DE19642010A1 - Flexible Verbindungsanordnung zum Anschluß eines Rohres einer Abgasanlage, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, an einen Motor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine flexible Verbindungsanordnung zum Anschluß eines Rohres einer Abgasanlage, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, an einen Motor.

Solche flexiblen Verbindungsanordnungen finden in Abgasleitungen, insbesondere bei Kraftfahrzeugen, in Form von Zwischenstücken Einsatz und dienen dazu, das Abgasrohr mit dem Motor federnd, gelenkig und gedämpft zu verbinden und beide Elemente schwingungstechnisch gegenseitig so weit wie möglich zu entkoppeln, d. h. durch das Ermöglichen von Relativbewegungen Schwingungen und Vibrationen von den verschiedenen Bauteilen abzukoppeln. Da die Abgasleitungen als relativ starre Systeme ausgebildet sind, ist die Frage einer elastischen Entkopplung vom schwingenden Motor ganz besonders wichtig.

Aus der EP-A-0 432 436 ist eine Verbindungsanordnung bekannt, bei der ein flexibler Faltenbalg eingesetzt wird, um ein unerwünschtes Austreten der Abgase nach außen an der Verbindungsstelle zu verhindern. Dabei wird der Faltenbalg unmittelbar von einem Geflechtsschlauch aus Metalldraht umgeben, wobei beide endständig innerhalb eines zylindrischen Stützrings miteinander und mit diesem verpreßt und die Teile gegenseitig durch Anheften verbunden sind. Zur guten Aufnahme der bei Betrieb auftretenden Schwingungen und Vibrationen ist zudem mindestens ein von einem Anschlußende der Verbindungsanordnung ausgehendes, relativ zum Geflechtsschlauch bewegliches, flexibles Dämpfungsglied vorgesehen, das die gewünschte Dämpfungswirkung durch reibende Anlage am den Faltenbalg umgebenden Geflechtsschlauch bewirkt. Dieses flexible Dämpfungsglied kann z. B. in Form einer auf dem Geflechtsschlauch reibend-verschieblichen Feder (z. B. in Form einer Schraubenfeder) ausgebildet sein, die mit ihrem einen Ende an dem einen Anschlußende der Verbindungsanordnung befestigt, mit ihrem anderen Ende jedoch auf dem Geflechtsschlauch frei verschieblich angebracht ist. Diese bekannte Verbindungsanordnung ist kompliziert im Aufbau, da der Geflechtsschlauch an seinen beiden axialen Enden zusammen mit den jeweiligen Enden des Faltenbalges und dem Stützring dicht und fest verpreßt werden muß. Zudem muß dabei der Geflechtsschlauch auch alle axialen Kräfte voll aufnehmen, was zur Gefahr eines Aufreißens seiner endseitigen Verbindungsstellen oder gar des Geflechtsschlauches selbst führt. Daneben sind solche Metall-Geflechtsschläuche nur sehr begrenzt dehnbar und fransen leicht aus. Auch ist ihre Montage schwierig, was besonders im Hinblick auf die reibende Anlage der Dämpfungsfeder auf dem Geflechtsschlauch gilt.

Bei einer anderen flexiblen Verbindungsanordnung, wie sie in der EP-A-0 282 689 beschrieben wird, sind der Faltenbalg und die Dämpfungseinlage koaxial zueinander angeordnet, wobei die radial nach innen gerichteten Endbereiche der Falten des Faltenbalges über eine gewisse Eindringtiefe hinweg in die Dämpfungseinlage eingebettet sind. Die hierdurch erreichte Wirkverbindung zwischen der Dämpfungseinlage und den Windungen des Faltenbalges führt zu einer sehr effizienten Schwingungsdämpfung und einer gleichmäßigen Verteilung der Schwingungen über die gesamte Faltenbalglänge. Zudem wirkt die Dämpfungseinlage gleichzeitig als Isolierlage und als nach innen wirksamer Hitzeschutz für den Faltenbalg. Dabei wird die Dämpfungseinlage an ihrer radialen Innenfläche durch einen koaxial zu ihr angeordneten flexiblen Metallschlauch gebildet, der an seinen beiden Enden jeweils innerhalb des Innenumfangs eines der beiden miteinander zu verbindenden Rohrteile angeschweißt ist. Der Faltenbalg ist an seiner äußeren Seite von einem Schlauch aus einem Metallgeflecht zum Schutz gegen äußere mechanische Beeinträchtigung und Verschmutzung umgeben. Die Enden des Faltenbalges sind im Bereich des Faltenbalgaußendurchmessers an den sich radial erweiternden Endabschnitten der Abschlußstücke verschweißt, wobei gleichzeitig der den Balg umgebende Schlauch mitverschweißt ist. Diese Verbindungsanordnung führt bei guter Schallisolierung und Wärmedämmung zu einer vollständigen Abdichtung der Verbindungsstelle. Allerdings ist ihr Aufbau sehr kompliziert und erfordert das Anbringen von vier umlaufenden Schweißnähten, von denen zwei zu einer gleichzeitigen Befestigung von Metallschlauch, Faltenbalg und Anschlußstück dienen. Gerade solche Schweißnähte können leicht zu Verwerfungen und Schweißspannungen führen, die den Faltenbalg und den ihn umgebenden Metallschlauch gemeinsam beeinflussen und z. B. Zwangsspannungen aufbauen, die gerade auch bei einem empfindlichen metallischen Faltenbalg zu Funktionsstörungen führen können. Infolge des komplizierten Aufbaus dieser bekannten flexiblen Verbindungsanordnung ist auch deren Montage relativ kompliziert und schwierig. Axiale Längskräfte müssen voll von dem inneren Metallschlauch bzw. von dem äußeren, den Faltenbalg umgebenden Metallschlauch aufgenommen werden, was bei Auftreten großer axialer Relativbewegungen zwischen den zu verbindenden Metallteilen zu einem Aufplatzen der Schweißnähte bzw. einem Aufreißen des betreffenden Metallschlauches führen kann. Im übrigen sind solche flexiblen Metallschläuche auch nur sehr begrenzt dehnbar und fransen leicht aus.

Einen einfacheren Aufbau, eine leichtere Montierbarkeit und gleichzeitig eine bessere Aufnahme axialer Relativbewegungen der zu verbindenden Teile zueinander wird durch die Verbindungsanordnung aus der DE-C-42 33 644 erreicht. Bei ihr ist die Dämpfungseinlage so angeordnet, daß sie den Faltenbalg radial außen umschließt, wobei die Windungen des Faltenbalges gegen die Dämpfungseinlage an liegen, die seitlichen Endbereiche der Dämpfungseinlage in erweiterten Endabschnitten der Anschlußstücke ohne Befestigung an diesen aufgenommen sind und von diesen radial nach außen abgestützt werden, wobei die Anschlußstücke über eine außen auf der Dämpfungseinlage sitzende Feder miteinander verbunden sind. Der Hitzeschutz wird von einem koaxial zum Faltenbalg und mit radialem Abstand zu diesem innerhalb desselben verlaufenden Rohrabschnitt gebildet.

Die genannten bekannten Verbindungsanordnungen müssen infolge ihres Gesamtaufbaus sowie der dabei eingesetzten, außen umlaufenden Schraubfedern zwar flexibel, dabei jedoch relativ steif sein, wobei darauf geachtet werden muß, daß die in der Feder und in den mit der Feder verbundenen Bauteilen entstehenden Spannungen in ihrer Höhe so begrenzt sind, daß insgesamt noch eine ausreichende Lebensdauer der Verbindungsanordnung unter den auftretenden Belastungen, etwa in Form einer winkelartigen Verbiegung der im Ruhezustand geradlinig verlaufenden Schraubenfederachse, erreicht werden kann.

Die vorliegende Erfindung stellt nun darauf ab, eine flexible Verbindungsanordnung zum Anschluß eines Rohres einer Abgasanlage, insbesondere der eines Kraftfahrzeuges, an einen Motor vorzuschlagen, bei der bei einer vorgegebenen Auslenkung die Spannungen in der Feder und damit auch in den angrenzenden Bauteilen besonders gering werden, wodurch sich eine besonders große Lebensdauer der Verbindungsanordnung sowie ein weniger steifes, d. h. elastischeres Verhalten derselben im Vergleich zu den bekannten Verbindungsanordnungen (mit der Folge geringerer zu übertragender Kräfte) ergibt.

Erfindungsgemäß wird dies durch eine flexible Verbindungsanordnung zum Anschluß eines Rohres einer Abgasanlage, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, an einen Motor erreicht, die einen an ihrem einen axialen Ende zur Befestigung am Motor vorgesehenen Befestigungsflansch und ein an ihrem anderen axialen Ende angebrachtes Anschlußstück zur Aufnahme eines Endes des anzuschließenden Rohres aufweist, wobei das Anschlußstück und der Befestigungsflansch über eine Schraubenfeder miteinander verbunden sind und zwischen beiden, radial innerhalb der Schraubenfeder, ein metallischer, an seinen axialen Enden jeweils mit dem Befestigungsflansch bzw. dem Anschlußstück gasdicht verbundener Faltenbalg angebracht ist, und wobei die Verbindungsanordnung ferner noch mit einer koaxial zu diesem Faltenbalg liegenden, mit ihm in Wirkverbindung stehenden Dämpfungseinlage versehen ist, die den Faltenbalg radial außen umschließt, gegen dessen Windungen anliegt, vom Befestigungsflansch aus axial bis in einen auf der ihr zugewandten Seite des Anschlußstücks radial erweiterten Endbereich des Anschlußstücks hineinragt und an ihren axialen Enden weder an dem Befestigungsflansch, noch an dem Anschlußstück befestigt ist, und wobei an der erfindungsgemäßen flexiblen Verbindungsanordnung ferner noch ein mit dem Befestigungsflansch verbundener, koaxial zum Faltenbalg und mit einem radialen Abstand zu diesem sowie innerhalb desselben angeordneter, zumindest über einen Teilbereich der axialen Erstreckung des Faltenbalges verlaufender Rohrabschnitt als Hitzeschutz für den Faltenbalg vorgesehen ist, wobei die Schraubenfeder an ihren beiden axialen Endbereichen mit dem Anschlußstück bzw. dem Befestigungsflansch verbunden ist und ihre Verbindung mit dem Befestigungsflansch über mindestens eine erste und eine von dieser beabstandete zweite Befestigungsstelle erfolgt, wobei die erste Befestigungsstelle am Endbereich der Schraubenfeder und die zweite Befestigungsstelle zur ersten um einen ersten Winkel von 45° bis 53° in Wickelrichtung der Schraubenfeder versetzt angeordnet ist und die erste Befestigungsstelle, in Wickelrichtung der Schraubenfeder gesehen, um einen zweiten Winkel im Bereich von 10° bis 20° vor einer radial verlaufenden, senkrecht zur axialen Längsachse der Verbindungsanordnung verlaufenden Kippachse liegt, um die sich bei Einleitung der auftretenden Kräfte die Verbindungsanordnung bei bestimmungsgemäßem Einsatz verkippt.

Bei der erfindungsgemäßen flexiblen Verbindungsanordnung wurde erkannt, daß die in der Feder auftretenden Spannungen ganz maßgeblich von der relativen Drehlage der Feder im Vergleich zur Krafteinleitungsebene bzw. zu der senkrecht zu dieser verlaufenden Kippachse der Verbindungsanordnung abhängen. Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Schraubenfeder so, daß diese auf ihrer dem Befestigungsflansch zugewandten Seite an ihrem Endabschnitt mit dem Befestigungsflansch über mindestens zwei zueinander beabstandete Befestigungsstellen, deren eine am Federende liegt und deren andere in einer bestimmten Winkellage zu dieser (in Wickelrichtung der Schraubenfeder gesehen) angeordnet sein muß, wobei auch die Lage der ersten, am endseitigen Bereich der Schraubenfeder liegenden Befestigungsstelle relativ zu der genannten Kippachse der Gesamtanordnung (bzw. zur Lage der Krafteinleitungsebene) in der erfindungsgemäß geforderten Ausrichtung liegt, läßt sich erreichen, daß die an den Befestigungsstellen auftretenden Maximalspannungen besonders gering gehalten werden können. Dadurch ist die erfindungsgemäße Verbindungsanordnung im Vergleich zu bekannten Verbindungsanordnungen elastischer, d. h. weniger steif. Es kommt bei der einem Belastungsfall zuzuordnenden Deformation dieser Verbindungsanordnung zum Aufbau besonders kleiner Spannungen an den Befestigungsstellen (und damit auch in der Feder selbst), was zur Folge hat, daß auch nur geringere Kräfte zwischen den Bauteilen übertragen werden müssen, wodurch auch eine Erhöhung der Lebensdauer der Verbindungsanordnung eintritt. Infolge der kleineren auftretenden Maximalspannungen kann die Schraubenfeder ihrerseits auch etwas kleiner als bei den herkömmlichen Verbindungsanordnungen ausgelegt werden, was nicht nur Gewicht, sondern auch Kosten spart und zu einer schlankeren Konstruktion der Verbindungsanordnung und damit sogar zu einem etwas kleineren Platzbedarf beim Einbau führt.

Besonders bevorzugt sind bei der erfindungsgemäßen flexiblen Verbindungsanordnung zwischen Schraubenfeder und Befestigungsflansch nur zwei Befestigungsstellen vorhanden, wenngleich, falls gewünscht, auch zwischen beiden noch eine oder zwei weitere Befestigungsstellen eingesetzt werden könnten. Bei der bevorzugten Verwendung nur der ersten und der zweiten Befestigungsstelle wird auch der Herstellungsaufwand besonders gering gehalten und insgesamt der Aufbau vereinfacht.

Was die Befestigung der Schraubenfeder bei der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung an dem Anschlußstück auf der dem Befestigungsflansch gegenüberliegenden Seite betrifft, so können dort bevorzugt ebenfalls zwei Befestigungsstellen eingesetzt werden, die in einer der Lage der beiden Befestigungsstellen auf der Seite des Befestigungsflansches entsprechenden Anordnung angebracht werden können. Besonders bevorzugt wird jedoch die Schraubenfeder mit dem Anschlußstück über drei Befestigungsstellen verbunden.

Die Befestigung zwischen Feder und Anschlußstück bzw. Befestigungsflansch kann an den Befestigungsstellen in jeder geeigneten Form vorgenommen werden, so z. B. mittels die Federwindung umgreifender Haltelaschen oder, was sich als besonders vorteilhaft erwiesen hat, in der Form, daß die Befestigung an allen Befestigungsstellen in Form von Schweißpunkten einer Punktschweißung ausgeführt wird. Hierdurch werden nur kurze Schweißlängen erreicht, die Beeinträchtigung des Federmateriales an den Schweißstellen ist vergleichsweise gering und der Einsatz einer Punktschweißtechnik läßt sich besonders genau, einfach und schnell durchführen.

Was nun die spezifische Winkellage der Schraubenfeder bei der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung anbelangt, so wird besonders bevorzugt die Schraubenfeder derart plaziert, daß der zweite Winkel, um den die erste Befestigungsstelle (am dortigen Ende bzw. Endbereich der Schraubenfeder) in Drehrichtung der Schraubenfeder vor der Kippachse liegt, 15° (oder angenähert 15°) beträgt. Bevorzugt wird ferner der erste Winkel, um den die zweite Befestigungsstelle in Wickelrichtung der Schraubenfeder gesehen relativ zur ersten Befestigungsstelle versetzt angebracht ist, in einer Größe von 50° (oder angenähert 50°) gewählt.

Es ist ferner besonders vorteilhaft, wenn bei der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung die Dämpfungseinlage innerhalb des erweiterten Endbereiches des Anschlußstücks axial verschiebbar ist, wodurch die insgesamt von der Verbindungsanordnung bei einer Auslenkung übertragenen Kräfte besonders klein gehalten werden können, wobei ganz besonders bevorzugt zwischen der Außenseite der Dämpfungseinlage und der Innenfläche des erweiterten Endbereiches des Anschlußstücks ein Radialspalt mit einer Größe im Bereich von 0,5 mm bis 0,8 mm liegt.

Es ist weiter bevorzugt, wenn bei der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung die Windungen der Schraubenfeder an ihren Unterseiten teilweise etwas in die Oberfläche der Dämpfungseinlage eingebettet sind, wodurch sich eine besonders gute Dämpfung der Feder erreichen läßt.

Die Ausbildung des metallischen Faltenbalges selbst kann in jeder geeigneten Weise erfolgen. Besonders bevorzugt wird er jedoch mit schraubengangförmigen oder ringgewellten Windungen versehen.

Als Material läßt sich für die Dämpfungseinlage jeder für eine gewünschte Dämpfung und die sonstigen Randbedingungen geeignete Werkstoff einsetzen. Ganz besonders bevorzugt besteht die Dämpfungseinlage jedoch aus einem metallischen Geflecht, Gewebe, Gewirke oder Gestrick oder aus verpreßtem Metalldraht, wobei besonders bei der Verwendung eines Metallgestrickes eine gute Wärmeabstrahlung erzielt werden kann. Für bestimmte Einsatzfälle kann es sich aber auch als besonders zweckmäßig erweisen, die Dämpfungseinlage mit einer Beimengung von Glas- oder Mineralfasern und/oder mit einer wärmeisolierenden Schicht zu versehen bzw. sie selbst aus einem dämpfenden und gleichzeitig wärmeisolierenden Material auszubilden, wodurch, bei der Verwendung in mit Katalysatoren versehenen Abgasanlagen, die Anspringzeit des Katalysators verkürzt werden kann.

Bei der erfindungsgemäßen flexiblen Verbindungsanordnung können, je nach geplantem Einsatzfall, die Schraubenfedern aus jedem geeigneten Federmaterial mit einem passenden Durchmesser bestehen. Besonders bevorzugt wird jedoch die Schraubenfeder aus einem Federstahl-Draht, vorzugsweise mit einem Durchmesser von 7,5 mm, gefertigt.

Es ist weiterhin besonders vorteilhaft, wenn die Dämpfungseinlage in radialer Richtung luftdurchlässig ausgebildet ist, wodurch sich ein besonders guter Schutz vor einer Überhitzung des Faltenbalges erreichen läßt, wobei in diesem Fall das eingesetzte Material für die Dämpfungseinlage mit entsprechenden Maschenweiten bzw. Luftdurchgangsöffnungen bzw. Porosität versehen ist.

Kurzbeschreibung der Figuren

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung im Prinzip beispielshalber noch näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße elastische Verbindungsanordnung;

Fig. 2 die Schnittansicht A-A aus Fig. 1;

Fig. 3 ein Diagramm der nach dem Verfahren von Mises berechneten Werte der Vergleichsspannung in dem Schweißpunkt an der zweiten Befestigungsstelle in Abhängigkeit von einer unterschiedlichen Lage desselben vom Schweißpunkt an der ersten Befestigungsstelle am Ende der Schraubenfeder und

Fig. 4 eine Darstellung der nach dem Verfahren von Mises berechneten Werte der Vergleichsspannung im Schweißnahtpunkt an der ersten Befestigungsstelle (am Ende der Schraubenfeder) in Abhängigkeit von deren Winkellage zur Kippachse der Gesamtanordnung.

Ausführliche Beschreibung der Figuren

In den Fig. 1 und 2 ist eine flexible Verbindungsanordnung 1 gezeigt, mit der das Ende eines (in Fig. 1 nicht gezeigten) Rohres der Abgasleitung eines Kraftfahrzeuges flexibel an einem Motorblock oder einem (in Fig. 1 ebenfalls nicht dargestellten) an einem Motorblock angebrachten Auspuffkrümmer o. ä. befestigt werden kann.

Die Verbindungsanordnung 1 ist in Fig. 1 in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht und in Fig. 2 in der Schnittdarstellung A-A aus Fig. 1 wiedergegeben.

Die Verbindungsanordnung 1 weist dabei an ihrem einen (in Fig. 1: am linken) axialen Ende einen Befestigungsflansch 2 auf, der, wie Fig. 2 zeigt, mit Bohrungen 3 versehen ist, durch die (in den Figuren nicht gezeigte) Befestigungselemente (wie z. B. Schrauben) hindurchsteckbar sind, mit denen der Befestigungsflansch 2 an einem Verbrennungsmotor oder einem Anbauteil an diesem (z. B. einem Auspuffkrümmer) festgeschraubt werden kann. Bevorzugt läßt sich der Befestigungsflansch 2 aus einem geeigneten Stahl, z. B. St 37, herstellen.

Der Befestigungsflansch 2 ist dabei auf seiner der Befestigung dienenden Seite mit einer Umlaufnut 4 versehen, in die eine geeignete Dichtung vor der Montage eingelegt wird.

Der Befestigungsflansch 2 ist ferner über eine Schraubenfeder 5 mit einem am gegenüberliegenden axialen Ende der Verbindungsanordnung 1 angebrachten Anschlußstück 6 verbunden, das, wie Fig. 1 zeigt, aus einem umlaufenden Stahlblech (einer Dicke von z. B. 1,5 mm) besteht und an seinem dem Befestigungsflansch 2 abgewandten Ende einen zylindrischen Endbereich 11 aufweist. Von diesem zylindrischen Endbereich 11 aus erweitert sich das Anschlußstück 6 in Richtung zum Befestigungsflansch 2 hin, geht dann in einen im Querschnitt sich konisch erweiternden Mittelabschnitt über und bildet an seinem dem Befestigungsflansch 2 zugewandten Endabschnitt einen radial erweiterten, zylindrischen Endbereich 12 aus, dessen Durchmesser deutlich größer als der des zylindrischen Endabschnitts 11 am entgegengesetzten Ende des Anschlußstückes 6 ist.

Die Feder 5 ist dabei an ihrem auf der Seite des Befestigungsflansches 2 liegenden Endbereich 16 (Fig. 2) an einer ersten Befestigungsstelle 7.1 sowie, in Wickelrichtung der Schraubenfeder 5 gesehen, zu der ersten Befestigungsstelle 7.1 um einen Winkel β = 50° versetzt, an einer zweiten Befestigungsstelle 7.2 mit dem Befestigungsflansch 2 verbunden. Die Befestigung erfolgt an beiden Befestigungsstellen jeweils über einen Schweißpunkt bzw. eine nur ganz kurze Schweißnaht (einer Länge von ca. 13 bis 15 mm). Am gegenüberliegenden axialen Ende ist die Feder 5 über drei Befestigungsstellen 8.1, 8.2 und 8.3 mit dem Außenmantel des Anschlußstückes 6 verbunden, wobei auch diese Befestigungsstellen durch Schweißpunkte bzw. ganz kurze Schweißnähte gebildet werden. Wie aus den Fig. 1 und 2 entnommen werden kann, muß an jedem Federende dabei zur Sicherstellung dieser Befestigungspunkte die Feder mit ihrem jeweiligen Ende über einen bestimmten Winkelbereich hinweg am Befestigungsflansch 2 bzw. am Anschlußstück 6 anliegen.

Im Befestigungsflansch 2 ist eine zentrale Öffnung 9 zum Einlaß der heißen, aus dem Motor kommenden Abgase vorgesehen, in die auch, wie Fig. 1 zeigt, der zylindrisch auslaufende Endabschnitt eines metallischen Faltenbalges 10 hineinragt. Der Faltenbalg 10 weist eine Vielzahl von Windungen bzw. Falten auf, zu deren besserer Darstellung die Fig. 1 in ihrem oberen Bereich teilweise geschnitten dargestellt ist, wobei die Falten des Faltenbalges 10 axial weit in das Anschlußstück 6 hinein verlaufen und am dortigen axialen Ende des Faltenbalges 10 dieser wiederum in einen zylindrischen Endabschnitt ausläuft, der in der Innenöffnung des Endabschnitts 11 des Anschlußstückes 6 aufgenommen ist.

In der Einlaßöffnung 9 des Befestigungsflansch 2 sitzt ferner noch, radial innerhalb des dort ebenfalls aufgenommenen Endabschnitts des Faltenbalges 10 der Endbereich eines Rohrabschnitts 13 als Hitzeschutz für den Faltenbalg 10. Der Rohrabschnitt 13 weist dabei, wie Fig. 1 zeigt, ausgehend von diesem Endbereich einen sich radial nach innen kegelförmig verjüngenden Zwischenabschnitt auf und geht an dessen Ende in einen zylindrischen Endabschnitt über, der konzentrisch innerhalb des Faltenbalges 10 liegt und diesen zumindest über einen Teilabschnitt seiner axialen Länge hinweg vor der Hitze der aus dem Motor ausgeleiteten Abgase schützt.

Der Faltenbalg 10 wird radial auf seiner Außenseite von einer Dämpfungseinlage 14 umgeben, die ihn umschließt und radial außen gegen die Windungen des Faltenbalges 10 anliegt, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist. Die Dämpfungseinlage 14 erstreckt sich dabei vom Befestigungsflansch 2, gegen dessen ihr zugewandte Seitenfläche sie anliegt, axial bis in den erweiterten Endbereich 12 des Anschlußstückes 6 hinein, wobei zwischen der Außenfläche der Dämpfungseinlage 14 und der Innenfläche des erweiterten Endabschnitts 12 des Anschlußstückes 6 ein kleiner Radialspalt 15 einer Größe von 0,5 bis 0,8 mm ausgebildet wird.

Wie Fig. 1 ebenfalls zeigt, liegt die Schraubenfeder 5 mit ihren Windungen nicht nur radial außen an der Dämpfungseinlage 14 (unter einer Vorspannung) auf, sondern ist mit ihren Windungen an deren der Dämpfungseinlage 14 zugewandten Seite geringfügig in die Dämpfungseinlage 10 eingebettet. Es bestünde aber gleichermaßen auch die Möglichkeit, die in Fig. 1 nicht gezeigt ist, daß die Windungen der Schraubenfeder 5 nur auf der Außenseite der Dämpfungseinlage 14 unter Vorspannung anliegen. Durch die geometrische Ausgestaltung des Anschlußstückes 6 und durch das Vorhandensein des Radialspaltes 15 zwischen diesem und der Dämpfungseinlage 14 ist die Möglichkeit geschaffen, daß die Dämpfungseinlage 14 sich axial innerhalb des erweiterten Endbereiches 12 des Anschlußstückes 6 etwas hin- und herbewegen kann.

Die Dämpfungseinlage 14 ist weder am Befestigungsflansch 2, gegen den sie seitlich anliegt, noch am Anschlußstück 6 befestigt. So wird erreicht, daß in der Dämpfungseinlage 14 beim Auftreten einer axialen Relativbewegung zwischen dem Anschlußstück 6 und dem Befestigungsflansch 2 keine Zwangsspannungen aufgebaut werden.

Im Betrieb führt die Zwischenschaltung der Dämpfungseinlage 14 zwischen die Windungen des Faltenbalges 12 und die Windungen der Schraubenfeder 5 dazu, daß die Dämpfungseinlage 14 sowohl die Windungen der an ihr aufliegenden oder in sie sogar etwas eingebetteten Schraubenfeder 5 ebenso wie die Windungen des Faltenbalges 10 bedämpft, wobei gleichzeitig auch noch eine allgemeine Bedämpfung der Relativbewegungen zwischen Befestigungsflansch 2, Schraubenfeder 5, Anschlußstück 6 und Faltenbalg 10, somit aller dieser Bauteile gegeneinander, erreicht wird. Die in die Öffnung 9 des Befestigungsflansches 2 hineinragenden Endbereiche des Faltenbalges 10 und des Rohrabschnittes 13 sind dort gemeinsam umlaufend und gasdicht mit der Wand der Öffnung 9, z. B. durch eine geeignete Verklebung oder auch durch eine Schweißung, befestigt.

Die Windungen der Schraubenfeder 5 bestehen aus einem Federstahl-Draht eines Durchmessers von 7,5 mm und die Dämpfungseinlage 14 besteht aus einem Metallgestrick, das luftdurchlässig ist, um eine Überhitzung des Faltenbalges 10 zu vermeiden.

Wenn die in den Fig. 1 und 2 gezeigte flexible Verbindungsanordnung 1 einer bestimmten Deformation unterzogen wird, die unter Berücksichtigung ihrer späteren Einbaulage bei Auftreten einer bestimmten Belastungssituation eintritt, für welche die Verbindungsanordnung ausgelegt wird (Nennbelastung), dann wird durch die dieser Belastungssituation entsprechende Krafteinleitung eine senkrecht zu der Ebene der Krafteinleitung liegende Kippachse K-K festgelegt, die in Fig. 2 strichpunktiert eingezeichnet ist.

Wie die Fig. 2 zeigt, liegt die erste Befestigungsstelle 7.1, in Wickelrichtung der Schraubenfeder 5 gesehen, um einen Winkel α vor der Kippachse K-K in der Schnittebene der Fig. 2, die radial und senkrecht zur Längsachse L-L (Fig. 1) der Verbindungsanordnung 1 liegt. Dieser Winkel α beträgt bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel 15°, während der Winkel ß, der den winkelmäßigen Versatz der beiden Befestigungsstellen 7.1 und 7.2 zueinander beschreibt, bei der gezeichneten Ausführungsform 50° beträgt.

In Fig. 3 ist der Graph des Verlaufes der nach dem Verfahren von Mises berechneten Vergleichsspannung σ des Schweißpunktes an der Befestigungsstelle 7.1, die, wie Fig. 2 zeigt, am Endbereich 16 der Schraubenfeder 5 an deren dem Befestigungsflansch 2 zugewandten Seite angeordnet ist, in Abhängigkeit von unterschiedlichen Größen des Winkels α dargestellt. Der Spannungsverlauf zeigt, daß bei einer Größe des Winkels im Bereich von 10° bis 20° besonders geringe Werte der Vergleichsspannung σ (gemessen in N/mm²) mit einem Minimum bei einem Wert des Winkels α von 15° vorliegen.

Fig. 4 stellt den Verlauf der Vergleichsspannung σ für den Schweißpunkt der zweiten Befestigungsstelle 7,2 in Abhängigkeit von deren Winkelversatz ß von der ersten Befestigungsstelle 7.1 dar, wenn letztere, wiederum am Endbereich 16 der Schraubenfeder 5 liegend, sich an einer Stelle entsprechend dem Winkel α = 15° befindet, also an einer Stelle, die aus dem Diagramm der Fig. 3 eine minimale Vergleichsspannung in der ersten Befestigungsstelle 7.1 ergibt.

Das Diagramm aus Fig. 4 zeigt, daß die Werte der Vergleichsspannung σ bei einem Winkelversatz der zweiten Befestigungsstelle 7.2 zur ersten Befestigungsstelle 7.1 in einem Winkelbereich von α = 45° bis α = 53° besonders gering sind, wobei ein Minimum bei β = 50° erkennbar ist, hinter dem, d. h. bei größeren Winkeln α, die Spannungswerte σ ganz merklich ansteigen. Dabei liegen die berechneten Werte zwischen σ = 86,7 N/mm² im günstigsten Fall (bei β = 50°) und σ = 120,3 N/mm² im ungünstigsten Fall für das gezeigte Ausführungsbeispiel.

Entsprechend ist bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 und 2 der Winkel α mit einem Wert von 50° als optimale Lage für die zweite Befestigungsstelle 7.2 gewählt worden.

Claims (18)

1. Flexible Verbindungsanordnung zum Anschluß eines Rohres einer Abgasanlage, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, an einen Motor, mit einem an ihrem einen axialen Ende zur Befestigung am Motor vorgesehenen Befestigungsflansch und einem an ihrem anderen axialen Ende angebrachten Anschlußstück zur Aufnahme eines Endes des anzuschließenden Rohres, wobei das Anschlußstück und der Befestigungsflansch über eine Schraubenfeder miteinander verbunden sind und zwischen beiden radial innerhalb der Schraubenfeder ein metallischer, an seinen axialen Enden jeweils mit dem Befestigungsflansch bzw. dem Anschlußstück gasdicht verbundener Faltenbalg angebracht ist, ferner mit einer koaxial zu diesem Faltenbalg liegenden, mit ihm in Wirkverbindung stehenden Dämpfungseinlage, die den Faltenbalg radial außen umschließt, gegen dessen Windungen anliegt, vom Befestigungsflansch aus axial bis in einen auf der ihr zugewandten Seite des Anschlußstücks radial erweiterten Endbereich des Anschlußstücks hineinragt und an ihren axialen Enden weder an dem Befestigungsflansch, noch an dem Anschlußstück befestigt ist, und mit einem mit dem Befestigungsflansch verbundenen, koaxial zum Faltenbalg und mit einem radialen Abstand zu diesem innerhalb desselben angeordneten, zumindest über einen Teilbereich der axialen Erstreckung des Faltenbalges verlaufenden Rohrabschnitt als Hitzeschutz für den Faltenbalg, wobei die Schraubenfeder an ihren beiden axialen Endbereichen mit dem Anschlußstück bzw. dem Befestigungsflansch verbunden ist und ihre Befestigung am Befestigungsflansch über mindestens eine erste und eine von dieser beabstandete zweite Befestigungsstelle erfolgt, wobei die erste Befestigungsstelle am Endbereich der Schraubenfeder und die zweite Befestigungsstelle zu ihr um einen ersten Winkel von 45° bis 53° in Wickelrichtung der Schraubenfeder versetzt angeordnet ist und die erste Befestigungsstelle, in Wickelrichtung der Schraubenfeder gesehen, um einen zweiten Winkel im Bereich von 10° bis 20° vor einer radial verlaufenden, senkrecht zur axialen Längsachse der Verbindungsanordnung verlaufenden Kippachse liegt, um die sich bei Einleitung der auftretenden Kräfte die Verbindungsanordnung bei bestimmungsgemäßem Einsatz verkippt.

2. Flexible Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, bei der die Schraubenfeder mit dem Befestigungsflansch nur über die erste und die zweite Befestigungsstelle verbunden ist.

3. Flexible Verbindungsanordnung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei der die Schraubenfeder mit dem Anschlußstück über drei Befestigungsstellen verbunden ist.

4. Flexible Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, bei der alle Befestigungsstellen als Schweißpunkte ausgeführt sind.

5. Flexible Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, bei welcher der erste Winkel 50° beträgt.

6. Flexible Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, bei welcher der zweite Winkel 15° beträgt.

7. Flexible Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, bei der die Dämpfungseinlage innerhalb des erweiterten Endbereiches des Anschlußstücks axial verschiebbar ist.

8. Flexible Verbindungsanordnung nach Anspruch 7, bei der zwischen der Außenseite der Dämpfungseinlage und der Innenfläche des erweiterten Endbereiches des Anschlußstücks ein Radialspalt vorliegt.

9. Flexible Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, bei der die Windungen der Schraubenfeder an ihren Unterseiten teilweise in die Oberfläche der Dämpfungseinlage eingebettet sind.

10. Flexible Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Faltenbalg mit schraubengangförmigen oder ringgewellten Windungen versehen ist.

11. Flexible Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, bei der die Dämpfungseinlage aus einem Metallgeflecht besteht.

12. Flexible Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, bei der die Dämpfungseinlage aus einem Metallgewebe besteht.

13. Flexible Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, bei der die Dämpfungseinlage aus einem Metallgewirke besteht.

14. Flexible Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, bei der die Dämpfungseinlage aus einem Metallgestrick besteht.

15. Flexible Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, bei der die Dämpfungseinlage aus verpreßtem Metalldraht besteht.

16. Flexible Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, bei der die Dämpfungseinlage eine Beimengung von Glas- oder Mineralfasern aufweist.

17. Flexible Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, bei der die Schraubenfeder aus einem Federstahl-Draht mit einem Durchmesser von 7,5 mm besteht.

18. Flexible Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, bei der die Dämpfungseinlage in radialer Richtung luftdurchlässig ist.