DE202010009090U1

DE202010009090U1 - Flexibles Leitungselement

Info

Publication number: DE202010009090U1
Application number: DE201020009090
Authority: DE
Original assignee: BOA Balg und Kompensatoren Technologie GmbH
Current assignee: Boa Metal Solutions De GmbH
Priority date: 2010-06-15
Filing date: 2010-06-15
Publication date: 2010-09-02
Anticipated expiration: 2020-06-16
Also published as: DE102011101710A1; WO2011157355A1

Abstract

Flexibles Leitungselement (1), insbesondere für Abgasleitungen von Verbrennungsmotoren bei Kraftfahrzeugen mit einem mit zylindrischen Anschlussenden (3) versehenen, schraubengangförmigen oder ringgewellten Balg (2) und einer an den Anschlussenden festgelegten, koaxial außerhalb des Balgs angeordneten Längsabstützung in Form eines metallischen Geflechts- und/oder Gestrickeschlauchs (4), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Endhalbwellen (5) des Balgs und den am Balgende platzierten Winkelringen (7) jeweils ein ringförmiges, flexibles Pufferelement (6) derart angeordnet ist, dass die Umlenkung des Geflechts- und/oder Gestrickeschlauchs (4) vom Niveau des Balgaußendurchmessers auf das Niveau des zylindrischen Balgendes ausschließlich vom Pufferelement gestützt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein flexibles Leitungselement, insbesondere für Abgasleitungen von Verbrennungsmotoren bei Kraftfahrzeugen nach dem Oberbegriff des 1. Anspruchs.
Bei Abgasanlagen von Verbrennungsmotoren, insbesondere bei quer zur Längserstreckung des Fahrzeugs eingebauten Motoren, besteht die Notwendigkeit, ein flexibles Leitungselement vorzugsweise motornahe in die Abgasleitung einzubauen, um Bewegungen und Schwingungen aufzunehmen und von der Weiterleitung an benachbarte Bauteile abzukoppeln, wie sie durch Drehmoment abhängige Kippbewegungen des elastisch gelagerten Motors, Drehzahl abhängige Schwingungen, trägheitsbedingte Einflüsse von Fahrzeugteilen bei bestimmten Fahrsituationen, temperaturbedingte Längenänderungen etc. entstehen. Ohne Einsatz eines flexiblen Leitungselementes wäre die Abgasleitung starken Biegewechselbeanspruchungen ausgesetzt, die bei den hohen Betriebstemperaturen schnell zu Ermüdungsrissen und zum Ausfall führen würden.
Flexible Leitungselemente weisen im allgemeinen einen schraubengangförmigen oder ringgewellten Balg, einen koaxial innerhalb des Balgs angeordneten Wickelschlauch (Agraffschlauch) sowie einen außenseitig angeordneten Geflechtsschlauch aus Metall auf, der den Balg vor mechanischen Einwirkungen von außen und vor übermäßiger Längung schützt.
Nachteilig ist, dass ein solcher Geflechtsschlauch sich bei axialen Längenausdehnungen des Leitungselementes radial zusammen zieht. Liegt das Geflecht z. B. an dem angrenzenden Balg an, so ist das Leitungselement für eine weitere axiale Ausdehnung blockiert. Dieser Vorgang führt durch die plötzlich auftretende Blockierung zu einer stoßartigen Belastung. Die Federcharakteristik des Leitungselementes zeigt in dieser Blockierstellung einen stark progressiv ansteigenden Verlauf, womit eine übermäßige Materialbeanspruchung verbunden ist sowie eine unangenehme Geräuschentwicklung einhergeht. Eine ausreichende Schwingungsentkopplung findet in diesem Zustand nicht mehr statt, so dass die Schwingbewegungen an die Abgasanlage weitergeleitet werden, was zur Beschädigung derselben führen kann.
Die EP 0 709 558 B1 beschreibt ein flexibles Leitungselement mit einem Metallschlauch oder Balg und einem außerhalb des Metallschlauchs oder Balgs entlang diesem angeordneten und mit dessen Enden verbundenen Geflechtsschlauch aus Metall. Zur Vermeidung der oben beschriebenen Nachteile wird vorgeschlagen, dass zwischen Metallschlauch oder Balg und Geflechtsschlauch wenigstens ein den Balg oder Geflechtsschlauch umfangendes, in seiner Länge auf einen Teil der Länge des Metallschlauches oder Balges begrenztes, radial über den Außendurchmesser des Metallschlauches oder Balges vorstehendes Abstandselement angeordnet ist, das radial federnd ausgebildet ist. Diese konstruktive Ausgestaltung des Abstandselementes hat zur Folge, dass nunmehr die Federwirkung des Geflechtsschlauches mit der Federwirkung des Abstandselementes kombiniert wird, wodurch eine weiche Federcharakteristik einstellbar ist.
Nachteilig bei dieser Lösung ist, dass sich der Außendurchmesser des Leitungselementes durch die radial nach außen gerichtete Welle des Abstandselementes bzw. durch das in Balgmitte eingesetzte Abstandselement vergrößert, wodurch sich der erforderliche radiale Einbauraum vergrößert.
Weitere Nachteile der in der EP 0 709 558 B1 beschriebenen Lösung sind zum einen die aufwändige Gestaltung des Abstandselementes, das zur Realisierung einer ausreichend weichen, radialen Federcharakteristik mit achsparallelen Längsschlitzen versehen ist, zum anderen führt der bereichsweise vorhandene radiale Abstand zwischen Geflecht und Metallschlauch bzw. Balg dazu, dass in diesem Bereich keine Bedämpfung der Balgwellen durch das Geflecht stattfinden kann. Es besteht nun die Gefahr, dass durch Motoranregung induzierte Schwingungen zu Balgresonanzen führen können, mit denen unerwünschten Schallabstrahlungen einhergehen und die sogar den Balg zerstören können.
Bei dem aus der EP 0 681 096 A1 bekannten Leitungselement wird vorgeschlagen, den Geflechtsschlauch durch einen Metalldrahtschlauch aus Maschenware (Gestricke, Gewirke) zu ersetzen, um die unangenehmen Geräuschentwicklungen zu vermeiden, die sich aus der Eigenschaft des Geflechtsschlauches ergeben, sich bei Längenänderung radial auszudehnen bzw. zusammenzuziehen, was bei bestimmten Betriebszuständen des Motors zu einem Geflechtsschlagen gegenüber dem Balg führen kann. Nachteilig bei dem vorgeschlagenen Leitungselement ist, dass der den Balg unmittelbar umgebenden Metalldrahtschlauch bei Zuganschlag im Umlenkungsbereich der Balgrandwellen eine unerwünschte radiale Kraftwirkung auf die Balgrandwellen ausübt, die durch lokale Überlastungen zum vorzeitigen Ausfall des Balges führen können.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Leitungselement der eingangs genannten Art so auszugestalten, dass keine wesentliche Vergrößerung des radialen Bauraumes erforderlich ist und auf aufwändig gestaltete Abstandselemente, die sich im Bereich der axialen Balgerstreckung befinden, verzichtet werden kann. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine kostengünstige Konstruktion für die Längsabstützung des Leitungselementes anzugeben, die dennoch bei Zuganschlag eine weich ansteigende Federcharakteristik aufweist und die Balgrandwellen keinen aus der Ummantelung herrührenden schädlichen Kraftwirkungen aussetzt.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Längsabstützung mittels eines im Bereich der Enden des Leitungselementes festgelegten metallischen Gestricke- und/oder Geflechtschlauches bewerkstelligt wird, der im Bereich des Balges koaxial zur Außenkontur der Balgwellen verläuft und im Umlenkungsbereich über zwei sich neben den Balgrandwellen befindlichen flexiblen Pufferelementen zum Ende des Leitungselements geführt wird. Durch diese Anordnung von Pufferelementen im Umlenkungsbereich der Außenummantelung werden die insbesondere bei Zuganschlag entstehenden Kraftwirkungen von den flexiblen Pufferelementen zum einen abgefedert und zum anderen aufgenommen, so dass die Balgendwellen von der Zugkraftübertragung der Ummantelung nur eine axiale Kraftkomponente aufnehmen müssen, die in ihrem Niveau gegenüber einer Ausführung ohne Pufferelement deutlich geringer ist und über die Endhalbwelle zum zylindrischen Balgende hin abgetragen wird.
Zweilagige Ausführungen der Ummantelung mit balgseitigem Gestrickeschlauch werden bevorzugt in den Fällen eingesetzt, wo eine stärkere Balgbedämpfung wegen möglicher Resonanzgefahren erforderlich ist.
Die Pufferelemente sind ringförmig und besitzen einen ovalen oder rechteckigen Querschnitt. Sie bestehen bevorzugt aus verpresstem Draht oder Drahtgestricke. Alternativ kann auch gepresste Stahlwolle zum Einsatz kommen. Neben der Schutzwirkung der Endwellen vor unerwünschten kraftgesteuerten Verformungen, wirken die Pufferelemente gleichzeitig als Körperschallbarriere, sofern sie mit ausreichend Pressung an die Balgendflanken und/oder an das zylindrische Balgende angepresst werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Pufferelemente balgseitig an einem Stützwinkelring festgelegt, so dass der Balg von jeglichen von der Außenummantelung im Umlenkungsbereich verursachenden Kraftwirkungen abgekoppelt ist.
Die Festlegung der Außenummantelung geschieht bei diesem Ausführungsbeispiel mittels eines koaxial von außen angebrachten Winkelringes, der die Ummantelung radial gegen den Stützwinkelring sowie gegen das zylindrische Balgende kraftschlüssig anpresst.
Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Leitungselementes sieht bei zweilagiger Außenummantelung vor, dass nur die äußere Lage, üblicherweise der Geflechtsschlauch, über die Pufferelemente zum Balgende geführt wird. Die balgseitige Innenlage der Außenummantelung, die bevorzugt als Gestrickelage zur Erhöhung der Balgbedämpfung ausgeführt ist, wird über die abgestuften Balgendwellen zwischen Winkelstützring und Balgendwelle vorbeigeführt und durch radiales Verpressen im Bereich des zylindrischen Balgendes festgelegt. In einer alternativen Ausgestaltung endet der innere Getrickeschlauch der zweilagigen Ummantelung lose zwischen dem Winkelstützring und der Balgendwelle. In dieser Ausführungsform wird die Funktion des Zuganschlages ausschließlich von der Außenlage der Ummantelung übernommen, die dann üblicherweise als Geflechtslage ausgeführt ist, wobei auch Ausführungen mit zwei Gestrickelagen denkbar sind, die insbesondere bei ausgeprägten Kompressionsstellungen von Vorteil sind, bei denen Geflechtslagen zum Abheben und bei schnellen Richtungswechseln gegebenenfalls zum Geflechtsschlagen neigen können.
Insgesamt ist so ein flexibles Leitungselement geschaffen, das bei kompakter Bauweise eine weiche Federcharakteristik bei Zuganschlag aufweist und dessen Balgrandwellen keiner aus der Ummantelung herrührenden Kraftwirkungen aussetzt sind und damit zuverlässig für eine Entkopplung in der Abgasleitung gesorgt wird.
Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im einzelnen erläutert sind. Dabei zeigt:
1 eine erste erfindungsgemäße Bauform eines Leitungselementes in Seitenansicht mit halbseitigem Axialschnitt;
2 eine alternative Bauform des Leitungselementes gemäß 1 mit Stützwinkelring;
3 eine alternative Bauform des Leitungselementes gemäß 2 mit Stützwinkelring und „innerer Vorbeiführung” der Innenlage der Ummantelung am Pufferelement.
Das in 1 hälftig dargestellte flexible Leitungselement 1 weist einen ringgewellten Balg 2 mit zylindrischen Anschlussenden 3 auf. Die äußere Ummantelung 4, die aus einem metallischen Gestricke- und/oder Geflechtsschlauch besteht und unter anderem als Längsabstützung dient, verläuft koaxial zur Außenkontur der Balgwellen und wird im Umlenkungsbereich neben der jeweils letzten Balgwelle über ein flexibles, ovalförmiges Pufferelement 6 geführt. Die Festlegung der Außenummantelung 4 geschieht mittels eines koaxial von außen angebrachten Winkelringes 7, der die Ummantelung 4 radial gegen das zylindrische Balgende 3 kraftschlüssig festlegt. Bei Zuganschlag ist das Pufferelement 6 durch radiale und axiale Verformung in der Lage, den Kraftanstieg abzufedern und dadurch einen weichen Zuganschlag zu ermöglichen. Die hierbei entstehende axiale Kraftwirkung auf die Balgflanke der Endhalbwelle 5 ist gegenüber einer Ausführung ohne Pufferelement deutlich reduziert.
Die in 2 dargestellte Ausführung unterscheidet sich von der der 1 durch den zusätzlichen Stützwinkelring 8, der die Balgendwelle von jeglichen im Umlenkungsbereich der Ummantelung entstehenden Kraftwirkungen abkoppelt. Das Pufferelement ist bei dieser Bauart rechteckig ausgebildet, damit es die radialen und axialen Kraftwirkungen, die im Umlenkungsbereich der Ummantelung entstehen, formschlüssig über die dem Stützwinkelring zugewandten Flächen abtragen kann. Die Festlegung der Ummantelung geschieht wie bei 1 mittels eines Winkelringes 7, der die Ummantelung 4 radial gegen den Stützwinkelring 8 sowie gegen das zylindrische Balgende 3 kraftschlüssig anpresst.
Das in 3 gezeigte Ausführungsbeispiel besitzt wie die Bauform in 2 wiederum einen Stützwinkelring 8, der den Balg von möglichen Kraftwirkungen des Pufferelements 6 abkoppelt. Die zweilagige Außenummantelung 4 besteht aus einem äußeren Geflechtsschlauch 4.1 und einem dem Balg 2 zugewandten Gestrickeschlauchs 4.2, der zur Erhöhung der Balgbedämpfung dient. Während der äußere Geflechtsschlauch 4.1 über das Pufferelement 6 zum Balgende geführt wird, folgt der innere Gestrickeschlauch 4.2 der Außenkontur der abgestuften Balgendwellen, wird zwischen Winkelstützring 8 und Balgendhalbwelle 5 vorbeigeführt und durch radiales Verpressen im
Bereich des zylindrischen Balgendes zusammen mit dem äußeren Winkelring 7 und dem Geflechtsschlauchende festgelegt. Bei Zuganschlag des Leitungselementes wird die Eigenschaft des Geflechtsschlauchs 4.1, sich unter Zugbeanspruchung im Durchmesser zu verkleinern dazu benutzt, in Wechselwirkung mit dem Pufferelement 6 durch radiales Verformen im Umlenkungsbereich einen weichen Zuganschlag zu realisieren. Auf diese Weise wird ein schlagartiger Kraftanstieg in der Ummantelung vermieden, der insbesondere bei fehlendem Pufferelement und direkter Kraftwirkung auf die Balgendwellen zu vorzeitigen Ausfall des Leitungselementes führen kann. Im Gegensatz zum äußeren Geflechtsschlauch 4.1 hat der über die Balgaußenkontur geführte innere Gestrickeschlauch 4.2 den Vorteil, dass sich die vorzugsweise in Axialrichtung erstreckenden Maschen bei axialen Längenänderungen ineinander verschieben können. Somit entfällt praktisch eine Durchmesseränderung des Schlauches bei axialen Bewegungen, womit die oben beschriebenen Nachteile vermieden werden. Will man dennoch eventuelle Kraftwirkungen des Gestrickeschlauchs 4.2 auf die Balgendwellen ausschließen, wäre ein lose zwischen dem Winkelstützring 8 und der Balgendhalbwelle 5 endender Gestrickeschlauch eine alternative Ausgestaltung der 3, bei der dann lediglich der äußere Geflechtsschlauch die Funktion des Zuganschlages übernehmen würde.

1: flexibles Leitungselement
2: Balg
3: zylindrisches Anschlussende des Balgs
4: Ummantelung
4.1: äußerer Geflechtsschlauch
4.2: innerer Gestrickeschlauch
5: Balgendhalbwelle
6: Pufferring
7: Winkelring
8: Stützwinkelring

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 0709558 B1 [0005, 0007]
- EP 0681096 A1 [0008]

Claims

Flexibles Leitungselement (1), insbesondere für Abgasleitungen von Verbrennungsmotoren bei Kraftfahrzeugen mit einem mit zylindrischen Anschlussenden (3) versehenen, schraubengangförmigen oder ringgewellten Balg (2) und einer an den Anschlussenden festgelegten, koaxial außerhalb des Balgs angeordneten Längsabstützung in Form eines metallischen Geflechts- und/oder Gestrickeschlauchs (4), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Endhalbwellen (5) des Balgs und den am Balgende platzierten Winkelringen (7) jeweils ein ringförmiges, flexibles Pufferelement (6) derart angeordnet ist, dass die Umlenkung des Geflechts- und/oder Gestrickeschlauchs (4) vom Niveau des Balgaußendurchmessers auf das Niveau des zylindrischen Balgendes ausschließlich vom Pufferelement gestützt wird.
Leitungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmigen, flexiblen Pufferelemente (6) einen ovalen oder rechteckigen Querschnitt besitzen.
Leitungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmigen, flexiblen Pufferelemente (6) aus verpresstem Draht oder Drahtgestricke bestehen.
Leitungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmigen, flexiblen Pufferelemente (6) aus gepresster Stahlwolle bestehen.
Leitungselement nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Außendurchmesser der ringförmigen, flexiblen Pufferelemente (6) mindestens dem Balgaußendurchmesser entsprechen.
Leitungselement nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Pufferelemente (6) bereichsweise an den Balgendhalbwellen (5) anliegen.
Leitungselement nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Geflechts- und/oder Gestrickeschlauch (4) an den zylindrischen Balgenden (3) durch radiales Verpressen gegen einen von außen koaxial angeordneten Winkelring (7) festgelegt wird.
Leitungselement nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Pufferelemente (6) balgseitig an einem Stützwinkelring (8) anliegen.
Leitungselement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Geflechts- und/oder Gestrickeschlauch zwischen den von außen koaxial angeordneten Winkelringen (7), den innerhalb angeordneten Stützwinkelringen (8) und den zylindrischen Balgenden durch radiales Verpressen festgelegt wird.
Leitungselement nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei zweilagigem Überzug (4), nur die als Längsabstützung dienende Außenlage (4.1) über die Pufferelemente (6) geführt wird und die zur Balgbedämpfung dienende Innenlage (4.2) entlang der abgesetzten Balgaußenkontur (9) zum Balgende umgelenkt und zwischen den Stützwinkelringen (8) und den zylindrischen Balgenden (3) festgelegt ist.
Leitungselement nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei zweilagigem Überzug (4), nur die als Längsabstützung dienende Außenlage (4.1) über die Pufferelemente (6) geführt wird und die zur Balgbedämpfung dienende Innenlage (4.2) entlang der abgesetzten Balgaußenkontur umgelenkt wird und im Bereich der Balgendwellen (5) lose endet.