Die vorliegende Erfindung betrifft einen Metallschlauch sowie eine Verwendung hierfür, bestehend aus einem helixförmig gewickelten, im Querschnitt S-förmigen Metallprofil. Der Querschnitt des Metallprofils weist einen ersten ebenen Profilabschnitt und einen zweiten ebenen Profilabschnitt auf, die in versetzten, zueinander parallelen, ersten und zweiten Ebenen verlaufen und über einen Verbindungsabschnitt miteinander verbunden sind. Diese setzten sich an ihren dem Verbindungsabschnitt gegenüberliegenden Ende in je einen, zur Ebene des jeweils anderen ebenen Profilabschnitts hin orientierten, zurückgebogenen Hakenabschnitt fort, der in gewickeltem Zustand zum Verhaken mit einem Hakenabschnitt einer benachbarte Metallprofilwicklung dient.
Zumindest einer der beiden Hakenabschnitte des Metallprofils ist solcherart mit einem Biegeradius versehen, dass er im gewickelten Zustand des Metallschlauchs mit einer elastischen Anpresskraft an dem ersten oder zweiten ebenen Profilabschnitt der benachbarten Metallprofilwicklung anliegt.
Matthies, Jens-Uwe (76135, Karlsruhe, DE)
| DE60205816T2 | N/A | 2006-07-06 | ||
| DE3742195A1 | N/A | 1989-06-22 | ||
| DE7326888U | N/A |
| 20010015233 | 2001-08-23 | |||
| JP2006329365A | 2006-12-07 |
2. Metallschlauch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Biegeradius (C1, C2) zumindest in demjenigen Bereich des Hakenabschnitts (
3. Metallschlauch nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Biegeradius (C1, C2) vom ebenen Profilabschnitt (
4. Metallschlauch nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Hakenabschnitt (
5. Metallschlauch nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der ebene Profilabschnitt (
6. Metallschlauch nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die verschleißreduzierende Beschichtung (
7. Metallschlauch nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der S-förmige Querschnitt des Metallprofils (
8. Verwendung eines Metallschlauchs nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7 als gasstromführendes Bauteil innerhalb des lichten Innenraums eines Metallbalgs in einem flexiblen Leitungsteil einer Abgasanlage eines Verbrennungsmotors.
Die Erfindung betrifft einen Metallschlauch, bestehend aus einem helixförmig gewickelten, im Querschnitt S-förmigen Metallprofil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie die Verwendung eines solchen.
Das Metallprofil, aus dem ein Metallschlauch der vorliegenden Art besteht, umfasst in seinem Querschnitt einen ersten ebenen Profilabschnitt und einen zweiten ebenen Profilabschnitt, die in versetzten, zueinander parallelen ersten und zweiten Ebenen verlaufen und über einen Verbindungsabschnitt miteinander verbunden sind. Ferner sind an dem ersten und zweiten ebenen Profilabschnitt, an deren dem Verbindungsabschnitt gegenüberliegenden Ende, Hakenabschnittte angeformt, die hakenförmig in Richtung zur Ebene des jeweils anderen ebenen Profilabschnitts zurückgebogen und dazu vorgesehen sind, sich im gewickelten Zustand mit einem Hakenabschnitt einer benachbarten Metallprofilwicklung zu verhaken, so dass die einzelnen Wicklungen mit den jeweils benachbarten Wicklungen ineinandergreifen und so die Stabilität des fertigen Metallschlauchs sichern. Da das Metallprofil in der Regel so geformt ist, dass die Hakenabschnitte kürzer ausgebildet sind, als die ebenen Profilabschnitte, ist die Verhakung der benachbarten Wicklungen nicht starr, sondern die Wicklungen können sich innerhalb der Differenz zwischen der auf den zugehörigen ebenen Profilabschnitt projizierten Länge des Hakenabschnitts und der Länge des ebenen Profilabschnitts gegeneinander bewegen. Diese Beweglichkeit führt dazu, dass der Metallschlauch insgesamt beweglich ist, d. h. längenveränderlich ist und gebogen werden kann.
Metallschläuche dieser Art sind unter der Bezeichnung Agraffschlauch seit langem bekannt. Sie werden insbesondere in Abgasanlagen von Verbrennungsmotoren eingesetzt, wo sie ein Element eines flexiblen Leitungsteils zum Entkoppeln von Vibrationen bilden, die der pulsierende Abgasstrom des Verbrennungsmotors erzeugt, sowie von Lastwechselbewegungen und Wärmeausdehnungsbewegungen. Ein solches flexibles Leitungsteil umfasst neben einem Agraffschlauch außerdem einen, diesen koaxial umgebenden Metallbalg und gegebenenfalls weitere Bauelemente, wie ein Gestrickeschlauch, der den Metallbalg außen umgibt und dergleichen. Die Aufgabe des Agraffschlauchs bzw. des Metallschlauchs der vorliegenden Art in einem solchen flexiblen Leitungsteil besteht hauptsächlich darin, den Abgasstrom zu führen und Verwirbelungen innerhalb der Wellungen des Metallbalgs zu verhindern sowie den Metallbalg gegebenenfalls vor allzu hoher Temperaturbelastung durch den heißen Abgasstrom zu schützen. Daneben soll der Agraffschlauch zwar beweglich sein, so dass er Bewegungen des Balgs bzw. Relativbewegungen der durch den Balg verbundenen Abgasleitungen mitmachen kann und diese Bewegungen nicht behindert. Gleichzeitig soll er bei Bewegungen eine innere Reibung aufweisen, um eine Verlustarbeit des Gesamtsystems bei Bewegungen zu erzeugen. Dies dient dazu, die Eigenschwingungen des Metallbalgs zu dämpfen und so eine Resonanz bei Schwingungen im Bereich der Eigenfrequenzen zu verhindern. Denn Resonanzen sind nachteilig, da zum einen entsprechende Schwingungsfrequenzen nicht entkoppelt werden und zum anderen die Gefahr einer Zerstörung des flexiblen Leitungsteils aufgrund hoher Bewegungsamplituden besteht.
Im Stand der Technik werden Agraffschläuche, insbesondere für die oben genannte Verwendung in einem flexiblen Leitungsteil einer Abgasanlage, nicht nur aus einem im Querschnitt S-förmigen Metallprofil gewickelt, sondern die ineinander verhakten Hakenabschnitte des Metallprofils benachbarter Wicklungen werden radial gegeneinander verpresst, um sicherzustellen, dass sich der fertige Metallschlauch nicht wieder aufwickelt und dass sich die benachbarten Wicklungen nur gegen eine Reibungskraft relativ zueinander bewegen können, also eine innere Reibung vorliegt, die bei Bewegungen die erwünschte Verlustarbeit erzeugt.
Das radiale Verpressen der Hakenabschnitte bzw. Agraffen des Agraffschlauchs führt allerdings dazu, dass der fertige Metallschlauch keinen kreisrunden Querschnitt aufweist, die einzelnen Wicklungen also nicht entlang eines Kreisbogens bzw. einer Schraubenlinie verlaufen. Der Querschnitt des Metallschlauchs wird vielmehr zu einem Polygon, das die Kreisform lediglich annähert. Die Schraubenlinie der Wicklungen des Metallprofils knicken also in regelmäßigen Abständen ab, so dass der Radius des Metallschlauchs nicht konstant ist, sondern einen unstetigen Verlauf mit Knacken aufweist.
Bei der Verwendung eines Metallschlauchs der vorliegenden Art in einem flexiblen Leitungsteil einer Abgasanlage eines Verbrennungsmotors ist der polygonförmige Querschnitt bislang nicht als Problem gesehen worden. Allerdings war zu beobachten, dass die Verlustarbeit eines solchen flexiblen Leitungsteils nach einer gewissen Betriebszeit abnimmt und hierdurch Resonanzschwingungen zunehmen, was letztendlich zu einem vorzeitigen Versagen des flexiblen Leitungsteils insgesamt führen kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Metallschlauch der eingangs genannten Art zu verbessern, so dass er insbesondere seine innere Reibung auch bei Verwendungen wie in einem flexiblen Leitungsteil einer Abgasanlage eines Verbrennungsmotors länger als bisher beibehält.
Gelöst ist diese Aufgabe durch einen Metallschlauch mit den Merkmalen des beigefügten Anspruchs 1. Bevorzugte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Metallschlauchs sind in den Ansprüchen 2 bis 7 niedergelegt. Eine vorteilhafte Verwendung des erfindungsgemäßen Metallschlauchs findet sich im Anspruch 8.
Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass die Polygonform des Querschnitts eines herkömmlichen Agraffschlauchs nachteilig sein kann. Denn in aller Regel ist die innere Reibung an den Polygonecken sehr viel höher als im restlichen Umfang des Metallschlauchs, wobei es sogar vorkommt, dass zwischen den Polygonecken gar keine innere Reibung bei den ineinander verhakten Wicklungen vorliegt. Insbesondere bei der Verwendung in einem flexiblen Leitungsteil einer Abgasanlage eines Verbrennungsmotors ist ein Metallschlauch der vorliegenden Art jedoch lange Zeit intensiven Bewegungen, insbesondere Schwingungen ausgesetzt, so dass die in den Polygonecken aneinander reibenden Bereiche der Metallprofilwicklungen vergleichsweise rasch verschleißen. Dieser Verschleiß hat zur Folge, dass die innere Reibung eines bekannten Agraffschlauchs insgesamt und somit seine schwingungsdämpfende Eigenschaft abnimmt, was letztendlich zum vorzeitigen Ausfall des gesamten flexiblen Leitungsteils führen kann.
Ausgehend von diesen erfindungsgemäßen Erkenntnissen wird gemäß der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, auf das Verpressen der Hakenabschnitte der Metallprofilwicklungen gegeneinander, das letztendlich zur Polygonform des Metallschlauchquerschnitts führt, zu verzichten, und statt dessen die Hakenabschnitte des Metallprofils bzw. zumindest einen der beiden Hakenabschnitte des Metallprofils solcherart mit einem Biegeradius zu versehen, dass er in gewickeltem Zustand des Metallschlauchs mit einer elastischen Anpresskraft an dem ersten bzw. zweiten ebenen Profilabschnitt der benachbarten Metallprofilwicklung anliegt. Der entsprechende Hakenabschnitt wird also nicht wie bisher solcherart zurückgebogen, dass er widerstandslos in den entsprechenden Hakenabschnitt der benachbarten Wicklung eingreift, sondern er wird insofern nur unvollkommen zurückgebogen, dass er gegen eine elastische Rückstellkraft in die Verhakung mit der benachbarten Wicklung gezwungen werden muss. Im Ergebnis liegt er dann mit einer elastischen Anpresskraft am entsprechenden ebenen Profilabschnitt der benachbarten Wicklung an. Diese elastische Anpresskraft sorgt für die gewünschte innere Reibung des Metallschlauchs. Daneben verhindert sie, dass sich der Metallschlauch wieder aufwickelt. Ein Verpressen der Hakenabschnitte erübrigt sich damit, so dass der erfindungsgemäße Metallschlauch einen kreisrunden Querschnitt aufweisen und das Metallprofil in einer stetigen Krümmungslinie gewickelt werden kann. Die bisherige, erfindungsgemäß als nachteilig erkannte Polygonform des Metallschlauchquerschnitts entfällt.
Da die innere Reibung des erfindungsgemäßen Metallschlauchs durch eine elastische Anpresskraft zwischen den einzelnen Wicklungen erzeugt wird, die sich gleichmäßig über den gesamten Umfang des Metallschlauchs verteilt, ist der Verschleiß an den gegeneinander reibenden Teilen naturgemäß sehr viel geringer, denn die Erzeugung der Verlustarbeit verteilt sich auf eine sehr viel größere Fläche als im Stand der Technik. Darüber hinaus gewährleistet die elastische Anpresskraft, dass sich die gegeneinander reibenden Teile selbst dann, wenn nennenswerter Verschleiß zu beobachten ist, selbsttätig nachstellen und den reibenden Kontakt nicht verlieren. Verschleißeffekte führen also beim erfindungsgemäßen Metallschlauch nicht mehr dazu, dass die innere Reibung und damit die Verlustarbeit bei Schwingungen mit der Zeit abnimmt. Die Nachteile insbesondere bei der oben beschriebenen, bevorzugten Verwendung eines Metallschlauchs der vorliegenden Art in einem flexiblen Leitungsteil einer Abgasanlage sind mit der vorliegenden Erfindung also beseitigt; die Standzeit eines flexiblen Leitungsteils mit erfindungsgemäß ausgestaltetem Metallschlauch ist signifikant höher.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung verläuft der Biegeradius des Hakenabschnitts des Metallprofils zumindest in demjenigen Bereich des Hakenabschnitts, der in gewickeltem Zustand an einem ebenen Profilabschnitt der benachbarten Metallprofilwicklung anliegt, stetig, also ohne Abkantungen oder gerade Abschnitte des Profilquerschnitts. Hierdurch entsteht eine gegen den ebenen Profilabschnitt der benachbarten Wicklung weisende, konvex gewölbte Oberfläche, so dass eine hohe Beweglichkeit der Wicklungen gegeneinander und eine stabile elastische Anpresskraft gleichzeitig gegeben sind. Außerdem wird hierdurch das Ineinander-Verhaken beim Wickeln des Metallschlauchs erleichtert. Bevorzugterweise verläuft der Biegeradius des Hakenabschnitts schon vom ebenen Profilabschnitt ausgehend, aus dem er hervorgeht, stetig.
Besondere Vorteile ergeben sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung, wenn die mit der erfindungsgemäßen elastischen Anpresskraft aneinanderliegenden Oberflächen mit einer verschließreduzierenden Beschichtung, insbesondere einer Nitritbeschichtung versehen sind. Dies kann so umgesetzt werden, dass der Hakenabschnitt zumindest in demjenigen Bereich, der im gewickelten Zustand an einem ebenen Profilabschnitt der benachbarten Metallprofilwicklung anliegt, eine Kontaktoberfläche mit einer verschleißreduzierenden Beschichtung aufweist, oder dass der eben genannte ebene Profilabschnitt mit einer verschleißreduzierenden Beschichtung versehen ist. Es können auch beide Bereiche des Metallprofils mit einer verschleißreduzierenden Beschichtung versehen sein. Diese kann recht einfach auf des ebene Metallband aufgebracht werden, aus dem dann das Metallprofil geformt wird, welches durch Wickeln letztendlich den erfindungsgemäßen Metallschlauch bildet.
Die verschleißreduzierende Beschichtung in dieser bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung reduziert den Verschleiß der bei insbesondere Schwingungsbewegungen des Metallschlauchs aneinander reibenden Oberflächen nochmals zusätzlich, so dass die eingangs genannte Problemstellung nochmals verbessert gelöst ist.
Der S-förmige Querschnitt des erfindungsgemäßen Metallprofils kann im Wesentlichen punktsymmetrisch geformt sein, was fertigungstechnische Vorteile bietet. Dies bedeutet insbesondere, dass beide Hakenabschnitte des Querschnitts des Metallprofils, aus dem der Metallschlauch gewickelt wird, mit einem Biegeradius versehen sind, der die erfindungsgemäße elastische Anpresskraft bewirkt.
Der erfindungsgemäße Metallschlauch wird bevorzugt als gasstromführendes Bauteil innerhalb des lichten Innenraums eines Metallbalgs in einem flexiblen Leitungsteil, insbesondere einem Entkoppelelement, in einer Abgasanlage eines Verbrennungsmotors verwendet.
Ein Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäß ausgestalteten Metallschlauch und die erfindungsgemäßen Unterschiede zu einem Metallschlauch nach dem Stand der Technik werden im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:
Um die Verhakung der einzelnen Wicklungen
Wie anhand
Anhand der Darstellung in
In
Im Unterschied zum Stand der Technik, der in
Eine solche elastische Anpresskraft ist, wie
Wie
Darüber hinaus bietet der im Ausführungsbeispiel nach
Wie das in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiel verdeutlicht, stellt die Erfindung einen Metallschlauch zur Verfügung, dessen innere Reibung sehr viel genauer als bisher designed werden kann und langzeitstabil im Wesentlichen konstant bleibt. Darüber hinaus vereinfacht sich die Fertigung des Metallschlauchs, und er ist bei vergleichbarer innerer Reibung deutlich beweglicher als ein Metallschlauch nach dem Stand der Technik. Schließlich besteht auch die Gefahr von Verkantungen der einzelnen Wicklungen gegeneinander nicht mehr, wenn der erfindungsgemäße Metallschlauch gebogen bzw. abgeknickt wird.