DE102009042755A1

DE102009042755A1 - Hundert Prozent Wickelschlauch

Info

Publication number: DE102009042755A1
Application number: DE102009042755A
Authority: DE
Inventors: Matthias Weiss; Karl-Heinz MÜNKER; Dietmar Baumhoff; Andreas Gerhard; Karsten Dipl.-Ing. Schenk; Michael Dr.-Ing. Henkelmann; Oliver Dipl.-Ing. Selter; Stefan Dr.-Ing. Hauk
Original assignee: Westfalia Metallschlauchtechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Westfalia Metallschlauchtechnik GmbH and Co KG
Priority date: 2009-09-25
Filing date: 2009-09-25
Publication date: 2011-03-31
Also published as: US20110232796A1; BR112012006697B1; US8973618B2; WO2011036245A1; DE112010003781A5; BR112012006697A2

Abstract

Beschrieben wird ein Wickelschlauch mit einer Streckung von mindestens 100%. Er besteht aus mindestens zwei in ihrer Geometrie unteschiedlichen Profilen. Seine axiale Länge im gestauchten Zustand wird im Wesentlichen durch eines der beiden Profile und seine axiale Länge im gestreckten Zustand durch alle in der Schlauchgeometrie enthaltenen Profile bestimmt. Um dies zu erreichen, fahren die unterschiedlichen Profile beim Stauchen und Strecken teleskopartig ineinander. Der 100%-Wickelschlauch findet beispielsweise in Abgasanlagen zur Isolierung gebogener Rohrleitungen Anwendung. Zur Ummantelung industrieüblicher, kleinster Biegeradien von 1 · D (Rohrdurchmesser gleich Biegeradius) sind die erforderlichen Streckwerte mindestens 100%.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schlauch, hergestellt durch schraubengangförmiges, mehrlagiges Wickeln von profiliertem Bandmaterial mit vorzugsweise eingehakter oder aber agraffartiger Bindung der Wickellagen.
Vor allem im PKW-Bereich, aber auch bei Nutzfahrzeugen sind solche Wickelschläuche als so genannte Liner zur Abgasführung in Entkopplungselementen von Abgasanlagen bekannt. Sie werden in gasdichte Metallbälge eingebracht, um zusätzliche Turbulenzen im Abgasstrom zu vermeiden und um gleichermaßen die thermischen und akustischen Isolationseigenschaften des Entkopplungselements zu verbessern.
Im Nutzfahrzeugbereich werden Wickelschläuche oftmals alleine, d. h. mit Anschlusstechnik jedoch ohne umhüllenden Metallbalg als Entkopplungselement in den Abgasanlagen eingesetzt. Aufgrund einer zwar geringen, aber dennoch zulässigen Restleckage ist hier in vielen Fällen keine gasdichte Hülle erforderlich. Ein einfaches Ausführungsbeispiel für die als Entkopplungselement eingesetzten Metallschläuche ist der so genannte Agraff-Schlauch. Weitere Ausführungsbeispiele, die gegenüber dem Agraff-Schlauch noch geringere Abgas-Leckagen aufweisen, sind durch die Schriften DE 344 1064 C2 sowie DE 101 13 180 C2 bekannt geworden. Alle bekannten Ausführungsformen der Wickelschläuche sind in ihrer Endkontur mehrlagig, werden jedoch stets aus einem einzigen, in der Ursprungsform ebenen Metallband hergestellt.
Da weltweite gesetzliche Vorschriften den Schadstoff-Ausstoß von Nutzfahrzeugen zukünftig deutlich nach unten regulieren, werden Abgasanlagen zukünftig vermehrt mit Nachbehandlungsmodulen wie z. B. Russpartikel-Filtern und SCR-Systemen ausgestattet werden. Die Funktionsfähigkeit der Abgas-Nachbehandlungen ist in starkem Maß von der Temperatur des Abgases abhängig, mit der es in die Nachbehandlung eintritt. Dies gilt im Fall der SCR-Systeme für die katalytische Reaktion, die möglichst kurz nach dem Startvorgang zu einer nahezu vollständigen Reduktion der Stickoxide führen soll. Im Fall des Partikelfilters kann die passive Regenerierung nur beim Überschreiten einer Mindest-Abgastemperatur erfolgen. Die aktive Regenerierung, die z. B. durch das Einspritzen von unverbranntem Diesel in die Abgasanlage initialisiert wird, arbeitet ebenfalls umso effektiver, je höher die Abgastemperaturen sind. Daraus ergibt sich die Forderung, dass die Temperaturverluste im Abgas von seinem Weg vom Turbo-Ausgang bis hin zum Eingang in die Nachbehandlung zu minimieren sind.
Von dieser Forderung sind alle Teile der Abgasleitung betroffen, dies sind in der Regel gerade und gebogene Rohrstücke sowie in vielen Fällen ein flexibles Leitungselement. Alle genannten Komponenten werden im Idealfall thermisch isoliert.
Vorzugsweise geschieht dies im PKW-Bereich durch eine sogenannte Luftspalt-Isolierung. D. h. die Abgasleitungen direkt hinter dem Motor und bis hin zum Katalysator werden doppelwandig ausgeführt. Eine ökonomische Alternative zur doppelwandigen Ausführung ist das Aufbringen von Abschirmblechen auf eine einwandige Abgasleitung.
Im Nutzfahrzeugbereich werden flexible Leitungselemente in vielen Fällen mit einer Luftspalt-Isolierung versehen. Starre Rohrleitungen hingegen, vor allem gebogene Rohre, werden in der Regel nicht doppelwandig ausgeführt. Dies vor allem, da das Biegen doppelwandiger Rohre im relevanten Durchmesserbereich von 77 mm bis hin zu 140 mm technisch aufwändig bis hin zu schwierig ist. Dies insbesondere, da in diesem Durchmesserbereich kleinste Biegeradien von 1·D (Biegeradius = Rohrdurchmesser) inzwischen der industrielle Standard sind und in der überwiegenden Anzahl der Fälle nur aus einem einwandigen Rohr prozesssicher hergestellt werden können.
Deshalb ist das manuelle Aufbringen von Isolationen nach der schweißtechnischen Fertigstellung der Abgasführungen im Nutzfahrzeug-Bereich heute die Regel. Oftmals werden vorkonfektionierte Isolationskissen um die Rohrleitungen gewickelt oder aber E-Glas Gewebe unter einer hermetisch verschweißten Verkleidung aus dünnen, vorgeformten Blechen auf den geraden und gebogenen Rohrabschnitten angebracht.
Dieser große manuelle Arbeitsaufwand steht einer Standardisierung bzw. Industrialisierung des Aufbringens thermischer Isolationen entgegen. Die Standardisierung und Industrialisierung ist anzustreben, da zukünftig der überwiegende Anteil der Abgasführungen zwischen Turbo-Ausgang und Eingang in die Nachbehandlung im Bereich der Nutzfahrzeuge eine thermische Isolierung haben wird.
Eine Möglichkeit zur Erzeugung eines mehrlagigen Aufbaus bzw. zur Erzeugung einer Luftspalt-Isolierung ist die Ummantelung einer starren Abgasleitung mit einem Wickelschlauch ( DE 10 2008 052 118.3 ). Grenzen dieser Anwendung sind die Biegeradien der gebogenen Rohrleitungen bis hin zu 1·D (Biegeradius = Rohrdurchmesser). Diese kleinen Biegeradien können nicht mit den bekannten Agraff-Wickelschläuchen erzielt werden. Auch die bereits zitierten Ausführungen DE 344 1064 C2 und DE 101 13 180 C2 sind dazu nicht geeignet, da die Streckung der Agraff-Wickelschläuche sowie aller ihrer Varianten im wesentlichen auf ca. 35% begrenzt ist.
Selbst ein mit einer hohen Streckung von bis zu 70% versehener, einfach eingehakter Wickelschlauch, beispielsweise in einer Ausführungsform gemäß DE 10 2007 016 784 A1 , ist für die Ummantelung von gebogenen Rohrleitungen mit industrieüblichen, engsten Biegeradien von 1·D (Biegeradius = Rohrdurchmesser) nicht geeignet.
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wickelschlauch bereitzustellen, mit dem eine Ummantelung gebogener Rohrleitungen bis hin zum einem heute üblichen Biegeradius von 1·D (Biegeradius = Rohrdurchmesser) realisiert werden kann. Dies vor allem, um die Voraussetzungen für die industrielle Aufbringung von Isolationen auf starren, gebogenen Abgasleitungen zu schaffen. Geometrische Überlegungen zeigen, dass die Streckung eines solchen Wickelschlauchs größer gleich 100% sein muss.
Die Hauptaufgabe wird durch einem Wickelschlauch mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Bauteils sind in den Unteransprüchen enthalten.
Der erfindungsgemäße Wickelschlauch besteht aus mehreren, in unterschiedlichen Profilgeometrien vor geformten Bändern, die im weiteren Herstellungsprozess abwechselnd ineinander gewickelt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform besteht der Wickelschlauch mit 100% Streckung aus zwei unterschiedlich vorprofilierten Metallbändern (1). Dabei weist eines der beiden Bänder (11) die Kontur eines konventionellen, eingehakten Schlauches auf. Die S-förmige Kontur besteht aus den radial stehenden Stegen am linken Profilrand (111), im Mittenbereich des Profils (113) sowie am rechten Profilrand (115). Die Summe der Längen von (111) und (115) entsprechen bei dem beschriebenen Profil circa der Länge von (113). In axialer Richtung verbindet der innen liegende Steg (112) die Stege (111) und (113). Ferner verbindet der axial außen liegende Steg (114) die Stege (113) und (115).
Da das konventionelle Profil eines einfach eingehakten Schlauchs (11) aus physikalischen – sowie aus Plausibilitätsgründen stets Streckungen wesentlich kleiner 100% aufweist, wird die Konfiguration mit dem zweiten Profil (12) erweitert. (12) besteht in einer bevorzugten Ausführungsform aus einem linksseitigen, radial stehenden Steg (121). An diesen schließt mit einer 180°-Blechfaltung ein zweiter radial stehender Steg (122) direkt an. Rechtsseitig wird das Profil durch den ebenfalls radial stehenden Steg (124) begrenzt. Die radialen Stege (122) und (124) sind durch den axial liegenden Steg (123) verbunden.
Eine zum Profil (12) alternative Profilgeometrie halbiert den Steg (121) in seiner radialen Ausdehnung, so dass die Blechfaltung sowie der radiale Steg (122) entfallen. Die geometrisch einfachere, jedoch fertigungstechnisch nicht vorteilhafte Geometrie (13) besteht im Ergebnis aus den radial stehenden linken (131) und rechten (134) Berandungen, die durch den axial liegenden Steg (133) verbunden sind.
Beide beschriebenen Ausführungsformen (12) und (13) können in Kombination mit (11) Anwendung finden und führen zu einem aus zwei unterschiedlichen Vorprofilen gewickelten Metallschlauch, dessen Streckung deutlich größer 100% ist. Dies zeigt der Vergleich zwischen der gestauchten (85a) und der gestreckten (85b) Profilkonfiguration gemäß 1.
Die große Streckung wird dabei durch einen Effekt erzielt, der dem eines Teleskops ähnlich ist. Im gestauchten Zustand entspricht die axiale Ausdehnung des Wickelschlauchs der Summe der axialen Längen des Profils (11). Die axiale Länge des zweiten Profils (12) setzt sich aus der Summe der axialen Längen seiner Stege (121, 122, 123, 124) zusammen. Im gestauchten Zustand entspricht diese Summe der Summe der axialen Längen (114 + 115). Dies bedeutet, dass das Profil (12) linksseitig vom Steg (113) berandet wird und unterhalb der Stege (114, 115) liegt. Somit hat (12) keinen Beitrag zur axialen Länge im gestauchten Zustand.
Im gestreckten Zustand hingegen wird das Profil (12) teleskopartig ausgefahren. Somit verlängert sich die gesamte Streckung der Profilkonfiguration im Wesentlichen um die axiale Ausdehnung des Steges (123).
2 zeigt eine Variante des Wickelschlauchs mit 100% Streckung. Dabei kommt wiederum ein einfach eingehaktes Profil (11) zum Einsatz. Die zweite Profilgeometrie (21) ist gegenüber (12) modifiziert. Der gestauchte (86a) und gestreckte (86b) Zustand des Gesamtprofils zeigen die gleichen Streckwerte wie die Konfiguration in 1.
3 zeigt eine Ausführung des Wickelschlauchs mit 100% Streckung, bei der wiederum das Profil (12) Anwendung findet. Das in 1 bereits beschriebene, einfach eingehakte Profil (11) wird zu (31) erweitert. Entsprechend wird am Profil (11) linksseitig eine Blechfaltung (311), ein direkt anschließender radialer Steg (312) eine erste innen liegende Schlauchschuppe (313), ein radialer Steg in der Länge der Blechdicke (314) sowie eine zweite innen liegende Schlauchschuppe (315) ergänzt. Die angefügten Schlauchschuppen stellen eine näherungsweise glatte Innenfläche im gestreckten Zustand sicher. Weiterhin bewirkt die Ergänzung von (313) und (315) die Bildung von Hohlkammern (87b1, 87b2) im gestreckten Zustand, um den Isolationseffekt zu verbessern. Im gestauchten Zustand (87a) leisten die Erweiterungen (311 bis 315) keinen Beitrag zur axialen Länge.
Die Darstellung in 4 erweitert den Wickelschlauch mit 100% Streckung aus 3 rechtsseitig um eine Blechfaltung (416), ein direkt anschließender radialer Steg (417) eine erste außen liegende Schlauchschuppe (418), ein radialer Steg in der Länge der Blechdicke (419) sowie eine zweite außen liegende Schlauchschuppe (4110). Diese Ergänzungen leisten wiederum in gestauchten Zustand (88a) keinen Beitrag zur axialen Länge. Im gestreckten Zustand (88b) entsteht durch die Ergänzungen eine näherungsweise glatte Außenfläche. Ferner wird eine zusätzliche Hohlkammer (88b1) erzeugt, um den Isolationseffekt zu verbessern.
5 zeigt beispielhaft einen Wickelschlauch mit 100% Streckung, der aus drei unterschiedlichen, vorprofilierten Bändern (51, 52, 53) besteht. Die gestauchte Profilgeometrie (89a) sowie die gestreckte (89b) zeigen, dass die Streckungswerte mit denen der bereits beschriebenen Profilkonfigurationen vergleichbar sind und in jedem Fall über 100% liegen.
In 6 ist eine Variante des Wickelschlauchs mit 100% Streckung aus 1 abgebildet. Im Vergleich des Profils (61) mit dem Profil (11) [1] zeigt sich, dass die Stege am linken (111) und rechten (115) Profilrand in der Variante aus 6 bezüglich der Rotationsachse keinen rechten Winkel aufweisen. In bevorzugten Ausführungsformen betragen die Winkel von (611) zur Rotationsachse zwischen 60° und 90°. Dies gilt ebenfalls für den oberen Bereich des rechten Steges (621) am Profil (62). Die jeweils gegenüberliegenden Stege (615) am Profil (61) und (624) am Profil (62) liegen zu (611) und (621) parallel, um im gestreckten Zustand (90b) einen größtmögliche Kontaktfläche zu erzielen. Die gezeigte Winkelstellung kann sich für alle dargestellten Profile der 1 bis 5 Festigkeit steigernd auswirken. Somit ist dieses Gestaltungselement für alle gezeigten Varianten relevant. Die Streckung des Wickelschlauchs wird dadurch nicht limitiert, wie der Vergleich von (90a) mit (90b) zeigt.
7 stellt die Geometrie aus 6 in einem mehrlagigen Aufbau dar. (71) besteht in der gezeigten Form aus drei Lagen, wobei in dieser bevorzugten Ausführungsform die Lagen (711001, 711003) metallisch sind. (711002) beschreibt eine thermisch isolierende Bandlage. In gleicher Weise sind die Lagen (721001, 721003) der Profilgeometrie (72) metallisch. Die Bandlage (721002) ist in der bevorzugten Ausführungsform isolierend. Beliebige Kombinationen aus Profilen mit und ohne isolierende Bandlagen sind technisch realisierbar.
Alle gezeigten Profile (11, 12, 13, 21, 31, 41, 51, 52, 53, 61, 62) können zur Verbesserung der Isolationswirkung aus mehreren metallischen und nichtmetallischen Bandlagen bestehen, die miteinander schraubengangförmig gewickelt sind. Die isolierende(n) Bandlage(n) sind in einer bevorzugten Ausführungsform mittig im mehrlagigen Verbund angeordnet (vgl. DE 10 2009 040 072.9 ).
Weitere Ausführungsformen des Wickelschlauchs mit 100% Streckung sehen unterschiedliche Anzahlen und Kombinationen der in den Figuren beschriebenen Profilgeometrien vor.
Alle Ausführungsformen des Wickelschlauchs mit 100% Streckung haben gemeinsam, dass sie aus mehreren, vorzugsweise zwei unterschiedlichen Profilen bestehen, wobei eines der beiden im gestauchten Zustand teleskopartig in ein zweites eingefahren wird, so dass die gestauchte Länge im Wesentlichen durch ein einzelnes Profil, die gestreckte hingegen durch beide Profile bestimmt wird.
Neben den beschriebenen einfach eingehakten Wickelschläuchen sind Profilkonfigurationen aus Agraffprofilen mit ebenfalls mehr als 100% Streckung technisch prinzipiell machbar.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 3441064 C2 [0003, 0010]
DE 10113180 C2 [0003, 0010]
DE 102008052118 [0010]
DE 102007016784 A1 [0011]
DE 102009040072 [0027]

Claims

Wickelschlauch mit mindestens 100% Streckung, dadurch gekennzeichnet, dass er aus zwei in ihrer Geometrie unterschiedlichen Profilen besteht.
Wickelschlauch mit mindestens 100% Streckung, dadurch gekennzeichnet, dass er aus drei in ihrer Geometrie unterschiedlichen Profilen besteht.
Wickelschlauch mit mindestens 100% Streckung, dadurch gekennzeichnet, dass er aus vier in ihrer Geometrie unterschiedlichen Profilen besteht.
Wickelschlauch mit mindestens 100% Streckung, dadurch gekennzeichnet, dass er aus fünf in ihrer Geometrie unterschiedlichen Profilen besteht.
Wickelschlauch mit mindestens 100% Streckung, dadurch gekennzeichnet, dass er aus sechs in ihrer Geometrie unterschiedlichen Profilen besteht.
Wickelschlauch mit mindestens 100% Streckung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass seine axiale Länge im gestauchten Zustand im Wesentlichen durch eines der beteiligten Profile und seine axiale Länge im gestreckten Zustand durch alle beteiligten Profile bestimmt wird.
Wickelschlauch mit mindestens 100% Streckung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Profile einfach eingehakt sind und die einzelnen Profilstege axial und radial zur Schlauchachse stehen.
Wickelschlauch mit mindestens 100% Streckung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Profile einfach eingehakt sind, ein Teil der einzelnen Profilstege axial stehen und der verbleibende Teil der Profilstege mit der Schlauchachse einen Winkel zwischen 60° und 90° einschließt.
Wickelschlauch mit mindestens 100% Streckung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Profile agraffartig sind.
Wickelschlauch mit mindestens 100% Streckung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Profile entweder einfach eingehakt oder agraffartig oder aber Kombinationen aus einfach eingehakten und agraffartigen Profilen sind.
Wickelschlauch mit mindestens 100% Streckung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Profile teilweise Innenschuppen (313 oder 315) haben, die im gestreckten Zustand eine relativ glatte Innenfläche sicherstellen.
Wickelschlauch mit mindestens 100% Streckung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Profile teilweise Außenschuppen (418 oder 4110) haben, die im gestreckten Zustand eine relativ glatte Außenfläche sicherstellen.
Wickelschlauch mit mindestens 100% Streckung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Profile sowohl teilweise Innenschuppen (313 oder 315) als auch teilweise Außenschuppen (418 oder 4110) haben.
Wickelschlauch mit mindestens 100% Streckung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Profile (11, 12, 13, 21, 31, 41, 51, 52, 53, 61, 62) jeweils aus einer einzigen metallischen Bandlage bestehen.
Wickelschlauch mit mindestens 100% Streckung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Profile (11, 12, 13, 21, 31, 41, 51, 52, 53, 61, 62) teilweise aus mehreren Bandlagen bestehen.
Wickelschlauch mit mindestens 100% Streckung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass alle Profile (11, 12, 13, 21, 31, 41, 51, 52, 53, 61, 62) aus mehreren Bandlagen bestehen.
Wickelschlauch mit mindestens 100% Streckung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Profile (11, 12, 13, 21, 31, 41, 51, 52, 53, 61, 62) jeweils entweder aus einer Bandlage oder aus mehreren Bandlagen bestehen.
Wickelschlauch mit mindestens 100% Streckung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Profile (11, 12, 13, 21, 31, 41, 51, 52, 53, 61, 62), wenn sie mehrlagig sind, aus nur metallischen Bandlagen bestehen.
Wickelschlauch mit mindestens 100% Streckung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Profile (11, 12, 13, 21, 31, 41, 51, 52, 53, 61, 62), wenn sie mehrlagig sind, aus metallischen und thermisch isolierenden Bandlagen bestehen.
Wickelschlauch mit mindestens 100% Streckung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass er in einem Zusammenbau mit einem starren Rohr außen angeordnet ist.
Wickelschlauch mit mindestens 100% Streckung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass er in einem Zusammenbau mit einem starren Rohr innen angeordnet ist.
Wickelschlauch mit mindestens 100% Streckung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass er in einem Zusammenbau mit einem flexiblen Leitungselement außen angeordnet ist.
Wickelschlauch mit mindestens 100% Streckung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass er in einem Zusammenbau mit einem flexiblen Leitungselement innen angeordnet ist.
Wickelschlauch mit mindestens 100% Streckung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass er in einem Zusammenbau mit geraden und gebogenen, starren Leitungselementen sowie mit mindestens einem flexiblen Leitungselement über der gesamten Länge innen angeordnet ist.
Wickelschlauch mit mindestens 100% Streckung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass er in einem Zusammenbau mit geraden und gebogenen, starren Leitungselementen sowie mit mindestens einem flexiblen Leitungselement über der gesamten Länge außen angeordnet ist.