DE102012013946A1 - Flexible line element for use in pipelines in motor vehicles, comprises inner flexible line element and outer damping element, which have point contact in radial section and linear contact in axial direction - Google Patents

Flexible line element for use in pipelines in motor vehicles, comprises inner flexible line element and outer damping element, which have point contact in radial section and linear contact in axial direction Download PDF

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Abstract

The flexible line element comprises an inner flexible line element (11) and an outer damping element (13), which have a point contact in a radial section and a linear contact in an axial direction, where the linear contact extends over the component length. The inner flexible line element and the outer damping element together have mechanical pretension. The inner flexible line element is gas-proof and consists of a membrane structure.

Description

Die Erfindung betrifft ein flexibles Leitungselement mit Dämpfung. Derartige Leitungselemente werden vorzugsweise in Rohrleitungen in Kraftfahrzeugen verbaut und verbinden einzelne Leitungselemente flexibel miteinander.The invention relates to a flexible conduit element with damping. Such line elements are preferably installed in pipelines in motor vehicles and connect individual line elements flexible each other.

Im 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. 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.In the exhaust system of motor vehicles always vibrations, which are usually caused by imbalance of rotating elements in the engine, turbo or auxiliary units. A further excitation of vibrations is given by the pulse-shaped pressure curves of the internal combustion engine. In addition to these higher-frequency vibrations, frequencies in the single-digit and small two-digit hertz range can be stimulated by the driving movements in connection with road bumps and their feedback into the chassis.

Dabei haben die oben beschrieben Leitungselemente die Aufgabe, derartige Schwingungen im Abgassystem von Kraftfahrzeugen zu entkoppeln. Zudem gleichen sie mögliche Einbautoleranzen aus.The pipe elements described above have the task of decoupling such vibrations in the exhaust system of motor vehicles. In addition, they compensate for possible installation tolerances.

Die im Betrieb in die Abgasanlage induzierten Schwingungen können zur Eigenfrequenzanregung in den flexiblen Leitungselementen führen. Ihr Schwingungsverhalten ist dabei durch ihre Massen und Federsteifigkeiten charakterisiert. 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.The vibrations induced during operation in the exhaust system can lead to natural frequency excitation in the flexible conduit elements. Their vibration behavior is characterized by their masses and spring stiffness. In the case of metal bellows with corrugations formed symmetrically with respect to the rotation axis, the eigenmodes associated with the small natural frequencies are often longitudinal waves in the bellows structure whose number of oscillation nodes grows with the order of the natural frequency. The height of these natural frequencies decreases with decreasing rigidity. Therefore, the natural frequencies of such components are generally lower, the larger their diameter and lengths. Especially in the commercial vehicle sector, in which the diameters and lengths of the flexible conduit elements are larger due to the system, the use of metal bellows without damping elements adapted to the specific configuration is not promising.

Stand der TechnikState of the art

Schwingbelastete flexible Leitungselemente weisen demnach Dämpfungseinheiten auf, welche vorzugsweise auf Basis von Reibkontakt arbeiten. Dabei kommen vorrangig Metallgeflechte oder Metallgestricke zum Einsatz.Vibration loaded flexible conduit elements therefore have damping units, which preferably operate on the basis of frictional contact. In this case, metal mesh or metal knit are used primarily.

Aus der Patentschrift DE 196 41 963 C1 ist ein gedämpftes Leitungelement bekannt, welches im Außen- als auch im Innenbereich ein mit den Windungen des Leitungselementes über die gesamte Bauteillänge in Kontakt stehendes Metallgestricke aufweist. Dabei erstreckt sich der Kontaktbereich zwischen Leitungselement und Metallgeflecht in radialer Richtung voll umschließend.From the patent DE 196 41 963 C1 a damped line element is known, which in the outer as well as in the interior has a standing with the turns of the conduit element over the entire component length in contact metal knitted fabric. In this case, the contact area between the line element and metal mesh extends in the radial direction fully enclosing.

Aus der Offenlegungsschrift DE 199 24 476 A1 , DE 40 42 291 A1 und DE 10 2005 052 204 A1 ist ein mit einem Metallgeflecht außen gedämpftes Leitungelement bekannt, bei dem ein Teil der Windungen mit dem Geflecht zur Erzeugung der Dämpfung im Reibschluss stehen, andere gezielt mit dem Geflecht form- oder kraftschlüsig verbunden sind. Der außen liegende sich über die gesamte Bauteillänge erstreckende Kontaktbereich ist in radialer Richtung voll umschließend.From the publication DE 199 24 476 A1 . DE 40 42 291 A1 and DE 10 2005 052 204 A1 is a steamed with a metal braid outside line element known in which a part of the turns with the braid to produce the damping are in frictional engagement, others are specifically connected to the mesh form or kraftschlüsig. The outer contact region extending over the entire component length is completely enclosing in the radial direction.

Die aus dem Stand der Technik bekannten Leitungselemente mit Dämpfung weisen dabei den Nachteil auf, dass durch die radiale Umschließung und über die axiale Ausprägung stets eine Volldämpfung der Windungen erzielt wird.The known from the prior art line elements with damping have the disadvantage that through the radial enclosure and on the axial expression always a full damping of the turns is achieved.

Zur Einstellung des Dämpfungsrades in Abhängigkeit des Einbau- und Belastungszustands kann es von Vorteil sein, dass das flexible Leitungselement radial punktuelle sich über die Bauteillänge erstreckenden Dämpfungsbereiche in Form von Dämpfungslinien aufweist.To adjust the damping wheel as a function of the installation and load condition, it may be advantageous that the flexible conduit member has radially selective over the component length extending damping regions in the form of attenuation lines.

Aufgabenstellungtask

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein flexibles Leitungselement bereitzustellen, welches in Abhängigkeit der Einbausituation und des Belastungszustands im Dämpfungsverhalten eingestellt werden kann, um situationsgezielt Eigenfrequenzanregungen zu bedämpfen.The invention has for its object to provide a flexible conduit element, which can be adjusted depending on the installation situation and the load condition in the damping behavior to attenuate situational targeted natural frequency excitations.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Leitungselement gelöst, bei dem sich durch geometrisch bedingte Querschnittskombinationen zwischen einem Leitungselement und einem außenliegendem Dämpfungselement radial punktuelle und in axialer Richtung linienförmige im vorgespannten Reibkontakt stehende Bereiche ausprägen.This object is achieved by a line element in which form radially punctiform and axially in the axial direction in biased frictional contact areas by geometric cross-section combinations between a conduit element and an external damping element.

Der Erfindungsgegenstand sieht hierzu einen koaxialen Aufbau zweier Elemente vor.The subject invention provides for this purpose a coaxial structure of two elements.

1 zeigt in einer Frontansicht ein innen liegendes Leitungselement (11), welches an mindestens einem radialen Bereich (12) direkt mit dem außen liegenden flexiblen Dämpfungselement (13) in einem vorgespannten Reibkontakt steht. 1 shows in a front view an internal line element ( 11 ), which at least one radial area ( 12 ) directly with the outer flexible damping element ( 13 ) is in a prestressed frictional contact.

2 zeigt in einer Schnittdarstellung als innen liegendes Leitungselement eine Membranstruktur (22), welche mit dem außen liegenden Dämpfungelement in Form eines Wickelschlauches direkt in einem vorgespannten Reibkontakt (23) derart steht, dass über die gesamte Bauteillänge jede Windung der Membranstruktur mit dem Wickelschlauchdämpfungselement in Reibkontakt steht und sich somit ein linienförmiger Kontaktbereich ausbildet. 2 shows in a sectional view as internal conduit element a membrane structure ( 22 ), which with the outer damping element in the form of a winding tube directly in a prestressed frictional contact ( 23 ) is such that over the entire component length each turn of the membrane structure with the Winding hose damping element is in frictional contact and thus forms a linear contact area.

Ausführungsvariantenvariants

3. zeigt in einer Schnittdarstellung eine weitere Ausführungsvariante, bei der das innen liegende Leitungselement ein Metallbalg (31) und das Dämpfungslement ein mit Schuppen versehenden Wickelschlauch (31), aufweist, welche beide direkt in einem vorgespannten Reibkontakt (33) stehen. 3 , shows in a sectional view of a further embodiment in which the inner conduit member a metal bellows ( 31 ) and the Dämpfungslement a shingled winding tube ( 31 ), both directly in a preloaded frictional contact ( 33 ) stand.

4. zeigt in einer Schnittdarstellung einen indirekten vorgespannten Reibkontaktbereich, bei der zwischen den Windungen der innen liegenden Membranstruktur (41) und des außen liegenden Dämpfungselements (42) mindestes ein zusätzliches Reibverschleiß-Schutzelement (43) je Windung liegt, welches die Windungen des innen liegenden Leitungselementes schützt und eine verbesserte Reibeigenschaft aufweist. 4 , shows in a sectional view of an indirect prestressed frictional contact region, in which between the turns of the inner membrane structure ( 41 ) and the outer damping element ( 42 ) at least one additional fretting wear protection element ( 43 ) per turn, which protects the turns of the inner pipe element and has an improved friction property.

5. zeigt in einer Schnittdarstellung einen indirekten vorgespannten Reibkontaktbereich, bei dem zwischen den Windungen des innen liegenden Metallbalgs (51) und des außen liegenden Dämpfungselements (52) mindestes ein zusätzliches Reibverschleiß-Schutzelement (53) liegt, welches die Windungen des innen liegenden Leitungselements schützt und eine verbesserte Reibeigenschaft aufweist. 5 , shows in a sectional view of an indirect prestressed frictional contact region, in which between the turns of the inner metal bellows ( 51 ) and the outer damping element ( 52 ) at least one additional fretting wear protection element ( 53 ), which protects the turns of the inner pipe member and has an improved friction property.

6. zeigt in einer Schnittdarstellung ein innen liegendes Leitungselement (61) und ein außen liegendes Dämpfungselement (62), welche zwei radial punktuelle und über die Bauteillänge sich linienförmig ausprägende vorgespannte Kontaktbereiche (63) ausweisen. Dabei kann das außen liegende Dämpfungselement neben runden, rechteckigen, ellitischen auch pologonale Querschnitte aufweisen. 6 , shows in a sectional view an internal line element ( 61 ) and an external damping element ( 62 ), which two radially punctiform and over the component length linear shaped embossing biased contact areas ( 63 ) identify. In this case, the outer damping element in addition to round, rectangular, ellitical and also have pontoonal cross-sections.

7. zeigt in einer Schnittdarstellung Ausführungsvarianten von rechteckigen und elliptischen in der Geometrie-Aufzählung aber nicht abschließende Querschnittsformen des Dämpfungselements (71) (72), welche zwei radial punktuell und über die Bauteillänge sich linineförmig erstreckende Reibkontaktbereiche aufweist. 7 , shows in a sectional view of embodiments of rectangular and elliptical in the geometry list but not final cross-sectional shapes of the damping element ( 71 ) ( 72 ), which has two radially selectively and over the component length linearly extending friction contact regions.

8. zeigt in einer Schnittdarstellung Ausführungsvarianten von dreieckigen in der Geometrie-Aufzählung aber nicht abschließende Querschnittsformen des Dämpfungselements (81) (83), welche drei radial punktuell und über die Bauteillänge sich linineförmig erstreckende Reibkontaktbereiche (82) aufweist. 8th , shows in a sectional view of embodiments of triangular in the geometry list but not final cross-sectional shapes of the damping element ( 81 ) ( 83 ), which three radially selectively and over the component length linearly extending Reibkontaktbereiche ( 82 ) having.

9. zeigt in einer Schnittdarstellung weitere Ausführungsvarianten von polygonalen Querschnittsformen des Dämpfungselements (91) (93) (94) (95), welche je nach Einbausituation, Grad der Dämpfung und Polygongrad radial punktuell und über die Bauteillänge sich linienförmig erstreckende vorgespannte Reibkontaktbereiche (92) aufweisen. 9 , shows in a sectional view further embodiments of polygonal cross-sectional shapes of the damping element ( 91 ) ( 93 ) ( 94 ) ( 95 ), which depending on the installation situation, degree of damping and Polygongrad radially punctiform and over the component length linearly extending biased Reibkontaktbereiche ( 92 ) exhibit.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (8)

Flexibles Leitungselement mit Dämpfung dadurch gekennzeichnet, dass ein innen liegendes flexibles Leitungselement und ein außen liegendes Dämpfungselement im radialen Schnitt mindestens einen Punktellen Kontakt sowie in axialer Richtung mindestens einen sich über die Bauteillänge erstreckenen linienförmigen Kontakt aufweist.Flexible line element with damping, characterized in that an inner flexible duct element and an outer damping element in the radial section at least one point contact and in the axial direction has at least one over the component length extending linear contact. Flexibles Leitungselement mit Dämpfung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass ein innen liegendes flexibles Leitungselement und ein außen liegendes Dämpfungselement zueinander eine mechanische Vorspannung aufweisen.Flexible conduit element with damping according to claim 1, characterized in that an inner flexible conduit element and an outer damping element to each other have a mechanical bias. Flexibles Leitungselement mit Dämpfung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das innen liegende flexible Leitungselement gasdicht ist.Flexible conduit element with damping according to claim 1, characterized in that the inner flexible conduit member is gas-tight. Flexibles Leitungselement mit Dämpfung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das innen liegende flexible Leitungselement aus einem Wellbalg oder einer Membranstruktur besteht, die beide entweder zur Rotationsachse ebene Wellungen oder spiralförmige Wellungen aufweisen.Flexible conduit element with damping according to claim 1, characterized in that the inner flexible conduit member consists of a corrugated bellows or a membrane structure, both of which have either to the rotation axis plane corrugations or spiral corrugations. Flexibles Leitungselement mit Dämpfung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das außen liegenden Dämpfungselement aus einem aus Bandstreifen gefertigten flexiblen Wickelschlauch besteht.Flexible conduit element with damping according to claim 1, characterized in that the outer damping element consists of a made of tape strip flexible winding hose. Flexibles Leitungselement mit Dämpfung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der radial Punktellen, sich über die Bauteillänge erstreckenen Reibkontaktbereiche von dem Polygongrad des außenliegenden Dämpfungselements bestimmt wird.Flexible line element with damping according to claim 1, characterized in that the number of radially punctured, extending over the component length Reibkontaktbereiche of the polygonal wheel of the outer damping element is determined. Flexibles Leitungselement mit Dämpfung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der radial punktuelle, sich über die Bauteillänge erstreckenen Reibkontaktbereich sich direkt zwischen dem innen liegenden Leitungselement und dem vorgespannten Dämpfungselement ausprägt.Flexible line element with damping according to claim 1, characterized in that the radially punctual, extending over the component length Reibkontaktbereich is expressed directly between the inner conduit member and the prestressed damping element. Flexibles Leitungselement mit Dämpfung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der radial punktuelle sich über die Bauteillänge erstreckenen Reibkontaktbereich sich indirekt über mindestens ein weiteres Reibkontaktschutzelement zwischen dem innen liegenden Leitungselement und dem vorgespannten Dämpfungselement ausprägt.Flexible conduit element with damping according to claim 1, characterized in that the radially punctual extending over the component length Reibkontaktbereich is indirectly defined by at least one further Reibkontaktschutzelement between the inner conduit member and the prestressed damping element.
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