DE3708415A1 - Flexibles leitungselement fuer abgasleitungen von verbrennungsmotoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein flexibles Leitungselement für Abgasleitungen von Verbrennungsmotoren bei Kraft­ fahrzeugen mit einem schraubengangförmig oder ringge­ wellten Balg aus Metall und mit diesem beidseitig gas­ dicht durch Schweißen verbundenen, im wesentlichen zylindrischen Anschlußstücken in Form von Hülsen oder Stutzen.

Derartige flexible Leitungselemente werden in der Regel als Zwischenstücke in die im übrigen starre Abgas­ leitung eingebaut, um Bewegungen und Schwingungen aufzunehmen und von der Weiterleitung an benachbarte Bauteile abzukoppeln, wie sie durch die elastische Lagerung der Antriebsmaschine, Erschütterungen des Fahrzeuges, temperaturänderungsbedingte Längenänderungen etc. entstehen. Dabei tritt neben der Eigenschaft der Flexibilität in zunehmenden Maße die Frage der Wärme­ dämmung, der Schallabsorbtion und der Dichtheit gegen Austritt von Abgaben in den Fordergrund, insbesondere in Verbindung mit Katalysatorfahrzeugen und verschärften Bestimmungen hinsichtlich Schall- und Abgasemission.

Leitungselemente der eingangs genannten Art gehören zu den von Haus aus absolut dichten Elementen. Diese müssen jedoch wegen der insbesondere im Zuge der Ab­ gasentgiftung auftretenden immer höheren Temperaturen aus korrosionsbeständigem und damit vergleichsweise teuerem Material hergestellt werden. Im Hinblick auf die hohe Temperaturbelastung wird eine vergleichs­ weise große Wandstärke für den Balg erforderlich, die wiederum in ganz entscheidendem Maß die Flexibili­ tät negativ beeinflußt, die aber gerade für ein Aus­ gleichselement zur Bewegungs- und Schwingungsaufnahme im Vordergrund steht. Um trotz der erheblichen Wand­ starke ausreichende Flexibilität sicher zu stellen, ist man daher gezwungen, dem Leitungselement eine bedeutende Länge zu geben. Dies wiederum steigert den Material- und Kosteneinsatz, insbesondere aber den für die Unterbringung des Leitungselementes er­ forderlichen Raum, der jedoch bei modernen Kraftfahr­ zeugen im Zuge der dort verwirklichten sehr kompakten Bauweise immer knapper wird.

Um diesen Erscheinungen zu begegnen, ist es bereits bekannt, im Balg ein einseitig befestigtes Degenrohr als Wärmeschutzrohr anzuordnen, um auf diese Weise den heißen Abgasstrom von einer direkten Berührung mit der Innenseite des Balges fernzuhalten und im übrigen zwischen Degenrohr und Balg einen nicht durch­ strömten Zwischenraum zu schaffen, der in gewisser Weise als dämpfendes Glied in der Kette der Wärme­ übertragung vom Abgas nach außerhalb des Leitungs­ elementes dient. Diese Maßnahme setzt zwar die Be­ lastung des das Leitungselement im wesentlichen bildenden Balges herab, so daß der Balg auf ein ge­ ringeres Belastungsprofil hin dimmensioniert, folg­ lich etwas dünnwandiger und kürzer ausgebildet werden kann. Das so erreichte bedeutet jedoch einen verhältnis­ mäßig kleinen Entwicklungsschritt und muß im übrigen den erheblichen Nachteil in Kauf nehmen, daß durch das erwähnte Degenrohr die Lateral- und Angularbeweg­ lichkeit des Balges erheblich eingeschränkt wird, obwohl gerade diese bei kürzer werdendem Leitungs­ element in entsprechend immer höherem Maße gefordert ist.

Ein weiteres erhebliches Problem ist durch die Resonanz­ schwingungen gegeben, die am Balg auftreten und zu dessen rascher Zerstörung führen würden, würde der Balg nicht entsprechend stark dimensioniert und in­ folgedessen, wie dargelegt, mit einer erheblichen Länge ausgestattet.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, für ein Leitungs­ element der eingangs genannten Art eine Möglichkeit anzugeben, wie sich dieses vergleichsweise sehr kurz und dünnwandig, damit also kompakt ausbilden läßt und trotzdem eine gute Schallisolierung und hohe Hitzebe­ ständigkeit ergibt.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die lichte Weite des der Verbindung mit dem Balg abge­ wandten freien Endes der Anschlußstücke kleiner als der lichte Innenquerschnitt des Balges ist, daß mit der Innenseite der freien Enden ein lose und ohne Dichtungseinlage gewickelter, zum Balg koaxial ange­ ordneter Metallschlauch aus hitze- und korrosions­ beständigem Metall durch Schweißen verbunden ist, daß der Außenquerschnitt des Metallschlauches mit Abstand kleiner als der lichte Innenquerschnitt des Balges ist, daß in den Ringraum zwischen Balg und Metallschlauch eine wärmedämmende, schallabsorbierende, korrosions­ und hitzbeständige Isolierlage eingebracht ist und daß die Isolierlage axial gestaucht und damit radial gegebenenfalls bis in die Profilierung des Balges und des Metallschlauches aufgeweitet sowie verdichtet ist. isolierung verfügt und mit dem Abgasstrom nicht in Berührung kommt, so daß bei der Dimensionierung des Balges außergewöhnliche Temperatureinflüsse ausge­ schaltet sind. Darüber hinaus führt die Isolierlage insbesondere dann, wenn sie in die Balgprofilierung etwas eindringt, zu einer äußerst starken Schwingungs­ dämpfung für den Balg und zu einer gleichmäßigen Ver­ teilung der Schwingungen über die gesamte Balgläge, so daß auch diesbezüglich keine übermäßige Rück­ sichtnahme mehr erforderlich ist. Dies alles führt dazu, daß der Balg vergleichsweise dünnwandig und damit hochflexibel ausgebildet werden kann, so daß er bereits bei geringer Länge die notwendige Axia- Lateral- und Angularbeweglichkeit aufweist.

Andererseits kann die innere Abstützung und Distanzierung der Isolierlage gegenüber dem Abgasstrom nunmehr als einfachster, äußerst lose gewickelter Metallschlauch ausgebildet sein, der dadurch einerseits die Flexi­ bilität bzw. Beweglichkeit des Balges und damit des Leitungselementes in keiner Weise beeinträchtigt oder einschränkt, andererseits aber nicht die Gefahr des Entstehens von Klappergeräuschen od. dgl. mit sich bringt, da auch der Metallschlauch gleichermaßen durch die in seine Profilierung von außen eingreifende Isolierlage hinsichtlich der Entstehung von Schwingungen gedämpft und gehalten ist. Die innere Abstützung ist also ebenfalls hoch flexibel und setzt dem Leitungs­ element hinsichtlich Axial-, Lateral- und Angularbe­ weglichkeit keinerlei Grenzen.

Schließlich ist durch die Schweißverbindung zwischen Metallschlauch und Anschlußstücken, die als Abschluß der Montage der geschilderten Einheit stattfindet, die Isolierlage allseitig gekammert, so daß sie keine Möglichkeit des Ausweichens hat und sich damit im Betrieb nicht eventuell allmählich auflösen kann. Bei der Montage unterstützt die Eigenschaft des Metall­ schlauches, in weiten Grenzen längenveränderbar zu sein, die Montage der Einheit und dabei die Mög­ lichkeit des Zutritts zur Isolierlage, um diese zu stauchen und zu verdichten.

Zweckmäßig ist es, daß die Isolierlage im wesentlichen aus Glas- oder Mineralfasern gebildet ist. Dabei kann das Material der Isolierlage in Form eines Vlieses, eines Gewebes, eines Gestrickes oder eines Geflechtes vorliegen. Hier ist insbesondere die Verwendung einer als Geflecht ausgebildeten Isolierlage von besonderem Vorteil, da sich Geflechte unter gleichzeitiger Änderung ihres Durchmessers in weiten Grenzen in ihrer Länge ändern lassen, wobei eine Längenvergrößerung zu einer Durchmesserreduzierung und umgekehrt führt. Dies läßt sich bei der Montage dadurch ausnutzen, daß der Metallschlauch zusammen mit einer darum ange­ ordneten Isolierlage aus einem Geflecht in die äußerste Strecklage gebracht wird, um so in den Balg ohne Schwierigkeiten eingeschoben werden zu können. Im Anschluß daran wird dann der Metall­ schlauch zusammen mit der Isolierlage auf die Ein­ baulänge zuzammengeschoben, wodurch die Isolierlage sich gleichmäßig über die gesamte Länge in ihrem Durchmesser zu vergrößern sucht, was wiederum dazu führt, daß das Material der Isolierlage verdichtet und gleichzeitig von innen in die Profilierung des Balges und von außen in die Profilierung des Metall­ schlauches gedrückt wird, so daß sich hier ein guter gegenseitiger Verbund ergibt, der eine hohe Schwingungs­ dämpfung in über die gesamte Länge des Leitungsele­ mentes gleichmäßiger Verteilung gewährleistet.

In diesem Zusammenhang kann es vorteilhaft sein, daß die Isolierlage zweischichtig ausgebildet ist insbe­ sondere in dem Sinne, daß einer radial innen liegen­ den Schicht von Anfang an eine höhere Dichte und Temperaturbeständigkeit gegeben wird, während die äußere Schicht mehr auf die Schaffung eines guten formschlüssigen Verbundes mit dem Balg ausgelegt ist. So kann also insbesondere die innere Schicht der Isolierlage ein Vliesstoff sein, während die äußere Schicht als Geflecht des Isoliermaterials ausgebildet ist.

Weiterhin kann es vorteilhaft sein, daß das Material der Isolierlage eine Beimengung aus hitze- und korrosions­ beständigen Metallfasern enthält, um dadurch die innere Festigkeit und Tragfähigkeit der Isolierlage zu er­ höhen.

Im Hinblick auf die weitere Ausbildung des Leitungs­ elementes kann vorgesehen sein, daß die Anschluß­ stücke balgseitig eine bis auf den Außenquerschnitt des Balges geführte Aufbördelung aufweisen sowie im Bereich dieses Außenquerschnittes mit dem Balg ver­ schweißt sind. Ist dann der Balg mit einem Schlauch aus Drahtgeflecht ummantelt, um dem Balg zusätzlich gegen äußere mechanische Beeinflussung und Ver­ schmutzungen zu schützen, so können die Schlauch­ enden des Drahtgeflechtes ebenfalls durch die Ver­ schweißung zwischen Anschlußstücken und Balg erfaßt sein.

Darüber hinaus kann es dann zweckmäßig sein, daß die Anschlußstücke ausgehend von den Aufbördelungen einen sich koaxial über einen Teil der Balg- bzw. Schlauch­ länge erstreckenden zylindrischen Fortsatz aufweisen, um gerade die Enden des Balges und gegebenenfalls des Geflechtsschlauches im Bereich der Anschlußverbindung zu schützen. Hier ist es schließlich zweckmäßig, daß der Fortsatz zu seinem freien Ende hin trompeten­ förmig aufgeweitet ist, um im Rahmen der Angular- und Lateralbeweglichkeit des Leitungselementes nicht im Wege zu stehen.

Was die Ausbildung des Metallschlauches des erfin­ dungsgemäßen Leitungselementes betrifft, so ist es zweckmäßig, diesen als Agraffschlauch auszubilden.

Dabei kann vorgesehen sein, daß der Agraffschlauch eine Bandprofilierung mit sich hinterhakenden Band­ kanten aufweist. Hier findet also eine solche Aus­ bildung des Agraffschlauches Verwendung, bei dem die Bandkanten nicht nur in Axialrichtung des Schlauches dessen Längenänderungen begrenzen, sondern auch in Radialrichtung dafür sorgen, daß die einzelnen Schlauchwicklungen gegeneinander festgelegt sind, wobei ein im Rahmen dieser Festlegung gewünschtes Spiel durch entsprechende Ausbildung der Bankprofi­ lierung gewählt werden kann.

Der Metallschlauch, insbesondere in seiner Ausbildung als Agraffschlauch kann einen kreisförmigen Quer­ schnitt aufweisen, wie er im Normalfalle aus Gründen der einfachen Herstellung zweckmäßig ist.

Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, daß der Me­ tallschlauch einen vieleckigen Querschnitt aufweist, was nicht nur dazu führt, daß sich benachbarte und ineinander greifende Windungen des Metallschlauches nur in engen Grenzen gegeneinander verdrehen können, sondern was auch dazu führt, daß die Isolierlage in Umfangsrichtung eine gewisse zusätzliche Festlegung gegen Verrutschen erfährt.

Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung er­ geben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform anhand der Zeichnung, die ein Leitungs­ element in Seitenansicht, teilweise im Axialschnitt zeigt.

In der Zeichnung ist ein ringgewellter Metallbalg 1 mit Kreisquerschnitt dargestellt, dessen Enden im Bereich des Balgaußendurchmessers mit Anschlußstücken 2, 3 in Form von Metallhülsen verschweißt sind. Dabei ist ein den Balg 1 außen umgebender Schlauch 4 aus einem Metallgeflecht mitverschweißt, der den Balg gegen äußere mechanische Beeinträchtigung und Ver­ schmutzung schützt. Ausgehend von den Schweißstel­ len 5, 6 weisen die Anschlußstücke 2, 3 außerdem Fortsätze 7, 8 auf, die den Balg 1 und den Schlauch 4 im Bereich der Schweißverbindungen 5, 6 stützen und außerdem endständig trompetenförmig aufgeweitet sind, um Angular- und Lateralbewegungen des Balges und des Schlauches ohne das Auftreten einer Kantenpressung zu­ zulassen.

Innerhalb des Balges 1 ist eine aus zwei Schichten 9, 10 aufgebaute Isolierlage aus Mineral- oder Glas­ fasern angeordnet, wobei die Schicht 9 ein durch Stauchung aufgeweitetes Geflecht des Isoliermaterials und die Schicht 10 ein durch Stauchen verdichtetes Vlies des Isoliermaterials sein kann. Die Isolier­ lage 9, 10 erstreckt sich über die gesamte Länge des Balges 1 und ist nach radial innen durch einen lose ohne Dichtungseinlage gewickelten Agraffschlauch 11 abgestützt, dessen Außendurchmesser um die gewünschte Dicke der Isolierlage kleiner als der Innendurchmes­ ser des Balges 1 ist, und dessen Außendurchmesser im übrigen dem lichten Querschnitt der freien Enden der Anschlußstücke 2, 3 entspricht, so daß er dort bei 12 und 13 durch Schweißen mit den Anschlußstücken 2, 3 fest verbunden sein kann.

Dadurch, daß der Agraffschlauch 11 lose, also unter erheblichem gegenseitigen Spiel der ineinandergreifen­ den Schlauchwindungen gewickelt ist, hat der Agraff­ schlauch 11 in Axial-, Angular- und Lateralrichtung völlig ungehinderte Bewegungsfreiheit, so daß er die gleichermaßen gegebene Flexibilität bzw. Beweglich­ keit des Balges 1 in keiner Weise beeinträchtigt. Dies führt andererseits nicht zu einer Gefahr des Klapperns der Agraffschlauchwindungen, weil ebenso wie bezüglich des Balges 1 das Material der Dicht­ lage 9, 10 durch deren Stauchung etwas in die Pro­ filierung von Balg 1 und Agraffschlauch 11 eindringt und damit diese Teile bzw. die gegenseitige Bewegung deren benachbarter Windungen bzw. Wellungen in einer über die gesamte Länge des Leitungselementes gleich­ mäßig verteilten Weise dämpft.

Die Isolierlage 9, 10 führt insgesamt dazu, daß der Balg 1 bezüglich der abgasbedingten Wärmebelastung vom Abgasstrom abgekoppelt ist, so daß der Balg dünnwandig und kurz ausgebildet sein kann, ohne damit verglichen mit bekannten Bälgen an Beweg­ lichkeit und Leistungsfähigkeit insbesondere hin­ sichtlich Lebensdauer zu verlieren.

Hinsichtlich der Herstellung bzw. der Montage des dargestellten Leitungselementes kann man beispiels­ weise so vorgehen, daß zunächst mit dem Anschluß­ stück 2 der Balg 1 und der Geflechtsschlauch 4 ver­ schweißt wird. Anschließend wird eine aus Agraff­ schlauch 11 und über dessen gesamte Länge darum angeordnete Isolierlage 9, 10 von rechts nach links in den Balg 1 eingeschoben, wobei sich die Isolier­ lage von links her dadurch verdichtet und radial vergrößert, daß der Agraffschlauch weiter bis in den freien Querschnitt des Anschlußstückes 2 bewegt wird, um dort angeschweißt zu werden.

Anschließend wird die Isolierlage von ihrem rechten Ende aus gestaucht und damit verdichtet sowie radial vergrößert, beispielsweise durch das Aufstecken des rechten Anschlußstückes 3, das dann anschließend bei 6 mit dem Balg 1 und dem Geflechtsschlauch 4 ver­ schweißt wird. Als letztes findes dann die Schweiß­ verbindung zwischen Anschlußstück 3 und Agraffschlauch 11 bei 13 statt.

Je nach den Gegebenheiten des Einzelfalles kann das Material der Isolierlage 9, 10 durch eine Beimengung von Metallfasern verstärkt und verfestigt sein.

Das so erstellte Leitungselement zeichnet sich durch hohe Beweglichkeit aus und ist andererseits mit einer starken Schwingungsdämpfung und Wärmeisolierung ausge­ stattet, womit es auf kleinem Einbauraum alle hier in Zusammenhang mit modernen Abgasanlagen auftretenden Forderungen in betriebssicherer Weise zu erfüllen vermag. Schließlich stellt das Leitungselement eine in ihrer Gesamtheit vorfertigbare, abgeschlossene und damit transportfähige Einheit dar, die insoweit bei ihrem Einbau vor Ort keiner besonderen Handhabung mehr bedarf.

Claims (18)

1. Flexibles Leitungselement für Abgasleitungen von Verbrennungsmotoren bei Kraftfahrzeugen mit einem schraubengangförmig oder ringgewellten Balg aus Metall und mit diesem beidseitig gasdicht durch Schweißen verbundenen, im wesentlichen zylindrischen Anschluß­ stücken in Form von Hülsen oder Stutzen,
dadurch gekennzeichnet,
daß die lichte Weite des der Verbindung mit dem Balg (1) abgewandten freien Endes der Anschlußstücke (2, 3) kleiner als der lichte Innenquerschnitt des Balges ist, daß mit der Innenseite der freien Enden ein lose und ohne Dichtungseinlage gewickelter, zum Balg koaxial angeordneter Metallschlauch (11) aus hitze- und korrosionsbeständigem Metall durch Schweißen (12, 13) verbunden ist, daß der Außenquerschnitt des Metallschlauches mit Abstand kleiner als der lichte Innenquerschnitt des Balges ist, daß in den Ring­ raum zwischen Balg und Metallschlauch eine wärmedämmen­ de, schwingungsfeste, schallabsorbierende, korrosions­ und hitzebeständige Isolierlage (9, 10) eingebracht ist und daß die Isolierlage axial gestaucht und damit radial gegebenenfalls bis in die Profilierung des Balges und des Metallschlauches aufgeweitet sowie verdichtet ist.

2. Leitungselement nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Isolierlage (9, 10) im wesentlichen aus Glas- oder Mineralfasern gebildet ist.

3. Leitungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Isolierlage ein Vlies ist.

4. Leitungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Material der Isolierlage ein Gewebe ist.

5. Leitungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Isolierlage ein Gestricke ist.

6. Leitungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Material der Isolierlage ein Geflecht ist.

7. Leitungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Isolierlage (9, 10) zwei­ schichtig ausgebildet ist.

8. Leitungselement nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die innere Schicht (10) der Isolier­ lage ein Vlies und die äußere (9) ein Geflecht ist.

9. Leitungselement nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Isolierlage (9, 10) eine Beimengung aus hitze­ und korrosionsbeständigen Metallfasern enthält.

10. Leitungselement nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Anschlußstücke (2, 3) balgseitig eine bis auf den Außenquerschnitt des Balges geführte Aufbördelung aufweisen sowie im Bereich dieses Außen­ querschnittes mit dem Balg verschweißt (5, 6) sind.

11. Leitungselement nach Anspruch 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Balg (1) mit einem Schlauch (4) aus Drahtgeflecht ummantelt ist und die Schlauchenden ebenfalls durch die Verschweißung (5, 6) zwischen An­ schlußstücken (2, 3) und Balg (1) erfaßt sind.

12. Leitungselement nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußstücke (2, 3) ausgehend von den Aufbördelungen einen sich koaxial über einen Teil der Balg- bzw. Schlauchlänge erstreckenden zylindrischen Fortsatz (7, 8) aufweisen.

13. Leitungselement nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Fortsatz (7, 8) zu seinem freien Ende hin trompetenförmig aufgeweitet ist.

14. Leitungselement nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallschlauch (11) aus rostfreiem Stahl besteht.

15. Leitungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichent, daß der Metall­ schlauch (11) ein Agraffschlauch ist.

16. Leitungselement nach Anspruch 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Agraffschlauch (11) eine Band­ profilierung mit sich hinterhakenden Bandkanten aufweist.

17. Leitungselement nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Metall­ schlauch einen kreisförmigen Querschnitt aufweist.

18. Leitungselement nach einem der Ansprüche 1-16, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallschlauch einen vieleckigen Querschnitt aufweist.