DE102012005590A1

DE102012005590A1 - Flexibles Leitungselement

Info

Publication number: DE102012005590A1
Application number: DE201210005590
Authority: DE
Inventors: Holger Hebisch
Original assignee: BOA Balg und Kompensatoren Technologie GmbH
Current assignee: BOA Balg und Kompensatoren Technologie GmbH
Priority date: 2011-04-14
Filing date: 2012-03-20
Publication date: 2012-10-18
Anticipated expiration: 2032-03-21
Also published as: DE202011005302U1; DE102012005590B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein flexibles Leitungselement aus Metall zur Abkopplung hochfrequenter Schwingungen bei Leitungsanordnungen, insbesondere bei Abgasleitungen von Verbrennungsmotoren in Kraftfahrzeugen, mit einem Balg aus Metall, der an wenigstens einem Ende zwischen Balgende und weiterführender Rohrleitung ein Metallschaumelement aufweist. Der vorgeschlagene Erfindungsgegenstand ermöglicht eine flexible Parametrierung der Dämpfungseigenschaften des flexibles Leitungselement und weist bei kompakter Bauweise sowohl eine gute Körperschallentkopplung als auch in Verbindung mit dem Metallbalg eine gute Schwingungsentkopplung bei niedrigeren Frequenzen auf.

Description

Die Erfindung betrifft ein flexibles Leitungselement aus Metall zur Abkopplung hochfrequenter Schwingungen bei Leitungsanordnungen, insbesondere bei Abgasleitungen von Verbrennungsmotoren in Kraftfahrzeugen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei Leitungsanordnungen, wie Abgasleitungen von Kraftfahrzeugen, entstehen regelmäßig hochfrequente Schwingungen im Leitungsmaterial selbst, sogenannter Körperschall, wenn die betreffenden Leitungsanordnungen mit einer Schwingungen erzeugenden Quelle, wie einem Motor oder dergleichen, verbunden sind. Die hochfrequenten Schwingungen entstehen sowohl durch Restunwuchten von bewegten Teilen, wie Rotoren von Abgasturboladern oder Kompressoren, als auch durch Druckpulsationen in der Leitungsanordnung, wie sie beispielsweise beim Öffnen von Auslassventilen eines Motors entstehen. Der hierdurch induzierte Körperschall breitet sich in der Abgasanlage aus und führt an nachgeschalteten Einrichtungen, wie Katalysatoren oder Schalldämpfern, zu einer unerwünschten Abstrahlung von Geräuschen im hörbaren akustischen Bereich.
Um das Problem der Geräuschabstrahlung zu vermeiden, sind nach dem Stand der Technik Leitungselemente aus Metall zur Abkopplung hochfrequenter Schwingungen bekannt, wie sie beispielsweise in der EP 1 026 375 A2 dargestellt sind. Die Abkopplung wird demgemäß bei einer Leitungsanordnung mit einem in die Leitung eingesetzten, schraubengangförmigen oder ringgewellten kurzen Balg mit hoher Steifigkeit dadurch bewerkstelligt, dass auf einem profilierten Balgabschnitt ein kraft- oder formschlüssig aufgesetzter Gestrickemantel angeordnet ist. Es hat sich bei derartigen Leitungselementen jedoch insbesondere als nachteilig herausgestellt, dass die räumliche Anordnung des Gestrickemantels zu einer Vergrößerung der radialen Ausdehnung des Leitungselements führt, was insbesondere bei einem Einsatz in Abgaslagen von Kraftfahrzeugen mit den dort gegebenen engen Bauraumverhältnissen kollidiert. Darüber hinaus berührt der Gestrickemantel gemäß der EP 1 026 375 A2 aufgrund seiner Anordnung den Balg in Bereichen, in denen dieser aufgrund seiner gewellten Ausbildung eine besonders hohe Biegesteifigkeit aufweist, so dass durch eine derartige Anordnung des dämpfenden Gestrickemantels keine ausreichende Abkopplung von hochfrequenten Schwingungen erreichbar ist.
Bei der DE 10 2004 025 946 B4 stellt der Balg die einzige Verbindung zwischen den Enden des Leitungselementes dar. Als Dämpfungselemente dienen auf die Balgendhalbwellen aufgesetzte Dämpfungskissen, mit denen die senkrecht zur Balgoberfläche schwingenden Anteile der transversalen Biegeschwingungen des Körperschalls schon deutlich wirkungsvoller bedämpft werden als dies durch den formschlüssig aufgesetzter Gestrickemantel bei der oben beschriebenen EP 1 026 375 A2 der Fall ist.
Bei dem Körperschall-Entkoppelelement nach dem Gebrauchsmuster DE 20 2007 003 805 U1 steht die Erkenntnis im Mittelpunkt, dass das Abkoppeln von Körperschall, das in der Realität in einer Reduzierung der durchgeleiteten Schallintensität besteht, durch Beugung, Reflexion oder durch Interferenzen erfolgt, und nicht in erster Linie durch Abschwächung mittels Dämpfung der Schwingungen, wie dies bei den vorgenannten Druckschriften der Fall war. Dementsprechend werden Beugungen, Reflexionen und Interferenzen vor allem durch das gezielte Einbringen von Inhomogenitäten und Diskontinuitäten in den Metallbalg mittels einer entsprechenden Ausgestaltung einer schwingungsbeeinflussenden Balglage, die mit Löchern, Schlitzen, Prägungen oder aufgesetzten Metall- oder Keramikplättchen versehen sein kann.
Die vorgeschlagenen Inhomogenitäten und Diskontinuitäten im Metallbalg führen zu einem erheblichen Mehraufwand bei der Balgherstellung. Darüber hinaus muss es weiterhin eine Dichtlage im Balg geben, die ohne schwingungsbeeinflussende Löcher und Schlitze ausgeführt sein muss. Somit existiert weiterhin eine Balglage, die den Körperschall ungehindert passieren kann, weil in dieser Lage keine schwingungsbeeinflussende Maßnahmen wirksam sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der vorstehend genannten Nachteile ein Leitungselement der eingangs genannten Art dahingehend weiterzuentwickeln, das neben einer verbesserten Abkopplung hochfrequenter Schwingungen einen einfachen Aufbau aufweist.
Diese Aufgabe wird bei einem Leitungselement der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass an zumindest einem Ende des Balgs zwischen Balgende und weiterführender Rohrleitung ein Metallschaumelement in Form eines plattierten Metallschaumringes zwischengeschaltet wird. Auf diese Weise wird in den Körperschallweg eine Stecke eingebaut, die durch ihre labyrinthische Struktur eine vielfache Umlenkung der Schallausbreitung erzwingt. Hierbei kommt es durch Reflexionen, Beugung und Interferenzen zu einer Dissipation der Schallenergie, die zu einer deutlichen Reduzierung der durchgeleiteten Schallintensität führt. Im Vergleich mit massiven metallischen Werkstoffen zeigen Metallschäume ein deutlich günstigeres Schallabsorptionsverhalten sowie verbesserte Eigenschaften bezüglich mechanischer Dämpfung.
Die Eigenschaften des Metallschaumes können durch Variation der folgenden Parameter gezielt eingestellt werden.

• Dichte, Porosität
• Poren-Morphologie
• Legierungszusammensetzung
• Wärmebehandlung

Um eine einfache Schweißverbindung mit der weiterführenden Rohrleitung und dem Balg zu ermöglichen, ist der Metallschaumring entweder an seinen Stirnseiten oder an seiner Innen- und Außenseite mit einer Plattierung versehen. Durch die geschlossenporige Struktur des Metallschaums ist keine zusätzliche Abdichtung erforderlich.
Zwecks verbesserter Auslöschung bei Reflexionen von Körperschallwellen sind die Balgwellen des erfindungsgemäßen Leitungselements vorzugsweise mit unterschiedlichen Profilformen, wie variablen Profilhöhen, variablen Teilungen und/oder variablen Krempenradien ausgebildet.
Des weiteren ist nach einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Leitungselements vorgesehen, dass bei ausschließlich hochfrequenter Körperschallübertragung mindestens ein Metallschaumring ohne weiterführenden Balg zum Einsatz kommen kann, da die niederfrequente Entkopplung durch den Balg bei derartigen Anregungsspektren entfallen kann.
Insgesamt ist so ein flexibles Leitungselement geschaffen, das bei kompakter Bauweise sowohl eine gute Körperschallentkopplung als auch in Verbindung mit dem Metallbalg eine gute Schwingungsentkopplung bei niedrigeren Frequenzen aufweist.
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 Teilschnitt eines erfindungsgemäßen Leitungselementes, und
2 eine vergrößerte Darstellung der Metallschaumstruktur;
3 einen Teilschnitt einer weiteren Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Leitungselementes;
4 einen Teilschnitt des erfindungsgemäßen Leitungselementes in einer dritten Ausgestaltung.
In 1 ist ein Randbereich eines erfindungsgemäßen flexiblen Leitungselementes 1 in einer Teilschnittdarstellung gezeigt. Das Leitungselement weist einen ringgewellten Balg 2 auf, dessen Endwellen 3a und 3b gegenüber den mittleren Wellen 3c im Durchmesser reduziert sind. Der Balg ist mit der stirnseitigen Plattierung 5b durch Schweißen verbunden. Zwischen den stirnseitigen Plattierungen 5a und 5b befindet sich ein Metallschaumring, der für die Körperschallentkopplung zwischen Abgasleitung und Balg sorgt. Die Plattierungen 5a und 5b sind aus Edelstahl hergestellt und ermöglichen so eine problemlose Verschweißung mit dem Balg und dem nicht dargestellten Abgasrohr.
Die vorstehende Nase 6 am Plattierungsblech 5a dient der Zentrierung des anzuschließenden Rohrs. Optional kann das nicht dargestellte andere Balgende ebenfalls einen Metallschaumring aufweisen und ist dann symmetrisch zur dargestellten Seite aufgebaut. Befindet sich die Körperschall erzeugende Schallquelle jedoch nur auf der Motorseite des flexiblen Elementes, so kann es ausreichend sein, nur eine Seite mit einem Metallschaumring auszustatten und auf der anderen Seite anstatt dessen ein zylindrisches Balgende vorzusehen.
2 zeigt einen quaderförmigen Teil der vergrößert dargestellten Metallschaumstruktur 4. Man erkennt die vielporige Struktur des Metallschaums, die dem ankommenden Körperschall eine permanente Umlenkung der Schallwellen abverlangt, wobei ein Großteil der Schallenergie in Wärme umgewandelt wird.
In 3 ist ein Randbereich einer weiteren Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen flexiblen Leitungselementes 1 in einer Teilschnittdarstellung gezeigt. Das Leitungselement weist einen ringgewellten Balg 2 auf, dessen Balgwellen 3c konstante Profilhöhen besitzen. Im Gegensatz zu der Ausführung nach 1, ist bei dieser Ausgestaltung die Plattierung auf der Innen- und Außenseite des Metallschaumringes 4 angeordnet. Die Innenplattierung 5d wird vom zylindrischen Balgende gebildet. Die Plattierung 5c umschließt den Metallschaumring auf seiner Außenseite und dient gleichzeitig als Anschlussende für die Schweißverbindung mit der weiterführenden Abgasleitung.
4 zeigt den Randbereich einer dritten Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen flexiblen Leitungselementes 1 in einer Teilschnittdarstellung. Das Leitungselement weist wiederum einen ringgewellten Balg 2 auf, dessen Balgwellen 3c konstante Profilhöhen besitzen. Im Gegensatz zu der Ausführung nach 3, dient bei dieser Ausgestaltung das hochgezogene zylindrische Balgende als Außenplattierung 5c, wobei die Innenplattierung 5d, die den Metallschaumring auf seiner Innenseite begrenzt, gleichzeitig als Anschlussende für die Schweißverbindung mit der weiterführenden, nicht dargestellten Abgasleitung dient.
Optional kann das jeweils nicht dargestellte andere Balgende der 3 und 4 ebenfalls einen Metallschaumring aufweisen und ist dann symmetrisch zur dargestellten Seite aufgebaut.
Bezugszeichenliste

1: flexibles Leitungselement
2: Balg
3a: abgesetzte Randwelle
3b: abgesetzte Randwelle
3c: Mittelwelle mit normaler Profilhöhe
4: Metallschaumring
5a: rohrseitiges Plattierungsblech
5b: balgseitiges Plattierungsblech
5c: innenseitige Plattierung
5d: außenseitige Plattierung
6: Zentriernase

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1026375 A2 [0003, 0003, 0004]
DE 102004025946 B4 [0004]
DE 202007003805 U1 [0005]

Claims

Flexibles Leitungselement, insbesondere für die Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs mit einem Balg (2) aus Metall, dadurch gekennzeichnet, dass an wenigstens einem Ende des Balgs zwischen Balgende und weiterführender Rohrleitung ein Metallschaumelement (4) zwischengeschaltet ist.
Leitungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallschaumelement in Form eines plattierten Metallschaumringes (4) ausgeführt ist.
Leitungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Plattierungen (5a, 5b) auf den Stirnseiten des Metallschaumringes angeordnet sind.
Leitungselement nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Balgende stoffschlüssig mit der Plattierung (5b) durch Schweißen verbunden ist.
Leitungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Plattierung (5b) ein Teil des nach radial außen geformten Balgendes ist.
Leitungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die rohrleitungsseitige Plattierung (5a) mit einer Zentriernase (6) versehen ist.
Leitungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Balg mit unterschiedlichen Profilformen, wie variablen Profilhöhen (3a, 3b, 3c), variablen Teilungen und/oder variablen Krempenradien ausgebildet.
Leitungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Plattierungen (5c, 5d) auf der Außen- und Innenseite des Metallschaumringes angeordnet sind.
Leitungselement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Plattierung (5c oder 5d) durch das zylindrische Balgende gebildet wird.
Leitungselement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei ausschließlich hochfrequenter Körperschallübertragung mindestens ein Metallschaumring ohne weiterführenden Balg zum Einsatz kommt.