DE102004034591A1

DE102004034591A1 - Flüssigkeitdichtes Entkopplungselement

Info

Publication number: DE102004034591A1
Application number: DE102004034591A
Authority: DE
Inventors: Dietmar Baumhoff; Karl-Heinz MÜNKER; Frank Dipl.-Ing. Bender; Stefan Dr.-Ing. Hauk; Matthias Weiss
Original assignee: Westfalia Metallschlauchtechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Westfalia Metallschlauchtechnik GmbH and Co KG
Priority date: 2004-07-16
Filing date: 2004-07-16
Publication date: 2006-02-16

Abstract

Zur Verbindung von schwingbeanspruchten Rohrleitungen, für die Abgasleitungen in Kraftfahrzeugen typische Ausführungsbeispiele sind, wird ein flüssigkeitsdichtes Entkopplungselement eingesetzt, daß aus einem mehrlagig gewickelten Metallschlauch mit einem koaxial innenliegend angeordneten flexiblen Rohr sowie aus axialen Berandungselementen besteht. Das innenliegende flexible Rohr ist mit einer axialen Berandung fest verbunden und in der zweiten axialen Berandung über ein ringförmiges Element radial fixiert, aber axial und torsional verschiebbar gelagert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Entkopplungselement für schwingbeanspruchte Rohrleitungen, für die Abgasleitungen in Kraftfahrzeugen typische Ausführungsbeispiele sind.

Die Aufgabe solcher Leitungselemente besteht darin, schwingbeanspruchte Rohrleitungen flexibel miteinander zu verbinden und dabei schwingungstechnisch weitgehend zu entkoppeln. Aufgrund der im PKW-Bereich vorliegenden Forderung nach Gasdichtheit ist ein Metallbalg hier oftmals ein Modul solcher Entkopplungselemente. Da die großen Durchmesserunterschiede in den Wellungen des Metallbalgs Turbulenzen erzeugen können, wird in der Regel ein Metallschlauch in das Leitungselement integriert, um die laminare Abgasströmung sicherzustellen. Hierbei ist darauf zu achten, daß während des Betriebs eine nur minimale Geräuschentwicklung durch das Anschlagen des Metallschlauchs an der Innenseite des Balgs entsteht. Dies wird in vielen Fällen durch ein den Schlauch umgebendes Drahtgestricke bewirkt. DE 198 20 863 A1 zeigt beispielhaft ein flexibles Leitungselement, bei dem, alternativ zu einem Drahtgestricke, Metallschlauch und Metallbalg an definierten Orten in Anlage zueinander gebracht werden, um die oben beschriebene Geräuschentwicklung zu vermeiden.

Im Nutzfahrzeugbereich werden oftmals mehrlagige, gewickelte Metallschläuche aus profiliertem Bandmaterial als Entkopplungselement in den Abgasanlagen eingesetzt. Aufgrund einer zwar geringen, aber dennoch zulässigen Restleckage ist hier kein gasdichtes Element, wie z.B. ein Metallbalg, erforderlich. Ein einfaches Ausführungsbeispiel für die als Entkopplungselement eingesetzten Metallschläuche ist der sogenannte Agraff-Schlauch. Weitere Ausführungsbeispiele, die gegenüber dem Agraff-Schlauch neben einer erhöhten Standzeit auch geringere Leckagen aufweisen, sind durch die Schriften DE 344 1064 C2 sowie DE 101 13 180 C2 bekannt geworden.

Insbesondere für den Einsatz in Abgasanlagen von Nutzfahrzeugen sind gewickelte Metallschläuche besonders geeignet, da sie, im Gegensatz zu Metallbälgen, große Verschiebungen in axialer, lateraler und vor allem torsionaler Richtung ohne den Aufbau von Strukturspannungen entkoppeln können. Ihr Nachteil jedoch ist die verbleibende Restleckage.

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. Insbesondere die SCR-Systeme stellen neue technische Anforderungen an die Entkopplungselemente, da sie die Stickoxide im Abgas unter Zugabe von AdBlue (= Harnstoff) reduzieren. Adblue wird in den Abgasstrom eingespritzt, wobei es in Abhängigkeit der Betriebs- und Umgebungsbedingungen zu einem Auskondensieren an den Innenwänden des Abgassystems kommen kann. Der somit in flüssiger Form vorliegende Harnstoff ist sehr kriechfähig und soll nicht aus dem Abgassystem in die Umgebung gelangen. Dies erfordert, daß alle in den Abgassystemen eingesetzten Leitungselemente, und insbesondere auch die Entkopplungselemente, zumindestflüssigkeitsdicht sind.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein flüssigkeitsdichtes Entkopplungselement bereitzustellen, daß einen möglichen Austritt von kondensiertem Harnstoff in die Umgebung vermeidet und somit zukünftig Einsatz als entkoppelndes Element in Abgasanlagen in Verbindung mit SCR-Systemen finden kann. Bei der Erfüllung dieser Aufgabe soll das Entkoppeln große Verschiebungen in axialer und vor allem torsionaler Richtung, uneingeschränkt erhalten bleiben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Anordnung gelöst, die aus einem Wickelschlauch (11) besteht, der durch schraubengangförmiges, mehrlagiges Wickeln von profiliertem metallischem Bandmaterial hergestellt wird. In dem Wickelschlauch ist koaxial innenliegend ein flexibles Metallrohr (12) angeordnet. Das flexible Metallrohr (12) ist mit einem linken Rohr-Anschlußstück (17) über eine stoffschlüssige oder formschlüssige Verbindung fest verbunden und kann zum Beispiel ein aus mehreren Bandlagen gewickeltes Wellrohr, ein durch partielles Aufweiten eines Rohres hergestelltes Wellrohr oder aber ein Metallbalg sein. Eine Hülse (15) ist zwischen dem Außendurchmesser des flexiblen Metallrohrs und dem Innendurchmesser des Wickelschlauchs (11) angeordnet und stellt gleichzeitig einen zylinderringförmigen Hohlraum (19) zwischen den beiden genannten Elementen sicher. In dem zylinderringförmigen Hohlraum (19) kann sich ein geeignetes Dämpfungselement, wie z.B. ein Metallgeflecht (Braiding) befinden, welches eine metallische Berührung zwischen den beiden Elementen (11) und (12) sowie die damit einhergehende Geräuschentwicklung unter Schwingbeanspruchung weitgehend vermeidet. Über den Wickelschlauch (11) ist am linken Ende eine äußere Hülse (13) überschoben und mit dem Wickelschlauch entweder stoffschlüssig oder formschlüssig verbunden.
An der rechten Berandung befindet sich wiederum ein Rohr-Anschlußstück (18), auf dem der Wickelschlauch (11) mit einer zweiten äußeren Hülse (14) stoffschlüssig oder formschlüssig verbunden ist. Das flexible Rohr (12) kann aus Gründen der erforderlichen Dauerfestigkeit nicht fest mit dem rechten Rohr-Anschlußstück (18) verbunden werden. Hier wird mit Hilfe eines ringförmigen Elements (16) eine Anbindung erzielt, die das flexible Rohr (12) radial im rechten Rohr-Anschlußstück (18) fixiert. Axial und torsional hingegen ist das flexible Rohr verschieblich gelagert. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß das flexible Rohr im Betrieb nur laterale Verschiebungen aufnehmen muß. Die konstruktiv bedingte Abwesenheit von axialen und torsionalen Beanspruchungen hat einen deutlich positiven Einfluß auf die Dauerfestigkeit des flexiblen Rohrs und ist insofern vorteilhaft. Es muß jedoch sichergestellt sein, daß das ringförmige Element (16) auch bei vollständig gestrecktem Wickelschlauch (11) noch innerhalb des rechten Rohr-Anschlußstücks (18) geführt ist. Zusätzlich dazu kann das Rohr-Anschlußstück (18) mit einer am Umfang umlaufenden, sickenförmigen Vertiefung ausgestattet sein. Diese sickenförmige Vertiefung bildet einen Auffangbereich für die in der Abgasanlage befindliche Flüssigkeit und stellt insbesondere bei horizontaler Einbaulage sicher, daß keine Flüssigkeit entgegen der Strömungsrichtung am ringförmigen Element (16) vorbei in den Bereich des Wickelschlauchs (11) gelangen kann.
Ein nach dem beschriebenen Prinzip aufgebautes Entkopplungselement ist bei einer Abgasführung von links (17) nach rechts (18) flüssigkeitsdicht. Die verbleibende Restleckage bezieht sich ausschließlich auf gasförmige Medien und wird durch die dichtende Wirkung des ringförmigen Elements (16) sowie durch die Dichtheit des Wickelschlauchs (11) bestimmt. Da unterschiedliche Profilgeometrien des Wickelschlauchs a priori zu unterschiedlichen Leckagewerten führen, können durch eine geeignete Wahl von Wickelschläuchen mit eingehakter Bindung, Agraff-Schläuchen sowie von Schlauchprofilen gemäß den bereits genannten Patentschriften DE 344 1064 C2 und DE 101 13 180 C2 die Restleckagen konstruktiv beeinflußt werden.
Das Entkopplungselement ist bevorzugt für die Entkopplung in axialer und torsionaler Richtung gestaltet. Die laterale Beweglichkeit wird durch die Größe des zylinderringförmigen Hohlraums (19) sowie durch die laterale Steifigkeit des flexiblen Rohrs (12) bestimmt. Unter Variation dieser beiden Elemente sind verschiedene Varianten möglich. Zum Beispiel kann ein Entkopplungselement, daß ausschließlich für die axiale und torsionale Entkopplung vorgesehen ist, mit einem sehr kleinen zylinderringförmigen Hohlraum (19) sowie mit einem starren Rohr ausgestattet werden. Eine alternative Variante hierzu sieht gemäß 2 ein im Durchmesser abgesetztes Rohr (21) vor.
Wenn eine große laterale Bewegung erforderlich ist, so muß der zylinderringförmige Hohlraum (19) entsprechend groß ausgelegt werden. Ebenso ist dann ein flexibles Rohr mit einer geringen lateralen Steifigkeit erforderlich.
In einer bevorzugten Ausführung besteht das ringförmige Element (16) aus einem gepreßten Metallgeflecht. Alternativ kann es jedoch auch aus keramischen-, glasfaserverstärkten-, Silikatfaser- oder Composite-Werkstoffen bestehen. Die genannten Werkstoffe können ebenso zum Ausfüllen des zylinderringförmigen Hohlraums (19) verwendet werden.
Im Zuge einer Anpassung auf einen speziellen Bedarfsfall sind auch Kombinationen der oben beschriebenen Varianten möglich. Neben dem Einsatz in den Abgasanlagen von Kraftfahrzeugen kann das beschriebene flüssigkeitsdichte Entkopplungselement gleichwohl in Industrieapplikationen, wie z.B. den Abgasanlagen stationärer Turbinen, Anwendung finden.

Claims

Flüssigkeitsdichtes Entkopplungselement, insbesondere für Abgasleitungen in Kraftfahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einem mehrlagig gewickelten Metallschlauch mit einem koaxial innenliegend angeordnetem flexiblen Rohr sowie aus axialen Berandungselementen besteht, wobei das innenliegende flexible Rohr mit einer axialen Berandung fest verbunden ist und in der zweiten axialen Berandung über ein ringförmiges Element radial fixiert, aber axial und torsional verschiebbar gelagert ist.
Flüssigkeitsdichtes Entkopplungselement, insbesondere für Abgasleitungen in Kraftfahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einem mehrlagig gewickelten Metallschlauch mit einem koaxial außenliegen angeordnetem flexiblen Rohr sowie aus axialen Berandungselementen besteht, wobei das außenliegende flexible Rohr mit einer axialen Berandung fest verbunden ist und in der zweiten axialen Berandung über ein ringförmiges Element radial fixiert, aber axial und torsional verschiebbar gelagert ist.
Flüssigkeitsdichtes Entkopplungselement gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das flexible Rohr im komplett gestauchten und auch im komplett gestreckten Zustand des Wickelschlauchs über ein ringförmiges Element (16) in der axialen Berandung, in welcher es verschieblich gelagert ist, radial geführt wird.
Flüssigkeitsdichtes Entkopplungselement gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Element (16), welches das flexible Rohr radial in einer der axialen Berandungen führt, fehlt und daß das flexible Rohr im komplett gestauchten und auch im komplett ge streckten Zustand des Wickelschlauchs in die axiale Berandung (18), zu welcher es relativ verschoben werden kann, hineinragt.
Flüssigkeitsdichtes Entkopplungselement gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das flexible Rohr aus metallischen Werkstoffen mit definierten mechanischen Eigenschaften und chemischen Zusammensetzungen besteht, aber auch elastomere, glasfaserverstärkte, silikatfaserverstärkte bzw. keramische Werkstoffe oder aber Verbund-, Compound- bzw. Composite-Werkstoffe zum Einsatz kommen können.
Flüssigkeitsdichtes Entkopplungselement gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige, radial führende Element (16) aus metallischen Werkstoffen mit definierten mechanischen Eigenschaften und chemischen Zusammensetzungen besteht, aber auch elastomere, glasfaserverstärkte, silikatfaserverstärkte bzw. keramische Werkstoffe oder aber Verbund-, Compound- bzw. Composite-Werkstoffe zum Einsatz kommen können.
Flüssigkeitsdichtes Entkopplungselement gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das flexible Rohr eine sehr hohe Steifigkeit aufweist bzw. starr ist.
Flüssigkeitsdichtes Entkopplungselement gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das flexible Rohr eine balgförmige Geometrie aufweist, deren Wellungen entweder in zwei senkrecht zueinander liegenden Ebenen orthogonal zur Rotationsachse stehen oder sich schraubengangförmig am Umfang erstrecken.
Flüssigkeitsdichtes Entkopplungselement gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich im zylinderringförmigen Hohlraum (19) ein geeignetes Dämpfungselement, wie z.B. ein Metallgeflecht (Braiding) befindet, welches eine metallische Berührung zwischen den beiden Elementen (11) und (12) sowie die damit einhergehende Geräuschentwicklung unter Schwingbeanspruchung weitgehend vermeidet.
Flüssigkeitsdichtes Entkopplungselement gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich im rechten Rohr-Anschlußstück (18) eine am Umfang umlaufende, sickenförmige Vertiefung befindet, welche einen Auffangbereich für die in der Abgasanlage befindliche Flüssigkeit darstellt und insbesondere bei horizontaler Ein baulage sicherstellt, daß keine Flüssigkeit entgegen der Strömungsrichtung am ringförmigen Element (16) vorbei in den Bereich des Wickelschlauchs (11) gelangen kann.
Flüssigkeitsdichtes Entkopplungselement gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das flexible Metallrohr (12) ein aus mehreren Bandlagen gewickeltes Wellrohr ist.
Flüssigkeitsdichtes Entkopplungselement gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das flexible Metallrohr (12) ein durch partielles Aufweiten eines Rohres hergestelltes Wellrohr ist.
Flüssigkeitsdichtes Entkopplungselement gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das flexible Metallrohr (12) ein Metallbalg ist.
Flüssigkeitsdichtes Entkopplungselement gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das flexible Metallrohr (12) ein konventionelles Rohr ist.