CN104421562A - 脱耦元件 - Google Patents

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Abstract

一种脱耦元件，尤其用于使内燃机的涡轮增压器的振动相对于排气装置脱耦，所述脱耦元件具有波纹管，尤其为了在较小的结构长度上实现较小的刚度规定，所述波纹管是膜片式波纹管。

Description

脱耦元件
技术领域
本发明涉及一种脱耦元件，尤其用于使内燃机的涡轮增压器的振动相对于排气装置脱耦，所述脱耦元件具有波纹管。
背景技术
按照本发明的脱耦元件尤其可用来隔离由涡轮机的涡轮增压器产生的振动，防止将振动传递到邻近的排气装置。因此将其安装在涡轮增压器和排气装置之间。但是也可以在另外的应用中使用按照本发明的脱耦元件，用于隔离在穿过脱耦元件相连接的部件之间所出现的较小的振幅(沿脱耦元件的方向或者其连接方向)，该振幅具有几微米范围内(尤其小于10μm)的振动行程。
涡轮增压器的振动行程在3至5μm范围内，其具有振动频率500至5000Hz，尤其小于1500Hz。此外，对于内燃机的涡轮增压器，安装尺寸在(涡轮增压器或排气装置的排气口的)轴向上相当小，从而无法在这里使用结构长度较大的波纹管。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种脱耦元件，该脱耦元件在结构长度较短的情况下可有效地与振动脱耦，该振动尤其在500至5000Hz范围内、尤最大1500Hz以下离，从而减小排气装置振动时由这种振动产生的噪声。
所述技术问题按照本发明通过前述类型的脱耦元件如此解决，使波纹管是膜片式波纹管。
膜片式波纹管是已知的，在此所涉及的通常是由若干单个环形件构成的波纹管，环形件交替地在其内、外圆周中与相邻的环形件材料接合地紧密相连、尤其焊接或者钎焊。这种膜片式波纹管的环和波纹侧面可以是光滑的，优选呈锥形，但是本身具有一种结构，尤其是波纹结构，从而优选地规定，膜片式波纹管的波纹侧面沿径向呈波浪形状地延伸(在轴向截面中呈波浪形状)。
迄今为止尤其使用膜片式波纹管作为蓄压器，例如在测量装置或者类似装置中。
在本发明框架下，膜片式波纹管是一种由沿轴向依次排列的环形段构成的波纹管，其中，相邻的环形段交替地在径向内、外边缘上如此相互连接，使得环形段的内、外边缘区域相互紧贴，同时与沿径向位于内、外边缘区域之间的中心区域(膜片式波纹管的侧面区域)相邻的环形段则具有有限的轴向距离。环形区域可以是(通过焊接或者钎焊)材料接合地相互连接的单个环，或者是在波浪成形之后以预定义形状锻制出的一体式金属波纹管的部段。如前所述，环形段可以在其中心区域中(波纹侧面)被设计为平坦的或者具有特殊形状的。
通过本发明将输入到下游系统中的能量减小到最低程度，方法是以最小的结构长度实现最小的波纹管刚度。为此在传统的波纹管解决方案中通常需要随着波纹数量增多而减小刚度的结构长度。通过本发明借助膜片式波纹管使得与长度相关的刚度被引入很小的可用的安装空间中。通过本发明在较短的结构长度中可实现有效的脱耦、尤其在高频范围内(500Hz-5000Hz)。刚度与相应的膜片式波纹管类似的波纹管由于波距较大需要数倍的结构长度，通常需要比类似的膜片式波纹管的结构长度大3至6倍的结构长度。
按照本发明的一种优选实施方式规定，包括波纹管和可能情况下的减震垫、但不包括连接件的所述脱耦元件的结构长度是10至50mm、优选20至40mm，其中尤其所述波纹管的结构长度是10至25mm、优选10至20mm。
另外优选的实施方式规定，波距(波纹管波纹的长度)小于4mm、优选小于3mm，和/或，所述波纹管的波纹数量是3至10个波纹、优选5至8个波纹。在有利的改进方案中规定，所述波纹管的轴向刚度小于200N/mm、优选小于100N/mm，其中尤其所述波纹管的轴向刚度是0.1N/mm至100N/mm、优选1N/mm至10N/mm。
特别优选的脱耦元件具有具备3至10个波纹、优选包括5至8个波纹的膜片式波纹管、其结构长度为5至25mm、优选10至20mm。
根据按照本发明的脱耦元件的优选改进方案规定，在所述波纹管和所述脱耦元件的连接元件之间的力流中安置有由金属丝网构成的环形减震垫。为此尤其规定，管件通过相互轴向间隔安置的、向外指向的径向法兰与所述膜片式波纹管的一个端部相固定，并且壳体通过相互轴向间隔安置的、向内指向的径向法兰固定在所述膜片式波纹管的另一个端部上，向外指向的和向内指向的径向法兰在所述脱耦元件的卸荷状态下相应沿径向对齐，并且在所述径向法兰之间安置有环形的减震垫。
按照本发明的另一种设计方案规定，导管在所述膜片式波纹管内部、至少在所述膜片式波纹管的长度上径向延伸，其中，所述脱耦元件尤其具有朝向其自由端部扩径的连接管，所述连接管优选与所述导管相连。
按照另外优选的设计方案规定，所述膜片式波纹管被设计为多层的，和/或，所述膜片式波纹管的波纹侧面被设计为锥形，其中，尤其所述膜片式波纹管的波纹侧面沿径向波浪形状地延伸(在轴向截面中呈波浪形状)。
按照本发明的另一种优选设计方案规定，额定直径(波纹管波纹的内径)在30至100mm之间、优选在60至70mm之间。
除此，本发明的优选设计方案的特征还在于，所述膜片式波纹管(4)的壁厚在0.05至0.5mm之间、优选在0.1至0.2mm之间，并且所述膜片式波纹管尤其被设计为多层的。
按照另一种优选设计方案规定，所述环形减震垫的轴向厚度在3至30mm之间，优选在6至12mm之间，和/或，所述环形减震垫的密度在2g/cm3至5g/cm3之间、优选在2.5g/cm3至3.5g/cm3之间。
按照本发明的另一种优选设计方案规定，500至1500Hz之间的降噪至少是3dB，其中尤其通过减震垫实现降噪。
附图说明
由以下说明获得本发明的另外的优点和特征，其结合附图在本发明的实施例中进行详细描述。
在附图中：
图1示出在涡轮增压器和机动车的排气装置之间的按照本发明的脱耦元件的安装状态；
图2示出按照本发明的脱耦元件的纵剖面图；
图3示出按照本发明的脱耦元件的第一实施方式的波纹管的侧视图；和
图4示出按照本发明的脱耦元件的第二实施方式的波纹管的剖面图。
具体实施方式
涡轮增压器1.1在一端通过收集器1.2与发动机1相连，在另一端与机动车的排气装置2相连。由此，借助发动机的废气压缩用于燃烧的被导入其内的空气并且通过增压供给发动机气缸。空间情况很局促。由于涡轮增压器运行时自身会产生500Hz至5kHz的振动并且振动被传递给排气装置，由此发出干扰的固体噪声，因此要争取将排气装置在振动技术方面尽可能地与涡轮增压器脱耦。
为此本发明规定，在涡轮增压器1.1和排气装置2之间安置脱耦元件3，利用脱耦元件减轻涡轮增压器的轴向振动并且与排气装置2隔离。
脱耦元件3具有膜片式波纹管4，所述膜片式波纹管的一端4.1(在附图2中是其左端)与内管5相连，该内管一方面作为导管5.4在波纹管4内穿过，另一方面利用其从波纹管伸出的自由端部或者管件5.1与用来连接涡轮增压器的大致呈锥形扩径的连接管6相连。在管5的自由端部区域5.2上设置有与波纹管4轴向间隔的并且相互间隔的两个径向法兰5.3。
波纹管4的另一端4.2(在附图所示的实施例中是右端)还与壳体部件7相连，该壳体部件首先具有从波纹管4伸出、用于将脱耦元件3连接在排气装置上的连接端7.1。此外，壳体部件7还在与连接端7.1相反的方向在波纹管之外沿径向在波纹管之上直至在内管5的径向法兰5.3之上导引延伸。壳体部件7(在波纹管4无负荷的状态下)具有与径向法兰5.3对置的、因此同样相互轴向间隔安置的、向内伸出的法兰7.2。将由压制的金属丝构成的减震垫8置入法兰5.3、7.2之间。
当涡轮增压器振动时，轴向力流一方面从连接管6经由管件5.1的径向法兰5.3、减震垫8、壳体7的径向内侧法兰7.2(其中对减震垫8施加剪力)直至用于排气装置的脱耦元件3的连接端7.1，另一方面从用于涡轮增压器的连接管6经由内管5传递到波纹管4，从其连接端4.1继续经由其连接端4.2传递到用于排气装置的连接管接头7.1。
如前所述，波纹管4是膜片式波纹管。正如之前所定义的一样。尤其如图3所示，构成膜片式波纹管的膜片环4.3可以是相对置的锥形盘，或者具有自身的外形轮廓，图4所示的膜片式波纹管就是这种情况，其中各个环在平行于轴线的横断面中具有火焰状的形状，构成膜片式波纹管的波纹的波纹侧面的环在轴向横断面中呈波浪形，尤其具有平缓的正弦波形。膜片式波纹管4的环4.3交替地通过其径向内侧和径向外侧的圆周气密地相互相连，其中，优选通过气密焊接使各个环4.3形成膜片式波纹管4。也可以一体式构成膜片式波纹管4，其中，通过成型加工过程形成各个环形盘并且在其径向内侧和外侧环形区域上一体式地过渡到相邻的盘片4.3中。

Claims (19)

1.一种脱耦元件，尤其用于使内燃机的涡轮增压器的振动相对于排气装置脱耦，所述脱耦元件具有波纹管，其特征在于，所述波纹管是膜片式波纹管(4)。
2.根据权利要求1所述的脱耦元件，其特征在于，包括波纹管和可能情况下的减震垫(8)、但不包括连接件的所述脱耦元件的结构长度是10至50mm、优选20至40mm。
3.根据权利要求1所述的脱耦元件，其特征在于，所述波纹管的结构长度是10至25mm、优选10至20mm。
4.根据权利要求1所述的脱耦元件，其特征在于，波距(波纹管波纹的长度)小于4mm、优选小于3mm。
5.根据权利要求1所述的脱耦元件，其特征在于，所述波纹管的波纹数量是3至10个波纹、优选5至8个波纹。
6.根据权利要求1所述的脱耦元件，其特征在于，所述波纹管的轴向刚度小于200N/mm、优选小于100N/mm。
7.根据权利要求6所述的脱耦元件，其特征在于，所述波纹管的轴向刚度是0.1N/mm至100N/mm、优选1N/mm至10N/mm。
8.根据权利要求1所述的脱耦元件，其特征在于，在所述波纹管和所述脱耦元件(3)的连接元件(6)之间的力流中安置有由金属丝网构成的环形减震垫(8)。
9.根据权利要求8所述的脱耦元件，其特征在于，管件(5.1)通过相互轴向间隔安置的、向外指向的径向法兰(5.3)与所述膜片式波纹管(4)的一个端部(4.1)相固定，并且壳体(7)通过相互轴向间隔安置的、向内指向的径向法兰(7.2)固定在所述膜片式波纹管(4)的另一个端部(4.2)上，向外指向的和向内指向的径向法兰(5.3，7.2)在所述脱耦元件(3)的卸荷状态下相应沿径向对齐，并且在所述径向法兰(5.3，7.2)之间安置有环形的减震垫(8)。
10.根据权利要求1所述的脱耦元件，其特征在于，导管(5.4)在所述膜片式波纹管(4)内部、至少在所述膜片式波纹管(4)的长度上径向延伸。
11.根据权利要求1所述的脱耦元件，其特征在于，所述脱耦元件具有朝向其自由端部扩径的连接管(6)，所述连接管(6)优选与穿过所述波纹管延伸的所述导管(5.4)相连。
12.根据权利要求1所述的脱耦元件，其特征在于，所述膜片式波纹管(4)被设计为多层的。
13.根据权利要求1所述的脱耦元件，其特征在于，所述膜片式波纹管(4)的波纹侧面被设计为锥形。
14.根据权利要求1所述的脱耦元件，其特征在于，所述膜片式波纹管(4)的波纹侧面沿径向波浪形状地延伸(在轴向截面中呈波浪形状)。
15.根据权利要求1所述的脱耦元件，其特征在于，额定直径(波纹管波纹的内径)在30至100mm之间、优选在60至70mm之间。
16.根据权利要求1所述的脱耦元件，其特征在于，所述膜片式波纹管(4)的壁厚在0.05至0.5mm之间、优选在0.1至0.2mm之间。
17.根据权利要求1所述的脱耦元件，其特征在于，所述环形减震垫的轴向厚度在3至30mm之间，优选在6至12mm之间。
18.根据权利要求1所述的脱耦元件，其特征在于，所述环形减震垫的密度在2g/cm3至5g/cm3之间、优选在2.5g/cm3至3.5g/cm3之间。
19.根据权利要求1所述的脱耦元件，其特征在于，500至1500Hz之间的降噪至少是3dB。
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