DE69814243T2

DE69814243T2 - Flexibles, gewelltes Rohr zum Entkuppeln von Fahrzeugmotorabgasleitungen

Info

Publication number: DE69814243T2
Application number: DE69814243T
Authority: DE
Inventors: Gianluigi Capra; Tony Ballone; Barbara Caricchi
Original assignee: Flexider Srl
Current assignee: Flexider Srl
Priority date: 1997-07-04
Filing date: 1998-07-03
Publication date: 2004-03-25
Anticipated expiration: 2018-07-04
Also published as: ITTO970595A1; ATE239863T1; EP0889210B1; IT1293413B1; ES2127713T3; EP0889210A1; DE889210T1; DE69814243D1; ES2127713T1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein flexibles Rohr zum Entkuppeln von Verbrennungsmotor-Abgasleitungen, und spezieller ein flexibles gewelltes rohrförmiges Metallrohr, welches zwischengesetzt ist zwischen dem Auspuffkrümmer eines Fahrzeugmotors und dem Katalysatorauspufftopf, der in das Auspuffrohr eingebaut ist.
Wie bekannt ist, unterliegen Fahrzeugmotoren, besonders bei rascher Beschleunigung, einer heftigen axialen und quer verlaufenden Schwingung hinsichtlich der Längsachse des Auspuffrohrs. Da besonders eine quer verlaufende Schwingung das Auspuffrohr einer starken seitlichen Biegungsbelastung unterwirft, die zu einem vorzeitigen Ermüdungsdefekt von bestimmten Auspuffsystemkomponenten führen kann, sind der Motorauspuffkrümmer und das Auspuffrohr, das an der Fahrzeugkarosserie befestigt ist, mittels eines dazwischenliegenden Entkupplungselements verbunden, um zu verhindern, dass Schwingung vom Motor auf die Stütze des Aufpuffrohrs übertragen wird.
Ein bekanntes Entkupplungselement, das zwischengesetzt ist zwischen dem Auspuffkrümmer eines Fahrzeugmotors und dem in das Auspuffrohr eingebauten Katalysatorauspufftopf umfasst ein flexibles rohrförmiges Balgenelement, das aus Stahlblech hergestellt ist, und das axial verformt ist, um eine Serie von kreisförmigen Wellungen konstanten Durchmessers auszubilden, das an den Enden an zwei Bünden geschweißt ist, wiederum direkt an einem Ende mit dem Krümmer und am anderen Ende mit dem Katalysatorauspufftopf verschweißt ist, und das normalerweise mit einer schützenden Stahldrahtaußenhülle ausgestattet ist.
Obwohl ziemlich effektiv in der Bekämpfung einer axialen Schwingung, passt sich das obige flexible rohrförmige Element schlecht einer quer verlaufenden Schwingung an, welche dazu neigt, die Enden des flexiblen rohrförmigen Elements zu versetzen und so eine Biegung auszubilden, die an den Endwellungen des flexiblen rohrförmigen Elements am schärfsten ist, auf diese Weise werden die Endwellungen einer starken Biegungsspannung unterworfen, die sich entlang des Meridians konzentriert. Diese Nachteile werden in der Verbindung nach GB-A-1575892 nicht bewältigt, bei welcher ein konstanter Abstand zwischen den Endwellungen eingehalten wird.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein flexibles Kupplungselement zur Verbindung eines Fahrzeugmotorauspuffkrümmers mit einem im Auspuffrohr eingebauten Katalysatorauspufftopf bereitzustellen, und welches vorgesehen ist, die typischerweise mit gleichartigen bekannten Elementen verbundenen Nachteile zu eliminieren, und welches zusätzlich zur effektiven Motorabgasdichtung, Schwingungsbekämpfung und Lärmdämpfung innerhalb und außerhalb des Fahrzeugs auch entlang seiner gesamten Länge wesentlich gleichförmig biegsam ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein flexibles, gewelltes Rohr zur Entkupplung von Fahrzeugmotorauspuffrohren bereitgestellt, und welches zwischengesetzt ist zwischen dem Motorkrümmer und einem Katalysatorauspufftopf, wie in Anspruch 1 definiert.
Die Wellungen in den zwei Endgruppen haben daher Höhen, die in Richtung der vorerwähnten Enden des rohrförmigen Elements stufenweise abnehmen, mit Bezug auf die Höhe der dazwischenliegenden Windungen; diese geometrische Besonderheit ist überraschenderweise gefunden worden, um unter gleicher Belastung eine im Vergleich zu bekannten Elementen, die äquidistante Wellungen gleicher Höhe aufweisen, gleichmäßigere Biegung des rohrförmigen Elements bereitzustellen. Im Fall von Versatz der verbundenen Rohre nimmt das Rohr gemäß der Erfindung die Form eines weit gekrümmten S an, um die Überlastung der Enden zu verhindern; dieser Effekt ist von jeder Endgruppe abhängig, die wenigstens drei, im Gegensatz zu nur einer oder zwei, Wellungen reduzierter Höhe umfasst.
Eine bevorzugte nicht beschränkende Ausführungsform der Erfindung wird anhand eines Beispiels mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in welcher:
1 einen teilweise axialen Schnitt des flexiblen Rohrs gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ein vergrößertes Detail eines Endes des in 1 dargestellten flexiblen Rohrs gemäß der Erfindung zeigt;
3 ein Beispiel einer Drahtmaschenhülle zeigt;
4 und 5 vergrößerte Ansichten einer Variation des rohrförmigen Elements zeigen, in welcher die Endwellungen variierende Innendurchmesser und entsprechend variierende Innen- und Außendurchmesser aufweisen.
Nummer 1 in 1 zeigt ein teilweise im Schnitt dargestelltes flexibles Entkupplungsrohr gemäß der Erfindung, das zwischengesetzt ist zwischen einem bekannten Fahrzeugmotorauspuffkrümmer und einem Katalysatorauspufftopf, allgemeiner gesagt, ein Auspuffrohr (in den beigefügten Zeichnungen nicht gezeigt).
Ein Rohr 1 umfasst ein rohrförmiges Element 2, axial verformt, um einen Balg zu bilden, und an den Enden mit zwei zylindrischen Endteilen 3 und 4 abschließend.
Das rohrförmige Element 2 wird von einem entsprechend dicken Streifen 5 aus Blech hergestellt, vorzugsweise Edelstahl mit einem hohen Widerstand gegen mechanische und thermische Ermüdung. Der Streifen 5 wird zuerst gefaltet und longitudinal zu einem Zylinder geschweißt, um ein geschlossenes Rohr zu bilden, und wird dann heißgeformt, indem man axialen Druck anwendet, um eine seitliche Wand 6 zu bilden, die eine Anzahl von Umfangswellungen 7 aufweist, welche sich mit entsprechenden Hohlräumen 8 abwechseln und welche anfänglich flache radiale seitliche Wände 9 haben. Ein weiterer nachfolgender Umformvorgang wird auch ausgeführt, um den seitlichen Wänden oder Seiten 9 jeder Wellung einer schräge konvergierende Form zu verleihen, so dass die Wellungen im radialen Schnitt im Wesentlichen Omega-förmig sind.
Der nachfolgende Umformvorgang wird vorzugsweise von der dritten Wellung jedes Endes beginnend ausgeführt, so dass die ersten zwei zu jedem Endteil 3, 4 des rohrförmigen Elements 2 angrenzenden Wellungen im Wesentlichen parallele Seiten 9a aufweisen, während die anderen Wellungen die charakteristische Omega-Form haben.
Das rohrförmige Element 2 kann auch doppelwandig sein, indem zwei Streifen 5 gleicher oder unterschiedlicher Dicke vor den oben beschriebenen Vorgängen überlagert werden.
Zwei zylindrische ringförmige Hülsen 10 werden mit einem kleinen Maß an Überlagerung innerhalb der Endteile 3 und 4 des rohrförmigen Elements 2 eingepresst, und definieren Befestigungs- und Verstärkungselemente zur Festigung und Verstärkung der Endteile 3, 4 des rohrförmigen Elements 2, und zur Vereinfachung der Verbindung des rohrförmigen Elements mit dem Krümmer auf einer Seite und mit dem Katalysatorauspufftopf auf der anderen Seite.
Das rohrförmige Element 2 wird innen und/oder außen mit wenigstens einer bekannten gewebten rohrförmigen Metallhülle 11 ausgestattet (1 zeigt nur eine äußere Hülle 11). Die Metallhülle 11 ist in der Länge ungefähr gleich zur Gesamtlänge des rohrförmigen Elements 2 und wird an den Endteilen 3 und 4 örtlich verformt, um äußerlich an den Endteilen anzuhaften.
Im Inneren oder Äußeren eines rohrförmigen Elements 2 verwendet, kann die Metallhülle 11 durch Flechten zweier Gruppen 12, 14 paralleler Drähte gebildet werden, die in einem Winkel von 90° bis 120° eingewoben werden, wie in 1 gezeigt. Eine Geflechthülle ist im Wesentlichen starr und kompakt, ist nur in kleinen Winkeln biegsam und wird deswegen vorzugsweise als eine zylindrische Hülle zum Schützen und Abdecken einer äußeren Oberfläche 15 oder einer inneren Oberfläche 16 des rohrförmigen Elements 2 benutzt, durch wirksameres Zusammenwirken mit den Scheitelpunkten der Wellungen 7.
Alternativ kann die Hülle 11 aus verflochtenen Edelstahldrähten hergestellt werden, um Drahtmaschen 17, wie schematisch in 3 gezeigt, zu bilden. Eine Drahtmaschenhülle ist äußerst flexibel, kann gebogen oder leicht in irgendeine Richtung gezogen werden, und kann allein oder in vielfachen Schichten benutzt werden, um die Dämpfungswirkung zu verbessern. Insbesondere kann eine Drahtmaschenhülle vorteilhaft in den Hohlräumen 8 zwischen benachbarten Wellungen 7 eingefügt werden, wie beschrieben in einer mit anhängigen Patentanmeldung des Anmelders.
Die radial überlagerten Enden der Hülsen 10, das rohrförmige Element 2 und die Metallhülle 11 werden innen von jeweiligen zylindrischen Muffen 18 gegriffen, die auf die Enden heißkraftgepasst und frontal mit jeweiligen kontinuierlichen Rundschweißperlen 19 geschweißt werden, um Gas davon abzuhalten, zwischen den verschiedenen Bestandteilen zu entweichen.
Ein gewelltes Rohr, wie oben beschrieben, ist hoch flexibel, besonders axial. Jedoch in dem Fall, in dem ein rohrförmiges Element 2 einer seitlichen Beanspruchung unterworfen ist, zum Beispiel einer querverlaufenden Schwingung in bezug auf die Längsachse des Rohres, wie zum Beispiel um radial die Endteile 3 und 4 auszugleichen, biegt sich rohrförmiges Element 2 seitlich, um eine ungefähre Z-Form anzunehmen, in welcher die maximale Biegung an den ersten Wellungen konzentriert ist, die an jedes Endteil angrenzen, während der zentrale Teil 6a des Rohres im Wesentlichen gerade bleibt.
Daher vergrößert dies ernsthaft die Wahrscheinlichkeit eines Ermüdungsbruchs des rohrenförmigen Elementes 2, besonders bei den ersten an die Endteile angrenzenden Wellungen.
Nach der vorliegenden Erfindung ist überraschenderweise herausgefunden worden, dass dies vermeidbar ist, indem die ersten Wellungen – besonders, wenigstens die ersten drei Wellungen 20, 21, 22, angrenzend an jedes Endteil des rohrenförmigen Elementes 2 – mit unterschiedlichen Abständen und mit solchen Durchmessern gebildet werden, dass, im radialen Schnitt, die Höhen H (5) von den ersten Wellungen in Richtung der jeweiligen angrenzenden Endteile 3, 4 abnehmen.
In dem nicht beschränkenden Beispiel, gezeigt in den 1 und 2, sind die Wellungen 20, 21, 22 jede von der nächsten durch unterschiedliche Abstände p₁, p₂, p₃ getrennt, wobei diese von dem Abstand p₄ der folgenden Wellungen 6a abweichen, und weisen jeweilige Außendurchmesser D₁, D₂, D₃ auf, die gegen das entgegengesetzte Ende zunehmen, aber kleiner sind als der Außendurchmesser D_c der Wellungen 6a mit gleichbleibender Höhe. In der Variation gemäß 4 wird die gleiche Wirkung erzielt, indem alle Wellungen mit konstanten Außendurchmessern D_c gebildet werden und Entwellungen 20, 21, 22 mit jeweiligen Innendurchmessern d₁, d₂, d₃ ausgebildet sind, welche in Richtung des jeweiligen angrenzenden Endteils 3, 4 zunehmen.
In einer weiteren Variation, gezeigt in 5, werden die Endwellungen 20, 21, 22 mit variierenden Innen- und Außendurchmessern gebildet.
In allen obigen Fällen gewährleistet die Erfindung eine beträchtliche Zunahme der Steifigkeit der Endteile des rohrförmigen Elementes 2, so dass, wenn das rohrförmige Element 2 einer seitlichen Biegespannung unterworfen ist, die Endteile 3 und 4 mit dem zentralen Teil durch weiter gekrümmte Bögen verbunden werden. Als solches nimmt im Fall von Versatz der Endteile 3, 4 das Rohr im Wesentli chen die Form eines S an, so dass die Biegespannung reduziert und im Wesentlichen gleichmäßig entlang jedes Meridians des Rohres verteilt wird, um im Wesentlichen die folgende Gleichung zu erhalten: (1) Sm1 = Sm2 = Sm3 wobei s_mi, wo i = 1, 2, 3, die Meridianspannung ist, gemessen an den Punkten m1, m2 und m3 (wie in 2 gezeigt).
Die günstige und unerwartete Ausführung des Rohres nach der vorliegenden Erfindung wurde im Vergleich getestet, unter den gleichen Testbedingungen, mit der von gleich bekannten Typen, die Wellungen aufwiesen, die alle dieselben Innen- und Außendurchmesser hatten. In allen Tests wurden das dynamische Verhalten und der mechanische Widerstand gegenüber Ermüdung des erfindungsgemäßen Rohres als eindeutig überlegen gefunden.
Die Mindestanzahl von drei Wellungen abnehmender Höhe an jedem Ende wurde als bestimmender Faktor beim Erreichen der obigen Ergebnisse gefunden, die mit nur einer oder zwei Wellungen reduzierter Höhe nicht erhalten werden.
Obwohl die gleichen (oder wahrscheinlich sogar bessere) Ergebnisse durch Vergrößern der Anzahl von Wellungen reduzierter Höhe erreicht werden würden (auf, sagen wir, vier oder mehr), sind mehr als drei Wellungen zu angemessenen Kosten unter Anwendung gängiger Herstellungstechniken schwierig herzustellen.

Claims

Flexibles gewelltes Rohr (1) zum Entkuppeln von Fahrzeugmotorabgasleitungen, und welches zwischengesetzt ist zwischen dem Motorkrümmer und einem Katalysatorauspufftopf, und welches ein flexibles rohrförmiges Element (2) aufweist, hergestellt aus einer Metallplatte (5) und axial verformt, um eine Serie von angrenzenden Umfangswellungen (7) auszubilden; wobei das rohrförmige Element (2) aufweist: an jedem Ende (3, 4) eine Gruppe von Wellungen (20, 21, 22), welche variierende Durchmesser (D1, D2, D3) aufweisen, abweichend von einem konstanten Durchmesser (Dc) der dazwischenliegenden Wellungen (6a) zwischen den Gruppen; dadurch gekennzeichnet, dass in Kombination: i) die Gruppe der Wellung zumindest drei Wellungen (20, 21, 22) aufweist; ii) die Wellungen (20, 21, 22) in jeder der zwei Endgruppen jede axial von der nächsten durch einen unterschiedlichen Abstand (p1, p2, p3) getrennt sind, der von dem axialen Abstand (p4) der dazwischenliegenden Wellungen zwischen den Gruppen abweicht; iii) die Wellungen (22, 6a) des rohrförmigen Elements (2) zwischen den zweiten und den letzten aber einen Wellungen (21) weiter axial verformt wurden, um eine geneigte Abdeckform zu den Seiten (9) der Wellungen zu geben; wobei die Seiten (9a) einer jeden der ersten zwei Wellungen (20, 21), angrenzend an jedes Ende (3, 4) des rohrförmigen Elements (2) im Wesentlichen parallel beibehalten wurden; so dass die Meridianbiegespannungen (S1, S2, S3) von zumindest drei Wellungen (20, 21, 22) im Wesentlichen äquivalent ist.
Flexibles Rohr wie in Anspruch 1 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, dass die variierenden Durchmesser die Außendurchmesser (D1, D2, D3) der zumindest drei Wellungen (20, 21, 22) sind, und nach und nach von einem Minimalwert (D1) einer ersten Wellung (20) angrenzend an das jeweilige Ende (3, 4) auf einen Maximalwert (D3) zumindest einer dritten Wellung (22) sich ändert.
Flexibles Rohr wie in Anspruch 1 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, dass die sich ändernden Durchmesser die Innendurchmesser (d1, d2, d3) der zumindest drei Wellungen (20, 21, 22) sind.
Flexibles Rohr wie in Anspruch 1 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, dass die sich ändernden Durchmesser sowohl die Außendurchmesser (D1, D2, D3) und Innendurchmesser (d1, d2, d3) der zumindest drei Wellungen (20, 21, 22) sind.
Flexibles Rohr wie in einem der vorhergehenden Ansprüche beansprucht, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellungen (20, 21, 22) in den zwei Endgruppen nach und nach in der Höhe (H) zu den Enden (3, 4) des rohrförmigen Elements und bezüglich der Höhe der dazwischenliegenden Wellungen abnehmen.
Flexibles Rohr wie in einem der vorhergehenden Ansprüche beansprucht, dadurch gekennzeichnet, dass eine gewebte Drahthülle (11, 17) angebracht wird, um eine laterale Oberfläche (15, 16) des rohrförmigen Elements (2) äußerlich und/oder innerlich zu bedecken.
Flexibles Rohr wie in Anspruch 6 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülle (11) eine Geflechthülle ist, welche eingewobene Gruppen (12, 14) von parallelen Drähten aufweist.
Flexibles Rohr wie in Anspruch 6 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülle eine Drahtmaschenhülle (17) ist.
Flexibles Rohr wie in Anspruch 8 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtmaschenhülle (17) in den Hohlräumen (8) zwischen angrenzenden Wellungen (7) des rohrförmigen Elements (2) eingefügt ist.
Flexibles Rohr wie in Anspruch 6 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, dass eine Geflechthülle (11) zusammenwirkt, um eine innere Oberfläche (16) des flexiblen Rohrs abzudecken, und eine Drahtmaschenhülle (17) zu sammenwirkt, um eine äußere Oberfläche (15) des flexiblen Rohrs (1) abzudecken.
Flexibles Rohr wie in einem der vorhergehenden Ansprüche beansprucht, dadurch gekennzeichnet, dass das rohrförmige Element (2) aus einer einzelnen Metallplatte (5) gemacht ist.
Flexibles Rohr wie in irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche von 1 bis 11 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, dass das rohrförmige Element (2) aus zumindest zwei überlagerten Metallplatten von gleicher Dicke gemacht ist.
Flexibles Rohr wie in einem der vorhergehenden Ansprüche von 1 bis 11 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, dass das rohrförmige Element (2) aus zumindest zwei überlagerten Metallplatten unterschiedlicher Dicken gemacht ist.