DE102007041627A1

DE102007041627A1 - Flexibles Leitungselement mit Funktionsaufteilung

Info

Publication number: DE102007041627A1
Application number: DE102007041627A
Authority: DE
Inventors: Matthias Weiss; Karl-Heinz MÜNKER; Dietmar Baumhoff; Oliver Dipl.-Ing. Selter; Stefan Dr.-Ing. Hauck; Andreas Gerhard; Karsten Dipl.-Ing. Schenk
Original assignee: Westfalia Metallschlauchtechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Westfalia Metal Hoses GmbH
Priority date: 2007-09-03
Filing date: 2007-09-03
Publication date: 2009-03-05

Abstract

Die Erfindung betrifft ein flexibles Leitungselement mit Funktionsaufteilung, welches aus mindestens zwei Sektoren mit mindestens zwei unterschiedlichen Steifigkeiten besteht, von denen der oder die Bereiche mit geringerer Steifigkeit im Einbauzustand spannungsfrei angeordnet und der oder die Bereiche mit höherer Steifigkeit im Einbauzustand plastisch deformiert sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein flexibles Leitungselement. Bevorzugtes Anwendungsgebiet des hier beschriebenen Erfindungsgegenstands ist sein Einsatz in Abgasanlagen im PKW- und Nutzfahrzeug-Bereich.
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 Leitungselemente.
Im Nutzfahrzeugbereich werden oftmals mehrlagige, gewickelte Metallschläuche aus profiliertem Bandmaterial als Leitungselement 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 Leitungselemente eingesetzten Metallschläuche ist der so genannte 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. Oftmals geht mit der Integration von Nachbehandlungsmodulen die Forderung einher, dass kein ungereinigtes Abgas das System verlassen darf. Dies erfordert, dass alle in den Abgassystemen eingesetzten Leitungselemente, und insbesondere auch die flexiblen Leitungselemente, gasdicht sind.
Gasdichte Elemente, wie z. B. Metallbälge haben in der Regel eine strukturelle Integrität. Bei einer Auslenkung aus ihrer neutralen Lage Verhalten sie sich entsprechend wie eine Feder, was in dem Aufbau von Strukturspannungen resultiert. Derlei Produkte werden sowohl zum Ausgleich von Einbautoleranzen als auch zur Entkopplung von Betriebsschwingungen in Leitungssystemen eingesetzt. Insbesondere im Nutzfahrzeug-Bereich liegen für die beschriebenen Entkopplungselemente große Einbautoleranzen vor. Felduntersuchungen zeigen, dass diese oftmals größer als ± 10 mm in allen drei Raumrichtungen sind. Wenn nun gasdichte, flexible Leitungselemente mit entsprechend großen Einbautoleranzen installiert werden, so kommt dies einer Vorspannung mit den damit einhergehenden Strukturspannungen gleich. Die gleichzeitig auftretenden Betriebsspannungen führen somit zu einem Lastkollektiv, dass sich aus Vorspannungen und Betriebsspannungen überlagert. Dieses zusammengesetzte Kollektiv wirkt sich deutliche negativer auf die Lebensdauer des Leitungselements aus, als ein lediglich aus Betriebsspannungen bestehendes.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Leitungselement mit struktureller Integrität bereitzustellen, dass im Fahrbetrieb lediglich mit den entstehenden Betriebsspannungen, nicht aber mit Vorspannungen beansprucht ist. Die einfache Handhabbarkeit und der zeitsparende Einbau eines solchen Leitungselements sind weitere Aufgaben der Erfindung.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein flexibles Leitungselement mit Funktionstrennung gelöst. Es stellt einen Verbund aus zwei unterschiedlichen, flexiblen Elementen dar, von denen eines die Einbautoleranzen ausgleicht und das andere die Betriebsbewegungen in dem Leitungssystem entkoppelt.
Beide Elemente weisen unterschiedlich große Steifigkeiten auf. Das steifere der beiden im Verbund befindlichen Elemente hat eine so große Steifigkeit, dass es während des Fahrbetriebs nicht sichtbar deformiert werden kann. Seine Funktion liegt in dem Ausgleich der Einbautoleranzen. Bei dem bzw. direkt nach dem Einbau des Verbunds aus den beiden beschriebenen Elementen wird es derart plastisch deformiert, dass das zweite Leitungselement in eine neutrale, nicht vorgespannte Einbaulage kommt. Das steifere der beiden Elemente behält die beim Einbau gegebene plastische Deformation über die gesamte Lebensdauer bei. Das nachgiebigere der beiden Elemente kann während des gleichen Zeitraums die Betriebsbewegungen aufnehmen, ohne mit Vorspannkräften belastet zu sein. Auf diese Weise wird der korrekte Einbau des Verbunds vereinfacht, da aufwändige Einstellarbeiten, die notwendig wären, um das flexiblere der beiden Leitungselemente in die neutrale Lage zu bringen, entfallen. Der größere Vorteil des Leitungselements mit Funktionstrennung ergibt sich jedoch durch die geringere Beanspruchung und entsprechend höhere Lebensdauer beim Entkoppeln von Betriebsbewegungen.
1 zeigt schematisch ein Leitungselements mit Funktionstrennung. Der Bereich 11 stellt das Element mit der größeren Steifigkeit dar. Seine Geometrie ist im Bereich der Wellungen trapezförmig dargestellt. Sie kann jedoch gemäß der Anforderungen auch näherungsweise quadratisch oder rechteckig sein. Gleichermaßen sind im Bereich des Elements mit der größeren Steifigkeit auch Wellungsgeometrien darstellbar, die ähnlich der Radienformen oder sogar der Omegaformen konventioneller Metallbälge sind. Der steifere Bereich 11 ist in 01 mit dem flexibleren Bereich 13 über eine Schweißnaht (12) verbunden.
2 zeigt schematisch ein aus drei unterschiedlichen Sektoren aufgebautes Leitungselement. Der Bereich 21 ist flexibel, kann mehrwandig aufgebaut sein und gleicht Betriebsbewegungen aus. Im Mittenbereich des Leitungselements mit Funktionsaufteilung befindet sich ein dickwandiger Bereich 22, der sich im Betrieb nicht sichtbar bewegt. Die Endbereiche 23 und 24 sind mit Radien versehen, so dass der Bereich 22 nicht mit den Bereichen 21 und 25 in einen reibenden Kontakt gelangt. Der Bereich 25 wiederum ist flexibel und mit dem Bereich 21 vergleichbar. Er hat in seinen Endbereichen geringere Wellungshöhen (26), um eine homogenere Krafteinleitung zu gewährleisten. Besonders zu erwähnen ist, dass das Element in 2 über keinerlei Schweißnähte verfügt. Die Herstellung der Bereiche mit Funktionsaufteilung wird alleine durch das Ineinanderschieben von zwei oder mehreren Rohren mit unterschiedlichen Wandstärken sowie durch das gleichzeitige Umformen der so erzeugten Vorform erzielt. Alternativen zu dem in 2 gezeigten Element können über noch mehr Bereiche mit unterschiedlichen Steifigkeiten verfügen, deren axiale Anordnung prinzipiell beliebig ist. Auch können die Bereiche bei schraubenlinienförmigen Elementen durch das ineinander Drehen nach erfolgter Umformung erzeugt werden.
3 zeigt eine Geometrie, mit der ein axialer Längenausgleich sowie ein Ausgleich der Winkelstellung erzielt werden kann. Dies geschieht jeweils durch plastische Deformation, so dass 31 im späteren Verbund das Element mit der höheren Steifigkeit ist.
4 zeigt mit 41 eine Geometrie näherungsweise rechteckiger Wellungen. Diese kann durch axialen Druck in 42 überführt werden, um spätere plastische Deformationen beim Einbau einfacher erzielen zu können.
Die 1 bis 4 beschreiben exemplarisch und nicht abschließend die möglichen Bauformen. Neben den gezeigten Varianten sind ebenfalls Kombinationen einzelner Varianten darstellbar. Ferner können die Innendurchmesser der einzelnen Sektoren unterschiedliche sein, um beispielsweise eine schalldämpfende Wirkung zu erzielen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 3441064 C2 [0003]
- DE 10113180 C2 [0003]

Claims

Flexibles Leitungselement mit Funktionsaufteilung, dadurch gekennzeichnet, dass es aus mindestens zwei Sektoren mit mindestens zwei unterschiedlichen Steifigkeiten besteht, von denen der oder die Bereiche mit geringerer Steifigkeit im Einbauzustand spannungsfrei angeordnet und der oder die Bereiche mit höherer Steifigkeit im Einbauzustand plastisch deformiert sind.
Flexibles Leitungselement mit Funktionsaufteilung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass alle Bereich den gleichen Innendurchmesser aufweisen.
Flexibles Leitungselement mit Funktionsaufteilung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innendurchmesser unterschiedlich sind.
Flexibles Leitungselement mit Funktionsaufteilung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die pro Längeneinheit spezifische Masse zwischen den einzelnen Bereichen um mindestens Faktor drei variiert.
Flexibles Leitungselement mit Funktionsaufteilung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliche Massen-, Dämpfungs- und Steifigkeitselemente angebracht sind, um das Schwingungsverhalten konstruktiv zu beeinflussen.
Flexibles Leitungselement mit Funktionsaufteilung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass alle Bereiche sowie deren Verbindungen gasdicht sind.
Flexibles Leitungselement mit Funktionsaufteilung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nicht alle Bereiche sowie deren Verbindungen gasdicht sind.