DE4243115C5

DE4243115C5 - Flexible, vibrationshemmende Leitung mit einem abgeflachten Querschnitt, insbesondere für die Abgasanlage eines Fahrzeugmotors

Info

Publication number: DE4243115C5
Application number: DE4243115A
Authority: DE
Inventors: Gianluigi Capra
Original assignee: Flexider SpA
Current assignee: FLEXIDER SpA
Priority date: 1991-12-24
Filing date: 1992-12-21
Publication date: 2005-05-12
Anticipated expiration: 2012-12-22
Also published as: IT1250556B; DE4243115C2; ES2065247A2; ES2065247R; FR2685435A1; ITTO911045A1; FR2685435B1; ES2065247B1; BR9205143A; DE4243115A1; ITTO911045A0

Abstract

Flexible, vibrationshemmende Leitung (1), insbesondere für eine Abgasanlage eines Fahrzeugmotors, mit einem abgeflachten Querschnitt, der eine erste Achse (2) aufweist, entlang welcher die Volumenausdehnung der Leitung in Querrichtung ein Maximum ist, und, eine zweite Achse (3), entlang welcher die Volumenausdehnung der Leitung in Querrichtung ein Minimum ist, wobei die Leitung ein metallisches gewelltes Rohr (5) in Form eines Balgs umfasst und in den Biegeebenen, in denen diese erste bzw. zweite Achse liegt, elastisch verformbar ist, sowie ein Paar rohrförmiger Kopfstücke (6) umfasst, die im Wesentlichen steif und mit den entsprechenden Endendes (7) des Rohrs. (5) fest verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass jede Wellung (9, 10) der Leitung entlang der ersten Achse (2) eine andere Höhe als die gleiche Wellung (9, 10) entlang der zweiten Achse (3) aufweist und dass die Höhe (H1) der Wellungen (9, 10) entlang der zweiten Achse (3) höher ist als die Höhe (H2) der Wellungen...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine flexible, vibrationshemmende Leitung mit abgeflachtem Querschnitt mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Sie betrifft eine Leitung, in der der Leitungsquerschnitt zwei Achsen mit unterschiedlicher Symmetrie aufweist, eine größere und eine kleinere, die vorzugsweise rechtwinklig aufeinander stehen. Nachfolgend wird mit "größere Achse" die Symmetrieachse des Querschnitts eines Rohrs, einer Leitung oder auf jeden Fall eines festen rohrförmigen Rotationskörpers verstanden, in dem diese die größere Volumenausdehnung aufweist, während unter "kleinere Achse" anderezseits diejenige Symmetrieachse des Querschnitts eines Rohrs, einer Leitung oder auf jeden Fall eines festen rohrförmigen Rotationskörpers verstanden wird, in dem diese die kleinere Volumenausdehnung aufweist.
Bekanntlich müssen aus Raummangel einige der flexiblen vibrationshemmenden Leitungen für Abgasanlagen bei Fahrzeugen moderner Konzeption einen abgeflachten Querschnitt aufweisen, d. h. einen Querschnitt, der zwei Symmetrieachsen aufweist, eine größere, entlang welcher die Volumenausdehnung des Querschnitts ein Maximum ist, und eine kleinere, entlang welcher die Volumenausdehnung der Leitung ein Minimum ist; die Querabmessungen der Leitung entlang den beiden Achsen sind so gewählt, daß z. B. die kleinste Abmessung sich dem verfügbaren Platz anpaßt und die größte so ist, daß sie einen Gesamtdurchströmungsquerschnitt für die. Abgase garantiert, der so ist, daß sich die hydraulischen Verluste und damit der Gegendruck auf den Auspuff in Grenzen hält, um die vom Motor, der mit der obigen Leitung ausgerüstet ist, auf die Achse aufgebrachte Leistung nicht zu beeinträchtigen.
Diese erzwungene Querschnittsform bringt es mit sich, daß die Leitung nicht mehr die gleiche Flexibilität in allen ihrer Symmetrieachsen aufweist, die quer zu ihrer Symmetrielängsachse liegen, wie die bekannten flexiblen Leitungen mit rundem Querschntt; insbesondere ist sie bekanntlich zu biegsam in der Biegeebene, in der die kleinere Achse liegt, und wenig biegsam in der Biegeebene, in der die größere Achse liegt; das zwingt dazu, die Leitung zu bauen, indem man in der Konstruktionsphase einen Kompromiß zwischen der Biegsamkeit in den beiden genannten Ebenen sucht, was unweigerlich zu einer Minderung der Leistung gegenüber den Leitungen gleicher Querschnittsgröße und gleichen Materials, jedoch mit kreisförmigem Querschnitt, fürt.
Ferner zeigen die bekannten flexiblen Leitungen, die im allgemeinen aus einem flexiblen, welligen Rohr in der Form eines Wellrohrbalgs und. aus einem Paar steifer, rohrförmiger auf das Wellrohr aufgeschweißter Kopfstücke bestehen, unabhängig von ihrer Querschnittsform (kreisförmig oder abgeflacht) Probleme übermäßiger Biegsamkeit an den Kopfstücken, was dazu führt, daß an diesen Stellen, in Anbetracht der Tatsache, daß es sich eben hier um die im Betrieb durch Wärmedehnung und Vibrationen am meisten beanspruchten Stellen handelt, die Möglichkeit der Rißbildung am größten ist. Die Verbindungsstelle zwischen Rohr und Kopfstück kann sich als besonders problematisch erweisen, wenn sie, wie. üblich, durch Schweißen ausgeführt ist. Um bei im Querschnitt kreisförmigen Kraftfahrzeug-Abgasleitungen vorzeitige Ermüdungsbrüche im Bereich zwischen dem Kopfstück. und dem mit Wellen versehenen Rohr zu vermeiden, ist es bekannt ( DE 26 55 091 A1 ) den Wellenabstand in dem an die Kopfstücke anschließenden Bereich, insbesondere auf der Abgaszutrittsseite zu vergrößern, um diesen Bereich zu versteifen und die einwirkenden Schwingungsbeanspruchungen über die gesamte Länge des mit Wellen versehenen Rohrs zu verteilen. Auch eine Veränderung der Höhe von in Längsrichtung aufeinander folgenden Wellen wurde dabei in Betracht gezogen, wobei jedoch die Höhe der jeweiligen Welle in Umfangsrichtung unverändert bleibt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine flexible, vibrationshemmende Leitung mit abgeflachtem Querschnitt und frei von den obigen Schwachpunkten zu schaffen, die insbesondere eine erhöhte Biegsamkeit in der Ebene, in der sie beabsichtigterweise aufgrund der Axialversetzung der Abgasleitung und/oder unter der Wirkung der Vibrationen des Motors verformt wird, aber andererseits eine eingeschränkte Gesamtbiegsamkeit aufweist, so daß sie robust und langlebig wird.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einer flexiblen, vibrationshemmenden Leitung, insbesondere für eine Abgasanlage eines Fahrzeugmotors, mit einem abgeflachten Querschnitt, der eine erste Achse aufweist, entlang welcher die Volumenausdehnung der Leitung in Querrichtung ein Maximum ist, und eine zweite Achse, entlang welcher die Volumenausdehnung der Leitung in Querrichtung ein Minimum ist, wobei die Leitung ein metallisches, gewelltes Rohr in Form eines Balgs umfaßt und in den Biegeebenen, in denen diese erste bzw. zweite Achse liegt, elastisch verformbar ist, sowie ein Paar rohrförmiger Kopfstücke umfaßt, die im wesentlichen steif und in den entsprechenden Enden des Rohrs fest verbunden sind, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jede Wellung der Leitung entlang der ersten Achse eine andere Höhe als die gleiche Wellung entlang der zweiten Achse aufweist und daß die Höhe der Wellungen entlang der zweiten Achse größer ist als die Höhe der Wellungen entlang der ersten Achse, wobei die Höhen gewählt sind, dass die Leitung in den Biegeebenen eine beabsichtige Biegesteifigkeit aufweist.
Zwecks besseren Verständnisses des Erfindung wird nachstehend eine nicht einschränkende Beschreibung einer erfindungsgemäßen Ausführungsform anhand der beiliegenden Zeichnungen gegeben; in diesen
zeigt 1 eine schematische Teilschnittansicht einer erfindungsgemäßen vibrationshemmenden Leitung im Aufriß in Längsrichtung;
2 zeigt im vergrößerten Maßstab im Querschnitt eine Einzelheit am Endteil der Leitung aus 1; und
3 zeigt einen Querschnitt der Leitung aus 1 entlang der Schnittebene III-III.
Unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 wird unter 1 eine flexible; vibrationshemmende Leitung gezeigt, insbesondere bestimmt für die Montage entlang einer Leitung für die Abgasanlage eines Fahrzeugmotors, die als solche bekannt sind und zwecks Vereinfachung nicht dargestellt werden; die Leitung 1 (3) hat einen abgeflachten Querschnitt 4, der eine erste Achse 2, entlang welcher die Volumenausdehnung der Leitung 1 in Querrichtung ein Maximum ist, und eine zweite Achse 3, entlang welcher die Volumenausdehnung der Leitung im Querrichtung ein Minimum ist, aufweist; in Einzelheiten sind die zwei Achsen 2 und 3 zwei Symmetrieachsen des Querschnitts 4 der Leitung 1, die im 90°-Winkel aufeinanderstehen.
Die Leitung 1 besteht aus einem metallischen, gewellten Rohr 5 in der Form eines Balgs, so daß es in den entsprechenden Biegeebenen, in denen die Achsen 2 bzw. 3 liegen, elastisch verformbar wird, mit einem Paar rohrförmiger Kopfteile 6, die im wesentlichen steif sind und mit den Enden 7 des Rohrs 5 fest verbunden sind; dieses weist eine Vielzahl von Wellungen 9, 10 auf, die nebeneinander und mit einem bestimmten Schritt beabstandet voneinander liegen, wobei jede Wellung 9, 10 des Rohrs 5 entlang der ersten Achse 2 eine Höhe h₂ aufweist, die sich von der Höhe H₁ unterscheidet, die die gleiche Wellung 9, 10 entlang der zweiten Achse 3 aufweist. Im einzelnen weisen die Wellungen 9, 10 des gewellten Rohrs 5 eine größere Höhe in Richtung der zweiten Achse 3, und eine kleinere Höhe in Richtung der ersten Achse 2 auf, wobei die Beziehung gilt: H1 > h2.
Unter besonderer Bezugnahme auf 3 sind gemäß einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform die Wellungen 9, 10 von entsprechenden Böden 11 mit einem im Querschnitt im wesentlichen ovalen Profil, das aus geraden Abschnitten besteht, die in kreisförmige Abschnitte übergehen, und von entsprechenden Wellenkammteilen 12 mit im Querschnitt im wesentlichen elliptischem Profil, das aus Kurventeilen zusammengesetzt ist, begrenzt. Der Querschnitt der Leitung 1 ist daher insgesamt im wesentlichen oval/elliptisch.
Vorzugsweise umfaßt die Leitung 1 ferner einen Strumpf 14 aus Metallmaschen vom bekannten Typ, der von außen das gewellte Rohr 5 zum Schutz umhüllt und im Inern der rohrförmigen Kopfstücke 7 endet die fest mittels plastischer Deformation (z. B. durch Stauchen und Falzen) an die entsprechenden Enden 7 des Rohrs angequetscht sind um die entsprechenden Enden 15. des äußeren Strumpfes 14 einzuklemmen. Auf diese Weise bildet der Komplex Rohr 5 - Strumpf 14 – Kopfstück 7 ohne Schweißung ein monolithisches Ganzes dank der besonderen Form und Bearbeitung der Einzelteile.
Diese Befestigung ist ausreichend, das Zusammenfügen der Leitung 1 zu gewährleisten bis zum Augenblick des Anbaus auf bekannte und zwecks Vereinfachung nicht gezeigte Weise an die Abgasleitung des Motors eines Fahrzeugs. Da nun dieser Anbau durch Verbinden mittels An- schweißen der Kopfstücke 7 an die Enden des anzuschließenden Abgasrohrs erfolgt, ergibt sich, aus der beschriebenen Struktur, daß die gleiche Operation des Festschweißens der Kopfstücke 7 am Abgasrohr auch das definitive und per- manente Festschweißen der Kopfstücke 7 an das Rohr 5 und an den Strumpf 14 ermöglicht, und zwar deswegen, weil die entsprechenden Enden 7 und 15 in enger Berührung gegen die Kopfstücke 6 gequetscht sind und daher mit diesen eine Einheit bilden und mit diesen und der nicht gezeigten Abgasleitung des Fahrzeugmotors beim Anschweißen der Kopfstücke 7 an diese letzteren zu einer Einheit zusammengeschweißt werden.
Die Wellungen 9 des Rohrs 5, die den größten Teil desselben ausmachen und den Mittelteil des Rohrs selbst bilden, liegen nebeneinander und sind in gleichmäßiger Schrittbreite beabstandet: Im Längsschnitt (1 und 2) zeigen sie eine Form, die im wesentlichen einem Omega entspricht, wobei die Wellentalteile 11 und die Wellenbergteile 12 gerundet und durch schräglaufende Teile miteinander verbunden sind; die Wellungen 10 hingegen sind an den entsprechenden Teilen 20 des Rohrs 5 in der Nähe der Kopfstücke 7 ausgebildet und voneinander mit größerer Schrittweite beabstandet als die Wellungen 9, so daß in den Endteilen 20 des Rohrs 5 eine größere Steifheit entsteht als im Rohr 5 in seiner Gesamtheit. Vorzugsweise hat dieses Rohr (2) eine doppelte Wand 21, die von zwei unterschiedlichen Elementen 22 gebildet wird, die übereinandergelegt und miteinander gekoppelt sind.
Dank der beschriebenen Struktur, und insbesondere der unterschiedlichen Höhen, die jede Welle 9, 10 in den Achsen 2 und 3 aufweist, geben die Wellen 9, 10 dem Rohr 5 und damit der Leitung 1 in ihrer Gesamtheit eine geringere Biegesteifheit in der Ebene, in der die Achse 3 liegt, d. i. in der Ebene, die normalerweise im Gebrauch dazu bestimmt ist als Biegungsebene für die Leitung 1 zum Ausgleich eines etwaigen Achsenversatzes in der Abgasleitung zu diesen, oder aber um etwaige Vibrationen absorbieren zu können, andererseits erhält das Rohr 5 eine größere Biegesteifheit in der Ebene, in der die Achse 2 liegt, und die als solche die Ebene ist, durch die die neutrale Beanspruchungsachse läuft. Diese Tatsache garantiert einerseits für die Leitung 1 große Biegeleistungen und andererseits eine höhere Robustheit, um damit die derzeit bei flexiblen Leitungen mit abgeflachten Querschnitt auftretende Probleme zu lösen. Die übrigen konstruktiven Details (Form und Schrittweite der Wellungen, usw.) tragen ferner dazu bei, diese Kombination Flexibilität/Robustheit weiter zu verstärken, indem sie auf diese Weise die Fertigung von flexiblen Vezbindungsleitungen mit mäßigen Kosten, mit langer Lebensdauer und großer Zuverlässigkeit gestatten.

Claims

Flexible, vibrationshemmende Leitung (1), insbesondere für eine Abgasanlage eines Fahrzeugmotors, mit einem abgeflachten Querschnitt, der eine erste Achse (2) aufweist, entlang welcher die Volumenausdehnung der Leitung in Querrichtung ein Maximum ist, und, eine zweite Achse (3), entlang welcher die Volumenausdehnung der Leitung in Querrichtung ein Minimum ist, wobei die Leitung ein metallisches gewelltes Rohr (5) in Form eines Balgs umfasst und in den Biegeebenen, in denen diese erste bzw. zweite Achse liegt, elastisch verformbar ist, sowie ein Paar rohrförmiger Kopfstücke (6) umfasst, die im Wesentlichen steif und mit den entsprechenden Endendes (7) des Rohrs. (5) fest verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass jede Wellung (9, 10) der Leitung entlang der ersten Achse (2) eine andere Höhe als die gleiche Wellung (9, 10) entlang der zweiten Achse (3) aufweist und dass die Höhe (H1) der Wellungen (9, 10) entlang der zweiten Achse (3) höher ist als die Höhe (H2) der Wellungen (9, 10) entlang der ersten Achse (2), wobei die Höhen so gewählt sind dass die Leitung (1) in den Biegeebenen eine beabsichtigte Biegesteifigkeit aufweist.
Flexible Leitung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Achse (2; 3) zwei Symmetrieachsen des Leitungsquerschnitts sind, die im Winkel von 90° zueinander verlaufen.
Flexible Leitung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellungen (9; 10) durch entsprechende Wellentäler (11), die im Querschnitt ein Profil aufweisen, das aus geradlinigen Abschnitten besteht, die in kreisförmige Abschnitte übergehen und von entsprechenden Wellenbergen (12) mit einem Querschnitt, der sich im Wesentlichen aus elliptischen Kurventeilen zusammensetzt, gebildet werden.
Flexible Leitung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das gewellte Rohr (5) außen von einem Strumpf (14) mit metallischen Maschen umhüllt ist, dessen Enden im Innern der steifen, rohrförmigen Kopfstücke (7) endet, wobei die Enden durch plastische Verformung durch Einklemmen fest mit den Enden des Rohrs (5) verbunden sind.
Flexible Leitung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellungen (9) gleichmäßig voneinander beabstandet sind, und im Längsschnitt durch das Rohr eine Form haben, die im Wesentlichen einem Omega entspricht, und dass die Wellungen (10) in der Nähe der Kopfstücke (7) für eine größere Steifigkeit weiter voneinander beabstandet sind, als die ersten Wellungen (9).
Flexible Leitung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das flexible Rohr (5) doppelwandig ausgebildet ist, wobei die Wand (21) aus zwei unterschiedlichen Elementen (22) gebildet wird, die in Übereinanderlage miteinander verbunden sind.