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Dokumentenidentifikation DE102005048479A1 12.04.2007
Titel Metallschlauchanordnung mit Innen- und Außenschlauch
Anmelder Westfalia Metallschlauchtechnik GmbH & Co. KG, 57271 Hilchenbach, DE
Erfinder Baumhoff, Dietmar, 57080 Siegen, DE;
Münker, Karl-Heinz, 57271 Hilchenbach, DE;
Bender, Frank, Dipl.-Ing., 57489 Drolshagen, DE;
Hauk, Stefan, Dr. Ing., 57271 Hilchenbach, DE;
Weiß, Matthias, 57271 Hilchenbach, DE
Vertreter Beckmann, J., Dipl.-Phys. Dr.rer.nat., Pat.-Anw., 57462 Olpe
DE-Anmeldedatum 07.10.2005
DE-Aktenzeichen 102005048479
Offenlegungstag 12.04.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.04.2007
IPC-Hauptklasse F16L 9/18(2006.01)A, F, I, 20051007, B, H, DE
IPC-Nebenklasse F16L 9/02(2006.01)A, L, I, 20051007, B, H, DE   F01N 7/08(2006.01)A, L, I, 20051007, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft eine Metallschlauchanordnung (1) für Abgasleitungen von Kraftfahrzeugen, welche einen Innenschlauch (10) mit eingehakter oder agraffartiger Bindung sowie einen balgartigen Außenschlauch (20) umfasst. Der Innenschlauch (10) und der Außenschlauch (20) sind dabei entlang ihrer axialen Erstreckung in regelmäßigen Abständen miteinander verbunden. Insbesondere können sie über eine schraubenförmig umlaufende Rollnahtschweißung (30) miteinander gekoppelt sein. Der Außenschlauch (20) ist vorzugsweise zweilagig aus einem gewickelten Metallband (21) hergestellt.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Metallschlauchanordnung, welche insbesondere als Entkopplungselement für Abgasleitungen von Kraftfahrzeugen verwendet werden kann, und welche einen Innenschlauch sowie einen diesen umgebenden Außenschlauch aus Metall mit ring- oder schraubenförmig umlaufenden Mantelwellen aufweist.

Aus der DE 38 04 208 A1 ist eine Metallschlauchanordnung bekannt, bei der ein Innenschlauch und ein Außenschlauch an ihren Enden zusammengehalten werden. Der Vorteil eines solchen Doppelschlauches besteht darin, dass in einer Aufgabenteilung einer der Schläuche (z. B. der Außenschlauch) die Gasdichtheit und der andere Schlauch die Abgasführung der Anordnung gewährleistet. Des Weiteren ist aus der EP 1 467 072 A1 einen Metallschlauchanordnung bekannt, bei welcher ein in sich nicht stabiler Innenschlauch durch direkten oder indirekten Kontakt mit einem balgförmigen Außenschlauch stabilisiert wird. Bei einer Metallschlauchanordnung gemäß der DE 198 20 863 A1 werden der Innenschlauch und der Außenschlauch zusätzlich an einem Zwischenpunkt entlang ihrer axialen Erstreckung miteinander z. B. durch Schweißen verbunden, um Kontaktgeräusche zu reduzieren.

Vor diesem Hintergrund war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Metallschlauchanordnung der eingangs genannten Art mit verbesserten Stabilitäts- und Schwingungseigenschaften bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird durch eine Metallschlauchanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen enthalten.

Die erfindungsgemäße Metallschlauchanordnung, welche sich insbesondere als Entkopplungselement für Abgasleitungen von Kraftfahrzeugen eignet, umfasst einen Innenschlauch aus Metall mit ring- oder schraubenförmig umlaufenden Mantelwellen sowie einen Außenschlauch aus Metall mit ring- oder schraubenförmig umlaufenden Mantelwellen, wobei der Außenschlauch den Innenschlauch umgibt. Eine "Mantelwelle" bezeichnet in diesem Zusammenhang eine im Prinzip beliebige Abweichung der Mantelform von einem glatten Zylinder, insbesondere eine radiale Einschnürung oder eine radiale Ausbauchung des Schlauchmantels. Ringförmige Mantelwellen schließen sich dabei definitionsgemäß nach einem Umlauf um den Mantel, während bei schraubenförmigen Mantelwellen Anfang und Ende der Mantelwelle nach einem Umlauf um den um die zugehörige Ganghöhe in axialer Richtung versetzt sind. Die Metallschlauchanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass über ihre gesamte axiale Erstreckung hinweg mindestens jede vierte Windung der Mantelwellen des Innenschlauches mit dem Außenschlauch in einem Punkt verbunden ist. Vorzugsweise ist jede Windung der Mantelwellen des Innenschlauches mit dem Außenschlauch in mindestens einem Punkt verbunden. Unter der "Windung einer Mantelwelle" wird diesbezüglich in üblicher Weise ein vollständiger (360°) Umlauf einer Mantelwelle verstanden. Die Verbindungen zwischen Außenschlauch und Innenschlauch können punktförmig, insbesondere aber auch linienförmig oder flächig sein. Des Weiteren müssen entlang der axialen Erstreckung der Metallschlauchanordnung die Abstände zwischen zwei benachbarten Verbindungsstellen nicht überall gleich groß sein, d. h. es kann zum Beispiel in einem Bereich jede zweite Mantelwellen-Windung und ansonsten jede Mantelwellen-Windung des Innenschlauches mit dem Außenschlauch verbunden sein.

Ein Vorteil der beschriebenen Metallschlauchanordnung besteht darin, dass sich der Außenschlauch und der Innenschlauch gegenseitig auf ihrer gesamten Länge stabilisieren, da sie in kurzen Abständen miteinander verbunden sind. Dabei wird insbesondere auch eine enge Kopplung der Axialbewegungen von Innenschlauch und Außenschlauch erreicht. Demgegenüber besteht bei herkömmlichen Doppelschlauchanordnungen eine feste Verbindung in der Regel nur am Anfang und Ende der gesamten Anordnung und gegebenenfalls noch an einem weiteren Zwischenpunkt, während die Schläuche ansonsten axial und radial unabhängig voneinander beweglich sind. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Metallschlauchanordnung besteht darin, dass es aufgrund der durchgehenden Verbindungen zwischen den Schläuchen zu weniger Störgeräuschen durch ein Aneinanderschlagen der Schläuche kommt.

Optional kann jede Mantelwelle des Außenschlauches mit dem Innenschlauch verbunden sein. Alternativ kann jede mindestens zweite oder allgemein mindestens jede n-te Mantelwelle des Außenschlauches mit dem Innenschlauch verbunden sein (wobei n ≥ 2 ist); in diesem Falle verbleibt zwischen den Verbindungsstellen noch eine axiale Flexibilität des Außenschlauches.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Metallschlauchanordnung ist jede Mantelwellen-Windung des Innenschlauches in mindestens einem Punkt mit dem Außenschlauch verbunden. Auf diese Weise wird eine maximale Stabilität erreicht.

Für die Art der Verbindung zwischen Innenschlauch und Außenschlauch kommen zahlreiche Möglichkeiten in Frage. Insbesondere können der Innenschlauch und der Außenschlauch formschlüssig und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden sein. Eine stoffschlüssige Verbindung wird beispielsweise durch Löten oder Kleben, insbesondere aber auch durch thermisches Fügen (Schweißen) erreicht. Bei den Schweißverbindungen sind insbesondere das Laserschweißen sowie das Rollnahtschweißen bevorzugt.

Vorzugsweise sind der Innenschlauch und der Außenschlauch entlang von schraubenförmigen Mantelwellen-Windungen des Innenschlauches oder des Außenschlauches im Wesentlichen durchgehend miteinander verbunden. Auf diese Weise wird eine besonders hohe Stabilität erzielt und die Existenz von Bereiche vermieden, welche zu klappernden Kontakten zwischen Innenschlauch und Außenschlauch führen könnten. Ferner kann bei Verwendung von gewickelten Schläuchen mit den durchgehenden Nähten eine absolute Gasdichtheit erreicht werden.

Der Innenschlauch kann insbesondere aus einem gewickelten Metallband bestehen. Vorzugsweise hat dieses Metallband dabei eine eingehakte oder eine agraffartige Bindung. Derartige Bindungen sind beispielsweise aus der DE 101 13 182 C2 bekannt. Die Bindung des Innenschlauches kann im Übrigen verhältnismäßig locker ausgebildet werden, da eine Stabilisierung dieses Schlauches durch die Verbindungen mit dem Außenschlauch erreicht wird.

Der Außenschlauch weist vorzugsweise balgartige Mantelwellen auf, d. h. eine im axialen Schnitt wellenförmige Struktur mit großen Abständen zwischen Wellentälern und Wellenbergen. Die genannten Abstände sind typischerweise um ein Vielfaches größer als die Wandstärke des Außenschlauches bzw. betragen typischerweise ca. 5% bis 100% des Innendurchmessers des Außenschlauches. Durch die balgartige Struktur erhält der Außenschlauch eine große axiale Flexibilität, aufgrund derer er z. B. der Beweglichkeit eines längenveränderlichen Innenschlauches folgen kann.

Vorteilhafterweise ist der Außenschlauch im Wesentlichen gasdicht ausgebildet, so dass die gesamte Metallschlauchanordnung gasdicht und damit besonders geeignet für den Einsatz in Abgasleitungen von Kraftfahrzeugen wird.

Des Weiteren besteht der Außenschlauch optional aus einem gewickelten Metallband. Insbesondere kann dieses Metallband dabei mindestens zweilagig gewickelt sein, um eine entsprechende Steigerung der Stabilität und Gasdichtheit des Außenschlauches zu erreichen.

Im Folgenden wird die Erfindung mit Hilfe einer Figur beispielhaft erläutert, welche schematisch einen Schnitt durch einen Wandabschnitt einer erfindungsgemäßen Metallschlauchanordnung 1 mit einem Innenschlauch 10 und einem Außenschlauch 20 zeigt.

Die Metallschlauchanordnung 1 kann Teil eines Entkopplungselementes sein, wie es beispielsweise in Kraftfahrzeugen zwischen dem Motor und den Abgasleitungen eingesetzt wird. Für derartige Entkopplungselemente ist es wichtig, dass sie einerseits in axialer und radialer Richtung ausreichend flexibel sind und andererseits gasdicht, um das Austreten von Abgasen zu verhindern. Insbesondere wenn aus (profilierten) Metallbändern gewickelte Schläuche verwendet werden, muss zudem gleichzeitig auf eine ausreichende Formstabilität geachtet werden.

Bei der gezeigten Metallschlauchanordnung 1 werden die vorstehend aufgezählten Anforderungen in vorteilhafter Weise durch die Kombination eines gewickelten Innenschlauches 10 mit einem gewickelten Außenschlauch 20 erzielt. Der Außenschlauch 20 besteht dabei aus einem balgförmig profilierten Metallband 21, dessen Windungen sich über die axiale Distanz D erstrecken und auf dieser Breite vier Mantelwellen beinhalten. Das Metallband 21 ist schraubenförmig mit einer Ganghöhe von D/2 so gewickelt, dass eine nachfolgende Wickelwindung die vorhergehende Wickelwindung 21' in axialer Richtung zur Hälfte überlappt. Auf diese Weise entsteht die dargestellte zweilagige Balggeometrie, bei welcher Wellenberge 22 im axialen Abstand d von typischerweise 2 bis 10 mm auf Wellentäler 23, 24 folgen. Die radiale Dicke H des Balges beträgt vorzugsweise 6 bis 16 mm.

Der Innenschlauch 10 ist im dargestellten Beispiel ein aus einem profilierten Metallband 11 mit der Ganghöhe D/2 gewickelter Schlauch mit agraffartiger Bindung. Das radial nach außen zurückgebogene (in der Figur rechte) Ende 12 des Metallbandes 11 verhakt sich dabei mit dem radial nach innen zurückgebogenen anderen (linken) Ende 13 der benachbarten Wickelwindung des Metallbandes 11. Auf diese Weise wird ein in axialer Richtung streck- bzw. stauchbarer Metallschlauch 10 erzeugt, wobei in der Figur die maximal gestreckte Konfiguration dargestellt ist.

Die Besonderheit der Metallschlauchanordnung 1 besteht darin, dass der Innenschlauch 10 und der Außenschlauch 20 entlang ihrer axialen Erstreckung durchgehend in regelmäßigen Abständen miteinander verbunden sind. Im dargestellten Beispiel liegt dabei eine Schweißverbindung zwischen jeder Mantelwelle 14 des Innenschlauches 10 und jeder zweiten Mantelwelle 24 des Außenschlauches 20 vor. Aufgrund der zweilagigen Wicklung des Außenschlauches 20 ist daher jede Windung des äußeren Metallbandes 21 mit jeder Windung des inneren Metallbandes 11 verbunden. Die zugehörigen Schweißstellen 30 befinden sich am Kontaktpunkt zwischen einem Wellental 24des Außenschlauches 20 und einem radial außen liegenden Abschnitt 14 des Innenschlauches 10.

Vorzugsweise ist die Verbindung 30 als eine Rollnahtschweißung ausgeführt, welche sich kontinuierlich schraubenförmig umlaufend entlang der gesamten Metallschlauchanordnung 1 zieht. Beim Rollnahtschweißen befinden sich die zu verschweißenden Flächen zwischen zwei darauf abrollenden Rädern, wobei in kurzer Folge Stromimpulse durch die Räder geschickt werden, die durch Widerstandsschweißen eine quasi kontinuierliche Kette von Schweißpunkten erzeugen. Der Vorteil einer kontinuierlich umlaufenden Schweißnaht ist, dass sie aus den im Prinzip gasundichten Wickelschläuchen eine absolut gasdichte Anordnung schafft.

Im Wellental 24 des Außenschlauches 20 treffen gerade Ende, Mitte und Anfang einer vorhergehenden, aktuellen und nachfolgenden Wickelwindung des Metallbandes 21 aufeinander, so dass der Außenschlauch 20 in diesem schmalen Bereich dreilagig ist. Durch die Rollnahtschweißung werden somit vorteilhafterweise nicht nur Außenschlauch und Innenschlauch miteinander verbunden, sondern auch die genannten drei Wickellagen des Außenschlauches 20.


Anspruch[de]
Metallschlauchanordnung (1), insbesondere für Abgasleitungen von Kraftfahrzeugen, umfassend

– einen Innenschlauch (10) aus Metall mit ring- oder schraubenförmig umlaufenden Mantelwellen (14);

– einen den Innenschlauch (10) umgebenden Außenschlauch (20) aus Metall mit ring- oder schraubenförmig umlaufenden Mantelwellen (22, 23, 24),

dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Anfang und Ende der Metallschlauchanordnung (1) mindestens jede vierte Mantelwellen-Windung des Innenschlauches (10) mit dem Außenschlauch (20) in mindestens einem Punkt (30) verbunden ist.
Metallschlauchanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens jede n-te Mantelwelle des Außenschlauches (20) mit dem Innenschlauch (10) verbunden ist, wobei n ≥ 2 ist. Metallschlauchanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenschlauch (10) und der Außenschlauch (20) formschlüssig und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Metallschlauchanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenschlauch (10) und der Außenschlauch (20) durch thermisches Fügen verbunden sind, insbesondere durch Rollnahtschweißen oder Laserschweißen. Metallschlauchanordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenschlauch (10) und der Außenschlauch (20) entlang von schraubenförmigen Mantelwellen-Windungen des Innenschlauches (10) oder des Außenschlauches (20) im Wesentlichen durchgehend miteinander verbunden sind. Metallschlauchanordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenschlauch (10) aus einem gewickelten und profilierten Metallband (11) besteht. Metallschlauchanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallband (11) eine eingehakte oder eine agraffartige Bindung hat. Metallschlauchanordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenschlauch (20) gasdicht ist. Metallschlauchanordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenschlauch (20) balgartige Mantelwellen (22, 23, 24) hat. Metallschlauchanordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenschlauch (20) aus einem vorzugsweise mindestens zweilagig gewickelten Metallband (21) besteht.






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