CN1296650C - 柔性管件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种特别适用于汽车内燃机的排气管(9)的柔性管件(1)，这种管件有一个螺旋形的或者环形成波纹的波纹管(2)、至少一个同轴邻接波纹管的螺旋形缠绕的或者具有多个弓形段的搭扣软管(4)、至少一个局部布置在波纹管和搭扣软管之间的定距件(5)和一个布置在外面的编织软管(3)，其中，所述管件的总刚度最大为5N/mm。

Description

柔性管件
技术领域
本发明涉及一种特别适用于汽车内燃机的排气管的柔性管件。
背景技术
这类柔性管件一般有一个螺旋形的或者环形成波纹的波纹管和一个与波纹管同轴邻接的螺旋缠绕的或者具有多个弓形段的搭扣软管(Agraffschlauch)，其中，所述搭扣软管的螺旋缠绕件(Wicklung)或者弓形段(Ringsegment)的断面做成基本上是S形的，借助这种断面，搭扣软管的螺旋缠绕件的轴向相邻的元件或者轴向相邻的弓形段相互嵌接。这些元件作为插件安装在汽车的排气管上，排气管一般固定安装在汽车底盘上，有时接入一个柔性支承件，用于承受移动和振动，并排除其向相邻物件继续传送，例如弹性支承的发动机的振动，汽车的移动，由温度引起的长度变化等等。
特别不利的是，受搭扣软管制约限制的管件运动自由度，即当搭扣软管达到最大可能的轴向长度时，管件的退耦性能恶化，发动机的负荷变换继续传到排气设备上，由此导致产生令人不快的噪音。此外，这种管件受限制的运动自由度一般要求把排气装置可移动地悬挂在汽车底盘子，使其能承受在极端情况下被卡住的管件的移动。
除此以外，已知的管件(EP 0 903 528 A1、EP 0 709 558 A1、DE 29609 293 U1)大部分有一个布置在外表面上的金属编织物，用于保护波纹管不受外界影响和不过量拉伸。不利的是，当管件的长度延长或者缩短时，这种编织物在径向上伸展或者收缩。如果编织物例如紧贴在邻接的波纹管上，那么一方面管件的附加的轴向继续伸长被卡住，另一方面侧面移动和角度变动明显受阻，因此，在管件的这种状态下，振动继续传至汽车的排气管上。相反地，如果编织物从邻接的波纹管上径向分离开，那么随着发动机传入的振动对波纹管和/或汽车其它部件产生撞击，由此引起难受的噪音。
EP 0 681 096 A1中描述一种柔性管件，其波纹管外表面上布置的金属编织物用一种针织物或者针织品来代替，由此防止从金属编织物方面产生的扰人的冲击噪音。同样，针织物或针织品能软性地支承波纹管的轴向移动，这是因为网眼在受拉的方向及受压的方向上均可在限定范围内移动，而该限定是比较柔软的。因为通过针织物或者针织品单独支承是不够的，所以在这类管件上同样存在着特别是波纹管的过早的失效危险。因此优选配置一个被波纹管包围着的同轴的内防护管来保护波纹管，由此，管件的运动自由度，特别是角转动，又受到显著的限制。
DE 296 09 293 U1描述了一种柔性管件，其波纹管既有一个直接围绕着它的针织物，也有一个布置在外表面上的金属编织物，这种管件同样有所述的缺点。
从DE 198 48 451 A1中获悉一种柔性管件，在其波纹管和至少一个例如搭扣软管或者金属编织物的附加元件之间设置定距件，定距件有效地对波纹管减振。然而这种管件对许多应用情况仍然存在不足的运动自由度。
发明内容
本发明的目的是，提出一种柔性管件，能在防止波纹管产生一种过早失效的情况下，在高频和低频的范围内，尤其不仅对发动机小振幅振动，而且也对发动机的大振幅的负荷变换振动，在同时具有良好的退耦性能(Entkopplungseigenschaft)的情况下，提高运动自由度。
依照本发明，这个目的是采用这么一种尤其适用于汽车内燃机的排气管的柔性管件得以实现的，这种柔性管件有一个螺旋形的或者环形成波纹的波纹管、至少一个与波纹管同轴邻接的螺旋形缠线件或者具有多个弓形段的搭扣软管、至少一个局部安装在波纹管和搭扣软管之间的支承件和一个布置在外面的编织软管，管件的总刚度最大为5N/mm。
依照本发明的结构，波纹管既在轴向方向上，也在径向方向上受到了搭扣软管足够的支承，因此，就能可靠防止波纹管过早的失效。另一方面，由于依照本发明的管件的总刚度最大值为5N/mm，就可以把排气装置固定安装在尤其汽车工业方面所期望的汽车底盘上，这是因为它能可靠承受在发动机和排气装置之间受温度或者机械影响的距离和角度变化。
在波纹管和搭扣软管之间局部安装的定距件，用于避免由于汽车振动产生波纹管和搭扣软管之间的接触和由此引起的噪音，如从DE 198 48451 A1中所知的那样。通过局部的定距件可靠地防止波纹管和邻接的搭扣软管产生互相碰撞，在这些部件的临界的激励频率下，尤其在这些部件的固有频率情况下，避免直接碰撞和由此避免噪音的发出。
设置在外面的编织软管使得柔性管件不受外界影响，如安装时的机械损伤或运行时被石子打击，而不会妨碍其移动性。这样一种高度柔性的编织软管以其整个长度贴靠在内侧邻接的元件上，例如至少贴靠在波纹管的外侧波峰上，从而可靠地避免其由于振动而产生所不希望的噪音。
如上已所述，搭扣软管的螺旋形缠绕件或者弓形段具有一个基本为S形的断面，借助这种断面，搭扣软管的螺旋形缠绕件的轴向相邻的元件或者轴向相邻的弓形段彼此相互嵌接。在优选的结构中，在搭扣软管的螺旋形缠绕件或者弓形段的基本为S形的断面中设有一个中间段，在中间段的端部各设一个基本上在轴向方向上延伸的板条，在这个板条上各连接一个伸向中间段方向的基本上在轴向方向上的端板条，其中板条与端板条的径向距离大于端板条的径向厚度，中间段和连接板之间的轴向距离大于端板条的轴向厚度。通过这种结构设计，在搭扣软管的每个螺旋形缠绕件之间或者每个弓形段之间，不仅在轴向方向上，而且也在径向方向上，形成一个软性止挡，一方面用于防止波纹管的极端状态，例如弯曲、伸长、缩短等等。另一方面确保在管件的整长上提高其在轴向方向上和径向方向上的运动自由度，这是因为搭扣软管的轴向相邻的元件或者弓形段能进行相对移动。尤其是也能进行角转动，其最大值可以由基本为S形的断面的板条的径向距离与端板条的径向厚度的比值或者中间段和连接板之间的距离与端板条的轴向长度的比值进行调节。通过搭扣软管的螺旋形缠绕件的各轴向相邻元件或者各轴向相邻的弓形段的相互嵌接，不仅在轴向间隙下，而且也在径向间隙下，保证管件的轴向移动、径向移动和角转动的移动性与现有技术相比有明显的提高，因此不但能从发动机的小振幅振动中，也能从发动机的负荷变换的大振幅振动中确保完全退耦(Entkopplung)。
为了使管件在每一个方向上都有均匀的移动性能，断面最好是镜面对称于中间段的中心。
如果断面的各板条主要设置在平行于管件的轴向方向上，那么中间段最好是布置在径向方向上的连接板或者是布置成倾斜于径向方向的连接板，在后一种情况中，连接板优选采用倾斜于与其端部相连布置的板条方向。
依据对柔性管件所期望的不同的移动性能，板条与端板条的径向距离优选采用1.1-3倍的端板条的径向厚度，特别是1.2-2倍，中间段与连接板之间的轴向距离优选采用1.05-1.9倍的端板条的径向厚度，特别是1.1-1.8倍。
定距件优选采用带状的，因此在波纹管和搭扣软管之间本来已存在的环形空间下，管件的外尺寸实际上不受影响。局部的使用，特别是采用带状的，一般足以达到所期望的效果，因此，与满布置定距件相比，大大节约了材料。此外，基于其带状性质，定距件比在元件的整个壳面上布置定距件更为柔性，因此，对管件的轴向移动、侧向移动和角度转动的性能不设限制。
定距件可以在管件的一边或者两边圆柱形的连接端上与波纹管和/或搭扣软管例如用圆柱环固定安装，或者松动地安装在波纹管和搭扣软管之间。这样，定距件就可以例如在管件的两个连接端上牢牢固定，例如被挤压，以防止在运行时出现偏移或者位移。
带状定距件可以采用简单的方法围绕着附加元件盘卷，既可在径向方向上，也可在轴向方向上，或者螺旋形地绕邻接波纹管的搭扣软管外表面布置。定距件可以在绕邻接波纹管的搭扣软管外表面上对称布置，和/或为了节约材料，针对管件对振动特别敏感的范围，例如可以在波纹管和搭扣软管之间非对称布置。
如果定距件基本上可以做成单层的，那么依照一个优选的实施形式，为了管件的最佳减振，在波纹管和搭扣软管之间，定距件可以交叉布置，和/或两层或多层布置。根据定距件带材之间的间距，也可以在采用多层定距件的情况下，所需要的材料比平面的定距件少，特别是在带材的各种不同的定位和取向的情况下，例如不但轴向的，而且螺旋形的，都能达到管件的最佳的减振作用。
定距件基本上优选采用玻璃纤维和/或矿物纤维做成，而且做成实用的编织层、针织物、编织物或者纤维网，特别是做成带状纤维网。
定距件也可以是基本上用金属替代或者附加做成的，例如用钢丝、金属垫、拉制钢板、钢板或泡沫金属做成。泡沫金属指的是一种掺入一种发泡剂使其能发泡的金属，即由金属粉末和例如钛氢化物(Titanhydrid)发泡剂经加热和压实后而制成的。如果定距件由薄钢板做成，那么为了提高其弹性性能，可以优选对其打孔。此外，定距件例如也可以考虑采用塑料做成的。
编织软管作用在波纹管上的摩擦力最好仅为0.5至5N，尤其是最好等于约1至3N，因此，波纹管的移动性能不受到不利影响，同时编织软管始终紧贴在波纹管上。摩擦力例如可以简单的方式通过编织软管的内径或者编织软管作用在波纹管上的法向力来进行调节。
为了可靠地固定编织软管，最好把它固定在管件的连接端，特别是可以通过圆柱环来固定。圆柱环也特别适用于固定波纹管和搭扣软管，有时也用于固定定距件。通过编织软管的固定，就会同时实现各种不同的优点，也就是，不但编织软管在其一般切断的端部松开，而且确保编织软管对波纹管的全长起保护作用，以及提供一个在移开运动时保护波纹管的软性拉伸止挡。
如果编织软管主要是由金属丝做成的，那么也可以用耐温的纤维材料制造编织软管。编织物可以是单丝的或者多丝的。通过编织软管采用单丝或者多丝的实施方式，可以提高其柔性性能或者降低其刚度。
优选地，编织物的网眼主要沿柔性管件的轴向方向延伸。因此，管件的移动性能特别是在轴向方向上实际上不受影响，这是因为当受压缩移动时，网眼在轴向方向上可以自由地相互交错移动。
依照本发明的管件的波纹管优选有一个约等于2至5N/mm的刚度。
如果搭扣软管原则上也可以布置在波纹管的外面，并且在这种情况下，也能被编织软管所围绕，那么在优选的实施形式中，搭扣软管布置在波纹管的内侧。
附图说明
下面借助实施例参考附图详细地说明本发明。附图表示：
图1在波纹管内侧布置搭扣软管的和外表面布置编织软管的柔性管件的侧视图；
图2附图2的管件的另一种实施形式；
图3附图1或者附图2的管件的搭扣软管的一个缠绕件或者一个弓形段的截面详图；
图4附图3的截面的另一种实施形式；
图5附图3的搭扣软管的多个彼此相互嵌接的缠绕件或者弓形段的截面图；
图6附图1或附图2的管件的编织软管在被压缩情况下的一部段；
图7在未被压缩情况下的附图6的编织软管；
图8围绕搭扣软管布置的在径向方向上延伸的定距件的侧视图；
图9相应的截面图；
图10围绕搭扣软管布置的在轴向方向上延伸的定距件的侧视图；
图11相应的截面图；
图12附图10的一种变型方案；
图13相应的截面图；
图14围绕搭扣软管布置的绕搭扣软管外壳面螺旋形延伸的定距件的侧视图；
图15相应的截面图；
图16安装在汽车排气管上的依照附图1或附图2的管件的侧视图。
具体实施方式
附图1所示的柔性管件1有一个(局部截取而示出的)环形成波纹的波纹管2和一个环绕在其上的编织软管3，编织软管3作用在波纹管上一个例如约为2N的摩擦力。在波纹管2内安装一个搭扣软管4，在所述的实施形式中，搭扣软管4是一个断面基本为S形的螺旋缠绕件41，借助这种S形的断面，缠绕件41的各相邻元件彼此相互嵌接(参见附图3至附图5)。或者，搭扣软管可以由相当于螺旋缠绕件41的断面形式的多个弓形段组成，借助这种断面形式，搭扣软管的各轴向相邻的弓形段彼此相嵌接(附图中未示出)。
为了减振，在波纹管2和搭扣软管4之间的环形空腔内安装由带材做成的定距件5(附图8-15)，定距件5至少通过圆柱环7固定在波纹管2的连接端6上。此外，圆柱环7还用于在汽车排气管上固定编织软管3以及整个管件1。如果依照附图1中的波纹管2的波纹8有相同的直径，那么附图2所示的波纹管2的端部波纹8a的直径小于其他波纹8，并从波纹8起向在波纹管2的连接端6上设置的圆环7方向对其直径按阶梯形设计。
附图3示出搭扣软管4的一个螺旋缠绕件41的断面42的详图，借助这种断面，缠绕件41的各轴向相邻的元件41a、41b、41c彼此相互嵌接(附图5)。缠绕件41的基本上为S形的断面42有一个中间段43，中间段43的端头设有各伸向搭扣软管4的轴向方向的两个板条44。在板条44上各连接一个基本上伸向搭扣软管4的径向方向上的连接板45，在连接板45上又各连接一个伸向中间段的布置在搭扣软管4的轴向方向上并平行于板条44的端板条46。
为了在既对高频范围的也对低频范围的振动同时具有良好的退耦性能的情况下，搭扣软管4能保持有高的轴向、径向和角向的移动性能，板条44和端板条46的径向距离D应大于端板条46的径向厚度，中间段43与连接板45之间的轴向距离L应大于端板条46的轴向长度l。在所示的实施形式中，板条44和端板条46的径向距离D约为端板条46的径向厚度d的两倍，连接板45和中间段43之间的轴向距离L约为端板条46的轴向长度l的1.5倍。
如从附图5中可以看出，通过搭扣软管4的螺旋缠绕件41的这种断面42的构造，确保缠绕件41的各相邻元件41a、41b或者41b、41c，既能在轴向间隙下，也能在径向间隙下，彼此相互嵌接，这时，各相邻元件41a、41b、41c能进行长(L-l)的轴向移动和长(D-d)的径向移动。特别是角也能转一个与各自的比例L/l和D/d决定的角度α。
在附图6和附图7中分别给出用于使管件1(附图1和附图2)免受外界影响的被压缩和未被压缩的编织软管3的部段。紧贴在波纹管2的径向外侧波峰8和8a上的编织软管3(附图1和附图2)是例如由一条构成网眼的钢丝做成的，网眼在管件上的轴向方向上均匀延伸，因此，特别是在轴向方向上有一个良好的移动性，但是也包括径向移动和角转动的良好性能，并且和搭扣软管4一起共同使波纹管2的高柔性性能不会受到值得重视的影响。如从附图6和附图7中可以看出，网眼的拉开或压缩，使编织软管3从一个长度A(附图7)压缩到另一个长度a(附图6)，而编织软管3始终可靠地环绕着波纹管2(附图1和附图2)。
可以从附图8至附图15中了解定距件5的各种不同的实施例，定距件5是为了防止波纹管2和搭扣软管4互相接触时产生噪音而设置在中间的。
附图8和附图9示出一种由带材做成的定距件5，在波纹管(附图1、附图2)内，带材在轴向方向上彼此隔一定距离环状围绕在搭扣软管4上。而依照附图10和附图11中的定距件5是在搭扣软管4的轴向方向上延伸的，并且是在切线方向上每隔一定距离布置的，附图12和附图13中所示的定距件5的带材在搭扣软管的轴向方向上是曲折形的，并且在切线方向上同样彼此相隔一定距离。一种螺旋形地绕搭扣软管4的外壳面布置的定距件5可从附图14和附图15中得知。在所述的实施形式中，定距件5的高度例如约等于5mm。
为了有针对性地减轻搭扣软管4的振动特别敏感的范围，附图8至附图15中所示的实施例当然可以相互组合。此外，对所示的定距件5可以附加布置其他定距件，例如其带材在不同的方向上延伸，如相互交叉。
附图16示出一种安装在一部(附图中未示出的)汽车的排气管9上的柔性管件1，柔性管件1把排气管9和发动机(未示出)连接管10连接起来。由于其总刚度约为5N/mm，并由此提高其柔性性能，因此柔性管件1允许排气管9固定在汽车的底盘上，并能有效地承受发动机的连接管10产生的相对于固定的排气管9的热力的或机械的距离变化和角度变化。
                    附图标记表
1 柔性管件                        41a-c 螺旋缠绕件的元件
2 波纹管                          42 缠绕件的断面
3 编织软管                        43 中间段
4 搭扣软管                        44 板条
5 定距件                          45 连接板
6 管件的连接端                    46 端板条
7 圆环                            D 板条的径向距离
8、8a 波纹管的波                  d 端板条的径向厚度
9 排气管                          L 中间段和连接板之间的轴向距离
10 连接管                         l 端板条的轴向长度
41 搭扣软管的螺旋缠绕件           h 定距件的高度

Claims (40)

1.一种柔性管件(1)，有一个螺旋形的或者环形成波纹的波纹管(2)、至少一个同轴邻接在波纹管(2)上的螺旋缠绕的或者具有多个弓形段的搭扣软管(4)、至少一个局部布置在波纹管(2)和搭扣软管(4)之间的定距件(5)和一个布置在外面的编织软管(3)，其中，所述管件(1)的总刚度最大为5N/mm。
2.如权利要求1所述的管件，其特征在于：搭扣软管(4)的螺旋缠绕件(41)的或者弓形段的一个基本S形的断面(42)有一个中间段(43)，该中间段(43)有两个分别布置在其各端的基本上在轴向方向上延伸的板条(44)，在该板条(44)上各连接一个基本上在径向方向上延伸的连接板(45)，在该连接板(45)上又各连接一个朝中间段(43)方向延伸的基本上沿轴向方向的端板条(46)，其中，板条(44)与端板条(46)之间的径向距离(D)大于端板条(46)的径向厚度(d)，中间段(43)和连接板(45)之间的轴向距离(L)大于端板条(46)的轴向长度(l)。
3.如权利要求2所述的管件，其特征在于：所述断面(42)镜面对称于中间段(43)的中心。
4.如权利要求2所述的管件，其特征在于：所述板条(44)与端板条(46)平行于轴向方向。
5.如权利要求2所述的管件，其特征在于：所述中间段(43)是布置在径向方向上的连接板。
6.如权利要求2所述的管件，其特征在于：所述中间段(43)是相对于径向方向倾斜布置的连接板。
7.如权利要求6所述的管件，其特征在于：所述中间段(43)朝各个布置在其端头的板条(44)方向倾斜。
8.如权利要求2所述的管件，其特征在于：所述板条(44)与端板条(46)的径向距离(D)为端板条(46)的径向厚度(d)的1.1至3倍。
9.如权利要求8所述的管件，其特征在于：所述板条(44)与端板条(46)的径向距离(D)为端板条(46)的径向厚度(d)的1.2至2倍。
10.如权利要求2所述的管件，其特征在于：所述中间段(43)和连接板(45)之间的轴向距离(L)为端板条(46)的轴向长度(l)的1.05至1.9倍。
11.如权利要求10所述的管件，其特征在于：所述中间段(43)和连接板(45)之间的轴向距离(L)为端板条(46)的轴向长度(l)的1.1至1.8倍。
12.如权利要求1所述的管件，其特征在于：所述定距件的高度为0.3至0.8mm。
13.如权利要求12所述的管件，其特征在于：所述定距件的高度为0.5mm。
14.如权利要求1至13之一所述的管件，其特征在于：所述定距件(5)是带形的。
15.如权利要求1所述的管件，其特征在于：所述定距件(5)在管件(1)的至少一个连接端(6)与波纹管(2)和/或搭扣软管(4)固定连接。
16.如权利要求15所述的管件，其特征在于：所述定距件(5)通过圆柱环(7)固定在管件(1)的端头(6)上。
17.如权利要求1所述的管件，其特征在于：所述定距件(5)在波纹管(2)和搭扣软管(4)之间松动地布置。
18.如权利要求14所述的管件，其特征在于：所述带形的定距件(5)布置在搭扣软管(4)的径向方向上。
19.如权利要求14所述的管件，其特征在于：所述带形的定距件(5)布置在搭扣软管(4)的轴向方向上。
20.如权利要求14所述的管件，其特征在于：所述一个或多个带形的定距件(5)螺旋形地绕邻接波纹管(2)的搭扣软管(4)外壳面布置。
21.如权利要求14所述的管件，其特征在于：所述带形的定距件(5)绕邻接波纹管(2)的搭扣软管(4)的外壳面对称地布置。
22.如权利要求14所述的管件，其特征在于：所述带形的定距件(5)绕邻接波纹管(2)的搭扣软管(4)的外壳面非对称地布置。
23.如权利要求1所述的管件，其特征在于：所述定距件(5)交叉布置。
24.如权利要求1所述的管件，其特征在于：所述定距件(5)多层布置。
25.如权利要求1所述的管件，其特征在于：所述定距件(5)包含有玻璃纤维和/或矿物纤维。
26.如权利要求25所述的管件，其特征在于：定距件(5)由编织物或编结物构成。
27.如权利要求25所述的管件，其特征在于：定距件(5)由纤维网构成。
28.如权利要求1所述的管件，其特征在于：所述定距件(5)包含有金属。
29.如权利要求28所述的管件，其特征在于：所述定距件(5)是由钢丝、金属垫、拉制钢板或者泡沫金属形式的金属材料做成的。
30.如权利要求1所述的管件，其特征在于：编织软管(3)作用在波纹管(2)上的摩擦力为0.5至5N。
31.如权利要求30所述的管件，其特征在于：编织软管(3)作用在波纹管(2)上的摩擦力为1至3N。
32.如权利要求1所述的管件，其特征在于：所述编织软管(3)固定在管件(1)的连接端(6)上。
33.如权利要求32所述的管件，其特征在于：所述编织软管(3)通过圆柱环(7)固定在所述连接端(6)上。
34.如权利要求1所述的管件，其特征在于：所述编织软管(3)是由耐热的纤维材料做成的。
35.如权利要求1所述的管件，其特征在于：所述编织软管(3)是由金属丝做成的。
36.如权利要求1所述的管件，其特征在于：所述编织软管(3)是一种单丝的或者多丝的编织物。
37.如权利要求1所述的管件，其特征在于：编织软管(3)的网眼基本上在管件(1)的轴向方向上延伸。
38.如权利要求1所述的管件，其特征在于：所述波纹管(2)的刚度为2至5N/mm。
39.如权利要求1所述的管件，其特征在于：所述搭扣软管(4)布置在波纹管(2)的内侧。
40.如权利要求1所述的管件，其特征在于：所述管件用于汽车内燃机的排气管(9)。
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