DE102011110147A1

DE102011110147A1 - Spezielle Dämpfungsstreifen für flexible Leitungselemente

Info

Publication number: DE102011110147A1
Application number: DE201110110147
Authority: DE
Inventors: Karsten Schenk; Michael Henkelmann; Oliver Selter; Stefan Hauk; Matthias Weiss; Karl-Heinz Münker; Dietmar Baumhoff; Andreas Gerhard; Tobias Schneider
Original assignee: Westfalia Metallschlauchtechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Westfalia Metallschlauchtechnik GmbH and Co KG
Priority date: 2011-08-15
Filing date: 2011-08-15
Publication date: 2013-02-21

Abstract

Zur Verbindung von schwingbeanspruchten Rohrleitungen, wofür die Abgasleitungen in Kraftfahrzeugen ein typisches Ausführungsbeispiel sind, wird ein Dämpfungsstruktur-Element bereitgestellt, welches in Verbindung mit einem außen liegenden balgartigen, flexiblen Element und einem innen liegenden flexiblen Leitungselement zu einem gedämpften System führt, welches eine ausreichende Entkopplung der Betriebsschwingungen bei gleichzeitig kleinstmöglichem Bauraum bietet. Dabei weist das gegenüber dem außen liegenden flexiblen Element konturgebundene, metallische Gestrickeform-Element eine offene Struktur auf, die keine strukturelle Verbundenheit in den Endbereichen besitzt. Sowohl in radial-symmetrischen als auch wendelgewellten flexiblen Elementen finden spezielle Dämpfungsstreifen mit einem Umschließungswinkel von mindestens 270° ihren Einsatz und definieren den Reibkontakt vorrangig auf das innen liegende flexible Leitungselement.

Description

Die Erfindung betrifft einen speziellen Dämpfungsstreifen für flexible Leitungselemente. Letztere werden vorzugsweise als Entkopplungselement in schwingbeanspruchte Rohrleitungen verbaut. Typische Ausführungsbeispiele solcher Rohrleitungen sind Abgasleitungen in Kraftfahrzeugen.
Entkopplungselemente stellen eine flexible Verbindung zwischen den Rohrleitungen her und entkoppeln diese schwingungstechnisch weitestgehend voneinander.
Da weltweite gesetzliche Vorschriften den Schadstoff-Ausstoß von Nutzfahrzeugen zukünftig deutlich nach unten regulieren, werden Abgasanlagen zukünftig vermehrt mit Nachbehandlungsmodulen wie z. B. Rußpartikel-Filtern und SCR-Systemen ausgestattet werden. Eine verbleibende Leckage von Fluiden, die als nicht nachbehandeltes Abgas oder in flüssiger Form (Diesel oder Kondensat) aus dem System entweichen können, ist dann nur noch in eingeschränkter Form zulässig.
Zur Erfüllung der Gasdichtheit werden neben reinen IHU-geformten Metallbälgen oftmals zur Verbesserung der Strömungseingenschaften eine Kombination aus einem Wickelschlauch und einem Metallbalg eingesetzt. Bei dem koaxialen Aufbau erfüllt der leckagebehaftete Wickelschlauch die technische Funktion der Abgasleitung und der außen liegende Metallbalg erfüllt die technische Anforderung der Gasdichtheit.
Abgasstrang von Kraftfahrzeugen entstehen stets Schwingungen, die meist 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.
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.
Flexible Leitungselemente bestehen bevorzugt aus metallischen Werkstoffen. Ihr Schwingungsverhalten kann somit durch ihre Massen und Federsteifigkeiten charakterisiert werden. Dämpfungseigenschaften werden oftmals durch Metallgeflechte oder Metallgestricke erzeugt.
Stand der Technik
Schwingbelastete flexible Leitungselemente weisen Dämpfungselemente auf, welche vorzugsweise auf Basis von Reibkontakt arbeiten. Man unterscheidet zwischen innen- oder außenbedämpften flexiblen Leitungselementen.
Zu den innenbedämpften Leitungselemente gehört das in der Offenlegungsschrift DE 10 2010 037 162 A1 beschriebene Dämpfungselement für flexible Leitungselemente, welches formschlüssig im Ringspalt des koaxial aus einem Wickelschlauch und einem Membranbalg aufgebauten Entkopplungselements sitzt. Durch den Formschluss mit dem außen liegenden Balg besteht eine Reibkontaktfläche zwischen der Dämpfungselementunterseite und der Oberfläche des innen liegenden Metallschlauches. In weiteren Ausführungsformen stehen der außen liegende Metallbalg, das Dämpfungselement und der innen liegende Wickelschlauch in Reibkontakt. Diese Reibkontaktpaarung weist an bestimmten Stellen Relativbewegungen auf, welche zur vorrangigen Verschleißbildung am Metallbalg führen können.
Ebenfalls sind aus den Offenlegungsschriften DE 10 2007 043 944 A1 , DE 37 08 415 A1 flexible Leitungselemente mit integrierter Schwingungsdämpfung bekannt, welche wie in der vorherigen Variante ein im Ringspalt innen liegendes Dämpfungselement aufweist. Die Form des Dämpfungselements ist derart ausgelegt, dass sowohl die innen liegenden Profilwindungen des außen im koaxialen Aufbau des Entkopplungselements liegenden Metallbalgs als auch die Oberfläche des Metallschlauches als Reibpartner mit dem Dämpfungskissen agieren können. Auch hier weisen bestimmte Stellen Relativbewegungen zwischen dem außen liegenden Metallbalg und dem Dämpfungselement auf, welche zur vorrangigen Verschleißbildung am Metallbalg führen können.
Aufgabenstellung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Element bereitzustellen, das in Verbindung mit einem außen liegenden flexiblen Element und einem innen liegenden Wickelschlauch zu einem gedämpften System führt, welches auf Basis des koaxialen Aufbaus dämpfende Elemente im umlaufenden Ringspalt aufweist, welche keine Relativbewegungen zwischen dem außen liegenden flexiblen Element und dem Dämpfungselement aufweisen und vorrangig im Reibkontakt mit dem Dämpfungselement und dem innen liegenden Wickelschlauch stehen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die flexible Fertigung von Dämpfungselementen, welche den Reibkontakt auf den innen liegenden Wickelschlauch definieren.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch spezielle, gegenüber dem flexiblen Element sehr stark formgebundenen Dämpfungsstreifen für flexible Leitungselemente gelöst.
Der Erfindungsgegenstand sieht hierzu einen koaxialen Aufbau eines Leitungselements vor, der aus einem innen liegenden Wickelschlauch sowie einem außen liegenden flexiblen Element besteht und dessen bauraumoptimierter, zylinderförmiger Ringspalt die speziellen Dämpfungsstreifen aufweist.
Dabei kann die Bereitstellung des speziellen, gegenüber dem außen liegenden flexiblen Element formgebundenen Dämpfungsstreifens aus Bandmaterial erfolgen, welches auf Basis des außen liegenden Elementdurchmessers abgelegt wird und als Band ohne strukturelle Geschlossenheit in den Endbereichen in Form eines Rings eingelegt werden.
Dadurch weist das spezielle, gegenüber dem außen liegenden flexiblen Element formgebundenen Dämpfungsstreifens aus Bandmaterial eine gute Konfektionierbarkeit auf und kann sowohl in radial-symmetrischen als auch wendelgewellten flexiblen Elementen eingelegt werden und dabei eine partielle als auch eine sich über das Bauteil erstreckende Länge aufweisen.
Beim Einlegen des speziellen, gegenüber dem außen liegenden flexiblen Element formgebundenen Dämpfungsstreifens aus Bandmaterial ergibt sich ein Einlegewinkel von > 270°.
1 zeigt in einer Schnittdarstellung einen koaxialen Leitungszusammenbau, der aus einem innen liegenden Wickelschlauch (10) sowie einem außen liegenden Membranbalg (11) besteht. Die beiden Elemente werden über geeignete Anschlußelemente (12) vorzugsweise stoffschlüssig miteinander verbunden. Zwischen den beiden Schläuchen befindet sich ein bauraumoptimierter, zylinderförmiger Ringspalt (13), der die speziellen Dämpfungsstreifen aufweist. Die zur Entkopplung erforderliche, schwingungstechnische Auslegung des Gesamtbauteils bildet die Grundlage für die Anzahl und Position der speziellen Dämpfungsstreifen, so wie deren Umschlingungswinkel (14), (15).
2, 3 und 4 zeigen in einer Schnittdarstellung einige in der Darstellung aber nicht abschließende Ausgestaltungsformen spezieller, windungsformgebundener Dämpfungsstreifen. Die Dämpfungselemente sind derart ausgestaltet, dass sich auf einer Seite die technische Funktion der Formgebundenheit gegenüber der Balgwindungsgeometrie und auf einer anderen Seite die Funktion der Reibkontaktfläche ausprägt. Dabei weisen sie windungsbezogene, speziell an die Balgwindungsgeometrie (21) angeformte Bereiche auf (22), (31), (41).
5 und 6 zeigen in einer Schnittdarstellung einige in der Darstellung aber nicht abschließende Ausgestaltungsformen spezieller, windungsübergreifender Geometriekonturen von Dämpfungsstreifen (51), (61) auf.
Ausführungsbeispiel
In einer bevorzugten Ausführungsvariante sind die im bauraumoptimierten, zylinderringförmigen Ringspalt vorliegenden speziellen Dämpfungsstreifen im Querschnitts derart geformt, dass die im Gegensatz zu den bisherigen Erfindungsvarianten am Profilgrund der radial-symmetrischen als auch schraubengangförmigen umlaufenden Metallbalgs angreifen und sich derart platzieren. Dabei kann der Innenraum über die Länge des Leitungselements partiell oder vollständig mit den speziellen Dämpfungsstreifen ausgerüstet werden, um systembedingte Eigenfrequenzen zu dämpfen.
In einer weiteren Ausführungsvariante sind die vorliegenden speziellen Dämpfungsstreifen derart geformt, dass sie mehrer Windungsstege umfassen und somit eine größere Reibfläche zur Verfügung stellen.
In einer weiteren Ausgestaltung der speziellen Dämpfungsstreifen kann ein aus einem verdichteten Metallgestrick bestehendes Endlos-Band aber auch ein partiell im Stückprozess eingeformtes Gestrickeband zum Einsatz kommen.
In weiteren Ausführungsbeispielen sind Kombinationen der beschriebenen Form-, Werkstoff- und Positionsvarianten realisierbar, die als spezielles 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.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102010037162 A1 [0009]
DE 102007043944 A1 [0010]
DE 3708415 A1 [0010]

Claims

Spezielle Dämpfungsstreifen für flexible Leitungselemente dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein konturgebundenes, metallisches Gestrickeform-Element in einem zylinder-ringförmigen Spalt zwischen dem innen liegenden flexiblen Metallschlauch und der außen liegenden Balgstruktur angeordnet ist, welches einen Umschließungswinkel von mindestens 270° aufweist und keine ringförmige strukturelle Verbundenheit in den Endbereichen aufweist.
Spezielle Dämpfungsstreifen für flexible Leitungselemente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das bedämpfte flexiblen Leitungselemente mindestens eins dieser Gestrickeform-Elemente in einer für das Leitungssystem spezifischen Eigenfrequenz dämpfenden Position aufweisen.
Spezielle Dämpfungsstreifen für flexible Leitungselemente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gestrickeform-Element nach außen hin orientiert eine formschlüssige Geometriekontur entsprechend der Windungsgeometrie des äußeren flexibeln Elements aufweist.
Spezielle Dämpfungsstreifen für flexible Leitungselemente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gestrickeform-Element nach innen orientiert eine Geometriekontur aufweist, welche im Reibkontakt zum innen liegenden flexiblen Element steht.
Spezielle Dämpfungsstreifen für flexible Leitungselemente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das die Geometriekontur des Gestrickeform-Elements eckige aber auch in vorteilhaften Ausführungen runde Querschnittskonturen aufweist.
Spezielle Dämpfungsstreifen für flexible Leitungselemente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das die Geometriekontur des Gestrickeform-Elements eine in den Endbereichen strukturell nicht geschlossene Bandgeometrie aufweist.
Spezielle Dämpfungsstreifen für flexible Leitungselemente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das im co-axialen Aufbau des flexiblen Leitungselements außen liegende, radial-symmetrische flexible Element das Gestrickeform-Element aufweist.
Spezielle Dämpfungsstreifen für flexible Leitungselemente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das im co-axialen Aufbau des flexiblen Leitungselements außen liegende wendelgewellte flexible Element die Geometriekontur des Gestrickeform-Elements aufweist.
Spezielle Dämpfungsstreifen für flexible Leitungselemente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das das Formelement aus einem metallischen Gestricke oder Geflecht geformt wird.