DE102006039230A1

DE102006039230A1 - Flexibles Leitungselement

Info

Publication number: DE102006039230A1
Application number: DE102006039230A
Authority: DE
Inventors: Marc Pontzen; Andreas Schill
Original assignee: IWKA Balg und Kompensatoren Technologie GmbH
Current assignee: BOA Balg und Kompensatoren Technologie GmbH
Priority date: 2005-08-24
Filing date: 2006-08-21
Publication date: 2007-03-15

Abstract

Die Erfindung betrifft ein flexibles Leitungselement, insbesondere für Abgasleitungen von Verbrennungsmsotoren bei Kraftfahrzeugen. Aufgabe der Erfindung ist es, ein kompaktes Leitungselement ohne aufwändig gestaltete Abstandselemente zu schaffen sowie eine kostengünstige Konstruktion für die Längsabstützung des Leitungselementes anzugeben, die dennoch bei Zuganschlag eine weich ansteigende Federcharakteristik aufweist und die Balgrandwellen keinen aus der Ummantelung herrührenden Kraftwirkungen aussetzt. DOLLAR A Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Längsabstützung mittels eines im Bereich der Enden des Leitungselementes festgelegten metallischen Gestrickeschlauches bewerkstelligt wird, der koaxial zum Leitungselement von zwei sich zu den Randwellen des Balges hin konisch bzw. S-förmig erweiternden Abstandselementen radial nach außen auf das Außendurchmesserniveau des Balges umgelenkt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein flexibles Leitungselement, insbesondere für Abgasleitungen von Verbrennungsmotoren bei Kraftfahrzeugen.
Bei Abgasanlagen von Verbrennungsmotoren, insbesondere bei quer zur Längserstreckung des Fahrzeugs eingebauten Motoren, besteht die Notwendigkeit, ein flexibles Leitungselement vorzugsweise motornahe in die Abgasleitung einzubauen, um Bewegungen und Schwingungen aufzunehmen und von der Weiterleitung an benachbarte Bauteile abzukoppeln, wie sie durch Drehmoment abhängige Kippbewegungen des elastisch gelagerten Motors, Drehzahl abhängige Schwingungen, trägheitsbedingte Einflüsse von Fahrzeugteilen bei bestimmten Fahrsituationen, temperaturbedingte Längenänderungen etc. entstehen. Ohne Einsatz eines flexiblen Leitungselementes wäre die Abgasleitung starken Biegewechselbeanspruchungen ausgesetzt, die bei den hohen Betriebstemperaturen schnell zu Ermüdungsrissen und zum Ausfall führen würden.
Flexible Leitungselemente weisen im allgemeinen einen schraubengangförmigen oder ringgewellten Balg, einen koaxial innerhalb des Balges angeordneten Wickelschlauch (Agraffschlauch) sowie einen außenseitig angeordneten Geflechtsschlauch aus Metall auf, der den Balg vor mechanischen Einwirkungen von außen und vor übermäßiger Längung schützt.
Nachteilig ist, dass ein solcher Geflechtsschlauch sich bei axialen Längenausdehnungen des Leitungselementes radial zusammen zieht. Liegt das Geflecht z.B. an dem angrenzenden Balg an, so ist das Leitungselement für eine weitere axiale Ausdehnung blockiert. Dieser Vorgang führt durch die plötzlich auftretende Blockierung zu einer stoßartigen Belastung. Die Federcharakteristik des Leitungselementes zeigt in dieser Blockierstellung einen stark progressiv ansteigenden Verlauf, womit eine übermäßige Materialbeanspruchung verbunden ist sowie eine unangenehme Geräuschentwicklung einhergeht. Eine ausreichende Schwingungsentkopplung findet in diesem Zustand nicht mehr statt, so dass die Schwingbewegungen an die Abgasanlage weitergeleitet werden, was zur Beschädigung derselben führen kann.

Die EP 0 709 558 B1 beschreibt ein flexibles Leitungselement mit einem Metallschlauch oder Balg und einem außerhalb des Metallschlauches oder Balges entlang diesem angeordneten und mit dessen Enden verbundenen Geflechtsschlauch aus Metall. Zur Vermeidung der oben beschriebenen Nachteile wird vorgeschlagen, dass zwischen Metallschlauch oder Balg und Geflechtsschlauch wenigstens ein den Balg oder Geflechtsschlauch umfangendes, in seiner Länge auf einen Teil der Länge des Metallschlauches oder Balges begrenztes, radial über den Außendurchmesser des Metallschlauches oder Balges vorstehendes Abstandselement angeordnet ist, das radial federnd ausgebildet ist. Diese konstruktive Ausgestaltung des Abstandselementes hat zur Folge, dass nunmehr die Federwirkung des Geflechtsschlauches mit der Federwirkung des Abstandselementes kombiniert wird, wodurch eine weiche Federcharakteristik einstellbar ist.

Nachteilig bei dieser Lösung ist, dass sich der Außendurchmesser des Leitungselementes durch die radial nach außen gerichtete Welle des Abstandselementes bzw. durch das in Balgmitte eingesetzte Abstandselement vergrößert, wodurch sich der erforderliche radiale Einbauraum vergrößert.

Weitere Nachteile der in der EP 0 709 558 B1 beschriebenen Lösung sind zum einen die aufwändige Gestaltung des Abstandselementes, das zur Realisierung einer ausreichend weichen, radialen Federcharakteristik mit achsparallelen Längsschlitzen versehen ist, zum anderen führt der bereichsweise vorhandene radiale Abstand zwischen Geflecht und Metallschlauch bzw. Balg dazu, dass in diesem Bereich keine Bedämpfung der Balgwellen durch das Geflecht stattfinden kann. Es besteht nun die Gefahr, dass durch Motoranregung induzierte Schwingungen zu Balgresonanzen führen können, mit denen unerwünschten Schallabstrahlungen einhergehen und die sogar den Balg zerstören können.

Bei dem aus der EP 0 681 096 A1 bekannten Leitungselement wird vorgeschlagen, den Geflechtsschlauch durch einen Metalldrahtschlauch aus Maschenware (Gestricke, Gewirke) zu ersetzen, um die unangenehmen Geräuschentwicklungen zu vermeiden, die sich aus der Eigenschaft des Geflechtsschlauches ergeben, sich bei Längenänderung radial auszudehnen bzw. zusammenzuziehen, was bei bestimmten Betriebszuständen des Motors zu einem Geflechtsschlagen gegenüber dem Balg führen kann. Nachteilig bei dem vorgeschlagenen Leitungselement ist, dass der den Balg unmittelbar umgebenden Metalldrahtschlauch bei Zuganschlag im Umlenkungsbereich der Balgrandwellen eine unerwünschte radiale Kraftwirkung auf die Balgrandwellen ausübt, die durch lokale Überlastungen zum vorzeitigen Ausfall des Balges führen können.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Leitungselement der eingangs genannten Art so auszugestalten, dass keine wesentliche Vergrößerung des radialen Bauraumes erforderlich ist und auf aufwändig gestaltete Abstandselemente, die sich im Bereich der axialen Balgerstreckung befinden, verzichtet werden kann. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine kostengünstige Konstruktion für die Längsabstützung des Leitungselementes anzugeben, die dennoch bei Zuganschlag eine weich ansteigende Federcharakteristik aufweist und die Balgrandwellen keinen aus der Ummantelung herrührenden Kraftwirkungen aussetzt.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Längsabstützung mittels eines im Bereich der Enden des Leitungselementes festgelegten metallischen Gestrickeschlauches bewerkstelligt wird, der koaxial zum Leitungselement von zwei sich zu den Randwellen des Balges hin konisch bzw. S-förmig erweiternden Abstandselementen radial nach außen auf das Außendurchmesserniveau des Balges umgelenkt wird.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Leitungselementes wird durch den Einsatz eines Gestrickeschlauches in Kombination mit den an den Balgenden platzierten Abstandselementen sowohl eine weiche Federcharakteristik als auch eine Entlastung der Randwellen von unerwünschten radialen Kraftwirkungen, insbesondere bei Zuganschlag, erreicht.

Durch den Einsatz der kompakt bauenden Abstandselemente ist es nun möglich, die Umlenkung des Gestrickeschlauches vom Durchmesserniveau der Anschlussenden auf ein Durchmesserniveau im Bereich des Balgaußendurchmessers ohne wesentliche Baulängen- und Durchmesservergrößerung des Leitungselementes zu bewerkstelligen. Je nach gewünschter Dämpfungswirkung des Gestrickeschlauches auf den Balg bzw. je nach gewünschter Federcharakteristik des Leitungselementes im Bereich des Zuganschlages, wird der Gestrickeschlauch eng anliegend an den Wellenbergen des Balges vorbeigeführt oder sogar mit Abstand, ohne Kontakt zum Balg als reiner Schutzschlauch mit Zugbegrenzungsfunktion verwendet.

Die Verwendung eines Getrickeschlauches gegenüber den sonst üblichen Geflechtsschläuchen hat den Vorteil, dass sich die vorzugsweise in Axialrichtung erstreckenden Maschen bei axialen Längenänderungen ineinander verschieben können. Somit entfällt praktisch eine Durchmesseränderung des Schlauches bei axialen Bewegungen, womit die oben beschriebenen Nachteile vermieden werden.

Zur individuellen Einstellung der Dämpfungscharakteristik kann vorgesehen sein, dass ein zweiter Gestrickeschlauch zwischen dem Balgaußendurchmesser und dem äußeren Gestrickeschlauch als sogenannter „Gestrickeunterzug" in engem Kontakt mit den Außenkrempen der Balgwellen angeordnet ist, dessen Enden jedoch lose im Bereich der Abstandselemente enden, also nicht wie der äußere Gestrickeschlauch an den Anschlussenden festgelegt ist.

In einer weiteren Bauform kann vorgesehen sein, dass der Gestrickeschlauch bereits an den balgseitigen Enden der Abstandselemente mittels zylindrischer Ringe festgelegt ist, ohne über den konischen bzw. s-förmigen Bereich der Abstandselemente auf das Durchmesserniveau der Anschlussenden zurück geführt zu werden.

Bei den Abstandselementen kann es sich je nach gewünschter Federcharakteristik um einstückige, eventuell in Längsrichtung mehrfach geschlitzte, oder in Umfangsrichtung mehrfach geteilte, konische oder s-förmige Ringe aus Metall handeln, die von außen auf die zylindrischen Balgenden aufgeschoben werden und/oder an diesen kraft- oder stoffschlüssig festgelegt sind. Die zylindrischen Bereiche der Abstandselemente setzen sich in Richtung der Randwellen des Balges konus- bzw. s-förmig fort und enden im Bereich der äußeren Endhalbwellen des Balges auf bzw. etwas über dem Niveau des Balgaußendurchmessers. Hierzu sind die beiden Randwellen des Balges im Durchmesser gegenüber den übrigen Balgwellen reduziert, damit ausreichend radialer Bauraum für die Abstandselemente vorhanden ist und somit eine kompakte Bauweise erreicht wird.

Der Gestrickeschlauch endet auf der Außenseite im zylindrischen Bereich der Abstandselemente und wird zuverlässig durch zusätzlich von außen aufgebrachte Winkelringe umschlossen und kraft- oder stoffschlüssig zusammen mit den Anschlussenden des Balges festgelegt.

In einer besonderen Ausgestaltung des Abstandselementes ist dieses als einstückiges Formteil mit dem Winkelring kombiniert und nimmt den Gestrickeschlauch in einer umlaufenden Tasche auf, die im Anschluss zur Festlegung des Gestrickeschlauches radial verpresst wird.

Nach einer anderen Bauform kann vorgesehen sein, dass die Abstandselemente bereits bei der Herstellung des Balges im Bereich der Endwellen zusammen mit den Balglagen umgeformt werden. Hierzu werden die noch nicht umgeformten zylindrischen Balghülsen im Bereich der Endwellen von zwei zusätzlichen Ringhülsen umschlossen, die während der hydraulischen Komplettumformung des Balges, zusammen mit den Balghülsen gleichzeitig durch hydraulischen Innendruck und mittels äußerer Werkzeugringe geformt werden, sodass als Ergebnis der Umformung ein Balg entsteht, dessen Endwellen bereichsweise eine zusätzliche Lage aufweisen, die die Funktion der Abstandselemente übernehmen.

Insgesamt ist so ein flexibles Leitungselement geschaffen, das bei kompakter Bauweise eine weiche Federcharakteristik bei Zuganschlag aufweist und dessen Balgrandwellen keiner aus der Ummantelung herrührenden Kraftwirkungen aussetzt sind und damit zuverlässig für eine Entkopplung in der Abgasleitung gesorgt wird.

Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im einzelnen erläutert sind. Dabei zeigt:

1 eine erste erfindungsgemäße Bauform eines Leitungselementes in Seitenansicht mit halbseitigem Axialschnitt;

2 eine alternative Bauform des Leitungselementes gemäß 1 mit Gestrickeunterzug;

3 eine alternative Bauform des Leitungselementes gemäß 1

4 ein Abstandselement mit konischem Übergangsbereich in geschnittener seitlicher Halbansicht;

5 ein Abstandselement mit s-förmigem Übergangsbereich in geschnittener seitlicher Halbansicht;

6 ein einstückiges Abstandselement mit kombiniertem Winkelring in geschnittener seitlicher Halbansicht;

7 einen geschnittenen Teilausschnitt der Balgendwellen mit integriertem Abstandselement.

Das in 1 dargestellte flexible Leitungselement 1 weist einen ringgewellten Balg 2 mit zylindrischen Anschlußenden 3, 4 auf. In den Balg 2 ist ein schraubengangförmig gewickelter Metallschlauch 5, beispielsweise ein Agraffschlauch, eingesetzt, der die nach innen offenen Balgwellen abdeckt sowie als Anschlag in Druckrichtung des Leitungselementes 1 und zur Strömungsleitung innerhalb des Balgkörpers 2 dient. Die beiden Randwellen des Balges 7, 8 sind im Außendurchmesser reduziert und gehen in die zylindrischen Balganschlussenden 3, 4 über. Auf den zylindrischen Balgenden befinden sich die einstückigen Abstandselemente 9, 10, die sich in Richtung zu den Randwellen 7, 8 konisch erweitern und diese mit radialem Abstand übergreifen. Koaxial zu den Abstandselementen 9, 10 und zum Balg 2 verläuft ein metallischer Gestrickeschlauch 11, dessen Enden jeweils im zylindrischen Endbereich der Abstandselemente 9, 10 mittels zweier Winkelringe 12, 13 festgelegt sind. Der Gestrickeschlauch 11 wird von den Abstandselementen 9, 10 so umgelenkt, dass er die Balgwellen mit nicht reduzierter Profilhöhe von außen berührt und dabei eine bedämpfende Wirkung auf den Balg ausübt. Im Übrigen dient der Gestrickeschlauch 11 in Zugrichtung als Axialabstützung der beiden Enden des Leitungselementes 1, wobei die Abstandselemente 9, 10 den Gestrickeschlauch 11 in der Art und Weise auf das Außendurchmesserniveau der Balgwellen umlenken, dass er tangential über die Außenkrempen 6 der Balgwellen geführt wird und somit keine radialen Kraftwirkungen, insbesondere bei Zuganschlag, auf die Balgwellen ausübt.
2 zeigt eine alternative Bauform des Leitungselementes gemäß 1 mit zusätzlichem zweiten Gestrickeschlauch 14, der zwischen Balgaußenduchmesser und dem äußeren Gestrickeschlauch 11, als sogenannter „Gestrickeunterzug" in engem Kontakt mit den Wellenbergen des Balges angeordnet ist und dessen Enden lose zwischen den abgesetzten Randwellen 7, 8 und den Innenseiten der Abstandelemente 9, 10 enden. Im Unterschied zu 1 sind die Abstandelemente bei 2 s-förmig ausgeführt, wodurch eine im Vergleich zu den konischen Abstandselementen platzsparendere Bauweise erreicht wird.
In 3 ist wiederum eine alternative Bauform der 1 dargestellt. Der Getrickeschlauch 11 endet hier bereits auf dem äußeren Endstück der Abstandselemente 9, 10 und ist an diesen mittels zylindrischer Ringe 15 festgelegt.
Bei dieser Bauform berührt der Gestrickeschlauch den Balg nicht und wirkt somit nur als Zuganschlag ohne eine bedämpfende Funktion auf den Balg auszuüben.
4 zeigt ein Abstandselement 9 mit konischer Aufweitung, das balgseitig in einem zylindrischen Auslauf 16 endet. Die Kontur dieses Abstandselementes führt zu einer „weichen" Umlenkung des Gestrickeschlauches, der hierbei, wie in 1 dargestellt, über die gesamte Länge der Kontur am Abstandelement anliegt.
5 zeigt ein Abstandselement mit s-förmigem Querschnitt, bei dem das radial gerichtete Mittelteil 17 nahezu senkrecht zur Rohrachse 18 orientiert ist und damit ein steifes Federverhalten in radialer Richtung aufweist.
In 6 ist eine besondere Ausgestaltung des Abstandselementes 9 als einstückiges Formteil mit integriertem Winkelring 12 dargestellt. Der Gestrickeschlauch 11 wird in einer umlaufenden Tasche 19 aufgenommen, die im Anschluß radial verpresst wird und auf diese Weise den Gestrickeschlauch 11 am Abstandselement 9 festlegt.
7 zeigt einen Ausschnitt eines Balgendes mit integriertem Abstandselement 20, Gestrickeschlauch 11 und Winkelring 12. Der dargestellte Balg besteht aus einer Balg-Innenlage 21 sowie aus einer Balg-Außenlage 22. Das integrierte Abstandselement 20 verläuft im Bereich der Wellen mit geringem Abstand zur Balgaußenlage 22 und endet etwa in der Mitte des zweiten Wellenberges, von wo ab es den Gestrickeschlauch 11 zum Balgende hin umlenkt und abstützt. Im Bereich des zylindrischen Balgendes 3 sind das integrierte Abstandselement 20, der Gestrickeschlauch 11 mittels dem Winkelring 12 am Balganschlußende 3 durch radiales Verpressen festgelegt.

1: flexibles Leitungselement
2: Balg
3, 4: zylindrische Anschlussenden des Balges
5: gewickelter Metallschlauch, Agraffschlauch
6: Außenkrempen der Balgwellen
7, 8: Randwellen des Balges
9, 10: Abstandselemente
11: Gestrickeschlauch
12, 13: Winkelringe
14: zweiter Gestrickeschlauch
15: zylindrische Ringe
16: zylindrischer Auslauf des Abstandselementes
17: radial gerichtetes Mittelteil des Abstandselementes
18: Achse des Leitungselementes
19: umlaufende Tasche
20: integriertes Abstandselement
21: Balg-Innenlage
22: Balg-Außenlage

Claims

Flexibles Leitungselement (1), insbesondere für Abgasleitungen von Verbrennungsmotoren bei Kraftfahrzeugen mit einem mit zylindrischen Anschlussenden (3, 4) versehenen, schraubengangförmigen oder ringgewellten Balg (2) und einem koaxial innerhalb des Balges angeordneten Wickelschlauches (5) (Agraffschlauches), dadurch gekennzeichnet, dass die Längsabstützung mittels eines im Bereich der Enden des Leitungselementes (1) festgelegten metallischen Gestrickeschlauches (11) bewerkstelligt wird, der koaxial zum Leitungselement von zwei sich zu den Randwellen (7, 8) des Balges (2) hin erweiternden Abstandselementen (9, 10) radial nach außen auf das Außendurchmesserniveau des Balges umgelenkt wird.
Leitungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Gestrickeschlauch (14) zwischen dem Balgaußendurchmesser und dem äußeren Gestrickeschlauch (11) in engem Kontakt mit den Außenkrempen der Balgwellen (6) angeordnet ist, dessen Enden jedoch lose im Bereich der Abstandselemente enden.
Leitungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gestrickeschlauch (11) bereits an den balgseitigen Enden (16) der Abstandselemente (9, 10) mittels zylindrischer Ringe (15) festgelegt ist.
Leitungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandselemente (9, 10) auf den zylindrischen Anschlussenden des Balges (3, 4) kraft- oder stoffschlüssig festgelegt sind.
Leitungselement nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Abstandselementen (9, 10) um einstückige, konische oder s-förmige Ringe aus Metall handelt.
Leitungselement nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandselemente (9, 10) in Längsrichtung mehrfach geschlitzte oder in Umfangsrichtung mehrfach geteilte Ringe aus Metall sind.
Leitungselement nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Randwellen des Balges (7, 8) im Durchmesser gegenüber den übrigen Balgwellen reduziert sind.
Leitungselement nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandselemente (9, 10) die Randwellen des Balges (7, 8) bereichsweise übergreifen.
Leitungselement nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandselemente (9, 10) als einstückige Formteile mit den Winkelringen (12, 13) kombiniert sind und umlaufende Taschen (19) zur Aufnahme des Gestrickeschlauches bilden.
Leitungselement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Gestrickeschlauch (11) durch radiales Verpressen der umlaufenden Taschen (19) festgelegt wird.
Leitungselement nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandselemente (20) als in den Endwellen integrierte, einstückige Formteile ausgeführt sind, die parallel zur Außenlage (22) der Endwellen des Balges in geringem Abstand zu dieser verlaufen.