DE102011014350B3

DE102011014350B3 - Verfahren zum Herstellen eines wärmeisolierten Entkopplungselements und ein Entkopplungselement, insbesondere für Abgasleitungen von Verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE102011014350B3
Application number: DE201110014350
Authority: DE
Inventors: Immo Gärtner; Holger Hebisch
Original assignee: BOA Balg und Kompensatoren Technologie GmbH
Current assignee: BOA Balg und Kompensatoren Technologie GmbH
Priority date: 2011-03-18
Filing date: 2011-03-18
Publication date: 2012-08-30
Anticipated expiration: 2031-03-19
Also published as: US9046199B2; KR20130141347A; WO2012126580A1; CN103003542A; US20130133776A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Herstellen eines wärmeisolierten Entkopplungselements vorgeschlagen sowie ein Entkopplungselement selbst, wobei die Wärmeisolierung längs des Wellenbereiches des Balges vorgesehen ist. Die Wärmeisolierung besteht aus einer Beschichtung, die wärmeisolierendes Granulat aufweist. Die Beweglichkeit des Balges ist hierbei auch nach der Anbringung der Wärmeisolierung gegeben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines wärmeisolierten Entkopplungselements, insbesondere für Abgasleitungen von Verbrennungsmotoren, durch Aufbringen einer Wärmeisolierung, sowie ein Entkopplungselement, insbesondere für Abgasleitungen von Verbrennungsmotoren, mit einem Balg und einer Wärmeisolierung desselben.
Entkopplungselemente werden als Zwischenstücke in Abgasleitungen von Kraftfahrzeugen eingebaut, um Bewegungen und Schwingungen weitgehend zu entkoppeln. Das Entkopplungselement weist hierzu einen beweglichen Balg aus Metall auf, welcher im Innenbereich einen Agraffschlauch zum Zweck der Abgasführung und Schutz des Balges aufweist.
In modernen Abgasanlagen wird zunehmend eine Nachbehandlung der Abgase nötig, wie. z. B. durch Rußpartikelfilter. Damit derartige Vorrichtungen nutzbringend arbeiten, müssen die Abgase hohe Temperaturen aufweisen. Um einerseits einen minimalen Wärmeverlust von Motorausgang zum Filtereingang zu gewährleisten sowie andererseits den empfindlichen Balg thermisch gegen das heiße Abgasfluid zu isolieren, werden zur Isolierung mehr oder minder elastische Matten in verschiedenen radialen Schichten innerhalb des Entkopplungselements integriert. Eine derartige Wärmeisolierung ist aus der DE 10 2007 043 944 A1 bekannt, in der ein flexibles Leitungselement mit kombinierter Wärmeisolierung und Schwingungsdämpfung beschrieben ist. Zwischen einem die Abgase führenden flexiblen Innenteil und einem flexiblen, gasdichten Mantelteil ist eine aus mehreren Lagen aufgebaute Schicht mit der Gestalt eines Hohlzylinders angeordnet.
Nachteil dieser und ähnlicher Bauformen sind zum einen reduzierte Flexibilitäten des Entkopplungselements und zum anderen eine kurze Lebensdauer der Isolierungsschicht, da diese nicht die Flexibilität des Entkopplungselements aufweist und durch dauernde Schwingungen der Abgasanlage stark belastet wird. Die zur Isolierung verwendeten Werkstoffe müssen durch ihre hohlzylindrische Form bei Bewegungsaufnahme des Schlauchs große Dehnungen aufnehmen. Dies schränkt zusätzlich die Werkstoffauswahl, insbesondere für hitzebeständige Werkstoffe, stark ein.
Es ist daher Aufgabe dieser Erfindung ein Entkopplungselement bereitzustellen, dessen Beweglichkeit trotz thermischer Isolation nicht eingeschränkt ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, welches die folgenden Schritte nacheinander ausführt:

a) Benetzen einer zu beschichtenden Region in einem Wellenbereich eines Balgkörpers mit einem Anbindemittel;
b) Verteilen von wärmeisolierendem Granulat in der zu beschichtenden Region auf dem Anbindemittel;
c) Trocknen des Anbindemittels; und
d) Entfernen von überschüssigem, nicht durch das Anbindemittel mit dem Balgkörper verbundenen, Granulat.

Weiterhin wird die Aufgabe durch ein Entkopplungselement der eingangs genannten Art gelöst, wobei die Wärmeisolierung längs des Wellenbereiches des Balges angeordnet ist, und die Wärmeisolierung aus einer Beschichtung besteht, die wärmeisolierendes Granulat aufweist.
Bei einer Wärmeisolierung für ein Entkopplungselement für Abgasleitungen wird zunächst ein vorgefertigter Balg, dessen Wellen sinusförmig vorgeformt wurden, mit einem Anbindemittel an bestimmten Stellen des Balges benetzt. Hierbei sieht die Erfindung bevorzugt vor, dass das Anbindemittel aus einem Lack besteht. Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht insbesondere vor, dass als Anbindemittel ein Lack aufgebracht wird. Als Anbindemittel ist insbesondere ein hochtemperaturfester Lack, wie er z. B. im Ofenbau eingesetzt wird, geeignet. Derartige Lacke basieren auf einem Silikonharz, sind hitzebeständig bis 600°C und halten große Temperaturschwankungen aus. Das Benetzen erfolgt üblicherweise durch Lackieren, wobei eine Sprüh- oder Schleuder- oder Tauch-Lackierung oder auch andere Arten der Lackierung Verwendung findet.
Die verwendeten Begriffe Innen- und Außenkrempe sind wie folgt definiert: Eine Wellenkrempe ist eine torusförmige Halbschale, die eine Welle am Außendurchmesser (Außenkrempe) oder am Innendurchmesser (Innenkrempe) begrenzt, wobei eine Flanke die Verbindung zwischen Außen- und Innenkrempe beiderseits der Welle ist ”Handbuch der Wellenschläuche” der Firma Witzenmann”.
Der Ort der Beschichtung sind Regionen auf der Balgwandung, welche nicht mechanisch durch Kontakt zu benachbarten Bauteilen belastet werden. Geeignet sind somit Außenflächen der Innenkrempen, Innenflächen der Außenkrempen sowie die Balgflanken. Die Erfindung sieht dabei besonders bevorzugt vor, dass das Anbindemittel längs der gesamten Länge des Balgbereiches auf dessen Oberfläche aufgebracht wird, wobei das Anbindemittel auf der Außenseite des Balges auf Außenflächen von Innenkrempen und/oder auf der Innenseite des Balges auf Innenflächen von Außenkrempen, und/oder dass die Wärmeisolierung innerhalb und/oder außerhalb des Balgs an dessen Balgflanken aufgebracht wird.
Die Erfindung sieht besonders bevorzugt vor, dass das wärmeisolierende Granulat als Isolationsmaterial durch ein Anbindemittel am Balg gehalten wird. Hierbei wird ein wärmeisolierendes Granulat auf den mit Anbindemittel beschichteten Regionen entlang des Balges verteilt, wobei das Verteilen des Granulats durch Kipp- und Drehbewegungen um die Längsachse des Balges erfolgt. Das Granulat bleibt hierbei an den mit Anbindemittel beschichteten Regionen haften. Die Stärke der Schicht des Anbindemittels kann vorzugsweise bis 1 mm betragen.
Bevorzugt wird ein Granulat aus AeroGel bzw. NanoGel verwendet. Um eine bessere Haftung des Granulats am Anbindemittel zu erreichen, ist weiterhin vorgesehen, dass das Granulat in das Anbindemittel gepresst wird, beispielsweise mittels eines Pressdornes. Durch Warten eines bestimmten Zeitabschnitts bzw. partielle Erhitzen der beschichteten Regionen wird eine Trocknung des Anbindemittels bewirkt. Der Korndurchmesser eines geeigneten Granulats liegt typischerweise bei 1 mm, also zwischen 0,5 und 1,5 mm, kann allerdings auch obere Werte von 2 bis 5 mm annehmen. Eine große Granulatgröße ist wünschenswert, um so durch eine Granulatschicht (ohne Mehrlagigkeit des Granulats, was grundsätzlich möglich ist) eine hohe Wärmeisolation zu erzielen. Aus ökonomischen Gründen ist eine dünne Schichtdicke des Anbindemittels wünschenswert. Es muss allerdings das Isoliergranulat zuverlässig und anhaltend halten.
Hiernach wird überschüssiges Granulat entfernt, wobei dies durch einfaches Auskippen bzw. Abschütteln geschieht. Insbesondere ist vorgesehen, dass das Aufbringen der Wärmeisolierung auf die Wandung eines Balgs vor dessen Endverformung zur Lyra-Form erfolgt, und dass der Balg nach Entfernen des überschüssigen Granulats weiter gestaucht wird, sodass die Balgwellen im Querschnitt Ω-Form erhalten. Durch die Wärmeisolierung aus dieser Beschichtung bleibt die Beweglichkeit des Balges weitestgehend erhalten, eine ggf. erhöhte Anfangsreibung zwischen den Granulatteilen wird durch Abrasion beim Stauchen entfernt.
Wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Wärmeisolierung ist das einfache Verfahren der Herstellung derselben, sowie einer größtmöglichen Isolierung durch überlappende Beschichtung innerhalb des Balges in Außenkrempen sowie außerhalb des Balges in den Innenkrempen. Die wärmeisolierende Beschichtung als solche ist höchst flexibel, wodurch die Beweglichkeit des Balges in größtmöglichem Maße erhalten bleibt.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung im Einzelnen erläutert ist. Hierbei zeigt:
1 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Entkopplungselements mit einer Wärmeisolierung in teilweisem Längsschnitt.
In 1 ist ein Teilschnitt durch ein erfindungsgemäßes Entkopplungselement 1 dargestellt, welches einen Balg 2 mit zylindrisch ausgeformten Anschlussbereichen 3 sowie einem Wellbereich 4 aufweist. Der Wellbereich 4 erstreckt sich über den Großteil der Gesamtlänge des Balges 2 und weist Wellen mit nach außen gebogenen Außenkrempen 5 und nach innen gebogenen Innenkrempen 6 auf. Zwischen den Innenkrempen 6 und den Außenkrempen 5 liegen Balgflanken 7.
In dieser Ausführungsform ist eine Wärmeisolierung 8 innerhalb des Balges 2 vorgesehen. Die Wärmeisolierung 8 ist an einer Innenseite 9 der Außenkrempe 5 angeordnet und formschlüssig mit Letzterer durch Klebung verbunden. Die Wärmeisolierung 8 ist aus einem Anbindemittel 10, wie z. B. einem Lack, und einem durch dieses mit dem Balg 2 verbundenen Isoliermaterial 11 verbunden. Das Isoliermaterial 11 besteht aus einem dicht gepackten wärmeisolierenden Granulat aus einem Aero- oder NanoGel. Dieses ist in 1 durch einzelne Punkte, die einzelne Körner eines Granulats entsprechen sollen, dargestellt.
Eine derartige Wärmeisolierung 8 wird hierbei wie folgt hergestellt:
Zunächst wird ein vorgefertigter Balg nach der Umformung, d. h. Ausbilden des Wellbereichs mit einer sinusförmigen Ausgestaltung der Wellung, mittels einer geeigneten Technik, z. B. Sprühen, Schleudern und/oder Tauchen die zu beschichtende Region mit dem Anbindemittel 10 lackiert. Hiernach wird, bevor der Lack trocken ist, schüttgutartiges Granulat als Isoliermaterial 11 in den Balg gefüllt und dieses gleichmäßig innerhalb des Balges 2 verteilt, indem der Balg 2 um seine Längsachse gedreht und dabei kippend hin und her bewegt wird, so dass alle mit Anbindemittel 10 beschichteten Regionen mit dem Isoliermaterial 11 in Kontakt kommen, wobei das Isoliermaterial 11 auf dem Anbindemittel 10 haften bleibt. Mit Hilfe eines Pressdorns kann insbesondere innerhalb des Balges 2 das Granulat an das Anbindemittel 10 angepresst werden. Hiernach muss das Anbindemittel 10 trocknen, welches durch einfaches Warten einer bestimmten Zeiteinheit, Anblasen mit warmer Luft, oder einem leichten Erhitzen des Balges 2 bewerkstelligt wird. In einem weiteren Schritt wird überschüssiges Granulat entfernt, so dass eine Schicht des Isoliermaterials 11 verbleibt. Zuletzt wird der Balg 2 gestaucht. Durch Stauchen wird die in 1 dargestellte Lyra-Form der einzelnen Wellen des Wellbereichs 4 erreicht. Durch das Stauchen wird zudem eine erhöhte Anfangsreibung zwischen den Granulatteilchen verringert, wodurch die Beweglichkeit eines unbeschichteten Balges 2 erreicht wird. Hiernach kann der Balg 2 in üblicher Weise weiter verarbeitet werden.
Bezugszeichenliste

1: Entkopplungselement
2: Balg
3: Anschlussbereich
4: Wellbereich
5: Außenkrempe
6: Innenkrempe
7: Balgflanke
8: Wärmeisolierung
9: Innenseite Außenkrempe
10: Anbindemittel
11: Isoliermaterial

Claims

Verfahren zum Herstellen eines wärmeisolierten Entkopplungselements, insbesondere für Abgasleitungen von Verbrennungsmotoren, durch Aufbringen einer Wärmeisolierung mit den folgenden Schritten: a) Benetzen einer zu beschichtenden Region in einem Wellenbereich eines Balgkörpers mit einem Anbindemittel; b) Verteilen von wärmeisolierendem Granulat in der zu beschichtenden Region auf dem Anbindemittel; c) Trocknen des Anbindemittels; und d) Entfernen von überschüssigem, nicht durch das Anbindemittel mit dem Balgkörper verbundenen, Granulat.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Anbindemittel ein Lack aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Anbindemittel längs der gesamten Länge des Balgbereiches auf dessen Oberfläche aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Anbindemittel auf Außenseiten von Innenkrempen und/oder Innenseiten von Außenkrempen und/oder wenigstens einer Oberfläche von Balgflanken aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Granulat zum besseren Anhaften gegen das noch feuchte Anbindemittel gepresst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen des Granulats auf die Wandung eines Balgs vor dessen Endverformung zur Lyra-Form erfolgt, und dass der Balg nach Entfernen des überschüssigen Granulats weiter gestaucht wird, sodass die Balgwellen im Querschnitt Lyra-Form erhalten.
Entkopplungselement, insbesondere für Abgasleitungen von Verbrennungsmotoren, mit einem Balg und einer Wärmeisolierung desselben, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeisolierung (8) längs des Wellenbereiches (4) des Balges (2) angeordnet ist, und die Wärmeisolierung aus einer Beschichtung besteht, die wärmeisolierendes Granulat aufweist.
Entkopplungselement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das wärmeisolierende Granulat durch ein Anbindemittel am Balg gehalten wird.
Entkopplungselement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Anbindemittel ein Lack ist.
Entkopplungselement nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeisolierung (8) innerhalb und/oder außerhalb des Balgs (2) an dessen Balgflanken (7) angeordnet ist.
Entkopplungselement nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeisolierung (8) auf der Innenseite des Balges (2) auf Innenseiten von Außenkrempen (5) angeordnet ist.
Entkopplungselement nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeisolierung (8) auf der Außenseite des Balges (2) auf Außenflächen von Innenkrempen (6) des Wellbereichs (4) angeordnet ist.