DE102010037162A1

DE102010037162A1 - Dämpfungselement für Entkopplungselemente, insbesondere für Membranbälge

Info

Publication number: DE102010037162A1
Application number: DE102010037162A
Authority: DE
Inventors: Matthias Weiss; Karl-Heinz MÜNKER; Dietmar Baumhoff; Andreas Gerhard; Karsten Schenk; Michael Dr. Henkelmann; Oliver Selter; Stefan Dr. Hauk
Original assignee: Westfalia Metallschlauchtechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Westfalia Metal Hoses GmbH
Priority date: 2009-08-31
Filing date: 2010-08-25
Publication date: 2011-03-03
Anticipated expiration: 2030-08-26
Also published as: US8453680B2; US20110209790A1; DE102010037162B4

Abstract

Beschrieben wird ein Dämpfungselement (114), insbesondere für Membranbälge (11). Dieses besteht in einer bevorzugten Ausführung aus metallischem Gestricke, das in einem hohlzylinderförmigen Spalt zwischen einem innen liegenden Metallschlauch (12) und einer außen liegenden Balgstruktur (11) angeordnet ist. Es bedeckt entlang der Rotationsachse vorzugsweise eine anteilige Länge von mindestens 20% des hohlzylinderförmigen Spalts und weist vorzugsweise eine statische Steifigkeit in radialer Richtung von kleiner 100 N/mm auf.

Description

Die Erfindung betrifft ein Dämpfungselement zur Anordnung in einem gewellten Außenschlauch. Ferner betrifft sie ein Entkopplungselement für Leitungen, insbesondere Abgasleitungen von Kraftfahrzeugen, welches ein derartiges Dämpfungselement enthält.
Entkopplungselemente, wie sie beispielsweise in Kraftfahrzeugen zwischen dem Motor und nachfolgenden Teilen des Abgassystems eingesetzt werden, bestehen oft aus der koaxialen Anordnung eines Innenschlauches und eines Außenschlauches. Um Störgeräusche durch einen Kontakt dieser Schläuche zu verhindern, ist es diesbezüglich bekannt, einen Schlauch oder Ring aus einem Metallgestricke zwischen Innenschlauch und Außenschlauch anzuordnen (vgl. EP 1 967 783 A1 , DE 199 24 476 A1 , DE 20 2005 016 980 U1 , DE 20 2006 012 761 U1 , DE 10 2008 017 598 A1 , DE 10 2007 043 944 A1 , DE 2.03 02 659 U1 , DE 203 02 657 U1 , DE 297 07 908 U1 ).
Vor diesem Hintergrund war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Mittel zur Erhöhung der Lebensdauer von Metallschlauchanordnungen bereitzustellen, insbesondere in Entkopplungselementen für Abgasleitungen von Kraftfahrzeugen.
Diese Aufgabe wird durch ein Dämpfungselement nach Anspruch 1 sowie durch ein Entkopplungselement nach Anspruch 2 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen enthalten.
Das erfindungsgemäße Dämpfungselement gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ist zur Anordnung in einem gewellten Außenschlauch vorgesehen. Es enthält ein Gestricke aus einem hochtemperaturbeständigen Material, wobei die Außenoberfläche des Gestrickes (d. h. die bei einem Einbau in einen Außenschlauch radial außen liegende Oberfläche) mindestens eine Aufbauchung aufweist, die in eine Wellung des Außenschlauches eingreift bzw. passt.
Der Ausdruck ”Gestricke” bezeichnet in diesem Zusammenhang ganz allgemein eine regelmäßige oder unregelmäßige Anordnung von faden- oder faserförmigen Teilen, beispielsweise Metalldrähten. Durch seine Struktur mit vielen Zwischenräumen und Biegungen der Fäden/Fasern erreicht das Gestricke eine verhältnismäßig große Elastizität sowie durch die Relativbewegung und Reibung zwischen einzelnen Fäden/Fasern gute Dämpfungseigenschaften.
Die ”Aufbauchung” des Dämpfungselementes bezeichnet allgemein eine über eine Bezugsebene der Außenoberfläche hinausragende Materialansammlung des Gestrickes, wobei die Bezugsebene in der Regel die Oberfläche eines Zylinders ist, dessen Radius in etwa dem Innenradius des Außenschlauches entspricht. Bei Anordnung des Dämpfungselementes in dem entsprechenden Außenschlauch kann die Aufbauchung somit in eine Wellung des Außenschlauches hineinragen.
Des Weiteren ist unter einem ”hochtemperaturbeständigen Material” ein Material zu verstehen, welches ohne bleibende Veränderung und/oder ohne Funktionsverlust Langzeit-Temperaturen von ca. 200°C, insbesondere von über ca. 400°C aushält.
Häufig besteht das komplette Dämpfungselement aus dem Gestricke, es kann jedoch auch noch weitere Komponenten enthalten, beispielsweise formstabilisierende Gerüste.
Während die konkreten Abmessungen des Dämpfungselementes von dem Außenschlauch abhängen, für den dieses vorgesehen ist, ist seine allgemeine Form unabhängig vom zugeordneten Außenschlauch. Lediglich eine Wellung des Außenschlauches wird als definierende Eigenschaft für das Dämpfungselement benötigt. Ein Außenschlauch wird dabei als ”gewellt” bezeichnet, wenn seine Oberfläche Vertiefungen bzw. Erhebungen (”Wellungen”) aufweist, die eine Abweichung von der reinen Zylinderform darstellen. Typischerweise laufen diese Wellungen ring- oder spiralförmig um.
Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Entkopplungselement für Leitungen, insbesondere für Abgasleitungen von Kraftfahrzeugen, welches die folgenden Komponenten enthält:

a) Einen Innenschlauch aus Metall. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen gewickelten Metallschlauch handeln, insbesondere mit eingehakter oder agraffartiger Bindung.
b) Einen den Innenschlauch mit radialem Abstand koaxial umgebenden, gewellten Außenschlauch.
c) Mindestens ein im Spalt zwischen Innenschlauch und Außenschlauch angeordnetes Dämpfungselement der oben beschriebenen Art, welches ein Gestricke aus einem hochtemperaturbeständigen Material enthält, das an seiner Außenoberfläche mindestens eine Aufbauchung aufweist, die formschlüssig in eine Wellung des Außenschlauches eingreift.

Das beschriebene Dämpfungselement und das zugehörige Entkopplungselement haben den Vorteil, dass sie eine formschlüssige Kopplung zwischen dem Gestricke des Dämpfungselementes und dem Außenschlauch ermöglichen bzw. aufweisen. Überraschenderweise zeigt sich im praktischen Einsatz, dass eine derartige Anordnung zu einer signifikanten Erhöhung der Lebensdauer unter typischen (Schwingungs-)Belastungen führt, während gleichzeitig eine gute Dämpfung von Eigenschwingungen des Schlauchsystems erreicht wird.
Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, die sich sowohl auf das Dämpfungselement als auch das Entkopplungselement beziehen.
So kann beispielsweise der Außenschlauch insbesondere ein Metallbalg sein, besonders bevorzugt ein Membranbalg. Metallbälge werden in Entkopplungselementen von Abgasleitungen häufig eingesetzt, da sie bei hoher Flexibilität eine gasdichte Ausführung der Verbindung ermöglichen. Ein ”Membranbalg” ist dabei ein Metallbalg, der nicht aus einem einstückigen Rohr hergestellt ist, sondern aus einzelnen Ringelementen und/oder einem gewickelten Band zusammengesetzt ist (vgl. DE 10 2008 001 297 A1 ). Die Steifigkeit von Metallbälgen und insbesondere Membranbälgen beträgt in der Regel weniger als 10 N/mm, ist also sehr gering. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Dämpfungselementes gelingt es jedoch, Eigenschwingungen solcher flexiblen Metallbälge ausreichend zu dämpfen.
Die Aufbauchung bzw. Aufbauchungen des Dämpfungselementes können im Allgemeinen beliebige Form und/oder Anordnung haben. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die mindestens eine Aufbauchung um die Achse des Außenschlauches zumindest teilweise umlaufend ausgebildet. Je nach Form der Wellungen im Außenschlauch wird ein kompletter (360°) Umlauf der Aufbauchung dabei komplementär zum Außenschlauch ringförmig geschlossen oder spiralförmig fortschreitend sein. Der Umlauf der Aufbauchung kann sich über einen begrenzten Winkel erstrecken, beispielsweise 45° (Viertelkreis), oder ein oder mehrfach umlaufend sein. Auch in axialer Richtung kann die Aufbauchung sich optional über ein Teilstück oder die gesamte Länge des Außenschlauches erstrecken.
Während die Form des Dämpfungselementes und insbesondere die Form und Anordnung der Aufbauchungenn im Allgemeinen beliebig bzw. irregulär sein kann, ist es bevorzugt, wenn das Dämpfungselement zumindest abschnittsweise rotationssymmetrisch geformt ist.
Des Weiteren kann das Dämpfungselement in seiner Grundform im Wesentlichen zylindrisch sein, wobei die Zylinderform dann der Form des Außenschlauches angepasst ist (typischerweise kreiszylindrisch, jedoch sind auch polygonale oder andere Zylinderquerschnitte möglich). Falls das Dämpfungselement als solches nicht formstabil ist (was häufig der Fall sein wird), ist die ”Zylinderform” so zu verstehen, dass das Dämpfungselement (reversibel) in eine solche Form gebracht werden kann.
Des Weiteren kann das Dämpfungselement vorzugsweise mit einer Vorspannung gegenüber dem Innenschlauch und/oder gegenüber dem Außenschlauch versehen sein. Dies kann zum Beispiel dadurch erreicht werden, dass der Innendurchmesser des Dämpfungselementes etwas geringer als der Außendurchmesser des Innenschlauches ist, oder dass der Außendurchmesser des Dämpfungselementes etwas größer als der Innendurchmesser des Außenschlauches ist. Durch die Vorspannung kann die Festigkeit des Sitzes des Dämpfungselementes am Außenschlauch bzw. Innenschlauch weiter erhöht werden.
Des Weiteren ist es bevorzugt, wenn sich das Dämpfungselement (bzw. die Summe aller Dämpfungselemente, falls mehrere vorhanden sind) über mindestens 20% der axialen Länge des Außenschlauches erstreckt, damit eine ausreichende Dämpfungswirkung erzielt werden kann.
Vorteilhafterweise enthält das erfindungsgemäße Entkopplungselement zwei oder mehr separate Dämpfungselemente, welche axial verteilt angeordnet sind. Diese Anordnung kann dabei unter schwingungstechnischen Gesichtspunkten optimiert sein. Beispielsweise können Dämpfungselemente bevorzugt in den Zonen maximaler Schwingung vorgesehen werden.
Ferner ist bei einer bevorzugten Ausführungsform des Entkopplungselementes vorgesehen, dass mindestens ein Dämpfungselement an einem axialen Ende des Entkopplungselementes angeordnet ist. Hierbei kann es sich insbesondere um das beim Einbau motorseitige Ende handeln, an dem die zu dämpfenden Schwingungen in das Entkopplungselement eingeleitet werden.
Im Folgenden wird die Erfindung mit Hilfe der Figuren beispielhaft näher erläutert.
Dabei zeigt:
1 ein Querschnitt durch eine erste Ausführungsform eines Entkopplungselementes mit einem Innenschlauch, einem Außenschlauch und einem ringförmigen ersten Dämpfungselement;
2–4 Querschnitte durch drei verschiedenen Ausführungsformen von ringförmigen Dämpfungselementen;
5–8 Querschnitte durch vier unterschiedliche Ausführungsformen von zylinderförmigen Dämpfungselementen;
9 ein Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform eines Entkopplungselementes mit einem Innenschlauch, einem Außenschlauch und einem zylindrischen Dämpfungselement.
Gleiche Bezugszeichen oder um Vielfache von 100 verschiedene Bezugszeichen beziehen sich in den Figuren auf gleiche oder ähnliche Komponenten.
Die Erfindung wird nachfolgend am Beispiel eines Dämpfungselementes für Membranbälge erläutert. Letztere gehören zur Gruppe der flexiblen Leitungselemente und sind durch die ihre geringe Steifigkeit und das Steghöhen-Wanddickenverhältnis gekennzeichnet.
Die Steifigkeit von Membranbälgen, die aus dem Steghöhen-Wanddickenverhältnis generiert wird, beträgt typischerweise weniger als 10 N/mm. Dabei liegt das Verhältnis zwischen der Steghöhe (h) und der Wanddicke (s) stets höher als 33,33 (h/s > 33,33). Bei der konventionellen Fertigung von Membranbälgen werden nach innen vertiefte, ringförmige Platinen vergleichsweise wie Tellerfederpakete mit innen und außen liegenden Schweißnähten verbunden. Neuere Verfahren weisen nur eine an der Außenseite liegende Schweißnaht auf. Im Gegensatz zum konventionellen Membranbalg mit seinem rotationssymmetrischen Aufbau und einem diskontinuierlichen Schweißverfahren existieren auch mit einem kontinuierlichen Schweißverfahren hergestellte schraubengangförmige Membranbälge.
Metallbälge und vor allem Membranbälge dienen zum Ausgleich von Einbautoleranzen, Wärmedehnungen und zur Entkopplung von Betriebsschwingungen in Leitungssystemen, weshalb sie auch als Entkopplungs- bzw. Entkoppelelemente bezeichnet werden. Bevorzugtes Anwendungsgebiet des hier beschriebenen Erfindungsgegenstands ist der Einsatz in Abgasanlagen im PKW- und Nutzfahrzeug-Bereich.
In der Abgasanlage von Kraftfahrzeugen entstehen Bewegungen mit überlagerten Schwingungen, die durch Unwuchten von Rotationselementen im Motor, Turbo oder in Nebenaggregaten verursacht werden. Eine weitere Anregung von Schwingungen ist durch die pulsförmigen Druckverläufe des Verbrennungsmotors gegeben, deren Perioden drehzahlabhängig sind und über die Ventile und deren Steuerung in die Abgasanlage gelangen. Neben diesen höherfrequenten Schwingungen können Frequenzen im einstelligen und kleinen zweistelligen Hertz-Bereich durch die Fahrbewegungen in Verbindung mit Fahrbahn-Unebenheiten und deren Rückkopplung in das Fahrgestell angeregt werden. Flexible Leitungselemente sollen die in die Abgasanlage induzierten Bewegungen samt dem überlagerten Schwingungsanteil entkoppeln. Dabei sind neben den mechanischen bzw. dynamischen Frequenzbändern ebenfalls durch Körperschall emittierte akustische Frequenzen relevant, die in speziellen Fällen sogar bis in den Frequenzbereich von 5000 Hertz reichen.
Membranbälge in Abgasanlagen bestehen aufgrund der hohen Abgastemperatur aus metallischen Werkstoffen. Ihr Schwingungsverhalten ist somit durch ihre Massen und Federsteifigkeiten charakterisiert.
Vorrichtungen zur Tilgung der Resonanzen durch radial umlaufend an der Außenseite montierte Gehäuse mit zusätzlichen Massen werden in DE10 2008 028 767A1 dargestellt. Einen technisch anderen Dämpfungsmechanismus verfolgt DE20 2007 009 054U1 . Dabei kommt es zur Auslöschung der Störfrequenz durch Überlagerung einer gegenphasigen Schwingung aus einem Helmholtz-Resonator. Die Dämpfung auf dem Prinzip der Reibung an der Außenstruktur des Metallbalgs in Form eines außen liegendes Feder-Dämpfersystem beschreibt DE10 2007 002 636A1 . Dabei wird eine speziell ummantelte und radial in Steigung umlaufende Federstruktur an der Außenkontur des Metallbalgs derart montiert, dass die Federwindungen an der Oberfläche der Balgwellungen in Kontakt stehen, wodurch ein dämpfender Effekt eingeleitet wird.
Auf dem Prinzip der Reibung an der Außenseite in Form eines Metallgestrickeschlauchs oder Metallgestrickerings basieren ebenfalls EP000001967783A1 , DE000019924476A1 , DE20 2005 016 980U1 , und DE20 2006 012 761 U1 .
Als gasführende Elemente kommen in vielen Fällen Metallbälge mit symmetrisch zur Rotationsachse ausgebildeten Wellungen oder aber balgartige Geometrien mit einer schraubengangförmigen Kontur am Außenumfang zum Einsatz. Im Betrieb können die in die Abgasanlage induzierten Schwingungen Eigenfrequenzen in den flexiblen Leitungselementen anregen. Im Fall von Metallbälgen mit symmetrisch zur Rotationsachse ausgebildeten Wellungen sind die zu den kleinen Eigenfrequenzen zugehörigen Eigenformen oftmals in der Balgstruktur stehende Longitudinalwellen, deren Anzahl von Schwingungsknoten mit der Ordnung der Eigenfrequenz wächst. Die Höhe dieser Eigenfrequenzen sinkt mit geringer werdender Steifigkeit. Deshalb liegen die Eigenfrequenzen solcher Bauteile in der Regel umso niedriger, je größer deren Durchmesser und Längen werden. Vor allem im Nutzfahrzeug-Bereich, in dem die Durchmesser und Längen der flexiblen Leitungselemente systembedingt größer sind, ist ein Einsatz von Metallbälgen ohne auf die spezielle Konfiguration angepasste Dämpfungselemente nicht aussichtsreich.
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. Die Aggregate zur Abgas-Nachbehandlung schränken den im Nutzfahrzeug zur Verfügung stehenden Bauraum weiter ein, so dass für jedes verbaute Element, insbesondere auch für das flexible Leitungselement, die Bauraum-Minimierung eine wichtige Gestaltungsregel ist. Parallel dazu steigt die geforderte Mindest-Lebensdauer signifikant.
Die Forderung nach Minimierung des Bauraums für das Gesamtsystem wird dadurch erfüllt, dass das flexible Leitungselement mit einer möglichst kleinen sowohl statischen als auch dynamischen Steifigkeit ausgelegt wird und es folglich bevorzugt in den Bereich der Membranbälge fällt. Dies bietet u. a. den Vorteil, dass eine kleine statische Steifigkeit bei vorliegenden Einbautoleranzen in das Leitungssystem zu ebenfalls kleinen Vorspannkräften und damit einhergehenden kleinen Strukturspannungen im Entkopplungselement führt.
Aus den erläuterten Gründen ist ein Element wünschenswert, das in Verbindung mit einem außen liegenden Membranbalg und einem innen liegenden flexiblen Leitungselement zu einem gedämpften System führt, welches eine ausreichende Entkopplung der Betriebsschwingungen bei gleichzeitig kleinstmöglichem Bauraum, ausreichende Eigenstabilität und eine hohe Lebensdauer bietet. Der einfache und prozesssichere Zusammenbau des Elements mit dem flexiblen Leitungselement ist darüber hinaus anzustreben.
Gemäß 1 werden diese Ziele durch ein innen liegendes formgebundenes Dämpferelement 114 gelöst. Das zugehörige gedämpfte flexible Leitungssystem 100 enthält einen außen liegenden Membranbalg 11 und ein innen liegendes flexibles Leitungselement 12, die in den Endbereichen durch eine form-, kraft- oder stoffschlüssige Verbindung an einem Metallanschlusselement 13 verbunden sind.
Das Dämpfungselement 114 besteht im Wesentlichen aus einem gestrickten Metallgewebe. Es besitzt eine Aufbauchung 114a, mit der es in eine Wellung des Membranbalgs 12 eingreift. Wie in der Figur dargestellt ist, kann das Metallgewebe des Dämpfungselementes 114 optional in einem Verbund mit einem innen angeordneten stabilisierenden Metallkern 115 angeordnet sein.
Die 2 bis 4 zeigen unterschiedliche für den Anwendungsfall charakteristische Querschnittsgeometrien des Dämpfungselementes, welche sich als Ring, Ringsegment oder Band radial umlaufend oder schraubengangförmig ausprägen. Sie sind im Zwischenraum zwischen Membranbalg 11 und flexiblen Leitungselement 12 je nach Dämpfungsgrad in einem oder mehreren Bereichen (Wellungen des Membranbalgs 11) positioniert. Dabei kann sowohl form- als auch reibschlüssiger Kontakt zwischen dem Dämpfungselement, dem Membranbalg und dem flexiblen Leitungselement bestehen. Während die genannten Figuren jeweils Dämpfungselemente mit einem Metallkern 115, 215 bzw. 315 zeigen, können die Dämpfungselemente wahlweise auch ohne einen solchen Metallkern realisiert werden (nicht dargestellt).
Die Formkontur des Dämpfungselements kann neben der dargestellten trapezförmigen Querschnittsgeometrie des Dämpfungselementes 114 (2) z. B. auch aus den auf die Kontur des Membranbalgs beispielhaft zugeschnittenen rechteckigen Querschnittsformen 214 (3) bzw. T-förmigen Querschnittsformen 314 (4) bestehen, aber immer derart, dass das Dämpfungselement sowohl mit dem Membranbalg und dem flexiblen Leitungselement in einem oder mehrere Bereichen in Kontakt steht, indem das Gestricke jeweils mit einer Aufbauchung (114a, 214a, 314a) radial in die Innenwellungen der außen über dem flexiblen Leitungselement sitzenden Balgstruktur ragt.
Wie in den 5 bis 8 dargestellt ist, können auch mehrere auf den Anwendungsfall ausgelegte Dämpfungselemente 414, 514, 614, 714 in Reihe verbaut werden. Dieser Zusammenbau wird auch als Dämpfungskissen bezeichnet und kann durch einen Metallgestrickering, der durch einen Umformprozess in Kontur gebracht wurde, realisiert werden. Dabei können sowohl eckige Formen (Dämpfungselement 414 von 5) als auch gerundete Formen (Dämpfungselement 514 von 6) entstehen und zum Einsatz kommen. Nebenformelemente der Querschnittskontur der Dämpfungselemente können auch regellos (Dämpfungselement 614 von 7) oder sinusförmig (Dämpfungselement 714 von 8) ausgeführt sein.
Der Innenraum zwischen Membranbalg 11 und Leitungselement 12 kann über die Länge des Leitungselements partiell oder vollständig mit dem Dämpfungselement ausgerüstet werden, um systembedingte Eigenfrequenzen zu dämpfen.
Die Positionierung und Fixierung des Dämpfungselements kann optional durch einen Metallkern 115–315 unterstützt werden. Dieser bringt speziell für jeden Anwendungsfall bezogen eine von Abnutzungserscheinungen unabhängige, zusätzliche radiale Vorspannung des Dämpfungselements auf das innen liegende flexible Leitungselement 12 auf. Auf diese Weise wird eine höhere Lebensdauer des Entkopplungssystems erzielt.
9 zeigt als ein weiteres Ausführungsbeispiel ein System 800 aus einem außen liegenden Metallbalg 11 mit symmetrisch zur Rotationsachse ausgebildeten Wellungen und einem innen liegenden flexiblen Leitungselement 12, bei dem das Dämpfungselement 814 formgebunden, aber regellos ausgeführt ist, aber dennoch mit dem Metallbalg als auch mit dem flexiblen Leitungselement an mindestens einer Stelle 816 in Kontakt steht. Zur in Längsrichtung betrachteten Positionierung kann sowohl die axiale Vorspannung als auch die stoffschlüssige, durch ein Schweiß- oder Lötverfahren erzeugte, mindestens ein Mal radial am Umfang aufgebrachte Verbindung 815 eingesetzt werden.
Optional können die Dämpfungselemente 414–814 der 5 bis 9 einen Metallkern enthalten (nicht dargestellt).
Das Dämpfungselement kann in Abhängigkeit der dynamischen Auslegung des Gesamtsystems sowohl in rotationssymmetrischen Membranbalgstrukturen (2–4) als auch in schraubengangförmigen Membranbalgstrukturen eingesetzt werden, wobei in letzteren das Dämpfungselement eine Steigung aufweist, sodass die Kontur des Metallgewebes partiell oder kontinuierlich in den Innenwellungen der Membranbalgstruktur formschlüssig zum Liegen kommt.
Der Außendurchmesser des nicht vorgespannten Dämpfungselements ist vorzugsweise größer als die lichte Weite des Membranelements. Der Innendurchmesser des nicht vorgespannten Dämpfungselements ist vorzugsweise kleiner als der Außendurchmesser des innen liegenden Metallschlauchs. Das verwendete Metallgestricke kann ein- oder mehrlagig aufgebaut sein und auch aus Verbundwerkstoffen bestehen. Folgende Stoffe sind beispielhaft, jedoch in der Aufzählung nicht abschließend für das Dämpfungselement unter hoher Temperatur geeignet:

– Gestrickte Elemente aus Edelstahlfasern und Graphitfasern.
– Gestrickte Elemente aus Edelstahlfasern 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.
– Faserverstärktes Gestricke aus Graphitband.
– Metall-Textil-Verbundwerkstoffe.
– Nadelvliese.
– Texturiertes E-Glas.
– Gewebe aus keramischen Fasern, temperaturbeständigen Trägerfasern und festigkeitssteigernden Edelstahldrähten.
– Polykristalline oder hybridartige Blähmatten.

Ebenso können Kombinationen aus den genannten Zwischenstoffen für spezielle Anwendungen besonders geeignet sein. Eine bevorzugte Ausführungsform sieht engmaschige Gestricke für Dämpfungselemente unter hoher Temperatur vor.
In weiteren Ausführungsbeispielen sind auch Kombinationen der beschriebenen Form-, Werkstoff- und Positionsvarianten realisierbar, die als Dämpfungselement entweder im Bereich der Abgasanlagen oder aber in technologisch benachbarten Bereichen Einsatz finden können. Als mögliche weitere Anwendungsfelder werden beispielhaft jedoch nicht abschließend stationäre Motoren und Turbinen, Kraftwerke sowie die Klimatechnik genannt.
Während bei den in den Figuren dargestellten Ausführungsformen jeweils nur ein Dämpfungselement pro Entkopplungselement vorhanden ist, hat es sich in Versuchen als vorteilhaft erwiesen, mehrere Dämpfungselemente vorzusehen, beispielsweise zwei oder drei Stück.
Des Weiteren wird ein Dämpfungselement vorteilhafterweise direkt am motorseitigen Anfang des Entkopplungselementes angeordnet, d. h. an der Quelle der eingeleiteten Schwingungen.
Optionale Eigenschaften des erfindungsgemäßen Dämpfungselementes und Entkopplungssystems werden in der folgenden Aufzählung noch einmal zusammengefasst:

– Mindestens ein metallisches Gestricke ist in dem hohlzylinderförmigen Spalt zwischen einem innen liegenden flexiblen Metallschlauch und einer außen liegenden Balgstruktur angeordnet und bedeckt entlang der Rotationsachse eine anteilige Länge von mindestens 20% des hohlzylinderförmigen Spalts.
– Es besteht ein formschlüssiger, kraftschlüssiger und/oder reibschlüssiger Kontakt zwischen dem Dämpfungselement und dem innen liegenden flexiblen Metallschlauch sowie dem Dämpfungselement und der außen liegenden Balgstruktur, der auch durch Nebenformen hervorgerufen werden kann.
– Der Außendurchmesser des nicht vorgespannten Dämpfungselements ist mindestens 2,7% größer als die lichte Weite des Membranelements.
– Der Innendurchmesser des nicht vorgespannten Dämpfungselements ist mindestens 3,4% kleiner als der Außendurchmesser des flexiblen Leitungselements.
– Die statische radiale Steifigkeit des Dämpfungselements ist im Arbeitsbereich kleiner 100 N/mm.
– Die Querschnittsgeometrie weist für jeden Anwendungsfall charakteristische wellenförmige, trapezförmige, sinusförmige, dreieckförmige und/oder rechteckförmige Konturen auf.
– Das Dämpfungselement ist schraubengangförmig oder rotationssymmetrisch ausprägt.
– Das Dämpfungselement ist einlagig oder mehrlagig ausgeführt.
– Die Lagen des Dämpfungselementes können aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen.
– Die Position des Dämpfungselements wird durch mindestens eine am Umfang positionierte stoffschlüssige, formschlüssige und/oder kraftschlüssige Verbindung mit dem flexiblen Metallschlauch gehalten.
– Die Position des Dämpfungselements wird durch mindestens eine am Umfang positionierte stoffschlüssige, formschlüssige und/oder kraftschlüssige Verbindung mit der Anschlusskonstruktion gehalten.
– Die Position des Dämpfungselements wird durch eine definierte radiale Vorspannung fixiert.
– Das Dämpfungselement ist abschnittsweise radial umlaufend rotationssymmetrisch aufgebaut.
– Das Dämpfungselement ist abschnittsweise radial umlaufend in Steigung aufgebaut.
– Kontaktbereiche am Dämpfungselement sind punktförmig, linienförmig und/oder flächenförmig ausgeprägt.
– Der Werkstoff des Dämpfungselements enthält oder besteht aus: gestrickten Edelstahlfasern; gestrickten Graphitfasern; verstrickten saugfähigen Fasern, an denen durch Tauchen in eine Flüssigkeit eine Graphit-Anlagerung erzeugt wird; precursorbeschichtetem Gewebe, bei dem der Grundwerkstoff Aluminiumoxid oder glasartig ist; präkeramischem Polymer in fester, pastöser oder schaumförmiger Konsistenz; faserverstärktem Gestricke aus Graphitband; einem Metall-Textil-Verbundwerkstoff; Nadelvliesen; einem texturierten E-Glas-Vlies; keramischen temperaturbeständigen Trägerfasern und festigkeitssteigernden Edelstahldrähten.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1967783 A1 [0002]
DE 19924476 A1 [0002]
DE 202005016980 U1 [0002, 0035]
DE 202006012761 U1 [0002, 0035]
DE 102008017598 A1 [0002]
DE 102007043944 A1 [0002]
DE 20302659 U1 [0002]
DE 20302657 U1 [0002]
DE 29707908 U1 [0002]
DE 102008001297 A1 [0014]
DE 102008028767 A1 [0034]
DE 202007009054 U1 [0034]
DE 102007002636 A1 [0034]
EP 000001967783 A1 [0035]
DE 000019924476 A1 [0035]

Claims

Dämpfungselement (114–814) zur Anordnung in einem gewellten Außenschlauch (11), enthaltend ein Gestricke aus einem hochtemperaturbeständigen Material, dessen Außenoberfläche mindestens eine in eine Wellung des Außenschlauches eingreifende Aufbauchung (114a–814a) aufweist.
Entkopplungselement (100–800) für Leitungen, insbesondere Abgasleitungen von Kraftfahrzeugen, enthaltend: a) einen Innenschlauch (12) aus Metall, insbesondere einen gewickelten Metallschlauch (12); b) einen den Innenschlauch mit Abstand umgebenden gewellten Außenschlauch (11); c) mindestens ein im Spalt zwischen Innenschlauch und Außenschlauch angeordnetes Dämpfungselement (114–814), enthaltend ein Gestricke aus einem hochtemperaturbeständigen Material, das an seiner Außenoberfläche mindestens eine Aufbauchung (114a–814a) aufweist, welche formschlüssig in eine Wellung des Außenschlauches eingreift.
Dämpfungselement (114–814) oder Entkopplungselement (100–800) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenschlauch ein Metallbalg (11) ist, insbesondere ein Membranbalg.
Dämpfungselement (114–814) oder Entkopplungselement (100–800) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufbauchung (114a–814a) um die Achse des Außenschlauches zumindest teilweise umlaufend ausgebildet ist.
Dämpfungselement (114–814) oder Entkopplungselement (100–800) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (114–814) zumindest abschnittsweise rotationssymmetrisch und/oder im Wesentlichen zylindrisch ist.
Dämpfungselement (114–314) oder Entkopplungselement (100–300) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (114–314) einen Metallkern (115–315) enthält.
Dämpfungselement (114–814) oder Entkopplungselement (100–800) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (114–814) eine Vorspannung gegenüber dem Innenschlauch (12) und/oder dem Außenschlauch (11) hat.
Dämpfungselement (114–814) oder Entkopplungselement (100–800) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement mindestens eines der folgenden Materialien enthält: – gestrickte Elemente aus Edelstahlfasern und Graphitfasern; – gestrickte Elemente aus Edelstahlfasern und saugfähigen Fasern mit einer Graphit-Anlagerung; – Precursorbeschichtetes Gewebe, bei dem der Grundwerkstoff Aluminiumoxid und/oder glasartig ist; – ein präkeramisches Polymer in fester, pastöser oder schaumförmiger Konsistenz; – faserverstärktes Gestricke aus Graphitband; – Metall-Textil-Verbundwerkstoff; – Nadelvlies; – texturiertes E-Glas; – Gewebe aus keramischen Fasern, temperaturbeständigen Trägerfasern und Edelstahldrähten; – polykristalline oder hybridartige Blähmatten.
Dämpfungselement (114–814) oder Entkopplungselement (100–800) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement sich über mindestens 20% der axialen Länge des Außenschlauches (11) erstreckt.
Entkopplungselement (100–800) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es zwei oder mehr Dämpfungselemente enthält und/oder dass mindestens ein Dämpfungselement an einem axialen Ende des Entkopplungselementes angeordnet ist.