische Darstellung der vorteilhaften Auswirkungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von strukturierten Oberflächen;
Figur 6: eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit halbkugelförmigen Oberflächenprofil und ausgebildeten Schmiertaschen; und
Figur 7: eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Balgs mit einer strukturierten Oberfläche im Bereich der Verbindung von zwei Leitungselementen.

Figur 1 zeigt teilweise und schematisch ein erfindungsgemäßes Leitungselement LE. In Teilabbildung 1.1 ist ein Teilausschnitt des erfindungsgemäßen Leitungselementes LE mit einem glattzylindrischen Anschlussende oder Verbindungs-/Anlagebereich 1 dargestellt.
In Teilabbildung 1.2 ist die wellenförmige Struktur des Leitungselements LE genauer gezeigt. Erkennbar ist hier bereits, dass das exemplarisch gezeigte Leitungselement LE einen mehrlagigen Aufwand mit wenigstens zwei Lagen L1 und L2 aufweist.
In Teilabbildung 1.3 ist eine vergrößerte Ansicht eines wellenförmigen Ausschnitts des Leitungselements LE mit einer profilierten Oberfläche dargestellt, um insbesondere die Mehrlagenstruktur des Leitungselements LE zu verdeutlichen. Die Innenlage L1 weist auch ihrer der Außenlage L2 zugewandten Oberfläche eine Profilierung P auf, so dass Innenlage L1 und Außenlage L2 im Bereich dieser Profilierung miteinander in Anlage treten.
In Teilabbildung 1.4 ist ein Ausschnitt aus der Teilabbildung 1.3 in nochmals vergrößerter Darstellung gezeigt, welcher die profilierte Oberfläche der Innenlage L1 des Leitungselementes LE illustriert.
Beim Verbinden zweier Leitungselemente LE ist bevorzugt der Verbindungsbereich bzw. Anlagebereich 1 der beiden Leitungselemente LE profiliert, was sich vorteilhaft auf den Ablauf des Fertigungsprozesses und auf die erreichbare Verbindungsqualität auswirkt. Der genannte Anlagebereich 1 (vgl. Teilabbildung 1.1) kann insbesondere durch eine entsprechende Verlängerung der profilierten Innenlage L1 gegenüber der Außenlage L2 realisiert sein.
Figur 2 zeigt anhand einer schematischen Darstellung das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines Leitungselementes, umfassend eine erste Dressierwalze 3 sowie eine zweite Dressierwalze 4, welche beide eine Oberflächenstruktur 2 aufweisen. Diese Oberflächenstruktur 2 wurde mittels eines Dressierverfahrens auf die Walzenoberfläche aufgebracht. Die Pfeile M1 und M2 kennzeichnen den Drehsinn der beiden Dressierwalzen. Zwischen der ersten Dressierwalze 3 und der zweiten Dressierwalze 4 wird ein Blechmaterial 5 für ein Leitungselement geführt, welches im Verlauf des Verfahrens die Struktur der beiden Dressierwalzen 3, 4 annimmt. Der Pfeil M3 kennzeichnet die Laufrichtung des Blechmaterials 5, aus dem anschließend das Leitungselement LE geformt wird.
Die Strukturierung der Dressierwalzen 3, 4 kann gleichermaßen nur in einem Teilbereich des Walzenmantels ausgebildet sein. Zusätzlich besteht die Möglichkeit, dass lediglich eine erste Dressierwalze 3 profiliert ist und eine zweite Dressierwalze 4 als Gegendruckwalze ohne Profilierung ausgestaltet ist.
Figur 3 zeigt die Gegenüberstellung einer geschlossenen Oberflächenstruktur 6 in dem oberen Teil der Abbildung sowie einer offenen Oberflächenstruktur 7 in der unteren Teilabbildung. Die geschlossene Oberflächenstruktur 6 zeigt eine dichte Anordnung von halbkugelförmigen Erhebungen, wohingegen bei der offenen Oberflächenstruktur 7 zwischen der halbkugelförmig ausgestalteten topografischen Oberflächenstruktur Freiräume mit ebenem (glattem) Material verbleiben. Bei der offenen Oberflächenstruktur 7 sind die halbkugelförmigen Erhebungen weniger dicht angeordnet, und es befinden sich pro Flächeneinheit - vorausgesetzt die Halbkugeln haben den gleichen Durchmesser - weniger Halbkugeln auf der Oberfläche verglichen mit einer geschlossenen Oberflächenstruktur 6.
In Figur 4 sind verschiedene Oberflächenstrukturen 2 gegenübergestellt. Figur 4 beinhaltet eine obere Teilabbildung und eine untere Teilabbildung, wobei in der oberen Teilabbildung von Figur 4 ein Profil mit einer stark ausgeprägten Oberflächenstruktur 8, also mit am Durchmesser der halbkugelförmigen Erhebungen gemessen großen Durchmessern, abgebildet ist. Die untere Teilabbildung von Figur 4 zeigt eine weniger stark ausgeprägte Oberflächenstruktur 9, also mit kleineren Durchmessern der halbkugelförmigen Erhebungen. Je nach Anwendungsfall kann durch die Prozessführung beim Dressierverfahren die Oberflächenstruktur 2 beeinflusst werden hin zu einer stark oder weniger stark ausgeprägten Oberflächenstruktur 8, 9.
Figur 5 illustriert durch die Profilierung der Oberflächenstruktur 2 der Dressierwalzen 3, 4 erreichbare und im Kontext der vorliegenden Erfindung nutzbare Vorteile. Die obere Teilabbildung 5.1 verdeutlicht das verbesserte Gleitverhalten durch die Oberflächenstrukturierung. Der Pfeil M4 beschreibt die Laufrichtung des Blechmaterials 5. Das Blechmaterial 5 liegt nicht über seine komplette Oberfläche auf der Oberflächenstruktur 2 auf, sondern lediglich auf den halbkugelförmigen Erhebungen. Hierdurch wird der Traganteil reduziert und das Gleitverhalten verbessert.
Die Teilabbildung 5.2 in der Mitte von Figur 5 spiegelt die weiche Topografie der Oberflächenstruktur 2 wieder. Auch hier liegt das Blechmaterial 5 lediglich an der Oberfläche der halbkugelförmigen Erhebungen mit den größten Durchmessern auf, und der Pfeil M5 beschreibt die Laufrichtung des Blechmaterials 5. Die weiche Topografie ermöglicht eine schonendere Umformung des Blechmaterials 5.
Die Teilabbildung 5.3 zeigt ebenfalls eine Oberflächenstruktur 2 mit halbkugelförmigen Erhebungen und ein darüber angeordnetes Blechmaterial 5. Zwischen der halbkugelförmigen Struktur und dem angeordneten Blechmaterial 5 ist eine Luftpolsterschicht ausgebildet. Der Pfeil M6 kennzeichnet wiederum die Laufrichtung einer Dressierwalze.
Figur 6 zeigt eine Oberflächenstruktur 2 mit halbkugelförmigen Erhebungen und ein darüber geführtes Blechmaterial 5. Der Pfeil M7 beschreibt die Laufrichtung des Blechmaterials 5. An den Stellen, an denen sich eine Senke im Halbkugelprofil befindet, sind Schmiertaschen 10 ausgebildet. Hierdurch wird der Vorteil der verbesserten Schmiereigenschaften bei der Feuchtmittelschmierung bei einer Oberflächenstruktur 2 mit halbkugelförmigen Erhebungen verdeutlicht.
Figur 7 zeigt das oberflächenstrukturierte Blechmaterial für ein Leitungselement, wobei die Figur in drei unterschiedliche Teilabbildungen untergliedert ist. Teilabbildung 7.1 auf der linken Seite von Figur 7 bildet einen Balg aus einem Blechmaterial 5 für ein Leitungselement LE ab, welches nicht oberflächenstrukturiert ist. Verglichen hiermit zeigt Teilabbildung 7.2 in der Mitte von Figur 7 das Blechmaterial 5 für ein Leitungselement, wobei die verwendeten Dressierwalzen 3, 4 zuvor mittels des "TOPOCROM®"-Verfahrens strukturiert wurden. Teilabbildung 7.3 im rechten Teil von Figur 7 stellt demgegenüber ein Blechmaterial 5 für ein Leitungselement dar, wobei hier die Dressierwalzen mithilfe des Dressierverfahrens EDT ("Electrical Discharge Texturing") profiliert wurden. Vergleicht man die drei Varianten miteinander, zeigt sich, dass von links nach rechts (Teilabbildung 7.1, 7.2, 7.3) die Oberflächenstruktur 2 des Blechmaterials 5 für das Leitungselement ersichtlich stärker ausgeprägt ist.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Leitungselementes (LE), bei dem ein Blechmaterial (5) verwendet wird, welches mittels eines Dressierverfahrens zumindest bereichsweise mit einer Oberflächenstruktur (2) profiliert wird, und wobei das Blechmaterial (5) anschließend zu einem Leitungselement (LE) geformt wird, welches in mindestens einem Teilbereich die Oberflächenstruktur (2) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Blechmaterial (5) derart profiliert und/oder umgeformt wird, dass das Leitungselement (LE) zumindest in einem Anlagebereich (1), der zum Verbinden mit einem zweiten Leitungselement (LE) vorgesehen ist, profiliert wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Blechmaterial (5) in einem Bereich profiliert wird, in welchem es anschließend umgeformt, vorzugsweise gewellt, wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Dressierverfahren verwendet wird, welches auf dem Blechmaterial (5) im Wesentlichen halbkugelförmige Erhebungen und/oder Vertiefungen ausbildet.
Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
bei dem Dressierverfahren mindestens eine Dressierwalze (3, 4) eingesetzt wird, welche zumindest in einem Abschnitt ihres Umfangs eine Oberflächenstruktur (2) aufweist, die zum Profilieren auf das Blechmaterial (5) für das Leitungselement (LE) übertragen wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
als Dressierwalze (3, 4) eine Walze verwendet wird, deren Umfangsfläche mit einer "TOPOCROM®"-Textur versehen wurde.
Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Oberflächenstruktur (2) der Dressierwalze (3, 4) vorzugsweise eine mittlere Rauheit von 0,1-100 µm, vorzugsweise 0,2-20 µm, aufweist.
Leitungselement (LE), hergestellt nach dem Verfahren gemäß mindestens einem der vorangegangenen Verfahrensansprüche, wobei vorzugsweise das Leitungselement (LE) als Balg, Ringwellschlauch oder dergleichen ausgebildet ist.
Leitungselement (LE) nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Leitungselement (LE) einen Anlagebereich (1) für eine Verbindung mit einem zweiten Leitungselemente (LE) aufweist und in dem Anlagebereich (1), in dem es mit dem zweiten Leitungselement verbindbar ist, profiliert ist.
Leitungselement (LE) nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Leitungselement (LE) in Stahl, vorzugsweise Edelstahl, oder in Bronze oder in einem anderen metallischen Werkstoff ausgebildet ist.
Leitungselement (LE) nach mindestens einem der Ansprüche 8 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Leitungselement (LE) eine Wanddicke etwa zwischen 0,05 mm und 0,5 mm, vorzugsweise etwa zwischen 0,1 mm und 0,3 mm, aufweist.
Leitungselement (LE) nach mindestens einem der Ansprüche 8 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Leitungselement (LE) mehrlagig aus einzelnen Materialschichten aufgebaut ist, wobei wenigstens eine der Materialschichten zumindest teilweise profiliert ist, vorzugsweise in ihrem Anlagebereich (1) mit einer anderen der Materialschichten, wobei höchst vorzugsweise eine Anzahl der Materialschichten jeweils eine Wanddicke gemäß Anspruch 12 aufweist.
Verwendung eines profilierten Blechs zur Herstellung eines Leitungselementes (LE),
dadurch gekennzeichnet, dass
das zumindest in einem Teilbereich seiner Oberfläche profilierte Blechmaterial (5) zu dem Leitungselement (LE) umgeformt wird.
Verwendung eines profilierten Blechs zur Herstellung eines Leitungselementes (LE) nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Oberflächenstruktur (2) des Blechmaterials (5) zumindest teilweise in einem Anlagebereich (1) des Leitungselementes (LE) angeordnet wird, welcher Anlagebereich zum Verbinden des Leitungselementes (LE) mit zumindest einem weiteren Leitungselement vorgesehen ist.
Verwendung eines profilierten Blechs zur Herstellung eines Leitungselementes (LE) nach Anspruch 13 und 14,
dadurch gekennzeichnet, dass
der zumindest teilweise profilierte Anlagebereich zum Verbinden des Leitungselementes (LE) zur Schaffung eines Verbunds von Bälgen, Ringwellschläuchen oder dergleichen oder zur Herstellung eines mehrlagigen Leitungselementes (LE) verwendet wird.