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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine flexible Verbindungsröhre gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruches 1. Diese Verbindungsröhre ist geeignet zur Verwendung
in Automobilabgassystemen und betrifft insbesondere eine flexible
Verbindungsröhre,
die eine flexible Verbindung zwischen vorderen und hinteren Abgasröhren vorsieht
zur Absorption von Motorvibrationen und ungewollten Vibrationen,
die von den Straßenrädern zu
einem Kanal von Abgasleitungen gelangen.
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Wie
allgemein bekannt, beinhaltet ein Fahrzeugabgassystem oftmals eine
flexible Verbindungsrohranordnung, die zwischen vorderen und hinteren Abgasröhren angeordnet
ist, um effektiv ungewünschte
Vibrationsübertragung,
die in einem Kanal von Abgasleitungen zu absorbieren oder um thermische
Expansion oder Kontraktion der Abgasröhren zu absorbieren, um so
eine Lebensdauer der Abgasleitungen zu erhöhen. Eine derartige flexible
Verbindungsröhre
ist im allgemeinen ausgebildet mit einer äußeren flexiblen Röhre, oftmals
als "äußeres Geflecht" bezeichnet, einer
inneren flexiblen Röhre,
oftmals als inneres Geflecht bezeichnet, und einem flexiblen Metallfaltenbalg,
der zwischen dem äußeren und
inneren flexiblen Röhren
angeordnet ist, um so lineare Expansion oder Kontraktion des Kanals
von Abgasleitungen durch deren Kompressions- oder Streckbewegung
zu kompensieren. Derartige flexible Verbindungsröhren wurden in der japanischen
Gebrauchsmuster-Zweitveröffentlichung
Nr. 3-55778 und
63-47613 und
der vorläufigen
japanischen Gebrauchsmuster-Veröffentlichung
Nr. 1-160114 offenbart.
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Eine
flexible Verbindungsröhre
nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 wurde auf der IAA-Messe in Frankfurt
1995 gezeigt.
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Mit
Bezug zu den 12 und 13 ist
eine Konstruktion einer typischen flexiblen Verbindungsrohranordnung
für Fahrzeugabgassysteme
gezeigt. Wie in 12 gezeigt, ist die flexible
Verbindungsröhre
gemäß dem Stand
der Technik typischerweise gebildet aus zumindest einem flexiblen
Metallfaltenbalg 100 und einer äußeren flexiblen Röhre 101,
die vorge sehen ist, um die äußere Peripherie
des Metallfaltenbalgs 100 abzudecken, um den Faltenbalg
vor Beschädigung
durch fliegenden Schotter oder Steinschlag von den Rädern zu
schützen
und um den Faltenbalg davor zu bewahren, auf dessen vollen Länge gestreckt
zu werden. Wie klar in 13 gezeigt ist, weist die äußere flexible
Röhre 101 eine
geflochtene Metalldrahtgeweberöhre
oder ein geflochtenes Metalldrahtgeflecht auf. Das geflochtene Metalldrahtgeflecht
ist aus vielen Bündeln
von feinen Metalldrähten (gewöhnlich feine
Drähte
aus nicht rostendem Stahl) geformt, wobei jedes Bündel 102 durch
Binden oder Verbinden einer Vielzahl von gleichen feinen Metalldrähten parallel
zueinander wie ein langes Stück
eines Bandes hergestellt ist. Eine Vielzahl von Bündeln 102 sind
abwechselnd zueinander in ihren Spiralrichtungen geflochten bezüglich der
Axialrichtung der flexiblen Röhrenanordnung,
so dass eines von zwei benachbarten Bündeln (die sich parallel zueinander
in deren ersten Spiralrichtungen erstrecken) abwechselnd mit dem
anderen Bündel,
mit der Unterstützung von
zwei benachbarten Bündeln
verflochten sind, (die sich parallel zueinander in deren zweiten
Spiralrichtungen quer zu den ersten Spiralrichtungen erstrecken).
Normalerweise ist jedes offene Ende des geflochtenen Metalldrahtgeflechts
(die äußere flexible
Röhre 101)
an der äußeren Peripherie
des zugeordneten offenen Endes des flexiblen Metallbalgs 100 befestigt
und danach ist ein im wesentlichen zylindrisches Metallschutzelement
an der äußeren Peripherie
des offenen Endes des geflochtenen Metalldrahtgeflechts angebracht.
Nach dem Zusammensetzen sind die drei Elemente, nämlich das
Metallschutzelement, die äußere flexible
Röhre 101 und der
flexible Metallfaltenbalg 100 integral miteinander, üblicherweise
durch Punktschweißen
verbunden. Die äußere flexible
Röhre 101,
die aus dem geflochtenen Metalldrahtgeflecht gebildet ist, dient
dem Schutz des Metallbalgs 100 vor Beschädigungen
durch z.B. fliegenden Schotter und verhindert, dass der Faltenbalg
in seine volle Länge
gestreckt wird, durch die Unterstützung einer geeigneten Flexibilität und Streckwiderstand
der äußeren flexiblen
Röhre 101. Wie
in 13 gezeigt, arbeiten zwei gegenüberliegende
Innenkanten von zwei benachbarten Metalldrahtbündeln 102 (die sich
parallel zueinander in deren ersten Spiralrichtungen oder in ihren
ersten Schrägrichtungen
erstrecken) und zwei gegenüberliegende
Innenkanten von zwei benachbarten Metalldrahtbündeln 102, die sich
parallel zueinander in deren zweiten Spiralrichtungen oder in deren
zweiten Schrägrichtungen
erstrecken miteinander zusammen um eine leichte quadratische Öffnung 103 zu
bestimmen. Da die konventionelle äußere flexible Röhre (oder
das äußere Geflecht) 101 als
ein hochdichtes geflochtenes Metalldrahtgeflecht gebildet ist durch dichtes
festsitzendes Flechten einer Mehrzahl von Metalldrahtbündeln 102 sind
die leichten Aussparungen 103 meist unwesentlich, wenn
der Motor nicht arbeitet. Im Falle einer derartigen konventionellen
flexiblen Rohranordnung mit einem verhältnismäßig hochdicht geflochtenen
Metalldrahtgeflecht 101 besteht eine stark ansteigende
Neigung für
pulverförmiges,
klebriges oder nasses Salz (verwendet zum Schneeschmelzen) durch
die jeweiligen leichten Aussparungen 103 in einen Zwischenraum,
der zwischen dem Metallfaltenbalg 100 und der äußeren flexiblen
Röhre 101 bestimmt
ist einzudringen. Das pulverförmige
Salz oder klebriges oder nasses Salz wird nachfolgend als "Schneeschmelzsalz" bezeichnet. In anderen
Worten, Schneeschmelzsalz dringt durch die leichten Aussparungen 103 in
den Zwischenraum zwischen dem Faltenbalg 100 und der äußeren geflochtenen
flexiblen Röhre 101 ein,
und es kann schwierig sein, das Schneeschmelzsalz von dem Zwischenraum
zu der Außenseite
der äußeren flexiblen
Röhre auszustoßen, und
daher kann das Schneeschmelzsalz in den vorgenannten Zwischenraum
akkumuliert werden. Das aufgenommene Schneeschmelzsalz bewirkt ein
Ansteigen einer Salzdichte in dem Zwischenraum zwischen dem Faltenbalg
und der äußeren flexiblen
Röhre und
als ein Ergebnis, kann der Zwischenraum graduell zu einer Hochtemperatur-Salzbeschädigungskorrosions-Umgebung wechseln.
Auch wenn die äußere flexible
Röhre 101 durch
dichtes Flechten einer Mehrzahl von Metalldrahtbündeln 102 mit einer
extrem hohen Dichte gebildet ist und eine gewisse schmale quadratische Aussparung 103 durch
vier benachbarte Metalldrahtbündel 102 in
einem stehenden Zustand des Fahrzeugs bestimmt ist, kann die äußere flexible
Röhre 101 expandieren
und kontrahieren aufgrund von verschiedenen Vibrationen, die auf
das Abgassystem einwirken oder aufgrund thermischer Expansion, wenn
der Motor läuft.
Die Expansion und Kontraktion der äußeren flexiblen Röhre 101 resultiert
in Expansion und Kontraktion der jeweiligen Aussparungen 103.
Aufgrund der oben genannten Gründe,
unerheblich, ob die äußere flexible
Röhre 101 durch
dichtes oder loses Flechten einer Mehrzahl von Metalldrahtbündeln 102 mit
einer hohen Dichte oder einer niedrigen Dichte gebildet ist, ist
es schwierig, Schneeschmelzsalz perfekt daran zu hindern, in den Zwischenraum
zwischen dem Faltenbalg und der äußeren flexiblen
Röhre einzudringen.
Geschmolzener Schnee, der Salz aufweist, sogenanntes Schneeschmelzwasser
(von hoher Salzkonzentration), tendiert dazu, durch ein wohlbekanntes
Kapillarphänomen
oder Kapillarwirkung in das Innere der äußeren flexiblen Röhre 101 einzudringen.
Aufgrund des Schneeschmelzwassers, das Salz aufweist, ist ein Film
von kristallisiertem Salz über
der äußeren peripheren
Wand des Metallfaltenbalgs 100 und über der inneren peripheren
Wand der äußeren flexiblen
Röhre 101 durch
die Verdunstung von Wasser angelagert. Das angelagerte Salz tendiert
dazu, von dem Metallfaltenbalg 100 und der äußeren flexiblen
Röhre 101 aufgrund
der Vibrationen, die zu dem Abgassystem übertragen werden, abzufallen,
so dass viele Klumpen von trockenem Salz in dem vorgenannten Zwischenraum
gebildet werden. Auf der anderen Seite ist der flexible Metallfaltenbalg 100 üblicherweise aus
nicht rostendem Stahl hergestellt, und daher weist der flexible
Faltenbalg 100 aus nicht rostendem Stahl eine hohe Hitzebeständigkeit
gegen eine Hochtemperaturumgebung und eine hohe Korrosionsbeständigkeit
gegen eine Korrosionsumgebung wie Salzbeschädigung, auf. Der Faltenbalg 100 aus
nicht rostendem Stahl tendiert jedoch dazu, unter bestimmten Bedingungen
zu korrodieren, wobei der Faltenbalg immer einer Abgastemperatur
(exzessiv hohe Temperatur) unter einer Salzbeschädigungsumgebung von hoher Salzdichte
ausgesetzt ist. Auf diese bestimmte Bedingung wird nachfolgend als "Hochtemperatur-Salzbeschädigungskorrosions-Umgebung" oder eine "Hochtemperatur-Interkörnigkorrosions-Umgebung" Bezug genommen. Das
heißt,
im Fall, dass der Faltenbalg 100 aus nicht rostendem Stahl
einer Abgastemperatur über
lange Zeit während
des Betriebs des Motors ausgesetzt ist, verbindet sich eine Chromkomponente
in dem Faltenbalg aus nicht rostendem Stahl mit Kohlenstorf und
daher wird der Chromgehalt des Faltenbalgs aus nicht rostendem Stahl
graduell reduziert. Einige Ausnehmungen oder Aussparungen können aufgrund der
Abnahme des Chromgehalts an dem Faltenbalg ausgebildet werden, und
dann würde
körniges
Salz (Sodiumchlorid) in die Ausnehmungen oder Aussparungen an dem
Faltenbalg unter einer derartigen Salzbeschädigungsumgebung eindringen,
mit dem Ergebnis, dass Korrosion auftreten würde. Mit anderen Worten, gemäß der Abnahme
in dem Chromgehalt des Faltenbalgs aus nicht rostendem Stahl wechselt
die Zusammensetzung des Faltenbalgs aus nicht rostendem Stahl graduell
zu einer eisenmetallchemischen Zusammensetzung, und daher wird der
Faltenbalg 100 aus nicht rostendem Stahl geneigt, unter der
vorher diskutierten Hochtemperatur-Salzbeschädigungskorrosions-Umgebung zu korrodieren.
Daher, im Fall von einer konventionellen flexiblen Rohranordnung
mit einem hochdicht geflochtenen Metalldrahtgeflecht 101 aus
nicht rostendem Stahl muß der Faltenbalg 100 aus
nicht rostendem Stahl so gestaltet sein, dass dieser eine Dicke
aufweist, die ausreicht, um gegen die vorgenannte Hochtemperatur-Salzbeschädigungskorrosion
zu widerstehen und zusätzlich
eine geeignete Federkonstante aufweisen, ausreichend, um eine lineare
Expansion oder Kontraktion eines Kanals von Abgasleitungen aufzunehmen
und auszugleichen. Die Federkonstante ist abhängig von der Anzahl der Wülste des
Faltenbalgs 100 aus nicht rostendem Stahl. Es kann festgestellt werden,
dass je größer die
Anzahl der Wülste
eines Metallfaltenbalgs ist, um so kleiner ist die Federkonstante
des Faltenbalgs. Der flexible Faltenbalg 100 aus nicht
rostendem Stahl gemäß dem Stand
der Technik, der in 12 gezeigt ist, ist aus einer
Zweischichtplatte aus nicht rostendem Stahl oder einer Bimetallplatte
hergestellt, die aus zwei gleichen Platten aus nicht rostendem Stahl
(jede weist eine Dicke von 0.3 mm auf) gebildet ist, die miteinander
verbunden sind und durch Biegen in einen Faltenbalg mit 28 Wülsten geformt
ist. Demgemäß kann der
flexible Faltenbalg 100 aus nicht rostendem Stahl gemäß dem Stand
der Technik mit dessen Dicke von 0.6 mm (t0.3 mm × 2) und
28 Wülsten
eine Federkonstante aufweisen, so dass eine axiale Verschiebung
(oder eine Verlängerung)
von 10 mm unter einer Spannungsbelastung von 14 kgf oder weniger
ausgeführt wird.
Eine derartige Federkonstante des Faltenbalgs 100 stellt
eine ausreichende Leistung (Flexibilität), die für einen flexiblen Faltenbalg
aus nicht rostendem Stahl oder ein Faltenbalgexpansionsgelenk gefordert ist
dar, daher erfolgt eine zufriedenstellende Absorption oder Kompensation
von linearer Expansion zur Kontraktion des Abgasleitungssystems.
Die gesamte Länge
12 des Faltenbalgs 100 aus nicht rostendem Stahl gemäß dem Stand
der Technik mit dessen Dicke von 0,6 mm und 28 Wülsten beträgt ungefähr 270 mm, und aufgrund dessen
ist die flexible Röhrenanordnung
großflächig ausgebildet.
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Obwohl
dies nicht in 12 gezeigt ist, beinhaltet eine
konventionelle flexible Verbindungsröhrenanordnung oftmals eine
innere flexible Röhre,
inneres Geflecht genannt, die aus einer geflochtenen Drahtröhre aus
nicht rostendem Stahl ähnlich
zu der vorbeschriebenen äußeren flexiblen
Röhre 101 gebildet
ist. Das sogenannte innere Geflecht ist an der Innenseite des flexiblen
Metallfaltenbalgs vorgesehen, um einen Zwischenabgasflußkanal zwischen
vorderen und hinteren Abgasröhren
zu bilden, und um ein Geräuschniveau
des Abgasflusses zu reduzieren, insbesondere ein Turbulenzgeräusch, das
sekundär durch
Turbulenzfluß erzeugt
ist, der an den nach innen vorstehenden Abschnitten des Faltenbalgs
auftritt und um zusätzlich
den Faltenbalg vor Hitzebeschädigung
(Hochtemperaturabgas) zu schützen.
Im allgemeinen kann die geflochtene oder gewirkte Struktur des inneren
flexiblen Geflechts einen hohen Geräuschereduktionseffekt aufweisen,
jedoch tritt ein geringer Wärmeisolierungseffekt
des inneren Geflechts auf, aufgrund der Vielzahl der quadratischen Aussparungen,
die durch vier benachbarte Drahtbündel aus nicht rostendem Stahl
in dem inneren Geflecht ausgebildet sind. Unter Berücksichtigung
einer geeigneten Hitzebeständigkeit
gegen Hitzebeschädigung
der inneren peripheren Wand des Faltenbalgs sowie eine geeignete
Korrosionsbeständigkeit
gegen die vorher erläuterte
Hochtemperatur-Salzbeschädigungskorrosion
an der äußeren peripheren
Wandoberfläche
des Faltenbalgs, ist die minimal notwendige Dicke des Faltenbalgs
aus nicht rostendem Stahl, der gewöhnlich aus einer Zweischichtplatte
aus nicht rostendem Stahl gebildet ist, auf einen relativ großen Wert
wie 0,6 mm ausgelegt.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine flexible Verbindungsröhre der
eingangs genannten Art mit hoher Korrosionsbeständigkeit zu schaffen, während eine
zufriedenstellende Absorption oder Kompensation von linearer Ausdehnung oder
Kontraktion eines Abgasrohrzuges geschaffen wird.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird diese Aufgabe durch eine flexible Verbindungsröhre gelöst, die
die Merkmale des Anspruches 1 aufweist.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung sind in den weiteren abhängigen Ansprüchen dargelegt.
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Der
Faltenbalg ist ein flexibler Metallfaltenbalg mit 15 oder weniger
Wülsten
und einer Dicke äquivalent
zu einer Federkonstante, so dass eine Verlängerung von 10 mm unter einer
Spannungsbelastung von 14 kgf oder weniger auftritt. Der Faltenbalg
kann aus einer Zweischichtplatte aus nicht rostendem Stahl hergestellt
sein, die aus zwei gleichen Platten aus nicht rostendem Stahl, die
miteinander verbunden sind, gebildet ist; jede dieser Platten weist eine
Dicke von 0,2 mm auf, und ist durch Biegen in einen Faltenbalg mit
9 Wülsten
geformt. Die flexible Verbindungsröhre kann weiterhin eine innere
Hitzebeschädigungsschutzröhre aufweisen,
die in dem Faltenbalg angeordnet ist, um den Faltenbalg vor Hitzebeschädigung zu
schützen.
Der Faltenbalg ist mit einem Paar von im wesentlichen zylindrischen
rohrförmigen
Einsteckabschnitten an dessen beiden Enden ausgebildet. Die Hitzebeschädigungsschutzröhre kann
zwei gegenüberliegende
axial erstreckende und diametral abgeschwächte Abgasrohrenden aufweisen,
die jeweils in die rohrförmigen
Einsteckabschnitte eingesetzt sind. Als Beispiel für das Setzen der
gesamten Öffnungsfläche der
Aussparungen innerhalb dem Bereich von 20% bis 50% bezüglich der Gesamtfläche der
gekrümmten
Oberfläche
des äußeren geflochtenen
Metalldrahtgeflechts, ist es bevorzugt, zumindest einen, den Drahtdurchmesser von
jedem der Metalldrähte,
die Anzahl der Metalldrahtbündel,
die das im wesentlichen zylindrisch geflochtenen äußeren Metalldrahtgeflechts
mit geringer Dichte bilden und die Anzahl der Metalldrähte, die
jedes der Metalldrahtbündel
bildet, im Vergleich mit einem konventionellen hochdichten, geflochtenen äußeren Metalldrahtgeflecht
zu reduzieren.
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Weiterhin
ist es bevorzugt, dass eine flexible Verbindungsröhre aus
nicht rostendem Stahl für
ein Fahrzeugabgassystem einen flexiblen Faltenblag aus austenitischen,
nicht rostendem Stahl aufweist, der verbunden ist zwischen einem
Kanal der Abgasleitungen, um Expansion oder Kontraktion der Abgasleitungen
zu absorbieren, ein äußeres geflochtenes
Stahldrahtgeflecht aus nicht rostendem Stahl, das mit einer Abdeckung
an der äußeren Peripherie des
Faltenbalgs versehen ist, um den Faltenbalg vor Beschädigungen
zu schützen
und um den Faltenbalg davor zu schützen, in dessen voller Länge gestreckt zu
werden, das äußere geflochtene
Drahtgeflecht aus nicht rostendem Stahl ist aus einer Mehrzahl von Drahtbündeln aus
nicht rostendem Stahl gebildet, wobei jedes Bündel durch Verbinden einer
Mehrzahl von gleichen Drähten
aus nicht rostendem Stahl parallel zueinander und in Kontakt miteinander
bezüglich
einer lateralen Richtung der Drähte
aus nicht rostendem Stahl hergestellt ist, und das äußere gewirkte Drahtgeflecht
aus nicht rostendem Stahl ist in einer im wesentlichen zylindrischen
Form durch Flechten der Mehrzahl von Drahtbündeln aus nicht rostendem Stahl
gebildet, wechselweise miteinander in Spiralrichtungen bezüglich einer
Axialrichtung des Faltenbalgs, so dass jedes der Drahtbündel aus
nicht rostendem Stahl sich entlang der äußeren Peripherie des Faltenbalgs
in dessen Spiralrichtung über
beide Enden des Faltenbalgs erstreckt, und eine Mehrzahl von Aussparungen,
die durch viele Gruppen von vier benachbarten Bündeln aus nicht rostendem Stahl
bestimmt sind, die wechselseitig miteinander geflochten sind, wobei
eine gesamte Öffnungsfläche von
allen diesen Öffnungen
in einem Bereich von 20% bis 50% bezüglich der Gesamtfläche der
gekrümmten
Oberfläche
von diesem äußeren geflochtenen
Metalldrahtgeflecht aus nicht rostendem Stahl gesetzt ist, um ein
im wesentlichen zylindrisches mit geringer Dichte geflochtenes äußeres Metalldrahtgeflecht
vorzusehen.
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Nachfolgend
wird die vorliegende Erfindung in weiteren Details dargestellt und
erklärt
durch bevorzugte Ausführungsbeispiele
in Verbindung mit den beigefügten
Zeichnungen, wobei:
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1 eine
Darstellung eines Ausführungsbeispiels
einer flexiblen Verbindungsrohranordnung im Halbschnitt ist, die
zwischen einer vorderen und hinteren Abgasröhre angeordnet ist,
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2 eine
teilweise vergrößerte Darstellung ist,
die ein mit geringer Dichte geflochtenes äußeres Metalldrahtgeflecht darstellt,
das in die flexible Verbindungsrohranordnung des Ausführungsbeispiels eingesetzt
ist.
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3 eine
Seitenansicht ist, die einen flexiblen Metallfaltenbalg darstellt,
der in die flexible Verbindungsröhrenanordnung
des Ausführungsbeispiels
eingesetzt ist,
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4 eine
teilweise vergrößerte Schnittansicht
ist, die einen Abschnitt des Metallfaltenbalgs darstellt, der durch
den kreisförmigen
Pfeil A von 3 angezeigt ist,
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5A eine
Planansicht ist, die einen Verlauf der Abgasröhren mit der flexiblen Röhrenanordnung
des Ausführungsbeispiels
darstellt, das zwischen der vorderen und hinteren Abgasröhre installiert
ist,
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5B eine
Seitendarstellung ist, die einen Kanal der Abgasleitungen mit der
flexiblen Röhrenanordnung
des Ausführungsbeispiels
darstellt,
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6 ein
Graph ist, der Testergebnisse eines sogenannten Hochtemperatur-Salzbeschädigungskorrosionstest
darstellt, welcher mit beidem einer verbesserten flexiblen Verbindungsröhrenanordnung
mit äußerem Metalldrahtgeflecht
mit geringer Dichte geflochten und einem flexiblen Metallfaltenbalg
und einer Verbindungsrohranordnung gemäß dem Stand der Technik mit
einem hochdicht geflochtenen äußeren Metalldrahtgeflecht
und einen flexiblen Metallfaltenbalg darstellt,
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7 ein
Graph ist, der Charakteristika einer Federkonstante (die Beziehung
zwischen Versetzen und Belastung) darstellt, abhängig von Veränderungen
der Dicke des Metallfaltenbalgs und von Veränderungen der Anzahl von Wülsten des
Faltenbalgs,
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8 ein
Graph ist, der Federkonstantencharakteristika (Änderungen in der Federkonstante) darstellt
im Vergleich der verbesserten flexiblen Rohranordnung, die ein äußeres geflochtenes
Metalldrahtgeflecht mit geringer Dichte und einen flexiblen Metallfaltenbalg
aufweist, mit einer flexiblen Rohranordnung, die ein geflochtenes äußeres Metalldrahtgeflecht
mit hoher Dichte und einen flexiblen Metallfaltenbalg aufweist,
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9 ein
Graph ist, der Aufzeichnungen der Messungen von Oberflächentemperaturen
des Metallfaltenbalgs darstellt, wobei die Messung an drei unterschiedlichen
Test beispielen durchgeführt
ist, nämlich
nur ein Metallfaltenbalg (ohne irgendeine flexible Röhre), einem
Metallfaltenbalg, der in sich ein gewöhnliches Metalldrahtgeflecht
mit hoher Dichte aufnimmt, und einen Metallfaltenbalg, der in sich
eine innere Hitzebeschädigungsschutzröhre aufnimmt,
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10 eine
schematische Darstellung einer flexiblen Verbindungsrohranordnung
mit zwei axial gegenüberliegenden
inneren Hitzebeschädigungsschutzrohren
ist,
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11 eine
schematische Darstellung einer flexiblen Verbindungsrohranordnung
mit einer einzigen inneren Hitzebeschädigungsschutzröhre ist,
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12 eine
Verbindungsrohranordnung gemäß dem Stand
der Technik im Halbschnitt ist, die zwischen vorderen und hinteren
Abgasröhren
angeordnet ist,
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13 eine
teilweise vergrößerte Ansicht ist,
die ein äußeres Metalldrahtgeflecht
mit hoher Dichte darstellt, das in einer flexiblen Rohranordnung gemäß dem Stand
der Technik eingesetzt ist.
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Nun
mit Bezug auf die Zeichnungen, insbesondere die 1, 2, 3, 4, 5A und 5B ist
eine flexible Verbindungsrohranordnung F zwischen vorderen und hinteren
Abgasröhren 6 und 7 (siehe 5A und 5B)
vorgesehen. Die flexible Rohranordnung F beinhaltet einen flexiblen
Metallfaltenbalg 1, eine äußere flexible Röhre 2,
die zum Abdecken der äußeren Peripherie
des Metallfaltenbalgs 1 vorgesehen ist, und aus einem geflochtenen Metalldrahtgeflecht
und ein Paar von Metallschutzelementen 3 besteht. Wie in 1 gezeigt,
sind die Schutzelemente 3 an den jeweiligen äußeren Peripherien
der zwei im wesentlichen zylindrischen Öfnungsenden der äußeren flexiblen
Röhre 2 in
der Art angebracht, dass jedes Ende von der äußeren flexiblen Röhre 2 zwischen
dem zugehörigen
Schutzelement 3 und dem zugehörigen Öffnungsende des Faltenbalgs 1 eingesetzt
ist, um so beide Enden des Faltenbalgs 1 zu schützen und
die äußere flexible
Röhre 2 mit
dem Faltenbalg 1 fest zu verbinden. Wie dies aus einer
Mehrzahl von punktgeschweißten
Abschnitten, bezeichnet mit 5 in 1, hervorgeht,
ist der Faltenbalg 1, die äußere flexible Röhre 2 und
die Schutzelemente 3 integral miteinander durch Punktschweißen verbunden.
Der Metallfaltenbalg 1 weist ein Paar von rohrförmigen Einsteckabschnitten 1b (siehe 3 und 4)
an dessen beiden Endöffnungsenden
auf. Ein hinteres Ende von der vorderen Abgasröhre 6 und ein vorderes
Ende von der hinteren Abgasröhre 7 sind
in die rohrförmigen
Einsteckabschnitte 1b eingesetzt, um den Faltenbalg 1 zwischen
den vorderen und hinteren Abgasröhren 6 und 7 zu
verbinden. Im allgemeinen ist die flexible Verbindungsrohranordnung
F fest zwischen den vorderen und hinteren Abgasröhren 6 und 7 durch
eine Schweißverbindung
zwischen den äußersten
Enden der rohrförmigen
Einsteckabschnitte des Faltenbalgs 1 und den äußeren Peripherien
der vorderen und hinteren Abgasröhren 6 und 7 verbunden.
Der Metallfaltenbalg 1, der zwischen den vorderen und hinteren Abgasröhren vorgesehen
ist, dient dazu eine lineare Expansion oder Kontraktion des Kanals
der Abgasleitungen effektiv zu absorbieren oder auszugleichen, wenn
der Kanal der Abgasleitungen expandiert oder kontrahiert aufgrund
von Motorvibrationen und anderen Vibrationen, die durch die Räder in die
Abgasröhren übertragen
werden. Die äußere flexible Röhre 2 weist
ein geflochtenes Metalldrahtgeflecht aus nichtrostendem Stahl auf.
Das geflochtene Metalldrahtgeflecht 2 aus nichtrostendem
Stahl ist aus einer Mehrzahl von Stahldrahtbündeln aus nichtrostendem Stahl
gebildet, jedes Bündel 2a ist
durch Verbinden einer Mehrzahl von gleichen feinen Stahldrähten aus
nichtrostendem Stahl parallel zueinander und in Kontakt miteinander
mit Bezug zu deren Lateralrichtung hergestellt, wie ein Gurt oder
ein langes Stück
eines Bandes. Die Mehrzahl von Stahldrahtbündeln 2a aus nichtrostendem
Stahl sind wechselseitig miteinander in deren Spiralrichtungen bezüglich der
Axialrichtung der flexiblen Verbindungsrohranordnung F geflochten
(äquivalent
zu einer Axialrichtung des Faltenbalgs), so dass jedes der Bündel 2a sich
entlang der äußeren Peripherie
des Faltenbalgs 1 in dessen Spiralrichtung über beide Enden
des Faltenbalgs erstreckt, so dass eines von zwei benachbarten Bündeln (die
sich parallel zueinander in deren ersten Spiralrichtungen erstrecken) wechselseitig
mit dem anderen Bündel
geflochten ist mit Unterstützung
von zwei benachbarten Bündeln (die
sich parallel zueinander in deren zweiten Spiralrichtungen quer
zu den ersten Spiralrichtungen erstrecken). Die äußere flexible Röhre 2 wird
nachfolgend einfach durch "äußeres Geflecht" abgekürzt. Wie
allgemein bekannt, ist das äußere Geflecht 2 zum
Schutz des Faltenbalgs 1 vor Beschädigungen wie fliegenden Schotter
oder Steinschlag von Reifen und zum Verhindern des Streckens des
Faltenbalgs in dessen volle Länge
vorgesehen. Wie in 2 gezeigt, erstrecken sich zwei
gegenüberliegende
Innenkanten von zwei benachbarten Stahldrahtbündeln 2a aus nichtrostendem
Stahl parallel zueinander in ihre ersten Spiralrichtungen oder in
ihre ersten schrägen
Richtungen und zwei gegenüberliegende Innenkanten
von zwei benachbarten Stahldrahtbündeln 2a aus nichtrostendem
Stahl erstrecken sich parallel zueinander in ihre zweiten Spiralrichtungen oder
in ihre zweiten schrägen
Richtungen, und arbeiten miteinander zusammen, um eine quadratische oder
rhombische Aussparung 4 zu bestimmen. Daher sind eine Mehrzahl
von Aussparungen 4 durch viele Gruppen von vier benachbarten
Stahldrahtbündeln 2a aus
nichtrostendem Stahl definiert. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel
ist der Metallfaltenbalg 1 aus einer Zweischichtstahlplatte
aus nichtrostendem austenitischen Stahl oder einer bimetallischen
Stahlplatte aus nichtrostendem austenitischem Stahl gebildet, die
aus zwei gleichen austenitischen nichtrostenden Stahlplatten (jede
weist eine Dicke von 0,2 mm auf) gebildet zusammengesetzt und zu
einem flexiblen Stahlfaltenbalg aus nichtrostendem Stahl von neun
Wülsten 1a gebogen.
Wie klar in 1, 3 und 4 gezeigt,
sind die äußeren Durchmesser
von fünf
mittleren Wülsten
des Metallfaltenbalgs miteinander identisch und die äußeren Durchmesser
der beiden äußersten
Wülste des
Faltenbalgs sind identisch miteinander und so ausgebildet, dass
diese geringer als die der mittleren Wülste mit dem gleichen äußeren Durchmesser
sind. Der Faltenbalg 1 weist zwei zweite schmälste Wülste zwischen
den schmälsten
Wülsten
am äußersten Ende
und den mittleren Wülsten
auf, so dass die Außenseiten-Durchmesser
der Wülste
des Faltenbalgs 1 sich graduell vergrößern von den äußersten
Wülsten über die
zweiten schmälsten
Wülste
zu den mittleren Wülsten.
Wie in 4 gezeigt, weist der Faltenbalg 1 zwei
zylindrische rohrförmige
Einsteckabschnitte 1b auf, die eine innere Hitzebeschädigungsschutzröhre tragen,
wie dies später
ausführlich
beschrieben wird. Wie aus 1 hervorgeht,
ist, da das äußere Geflecht 2 benachbart
zu der äußeren Peripherie
des Faltenbalgs 1 konturiert ist, ist das äußere Geflecht 2 im
wesentlichen zu einer faßförmigen Röhre gebildet,
aufgrund von drei benachbarten Wülsten,
die jede einen unterschiedlichen äußeren Durchmesser aufweisen.
Es ist festgestellt, dass das äußere Geflecht 2,
das in die flexible Rohranordnung F des Ausführungsbeispiels aufgenommen
ist, als eine mit vergleichsweise niedriger Dichte geflochtenes
Stahldrahtgeflecht aus nichtrostendem Stahl gebildet ist durch loses
Flechten einer Mehrzahl von Stahldrahtbündeln 2a aus nichtrostendem
Stahl, so dass die gesamte Öffnungsfläche von
allen der quadratischen oder rhombischen Aussparungen 4 innerhalb
eines Bereichs von 20 % bis 30 % bezüglich der Gesamtfläche der
gekrümmten
Oberfläche
des faßförmigen äußeren Geflechts 2 ist.
Die gesamte gekrümmte
Oberfläche
beinhaltet die gesamte Öffnungsfläche von
allen der Aussparungen 4. Um ein äußeres Geflecht 2 mit
niedriger Dichte der flexiblen Röhrenanordnung
F des Ausführungsbeispiels
herzustellen, werden 48 Stahldrahtbündel 2a aus nichtrostendem
Stahl, wobei jedes Bündel
durch paralleles Verbinden einer Mehrzahl von Stahldrähten aus nichtrostendem
Stahl von 0,4 mm im Drahtdurchmesser hergestellt wird, benötigt, in
derselben Weise wie das geflochtene Stahldrahtgeflecht aus nichtrostendem
Stahl mit hoher Dichte gemäß dem Stand
der Technik. Das heißt,
in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist die Anzahl von Stahldrahtbündeln aus
nichtrostendem Stahl des verbesserten geflochten äußeren Geflechts
mit niedriger Dichte gleich zu der Anzahl von Stahlbündeln aus
nichtrostendem Stahl des geflochtenen äußeren Geflechts mit hoher Dichte
gemäß dem Stand
der Technik. Im Fall der flexiblen Rohranordnung, die gemäß der Erfindung
hergestellt ist, werden 10 feine Stahldrähte aus nichtrostendem Stahl
verwendet, um ein Stahldrahtbündel 2a aus
nichtrostendem Stahl zu bilden und demgemäß eine geflochtene äußere flexible
Röhre 2 aus
nichtrostendem Stahl mit geringer Dichte herzustellen, werden hierzu
vierzehn feine Stahldrähte
aus nichtrostendem Stahl verwendet, um eine geflochtene äußere flexible
Röhre aus
nichtrostendem Stahl mit hoher Dichte zu bilden. Aufgrund der Verringerung
oder des Rückschnitts
in vier nichtrostende Stahldrähte pro
einem Bündel
können
vier benachbarte Stahldrahtbündel 2a aus
nichtrostendem Stahl des äußeren Geflechts 2 des
Ausführungsbeispiels
eine quadratische Aussparung 4 von 1,6 mm (= 0,4 mm × 4) oder
mehr vorsehen. Mit anderen Worten, bewirkt die Reduktion in der
Anzahl von geforderten Stahldrähten
pro Stahldrahtbündel
aus nichtrostendem Stahl eine derartige vergleichsweise große quadratische Aussparung 4,
das diese im wesentlichen äquivalent zu
einer Fläche
eines Loches von einem Innendurchmesser von 2 bis 4 mm ist. Wie
in den 5A und 5B gezeigt,
weist die vordere Abgasröhre 6 einen
vorderen Flanschabschnitt 6a auf, der mit einem Abgasverteiler
verbunden ist, wobei die hintere Abgasröhre 7 einen hinteren
Flanschabschnitt 7a aufweist, der gewöhnlich mit einer Hauptdämpfereinheit verbunden
ist. Zusätzlich
weist die vordere Abgasröhre 6 eine
hintere rohrförmige
Erweiterung 6b auf, während
die hintere Abgasröhre 7 eine
vordere rohrförmige
Erweiterung 7b aufweist. Wie später diskutiert, kooperieren
sind die rohrförmigen
Erweiterungen 6b und 7b miteinander, um eine Hitzebeschädigungsschutzröhre zu bilden.
-
In
der gegenwärtigen
Flechtarbeit für
das äußere Geflecht 2 im
Fall des äußeren Geflechts
des bevorzugten Ausführungsbeispiels
sind die Anzahl von Flechtungen (48 Stahldrahtbündel 2a aus
nichtrostendem Stahl), und der Abstand zwischen zwei benachbarten
Bündeln
parallel zueinander vergleichbar zu der äußeren geflochtenen flexiblen
Stahldrahtröhre
mit hoher Dichte gemäß dem Stand
der Technik. Ebenso ist ein nichtrostender Stahldraht mit einem
Drahtdurchmesser (0,4 mm) vergleichbar zu dem geflochtenen äußeren Geflecht
mit hoher Dichte gemäß dem Stand
der Technik verwendet. Wie vorgenannt erläutert, ist nur die Anzahl von
nichtrostenden Stahldrähten,
die für
ein Bündel
des äußeren Geflechts 2 verwendet
ist, um einige Drähte
wie vier Drähte
im Vergleich mit dem äußeren Geflecht
gemäß dem Stand
der Technik reduziert. Aufgrund dessen ist die Breite von jedem
Stahldrahtbündel 2a aus nichtrostendem
Stahl verringert im Vergleich mit dem äußeren Geflecht gemäß dem Stand
der Technik. Wie vorangehend herausgestellt, kann im wesentlichen
in Übereinstimmung
mit einigen Fällen
von Herstellungsmethoden zur Herstellung eines äußeren Geflechts gemäß dem Stand
der Technik eine geflochtene äußere flexible
Röhre 2 mit
geringer Dichte aufgenommen in die flexible Röhrenanordnung der Erfindung
einfach hergestellt werden durch Verringerung nur der Anzahl von
nichtrostenden Stahldrähten,
die für
ein Stahldrahtbündel 2a aus
nichtrostendem Stahl verwendet werden. Während eine vergleichsweise
große
quadratische Aussparung 4 durch vier benachbarte Bündel bestimmt
ist, die miteinander in vier unterschiedliche Richtungen geflochten
sind. Das verbesserte äußere Geflecht 2 weist eine
Mehrzahl von vergleichsweise großen quadratischen Aussparungen 4 aufweist,
arbeitet wie folgt.
-
Während des
Fahrens des Fahrzeugs auf verschneiten Straßen mit Schneeschmelzsalz ermöglichen
die vergleichsweise großen,
vielen Aussparungen 4 ein einfaches Eindringen von Schneeschmelzsalz
oder Schneeschmelzwasser in das Innere des äußeren Geflechts 2 durch
dieselben. Das Schneeschmelzsalz oder Schneeschmelzwasser, das einfach
in den Zwischenraum eindringt, der zwischen dem Faltbalg 1 und
dem äußeren Geflecht 2 bestimmt
ist, kann an der äußeren peripheren
Wand des Faltenbalgs 1 und an der innere periphere Wand des äußeren Geflechts 2 in
Form von kristallisiertem Salz durch die Unterstützung der Abgastemperatur anhaften.
Aufgrund von Vibrationen, die in das Abgassystem übertragen
sind, fallen ebenso viele Klumpen von angelagertem trockenen Salz
von beiden dem Faltbalg 1 und dem äußeren Geflecht 2 in den
Zwischenraum der zwischen diesen bestimmt ist. Die körnigen Klumpen
von trockenem Salz können
einfach durch die Vielzahl von Aussparungen 4 zu dem Außenbereich
von dem äußeren Geflecht 2 ausgestoßen werden
mit dem Ergebnis, dass wenige verbleibende Klumpen von trockenem
Salz in dem Zwischenraum sind und die Salzdichte des Zwischenraums
auf einem niedrigen Niveau gehalten ist. Somit ist eine geringe
Wahrscheinlichkeit, dass der Faltenbalg 1 einer sogenannten
Salzbeschädigungs-Korrosionsumgebung
von hoher Salzdichte ausgesetzt ist und daher kann die Hochtemperatur-Salzbeschädigungskorrosion
merklich reduziert werden. Mit Bezug auf 6 in der
ein Hochtemperatursalzbeschädigungs-Korrosionstest
gezeigt ist. Die Testergebnisse, die in 6 bis 9 gezeigt sind,
wurden durch die Erfinder der vorliegenden Erfindung durchgeführt. Der
Korrosionstest ist durch zwei Testbeispiele durchgeführt. Eines
ist eine flexible Verbindungsröhre
gemäß dem Stand
der Technik mit einem konventionellen geflochtenen äußeren Stahldrahtgeflecht
aus nichtrostendem Stahl mit hoher Dichte in Verbindung mit einem
Zweischicht-Stahlfaltenbalg aus nichtrostendem austenitischen Stahl gebildet
aus zwei gleichen Stahlplatten aus nichtrostendem Stahl (jede weist
eine Dicke von 0,3 mm auf), die miteinander verbunden sind, und das
andere ist eine verbesserte flexible Verbindungsröhre mit
einem geflochtenen äußeren Stahldrahtgeflecht
aus nichtrostendem Stahl hergestellt gemäß der Erfindung in Verbindung
mit einem Zweischicht-Stahlfaltenbalg aus nichtrostendem austenitischen
Stahl, hergestellt aus zwei gleichen Stahlplatten aus nichtrostendem
Stahl (jede weist eine Dicke von 0,3 mm auf), die miteinander verbunden
sind. Zum Zweck des Vergleichens des verbesserten geflochtenen äußerem Stahldrahtgeflecht
aus nichtrostendem Stahl mit niedriger Dichte (mit einer Mehrzahl von
relativ großen
quadratischen Aussparungen 4) mit dem geflochtenen äußerem Stahldrahtgeflecht aus
nichtrostendem Stahl mit hoher Dichte gemäß dem Stand der Technik (mit
einer Vielzahl von relativ schmalen quadratischen Aussparungen 103)
sind die zwei Faltenbalge, die für
die jeweiligen Testbeispiele verwendet sind, sind identisch miteinander.
In einem Zyklus von wiederholenden Hochtemperatur-Salzbeschädigungskorrosions-Testprozeduren
sind ein Eintauchschritt, in dem die Testbeispiele in eine saturierte
Sodium-Chlorid-Wasserlösung
getaucht sind, ein Hochtemperaturaufheizschritt, in dem die Testbeispiele
auf eine Temperatur von 550°C
oder mehr aufgeheizt sind, und einem Abkühlschritt, in dem die Testbeispiele
gekühlt
sind, in dieser Reihenfolge durchgeführt. Eine Rate der Abnahme
der Dicke von jedem Faltenbalg der beiden Testbeispiele wurde nach
jedem Zyklus des Korrosionstests gemessen. Wie von den Testergebnissen,
gezeigt in 6, entnommen werden kann, ist
die Rate der Abnahme der Dicke von dem Faltenbalg, der in dem geflochtenen äußerem Stahldrahtgeflecht
aus nichtrostendem Stahl mit niedriger Dichte aufgenommen ist stärker verringert
im Vergleich mit der des Faltenbalgs, der in dem geflochtenen äußerem Stahldrahtgeflecht
aus nichtrostendem Stahl mit hoher Dichte aufgenommen ist. Aus dem
Blickpunkt des Widerstandes gegen Hochtemperatursalzbeschädigungs-Korrosion ist
das geflochtene äußere Stahldrahtgeflecht
aus nichtrostendem Stahl mit niedriger Dichte dem konventionellen
geflochtenen äußerem Stahldrahtgeflecht
aus nichtrostendem Stahl mit hoher Dichte überlegen.
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Wie
in 1 und 5A gezeigt, beinhaltet die flexible
Verbindungsrohranordnung F des bevorzugten Ausführungsbeispiels ebenso zwei
rohrförmige
Erweiterungen 6b und 7b, die in dem flexiblen Stahlfaltenbalg 1 aus
nichtrostendem Stahl eingesetzt sind. Die beiden rohrförmigen Erweiterungen 6b und 7b ermöglichen
einen weichen Abgasfluß von der
vorderen Abgasröhre 6 über die
flexible Verbindungsrohranordnung F zu der hinteren Abgasröhre 7.
Im Falle der flexiblen Rohranordnung, die in 1 gezeigt
ist, sind die jeweiligen Erweiterungen 6b und 7b als
Abschnitte von jeder Abgasröhre
in beispielhafter Weise ausgebildet, so dass das hintere Ende der
vorderen Abgasröhre 6 leicht
axial erweitert und im Durchmesser verringert ist, und das vordere
Ende der hinteren Abgasröhre 7 leicht
axial erweitert und im Durchmesser verringert ist. Wie am besten
aus 1 hervorgeht, sind beim Zusammensetzen die zwei
gegenüberliegenden
Erweiterungen 6b und 7b leicht voneinander beabstandet,
in der Art, dass eine Beeinflussung zwischen den zwei gegenüberliegenden
Erweiterungen verhindert ist, die auftreten könnte durch die Expansion der
vorderen und hinteren Abgasröhren,
wenn das Fahrzeug sich bewegt oder während des Betriebs des Motors.
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Die
Erweiterungen 6b und 7b weisen keine Aussparungen
an deren äußeren Peripherie
auf, und daher sind die Erweiterungen 6b und 7b sehr
effektiv, um Geräusche
wie ein Turbulenzgeräusch
zu reduzieren, das durch turbulenten Gasfluß an inneren Vorsprüngen des
Faltenbalgs 1 erzeugt wird. Ebenso sind die Erweiterungen 6b und 7b,
die nicht mit Aussparungen ausgebildet sind, sehr effektiv, um den Faltenbalg 1 vor
Hitzebeschädigung
zu schützen.
Die Erweiterungen 6b und 7b können einen hohen Hitzeisolierungseffekt
sowie einen hohen Geräuschreduktionseffekt
sicherstellen. Im einzelnen kann die flexible Rohranordnung mit
den inneren rohrförmigen
Erweiterungen 6b und 7b einen höheren Hitzeisolierungseffekt
zur Verfügung
stellen als vergleichbar mit einer flexiblen Verbindungsrohranordnung,
die keine irgendwelchen Hitzebeschädigungsschutzröhren aufweisen
oder mit einer flexiblen Rohranordnung mit einer konventionellen
inneren geflochtenen nicht rostenden Stahldrahtröhre mit vielen quadratischen Aussparungen.
Mit Bezug auf 9, in der Ergebnisse der Messung
einer Oberflächentemperatur
des nicht rostenden Stahlfaltenbalgs gezeigt sind. Die Faltenbalgoberflächentemperaturmessung
ist an drei unterschiedlichen Testbeispielen durchgeführt, nämlich einer
ersten flexiblen Rohranordnung (angezeigt durch die Ein-Punkt-Linie
in 9), die nur einen nicht rostenden Stahlfaltenbalg
umfaßt,
einer zweiten flexiblen Rohranordnung (angezeigt durch die durchgezogene
Linie in 9), die einen nicht rostenden Stahlfaltenbalg
und eine innere geflochtene nicht rostende Stahlröhre (oder
ein inneres Geflecht) umfaßt, die
im Inneren des Faltenbalgs angeordnet ist, und einer dritten flexiblen
Rohranordnung (angezeigt durch die durchbrochene Linie in 9),
die einen nicht rostenden Stahlfaltenbalg und eine innere Hitzebeschädigungsschutzröhre, wie
beispielsweise die axial erstreckenden und in Durchmesser verringerten Abgasrohrerweiterungen 6b und 7b,
die in 1 gezeigt sind, umfaßt. Um eine Zuverlässigkeit
der Testergebnisse zu erhalten, sind drei Stahlfaltenbalge aus nichtrostenden
Stahl für
die jeweiligen Testbeispiele identisch miteinander verwendet. Die
Oberflächentemperaturmessung
wurde durchgeführt
durch erstens Setzen einer Gastemperatur (entsprechend einer Temperatur
von Abgas, das durch die flexible Röhre fließt und im Inneren der jeweiligen
flexiblen Röhre
gemessen ist) als eine vorgegebene Temperatur, und durch zweitens
Messen einer Oberflächentemperatur
von jedem Faltenbalg der ersten, zweiten und dritten flexiblen Röhren. Die
Testdaten, die in 9 gezeigt sind, sind durch schrittweises
Erhöhen der
vorgegebenen Temperatur erhalten. Wie von der Punkt-Strich-Linie
von 9 gezeigt im Falle der ersten flexiblen Rohranordnung
mit nur dem Faltenbalg, ist die Oberflächentemperatur des Faltenbalgs
auf 550° C
(gemäß der sogenannten
Interkörnigen-Umgebungstemperatur)
angestiegen, während
die Gastemperatur, die im Inneren der ersten flexiblen Rohranordnung
gemessen ist, vergleichsweise gering ist. Im Fall der zweiten flexiblen
Rohranordnung mit dem inneren Geflecht sowie dem Faltenbalg ist
die Oberflächentemperatur
des Faltenbalgs auf 550° C
gestiegen, während
die Gastemperatur, die im Inneren der zweiten flexiblen Rohranordnung
gemessen ist, nicht so hoch ist. Auf der anderen Seite, im Fall
der dritten flexiblen Rohranordnung mit der inneren Hitzebeschädigungsschutzröhre sowie
dem Faltenbalg, ist die Oberflächentemperatur
des Faltenbalgs auf 550° C
gestiegen, während
die Gastemperatur, gemessen im Inneren der dritten flexiblen Rohranordnung,
vergleichsweise hoch ist. Wie aus 9 hervorgeht,
kann die Faltenbalgoberflächentemperatur der
dritten flexiblen Rohranordnung mit der Hitzebeschädigungsschutzröhre auf
einen Wert reduziert werden, äquivalent
zu einer Temperaturdifferenz von 50° C bis 100° C im Vergleich mit der zweiten
flexiblen Rohranordnung mit dem inneren Geflecht. Die Testergebnisse
von 9 ergeben, dass die dritte flexible Rohranordnung
mit der Hitzebeschädigungsschutzröhre vorteilhafter
ist als die erste und zweite flexiblen Rohranordnungen bezüglich des
Widerstands gegen Hochtemperatursalzbeschädigungskorrosion. Wie in 1 gezeigt,
ist, wenn die innere Hitzebeschädigungsschutzröhre (z.B.
gebildet aus den Abgasrohrerweiterungen 6b und 7b)
mit dem äußeren Geflecht 2 kombiniert
ist, dass eine Vielzahl von quadratischen Aussparungen 4 aufweist,
und zusätzlich
eine flexible Rohranordnung, die den nicht rostenden Stahlfaltenbalg
umfaßt,
das äußere Geflecht
und die innere Hitzebeschädigungsschutzröhre kann
eine Salzbeschädigungskorrosionsumgebung aufgrund
der Vielzahl von Aussparungen 4 nicht einfach zwischen
dem äußeren Geflecht
und den Faltenbalg erzeugt werden, und ein Ansteigen der Oberflächentemperatur
des Faltenbalgs kann durch die Verwendung der Hitzebeschädigungsschutzröhre unterdrückt werden.
Der Faltenbalg, eingesetzt in die flexible Verbindungsrohranordnung,
wie in 1 gezeigt, kann effektiver von beiden Hitzebeschädigung und
Salzbeschädigung
geschützt
werden durch Kombination des äußeren Geflechts 2 mit
der inneren Hitzebeschädigungsschutzröhre, die
beispielsweise die vorge nannten Abgasrohrerweiterungen 6b und 7b umfassen.
Es wird offensichtlich, dass eine flexible Rohranordnung mit einem
nicht rostenden Stahlfaltenbalg, einem niedrigdicht geflochtenen, äußeren nicht
rostenden Stahldrahtgeflecht 2 und einer inneren Hitzebeschädigungsschutzröhre (6b, 7b)
vorteilhafter ist als eine flexible Rohranordnung mit einem nicht
rostenden Stahlfaltenbalg 1 und einem niedrigdicht geflochtenen, äußeren nicht
rostendem Stahlgeflecht bezüglich
des Widerstands gegen Hochtemperatursalzbeschädigungskorrosion. Wie oben
herausgestellt, zeigt die flexible Rohranordnung mit zumindest einem
nicht rostendem Stahlfaltenbalg und einem niedrigdicht geflochtenen, äußeren nicht
rostenden Stahldrahtgeflecht 2 einen hohen Widerstand gegen
Hochtemperatursalzbeschädigungskorrosion,
und daher kann Hochtemperatursalzbeschädigungskorrosionsbelastung
des Faltenbalgs verringert werden. Daher kann die Dicke des Faltenbalgs
reduziert oder verdünnt
werden zu einem Wert kleiner als ein typischer flexibler Zweischicht-Stahlfaltenbalg
aus nichtrostendem Stahl, von dessen Dicke von 0,6 mm (t0,3 mm × 2). Die
Dicke des Faltenbalgs 1, eingesetzt in die flexible Rohranordnung
F des bevorzugten Ausführungsbeispiels wie
in 1 gezeigt, ist aktuell auf 0,4 mm gesetzt. Im
Allgemeinen ist, je dünner
die Dicke des Faltenbalgs, um so kleiner die Federkonstante des
Faltenbalgs. Zusätzlich,
je größer die
Anzahl der Wülste des
Faltenbalgs, desto kleiner ist die Federkonstante des Faltenbalgs.
Daher, unter Berücksichtigung
von beiden, einer Dicke und einer Federkonstante, ist die Anzahl
der Wülste
des Faltenbalgs eingesetzt in die flexible Rohranordnung des bevorzugten
Ausführungsbeispiels
verringert auf einen kleineren Wert (beispielsweise 9 Wülste) im
Vergleich mit einem flexiblen nicht rostenden Stahlfaltenbalg gemäß dem Stand
der Technik, der eine Dicke von 0,6 mm und 28 Wülste aufweist. Mit anderen
Worten, der verdünnte Faltenbalg 1 kann
kleiner in seiner gesamten Länge ausgebildet
sein, während
eine geeignete Absorption oder Kompensation der linearen Expansion
oder Kontraktion der Anordnung der Abgasröhren sichergestellt ist. Mit
Bezug auf 7, in denen Testergebnisse repräsentativ
für Federkonstantencharakteristika
von sechs unterschiedlichen Faltenbalgen gezeigt ist. Alle diese
sechs Testbeispiele sind aus Zweischicht-Stahlplatten aus austenitischen,
nicht rostenden Stahl hergestellt, die aus zwei gleichen austenitischen
nicht rostenden Stahlplatten, die miteinander verbunden sind gebildet
sind. Ein erstes Testbeispiel ist ein typischer Zweischicht-Faltenbalg
aus nicht rostenden Stahl mit 28 Wülsten und 0,6 mm (= t0,3 mm × 2) in
der Dicke und hergestellt aus Zweischicht-Stahlplatte aus nicht
rostenden Stahl, die aus zwei gleichen nicht rostenden Stahlplatten
(jede mit einer Dicke von 0,3 mm) gebildet ist. Ein zweites Testbeispiel
ist ein Zweischicht-Stahlfaltenbalg aus nicht rostenden Stahl mit
28 Wülsten
und 0,6 mm in der Dicke. Ein drittes Testbeispiel ist ein Zweischicht- Stahlfaltenbalg aus
nicht rostenden Stahl mit 27 Wülsten
und 0,6 mm in der Dicke. Ein viertes Testbeispiel ist ein Zweischicht-Stahlfaltenbalg
aus nicht rostenden Stahl mit 9 Wülsten und 0,4 mm in der Dicke.
Ein fünftes
Testbeispiel ist ein Zweischicht-Stahlfaltenbalg aus nicht rostenden
Stahl mit 12 Wülsten
und 0,4 mm in der Dicke. Ein sechstes Testbeispiel ist ein Zweischicht-Stahlfaltenbalg
aus nicht rostenden Stahl mit 15 Wülsten und 0,4 mm in der Dicke.
Gemäß einer
konventionellen Spannungstestprozedur ist ein Ende von jedem getesteten
Faltenbalg mit einem festen Punkt verbunden, und das andere Ende
ist in Spannungsrichtung belastet, und dann ist eine Spannungsbelastung
auf den getesteten Faltenbalg ausgeübt, und eine Verlängerung
des getesteten Faltenbalgs 6 ist sukzessive gemessen. Wie
aus den in 7 gezeigten Spannungstestergebnissen
hervorgeht, ist im Falle des Zweischicht-Stahlfaltenbalgs aus nicht
rostenden Stahl von 0,6 mm (= t0,3 mm × 2) in der Dicke nur das erste Testbeispiel
(Zweischicht-Stahlfaltenbalg aus nicht rostenden Stahl mit 28 Wülsten) innerhalb
des geforderten Federkonstantenbereichs, in dem eine axiale Verschiebung
von 10 mm unter einer Spannungsbelastung von 14 kgf oder weniger
ausgeführt
ist. Das zweite (21 Wülste)
und dritte (27 Wülste)
Testbeispiel sind beide außerhalb
des geforderten Federkonstantenbereichs. Im Gegensatz zu dem Vorgenannten
ist im Fall des Zweischicht-Stahlfaltenbalgs aus nicht rostenden
Stahl von 0,4 mm (= t0,2 mm × 2)
in der Dicke das vierte (9 Wülste),
fünfte
(12 Wülste)
und sechste (15 Wülste)
Testbeispiel alle innerhalb des vorgegebenen Federkonstantenbereichs.
Auf Grundlage dieser Testergebnisse haben die Erfinder herausgefunden
und offengelegt, dass ein nicht rostendes, flexibles Verbindungsrohrprodukt
kleinere Abmessungen aufweisen und leicht sein kann, während die
geforderten Leistungen des Faltenbalgs erreicht werden und ein hoher
Widerstand gegen eine Hochtemperatur-Salzbeschädigungskorrosion sichergestellt
ist durch die Kombination eines niedrigdicht geflochtenen, äußeren nicht
rostenden Stahldrahtgeflechts 2 mit einer Mehrzahl von
vergleichsweise großen
quadratischen Öffnungen 4,
mit vergleichsweise dünnen
nicht rostenden Zweischicht-Stahlbalgs mit 9 Wülsten und 0,4 mm (= t0,2 mm × 2) in
der Dicke. Wie in den zwei Darstellungen in den 1 und 12 gezeigt,
ist die gesamte Länge
12 eines konventionellen Zweischicht-Stahlfaltenbalgs aus nicht rostenden
Stahl mit 28 Wülsten
und 0,6 mm (= t0,3 mm × 2)
in der Dicke 270 mm (s. 12), während die
gesamte Länge
L1 der verbesserten Zweischicht-Stahlfaltenbalgs aus nicht rostenden
Stahl mit 9 Wülsten
und 0,4 mm (= t0.2 mm × 2)
in der Dicke 105 mm ist (s. 1). Die
gesamte Länge
des verbesserten Faltenbalgs 1 ist reduziert auf eine Länge nicht
mehr als die Hälfte
der gesamten Länge
des flexiblen Faltenbalgs 100 gemäß dem Stand der Technik. Die
anderen Dimensionen und Geometrie (eine Aussparung zwischen zwei
benachbarten Wülsten 1a und
ein innerer Durchmesser von 2 zylindrischen rohrförmigen Einsteckabschnitten 1b des Faltenbalgs 1)
sind identisch zu denen des Faltenbalgs 100 gemäß dem Stand
der Technik.
-
Wie
aus dem Vorgenannten hervorgeht, ist in der flexiblen Verbindungsrohranordnung,
hergestellt gemäß der vorliegenden
Erfindung, ein flexibles, äußeres nicht
rostendes Stahldrahtgeflecht 2 mit vergleichsweise niedrigdicht
geflochtenes nicht rostendes Stahldrahtgeflecht, gebildet durch
Flechten einer Vielzahl von nicht rostenden Stahldrahtbündeln 2a, die
sich entlang des Faltenbalgs 1 in ihre Spiralrichtungen
von einem Ende des Faltenbalgs zu dem anderen Ende erstrecken, so
dass Innenkanten von vier benachbarten Bündeln eine vergleichsweise
große quadratische
oder rhombische Aussparung 4 bestimmen, und so dass die
gesamte Öffnungsfläche von allen
der quadratischen oder rhombischen Aussparungen, vorzugsweise innerhalb
eines Bereichs von 20% bis 30% bezüglich der Gesamtfläche der
gekrümmten
Oberfläche
des äußeren Geflechts 2 gesetzt
ist. Die flexible Rohranordnung mit dem niedrigdicht geflochtenen
nicht rostenden Stahldrahtgeflecht 2, die den flexiblen
nicht rostenden Stahldrahtfaltenbalg abdeckt, zeigt eine hohe Salzbeschädigungswiderstandseigenschaft
(demgemäß ein hoher Widerstand
gegen Hochtemperatursalzbeschädigungskorrosion).
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel,
das in 1 gezeigt ist, ist eine innere Hitzebeschädigungsschutzröhre (6b; 7b)
ebenso als ein Abschnitt von jedem der vorderen und hinteren Abgasröhren ausgebildet
und in dem Inneren des Faltenbalgs vorgesehen, und zusätzlich ist
die innere Hitzebeschädigungsschutzröhre mit
dem niedrigdicht geflochtenen äußeren Geflecht
kombiniert, daher ist der Widerstand gegen Hochtemperatursalzbeschädigungskorrosion
merklich verbessert. In dem Ausführungsbeispiel,
gezeigt 1, ist die innere Hitzebeschädigungsschutzröhre nicht
als ein zusätzliches Teil
getrennt von jeden der vorderen und hinteren Abgasröhren gezeigt
und daher kann die Anzahl von Teilen, die eine flexible Verbindungsrohranordnung bilden,
reduziert werden. Zusätzlich,
in dem gezeigten Ausführungsbeispiel,
aufgrund der Verwendung des vorgenannten niedrigdicht geflochtenen äußeren Geflechts,
kann die flexible Rohranordnung F durch einen Zweischicht-Stahlfaltenbalg
aus dünneren nicht
rostenden austenitischen Stahl mit 9 Wülsten und 0,4 mm (= t0,2 mm × 2) in
der Dicke hergestellt werden, und daher kann die gesamte Größe der flexiblen
Rohranordnung F klein in Größe und leicht sein.
Dies erhöht
den Grad der Konstruktionsfreiheit in dem Abgassystem. Wie in 8 gezeigt,
ist im Vergleich mit einem konventionellen hochdicht geflochtenen, äußeren nicht
rostenden Stahldrahtgeflecht resultiert die Verwendung eines niedrigdicht geflochtenen
Stahldrahtgeflecht in einer merkbaren Reduktion der Federkonstante
des äußeren Geflechts,
und daher reduziert es eine gesamte Federkonstante der flexiblen
Rohranordnung. Mit Bezug auf die in 8 gezeigten
Spannungstestergebnisse sind diese Test mit zwei unterschiedlichen
Beispielen durchgeführt
worden. Ein erstes Testbeispiel ist eine konventionelle flexible
Rohranordnung, die einen hochdicht geflochtenes, äußeres, nicht
rostendes Stahldrahtgeflecht und eine flexible Zweischicht-Stahlfaltenbalg
aus nicht rostenden Stahl mit 28 Wülsten und 0,6 mm (t0,3 mm × 2) in
der Dicke umfaßt.
Ein zweites Testbeispiel ist eine verbesserte flexible Rohranordnung,
die eine niedrigdicht geflochtenes, äußeres nicht rostendes Stahldrahtgeflecht
und einen flexiblen nicht rostenden Stahlfaltenbalg von 28 Wülsten und
0,6 mm (t0,3 mm × 2)
in der Dicke aufweist. Wie aus der linker Hand durchgezogenen Linie
von 8 hervorgeht, ist innerhalb der vergleichsweisen
kleinen Spannungsbelastungsbereich nur der Faltenbalg gestreckt,
und daher ist jede Federkonstante (oder jede Flexibilität) des ersten und
zweiten Testbeispiels nur von der Federkonstante des Faltenbalgs
abhängig,
mit dem Ergebnis, dass Federkonstanten des ersten und zweiten Testbeispiels
identisch zueinander sind, weil der Faltenbalg, das in dem ersten
Testbeispiel verwendet ist, identisch mit dem ist, das in dem zweiten
Testbeispiel verwendet ist. In Übereinstimmung
mit dem Ansteigen der Spannungsbelastung, die auf die jeweiligen
Testbeispiele ausgeübt
ist, beginnt das äußere Geflecht genauso
wie der Faltenbalg zu strecken. Das niedrigdicht geflochtene äußere Geflecht
ist geneigt sich zu verlängern
oder zu kontrahieren in dessen axialer Richtung (in dessen Streck-
oder Kompressionsrichtungen), im Vergleich mit dem hochdicht geflochtenen äußeren Geflecht.
Wie in der rechter Hand gebrochenen Linien von 8 gezeigt,
kann mit einem vergleichsweisen hohen Spannungsbelastungsbereich
die gesamte Federkonstante des zweiten Testbeispiels (die verbesserte
flexible Rohranordnung) auf einen relativ niedriges Niveau reduziert
werden aufgrund einer vergleichsweise geringen Federkonstante des
niedrigdicht geflochtenen äußeren Geflechts.
Je größer die
Flexibilität
der flexiblen Rohranordnung ist, um so größer ist die Vibrationsdämpfung oder
Absorptionsfähigkeit
in dem Abgassystem, und daher kann die verbesserte flexible Rohranordnung
mit einem flexiblen, nicht rostenden Stahlfaltenbalg und einem niedrigdicht
geflochtenen, äußeren nicht
rostenden Stahldrahtgeflecht unerwünschte Geräusche und Vibrationen merklich
reduzieren und eine Haltbarkeit des Abgassystems verbessern. Fortgesetzt,
im Fall, dass das äußere Geflecht
als niedrigdicht geflochtenes, äußeres nicht
rostendes Stahldrahtgeflecht ausgebildet ist, ist die gesamte Menge von
nicht rostenden Stahldrähten,
die für
das äußere Geflecht
verwendet werden reduziert, und daher sind die Produktionskosten
der flexiblen Rohranordnung reduziert. Wie in Bezug auf 1 erläutert, ist,
wenn der dünnere,
austenitische, nicht rostende Stahlfaltenbalg (z.B. 9 Wülste und
0,4 mm in der Dicke) sowie ein niedrigdicht geflochtenes, äußeres nicht
rostendes Stahldrahtgeflecht als eine Komponente der flexiblen Rohranordnung
verwendet ist, können
die gesamten Produktionskosten der flexiblen Rohranordnung entsprechend
reduziert werden.
-
In
dem bevorzugten Ausführungsbeispiel, das
in 1 gezeigt ist, kann, obwohl ein dünnerer flexibler
Faltenbalg aus Zweischicht-Stahlplatten aus nicht rostenden austenitischen
Stahl hergestellt ist, die aus zwei gleichen austenitischen, nicht
rostenden Stahlplatten gebildet sind, die jeweils eine Dicke von 0,2
mm aufweisen, und der dünnere
flexible Faltenbalg mit 9 Wülsten
ausgebildet ist, kann der dünnere Faltenbalg
von 9 Wülsten
und 0,4 mm in Dicke durch einen anderen Typ von Faltenbalg ersetzt
werden, der eine geeignete Anzahl von Wülsten (abweichend zu 9 Wülsten) und/oder
eine geeignete Dicke (unterschiedlich zu 0,4 mm) aufweisen, um eine
geeignete geforderte Leistung (oder eine geforderte Flexibilität) zu erreichen,
so dass ein axiales Versetzen (oder eine Verlängerung) von 10 mm unter einer
Spannungsbelastung von 14 kgf oder weniger erreicht wird. Um eine
im wesentlichen gleiche Leistung wie bei einem flexiblen Zweischicht-Stahlfaltenbalg
aus nicht rostendem Stahl von 9 Wülsten und 0,4 mm (t0,2 mm × 2) in
der Dicke zu erreichen, kann ein nicht rostender Stahlfaltenbalg
mit 15 oder weniger Wülsten
und einer Dicke äquivalent
zu einer Federkonstante, die eine axiale Versetzung (oder eine Verlängerung)
von 10 mm unter einer Spannungsbelastung von 14 kgf oder weniger
erreicht, verwendet sein. Zum Beispiel, ein flexibler Zweischicht-Stahlfaltenbalg
aus nicht rostenden Stahl von 12 oder 15 Wülsten und 0,4 mm (t0,2 mm × 2) in
der Dicke (7) ist anpaßbar an den dünneren flexiblen
Faltenbalg mit der geforderten Leistung.
-
Alternativ
kann ein dünnerer
flexibler Faltenbalg, der durch Zweischichtstahlplatten aus nicht
rostenden austenitischen Stahl hergestellt ist, die aus zwei unterschiedlichen
austenitischen nicht rostenden Stahlplatten gebildet sind, eine
mit einer Dicke von 0,2 mm und die andere mit einer Dicke von 0,3 mm,
oder hergestellt aus einer Dreischicht-Stahlplatte aus nicht rostenden
austenitischen Stahl, die aus drei gleichen austenitischen nichtrostenden
Stahlplatten gebildet ist, jede mit einer Dicke von 0,15 mm. In
dem bevorzugten Ausführungsbeispiel,
wie in 1 gezeigt, ist die innere Hitzebeschädigungsschutzröhre als
Erweiterungen 6b, 7b, die sich von dem hinteren
Ende der vorderen Abgasröhre
und von dem vorderen Ende der hinteren Abgasröhre erstrecken. Alternativ
kann die innere Hitzebeschädigungsschutzröhre in geeigneter
Weise modifiziert werden, wie dies später diskutiert ist. Wie in 10 gezeigt, kann
die innere Hitzebeschädigungsschutzröhre in der
Form von zwei separaten entgegen gesetzten inneren Röhren vorgesehen
sein, die fest mit der jeweiligen inneren Peripherie von beiden
Enden des Faltenbalgs 1 verbunden sind. Wie in 11 gezeigt, kann
eine vergleichsweise lange einzelne innere Röhre fest verbunden zu einem
Ende des Faltenbalgs als innere Hitzebeschädigungsschutzröhre verwendet
werden. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel
ist zur Erläuterung
der Verwendung einer niedrigdicht geflochtenen, äußeren nicht rostenden Stahldrahtgeflecht
die Anzahl von feinen nichtrostenden Stahldrähten, die ein nichtrostendes
Stahldrahtbündel 2a bilden,
reduziert von 14 Drähten
auf 10 Drähte. Alternativ
kann die Anzahl der Vielzahl von nichtrostenden Stahldrahtbündeln, die
für die
Herstellung von einem äußeren Geflecht
gefordert sind, reduziert werden auf einem Wert weniger als 48 Bündel. Bezüglich beides
der Anzahl von feinen nichtrostenden Stahldrähten, die zur Herstellung eines
Bündels
verwendet werden und eines unveränderten
Drahtdurchmessers oder nur ein Drahtdurchmesser von feinen nichtrostenden
Stahldrähten,
die für
ein Bündel
verwendet werden kann dieser auf einem Wert kleiner als 0,4 mm reduziert
werden; bezüglich
beidem, der Anzahl der feinen nichtrostenden Stahldrahtbündel, die
zur Herstellung eines Bündels
verwendet werden und der Anzahl der Mehrzahl von Bündeln, die
für die
Herstellung eines äußeren Geflechts
gefordert sind. Das heißt,
um ein geeignetes niedrigdicht geflochtenes, äußeres nichtrostendes Stahldrahtgeflecht
zur Verfügung
zu stellen, ist es notwendig, zumindest einen, den Stahldrahtdurchmesser,
die Anzahl der nichtrostenden Stahldrahtbündel, und die Anzahl von feinen
nichtrostenden Stahldrähten,
die für
ein nichtrostendes Stahldrahtbündel
notwendig sind zu reduzieren. Darüber hinaus ist in dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
von 1 während
der Herstellung eines niedrigdicht geflochtenen äußeren Geflechts mit vergleichsweise großen quadratischen
oder rhombischen Aussparungen, obwohl die gesamte Öffnungsfläche von
allen der quadratischen oder rhombischen Aussparungen innerhalb
eines Bereichs von 20 % bis 30 % bezüglich der Gesamtfläche der
gekrümmten
Oberfläche des äußeren Geflechts
gesetzt werden, die Rate der gesamten Öffnungsfläche von allen der Aussparungen
zu dem gesamten gekrümmten
Oberflächenbereich
des äußeren Geflechts
im Bereich von 20 % (korrespondierend zu einer unteren Grenze zum Ausstoßen für viele
Klumpen von trockenem Salz) zu 50 % (korrespondierend zu einer oberen
Grenze zum Schutz des Faltenbalgs vor Beschädigungen durch fliegenden Schotter
von den Reifen.