DE102011016923A1

DE102011016923A1 - Flexibles Leitungselement

Info

Publication number: DE102011016923A1
Application number: DE201110016923
Authority: DE
Inventors: Holger Hebisch
Original assignee: BOA Balg und Kompensatoren Technologie GmbH
Current assignee: Boa Metal Solutions De GmbH
Priority date: 2010-04-29
Filing date: 2011-04-13
Publication date: 2011-11-03
Also published as: WO2011134633A1; DE202010006231U1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein flexibles Leitungselement, insbesondere für Abgasleitungen von Verbrennungsmotoren bei Kraftfahrzeugen, mit einem Balg, mindestens einem an den Balg koaxial angrenzenden Zusatzelement, insbesondere einem Metallgeflechtsschlauch oder einem Metallgetrickeschlauch und/oder einem innerhalb des Balges angeordneten Wickelschlauch, wie einem Agraffschlauch, wobei zwischen Balg und Zusatzelement ein aus Metallwolle bestehendes Dämpfungselement angeordnet ist, das aus einem spiralförmig gewickelten Band aus Metallwolle besteht. Der vorgeschlagene Erfindungsgegenstand ermöglicht eine flexible Parametrierung der Dämpfungscharakteristik bei gleichzeitiger Reduzierung der Variantenvielfalt und bei vereinfachter Montage.

Description

Die Erfindung betrifft ein flexibles Leitungselement, insbesondere für Abgasleitungen von Verbrennungsmotoren bei Kraftfahrzeugen, mit einem Balg, mindestens einem an den Balg koaxial angrenzenden Zusatzelement, insbesondere einem Metallgeflechtsschlauch oder einem Metallgetrickeschlauch und/oder einem innerhalb des Balges angeordneten Wickelschlauch, wie einem Agraffschlauch.
Derartige Leitungselemente werden als Zwischenstücke in die Abgasleitung eingebaut 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.
Der Kontakt zwischen Balg und Zusatzelement kann bei bewegtem Fahrzeug zu Geräuschen führen. Auch besteht die Gefahr, dass durch die drehzahlabhängigen Schwingungen des Motors im Balg Eigenschwingungen angeregt werden, die zu einem vorzeitigen Ermüdungsschaden im Balg führen können.
Zur Vermeidung dieser Gefahren werden bei dem aus dem Stand der Technik bekannten Leitungselementen unterschiedliche Zwischenlagen zwischen dem Balg und den Zusatzelementen vorgesehen.
Bei der EP 0 875 669 B1 wird das Schlagen zwischen Balg und Metallschlauch dadurch verhindert, dass der Zwischenraum zwischen den beiden Teilen durch einen Getrickeschlauch spielfrei, eventuell radial vorgespannt, jedoch in federnd nachgiebiger Weise ausgefüllt ist. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass eine schwingungsbedämpfende Wirkung dauerhaft gegeben ist.
Bei der EP 0 657 683 B1 wird die Bedämpfung des Balges von der Außenseite her durch ein ringförmiges, aus zusammengedrücktem Draht bestehendes Polster bewerkstelligt, das zwischen Balg und Geflechtsmantel angeordnet ist.
Beim deutschen Patent DE 42 33 644 C2 wird das Problem der Balgbedämpfung dadurch gelöst, dass die Dämpfungseinlage den Balg radial außen umschließt und die Anschlußstücke über eine außen auf der Dämpfungseinlage sitzende Feder miteinander verbunden sind. Die Dämpfungseinlage besteht hierbei bevorzugt aus einem metallischen Geflecht, Gewebe, Gewirke oder Gestricke oder aus verpresstem Metalldraht.
Nachteilig bei den beim Stand der Technik verwendeten hohlzylindrischen Dämpfungsschläuchen ist, dass für jede Balglänge und für jeden Balgdurchmesser ein spezieller Dämpfungsschlauch benötigt wird und somit die Variantenvielfalt zu entsprechend hohen Lagerkosten führt. Auch ist eine flexible Parametrierung der Dämpfungscharakteristik bei Gestrickeschläuchen bzw. bei hohlzylindrischen Dämpfungskissen aus verpresstem Metalldraht nur in sehr eingeschränktem Maße möglich.
Ein weiterer Nachteil besteht in der mangelnden geometrischen Anpassungsfähigkeit der Kontaktoberflächen der Dämpfungsschläuche zu den Balgwellen hin. Um eine für die Reibbedämpfung hinreichend große Kontaktfläche zwischen den Balgkrempen und den Dämpfungsschläuchen zu erreichen, müssen diese mit radialer Vorspannung montiert werden, was den Montageaufwand zusätzlich erhöht. Bei Gestrickeschläuchen kann es zur Erreichung guter Dämpfungswerte auch notwendig sein, dass sie in die Wellen eingerollt werden und auf diese Weise reib- sowie formschlüssig am Balg festgelegt sind.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Leitungselement der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass eine flexible Parametrierung der Dämpfungscharakteristik möglich ist bei gleichzeitiger Reduzierung der Variantenvielfalt und bei vereinfachter Montage.
Erfindungsgemäß wird die genannte Aufgabe durch ein Leitungselement der eingangs genannten Art gelöst, insbesondere für Abgasleitungen von Verbrennungsmotoren bei Kraftfahrzeugen, mit einem Balg, mindestens einem an den Balg koaxial angrenzenden Zusatzelement, insbesondere einem Metallgeflechtsschlauch oder einem Metallgestrickeschlauch und/oder einem innerhalb des Balges angeordneten Wickelschlauch, wie einem Agraffschlauch, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Balg und Zusatzelement ein aus Metallwolle bestehendes Dämpfungselement angeordnet ist.
Die Metallwolle besteht aus feinen von einem Ausgangsdraht abgeschabten langen Metallfasern. Das Dämpfungsprinzip basiert auf der Reibung zwischen den Metallfasern, die pro Volumeneinheit eine Vielzahl von Berührpunkten und damit eine Vielzahl von Reibstellen aufweisen. Somit können die Dämpfungsparameter gezielt über die Dichte der Metallwolle eingestellt werden, wodurch eine in weiten Grenzen variable Dämpfungscharakteristik erreichbar ist.
Ein erfindungsgemäß ausgestaltetes Leitungselement weist also ein aus Metallwolle bestehendes Dämpfungselement auf, das ein gegenseitiges Anschlagen von Balg und angrenzenden Komponenten, wie beispielsweise einem Wickelschlauch oder Geflechtsschlauch zuverlässig verhindert, indem insbesondere bei kritischen Anregungsfrequenzen, insbesondere bei den Eigenfrequenzen dieser Komponenten, eine direkte Kollision und damit eine Geräuschemission vermieden wird bzw. eine sich einstellende Zwangsschwingung auf ein zulässiges Maß begrenzt werden kann.
Die als Rollenware beziehbare Metallwolle hat gegenüber einem Gestrickeschlauch bzw. gegenüber einem gepressten hohlzylindrischen Drahtkissen den entscheidenden Vorteil, dass durch die flexiblere Konsistenz der Metallwolle bereits bei der Montage ein nahezu formschlüssiger Kontakt zwischen den im Betrieb schwingenden Balgkrempen und der Metallwolle erreicht wird, wodurch ein größeres Dämpfungsvolumen in der Metallwolle aktiviert wird als dies bei einem nur linienförmigen Kontakt, z. B. bei einem aus Draht gepresstem Kissen, möglich ist.
Die Montage der als Meterware erhältlichen Metallwolle geschieht bei einem koaxial außerhalb des Balges angeordneten Dämpfungselement durch spiralförmiges, ein- oder mehrlagiges Umwickeln der Außenseite des Balges mit einem Band aus Metallwolle, dessen Breite mindestens dem zwei- bis dreifachen der Wellenteilung des Balges entspricht. Auf diese Weise lassen sich mit nur einer Bandbreite unterschiedliche Balglängen und Balgdurchmesser mit einem Dämpfungselement bestücken. Durch gezieltes Vorspannen des Metallwollebandes beim Umwickeln des Balges lassen sich die Dämpfungseigenschaften zusätzlich variieren. Um ein Aufwickeln des so aufgebrachten Metallwollebandes zu verhindern, können die Anfangs- und Endstelle mit einer Drahtschlaufe fixiert oder bei bis zum Balgende reichenden Dämpfungselement mit den später zu montierenden Winkelringen festgelegt werden. Danach wird das koaxial zum Dämpfungselement angeordnete Zusatzelement, z. B. ein Gestricke- oder Geflechtsschlauch durch Überziehen montiert und mittels Winkelringe an den zylindrischen Balgenden fixiert.
Bei einem innerhalb des Balges angeordneten Zusatzelement, beispielsweise einem Wickelschlauch, wird das Metallwolleband vor der Montage des Wickelschlauches im Balg, auf dessen Außendurchmesser spiralförmig in ein- oder mehrlagiger Form aufgewickelt. Der hierbei entstehende Außenduchmesser des umwickelten Wellschlauches wird kleiner als der lichte Balginnendurchmesser gewählt. Nach Einfädeln des mit Metallwolle umwickelten Wickelschlauches in den Balg lässt sich durch axiales Verdichten der Metallwolle im Ringspalt zwischen Balg und Wickelschlauch ein eng anliegender Kontakt zwischen Balg und Metallwolle herstellen, bevor der Ringraum durch Aufweiten der Wickelschlauchenden gegen die zylindrischen Balgborde geschlossen wird.
In einer besonderen Ausgestaltung des Dämpfungselementes kann dieses als streifenförmiges Band aus Metallwolle schraubengangförmig um die balgseitige Mantelfläche des Zusatzelementes derart angeordnet sein, dass es nur einen Teil der dem Balg zugewandten Fläche des Zusatzelementes abdeckt. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn lediglich eine geringe Dämpfungswirkung zwischen Balg und Dämpfungselement erforderlich ist.
Nach einer anderen Bauform kann vorgesehen sein, dass die Dämpfungselemente aus mehreren am Umfang des Balges in Längsrichtung angeordneten streifenförmigen Bändern aus Metallwolle bestehen, die zweckmäßigerweise dann bis zum zylindrischen Balgende reichen, wo sie zur Vereinfachung der Montage des Zusatzelementes, z. B. eines Geflechtsschlauches, mittels einer Drahtschlaufe am Umfang fixiert werden.
Insgesamt ist so ein Flexibles Leitungselement geschaffen worden, bei dem eine gezielte Dämpfungscharakteristik durch ein- oder mehrlagiges Wickeln der als Rollenware beziehbaren Metallwolle realisiert werden konnte.
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 einen Axialschnitt durch eine erfindungsgemäße Bauform eines flexiblen Leitungselementes, bei dem ein aus Metallwolle bestehendes Dämpfungselement zwischen Metallbalg und Agraffschlauch angeordnet ist.
2 eine alternative Bauform eines flexiblen Leitungselementes im Axialschnitt, bei dem das aus Metallwolle bestehende Dämpfungselement zwischen dem Metallbalg und dem koaxial angrenzenden Metallgeflechtsschlauch angeordnet ist.
Das in 1 dargestellte flexible Leitungselement 1 weist einen ringgewellten Balg 2 und einen diesen umgebenden Gestrickeschlauch 3 auf, dessen Struktur in dem ungeschnittenen, rechteckigen Teilausschnitt dargestellt ist und der mit den Winkelringen 5 gegen die zylindrischen Balgenden festgelegt ist und auf diese Weise als Längsabstützung des Leitungselementes gegenüber unzulässig großen axialen Extensionen dient. Im Innern des Balges ist ein Zusatzelement in Form eines Agraffschlauches 3a angeordnet, das den unmittelbaren Kontakt der heißen Abgase mit dem Balg verhindert und zusätzlich eine mögliche Schwingungsanregung der Balgwellen durch das strömende Medium ausschließt. In dem Ringraum zwischen Balg 2 und Agraffschlauch 3a ist ein aus Metallwolle bestehendes Dämpfungselement 4 angeordnet, das vor der Montage des Agraffschlauches im Balg, auf dessen Außendurchmesser in ein- oder mehrlagiger Form aufgewickelt wird. Nach dem Einfädeln des mit Metallwolle umwickelten Agraffschlauchs in den Balg wird durch axiales Verdichten der Metallwolle im Ringspalt zwischen Balg und Agraffschlauch ein eng anliegender Kontakt zwischen den Innenkrempen des Balges und der Metallwolle erreicht. Anschließend wird der Ringraum durch Aufweiten der Agraffschlauchenden gegen die zylindrischen Balgenden geschlossen, wodurch das Dämpfungselement 4 in seiner Lage festgelegt ist.
Gegenüber 1 zeigt 2 eine alternative Bauform eines flexiblen Leitungselementes, bei der das erfinderische, aus Metallwolle bestehende Dämpfungselement koaxial zwischen den Außenkrempen des Balges und der Innenseite des Zusatzelementes angeordnet ist. Beim Zusatzelement 3 handelt es sich im gezeigten Ausführungsbeispiel um einen Geflechtsschlauch, dessen Struktur im ungeschnittenen, rechteckigen Teilausschnitt der 2 dargestellt ist und der mit den Winkelringen 5 gegen die zylindrischen Balgenden festgelegt ist und auf diese Weise als Längsabstützung des Leitungselementes dient.
Die Montage des Dämpfungselementes geschieht bei dieser Ausführung vor der Montage des Geflechtsschlauches durch spiralförmiges, ein- oder mehrlagiges Umwickeln der Außenseite des Balges mit einem Band aus Metallwolle, dessen Breite mindestens dem zwei- bis dreifachen der Wellenteilung des Balges entspricht. Hierbei schmiegt sich das Metallwolleband an die Kontur der Balgaußenkrempen an, so dass bereits nach dem Umwickeln ein nahezu formschlüssiger Kontakt zwischen Balg und Dämpfungselement besteht. Bei einer Schwingbewegung des Balges wird somit ein großes Dämpfungsvolumen in den Kontaktbereichen zwischen Balgaußenkrempe und der angrenzenden Metallwolle aktiviert, was zu einer guten Bedämpfung der schwingenden Balgbereiche führt. Um ein Aufwickeln des so aufgebrachten Metallwollebandes zu verhindern, werden die Anfangs- und Endstelle mit einer Drahtschlaufe fixiert auf deren Darstellung in 2 der Übersichtlichkeit halber verzichtet wurde. Nach der Montage des Geflechtsschlauches, der mit einer geringen axialen Vorspannung mittels der Winkelringe 5 im Bereich der zylindrischen Balgenden fixiert wird, befindet sich das Dämpfungselement ebenfalls unter einer radialen Vorspannung, die die Folge der mit der Längung des Geflechtsschlauches einhergehenden Durchmesserverringerung entsteht. Durch diese elastische Rettung des Geflechtsschlauches auf der Metallwolle erzielt man durch die federelastische Wirkung der Metallwolle in radialer Richtung auch einen weichen Zuganschlag des flexiblen Leitungselementes. Im Innern des Balges ist ebenso wie in 1 ein Zusatzelement in Form eines Agraffschlauches 3a angeordnet, das zum Schutz des Balges gegen die heißen Abgase dient.
Die dargestellten Ausführungsbeispiele können selbstverständlich miteinander kombiniert werden, um besonders schwingungsempfindliche Bereiche des Balges, des Agraffschlauches 3a oder allgemein eines Zusatzelementes 3 gezielt zu bedampfen. So wäre beispielsweise eine Bauform nach 2 denkbar, bei der der Geflechtsschlauch durch einen Gestrickeschlauch ersetzt wird, um bei großen axialen Kompressionsbewegungen ein Abheben des Geflechtsschlauches vom Dämpfungselement zu verhindern. Eine weitere Variante bei besonders großer Resonanzgefahr des Balges wäre als eine modifizierte Bauform der in 1 dargestellten Ausführung denkbar, bei der zusätzlich zur dargestellten Innenbedämpfung eine Außenbedämpfung mit Metallwolle zwischen Gestrickeschlauch und Balgaußenseite vorgesehen wäre.
Bezugszeichenliste

1: flexibles Leitungselement
2: Balg
3a: Zusatzelement, gewickelter Metallschlauch, Agraffschlauch
3: Zusatzelement, Gestrickeschlauch oder Geflechtsschlauch
4: Dämpfungselement aus Metallwolle
5: Winkelringe

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

EP 0875669 B1 [0005]
EP 0657683 B1 [0006]
DE 4233644 C2 [0007]

Claims

Flexibles Leitungselement (1), insbesondere für Abgasleitungen von Verbrennungsmotoren bei Kraftfahrzeugen mit einem schraubengangförmigen oder ringgewellten Balg (2), mindestens einem an den Balg (2) koaxial angrenzenden Zusatzelement (3), insbesondere einem Metallgeflechtsschlauch oder einem Metallgetrickeschlauch und/oder einem innerhalb des Balges angeordneten Wickelschlauch, wie einem Agraffschlauch, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Balg (2) und Zusatzelement (3) ein aus Metallwolle bestehendes Dämpfungselement (4) angeordnet ist.
Leitungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (4) aus einem spiralförmig gewickelten Band aus Metallwolle besteht.
Leitungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement aus mehreren übereinander gewickelten Lagen aus Metallwolle besteht.
Leitungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die den Balgwellen zugewandte Seite des Dämpfungselementes (4) sich bei der Montage der welligen Außen- bzw. Innenkontur des Balges (2) anpasst und somit formschlüssig festgelegt wird.
Leitungselement nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (4) als streifenförmiges Band aus Metallwolle schraubengangförmig um die balgseitige Mantelfläche des Zusatzelementes (3) angeordnet ist.
Leitungselement nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (4) aus streifenförmigen Bändern aus Metallwolle besteht, die in Längsrichtung zwischen Balg und Zusatzelement (3) angeordnet sind.