DE102009002673A1

DE102009002673A1 - Schlauchanschluss mit torsionaler Entkopplung

Info

Publication number: DE102009002673A1
Application number: DE102009002673A
Authority: DE
Inventors: Matthias Weiss; Karl-Heinz MÜNKER; Dietmar Baumhoff; Oliver Dipl.-Ing. Selter; Andreas Gerhard; Karsten Dipl.-Ing. Schenk; Stefan Dr.-Ing. Hauk
Original assignee: Westfalia Metallschlauchtechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Westfalia Metallschlauchtechnik GmbH and Co KG
Priority date: 2008-07-10
Filing date: 2009-04-27
Publication date: 2010-01-14
Also published as: US20100007138A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Schlauchanschluss (100), insbesondere für Abgasleitungen von Kraftfahrzeugen. Der Schlauchanschluss (100) enthält ein flexibles Leitungselement, beispielsweise einen Metallbalg (110), das sich an einem Stirnende (114) im Lager (122, 140) eines Anschlussträgers (120) mit torsionalem Freiheitsgrad abstützt. Ferner ist ein Spannelement (130) vorgesehen, mit dem eine Vorspannung des Leitungselementes gegen das Lager des Anschlussträgers erzeugt werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schlauchanschluss, insbesondere für Abgasleitungen von Kraftfahrzeugen, der einen torsionalen Freiheitsgrad aufweist. Ferner betrifft sie ein Verfahren zum Anschluss eines Leitungselementes an einen Anschlussträger.
Aus der DE 10 2004 034 591 A1 ist ein flüssigkeitsdichtes Entkopplungselement bekannt, bei dem ein gewickelter Metallschlauch und ein flexibles Rohr koaxial zueinander angeordnet sind. Das flexible Rohr ist an einem Ende fest und an seinem anderen Ende torsional und axial verschiebebeweglich mit Berandungselementen verbunden. Auf diese Weise wird insgesamt ein Schlauchanschluss erreicht, welcher eine hohe Flexibilität gegenüber torsionalen und axialen Schwingungen aufweist. In der Praxis erweist es sich jedoch als schwierig, Schlauchanschlüsse abgasdicht zu gestalten, die starken Temperaturschwankungen sowie damit einhergehenden Wärmedehnungen ausgesetzt sind.
Aufgrund der im PKW-Bereich gegenwärtigen Forderung nach Gasdichtheit werden die Anschlussenden flexibler Leitungselemente in der Regel mit den angrenzenden Abgasleitungen verschweißt. Ein Metallbalg ist hier oftmals ein Modul solcher flexiblen Leitungselemente. In den Abgasleitungen von Nutzfahrzeugen treten aufgrund von Betriebsbewegungen, Einbaulage und geometrischer Anordnung vermehrt torsionale Verdrehungen auf, die von flexiblen Leitungselementen kompensiert werden müssen. Hier werden oftmals mehrlagige, gewickelte Metallschläuche aus profiliertem Bandmaterial als Entkopplungselement eingesetzt. Insbesondere für den Einsatz in Abgasanlagen von Nutzfahrzeugen sind diese besonders geeignet, da sie im Gegensatz zu Metallbälgen große torsionale Bewegungen 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 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.
Der Einsatz eines Metallbalgs als flexibles und zugleich gasdichtes Leitungselement ist hier oftmals schwierig, da die orthogonal zur Rotationsachse angeordneten Balgwellen vor allem im torsionalen Lastfall zu großen Spannungen und Spannungsgradienten in der metallischen Struktur führen und somit die Lebensdauer des Leitungselements begrenzen.
Eine zur Kompensation größerer Torsionsbewegungen vorgesehene Lösung, die aus zwei zusammengefügten, wendelgewellten oder ringgewellten Metallbälgen besteht, wird in DE 198 24 095 C2 beschrieben. Sie sieht die Verwendung mindestens zweier konventioneller Metallbälge vor, die eine vergleichbare Torsionssteifigkeit aufweisen, so dass axiale, laterale und torsionale Bewegungen in vergleichbarer Höhe auf die Metallbälge verteilt werden. Eine größere torsionale Verdrehung ist somit zwar möglich, sie ergibt sich jedoch nicht aus einer geringeren Torsionssteifigkeit der einzelnen Komponenten, sondern lediglich aus dem durch die koaxiale Balganordnung verdoppelten Weg des Kraftflusses über das gesamte Entkopplungselement. Das im Betriebszustand auftretende Belastungskollektiv setzt sich nach wie vor aus axialen, lateralen und torsionalen Bewegungen zusammen, was unter dem Gesichtspunkt der Betriebsfestigkeit nicht optimal ist.
DE 103 54 782 B3 zeigt eine weitere Ausführung eines speziell für torsionale Bewegungen geeigneten Entkopplungselements. Es besteht aus mindestens zwei abgasführenden, balgartigen Komponenten, die derart mit einem axialen Versatz achsparallel oder windschief zur Rohrachse des angrenzenden Leitungssystems angeordnet sind, dass die von den balgartigen Geometrien zu kompensierenden torsionalen Bewegungen vernachlässigbar klein gehalten werden. Nachteilig hierbei ist, dass der Abgasstrom geteilt werden muss.
Vor diesem Hintergrund war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Mittel zur Herstellung eines Schlauchanschlusses bereitzustellen, der eine hohe Flexibilität gegenüber den in Abgasleitungen von Kraftfahrzeugen auftretenden Schwingungen aufweist und der abgasdicht ausgelegt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch einen Schlauchanschluss mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 26 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen enthalten.
Der erfindungsgemäße Schlauchanschluss ist insbesondere für einen Einsatz in Abgasleitungen von Kraftfahrzeugen geeignet, ohne jedoch auf diese spezielle Anwendung eingeschränkt zu sein. Der Schlauchanschluss umfasst einen Zusammenbau aus den folgenden Komponenten:

– Einem flexiblen Leitungselement zur Führung eines Strömungsflusses (beispielsweise von Abgasen) mit einem Stirnende und einer vorgegebenen Achse (der Richtung des Strömungsflusses). Das Leitungselement kann beispielsweise durch ein Rohr oder einen Schlauch realisiert werden. Die Flexibilität des Leitungselementes bedeutet, dass es – in Grenzen – den im Betrieb üblicherweise auftretenden Kräften durch Formveränderung nachgeben kann. Die Flexibilität kann insbesondere elastisch sein, so dass auftretenden Kräften eine der Verformung entsprechende Rückstellkraft entgegengesetzt wird. Eine solche Elastizität kann insbesondere in Axialrichtung gegeben sein.
– Einem Anschlussträger mit einem Lager, auf dem sich das vorgenannte Stirnende des Leitungselementes (direkt oder indirekt) mit torsionalem Freiheitsgrad abstützt. Beim Einsatz des Schlauchanschlusses kann der Anschlussträger insbesondere mit feststehenden Komponenten wie beispielsweise dem Motorblock oder der Karosserie eines Kraftfahrzeuges verbunden sein. Die Lagerung mit ”torsionalem Freiheitsgrad” bedeutet, dass sich das abstützende Leitungselement gegenüber dem Anschlussträger (zumindest etwas) tordieren, d. h. um seine Achse drehen kann.
– Einem Spannelement, mit dem eine Vorspannung des Leitungselementes gegen das Lager des Anschlussträgers erzeugt wird bzw. erzeugt werden kann. Zur Erzeugung der Vorspannung kann das Spannelement beispielsweise ein mechanisches Federelement enthalten.

Der beschriebene Schlauchanschluss hat den Vorteil, dass er das Leitungselement und den Anschlussträger durch entsprechende wechselseitige Lagerung torsional entkoppelt. Diese Lagerung wird darüber hinaus robust und zuverlässig gestaltet durch ein Spannelement, welches das Leitungselement mit Vorspannung gegen das Lager am Anschlussträger drückt.
Das Lager des Anschlussträgers kann im Prinzip beliebig orientierte (z. B. achsparallele) Lagerflächen haben, auf die sich das Stirnende des Leitungselementes mit Vorspannung abstützt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Lager eine im Wesentlichen orthogonal zur Achse des Leitungselementes stehende Lagerfläche, auf der sich das Stirnende des Leitungselementes in Axialrichtung abstützt. In diesem Falle ist keine Relativbewegung zwischen Anschlussträger und Leitungselement in Axialrichtung möglich, was den Zusammenbau entsprechend vereinfacht.
Die Vorspannungskraft des Leitungselementes gegen das Lager des Anschlussträgers kann insbesondere in axiale Richtung weisen. Eine solche Richtung der Vorspannung ist speziell im vorstehend beschriebenen Fall zweckmäßig, um das Leitungselement gegen die orthogonal zur Achse stehende Lagerfläche zu drücken.
Die Vorspannung des Leitungselementes gegen das Lager am Anschlussträger sorgt dafür, dass die Lagerstelle immer geschlossen ist und daher insbesondere gasdicht sein kann. Um den ganzen Schlauchanschluss gasdicht zu gestalten, kann daher vorzugsweise auch das Leitungselement gasdicht sein (bzw. ”abgasdicht” bei Abgasleitungen von Kraftfahrzeugen).
Eine gasdichte Ausgestaltung des Schlauchanschlusses wird weiterhin dadurch unterstützt, dass das Lager ein Dichtelement umfasst, auf dem sich das Stirnende des Leitungselementes abstützt. Das Dichtelement muss dabei eine (möglichst reibungsarme) Relativbewegung zwischen sich und dem Stirnende des Leitungselementes zulassen. Beim Einsatz in Abgasleitungen muss das Dichtelement darüber hinaus die notwendige Temperatur- und Chemikalienbeständigkeit aufweisen. Geeignete Dichtelement können in diesem Zusammenhang mindestens eines der folgenden Materialien in beliebiger Kombination umfassen:

– 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.
– Faser- oder metallgitterverstärkte Graphitplatten
– Temperaturbeständiger Gleitlack.

Ebenso können Kombinationen aus den genannten Zwischenstoffen für spezielle Anwendungsfälle besonders geeignet sein.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Leitungselement (mindestens) eine axial vom Stirnende beabstandete Vertiefung auf, in die das Spannelement eingreift. Derartige Vertiefungen sind in der Regel in Form von Einschnürungen bei den in der Abgastechnik verwendeten Wellrohren vorhanden. Der Eingriff in die Vertiefung erlaubt eine einfache Kraftankopplung des Spannelementes am Leitungselement.
Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform kann weiterhin vorgesehen sein, dass das Spannelement den zwischen der Vertiefung und dem Stirnende gelegenen Abschnitt des Leitungselementes komprimiert. Bei einem in Axialrichtung elastischen Abschnitt wird durch diese Kompression dann eine axiale Vorspannung des Stirnendes gegen das Lager des Anschlussträgers erzeugt, ohne dass hierzu zusätzliche Bauteile wie etwa Federn unbedingt notwendig wären.
Zur Erzeugung der Kompression des Leitungselement-Abschnittes gegenüber dem Anschlussträger kann sich das Spannelement insbesondere axial an dem Anschlussträger abstützen, um die an der Vorspannung beteiligten Komponenten direkt gegeneinander zu ziehen.
Um die Kompression des Leitungselement-Abschnittes bei der Montage des Schlauchanschlusses einfach vornehmen zu können, besitzt das Spannelement vorzugsweise einen axialen Einstellfreiheitsgrad gegenüber dem Anschlussträger, wobei dieser Freiheitsgrad im montierten Zustand fixiert ist. Während der Montage des Schlauchanschlusses kann das Spannelement dann zunächst in Eingriff mit der Vertiefung des Leitungselementes gebracht werden, um anschließend entsprechend dem axialen Einstellfreiheitsgrad in eine solche axiale Position gegenüber dem Anschlussträger überführt zu werden, in welcher eine gewünschte Vorspannung des Leitungselementes gegenüber dem Anschlussträger vorliegt. Durch die Fixierung des Einstellfreiheitsgrades wird diese Vorspannung dann dauerhaft fixiert.
Die Fixierung des axialen Einstellfreiheitsgrades kann beispielsweise stoffschlüssig (z. B. durch Verschweißen von Spannelement und Anschlussträger), formschlüssig (z. B. durch Verschrauben des Spannelementes mit dem Anschlussträger) und/oder reibschlüssig erfolgen.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann das Spannelement mit torsionalem Freiheitsgrad am Anschlussträger gelagert sein. Das heißt, dass zwischen dem Spannelement und dem Anschlussträger eine Rotation um die Achse des Leitungselementes erfolgen kann. Da das Spannelement in der Regel auch am Leitungselement kraftübertragend angreifen muss, kann dort vorteilhafterweise eine feste (verschleißfreie) Verbindung vorliegen.
Im vorstehend genannten Fall ist zwischen dem Spannelement und dem Anschlussträger vorzugsweise ein Dichtelement angeordnet, um die torsional bewegliche Lagerung gasdicht zu machen. Das Dichtelement kann dabei die gleichen Komponenten bzw. Materialien umfassen wie das oben beschriebene Dichtelement zwischen Anschlussträger und Leitungselement.
Wie bereits erwähnt wurde, muss das Spannelement in der Regel kraftübertragend am Leitungselement angreifen, um seine Spannfunktion erfüllen zu können. Gemäß einer speziellen Ausführungsform der Erfindung ist das Spannelement dabei mit torsionalem Freiheitsgrad am Leitungselement gelagert, also gegenüber dem Leitungselement um dessen Achse (in Grenzen) drehbar. Das Spannelement kann in diesem Fall relativ zum Anschlussträger feststehen.
Im vorstehend beschriebenen Fall ist zwischen dem Spannelement und dem Leitungselement vorzugsweise eine reibungsmindernde Schicht und/oder ein Zwischenelement angeordnet, um die Relativdrehungen möglichst leichtgängig und ohne Beschädigung des Leitungselementes zu gestalten.
Das Leitungselement kann insbesondere gerade Wellungen (d. h. geschlossen umlaufende Einschnürungen) oder wendelgewellte Wellungen (d. h. schraubenförmig umlaufende Einschnürungen) aufweisen. Durch derartige Wellenstrukturen des Leitungselementes wird diesem die erforderliche Flexibilität verliehen. Weiterhin können die Täler der Wellungen als Vertiefungen für den Eingriff des Spannelementes dienen.
Am Stirnende des Leitungselementes kann optional eine Fassung angeordnet sein, die für eine definierte Lagerung des Stirnendes im Lager des Anschlussträgers sorgt. Eine solche Fassung ist insbesondere in Verbindung mit den vorgenannten wendelgewellten Leitungselementen sinnvoll, um dem Stirnende eine rotationssymmetrische Form zu geben.
Wenn das Leitungselement wendelgewellte Wellungen hat, ist das Spannelement vorzugsweise so ausgestaltet, dass es mit einer der Wendelung entsprechenden Gewindesteigung in diese Wellungen eingreift. Die Gewindesteigung des Spannelementes kann dabei insbesondere durch Nebenformelemente an einem Anschluss mit in sich struktureller Integrität gebildet werden. Alternativ kann die Gewindesteigung durch angefügte Nebenelemente, insbesondere in Form von Metalldrähten und/oder Metallseilen gebildet werden.
Beim Einsatz des Schlauchanschlusses in Abgasleitungen ist es bevorzugt, wenn zur Abgasführung ein aus mehreren Bandlagen gewickelter Metallschlauch und/oder ein Metallbraiding im Innern des Leitungselementes angeordnet wird. Zwischen den Metallschlauch und das Leitungselement kann dabei optional ein Drahtgestricke eingebracht werden, um störende Kontaktgeräusche zu unterbinden.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Anschluss eines axial flexiblen Leitungselementes an einen Anschlussträger, welches durch die folgenden Schritte gekennzeichnet:

– Das Leitungselement wird mit torsionalem Freiheitsgrad am Anschlussträger abgestützt.
– Das Leitungselement wird durch axiale Kompression gegen den Anschlussträger vorgespannt.

Das Verfahren betrifft in allgemeiner Form die mit einem Schlauchanschluss der oben beschriebenen Art erreichte Wirkung. Für Einzelheiten, Vorteile und Weiterbildungen des Verfahrens wird daher auf die obige Beschreibung des Schlauchanschlusses verwiesen.
Im Folgenden wird die Erfindung mit Hilfe der Figuren beispielhaft näher erläutert.
Dabei zeigt:
1 einen schematischen Querschnitt durch einen ersten Schlauchanschluss gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 einen schematischen Querschnitt durch einen zweiten Schlauchanschluss gemäß der vorliegenden Erfindung, bei dem das Stirnende eines wendelgewellt Leitungselementes eine Fassung aufweist;
3 eine vergrößerte Darstellung des Eingriffsbereiches des Spannelementes von 2 in eine Wellung des angeschlossenen Leitungselementes;
4 einen schematischen Querschnitt durch einen dritten Schlauchanschluss gemäß der vorliegenden Erfindung, bei dem das Spannelement mit torsionalem Freiheitsgrad am Anschlussträger gelagert ist.
Identische oder ähnliche Komponenten erhalten in den verschiedenen Ausführungsformen und Figuren um Vielfache von 100 unterschiedliche Bezugszeichen.
1 zeigt eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schlauchanschlusses 100, welcher die oben erläuterten Ziele erfüllt und ein Zusammenbau aus den folgenden Komponenten ist:

1. Einem abgasdichten, flexiblen Leitungselement 110, hier in Form eines metallischen Rohres mit einer Balgstruktur, wobei die Wellungen 113 der Struktur im Beispiel von 1 orthogonal zur Achse X des Leitungselementes stehen und daher umlaufend geschlossen sind und keine Steigung am Außenumfang aufweisen. Der sich nach rechts erstreckende Teil des Leitungselementes 110 ist in den Figuren zur Vereinfachung nicht dargestellt.
2. Einem torsionalen Entkopplungselement mit folgenden Einzelbestandteilen:
2.1. Einem Anschlussträger 120, bestehend aus einem in Achsrichtung X liegenden Rohrstück 121, das zum Leitungselement 110 hin in einen radial verlaufenden, ringförmigen Flansch 122 übergeht. Der Flansch 122 bildet zusammen mit einem Dichtelement 140 ein Lager für das Stirnende 114 des Leitungselementes 110. Des Weiteren umfasst der Anschlussträger 120 im Anschluss an den radial äußeren Rand des Flansches 122 ein Hülsenstück 123, welches das stirnseitige Ende des Leitungselementes 110 umgibt.
2.2. Einem Spannelement 130, welches im Querschnitt L-förmig ist und mit einem radial verlaufenden Schenkel 131 in eine Wellung (Vertiefung) 111 des Leitungselementes 110 eingreift. Mit dem zweiten, achsparallel verlaufenden Schenkel 132 liegt das Spannelement 130 von außen auf dem Hülsenstück 123 auf.

Der zwischen dem Stirnende 114 und der Eingriffstelle 111 des Spannelementes 130 liegende Abschnitt A des Leitungselementes 110 wird bei der Montage durch die eingestellte axiale Position des Spannelementes 130 axial komprimiert, so dass er unter einer definierten Vorspannung gegen das Lager 122/140 drückt. Die Fügestelle 133 verbindet den Anschlussträger 120 und das Spannelement 130 nach erfolgter Vorspannung dauerhaft. Die Fügung kann reib- form- oder stoffschlüssig sein und ist nicht notwendigerweise gasdicht.
Optional kann auch ein Federelement vorgesehen sein, beispielsweise eine in den Wellungen 113 des Leitungselementes 110 liegende Torsionsfeder (nicht dargestellt), um eine ausreichende Vorspannung des Stirnendes 114 gegen den Anschlussträger 120 zu erzeugen. Dieses Federelement kann die Vorspannung allein erzeugen oder zusätzlich zur Kompression des Abschnittes A wirken.
Ein wichtiger Vorteil des beschriebenen Zusammenbaus ist der torsionale Freiheitsgrad, der in kompakter Bauweise direkt an den Leitungselement 110 (Metallbalg) anschließt. Die im Endbereich A des Leitungselementes befindlichen Wellungen werden dabei durch das axial einstellbare Spannelement 130 zur Vorspannung des Dichtelements 140 bzw. Lagers verwendet. Weiterhin erfolgt die Einleitung von Kraft und Bewegungen in den Zusammenbau hauptsächlich über den Anschlussträger 120, das Spannelement 130, und den Kontaktbereich 112 in die Balgstruktur 110, so dass das Dichtelement im vorteilhaften Kraft-Nebenschluss angeordnet ist.
2 zeigt einen Schlauchanschluss 200, welcher im Prinzip ähnlich wie derjenige von 1 aufgebaut ist. Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich daher schwerpunktmäßig auf die Unterschiede zur ersten Ausführungsform.
Der Schlauchanschluss 200 umfasst ein flexibles Leitungselement 210, welches in diesem Falle eine balg- bzw. membranbalgartige, wendelgewellte Struktur mit schraubenlinienförmig umlaufenden Einschnürungen 213 hat, die am Außenumfang eine Steigung aufweist.
Der Anschlussträger 220 des Schlauchanschlusses 200 umfasst ein hülsenförmiges Rohrstück 221 mit einem radial abstehenden Flansch 222, der zusammen mit einem Dichtelement 240 ein Lager für das Stirnende 214 des Leitungselementes 210 bildet. Das Spannelement 230 umfasst einen radial verlaufenden Schenkel 231 sowie einen achsparallelen Schenkel 232, wobei es in diesem Falle jedoch einstückig mit dem Anschlussträger 220 verbunden ist. Aufgrund der wendelgewellten Struktur des Leitungselementes 210 steht der radiale Schenkel 231 des Spannelementes 230 nicht orthogonal zur Drehachse X, sondern schräg. Dabei hat der Schenkel 231 vorzugsweise eine Gewindesteigung, die gleich der Gewindesteigung der wendelgewellten Struktur des Leitungselementes 210 ist. Alternative Varianten sehen einen Schenkel 231 vor, der orthogonal zur Rotationsachse X steht. Unter den beschriebenen Voraussetzungen kann das Leitungselement 210 in das Spannelement 230 eingeschraubt werden, so dass je nach Einschraubtiefe unterschiedliche Druckvorspannungen auf das Dichtelement 240 erzeugt werden können.
Des Weiteren ist im Unterschied zur ersten Ausführungsform das Stirnende 214 des Leitungselementes 210 in einer Fassung 215 untergebracht, um ein glattes, abgasdichtes Ende zu erzeugen, welches rotationssymmetrisch ist und orthogonal zur Rotationsachse X steht. Die Fassung 215 ist beispielsweise als ein kreisringförmiger Napf aus vorzugsweise metallischen Werkstoffen ausgebildet. In der Fassung ist das Leitungselement durch ein hochtemperaturfestes Dichtmaterial 216 eingebettet.
Bei den in 1 und 2 dargestellten Schlauchanschlüssen 100, 200 ist das Spannelement 130 bzw. 230 fest mit dem Anschlussträger 120 bzw. 220 verbunden. Daher muss es bei einer Drehbewegung des Leitungselementes 110, 210 um die Achse X zu einer Relativdrehung zwischen dem Spannelement und dem Leitungselement kommen. Dies führt an dem in die Windungen des Leitungselementes eingreifenden Schenkel 131 bzw. 231 zu einer Reibung. Um diese und den dabei auftretenden Verschleiß zu minimieren, kann in diesem Bereich eine reibungsmindernde Schicht (Schmierung), eine Materialverstärkung, eine Beschichtung, oder eine Zwischenschicht angeordnet sein.
Die letztgenannte Möglichkeit ist in 3 schematisch für den Schlauchanschluss 200 dargestellt. Zu erkennen ist hier ein Zwischenelement 235 zwischen dem radialen Schenkel 231 des Spannelementes und der betreffenden Windung 211 des Leitungselementes 210, welches für eine Verminderung der Reibung und des Verschleißes sorgt. Bei dem Zwischenelement kann es sich beispielsweise um ein dünnes gefaltetes Kupferblech handeln. Alternativ kann das Zwischenelement durch eine Beschichtung des Schenkels 231 gebildet werden, beispielsweise eine Beschichtung aus Kupferlack oder eine Beschichtung, die durch Tauchen des Schenkels in ein Flussmittel oder ein Kupferlot erzeugt wird.
4 zeigt eine dritte Ausführungsform eines Schlauchanschlusses 300, bei dem die vorstehend beschriebenen Relativbewegungen zwischen Spannelement und Leitungselement vollständig vermieden werden.
Der Schlauchanschluss 300 umfasst ein Leitungselement 310 mit Wellungen, die umlaufend oder wendelgewellt (schraubenförmig) sein können. Weiterhin umfasst es – wie bekannt – ein Anschlussträger 320 mit einem Hülsenabschnitt 321 und einem radialen Flansch 322, der zusammen mit einem Dichtelement 340 als Lager für das Stirnende 314 des Leitungselementes 310 dient. Ähnlich wie bei 2 ist dabei das Stirnende 314 in einer Fassung 315 untergebracht.
Das Spannelement 330 umfasst einen radial stehenden Schenkel 331, welcher in eine Einschnürung 311 des Leitungselementes 310 eingreift, um es unter Vorspannung gegen das Lager 322, 340 zu drücken. Anders als bei den vorherigen Ausführungsformen ist das Spannelement 330 jedoch nicht fest mit dem Anschlussträger 320 verbunden, sondern drehbeweglich gegenüber diesem gelagert. Zu diesem Zweck weist das Spannelement 330 am Ende seines achsparallelen Schenkels 332 einen zweiten radial verlaufenden Flansch 333 auf, welcher sich axial auf einem Dichtelement 341 abstützt, das an der Außenseite des Schenkels 322 des Anschlussträgers 320 gelagert ist. Bei einer Drehbewegung des Leitungselementes 310 um seine Achse X nimmt dieses somit das Spannelement 330 mit, da Letzteres auf dem Dichtelement 341 gleiten kann. Auf diese Weise kann der Verschleiß des Leitungselementes 310 an der Eingriffstelle 311 des Spannelementes minimiert werden.
Die in den Ausführungsformen dargestellten Spannelemente 130, 230, 330 können im Prinzip um 360° geschlossen umlaufend um den Schlauchanschluss ausgebildet sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht das Spannelement jedoch aus mehreren (identischen oder unterschiedlichen) Einzelteilen, die sich jeweils nur über einen begrenzten Winkelsektor um die Achse X erstrecken. Mindestens zwei, vorzugsweise drei oder mehr derartiger Einzelteile können dann symmetrisch verteilt um den Umfang des Schlauchanschlusses angeordnet werden. Wie in 4 dargestellt, können die Einzelteile beispielsweise als U-förmige, vorzugsweise tangential zur Rotationsachse gekrümmte Klammern 330 gestaltet sein, was die Montage des Schlauchanschlusses entsprechend vereinfacht.
Die beschriebenen Schlauchanschlüsse können in vielerlei Weise abgewandelt bzw. weitergebildet werden. So können sie beispielsweise zur Abgasführung im Inneren einen aus mehreren Bandlagen gewickelten Metallschlauch enthalten (nicht dargestellt). Dieser übernimmt weiterhin Dämpfungsaufgaben und verbessert die akustischen und thermischen Isolationseigenschaften der Baugruppe.
Zusammenfassend betrifft die Erfindung in ihrer bevorzugten Ausführungsform einen Schlauchanschluss bzw. Zusammenbau aus abgasdichtem, flexiblem Leitungselement und torsionalem Entkopplungselement, wobei:

– eine flexible, mit geraden oder wendelgewellten Wellungen versehene Balgstruktur im Endbereich auf Druck gegen ein Dichtelement derart vorgespannt wird, dass das Dichtelement im Hinblick auf die Betriebsbewegungen weitgehend im Kraft-Nebenschluss angeordnet ist und im Schlauchanschluss ein torsionaler Freiheitsgrad erhalten bleibt;

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102004034591 A1 [0002]
- DE 19824095 C2 [0006]
- DE 10354782 B3 [0007]

Claims

Schlauchanschluss (100, 200, 300), insbesondere für Abgasleitungen von Kraftfahrzeugen, umfassend: – ein flexibles Leitungselement (110, 210, 310) mit einem Stirnende (114, 214, 314) und einer Achse (X); – einen Anschlussträger (120, 220, 320) mit einem Lager (122, 222, 322, 140, 240, 340), auf dem sich das Stirnende des Leitungselementes mit torsionalem Freiheitsgrad abstützt; – ein Spannelement (130, 230, 330), mit dem eine Vorspannung des Leitungselementes gegen das Lager des Anschlussträgers erzeugt werden kann.
Schlauchanschluss (100, 200, 300) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager eine im Wesentlichen orthogonal zur Achse (X) stehende Lagerfläche (140, 240, 340) umfasst.
Schlauchanschluss (100, 200, 300) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannung in Richtung der Achse (X) weist.
Schlauchanschluss (100, 200, 300) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitungselement (110, 210, 310) abgasdicht ist.
Schlauchanschluss (100, 200, 300) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager mindestens ein Dichtelement (140, 240, 340) umfasst, auf dem sich das Stirnende (114, 214, 314) des Leitungselementes (110, 210, 310) abstützt.
Schlauchanschluss (100, 200, 300) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (140, 240, 340) mindestens eine der folgenden Komponenten umfasst: – gestrickte und gepresste Elemente aus Edelstahl-, Graphit-, Keramik- oder (E-, Silika-, Quarz-) Glasfasern; – saugfähigen Fasern, an denen durch Tauchen in eine Flüssigkeit eine Graphit-Anlagerung erzeugt wird; – precursorbeschichtetes Gewebe, bei dem der Grundwerkstoff Aluminiumoxid oder glasartig ist; – ein präkeramisches Polymer in fester, pastöser oder schaumförmiger Konsistenz; – mit temperaturbeständigem Gleitwerkstoff beschichtetes Metall; – mit präkeramischen Polymeren beschichtetes Metall; – faserverstärktes Graphitband; – faser- oder metallgitterverstärkte Graphitplatten; – temperaturbeständiger Gleitlack.
Schlauchanschluss (100, 200, 300) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement (130, 230, 330) in eine axial vom Stirnende (114, 214, 314) beabstandete Vertiefung (111, 211, 311) des Leitungselementes (110, 210, 310) eingreift.
Schlauchanschluss (100, 200, 300) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement (130, 230, 330) den zwischen der Vertiefung (111, 211, 311) und dem Stirnende (114, 214, 314) gelegenen Abschnitt (A) des Leitungselementes (110, 210, 310) komprimiert.
Schlauchanschluss (100, 200, 300) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement (130, 230, 330) sich axial am Anschlussträger (120, 220, 320) abstützt.
Schlauchanschluss (100, 200, 300) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement (130, 230, 330) einen axialen Einstellfreiheitsgrad gegenüber dem Anschlussträger (120, 220, 320) hat, welcher im montierten Zustand fixiert ist.
Schlauchanschluss (100, 200, 300) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixierung stoffschlüssig, formschlüssig und/oder reibschlüssig ist.
Schlauchanschluss (300) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement (330) mit torsionalem Freiheitsgrad am Anschlussträger (320) gelagert ist.
Schlauchanschluss (300) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Spannelement (330) und dem Anschlussträger (320) ein Dichtelement (341) angeordnet ist.
Schlauchanschluss (100, 200) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement (130, 230) mit torsionalem Freiheitsgrad am Leitungselement (110, 210) gelagert ist.
Schlauchanschluss (100, 200) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Spannelement (130, 230) und Leitungselement (110, 210) eine reibungsmindernde Schicht und/oder ein Zwischenelement (235) angeordnet ist.
Schlauchanschluss (100, 200, 300) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitungselement (110, 210, 310) gerade oder wendelgewellte Wellungen hat.
Schlauchanschluss (200, 300) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Stirnende (214, 314) des Leitungselementes (210, 310) eine Fassung (215, 315) angeordnet ist.
Schlauchanschluss (100, 200, 300) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitungselement (110, 210, 310) wendelgewellte Wellungen hat, in die das Spannelement (130, 230, 330) mit einer entsprechenden Gewindesteigung eingreift.
Schlauchanschluss (100, 200, 300) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindesteigung des Spannelementes (130, 230, 330) gebildet wird durch Nebenformelemente oder durch angefügte Nebenelemente, insbesondere in Form von Metalldrähten und/oder Metallseilen.
Schlauchanschluss (100, 200, 300) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement (130, 230, 330) aus mehreren im Wesentlichen identischen Einzelteilen besteht.
Schlauchanschluss (300) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement (330) mindestens eine U-förmige, vorzugsweise tangential zur Rotationsachse gekrümmte Klammer umfasst.
Schlauchanschluss (100, 200, 300) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein aus mehreren Bandlagen gewickelter Metallschlauch im Inneren angeordnet ist.
Schlauchanschluss (100, 200, 300) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Metallbraiding im Inneren angeordnet ist.
Schlauchanschluss (100, 200, 300) nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Metallschlauch und Leitungselement ein Drahtgestricke angeordnet ist.
Schlauchanschluss (100, 200, 300) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 24, gekennzeichnet durch einen Zusammenbau aus abgasdichtem, flexiblem Leitungselement (110) und torsionalem Entkopplungselement (120, 130), dadurch gekennzeichnet, dass eine flexible, mit geraden oder wendelgewellten Wellungen versehene Balgstruktur im Endbereich auf Druck gegen ein Dichtelement derart vorgespannt wird, dass das Dichtelement im Hinblick auf die Betriebsbewegungen weitgehend im Kraft-Nebenschluss angeordnet ist und im Zusammenbau ein torsionaler Freiheitsgrad erhalten bleibt.
Verfahren zum Anschluss eines flexiblen Leitungselementes (110, 210, 310) an einen Anschlussträger (120, 220, 320), dadurch gekennzeichnet, dass – das Leitungselement (110, 210, 310) mit torsionalem Freiheitsgrad am Anschlussträger (120, 220, 320) abgestützt wird; – das Leitungselement (110, 210, 310) durch axiale Kompression gegen den Anschlussträger (120, 220, 320) vorgespannt wird.