CN112212085A

CN112212085A - 带有空隙隔绝的管路元件

Info

Publication number: CN112212085A
Application number: CN202010656498.2A
Authority: CN
Inventors: S·豪克; M·亨克尔曼; K·申克
Original assignee: Westphalia Metal Hose Co ltd
Current assignee: Westphalia Metal Hose Co ltd; Westfalia Metallschlauchtechnik GmbH and Co KG
Priority date: 2019-07-09
Filing date: 2020-07-09
Publication date: 2021-01-12
Also published as: US20210010621A1; DE102019132190A1; US11236848B2

Abstract

本发明涉及带有空隙隔绝的管路元件，具体而言，涉及一种用于废气管路的管路元件(10)，对该管路元件而言内部管道(IS)在形成中间空间(15)的情况下由外部管道(AS)围绕。在一种优选的实施形式中，内部管道(IS)由卷绕的成特定轮廓的带状物(11)制造，该带状物具有至少一个径向突起部(RF)，该径向突起部作为在内部管道(IS)和外部管道(AS)之间的间距保持件突出到中间空间(15)中。

Description

带有空隙隔绝的管路元件

技术领域

本发明涉及一种带有空隙隔绝的在优选的实施形式中管状的、双壁的管路元件。该管路元件可以笔直的形式制造且可在不使用与形状记忆结合的(formspeichergebundener)工具的情况下在所有的空间方向中弯曲。对此不需要弯曲机(Biegemaschine)。

背景技术

所描述的发明对象的优选的应用领域是在内燃机的废气设备(Abgasanlage，有时称为排气设备)中的使用。在此主要在废气引导装置的在涡轮出口和进入到废气后处理装置中的入口之间的区域中。这样的管路元件的任务存在于，无泄漏地运输热的气态的介质，所述介质相对于周围环境温度具有明显的温度差别(>200°C)。废气引导装置的该区域的热隔离越来越重要。

推动力(Treiber)是在废气领域中的全世界的法律规定。所述法律规定目前和将来明显地向下调整(regulieren，有时称为约束)PKW(轿车)和商用车的有害物质排放。废气设备越来越多地装备有后处理模块如例如炭黑颗粒过滤器和SCR系统(选择性催化还原系统)。废气后处理装置的功能能力在很大程度上取决于废气的温度，废气以该温度进入到后处理中。这在SCR系统的情况中适用于催化反应，该催化反应应该尽可能地在启动过程之后不久导致氮氧化物的几乎完全的还原。在颗粒过滤器的情况中被动的再生仅仅可在超过最低废气温度时发生。废气温度越高，主动再生(例如通过将未燃的柴油喷入到废气设备中初始化该主动再生)同样越有效地起作用。由此产生如下要求，即应使在废气的从涡轮出口直到进入到后处理装置中的入口的路径上的废气中的温度损失最小化。这尤其适用于冷启动阶段。适用的是，通过合适的措施将冷启动阶段保持尽可能地短，以便废气的有效的后处理尽可能地在发动机启动之后短时间地开始。

另外的推动力是企业平均燃料消耗(Flottenverbräuchen)的减少和与之伴随的二氧化碳排放的降低。特别对柴油车辆而言产生了朝向更低的废气温度的趋势，因为如此引导的燃烧过程致使更低的燃料消耗。因此变得更低的废气温度将来需求好得多的热隔绝，以便后处理保持有效。

背景技术公开了用于制造用于废气引导的以空隙隔绝的弯曲的元件的方法。

DE 19628797 C1公开了一种以空隙隔绝的废气歧管。在此利用两个半壳体如此围绕内部管件，即使得在管件的外直径和半壳体之间产生空隙。出现的空隙通过多个间距器具(Distanzmittel，有时称为定距器具)或者间距块(Distanzstücke，有时称为定距块)来限定。

DE 102012018470 A1是DE 19628797 C1的进一步发展。为了在整个覆盖区域中限定地调整空隙使用由不稳定的(flüchtig，有时称为挥发性的)塑料制成的装配辅助件。该塑料在室温中要么喷射(angespritzt，有时称为注塑)到外部的罩套处要么注塑到废气管件处。

DE 102011121383 A1描述了一种带有两个相互插入的管件的组件。在两个管件之间的环状的间隙首先充填有可灌注的隔离材料。在后续步骤中整个结构(由内部管件、隔离材料和外部管件组成)以内部高压方法来变形。

总体来说在背景技术中引导废气的笔直的或弯曲的管件始终是需要的。围绕管件产生空隙。为了确保空隙高度在DE 19628797 C1中使用机械的间距器具。在DE102012018470 A1中通过不稳定的塑料调整空隙，该塑料在稍后的运行中熔化。DE102011121383 A1为了确保在内部管件和外部管件之间的距离应用了可灌注的隔离材料。DE 19628797 C1、DE 102012018470 A1和DE 102011121383 A1需要一个或多个弯曲的管件，所述管件在之前的工艺步骤中制造。此外用于确保空隙的措施是高耗费的且尽管如此不可在另外的生产(弯曲、内部高压变形)的进程中在管路元件的每个区域中以相同的程度确保空隙高度。

发明内容

在所叙述的背景下本发明的主要任务是，在不使用与形状记忆结合的弯曲工具或甚至弯曲机的情况下制造用于废气设备的以空隙隔绝的弯曲的管路元件。次要任务是在内部管件和外部管件之间维持恒定的空隙，该空隙应该在没有附加的措施或辅料的情况下获得。

主要任务通过根据权利要求1的管路元件来解决。有利的改进方案包含在从属权利要求中。

根据本发明的管路元件因此包含如下部件：

·内部管道。

·在形成中间空间的情况下围绕内部管道的外部管道。

在此适用于：

·内部管道和/或外部管道由卷绕的成特定轮廓的(profiliert，有时称为异型的)带状物制造。

·所提及的带状物具有至少一个径向突起部，该径向突起部作为在内部管道和外部管道之间的间距保持件(Distanzhalter)突出到中间空间中。

尤其地，内部管道可由成特定轮廓的(金属)带状物卷绕而成，其中带状物具有径向向外、即在外部管道的方向中指向的径向突起部，该径向突起部确保在内部管道和外部管道之间的限定的(最小)距离。附加地或备选地外部管道可由成特定轮廓的(金属)带状物卷绕而成，其中带状物具有径向向内、即在内部管道的方向中指向的径向突起部，该径向突起部确保在内部管道和外部管道之间的限定的(最小)距离。

径向突起部在径向方向中延伸越过相应的基础直径(外部管道的内部直径或内部管道的外直径)，其中基础直径在成波状的管道的情况中存在于“正常的”管道几何结构的波谷或者波峰的点处。

此外径向突起部可仅仅局部地存在于一个部位处。然而优选地径向突起部连续地环绕地沿着整个带状物延伸且由此也(螺旋状地)环绕地在整个中间空间中延伸。对于针对所述变型方案的中间形式而言存在多个局部的径向突起部，例如沿着整个带状物以等距的距离。

因为在带状物处可构造有一个或多个径向突起部，在下文中当论及“径向突起部”时，总是表示“所述一个或多个径向突起部中的至少一个”。

内部管道或外部管道(优选地两者)可尤其是气密的。

在一种优选的实施形式中，内部管道和/或外部管道构造为成螺旋波状的卷绕波纹管。卷绕波纹管是在轮廓边缘区域中连接的成螺旋波状的元件，所述元件具有相对于转动轴线螺旋状的波状部。卷绕的波纹管结构可优选地形状配合地钩入或重叠地或材料配合地焊接。这样的元件例如在DE 10 2008 001 297 A1或DE 10 2011 053 131 A1中描述。

内部管道和/或外部管道可在构造在其处的相邻的径向突起部之间可选地具有波浪状地变化的直径或备选地具有基本上恒定的直径。

径向突起部可在轴向截面图中观察原则上构造在带状物的每个任意的部位处，例如在带状物的中间区域中。然而在一种优选的实施形式中，径向突起部构造在带状物的轴向的边缘处。

尤其地，在带状物的两个轴向的边缘处可构造有径向突起部，其中相邻的管道螺旋件的彼此对接的径向突起部相互连接(例如焊接)。

在一种优选的实施形式中，不仅内部管道而且外部管道由卷绕的成特定轮廓的带状物制造，尤其以成螺旋波状的卷绕波纹管的形式。优选地在此内部管道和外部管道的卷绕部的螺距是彼此相同的。

优选地内部管道和外部管道相互拧入。这尤其在以下情况中是可行的，即当所述内部管道和外部管道两者分别以成螺旋波状的几何结构制造且几何结构的螺距基本上相同时。通过相互拧入产生特别稳定的构型。

在一种另外的实施形式中，在内部管道和外部管道之间的中间空间填充有热隔离材料。除了热隔绝之外该热隔离材料也可有助于结构的稳定和加固。

附加地或备选地内部管道和/或外部管道也可具有起热隔离作用的覆层。

此外内部管道和外部管道能够可选地具有不同的壁厚度。优选地内部管道的壁厚度在此是更小的。内部管道与外部管道的壁厚度的比例典型地位于1:N的范围中，其中N>1(优选地N=2;3;4;5;6;8;9或10)。例如内部管道可大约0.2mm厚且外部管道可大约0.5mm厚(N=2.5)。

径向突起部的自由的(远侧的)端部能够可选地折弯，从而避免了锋利的外棱边(参见DE 10 2011 053 131 A1)。尤其折弯可为180°的反向弯曲，该反向弯曲例如是敞开地U形的或导致区段的叠放和材料加倍。

此外外部管道在其外侧处缠绕有带状材料。由此可进一步稳定形状且特别是实现附加的热隔绝。在此优选地在带状材料和外部管道之间构造有另外的中间空间。

附图说明

在下文中借助于图按照实施例阐述本发明。在此：

图1以沿着根据本发明的一种实施形式的管路元件的轴向的延伸(管道中心轴线X)穿过该管路元件的壁部中的一个的轴向的截面图显示了该管路元件，其中管路元件具有波浪形的波纹管结构作为基础几何结构；

图2显示了穿过为了制造管路元件使用的带状物的不同的带状几何结构的轴向的截面图；

图3显示了穿过带有基本上扁平的基础几何结构的管路元件的类似于图1的轴向的截面图；

图4显示了带有空间弯曲的管路元件的截面图(左侧)和透视图(右侧)；

图5显示了在外侧缠绕有带状材料的管路元件的类似于图4的示图；

图6显示了利用废气穿流管路元件的中间空间的示意图。

具体实施方式

开头描述的任务根据本发明例如通过两个可相互旋入的、成螺旋波状的波纹管几何结构解决(图1)。波纹管几何结构首先由平坦的金属条(带状物)轧制成型、倒圆角且接着在外周缘处类似于膜片波纹管(参见DE 10 2011 053 131 A1)被焊接。

位于外部的波纹管几何结构(带状物12)在当前的示例中具有带有径向高度b的三个波状部。在相邻的带状螺旋件的彼此对接的边缘的区域(14)中进行螺旋线状的焊接。螺旋线的螺距相应于轮廓宽度且在图1中以p来指定。

位于内部的波纹管几何结构(带状物11)在当前的示例中同样具有带有径向高度a的三个波状部(其中波峰与管道中心轴线X的距离定义内部管道的基础外直径)。在相邻的带状螺旋件的彼此对接的边缘的区域(13)中进行螺旋线状的焊接。螺旋线的螺距相应于轮廓宽度且在图1中以q来指定。

两个波纹管几何结构首先彼此独立地制造且接着相互旋入。产生的空隙(中间空间15)是螺旋线状的且不仅朝内部相对于废气流而且朝外部相对于周围环境气密地封闭。该空隙在一种优选的实施形式中可填充有隔离材料。例如可在使用喷射装置的情况下引入泡沫状的硬化的(例如金属的)隔离材料。通过波纹管波状部产生可动性，该可动性可用于弯曲且必要时用于拉伸和压缩。

如尤其从附图2中可看出的那样，内部管道的带状物11的两个轴向边缘承载径向突起部RF，所述径向突起部在制作好的管路元件中径向上延伸超过内部管道的基础外直径到中间空间15中且接合到外部管道的波峰中。

位于内部的波纹管几何结构的径向的桥接长度(径向突起部RF 13)限定空隙的径向高度，在弯曲成最终几何结构时和之后同样限定空隙的径向高度。

因为两个波纹管几何结构相互旋入，螺距p和q在一种优选的实施形式中是相同的。在一种优选的实施形式中这也适用于波状部高度a和b以及适用于跨越轮廓宽度p和q的波状部数量。

此外图2显示了在外部区域中或者在轮廓端部处的两种不同的实施形式。带状物11和12描述简单地变形的轮廓形状，而带状物11-II和12-II在外部区域中具有板材折叠。后者改善手感且降低在运行中的结构应力。

两个波纹管几何结构的板材厚度可彼此独立地选择。相互旋入和固定的配合(Sitz)可通过合适的结构措施优化。在一种优选的实施形式中，外部的波纹管几何结构的板材厚度明显地大于内部的板材厚度，例如以1:2到1:3的比例。以该方式外部的波纹管几何结构产生稳定性、结构上的完整性、对固有频率的抵抗和保护免受街道影响如例如石头冲击。内部的波纹管几何结构在一种优选的实施形式中具有最小的板材厚度。最小的板材厚度产生同样最小的热容量。以该方式与废气流接触的内部的板材层的加热时间是小的且根据本发明的以空隙隔绝的管路元件有助于在短暂的冷启动阶段之后快速的完全起作用的后处理。

根据本发明的几何结构的板材厚度、轮廓宽度和波状部高度是可变的，从而可优化跨越元件长度的热量和压力损失。

图3显示了带有波状部高度a=b=零的实施形式。特别地对笔直的管路区段而言以空隙隔绝的管路元件可重量优化地且资源节约地来设计。可选地还可仅仅将内部管道或外部管道构造成带有这样的波状部高度(零)。

图4显示了在实现弯曲成最终几何结构之后的根据本发明的以空隙隔绝的管路元件。波状部(31)的直径差别影响跨越长度的压力损失。

图5显示了以空隙隔绝的管路元件，该管路元件在弯曲成最终几何机构之后通过缠绕有带状材料在机械方面加强。成特定外形的以空隙隔绝的管路元件在外部通过卷绕的材料包裹。该材料由耐热的带状物、例如由玻璃纤维粗纱(Glasfaser-Roving，有时称为玻璃纤维无捻粗纱)制成。其它的然而在列举中未穷举的带状材料适合于在高的温度下的使用：

·由无碱玻璃纤维(E-Glas)、陶瓷先驱体材料或金属织物复合材料制成的针刺无纺织物(Nadelvliese)(非织造品)

·由无碱玻璃纤维、陶瓷先驱体材料或者金属织物复合材料制成的针织的带状物

·由石墨纤维结合有吸附力的纤维制成的针织的元件。

在另外的步骤中可利用可硬化的液体浸渍卷绕的带状物。为此考虑例如聚酯树脂、乙烯基酯树脂或环氧树脂。同样可使用陶瓷材料如例如CBPC(化学键合磷酸盐陶瓷)。制造可以平行卷绕方法或以交叉卷绕方法制造(参见DE 10 2010 004 809 A1)。

以该方式可优化机械强度。在卷绕的带状层下产生的第二空隙增加了隔离能力。

图6显示了带有用于引入到空隙(15)中的专用的介质的接口的以空隙隔绝的管路元件。

例如在以空隙隔绝的管路元件之前分开废气流适合于改善隔离效果。螺纹状的空隙(15)相对于位于内部的废气路径具有明显地更大的长度。利用支路将废气流分开到空隙中因此理想上在空隙的区域中导致更高的流动速度以及更小的压力。这可积极地影响隔离特性。

在附图6中示出了在内部管道中和在中间空间中的废气的对流，而废气也可在平行流中被引导。此外废气的提取能够可选地在发动机M和管路元件50之间、在管路元件50之后且在废气后处理设备AGN之前或在废气后处理设备之后进行(参见DE 10 2018 122658.6)。

同样可实现通过利用加热介质或同样冷却介质穿流空隙主动地影响废气温度。

上面描述的所有实施形式同样可组合地使用且详细地、然而未穷举地描述技术上的变型方案。

Claims

1.用于废气管路的管路元件(10,20,30,50)，包含同轴的组件：

- 内部管道(IS)，

- 在形成中间空间(15)的情况下围绕所述内部管道(IS)的外部管道(AS)，

其中

- 所述内部管道(IS)和/或所述外部管道(AS)由卷绕的成特定轮廓的带状物(11,21,31,51;12,22,32,52)制造，且

- 所述带状物(11,21,31,51)具有至少一个径向突起部(RF)，该径向突起部作为在内部管道(IS)和外部管道(AS)之间的间距保持件突出到所述中间空间(15)中。

2.根据权利要求1所述的管路元件(10,30,50)，其特征在于，所述内部管道(IS)和/或所述外部管道(AS)是成螺旋波状的卷绕波纹管。

3.根据权利要求1所述的管路元件(20)，其特征在于，所述内部管道(IS)和/或所述外部管道(AS)在相邻的径向突起部(RF)之间基本上具有恒定的直径。

4.根据前述权利要求中至少一项所述的管路元件(10,20,30,50)，其特征在于，所述径向突起部(RF)构造在所述带状物(11,21,31,51)的轴向的边缘处。

5.根据权利要求4所述的管路元件(10,20,30,50)，其特征在于，在所述带状物(11,21,31,51)的两个轴向的边缘处构造有径向突起部(RF)，其中相邻的管道螺旋件的彼此对接的径向突起部(RF)相互连接。

6.根据前述权利要求中至少一项所述的管路元件(10,20,30,50)，其特征在于，不仅所述内部管道(IS)而且所述外部管道(AS)由卷绕的成特定轮廓的带状物(11,21,31,51;12,22,32,52)制造，其中内部管道(IS)和外部管道(AS)的卷绕部的螺距优选地是相同的。

7.根据权利要求6所述的管路元件(10,20,30,50)，其特征在于，所述内部管道(IS)和所述外部管道(AS)相互拧入。

8.根据前述权利要求中至少一项所述的管路元件(10,20,30,50)，其特征在于，在内部管道(IS)和外部管道(AS)之间的所述中间空间(15)填充有热隔离材料。

9.根据前述权利要求中至少一项所述的管路元件(10,20,30,50)，其特征在于，所述内部管道(IS)和所述外部管道(AS)具有不同的壁厚度，其中所述内部管道(IS)的壁厚度优选地是更小的。

10.根据前述权利要求中至少一项所述的管路元件(10,20,30,50)，其特征在于，所述径向突起部(RF)的端部被折弯。

11.根据前述权利要求中至少一项所述的管路元件(50)，其特征在于，所述外部管道(AS)在其外侧处缠绕有带状材料(56)，其中优选地在所述带状材料(56)和所述外部管道(AS)之间构造有另外的中间空间。