DE202011005631U1

DE202011005631U1 - Flexibles Leitungselement

Info

Publication number: DE202011005631U1
Application number: DE201120005631
Authority: DE
Original assignee: BOA Balg und Kompensatoren Technologie GmbH
Current assignee: BOA Balg und Kompensatoren Technologie GmbH
Priority date: 2011-04-27
Filing date: 2011-04-27
Publication date: 2012-07-31
Anticipated expiration: 2021-04-28

Abstract

Flexibles Leitungselement, insbesondere für die Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs, mit einem Balg (2) und einem zumindest einen Teil der Balgwellen überdeckenden Gestrickeschlauch (5) aus Metall, dadurch gekennzeichnet, dass der Gestrickeschlauch (5) an einem Endbereich des Balges (2) direkt am Balg (2) befestigt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein flexibles Leitungselement, insbesondere für die Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs, mit einem Balg und einem zumindest einen Teil der Balgwellen überdeckenden Gestrickeschlauch aus Metall.
Entkopplungselemente werden als Zwischenstücke in Abgasleitungen von Kraftfahrzeugen eingebaut, um durch den Motor erzeugte Bewegungen und Schwingungen weitgehend zu entkoppeln. Das Entkopplungselement weist hierzu einen beweglichen Balg aus Metall auf, welcher im Innenbereich einen Agraffschlauch zum Zweck der Abgasführung und Schutz des Balges aufweist.
Der Agraffschlauch bedingt eine begrenzte Bewegungsfähigkeit des Leitungselements, was bei Erreichen der maximal möglichen axialen Länge des Agraffschlauchs zu einer Verschlechterung der Entkopplungseigenschaften des Leitungselements und zur Weiterleitung von Lastwechseln des Motors an die Abgasanlage führt, wodurch eine unangenehme Geräuschentwicklung verursacht wird. Um eine derartige Längung des Balges und den damit einhergehenden Dämpfungsverlust des gesamten Leitungselements zu verringern, wird um den Balg ein Schlauch aus gestrickten oder miteinander verketteten Metalldrähten, ein sogenannter Gestrickeschlauch, angeordnet. Der Gestrickeschlauch ist in der Lage Axialbewegungen des Balges abzustützen, da die Verschiebbarkeit der Maschen sowohl in Zug- als auch auf Druckrichtung auf Grenzen stößt, die jedoch verhältnismäßig flexibel sind.
Ein gattungsgemäßes Leitungselement mit einem solchen Gestrickeschlauch ist beispielsweise aus der EP 1 238 226 81 bekannt. Die EP 1 238 226 B1 beschreibt ein flexibles Leitungselement mit einem Balg mit einem außenseitig angeordneten Gestrickeschlauch. Damit der Gestrickeschlauch keine Beschädigung des Balges durch z. B. Verrutschen hervorruft, sind die jeweiligen Enden des Gestrickeschlauchs im Anschlussbereich des Balges mittels eines metallenen Winkelringes festgelegt. Hierbei ist ein Ende des Gestrickeschlauchs von dem Winkelring vollständig umschlossen und an den Anschlussbereich des Balges gepresst. Nachteilig hierbei ist, dass sich im Spalt zwischen dem Winkelring und dem Balgende Feuchtigkeit und Salzreste ansammeln können, die zu einer Korrosion des Gestrickeschlauches bzw. des gesamten Leitungselements führen.
Um eine Korrosion in diesem Bereich zu vermeiden, ist in der EP 1 607 598 81 beschrieben, die Festlegung der Enden des Gestrickeschlauchs mittels verpresster Gestrickeenden (sogenannte Gestrickepressringe) zu erzielen. Aus der DE 10 2007 038 509 A1 ist eine Festlegung des Gestrickeschlauch mit einem radial verdickten Umfangsbereich im Gestrickeschlauch vorgesehen, wobei der verdickte Umfangsbereich durch Umschlagen, Einkrempeln oder Einrollen der Enden des Gestrickeschlauches gebildet wird. Nachteilig ist jedoch, dass die beiden vorgenannten Alternativen äußerst aufwändig und sehr kostspielig sind.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein flexibles Leitungselement vorzuschlagen, welches eine kostengünstige Festlegung der Enden des Gestrickeschlauches am Balg beinhaltet und eine Korrosionsgefahr des Leitungselements vermindert wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem flexiblen Leitungselement der eingangs genannten Art gelöst, bei dem der Gestrickeschlauch an einem Endbereich des Balges direkt am Balg befestigt ist.
Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung wird das flexible Leitungselement durch den außenseitig angeordneten Gestrickeschlauch vor äußeren Einwirkungen, wie mechanischen Beeinträchtigungen bei der Montage oder Steinschlag während des Betriebes geschützt, ohne seine Beweglichkeit zu beeinträchtigen. Der Gestrickeschlauch liegt an dem innenseitig angrenzenden Element, zumindest an den äußeren Wellenbergen des Balges, über dessen gesamter Länge hin an, so dass eine unerwünschte Geräuschentwicklung des Leitungselements infolge Schwingungsbewegungen zuverlässig vermieden wird. Es ist dabei vorgesehen, dass der Balg zu beiden Seiten je einen Endbereich hat, der eine Endwelle und einen Anschlussbereich aufweist, wobei die einzelnen Komponenten des Leitungselementes vorzugsweise aus Metall, insbesondere aus Edelstahl, bestehen.
Der Balg hat einen Wellbereich, der sich in einzelne Wellen und zu beiden Seiten des Wellbereichs liegenden Endwellen aufteilt. Die Wellen besitzen als höchste, nach außen sich ausdehnende Punkte Wellenberge, als tiefste Punkte Wellentäler und dazwischen liegende Flanken. Ein Endbereich des Balges erstreckt sich über eine Endwelle zum Anschlussbereich des Balgs.
Die Erfindung sieht zur Festlegung eines Gestrickeschlauchs bevorzugt vor, dass wenigstens ein Ende des Gestrickeschlauchs an einem Endbereich des Balgs stoffschlüssig, vorzugsweise durch Schweißen, befestigt ist. Es sind vorzugsweise Punktschweißungen des Gestrickeschlauches vorgesehen. Eine durchgehende Schweißnaht bringt eine größere Wärmemenge in eine Außenlage des Balges, mit der Gefahr einer Verschweißung der beiden Balglagen, da das Gestricke nur punktuell vorhanden ist und somit eine durchgehende Naht nicht sinnvoll ist. Weiterhin ist der Gestrickeschlauch in seinem nicht festgelegten Bereich entlang des Wellenbereiches des Balgs bewegbar.
Während der Gestrickeschlauch auch an anderen Stellen des Balgs, so auch an einem Wellenberg der äußersten Welle festgelegt sein kann, sieht die Erfindung in einer bevorzugten Ausgestaltung für eine Anbindungsstelle von Balg und Gestrickeschlauch vor, dass wenigstens ein Ende des Gestrickeschlauchs an einer äußeren Flanke der Endwelle des Balgs befestigt ist, wobei das wenigstens eine Ende des Gestrickeschlauchs in der Mitte der äußeren Flanke der Endwelle mit dem Balg verbunden ist. Eine Anbindungsstelle der Enden des Gestrickeschlauches in einer Mitte einer Flanke einer Welle ist ein Ort, an welchem eine Biegespannungsverteilung abhängig von einem Federweg einen Nulldurchgang besitzt. Hierbei ist die Anbindungsstelle am Balg so gewählt, dass sie sich im Bereich niedriger Spannungszustände infolge von Verschiebungen befindet. Hiermit wird sichergestellt, dass die Lebensdauer durch die lokal versteifende Wirkung der Anbindungsstellen (insbesondere durch einzelne Schweißpunkte) nicht reduziert wird. Eventuelle Ermüdungsrisse können dann wieder an den Balggrenzen auftreten, wo die Stellen maximaler Spannungen aus Zwangsverschiebungen liegen. Dies wird durch die erfindungsgemäße Wahl der Anbindungsstelle gewährleistet.
In einer alternativen Ausgestaltung kann besonders bevorzugt vorgesehen sein, dass wenigstens ein Ende des Gestrickeschlauchs im Anschlussbereich des Balges in einem Abstand vom Radiusende der Endwelle befestigt ist. Im Übergangsbereich zwischen äußerster Flanke und Anschlussbereich ist eine Krümmung vorgesehen, die einen bestimmten Radius hat. Das Radiusende ist der Punkt, an dem die Krümmung in den Anschlussbereich mündet. Die Anbindungsstelle kann sich auch in einem Mindestabstand vom Radiusende der Endwelle befinden, wobei sich dieser Abstand als Abklinglänge l nach der Schalentheorie berechnet zu l = 0,4·√D·s wobei D der mittlere Durchmesser des Balges und s die Wandstärke der betrachteten Balglage im zylindrischen Bereich des Anschlussbereichs sei. Der Vorfaktor der obigen Formel ist so gewählt, dass ein rotationssymmetrischer Spannungszustand von einem Radiusende der Endwelle bis zur Verbindungsnaht um 50% abklingt. Somit wird sichergestellt, dass die geringere Ermüdungsfestigkeit der Naht keinen negativen Einfluss auf das Bauteil hat, da der Wert der Spannung bereits auf die Hälfte abgeklungen ist.
Besonders vorteilhaft und kostengünstig an dieser Erfindung ist die einfache Befestigung der Gestrickeschlauchenden direkt am Balg durch Punktschweißen, wobei die Korrosionsgefahr dieser Schweißstelle weitgehend vermieden wird, da korrosionsbegünstigende Spalte vermieden werden.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung, in welcher ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung im Einzelnen erläutert ist. Hierbei zeigt:
1 einen Teilschnitt eines Randbereiches eines erfindungsgemäßen flexiblen Leitungselementes in einer ersten Ausgestaltung; und
2 einen Teilschnitt eines Randbereiches einer alternativen Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen flexiblen Leitungselementes.
In 1 ist ein Randbereich eines erfindungsgemäßen flexiblen Leitungselementes 1 in einer Teilschnittdarstellung gezeigt. Das Leitungselement 1 weist einen ringgewellten Balg 2 mit zylindrischen Anschlussbereichen 3, einem koaxial innerhalb des Balges 2 angeordneten Agraffschlauch 4 oder einen sonstigen Metallschlauch sowie ein koaxial außerhalb des Balges 2 angeordneten Gestrickeschlauch 5 mit Schlauchenden 5a auf. Die beschriebenen Komponenten des Leitungselementes 1 sind aus Metall, insbesondere aus Edelstahl, gefertigt. Der Balg 2 weist einen Wellbereich 6 mit Wellen, insbesondere einer Endwelle 7 mit einer äußeren Wellenflanke 8, auf. Der Agraffschlauch 4 ist durchgehend von Anfang bis Ende des Leitungselementes 1 bis zu den freien Stirnseiten des zugehörigen Balgs 2 geführt, so dass der Agraffschlauch 4 und Balg 2 stirnseitig axial in einer Ebene abschließen. Der Agraffschlauch 4 weist beidseitig einen Anschlussbereich 9 auf. Die Anschlussbereiche 3 des Balges 2 sowie der Anschlussbereich 9 des Agraffschlauchs 4 sind mit einem Profilring 10, vorzugsweise durch Schweißen miteinander verbunden. Mittels des Profilrings 10 wird das Leitungselement 1 mit den restlichen Komponenten einer Abgasanlage (nicht dargestellt) eines Kraftfahrzeuges verbunden.
Die Enden 5a des Gestrickeschlauches 4 sind am Balg 2 bzw. in dessen Anschlussbereich 3 festgelegt, wie in 1 und 2 gezeigt.
In der Ausgestaltung der 1 ist der Gestrickeschlauch 5 bzw. dessen Ende 5a über eine Verbindungsschweißnaht 11 an den Anschlussbereich 3 des Balges 2 befestigt. Die Gestrickeschlauchenden 5a sind mittels Schweißen stoffschlüssig mit dem Balg 2 verbindbar, wobei die Verbindungsschweißnaht 11 um den Umfang des Anschlussbereiches 3 als Kette von einzelnen Schweißpunkten ausgebildet ist. Die Verbindungsschweißnaht 11 befindet sich in Abstand l vom Radiusende 12 der Endwelle 7. Der Abstand l berechnet sich nach der Schalentheorie zu l = 0,4·√D·s wobei D der mittlere Durchmesser und s die Wandstärke der betrachteten Balglage im zylindrischen Bereich ist. Hierbei ist der Vorfaktor der obigen Formel für den Abstand l so gewählt, dass ein rotationssymmetrischer Spannungszustand vom Radiusende 12 der Endwelle 7 bis zur Verbindungsschweißnaht 11 um 50% abklingt. Somit wird sichergestellt, dass die geringere Ermüdungsfestigkeit der Naht keinen negativen Einfluss auf das Bauteil hat, da die Spannung bereits auf die Hälfte abgeklungen ist.
In 2 ist eine weitere Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Leitungselements 1 ebenfalls in einem Teil-Längsschnitt dargestellt. Hierbei ist das Ende 5a des Gestrickeschlauches 5 an der Endwelle 7 des Wellbereichs 6 befestigt. Die Verbindungsschweißnaht 11 befindet sich nun an der äußeren Balgflanke 8 der Endwelle 7, wobei die Schweißnaht 11 ca. auf halber Höhe der Balgflanke 8 angeordnet ist. Die Anbindungsstelle in der Mitte der Balgflanke 8 ist ein Ort, an welchem die Biegespannungsverteilung abhängig vom Federweg einen Nulldurchgang besitzt, wodurch die geringe Ermüdungsfestigkeit der Naht 11 keinen negativen Einfluss auf das Bauteil insgesamt hat. Es wird dadurch sichergestellt, dass die lokal versteifende Wirkung der Verbindungsschweißnaht 11 keine negativen Auswirkungen auf die Lebensdauer hat, d. h. Ermüdungsrisse treten weiterhin an Wellenbergen bzw. -tälern auf, wo Stellen maximaler Spannung aus Zwangsverschiebungen liegen.
Bezugszeichenliste

1: Leitungselement
2: Balg
3: Anschlussenden Balg
4: Agraffschlauch
5: Gestrickeschlauch
5a: Enden Gestrickeschlauch
6: Wellbereich
7: Endwelle
8: Flanke
9: Anschlussbereiche Agraffschlauch
10: Profilring
11: Verbindungsschweißnaht
12: Radiusende
l: Abstand

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

EP 123822681 [0004]
EP 160759881 [0005]
DE 102007038509 A1 [0005]

Claims

Flexibles Leitungselement, insbesondere für die Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs, mit einem Balg (2) und einem zumindest einen Teil der Balgwellen überdeckenden Gestrickeschlauch (5) aus Metall, dadurch gekennzeichnet, dass der Gestrickeschlauch (5) an einem Endbereich des Balges (2) direkt am Balg (2) befestigt ist.
Leitungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Ende (5a) des Gestrickeschlauchs (5) an einem Endbereich des Balgs (2) stoffschlüssig, vorzugsweise durch Schweißen insbesondere Punktschweißen, befestigt ist.
Leitungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Balg (2) zu beiden Seiten je einen Endbereich hat, der eine Endwelle (7) und einen Anschlussbereich (3) aufweist.
Leitungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Ende (5a) des Gestrickeschlauchs (5) an einer Flanke (8) der Endwelle (7) des Balgs (2) befestigt ist.
Leitungselement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Ende (5a) des Gestrickeschlauchs (5) in der Mitte der Flanke (8) der Endwelle (7) mit dem Balg (2) verbunden ist.
Leitungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Ende (5a) des Gestrickeschlauchs (5) im Anschlussbereich (3) des Balges (2) in einem Abstand (l) vom Radiusende (12) der Endwelle (7) befestigt ist.
Leitungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gestrickeschlauch (5) in seinem nicht festgelegten Bereich entlang des Wellenbereiches des Balgs (2) bewegbar ist.