DE19603594A1 - Leitungselement in der Abgasleitung einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Leitungselement in der Abgas­ leitung einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Ein derartiges Leitungselement, das zur Schwingungsredu­ zierung bzw. -isolation eingesetzt wird, ist aus der DE 42 33 644 C2 bekannt. Diese Druckschrift zeigt einen flexiblen Wellschlauch, der zwischen zwei benachbarten Rohrabschnitten des Abgasleitungsstranges eingesetzt ist. Die Flexibilität des Wellschlauches ermöglicht eine Rela­ tivbewegung der beiden Rohrabschnitte, wodurch insbesondere vom Motor erzeugte Schwingungen sich nicht über den gesam­ ten Abgasleitungsstrang ausbreiten können und neben der Schwingungsentkopplung eine Körperschallisolation und eine verminderte Luftschallabstrahlung von den stromabwärts lie­ genden Teilen der Abgasanlage erreicht wird. Um den dünn­ wandigen Wellschlauch von hohen Beschleunigungsamplituden zu entlasten, ist eine den Wellschlauch umgreifende Feder vorgesehen, die mit den einander zugewandten Rohrenden verbunden ist und den Wellschlauch von hohen Kräften ent­ lastet, die durch die Relativbewegung zwischen den benach­ barten Rohrabschnitten zustande kommen. Die Feder nimmt hierbei insbesondere Axial- und Torsionsbewegungen auf.

Der in den Abgasleitungsstrang vom Motor eingeleitete Kör­ perschall wird durch das Entkoppelelement in weiten Fre­ quenzbereichen vermindert. In den Resonanzfrequenzen, die aus dem Zusammenwirken des Entkoppelelements mit den Massen und Massenträgheitsmomenten der Abgasanlage einerseits und aus den inneren Federresonanzen des Entkoppelelements selbst entstehen, tritt eine unerwünschte Körperschallver­ stärkung auf. Die massebehaftete Feder trägt einen Eigenan­ teil bei der Entstehung von Resonanzschwingungen bei. Dabei ist problematisch, daß die Feder einerseits groß genug di­ mensioniert sein muß, um eine wirkungsvolle Entlastung des Wellschlauches zu erreichen; man ist daher bestrebt, eine große Feder mit großer Steifigkeit einzusetzen, welche hohe Kräfte aufnehmen kann. Die damit verbundene relativ große Masse der Feder führt jedoch zu Resonanzfrequenzen, die insbesondere in einem für das menschliche Ohr gut hörbaren Frequenzspektrum liegen und als besonders unangenehm empfunden werden. Andererseits läuft man bei einer klein dimensionierten Feder Gefahr, daß der Wellschlauch in nicht ausreichendem Maße von den im Leitungsstrang wirkenden Kräften entlastet wird und die Gefahr der Rißbildung und Undichtigkeit des Wellschlauches erhöht wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Leitungsele­ ment in der Abgasleitung einer Brennkraftmaschine derart auszubilden, daß die Entstehung von Resonanzschwingungen in einem für das menschliche Ohr besonders sensiblen Frequenz­ bereich verhindert bzw. reduziert ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Die in der Feder entstehenden Resonanzfrequenzen werden in höherfrequente Bereiche verschoben, die für das menschliche Ohr nicht oder kaum wahrnehmbar sind bzw. zumindest weniger unangenehm empfunden werden. Dies wird erreicht durch die Ausbildung einer Feder mit einem hohlprofilförmigen Quer­ schnitt, wodurch die Feder bei zumindest gleichbleibender Steifigkeit eine deutlich reduzierte Masse aufweist. Die Reduzierung der Masse führt zu einer Verschiebung der Reso­ nanz- bzw. Eigenfrequenzen in Richtung höherfrequenter Be­ reiche. Zugleich ist eine Kraftübertragung in uneinge­ schränkter Weise möglich, da die Steifigkeit der Feder zu­ mindest beibehalten wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung ist vorgesehen, daß die Feder als Spiralfeder ausgebildet ist, die insbesondere einen ringförmigen Querschnitt aufweist. Bei einem vorteil­ haften Verhältnis von Innendurchmesser zu Außendurchmesser des Querschnitts von etwa 5 : 6 ist eine deutliche Massere­ duzierung bei mindestens gleichbleibender Steifigkeit er­ zielt. Die Spiralfeder kann hierbei konzentrisch zum Well­ schlauch angeordnet sein, insbesondere um die Außenseite des Wellschlauchs gewickelt sein. In dieser Ausführung ist das Leitungselement raumsparend aufgebaut; außerdem kann zwischen der Außenseite des Wellschlauchs und der Spiral­ feder ein zwischenliegendes Dämpfungselement eingeklemmt sein, das eine Schwingungsdämpfung sowohl der im Well­ schlauch als auch der in der Feder übertragenen Rest­ schwingungen bewirkt.

Weitere Vorteile und zweckmäßige Weiterbildungen sind den weiteren Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmen, in der ein Leitungselement im Längsschnitt dargestellt ist.

Das in der Figur dargestellte Leitungselement 1 ist Teil einer Abgasleitung 2 einer Brennkraftmaschine, beispiels­ weise eines Dieselmotors oder eines Ottomotors in einem Kraftfahrzeug. Das Leitungselement 1 ist als flexibler Ab­ schnitt in der Abgasleitung 2 ausgebildet und sorgt für eine Dämpfung der insbesondere von der Brennkraftmaschine erzeugten Motorschwingungen. Das Leitungselement 1 umfaßt einen flexiblen Wellschlauch 5, der zwischen Rohrabschnit­ ten 3, 4 der Abgasleitung 2 eingesetzt ist und die Rohrab­ schnitte 3, 4 gasdicht miteinander verbindet. Der Well­ schlauch 5 ist in Form eines Balges ausgebildet und weist hintereinander angeordnete, ringförmige Segmente unter­ schiedlichen Durchmessers auf, die sowohl eine axiale Deh­ nung in Richtung der Leitungs-Längsachse 8 als auch eine Querverschiebung und eine Torsion sowie Biegung erlauben. Die Elastizität des Wellschlauches b, der zweckmäßig aus Metall gefertigt ist, gewährleistet eine Dämmung der vom Motor erzeugten Schwingungen. Der Wellschlauch 5 ist an der Innenseite der Rohrabschnitte 3 und 4 befestigt.

Das Leitungselement 1 umfaßt weiterhin eine Feder 6, die im Ausführungsbeispiel als Spiralfeder ausgebildet ist. Die Federachse der Spiralfeder 6 ist mit der Längsachse 8 der Abgasleitung identisch, so daß die Spiralfeder 6 kon­ zentrisch zum Wellschlauch 5 angeordnet ist. Der von der Spiralfeder 6 eingeschlossene Innenraum mit Durchmesser D übersteigt dabei den Durchmesser des Wellschlauches 5, so daß zwischen der Außenseite 7 des Wellschlauches 5 und der radial innenliegenden Seite der Spiralfederwindungen ein Ringraum 9 gebildet ist, in welchem ein Dämpfungselement 10 angeordnet ist. Das Dämpfungselement 10 ist in bevorzugter Ausführung ein Drahtgestricke, das von der Spiralfeder 6 mit radial nach innen gerichtetem Druck im Ringraum 9 fest­ geklemmt ist.

Die Spiralfeder 6 verbindet die Rohrabschnitte 3 und 4 und ist im Endbereich 3a, 4a der jeweiligen Rohrabschnitte 3, 4 in kräfteübertragender Weise festgelegt, insbesondere durch Schweißen mit den Rohrabschnitten verbunden. Die Spiralfe­ der 6 überträgt einen wesentlichen Teil der Kräfte zwischen den benachbarten Rohrabschnitten und trägt damit zu einer Entlastung des Wellschlauches 5 insbesondere bei stoßartigen Belastungen bei.

Um zu verhindern, daß Eigenfrequenzen der massebehafteten Spiralfeder 6 zu einem für das menschliche Ohr unangenehm wahrzunehmenden Körperschall führen, ist vorgesehen, den Querschnitt der Spiralfeder 6 als Hohlprofil auszubilden. Die Masse der Spiralfeder 6 kann hierdurch deutlich redu­ ziert werden, ohne daß die Steifigkeit der Spiralfeder und damit die zwischen den Rohrabschnitten zu übertragenden Kräfte reduziert werden. Sowohl der Innendurchmesser als auch der Außendurchmesser des als Hohlprofil ausgeführten Federquerschnittes sind zweckmäßig kreisförmig ausgebildet, wodurch der Querschnitt eine ringförmige Gestalt erhält. Vorteilhaft beträgt das Verhältnis von Innendurchmesser zu Außendurchmesser des Querschnittes etwa 5 : 6. Die Spiralfe­ der 6 ist dadurch dünnwandig ausgebildet und weist eine nur geringe, die Masse der Feder bestimmende Querschnittsfläche auf, wohingegen das die Steifigkeit bestimmende Flächen­ trägheitsmoment gegenüber einem Vollquerschnitt mit einem dem Innendurchmesser des Hohlprofils entsprechenden Durch­ messer nicht reduziert ist. Wegen der dünnwandigen Ausbil­ dung des Hohlprofiles ist auch der Außendurchmesser gegen­ über einem Federdraht mit Vollquerschnitt nur unwesentlich erhöht, so daß auch der Einbauraum praktisch unverändert ist. Um den geringfügigen Zuwachs des Außendurchmessers zu kompensieren, kann es angezeigt sein, die durch zwei auf­ einander folgende Spiralwindungen bestimmte Steigung zu er­ höhen.

Mit den vorgenannten Parametern ist eine Verringerung der Federmasse um etwa 40% möglich, ohne die Steifigkeit zu re­ duzieren.

Hierbei werden insbesondere höhere Eigenfrequenzen der Spi­ ralfeder in Richtung noch höherer Frequenzen verschoben, wobei diese hochfrequenten Bereiche vom menschlichen Ohr als weniger unangenehm empfunden werden und bei den üb­ licherweise herangezogenen Schalldruck-Bewertungskurven als weniger kritisch bewertet werden. Die erwünschte Dämmung des Körperschalls wird bei der Erhöhung der Resonanz­ frequenz über einen größeren Frequenzbereich erzielt.

Die Rohrabschnitte 3, 4 sind vorteilhaft in ihren benach­ barten Endabschnitten 3a, 4a radial auf geweitet, wodurch der Innenraum gebildet ist, in welchem das Dämpfungselement 10 angeordnet ist. Der axiale Abstand der einander zuge­ wandten Stirnseiten 3a, 4a der Rohrabschnitte 3, 4 ist zweckmäßig geringer als die Länge des Wellschlauches 5. In diesem Bereich, der von den Rohrabschnitten nicht überdeckt wird, ist vorteilhaft mindestens eine Windung der Spiralfeder 6 angelegt, die einen radial nach innen ge­ richteten Druck auf das Dämpfungselement 10 ausübt und die­ ses gegen die Außenseite 7 des Wellschlauches 5 preßt.

Claims (8)

1. Leitungselement in der Abgasleitung einer Brennkraft­ maschine, mit einem flexiblen Wellschlauch (5), der zwischen zwei benachbarten Rohrabschnitten (3, 4) der Abgasleitung (2) eingesetzt ist, und mit einer den Wellschlauch (5) von den Relativbewegungen der Rohrabschnitte (3, 4) entlastenden Feder (6), dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Feder (6) als Hohlprofil ausgebildet ist.

2. Leitungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (6) als Spiralfe­ der ausgebildet ist.

3. Leitungselement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiralfeder (6) einen ringförmigen Querschnitt aufweist.

4. Leitungselement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Innen­ durchmesser zu Außendurchmesser des Federquerschnittes etwa 5 : 6 beträgt.

5. Leitungselement nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiralfeder (6) kon­ zentrisch zum Wellschlauch (5) angeordnet ist.

6. Leitungselement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiralfeder (6) auf der Außenseite (7) des Wellschlauches (5), insbesondere mit Abstand zur Außenseite (7), angeordnet ist.

7. Leitungselement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Wellschlauch (5) und der Spiralfeder (6) ein Dämpfungselement (10) angeordnet ist.

8. Leitungselement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungselement (10) ein Drahtgestricke ist.