DE202006009275U1

DE202006009275U1 - Flexibles Leitungselement für Abgasanlagen

Info

Publication number: DE202006009275U1
Application number: DE200620009275
Authority: DE
Original assignee: Witzenmann GmbH
Current assignee: Witzenmann GmbH
Priority date: 2006-06-16
Filing date: 2006-06-16
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2016-06-17

Abstract

Flexibles Leitungselement für Abgasanlagen von Verbrennungsmotoren für insbesondere Nutzfahrzeuge, bestehend aus zumindest einem glattzylindrischen Rohrleitungselement (3) und zumindest einem biegbaren gewellten Schlauchleitungselement (2), dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Wellen (4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f) zumindest in einem Teilbereich des gewellten Schlauchleitungselements zur Anpassung an unterschiedliche Spannungsverhältnisse unterschiedliche Wellengeometrien aufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft ein flexibles Leitungselement für Abgasanlagen von Verbrennungsmotoren für insbesondere Nutzfahrzeuge, Schiffsantriebe, Generatoren und dergleichen, bestehend aus zumindest einem glattzylindrischen Rohrleitungselement und zumindest einem biegbaren gewellten Schlauchleitungselement. Derartige flexible Leitungselemente haben die Aufgabe, einerseits den hohen Geschwindigkeiten, Temperaturen und Drücken des Abgases Stand zu halten und zum anderen ausreichend beweglich zu sein, um Montageversatze, Montagetoleranzen, Abgasschwingungen und insbesondere Motorbewegungen abzufangen und möglichst nicht an die stromabwärtsliegenden Bereiche der Abgasanlage weiterzuleiten.
Derartige flexible Leitungselemente bestehen bisher aus starren meist gebogenen Rohren mit eingeschweißtem oder in sonstiger Art angebundenem gewelltem Balg, wobei jeweils der Balg zur geschilderten Bewegungsaufnahme dient. Sowohl das Einschweißen als auch andere Anbindungstechniken zur Verbindung des Balgs mit dem Rohr sind zeitaufwendig und problematisch, was die zu erzielende Dichtigkeit im Verbindungsbereich betrifft. Nachteilig ist außerdem das hohe Gewicht der Rohre und Gussteile. Darüber hinaus werden die verwendeten gewellten Bälge oft mit inneren Leitrohren kombiniert, um eine Schwingungsanregung durch das anströmende Abgas zu vermeiden; diese Leitrohre sorgen allerdings für eine zusätzliche Bewegungseinschränkung, vor allem bei zu großen zu überbrückenden Montageversatzen.
Von diesem Stand der Technik ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein flexibles Leitungselement der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, das sich durch eine erhöhte Lebensdauer auszeichnet bei gleichzeitiger Möglichkeit zur Gewichtsreduzierung.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass benachbarte Wellen zumindest in einem Teilbereich des gewellten Schlauchleitungselements zur Anpassung an unterschiedliche Spannungsverhältnisse unterschiedliche Wellengeometrien aufweisen. Dieser konstruktiven Maßnahme liegt die Erkenntnis zugrunde, dass derartige flexiblen Leitungselemente in der Regel über ihre gesamte Länge unterschiedliche Spannungsverläufe mit unterschiedlichen Belastungsintensitäten aufweisen. Hierdurch kommt es an den übermäßig belasteten Leitungsbereichen weitaus häufiger zu Beschädigungen oder einer den Ausfall der gesamten Abgasanlage bedeutenden Zerstörung, so dass bisher alle Leitungsbereiche an den schwächsten bzw. an dem am stärksten belasteten Leitungsbereich angepasst werden, so dass das flexible Leitungselement in den meisten Bereichen überdimensioniert ist. Variiert man jedoch die Wellengeometrien so, dass ein über die Länge des flexiblen Leitungselements möglichst gleicher Spannungsverlauf erhalten wird, so führt diese Vergleichmäßigung der Spannung zu einer Reduzierung der Spannungsspitzen und damit kann auch beispielsweise die Materialstärke des flexiblen Leitungselements entsprechend geringer ausfallen, da eine Anpassung an den Höchstbelastungsfall nicht mehr den im Stand der Technik bekannten Überdimensionierungseffekt für die gesamte Leitung mit sich bringt.
Am Einfachsten und oft auch am Effektivsten ist es, wenn die benachbarten Wellen zumindest in einem Teilbereich des gewellten Schlauchleitungselements – und insbesondere im gesamten Längenbereich – unterschiedliche Außendurchmesser aufweisen; ebenso ist es aber auch möglich, die Wellenlänge oder andere Wellengeometrien wie beispielsweise die Wellenform zu verändern. Als ein weiterer Aspekt unterschiedlicher Wellengeometrien ist auch eine unterschiedliche Steifigkeit benachbarter Wellen möglich.
Das Verändern der Wellengeometrien benachbarter Wellen sollte hierbei zweckmäßigerweise so erfolgen, dass sich eine progressive Veränderung insbesondere im Sinne eines Abnehmens oder Zunehmens der entsprechenden Parameter der Wellengeometrien ergibt. Dies entspricht nicht nur dem üblichen Belastungsfall der entsprechend progressiv zunehmenden Spannungen, sondern dies führt auch zu einer besseren Herstellbarkeit der entsprechenden Leitungselemente.
Wie sich die Wellengeometrien benachbarter Wellen auch ändern mögen, so empfiehlt es sich dennoch, dass der Innendurchmesser des flexiblen Leitungselements in allen axialen Bereichen möglichst gleich bleibt, um den Druckverlust und vor allem auch die Strömungsgeschwindigkeit nicht lokal zu beeinträchtigen bzw. zu verändern.
Sofern die an das flexible Leitungselement gestellten Anforderungen wie beispielsweise Beweglichkeit und Montageversatz mit einem einzelnen gewellten Schlauchleitungselement nicht ausreichend zur Verfügung gestellt werden können, ist es ebenso möglich, mehrere gewellte Schlauchleitungselemente vorzusehen, die gegebenenfalls durch ein glattzylindrisches Rohrleitungselement voneinander beabstandet sein können.
Je nach geforderter Druckstabilität ist es möglich, das flexible Leitungselement zumindest in Teilbereichen einlagig oder mehrlagig auszubilden und so durch die Veränderung der Lagenanzahl die Eigenschaften des flexiblen Leitungselements zu beeinflussen.
Ein besonders wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung ergibt sich dann, wenn das flexible Leitungselement einstückig ausgebildet ist und hierbei das Rohrleitungselement und das Schlauchleitungselement einstückig ineinander übergehen. Hierdurch lassen sich nicht nur Abdichtungsprobleme beim Anschließen von gewellten Bälgen an glattzylindrische Rohrleitungselemente vermeiden, sondern auch der Aufwand für das Anschweißen, Anschließen etc. entfällt bei der einstückigen Ausführungsform natürlich.
Was die Maße der unterschiedlichen Außendurchmesser der Wellen betrifft, so sollten diese nicht größer als das 1,4-Fache des Innendurchmessers der Wellen sein, um dadurch eine möglichst bewegliche, jedoch ausreichend stabile Leitung ohne zu große Druckverluste zu erhalten.
Durch die Beweglichkeit bzw. Biegbarkeit der gewellten Schlauchleitungselemente ist es ebenso von Vorteil, wenn das oder die Rohrleitungselemente nicht gebogen, sondern gerade mit geradliniger Axialerstreckung ausgebildet sind. Solche geraden glattzylindrischen Rohrleitungselemente sind nicht nur einfacher und kostengünstiger gegenüber gebogenen Rohren herzustellen, sondern sie sind auch einfacher einzubauen und an benachbarte Leitungselemente anzuschließen.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen; diese zeigt in
1 ein flexibles Leitungselement gemäß der vorliegenden Erfindung in noch nicht abgebogenem Zustand;
2 das flexible Leitungselement aus 1 in eingebautem und in Teilbereichen abgebogenem Zustand.
In 1 ist ein flexibles Leitungselement 1 dargestellt mit insgesamt sieben gewellten Schlauchleitungselementen 2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f und 2g und jeweils zwischen zwei benachbarten Schlauchleitungselementen angeordneten glattzylindrischen Rohrleitungselementen 3a, 3b, 3c, 3d, 3e und 3f. Beispielhaft sollen am gewellten Schlauchleitungselement 2d die unterschiedlichen Wellengeometrien nach dem Anspruch 1 der vorliegenden Erfindung beschrieben werden: Während der Innendurchmesser D_i bei allen Wellen 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f gleichbleibt, ändert sich jedoch der Außendurchmesser Da der Wellen 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f entlang der Länge des gewellten Schlauchleitungselements 2d, wobei der Außendurchmesser zunächst kontinuierlich zunimmt und anschließend wieder kontinuierlich abnimmt. Diese Änderung des Außendurchmessers führt zu einer entsprechenden Änderung der in den jeweiligen Leitungsabschnitten auftretenden Spannungen.
In 2 ist das flexible Leitungselement 1 aus 1 in eingebauter und der Montageposition entsprechenden Abwinklung dargestellt, wobei ersichtlich ist, dass die gewellten Schlauchleitungselemente 2d, 2f und 2g entsprechend abgebogen sind, um das flexible Leitungselement an den vorhandenen Montage versatz anzupassen. Ein solcher Montageversatz ist bei einem beispielhaften Fall eines 316 mm-langen flexiblen Leitungselements 128 mm.
Zweckmäßigerweise sind die Teilbereiche des flexiblen Leitungselements so ausgelegt, dass deren Eigenfrequenz außerhalb des kritischen Schwingungsbereichs liegt.
Zusammenfassend bietet die vorliegende Erfindung durch eine gleichmäßige Spannungsverteilung über die gesamte Länge des flexiblen Leitungselements eine erhöhte Lebensdauer. Die Wellen der gewellten Schlauchleitungselemente lassen sich hierbei so gestalten, dass sie eine Strömungsoptimierung im Anströmungsbereich ermöglichen. Das bzw. die gewellten Schlauchleitungselemente lassen einen hohen Montageversatz zu, vor allem da kein Leitrohr notwendig ist, welches auch einen Druckverlust bedeuten würde. Wichtig sind des weiteren die geringen Gewichts- bzw. Massenkräfte des erfindungsgemäßen flexiblen Leitungselements.
Das flexible Leitungselement ist kostengünstig herzustellen, da keine Verbindungen zwischen Balg und glattzylindrischem Rohrleitungselement erforderlich sind. Dies vermeidet Fehlerquellen und vor allem Undichtigkeit.
Durch unterschiedliche Wellengeometrien ist es auch möglich, mit geringen Biegekräften das Biegen der gewellten Schlauchleitungselemente zu vereinfachen, wobei der Leitungsverlauf durch die leichte Biegbarkeit beliebig an den vorhandenen Bauraum angepasst werden kann. Schließlich lässt sich das flexible Leitungselement ein- oder mehrlagig – je nach Beanspruchung – ausbilden, so dass zum Beispiel bei aggressiven Medien eine hochwertige innere Lage vorgesehen werden kann.

Claims

Flexibles Leitungselement für Abgasanlagen von Verbrennungsmotoren für insbesondere Nutzfahrzeuge, bestehend aus zumindest einem glattzylindrischen Rohrleitungselement (3) und zumindest einem biegbaren gewellten Schlauchleitungselement (2), dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Wellen (4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f) zumindest in einem Teilbereich des gewellten Schlauchleitungselements zur Anpassung an unterschiedliche Spannungsverhältnisse unterschiedliche Wellengeometrien aufweisen.
Flexibles Leitungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Wellen (4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f) zumindest in einem Teilbereich des gewellten Schlauchleitungselementes (2) unterschiedliche Außendurchmesser (D_a) aufweisen.
Flexibles Leitungselement nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Wellen (4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f) zumindest in einem Teilbereich des gewellten Schlauchleitungselements (2) unterschiedliche Wellenlängen aufweisen.
Flexibles Leitungselement nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellengeometrien benachbarter Wellen (4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f) derart aneinander angepasst sind, dass sich die Wellengeometrien über einen axialen Längsabschnitt von mehreren Wellen progressiv verändern, insbesondere zu- oder abnehmen.
Flexibles Leitungselement nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Wellen (4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f) des gewellten Schlauchleitungselements (2) einen gleichen Innendurchmesser (D_i) aufweisen.
Flexibles Leitungselement nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es mehrere gewellte Schlauchleitungselemente (2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f, 2g) aufweist.
Flexibles Leitungselement nach zumindest Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte gewellte Schlauchleitungselemente (2a bis 2g) durch ein glattzylindrisches Rohrleitungselement (3a bis 3f) voneinander beabstandet sind.
Flexibles Leitungselement nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es zumindest in Teilbereichen einlagig oder mehrlagig ausgebildet ist.
Flexibles Leitungselement nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es einstückig ausgebildet ist und dass das Rohrleitungselement (3) und das Schlauchleitungselement (2) einstückig ineinander übergehen.
Flexibles Leitungselement nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die unterschiedlichen Wellen des gewellten Schlauchleitungselements eine unterschiedliche Steifigkeit aufweisen.
Flexibles Leitungselement nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser (D_a) der Wellen (4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f) des gewellten Schlauchleitungselements (2) nicht größer ist als das 1,4-fache des Innendurchmessers (D_i) der Wellen ist.
Flexibles Leitungselement nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Rohrleitungselement (3) geradlinig ausgebildet ist.