DE102008045786A1

DE102008045786A1 - Schellenverbindung mit axialem Längenausgleich

Info

Publication number: DE102008045786A1
Application number: DE102008045786A
Authority: DE
Inventors: Matthias Weiss; Karl-Heinz MÜNKER; Dietmar Baumhoff; Michael Dipl.-Ing. Henkelmann; Andreas Gerhard; Karsten Dipl.-Ing. Schenk; Oliver Dipl.-Ing. Selter; Stefan Dipl.-Ing. Schneider; Stefan Dr.-Ing. Hauk
Original assignee: Westfalia Metallschlauchtechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Westfalia Metallschlauchtechnik GmbH and Co KG
Priority date: 2008-09-05
Filing date: 2008-09-05
Publication date: 2010-03-11

Abstract

Eine Schellenverbindung mit axialem Längenausgleich besteht aus einem innen liegenden Rohrstück, einem Dichtelement, einem außen liegenden, im Kontaktbereich tulpenförmig aufgeweiteten Rohrstück, einer V-Band-Schelle sowie aus einem einseitig zwischen V-Band-Schelle und Dichtelement angeordneten Stützring. Der Stützring ist vorzugsweise geschlitzt und überträgt im gespannten Zustand Betriebsbewegungen und -kräfte. Das Dichtelement steht im wesentlichen unter Vorspannung und wird durch die Wirkungsweise des geschlitzten Stützrings weitgehend von Betriebskräften entlastet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schellenverbindung mit axialem Längenausgleich, wie sie vorzugsweise für den Einbau flexibler Leitungselemente in Rohrleitungssystemen Anwendung finden kann. Mit derartigen Schellenverbindungen werden flexible und starre Leitungselemente verbunden. Insbesondere sind die nachfolgend beschriebenen Schellenverbindungen für den Einsatz in schwingungsbeanspruchten Rohrleitungssystemen geeignet. Anwendungsbeispiele sind Abgasleitungen in Kraftfahrzeugen, vorzugsweise in Nutzfahrzeugen aber auch in Personenkraftwagen.
Die Aufgabe solcher Schellenverbindungen besteht darin, einzelne Leitungselemente in Rohrleitungs-Systemen zu verbinden und dabei eine flexible, axiale Längeneinstellung zu ermöglichen. Ein Anwendungsgebiet sind Schellenverbindungen an flexiblen Leitungselementen, die zur Entkopplung von Schwingungen und Betriebsbewegungen in Abgasleitungen mit nahezu gasdichten Verbindungen integriert werden und zusätzlich zur Steigerung von Betriebsfestigkeit und Lebensdauer eine vorspannungsfreie oder aber definiert vorgespannte Einbaulage erfordern.
Aufgrund der im PKW-Bereich vorliegenden Forderung nach Gasdichtheit werden die Verbindungen der flexiblen Leitungselemente mit den angrenzenden Abgasleitungen in der Regel verschweißt. Dies gilt insbesondere für das sogenannte „Hot End” der Abgasanlagen. Ein Metallbalg ist hier oftmals ein Modul solcher flexiblen Leitungselemente. Da die großen Durchmesserunterschiede in den Wellungen des Metallbalgs Turbulenzen erzeugen können, wird in vielen Fällen ein aus mehreren Bandlagen gewickelter Metallschlauch in das Leitungselement integriert. Damit wird die Erzeugung von Wirbeln, die in den Balgwellungen entstehen können, vermieden. DE 198 20 863 A1 zeigt beispielhaft ein flexibles Leitungselement. Im Bereich der Anschlussenden werden der innen liegende Metallschlauch und der außen liegende Metallbalg durch radiale Umformung derart bearbeitet, daß ein vollständig metallischer Kontakt zwischen dem Außenumfang des Metallschlauchs und dem Innenumfang des Metallbalgs besteht. In diesem Bereich wird anschließend ein Rohrstück eingeführt und durch eine umlaufende Schweißnaht in allen Freiheitsgraden mit dem Leitungselement verbunden. Eine notwendige Voraussetzung für diese stoffschlüssige Fügung vorkonfektionierter Baugruppen sind geringe Montage- und Einbautoleranzen. Dies vor allem, da die meist balgartigen flexiblen Elemente aus Gründen einer optimalen Betriebsfestigkeit nahezu vorspannungsfrei oder aber definiert – vorzugsweise im Druckbereich – vorgespannt, eingebaut werden müssen.
Eine Alternative zu der stoffschlüssigen Fügung wird in DE 197 49 251 A1 offenbart. Es wird eine Schellenverbindung beschrieben, die in Verbindung mit einem Dichtring sowie einem Stützelement als Widerlager aufgebaut ist.
Da weltweite gesetzliche Vorschriften auch den Schadstoff-Ausstoß von Nutzfahrzeugen zukünftig deutlich nach unten regulieren, werden LKW-Abgasanlagen vermehrt mit Nachbehandlungsmodulen wie z. B. Rußpartikel-Filtern und SCR-Systemen ausgestattet. Eine verbleibende Restleckage, die nicht nachbehandeltes Abgas aus dem System entweichen lässt, ist nur noch in eingeschränkter Form zulässig. Dies macht neben einem nahezu gasdichten Entkopplungselement auch die Verwendung einer gasdichten Verbindung des Entkopplungselements mit dem Rohrleitungssystem erforderlich. Diese Aufgabe wird im Nutzfahrzeugbereich dadurch erschwert, da im Vergleich zum PKW-Bereich, oftmals größere Montagetoleranzen in den Abgasanlagen vorliegen. Diese Toleranzen bedingen, dass flexible, gasdichte Entkopplungselemente oftmals nur unter undefinierter Vorspannung in bereits vorkonfektionierte Leitungssysteme integriert werden können. Undefinierte Vorspannungen jedoch wirken sich negativ auf die Lebensdauer der Elemente aus. Ein positiver Einfluß auf die Lebensdauer flexibler Leitungselemente kann zum einen durch den spannungsfreien Einbau erzielt werden. Zum anderen kann bei manchen Bauarten flexibler Leitungselemente eine Vorspannung im Druckbereich deutlich positive Auswirkungen haben. So wird beispielsweise in ISBN 3-926937-30-0 (Ausgabe 1997) auf Seite 109 berichtet, daß die optimale Aufteilung des Axialwegs bei Membranbalg-Ausführungen aus 80% Balgverkürzung und 20% Balgstreckung zusammengesetzt ist. Ferner wird in ISBN 3-926937-30-0 die Empfehlung gegeben, den Balg bei davon abweichenden Aufteilungen zweckmäßigerweise vorzuspannen.
Hauptaufgabe der Erfindung ist daher die Realisierung einer gasdichten Schellenverbindung mit axialem Längenausgleich, welche einen Einbau des flexiblen Leitungselements in einem Rohrleitungssystem unter definierter Einbaulage und Vorspannung sicherstellt. Nebenaufgabe der Erfindung ist die Möglichkeit der Montage der Schellenverbindung mit axialem Längenausgleich auf einem konventionellem Rohr, daß keiner Vorbehandlung bedarf, d. h. nicht im Durchmesser kalibriert oder an der Kontaktfläche behandelt werden muß.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Beim Zusammenbau sind gemäß 1 die Rohrstücke (14) und (15) axial zueinander positionierbar. Das Verbindungselement besteht nach 1 aus einer V-Band-Schelle (11), einer Dichtung (12) sowie aus einem Stützring (13). Die Dichtung (12) besteht vorzugsweise aus einer geformten und komprimierten Graphitpackung. Der Stützring (13) ist vorzugsweise radial geschlitzt.
Die Kraftübertragung der Schellenverbindung mit axialem Längenausgleich erfolgt hauptsächlich über die Stahlteile. (12) hat alleine eine dichtende Wirkung und muss für die Funktionalität, im Zusammenbau, nicht notwendigerweise eine Kraft übertragen. Um dies zu erreichen ist sicherzustellen, daß der kleinste Innendurchmesser des Stützrings (13) kleiner als der Außendurchmesser des zu verspannenden Rohres (15) ist.
Durch ein Anziehen der V-Band-Schelle (11) wird der geschlitzte Stützring (13) in axialer Richtung zum tulpenförmigen Endbereich (114) des Rohres (14) geschoben und steht in Verbindung mit dem ringförmigen Kontaktbereich (131). Beim weiteren Anziehen der V-Band-Schelle (11) wird der geschlitzte Stützring (13) radial zusammengedrückt, so dass eine Querschnittsverjüngung vom Innendurchmesser des Stützrings (13) entsteht. Durch die axiale Verschiebung, sowie die Durchmesserverjüngung, wird ein Klemmen der Dichtung (12) zwischen den Rohrstücken (14), (15) und dem geschlitzten Stützring (13) erzeugt.
Die dichtenden Elemente (12) können aus den folgenden Materialien in beliebiger Kombination bestehen:

• Gestrickte und gepresste Elemente aus Edelstahl-, Graphit-, Keramik- oder (E-, Silika-, Quarz-) Glasfasern.
• Gestrickte und gepresste Elemente aus Edelstahl-, Graphit-, Keramik- oder (E-, Silika-, Quarz-) Glasfasern und saugfähigen Fasern, an denen durch Tauchen in eine Flüssigkeit eine Graphit-Anlagerung erzeugt wird.
• Precursorbeschichtetes Gewebe, bei dem der Grundwerkstoff Aluminiumoxid ist.
• Precursorbeschichtetes Gewebe, bei dem der Grundwerkstoff glasartig ist.
• Ein präkeramisches Polymer in fester, pastöser oder schaumförmiger Konsistenz.
• Mit temperaturbeständigem Gleitwerkstoff beschichtetes Metall.
• Mit präkeramischen Polymeren beschichtetes Metall.
• Faserverstärktes Graphitband.
• Temperaturbeständiger Gleitlack.

Ebenso Kombinationen aus den genannten Zwischenstoffen und Konfigurationen können für spezielle Anwendungsfälle besonders geeignet sein.
Weitere Varianten der beschriebenen Schellenverbindung mit axialem Längenausgleich sind realisierbar und basieren auf dem zuvor beschriebenen Grundkonzept.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19820863 A1 [0003]
- DE 19749251 A1 [0004]

Claims

Schellenverbindung mit axialem Längenausgleich, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsstelle aus einem innen liegenden Rohrstück, einem Dichtelement, einem außen liegenden, im Kontaktbereich tulpenförmig aufgeweitetem Rohrstück, einer V-Band-Schelle sowie aus einem einseitig zwischen V-Band-Schelle und Dichtelement angeordneten Stützring besteht.
Schellenverbindung mit axialem Längenausgleich nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützring radial geschlitzt ist.
Schellenverbindung mit axialem Längenausgleich nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der kleinste Innendurchmesser des Stützrings im vorgespannten Zustand kleiner als der Außendurchmesser des innen liegenden Rohres ist.
Schellenverbindung mit axialem Längenausgleich nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützring im vorgespannten Zustand mit dem Außendurchmesser des innen liegenden Rohres und mit der Vorderkante des tulpenförmigen Endes vom außen liegenden Rohr in metallischem Kontakt steht.
Schellenverbindung mit axialem Längenausgleich nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß damit ein flexibles Leitungselement in seiner neutralen Mittellage, d. h. ohne Vorspannkraft in ein Abgassystem eingebaut wird.
Schellenverbindung mit axialem Längenausgleich nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß damit ein flexibles Leitungselement unter Druckvorspannung in ein Abgassystem eingebaut wird.
Schellenverbindung mit axialem Längenausgleich nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß damit ein flexibles Leitungselement unter Zugvorspannung in ein Abgassystem eingebaut wird.
Schellenverbindung mit axialem Längenausgleich nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß damit ein flexibles Leitungselement unter Druckvorspannung in ein Abgassystem eingebaut wird, das Leitungselement aus mindestens einem innen liegenden Wickelschlauch und mindestens einer außen liegenden, balgartigen Struktur besteht und der Wickelschlauch in gestrecktem Zustand die gleiche axiale Länge aufweist, wie die balgartige Struktur in ihrer neutralen, vorspannungsfreien Lage.
Schellenverbindung mit axialem Längenausgleich nach den Ansprüchen 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die balgartige Struktur ein konventioneller Balg mit symmetrisch zur Rotationsachse angeordneten Wellungen ist.
Schellenverbindung mit axialem Längenausgleich nach den Ansprüchen 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die balgartige Struktur ein wendelgewellter Balg mit am Außenumfang schraubenlinienförmig angeordneten Wellungen ist.