DE102013006921A1

DE102013006921A1 - Verbindungselement für schwingbeanspruchte Rohrleitungen, insbesondere Abgasanlagen

Info

Publication number: DE102013006921A1
Application number: DE201310006921
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-04-22
Filing date: 2013-04-22
Publication date: 2014-10-23

Abstract

Zur Verbindung von schwingbeanspruchten Rohrleitungen, für die Abgasleitungen in Kraftfahrzeugen typische Ausführungsbeispiele sind, wird ein zweiteiliges Verbindungselement eingesetzt. Das Innenteil (1) besteht aus einem mehrlagigen Metallschlauch aus profiliertem, schraubengangförmig gewickeltem Bandmaterial, der eine verwirbelungsfreie Führung des durchströmenden Mediums gewährleistet. Der Metallschlauch ist dabei nur an der mediumeinleitenden Seite mit dem Rohranschlußstück (2) fest verbunden. An der gegenüberliegenden mediumausleitenden Seite ist der Metallschlauch mit einem leichtgängigem Schiebesitz im Rohranschlußstück (2) gelagert. Diese Anordnung stellt sicher das die axial und torsional eingeleiteten Bewegungen nicht über die einzelnen Windungen des Metallschlauchs übertragen und ausgeglichen werden sondern über den gelagerten Schiebesitz in Verbindung mit den Dämpfungseigenschaften des Flexelements (3). Der Metallschlauch dient somit ausschließlich der Sicherstellung der koaxialen Ausrichtung der einzelnen Komponenten zueinander und der verwirbelungsfreien Leitung des durchströmenden Mediums. Dabei besitzt er die Fähigkeit über seine Windungen laterale Bewegungen auszugleichen was eine gleichbleibende definierte Führung des durchströmenden Mediums sicherstellt. Diese ausschließlich laterale Belastung führt zu einer wesentlich geringeren Bewegung der Metallschlauchwindungen und somit zu einem wesentlich geringeren Verschleiß. Die tulpenförmig aufgebildeten Rohranschlußstücke (2), stellen des weiteren einen ausreichenden Abstand zwischen Innenteil (1) und Flexelement (3) sicher, der einen radialen Kontakt der beiden Elemente z. B. bei Lateralbewegung oder Biegung verhindert und aufgrund der Luftspaltisolation eine übermäßige Hitzeeinwirkung auf das Flexelement (3) vermeidet. Das Flexelement (3) besteht aus einem mit geeigneten Steifigkeits- und Dämpfungseigenschaften ausgestatteten Material und soll die Leckströme des Verbindungselements auf Null minimieren. Dem Flexelement (3) in Verbindung mit dem gelagerten Schiebesitz von Innenteil (1) im mediumausleitenden Rohranschlussstück (2) sind Funktionen zugeordnet, die eine optimale schwingungstechnische Auslegung des Gesamtsystems, insbesondere für moderne kompressor- oder turbounterstützte Verbrennungsmotoren erlauben. Die vorgestellte Lösung erlaubt auf Grund des neuartigen wesentlich verschleißminimiertem Aufbaus, eine stabile und gleichbleibende Dämpfungseigenschaft und Flexibilität des Verbindungselementes, bei gleichzeitiger Reduzierung der eingesetzten Einzelelemente und Fertigungsschritte gegenüber bisher bekannten Verbindungselementen für diesen Einsatzbereich.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verbindungselement für schwingbeanspruchte Rohrleitungen und ein Verfahren zu dessen Herstellung, für die Abgasleitungen in Kraftfahrzeugen typische Ausführungsbeispiele sind.
Die Aufgabe solcher Verbindungselemente besteht darin, schwingbeanspruchte Rohrleitungen flexibel miteinander zu verbinden und dabei schwingungstechnisch weitgehend zu entkoppeln. Sie bestehen in der Regel aus zwei Rohranschlussstücken, die mit jeweils einer Rohrleitung fest verbunden werden. Untereinander sind die Rohranschlussstückestücke in vielen Fällen über Metallbälge und Dämpfungselemente miteinander verbunden, wie es beispielhaft in DE 43 18 343 A1 dargestellt ist. Dabei nimmt das Dämpfungselement nur einen kleinen Teil der axialen Ausdehnung der Vorrichtung ein. Die Einzelelemente sind lokal, meist an den Anfangs- und Endpunkten ihrer axialen Ausdehnung bzw. in den Bereichen der Anschlussflansche fest miteinander verbunden.
Eine weitere Bauform eines Leitungselementes wird in DE 198 20 863 A1 gezeigt. Es besteht aus einem inneren Metallschlauch und einem dazu koaxial außen angeordneten Metallbalg. Beide Elemente sind auch hier in den Anfangs- und Endpunkten ihrer axialen Ausdehnung bzw. in den Bereichen der Anschlussflansche fest miteinander verbunden. Ferner sind Schlauch und Balg an definierten Stellen in radialem Kontakt zueinander, welcher beispielsweise durch eine umformtechnisch erzielte Aufweitung des Schlauchdurchmessers oder aber durch eine entsprechend hergestellte Reduktion des Balgdurchmessers erzielt wird. Dieser lokale radiale Kontakt stellt die koaxiale Ausrichtung der Elemente zueinander sicher. Ein Dämpfungselement ist in dieser Anordnung nicht vorgesehen.
Die Verwendung von beispielhaft oben beschriebenen entkoppelnden Verbindungselementen in Abgasanlagen von Kraftfahrzeugen entspricht dem Stand der Technik. Moderne Motorenkonzepte haben jedoch oftmals hochfrequent drehende Kompressoren oder Turbolader und besitzen Ventilsteuerungen, die in vielen Fällen zu hochfrequenten Abgasimpulsen führen. Diese Entwicklung erfordert die Entkopplung von immer höheren Schwingungsfrequenzen durch entsprechende Elemente im Abgasstrang. Ein wesentliches Problem der bekannten Entkopplungselemente ist die Tatsache, das die eingeleiteten Schwingungen und Bewegungen in axial, lateral und torsional wirkender Richtung, über die einzelnen Windungen eines flexiblen Metallschlauchs übertragen, bzw. ausgeglichen werden. Da die einzelnen Windungen durch Verschleiß und Korrosion über die Einsatzdauerdauer gesehen ihre Gleiteigenschaften ändern, kommt es somit auch zu einer unerwünschten Änderung der Dämpfungs-, bzw. Flexibilitätseigenschaften, bis hin zu einem frühzeitigem Ausfall der Elemente. Des weiteren sind solche Anordnungen wie oben beschrieben mit einem hohen, kostenintensiven Fertigungsprozess verbunden und haben auf Grund der verwendeten verschiedenartigen, größtenteils metallischen Einzelelemente (wie z. B. Balg, Dämpfungselement, Drahtgeflecht, Deckringe) und der zur ausreichenden Entkopplung benötigten Länge des Entkopplungselements ein hohes Gewicht.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein gasdichtes entkoppelndes Element für Rohrleitungen so auszubilden, dass die axial, torsional und radial wirkenden Bewegungen nicht wie bekannt über die einzelnen Windungen des Metallschlauchs übertragen werden, und bei vermindertem Platzbedarf und Gewicht eine optimale koaxiale Ausrichtung der Einzelelemente zueinander, in Verbindung mit einer reduzierten Anzahl von Einzelelementen bei vereinfachtem, aufwandreduziertem Herstellungsprozess möglich ist.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch einen zweiteiligen radialen Aufbau des Mittelteils gelost, wobei die an den axialen Enden angebrachten Rohranschlussstück (2) zur Mitte hin tulpenförmig ausgebildet sind.
Diese tulpenförmigen Rohranschlussstück (2) bilden sowohl den Deckring zur kraftschlüssigen, formschlüssigen oder stoffschlüssigen Montage des Verbindungselements an einem weiteren Anschlussstück oder am mediumführenden Rohr, als auch die Aufnahme des zur Abdichtung und Dämpfung notwendigem Flexelements (3), wodurch zudem die koaxiale Ausrichtung des Verbindungselements sichergestellt ist.
Ferner sorgen sie für einen ausreichenden Abstand zwischen Innenteil (1) und Flexelement (3), der einen radialen Kontakt der beiden Elemente z. B. bei Lateralbewegungen oder Biegung und somit einen höheren Verschleiß verhindert, sowie aufgrund der Luftspaltisolation eine übermäßige Hitzeeinwirkung auf das Flexelement (3) vermeidet.
Das tulpenförmig ausgebidete Rohranschlussstück (2) kann an der mediumeinleitenden Seite kraftschlüssig, formschlüssig, oder stoffschlüssig mit dem Innenteil (1) verbunden sein. An der mediumausleitenden Seite ist das Innenteil (1) in über einen leichtgängigen Schiebesitz gleitend im Rohranschlussstück gelagert.
Das Flexelement (3) kann als Formteil in unterschiedlichen Geometrien aus metallischen, elastomeren, glasfaserverstärkten, keramischen oder aber aus Verbund-, Compound- bzw. Composite-Werkstoffen bestehen, welche geeignete Steifigkeits- und Dämpfungseigenschaften haben und dichtet das Verbindungselementes gasdicht ab.
Das Flexelement (3) kann durch eine kraftschlüssige (z. B. Schelle), formschlüssige (z. B. Schnapper), oder stoffschlüssige Verbindung (vulkanisiert oder geklebt) mit dem tulpenförmig aufgeweiteten Außenring (2) verbunden werden.
Das Innenteil (1) ist ein mehrlagiger Metallschlauch aus profiliertem Bandmaterial, der schraubengangförmig gewickelt ist. Dieser dient zur verwirbelungsfreien Führung des durchströmenden Mediums, wobei der Metallschlauch nur an der mediumeinleitenden Seite mit dem Rohranschlussstück (2) fest verbunden ist. An der gegenüberliegenden mediumausleitenden Seite ist der Metallschlauch mit einem leichtgängigem Schiebesitz im Rohranschlussstück gelagert. Diese Anordnung stellt sicher das die axial und torsional eingeleiteten Bewegungen nicht über die einzelnen Windungen des Metallschlauchs übertragen und ausgeglichen werden sondern über den gelagerten Schiebesitz in Verbindung mit den Dämpfungseigenschaften des Flexelements (3). Der Metallschlauch dient somit ausschließlich der Sicherstellung der koaxialen Ausrichtung der einzelnen Komponenten zueinander und der verwirbelungsfreien Leitung des durchströmenden Mediums. Dabei besitzt er die Fähigkeit über seine Windungen laterale Bewegungen auszugleichen was eine gleichbleibende definierte Führung des durchströmenden Mediums sicherstellt. Diese ausschließlich laterale Belastung führt zu einer wesentlich geringeren Bewegung der Metallschlauchwindungen und somit zu einem wesentlich geringeren Verschleiß. Das Element besitzt über die Einsatzdauer eine stabile und gleichbleibende Dämpfungseigenschaft und Flexibilität.
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 4318343 A1 [0002]
DE 19820863 A1 [0003]

Claims

Verbindungselement für schwingbeanspruchte Rohrleitungen, insbesondere für Abgasleitungen in Kraftfahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelteile eines im Mittenbereich zweiteiligen Aufbaus in der Regel aus einem Metallschlauch (1), tulpenförmig ausgebildeten Rohranschlussstück (2) und einem damit verbundenen Flexelement (3) besteht. Die axiale und torsionale Entkopplung erfolgt ausschließlich über das Flexelement (3), wobei der mediumführende Metallschlauch (1) nur an der mediumeinleitenden Seite fest mit dem Rohranschlussstück (2) verbunden ist. An der gegenüberliegenden mediumausleitenden Seite ist der Metallschlauch über einen leichtgängigen Gleit-, bzw. Schiebesitz, im Rohranschlussstück (2) gelagert. Diese Lagerung erlaubt in Verbindung mit dem Flexelement (3) eine axiale und torsionale Entkopplung von Schwingungsbeanspruchungen ohne diese Bewegungen über die einzelnen Windungen des Metallschlauchs aufzunehmen, bzw. auszugleichen. Der Metallschlauch dient somit ausschließlich der Sicherstellung der koaxialen Ausrichtung der einzelnen Komponenten zueinander und der verwirbelungsfreien Leitung des durchströmenden Mediums. Dabei besitzt er die Fähigkeit über seine Windungen laterale Bewegungen auszugleichen was eine gleichbleibende definierte Führung des durchströmenden Mediums sicherstellt. Diese ausschließlich laterale Belastung führt zu einer wesentlich geringeren Bewegung der Metallschlauchwindungen und somit zu einem wesentlich geringeren Verschleiß. Das Element besitzt über die Einsatzdauer eine stabile und gleichbleibende Dämpfungseigenschaft und Flexibilität.
Verbindungselement für schwingbeanspruchte Rohrleitungen nach Anspruch 1, insbesondere für Abgasleitungen in Kraftfahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass die tulpenförmig ausgebildeten Rohranschlussstücke (2) zum Montieren des Verbindungselements an einem weiteren Anschlussstück oder am mediumführenden Rohr, als Aufnahme des zur Abdichtung und Dämpfung notwendigem Flexelement (3) und zur Sicherstellung der koaxialen Ausrichtung des Verbindungselements dienen, sowie einen ausreichenden Abstand zwischen Innenteil (1) und Flexelement (3) gewährleisten, der einen radialen Kontakt der beiden Elemente z. B. bei Lateralbewegung oder Biegung verhindert und aufgrund der Luftspaltisolation eine übermäßige Hitzeeinwirkung auf das Flexelement (3) vermeidet.
Verbindungselement für schwingbeanspruchte Rohrleitungen nach Anspruch 1, insbesondere für Abgasleitungen in Kraftfahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass das tulpenförmig ausgebildeten Rohranschlussstück (2) nur an der mediumeinleitenden Seite kraftschlüssig, formschlüssig, oder stoffschlüssig mit dem Innenteil (1) verbunden ist. An der gegenüberliegenden mediumausleitenden Seite ist das Rohranschlussstück über einen leichtgängigen Gleit-, bzw. Schiebesitz, mit dem Innenteil (1) gelagert.
Verbindungselement für schwingbeanspruchte Rohrleitungen nach Anspruch 1, insbesondere für Abgasleitungen in Kraftfahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass das Flexelement (3) als Formteil in unterschiedlichen Geometrien aus metallischen, elastomeren, glasfaserverstärkten, keramischen oder aber aus Verbund-, Compound- bzw. Composite-Werkstoffen besteht, welche geeignete Dämpfungs- und Steifigkeitseigenschaften haben und das Verbindungselement gasdicht abdichtet.
Verbindungselement für schwingbeanspruchte Rohrleitungen nach Anspruch 1, insbesondere für Abgasleitungen in Kraftfahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass das Flexelement (3) durch eine kraftschlüssige (z. B. Schelle), formschlüssige (z. B. Schnapper), oder stoffschlüssige (vulkanisiert oder geklebt) Verbindung mit den tulpenförmig aufgebildeten Rohranschlussstücken (2) verbunden ist.
Verbindungselement für schwingbeanspruchte Rohrleitungen nach Anspruch 1, insbesondere für Abgasleitungen in Kraftfahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenteil (1) aus einem mehrlagigen Metallschlauch aus profiliertem, schraubengangförmig gewickeltem Bandmaterial besteht und dieser zur verwirbelungsfreien Führung des Mediums dient.
Verbindungselement für schwingbeanspruchte Rohrleitungen nach Anspruch 1, insbesondere für Abgasleitungen in Kraftfahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement kraftschlüssig, formschlüssig oder stoffschlüssig mit einem weiteren Anschlussstück oder am mediumführenden Rohr verbunden sein kann.